第一章液晶顯示

1、液晶顯示原理液晶顯示原理 課程內容課程內容n 基礎模塊基礎模塊 液晶基礎知識（緒論、第一章）液晶基礎知識（緒論、第一章） 液晶顯示器件（第二章）液晶顯示器件（第二章）n 工藝模塊工藝模塊 液晶顯示器件制備工藝（第三章）液晶顯示器件制備工藝（第三章） 液晶顯示器件的裝配（第四章）液晶顯示器件的裝配（第四章）n 應用模塊應用模塊 液晶顯示器件的驅動技術（第五章）液晶顯示器件的驅動技術（第五章） 液晶顯示模塊的應用（第六章）液晶顯示模塊的應用（第六章）n 擴展模塊擴展模塊 液晶顯示前沿技術（第七章）液晶顯示前沿技術（第七章）n 復習課復習課（2學時）學時）液晶顯示原理液晶顯示原理 參考書參考書n 液

2、晶顯示技術，毛學軍編著，電子工業(yè)出版社液晶顯示技術，毛學軍編著，電子工業(yè)出版社n 液晶顯示原理，黃子強編著，國防工業(yè)出版社液晶顯示原理，黃子強編著，國防工業(yè)出版社n 平板顯示技術，應根欲等，人民郵電出版社平板顯示技術，應根欲等，人民郵電出版社液晶顯示原理液晶顯示原理 成績構成成績構成n 平時（？）平時（？）n 期末（？）期末（？） 液晶顯示原理液晶顯示原理 緒緒 論論n 顯示技術的意義顯示技術的意義n 顯示技術的分類顯示技術的分類n 液晶顯示器件的優(yōu)點液晶顯示器件的優(yōu)點n 液晶顯示技術發(fā)展現(xiàn)狀液晶顯示技術發(fā)展現(xiàn)狀 液晶顯示原理液晶顯示原理 顯示技術的意義顯示技術的意義n 視覺獲取的信息量：視覺

3、獲取的信息量：60（最多）（最多）n 定義：顯示技術是傳遞視覺信息的技術定義：顯示技術是傳遞視覺信息的技術, 是把電信號變換成可見光信是把電信號變換成可見光信號的技術。號的技術。n 顯示技術兩大功能：顯示技術兩大功能：n 展示人眼原本可見的視覺信息；展示人眼原本可見的視覺信息；n 將非視覺信息轉化為視覺信息（聲、光、熱、力、氣氛等）將非視覺信息轉化為視覺信息（聲、光、熱、力、氣氛等）液晶顯示原理液晶顯示原理 顯示技術的意義顯示技術的意義n 顯示技術的基本過程：顯示技術的基本過程：n 特點：準確、實時、直觀、處理的信息量大，可實現(xiàn)圖形化顯示特點：準確、實時、直觀、處理的信息量大，可實現(xiàn)圖形化顯示

4、n 應用：電視、攝像機、雷達儀表、工業(yè)生產(chǎn)、計算機、交通、文化應用：電視、攝像機、雷達儀表、工業(yè)生產(chǎn)、計算機、交通、文化 教育、教育、 體育、醫(yī)學、生物等體育、醫(yī)學、生物等n 顯示技術產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為電子信息產(chǎn)業(yè)的一大支柱產(chǎn)業(yè)顯示技術產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為電子信息產(chǎn)業(yè)的一大支柱產(chǎn)業(yè)信息源信息源 數(shù)據(jù)處理器數(shù)據(jù)處理器電信號信息電信號信息顯示器件顯示器件光信號信息光信號信息數(shù)字、文字、數(shù)字、文字、圖形圖形攝像機、磁盤、傳感器等攝像機、磁盤、傳感器等液晶顯示原理液晶顯示原理 顯示技術的分類顯示技術的分類 陰極射線管陰極射線管(cathode ray tube, CRT) 等離子體顯示板等離子體顯示板(plasma

5、 display Panel, PDP) 主動發(fā)光型主動發(fā)光型 電致發(fā)光顯示器電致發(fā)光顯示器(electroluminescent display, ELD) （發(fā)光型）（發(fā)光型） 場致發(fā)射陣列平板顯示器場致發(fā)射陣列平板顯示器(field emission display, FED)電子電子 真空熒光管顯示器真空熒光管顯示器(vacuum fluorescent display, VFD)顯示顯示 光發(fā)射二極管顯示器光發(fā)射二極管顯示器(light emitting diode, LED)器件器件 液晶顯示器液晶顯示器(liquid crystal display, LCD) 非主動發(fā)光型非主動

