液晶的物理光学性质68页PPT
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《液晶的光学特性》课件
《液晶的光学特性》PPT 课件
液晶是一种特殊的物质，其分子具有有序排列的结构，具有独特的光学特性。 本课件将介绍液晶的基本特性、分子的运动性质、光学特性以及液晶晶体器 件的应用。
液晶的基本特性
什么是液晶？
液晶是一种介于液体和 晶体之间的物质，具有 流动性和有序排列的分 子结构。
液晶分子的构成和 结构
液晶光阀技术
液晶光阀用于调节和控制 光的传播和透过性，被应 用于照明和光学装置。
液晶调制器件
液晶调制器件常用于光学 通信和光学仪器，实现光 信号的调Байду номын сангаас和传输。
应用
液晶电视
液晶电视以其高清晰度和广色域成为现代 家庭娱乐的主要选择。
液晶显示屏
液晶显示屏被应用于各种电子设备，如手 机、平板电脑和电子书阅读器。
液晶分子的取向和排列
液晶分子在液晶中具有特定的取向 和排列方式，可以通过外部影响进 行调控。
液晶分子的摆动运动
液晶分子可以在平面内进行摆动运 动，影响着液晶的相位变化。
液晶的光学特性
1 双折射现象
2 相位差和波片
液晶具有双折射现象， 可以将入射光分为两 个方向传播。
液晶中的相位差可以 通过波片来改变，实 现光的控制和调制。
液晶分子通常由两部分 组成：长链状的杂化分 子和具有极性的末端基 团。
液晶的相态
液晶可以存在多种相态， 包括列相、层相、胆相 和偏向列相等。
液晶分子的运动性质
1
液晶分子的旋转运动
2
液晶分子可以沿着自身轴线进行旋
转运动，改变液晶的光学性质。
3
液晶分子的扭曲运动
4
液晶分子可以相对扭曲，改变液晶 的光学性质和相位差。
液晶是一种特殊的物质，其分子具有有序排列的结构，具有独特的光学特性。 本课件将介绍液晶的基本特性、分子的运动性质、光学特性以及液晶晶体器 件的应用。
液晶的基本特性
什么是液晶？
液晶是一种介于液体和 晶体之间的物质，具有 流动性和有序排列的分 子结构。
液晶分子的构成和 结构
液晶光阀技术
液晶光阀用于调节和控制 光的传播和透过性，被应 用于照明和光学装置。
液晶调制器件
液晶调制器件常用于光学 通信和光学仪器，实现光 信号的调Байду номын сангаас和传输。
应用
液晶电视
液晶电视以其高清晰度和广色域成为现代 家庭娱乐的主要选择。
液晶显示屏
液晶显示屏被应用于各种电子设备，如手 机、平板电脑和电子书阅读器。
液晶分子的取向和排列
液晶分子在液晶中具有特定的取向 和排列方式，可以通过外部影响进 行调控。
液晶分子的摆动运动
液晶分子可以在平面内进行摆动运 动，影响着液晶的相位变化。
液晶的光学特性
1 双折射现象
2 相位差和波片
液晶具有双折射现象， 可以将入射光分为两 个方向传播。
液晶中的相位差可以 通过波片来改变，实 现光的控制和调制。
液晶分子通常由两部分 组成：长链状的杂化分 子和具有极性的末端基 团。
液晶的相态
液晶可以存在多种相态， 包括列相、层相、胆相 和偏向列相等。
液晶分子的运动性质
1
液晶分子的旋转运动
2
液晶分子可以沿着自身轴线进行旋
转运动，改变液晶的光学性质。
3
液晶分子的扭曲运动
4
液晶分子可以相对扭曲，改变液晶 的光学性质和相位差。
第三章 液晶显示ppt课件
z,n θ
S与温度T的关系：
S = K [ ( T) / T ] C T C
S 为 有 序 参 量 ， K 为 比 例 系 数 ， T 为 向 列 型 液 晶 的 清 亮 点 。 C
二、液晶的各向异性 液晶分子是极性的棒状分子，导致了液晶的宏观物 理性质在长轴有序方向和短轴有序方向上不同，一般 称沿分子长轴平均方向为平行方向（//），沿分子短 轴平均方向为垂直方向（⊥）。 1、介电各向异性 液晶分子的电偶极矩为 r rl0 ，若长轴方向的单位 矢量为 n ， r 与 n 的夹角为θ 。 液晶短轴方 θ≈0，正性液晶，NP θ≈π/2，负性液晶，Nn
o光 e光
晶体有一个（或多个）方向，沿该方向寻常光与非 寻常光传播速度相等，此方向称为晶体的光轴。晶体 按光轴数量分可分为单轴晶体和双轴晶体。 主平面：光的传播方向与晶体光轴构成的平面。
主截面：晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面。
光轴
光轴
法线
光线 主平面
光线 主截面
o光和e光都是线偏振光，但o光的振动方向垂直于 自己的主平面，而e光的振动平行于自己的主平面。 当入射光的入射面和晶体的主截面重合时，o光与e光 的主平面相重合，o光与e光的振动方向相互垂直。
