液晶顯示材料及應(yīng)用課件

液晶顯示材料及應(yīng)用基本知識(shí)和簡單原理液晶顯示材料基礎(chǔ)知識(shí)液晶知識(shí)涉及多學(xué)科，橫跨多個(gè)領(lǐng)域，業(yè)內(nèi)人士需要做的最多的就是對多個(gè)因素的優(yōu)化、再優(yōu)化，解決或緩解多因素之間的矛盾和沖突。作為液晶材料的開發(fā)，這一點(diǎn)就更為突出：包括相變范圍、介電、折光、驅(qū)動(dòng)電壓、驅(qū)動(dòng)路數(shù)、粘彈性、視角、能耗等方面在內(nèi)的十幾個(gè)參數(shù)需要調(diào)整和優(yōu)化，以求達(dá)到為顯示器提供整體性能優(yōu)越的液晶材料。液晶顯示材料基本性能熱力學(xué)行為——相態(tài)和相變電學(xué)特性——容性、阻性光學(xué)特性——雙折射、光活性動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)范疇——粘彈性液晶的相態(tài)和相變C、液晶的相變：

a、C—S（A、B、C……）；b、S—N；c、N—I；D、相態(tài)、相變的判別和測量：

a、觀察法——偏光熔點(diǎn)儀，通過其各相在偏光顯微鏡下的不同現(xiàn)象可以辨別相態(tài)和測量相變點(diǎn)，是快速檢測的手段。b、熱分析法——DSC差熱分析，通過各相相互轉(zhuǎn)變時(shí)伴有能量得失——熱量的吸收和放出，用檢測裝置來測量相變點(diǎn)。是對液晶進(jìn)行分析的有利手段。顯示器件對材料相態(tài)相變要求普通TN的要求：

工作溫度范圍內(nèi)為向列相有一定的相穩(wěn)定性

STN器件的要求：

更寬的向列相范圍高低溫范圍內(nèi)須有較好的相穩(wěn)定性，即有序程度要較高

液晶的容性和阻性容性特性介電性質(zhì)閾值、飽和電壓、陡度溫度依賴性頻率依賴性驅(qū)動(dòng)條件阻性特性耗電流、能耗靜電行為液晶的容性特征閾值、飽和值和陡度

閾值與液晶介電常數(shù)相關(guān)Vth=π（K/△εε0）1/2

陡度與K33/K11以及△ε/ε⊥相關(guān)閾值電壓、飽和電壓是驅(qū)動(dòng)電壓選擇的基本依據(jù)，陡度是掃描行數(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)。兩體系混合后閾值電壓和陡度并非線性疊加，而須實(shí)際測試確定

液晶的容性特征介電的溫度依賴性

隨著溫度的上升，介電各向異性減小在遠(yuǎn)離清亮點(diǎn)的溫度下，介電各向異性隨溫度緩慢變小溫度升至清亮點(diǎn)以上時(shí)，介電各向異性消失寬溫產(chǎn)品應(yīng)考慮此因素

液晶的容性特征介電的頻率依賴性

介電各向異性隨測試頻率的上升而降低介電各向異性當(dāng)測試頻率足夠高時(shí)，介電各向異性消失高DUTY驅(qū)動(dòng)時(shí)需考慮此因素驅(qū)動(dòng)條件的選擇DUTY數(shù)確定根據(jù)液晶材料的陡度來估計(jì)它的適用掃描線數(shù)Nmax=（（P2+1）/（P2-1））2BIAS的確定根據(jù)最佳偏壓比算法a=N1/2+1有效電壓的計(jì)算Von=(1-(a2-1)/N)1/2·V/aVoff=(1+(a2-4a+3)/N)1/2V/a實(shí)際驅(qū)動(dòng)條件的選擇需要考慮顯示器件的實(shí)際對比度、視角、工作溫度、響應(yīng)以及驅(qū)動(dòng)芯片負(fù)載能力等多方面因素液晶的阻性特征液晶是高阻材料

液晶的電阻率非常高，一般都在1010歐姆厘米以上。液晶的電阻特性是材料本身決定的，它和介電常數(shù)、閾值電壓有一定聯(lián)系一般認(rèn)為，液晶的阻性電流是雜質(zhì)的帶入而引起的液晶器件的能耗和電阻電流液晶器件的能耗來自電容和電阻，其中主要是電容液晶在電場作用中，可以形成電阻電流動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)時(shí)，隨頻率的上升，容性明顯增強(qiáng)，阻性相對減弱液晶的阻性特征液晶電阻的測量

測量原理：Rx>>R0測量設(shè)備：高阻儀、電導(dǎo)電極等；測量條件：溫度、濕度，測量電壓測量精度保證：屏蔽和接地情況UCBRxR0液晶的阻性特征液晶保存和使用對液晶電阻率的影響

離子性雜質(zhì)的引入是降低液晶電阻率的主要因素極性雜質(zhì)也使液晶電阻率降低強(qiáng)烈的光照可以是液晶電阻率降低,UV光的破壞尤為強(qiáng)烈環(huán)境可以導(dǎo)致液晶尤其是低閾液晶的電阻率下降

盛裝容器的潔凈程度液晶使用過程中的接觸物品使用液晶環(huán)境的光照情況液晶所在環(huán)境的溫濕度情況成盒前的工序的潔凈程度液晶的雙折射液晶的折射率no、ne偏振光線偏振橢圓偏振相延遲和色散

液晶的雙折射液晶的折射率

液晶具有雙折射這一晶體特性no為尋常光折射率，其偏振方向與分子長軸垂直，ne則平行光學(xué)各向異性定義為△n=ne-no這一參數(shù)在STN設(shè)計(jì)中是極為關(guān)鍵的△n與介電常數(shù)、清亮點(diǎn)、有序程度等參數(shù)相關(guān)液晶的雙折射折射率的溫度依賴性

