講課2章液晶材料

1、會計學(xué)1講課講課2章液晶材料章液晶材料第1頁/共44頁2.1 液晶分子的基本骨骼液晶的性質(zhì) 液體的流動性、固體的各向異性 有機化合物：主要含C、H、O、N 也含F(xiàn)、ClH 有1只手O 有2只手C 有4只手第2頁/共44頁液晶的分子構(gòu)造原子們拉起手來構(gòu)成棒狀或園盤狀液晶分子原來液晶分子幾乎都是棒狀和盤狀的??！第3頁/共44頁堅硬部 柔軟部分 縫隙部末端部剛性部縫隙部末端部第4頁/共44頁液晶的混合技術(shù) 得到單質(zhì)液晶中得不到的功能與性 質(zhì)，如加寬液晶的溫度帶、降低黏 度使響應(yīng)速度加快、獲得合適的光 學(xué)各向異性等。 通過混合多種單質(zhì)材料， 可以 第5頁/共44頁2.2 顯示和液晶材料TN顯示模式任何

2、顯示模式都離不開加電壓使液晶分子的排列發(fā)生變化，從而產(chǎn)生明暗變化這個共通原理。1章介紹的扭曲90度的顯示模式稱為（Twisted Nematic）TN模式第6頁/共44頁給液晶施加電壓時誘導(dǎo)偶極子電壓on 電壓off 第7頁/共44頁計算器中的液晶分子多用正性液晶、介電各向異性大的液晶。 加電壓時，分子長軸方向上的介電常數(shù)大于短軸方向上的介電常數(shù)，這種液晶稱為正性液晶。反之為負(fù)性液晶。 介電各向異性越大、所需驅(qū)動電壓越低。第8頁/共44頁計算器中的液晶分子R=C5H11 英國Gray發(fā)明的5CB 具有氰基的液晶化合物（箭頭代表電偶極子） 第9頁/共44頁 顯示用液晶材 料通常由10種 左右的分

3、子組成第10頁/共44頁2.3 STN液晶材料通過對TN液晶的改善獲得的STN液晶材料，具有陡峻的透過率 電壓特性，和大的彈性系數(shù)比 K33/K11。第11頁/共44頁彈性常數(shù)通常彈性常數(shù)是物體形變時描述物體堅韌程度的尺度。向列相液晶位置無序，無壓縮性彈性。但方向有序，與分子方位變形相關(guān)的彈性存在。展曲（splay）形變 扭曲(twist)形變 三種形變一致排列彎曲(bend)形變第12頁/共44頁展曲彈性常數(shù)：K11扭曲彈性常數(shù)：K22彎曲彈性常數(shù)：K331985年提出適于TN顯示的材料具有較大的K33/K11(L/D)具有較大K33/K11的烯屬化合物TN材料第13頁/共44頁光學(xué)特性烯屬

4、化合物具有雙折射強的特性，即折射率的各向異性大。光學(xué)各向異性介質(zhì)中，光的行進(jìn)方向不同行進(jìn)速度也不同。折射率大的方向光速慢折射率小的方向光速快第14頁/共44頁2.4 TFT液晶材料液晶與薄膜晶體管TFT(Thin Film Transistor)組成的有源矩陣方式已成為液晶顯示的主流。第15頁/共44頁第16頁/共44頁TFT液晶材料高電阻率對紫外光的高穩(wěn)定性（無分解）如果電阻率不高盒內(nèi)電壓降減小 電壓保持率（液晶上實際電壓的維持效果）劣化 第17頁/共44頁材料在紫外光下的分解會產(chǎn)生離子，也會使實效電壓下降。第18頁/共44頁折射率差值折射率差值過大，大視角處會出現(xiàn)色反轉(zhuǎn)；折射率差值過小，對

5、比度低下。一般0.08為宜。 介電常數(shù)的各向異性大，驅(qū)動電壓低。第19頁/共44頁含氟化合物為滿足上述條件，氰基化合物已不使用，而廣泛使用含氟化合物第20頁/共44頁含氟化合物：高電阻率、低黏度 介電各向異性大、 響應(yīng)速度快F 的電負(fù)性強，吸引電子云，在分子內(nèi)部形成的電偶極子比氰基 CN 化合物的大。向列相液晶的分子偶極以正、負(fù)相同的幾率在排列中出現(xiàn)抵消狀態(tài)第21頁/共44頁2.5 手性分子左右對稱左手與右手鏡面對稱第22頁/共44頁手性分子非手性對稱手性對稱第23頁/共44頁膽甾相 由手性分子構(gòu)成的向列相液晶Cholesteric Liquid Crystal 特性：旋光性選擇反射螺旋軸第2