k k k 3 3 1 1 2 2
主要影响液晶显示器件的响应速度和多路驱动能力。 5、粘滞系数 粘滞系数小则液体易流动，分子排列易改变。液晶 沿不同方向流动粘滞性不同，粘滞系数影响显示器件 的响应速度。
k 展 曲 弹 性 系 数 ， k 扭 曲 弹 性 系 数 ， k 弯 曲 弹 性 系 数 1 1 2 2 3 3
ne n
光轴
胆甾型液晶具有负单轴晶体的光学性质，这是因为： 1 /2 1 2 2 n n n o ( // ) 2
9.液晶的物理光学特性
液晶分子长轴的平均方向称为该液晶的指向矢(n)。 沿分子长轴平均方向为平行(∥)方向； 沿分子短轴平均方向为垂直(⊥)方向。
2. 液晶的物理特性——各向异性
在宏观上，液晶具有液体的流动性和晶体的异向性： 沿分子长轴有序方向和短轴有序方向上的宏观物理性 质不同。 描述液晶的物理量分为平行方向物理量和垂直方向 物理量。例如：平行折射率(n∥)，垂直折射率(n⊥)；平 行磁化率 (χ∥) ，垂直磁化率 (χ⊥) ；平行介电常数 (ε∥) ， 垂直介电常数(ε⊥) 等。 各向异性的大小和方向则用它们的代数和来表示： 例如介电各向异性△ε=ε∥-ε⊥。如果ε∥>ε⊥，则为正介电 各向异性；如果ε∥<ε⊥，则为负介电各向异性。
当电压低于该阈值电压时，外界的入射光就不会发 生散射现象。 产生动态散射必须的三个条件：
(1) 液晶盒要有足够的厚度（≥6μm）； (2) 液晶材料的阻值要低（低于2×1010Ω· cm）； (3) 介电各向异性必须为负值。
3. 液晶的电光效应
1. 动态散射效应 动态散射有两种作用，一种是无存储作用，另一种 是有存储作用。 无存储作用：施加电压在阈值电压上下变换；
TC T SK TC
当温度上升时，有序参量S下降，从而会导致液晶显 示器质量下降。
2. 液晶的物理特性——各向异性
液晶分子一般都是刚性的棒状分子。 由于分子头尾、侧面所接的分子集团不同，液晶分 子在长轴和短轴两个方向上具有不同性质，成为极性 分子。
由于分子间的作用力而有序排列 —— 液晶分子长轴 总是相互平行，或有一个择优方向，而分子质心则呈 自由状态。
3. 电控双折射效应
对液晶施加电场时液晶排列方向发生变化。 由于排列方向的改变，按照一定的偏振方向入射的 光，将在液晶中发生双折射。
2. 液晶的物理特性——各向异性
在宏观上，液晶具有液体的流动性和晶体的异向性： 沿分子长轴有序方向和短轴有序方向上的宏观物理性 质不同。 描述液晶的物理量分为平行方向物理量和垂直方向 物理量。例如：平行折射率(n∥)，垂直折射率(n⊥)；平 行磁化率 (χ∥) ，垂直磁化率 (χ⊥) ；平行介电常数 (ε∥) ， 垂直介电常数(ε⊥) 等。 各向异性的大小和方向则用它们的代数和来表示： 例如介电各向异性△ε=ε∥-ε⊥。如果ε∥>ε⊥，则为正介电 各向异性；如果ε∥<ε⊥，则为负介电各向异性。
当电压低于该阈值电压时，外界的入射光就不会发 生散射现象。 产生动态散射必须的三个条件：
(1) 液晶盒要有足够的厚度（≥6μm）； (2) 液晶材料的阻值要低（低于2×1010Ω· cm）； (3) 介电各向异性必须为负值。
3. 液晶的电光效应
1. 动态散射效应 动态散射有两种作用，一种是无存储作用，另一种 是有存储作用。 无存储作用：施加电压在阈值电压上下变换；
TC T SK TC
当温度上升时，有序参量S下降，从而会导致液晶显 示器质量下降。
2. 液晶的物理特性——各向异性
液晶分子一般都是刚性的棒状分子。 由于分子头尾、侧面所接的分子集团不同，液晶分 子在长轴和短轴两个方向上具有不同性质，成为极性 分子。
由于分子间的作用力而有序排列 —— 液晶分子长轴 总是相互平行，或有一个择优方向，而分子质心则呈 自由状态。
3. 电控双折射效应
对液晶施加电场时液晶排列方向发生变化。 由于排列方向的改变，按照一定的偏振方向入射的 光，将在液晶中发生双折射。
液晶的光学特性分析
液晶的光学特性分析光的偏振性光矢量麦克斯韦在电磁波理论中指出电磁波是横波，由两个相互垂直的振动矢量即电场强度E和磁场强度H来表征，由于人们从光的偏振现象认识到光是横波，而且光速的测量值与电磁波速的理论计算值相符合，所以肯定光是一种电磁波，大量试验表明：在光波中产生感光作用和生理作用的是电场强度E，所以规定E 为光矢量，我们把E的振动称为光振动，光矢量E的方向就是光振动的方向。
