第1讲 液晶光电子学的发展
液晶的电光效应
液晶的电光效应摘要：本实验中我们主要研究液晶的物理性质如旋光性电光效应等。
我们在实验中分别测量液晶盒的扭曲角及显示对比度、电光响应曲线及响应时间，观察分析液晶光栅。
我们通过这些来了解液晶在外电场作用下的变化及其引起的液晶光学性质的变化，并掌握对液晶电光效应测量的方法，最后还用白光光源观察了衍射特性。
关键词：液晶电光效应、响应时间、液晶光栅 1、引言19世纪末奥地利植物学家莱尼兹尔在测定有机化合物熔点时发现了液晶。
到了20世纪20年代随着更多液晶材料的发现及技术的发展，人们对液晶进行了系统深入的研究，并将液晶分类。
30年代到50年代人们对液晶的各向异性、液晶材料的电光效应等进行深入的研究。
到了60年代液晶步入了使用研究阶段。
自1968年海尔曼等人研制出世界上第一台液晶显示器以来，在四十年的时间里，液晶显示器以由最初在手表、计算器等“小、中型”显示器发展到各种办公自动化设备、高清晰的大容量平板显示器领域。
本次实验主要就是研究一些液晶的基本物理特性，包括各向异性旋光性等。
通过实验得到液晶盒的扭曲角、电光响应曲线及响应时间，观察分析液晶光栅和白光的衍射现象，知道液晶在外场作用下光学性质的改变并掌握相关的实验方法。
2、 理论 （1）、液晶的定义及分类1、一些物体在中介相中具有强烈的各向异性，同时又有类似于液体的流动性。
2、液晶根据分子排列和平移的取向有序性分为3类：近晶相、向列相、胆甾相。
（2）、液晶的基本物理性质：1、液晶的介电各项异性——这是电场对液晶分子的取向作用产生的。
当外电场平行于或者垂直于分子长轴时，分子极化率不同表示为 、 。
当一个任意取向的分子被外电场极化时，由于 与 的区别，造成分子感生电极矩的方向和外电场的方向不同，从而使分子发生转动。
对于自由分子，如果 > 则分子旋转至长轴与E 重合；如果 < 则长轴与E 垂直。
2、液晶的光学各向异性——双折射效应。
光在液晶中传播会产生寻常光与非寻常光，表现出光学的各项异性。
光电子学与光子学讲义-Chapter0-perface
信息技术要求“更多”、“更快” 、“耗能更少” 地处理信息 从上图可以看出，电子处理技术从电子管发展到半 导体集成电路过程中，电子器件逐渐小型化，处理速 度高速化，耗能越来越少，处理单位信息（ 1bit ）的 成本不断降低。 随着技术发展要求的提高，信息处理硬件的极限开 始显现出来 科学家们想到了光学技术，利用光信息处理技术 的超高速、大容量、低能耗的特点进行信息处理。
电 荷
费米子(费米统计)
-e
玻色子(玻色统计)
0
自
旋
l(h)/2
l(h)
三. 光子学与电子学
光子具有的优异特性： •
• • • 光子具有极高的信息容量和效率 光子具有极快的响应能力 光子系统具有极强的互连能力与并行能力 光子具有极大的存储能力四Biblioteka 光电子学、光子学相关学术领域•
• • • • • • • • • 光电子学物理基础研究 激光物理学 信息光电子学 生物光子学及激光医学 微光机电集成系统(MEMS) 光电子武器 微波光子学 有机光子学与材料 光化学与分子动力学 能源 ……
一. 光电子学的发展进程
1973年 法国 召开了光子学国际会议 The term “LA PHOTONIQUE” was coined by a French physicist to describe the use of photons in ways analogous to the use of electrons. 1978年 欧洲光子学会成立 1982年 美国 期刊改名
五.光电子学发展方向与趋势