6、發(fā)光型 電化學顯示器電化學顯示器(electrochemical display, ECD) （受光型）（受光型） 電泳成像顯示器電泳成像顯示器(electrophoretic image display, EPID） 發(fā)光型：利用發(fā)光信息，直接進行顯示發(fā)光型：利用發(fā)光信息，直接進行顯示受光型：本身不發(fā)光，而是通過光的反射、散射、干涉等現(xiàn)象對其它光源發(fā)受光型：本身不發(fā)光，而是通過光的反射、散射、干涉等現(xiàn)象對其它光源發(fā)出的光進行控制，即通過光變換進行顯示出的光進行控制，即通過光變換進行顯示液晶顯示原理液晶顯示原理 CRTFunnelElectron beamFace PlatePhosphor

7、screenShadow maskDeflection yokeConvergence magnetElectron gunBaseNeckn 工作原理：工作原理： 用適當?shù)目刂齐娐房刂齐娮邮?，使其在屏用適當?shù)目刂齐娐房刂齐娮邮?，使其在屏上掃描，激發(fā)熒光粉發(fā)光，以達到顯示的目的上掃描，激發(fā)熒光粉發(fā)光，以達到顯示的目的液晶顯示原理液晶顯示原理液晶顯示原理液晶顯示原理 CRTn 特點：特點：l 亮度高（亮度高（3003000 cd/m2）l 良好的灰度等級良好的灰度等級l 彩色豐富彩色豐富l 壽命長（壽命長（13萬小時）萬小時）l 體積大而笨重、功耗大體積大而笨重、功耗大液晶顯示原理液晶顯示原理

8、PDPl 工作原理：工作原理： 在兩個平板電極之間充惰性氣體（如在兩個平板電極之間充惰性氣體（如NeAr），當在電極之間），當在電極之間加上一定的電壓時，在電極之間產(chǎn)生輝光放電，發(fā)出紫外線激發(fā)熒加上一定的電壓時，在電極之間產(chǎn)生輝光放電，發(fā)出紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光，以實現(xiàn)顯示光粉發(fā)光，以實現(xiàn)顯示液晶顯示原理液晶顯示原理 n 液晶顯示原理液晶顯示原理 PDPn 特點：特點：l 亮度高、視角大亮度高、視角大l 高速響應高速響應l 可實現(xiàn)全彩色顯示，可達到可實現(xiàn)全彩色顯示，可達到256級灰度和級灰度和1677萬種顏色萬種顏色l 體積小、厚度薄體積小、厚度薄 （78 mm）l 有存儲功能有存儲功能l 成本

9、高，成本高，尺寸主要集中在尺寸主要集中在4070范圍范圍液晶顯示原理液晶顯示原理 LEDn 工作原理：工作原理： 在半導體在半導體PN結上加上正向偏壓，利用少數(shù)載流子在復合區(qū)產(chǎn)結上加上正向偏壓，利用少數(shù)載流子在復合區(qū)產(chǎn)生光輻射來實現(xiàn)顯示。生光輻射來實現(xiàn)顯示。n 特點：特點：l 電壓低電壓低 （1.5v2V）l 響應快（響應快（10ns)l 壽命長（壽命長（10萬小時）萬小時）l 顏色不豐富顏色不豐富l 工作電流工作電流mA級，功耗大級，功耗大 液晶顯示原理液晶顯示原理PDP的優(yōu)缺點：的優(yōu)缺點：n1.超大屏幕：傳統(tǒng)電視的屏幕最大尺寸只能做到40英寸，而PDP屏幕可以做到80英寸以上；n2.超寬視

10、角：PDP的視角超過160度，因此可以容納更多人同時觀看；n3.純平面無失真：PDP完全是純平面顯示，且各個發(fā)光單元的結構都相同，因此不會出現(xiàn)顯像管電視常見的梯形失真、線性失真和枕形失真等幾何失真現(xiàn)象；n4.不受電磁干擾：由于PDP本身沒有電磁結構，因此不會受電磁的干擾，喇叭、高壓電、甚至磁場都不會對其產(chǎn)生任何干擾，這樣就能夠獲得更穩(wěn)定的畫質；n5.亮度均勻：傳統(tǒng)CRT電視有熱暈問題（畫面正中與四角的亮度不均勻），而PDP的各像素都可獨立發(fā)光，且非常均勻，沒有亮區(qū)和暗區(qū)，不存在熱暈問題；n6.綠色環(huán)保：PDP是通過等離子體放電（不是通過掃描）形成圖像的，因此畫面無大面積閃爍（還無電磁輻射），人

