第四章：光电显示材料2

液晶显示
液晶显示是依靠液晶的电光效应和热光效应，具体分类：
①电场效应：利用介电常数的各向异性。属于这种的有扭曲型、 超扭曲型、宾主效应型、相变型、电控双折射型、铁电效应
型等；
②电流效应：利用介电常数各向异性与电导率各向异性。属于 这种的只有动态散射型一种； ③电热效应：利用电极加热使液晶状态发生变化，有存储性。 ④热光效应：激光写入型和胆甾热变色型；
液晶器件基本就是根据这三种光学特设计制造的。
3、液晶的电光效应
液晶材料在施加电场（电流）时，其光学性质会发生
变化，这种效应称为液晶的电光效应。
液晶电光效应的机理，本质来讲都是液晶分子在
电场作用下改变其分子排列或造成分子变形 的结果。
4、液晶的粘度
针对不同的运动方式，液晶有几个粘度
η1—指向矢与流速方向以及流速梯度方向均垂直时的粘滞系数 η2—指向矢与流速方向平行时的粘滞系数——近似于体积粘度 η3—指向矢与流速方向垂直，但与速度梯度方向平行时的粘滞系数 γ—指向矢转动时所引起的粘滞系数
2.5 等离子体显示材料
等离子体就是被激发电离气体，达到一定的电离度，
气体处于导电状态，这种状态的电离气体就表现出集体 行为，即电离气体中每一带电粒子的运动都会影响到其 周围带电粒子，同时也受到其他带电粒子的约束。 由于电离气体整体行为表现出电中性，也就是电离气体 内正负电荷数相等，称这种气体状态为等离子体态。
η1
η2
η3
γ
4、液晶的粘度
粘度的本质是分子间内摩擦力
速度梯度为1时单位面积的内摩擦力，分动力学粘度、运动粘度
体积粘度属于动力学范畴，单位为PaS或P；运动粘度单位m2/s。
液晶有其自己的特点和限制，有一定极限 液晶的粘度与介电常数、清亮点、折射率有关
粘度与温度基本呈指数关系
γ ∝ Sδ expB/T, 温度上升，粘度降低；温度下降，粘度增加
1 2 . . . ..
SF2
SF3
SF4
SF5
SF6
SF7
SF8 sub-field address
480
1T 2T 4T 8 16T T
32T
64T
128T
sustain
1TV field (time)
Separating the address period and sustain period of each sub-field
等离子显示屏的组成、结构特征
PDP由前后两片玻璃组成。 前板玻璃上有透明ITO维持电极 及加强ITO导电性的Bus电极，并 且在电极上覆盖透明介电层及防 止离子撞击介电层的MgO保护层。 后板玻璃上有数据面电极、介电 层及长条状的隔层
在每个隔层内印刷R、G、B三 种荧光材料。最后在两个基板 内注入氖（Ne）及氙（Xe） 惰性气体后封装，气压只有数 百Torr的高真空状态。
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胆甾型液晶，也称螺旋状液晶
分子依靠端基的相互作用彼此平行 排列成层状结构，分子的长轴与层 平面平行，而相邻两层之间分子长
轴的取向依次规则的扭转一定的角
度，层层累加形成螺旋面结构。
旋转360的层间距离称为螺距，反射光波长与螺距
有关，而温度变化时螺距会发生变化。
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• 余辉时间短。
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PDP三基色氧化物荧光粉
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3.受光显示材料
液晶显示材料
电致变色显示材料 电泳着色显示材料
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3.1 液晶显示材料
1888年奥地利植物学家Reinitzer在显微镜中观察到胆甾醇苯
甲酸酯(俗称胆固醇)在145.5℃时，熔化成一种雾浊液体，在 178.5℃时，突然全部变成清亮的液体。当冷却时，先出现紫 蓝色，而后自行消失，物质再呈混浊状液体。
三电极表面放电（Surface Discharge）
电极不加保护层，暴露于放电空间，容易实现彩色显示， 节距0.6mm，主要用于大屏幕平板电视等。
像素点结构图
以42英寸PDP为例，这一尺寸的PDP有1226880个像素点
Plasma Display（PDP）各子场显示方式
SF1 scan line
PDP 如何发光形成图形
Y3
Y2 Y1 OFF
ON
X1
X2
X3
PDP 如何发光形成图形
Y3
Y2 Y1 OFF
ON
X1
X2
X3
PDP 如何发光形成图形
Y3
Y2 Y1 OFF
ON
X1
X2
X3
A 单色等离子体显示基本结构
Ne-Ar混合气体在一定电压下产生气体放电， 发射出582nm橙色光。
