華中科技電子顯示技術(shù)03-液晶與LCD顯示原理

2.1液晶與液晶顯示器(LCD)2.2液晶用于顯示的物理性能2.3LCD的各種顯示方式及其工作原理和特性2.4各種類型的液晶材料2.6LCD的各種驅(qū)動(dòng)方式2.7LCD的技術(shù)發(fā)展動(dòng)向第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202312.1.1液晶液晶顯示器(liquidcrystaldisplay，LCD)的主要構(gòu)材料為液晶。所謂液晶是指在某一溫度范圍內(nèi)，從外觀看屬于具有流動(dòng)性的液體，但同時(shí)又是具有光學(xué)雙折射性的晶體。這大概便是液晶這個(gè)名詞的來(lái)源。1888年奧地利的植物學(xué)家F．Reinitzer在膽甾醇的苯（甲）酸及醋酸酯化合物中發(fā)現(xiàn)了液晶狀態(tài)。晶體（固態(tài)）各向異性液晶態(tài)有序流體液態(tài)各向同性T1T2熔點(diǎn)清亮點(diǎn)第二章液晶與液晶顯示器

3/2/20232液晶物質(zhì)的大多數(shù)為有機(jī)化合物，其分子的形狀一般為細(xì)長(zhǎng)的棒狀或扁平的板狀。液晶相中這些分子的排列狀態(tài)一般取圖2-2所示的特殊的排列方式，即按圖中所示排列方式的不同，液晶可分為層列(smectic)液晶、向列(nematic)液晶、膽甾相(cholesteric)液晶等幾大類。第二章液晶與液晶顯示器

3/2/20233在層列液晶中，棒狀分子排成層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)分子長(zhǎng)軸互相平行，每層厚度約2～8埃，與層面近似垂直。這種分子層間的結(jié)合較弱，層與層間易于相互滑動(dòng)，用手模，有肥皂的滑膩感，因此，層列液晶顯示出二維液體的性質(zhì)。但與通常的液體相比，其粘度要高得多。在光學(xué)上具有正性雙折射性。層列(smectic)液晶第二章液晶與液晶顯示器

3/2/20234在向列液晶中，棒狀分子都以相同的方式平行排列，每個(gè)分子在長(zhǎng)軸方向可以比較自由地移動(dòng)，不存在層狀結(jié)構(gòu)。因此，富于流動(dòng)性，粘度較小。

可利用外加電場(chǎng)對(duì)具有各向異性的向列液晶分子進(jìn)行控制，改變?cè)蟹肿拥挠行驙顟B(tài)，從而改變液晶的光學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)液晶對(duì)外界光的調(diào)制，達(dá)到顯示目的。向列(nematic)液晶第二章液晶與液晶顯示器

3/2/20235膽甾相液晶與層列液晶同樣形成層狀結(jié)構(gòu)，分子長(zhǎng)軸在層面內(nèi)與向列液晶相似呈平行排列。但是相鄰層面間分子長(zhǎng)軸的取向方位多少有些差別，整個(gè)液晶形成螺旋結(jié)構(gòu)，螺距約為300nm。膽甾相液晶的各種光學(xué)性質(zhì)，例如旋光性、選擇性光散射、圓偏光二色性等都是基于這種螺旋結(jié)構(gòu)。膽甾相(cholesteric)液晶第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202362.1.2液晶與顯示通過(guò)上述討論可以看出，液晶的分子排列結(jié)構(gòu)，并不像晶體結(jié)構(gòu)那樣堅(jiān)固。因此，在電場(chǎng)、磁場(chǎng)、溫度、應(yīng)力等外部刺激的影響下，其分子容易發(fā)生再排列，由此液晶的各種光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。液晶所具有的這種柔軟的分子排列，正是其用于顯示器件、光電器件、傳感器等的基礎(chǔ)。在用于液晶顯示的情況下，液晶的特定的初始分子排列，在電壓及熱等的作用下，其分子排列發(fā)生有別于其他分子排列的變化。伴隨這種分子排列的變化，液晶盒的雙折射性、旋光性、二色性、光散射性、旋光分散等各種光學(xué)性質(zhì)的變化可以轉(zhuǎn)變?yōu)橐曈X變化。也就是說(shuō)，液晶顯示是利用液晶盒的光變換進(jìn)行顯示，屬于非主動(dòng)發(fā)光型(受光型)顯示。第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202372.1.3LCD的特征

