液晶显示技术

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1、液晶显示技术,液晶晶相,液晶分类 （1）溶致液晶：有些材料在溶剂中，处于一定的浓度区间时便会产生液晶。即有机分子溶解在溶剂中，是溶液中溶质的浓度增加，溶剂的浓度减小，有机分子的排列有序而获得液晶 （2）热致液晶：把某些有机物加热溶解，由于加热破坏了结晶晶格而形成的液晶称为热致液晶。当采用降温等方法，将熔融的液体降温到一定程度后分子的取向变得有序化，从而获得液晶态,液晶晶相,（2）液晶的晶相 向列相：丝状相，由长、径比很大的棒状分子组成。分子大致平行排列，质心位置杂乱无序。光学上单轴正性 胆甾相：螺旋相，在向列液晶中加入炫光材料。可看做是有向列相平面重叠而成的，一个平面内的分子相互平行，逐次平面

2、的分子方向呈螺旋式，光学上 单轴负性 近晶相：层状相，脂状相，分子分层排列，层内分子互相平行，其方向可以是垂直于层面，或层面倾斜，层内分子质心可以无序、能自由平移、似液体；或有序成二维点阵,液晶晶相,A相：双分子层结构 B相：层片内的分子质心排列成面心六角形，分子垂直于层面 C相：分子与层面倾斜，在光学上是双轴的由手性分子组成 近晶相液晶粘度大，分子不易转动，响应速度慢，不易做显示器件,液晶的物理性质,曲率弹性：液晶受扰动时，分子取向有恢复平行排列的能力，通常很小 向列相和胆甾相：展曲扭曲弯曲 近晶相： 展曲和层面位移引起的混合弹性,E or B,展曲,K11,E or B,扭曲,K22,E

3、or B,弯曲,K33,液晶的物理性质,液晶是抗磁体，又是介电材料，介电各向异性依材料而定，并与频率有关,液晶的电光效应,电光效应：通过点穴方法，产生光变化的现象称为液晶的电光效应1）液晶的双折射现象：液晶的重要特征之一。2）电控双折射效应：对液晶施加电场，使液晶的排列方向发生变化，因为排列方向的改变，按照一定的偏振方向入射的光，将在液晶中发生双折射现象。3）动态散射：4）旋光效应：5）宾主效应：,液晶显示器件的显示方式,直观式显示方式：直接观看显示面的方式，钟表、计算器、各种仪表 投影式显示：将LCD上写入的光学图像放大，投影到投影屏上的方式，也称为液晶光阀,直观式显示,透射型：是把来自背面

4、的面状背光源的光以显示信息的方式在LCD面板进行时空调制。光源可以是荧光灯、场致发光板或发光二极管等 反射型： 透射反射兼用型,透射式和反射式显示,透射式 反射式,+ High contrast + Low power; light weight + Full color + Sunlight readability ? Power consumption ? Brightness dark ambient ? Sunlight readability ? Low CR; Parallax _ * Desktop Monitors * Hand-held PC, PDA, .,LCs,T-mo

5、de,偏振片,偏振片,LCs,透射式显示,T R R T,T/R LCDs: Comparison,Indoor Outdoor,T-LCD: 适合室内 R-LCD: 适合室外,透反射式显示方式,T-mode,R-mode,Polarizer,Polarizer,LCs,透反射式兼用显示方式,投影式显示,光写入方式 热（激光）写入方式：由相变而来 电写入方式 TFT-LCD型,液晶显示器的技术参数,对比度：人眼能接受的对比度为： 分辨率： 外观,液晶显示器的特点,低压微功耗：V，几mA/cm2 平板型结构 被动显示型：本身不发光，靠调制外界光进行显示 显示信息量大：没有CRT阴罩限制，像素可以

