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1、河北工业大学 硕士学位论文 液晶盒中离子浓度对低频波形的影响 姓名：孙岩 申请学位级别：硕士 专业：理论物理 指导教师：张志东 20081201 河北工业大学硕士学位论文 液晶盒中离子浓度对低频波形的影响 液晶盒中离子浓度对低频波形的影响 摘 要 摘 要 液晶是既具有晶体的各向异性，又具有液体的流动性的物质第四态。在液晶向列相，分 子的质心位置是混乱无序的，如同普通液体一样，但分子的取向存在一定的有序性，即存在 分子取向的择优方向，引入单位矢量n ? 来描写该择优方向，n ? 称为指向矢。棒状分子的长轴 倾向于沿指向矢n ? 定向排列。 液晶盒中存在离子，其来源比较广泛，例如配向膜、封胶以及在
2、紫外线照射下材料的分 解等等。由于离子带电，因此会在外部电场的感应作用下移动，并且也同时意味着它们会产 生自己的电场。如果这个电场足够大，那么它就会影响到显示器上所加的电压。由于液晶的 指向矢转动与电场直接相关，因此，离子浓度对液晶显示产生比较明显的效果。 本篇论文通过分析离子引起液晶显示中的各种问题，运用一维例子传输理论，计算液晶 中的离子浓度对低频波形的影响，尤其是对于无源驱动盒，在单脉冲和双脉冲作用下利用 Fortran 程序进行模拟，对离子浓度产生的效应做定量分析，包括电场，电势，电容以及其 对于瞬时电流波形的变化进行计算和探讨，为液晶的工业生产提供参照。 关键词：关键词：离子浓度，低
3、频，无源驱动，影像残留 i 液晶盒中离子浓度对低频波形的影响 THE INFLUENCE OF ION CONCENTRATION TO LOW FREQUENCE PROFILE IN LC CELL ABSTRACT Liquid crystals(LCs), or mesophases, combined the properties of an anisotropic solid and an isotropic liquid. In the nematic phase, there is only a long-range orientational order between th
4、e LC molecules, but no long-range ordering of the molecular centers. The average direction of the long axis is called the director, given by the vector n ? . These rod-shaped molecules trend to align in the direction of the director. n ? It has been known that ions exist in liquid crystals, they can
5、 easily come from the alignment layers, the surrounding glue, and be generated by UV glue polymerization. Being charged, mobile particles, they can create their own field and are responsible for the LC conductivity. This ion field can be so big, that it can alter the applied electric field in the di
6、splay. The liquid crystal director responds to the resultant electric field and this leads to unwanted light transmission modulation. So the display is especially sensitive to the ion concentration. In the thesis, we analyze the problems in LC displays which caused by the ion concentration. With the
7、 theory of one-dimensional ion transport, we compute the influence of ion concentration to low frequence profile in LC cell, especially in passive addressed cell. We both simulate the effect to electric field, electric potential, capacitance and the variate of low frequence profile under single and
8、double pulse with Fortran program. Keywords: Ion concentration, low frequence, passive addressing, image sticking ii 原创性声明原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内 容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献 的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本 人承担。 学位论文作者签名：
