光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示

1、光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 第三章液晶顯示 液晶顯示的發(fā)展與特點(diǎn) 液晶的物理特性 液晶的光學(xué)特性 液晶分子的沿面排列 常見的液晶顯示器件 液晶顯示器件的驅(qū)動(dòng) 技術(shù) 有源矩陣液晶顯示器 件 液晶顯示器的主要材 料及制造工藝 液晶技術(shù)的新進(jìn)展 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 3.1液晶顯示的發(fā)展與特點(diǎn) 一、液晶顯示的發(fā)展過(guò)程一、液晶顯示的發(fā)展過(guò)程 1888年奧地利的植物學(xué)家FReinitzer在做加熱膽 甾醇的苯甲酸脂實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，這類物質(zhì)在加熱溶化后 不是透明的液體，而是一種呈渾濁態(tài)的粘稠液體， 當(dāng)進(jìn)一步升溫，才 變成透明的液體。 他把這種粘稠而渾 濁的液體放到偏光 顯微鏡下觀察，發(fā) 現(xiàn)這種液體具有雙

2、 折射性。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 1961年，美國(guó)無(wú)線電公司（RCA）普林斯頓研究 所的一位年輕工作者海麥爾將電子學(xué)知識(shí)用于液晶的 光學(xué)特性研究，取得了很大進(jìn)展。 1968年，海麥爾及其研究小組制成了世界上第一 臺(tái)液晶平板顯示器，從此開始了液晶顯示的新紀(jì)元。 1889年，德國(guó)物理學(xué)家DLeimann也發(fā)現(xiàn)了這 種粘稠液體，將其命名為“液晶”，簡(jiǎn)稱為“LC”。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 二、液晶顯示的特點(diǎn)二、液晶顯示的特點(diǎn) 1、低電壓、低功耗 2、平板結(jié)構(gòu) 3、被動(dòng)顯示 4、顯示信息量大 5、易于彩色化 6、長(zhǎng)壽命 7、無(wú)輻射、無(wú)污染 1、顯示視角小 2、響應(yīng)速度慢 3、亮度由背光源決定

3、。 優(yōu) 點(diǎn) 缺 點(diǎn) 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 三、液晶的分類三、液晶的分類 1、液晶實(shí)際上是物質(zhì)的一種形態(tài)，也有人稱其為物 質(zhì)的第四態(tài)。 液晶即具有液體一樣的流動(dòng)性和連續(xù)性，又具有晶體 一樣的各向異性。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 溶致液晶：某些有機(jī)物溶解在水或有機(jī)溶劑中顯示出 液晶態(tài)， 熱致液晶：某些有機(jī)物要在一定的溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)出 液晶狀態(tài)。 互變相變（可逆相變）： 2、溶致液晶和熱致液晶 單變相變： 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 熱致液晶分類： 近晶相液晶（Smectic）又稱層狀液晶 棒狀或條狀分子按層狀排列，二維有序，層內(nèi)分子 長(zhǎng)軸相互平行，其方向可垂直于層面或與層面傾斜。 層與層之

4、間的作用力較弱，易滑動(dòng)，具有二維的流動(dòng) 性。近晶相液晶的粘度與表面張力較大，用手摸有似 肥皂的滑澀感，對(duì)外界的電、磁、溫度變化都不敏感。 光學(xué)上顯示正雙折射性。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 向列相液晶（Nematic）又稱絲狀液晶 由長(zhǎng)徑比很大的棒狀分子組成，保持與軸向平行的排 列狀態(tài)。分子的重心雜亂無(wú)序，并容易順著長(zhǎng)軸方向自 由移動(dòng)，像液體一樣富于流動(dòng)性。光學(xué)特性像單軸晶體， 呈正的雙折射性。對(duì)外界的電、磁、溫度、應(yīng)力都比較 敏感，是顯示器件上廣泛使用的材料。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 膽甾相液晶（Cholesteric），也稱螺旋狀液晶 具有層狀結(jié)構(gòu)，分子長(zhǎng)軸在層內(nèi)是相互平行的，而 在垂

