辅助阅读材料 第二章显示技术 实用显示器件性能的要求，显示器件实际适用的液晶材料都是多种单质液晶的混 合体。 2.液晶的分类 热致液品可分为近品相、向列相和胆甾相三种类型，如图2.13所示。 斋 mwww 近品相 器 阻馏相 0 被晶分子指商失 向列相 图2.13液晶分子排列的三种类型 近品相液品分子呈二维有序性，分子排列成层，层内分子长轴相互平行，排列整 齐，重心位于同一平面内，其方向可以垂直层面，或与层面成倾斜排列，层的厚 度等于分子的长度，各层之间的距离可以变动，分子只能在层内前后、左右滑动， 但不能在上下层之间移动。近晶相液晶的黏度与表面张力都很大，对外界电、磁、 温度等的变化不敏感。 向列相液晶分子只有一维排列，分子长轴互相平行，但不排列成层，它能上 下、左右、前后滑动，只在分子长轴方向上保持相互平行或近于平行，分子间短 程相互作用微弱，向列相液晶分子的排列和运动比较自由，对外界电、磁、温度 应力都比较敏感，目前是显示器件的主要材料。 胆甾相液品是胆甾醇衍生出来的液晶，分子排列成层，层内分子相互平行 分子长轴平行于层平面，不同层的分子的分子长轴方向稍有变化，相邻两层分子， 其长轴彼此有一轻微的扭角（约为15分），多层扭转成螺旋形，旋转360的层间 距离称为螺距，螺距大致与可见光波长相当。胆甾相实际上是向列相的一种畸变 状态，因为胆甾相层内的分子长轴也是彼此平行取向，仅仅是从这一层到另一层 时择优取向旋转一个固定角度，层层叠起来，就形成螺旋排列结构，所以在胆留 相中加消旋向列相液晶或将适当比例的左旋、右旋胆甾相混合，就可将胆甾相转
辅助阅读材料 第二章 显示技术 实用显示器件性能的要求，显示器件实际适用的液晶材料都是多种单质液晶的混 合体。 2. 液晶的分类 热致液晶可分为近晶相、向列相和胆甾相三种类型，如图 2.13 所示。 图 2.13 液晶分子排列的三种类型 近晶相液晶分子呈二维有序性，分子排列成层，层内分子长轴相互平行，排列整 齐，重心位于同一平面内，其方向可以垂直层面，或与层面成倾斜排列，层的厚 度等于分子的长度，各层之间的距离可以变动，分子只能在层内前后、左右滑动， 但不能在上下层之间移动。近晶相液晶的黏度与表面张力都很大，对外界电、磁、 温度等的变化不敏感。 向列相液晶分子只有一维排列，分子长轴互相平行，但不排列成层，它能上 下、左右、前后滑动，只在分子长轴方向上保持相互平行或近于平行，分子间短 程相互作用微弱，向列相液晶分子的排列和运动比较自由，对外界电、磁、温度、 应力都比较敏感，目前是显示器件的主要材料。 胆甾相液晶是胆甾醇衍生出来的液晶，分子排列成层，层内分子相互平行， 分子长轴平行于层平面，不同层的分子的分子长轴方向稍有变化，相邻两层分子， 其长轴彼此有一轻微的扭角（约为 15 分），多层扭转成螺旋形，旋转 3600 的层间 距离称为螺距，螺距大致与可见光波长相当。胆甾相实际上是向列相的一种畸变 状态，因为胆甾相层内的分子长轴也是彼此平行取向，仅仅是从这一层到另一层 时择优取向旋转一个固定角度，层层叠起来，就形成螺旋排列结构，所以在胆甾 相中加消旋向列相液晶或将适当比例的左旋、右旋胆甾相混合，就可将胆甾相转 11
