液晶顯示原理84902

1、液晶物質(zhì)物質(zhì)分為三類氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)，隨著人們對物質(zhì)狀態(tài)認(rèn)識的不斷深入發(fā)現(xiàn)物質(zhì)除了上述三態(tài)外還存在著離子態(tài)(plasmas)非晶固態(tài)(amplhoussolids)液晶態(tài)(liquidcrystals)超導(dǎo)態(tài)(superconducts)中子態(tài)(neutronstate)等。迄今已發(fā)現(xiàn)數(shù)十萬種以上的液晶物質(zhì)，在100多年前澳地利的植物學(xué)家Reinitzer在1888年從顯微鏡中觀察到一種奇怪的現(xiàn)象膽固醇苯甲酸酯在145.5℃時(shí)熔化成一種

2、霧狀的液體在178.5℃時(shí)突然全部變成清亮的當(dāng)冷卻時(shí)先出現(xiàn)紫藍(lán)色不久后即自行消失物質(zhì)再呈渾濁狀液體繼續(xù)冷卻再次出現(xiàn)藍(lán)色然后固化成白色的結(jié)晶體。Reinitxer對在晶體(固態(tài))和清亮態(tài)(液態(tài))之間出現(xiàn)兩個(gè)熔點(diǎn)等現(xiàn)象百思不得其解于是他將樣品連同他的實(shí)現(xiàn)觀察一起寄給當(dāng)時(shí)著名的德國物理學(xué)家LehmannLehmann在他自己安裝的有熱臺的偏光顯微鏡下作了仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)有雙折射性雙折射是晶體所具有的特殊性質(zhì)他的結(jié)論是:在145.5℃和178.5℃

3、之間既具有各向異性的晶體所特有的雙折射性又具有液體流動(dòng)性的物質(zhì)狀態(tài)的膽固醇苯甲酸酯呈現(xiàn)一種新的物質(zhì)形態(tài)!在徘徊了幾年之后他給這種物質(zhì)形態(tài)取名為液晶。液晶物質(zhì)的分類溶致液晶:將某些物質(zhì)溶于另一物質(zhì)時(shí)形成的液晶態(tài)因此被成為溶致液晶。雙親分子多屬溶致液晶肥皂水是一種典型的溶致液晶。細(xì)胞膜是酯類分子構(gòu)成的雙層溶致液晶。溶致液晶廣泛存在于自然界特別是生物體內(nèi)它不僅廣泛應(yīng)用于人類生活的各個(gè)領(lǐng)域而且在生物物理生物化學(xué)和仿生學(xué)領(lǐng)域深受矚目。很多生物體的

4、構(gòu)造如大腦、神經(jīng)、肌肉、血液等生命物質(zhì)或生命的新陳代謝知覺、信息傳遞等生命現(xiàn)象都與這種液晶有關(guān)。熱致液晶:因溫度而異出現(xiàn)液晶態(tài)。如手表、液晶電視、電腦的液晶顯示屏等用的就是熱致液晶主要分為:(1)向列相(nematic):組成的分子象普通流體一樣呈無序分布。光學(xué)電磁學(xué)性質(zhì)呈現(xiàn)與亮體相似的各向異性被稱作三維各向異性流體。(2)近晶相(Smetic)：組成的分子中心在一個(gè)方向具有周期序棒狀分子組成層層內(nèi)分子長軸相互平行其方向可以垂直于層面或

5、與層面成傾斜排列(3)螺旋相(cholesteric)：如果組成的分子具有手征性分子取向在空間會形成扭轉(zhuǎn)螺旋結(jié)構(gòu)。因此其光學(xué)特性具有強(qiáng)烈的圓二色性與其它光活性(也叫螺旋性)這類液晶分子呈扁平狀排列成層層內(nèi)分子相互平行分子長軸平行于層平面不同層的分子長軸方向稍有變化沿層的法線方向排列成螺旋結(jié)構(gòu)。螺矩P指當(dāng)不同層分子長軸排列沿螺旋方向經(jīng)歷360的變化后又回到初始取向這個(gè)周期性的層間距稱為螺旋相液晶的螺矩。TN(TwistNematic)扭曲