光电功能材料进展 光电子技术的突破
1970s： 异质结半导体材料（LD 室温工作）
石英光导纤维（损耗 < 1dB/km〕 (高锟，1968预言) 光纤通信奠定基石 1980s： 量子阱半导体材料（QW激光器） 光电器件更新换代 1990s： 稀土掺杂光纤（掺铒光纤放大器）
《液晶显示器基础》课件
响应时间
响应时间
响应时间是指液晶显示器像素点对信号反应的快慢。响应时间越短，显示动态图像时的 拖尾现象就越少，画面流畅度越高。常见的液晶显示器响应时间在5-10ms左右。
适用场景
对于需要观看高速动态图像或者进行游戏等场景，选择响应时间较短的液晶显示器更为 合适。
可视角度
可视角度
可视角度是指用户在不同角度下能够清 晰观看显示器画面的范围。一般来说， 可视角度越大，用户可以更加自由地观 看显示器。常见的液晶显示器可视角度 在170°左右。
新技术与新应用领域
总结词
随着科技的不断发展，液晶显示器正不断涌现出新技 术和新应用领域，拓展其在各个行业的用途。
详细描述
液晶显示器的柔性化技术使得显示器可以弯曲甚至折 叠，为移动设备、穿戴设备等领域带来新的可能性。 透明液晶显示器的出现则打破了传统显示器的框架， 使得信息展示更加丰富多样。此外，液晶显示器在虚 拟现实、增强现实、智能家居等领域的应用也日益广 泛，为人们的生活和工作带来更多便利和创意。
详细描述
液晶显示器按照工作原理可以分为扭曲向列型（TN型）、垂直排列型（VA型）和面内切换型（IPS型）等几种。 不同类型的液晶显示器在视角、颜色、响应速度等方面有所不同，各有其特点。
02
液晶显示器的技术参数
分辨率
分辨率
分辨率是液晶显示器的重要技术参数之一，它决定了显示画 面的清晰度和细腻度。一般来说，分辨率越高，显示效果越 好。常见的液晶显示器分辨率有1080p、4K和8K等。
低能耗与环保材料
总结词
为了响应节能减排的全球倡议，液晶显示器正不断采用 低能耗技术和环保材料，以降低能源消耗和减少对环境 的影响。
详细描述
液晶显示器的低能耗技术通过优化电路设计和采用先进 的电源管理系统，有效降低能耗，延长设备的续航时间 。此外，越来越多的液晶显示器开始采用环保材料，如 可回收材料和无毒材料，以减少对地球资源的消耗和环 境污染。
液晶显示技术教材课程
液晶显示技术实践案例分析
案例选择
挑选具有代表性的液晶显示技术应用案例，如智能手机、电视等。
案例背景介绍
对所选案例的背景信息进行详细介绍，包括产品特点、市场需求等。
技术实现过程
分析案例中液晶显示技术的实现过程，包括电路设计、驱动方式等。
技术效果评估
对案例中液晶显示技术的效果进行评估，包括显示效果、功耗等。
拓展应用领域
液晶显示技术将不断拓展应用领域，如智能家居、智能交通、医疗设 备等，为人们生活带来更多便利和创新。
个性化定制
随着消费者需求的多样化，液晶显示产品将更加注重个性化定制，满 足不同消费者的个性化需求。
跨界合作与创新
液晶显示技术将与不同领域进行跨界合作与创新，推动整个显示行业 的快速发展。
06 液晶显示技术实验与实践
电极
用于在液晶层上施加电场，控 制液晶分子的排列方向。
取向层
位于液晶层与电极之间，用于 使液晶分子在无电场作用时保
持一定的预倾角。
液晶显示器件的工作原理
电光效应
液晶分子在电场作用下发生排列 方向的变化，从而改变液晶层的 双折射性和旋光性，实现对光的
调制。
动态散射效应
在某些液晶显示器件中，通过施加 交流电场使液晶分子发生动态散射， 从而实现显示。
智能化
环保化
液晶显示产品将与人工智能、 物联网等技术相结合，实现 更智能化的操作和互动体验。
液晶显示技术将更加注重环 保和可持续发展，采用更环 保的材料和工艺，降低对环 境的影响。