铺助阅读材料 第二章显示技术 变为向列相。一定强度的电场、磁场也可将胆甾相液晶转变为向列相液品。胆甾 相易受外力的影响，特别对温度敏感，温度能引起螺距改变，而它的反射光波长 与螺距有关。因此，胆甾相液晶随冷热而改变颜色。 热致液晶仅在一定温度范围内才呈现液晶特性，此时为混浊不透明状态，其 稠度随不同的化合物而有所不同，从糊状到自由流动的液体都有，即黏度不同。 如图2.14所示，低于问题T,就变成周体（晶体），称T为液晶的熔点；高于温 度T就变成清澈透明各向同性的液体，称T2为液晶的清亮点。LCD能工作的极限 温度范围基本上由T和T2确定。 固体 液晶 液体 图2.14热致液晶的形成 3.液晶的光电特性 如果不考虑由于热而引起液品分子有序排列的起伏，则利用传统的品体光学 理论完全可以描述光在液晶中的传播。在外电场作用下，液晶的分子排列容易发 生极化，液晶显示器件就是利用液晶的这一特性设计的。 (1)电场中液晶分子的取向 液晶分子长轴排列平均取向的单位矢量n称为指向矢量，设￡〃和￡，分别为 当电场与指向矢平行和垂直时测得的液晶介电常数。定义介电各向异性4 46=6∥-61 (2.1) 将4s>0的液晶称为P型液晶，它具有正的介电各向异性，4s<0的液晶称为N 型液晶，它具有负的介电各向异性。在外电场作用下，P型液晶分子长轴方向平 行于外电场方向，N型液品分子长轴方向垂直于外电场方向。目前的液品显示器 件主要使用P型液晶。 (2)线偏振光在向列相液晶中的传播 2
辅助阅读材料 第二章 显示技术 变为向列相。一定强度的电场、磁场也可将胆甾相液晶转变为向列相液晶。胆甾 相易受外力的影响，特别对温度敏感，温度能引起螺距改变，而它的反射光波长 与螺距有关。因此，胆甾相液晶随冷热而改变颜色。 热致液晶仅在一定温度范围内才呈现液晶特性，此时为混浊不透明状态，其 稠度随不同的化合物而有所不同，从糊状到自由流动的液体都有，即黏度不同。 如图 2.14 所示，低于问题T1，就变成固体（晶体），称T1为液晶的熔点；高于温 度T2就变成清澈透明各向同性的液体，称T2为液晶的清亮点。LCD能工作的极限 温度范围基本上由T1和T2确定。 图 2.14 热致液晶的形成 3. 液晶的光电特性 如果不考虑由于热而引起液晶分子有序排列的起伏，则利用传统的晶体光学 理论完全可以描述光在液晶中的传播。在外电场作用下，液晶的分子排列容易发 生极化，液晶显示器件就是利用液晶的这一特性设计的。 （1）电场中液晶分子的取向 液晶分子长轴排列平均取向的单位矢量n 称为指向矢量，设ε ∥和 ⊥ ε 分别为 当电场与指向矢平行和垂直时测得的液晶介电常数。定义介电各向异性Δε 为 Δε = ε ∥- ⊥ ε （2.1） 将Δε > 0 的液晶称为 P 型液晶，它具有正的介电各向异性，Δε < 0的液晶称为 N 型液晶，它具有负的介电各向异性。在外电场作用下，P 型液晶分子长轴方向平 行于外电场方向，N 型液晶分子长轴方向垂直于外电场方向。目前的液晶显示器 件主要使用 P 型液晶。 （2）线偏振光在向列相液晶中的传播 12
轴助阅读材料 第二章显示技术 沿者P型向列相液晶长轴方向振动的光波具有一个最大的折射率n∥，而对 于垂直于这个方向振动的光波具有一个最小的折射率n1。按照品体光学理论， 这种液晶为单轴的，分子的长轴方向就是光轴，寻常光折射率n。=n⊥，非寻常 光折射率n。=n∥，其折射率的各项异性n为 n=n∥-n=n.-几 (2.2) 即显示用的向列相液晶一般呈正单轴晶体光学性质，它可以使入射光的偏振状态 和方向发生改变。如图2.15所示，在0≤：≤。