自然光：一个原子或分子在某一瞬间发出的光本来是有确定振动方向的光波列，但是通常的光是大量原子的无规率发射，是一个瞬息万变、无序间歇过程，所以各个波列的光矢量可以分布在一切可能的方位，平均来看，光矢量对于光的传播方向成对成均匀分布，没有任何一个方位较其它方位更占优势，这种光就叫自然光。
自然光在反射、散射或通过某些晶体时，其偏振状态会发生变化。
例如阳光是自然光，但经天空漫射后是部分偏振的，一些室内的透明塑料盒，如录音带盒，在某些角度上会出现斑澜色彩，就是偏振光干涉的结果。
自然光的分解：在自然光中，任何取向的光矢量都可分解为两个相互垂直方向上的分量，很显然，自然光可用振幅相等的两个相互垂直方向上的振动来表示。
应当指出，由于自然光中振动的无序性，所以这两个相互垂直的光振动之间没有恒定的位相差，但应注意的是不能将两个相位无关联的光矢量合成为一个稳定的偏振光，显然对应两个相互垂直振动的光强各为自然光光强的一半。
如果采用某种方法能把两个相互垂直的振动之一去掉，那就获得了线偏振光，如果只能去掉两个振动之一的一部分，则称为部分偏振光。
偏振光线偏振光：如果光矢量在一个固定平面内只沿一个固定的方向振动，这种光称为线偏振光，也叫面偏振光或全偏振光，线偏振光的光矢量方向和传播方向构成的平面称为振动面，线偏振光的振动面是固定不变的。
部分偏振光：这是介于偏振光和自然光之间的一种偏振光，在垂直于这种光的传播方向的平面内，各方向的振动都有，但它们的振幅不相等。
第2讲 液晶的物理性质
4. 光学各向异性
• 光学各向异性是电磁波通过介电各向异 性材料解麦克斯韦尔方程的结果. • 对于向列型液晶, 结论为折射率椭球. 以 后还要介绍. • 对于胆甾型液晶, 有三种效应: 光波导效应、布拉格效应、旋光效应
• 折射率椭球：
n//
n
//
n
n
n
x n
2 2
y n
2 2
z n
3
写出非零的项：
1
C 0 P0 ( x )
1
j ( x ) dx
1 2
1
1
C 2 P2 ( x )
1
1
j ( x )( 3 x 1) dx
2
4 2
C 4 P4 ( x )
8 1
j ( x )( 35 x 30 x 3 )dx
将
f (q ) j (cos q )
于是：
11 33 //
液晶的介电各向异性常表示为： // 其中//和分别表示平行于和垂直于指向矢。
若液晶的 // 0
该种液晶为正性液晶, 以Np 表示;
反之, 则为负性液晶, 以Nn表示。 Np液晶在电场下的性质:
2 另一方面，若液晶相分子高度一致取向时，平均势将变得很大，分子混乱 时取向时，平均势将很小，分子完全混乱时，平均势为零，所以平均势V 中还必须包括有序参数S这一因子，S=<P2(cosθ)>。还有，取向势函数的 大小与材料有关，不同的材料与有不同的势函数，势函数中必须包含一个 随材料的不同而异的比例因子υ。把上述三方面的因素相乘，就人为地构 造了其它分子对某一分子产生的平均势——取向势函数V：
液晶的光学特性
下面将讨论偏振光通过双折射物质后再经一偏振片而看到的干涉 现象。
2.1.3 正交偏光下液晶的织构
1) 偏振光的干涉
平行偏振光垂直通过放在两偏振片之间的平行液晶片，设波 片的快慢轴分别沿x轴和y轴方向，第一片偏振片P1的透光轴与x 轴的夹角为α，第二片偏振片的P2 的透光轴与x轴的夹角为β。
透过偏振片P1的线偏振光的振幅为a，它在快慢轴上的投影分 别为acosα和a sinα，这两个分量通过液晶波片之后的位相差为：
链接：制造尺寸小的波片的材料为云母。云母容易解理成很薄的薄片， 而且厚度较易控制，所以用来制造波片是很适宜的。经过拉伸的聚乙 烯醇薄膜也可用来制造波片。这种大尺寸的波片已用于超扭曲液晶显 示屏上，可得到黑白模式的超扭曲显示屏，从而为超扭曲彩色显示屏 奠定了基础。
三、偏振光与波片的矩阵分析法
1.偏振光的矩阵表示——琼斯矩阵 在与光线垂直的平面上选定直角坐标系xoy，任一偏振光，无
各种织构特征均是由不同类型的缺陷结构引起的，厚度不同、杂质、 表面等可导致位错与向错，从而产生非常丰富的液晶织构。常见的液晶态 的织构有纹影织构、焦锥织构、扇形织构、镶嵌织构、指纹织构和条带织 构等。
研究液晶织构已成为判断液晶态的存在和类型的重要手段，并可为探 索液晶内部指向矢场变化和外界条件对分子取向影响规律提供重要信息。
Ey
Ey0 Ex0
Ex
③
δ为π/2的奇数倍时，（5）式化为
E
2 x
E
2 x0
E
2 y
E
2 y0
1
若 Ex0 Ey0 E0 ，则化为圆偏振光： Ex2 Ey2 E02
④δ为其他值时，合成电矢量端点的轨迹为椭圆。
The Polarization of E is dependent on the value of δ.