5、直于層的平面上，每層分子都會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。 整體呈螺旋結(jié)構(gòu)，螺距的長(zhǎng)度與可見光波長(zhǎng)相當(dāng)。 膽甾型液晶具有負(fù)的雙折射性質(zhì)。 膽甾相液晶易受外力的影響，特 別對(duì)溫度敏感，溫度的變化可引起 螺距的改變，因此膽甾相液晶隨溫 度改變顏色。 膽甾相和向列相液晶可互相轉(zhuǎn)換。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 3.2液晶的物理特性 CC S = K (T -T)/T 一、液晶的有序參量一、液晶的有序參量 C SKT為有序參量， 為比例系數(shù)，為向列型液晶的清亮點(diǎn)。 z,n 2 1 (3cos1) 2 S 其中，n為全體液晶分子的擇優(yōu)取向方 向，為個(gè)別液晶分子長(zhǎng)軸方向與n的偏 離角。 S與溫

6、度T的關(guān)系： 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 二、液晶的各向異性二、液晶的各向異性 液晶分子是極性的棒狀分子，導(dǎo)致了液晶的宏觀物 理性質(zhì)在長(zhǎng)軸有序方向和短軸有序方向上不同，一般 稱沿分子長(zhǎng)軸平均方向?yàn)槠叫蟹较颍?），沿分子短 軸平均方向?yàn)榇怪狈较颍ǎ?液晶短軸 方向 液晶短軸方 向 液晶分子的電偶極矩為，若長(zhǎng)軸方向的單位 矢量為，與的夾角為。 0 rrl n n r 0，正性液晶，NP /2，負(fù)性液晶，Nn 1、介電各向異性 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 / 液晶的各向異性： 在外電場(chǎng)作用下，分子的排列極易發(fā)生變化，P型液晶分子 長(zhǎng)軸方向平行于外電場(chǎng)方向，N型液晶分子長(zhǎng)軸方向垂直于外 電場(chǎng)方向。

7、P型液晶（0） N型液晶（0，其光學(xué)各向異性等同于正單軸晶體 n0，其光學(xué)各向異性等同于負(fù)單軸晶體 n與偏振、旋光、折射及干涉所引起的電光效應(yīng)有 直接關(guān)系，特別對(duì)彩色顯示液晶來(lái)說(shuō)，顯示各種波長(zhǎng) 的強(qiáng)度與n有關(guān)。 22 2 sin (1) 1 2 2 21 n Td 式中 液晶顯示器的光透過(guò)率與液晶折射率各向異性和 液晶盒厚度的關(guān)系： 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 4、彈性系數(shù) 描述液晶分子彈性形變的物理量。在不同方向有不 同形式的形變和彈性系數(shù)。 331122 kkk 112233 kkk展曲彈性系數(shù)，扭曲彈性系數(shù)，彎曲彈性系數(shù) 5、粘滯系數(shù) 主要影響液晶顯示器件的響應(yīng)速度和多路驅(qū)動(dòng)能力。 粘滯

8、系數(shù)小則液體易流動(dòng)，分子排列易改變。液晶 沿不同方向流動(dòng)粘滯性不同，粘滯系數(shù)影響顯示器件 的響應(yīng)速度。 2 d 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 光的偏振、晶體光學(xué) DB HE tt ， 00DB ， 一、光的偏振一、光的偏振 Maxwell方程組：方程組： jjkk BHDE ， 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 介質(zhì)的折射率： 在光波中每一點(diǎn)都有一個(gè)振動(dòng)的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量 和一 個(gè)振動(dòng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量 ， 和 互相垂直，且都與 光速 的方向垂直。 E H H E c E H c 電磁波的傳播速度： 1 v / r nc r v= 與的關(guān)系： E B EB v 稱為光矢量。 E 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 1

9、、自然光和偏振光、自然光和偏振光 自然光：光在各方向上振動(dòng)的振幅相同的光。自然光：光在各方向上振動(dòng)的振幅相同的光。 沒(méi)有優(yōu)勢(shì)方向沒(méi)有優(yōu)勢(shì)方向自然光的分解自然光的分解 線偏振光：在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，光矢量只線偏振光：在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，光矢量只 沿一個(gè)固定方向振動(dòng)。沿一個(gè)固定方向振動(dòng)。 播播 E 傳傳 方方向 向 振振 動(dòng)動(dòng) 面面 從面對(duì)光傳播的方向看從面對(duì)光傳播的方向看 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 部分偏振光：光波中雖然包括一切方向的振動(dòng)，但部分偏振光：光波中雖然包括一切方向的振動(dòng)，但 不同方向上的振幅不等，某些方向振動(dòng)強(qiáng)，某些方不同方向上的振幅不等，某些方向振動(dòng)強(qiáng)，某些方 向振動(dòng)