6、4頁/共44頁選擇反射波長為1m的光沿螺旋軸入射、通過旋轉(zhuǎn)螺距為1m的右旋扭曲排列液晶時，50%的光透過，剩下50%的光被反射。透過光為左園偏振光，反射光為右園偏振光。沿螺旋軸入射的、波長與螺距相同的光將以與螺旋軸相同旋轉(zhuǎn)方向的園偏振光形式被反射。第25頁/共44頁選擇反射的利用溫度傳感器使旋轉(zhuǎn)螺距為可見光波長范圍400700nm,反射光的顏色即可用肉眼觀察。一般螺距隨溫度變化，根據(jù)反射的顏色可判定溫度。第26頁/共44頁2.6 鐵電與反鐵電液晶材料 FLC:Ferroelectric Liquid Crystal手性近晶相 鐵電性近晶C相 分子長軸與層法線夾一定角度第27頁/共44頁 鐵電性

7、近晶C相分子結(jié)構(gòu) 特點：有這樣的手性碳 C* 存在，它的4只 手（鍵）連接著 4 個不同的原子團。分子偶極子方向與分子長軸垂直。分子偶極矩遠(yuǎn)比向列相分子的大。第28頁/共44頁電偶極子與極化外加電場時，分子的電偶極子轉(zhuǎn)向電場方向，產(chǎn)生電偶極子與分子的連動，同時產(chǎn)生極化。 偶極子與 分子連動 ??！第29頁/共44頁鐵電液晶顯示的原理極化強度PS分子層傾角=22.5第30頁/共44頁鐵電液晶顯示的特點：獲得亮態(tài)的方法是利用雙折射效果，使線偏振光變?yōu)闄E圓偏振光。向列相液晶顯示：將線偏振光旋光出射獲得亮態(tài)。第31頁/共44頁鐵電液晶的記憶效應(yīng)暗、亮兩排列狀態(tài)為雙穩(wěn)態(tài)，即使切斷電源最終狀態(tài)仍被保持，此現(xiàn)

8、象稱為記憶效應(yīng)。記憶效應(yīng)可用于象計算機上的靜態(tài)畫面儲存，具有節(jié)能作用。第32頁/共44頁反鐵電液晶：每層極化方向相反的 去極化狀態(tài)反鐵電液晶的三穩(wěn)態(tài)電場中的三穩(wěn)態(tài)第33頁/共44頁反鐵電液晶的優(yōu)點：在鐵電液晶中保持某一狀態(tài)時，由于長期處于一種極化狀態(tài)使液晶內(nèi)部的離子定向偏移。即使電壓改變方向，也不能消除此影響。這個現(xiàn)象稱為燒焦現(xiàn)象。反鐵電液晶可用交流電驅(qū)動，其暗態(tài)又是去極化狀態(tài)，不會產(chǎn)生燒焦問題。第34頁/共44頁鐵電與反鐵電液晶由手性分子組成。能在電場中構(gòu)成多種平面排列狀態(tài)。手性分子香蕉形分子也能構(gòu)成鐵電與反鐵電液晶第35頁/共44頁2.7 其它液晶材料IPS模式的液晶材料In Plane

9、Switch視角特性優(yōu)良、電壓保持特性好的顯示模式。由于保持特性差而在TFT模式中不能使用的氰基化合物在此模式中可使用。第36頁/共44頁VA模式的液晶材料加電場時液晶分子為平行基板面的排列。分子長軸方向的介電率小于分子短軸方向的。第37頁/共44頁溫度傳感器材料和魚油魚的內(nèi)臟中可提取膽甾相液晶溫度傳感器：膽甾相液晶的選擇性反射。第38頁/共44頁使用液晶的強力纖維液晶不僅可用于顯示，還可用于制作超高強度纖維。其方法是將液晶態(tài)的高分子纖維原料在細(xì)孔中高速拉出。由于液晶很容易形成分子平行排列，小孔中拉出的纖維具有長分子的順排結(jié)構(gòu)，這是其高強度的秘密所在。此過程稱為液晶紡絲法（纖維本身并不是液晶態(tài)）。液晶紡絲制成的纖維可做防彈衣（美國）。抗沖擊、耐熱、不燃燒、不導(dǎo)電、輕質(zhì)。第39頁/共44頁2.1 液晶分子的基本骨骼液晶的性質(zhì) 液體的流動性、固體的各向異性 有機化合物：主要含C、H、O、N 也含F(xiàn)、ClH 有1只手O 有2只手C 有4只手第40頁/共44頁液晶的分子構(gòu)造原子們拉起手來構(gòu)成棒狀或園盤狀液晶分子原來液晶分子幾乎都是棒狀和盤狀的??！第41頁/共44頁液晶的混合技術(shù) 得到單質(zhì)液晶中得不到的功能與性 質(zhì)，如加寬液晶的溫度帶、降低黏 度使響應(yīng)