LCD最大的特征是兼?zhèn)浔⌒?、輕量、低功耗、低工作電壓等。LCD優(yōu)點(diǎn)如下：1由于低功耗(幾至幾十微瓦每平方厘米)，利用電池即可長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，屬于省能源型；2低電壓運(yùn)行(幾十伏[特])，可由IC直接驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電子回路小型、簡(jiǎn)單。3元件為薄型(幾毫米)，而且從大型顯示(對(duì)角線長(zhǎng)幾十厘米)到小型顯示(對(duì)角線長(zhǎng)幾毫米)都可以滿足，特別適用于便攜式裝置；第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202384屬于非主動(dòng)發(fā)光型顯示，即使在明亮的場(chǎng)所，顯示也是鮮明的；5容易實(shí)現(xiàn)彩色顯示，因此便于顯示功能的擴(kuò)大及顯示的多樣化6可以進(jìn)行投影(擴(kuò)大)顯示及組合(集成)顯示，因此容易實(shí)現(xiàn)大畫面顯示(對(duì)角線為數(shù)米的顯示)。第二章液晶與液晶顯示器

3/2/20239LCD在具有上述優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也存在實(shí)用上的缺點(diǎn)：1.由于屬于非主動(dòng)發(fā)光型，在采用反射方式進(jìn)行顯示時(shí)，在比較暗的場(chǎng)所，顯示不夠鮮明；2.在需要鮮明的顯示及彩色顯示的場(chǎng)合，需要背置光；3.一般說(shuō)來(lái)，顯示對(duì)比度與觀察方向相關(guān)，因此，視角的擴(kuò)大受到限制；4.響應(yīng)時(shí)間與周圍溫度有關(guān)，低溫(-30℃~-40℃)時(shí)工作不能充分保證。第二章液晶與液晶顯示器

3/2/2023102.2.1物理性質(zhì)的各向異性

液晶分幾大類(參照?qǐng)D2-2)，但無(wú)論哪一類，在分子的長(zhǎng)軸相互平行排列這一點(diǎn)上是共同的。從而，液晶物質(zhì)的折射率ｎ，介電常數(shù)ε，磁化率χ，電導(dǎo)σ，粘度η等各種物理性質(zhì)，在液晶分子長(zhǎng)軸的方向(∥)和與其垂直的方向(⊥)有很大的不同，即存在各向異性(n∥≠n⊥，ε∥≠ε⊥，χ∥≠χ⊥，η∥≠η⊥)。正是基于液晶所具有的上述物理性質(zhì)的各向異性，再與其通過(guò)施加電壓及加熱等，分子排列容易發(fā)生再排列的現(xiàn)象相組合，才展現(xiàn)了以液晶顯示為代表的液晶的各式各樣、豐富多彩的應(yīng)用。液晶分子到底有多大程度的有序或單一方向的排列，在處理液晶物理性質(zhì)的各向異性時(shí)十分重要。參照?qǐng)D2-3

第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202311θZXY0an圖中n為著眼于全體液晶分子時(shí)，分子長(zhǎng)軸的擇優(yōu)取向方向，即主軸方向的單位矢量；θ為個(gè)別液晶分子長(zhǎng)軸方向a相對(duì)于n的偏離角。φ液晶分子排列的有序程度，由下式所定義的分子排列的有序化參數(shù)S來(lái)表述:第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202312像各向同性液體那樣，分子長(zhǎng)軸取向完全無(wú)序的場(chǎng)合，S=0；所有分子完全平行取向的理想液晶,S=1。通常，向列液晶的有序化參數(shù)S也與溫度相關(guān)，取值有一定范圍，一般S=0.3~0.8。第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202313