10、弱。向振動(dòng)弱。 橢圓偏振光橢圓偏振光 可由兩列頻率可由兩列頻率 相同，振動(dòng)方向相同，振動(dòng)方向 互相垂直，且沿互相垂直，且沿 同一方向傳播的同一方向傳播的 線偏振光疊加得線偏振光疊加得 到。到。 出射光出射光入射光入射光 y x Ao Ae 0 y 出射光出射光入射光入射光 x Ao Ae - 0 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 2 2、偏振度、偏振度描述光線偏振化程度的物理量描述光線偏振化程度的物理量 maxmin maxmin II P II 自自 然然 光：光： P = 0 線偏振光：線偏振光： P = 1 部分偏振光：部分偏振光：0 P 0，即向列 液晶和近晶液晶一般都呈現(xiàn)正單軸晶體的光學(xué)性

11、質(zhì)。 nn/ 3.3液晶的光學(xué)特性 折射率各向異性： / nnn 對(duì)于向列液晶和近晶液晶，分子長(zhǎng)軸的指向矢的方 向就是單軸晶體的光軸，用n表示no，n表示ne。 n 光軸 n o nn e nn 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 膽甾型液晶具有負(fù)單軸晶體的光學(xué)性質(zhì)，這是因?yàn)椋?0 eo nnn 1/2 22 / 1 () 2 o nnn nne o n 光軸 螺旋軸 e nn 無(wú)論是光學(xué)正液晶還是 光學(xué)負(fù)液晶，都滿足： / nn 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 由于液晶具有單軸晶體的光學(xué)各向異性，所以具有 以下光學(xué)特性： 能使入射光的前進(jìn)方向向液晶分子長(zhǎng)軸的方向偏轉(zhuǎn)； 當(dāng)入射光線與液晶分子長(zhǎng)軸夾角為時(shí)，

12、將進(jìn)入液 晶的光沿平行長(zhǎng)軸和垂直長(zhǎng)軸的方向分解： / cos / c cn n / v / / sin / c cn n v 由于，液晶中光速合成方向與長(zhǎng)軸夾角變小， 即向長(zhǎng)軸方向靠攏。 / nn 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 使入射光的偏振狀態(tài)，及偏振方向發(fā)生變化； x y z n = 0 = /4 = /2 液晶液晶 偏光方向 入射直線 偏光 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 將入射光的電場(chǎng)矢量沿平行長(zhǎng)軸和垂直長(zhǎng)軸的方 向分解為和，由于，經(jīng)過(guò)液晶后和 產(chǎn)生的相位滯后不同，疊加后偏振狀態(tài)或偏振方向發(fā) 生變化。 E / E E / nn / E E 當(dāng)線偏振光入射到指向矢有扭曲的液晶（如手征 絲狀相液

13、晶）上時(shí)的情況： 1 2 x y 當(dāng)時(shí)，通過(guò)手征絲狀相液 晶傳播的光仍為線偏光，且偏振方 向跟隨指向矢轉(zhuǎn)動(dòng)，被稱為沿螺旋 軸傳播的波導(dǎo)區(qū)域。 p 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 使入射的左旋及右旋偏振光產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的透過(guò)或反射。 某些光軸垂直于表面切取的晶體，當(dāng)入射線偏振光 在晶體內(nèi)沿著光軸傳播時(shí)，光矢量振動(dòng)方向隨傳播距 離逐漸轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象為旋光現(xiàn)象。 d d為旋光度， 為傳播距離。 旋光現(xiàn)象除了與晶體有關(guān)外還與入射光的波長(zhǎng)有關(guān) （可由菲涅爾理論推導(dǎo)），旋光現(xiàn)象有左旋和右旋之 分。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 當(dāng)螺距和波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)，若入射的偏振光的旋光方向與 液晶的旋光方向相同，則入射光將被反射，若入射的