11、們長時間觀看不會受到傷害，屬綠色環(huán)保產(chǎn)品；n7.圖像清晰、彩色鮮艷：PDP有較高的亮度（顯示的畫面更清晰、鮮艷）和對比度（圖像就會越清晰）n8.全數(shù)碼顯示：支持數(shù)碼視頻接口（DVI），無需數(shù)模轉換即可顯示數(shù)字圖像信號，這樣可以減少轉換帶來的失真n9.經(jīng)久耐用：世界各等離子顯示屏廠家均以10萬小時使用壽命為目標開發(fā)顯示屏，通常估計，其實際壽命約在6萬小時左右，按每天觀看6小時計算，PDP的使用壽命在30年以上。液晶顯示原理液晶顯示原理 LCD n 工作原理：工作原理： 在兩平行平板電極之間充有液晶物質，利用液晶在電場或磁場作用下，在兩平行平板電極之間充有液晶物質，利用液晶在電場或磁場作用下，光學

12、性能的改變來實現(xiàn)顯示。光學性能的改變來實現(xiàn)顯示。n 在顯示過程中，液晶本身不產(chǎn)生光輻射，必須外加背景光源，屬于被動顯在顯示過程中，液晶本身不產(chǎn)生光輻射，必須外加背景光源，屬于被動顯示或非輻射發(fā)光示或非輻射發(fā)光液晶顯示原理液晶顯示原理 LCD的優(yōu)點的優(yōu)點n 低壓低壓(2-3V)，微功耗，平面薄型（幾毫米），特別適用于便攜式裝置，微功耗，平面薄型（幾毫米），特別適用于便攜式裝置n 顯示面積覆蓋范圍大（幾英寸顯示面積覆蓋范圍大（幾英寸-幾十英寸）幾十英寸）n 容易實現(xiàn)全彩色顯示容易實現(xiàn)全彩色顯示n 被動發(fā)光，不易引起視覺疲勞被動發(fā)光，不易引起視覺疲勞n 可以進行投影顯示或組合顯示，易實現(xiàn)大畫面顯示可

13、以進行投影顯示或組合顯示，易實現(xiàn)大畫面顯示n 壽命長壽命長n 無輻射、無污染無輻射、無污染液晶顯示原理液晶顯示原理 LCD的發(fā)展現(xiàn)狀的發(fā)展現(xiàn)狀n 液晶的發(fā)現(xiàn)液晶的發(fā)現(xiàn)F. ReinitzerDLeimann 液晶現(xiàn)象是液晶現(xiàn)象是1888年奧地利植物學家年奧地利植物學家萊尼茨爾萊尼茨爾（F. Reinitzer）在）在研究研究膽甾醇苯甲酯膽甾醇苯甲酯時首先觀察到的現(xiàn)象。他發(fā)現(xiàn)，當該化合物被加熱時首先觀察到的現(xiàn)象。他發(fā)現(xiàn)，當該化合物被加熱時，在時，在145和和179時有兩個敏銳的時有兩個敏銳的“熔點熔點”。在。在145時，晶體轉時，晶體轉變?yōu)榛鞚岬母飨虍愋缘囊后w，繼續(xù)加熱至變?yōu)榛鞚岬母飨虍愋缘囊后w

14、，繼續(xù)加熱至179時，體系又進一步轉時，體系又進一步轉變?yōu)橥该鞯母飨蛲缘囊后w。變?yōu)橥该鞯母飨蛲缘囊后w。 研究發(fā)現(xiàn)，處于研究發(fā)現(xiàn)，處于145和和179之間的液體部分，保留了晶體物質之間的液體部分，保留了晶體物質分子的有序排列，因此被稱為分子的有序排列，因此被稱為“流動的晶體流動的晶體”、“結晶的液體結晶的液體”。 1889年，德國科學家年，德國科學家Leimann將處將處于這種狀態(tài)的物質命名為于這種狀態(tài)的物質命名為“液晶液晶”（liquid crystals，LC）。液晶顯示原理液晶顯示原理 LCD的發(fā)展現(xiàn)狀的發(fā)展現(xiàn)狀n 液晶顯示的實用化進程液晶顯示的實用化進程n 1968年，美國年，美國R