6、向列相液晶扭曲向列相液晶向列型液晶夾在兩片玻璃中間，這種玻璃的表面上先鍍有一層透明導(dǎo)電薄膜向列型液晶夾在兩片玻璃中間，這種玻璃的表面上先鍍有一層透明導(dǎo)電薄膜ITO(氧化銦錫氧化銦錫)以作電極之用，然后在有薄膜電極的玻璃上涂取向?qū)幼麟姌O之用，然后在有薄膜電極的玻璃上涂取向?qū)覲I(聚酰亞胺聚酰亞胺)，以使液晶順著一個(gè)特定，以使液晶順著一個(gè)特定且平行于玻璃表面的方向排列。液晶的自然狀態(tài)具有且平行于玻璃表面的方向排列。液晶的自然狀態(tài)具有90度的

7、扭曲，利用電場可使液晶分子度的扭曲，利用電場可使液晶分子旋轉(zhuǎn)，液晶的雙折射率隨液晶的方向而改變，影響的結(jié)果是偏振光經(jīng)過旋轉(zhuǎn)，液晶的雙折射率隨液晶的方向而改變，影響的結(jié)果是偏振光經(jīng)過TN型液晶后偏振型液晶后偏振方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。只要選擇適當(dāng)?shù)暮穸仁蛊窆獾钠穹较騽偤酶淖兎较虬l(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。只要選擇適當(dāng)?shù)暮穸仁蛊窆獾钠穹较騽偤酶淖?0度，就可利用兩個(gè)平度，就可利用兩個(gè)平行偏光片使得光完全不能通過。而足夠大的電壓又可以使得液晶方向與電場方向平行，

8、這行偏光片使得光完全不能通過。而足夠大的電壓又可以使得液晶方向與電場方向平行，這樣光的偏振方向就不會改變，光就可通過第二個(gè)偏光片。于是，就可控制光的明暗了。樣光的偏振方向就不會改變，光就可通過第二個(gè)偏光片。于是，就可控制光的明暗了。TN型常用在電子手表，計(jì)算器等簡單顯示方面。型常用在電子手表，計(jì)算器等簡單顯示方面。STN(SuperTwistNematic)超扭曲向列型液晶超扭曲向列型液晶與TN型液晶的顯示原理相同，只是它將入射光旋轉(zhuǎn)型

9、液晶的顯示原理相同，只是它將入射光旋轉(zhuǎn)180～270度，而不是度，而不是90度。而且，度。而且，單純的單純的TN型液晶顯示器本身只有明暗兩種變化。而型液晶顯示器本身只有明暗兩種變化。而STN液晶則以淡綠色和橘色為主。在液晶則以淡綠色和橘色為主。在液晶屏上加一層補(bǔ)償膜可使之變成黑白的液晶屏上加一層補(bǔ)償膜可使之變成黑白的稱為膜補(bǔ)償超扭曲向列型液晶稱為膜補(bǔ)償超扭曲向列型液晶(FSTN)。但如果在。但如果在傳統(tǒng)單色傳統(tǒng)單色STN液晶顯示器加上一

10、彩色濾光片，并將單色顯示矩陣中的每一像素分成三個(gè)子液晶顯示器加上一彩色濾光片，并將單色顯示矩陣中的每一像素分成三個(gè)子像素，分別通過彩色濾光片顯示紅、綠、藍(lán)三原色，就可以顯示出色彩了像素，分別通過彩色濾光片顯示紅、綠、藍(lán)三原色，就可以顯示出色彩了稱為稱為CSTN(ColSTN)，這就是大家通常所說的偽彩屏。，這就是大家通常所說的偽彩屏。STN，F(xiàn)STN和CSTN常用來做手機(jī)常用來做手機(jī)顯示屏，游戲機(jī)屏等。顯示屏，游戲機(jī)屏等。TFT（Thi

11、nFilmTransist）薄膜晶體管液晶顯示）薄膜晶體管液晶顯示在玻璃基片上沉積一層硅在玻璃基片上沉積一層硅通過印刷光刻等工序作成晶體管陣列通過印刷光刻等工序作成晶體管陣列每個(gè)像素都設(shè)有一個(gè)半導(dǎo)體每個(gè)像素都設(shè)有一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)，其加工工藝類似于大規(guī)模集成電路。再把液晶灌注在兩片玻璃之間開關(guān)，其加工工藝類似于大規(guī)模集成電路。再把液晶灌注在兩片玻璃之間由于每個(gè)像素都由于每個(gè)像素都可以通過點(diǎn)脈沖直接控制，因而，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都相對獨(dú)立，并可以進(jìn)行連

