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飞达光学网: 技术论文 / 光电显示 / LCD液晶显示 / TFT-LCD液晶显示器的工作原理
TFT-LCD液晶显示器的工作原理
2005-09-17    謝崇凱    来源:
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TFT-LCD液晶顯示器的工作原理(2)
    1.層狀液晶(Sematic) : 

    其結構是由液晶棒狀分子聚集一起形成一層一層的結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結構非常近似於晶體所以又稱做近晶相其秩序參數S(order parameter)趨近於1. 在層狀型液晶層與層間的鍵結會因爲溫度而斷裂 ,所以層與層間較易滑動但是每一層內的分子鍵結較強所以不易被打斷因此就單層來看其排列不僅有序且黏性較大如果我們利用巨觀的現象來描述液晶的物理特性的話我們可以把一群區域性液晶分子的平均指向定爲指向矢(director), 這就是這一群區域性的液晶分子平均方向而以層狀液晶來說由於其液晶分子會形成層狀的結構因此又可就其指向矢的不同再分類出不同的層狀液晶當其液晶分子的長軸都是垂直站立的話就稱之爲"Sematic A phase". 如果液晶分子的長軸站立方向有某種的傾斜(tilt)角度,就稱之爲"Sematic C phase". A,C等字母來命名這是依照發現的先後順序來稱呼依此類推應該會存在有一個"Sematic B phase"才是不過後來發覺B phase其實是C phase的一種變形而已原因是C phase如果帶chiral的結構就是B phase. 也就是說Chiral sematic C phase就是Sematic B phase(請見圖4). 而其結構中的一層一層液晶分子除了每一層的液晶分子都具有傾斜角度之外一層一層之間的傾斜角度還會形成像螺旋的結構.   


    2.線狀液晶(Nematic) : 

     Nematic這個字是希臘字代表的意思與英文的thread是一樣的主要是因爲用肉眼觀察這種液晶時看起來會有像絲線一般的圖樣這種液晶分子在空間上具有一維的規則性排列所有棒狀液晶分子長軸會選擇某一特定方向(也就是指向矢)作爲主軸並相互平行排列而且不像層狀液晶一樣具有分層結構與層列型液晶比較其排列比較無秩序也就是其秩序參數S較層狀型液晶較小另外其黏度較小所以較易流動(它的流動性主要來自對於分子長軸方向較易自由運動)。線狀液晶就是現在的TFT液晶顯示器常用的TN(Twisted nematic)型液晶

    3.膽固醇液晶(cholesteric) : 

    這個名字的來源,是因爲它們大部份是由膽固醇的衍生物所生成的但有些沒有膽固醇結構的液晶也會具有此液晶相這種液晶如圖5所示如果把它的一層一層分開來看會很像線狀液晶但是在Z軸方向來看會發現它的指向矢會隨著一層一層的不同而像螺旋狀一樣分佈而當其指向矢旋轉360度所需的分子層厚度就稱爲pitch. 正因爲它每一層跟線狀液晶很像,所以也叫做Chiral nematic phase. 以膽固醇液晶而言與指向矢的垂直方向分佈的液晶分子由於其指向矢的不同就會有不同的光學或是電學的差異也因此造就了不同的特性.  


    4.碟狀液晶(disk) : 

    也稱爲柱狀液晶以一個個的液晶來說它是長的像碟狀(disk), 但是其排列就像是柱狀(discoid).  

    如果我們是依分子量的高低來分的話則可以分成高分子液晶(polymer liquid crystal, 聚合許多液晶分子而成)與低分子液晶兩種就此種分類來說 TFT液晶顯示器是屬於低分子液晶的應用倘若就液晶態的形成原因則可以分成因爲溫度形成液晶態的熱致型液晶(thermotropic),與因爲濃度而形成液晶態的溶致型液晶(lyotropic). 以之前所提過的分類來說層狀液晶與線狀液晶一般多爲熱致型的液晶是隨著溫度變化而形成液晶態而對於溶致型的液晶需要考慮分子溶于溶劑中的情形當濃度很低時分子便雜亂的分佈於溶劑中而形成等方性的溶液不過當濃度升高大於某一臨界濃度時由於分子已沒有足夠的空間來形成雜亂的分佈部份分子開始聚集形成較規則的排列以減少空間的阻礙因此形成異方性(anisotropic)之溶液所以溶致型液晶的産生就是液晶分子在適當溶劑中 達到某一臨界濃度時,便會形成液晶態溶致型的液晶有一個最好的例子,就是肥皂當肥皂泡在水中並不會立刻便成液態而其在水中泡久了之後所形成的乳白狀物質就是它的液晶態

责任编辑: FlyDa
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