15、CA公司公布液晶顯示應用發(fā)明專利。公司公布液晶顯示應用發(fā)明專利。n 七十年代，日本投入研究，出現(xiàn)液晶顯示的手表和計算器。七十年代，日本投入研究，出現(xiàn)液晶顯示的手表和計算器。n 現(xiàn)在韓國、臺灣后來居上?，F(xiàn)在韓國、臺灣后來居上。 n 液晶應用的發(fā)現(xiàn)液晶應用的發(fā)現(xiàn) 1961年，美國年，美國RCA公司普林斯頓試驗室有一個年輕電子學者公司普林斯頓試驗室有一個年輕電子學者F. Heimeier， 他把電子學方面的知識應用于有機化學，取得了驚喜的發(fā)他把電子學方面的知識應用于有機化學，取得了驚喜的發(fā)現(xiàn)。他將兩片透明導電玻璃之間夾上摻有染料的向列液晶。當在液晶現(xiàn)。他將兩片透明導電玻璃之間夾上摻有染料的向列液晶。

16、當在液晶層的兩面施以幾伏電壓時，液晶層就由紅色變成了透明態(tài)。出身于電層的兩面施以幾伏電壓時，液晶層就由紅色變成了透明態(tài)。出身于電子學的他立刻意識到這不就是彩色平板電視嗎子學的他立刻意識到這不就是彩色平板電視嗎! n 液晶顯示技術是一本集電子學、有機化學、光學、半導體學等的綜合性學科液晶顯示技術是一本集電子學、有機化學、光學、半導體學等的綜合性學科液晶顯示原理液晶顯示原理 LCD的發(fā)展現(xiàn)狀的發(fā)展現(xiàn)狀n LCD的應用的應用液晶顯示原理液晶顯示原理 LCD的發(fā)展現(xiàn)狀的發(fā)展現(xiàn)狀n 2009.06-2010.06 全球全球TFT-LCD產(chǎn)值產(chǎn)值942億美元億美元液晶顯示原理液晶顯示原理 LCD的發(fā)展現(xiàn)狀

17、的發(fā)展現(xiàn)狀n 全球液晶面板制造商排名全球液晶面板制造商排名n 韓國韓國l 三星電子三星電子l LG n臺灣臺灣 l 友達（友達（AUO)l 奇美奇美 (CMO)n 日本日本 l 夏普（夏普（sharp）n中國大陸中國大陸l 京東方京東方(BOE)l 天馬天馬1. 龍騰光電龍騰光電2010.05 主要制造商產(chǎn)值地域分布主要制造商產(chǎn)值地域分布韓國韓國臺灣臺灣日本日本中國大陸中國大陸液晶顯示原理液晶顯示原理 LCD的發(fā)展現(xiàn)狀的發(fā)展現(xiàn)狀n 液晶面板生產(chǎn)代線擴張情況液晶面板生產(chǎn)代線擴張情況液晶顯示原理液晶顯示原理OLED顯示器介紹顯示器介紹 OLED是自發(fā)光顯示的半導體，具有柔軟、透明、畫質清晰、節(jié)能環(huán)

18、保等特點，被視為是下一代最具潛力的新型平面顯示技術。未來OLED將應用將以手機背光、車用、電視、照明為主要應用領域，OLED照明更備受期待。 OLED主要可分成主動式有機發(fā)光顯示（AMOLED）和被動式有機發(fā)光顯示（PMOLED）。OLED結構簡單，生產(chǎn)流程相對環(huán)保。相較于TFT-LCD，OLED具有回應速度快、高亮度、高對比度、超輕超薄、低功耗、無視角限制、工作溫度范圍廣、具良好抗震性能、可柔軟顯示等優(yōu)勢，能解決液晶顯示畫面拖尾以及耐低溫性能較差等問題。根據(jù)DisplaySearch預估，到2016年OLED的整體產(chǎn)值將達62億美元規(guī)模。 OLED最早的實際應用是出現(xiàn)在汽車電子領域，目前應用

19、主要是以手機、MP3、工控儀表等中小尺寸領域為主。這是因為目前OLED成本過高，是一般LCD的1.5倍，同時在良率、成本、使用壽命上也尚未符合市場要求，還沒進入大規(guī)模量產(chǎn)階段，因此OLED面板的應用范圍，仍侷限于高階手機或MP3等小尺寸顯示應用?，F(xiàn)在8090的OLED產(chǎn)品被應用在手機背光顯示領域。液晶顯示原理液晶顯示原理OLED的優(yōu)勢的優(yōu)勢與LCD技術相比，OLED的優(yōu)點是：第一，OLED可以自身發(fā)光，而LCD則不能。所以OLED比LCD要亮得多，另外OLED對比度更大，色彩效果更加豐富；第二，LCD需要背景燈光點亮，而OLED在需要點亮的單元才加電，并且電壓很低，因此更加節(jié)能；第三，OLED