2.1.3 正交偏光下液晶的织构
1) 偏振光的干涉
平行偏振光垂直通过放在两偏振片之间的平行液晶片，设波 片的快慢轴分别沿x轴和y轴方向，第一片偏振片P1的透光轴与x 轴的夹角为α，第二片偏振片的P2 的透光轴与x轴的夹角为β。
透过偏振片P1的线偏振光的振幅为a，它在快慢轴上的投影分 别为acosα和a sinα，这两个分量通过液晶波片之后的位相差为：
链接：制造尺寸小的波片的材料为云母。云母容易解理成很薄的薄片， 而且厚度较易控制，所以用来制造波片是很适宜的。经过拉伸的聚乙 烯醇薄膜也可用来制造波片。这种大尺寸的波片已用于超扭曲液晶显 示屏上，可得到黑白模式的超扭曲显示屏，从而为超扭曲彩色显示屏 奠定了基础。
三、偏振光与波片的矩阵分析法
1.偏振光的矩阵表示——琼斯矩阵 在与光线垂直的平面上选定直角坐标系xoy，任一偏振光，无
各种织构特征均是由不同类型的缺陷结构引起的，厚度不同、杂质、 表面等可导致位错与向错，从而产生非常丰富的液晶织构。常见的液晶态 的织构有纹影织构、焦锥织构、扇形织构、镶嵌织构、指纹织构和条带织 构等。
研究液晶织构已成为判断液晶态的存在和类型的重要手段，并可为探 索液晶内部指向矢场变化和外界条件对分子取向影响规律提供重要信息。
Ey
Ey0 Ex0
Ex
③
δ为π/2的奇数倍时，（5）式化为
E
2 x
E
2 x0
E
2 y
E
2 y0
1
若 Ex0 Ey0 E0 ，则化为圆偏振光： Ex2 Ey2 E02
④δ为其他值时，合成电矢量端点的轨迹为椭圆。
The Polarization of E is dependent on the value of δ.
液晶的光学特性
透出来的这两个分量振动方向相同，位相差固定，因而 发生干涉。于是，干涉后的光强度可用下式表示：
代入上式并简化后得到：
32
分析: ①上式中的第一项与波片的参数无关。它是在不存在液晶的条件下由马吕 定律所决定的背景光。上式中的第二项代表了由于液晶各向异性（ne≠no） 所引起的干涉效应。这一项与波长及双折射率，玻璃之间的间隔有关。
sin t sin1
(1)
Ey
Ey0
cost cos2
sin t sin2
(2)
(1)cos2 (2)cos1 得：
Ex Ex0
cos2
Ey Ey0
cos1
sin t
sin（2
1）
（3）
(1)sin2 (2)sin1 得：
Ex Ex0
sin 2
Ey Ey0
sin 1
cost sin（2
各种织构特征均是由不同类型的缺陷结构引起的，厚度不同、杂质、 表面等可导致位错与向错，从而产生非常丰富的液晶织构。常见的液晶态 的织构有纹影织构、焦锥织构、扇形织构、镶嵌织构、指纹织构和条带织 构等。
研究液晶织构已成为判断液晶态的存在和类型的重要手段，并可为探 索液晶内部指向矢场变化和外界条件对分子取向影响规律提供重要信息。
3
2.1.1 偏振光的产生和叠加
光波为横电磁波：
4
如何获得偏振光？
①由反射和折射产生偏振光：
以θB（布儒斯特角）入射，反射光是线偏光，透射光是部分偏振光。 当以θB入射时，经多次反射与折射，反射光、透射光均为线偏光。
5
②由双折射产生偏振光，如尼科尔棱镜； ③由二向色性（dichroism）产生偏振光。（碘硫酸金鸡钠）√
26
代入上式并简化后得到：
32
分析: ①上式中的第一项与波片的参数无关。它是在不存在液晶的条件下由马吕 定律所决定的背景光。上式中的第二项代表了由于液晶各向异性（ne≠no） 所引起的干涉效应。这一项与波长及双折射率，玻璃之间的间隔有关。
sin t sin1
(1)
Ey
Ey0
cost cos2
sin t sin2
(2)
(1)cos2 (2)cos1 得：
Ex Ex0
cos2
Ey Ey0
cos1
sin t
sin（2
1）
（3）
(1)sin2 (2)sin1 得：
Ex Ex0
sin 2
