液晶显示PPT

袁红梅[e-mail]液晶显示原理课程内容基础模块液晶基础知识（绪论、第一章，8学时）液晶显示器件（第二章，8学时）工艺模块液晶显示器件制备工艺（第三章，8学时）液晶显示器件的装配（第四章，2学时）应用模块液晶显示器件的驱动技术（第五章，10学时）液晶显示模块的应用（第六章，4学时）扩展模块液晶显示前沿技术（第七章，6学时）复习课（2学时）液晶显示原理参考书液晶显示技术，毛学军编著，电子工业出版社液晶显示原理，黄子强编著，国防工业出版社平板显示技术，应根欲等，人民邮电出版社液晶显示原理成绩构成平时（？）期末（？）液晶显示原理绪论显示技术的意义显示技术的分类液晶显示器件的优点液晶显示技术发展现状液晶显示原理60%20%15%3%2%视觉听觉触觉味觉嗅觉显示技术的意义视觉获取的信息量：60％（最多）定义：显示技术是传递视觉信息的技术,是把电信号变换成可见光信号的技术。显示技术两大功能：1.展示人眼原本可见的视觉信息；2.将非视觉信息转化为视觉信息（声、光、热、力、气氛等）液晶显示原理显示技术的意义显示技术的基本过程：特点：准确、实时、直观、处理的信息量大，可实现图形化显示应用：电视、摄像机、雷达仪表、工业生产、计算机、交通、文化教育、体育、医学、生物等显示技术产业已经成为电子信息产业的一大支柱产业信息源数据处理器电信号信息显示器件光信号信息数字、文字、图形、图形摄像机、磁盘、传感器等液晶显示原理显示技术的分类阴极射线管(cathoderaytube,CRT)等离子体显示板(plasmadisplay,PDP)主动发光型电致发光显示器(electroluminescentdisplay,ELD)（发光型）场致发射阵列平板显示器(fieldemissiondisplay,FED)电子真空荧光管显示器(vacuumfluorescentdisplay,VFD)显示光发射二极管显示器(lightemittingdiode,LED)器件液晶显示器(liquidcrystaldisplay,LCD)非主动发光型电化学显示器(electrochemicaldisplay,ECD)（受光型）电泳成像显示器(electrophoreticimagedisplay,EPID）发光型：利用发光信息，直接进行显示受光型：本身不发光，而是通过光的反射、散射、干涉等现象对其它光源发出的光进行控制，即通过光变换进行显示液晶显示原理CRTFunnelElectronbeamFacePlatePhosphorscreenShadowmaskDeflectionyokeConvergencemagnetElectrongunBaseNeck工作原理：用适当的控制电路控制电子束，使其在屏上扫描，激发荧光粉发光，以达到显示的目的液晶显示原理CRT特点：亮度高（300－3000cd/m2）良好的灰度等级彩色丰富寿命长（1－3万小时）体积大而笨重、功耗大液晶显示原理PDP工作原理：在两个平板电极之间充惰性气体（如Ne＋Ar），当在电极之间加上一定的电压时，在电极之间产生辉光放电，发出紫外线激发荧光粉发光，以实现显示液晶显示原理PDP特点：亮度高、视角大高速响应可实现全彩色显示，可达到256级灰度和1677万种颜色体积小、厚度薄（7－8mm）有存储功能成本高，尺寸主要集中在40～70″范围液晶显示原理LED工作原理：在半导体PN结上加上正向偏压，利用少数载流子在复合区产生光辐射来实现显示。特点：电压低（1.5v－2V）响应快（10ns)寿命长（10万小时）颜色不丰富工作电流mA级，功耗大液晶显示原理LCD工作原理：在两平行平板电极之间充有液晶物质，利用液晶在电场或磁场作用下，光学性能的改变来实现显示。