液晶显示器PPT课件
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晶体内的两条折射光线，一条总是遵守折射定律，称为寻常光 （o光），另一条经常违反折射定a 律，称为非寻常光（e光） 8
2 晶体光轴 冰洲石中存在一个特殊方向，光沿这个方向传播时o、e 光不分开。这个特殊方向叫做晶体的光轴（与几何光学 中的光轴不是一个概念）
AB两个顶点的连线方向就是光轴方向 光轴是方向，不是某条特定直线。与 光轴方向平行的所有直线都叫光轴
在学习物理光学时，我们已经知道在 各向同性介质中如何通过惠更斯作图 法判定折射方向，并推出折射定律。
使用同样方法也可确定e光的传播方向
纸面就是主截面，两束折射光线肯定
单 都在纸面内。显然，主平面与纸面也
轴 是重合的。
晶 体
o光偏振方向垂直纸面 e光偏a 振方向在纸面内
13
几个最常见的实例 A 光轴垂直于晶体表面 入射光垂直入射
利用惠更斯左图法很容易 发现o光e光不会分离，并 且传播速度也相同
B 光轴平行于晶体表 面，入射光垂直入射
利用惠更斯左图法很容易
发现o光e光也不会分离，
但是传播速度有差异。出
射后o光和e光出现位相差
a
14
C 光轴平行于晶体表面，入 射光斜入射，且垂直于光轴
1961年，美国无线电公司（RCA）的电子学专家G. H. Heilmeier把电子学应用于有机化学，发现在液晶两端加上电
压，会出现各种各样的电光效应，由此想到把液晶应用到显示 领域
1968年RCA公布液晶发明
1969年，日本开始把大规模集成电路与液晶相结合
日本人从液晶手表、计算器等低档产品起步，直到开发出多晶
a
11
负
正
晶
晶
体
体
在光轴方
向，两个
波面相切
ve vo
ne no
n e , n o 晶体的主折射率
主平面：
vnee
vnoo
晶体内的光线与光轴构成的平面
o光的偏振方向垂直于主平面 e光的偏振方向在主平面内
a
12
由于e光不遵循折射定律，如何判断其在晶体中的传播方 向成为一个问题！
4 使用惠更斯作图法判定e光的传播方向
一个方向。流动性强，粘度小，相互作用力小，
易于控制。是显示器件中最常使a 用的液晶材料
6
（3）胆甾相液晶（螺旋状，CH型）
液晶分子呈扁平状，排列成层。层内分子互相平行。分 子长轴平行于层平面。不同层分子稍有变化，沿层的法 线方向列成螺旋状。
螺距P
长轴指向沿螺旋方向经历360 度变化后，又回到原来的取向。 这个周期的层间距离称为胆甾 相液晶的螺距P
冰晶石只有一个光轴方向，称为单轴晶体（还包括红宝石、石 英）。还有一些晶体有两个光轴方向，称为双轴晶体（云母、橄 榄石、蓝宝石等等）。我们只研究单轴晶体，用于显示的液晶基 本都是单轴的
3 双折射的成因
晶体的物理性质是各向异性的，在不同方向上，物理量的值不 相同。 各向同性均匀介质中，一个点光源发出的光波速度是相同的
暗时看不清
4 液晶的分类
既具有液态的流百度文库性，又具有晶体
液晶又被称为物质的第四态 的各向异性，具有双折射特性
a
4
晶体之所以有各向异性，是因为晶体分子是按一定规则 排列的
T1熔点 中介相态 T2 清亮点 热致液晶 当液晶物质受热时，在某温度内呈现各向异性的。用于显示的 都是可在室温下工作的热致液晶。多呈细棒状 （1）近晶相液晶（层状、S型） 分子排成层，层内分子长轴互相平行，可能垂直于层面，或倾斜 排列 排列规整，接近晶体，二维有序a。有16种，SA，SB，SC等等 5
v c n
c 真空光速，n 折射a率 折射率显然与方向无关 10
在单轴晶体中，o光规律与各向同性介质中完全相同，沿 各方向传播速度相同。
vo
c no
v o o光光速
o光波面
n o o光折射率
球面
e光在光轴方向传播速度与o光一样，为 v o 。但是在垂直光轴方 向是另一个值 v e
旋转椭球面 c ve ne
显示技术
液晶显示器（LCD）
广东工业大学 王衢
a
1
一、发展历程与特点 1. 发展历程 1888年奥地利植物学家Reinitge首次观察液晶现象
某些有机物熔化后会经历一个不透明浑浊的液态阶段，在该阶 段物体还兼具有晶体的性质，继续加热才成为各项同性的液态