6、做得很小，LCD可以进行投影显示及组合显示 易于彩色化 无电磁辐射 长寿命：可达50000小时,液晶显示技术的发展史,动态散射模式： 宾主模式： 1974年，不需要偏振片 扭曲向列模式：模式不适合大容量显示 超扭曲向列模式：年瑞士的发表了关于度的超双折射效应的研究成果 双折射控制模式（）： 高分子分散液晶：利用液晶与高分子聚合物的光散射现象的液晶，不需要偏振片 存储功能突出的相变模式：适用于功耗低、电池驱动的便携式终端 高速响应性突出的铁电液晶。,液晶技术的新进展,采用型素子进行驱动 利用色滤光镜制作工艺创造色彩斑斓的画面 低反射液晶显示技术 先进的连续料界结晶硅液晶显示技术 超宽视角技术 超

7、黑晶技术 超高开口率技术 反光低反射技术,主要任务,提高对比度 提高亮度：亮的背光源，高的光利用率 3. 降低功耗 4. 提高响应速度 5. 提高视角宽度 6. 开发可折叠的电子报纸,2 个区域 TN,Yang, IDRC91, p.68,只改善垂直方向的视角 有旋转位移线 制造成本升高,4个区域 TN,Chen et al, SID95, p.865; Nam et al, SID97, p.933,宽视角 有旋转位移线 反响摩擦; 光取向,Fujitsu 4个范畴的垂直取向,加电压的情况下，电场是对称的.,多范畴 + 补偿膜: 视角 70o 高对比度; 孔径率 60%,A. Takeda,

8、 SID98, p.1077, 1998.,第二代多范畴垂直取向（MVA）,K. Okamoto, IDRC03: 07-01,锥体物 + 狭缝,视角的改善,普通的 MVA 优化的MVA CR=10 在所有的角度CR10,色彩位移的改善,响应时间的改善,Conventional MVA New MVA + overdriveAverage: 29.3 ms Average: 11.6 ms,A. Lien, EuroDisplay, p.21, 1993; K.H. Kim et al., Asia Display, p.383, 1998.,三星的专利,VA (De0), High CR;

9、Rubbing free Fringing field multi-domains Need biaxial films (diagonals) Disclination lines?,Off-State (Black) On-State (White),平面内开关（In-Plane Switch）,V=0,演 示,IPS: 视角（View Angle）,宽视角; 颜色变化?,IPS: 2D 模拟结果,液晶分子取向分布 VT 曲线,Iso-contrast contour Response time,Hitachis 超（Super） IPS,Aratani et al. JJAP 36, L

10、27 (1997),Color shift at F=50o,LED为背光源,以前用在液晶显示的背光源是：冷阴极荧光灯管（CCFL） LED背光荧屏采用的是发光二极管LED做背光源的优点： 1.屏幕可以做的更薄 2.画面效果更好3.不会发黄变暗 。 4.更加省电 。 5.更加环保 。,手性列向液晶,一般的列向液晶,手性列向液晶,胆固醇液晶,V = 0; Bragg R 50%(circular) o= nP; D=100nm,V 15Vrms Focal Conic Scattering,V 30Vrms Homeotropic Optically Clear,Predicting refle

11、ction peak,Predicting reflection band,胆固醇反射带宽,l = 2d = nP, = Pn,均匀螺距胆固醇液晶,螺距连续变化的胆固醇液晶,Solid lineDashed lines,胆固醇液晶显示,特点: 双稳态记忆/低功耗 高亮度(不需要偏振片) 宽视角挑战: 1. 驱动电压高 2. 对比度：颜色纯度 3. 全彩色问题 (3-片叠在一起 8 颜色),Kent Displays Inc.,可折叠电子报纸,聚合物液晶,1. 60-70% 液晶 + 30-40% 聚合物单体: 相位分离 2. 微米量级的液晶球: 光散射 3. 不需要偏振片: 高亮度 4. 制备简单: 可折叠基板 5. 对比度取决于接受的角度,Doane et al, APL 48, 269 (1986),反射式聚合物液晶显示,Dye-doped(2 wt%) TPDLC LC/monomer= 60/40 Contrast ratio10:1,