14、偏 振光的旋光方向 與液晶的旋光方向不同，則入射光將 透過(guò)液晶層。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 3.4液晶分子的沿面排列和主要參量 一、液晶顯示器件的基本結(jié)構(gòu)（一、液晶顯示器件的基本結(jié)構(gòu)（TNLCD） 兩塊導(dǎo)電玻璃夾持一個(gè)液晶層，封接成一個(gè)扁平盒， 再帖一對(duì)正交的偏振片。 圖1液晶顯示器件的基本結(jié)構(gòu)（TN） 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 玻璃基片涂導(dǎo)電層光刻電極 表面定向?qū)?封接 真空注液加偏振片測(cè)試 圖2制作過(guò)程 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 二、液晶分子的排列二、液晶分子的排列 液晶器件的基本工作原理：液晶分子在電場(chǎng)作用下 改變其分子排列狀態(tài)，從而使液晶分子的光學(xué)特性發(fā)生 變化。故均勻、穩(wěn)定的

15、液晶分子排列是液晶顯示器件的 工作基礎(chǔ)。 液晶盒內(nèi)分子排列種類： （1）垂直分子排列，/ （2）沿面分子排列，/ （3）混合分子排列， / （4）扭曲分子排列， / 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 通過(guò)玻璃基片上的定向?qū)觼?lái)控制液晶分子的排列取向， 即邊界對(duì)液晶分子的錨定。 1、垂直取向處理 定向處理的方式： 2、平行取向處理 3、傾斜取向處理 定向?qū)佑袃蓪樱謩e與液晶層的上下表面接觸，這 兩層可相同，可不同，即可以實(shí)現(xiàn)不同取向的組合， 得到不同排列類型的LCD。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 根據(jù)定向?qū)又谱鞴に嚮蛐纬煞椒ǖ牟煌∠蛱幚?分為三種： 1、直接取向處理 將取向劑利用噴涂或等離子放電聚合

16、的方法直接在玻 璃基片上做出定向?qū)?。如圖為偶聯(lián)劑在基片表面脫水形 成膜層。 2、間接取向處理 將取向劑溶解在液晶中，注入到液晶盒中后，取向劑 從液晶中析出而吸附在基片表面上。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 3、表面變形取向處理 若液晶分子與基片傾斜取向可通過(guò)傾斜蒸鍍法蒸鍍 SiO在玻璃基片上，形成一層折皺狀的膜層，利用膜層 與液晶分子的彈性相互作用達(dá)到取向的目的。 若液晶分子沿面排列可用摩擦法。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 三、液晶顯示器的主要性能參量三、液晶顯示器的主要性能參量 1、電光特性：透光強(qiáng)度與外加電壓的關(guān)系 正型： 不加外電壓時(shí)透光率最大，加外電壓后透光率隨電壓的升 高而降低。 負(fù)型

17、： 不加外電壓時(shí)透光率最小，加外電壓后透光率隨電壓的升 高而升高。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 閾值電壓Vth 引起最大透光強(qiáng)度的10%（負(fù)型）或90%（正型）的 外電壓值。 飽和電壓Vs 最大透光率90%(負(fù)型)或最小透光率10%(正型)處對(duì)應(yīng) 的外電壓值。 閾值電壓Vth和飽和電壓Vs之間，是液晶工作的區(qū)間。 對(duì)比度 max min T T 最大透光強(qiáng)度 對(duì)比度 最小透光強(qiáng)度 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 陡度和比陡度 s th V V VS越接近Vth，電光曲線越“陡”，趨于1 ，可以 實(shí)現(xiàn)多路驅(qū)動(dòng)，顯示的灰度級(jí)越多。 1 1 th sth V VV 一般TN1.41.6，只能實(shí)現(xiàn)816路

