講課2章液晶材料

1、會計學1講課講課2章液晶材料章液晶材料第1頁/共44頁2.1 液晶分子的基本骨骼液晶的性質 液體的流動性、固體的各向異性 有機化合物：主要含C、H、O、N 也含F、ClH 有1只手O 有2只手C 有4只手第2頁/共44頁液晶的分子構造原子們拉起手來構成棒狀或園盤狀液晶分子原來液晶分子幾乎都是棒狀和盤狀的?。〉?頁/共44頁堅硬部 柔軟部分 縫隙部末端部剛性部縫隙部末端部第4頁/共44頁液晶的混合技術 得到單質液晶中得不到的功能與性 質，如加寬液晶的溫度帶、降低黏 度使響應速度加快、獲得合適的光 學各向異性等。 通過混合多種單質材料， 可以 第5頁/共44頁2.2 顯示和液晶材料TN顯示模式任何

2、顯示模式都離不開加電壓使液晶分子的排列發(fā)生變化，從而產生明暗變化這個共通原理。1章介紹的扭曲90度的顯示模式稱為（Twisted Nematic）TN模式第6頁/共44頁給液晶施加電壓時誘導偶極子電壓on 電壓off 第7頁/共44頁計算器中的液晶分子多用正性液晶、介電各向異性大的液晶。 加電壓時，分子長軸方向上的介電常數大于短軸方向上的介電常數，這種液晶稱為正性液晶。反之為負性液晶。 介電各向異性越大、所需驅動電壓越低。第8頁/共44頁計算器中的液晶分子R=C5H11 英國Gray發(fā)明的5CB 具有氰基的液晶化合物（箭頭代表電偶極子） 第9頁/共44頁 顯示用液晶材 料通常由10種 左右的分

3、子組成第10頁/共44頁2.3 STN液晶材料通過對TN液晶的改善獲得的STN液晶材料，具有陡峻的透過率 電壓特性，和大的彈性系數比 K33/K11。第11頁/共44頁彈性常數通常彈性常數是物體形變時描述物體堅韌程度的尺度。向列相液晶位置無序，無壓縮性彈性。但方向有序，與分子方位變形相關的彈性存在。展曲（splay）形變 扭曲(twist)形變 三種形變一致排列彎曲(bend)形變第12頁/共44頁展曲彈性常數：K11扭曲彈性常數：K22彎曲彈性常數：K331985年提出適于TN顯示的材料具有較大的K33/K11(L/D)具有較大K33/K11的烯屬化合物TN材料第13頁/共44頁光學特性烯屬

4、化合物具有雙折射強的特性，即折射率的各向異性大。光學各向異性介質中，光的行進方向不同行進速度也不同。折射率大的方向光速慢折射率小的方向光速快第14頁/共44頁2.4 TFT液晶材料液晶與薄膜晶體管TFT(Thin Film Transistor)組成的有源矩陣方式已成為液晶顯示的主流。第15頁/共44頁第16頁/共44頁TFT液晶材料高電阻率對紫外光的高穩(wěn)定性（無分解）如果電阻率不高盒內電壓降減小 電壓保持率（液晶上實際電壓的維持效果）劣化 第17頁/共44頁材料在紫外光下的分解會產生離子，也會使實效電壓下降。第18頁/共44頁折射率差值折射率差值過大，大視角處會出現色反轉；折射率差值過小，對

5、比度低下。一般0.08為宜。 介電常數的各向異性大，驅動電壓低。第19頁/共44頁含氟化合物為滿足上述條件，氰基化合物已不使用，而廣泛使用含氟化合物第20頁/共44頁含氟化合物：高電阻率、低黏度 介電各向異性大、 響應速度快F 的電負性強，吸引電子云，在分子內部形成的電偶極子比氰基 CN 化合物的大。向列相液晶的分子偶極以正、負相同的幾率在排列中出現抵消狀態(tài)第21頁/共44頁2.5 手性分子左右對稱左手與右手鏡面對稱第22頁/共44頁手性分子非手性對稱手性對稱第23頁/共44頁膽甾相 由手性分子構成的向列相液晶Cholesteric Liquid Crystal 特性：旋光性選擇反射螺旋軸第2

