河北工业大学
硕士学位论文
液晶分子预倾角测试方法的原理与实验研究
姓名：***
申请学位级别：硕士
专业：理论物理
指导教师：***
20060601
液晶分子预倾角测试方法的原理与实验研究
摘要
本文第一章简单叙述了液晶显示器的基本结构和工作原理，详细阐明了什么是液晶分子预倾角以及液晶分
子预倾角对电光特性的影响，说明了精确测量液晶分子预倾角对现有液晶显示器生产和进一步研究液晶显示技术有着重要的意义。紧接着文章对现有的液晶分子预倾角测量方法进行了概述，并且给出了几种创新性的测量方法。
晶体旋转法是目前广泛使用的方法，它测试精度高，测试速度快，得到人们的认可。但是传统的晶体旋转法只适用于测试0o－20o和70o－90o的预倾角，不适用于测试20o －70o的预倾角。文中给出了多种拓宽晶体旋转法的方法，其中有改变测试光波长，叠加一恒定相位差，利用极值点计算预倾角等。这些方法从一定程度上可以弥补传统晶体旋转法的不足，但也各有缺点。
本文提出的一种新方法，棱镜辅助晶体旋转法测试预倾角的方法。把液晶盒夹在两个直角棱镜间，入射光从前面棱镜一个面入射，经过液晶盒从后面棱镜出射，改变入射光的入射角，测试出射光透过率，能得到对应双折射相位差为零，透射光强最大的入射角，进而由几何光学关系确定预倾角。这种方法还可以避免晶体旋转法中必须制备厚盒的缺陷，适用于测试︒
20θ之间的预倾角。数值模拟和实验结果显示该方法具有
︒70
<
<
可行性。
tilt
本文提出的另外一种新方法，利用宾主效应原理测试液晶分子电控倾角的实验方法。认为液晶宾主效应的染料吸收系数服从余弦函数投影表达式，对可见光的吸收满足指数函数规律，因此推导出液晶盒中液晶分子倾角与透射光强的关系式。通过观测液晶盒电光特性，对实验结果进行分析，认为该实验方法对于测试15︒~75︒之间的液晶分子电控倾角具有一定的可行性。
关键词：液晶分子预倾角，晶体旋转法，棱镜辅助晶体旋转法，液晶宾主效应，相位差，染料吸收
we can determine the pretilt angle through geometrical relation.In this method there is no need for making thick cells.It may be used to measure pretilt angle which is between20°and70°.The result from calculation and experiment show that the method is feasible.
Another new method—using the principle of guest-host effect of liquid crystal to measure the electrically controlled pretilt angle.It is believed that the coefficient of dye absorption in guest-host effect of liquid crystal submits to cosine function and its absorption of visible light meets the exponential function.Therefore we deduced the relation formula between the transmittance and the pre
tilt angle of liquid crystal.We observed the electro-optic characteristics of LCDs,and analyzed the experimental results. We believe that this method is feasible to test the pretilt angle from15°to 70°.
KEY WORDS:pretilt angle of liquid crystal,crystal rotation method,crystal rotation method supported by a prism,guest-host effect of liquid crystal,phase retardation,dye absorption
液晶分子预倾角测试方法的原理与实验研究图1.1液晶显示器的基本结构
Fig.1.1Fundamental structure of liquid crystal
display
第一章绪论
§1-1液晶显示器的结构和工作原理
将液晶密封在两块预先处理好的ITO 玻璃中间，在玻璃的外表面贴上偏振片，一块偏振片起起偏作用，另一块起检偏作用，这样就制成了一个简单的液晶盒。将液晶盒与电路控制板通过导电材料连接起来就制成了一个简单的液晶显示器，具体结构如图1.1所示。
电路控制板用来控制电源的接通与断开。当电源接通时相当于对液晶盒加一个电压，这样在外加电压的作用下，盒内的液晶分子将会发生转变，偏离原来的方向；当电源断开时相当于对液晶盒撤掉电压，这样在弹性力的作用下，盒内的液晶分子将恢复原来的排列。自然光经过起偏片后将变为部分偏振光，偏振光在液晶盒内将沿着液晶分子长轴的方向传播，经过检偏片后可以显示出不同的效果。为了显示出更好的效果，可以在液晶盒与偏振片之间加一层补偿膜，可以是单膜补偿也可以是双膜补偿，目的是为了增加或减少光经过液晶盒之后的延迟量。这就是液晶显示器的基本工作原理。
§1-2液晶分子预倾角对电光特性的影响
1-2-1什么是预倾角沿面排列液晶盒是常用的一种，基板的表面处理是使液晶指向矢将沿玻璃平面平行排列，并且
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在两片基板上液晶分子指向矢的排列取向互相平行，这种情形称为沿面排列液晶盒。基板上的取向层还能影响液晶层的预倾角，在经摩擦处理的聚合物取向层上液晶分子是在离表面倾斜的某一极角上取向排列的，这一极角就是液晶层的预倾角。
1-2-2预倾角对电光特性的影响
这一所谓的预倾角在设计液晶盒时是一个重要的参数[2]。预倾角可控制液晶盒中反倾畴的出现，而反倾畴则可使液晶盒的对比度降低。换言之，在液晶盒中若不作预倾处理，液晶分子在基片表面则是随机取向的，并形成反倾小畴，由于各个小畴光折射率不同，在所显示的图像中就将出现斑纹。在液晶盒制造过程中，预倾处理的重要性还表现在：在一定程度上预倾角还可影响液晶盒的透射率-电压(T-V)曲线，如图1.2所示。图中预倾角在1.5°(实线)和7°(点线)之间变化。预倾角增大即可导致阈值电压降低，并使T-V 曲线陡度降低。除此之外，预倾角还将影响STN-LCD 的矩阵寻址特性[3]，而且在SSF-LCD 中导致“之字”形缺陷的出现[4]。在许多类型的LCD 中，为了获得适当的电光特性和可视度，均要求液晶层具有某一确定的非零值预倾角[5]。
§1-3本文的主要工作
在液晶显示器件中，为防止施加电压时发生倾斜畴向错，提高液晶盒成品率和显示的均匀性及电光特性，液晶分子的排列需要有一定的预倾角。通常采用在取向层上摩擦的方法使液晶分子定向
图1.2液晶材料相同而液晶分子预倾角不同的90°-TN-LCDT-V 曲线
Fig.1.2T-V curve of 90°-TN-LCD with same LC and different pretilt
angle

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