20、所需材料很少，制造工藝簡單，量產(chǎn)時的成本要比LCD節(jié)省20%；第四，OLED沒有視角范圍的限制，可視角度一般可達到160度，重量也比LCD輕得多。同時OLED還可彎曲，應用范圍極廣液晶顯示原理液晶顯示原理OLED結構圖結構圖OLED的基本結構是由一薄而透明具半導體特性之銦錫氧化物(ITO)，與電力之正極相連，再加上另一個金屬陰極，包成如三明治的結構。整個結構層中包括了：空穴傳輸層(HTL)、發(fā)光層(EL)與電子傳輸層(ETL)。當電力供應至適當電壓時，正極空穴與陰極電荷就會在發(fā)光層中結合，產(chǎn)生光亮，依其配方不同產(chǎn)生紅、綠和藍RGB三原色，構成基本色彩。液晶顯示原理液晶顯示原理OLED發(fā)光原理發(fā)

21、光原理有機發(fā)光二極體的發(fā)光原理和無機發(fā)光二極體相似。當元件受到直流電（Direct Current；DC）所衍生的順向偏壓時，外加之電壓能量將驅動電子（Electron）與空穴（Hole）分別由陰極與陽極注入元件，當兩者在傳導中相遇、結合，即形成所謂的電子-空穴復合（Electron-Hole Capture）。而當化學分子受到外來能量激發(fā)後，若電子自旋（Electron Spin）和基態(tài)電子成對，則為單重態(tài)（Singlet），其所釋放的光為所謂的熒光（Fluorescence）；反之，若激發(fā)態(tài)電子和基態(tài)電子自旋不成對且平行，則稱為三重態(tài)（Triplet），其所釋放的光為所謂的磷光（Phosp

22、horescence）。 液晶顯示原理液晶顯示原理OLED的分類的分類液晶顯示原理液晶顯示原理OLED技術優(yōu)勢技術優(yōu)勢目前，LCD是小型設備顯示器的首選，而大屏幕電視采用LCD的情況也很普遍。常規(guī)LED可以用來構成電子表和其他電子設備上的數(shù)字。OLED則具備很多LCD與LED所不具備的優(yōu)勢：相較于LED或LCD的晶體層，OLED的有機塑料層更薄、更輕而且更富于柔韌性。OLED的發(fā)光層比較輕，因此它的基層可使用富于柔韌性的材料，而不會使用剛性材料。OLED基層為塑料材質，而LED和LCD則使用玻璃基層。OLED比LED更亮。OLED有機層要比LED中與之對應的無機晶體層薄很多，因而OLED的導電

23、層和發(fā)射層可以采用多層結構。此外，LED和LCD需要用玻璃作為支撐物，而玻璃會吸收一部分光線。OLED則無需使用玻璃。OLED并不需要采用LCD中的逆光系統(tǒng)，LCD工作時會選擇性地阻擋某些逆光區(qū)域，從而讓圖像顯現(xiàn)出來，而OLED則是靠自身發(fā)光。因為OLED不需逆光系統(tǒng)，所以它們的耗電量小于LCD（LCD所耗電量中的大部分用于逆光系統(tǒng)）。這一點對于靠電池供電的設備（例如移動電話）來說，尤其重要。OLED制造起來更加容易，還可制成較大的尺寸。OLED為塑膠材質，因此可以將其制作成大面積薄片狀。而想要使用如此之多的晶體并把它們鋪平，則要困難得多。OLED的視野范圍很廣，可達170度左右。而LCD工作

24、時要阻擋光線，因而在某些角度上存在天然的觀測障礙。OLED自身能夠發(fā)光，所以視域范圍也要寬很多。液晶顯示原理液晶顯示原理OLED的問題的問題OLED似乎是一項完美無缺的技術，適合各類的顯示器，但它也存在一些問題：壽命：盡管紅色和綠色的OLED薄膜壽命較長（10000-40000小時），但根據(jù)目前的技術水準，藍色有機物的壽命要短的多（僅有約1000小時）。制造：OLED的造價目前還比較高。水：OLED如果遇水，很容易就會損毀。液晶顯示原理液晶顯示原理未來顯示技術未來顯示技術 目前顯示器市場主要以液晶顯示（目前顯示器市場主要以液晶顯示（LCD）技術為主流，但是）技術為主流，但是LCD產(chǎn)品具有在不同

