液晶显示原理
想知道液晶显示原理的吗？耐心读完下面的文章。
液晶物质
物质分为三类,气态、液态、固态，随着人们对物质状态认识的不断深入,发现物质除了上述三态外,还存在着离子态(plasmas),非晶固态(amorplhous solids),液晶态(liquid crystals),超导态(superconductors)中子态(neutron state)等。
  迄今已发现数十万种以上的液晶物质，在100多年前,澳地利的植物学家Reinitzer在1888年从显微镜中观察到一种奇怪的现象,胆固醇苯甲酸酯在145。5℃时,熔化成一种雾状的液体,在178。5℃时,突然全部变成清亮的;当冷却时,先出现紫蓝色,不久后即自行消失,物质再呈浑浊状液体,继续冷却,再次出现蓝色,然后固化成白色的结晶体。
  Reinitxer对在晶体(固态)和清亮态(液态)之间出现两个熔点等现象百思不得其解,于是他将样品连同他的实现观察一起寄给当时著名的德国物理学家Lehmann,Lehmann在他自己安装的有热台的偏光显微镜下作了仔细观察,发现有双折射性,双折射是晶体所具有的特殊性质,他的结论是:在145。
  5℃和178。5℃之间既具有各向异性的晶体所特有的双折射性,又具有液体流动性的物质状态的胆固醇苯甲酸酯呈现一种新的物质形态!在徘徊了几年之后,他给这种物质形态取名为液晶。
　 液晶物质的分类
溶致液晶:将某些物质溶于另一物质时形成的液晶态,因此被成为溶致液晶。
  双亲分子多属溶致液晶,肥皂水是一种典型的溶致液晶。细胞膜是酯类分子构成的双层溶致液晶。溶致液晶广泛存在于自然界,特别是生物体内,它不仅广泛应用于人类生活的各个领域,而且在生物物理,生物化学和仿生学领域深受瞩目。很多生物体的构造,如大脑、神经、肌肉、血液等生命物质或生命的新陈代谢,知觉、信息传递等生命现象都与这种液晶有关。
  
热致液晶:因温度而异出现液晶态。如手表、液晶电视、电脑的液晶显示屏等用的就是热致液晶主要分为:(1)向列相(nematic):组成的分子象普通流体一样呈无序分布。光学电磁学性质呈现与亮体相似的各向异性,被称作三维各向异性流体。(2)近晶相(Smetic)：组成的分子中心在一个方向具有周期序,棒状分子组成层,层内分子长轴相互平行,其方向可以垂直于层面或与层面成倾斜排列 (3)螺旋相(cholesteric)：如果组成的分子具有手征性,分子取向在空间会形成扭转螺旋结构。
  因此其光学特性具有强烈的圆二色性与其它光活性(也叫螺旋性)这类液晶分子呈扁平状,排列成层,层内分子相互平行,分子长轴平行于层平面,不同层的分子长轴方向稍有变化,沿层的法线方向排列成螺旋结构。螺矩P指当不同层分子长轴排列沿螺旋方向经历360°的变化后,又回到初始取向,这个周期性的层间距称为螺旋相液晶的螺矩。
  