Ey Ey0
sin 1
cost sin（2
各种织构特征均是由不同类型的缺陷结构引起的，厚度不同、杂质、 表面等可导致位错与向错，从而产生非常丰富的液晶织构。常见的液晶态 的织构有纹影织构、焦锥织构、扇形织构、镶嵌织构、指纹织构和条带织 构等。
研究液晶织构已成为判断液晶态的存在和类型的重要手段，并可为探 索液晶内部指向矢场变化和外界条件对分子取向影响规律提供重要信息。
3
2.1.1 偏振光的产生和叠加
光波为横电磁波：
4
如何获得偏振光？
①由反射和折射产生偏振光：
以θB（布儒斯特角）入射，反射光是线偏光，透射光是部分偏振光。 当以θB入射时，经多次反射与折射，反射光、透射光均为线偏光。
5
②由双折射产生偏振光，如尼科尔棱镜； ③由二向色性（dichroism）产生偏振光。（碘硫酸金鸡钠）√
26
《液晶显示技术》ppt课件
80 40 20 10
5
= 0°
Yang, IDRC’91, p.68
4个区域 TN
180o
Storage Capacitor
270o
宽视角 有旋转位移线 反响摩擦; 光取向
q=10 20 30 40 50 90o
80 40 20 10 5
f=0 o
Chen et al, SID’95, p.865; Nam et al, SID’97, p.933
表了关于２７０度的超双折射效应的研讨成果 • 双折射控制方式〔ＥＣＢ〕： • 高分子分散液晶：利用液晶与高分子聚合物的光散射景象
的液晶，不需求偏振片 • 存储功能突出的相变方式：适用于功耗低、电池驱动的便
携式终端 • 高速呼应性突出的铁电液晶。
液晶技术的新进展
• 采用ＴＦＴ型ａｃｔｉｖｅ素子进展驱动 • 利用色滤光镜制造工艺发明颜色斑斓的画面 • 低反射液晶显示技术 • 先进的延续料界结晶硅液晶显示技术 • 超宽视角技术 • 超黑晶技术 • 超高开口率技术 • 反光低反射技术
普通的 MVA CR=10
优化的MVA 在一切的角度CR>10
颜色位移的改善
呼应时间的改善
Conventional MVA
New MVA + overdrive
Average: 29.3 ms
Average: 11.6 ms
三星的专利
Off-State (Black)
On-State (White)
的陈列方向发生变化，由于陈列方向的改动，按 照一定的偏振方向入射的光，将在液晶中发生双 折射景象。 • 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
5
= 0°
Yang, IDRC’91, p.68
4个区域 TN
180o
Storage Capacitor
270o
宽视角 有旋转位移线 反响摩擦; 光取向
q=10 20 30 40 50 90o
80 40 20 10 5
f=0 o
Chen et al, SID’95, p.865; Nam et al, SID’97, p.933
表了关于２７０度的超双折射效应的研讨成果 • 双折射控制方式〔ＥＣＢ〕： • 高分子分散液晶：利用液晶与高分子聚合物的光散射景象
的液晶，不需求偏振片 • 存储功能突出的相变方式：适用于功耗低、电池驱动的便
携式终端 • 高速呼应性突出的铁电液晶。
液晶技术的新进展
• 采用ＴＦＴ型ａｃｔｉｖｅ素子进展驱动 • 利用色滤光镜制造工艺发明颜色斑斓的画面 • 低反射液晶显示技术 • 先进的延续料界结晶硅液晶显示技术 • 超宽视角技术 • 超黑晶技术 • 超高开口率技术 • 反光低反射技术
普通的 MVA CR=10
优化的MVA 在一切的角度CR>10
颜色位移的改善
呼应时间的改善
Conventional MVA
New MVA + overdrive
Average: 29.3 ms
Average: 11.6 ms
三星的专利
Off-State (Black)