按照光的偏振狀態(tài)不同，可分為五大類：自然光線偏振光部分偏振光圓偏振光橢圓偏振光一、自然光與偏振光：§1偏振光(Polarizationoflight)補(bǔ)充知識(shí)第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202314一.線偏振光E播傳方向振動(dòng)面·面對(duì)光的傳播方向看線偏振光可沿兩個(gè)相互垂直的方向分解EEyEx

yx線偏振光的表示法：·····光振動(dòng)垂直板面光振動(dòng)平行板面第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202315二.自然光沒(méi)有優(yōu)勢(shì)方向自然光的分解一束自然光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、等幅的、不相干的線偏振光。自然光的表示法：···第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202316三.部分偏振光部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、不等幅的、不相干的線偏振光。部分偏振光的表示法：······平行板面的光振動(dòng)較強(qiáng)垂直板面的光振動(dòng)較強(qiáng)··第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202317右旋圓偏振光右旋橢圓偏振光四.圓偏振光,橢圓偏振光第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202318§2偏振片的起偏和檢偏，馬呂斯定律一.起偏

起偏的原理：利用某種光學(xué)的不對(duì)稱性

偏振片起偏：從自然光獲得偏振光起偏器:起偏的光學(xué)器件微晶型·非偏振光線偏振光光軸電氣石晶片··第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202319xyzz線柵起偏器入射電磁波分子型

偏振片的起偏非偏振光I0線偏振光I偏振化方向(透振方向)···P第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202320二.馬呂斯定律I0IPPE0E=E0cos馬呂斯定律（1809）——消光第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202321§3光在晶體中的傳播,雙折射eo一.雙折射的概念1.雙折射自然光n1n2irore(各向異性媒質(zhì))o光e光···

方解石oe···第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202322第二章液晶與液晶顯示器

2.尋常光和非尋常光o光:遵從折射定律e光:一般不遵從折射定律e光折射線也不一定在入射面內(nèi)。3/2/202323光的雙折射現(xiàn)象：1.一束光入射晶體分成兩束光的現(xiàn)象稱為雙折射。第二章液晶與液晶顯示器

3/2/2023243.晶體的光軸當(dāng)光在晶體內(nèi)沿某個(gè)特殊方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射，該方向稱為晶體的光軸。例如，方解石晶體(冰洲石)AB光軸102°

光軸是一特殊的方向,凡平行于此方向的直線均為光軸。單軸晶體：只有一個(gè)光軸的晶體雙軸晶體：有兩個(gè)光軸的晶體第二章液晶與液晶顯示器

3/2/2023254.主平面和主截面主平面：晶體中光傳播方向與晶體光軸構(gòu)成的平面。e光光軸e光的主平面o光光軸o光的主平面····主截面：晶體表面法線與晶體光軸構(gòu)成的平面。二.晶體的主折射率，正晶體、負(fù)晶體光矢量振動(dòng)方向與晶體光軸的夾角不同,光的傳播速度也不同。第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202326

n0，ne稱為晶體的主折射率第二章液晶與液晶顯示器

二者分別代表電矢量的振動(dòng)方向相對(duì)于晶體光軸呈垂直的通常光及呈平行的異常光的折射率。3/2/202327第二章液晶與液晶顯示器

子波源votvet光軸votvet光軸

正晶體

(vo>ve)

負(fù)晶體(vo<ve)子波源正晶體:ne>no(e<o)負(fù)晶體:ne<no(e>o)3/2/202328§4旋光現(xiàn)象一.物質(zhì)的旋光性使線偏振光的振動(dòng)面發(fā)生旋轉(zhuǎn)

旋光物質(zhì)a—旋光率旋轉(zhuǎn)的角度：d第二章液晶與液晶顯示器

3/2/2023292.2.2折射率的各向異性與各種光學(xué)性質(zhì)2.2.2.1折射率的各向異性對(duì)于向列液晶和層列液晶來(lái)說(shuō)，液晶取向n的方向相當(dāng)于單軸晶體的光軸n0代表電矢量振動(dòng)方向與光軸垂直的尋常光o的折射率n⊥，n0=n⊥

