TFTLCD液晶顯示器的工作原理

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1、TFTLCD液晶顯示器的工作原理1前言我一直記得，當初剛開始從事有關液晶顯示器相關的工作時，常常遇到的困擾，就是不知道怎麼跟人家解釋，液晶顯示器是什麼？只好隨著不同的應用環境，來解釋給人家聽。在最早的時候是告訴人家，就是掌上型電動玩具上所用的顯示幕，隨著筆記型計算機開始普及，就可以告訴人家說，就是使用在筆記型計算機上的顯示器。隨著手機的流行，又可以告訴人家說，是使用在手機上的顯示板。時至今日，液晶顯示器，對於一般普羅大眾，已經不再是生澀的名詞。而它更是繼半導體後另一種可以再創造大量營業額的新興科技產品，更由於其輕薄的特性，因此它的應用範圍比起原先使用陰極射線管（CRT，Catho

2、de-RayTube）所作成的顯示器更多更廣。2如同我前面所提到的，液晶顯示器泛指一大堆利用液晶所製作出來的顯示器。而今日對液晶顯示器這個名稱，大多是指使用於筆記型計算機，或是桌上型計算機應用方面的顯示器。也就是薄膜晶體管液晶顯示器。其英文名稱為Thin-FilmTransistorLiquidCrystalDisplay，簡稱之TFTLCD。從它的英文名稱中我們可以知道，這一種顯示器它的構成主要有兩個特徵，一個是薄膜晶體管，另一個就是液晶本身。我們先談談液晶本身。3液晶（LC，LiquidCrystal）的分類我們一般都認為物質像水一樣都有三態，分別是固態、液態跟氣態。其實物質

3、的三態是針對水而言，對於不同的物質，可能有其它不同的狀態存在。以我們要談到的液晶態而言，它是介於固體跟液體之間的一種狀態，其實這種狀態僅是材料的一種相變化的過程（請見圖1），只要材料具有上述的過程，即在固態及液態間有此一狀態存在，物理學家便稱之為液態晶體。這種液態晶體的首次發現，距今已經度過一百多個年頭了。在西元1888年，被奧地利的植物學家FriedrichReinitzer所發現，其在觀察從植物中分離精製出的安息香酸膽固醇（cholesterylbenzoate）的融解行為時發現，此化合物加熱至145.5℃時，固體會熔化，呈現一種介於4固相和液相間之半熔融流動白濁狀液體。這種

4、狀況會一直維持溫度升高到178.5℃，才形成清澈的等方性液態（isotropicliquid）。隔年，在1889年，研究相轉移及熱力學平衡的德國物理學家O.Lehmann，對此化合物作更詳細的分析。他在偏光顯微鏡下發現，此黏稠之半流動性白濁液體化合物，具有異方性結晶所特有的雙折射率（birefringence）之光學性質，即光學異相性（opticalanisotropic）。故將這種似晶體的液體命名為液晶。此後，科學家將此一新發現的性質，稱為物質的第四態---液晶（liquidcrystal）。它在某一特定溫度的範圍內，會具有同時液體及固體的特性。5一般以水而言，固體中的晶格因為

5、加熱，開始吸熱而破壞晶格，當溫度超過熔點時便會溶解變成液體。而熱致型液晶則不一樣（請見圖2），當其固態受熱後，並不會直接變成液態，會先溶解形成液晶態。當您持續加熱時，才會再溶解成液態（等方性液態）。這就是所謂二次溶解的現象。而液晶態顧名思義，它會有固態的晶格，及液態的流動性。當液態晶體剛發現時，因為種類很多，所以不同研究領域的人對液晶會有不同的分類方法。在1922年由G.Friedel利用偏光顯微鏡所觀察到的結果，將液晶大致分為NematicSmectic及Cholesteric三類。但是如果是依分子排列的有序性來分（請見圖3），則可以分成以下四類：6圖1、物態的相變化固態液態氣

6、態加熱加熱冷卻冷卻冰水水蒸氣熔點沸點水的三態加熱加熱冷卻冷卻固態液晶態液態MeltingClearingpoint熱致型液晶point7圖2、各種熱致型液晶分佈的溫度範圍雙光軸單光軸（uniaxial）等方性（biaxial）異方性（Anisotropic）（Isotropic）固態結晶SematicCphaseSematicAphaseNematicphase液態（Crystalline）（Liquid）液晶態（Liquidcrystalline）溫度低溫度高8圖3、液晶的種類XX指向矢指向矢指向矢SematicAphaseSematicCphase層狀液晶（Sematic）線

7、狀液晶（Nematic）ZZ指向矢YY（Director）XX膽固醇液晶（Cholesteric）碟狀（柱狀）液晶（Disk，Discoid）9液晶（LC，liquidcrystal）的分類ò層狀液晶（Sematic）：其架構是由液晶棒狀分子聚集一起，形成一層一層的架構。其每一層的分子的長軸方向相互平行。且此長軸的方向對於每一層平面是垂直或有一傾斜角。由於其架構非常近似於晶體，所以又稱做近晶相。其秩序參數S（orderparameter）趨近於1。在層狀型液晶層與層間的鍵結會因為