（4）(4) 对 0.1% 掺杂的 S-811
手性添加剂 S-811 IS-4651
P = 71.4 mm -1
负号表示左螺旋方向
表2
二、显示模式
1.非激活态（不加电场）的光学性质
90°扭曲→导波效应→偏振面旋转90°， 但必须满足Mauguin条件△n· d 这样使得通过该液盒时其偏振面产生的扭曲与光波长无 关，即出射光是线偏振光 如果上述条件不满足，则出射光为椭圆偏振光，透射强 为
平移运动
流动
分子排列 定向排列
破坏排列 排列的变化 流动
(2)液晶的体积粘滞系数η
η是利用粘度计测量混乱无序液晶的粘滞系数，即把液 晶当作普通流体来处理。 ◆温度越高， η 越小 ◆ η直接影响液晶的响应时间T， η 越小，T越小
粘滞系数随温度的变化
N
H3CO
1 .0
V is c o s ity (p o is e )
（e）透射光强在很宽的频率范围内只与驱动电压的
均方根值有关，而与电压波形无关； （f）电光曲线会随环境温度变化。
2.重要参量的意义
（1）相对透光率Lt= 透射光强 （2）阀值电压
×100%
入射光强 Vth——当V>Vth时，Lt才发生变化
（9）
Vth与△∈成反比，即△∈越大，Vth越小，液晶分子越易沿电场 排列 Kii 越小，Vth越小，液晶分子越“软”，则也越易沿电场排列 Vth与盒厚d无关
二、液晶分子的结构
化学家的观点 物理学家的观点
• 形状各向异性, 长度 > 4倍宽度 • 分子长轴有一定刚性 • 分子末端含有极性或可极化的基团
CH3 - (CH2)4 C N
上述分子(5CB) 是 ~2 nm × 0.5 nm
三、液晶的定义

通常物质有三态：固体 液体 气体 液晶是物质的第四态——介乎于各向同性液体 和晶体之间的中间相（mesophase）
什么是液晶
一、液晶的发现及命名
1888年奥地利植物学家 F.Reinitzer 在加热胆甾醇 苯甲酸酯结晶试验时发现： 结晶 酯 加热 冷却
乳白色 浑浊液体
加热 冷却
透明 液体
Krystalle(德语)
德国物理学家 O.Lehmann 将其称为：Fliessende 英文为：Liquid Crystal 中文即：液晶
●向列相中可以只产生其中一种形变，因此每一个Kii （i=1,2,3）都必须是正的。 ●Kii的量纲是尔格/厘米（或达因） ●
K ii 的 数 量 级 ～ U （分子间相互作用能） a（分子线度） ～ 10
6
达因
● K 33 K 11， K 33 K 22， K 11 K 22
●温度增高 Kii减少
2.激活态的光学性质
当对TN-LCD施加电场时，n沿E排列→分子分布产生畸变（垂直 排列），透射光沿长轴（即光轴）传播，不发生双折射，偏振动面 不变，为检偏器所阻→不透光（显示）
图14
（1）光轴分布
在不同的电压下，倾角分布由平坦→弓形曲线（相对于层中心对称） 低电压——正弦曲线 高电压——近似方形
图16
图17
(2)特点：
(a)两偏光片的偏光轴正交，并且分别与紧邻玻片内侧上 的的摩擦 方向（即液晶分子排列方向)平行或垂直—— 正性显示（白底黑字-常白型） 若两偏光片的偏光轴互相平行，且与任一玻片内侧 上的摩擦方向相一致——负性显示（黑底白字-常黑型）
正性比负性对比度高
图18
(b）有阀值，有饱和，Vth、Vsat都很低，易于低 电压使用； （c）由于是场效应 而造成LCD的损坏； 低电流、微功耗； （d）电压为交变电压，避免电极处的电化学反应从
4.光学各向异性: 双折射
△n =
ne - no
冰洲石
图6
光在向列相中的传播 液晶分子长轴的方向——光轴
双折射现象、光波的叠加、干涉等现象均同 样在液晶中发生，只要将液晶作为单轴正晶 体就可作类似的分析。
5.弹性各向异性: 向列相的三种形变
展曲 K11
扭曲 K22
图7
弯曲 K33
(1)关于弹性常数的讨论
向列相液晶分子在不同强度向错线周围排列的情况
s=1/2
s=-1/2
s=-1
s=3/2
s=+1
s=+1
s=+1
s=+2
向列相中向错线的显微照片
2.介电各向异性
在向列相中分别沿与液晶指向矢平行和垂直的方向进 行测量，可以得到两个不等的介电常数 // 和 。 对液晶沿某一方向加电场E，相应的电位移矢量D为：
结构：ITO玻璃——制盒，电极图形
液晶——利用其电光效应
偏振片——起偏片和检偏片→产生正交偏光
结构特点：扭曲90° 结构参数：K、△∈、△n、ρ、d、θ、摩擦方向→指向矢→光轴