ne代表電矢量振動(dòng)方向與光軸平行的非尋常光e的折射率n∥，ne=n∥第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202330折射率的各向異性Δn：Δn=ne-n0=n∥-n⊥正如圖所示，在不同方向上n0表現(xiàn)為球面，ne表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)橢球面。n0通常比ne小，僅在取向n的方向二者才一致。Δn為正。正因?yàn)槿绱耍蛄幸壕Ш蛯恿幸壕ХQ為光學(xué)正液晶。向列和層列液晶第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202331膽甾液晶在膽甾液晶情況下，光軸即螺旋軸，它與液晶分子長(zhǎng)軸取向矢n的方向垂直，這時(shí)：Δn=(ne-n0)＜0所以具有負(fù)的光學(xué)性質(zhì)第二章液晶與液晶顯示器

負(fù)3/2/2023322.2.2折射率的各向異性與各種光學(xué)性質(zhì)2.2.2.2各種光學(xué)性質(zhì)①能使入射光的行進(jìn)方向向液晶分子長(zhǎng)軸的方向偏轉(zhuǎn)。②能改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)（線偏振，圓偏振，橢圓偏振）或偏振方向。③能使入射偏振光相應(yīng)于左旋光或右旋光進(jìn)行反射或者透射。各種液晶顯示器基本上是根據(jù)上述三大光學(xué)特性而設(shè)計(jì)制造的。第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202333當(dāng)入射光與液晶長(zhǎng)軸夾角為θ，入射光可分解為垂直和平行于液晶長(zhǎng)軸的兩個(gè)分量。速度分別為v//，v┴。v┴=Csinθ/n//v//=Ccosθ/n┴n//>n┴光速合成方向與液晶分子長(zhǎng)軸的夾角變小，光線向長(zhǎng)軸靠攏。第二章液晶與液晶顯示器

液晶中3/2/202334第二章液晶與液晶顯示器

表示垂直于紙面的偏光表示與紙面平行方向的偏光表示液晶分子射入液晶的光線的前進(jìn)方向入射光線均勻媒質(zhì)液晶液晶液晶θv//v┴3/2/202335第二條特點(diǎn)可以解釋：設(shè)液晶指向矢n與x軸一致,沿z軸方向人射的電矢量E0為線偏振光,其振動(dòng)方向與x軸成θ角。設(shè)在z=0處,電矢量在x、y方向上的分量為Ex、Ey,則行進(jìn)到z=z處,人射線的偏振光狀態(tài)可用上式表示θ＝π/4隨著δ增大，偏振光狀態(tài)按照直線、橢圓、圓、橢圓、直線偏振光的順序變化第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202336對(duì)于第三個(gè)特點(diǎn)的解釋：對(duì)于扭曲螺距p與光的波長(zhǎng)相差不大的膽甾相液晶而言，表現(xiàn)為旋光物質(zhì)。當(dāng)入射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，反之，則入射光將可以透過(guò)液晶層。第二章液晶與液晶顯示器

3/2/2023372.2.3施加電場(chǎng)引起分子排列的變化

對(duì)具有特定初始分子排列的液晶施加電場(chǎng)，其分子排列會(huì)發(fā)生區(qū)別于其他分子排列的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，與此轉(zhuǎn)變相伴隨，液晶的光學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化。液晶的介電常數(shù)各向異性Δε為正或負(fù)，由液晶的分子結(jié)構(gòu)決定。Δε>0,液晶分子長(zhǎng)軸與極板平行Δε<0，液晶分子長(zhǎng)軸與極板垂直第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202338對(duì)具有介電常數(shù)各向異性Δε的液晶施加電場(chǎng)E，則會(huì)產(chǎn)生下式所表示的電場(chǎng)能量密度對(duì)Δε＞0的液晶施加某一強(qiáng)度以上的電場(chǎng)(E＞Ec)，則分子長(zhǎng)軸(指向n)會(huì)發(fā)生與電場(chǎng)E平行的再排列而對(duì)Δε＜0的液晶來(lái)說(shuō)，會(huì)發(fā)生n與E相垂直的再排列。其原因是，處于這種再排列狀態(tài)時(shí)，液晶的電場(chǎng)能量密度f(wàn)e變得最低。第二章液晶與液晶顯示器