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TN(Twist Nematic)扭曲向列相液晶
   向列型液晶夹在两片玻璃中间，这种玻璃的表面上先镀有一层透明导电薄膜ITO(氧化铟锡)以作电极之用，然后在有薄膜电极的玻璃上涂取向层PI(聚酰亚胺)，以使液晶顺着一个特定且平行于玻璃表面的方向排列。
  液晶的自然状态具有90度的扭曲，利用电场可使液晶分子旋转，液晶的双折射率随液晶的方向而改变，影响的结果是偏振光经过TN型液晶后偏振方向发生转动。只要选择适当的厚度使偏振光的偏振方向刚好改变90度，就可利用两个平行偏光片使得光完全不能通过。而足够大的电压又可以使得液晶方向与电场方向平行，这样光的偏振方向就不会改变，光就可通过第二个偏光片。
  于是，就可控制光的明暗了。TN型常用在电子手表，计算器等简单显示方面。
   STN(Super Twist Nematic)超扭曲向列型液晶
与TN型液晶的显示原理相同，只是它将入射光旋转180～270度，而不是90度。而且，单纯的TN型液晶显示器本身只有明暗两种变化。
  而STN液晶则以淡绿色和橘色为主。在液晶屏上加一层补偿膜可使之变成黑白的,称为膜补偿超扭曲向列型液晶(FSTN)。但如果在传统单色STN液晶显示器加上一彩色滤光片，并将单色显示矩阵中的每一像素分成三个子像素，分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色，就可以显示出色彩了,称为CSTN(Color STN)，这就是大家通常所说的伪彩屏。
  STN，FSTN和CSTN常用来做手机显示屏，游戏机屏等。
   TFT（Thin Film Transistor）薄膜晶体管液晶显示
在玻璃基片上沉积一层硅,通过印刷光刻等工序作成晶体管阵列,每个像素都设有一个半导体开关，其加工工艺类似于大规模集成电路。
  再把液晶灌注在两片玻璃之间,由于每个像素都可以通过点脉冲直接控制，因而，每个节点都相对独立，并可以进行连续控制，这样的设计不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以精确控制显示灰度，所以TFT液晶的色彩更逼真，称为真彩 。TFT分多晶硅，非晶硅和单晶硅三种。
  2004年3月，三星公司发布了一款手机用的液晶显示器件，被称为UFB（Ultra Fine & Bright）LCD，具有超薄、高亮度的特点。
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液晶的电光效应
液晶的电光效应分为四种：电场效应，电流效应，电热写入效应，热效应。
  平时常见的应用主要是电场效应，其中又分为六种：扭曲向列效应（TN），宾主效应（GH），相变效应（PC），电控双折射效应（ECB），铁电效应（FLC），超扭曲向列效应（STN）。以下介绍各种效应的原理
扭曲向列效应（TN）：上面谈过TN模式，这里再补充一点，TN的工作电压在2—5V，应用晶体的旋光性，液晶分子平行于玻璃基板。
  以反射型TN为例，液晶盒的结构如下：偏光片，玻璃，ITO电极，液晶层（厚约10um），ITO电极，玻璃，偏光片，反射片。施加的电压不同，其灰度也不同，所显示的图形是电极的图形，最常见的例子是计算器，电极被刻蚀成“8”字形，这种称为笔段式显示。
  
超扭曲向列效应（STN）不再做介绍，上面已经介绍过。
宾主效应（GH）：将沿液晶分子长轴方向和短轴方向对可见光的吸收不同的二色性染料作为客体，溶于定向排列的液晶主体中，染料分子会随液晶分子的排列变化而变化，在电场作用下，染料分子和液晶分子排列发生变化，染料对入射光的吸收也将发生变化。
  GH模式在实际应用中很少见。
相变效应（PC）：在正型液晶中掺入正介电异性的胆甾液晶，使混合物成为具有长螺距的液晶，螺旋轴与玻璃板平行，对外界光产生散射，呈白浊状，施加一定电压后，液晶长轴沿电场方向变化，螺旋解开，液晶变成透明态。其优点是不用偏光片，视角大。
  
电控双折射效应（ECB）：将负型液晶垂直于玻璃表面排列，或一侧垂直一侧平行于玻璃表面，由于在不同的电场强度下，液晶分子长轴与电极产生一个不同的角度，这个角度随电场大小变化，从而使液晶盒产生电控双折射效应，入射的偏振光就变成椭圆偏振光，被出射端的偏振片选择透过。
  
铁电效应（FLC）：手性近晶C*相液晶称为铁电液晶，这种液晶的特点是液晶分子沿某一轴螺旋排列，有很大的自发极化强度，因此对电场的响应十分迅速。现在液晶显示器的响应速度最快为8ms，但是FLC的响应速度一般都在us级，所以有望成为下一代显示业的霸主，但现在有好多问题有待解决。
  例如盒厚的控制，FLC对盒厚要求很严格，必须在2um左右。液晶层的缺陷控制也制约了它的进展，还有灰度的实现问题。  
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