光电功能材料课程-12

《光电功能材料》13

刘磊电话：84315437Email:liulei442@3.光功能材料3.1.激光材料3.2．非线性光学材料3.3.光纤材料3.4光电显示材料3.5.光伏材料及太阳能电池3.6.纳米材料

3.7.液晶材料与LCD目录液晶材料与液晶显示器液晶的发现液晶的分类液晶的光电效应液晶显示器的基本原理（LCD:LiquidCrystalDisplay

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液晶是自然界中一个神奇的物相。自1888年发现以来，由于它的神奇，成为生物学、化学和物理学的一个重要研究领域。液晶在显示技术信息技术中的应用，创造了一个五彩缤纷的世界，推动了信息技术的发展。液晶显示器件是众多平面显示器件中发展最成熟、应用面最广、已经产业化并且仍在迅猛发展着的一种显示器件。

LiquidCrystalDisplay(LCD)液晶显示器夏普108英寸LCDTV2007.01.09

1、液晶的发现与发展过程简介

1888年奥地利布拉格德国大学的植物生理学家斐德烈?莱尼泽（FriedrichReinitzer）在加热安息香酸胆固醇脂（CholesterylBenzoate）研究胆固醇在植物内之角色，于1883年3月14日观察到胆固醇苯甲酸酯在热熔时的异常表现。它在145.5℃时熔化，产生了带有光彩的混浊物，温度升到178.5℃后，光彩消失，液体透明。此澄清液体稍微冷却，混浊又复出现，瞬间呈现蓝色，又在结晶开始的前一刻，颜色是蓝紫的。莱尼泽反复确定他的发现后，向德国物理学家雷曼请教。当时雷曼建造了一座具有加热功能的显微镜去探讨液晶降温结晶之过程，后来更加上了偏光镜，他并发现呈浑浊状液体的中间具有和晶体相似的性质．故称为“液晶”。这是世界上首次被发现的一种热致液晶：胆甾醇苯甲酸脂。由于历史条件所限，当时并没有引起很大重视，只是把液晶用在压力和温度的指示器上。莱尼泽和雷曼后来被誉为液晶之父。

1、液晶的发现与发展过程简介

液晶的发展在1963年出现了转折点。该年，美国无线电公司(RCA)普林斯顿研究所的一个从事微波固体元件研究已两年的年轻技术工作者G．H．Heimeier，即将完成他的博土学位答辨。他有一个朋友正在从事有机半导体的研究工作，在上下班路上向Heimeier介绍他所从事的研究工作，使他发生了浓厚的兴趣。就这样，这位电子学专家改变了自己的专业,进入了有机化学领域，他把电子学应用于有机化学，仅一年就发表了五篇论文。他将染料与向列液晶混合，夹在两片透明导电玻璃基片之间，只施加几伏电压，功率不到几个微瓦每平方厘米，液晶盒就由红色变成透明态。Heimeier心想到这不就是平板彩色电视吗?兴奋的小组成员日以继夜地工作，相继发现了动态散射、相变等一系列液晶的电光效应，并且研究出一系列数字、字符显示器件以及液晶钟表、驾驶台显示器等应用产品。RCA公司领导对有关液晶的发明极为重视，将其列为企业的重大秘密。1968年RCA公司向世界公布这些液晶发明。

1969年2月日本NHK向国内进行了液晶发明报导，引起日本科技、工业界的极大重视。日本将当时的大规模集成电路与液晶相结合，以“个人电子化”’市场为导向，很快打开了液晶的应用局面。日本人从液晶于表、液晶计算器等低档产品起步，发展到小尺寸无源矩阵黑白电视、非晶硅有源矩阵彩色电视，直到目前多晶硅有源矩阵高分辨率彩色液晶显示器，不但促进了日本微电子工业的惊人发展，还一直领导着世界液晶工业的发展方向，掌握着液晶工业最前端的技术。液晶的发现已经有100多年的历史，但近20年来才获得了快速的发展。这是因为液晶材料的光电效应被发现。因而被应用在低电压和轻薄短小的显示组件上。经过近30年的发展，液晶巳形成一个独立的学科。液晶知识涉及多门学科，如化学、电子学、光学、计算机、微电子、精细加工、色度学、照明等。目前液晶材料已被广泛应用于计算机显示屏，电子表，手机，计算器等电子产品上。成为显示工业不可或缺的重要材料。

生活中的液晶显示器2、液晶基础

（1）物质的第四态-------液晶

一般常识：

物质像水一样都有三态：固体、液体和气体，通常固体加热至熔点就变成透明的液体，温度再升高就变成气体。其实：物质的三态是针对水等一类物质而言，对于不同的物质，可能有其它不同的状态存在。有些有机材料不是直接从固体转变为液体，而是先要经过中间状态，然后才转变为液体。这种中间状态外观是流动性的混浊液体，同时又有光学各向异性晶体所特有的双折射特性。液晶的分类方法1.按照液晶的形成条件分类2.按照分子排列的形式和有序性分类按照液晶的形成条件分类