18、驅(qū)動(dòng)，STN 1.021.2，可以實(shí)現(xiàn)128240路驅(qū)動(dòng)。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 電光響應(yīng)時(shí)間 t V T 0.9 0.1 r d t 電光響應(yīng)曲線 對(duì)比度與視角 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 液晶的閾值電壓Vth及響應(yīng)時(shí)間隨溫度而變化，溫度 越高，Vth越低，響應(yīng)時(shí)間越快。 2、溫度特性 液晶材料在熔點(diǎn)Tf和清亮點(diǎn)Tc之間才是液晶態(tài)，故液 晶顯示器件有一定的工作溫度范圍。 3、伏安特性（頻率特性） 液晶顯示器件幾乎是電場(chǎng)效應(yīng)器件，是典型的微功耗 器件。 LC器件是容抗性的，交流驅(qū)動(dòng)時(shí)，頻率對(duì)驅(qū)動(dòng)電流 影響很大，如驅(qū)動(dòng)頻率由32Hz提高到200Hz時(shí)，驅(qū)動(dòng) 電流會(huì)增加510倍，故驅(qū)動(dòng)頻率控

19、制在不發(fā)生閃爍的 最低臨界值上。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 3.5 常見的液晶顯示器件 電光效應(yīng)：指在外電場(chǎng)作用下液晶分子的排列狀態(tài)發(fā) 生變化，從而引起液晶的光學(xué)性質(zhì)也發(fā)生變化的一種電 光調(diào)制現(xiàn)象。 液晶顯示器可依靠液晶的電光效應(yīng)和熱光效應(yīng)工作。 熱光效應(yīng)：指通過(guò)改變溫度使液晶的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變 化的現(xiàn)象。 電場(chǎng)效應(yīng)：利用介電常數(shù)的各向異性。 電流效應(yīng)：利用介電常數(shù)和電導(dǎo)率的各向異性。 熱光效應(yīng)寫入型：利用激光加熱液晶工作。 電熱效應(yīng)：利用電極加熱改變液晶狀態(tài)，有存儲(chǔ)性。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 動(dòng)態(tài)散射型液晶顯示器（DS-LCD） 扭曲向列型液晶顯示器(TN-LCD) 電控雙折射液晶顯示

20、器（ECBLCD） 賓主效應(yīng)液晶顯示器件(GHLCD) 相變液晶顯示器件（PCLCD） 超扭曲向列液晶顯示器件（STNLCD） 鐵電液晶顯示器件（FLCD） 除動(dòng)態(tài)散射型是利用液晶的電流效應(yīng)外，其余都是利 用電場(chǎng)效應(yīng)。 常見的液晶顯示器件： 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 一、液晶顯示的三種方式一、液晶顯示的三種方式 反射式 TN液晶器件一般工作在反射式。在液晶下基板的外 表面加反光板，將外界進(jìn)入液晶層的光線反射出，通 過(guò)對(duì)入射光和反射光的調(diào)制進(jìn)行顯示。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 投影式 透射式 用電光效應(yīng)調(diào)制透射光進(jìn)行顯示。兩偏振片可平行放 置，也可正交放置。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 二、

21、動(dòng)態(tài)散射型液晶顯示器（二、動(dòng)態(tài)散射型液晶顯示器（DS-LCD，dynamic scatter） 世界上第一個(gè)液晶顯示器就是動(dòng)態(tài)散射型的，它是將 離子型有機(jī)導(dǎo)電材料摻入液晶材料中，并將液晶分子沿 面排列，制成液晶盒。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 能產(chǎn)生動(dòng)態(tài)散射效應(yīng)的液晶必須滿足： 液晶層必須足夠厚，否則散射不明顯。 液晶材料的電阻率要低。 液晶材料必須是負(fù)介電各向異性。 / 0 由于其驅(qū)動(dòng)電流大，對(duì)比度差，用于圖像顯示時(shí)清 晰度不高；液晶中加入電解質(zhì)雜質(zhì)，使液晶的穩(wěn)定性 變差，縮短了工作壽命，故很快就被淘汰了。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 三、扭曲向列型液晶顯示器三、扭曲向列型液晶顯示器(TN-

22、LCD,twisted nematic) Np型液晶分子沿面排列，分子長(zhǎng)軸在上下基板之間 連續(xù)扭曲90，夾入兩電極基板之間，制成液晶盒，上 下表面的偏振片可以垂直也可以平行。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 113322 0 (2)/4 th KKK U 扭曲效應(yīng)的閾值電壓為： 式中， 為展曲彈性系數(shù)； 為扭曲彈性系數(shù)； 為 彎曲彈性系數(shù)，由式可知 越大， 越小，一般 為23V，有的可達(dá)1.0V左右。 11 K 22 K 33 K th U th U 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 常黑模式下波長(zhǎng)555nm的黃綠光透過(guò)率與nd之間 的關(guān)系： 22