的区域内，业经沿着指向矢n的 方向排列，偏振光振动方向与n成日角，入射光在x,y方向上电矢量强度可用下 式表示 E,=E cosecos(or-k=)=acos(ot-k=) (2.3) E=E sin0 cos(ot-k=)=bcos(ot-k = (2.4) 两光场位相差记为6，即 6=u,-n) (2.5 合成光场矢端方程为 〔-E,m6 (2.6) 当日=0（或时），E,=0(或E,=0),即偏振光的振动方向和状态没有 改变，仍以线偏振光和原方向前进。 当0-T时，式(2.6)变为 E+E-2EE,om6.号m6 (2.7) 随着光线沿着？方向前进，偏振光相继成为椭圆、圆和线偏振光，同时改变 了线偏振方向。最后，这束光将以位相差6所决定的偏振状态，进入空气中。 (3)线偏振光在扭曲向列相液晶中的传播 如图2.16所示，把液晶盒的两个内表面作沿面排列处理并使盒表面上的向 列相液晶分子方向互相垂直，液晶分子在两片玻璃之间呈90°扭曲，即构成扭曲 向列液晶，光波波长入<P(螺距)。当线偏振光垂直入射时，若偏振方向与上 表面分子取向相同，则线偏振光偏振方向将随着分子轴旋转，并以平行于出口处 分子轴的偏振方向射出；若入射偏振光的偏振方向与上表面分子取向垂直，则以
辅助阅读材料 第二章 显示技术 沿着 P 型向列相液晶长轴方向振动的光波具有一个最大的折射率 ∥，而对 于垂直于这个方向振动的光波具有一个最小的折射率 。按照晶体光学理论， 这种液晶为单轴的，分子的长轴方向就是光轴，寻常光折射率 ，非寻常 光折射率 ∥，其折射率的各项异性 n ⊥ n 0 nn ⊥= e = nn Δn 为 Δn = n ∥ ⊥ e −=− nnn 0 （2.2） 即显示用的向列相液晶一般呈正单轴晶体光学性质，它可以使入射光的偏振状态 和方向发生改变。如图 2.15 所示，在0 0 ≤ ≤ zz 的区域内，业经沿着指向矢 的 方向排列，偏振光振动方向与n成 n θ 角，入射光在 x, y 方向上电矢量强度可用下 式表示 cos(cos cos() ) // // EE zktazkt = ox θ ω − = ω − （2.3） EE cos(sin cos() zktbzkt ) = oy θ ω − ⊥ = ω − ⊥ （2.4） 两光场位相差记为δ ，即 ( −= ⊥ nn c z // ) ω δ （2.5） 合成光场矢端方程为 δ δ 2 2 2 sin cos − 2 = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ + ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ab EE b E a E yx x y （2.6） 当θ = 0（或 2 π 时）， （或 Ey = 0 Ex = 0 ），即偏振光的振动方向和状态没有 改变，仍以线偏振光和原方向前进。 当 4 π θ = 时，式（2.6）变为 δ sin δ 2 cos2 2 22 o yxyx E −+ EEEE = （2.7） 随着光线沿着 z 方向前进，偏振光相继成为椭圆、圆和线偏振光，同时改变 了线偏振方向。最后，这束光将以位相差δ 所决定的偏振状态，进入空气中。 （3）线偏振光在扭曲向列相液晶中的传播 如图 2.16 所示，把液晶盒的两个内表面作沿面排列处理并使盒表面上的向 列相液晶分子方向互相垂直，液晶分子在两片玻璃之间呈 90º扭曲，即构成扭曲 向列液晶，光波波长λ << P（螺距）。当线偏振光垂直入射时，若偏振方向与上 表面分子取向相同，则线偏振光偏振方向将随着分子轴旋转，并以平行于出口处 分子轴的偏振方向射出；若入射偏振光的偏振方向与上表面分子取向垂直，则以 13