On-State (White)
的陈列方向发生变化，由于陈列方向的改动，按 照一定的偏振方向入射的光，将在液晶中发生双 折射景象。 • 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
9.液晶的物理光学特性
2. 液晶的物理特性——各向异性
3. 光学折射率各向异性△n 光在液晶中传播时，会发生光学折射率各向异性， 即双折射。折射率(n)的大小受液晶分子结构影响 。 当光通过向列相液晶(单轴晶体)时，若非寻常光的折 射率(ne)大于寻常光的折射率(n0)，即ne>no，这表明光 在液晶中的传播速度(v)存在着ve<v0的关系，即寻常光 的传播速度大——这种液晶在光学上称为正光性。 向列相液晶几乎都是正光性材料；而胆甾相液晶的 光轴与螺旋平行，与分子长轴垂直，非寻常光的折射 率小，即ne<n0，所以胆甾相液晶为负光性材料。
2. 液晶的物理特性——各向异性
1. 介电各向异性Δε 介电常数反映了在电场作用下介质极化的程度。 液晶介电各向异性是决定液晶分子在电场中行为的 重要参数。
设分子长轴方向的单位矢量为 n，分子永久电偶极矩 为 r ，液晶 n 与 r 的夹角为θ。 实验发现：不同类型的液晶分子，它们的θ不是接近 0° ，就是接近 90° 。即分子永久偶极矩偏向于平行分 子长轴或垂直分子长轴。
液晶分子长轴的平均方向称为该液晶的指向矢(n)。 沿分子长轴平均方向为平行(∥)方向； 沿分子短轴平均方向为垂直(⊥)方向。
2. 液晶的物理特性——各向异性
在宏观上，液晶具有液体的流动性和晶体的异向性： 沿分子长轴有序方向和短轴有序方向上的宏观物理性 质不同。 描述液晶的物理量分为平行方向物理量和垂直方向 物理量。例如：平行折射率(n∥)，垂直折射率(n⊥)；平 行磁化率 (χ∥) ，垂直磁化率 (χ⊥) ；平行介电常数 (ε∥) ， 垂直介电常数(ε⊥) 等。 各向异性的大小和方向则用它们的代数和来表示： 例如介电各向异性△ε=ε∥-ε⊥。如果ε∥>ε⊥，则为正介电 各向异性；如果ε∥<ε⊥，则为负介电各向异性。
第一章液晶基础知识ppt课件
• 向列液晶有 n// n ，所以Δn>0，即向列 液晶一般都呈现正单轴晶体的光学性质。
• 胆甾型液晶具有负单轴晶体的光学性质，
这是因为：
1
nO 12(n//2 n2)2
ne n
nnenO0
液晶器件所基于的三种光学特性
由于液晶具有单轴晶体的光学各向异性，所以具有以下 光学特性： 1）能使入射光沿液晶分子偶极矩的方向偏转； 2）使入射的偏光状态，及偏光轴方向发生变化； 3）使入射的左旋及右旋偏光产生对应的透过或反射。 液晶器件基本就是根据这三种光学特设计制造的。
• 当入射光通过偏振片后成为线偏振光，在外电场 作用时，由线偏光经过扭曲向列液晶的旋光特性 决定，在出射处，检偏片与起偏片相互垂直，旋 转了90°的偏振光可以通过。因此呈透光态。
• 在有电场作用时，当电场大于阈值场强后，液晶 盒内液晶分子长轴都将沿电场方向排列，即与表 面呈垂直排列，此时入射的线偏振光不能得到旋 转，因而在出射处不能通过检偏片，呈暗态。
1 有序参量 2 各向异性 3 弹性常数 4 临界电场
1.3 液晶的光电特性
1 液晶的各向异性 2 液晶的双折射 3 液晶的电光效应
液晶的光电特性
• （1）液晶的各向异性
//
• P型液晶 （Δε>0）正介电各向异性液晶 • N型液晶（Δε<0）负介电各向异性液晶
液晶短轴方向ε∥ 液晶短轴方向ε⊥
P型液晶 N型液晶 阈值电压
2 液晶的双折射
向列相液晶 正单轴晶体光学性质 胆甾相液晶 负单轴晶体光学性质
2 液晶的双折射
由于液晶具有单轴晶体的光学各向异性,所以 具有以下光学特性:
1 能使入射光沿液晶分子偶极矩的方向偏转; 2 使入射光的偏光状态及偏光轴方向发生变化; 3 使入射的左旋及右旋偏光产生对应的透射或反射.
