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液晶的世界. 前言. 由於液晶顯示器具有薄型化、輕量化、低耗電量、無輻射污染、且能與半導體製程技術相容等優點 , 並順應著這股網際網路數位資訊化市場的興起 , 使其在短短三十年間 , 產品之應用更呈飛躍性的成長。 處處皆是 LCD. 何謂液晶. 一般來講物質有固態、液態和氣態共三態 , 但是液晶卻介於固態和液態之間 , 同時擁有固態晶體的光學特性和液體的流動特性 , 所以可以說液晶是具有中間相的物質。 ( 例如 肥皂水 ) 。. 中間相大致可被區分成兩大類別 :.
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前言 • 由於液晶顯示器具有薄型化、輕量化、低耗電量、無輻射污染、且能與半導體製程技術相容等優點,並順應著這股網際網路數位資訊化市場的興起,使其在短短三十年間,產品之應用更呈飛躍性的成長。 • 處處皆是LCD
何謂液晶 • 一般來講物質有固態、液態和氣態共三態,但是液晶卻介於固態和液態之間,同時擁有固態晶體的光學特性和液體的流動特性,所以可以說液晶是具有中間相的物質。(例如 肥皂水)。
中間相大致可被區分成兩大類別: (1)Disordered Crystal Mesophases: 一般稱之為「塑性晶體」 (Plastic Crystals)。其分子形狀常為圓球狀，故易形成分子位置有次序性，但方向無次序性的相。因其分子位置仍保留三維晶格排列，故不具流動性。 (2)Ordered Fluid Mesophases: 通常稱為「液態晶體」簡稱液晶。由於此相常由長條狀或圓盤狀的分子所組成。故易形成一分子重心位置無次序性，但方向有次序性的相。由於此相分子重心位置不受限於晶格[位置無序]，故具有一定程度的流動性。 由上述可知，這些中間相的分子形狀是決定其物性的重要因素。
「塑性晶體」 「液態晶體」 結晶狀的固體 各向同性的液體 中間相 (液晶態) 長條狀、圓盤狀 位置無序，方向有序 有流動性 圓球狀 位置有序，方向無序 晶格排列，不具流動性
液晶的起源 • 1888年,澳洲植物學家菲德烈.萊尼澤F. Reinitzer 發現, 從植物中提煉出一種安息香酸膽固醇,在加熱時,意外地發現該物質的異常熔解現象,具有兩個不同溫度的熔點(145度白濁狀及179度均向液體)。 • 後由德國物理學者萊曼 利用偏光顯微鏡觀察此安息香酸膽固醇的混濁狀態,證實是一種「具有組織方位性的液體」，至此才正式確認液晶的存在,並開始了液晶的研究。
1963年,美國RCA 公司的威廉發現了液晶會受到電器的影響而偏轉,也發現光線射入到液晶中會產生折射 。 • 1968年,RCA 震盪器開發部門發表了全球首台利用液晶特性來顯示畫面的螢幕 • 1973年,英國葛雷發現聯苯來製作液晶,聯苯十分安定,解決了以往液晶材料不穩定的問題 • 1976年, 產品正式量產出貨,日本以液晶做為螢幕的El-8025 電子計算機。
液晶分類 • 以凝集構造的不同可分成三種 （一）向列型液晶(Nematic liquid crystals) （二）層列型液晶(Smectic liquid crystals) （三）膽固醇型液晶(cholesteric) • 以產生相變之原因來區分 （一）熱向性液晶( thermotropic liquid crystals ) ：因溫度的改變而產生相變 （二）液向性液晶( lyotropic liquid crystals )：因溶於溶劑中濃度比例的改變而產生相變 。 （三） Amphiphilic 化合物 ：既可以是thermotropic，也可以是lyotropic 。
向列型液晶 • 此相為最接近等方向性液體之中間相, 液晶分子大致以長軸方向平行，因此具有一度空間的規則性排列。此類型液晶的黏度小,亦即規律度最小,亂度最大的液晶相, 分子間並無任何位置上的關係,每個分子可以繞著特定長軸而自由旋轉。
層列型液晶 • 具有二度空間的層狀規則排列,分子並列為層,層層互相堆疊呈層狀結構,各層間有一度的規則排列.此類液晶因各層的分子排列程度不同,又可區分為 A ~ L 等十二種以上不同的層列型液晶,分別以發現次序之先後命名.例 如SA, SB,等。
膽固醇型液晶 • 此類型液晶是由多層向列型液晶堆積所形成，為nematic液晶的一種，也可以稱為旋光性的nematic液晶(chiralnematic;n*)，而各層分子的長軸方向漸次相差一角度，且面與面之間為互相平行，所以分子的排列呈螺旋平面狀的排列，而分子在各個平面上為nematic。但是各個面上的分子長軸方向不同，當分子軸方向轉360°時之分子層厚度,稱為螺距( pitch )。此螺距的長度會因溫度,壓力,電場和磁場之改變而變化，因此會產生不同波長的選擇性反射，產生不同的顏色變化，故常應用於溫度感測器。
