LCD结构和显示原理.ppt

內容﹕
1.液晶顯示器的優點
2.液晶顯示器的基本結構
3.LC材料及其物性
4.液晶的光學基礎
5.液晶顯示器件的電光特性
6.LCD顯示原理
7.思考題﹕
自1888年奧地利植物學家萊尼茨爾(F.Reinitzer)發現LC以來﹐已有100多年歷史﹐但LCD真正形成產業是在上世紀70年代末期﹐并至今得到了迅猛的發展﹐大有取代CRT霸主地位之勢。
其優點如下﹕
A)平面型顯示﹐體積小﹐重量輕﹐便于攜帶.
B)低電壓(2~5V)﹐微功耗,工作電流几個微安。
C)壽命長﹐一般在5萬小時以上或5~10年﹐以工作電流大于原來的2倍為准。
D)被動顯示﹐不怕光沖刷﹐外界光越強﹐顯示的內容越清晰。
E)易驅動﹐可和大規模集成電路結合。
F)無輻射﹐對人體無害﹐不易使眼睛疲勞。(CRT輻射相當嚴重。據醫學表明﹐每天用電腦
4~6小時﹐三年后得癌症的几率比其它人提高26%。)
G)易于實現彩色法。(濾色法和干涉法)2.液晶顯示器的基本結構﹕3.LC材料及其物性﹕
3.3.2液晶的雙折射性﹕
液晶是一種各向異性物質﹐在光學是類似于單軸晶體﹐其光軸沿著液晶的指向矢方向﹐所以光在液晶中傳播時會發生雙折射(birefringence),但當入射光方向與分子軸方向平行時﹐則不產生非常光。我們把不產生雙折射的方向軸稱為光軸。
對于向列相液晶﹐當光在液晶中傳播時﹐若非常光折射率(ne)大于尋常光折射率(no),這表明光在液晶中傳播的速度存在ve<vo,即尋常光的傳播速度快﹐這種液晶在光學上稱為正光性材料。如果液晶的光軸用指向矢描述時﹐有n∥=ne,n⊥=no,Δn(折射率各向異性)=n∥-n⊥=ne-no而膽甾相液晶的光軸同螺旋軸平行﹐而與分子軸垂直﹐非常光的折射性小。即ne<no﹐光在這種材料中傳播時﹐非常光傳播速度快﹐即ve>vo﹐所以膽甾相液晶及大部分溶致液晶是負光學材料。
液晶的折射率大小與分子結構(其中與分子極化度的影響很大)﹐波長及溫度有關。 1)折射率與分子極化度的關系﹕ (ne2-no2)/(n2+2)=4/3πρ(ae-ao)極化度變小﹐ne,no,Δn都減小。 2)在可見光區﹐no一般在1.52左右。當波長增加時﹐no逐步下降﹐直到紅外線區才趨緩和。 3)當溫度上升時﹐no稍有增加﹐比較顯著的增加出現在靠近清亮點時﹐但ne卻下降。溫度超過清亮點時﹐ne=no。 Δn的大小對液晶顯示器的影響很大﹐為得到較寬的視角﹐液晶材料的光學各向異性Δn與盒厚d相匹配﹐使之符合Δnd≧λ/2.(λ=光波長)。Δn小﹐則液晶顯示器的視角大﹐但要求采用厚的液晶盒﹐否則會出現采虹。但增大盒厚﹐則器件的響應速度變慢。經計算可知﹐在人視角響應峰值波長λ=550um下﹐當Δnd=0.5,Δnd=1.0和Δnd=1.5時﹐不會出現彩虹。3.3.3液晶的彈性常數(K11/K22/K33)﹕
液晶的彈性常數是描述液晶分子彈性形變的物理量,與液晶器件的占空比﹑閾值電壓﹑響應時間密切相關。通常有三個彈性常數﹐即彎曲彈性常數(K33)﹑扭曲彈性常數(K22)﹑展曲彈性常數(K11)﹐液晶的彈性常數一般在10-11~10-12N之間﹐比一般的彈性體小很多。因此液晶分子排列很容易受電場﹑磁場﹑和應力等外場的影響使原有的基態發生畸變。

液晶的彈性常數取決于分子結構﹑形狀和溫度。溫度上升﹐彈性常數迅速降低。
液晶分子結構﹑形狀對彈性常數有重大影響。如用苯環取代彎曲的丁基可使K33/K11增加﹐同時K33/K11隨烷基鏈長的增加而降低﹐K33/K11越小﹐則該液晶材料的電光銳度曲線更陡峭﹐多路驅動能力增加。許多液晶材料其K22經常比K33﹐K11小﹐K22/K11一般在0.4~0.8的范圍之內。
彈性常數大﹐閾值電壓也大﹐不過響應速度加快。4.液晶的光學基礎﹕
4.1偏振光﹕
定義﹕光波的電振動相對于傳播方向具有不對稱性的光。 偏振狀態﹕光波在與傳播方向垂直的二維空間里電矢量E有各種各樣的狀態﹐這種狀態稱為光的偏振狀態。常見的分為如下五種﹕ 1)自然光2)直線偏振光3)部分偏振光4)圓偏振光5)橢圓偏振光
下面簡要介紹一下自然光﹑直線偏振光﹑圓偏振光﹑橢圓偏振光。 4.1.1自然光﹕以光的傳播方向為對稱軸﹐電振動對傳播方向具有對稱性的光波。用檢偏器檢驗時﹐隨著檢偏器透射軸方向的轉動﹐透射光的強度保持不變。 4.1.2直線偏振光﹕光在傳播過程中﹐其電矢量E的振動始終保持在一確定的平面內﹐且電矢量E在與傳播方向垂直的平面上的投影是一條直線。用檢偏器檢驗時﹐檢偏器透射軸方向每轉動90度﹐透射光的強度出現一次極大和一次消光。 4.1.3圓偏振光﹕光在傳播過程中﹐其電矢量E在波面內