电视技术第2版 教学课件 ppt 作者 李雄杰 施慧莉等编 第22讲液晶基础知识

1、1,第22讲 液晶基础知识,主要内容,一、液晶及其分子结构 二、液晶基本性质及显示原理 三、液晶材料主要参数 四、液晶显示器件结构,2,复习,3,3.1.1 液晶及其分子结构,物质三态: 固态、液态、气态 液晶(Liquid Crystal)： 在某个温度范围内兼有液体和晶体两者特性的物质,4,液晶的历史,1888年，奥地利植物学家Reinitzer发现胆甾醇苯甲酸酯在145.5熔化时，形成了雾浊的液体，并出现蓝紫色的双折射现象，直至178.5时才形成各向同性的液体。 其后在Reinitzer和德国物理学家Lehmann的共同努力下，认为胆甾醇苯甲酸酯在固态和液态之间呈现出的是一种新的物质相态，将其命名为液晶。,液晶之父莱尼茨尔(Reinitzer)和莱曼(Lehmann),1,5,液晶分子结构,液晶分子形状：细长棒形，宽约1nm，长约10nm。,(a)晶体 （b）液晶 （c）液体,6,液晶的种类,液晶种类达数千种，主要类型有： （1）热致液晶：通过加热而形成的液晶（分为： 近晶相液晶、向列相液晶、胆甾相液晶）。 （2）溶致液晶：有机物在溶剂作用下形成的液晶。如肥皂水气泡。 （3）感应

2、液晶：外场（力、电、磁、光等）感应作用下形成的液晶。 （4）流致液晶：在流动场作用下而形成液晶，如聚对苯二甲酰对氨基苯甲酰肼。,7,1近晶相液晶,近晶相液晶分子排列,分子分层排列，有同一的方向，比较接近晶体，故译为近晶相。 分子粘度大,分子可以左右、前后滑动，但不能在上下层间移动，响应速度慢，多用于光记忆材料的发展上。,8,向列相液晶分子排列,2向列相液晶,分子位置杂乱，没有层状结构，但方向大致一致，故译为向列相。 液晶粘度小，分子容易顺着长轴方向自由移动。是光电子技术和显示上最为广泛应用的液晶.,9,分子排列特点：在某一平面内分子长轴的指向一致，与这一平面平行的另一平面内分子长轴的指向却一致地朝着另一个方向，两相邻平面分子的指向稍有不同，分子的指向矢（液晶分子的平均指向）在空间成一螺旋。,胆甾相液晶分子排列,3胆甾相液晶,10,向列相、胆甾相和近晶相液晶分子结构差异,11,（1）边界取向性质 在最简单的自由边界上，液晶分子的取向可以垂直、平行、倾斜于边界。 如果边界是一层刻有凹凸沟槽的取向膜，则凹凸沟槽对液晶分子的取向起主导作用，通过摩擦，液晶分子就朝这个方向取向。,3.1.2 液晶

3、基本性质及显示原理,12,（2）液晶的电气性质 在上下电极板之间加一电场时，电极板之间的液晶分子长轴就会沿着电场方向排列。 这一电气性质是实现液晶显示的基础。,13,（3）液晶的旋光性质 若上、下玻璃基板取向膜沟槽相差某一角度，则在玻璃基板中，同一平面液晶分子取向虽然一致，但相邻平面液晶分子的取向逐渐旋转扭曲。 当可见光波长远小于液晶分子在玻璃基板间的旋转螺距时，则光矢量会同样随着液晶分子的旋转而跟着旋转。,14,液晶像素显示原理 结构特点： 上下偏振板光轴方向垂直； 上下玻璃基板取向膜取向垂直。 显示原理： 当玻璃基板没有加电场时，光线跟着液晶作90o扭转，通过下方偏光板，液晶面板显示白色。 当在基板上加电场时，液晶分子产生取向变化，光线通过液晶分子空隙维持原方向，被下方偏光板遮蔽，显示黑色。,15,3.1.3 液晶的主要技术参数 液晶材料有许多技术参数，包括光电参数与物性参数，主要有: 介电各向异性; 折射率各向异性; 体积粘度; 弹性常数K; 相变温度Tm，Tc; 电阻率。,16,1.介电各向异性 设: 为平行于分子轴方向上的介电常数， 为垂直于分子轴方向上的介电常数， 0:称正