这就是世界上第一次发现的热致液晶——胆甾醇苯甲酸酯
把AB两个顶点磨平，并使磨平表面 与光轴方向垂直，再让光垂直入射 到该平面上。折射光线不会分开
冰洲石天然晶体
a
9
o、e光都是线偏振光，并且偏振方向垂直
入射面：入射光线与入射表面的法线构成的平面，根据 折射定律，折射光（寻常光）和入射光都在这个入射面 内。
主截面：光轴与入射表面的法线构成的平面。当入射光线在主 截面内时，两个折射光线都在主截面内
螺距通常300nm，与可见光波 长同量级
方向可以是左旋或右旋
这里显示了半个周期
溶致致液晶 将溶质溶于溶剂而形成的液晶态a 物质。显示技术上尚无应用 7
二、 晶体光学简介 1 双折射现象
冰 洲 石
光在晶体里变成了两束， 折射程度不同。与普通 玻璃的单折射完全不同
垂直入射到冰洲石上的光被 折射为两束。偏离的那一束 明显违反折射定律，而另一 条遵守折射定律
易于彩色化
液晶通常无色，可加滤色膜实现a 彩色
3
长寿、无辐射、污染
3. 主要缺点
显示视角小 液晶显示利用了液晶的各向异性，不同 方向光的反射率不同。随视角变大，对比度下降
响应速度慢 电场作用下，液晶排列发生变化。响应速度收粘滞度影响很大
零下几十度就不能个工作，温度过高液晶也会受到影响
动态特性较差
SA 分子长轴垂直层面
SC
每层分子长轴均匀倾斜一 个角度。每层倾斜方位角 可以任意，也可以沿层法 线方向呈螺旋分布
SA
SC
粘度大、不易转动，响应速度慢。一般不适宜做显示器件。用
于显示，厚度要小于2~4微米，工艺要求较高
（2）向列相液晶（丝状、S型·）
由长径比大的棒状分子构成。分子不排成层，可
上下、左右、前后滑动。所有液晶长轴大体指向
硅有源矩阵高分辨率彩色液晶显a示器
2
2. 主要特点
低功耗： 2~3v 工作电流几个微安 平板结构
两片导电玻璃，中间夹着液晶 高开口率、面积可做大做小、便于大规模生产、器件很薄 被动显示 液晶本身不发光，靠调节外光而达到显示目的。被动显示更适 合人类的视觉特性，不易引起眼部疲劳。
显示信息量大
像素之间没有隔离，同样显示窗口可容纳更多像素
2 晶体光轴 冰洲石中存在一个特殊方向，光沿这个方向传播时o、e 光不分开。这个特殊方向叫做晶体的光轴（与几何光学 中的光轴不是一个概念）
AB两个顶点的连线方向就是光轴方向 光轴是方向，不是某条特定直线。与 光轴方向平行的所有直线都叫光轴
在学习物理光学时，我们已经知道在 各向同性介质中如何通过惠更斯作图 法判定折射方向，并推出折射定律。
使用同样方法也可确定e光的传播方向
纸面就是主截面，两束折射光线肯定
单 都在纸面内。显然，主平面与纸面也
轴 是重合的。
晶 体
o光偏振方向垂直纸面 e光偏a 振方向在纸面内
13
几个最常见的实例 A 光轴垂直于晶体表面 入射光垂直入射
利用惠更斯左图法很容易 发现o光e光不会分离，并 且传播速度也相同
B 光轴平行于晶体表 面，入射光垂直入射
利用惠更斯左图法很容易
发现o光e光也不会分离，
但是传播速度有差异。出
射后o光和e光出现位相差
a
14
C 光轴平行于晶体表面，入 射光斜入射，且垂直于光轴
1961年，美国无线电公司（RCA）的电子学专家G. H. Heilmeier把电子学应用于有机化学，发现在液晶两端加上电
压，会出现各种各样的电光效应，由此想到把液晶应用到显示 领域
1968年RCA公布液晶发明
1969年，日本开始把大规模集成电路与液晶相结合
日本人从液晶手表、计算器等低档产品起步，直到开发出多晶
a
11
负
正
晶
晶
体
体
在光轴方
向，两个
波面相切
ve vo
ne no
n e , n o 晶体的主折射率
主平面：
vnee
vnoo
晶体内的光线与光轴构成的平面
o光的偏振方向垂直于主平面 e光的偏振方向在主平面内
a
12
由于e光不遵循折射定律，如何判断其在晶体中的传播方 向成为一个问题！
4 使用惠更斯作图法判定e光的传播方向
一个方向。流动性强，粘度小，相互作用力小，
易于控制。是显示器件中最常使a 用的液晶材料
6
（3）胆甾相液晶（螺旋状，CH型）
