液晶基础知识

介电常数ε
❖ 现在TFT LCD上常用的TN型液晶大多是属于 介电系数正型的液晶. 当介电系数异方性 Δε(=ε//-ε⊥)越大的时候, 则液晶的临界电压 (threshold voltage)就会越小. 这样一来液晶 便可以在较低的电压操作.
折射率Δn
❖ 折射系数(refractive index)
介电常数ε
❖ 我们可以将介电系数分开成两个方向的分量, 分别 是ε// (与指向矢平行的分量)与ε⊥(与指向矢垂直的 分量). 当ε// >ε⊥ 便称之为介电系数异方性为正型的 液晶, 可以用在平行配位. 而ε// <ε⊥ 则称之为介电 系数异方性为负型的液晶, 只可用在垂直配位才能 有所需要的光电效应. 当有外加电场时，液晶分子 会因介电系数异方性为正或是负值，来决定液晶分 子的转向是平行或是垂直于电场, 来决定光的穿透 与否。
液晶的基础知识
目录 －液晶的诞生 －什么是液晶 －液晶的分类 －影响液晶性能的主要参数 －ODF的简介
液晶的诞生 （1）
❖ 在公元1888年，一位奥地利的植物学家，菲德 烈．莱尼泽（Friedrich Reinitzer）发现了一种特殊 的物质。他从植物中提炼出一种称为螺旋性甲苯酸 盐的化合物，在为这种化合物做加热实验时，意外 的发现此种化合物具有两个不同温度的熔点。而它 的状态介于我们一般所熟知的液态与固态物质之间， 有点类似肥皂水的胶状溶液，但它在某一温度范围 内却具有液体和结晶双方性质的物质，也由于其独 特的状态，后来便把它命名为「Liquid Crystal」， 就是液态结晶物质的意思。
胆固醇液晶(cholesteric)
液晶的分类（2）
按显示类型分：
❖ TN型液晶 （TFT） ❖ STN型液晶 ❖ HTN型液晶；
液晶的分类（3）
按使用温度范围分：
❖ 普通型液晶: ❖ 操作温度：-10~60℃，储存温度：-20~70℃ ❖ 宽温型液晶: ❖ 操作温度：-20~70℃，储存温度：-30~80℃
❖ 对单光轴(uniaxial)的晶体来说, 原本就有两个不同 折射系数的定义. 一个为no ,它是指对于ordinary ray 的折射系数, 所以才简写成no .而ordinary ray是指其 光波的电场分量是垂直于光轴的. 另一个则是ne ,它 是指对于extraordinary ray的折射系数, 而 extraordinary ray是指其光波的电场分量是平行于光 轴的. 同时也定义了双折射率(birefrigence)Δn = neno为上述的两个折射率的差值.
粘滞常数K（2）
❖ 粘滞常数K 受温度影响较大。 ❖ 影响液晶分子的转动速度与反应时间
(response time), 其值越小越好.
介电பைடு நூலகம்数ε
❖ 液晶分子中的电子结构，都具备着很强的电 子共轭运动能力，所以当液晶分子受到外加 电场的作用，便很容易的被极化产生感应偶 极性（induced dipolar），这也是液晶分子 之间互相作用力量的来源。
液晶的诞生 （2）
❖ 公元1968年，在美国RCA公司（收音机与电视的发 明公司）的沙诺夫研发中心，工程师们发现液晶分 子会受到电压的影响，改变其分子的排列状态，并 且可以让射入的光线产生偏转的现象。利用此一原 理，RCA公司发明了世界第一台使用液晶显示的屏 幕。尔后，液晶显示技术被广泛的用在一般的电子 产品中，计算器、电子表、手机屏幕、医院所使用 的仪器（因为有辐射计量的考虑）或是数字相机上 面的屏幕等等。
液晶的主要参数
主要参数： ❖ 清亮点； ❖ 阀值电压； ❖ 粘滞常数K； ❖ 介电常数ε； ❖ 螺距ρ ❖ 折射率Δn；
清亮点
❖ 清亮点：把液晶加热，测量其达到清亮时的 温度。
❖ 直接影响液晶的使用温度范围。
❖ Von、Voff
透 过 率
阀值电压
这里 Von=V2 Voff=V1
电压（V）
粘滞常数K（1）
线状液晶(Nematic)
❖ 用肉眼观察这种液晶时, 看起来会有像丝线一般的 图样. 这种液晶分子在空间上具有一维的规则性排 列, 所有棒状液晶分子长轴会选择某一特定方向(也 就是指向矢)作为主轴并相互平行排列. 而且不像层 状液晶一样具有分层结构. 与层列型液晶比较其排 列比较无秩序, 也就是其秩序参数S较层状型液晶较 小. 另外其黏度较小, 所以较易流动(它的流动性主要 来自对于分子长轴方向较易自由运动)。线状液晶就 是现在的TFT液晶显示器常用的 TN(Twisted nematic)型液晶.
胆固醇液晶(cholesteric)
❖ 这个名字的来源,是因为它们大部份是由胆固醇的 衍生物所生成的.这种液晶如图5所示, 如果把它的一 层一层分开来看, 会很像线状液晶. 但是在Z轴方向 来看, 会发现它的指向矢会随着一层一层的不同而 像螺旋状一样分布, 而当其指向矢旋转360度所需的 分子层厚度就称为pitch. 正因为它每一层跟线状液 晶很像,所以也叫做Chiral nematic phase. 以胆固醇 液晶而言, 与指向矢的垂直方向分布的液晶分子, 由 于其指向矢的不同, 就会有不同的光学或是电学的 差异, 也因此造就了不同的特性.
液晶的分类（3）
液晶的分类（4）
❖ 按阀值电压分：
❖ 低阀值电压液晶 ❖ 普通液晶 ❖ 高阀值电压液晶。
液晶的分类（5）
依驱动方式来分: ❖ 静态驱动（Static） ❖ 被动矩阵驱动（Simple Matrix） ❖ －TN（HTN) ❖ －STN ❖ 主动矩阵驱动（Active Matrix） ❖ －TFT
❖ 液晶的粘性从流体力学的观点来看，可说是 一个具有排列性质的液体，依照作用力量不 同的方向，应该有不同的效果。就好像是将 一把短木棍扔进流动的河水中，短木棍随着 河水流着，起初显得凌乱，过了一会儿，所 有短木棍的长轴都自然的变成与河水流动的 方向一致，这表示着粘性最低的流动方式， 也是流动自由能最低的一个物理模型。
什么是液晶
❖ 液晶是介于固态和液态之间，不但具有固态 晶体光学特性，又具有液态流动特性，所以 已经可以说是一个中间相。
什么是液晶
液晶的分类（1）
按照液晶分子的排列
层状液晶(Sematic)
❖ 其结构是由液晶棒状分子聚集一起, 形成一 层一层的结构. 其每一层的分子的长轴方向相 互平行. 且此长轴的方向对于每一层平面是垂 直或有一倾斜角. 由于其结构非常近似于晶 体, 所以又称做近晶相.