3/2/2023392.3.1液晶的電氣光學(xué)效應(yīng)及顯示方式

液晶分子在其某種排列狀態(tài)下，通過(guò)施加電場(chǎng)，將向著其他排列狀態(tài)變化，液晶盒的光學(xué)性質(zhì)也隨之變化。這種通過(guò)光學(xué)方法，產(chǎn)生光變換的現(xiàn)象，稱為液晶的電氣光學(xué)效應(yīng)(electro-opticeffect)。

電流效應(yīng)型——?jiǎng)討B(tài)散射(DS)型扭曲向列(TN)型賓—主(GH)型雙折射控制(ECB)型介電各向異性型超扭曲向列雙折射(SBF/STN)液晶的相變(PC)型電器光高分子分散(PD)型學(xué)效應(yīng)電場(chǎng)效應(yīng)型單穩(wěn)態(tài)性(非存儲(chǔ))型鐵電型(FLC)雙穩(wěn)態(tài)性(存儲(chǔ))型反鐵電型(AFLC)層列型熱效應(yīng)性膽甾相型圖2-8液晶的各種電氣光學(xué)效應(yīng)第二章液晶與液晶顯示器

3/2/2023402.3.1液晶的電氣光學(xué)效應(yīng)及顯示方式第二章液晶與液晶顯示器

3/2/2023412.3.2扭曲向列型

在透明電極基板間充入10um左右厚的Δε＞0的向列液晶(NP液晶)，構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)，使液晶分子的長(zhǎng)軸在基板間發(fā)生90°連續(xù)的扭曲，制成向列(TN)排列的液晶盒。該液晶盒扭曲的螺距與可見光波長(zhǎng)相比要大得多，因此，垂直于電極基板入射的直線偏光的偏光方向，在通過(guò)液晶盒的過(guò)程中，隨液晶分子的扭曲發(fā)生90°旋光(參照2.2.2節(jié))。因此，這種TN排列液晶盒具有使平行偏振片間的光遮斷，而使垂直偏振片間的光透過(guò)的功能。

第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202342第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202343

圖2-9表示在垂直偏振片間設(shè)置TN排列盒的場(chǎng)合，基于電氣光學(xué)效應(yīng)TN型顯示方式的原理。在這種情況下，不施加電壓時(shí)使光透過(guò)，而施加電壓時(shí)，使光遮斷。在平行偏振片間，這種光的透過(guò)或遮斷關(guān)系是可逆的。目前廣泛普及的LCD的一種就是基于這種TN方式，在白的背景下可以顯示黑，而在黑的背景下可以顯示白。第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202344第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202345第二章液晶與液晶顯示器

Twist270FieldONFieldOFF3/2/2023462.3.3超扭曲向列型2.3.3.1著色方式這種電氣光學(xué)效應(yīng)是基于扭曲角從180°到360°的超扭曲向列液晶分子排列的液晶盒的雙折射效應(yīng)，稱為SBE(super-twistedbirefringenceeffect)或STN(super-twistednematic)效應(yīng)。具體說(shuō)來(lái)，SBE/STN型LCD是在2片偏振片間充以超扭曲向列液晶盒構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)，利用由液晶雙折射性而產(chǎn)生的光干涉現(xiàn)象而進(jìn)行的顯示。

第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202347伴隨著φ的增大，可以獲得明顯陡直的閾值特性。因此，SBE/STN型LCD適用于單純矩陣驅(qū)動(dòng)的大容量顯示。第二章液晶與液晶顯示器

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上、下偏光軸與上、下基片分子長(zhǎng)軸都不互相平行，而是成一個(gè)角度,一般為30度第二章液晶與液晶顯示器