23、 2 sin (1) 2 2 1 d d n T 式中 TN盒關(guān)態(tài)特性： 22 2 sin (1) 2 1 1 w T 當(dāng)nd0.48，1.05，1.64 時(shí)，T0。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 TNLCD滯后效應(yīng)： 2 22 on d Vk 2 2 off d k 2 33 50 90 11 0.1330.0266(1)0.443(ln) 2 knd k TNLCD的多路驅(qū)動(dòng)能力： 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 它的電光特性不“陡”，在點(diǎn)陣顯示方式下交叉 效應(yīng)嚴(yán)重，目前最好的TN液晶器件也只能實(shí)現(xiàn)816 路驅(qū)動(dòng)顯示。 由于以上缺點(diǎn)，TNLCD一般只能用于液晶手表、 計(jì)算器、電子鐘、數(shù)字儀表等低

24、檔電子產(chǎn)品中。 扭曲向列液晶顯示器件的缺點(diǎn)： TNLCD的透光和不透光都不徹底，它的顯示只 能得到灰底黑字而得不到白底黑字。 響應(yīng)速度慢，視角窄。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 四、四、 電控雙折射液晶顯示器（電控雙折射液晶顯示器（ECBLCD,electrically controlled birefringence） 由于液晶存在介電各向異性，給液晶盒施加電壓，液 晶分子的排列發(fā)生變化，液晶的雙折射率發(fā)生變化，若 將液晶盒置于兩偏振片之間，雙折射率的變化就表現(xiàn)為 光透過(guò)率及顏色的變化，這就稱作ECB效應(yīng)。 根據(jù)液晶盒中液晶分子排列方式不同，可分為垂直 排列相畸變、沿面排列和混合排列三種。 光

25、電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 1、垂直排列相畸變（DAP） 將0 的Nn向列液晶注入液晶盒，液晶分子垂直排 列。 入射白光入射白光入射白光入射白光 透過(guò)光（白色）透過(guò)光（白色）透過(guò)光（著色）透過(guò)光（著色） 偏光片偏光片 偏光片偏光片 直線偏振光直線偏振光 直線偏振光直線偏振光 直線偏振光直線偏振光 橢圓偏振光橢圓偏振光 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 透過(guò)第二個(gè)偏振片的光強(qiáng)I： 222 0 sin 2 sin sin( ) d n IIV I0為入射光強(qiáng)，為液晶分子指向矢與偏振面的夾角， d為液晶盒的厚度，（V）為液晶分子的傾角。 DAPLCD的色調(diào)隨溫度及視角變化大，不宜用于單 色及彩色顯示。 指向

26、矢傾角的改變存在閾值電壓： th k V 與盒厚無(wú)關(guān)。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 2、沿面排列方式 將0 的Np向列液晶注入液晶盒，液晶分子沿面排 列。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 （1）隨著外加電壓的增加，所產(chǎn)生的干涉色調(diào)變 化的順序，剛好與DAP方式相反。 （2）與Nn型液晶相比，Np型液晶的介電常數(shù)各向 異性比較大，此種方式閾值電壓低。 （3）沿面排列分子預(yù)傾角易保持恒定，所以色純 比DAP方式好。 （4）視角范圍窄。 特點(diǎn)： 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 3、混合排列（HAN） 采用Np或Nn型液晶，液晶層上表面的分子長(zhǎng)軸垂直 于玻璃基片表面，下表面的液晶分子長(zhǎng)軸平行于玻璃 基片。 特