液晶显示技术的未来展望
新型显示技术融合
液晶显示技术将与OLED、Micro LED等新型显示技术相互融合，形 成更加多样化的显示产品。
液晶光电效应
4.6 液晶电光效应【实验简介】液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态，即具有液体的流动性，又具有晶体各向异性的特性。
当光通过液晶时，会产生像晶体那样的偏振面旋转及双折射等效应。
液晶分子是含有极性基团的棒状极性分子，在外电场作用下，偶极子会按电场方向取向，使分子原有的排列方式发生变化，从而液晶的光学性质也随之发生改变，这种因外电场引起的液晶光学性质的改变称为液晶电光效应。
液晶电光效应的应用很广，利用液晶电光效应可以做成各种液晶显示器件、光导液晶光阀、光调制器、光路转换开关等，尤其是利用液晶电光效应制成的液晶显示器件，由于具有驱动压低(一般为几伏)，功耗小，体积小，寿命长，环保无辐射等优点，在当今各种显示器件的竞争中有独领风骚之势，因此，研究液晶电光效应具有很重要的意义。
常用的液晶显示器件类型有：TFT型（有源矩阵液晶显示）、STN型（超扭曲液晶显示）、TN型（扭曲向列相液晶显示），其中TN型液晶显示器件原理比较简单，是TFT型、STN型液晶显示的基础，因此本实验研究TN型液晶材料，希望通过一些基本现象的观察和研究，对液晶有一个基本了解。
【实验目的】1．了解液晶的结构特点和物理性质。
2．了解液晶电光效应、液晶光开关的工作原理及简单液晶显示器件的显示原理。
3．通过液晶电光特性和时间响应特性曲线的观测，测量液晶的一些性能参数。
【预习思考题】1．扭曲向列相液晶具有那些物理特性，如何利用其电光效应制成液晶光开关？如何利用液晶光开关进行数字、图形显示？2．如何在示波器上显示驱动信号波形和时间响应曲线，如何测量响应曲线的上升时间和下降时间？【实验仪器】液晶盒及液晶驱动电源、二维可调半导体激光器、偏振片（两个）、光功率计、光电二极管探头、双踪示波器、白屏、光学实验导轨及元件底座、钢板尺【实验原理】1．液晶分类大多数液晶材料都是由有机化合物构成的。
这些有机化合物分子多为细长的棒状结构，长度为数nm，粗细约为0.1nm量级，并按一定规律排列。
液晶显示设计与实现
寿命测试
对液晶显示模块进行长时间的 工作测试，以评估其使用寿命
。
液晶显示的常见问题与解决方案
亮度和颜色不均
视角受限
可能是由于液晶注入不均匀或电极形状设 计不当等原因造成的。解决方案包括优化 注入工艺、改善电极设计等。
由于液晶的特性，视角受限是常见的现象 。可以通过优化取向层的设计或采用广视 角膜等方法来改善视角范围。
响应时间慢
气泡和裂纹
响应时间慢可能导致动态图像出现拖影现 象。可以通过优化驱动电路或采用快速响 应块的生产过程中，可能会出 现气泡和裂纹等问题。解决方案包括优化 封接工艺、提高材料纯度等。
05
液晶显示的应用与发展趋势
液晶显示在各领域的应用
消费电子
工业控制
医疗设备
将液晶从一端注入到两片玻璃 基板之间。
切割与贴片
将大块液晶显示模块切割成小 块，并贴上相应的背光源和驱 动电路。
液晶显示的质量控制
01
02
03
04
外观检查
检查液晶显示模块的外观是否 有划痕、气泡等缺陷。
性能测试
对液晶显示模块的亮度、颜色 、视角、响应时间等性能指标
进行测试。
环境适应性测试
将液晶显示模块置于高温、低 温、高湿等环境下，检查其稳
数据传输接口
选择适当的数据传输接口，如SPI、 I2C等，以满足数据传输速率和稳定性 的要求。
确保为液晶显示模块提供稳定的电源， 并优化电源效率。
背光模组的优化设计
背光类型选择