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STN液晶盒一般工作于光程差為0.8um的情況下，干涉色為黃色。當(dāng)加上大于Vth電壓時(shí),白光可透過(guò)液晶層，但是在經(jīng)過(guò)檢偏鏡時(shí)則明顯減弱，液晶盒呈黑色外觀，稱為黑/黃模式。如果檢偏鏡光軸相對(duì)于出射光側(cè)液晶分子長(zhǎng)軸方位左旋30度，則為白/藍(lán)模式。即不加電壓時(shí)，液晶盒呈藍(lán)色，加電壓時(shí)，液晶盒呈無(wú)色外觀。第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202350②TN,起偏鏡的偏光軸與上基片表面液晶分子長(zhǎng)軸平行,檢偏鏡的偏光軸與下基片表面液晶分子長(zhǎng)軸平行,即上下偏光軸互相成90度角;STN液晶盒中,上、下偏光軸與上、下基片分子長(zhǎng)軸都不互相平行,而是成一個(gè)角度,一般為30度TN液晶盒與STN液晶盒的比較：①TN，扭曲角為90。;STN，扭曲角為270或附近值;第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202351③TN，是利用液晶分子旋光特性工作的；STN，是利用液晶的雙折射特性，通過(guò)液晶盒兩束光產(chǎn)生光程差,在通過(guò)檢偏鏡時(shí)發(fā)生干涉。④TN液晶盒工作于黑白模式;STN液晶盒一般工作于光程差為0.8um的情況下,干涉色為黃色。也可以進(jìn)行黑色顯示。第二章液晶與液晶顯示器

3/2/2023522.3.4鐵電型(FLC)目前低檔液晶顯示器件采用TN液晶;中檔,采用STN液晶;高檔,采用有源矩陣TN液晶,但是它們的視角范圍小和響應(yīng)速度慢仍是主要缺點(diǎn),不適用于高速變化的電視圖形顯示。鐵電液晶的發(fā)現(xiàn)為液晶顯示器進(jìn)行視頻驅(qū)動(dòng)帶來(lái)了希望。第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202353幾個(gè)基本概念自發(fā)極化鐵電體電疇在每一個(gè)小區(qū)域內(nèi),極化均勻,方向相同,存在一個(gè)固有電矩,這個(gè)小區(qū)域稱為電疇。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)電偶極矩的現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的自發(fā)極化。凡呈現(xiàn)自發(fā)極化，并且自發(fā)極化的方向能因外施電場(chǎng)而改變的，稱為鐵電體。第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202354鐵電液晶的特點(diǎn)①具有與分子指向矢垂直的固定偶極矩,即具有鐵電性;②具有螺旋結(jié)構(gòu),如3-45所示;③每層分子排列如同近晶C相;第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202355④螺旋的特點(diǎn)為各層中分子的方位角θ不變,但層之間另一個(gè)方位角φ逐層轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度,因此偶極矩隨φ角作螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)第二章液晶與液晶顯示器

3/2/2023562.3.4鐵電型(FLC)非存儲(chǔ)(單穩(wěn)態(tài))型液晶盒的厚度比其手性節(jié)距z要大得多第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202357E=0時(shí),每層中液晶分子與層法線成相同θ角傾斜排列;層之間液晶分子在φ角方向作螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)。如取電極平面與紙面平行,則鐵電液晶分子排列的初始態(tài)如圖(a)所示。螺旋軸與電極平面平行,每一層中分子同向排列,即偶極矩也同向排列,會(huì)產(chǎn)生一定自發(fā)極化。層之間,自發(fā)極化的方向從層到層在φ方向作螺旋轉(zhuǎn)動(dòng),各層分量總體為零,所以總體不表現(xiàn)出自發(fā)極化。第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202358施加直流電場(chǎng)時(shí)，自發(fā)極化強(qiáng)度Ps與電場(chǎng)強(qiáng)度E的相互作用力Ps·E隨電場(chǎng)強(qiáng)度的增加會(huì)使螺旋間距加長(zhǎng)。最終在電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)一定大小的臨界場(chǎng)強(qiáng)(E≥±Ec)時(shí)，z變?yōu)闊o(wú)限大，螺旋結(jié)構(gòu)完全消失。第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202359第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202360FLC型LCD的各種方式(1)雙折射方式E＜－Ec時(shí)，液晶分子長(zhǎng)軸方位與一方偏振片的偏光軸相一致，入射直線偏光通過(guò)液晶盒時(shí)不受雙折射作用，整個(gè)液晶盒呈現(xiàn)暗的狀態(tài)，第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202361E＞＋Ec，分子長(zhǎng)軸的傾斜方位角產(chǎn)生2θ的變化，從而入射直線偏光發(fā)生雙折射，液晶盒全體發(fā)生光干涉現(xiàn)象，從而呈現(xiàn)亮的狀態(tài)，這樣，通過(guò)施加直流電場(chǎng)正、負(fù)極性的切換就可以實(shí)現(xiàn)光閘。明暗的最大對(duì)比度可以在SC*液晶的傾斜角θ為22.5°(=45°/2)的條件下實(shí)現(xiàn)。第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202362在本方式中，使用溶解有二色性染料的SC*液晶盒和一個(gè)偏振片。在施加電場(chǎng)E＜－Ec后的分子排列中，使分子的長(zhǎng)軸方位與偏光軸相一致，這樣入射直線偏光受到二色性染料最大限度地吸收，整個(gè)液晶盒很強(qiáng)地著色(圖2-13(d))。而后，若使施加電場(chǎng)的極性反轉(zhuǎn)(E＞＋Ec)，則分子長(zhǎng)軸的傾斜方位角發(fā)生2θ的變化，從而入射直線偏光受染料的吸收明顯減少，整個(gè)盒色彩變淡乃至接近無(wú)色(圖2-13(c))。SC*液晶的最佳傾斜角為45°