在显示过程中，液晶本身不产生光辐射，必须外加背景光源，属于被动显示或非辐射发光液晶显示原理LCD的优点低压(2-3V)，微功耗，平面薄型（几毫米），特别适用于便携式装置显示面积覆盖范围大（几英寸-几十英寸）容易实现全彩色显示被动发光，不易引起视觉疲劳可以进行投影显示或组合显示，易实现大画面显示寿命长无辐射、无污染液晶显示原理LCD的发展现状液晶的发现F.ReinitzerD．Leimann液晶现象是1888年奥地利植物学家莱尼茨尔（F.Reinitzer）在研究胆甾醇苯甲酯时首先观察到的现象。他发现，当该化合物被加热时，在145℃和179℃时有两个敏锐的“熔点”。在145℃时，晶体转变为混浊的各向异性的液体，继续加热至179℃时，体系又进一步转变为透明的各向同性的液体。研究发现，处于145℃和179℃之间的液体部分，保留了晶体物质分子的有序排列，因此被称为“流动的晶体”、“结晶的液体”。1889年，德国科学家Leimann将处于这种状态的物质命名为“液晶”（liquidcrystals，LC）。液晶显示原理LCD的发展现状液晶显示的实用化进程1.1968年，美国RCA公司公布液晶显示应用发明专利。2.七十年代，日本投入研究，出现液晶显示的手表和计算器。3.现在韩国、台湾后来居上。液晶应用的发现1961年，美国RCA公司普林斯顿试验室有一个年轻电子学者F.Heimeier，他把电子学方面的知识应用于有机化学，取得了惊喜的发现。他将两片透明导电玻璃之间夹上掺有染料的向列液晶。当在液晶层的两面施以几伏电压时，液晶层就由红色变成了透明态。出身于电子学的他立刻意识到这不就是彩色平板电视吗!液晶显示技术是一本集电子学、有机化学、光学、半导体学等的综合性学科液晶显示原理LCD的发展现状LCD的应用液晶显示原理LCD的发展现状2009.06-2010.06全球TFT-LCD产值942亿美元液晶显示原理LCD的发展现状全球液晶面板制造商排名1.韩国三星电子LG2.台湾友达（AUO)奇美(CMO)3.日本夏普（sharp）4.中国大陆京东方(BOE)天马龙腾光电48%36%12%4%0%2010.05主要制造商产值地域分布韩国台湾日本中国大陆液晶显示原理LCD的发展现状液晶面板生产代线扩张情况液晶显示原理第1章液晶基础知识1.1液晶是什么–液晶基本概念–液晶的分类1.2液晶的物理特性–有序参量–液晶的各向异性–液晶的连续体理论–使液晶分子排列发生变化的临界电场1.3液晶的光学特性–光的偏振–晶体的双折射现象–液晶的光学性质液晶显示原理1.液晶的基本概念何谓液晶？物质在自然界中通常以固态、液态和气态形式存在，即常说的三相态。在外界条件发生变化时（如压力或温度发生变化），物质可以在三种相态之间进行转换，即发生所谓的相变。大多数物质发生相变时直接从一种相态转变为另一种相态，中间没有过渡态生成。固态液态气态液晶显示原理1.液晶的基本概念何谓液晶？有些物质的受热熔融或被溶解后，虽然失去了固态物质的大部分特性，外观呈液态物质的流动性，但仍然保留着结晶态物质分子的有序排列，从而在物理性质上表现为晶体的各向异性，形成一种兼有晶体和液体部分性质的过渡中间相态，这种中间相态被称为液晶态，处于这种状态下的物质称为液晶（liquidcrystals）。液晶态结晶状的固态(CrystallineSolid)各向同性的液体(IsotropicLiquid)定义：液晶是指在一定温度范围内，既具有液体的流动性又具有晶体的各向异性的物质。问题：怎样让物质出现液晶态？液晶显示原理2.液晶的分类两种方式：1.热致液晶是指通过加热或冷却的方式，出现液晶相的物质。2.溶致液晶是指将一种溶质溶于溶剂而形成的液晶相物质。固态液晶液态熔点清亮点问题：所有的物质都存在液晶态吗？目前显示技术上所采用的液晶材料均是热致液晶。加热冷却冷却加热液晶显示原理2.液晶的分类研究发现绝大多数液晶分子具有以下两个特点：–液晶分子结构呈细长棒状或扁平圆盘状–液晶分子是极性的目前发现的具有液晶态的物质都是有机物，这是因为有机物的分子容易满足液晶分子的两个条件。