当对某些晶体物质体加热时，由于温度的升高破坏结晶晶格，使其任某一温度范围内呈现出各向异性的熔体而形成液晶态。用于显示的都是可工作于室温的热致液晶，由于热致各向异性的液晶物质的特殊稳定的温度范围应在室温以上，只有这类液晶才能作为显示器件的材料。热致液晶按照液晶的形成条件分类

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．溶致液晶肥皂水就是溶致液晶，具有双折射特性，使肥皂泡表面具有彩虹色彩。构成液晶态的结构单元１．棒状分子２．盘状分子３．由长链或盘状分子连接而成的柔性长链聚合物４．由双亲分子自组装而成的膜热致液晶按分子的排列有序方式可以分为以下几种类别：近晶相液晶由棒状或条状分子组成，分子排列成层，层内分子长轴互相平行，其方向可以垂直于层面，或与层面成倾斜排列，如图所示。因分子排列整齐，其规整性接近晶体，具有二维有序这类液晶分子呈扁平状，排列成层，层内分子互相平行，分子长轴平行于层平面，不同层的分子长轴方向稍有变化，沿层的法线方向排列成螺旋状结构

向列相液晶由长径比很大的捧状分子所组成，具有类似于普通液体的流动性，分子不能排列成层，它能上下、左右、前后滑动，只在分子长铀方向上保持相互平行或近于平行。

从宏观整体上看，向列液晶由于其液晶分子重心混乱无序，可以象液体一样流动，所有液晶分子的长轴大体指向一个方向，使向列液晶具有单轴晶体的光学特性。而在电学上，又具有明显的介电各向异性。这样可以利用外加电场对具有各向异性的向列液晶分子进行控制，改变原有分子的有序状态，从而改变液晶的光学性能，实现液晶对外界光的调制，达到显示目的。向列液晶这种明显的电学、光学各向异性，加上其粘度较小，使向列液晶成为显示器件中应用最为广泛的一类液晶。液晶的三种结构类型向列型（Nematic)：分子倾向于沿特定的方向排列，存在长程的方序．分子的质心位置分布却是杂乱无章的，不存在长程的位置序．表现出液体的特征，具有流动性．向列型液晶液晶的三种结构类型胆甾型(Cholesteric)：

在胆甾相中，长型分子是扁平的，依靠端基的相互作用，依次平行排列成层状。它们的长轴在平面上，相邻两层间分子长轴的取向规则地扭转在一起，角度的变化呈螺旋型。螺旋状液晶液晶的三种结构类型：近晶型(Smectic)：

棒状分子相互平行地排列成层状结构，分子的长轴垂直与层面．在层内，分子的排列具有二维有序性，分子的质心位置排列则是无序的，分子只能在本层内活动．在层间具有一维平移序，层间可以相互滑移．近晶型液晶液晶材料液晶相：具有各向异性的液态，由各向异性分子构成，且分子倾向定向排列。液晶：凡出现液晶相的物质至今，这些分子均为有机分子，无机分子的液晶还没有发现液晶相：处于熔点和清亮点之间的相

在从晶体到液晶，再到液体的相变过程中，Tl为熔点，T2为清亮点。在T1—T2之间为液晶相区间。液晶分子的光电效应描述液晶分子光电效应的重要物理量：

１．介电系数２．折射系数液晶分子的光电性质

液晶分子大多由棒状或碟状分子形成,所以与分子长轴平行或垂直方向的物理特征会有所差异，这就是液晶分子结构的异方性．由于液晶分子结构的异方性，所以液晶分子在介电系数和光电系数等光电系数上都具有异方性．液晶显示中三大光学特性

①能使入射光的前进方向向液晶分子长轴（即指向矢n)方向偏转；液晶呈单轴的光学各向异性所致，各种液晶显示器基本上是根据这三大光学特性而设计制造的。②能改变入射光的偏振状态(线偏振、圆侗振、椭圆偏振)或偏振的方向③能使入射偏振光相应于左旋光或右旋光进行反射或者透射。液晶材料的物理性质与显示技术的关系液晶显示器(LCD)的基本原理

LiquidCrystalDisplay１．偏振片透光原理２．液晶对光线的调制作用３．常见的三种液晶显示器液晶显示器的基本原理偏振片透光原理：偏振片只允许偏振方向与它的偏振化方向平行的光透过，如果让两个偏振片的偏振化方向相互垂直，由于第一次出射光的偏振方向与第二个偏振片的偏振化方向垂直，光不能通过第二个偏振片．液晶显示器的基本原理

把液晶放在两个偏振片之间，如果有光线进入,通过第一个偏振片后，将被液晶分子逐渐改变偏振方向.由于光线沿着分子排列的方向传播，光线最终将从另一端射出．如果两玻璃板之间加上电压，分子排列方向将与电场方向平行，光线由于不能扭转将不会通过第二个极板．液晶显示器的基本原理

液晶显示器就是利用这一特性，在两块