AC-PDP
△n ne
- n//
ne no
△n与介电常数、清亮点、有序 程度等参数相关
液晶的双折射
折射率的温度依赖性
折射率随温度的升高而降低 折射率各向异性也随温度上 升而降低
温度接近清亮点时，各向异 性急剧下降，并消失
这一因素对高温工作的液晶器件有着非常大的影响
液晶的双折射
折射率的频率依赖性
随着测试光源的频率的 变化，液晶的折射率也 发生变化
等离子显示屏的组成、结构特征
第5章
前玻璃板结构：在前玻璃板上成对地制作有扫描 和维持透明电极，其上覆盖一层电介质，MgO保 护层覆盖在电介质上。前、后玻璃板拼装，封口， 并充入低压气体，在两玻璃板间放电。 等离子体显示技术
后层玻璃板结构：在后层玻璃板上有 寻址电极，其上覆盖一层电介质。红、 绿、蓝彩色荧光粉分别排列在不同的 寻址电极上，不同荧光粉之间用壁障 PDP显示屏基本结构 相间。
PDP像素放电、发光单元结构
发射电子区 发射出的电子
Ne
电极
Ne+
+ Ne Nem
Ne+
Ne+ I
- - -
Ne
M
Nem
I
P
Ne+ Ne+ I
-
I 3; Ar+
-
I
E
-- -- ν
电极
放出电子
Note : 1. PDP发光=> 电极加电压，正负极间激发放出电子，电子轰击惰性气体，发出 真空紫外线；
频率升高，折射率增大
在可见光波段内，折射率的变化足以影响显示器件的色度
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。
等离子体显示(Plasma Display Panel，PDP)
等离子体显示主要是利用电极加电压，惰性气体游离产生的紫 外光激发荧光粉发光制成的显示屏。 等离子体显示器的工作原理与一般日光灯原理相似，它在显示平 面上安装数以十万计的等离子管作为发光体(象素)。 每个发光管有两个玻璃电极、内部充满氦、氖等惰性气体，其中
由于它的独特行为与固态、液态、气态都截然不同，故 称之为物质第四态。
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0 0C
1000C
100000C 温度
3
等离子体分类
等离子体可分为两种：高温和低温等离子体。 高温等离子体只有在温度足够高时发生的。太阳和恒星不断地发 出这种等离子体，组成了宇宙的99％。 低温等离子体是在常温下发生的等离子体(虽然电子的温度很高）。
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向列型液晶由长径比很大的棒状分
子组成，保持与轴向平行的排列状态。 因为分子的重心杂乱无序，并容易顺 着长轴方向自由移动，所以像液体一 样富于流动性；
近晶型分子由棒状或条状分子呈二
维有序排列组成。层内分子长轴相互 平行，其方向可以垂直于层面或与层 面成倾斜排列。层与层之间的作用较 弱，容易滑动，因此具有二维的流动 特性；
2. 真空紫外线射在荧光粉上，使荧光粉发光。
PDP 如何发光形成图形
Y3 Y2 Y1 ON 亮 OFF不亮
X1
要点亮某个地址的灯泡，开始要 在相应行上加较高的电压，等该 灯泡点亮后，可用低电压维持氖
X2
气灯泡的亮度。 关掉某个灯泡，只要将相应的电
X3
压降低。灯泡开关的周期时间是 15ms，通过改变控制电压，可以 使等离子板显示不同灰度的图形。
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液晶分子的特点：
液晶分子的几何形状与球状分子相比发生了明显 的伸长或扁化。 分子末端含有强极性或易于极化的原子或原子团， 使分子保持取向有序。
液晶分子长轴不易弯曲，有一定的刚性。 生成液晶相的能力以及液晶相的稳定性与上述三 个因素的强弱有关，是三个特性的综合体现。
一个玻璃电极上涂有三基色荧光粉。当两个电极间加上高电压时， 引发惰性气体放电，产生等离子体。等离子产生的紫外线激发涂 有荧光粉的电极而发出不同的由三基色混合的可见光。 每个等离子体发光管就是等离子体显示器的像素，人们看到的画 面就是由这些等离子体发光管形成的“光点”汇集而成的。
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按照液晶的形成条件分类
热致液晶
采用降温的方法,既将熔融
的液体降温，当降温到一定 程度后分子的取向有序化， 从而获得液晶态．
溶致液晶
有机分子溶解在溶剂中，使 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．
作为显示技术应用的液晶都是热致液晶
热致液晶的相变有以下两种：
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ABC：非自持放电，靠紫外线、 宇宙射线作用使气体产生微弱 电离。