手性添加剂
作用: 使液晶分子形成扭曲结构
次开发 H T P Pc 1
(对稀溶液)
HTP (mm)-1 -14 -13.6
D E ( n E )n
（1）
定义 为液晶的介电各向异性。 //
分子具有与其长轴平行的永久偶极距 > 0 分子具有与其长轴垂直的永久偶极距 < 0
由于介电各向异性，导致向列相分子被电场强迫取向： 2 2 E (n E ) W D dE （2） 2 2 （2）式中第一项与取向无关，第二项对取向非常重要 当Δ >0时，若 即分子倾向沿电场排列
（3）V10和V90（以负性显示为例）
V10——相对透光率为最大值的10%时的外加电压 V90——相对透光率为最大值的90%时的外加电压
（4）陡度γ
γ=V90/V10 (负性显示) ，γ>1，γ越小，则陡度越好
（5）对比度和视角
对比度Cr 视角 视角特性 视角锥 30° 显示状态和非显示状态相对透光率的比值 人眼观察的角度 对比度随视角变化的特性 对比度大于某一个最小可接受值的视角范围，通 常视角锥为Cr=2 上视-10°，下视40°，左右视角
C4H9
对于各向同性液体
2
0 .7
is o 0 e x p

K BT E
（3）
0 .4
3 1 TNI
E是分子运动的扩散激活能
0 .2
0 .1 20
图11
30 40 50 60 T e m p e ra tu re ( ° ) C
(二)
TN—LCD的基本原理
一、TN—LCD的结构及结构参数
一定（单向倾斜）
有多个值（锥形简并）
微沟槽表面均匀排列 (//) 磨擦 polyimide
键合垂直排列 () 表面活性剂
图10
（3）摩擦取向机制

沟槽理论
n 平行沟槽
能量最低

切应变理论
摩擦聚合物 聚合物分子择优结构
n 平行择优方向
7. 液晶的粘滞性
(1)各向异性流体的特点
耦合
（2）垂直入射时的透射率
数学方法：Jones矩阵法 连续扭曲并倾斜的结构→N个等厚单轴晶片的叠加 光轴在每一晶片中是一致的，在不同晶片中不同 每个晶片为一传输矩阵→改变在其中光的偏振状态 整个层的总透射率由这些矩阵相乘来计算
图15
三、TN-LCD的电光曲线和电光响应
1.电光曲线的定义和特点
(1)定义——透射光强随施加电压变化的函数关系
液晶分子排列 发生变化
光学状态发生变化
撤除电场
产生对比度→显示
三、液晶显示的模式
电流效应型 动态散射型（DS）
扭曲向列型（TN） 超扭曲向列型（STN）
显示模式
介电各向异性型
电控双折射型（ECB） 宾主型（GH）
电场效应型 铁电型（FLC） 反铁电型（AFLC） 胆甾型（CH）
相变型（PC）
(二)
液晶显示器的技术原理
孙政民
2012年10月
(一)
序言
一、对显示器的要求
1.性能好且稳定（高亮度、高对比度、 宽视角、快速响应等） 2.高密度信息量 3.可擦除 4.使用方便、安全、可靠 5.寿命长 6.适宜的价格（低成本）
二、液晶显示的原理
基片的表面处理
液晶分子呈有序排列 有一定的光学状态
加电场
螺距
P
手性向列相
通常向列相
向列相 胆甾相
位置无序 位置无序
指向有序 指向有序 图3
指向矢倾向沿某一方向 指向矢排列呈螺旋状
六、液晶的物理性质
1.指向矢
n
(1)定义
图4
在宏观上把液晶当作连续体来处理的理论中，常引用一个平滑 的矢量场来描述液晶分子的排列状态。更确切地说，即在一个无限 小的体积内将大量分子的长轴方向的平均取向作为一个择优取向， 这个择优取向常常用单位矢量 n 来表示,它被称为指向矢 (director)。
（5） （6） （7）
（8）
0 .5
0 .4
u
2d n
T (% )
0 .3

0 .2
u
3
15
0 .1
35
0 0 2 4 6 8 10 12 14
u
图12
0 .5
0 .4
35
T (% )
0 .3
u
3
15
0 .2
0 .1
u
2d n

8 10 12 14
0 0 2 4 6
u
图13
弹性常数K22与温度之间的关系
7
P-
K 2 2 (x 1 0 -1 2 N e w to n )