6、4頁/共44頁選擇反射波長為1m的光沿螺旋軸入射、通過旋轉螺距為1m的右旋扭曲排列液晶時，50%的光透過，剩下50%的光被反射。透過光為左園偏振光，反射光為右園偏振光。沿螺旋軸入射的、波長與螺距相同的光將以與螺旋軸相同旋轉方向的園偏振光形式被反射。第25頁/共44頁選擇反射的利用溫度傳感器使旋轉螺距為可見光波長范圍400700nm,反射光的顏色即可用肉眼觀察。一般螺距隨溫度變化，根據反射的顏色可判定溫度。第26頁/共44頁2.6 鐵電與反鐵電液晶材料 FLC:Ferroelectric Liquid Crystal手性近晶相 鐵電性近晶C相 分子長軸與層法線夾一定角度第27頁/共44頁 鐵電性

7、近晶C相分子結構 特點：有這樣的手性碳 C* 存在，它的4只 手（鍵）連接著 4 個不同的原子團。分子偶極子方向與分子長軸垂直。分子偶極矩遠比向列相分子的大。第28頁/共44頁電偶極子與極化外加電場時，分子的電偶極子轉向電場方向，產生電偶極子與分子的連動，同時產生極化。 偶極子與 分子連動 ?。〉?9頁/共44頁鐵電液晶顯示的原理極化強度PS分子層傾角=22.5第30頁/共44頁鐵電液晶顯示的特點：獲得亮態(tài)的方法是利用雙折射效果，使線偏振光變?yōu)闄E圓偏振光。向列相液晶顯示：將線偏振光旋光出射獲得亮態(tài)。第31頁/共44頁鐵電液晶的記憶效應暗、亮兩排列狀態(tài)為雙穩(wěn)態(tài)，即使切斷電源最終狀態(tài)仍被保持，此現

8、象稱為記憶效應。記憶效應可用于象計算機上的靜態(tài)畫面儲存，具有節(jié)能作用。第32頁/共44頁反鐵電液晶：每層極化方向相反的 去極化狀態(tài)反鐵電液晶的三穩(wěn)態(tài)電場中的三穩(wěn)態(tài)第33頁/共44頁反鐵電液晶的優(yōu)點：在鐵電液晶中保持某一狀態(tài)時，由于長期處于一種極化狀態(tài)使液晶內部的離子定向偏移。即使電壓改變方向，也不能消除此影響。這個現象稱為燒焦現象。反鐵電液晶可用交流電驅動，其暗態(tài)又是去極化狀態(tài)，不會產生燒焦問題。第34頁/共44頁鐵電與反鐵電液晶由手性分子組成。能在電場中構成多種平面排列狀態(tài)。手性分子香蕉形分子也能構成鐵電與反鐵電液晶第35頁/共44頁2.7 其它液晶材料IPS模式的液晶材料In Plane

9、Switch視角特性優(yōu)良、電壓保持特性好的顯示模式。由于保持特性差而在TFT模式中不能使用的氰基化合物在此模式中可使用。第36頁/共44頁VA模式的液晶材料加電場時液晶分子為平行基板面的排列。分子長軸方向的介電率小于分子短軸方向的。第37頁/共44頁溫度傳感器材料和魚油魚的內臟中可提取膽甾相液晶溫度傳感器：膽甾相液晶的選擇性反射。第38頁/共44頁使用液晶的強力纖維液晶不僅可用于顯示，還可用于制作超高強度纖維。其方法是將液晶態(tài)的高分子纖維原料在細孔中高速拉出。由于液晶很容易形成分子平行排列，小孔中拉出的纖維具有長分子的順排結構，這是其高強度的秘密所在。此過程稱為液晶紡絲法（纖維本身并不是液晶態(tài)）。液晶紡絲制成的纖維可做防彈衣（美國）?？箾_擊、耐熱、不燃燒、不導電、輕質。第39頁/共44頁2.1 液晶分子的基本骨骼液晶的性質 液體的流動性、固體的各向異性 有機化合物：主要含C、H、O、N 也含F、ClH 有1只手O 有2只手C 有4只手第40頁/共44頁液晶的分子構造原子們拉起手來構成棒狀或園盤狀液晶分子原來液晶分子幾乎都是棒狀和盤狀的??！第41頁/共44頁液晶的混合技術 得到單質液晶中得不到的功能與性 質，如加寬液晶的溫度帶、降低黏 度使響應