根据产品特点和用户需求，选择LED、CCFL等背 光类型。
亮度调节
设计背光模组的亮度调节功能，实现不同环境下 的自适应亮度调节。
光电子显示技术 第一章 绪论
t
图1-9人眼的视觉惰性 (a)作用于人眼的光脉 冲亮度 (b)主观亮度感觉
1.2.2 人眼的视觉特性
1.2.3 色彩学基础 颜色分两大类： 非彩色和彩色。非彩色是指 黑色、白色和在这两者之间深浅不同的灰色。
对于断续的光束，当频率增加到一定程度，人 眼就不感到闪烁，这个频率叫做临界闪烁频 率。 临界闪烁频率和光源强度有关，电影放映如果 24帧/s就会出现闪烁，但是如果频率增加一倍 则不会感到闪烁。所以电视机场频选择50（或 者60）HZ
教学目的
了解显示技术的基本原理、发展现状及趋势。 。 了解不同显示器件的性能差异及其各自所擅长 的应用领域。 掌握各类显示器件的结构、工作原理、制造工 艺和驱动方法。 。
1.1、显示技术概述
信息获取是信息传输、处理、显示和存储 的前提，是人类认识客观世界的首要步骤。人 类感知世界首先靠自己的感觉器官，眼睛具有 对信息并行处理功能，它所获得的信息占总获 得信息量的60%以上。
以下为官方介绍的NOVA的优势 NOVA色彩更加生动自然 NOVA在前光下显示效果出众 白色显示更纯
本课程的主要内容：
视觉和电视显示基本原理 阴极射线管（ Cathode Ray Tube， CRT） 液晶显示（Liquid Crystal Display, LCD) 重点 等离子显示（电浆显示，Plasma Display Panel ，PDP）重点 • 发光二极管显示（Light Emitting Diode, LED) • 电致发光显示（Electro-luminescence Display， ELD) • • • •
晴天 晴天室外 演播室照明度
～
500
1000 ～100000 300
～
《液晶显示器件教材》课件
液晶显示技术发展历程
1
上世纪60年代
液晶显示技术首次被应用于时钟和计
上世纪80年代
2
算器等小型电子设备中。
液晶显示屏幕开始在手持电子设备和
电视等大型显示器上得到广泛应用。
3
现代液晶技术
液晶显示技术不断创新，逐渐实现了 高清、彩色和曲面等特性的显示。
液晶显示器件的工作原理
通过解释液晶显示器件的基本工作原理，我们可以理解液晶是如何通过电场控制光的传播和阻挡来实现 图像显示的。
液晶显示器件的应用领域
电子设备
液晶显示器件在智能手机、平板电脑和电子 书阅读器等设备中得到广泛应用。
总结和展望
通过本课程的学习，我们对液晶显示器件有了全面的了解，它们是现代科技行业的重要组成部分，将继 续推动科技进步和创新。
《液晶显示器件教材》 PPT课件
本课件将带您全面了解液晶显示器件，包括其概述、技术发展、工作原理、 应用领域和市场前景。让我们一起探索液晶显示器件的奥秘吧！
课程介绍
在本节中，我们将介绍《液晶显示器件教材》这门课程的内容和目标，以及 为什么了解液晶显示器件对于现代科技行业非常重要。
液晶显示器件概述
医疗设备
液晶显示器件在医疗影像设备和手术导航系 统等医疗设备中起着重要作用。
电子显示
液晶显示屏广泛应用于电视、计算机显示器Βιβλιοθήκη 和汽车仪表盘等领域。工业控制
液晶显示器件被用于监控系统、仪表和自动 化生产线等工业控制设备中。
液晶显示器件的市场前景
由于其广泛的应用领域和不断创新的技术发展，液晶显示器件市场将继续保 持稳定增长，并为电子设备制造商和相关行业带来巨大商机。
第一章液晶显示
上扫描，激发荧光粉发光，以达到显示的目的
液晶显示原理
液晶显示原理
CRT
