液晶的特性与显示模式

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一、简介液晶即液态晶体，是一种介于各向同性的液态和固态晶体之间的特殊物资。在一定温度范围内，它既有各向异性晶体所具备的双折射性，又具有液体的流动性、黏性和弹性等机械性质。液晶分子是一种聚合物。绝大多数的液晶分子形状呈细长棒状，分子呈层状排列，内层分子长、短轴取向均相同，如图1.1的液晶分子排列结构图。根据排序方式可以将液晶分为三类：近晶相液晶、向列相液晶和胆甾相液晶。向列相液晶的液晶显示器中应用最广泛的液晶类型。图1.1液晶分子排列结构二、液晶的特性2.1电学各向异性液晶分子因正电荷与负电荷的中心不相重合，相当于一个等效偶极子，称为永久偶极子，偶极子的偶极矩方向定义为从负向正。处于电场中的永久偶极子会受到使液晶分子转动的力偶的作用，形成取向极化。在外加电场的作用下，液晶分子中原子的原子核向电场的阴极一侧偏移，分子轨道上的电子负电荷中心会向阳极一面靠近。这样，电场中的液晶分子的正负电荷中心发生位置偏离，产生电偶极子，称为诱导偶极子。这种基于电子位移的极化称为电子极化，如图2.1。图2.1液晶结构的电子共轭液晶分子的介电常数沿长轴和短轴方向的大小不同，通常定义沿液晶分子长轴方向的介电常数分量为ε∥，垂直于液晶分子长轴方向的介电常数分量为ε⊥，两者之差Δε=ε∥-ε⊥。当Δε0时，该液晶在电学上被称为正性液晶，液晶分子的长轴朝着平行于电力线的方向旋转；当Δε0时，称为负性液晶，液晶的长轴朝着垂直于电力线的方向旋转。当电场强度足够大时，液晶分子最终平行或者垂直于电力线的方向排列。2.2光学各向异性液晶分子的光学折射率在长轴和短轴方向上的大小不同，长轴方向的折射率分量为n∥，垂直于液晶分子长轴的折射率分量为n⊥。向列相液晶的光轴于液晶分子的长轴方向一致。光线经过液晶分子折射的方向遵循折射定律的分量称为寻常光，即o光；另一个分量不遵循折射定律，称为非寻常光，即e光。o光与e光振动方向相互垂直。由于o光与e光的传播速度不同，所以，透射出液晶分子后，两者存在相位差，相位差的大小决定了两者合成之后光的振动方向和强度。2.3液晶力学液晶分子的力学特性用弹性常数来表征。弹性常数的物理意义是克服单位形变所需要克服的应力大小。液晶的弹性常数按不同的形变方式为K11,K22,K33，如图2.2。弹性常数越大，表示液晶分子发生弹性形变所需要的外力越大。图2.2向列相液晶分子的三种取向变形及三、液晶显示模式3.1TN显示模式是扭曲向列型液晶，在无电压状态下，液晶分子在配向膜的作用下成90°扭曲配向，光线通过下偏光板和液晶分子后从上偏光板射出；施加电压时，除了上下两侧配向膜附件的液晶之外，其他大部分液晶分子垂直排列，穿过下偏光板的光线无偏转的通过液晶层，由于其平行于上偏光板的偏光轴，所以光线被吸收，无法吸收。对比度提高难度大，可视角不足，常白显示模式。3.2IPS显示模式是面内转换型，液晶分子在平行于玻璃基板的平面内。无电压时，光线经过偏光板后形成平行于液晶分子短轴的直线偏光，偏光方向不能转动，因此被上偏光板吸收，无法射出；施加电压后，液晶左右形成横向电场，液晶分子沿着电场方向排列，光经过下偏光板和液晶层后呈圆偏光状态。可以透过上偏光板射出。具有最佳的对比度，面上分布均匀，背光透过后，透过的亮度基本上不随观察视角变化而变化，天生具有宽视野角，常黑显示模式。3.3VA显示模式垂直配向型，液晶分子垂直玻璃基板取向排列，无电压时，光线经过下偏光板后形成平行于液晶分子短轴的直线偏光，偏光方向不能转动，因此被上偏光板吸收，无法射出；施加电压后，液晶分子沿着电场方向偏转，光线经过下偏光板和液晶层呈圆偏光，可以透过上偏光板射出。具有最佳的黑色状态，故有最佳的正视对比度，天生具备高对比度，宽视野角，但视野角面上对比度均匀性不好，常黑显示模式。

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