電極板 電極板 電極板 電極板 未加電場前 已加電場前 液晶特性 （1）光電效應：利用外加電場來驅使液晶的排列狀態改變至其他指向，造成光線穿透液晶層時的光學特性發生改變，此即是利用外加的電場來產生光的調變現象。
(2)偏光性:光線經過特殊柵欄後會具有一定的行走方向(2)偏光性:光線經過特殊柵欄後會具有一定的行走方向 電磁波形狀 電磁波進入偏極片濾光結果 電磁波隨偏級片方向行進
（3）液晶的黏性：從流體力學的觀點來看，可說是一個具 有排列性質的液體，依照作用力量方向的不同，而有 不同的效果。就好像是將一把短木棍扔進流動的河水 中，短木棍隨著河水流著，起初顯得凌亂，過了一會 兒，所有短木棍的長軸都自然的變成與河水流動的方 向一致，這表示著黏性最低的流動方式，也是流動自 由能最低的一個物理模型。 （4）液晶的彈性的反應：對於外加的力量，呈現了方向性 的效果。也因此光線射入液晶物質中，必然會按照液晶分子 的排列方式行進，產生了自然的偏轉現像。 （5）極化性：液晶分子中的電子結構，都具備著很強的電子共軛 運動能力，所以當液晶分子受到外加電場的作用，便很容易 的被極化產生感應偶極性（induced dipolar），這也是 液 晶分子之間互相作用力量的來源。
LCD基本結構 LCD結構圖 LCD原理圖
種類 尺寸 顏色 應用 TN 1-3吋 單色 計算機、手錶、家電遙控器、呼叫器、遊戲機 STN 1-10吋 單色、彩色 PDA、掌上型電腦、行動電話 TFT 6吋以上 全彩 筆記型電腦、監視器 市面上量產的平面液晶顯示器
（1）TN-LCD(Twisted Nematic) • TN型液晶顯示器的基本構造為上下兩片導電玻璃基板，其間注入向列型(Nematic)的液晶，上下基板外側各加上一片偏光板，另外並在導電膜上塗佈一層摩擦過形成極細溝紋的配向膜，由於液晶分子擁有液體的流動特性，很容易順著溝紋方向排列，當液晶填入上下基板溝紋方向，以90度垂直配置的內部，接近基板溝紋的束縛力較大，液晶分子會沿著上下基板溝紋方向排列，中間部份的液晶分子束縛力較小，會形成扭轉排列，因為使用的液晶是向列型的液晶，且液晶分子扭轉90度，故稱為TN型。TN-LCD的出現奠定了現今LCD發展的主要方式，但是由於TN-LCD具有兩個重大缺點，那就是無法呈現黑、白兩色以外色調，以及當液晶顯示器越做越大時其對比會越來越差，使得各種新的技術陸續出現。
（2）STN-LCD(Super Twisted Nematic) • STN-LCD的出現是為了改善TN-LCD對比不佳的問題，最大差別點在於液晶分子扭轉角度不同以及在玻璃基板的配合層有預傾角度，其液晶分子從最上層到最下層的排列方向恰好是180度至260度的3D螺旋狀。但是，STN-LCD雖然改善了TN-LCD的對比問題，其顏色的表現依然無法獲得較好的解決，STN-LCD的顏色除了黑、白兩個色調外，就只有橘色和黃綠色等少數顏色，對於色彩的表達仍然無法達到全彩的要求，因此仍然不是一個完善的解決方式。
（3）TFT-LCD(Thin Film Transistor) • ＴＦＴ型液晶顯示器與前兩種顯示器在基本元件及原理上皆類似，最大的不同點為驅動方式的不同，ＴＮ型和ＳＴＮ型皆採用簡單矩陣式電路驅動，而ＴＦＴ型則採用主動矩陣式電路驅動。
液晶螢幕的驅動方式 (一)被動式驅動的液晶: 顯示器面板乃單純地由電極與液晶所構成，並在上下基板配置行列矩陣式的掃描電極和資料電極，直接運用與掃描訊號同步的方式，由外部電壓來驅動各畫素內的液晶，以達到對比顯示之作用。
(二)主動矩陣的驅動方式: 運用薄膜式電晶體型來達到每個畫素的開關動作。它的運作原理是將一個電晶體加到每個畫素上，而每個畫素都像一個開關一樣，當開關關起來的時候（開始運作），資料就能夠被寫到儲存的電容器上。當開關打開的時候（運作停止），資料就維持在電容器裡面，並以類似類比記憶體一樣被儲存起來。
LCD之製造流程 LCD之製造流程（以TFT彩色液晶顯示器為例）大致可區分為： 1 面板成型製作 2 彩色濾光片製作 3 CELL組裝製程 4 LCD模組組裝
液晶顯示器的優點和缺點 LCD顯示器和CRT顯示器優缺點比較表
LCD廣視角化 當我們側面看液晶顯示器時，影像好像不怎麼清楚這就是液晶顯示器廣視角化的問題，但一般CRT顯示器不會有這個問題 。 這廣視角化的問題的確是由液晶材料引起，所以會在某個範圍角度，大約是正面方向與側面方向夾30度以上，由側面看就會模糊不清。目前各家廠商針對廣視角化的問題，其克服方法，在液晶材料上採用旋光性90度的液晶，在整個系統上也有採用一些光學補償等。
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