27、點(diǎn)：彩色峰值分的 較開，透光較DAP好， 工作電壓低，彩色較均 勻，但無(wú)明顯的閾值， 不能用無(wú)源驅(qū)動(dòng)。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 五、賓主效應(yīng)液晶顯示器（五、賓主效應(yīng)液晶顯示器（GH-LCD,guest host LCD） 在向列相液晶中加入吸收系數(shù)各向異性的二色性染料， 做成的液晶顯示器件。在電場(chǎng)作用下，染料分子隨液晶 分子的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。 P型染料：吸收與分子軸平行的偏振分量。 入 射 光 / I I 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 原理如圖，液晶盒中為Np型液晶，并摻有P型二色 性染料。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 染料分子大小與形狀與液晶分子相似，故染料分子 也具有取向有序性，其有序參量用

28、S表示。染料分子 的吸收各向異性與S有關(guān)。以P型染料分子為例： / / 2 AA S AA (1) 0 / (21) 0 2.1 /exp() 1 AS l r ASl I eS CII I eS 設(shè)在透射狀態(tài)光的透過(guò)率為0.5，即： (1) 0 0.5 AS l II e 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 SCr 0.11.26 0.58.0 0.7128 0.84440 1 表1有序度與對(duì)比度的關(guān)系 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 負(fù)性DGHLCD 染料分子 液晶分子 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 六、六、 相變液晶顯示器件（相變液晶顯示器件（PCLCD，phase changed ） 采用膽甾型液晶

29、，利用外加電場(chǎng)使液晶從膽甾型轉(zhuǎn)變 為向列型，撤掉電場(chǎng)后，又轉(zhuǎn)變?yōu)槟戠扌?，這種效應(yīng)稱 為相變效應(yīng)。 在膽甾型液晶中摻入向列型液晶，使膽甾型液晶螺旋 結(jié)構(gòu)的螺距加長(zhǎng)，即得到具有相變效應(yīng)的液晶。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 相變液晶可分為正型和負(fù)型兩種： 正型（Chp）：0 負(fù)型（Chn）：0 PCLCD無(wú)需偏振片，顯示亮度高，視角寬，但對(duì)溫 度敏感，且只能用于黑白顯示。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 七、超扭曲向列液晶顯示器件（七、超扭曲向列液晶顯示器件（STNLCD） 在向列相液晶中加入旋光材料，使液晶盒內(nèi)的液晶分 子扭曲180360就可以制成超扭曲液晶顯示器件。目 前使用的最多的STNLCD扭曲

30、角為2700。 不同扭轉(zhuǎn)角條件下電壓對(duì)中心液晶分子傾角的作用 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 超扭曲液晶顯示器件的電光特性非常陡峭，這大大提 高了它的多路驅(qū)動(dòng)能力，當(dāng)扭曲角270時(shí)，曲線的 陡度趨于無(wú)限大，理論上可以驅(qū)動(dòng)無(wú)數(shù)路。 STNLCD這種優(yōu)良的特 性大大擴(kuò)展了液晶顯示器件 的應(yīng)用領(lǐng)域。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 TN盒液晶分子扭曲90，STN扭曲180270； TN盒中，偏振片的偏光軸與上、下基板表面液晶分 子長(zhǎng)軸平行；STN盒中，上下偏光軸與上下基板液晶 分子長(zhǎng)軸成一個(gè)夾角，一般為30； TN盒是利用液晶分子的旋光性而工作的，STN盒是利 用液晶的雙折射特性工作的； TN盒工作于黑白模

31、式，STN盒工作于有色模式。 特點(diǎn)： 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 八、鐵電液晶顯示器件（八、鐵電液晶顯示器件（FLCD，ferroelectric） 在沒(méi)有外電場(chǎng)作用下，介質(zhì)的正負(fù)電荷重心不重合而 呈現(xiàn)電偶極矩，即自發(fā)極化，加外電場(chǎng)后自發(fā)極化的方 向發(fā)生改變，這種電介質(zhì)就稱為鐵電體。 手性近晶C相液晶即為鐵電液晶（S*c ）。 0 PP zn 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 1、非存儲(chǔ)型鐵電液晶 上、下基片進(jìn)行平行取向處理，近晶C相液晶的層面 與基片表面垂直，液晶的厚度比手性液晶螺距大得多。 在液晶盒上加直流電場(chǎng)，自發(fā)極化強(qiáng)度與電場(chǎng)作用， 使液晶分子自極化方向指向電場(chǎng)，使螺距變長(zhǎng)，當(dāng)電 場(chǎng)超過(guò)臨界

