液晶旋转粘度.ppt

2004/7/8 TFT用单体液晶旋转粘度的研究 贵丽红 08.2.23 研究背景 从1986年NEC制造了第一款有液晶屏幕的便携式计算机，到2005年末液晶显示器的市场占有率首次与CRT持平，液晶显示技术经历了20年的缓慢成长过程。液晶显示器的历史虽然不算太短，但因长期只用于便携设备的静态图文显示，响应速度慢的问题没有引起足够重视。近年来，液晶显示器在台式机中应用越来越普遍，视频播放、游戏的应用也呈爆发性增长，此时响应时间问题才因此倍受关注。 研究背景 几年前就有些人认为，目前液晶显示器的响应时间已经到了终极，而事实并非如此。虽然液晶显示器响应时间从早期上百ms缩短到了4ms，但与CRT显示器相比依然逊色不少。4ms的响应时间显然是不够的。 怎样才能缩短液晶液晶显示器的响应时间呢？我们先了解一下液晶及影响响应时间的关键因素。 研究背景 在显示器的实际应用上，通常选择的都是低分子液晶，其分子长2～3纳米，直径约0.5纳米，但利用这种分子级别的材料制成的显示器，其响应速度只能达到ms级，而CRT、OLED等属于电子级别，工作原理响应速度一般都可达到μs级别，PDP为原子级，速度稍慢，也不存在响应时间问题。 研究背景 液晶的粘度 液晶的粘度 液晶响应时间公式： ：旋转粘度 d ：盒厚 V ：驱动电压 ：介电常数 液晶的粘度 液晶的粘度 液晶的粘度 粘度是分子间作用力的一种显示，分子间作用力越大则粘度越大。因此，分子量越大或极性越强的分子粘度就越高。这也解释旋转粘度与平移粘度是正相关。当温度下降并接近相转移点（SA/N或N/I）时，或浓度接近相转移浓度时，平移粘度与旋转粘度都会有突升的现象这就是所谓的相转移前效应。 液晶的粘度 上图形象的表示出了向列相的各种粘度：a-c是三种导向与速度梯度及速度之相对方向下之Miesowicz粘度，d则是旋转粘度。 液晶的粘度 影响液晶粘度的因素很多，不仅随温度降低,粘度增加，而且与液晶的活化能相关。在相同的温度下，低活化能的液晶，具有低的粘度系数，粘度随温度变化也小。从分子结构上看，液晶分子的中心桥键，端基取代基的极性、极化度、分子中的电子体系都明显地影响液晶的粘度。 粘度/旋转粘度的测量方法 1.剪切流变毛细管方法 最成熟的直接测量法是由Gwiller提出的。典型的方法是测量由毛细管两端微小的压力差（ ）引起的薄层流速的减小。 其中 是液晶的体流率。由两边少量气体产生的压力差是通过两个不同的压力计测量得到的。这种方法需要一个矩方形的毛细管，毛细管大约包含20个平行板，横面大小为0.3×16mm2总长为85.5 cm。并由直径约为15mm的玻璃管联接到进出毛细块。 1.剪切流变毛细管方法 2.旋转粘度计 此方法直接运用了旋转粘度的定义，由Tsvetkov提出。通过测量特定扭矩T/V，来得到旋转粘度的值。旋转粘度是由指向矢的方位固定后，指向矢的旋转或切变流动的粘度扭矩引起的，这个扭矩在应力张量的反对称部分中有所描述， 2.旋转粘度计 粘度转矩密度 （作用在单位体积流体上的力矩）为 ， 是旋转粘度， 是切变流动的角速度。如果液晶的指向矢以角速度旋转，那么扭矩T等于 将液晶置于圆柱容器中，在垂直圆柱轴向方向，施加一磁场。如果液晶分子与柱表面的作用很弱，而且磁场的旋转频率低于临界频率。那么，液晶分子将以一定的相位差随磁场转动。传到容器上的力，是容器－液晶界面的表面因素。沿Z轴积分，在液晶－固体界面自由旋转的扭矩。 2.旋转粘度计 2.旋转粘度计 因此在液晶的旋转过程中产生粘滞扭矩 ，将给圆柱一个力矩M， 。如果将盛有液晶的柱形容器由钨丝悬吊起来。那么，钨丝所受的机械扭矩T为， 。磁场对液晶产生的扭矩为 2.旋转粘度计 旋转磁场法测量的实验误差的主要来源有两个。一是金属丝扭矩的非线性和虎克定律的偏差等类似效应的影响，此方面较大的误差来源于扭曲常数的测量，误差达到0.5％，而引起结果的误差将是1％。；二是壁面效应，包括“back flow”、“inversion walls”、弹性扭转等 。 这种方法稳定型较差，使用寿命不长，不适合在工业测试用。 3.电容监测法 通过对TN－LCD中液晶的指向矢豫驰研究，可以得到旋转粘度。但是要首先知道弹性常数的值，或是磁化率各向异性，这两个参数都是较难测量的。磁化率是通