25、視角下色產(chǎn)品具有在不同視角下色彩失真、低溫下工作異常以及需要背光等缺點使得人們繼續(xù)尋求更好的顯示技術，那么，未來彩失真、低溫下工作異常以及需要背光等缺點使得人們繼續(xù)尋求更好的顯示技術，那么，未來的顯示技術是什么樣的呢？的顯示技術是什么樣的呢？ Electroluminescence，簡稱，簡稱OEL）技術的顯示器具有輕薄、可撓曲、自發(fā)光、高畫質、）技術的顯示器具有輕薄、可撓曲、自發(fā)光、高畫質、省電等優(yōu)點，它將成為未來高清顯示器發(fā)展的新趨勢。省電等優(yōu)點，它將成為未來高清顯示器發(fā)展的新趨勢。OEL分為兩種：分為兩種： 1、 一種是一種是OLED（Organic Light Emitting Dio

26、de，有機發(fā)光二極管）?；?，有機發(fā)光二極管）?；贠LED技術技術的顯示器與的顯示器與LCD相比較有一系列優(yōu)點：如超輕、超?。ê穸鹊陀谙啾容^有一系列優(yōu)點：如超輕、超?。ê穸鹊陀?毫米）、高亮度、廣視角毫米）、高亮度、廣視角（可達（可達170度以上）、自發(fā)光不需要背光源、響應速度快（是液晶的度以上）、自發(fā)光不需要背光源、響應速度快（是液晶的1000倍）、高清晰、低功倍）、高清晰、低功耗、低溫特性優(yōu)良、制造成本低、可以實現(xiàn)柔軟顯示等，它將成為未來高清顯示器發(fā)展的新趨耗、低溫特性優(yōu)良、制造成本低、可以實現(xiàn)柔軟顯示等，它將成為未來高清顯示器發(fā)展的新趨勢。以后的顯示屏幕能像紙一樣輕薄柔軟，卷起來帶著走

27、，使用筆卷式的顯示器將不再是好萊勢。以后的顯示屏幕能像紙一樣輕薄柔軟，卷起來帶著走，使用筆卷式的顯示器將不再是好萊塢電影中的科幻情節(jié)了。塢電影中的科幻情節(jié)了。 2、 另一種是另一種是PLED（Polymer Light Emitting Diode，聚合物發(fā)光二極管）。，聚合物發(fā)光二極管）。 摩天大樓的外墻用高清電視來裝飾，家里的整面墻都用來欣賞電影摩天大樓的外墻用高清電視來裝飾，家里的整面墻都用來欣賞電影，這些可不是天方夜譚，這些可不是天方夜譚，PLED就可以讓我們輕松實現(xiàn)！就可以讓我們輕松實現(xiàn)！這里我們不能斷定這里我們不能斷定OEL就是未來顯示技術的主流，但可以肯定的是，它表現(xiàn)出的薄膜化、

28、可彎就是未來顯示技術的主流，但可以肯定的是，它表現(xiàn)出的薄膜化、可彎曲、低能耗、多功能等優(yōu)越特性將是未來顯示技術發(fā)展的方向。曲、低能耗、多功能等優(yōu)越特性將是未來顯示技術發(fā)展的方向。液晶顯示原理液晶顯示原理 第第1章章 液晶基礎知識液晶基礎知識1.1 液晶是什么液晶是什么液晶基本概念液晶基本概念液晶的分類液晶的分類1.2 液晶的物理特性液晶的物理特性有序參量有序參量液晶的各向異性液晶的各向異性液晶的連續(xù)體理論液晶的連續(xù)體理論使液晶分子排列發(fā)生變化的臨界電場使液晶分子排列發(fā)生變化的臨界電場1.3 液晶的光學特性液晶的光學特性光的偏振光的偏振晶體的雙折射現(xiàn)象晶體的雙折射現(xiàn)象液晶的光學性質液晶的光學性質

29、液晶顯示原理液晶顯示原理 1. 液晶的基本概念液晶的基本概念n 何謂液晶？何謂液晶？ 物質在自然界中通常以物質在自然界中通常以固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)形式存在，即常說的形式存在，即常說的三相態(tài)三相態(tài)。在外界條件發(fā)生變化時（如壓力或溫度發(fā)生變化），物質可以在三種相態(tài)在外界條件發(fā)生變化時（如壓力或溫度發(fā)生變化），物質可以在三種相態(tài)之間進行轉換，即發(fā)生所謂的之間進行轉換，即發(fā)生所謂的相變相變。大多數(shù)物質發(fā)生相變時直接從一種相。大多數(shù)物質發(fā)生相變時直接從一種相態(tài)轉變?yōu)榱硪环N相態(tài)，中間沒有過渡態(tài)生成。態(tài)轉變?yōu)榱硪环N相態(tài)，中間沒有過渡態(tài)生成。固態(tài)固態(tài)液態(tài)液態(tài)氣態(tài)氣態(tài)液晶顯示原理液晶顯示原理 1.