• 胆甾型液晶具有负单轴晶体的光学性质，
这是因为：
1
nO 12(n//2 n2)2
ne n
nnenO0
液晶器件所基于的三种光学特性
由于液晶具有单轴晶体的光学各向异性，所以具有以下 光学特性： 1）能使入射光沿液晶分子偶极矩的方向偏转； 2）使入射的偏光状态，及偏光轴方向发生变化； 3）使入射的左旋及右旋偏光产生对应的透过或反射。 液晶器件基本就是根据这三种光学特设计制造的。
• 当入射光通过偏振片后成为线偏振光，在外电场 作用时，由线偏光经过扭曲向列液晶的旋光特性 决定，在出射处，检偏片与起偏片相互垂直，旋 转了90°的偏振光可以通过。因此呈透光态。
• 在有电场作用时，当电场大于阈值场强后，液晶 盒内液晶分子长轴都将沿电场方向排列，即与表 面呈垂直排列，此时入射的线偏振光不能得到旋 转，因而在出射处不能通过检偏片，呈暗态。
1 有序参量 2 各向异性 3 弹性常数 4 临界电场
1.3 液晶的光电特性
1 液晶的各向异性 2 液晶的双折射 3 液晶的电光效应
液晶的光电特性
• （1）液晶的各向异性
//
• P型液晶 （Δε>0）正介电各向异性液晶 • N型液晶（Δε<0）负介电各向异性液晶
液晶短轴方向ε∥ 液晶短轴方向ε⊥
P型液晶 N型液晶 阈值电压
2 液晶的双折射
向列相液晶 正单轴晶体光学性质 胆甾相液晶 负单轴晶体光学性质
2 液晶的双折射
由于液晶具有单轴晶体的光学各向异性,所以 具有以下光学特性:
1 能使入射光沿液晶分子偶极矩的方向偏转; 2 使入射光的偏光状态及偏光轴方向发生变化; 3 使入射的左旋及右旋偏光产生对应的透射或反射.
液晶的物理光学性质
2008年1月9日 13
z n
液晶显示器原理
a
θ
o
x
1 2 s = (3 cos θ − 1) 2
y
各向同性液体的S=0，理想晶体的S=1 液晶的有序参量S一般在0.3～0.8之间。
2008年1月9日 14
液晶显示器原理 2、液晶的各向异性
液晶的分子一般都是刚性的棒状分子，由 于分子头尾、侧面所接的分子集团不同，使 液晶分子在长轴和短轴两个方向上具有不同 的性质，液晶分子是极性分子，由于分子间 的作用力，液晶分子集合在一起时，分子长 轴总是互相平行的，或有一个择优方向，液 晶分子长轴的平均趋向的单位矢量称为该液 晶的指向矢。
一束自然光(光强为 I 0)通过起偏器后，变 成线偏振光，然后通过一个检偏器，则透过 检偏器后的光强 I 随检偏器透光轴的夹角而 变化，即：
I=
α 是起偏器与检偏器的透光轴之间的夹角。
I COS
0
2
α
2008年1月9日
34
液晶显示器原理
2008年1月9日
35
液晶显示器原理
分析：由马吕斯定律可知，当两偏振器 透光轴平行时，透射光强最大；当两偏振器 的透光轴互相垂直时，透射光强为零，没有 光从检偏器出射，此时检偏器处于消光位 置，从而实现黑白控制。 如果在外电场的作用下，由于液晶的光 学各向异性，使得偏振光在通过液晶盒时透 光轴发生变化，则检偏器出射的光便形成具 有灰度特征的图像，这就是液晶屏的基本光 学显示原理。
液晶显示器原理
本课程的主要学习内 容： 一、LCD显示原理 1、液晶显示的物理光学知识 2、液晶显示基本原理 3、常见的液晶显示器件 4、液晶显示驱动技术 5、液晶显示器的选购与维护
2008年1月9日
z n
液晶显示器原理
a
θ
o
x
1 2 s = (3 cos θ − 1) 2
y
各向同性液体的S=0，理想晶体的S=1 液晶的有序参量S一般在0.3～0.8之间。
2008年1月9日 14
液晶显示器原理 2、液晶的各向异性
液晶的分子一般都是刚性的棒状分子，由 于分子头尾、侧面所接的分子集团不同，使 液晶分子在长轴和短轴两个方向上具有不同 的性质，液晶分子是极性分子，由于分子间 的作用力，液晶分子集合在一起时，分子长 轴总是互相平行的，或有一个择优方向，液 晶分子长轴的平均趋向的单位矢量称为该液 晶的指向矢。
一束自然光(光强为 I 0)通过起偏器后，变 成线偏振光，然后通过一个检偏器，则透过 检偏器后的光强 I 随检偏器透光轴的夹角而 变化，即：
I=
α 是起偏器与检偏器的透光轴之间的夹角。
I COS
0
2
α
2008年1月9日
34
液晶显示器原理
2008年1月9日
35
液晶显示器原理
分析：由马吕斯定律可知，当两偏振器 透光轴平行时，透射光强最大；当两偏振器 的透光轴互相垂直时，透射光强为零，没有 光从检偏器出射，此时检偏器处于消光位 置，从而实现黑白控制。 如果在外电场的作用下，由于液晶的光 学各向异性，使得偏振光在通过液晶盒时透 光轴发生变化，则检偏器出射的光便形成具 有灰度特征的图像，这就是液晶屏的基本光 学显示原理。