12、續(xù)控制，這樣的設(shè)可以通過點(diǎn)脈沖直接控制，因而，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都相對獨(dú)立，并可以進(jìn)行連續(xù)控制，這樣的設(shè)計(jì)不僅提高了顯示屏的反應(yīng)速度，同時(shí)可以精確控制顯示灰度，所以計(jì)不僅提高了顯示屏的反應(yīng)速度，同時(shí)可以精確控制顯示灰度，所以TFT液晶的色彩更逼液晶的色彩更逼真，稱為真彩真，稱為真彩。TFT分多晶硅，非晶硅和單晶硅三種分多晶硅，非晶硅和單晶硅三種.2004年3月，三星公司發(fā)布了一款月，三星公司發(fā)布了一款手機(jī)用的液晶顯示器件，被稱為手機(jī)用的液晶顯示器

13、件，被稱為UFB（UltraFine&Bright）LCD，具有超薄、高亮度的，具有超薄、高亮度的特點(diǎn)。特點(diǎn)。液晶的電光效應(yīng)液晶的電光效應(yīng)分為四種：電場效應(yīng)，電流效應(yīng)，電熱寫入效應(yīng)，熱效應(yīng)。平時(shí)常見的應(yīng)用主要是電場效應(yīng)，其中又分為六種：扭曲向列效應(yīng)（TN），賓主效應(yīng)（GH），相變效應(yīng)（PC），電控雙折射效應(yīng)（ECB），鐵電效應(yīng)（FLC），超扭曲向列效應(yīng)（STN）。以下介紹各種效應(yīng)的原理扭曲向列效應(yīng)（TN）：上面談過TN模式，這里再補(bǔ)充一

14、點(diǎn)，TN的工作電壓在2—5V，應(yīng)用晶體的旋光性，液晶分子平行于玻璃基板。以反射型TN為例，液晶盒的結(jié)構(gòu)如下：偏光片，玻璃，ITO電極，液晶層（厚約10um），ITO電極，玻璃，偏光片，反射片。施加的電壓不同，其灰度也不同，所顯示的圖形是電極的圖形，最常見的例子是計(jì)算器，電極被刻蝕成“8”字形，這種稱為筆段式顯示。超扭曲向列效應(yīng)（STN）不再做介紹，上面已經(jīng)介紹過。賓主效應(yīng)（GH）：將沿液晶分子長軸方向和短軸方向?qū)梢姽獾奈詹煌亩?/p>

15、染料作為客體，溶于定向排列的液晶主體中，染料分子會隨液晶分子的排列變化而變化，在電場作用下，染料分子和液晶分子排列發(fā)生變化，染料對入射光的吸收也將發(fā)生變化。GH模式在實(shí)際應(yīng)用中很少見。相變效應(yīng)（PC）：在正型液晶中摻入正介電異性的膽甾液晶，使混合物成為具有長螺距的液晶，螺旋軸與玻璃板平行，對外界光產(chǎn)生散射，呈白濁狀，施加一定電壓后，液晶長軸沿電場方向變化，螺旋解開，液晶變成透明態(tài)。其優(yōu)點(diǎn)是不用偏光片，視角大。電控雙折射效應(yīng)（ECB）：將

16、負(fù)型液晶垂直于玻璃表面排列，或一側(cè)垂直一側(cè)平行于玻璃表面，由于在不同的電場強(qiáng)度下，液晶分子長軸與電極產(chǎn)生一個(gè)不同的角度，這個(gè)角度隨電場大小變化，從而使液晶盒產(chǎn)生電控雙折射效應(yīng)，入射的偏振光就變成橢圓偏振光，被出射端的偏振片選擇透過。鐵電效應(yīng)（FLC）：手性近晶C相液晶稱為鐵電液晶，這種液晶的特點(diǎn)是液晶分子沿某一軸螺旋排列，有很大的自發(fā)極化強(qiáng)度，因此對電場的響應(yīng)十分迅速?，F(xiàn)在液晶顯示器的響應(yīng)速度最快為8ms，但是FLC的響應(yīng)速度一般都在u