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液晶显示器LCD
一、发展历程与特点
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
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，直到开发出多晶硅有源矩阵高分辨率彩色液晶显示器
1888年奥地利植物学家Reinitge首次观察液晶现象
1. 发展历程
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
易于彩色化
液晶通常无色，可加滤色膜实现彩色
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
暗时看不清
4 液晶的分类
液晶又被称为物质的第四态
既具有液态的流动性，又具有晶体的各向异性，具有双折射特性
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
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。有16种，SA，SB，SC等等
T1熔点
T2 清亮点
中介相态
（2）向列相液晶（丝状、S型·）
SA
SC
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
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
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用的液晶材料
（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。
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
螺距P
这里显示了半个周期
螺距通常300nm，与可见光波长同量级
方向可以是左旋或右旋
溶致致液晶
将溶质溶于溶剂而形成的液晶态物质。显示技术上尚无应用
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
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律，称为非寻常光（e光）
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
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
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
o、e光都是线偏振光，并且偏振方向垂直
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。
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
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
c 真空光速，n 折射率
折射率显然与方向无关