9、 日期： 关于学位论文版权使用授权的说明关于学位论文版权使用授权的说明 本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采 用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部 分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交 流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 河北工业大学硕士学位论文 1 第一章 绪 论 第一章 绪 论 液晶的发现可回溯到 1888 年，当时奥地利植物学者 Reinitzer 在加
10、热安息香酸胆石醇时，意外 发现异常的溶解现象。因为此物质虽在 145溶解，却呈现浑浊的状态，到 179时突然成为透明的 液体；若从高温往下降温的过程观察，在 179突然成为糊状液体，超过 145时成为固体的结晶。 其后由德国物理学者 O.Lehman 利用偏光显微镜观察次安息香酸胆石醇的浑浊状态，证实是一种“具 有组织方位性的液体”（Crystalline Liquid），于是 Lehmann 定义这种集液体和晶体二重性质于 一体的状态为液晶态，建议称之为“Flssige Kristalle”，英文译为 Liquid Crystal，中文译为 液晶。这种状态在有生命和无生命体系中都是存在的，而
11、且液晶材料具有温度效应，电光效应，理 化效应，磁效应，超声效应等。 液晶的发现虽然距今已经有一百多年的历史，但是它的应用历史却比较短。二十世纪三十年代 中期科学家们对液晶的合成以及液晶的重要物理特性才有了一定的系统认识。其后经历了二十多年 的冷落阶段，直到五十年代末期才建立了关于液晶比较正确的理论。人们了解到，一些液晶材料在 物理热图像方面有应用的价值，于是激发了人们进一步探索液晶在技术方面可能有的用途。六十年 代末期，动态散射现象的发现使液晶在显示器件方面显现出光明的前景。人们发现给液晶充电会改 变它的分子排列，继而造成光线的扭曲或折射。经过反复测试，1968 年，在美国发明了液晶显示器 件
12、，随后 LCD 液晶显示屏就正式面世了。然而从第一台 LCD 显示屏的诞生以来，短短 30 年，液晶显 示器技术得到了飞速的发展。大约 1971 年，液晶显示设备就在人类的生活中出现，这就是最初的 TN-LCD（扭曲阵列）显示器。液晶作为一种显示媒体使用以来，随着液晶显示技术的不断完善和成 熟，其应用日趋广泛，到目前已涉及微型电视、数码照相机、数码摄像机以及显示器等多个领域。 发展至今，它已在平面显示领域中占据了一个重要的地位，更多的电子产品都纷纷采用 LCD 作为显 示面板（如移动电话、便携式电视、游戏机等） ，因而也令 LCD 产业得到了蓬勃的发展。 然而，由于液晶本身的复杂性，液晶的宏观
13、性还有许多未被了解，液晶的微观理论，由于是多 体问题，有些问题也未被解决，所有这些都有待于人们进一步探讨和研究。 液晶盒中离子浓度对低频波形的影响 1-1 液晶理论中的基本概念 1-1 液晶理论中的基本概念 1,21,2 1-1-1 液晶的分类 1-1-1 液晶的分类 液晶是既具有晶体的各向异性，又具有液体的流动性的物质第四态。液晶相介于固相和各向同 性液相之间，因此液晶相又称为中介相（mesophase） ，而液晶也被称为中介物（mesogen） 。它同时 具有流动性和物理性质各向异性。从成分和出现中介相的物理条件来看，液晶大致可以分为热致液 晶（thermotropic liquid cr
14、ystal）和溶致液晶（lyotropic liquid crystal）两大类。热致液晶 是指单成分的纯化合物或均匀混合物在温度变化下出现的液晶相。溶致液晶是两种或两种以上组分 形成的液晶，其中一种是水或其它的极性溶剂，在一定浓度溶液下出现的液晶相。 聚合物液晶最早是在溶致液晶相发现的，现已有了热致聚合物液晶。由于聚合物的分子要比一 般的有机分子大很多，在性质上也有所不同，因此现在常常把聚合物液晶单独加以考虑。 对于热致液晶， 从分子排列的有序性来区别液晶相， 可以分为三大类： 向列相 （nematic phase） 、 胆甾相（cholesteric phase）和近晶相（smectic
15、phase） 。 图 1.1 介于固相和液相间不同的液晶相 Fig1.1Different liquid crystalline phases between the solid and the liquid phase 在液晶向列相，分子的质心位置是混乱无序的，如同普通液体一样，但分子的取向存在一定的 有序性，即存在分子取向的择优方向，如图 1.2 所示。 2 河北工业大学硕士学位论文 3 n ? 图 1.2 向列相液晶的分子排列 Fig.1.2 The alignment of the nematic liquid crystal molecules 在液晶胆甾相，分子的质心位置也是混乱无
16、序的，从局部来看，胆甾相与向列相非常类似，差 别在于分子取向的择优方向作螺旋式旋转，而螺旋轴垂直于择优方向，如图 1.3 所示。胆甾相液晶 可以分为有胆甾环的胆甾相液晶和无胆甾环的胆甾相液晶两大类，后者又称为手征性向列相液晶。 n ? x z 图 1.3 胆甾相液晶的分子排列 Fig1.3 The alignment of the cholesteric liquid crystal molecules 液晶盒中离子浓度对低频波形的影响 n ? 图 1.4 近晶 A 相液晶的分子排列 Fig.1.4 The alignment of the sematic liquid crystal molecules 在液晶近晶相，分子质心的三个空间坐标中有一个被限制，形成一层一层的分子层结构。层状 液晶比向列相液晶具有较高的有序性。 按照分子取向的择优方向与分子质心在分子层内的不同排列， 已经发现了超过 10 种的近晶相。例如，在近晶 A 相，分子取向的择优方向平行于分子层法线，而分 子的质