折射率隨溫度的升高而降低折射率各向異性也隨溫度上升而降低溫度接近清亮點(diǎn)時(shí)，各向異性急劇下降溫度高于清亮點(diǎn)時(shí)，各向異性消失這一因素對高溫工作的液晶器件有著非常大的影響液晶的雙折射折射率的頻率依賴性

隨著測試光源的頻率的變化，液晶的折射率也發(fā)生變化頻率升高，折射率增大在可見光波段內(nèi)，折射率的變化足以影響顯示器件的色度在C-STN中，不但需要需要補(bǔ)償膜，而且對液晶的這一性能要求也較為嚴(yán)格液晶的光活性手性物質(zhì)含有一個(gè)或多個(gè)手性C（不對稱C）的物質(zhì)，被稱為手性物質(zhì)。這個(gè)C周圍的四個(gè)基團(tuán)是兩兩不同的。旋光性

偏振光通過手性物質(zhì)時(shí)，其電矢量會(huì)出現(xiàn)一定程度的偏轉(zhuǎn)。螺距和HTP值

在膽甾相中，液晶分子是呈螺旋狀排列的，當(dāng)指向矢旋轉(zhuǎn)360度時(shí)，在螺旋軸方向上距離稱為自然螺距。HTP指定義為1/PC，是表征手性物質(zhì)扭曲能力的指標(biāo)。偏振光基礎(chǔ)橢圓偏振光

橢圓偏振光電矢量的強(qiáng)度和振動(dòng)方向是時(shí)間和空間的函數(shù)，即隨著光的傳播其電矢量的強(qiáng)度和振動(dòng)方向是在變化的——如果其電矢量的軌跡在垂直光線傳播的平面內(nèi)的投影為橢圓，那么，稱其為橢圓偏振光。

橢圓偏振光可以分解為兩個(gè)電矢量垂直的線偏光，反之，亦可由線偏光合成液晶對光的相延遲和色散液晶對光具有雙折射效應(yīng)，使得o光和e光在液晶中傳播速度不同，從而導(dǎo)致在出射時(shí)二者相位不同因應(yīng)液晶的光學(xué)各向異性的不同，所產(chǎn)生的相位差不同影響相位差第二個(gè)因素為液晶層的厚度第三個(gè)有關(guān)的因素入射光的波長，不同波段的光的透射光強(qiáng)有較大變化折射率隨光頻的變化導(dǎo)致色散，使STN顯示為有色顯示液晶的粘彈性粘度性能體積粘度旋轉(zhuǎn)粘度彈性性能K11、K22、K33K33/K11、K22/K11液晶的粘度粘度的本質(zhì)是分子間內(nèi)摩擦力

速度梯度為1時(shí)單位面積的內(nèi)摩擦力，分動(dòng)力學(xué)粘度、運(yùn)動(dòng)粘度體積粘度屬于動(dòng)力學(xué)范疇，單位為PaS或P；運(yùn)動(dòng)粘度單位m2/s。液晶有其自己的特點(diǎn)和限制，有一定極限

液晶的粘度與介電常數(shù)、清亮點(diǎn)、折射率有關(guān)粘度與溫度基本呈指數(shù)關(guān)系

γ∝SδexpB/T,溫度上升，粘度降低；溫度下降，粘度增加兩體系混合后的粘度并非線性疊加

粘度影響響應(yīng)時(shí)間液晶器件的響應(yīng)時(shí)間與液晶的粘度相關(guān)

τ∝γd2，且開時(shí)間還與驅(qū)動(dòng)電壓和K有關(guān)；關(guān)時(shí)間與K相關(guān)顯示器的響應(yīng)時(shí)間仍需實(shí)驗(yàn)測試和評估，尤其在STN顯示器方面響應(yīng)時(shí)間與驅(qū)動(dòng)條件相關(guān)與驅(qū)動(dòng)頻率（小頻率）相關(guān)與掃描路數(shù)（DUTY）相關(guān)與驅(qū)動(dòng)波形相關(guān)與驅(qū)動(dòng)芯片的負(fù)載能力相關(guān)液晶的彈性性能三個(gè)彈性常數(shù)K11K22K33液晶的彈性性能彈性自由能

F=1/2[K11（▽?n）+K22（n?▽×n）+K33（n?▽n）]STN陡度與K33/K11、K22/K11有關(guān)

K33/K11增大有利于STN陡度的提高K22/K11降低有利于STN陡度的提高STN響應(yīng)與K33/K11有關(guān)

K33/K11增大不利于響應(yīng)的改善液晶材料的應(yīng)用領(lǐng)域普通TN、HTN型顯示器件無源矩陣顯示器件——STN有源矩陣顯示器件——TN、IPS、MVA多穩(wěn)態(tài)顯示器件賓主型液晶顯示器件PDLC液晶顯示器件其他應(yīng)用領(lǐng)域STN顯示器對液晶性能的選擇驅(qū)動(dòng)條件

DUTY？BIAS？Vop？→Vth，Vsat，P

響應(yīng)要求

響應(yīng)時(shí)間→粘度、Gap、△n色度要求

黃、綠→△nd/λ，偏光片角度STN顯示器對液晶性能的選擇成盒要求扭曲角→

240°/180°；預(yù)傾角→5-6°；d/p→(φ/2π-0.25，φ/2π+0.25）;p=1/htp?c工作溫度范圍

高低溫光電曲線→最基本條件是向列相范圍；底色、對比度、驅(qū)動(dòng)電壓、響應(yīng)等隨溫度的變化在要求范圍內(nèi)能耗及穩(wěn)定性要求