30、液晶的基本概念液晶的基本概念n 何謂液晶？何謂液晶？ 有些物質的受熱熔融或被溶解后，雖然失去了固態(tài)物質的大部分有些物質的受熱熔融或被溶解后，雖然失去了固態(tài)物質的大部分特性，外觀呈液態(tài)物質的流動性，但仍然保留著結晶態(tài)物質分子的有特性，外觀呈液態(tài)物質的流動性，但仍然保留著結晶態(tài)物質分子的有序排列，從而在物理性質上表現(xiàn)為晶體的各向異性，形成一種兼有晶序排列，從而在物理性質上表現(xiàn)為晶體的各向異性，形成一種兼有晶體和液體部分性質的過渡中間相態(tài)，這種中間相態(tài)被稱為體和液體部分性質的過渡中間相態(tài)，這種中間相態(tài)被稱為液晶態(tài)液晶態(tài)，處，處于這種狀態(tài)下的物質稱為于這種狀態(tài)下的物質稱為液晶液晶（liquid cry

31、stals）。）。液晶液晶態(tài)態(tài)結晶狀的固態(tài)結晶狀的固態(tài)(Crystalline Solid) 各向同性的液體各向同性的液體(Isotropic Liquid) 定義定義：液晶是指在一定溫度范圍內，既具有液體的流動性又具有晶體的各向：液晶是指在一定溫度范圍內，既具有液體的流動性又具有晶體的各向異性的物質。異性的物質。問題：問題：怎樣讓物質出現(xiàn)液晶態(tài)？怎樣讓物質出現(xiàn)液晶態(tài)？液晶顯示原理液晶顯示原理 2. 液晶的分類液晶的分類n 兩種方式：兩種方式：n 熱致液晶是指通過加熱或冷卻的方式，出現(xiàn)液晶相的物質。熱致液晶是指通過加熱或冷卻的方式，出現(xiàn)液晶相的物質。1. 溶致液晶是指將一種溶質溶于溶劑而形成的

32、液晶相物質。溶致液晶是指將一種溶質溶于溶劑而形成的液晶相物質。固態(tài)固態(tài)液晶液晶液態(tài)液態(tài)熔點熔點清亮點清亮點問題問題：所有的物質都存在液晶態(tài)嗎？：所有的物質都存在液晶態(tài)嗎？目前顯示技術上所采用的液晶材料均是熱致液晶。目前顯示技術上所采用的液晶材料均是熱致液晶。加熱加熱冷卻冷卻冷卻冷卻加熱加熱液晶顯示原理液晶顯示原理 2. 液晶的分類液晶的分類 n 研究發(fā)現(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)絕大多數(shù)液晶分子具有以下兩個特點：液晶分子具有以下兩個特點： 液晶分子結構呈細長液晶分子結構呈細長棒狀棒狀或扁平或扁平圓盤圓盤狀狀 液晶分子是液晶分子是極性極性的的n 目前發(fā)現(xiàn)的具有液晶態(tài)的物質都是有機物，這是因為目前發(fā)現(xiàn)的具有

33、液晶態(tài)的物質都是有機物，這是因為有機物的分子容易滿足液晶分子的兩個條件。有機物的分子容易滿足液晶分子的兩個條件。液晶顯示原理液晶顯示原理 2. 液晶的分類液晶的分類1) Thermotropic (Thermotropic (熱熱致液晶致液晶) ) 2) Lyotropic (Lyotropic (溶致液晶溶致液晶) )因因溫度溫度的改變而產(chǎn)生相變的改變而產(chǎn)生相變 因溶于溶劑中濃度因溶于溶劑中濃度比例比例的改變而產(chǎn)生相變的改變而產(chǎn)生相變 a) a) 棒狀棒狀 b) b) 圓盤狀圓盤狀 1. Nematic (1. Nematic (向列相向列相) )2. Cholesteric (2. Cho