液晶分子呈扁平状，排列成层。层内分子互相平行。分 子长轴平行于层平面。不同层分子稍有变化，沿层的法 线方向列成螺旋状。
螺距P
长轴指向沿螺旋方向经历360 度变化后，又回到原来的取向。 这个周期的层间距离称为胆甾 相液晶的螺距P
冰晶石只有一个光轴方向，称为单轴晶体（还包括红宝石、石 英）。还有一些晶体有两个光轴方向，称为双轴晶体（云母、橄 榄石、蓝宝石等等）。我们只研究单轴晶体，用于显示的液晶基 本都是单轴的
3 双折射的成因
晶体的物理性质是各向异性的，在不同方向上，物理量的值不 相同。 各向同性均匀介质中，一个点光源发出的光波速度是相同的
暗时看不清
4 液晶的分类
既具有液态的流百度文库性，又具有晶体
液晶又被称为物质的第四态 的各向异性，具有双折射特性
a
4
晶体之所以有各向异性，是因为晶体分子是按一定规则 排列的
T1熔点 中介相态 T2 清亮点 热致液晶 当液晶物质受热时，在某温度内呈现各向异性的。用于显示的 都是可在室温下工作的热致液晶。多呈细棒状 （1）近晶相液晶（层状、S型） 分子排成层，层内分子长轴互相平行，可能垂直于层面，或倾斜 排列 排列规整，接近晶体，二维有序a。有16种，SA，SB，SC等等 5
v c n
c 真空光速，n 折射a率 折射率显然与方向无关 10
在单轴晶体中，o光规律与各向同性介质中完全相同，沿 各方向传播速度相同。
vo
c no
v o o光光速
o光波面
n o o光折射率
球面
e光在光轴方向传播速度与o光一样，为 v o 。但是在垂直光轴方 向是另一个值 v e
旋转椭球面 c ve ne
显示技术
液晶显示器（LCD）
广东工业大学 王衢
a
1
一、发展历程与特点 1. 发展历程 1888年奥地利植物学家Reinitge首次观察液晶现象
某些有机物熔化后会经历一个不透明浑浊的液态阶段，在该阶 段物体还兼具有晶体的性质，继续加热才成为各项同性的液态
这就是世界上第一次发现的热致液晶——胆甾醇苯甲酸酯
把AB两个顶点磨平，并使磨平表面 与光轴方向垂直，再让光垂直入射 到该平面上。折射光线不会分开
冰洲石天然晶体
a
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o、e光都是线偏振光，并且偏振方向垂直
入射面：入射光线与入射表面的法线构成的平面，根据 折射定律，折射光（寻常光）和入射光都在这个入射面 内。
主截面：光轴与入射表面的法线构成的平面。当入射光线在主 截面内时，两个折射光线都在主截面内
螺距通常300nm，与可见光波 长同量级
方向可以是左旋或右旋
这里显示了半个周期
溶致致液晶 将溶质溶于溶剂而形成的液晶态a 物质。显示技术上尚无应用 7
二、 晶体光学简介 1 双折射现象
冰 洲 石
光在晶体里变成了两束， 折射程度不同。与普通 玻璃的单折射完全不同
垂直入射到冰洲石上的光被 折射为两束。偏离的那一束 明显违反折射定律，而另一 条遵守折射定律
易于彩色化
液晶通常无色，可加滤色膜实现a 彩色
3
长寿、无辐射、污染
3. 主要缺点
显示视角小 液晶显示利用了液晶的各向异性，不同 方向光的反射率不同。随视角变大，对比度下降
响应速度慢 电场作用下，液晶排列发生变化。响应速度收粘滞度影响很大
零下几十度就不能个工作，温度过高液晶也会受到影响
动态特性较差
SA 分子长轴垂直层面
SC
每层分子长轴均匀倾斜一 个角度。每层倾斜方位角 可以任意，也可以沿层法 线方向呈螺旋分布
SA
SC
粘度大、不易转动，响应速度慢。一般不适宜做显示器件。用
于显示，厚度要小于2~4微米，工艺要求较高
（2）向列相液晶（丝状、S型·）
由长径比大的棒状分子构成。分子不排成层，可
上下、左右、前后滑动。所有液晶长轴大体指向
硅有源矩阵高分辨率彩色液晶显a示器
2
2. 主要特点
低功耗： 2~3v 工作电流几个微安 平板结构
两片导电玻璃，中间夹着液晶 高开口率、面积可做大做小、便于大规模生产、器件很薄 被动显示 液晶本身不发光，靠调节外光而达到显示目的。被动显示更适 合人类的视觉特性，不易引起眼部疲劳。
显示信息量大
像素之间没有隔离，同样显示窗口可容纳更多像素