液晶显示原理2.液晶的分类1)Thermotropic(热致液晶)2)Lyotropic(溶致液晶)因温度的改变而产生相变因溶于溶剂中浓度比例的改变而产生相变a)棒状b)圆盘状1.Nematic(向列相)2.Cholesteric(胆甾相)3.Smectic(近晶相)以产生相变之原因来区分Thermotropic(热致液晶)分子形狀排列方式液晶显示原理2.液晶的分类（1）向列相液晶（显示器件使用最多）nˆ：表示液晶分子的平均排列方向n分子的长程指向有序，分子之间趋于彼此互相平行排列液晶分子具有流动性，即分子重心是无序的nˆ指向矢液晶显示原理2.液晶的分类（2）近晶相液晶a)液晶分子分层排布，同一层内的分子互相平行；b)分子长轴垂直于平面，或与平面倾斜排列。液晶显示原理2.液晶的分类（2）近晶相液晶近晶C近晶B近晶A液晶显示原理2.液晶的分类SolidLiquidCrystallineIsotropicTmTNITemp.LCmesophasesSmecticCSmecticANematic（2）近晶相液晶液晶显示原理2.液晶的分类（3）胆甾相液晶Cholesteric相液晶的分子排列。Lnnnnxyzqo0表液晶分子为右旋排列，qo0表液晶分子为左旋排列。螺距(Pitch)=2Lnx=cos(qoz+φ)ny=sin(qoz+φ)nz=0液晶分子分层排列，同一平面内分子互相平行，分子长轴平行于层平面；分子的指向矢在空间成连续的螺旋变化液晶显示原理1.有序参量)1cos3(212sxyznˆ液晶分子排列有序度：S温度上升，S减小液晶显示原理1.有序参量液体S=0晶体S=1液晶S=0.3-0.8液晶显示原理2.液晶的各向异性(1)液晶的介电各向异性////为平行于指向矢的介电常数//为垂直于指向矢的介电常数为液晶的介电各向异性大小液晶分子是极性分子，在电场作用下相当于一个电偶极子。液晶分子电偶极距的方向与该方向上的介电常数紧密相关。液晶显示原理2.液晶的各向异性(1)液晶的介电各向异性当0时，液晶分子的电偶极距方向平行于长轴方向，具有该性质的液晶称为正性液晶，一般用Np表示。在外电场作用下，液晶分子将趋向平行于电场方向。E液晶显示原理2.液晶的各向异性(1)液晶的介电各向异性当0时，液晶分子的电偶极距方向垂直于长轴方向，具有该性质的液晶称为负性液晶，一般用Nn表示。在外电场作用下，液晶分子将趋向垂直于电场方向。E问题:取消外加电场后液晶分子将如何变化?液晶显示原理2.液晶的各向异性(2)液晶的折射率各向异性//nneonennnn//nno表示偏振方向与光轴垂直的寻常光的折射率表示偏振方向与光轴垂直的非寻常光的折射率表示折射率各向异性大小液晶显示原理3.液晶的连续弹性体理论外加电场液晶分子发生偏转，去除外场后液晶分子将恢复到原来的状态，该过程中液晶可看成一个弹性连续体，其在外力作用下产生了弹性形变。展曲（splay）形变扭曲(twist)形变三种形变一致排列弯曲(bend)形变弹性常数是物体形变时描述物体坚韧程度的尺度•展曲弹性常数：K11•扭曲弹性常数：K22•弯曲弹性常数：K33液晶显示原理E/Eth4.临界电场kdEthEth:临界电场（液晶分子开始动作所对应的电场值）Vth:阈值电压（液晶分子开始动作所对应的电压值）kVth液晶显示原理1.光的偏振（1）光的电磁波理论光是电磁波，把电磁波按波长或频率的次序排列成谱，称为电磁波谱。可见光是一种波长很短的电磁波，其波长范围为400nm~760nm频率范围为7.51014Hz~3.91014Hz，它是能引起视觉的电磁波。红760nm~630nm橙630nm~590nm黄590nm~570nm绿570nm~500nm青500nm~460nm蓝460nm~430nm紫430nm~400n