(=90°/2)。(2)二色性方式第二章液晶與液晶顯示器

3/2/2023632.3.6賓-主型

在一定分子排列的液晶(主)中，溶解二色性染料(賓)，該二色性染料的分子在長(zhǎng)軸方向和短軸方向?qū)τ诳梢姽獾奈站哂懈飨虍愋裕匀玖系姆肿优c液晶分子呈平行排列。因此，當(dāng)作為主體的液晶分子排列隨施加電壓而變化，作為客體的染料分子排列也一起連動(dòng)地發(fā)生變化。這樣，通過(guò)二色性染料，可以由外加電壓控制可見光的吸收量。第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202364第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202365在不施加電壓的情況下，由偏振片射出的白色直線偏光的振動(dòng)方向與染料的光吸收軸一致，于是產(chǎn)生光吸收致使透射光著色；另一方面，在施加電壓時(shí)，直線偏光的振動(dòng)方向與染料的光吸收軸相正交，原理上不發(fā)生光吸收，從而透射光不著色。第二章液晶與液晶顯示器

3/2/2023662.3.7雙折射控制型

雙折射控制(ECB)型顯示方式是基于通過(guò)施加電場(chǎng)對(duì)液晶盒的雙折射進(jìn)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的，作為多色液晶顯示方式是很有用的。這種方式根據(jù)所用液晶盒的分子排列不同可分為均質(zhì)垂直方式(DAP)、均質(zhì)平行方式、混合漸變向列方式(HAN)等幾種類型。

第二章液晶與液晶顯示器

3/2/202367圖2-19ECB(DAP)型顯示方式的原理第二章液晶與液晶顯示器

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在不施加電壓的情況下，入射直線偏光通過(guò)液晶盒時(shí)不受雙折射作用，因此不能透過(guò)第二偏振片(檢偏片)，呈黑色。而當(dāng)施加電壓時(shí)，液晶分子長(zhǎng)軸發(fā)生角度為φ的傾斜，入射直線偏光受到雙折射作用而變?yōu)闄E圓偏光，于是部分光透過(guò)檢偏片，從而使透射光著色。第二章液晶與液晶顯示器

3/2/2023692.3.8高分子分散型

高分子分散型由向列液晶和高分子構(gòu)成，并利用復(fù)合體的光散射效應(yīng)進(jìn)行顯示?；谶@種方式的LCD總稱為高分子分散(polymerdispersed，PD)LCD。根據(jù)復(fù)合體的構(gòu)造，這種PD型LCD可分為向列毛團(tuán)準(zhǔn)直相(nematiccurrilinearalignedphase，NCAP)型和聚合物網(wǎng)絡(luò)(polymernetwork，PN)型兩大類。第二章液晶與液晶顯示器

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