液晶及液晶显示器的发展简史
热致液晶的发现
1888年奥地利植物学家Friedrich Reinitzer在加热苯酸脂晶体时发现：当温度升到145.5°C时晶体融化成为乳白色粘稠的液体。再继续加热到178.5°C时乳白粘稠的液体变成完全透明的液体。后经德国卡尔斯吕爱大学教授Otto Lehmann研究，这种乳白粘稠的液体具有光学各向异性，因而建议称之为液体晶体（Liquid Crgstal）。
液晶的合成和分类
二十世纪二十年代，德国Heidelberg大学的Ludwig Gattermann首先合Halle大学的Daniel Vorlander则先后合成了300多种液晶，并指出液晶分子是棒状的分子。在此基础上，法国的George Friedel及F.Grand-jean等对液晶的结构及光学性能作了详细的研究，并于1922年完成了液晶分类的工作，将液晶划分为：近晶相、向列相和胆甾相。
液晶的物理性能研究
1917年Manguin发明了摩擦定向法，用以制作单畴液晶和研究光学各向异性。1909年E.Bose建立了攒动（Swarm）学说，并得到L.S.Ormstein及F.Zernike等人的实验支持(1918年），后经de Gennes论述为统计性起伏。G.W.Oseen和H.Zocher1933年创立连续体理论，并得到F.C.Frank完善（1958年）。M.Born（1916年）和K.Lichtennecker（1926年）发现并研究了液晶的介电各向异性。1932年，W.Kast据此将向列相分为正、负性两大类。1927年，V.Freedericksz和V.Zolinao发现向列相液晶在电场（或磁场）作用下，发生形变并存在电压阈值（Freederichsz 转变）。这一发现为液晶显示器的制作提供了依据。
液晶在液晶显示器方向的应用研究
? ? ? ?
1968年美国RCA公司R.Williams发现向列相液晶在电场作用下形成条纹畴，并有光散射现象。G.H.Heilmeir随即将其发展成动态散射显示模式，并制成世界上第一个液晶显示器（LCD）。 1968年美国Heilmeir等人还提出了宾主效应（GH）模式。 1969年Xerox公司提出Ch-N相变存储模式。
1971年M.F.Schiekel提出电控双折射（ECB）模式，T.L.Fergason等提出扭曲向列相（Twisted Nematic：TN）模式，1980年N.Clark等提出铁电液晶模式（FLC），1983～1985年T.Scheffer等人先后提出超扭曲向列相（Super Twisred Nematic：STN）模式。
? ?
1986年Nagata提出用双层盒（DSTN）实现黑白显示技术；之后又有用拉伸高分子膜实现黑白显示的技术（FSTN）。
1996年以后，又提出采用单个偏光片的反射式TN（RTN）及反射式STN（RSTN）模式。
液晶显示器产业的形成、发展及布局
自1968年Heilmeir制成第一个DSM-LCD开始, 美、日等国即开始了LCD的应用和生产研究。70年代初期，美国Rockwell公司开始生产DSM-LCD的计算机。Optel公司则生产DSM-LCD手表。日本Sharp、Epson等公司此类产品及工艺的成熟度都非常完满。但DSM-LCD应用电流、电压效应，耗电较多，很快被TN-LCD取代。
1972年S.Kobayashi等人制成TN-LCD，并迅速工业化，被广泛应用于计算器、手表、测试设备及汽车显示等，取得了巨大成功。并促使LCD向大容量、大面积彩色化方向发展。
大容量、大面积的一个方向是TN显示模式与半导体结合，采用有源矩阵(Active Matrix)的方式。该方式最早于1972年由P.Brody提出。经10多年的研究，到80年代中后期，日本已开始大批量生产以TFT为代表的AM-LCD。目前它是手提电脑的首选显示屏。
大容量的另一个方向是采用STN模式。虽然STN模式1983年才提出来，但由于它与TN生产技术有很大程度的工艺相似性，投资规模小，因而到80年代末90年代初已开始产业化，加之FSTN技术的发展，STN-LCD成为中高档、中小尺寸显示的主导。
全彩色化方案首先有A.G.Fischer于1972年提出在液晶盒外加R、G、B镶嵌滤色片的混色方法。到1981年T.Uchida等人将其发展到盒内，并逐渐成熟。它与AM或STN结合，成为今天彩色显示的主导。
1995年以后，ECB彩色化方案也见之于报导。它利用电压控制显示颜色，工艺简单，但色彩有限。一般只能实现3～4色。
目前，反射式显示模式（RTN，RSTN）正是许多工厂竞相开发的产品方向。日本Sharp、Epson公司已经生产此类产品，主要应用于手机显示屏上。
就全球产业布局来说，日本TFT生产占全球80-90%的市场份额，台湾和韩国生产部分中小尺寸屏。TN、STN生产90%以上在中国大陆、香港、台湾及东南亚地区。
LCD结构
TN、HTN、STN的结构：
FSTN、ECB-Multi-color STN的结构：
DSTN的结构：
Color STN的结构：
LCD的显示原理
TN型
扭曲向列相（TN）显示
最常见的如用于电子表和计算器上的显示方式就是扭曲向列相（TN）显示，这种显示器件由两片基板玻璃中间注入向列相液晶材料构成，通过特殊的表面处理使分子在顶层与X方向平行，而在底层与X方向垂直，这种结构使液晶层形成了一个90°扭曲，从而得名，图 1.即为扭曲结构。
这种结构类似于胆甾相结构，所以有时加入一点螺旋添加剂以保证扭曲方向一致。TN显示的最基本原理是一个偏振光原理，当光入射TN盒时，其偏振面顺着液晶方向而扭曲。例如，偏振光平行于样品顶层方向，当穿过液晶盒时，其偏振方向会随着分子旋转，从底面出射时，其偏振面旋转了90°。右图为一个TN盒的示意图，黑线代表分别贴在显示器上、下表面呈交叉状态的偏振片。
当光射入液晶盒，其偏振面随分子旋转。当光达到液晶盒底部，偏振矢量面已旋转了90°，接着穿过第二层偏光片。对于一个反射TN型液晶显示器，相当于在底部装有一面鏡子，它将透射光反射回来。右图为光进入液晶盒后随着扭曲的路线。
从液晶盒中出来的光呈现银灰色。当液晶盒受到一个强度足够大的电场的作用时，晶分子将经历一个弗利德兹转换。右图为一个发生转变的扭曲向列相液晶盒。
必须注意的是在这种状态下，扭曲受到破坏，液晶层的分子取向与电场平行。当偏振光射入这种液晶盒时，偏振面不随分子旋转，因而无法透过第二层偏光片。这样在亮态的背景下施加电场的区域呈现为暗态。
电光效应：
依靠电场强度的作用扭曲向列相实现了亮态和暗态之间变化。这种显示类型最主要的一个特点就是分子对外加压的响应，右边的曲线图（电光曲线）是一个曲型的向列相液晶盒在电压作用下的响应曲线，即分子与玻璃面倾斜度随外加电压变化的关系。
对于TN型显示、电致扭曲形变决定了液晶盒对光的透过率。右图显示了透过率与电场作用关系图。考虑到偏光片的作用使反射型TN显示屏的最大透过率只有50%。垂直线代表液晶盒的开或关状态时的电压。
--返回--
-test- -test2