LCD结构和显示原理.ppt

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1、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

2、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)1.液晶顯示器的優點﹕2.液晶顯示器的基本結構﹕以TN型液晶顯示器為例。上偏光片玻璃電極導電材料玻璃下偏光片LC層電極封框膠結合精電實際情況﹐談談几種主要生產物料(如玻璃﹑偏光片﹑PI及導電料等)的組成及技朮參數。設計要點﹕1)盒厚5~10um,盒內充入正介電常數P型向列相LC.2)扭曲角度90度﹐入傾角2~3度。3)Δnd滿足第一極小(0.48um)或第二極小(1.08

3、um)4)偏光片偏光軸平行(常黑型)或垂直(常白型)﹐且入射基板上偏光片偏光軸相對于入射基板的摩擦方向平行或垂直。反射層PI3.LC材料及其物性﹕3.1LC分類﹕1)熱致液晶--因溫度變化而破壞其晶格而形成的液晶。(向列相/近晶相/膽甾相)2)熔致液晶--因加入某種溶劑引起濃度變化而破壞晶格所形成的液晶。(肥皂水)3.2LC的基本結構﹕Y,Y’為未端基團有R-(烷基)﹐RO-(烷氧基)﹐-CN(氰基)﹐-CF3等,是構成液晶不可缺少的部分。A為連接基團﹐有-CH2CH2-,-COO-,-C=C-等;B﹐B’為環體系。如苯環及等。C/C’為側向基團﹐在顯示用液晶材料中很少

4、見。NN3.3液晶的應用物理特性(以向列相液晶為例)﹕3.3.1液晶的介電各向異性(Δε)﹕液晶材料的最基本電參數。決定液晶分子在電場中的行為.因液晶分子是極性分子﹐沿長軸和短軸方向表現不同的空間各向異性。Δε=ε(平行)--ε(垂直)可正可負。取決于液晶分子永久偶極矩和分子長軸間夾角的大小。當Δε>0時﹐液晶分子沿電場方向取向(p型)﹔當Δε<0時﹐液晶分子垂直電場方向取向(n型)﹐在LCD驅動中決定閾值電壓(Vth)和響應速度。在低頻電場中﹐混合液晶介電各向異性具有加和性。但在高頻電場中﹐由于永久偶極矩的變化跟不上電場的變化﹐所以ε(平行)可能小于ε(垂直)使介電各

5、向異性<0。這一點是雙頻驅動的基礎。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

6、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nevo﹐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

7、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