特点： 亮度高（300－3000 cd/m2） 良好的灰度等级 彩色丰富 寿命长（1－3万小时） 体积大而笨重、功耗大
液晶显示原理
PDP
工作原理： 在两个平板电极之间充惰性气体（如Ne＋Ar），当在电极之间 加上一定的电压时，在电极之间产生辉光放电，发出紫外线激发荧 光粉发光，以实现显示
1. 展示人眼原本可见的视觉信息；
2. 将非视觉信息转化为视觉信息（声、光、热、力、气氛等）
液晶显示原理
显示技术的意义
显示技术的基本过程：
信息源
数据处理器
电信号信息
显示器件
光信号信息
数字、文字、 图形
摄像机、磁盘、传感器等
特点：准确、实时、直观、处理的信息量大，可实现图形化显示 应用：电视、摄像机、雷达仪表、工业生产、计算机、交通、文化 教育、 体育、医学、生物等 显示技术产业已经成为电子信息产业的一大支柱产业
液晶显示原理
CRT
Electron beam Deflection yoke Electron gun Phosphor screen Funnel Face Plate
S hadow mask Base Neck Convergence magnet
工作原理： 用适当的控制电路控制电子束，使其在屏
电视摄像机雷达仪表工业生产计算机交通文化教育体育医学生物等显示技术产业已经成为电子信息产业的一大支柱产业信息源数据处理器电信号信息显示器件光信号信息数字文字图形图形摄像机磁盘传感器等液晶显示原理阴极射线管cathoderaytubecrt等离子体显示板plasmadisplaypdp主动发光型电致发光显示器electroluminescentdisplayeld发光型场致发射阵列平板显示器fieldemissiondisplayfed电子真空荧光管显示器vacuumfluorescentdisplayvfd显示光发射二极管显示器lightemittingdiodeled器件液晶显示器liquidcrystaldisplaylcd非主动发光型电化学显示器electrochemicaldisplayecd电泳成像显示器electrophoreticimagedisplayepid发光型
光电子学第一章
一、光波和光子
光的粒子性—光子
光是粒子 它具有能量E 和动量P
按爱因斯坦假设 能量 E=h，因为E=mc2
P E h h
子运动，使其减速，从而降
光学粘胶的实验系统
低了原子温度。
1995年，24pK(2.4×10-11K)
一、光波和光子
日本的“伊卡洛斯”太阳帆
“太阳帆”是“依靠太阳辐射加速的星 际风筝-飞行器 ”的缩写，发音听起来
很像是希腊神话人物伊卡洛斯 （Icarus），他曾借助鸟羽飞翔。
美国“光帆1号”
由特种铝材和太空塑料制成，总重量 不超过4.5公斤。由四个小帆板组成， 530．93平方米，厚度小于50μm，光压
h h 1.781010 (米)
2mE 2mk BT
常温下中子的波长大约比光波长小三个数量级。
一、光波和光子
粒子的波动性
速度为10米/秒的棒球，质量为1.0kg。试求其德布洛
意波长?
h p
h mv
6.61034焦耳 秒 1.010千克米/ 秒
6.6 1035 米
电子显微镜的线分辨率约等于德布洛意波长，使用的 电压为100仟伏，求这台电子显微镜的理论极限?
光子动量：
c c
光子质量： m E h 1
c2 c
光子质量与波长成反比
一、光波和光子
粒子的波动性
1924年法国物理学家德布洛意(de Broglie)在光的二象性的 启发下，提出实物粒子，例如：电子、原子、中子等也具 有波粒二象性的假设。粒子的能量E和动量P与 “粒子波” 的频率ν和波长λ之间，德布洛意借用了光子的波粒二象关 系式把物质波也表示为：