液晶显示器原理
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2008年1月9日
液晶PPT课件
高分子液晶
对于高分子液晶来讲，致晶单元如果处在高分 子主链上，即成为主链型高分子液晶。而如果致晶 单元是通过一段柔性链作为侧基与高分子主链相 连，形成梳状结构，则称为侧链型高分子液晶。主 链型高分子液晶和侧链型高分子液晶不仅在液晶形 态上有差别，在物理化学性质方面往往表现出相当 大的差异。一般而言，主链型高分子液晶为高强 度、高模量的结构材料，而侧链型高分子液晶为具 有特殊性能的功能高分子材料。
高分子液晶
按照液晶的形成条件不同，可将其主要分 为热 致性和溶致性两大类。热致性液晶是依靠温度的变 化，在某一温度范围形成的液晶态物质。液晶态物 质从浑浊的各向异性的液体转变为透明的各向同性 的液体的过程是热力学一级转变过程，相应的转变 温度称为清亮点，记为Tcl。不同的物质，其清亮点 的高低和熔点至清亮点之间的温度范围是不同的。
高分子液晶
在致晶单元的端部通常还有一个柔软、易 弯曲 的基团R，这个端基单元是各种极性的或非极性的 基团，对形成的液晶具有一定稳定作用，因此也是 构成液晶分子不可缺少的结构因素。常见的R包括 —R’、 —OR’、 —COOR’、 —CN、 —OOCR’、 —COR’、 —CH=CH—COOR’、 —Cl、 —Br、 —NO2等。
高分子液晶
根据分子排列的形式和有序性的不同，液 晶有 三种结构类型：近晶型、向列型和胆甾型。（见图 1）。
近晶型 胆甾型
向列型 图1 液晶结构示意图
高分子液晶
（1）近晶型液晶（smectic liquid crystals，S） 近晶型液晶是所有液晶中最接近结晶结
构的一 类，因此得名。在这类液晶中，棒状分子互相平行 排列成层状结构。分子的长轴垂直于层状结构平 面。层内分子排列具有二维有序性。但这些层状结 构并不是严格刚性的，分子可在本层内运动，但不 能来往于各层之间。因此，层状结构之间可以相互 滑移，而垂直于层片方向的流动却很困难。
液晶的光学性质
液晶的光学性质液晶的光学性质LCD（Liquid Crystal Display）对于许多的用户而言可能是一个比较新鲜的名词，不过这种技术存在的历史可能远远超过了我们的想象——在1888年，一位奥地利的植物学家 F. Renitzer便发现了液晶特殊的物理特性。
在85年之后，这一发现才产生了商业价值，1973年日本的夏普公司首次将它运用于制作电子计算器的数字显示。
现在，LCD是笔记本电脑和掌上电脑的主要显示设备，在投影机中，它也扮演着非常重要的角色，而且它开始逐渐渗入到桌面显示器市场中。
液晶得名于其物理特性：它的分子为晶体，不过以液态存在而非固态。
大多数液晶都属于有机复合物。
这些晶体分子的液体特性使得它具有两种非常有用的特点：如果你让电流通过液晶层，这些分子将会以电流的流向为方向进行排列，如果没有电流，它们将会彼此平行排列。
如果你提供了带有细小沟槽的外层，将液晶倒入后，液晶分子会顺着槽排列，并且内层与外层以同样的方式进行排列。
液晶的第三个特性是很神奇的：液晶层能够使光线发生扭转。
液晶层表现的有些类似偏光器，这就意味着它能够过滤掉除了那些从特殊方向射入的光线以外所有的光线。
此外，如果液晶层发生了扭转，光线将会随之扭转，以不同的方向从另外一个面中射出。
液晶的这些特点使得它可以被用来当作一种开关—即可以阻碍光线，也可以允许光线通过。
液晶单元的底层是由细小的脊构成的，这些脊的作用是让分子呈平行排列。
上表面也是如此，在这两侧之间的分子平行排列，不过当上下两个表面之间呈一定的角度时，液晶为了随着两个不同方向的表面进行排列，就会发生扭曲。
结果便是这个扭曲了的螺旋层使通过的光线也发生扭曲。
如果电流通过液晶，所有的分子将会按照电流的方向进行排列，这样就会消除光线的扭转。
如果将一个偏振滤光器放置在液晶层的上表面，扭转的光线通过了，而没有发生扭转的光线将被阻碍。
因此可以通过电流的通断改变LCD中的液晶排列，使光线在加电时射出，而不加电时被阻断。
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END
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
液晶的物理光学性质
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生