基于液晶电-光控制特性的液晶显示器

　　(2)液晶由细长的棒状分子组成，各棒状分子长轴平行，指向某一方向，或分子长轴不完全相同，但宏观上有某一平均方向。正是由于液晶分子有指向性的排列这一特点，使其物理参数在分子长轴方向及其垂直方向取不同值。由于液晶分子的排列结构，不像晶体结构那样坚固，能在电场、磁场、温度、应力等外部条件的影响下，其分子容易发生再排列，使液晶的各种光学性质随之发生变化，液晶这种各向异性及其分子排列易受外加电场、磁场的控制，正是液晶能用于显示器件的物理基础（见下图所示）。

　　(3)液晶分子长轴方向的介电常数与短轴方向的介电常数是不一样的，在外加电场作用下，液晶分子的排列状态就会发生变化。这种由于外加电场的作用使液晶分子排列变化而引起液晶光学性质改变的现象，称为液晶的“电-光效应”。利用液晶的“电-光效应”，可实现光被电信号调制，从而制成液晶显示器件。

　　(4)在一对平行放置的偏光板间填充液晶，这一对偏光板的偏振光方向相互垂直。液晶分子在扁光板间排列成多层，通过取向膜使靠近偏光板的液晶分子平行于偏光板偏振方向排列。在不同层间，液晶分子的长轴将沿偏光板平行平面连续扭转90°，与偏光板的偏振方向一致的偏振光，垂直射向无外加电场的液晶分子时，入射光将随液晶分子轴的90°扭曲而旋转射出（称为液晶的旋光性），如下图(a)所示。这种结构称为扭曲向列型液晶显示器。

　　(5)若对液晶施加适当的电场，改变液晶分子的排列，如下图(b)所示。液晶分子长轴将改变为与电场方向平行，此时液晶分子不再能旋光，而是把光遮断，入射光不能通过液晶射出。显然，若两偏光片的偏振光方向相互平行，则透光、遮光的情况会相反。前者称为常亮模式，后者称为常暗模式。

　　(6)液晶显示器本身不发光，需设外光源。外光源可以是阳光，也可以是装在显示器背面的荧光灯。

　　(7)液晶的电一光控制特性给液晶体施加一定的电压时，液晶分子在电场的作用下将重新排列，我们用液晶分子的扭曲角度及光透过率随外加电压的变化来表示液晶的光电响应特性，如下图所示。

　　注：图中uth-阈值电压（临界电压）；usar-饱和电压。

　　从下图可见，液晶的光电特性表明，液晶在外加电压控制下可视为一个光阀。

　　因液晶在直流电压作用下易发生化学变化，故常用交流电压驱动液晶。由于液晶对驱动电压的响应具有时间积分特性，所以其电-光特性受驱动电压有效值(vrms)的控制。

　　常暗模式液晶透过光的强度与vrms的关系如下图(a)所示。vrms达到阈值vth（一般低于3v）后，液晶开始透过光线，达饱和电压vsat时，透过光的强度不再明显增加。在vth与vsat之间时，透过光的强度与外加电压有效值几乎成线性关系。令液晶工作于这一线性段，可显示不同灰度。为此，驱动液晶的图像信号电压须转换为与其成线性关系的有效值（体现为驱动脉冲幅度）。

　　(8)液晶的电一光响应特性。

　　液晶显示器的电一光响应时间是指液晶体从暗到亮(上升时间ton)再从亮到暗(下降时间toff)的整个变化周期，如下图所示。

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