32、值Ec時(shí)，螺旋結(jié)構(gòu)消失。電場(chǎng)反向時(shí)，分 子極化方向也反向，液晶分子在基片面內(nèi)變化2角度。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 p p EE 圖1關(guān)態(tài) 圖2開態(tài) 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 2、表面穩(wěn)定鐵電液晶顯示器件 將非存儲(chǔ)型鐵電液晶盒厚度d變薄，即dp。盒的邊 界條件使得基片表面的分子平面取向，加上鐵電液晶 分子斜錐的約束，使層內(nèi)分子取向處于均勻的扭曲狀 態(tài)。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 在施加電場(chǎng)時(shí)，可能在極化矢量向上和向下兩個(gè)狀 態(tài)之間切換。如果所有分子都已切換，則器件是雙穩(wěn) 態(tài)，分子可以從一個(gè)方向切換到另一個(gè)方向，并保持 此方向。厚度為1-2m的液晶盒可通過(guò)施加低電壓， 以幾微秒的速度切換“

33、開”和“關(guān)”狀態(tài)。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 鐵電液晶的最大優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度快，可達(dá)微秒級(jí)， 可用它實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示，鐵電液晶最大的困難是如何實(shí) 現(xiàn)穩(wěn)定的分子取向技術(shù)。 22 0 2 ( )sin 4 sin d n II 透光強(qiáng)度： 當(dāng)液晶的錐角22.5o時(shí)，光的透過(guò)率最大，其次為 得到最好的顯示特性，o光和e光在液晶層中的有效光 程差應(yīng)滿足： /4(1,3,5.)n dmm 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 九、固態(tài)液晶膜顯示器件（九、固態(tài)液晶膜顯示器件（PDLCD，polymer dispersed） 將液晶與環(huán)氧樹脂混合后再固化，形成一層極薄 的固化液晶膜，在膜內(nèi)液晶分子像聚合物一樣呈現(xiàn) 微粒狀

34、分布，將其夾在兩層鍍有ITO的透明塑料膜 之間，未加電壓時(shí)呈乳白色，不透明，加電壓后則 呈透明狀，可用于分辨率要求不高的大面積顯示。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 十、多穩(wěn)態(tài)液晶顯示器件（十、多穩(wěn)態(tài)液晶顯示器件（MLCD，multi） 液晶在外電場(chǎng)作用下，分子指向矢會(huì)沿著與電場(chǎng)方向 平行排列，所加電場(chǎng)大小不同，液晶分子排列狀態(tài)不同， 若電場(chǎng)撤去后液晶排列狀態(tài)保持下來(lái)，則液晶有無(wú)限多 種穩(wěn)態(tài)，這就是多穩(wěn)態(tài)液晶顯示。 光電顯示技術(shù)第三章液晶顯示 類型原理 液晶材 料 偏振片Uth分子排列變化顯示狀態(tài)顯示特性 DS 紊流散紊流散 射射 Nn+離子離子無(wú)無(wú)510沿面或垂直沿面或垂直疇疇透明透明白濁，單色

35、白濁，單色 TN 旋光旋光Np213沿面扭曲沿面扭曲垂直垂直可彩色化、無(wú)存儲(chǔ)可彩色化、無(wú)存儲(chǔ) ECB 偏振光偏振光 干涉干涉 Nn, Np215 沿面沿面垂直、垂垂直、垂 直直沿面、混合沿面、混合 垂直（沿面）垂直（沿面） 多干涉色顯示多干涉色顯示 GH 二色性二色性 染料染料 Np+D1、無(wú)、無(wú)16 沿面沿面垂直、垂垂直、垂 直直沿面沿面 單色或多色單色或多色 PC 光散射光散射Chp無(wú)無(wú)310 沿面（垂直）沿面（垂直） 焦錐焦錐 透明透明白濁，有存儲(chǔ)性白濁，有存儲(chǔ)性 STN 偏振光偏振光 干涉干涉 Np+旋光旋光 材料材料 213沿面扭曲沿面扭曲垂直垂直黃藍(lán)或黑白，多路性好黃藍(lán)或黑白，多路性好 FLC 偏振光偏振光 干涉干涉 S