偏振光的应用——液晶显示器参考.ppt

偏振光的应用——液晶显示器 液晶的双折射效应 显示器基本结构 显示原理 有源驱动 向列相和近晶相液晶的双折射特性 液晶是单轴晶体，向列和近晶相液晶分子指向矢与光轴方向一致； 波法线为k 的平面偏振波的电矢量可分解为与光轴平行和垂直的两个分量，其对应的折射率为ne和n0 ；并用n//和 n?表示： 折射率各向异性：n// n? 如5CB液晶（?=515nm）， ne=1.7063 n0 =1.5309 ?n=0.1754 方解石（?=589.3nm）： ne=1.4864 n0 =1.6584 ?n=-0.172 光在向列相液晶中的传输（1） 使光波的传输方向偏向长轴（指向矢）方向 设入射光偏振面与液晶分子指向矢在同一个面内，入射光可分解成与液晶分子长轴平行和垂直的两个分量。其速度分别是： 对于确定的分子倾角，因 所以平行速度分量的增量大于垂直速度 分量的增量，合成方向与分子长轴的夹 角变小，经过多个液晶层後，光波的传 输方向偏向长轴方向。 光在向列相液晶中的传输（2） 改变入射光的偏振状态 设液晶层内指向矢方向不变，且在x方向，入射光偏振方向与 x 轴夹角为?； 在液晶层表面，当? =0, ?/2时，入射光两个偏振分量中总有一个为零，即Ey= 0或Ex= 0，否则两个偏振分量为： 设液晶层厚度为z，经过液晶层后的两个分量各自产生的相位延迟取决于各自的折射率： 当? = ?/4时，其合成振动为： 随着光线沿z轴方向前进， 相位差? 从零逐渐变大： = 0，?/4，?/2，3?/4，?， 5?/4，3?/2，7?/4，2?； 光的偏振状态按照直线、椭圆、圆、椭圆、直线的顺序变化，在? = ?时，线偏振改变90?。 可改变相位差? 的因素有：折射率差（ n// -n? ）和传播距离z。 光在向列相液晶中的传输（3） 使偏振面旋转（指向矢扭曲） 设液晶分子指向矢扭曲扭距为 P ，液晶层厚度正好是1/4P，指向矢扭曲90?。 在入射面上入射光偏振面与指向矢一致时，光波偏振面随指向矢旋转，出射光偏振面仍保持与指向矢一致； 入射光偏振面与指向矢垂直时，则出射光偏振面保持与指向矢垂直； 入射光偏振面与指向矢成?角时，则出射光以椭圆、园、直线等形式射出。 液晶的旋光作用 旋光现象： 线偏光通过光轴与表面垂直的晶体时，光矢量方向随传播距离增大而逐渐转动。 产生机理：沿光轴旋转的线偏光是由两个频率相等，传播速度不同的左、右旋园偏光组成。在旋光介质中两个园偏光的传播速度不同，由此产生的的相位差为： 相应转过的角度为： 石英旋光系数为+21.75弧分/mm，胆甾相液晶旋光系数高达1800弧分/mm 液晶旋光作用的应用 二色性选择反射（散射）：当入射园偏光旋转方向与液晶旋光方向一致，则入射光被反射（散射） ；若旋光方向相反，则入射光将透过液晶层。 胆甾相液晶的螺距P接近入射光波长?，因二色性选择光反射，反射光波长为： 反射光频带宽： 螺距变化 反射光波长变化 颜色变化 用作反射式显示器，改变螺距因素：温度，材料，外电场 液晶对光波的影响 微观： 使入射光的传播方向偏向指向矢（长轴）方向； 宏观： 改变入射光的偏振状态（o光和e光之间产生相位差）； 使入射光的偏振面旋转； 对入射的左旋或右旋光有选择地反射或透射。 液晶显示器基本结构和工作原理 TFT 的开关作用 TFT的栅极未选通时，TFT 处于截止态，源极与漏极之间相当于开路，外电压不会施加到液晶像素上。 TFT的栅极被选通，并且源极被同步选通时，源、漏极之间导通，数据信号被写入液晶像素电容CLC和补偿电容 Cs。 电容使充好电的电压保持到下一次画面的更新。 每个像素都相对独立，并可以连续控制，不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以精确控制显示色阶。克服交叉效应的影响。 TFT的结构 通过栅极电压控制源、漏电极之间的电流（沟道电流）； 沟道电流取决于多数载流子密度与迁移率； 实用化的有非晶硅TFT(a-Si TFT) 多晶硅TFT(p-Si TFT) 栅极 源极 漏极 半导体层 TFT-LCD 像素单元及开口率 开口率：有效区域的比例 。 各种部件的透过率为：偏光板50%，玻璃95