4、性液晶，液晶分子沿电场方向取向 0:称负性液晶，液晶分子垂直于电场取向,17,2.电导率（电阻率） 早期液晶材料的电导率很高，所以多用磁场驱动；现在的液晶电导率非常低，全部采用电场来驱动。热致液晶的电导率为 以 表示平行于分子轴方向的电导率; 表示垂直于分子轴方向的电导率; 电导各向异性:,18,3.弹性常数K 弹性常数表示形变后的液晶分子恢复稳态的恢复弹力。 弹性常数分为:展曲弹性常数 扭曲弹性常数 弯曲弹性常数,弯曲 扭曲 展曲,19,4、相变温度 当温度升高到溶点Tm时，晶体变成液晶，温度再升高到清亮点Tc时，液晶变成液体。反之，当温度不断冷却，液体将变成液晶，液晶将变成晶体。 液晶显示器要求达到-4070oC。,20,5、折射率各向异性 设： 为沿分子长轴方向折射率 为沿分子短轴方向折射率 折射率各向异性： ， 称正性液晶 ，称负性液晶,21,6、螺距p 各层液晶分子取向沿螺旋方向经历360的变化后，又回到初始取向，这个周期性的层间距离称为液晶的螺距p。 对于胆甾相液晶，螺距就是相同的分子层之间的距离。 对于液晶显示器，要求液晶分子在盒中的扭曲螺距远比可见光波长大得多。,22,

5、混合液晶的性能参数与显示的关系 任何单体液晶只具有一方面或几方面的优良性能，不能直接用于显示。 利用1020种单体液晶调制混合液晶，以使综合性能最佳，满足显示用液晶材料 的各项性能的要求,23,宽的工作温度,熔点低，清亮点高 用途 温度范围（） 普通TN -3060 宽温TN -4090或100以上 普通STN -3080以上 STN -4095以上 TFT -4070以上,24,响应速度快,粘度尽量小,25,n与盒厚dn匹配,n适当，满足盒厚dn的要求 TN： dn 1.05 STN： dn 0.85 TFT： dn 0.55,26,适应于器件工作电压,大，有利于降低液晶的阈值电压，工作电压和功耗低，但液晶的粘度较大和稳定性较差,27,高稳定性,TN、 STN ：含氰基液晶材料 TFT：含氟液晶材料 特点： 高稳定性、低粘度、低n、适当的和适当的K值,28,显示对液晶的性能要求,29,从第一台LCD显示屏的诞生以来的近40年中，液晶显示技术得到了飞速的发展，经历了三代： TN-LCD （Twisted Nematic-LCD） STN-LCD （Super TN-LCD） TFT-L

6、CD （Thin Film Transisto-LCD）,3.2 液晶显示器件结构与原理,30,3.2.1 液晶显示器结构,偏光片,偏光片,电极,液晶,扩散板,导光板,玻璃基板,彩色滤色膜,定向层,玻璃基板,棱镜片,冷阴极荧光灯,31,（1）液晶面板 偏光片：分为上偏光片和下偏光片，上下两偏光片相互垂直。其作用就像是栅栏一般，会阻隔掉与栅栏垂直的光波分量，只准许与栅栏平行的光波分量通过。 玻璃基板：分上玻璃基板和下玻璃基板，主要用于夹住液晶。对于TFT-LCD，下层玻璃长有薄膜晶体管(Thin film transistor，TFT)，上层玻璃则贴有彩色滤光膜。 彩色滤色膜：产生红、绿、蓝三种基色光。,32,电极：分为公共电极和像素电极。信号电压就加在像素电极与公共电极之间。 液晶材料：小分子有机化合物。 定向层：又称取向膜，其作用是让液晶分子能够整齐排列。,33,（2）背光模组 作用：将光源均匀地传送到液晶面板。 冷阴极荧光灯：提供能耗低，光亮强的白光。 导光板：导引光线方向，提高面板光辉度及控制亮度均匀。 扩散板：使光线产生漫射，让光的分布均匀化。 棱镜片：将光线聚拢，提高辉度。,34,作业 P177:题1、2、3、4、6,35,Thank you !,

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