34、lesteric (膽甾膽甾相相) ) 3. Smectic (3. Smectic (近晶相近晶相) ) 以以產(chǎn)生相變產(chǎn)生相變之原因來區(qū)分之原因來區(qū)分ThermotropicThermotropic ( (熱熱致液晶致液晶) )分子形狀分子形狀排列方式排列方式液晶顯示原理液晶顯示原理 2. 液晶的分類液晶的分類（1） 向列相液晶（顯示器件使用最多）向列相液晶（顯示器件使用最多）n ：表示液晶分子的平均排列方向表示液晶分子的平均排列方向nl 分子的長程分子的長程指向有序指向有序，分子之間趨于彼此互相平行排列，分子之間趨于彼此互相平行排列l(wèi) 液晶分子具液晶分子具有流動性有流動性，即分子重心是無序

35、的，即分子重心是無序的n 指向矢指向矢液晶顯示原理液晶顯示原理 2. 液晶的分類液晶的分類（2）近晶相液晶）近晶相液晶液晶分子液晶分子分層排布分層排布，同一層內的分子互相平行；，同一層內的分子互相平行；分子長軸垂直于平面，或與平面傾斜排列。分子長軸垂直于平面，或與平面傾斜排列。液晶顯示原理液晶顯示原理 2. 液晶的分類液晶的分類（2）近晶相液晶）近晶相液晶近晶近晶C近晶近晶B近晶近晶A 液晶顯示原理液晶顯示原理 2. 液晶的分類液晶的分類（2）近晶相液晶）近晶相液晶液晶顯示原理液晶顯示原理 2. 液晶的分類液晶的分類（3）膽甾相液晶）膽甾相液晶Cholesteric Cholesteric 相

36、液晶的分子排列。相液晶的分子排列。L Ln nn nn nn nx xy yz zq qo o 0 0 表液晶分子為右旋排列，表液晶分子為右旋排列，q qo o 0 0時，液晶分子的電偶極距方向平行于長軸時，液晶分子的電偶極距方向平行于長軸方向，具有該性質的液晶稱為方向，具有該性質的液晶稱為正性液晶正性液晶，一般用，一般用Np表示。在外電場作用下，液晶分子將趨向表示。在外電場作用下，液晶分子將趨向平行于平行于電場電場方向。方向。E液晶顯示原理液晶顯示原理 2. 液晶的各向異性液晶的各向異性(1) 液晶的介電各向異性液晶的介電各向異性n當當 no ( ( e o) )如石英、冰等。如石英、冰等。

37、負晶體負晶體 : : n ne e n o o) )如方解石、紅寶石等。如方解石、紅寶石等。正晶體正晶體 （vo ve）O 波面波面負晶體負晶體 (vo ve )e 波面波面兩束光只有在沿光軸方向上傳播時，它們的速率才是相等的，其兩束光只有在沿光軸方向上傳播時，它們的速率才是相等的，其子波波面在光軸上相切子波波面在光軸上相切；在垂直于光軸方向上兩束光的速率相差最大。在垂直于光軸方向上兩束光的速率相差最大。液晶顯示原理液晶顯示原理n 液晶的雙折射特性液晶的雙折射特性 3. 液晶的光學性質液晶的光學性質n 液晶具有與光學單軸性晶體同樣的各向異性折射率，顯示出雙折射液晶具有與光學單軸性晶體同樣的各向

38、異性折射率，顯示出雙折射性。單軸性晶體具有兩個不相同的主折射率性。單軸性晶體具有兩個不相同的主折射率no和和ne。n 對于向列液晶和層列液晶，液晶取向矢對于向列液晶和層列液晶，液晶取向矢n的方向相當于單軸晶體的光軸。的方向相當于單軸晶體的光軸。而且，其折射率的各向異性可由下式給出而且，其折射率的各向異性可由下式給出nne = n/no= n光軸光軸 層列液晶和向列液晶層列液晶和向列液晶(光學正液晶光學正液晶)液晶顯示原理液晶顯示原理 3. 液晶的光學性質液晶的光學性質在膽甾相液晶的情況下，與在膽甾相液晶的情況下，與取向取向n垂直的螺旋軸相當于光軸垂直的螺旋軸相當于光軸，其主折射，其主折射率率no，ne可由下式給出：可由下式給出：膽甾相液晶稱為光學負液晶膽甾相液晶稱為光學負液晶。對于通常光和異常光，其折射率大小的空間。對于通常光和異常光，其折射率大小的空間分布如圖所示。分布如圖所示。螺旋軸螺旋軸ne= n光軸光軸(膽甾相液晶膽甾相液晶(光學負液晶光學負液晶) n 液晶的雙折射特性液晶的雙折射特性液晶顯示原理液晶顯示原理n 基于折射率的各向異性，液晶具