显示课课件5之液晶显示器(lcd) 2014.11.14
85页1、液晶显示器(LCD),广东工业大学 王 衢,显示技术,一、发展历程与特点,某些有机物熔化后会经历一个不透明浑浊的液态阶段,在该阶段物体还兼具有晶体的性质,继续加热才成为各项同性的液态,这就是世界上第一次发现的热致液晶胆甾醇苯甲酸酯,1961年,美国无线电公司(RCA)的电子学专家G. H. Heilmeier把电子学应用于有机化学,发现在液晶两端加上电压,会出现各种各样的电光效应,由此想到把液晶应用到显示领域,1968年RCA公布液晶发明,1969年,日本开始把大规模集成电路与液晶相结合,日本人从液晶手表、计算器等低档产品起步,直到开发出多晶硅有源矩阵高分辨率彩色液晶显示器,2. 主要特点,低功耗: 23v 工作电流几个微安,平板结构,两片导电玻璃,中间夹着液晶,高开口率、面积可做大做小、便于大规模生产、器件很薄,被动显示,液晶本身不发光,靠调节外光而达到显示目的。被动显示更适合人类的视觉特性,不易引起眼部疲劳。,显示信息量大,像素之间没有隔离,同样显示窗口可容纳更多像素,易于彩色化,液晶通常无色,可加滤色膜实现彩色,长寿、无辐射、污染,3. 主要缺点,显示视角小 液晶显示利用了液晶的
2、各向异性,不同方向光的反射率不同。随视角变大,对比度下降,响应速度慢,电场作用下,液晶排列发生变化。响应速度收粘滞度影响很大,零下几十度就不能个工作,温度过高液晶也会受到影响,动态特性较差,暗时看不清,4 液晶的分类,晶体之所以有各向异性,是因为晶体分子是按一定规则排列的,(1)近晶相液晶(层状、S型),分子排成层,层内分子长轴互相平行,可能垂直于层面,或倾斜排列,排列规整,接近晶体,二维有序。有16种,SA,SB,SC等等,(2)向列相液晶(丝状、S型),粘度大、不易转动,响应速度慢。一般不适宜做显示器件。用于显示,厚度要小于24微米,工艺要求较高,由长径比大的棒状分子构成。分子不排成层,可上下、左右、前后滑动。所有液晶长轴大体指向一个方向。流动性强,粘度小,相互作用力小,易于控制。是显示器件中最常使用的液晶材料,(3)胆甾相液晶(螺旋状,CH型),液晶分子呈扁平状,排列成层。层内分子互相平行。分子长轴平行于层平面。不同层分子稍有变化,沿层的法线方向列成螺旋状。,这里显示了半个周期,二、 晶体光学简介,1 双折射现象,冰洲石,光在晶体里变成了两束,折射程度不同。与普通玻璃的单折射完全
3、不同,垂直入射到冰洲石上的光被折射为两束。偏离的那一束明显违反折射定律,而另一条遵守折射定律,晶体内的两条折射光线,一条总是遵守折射定律,称为寻常光(o光),另一条经常违反折射定律,称为非寻常光(e光),2 晶体光轴,冰洲石中存在一个特殊方向,光沿这个方向传播时o、e光不分开。这个特殊方向叫做晶体的光轴(与几何光学中的光轴不是一个概念),AB两个顶点的连线方向就是光轴方向,光轴是方向,不是某条特定直线。与光轴方向平行的所有直线都叫光轴,把AB两个顶点磨平,并使磨平表面与光轴方向垂直,再让光垂直入射到该平面上。折射光线不会分开,冰洲石天然晶体,入射面:入射光线与入射表面的法线构成的平面,根据折射定律,折射光(寻常光)和入射光都在这个入射面内。,主截面:光轴与入射表面的法线构成的平面。当入射光线在主截面内时,两个折射光线都在主截面内,o、e光都是线偏振光,并且偏振方向垂直,3 双折射的成因,晶体的物理性质是各向异性的,在不同方向上,物理量的值不相同。,冰晶石只有一个光轴方向,称为单轴晶体(还包括红宝石、石英)。还有一些晶体有两个光轴方向,称为双轴晶体(云母、橄榄石、蓝宝石等等)。我们只研究
4、单轴晶体,用于显示的液晶基本都是单轴的,各向同性均匀介质中,一个点光源发出的光波速度是相同的,在单轴晶体中,o光规律与各向同性介质中完全相同,沿各方向传播速度相同。,e光在光轴方向传播速度与o光一样,为 。但是在垂直光轴方向是另一个值,旋转椭球面,在光轴方向,两个波面相切,晶体的主折射率,负晶体,正晶体,由于e光不遵循折射定律,如何判断其在晶体中的传播方向成为一个问题!,4 使用惠更斯作图法判定e光的传播方向,使用同样方法也可确定e光的传播方向,在学习物理光学时,我们已经知道在各向同性介质中如何通过惠更斯作图法判定折射方向,并推出折射定律。,单轴晶体,几个最常见的实例,A 光轴垂直于晶体表面入射光垂直入射,利用惠更斯左图法很容易发现o光e光不会分离,并且传播速度也相同,B 光轴平行于晶体表面,入射光垂直入射,利用惠更斯左图法很容易发现o光e光也不会分离,但是传播速度有差异。出射后o光和e光出现位相差,C 光轴平行于晶体表面,入射光斜入射,且垂直于光轴,o光、e光分离,但两种光都遵循折射定律,折射率分别为,5 晶体中介电常数的各向异性,折射率的各向异性与介电常数的各向异性有密切的联系。介
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