1、液晶概述( 液晶，liquid crystal )液晶（Liquid Crystal，簡稱LC）是一種高分子材料，因為其特殊的物理、化學、光學特性，20世紀中葉開始被廣泛應用在輕薄型的顯示技術上。人們熟悉的物質狀態（又稱相）為氣、液、固，較為生疏的是電漿和液晶（Liquid Crystal，簡稱LC）。液晶相要具有特殊形狀分子組合始會產生，它們可以流動，又擁有結晶的光學性質。液晶的定義，現在已放寬而囊括了在某一溫度范圍可以是現液晶相，在較低溫度為正常結晶之物質。而液晶的組成物質是一種有機化合物，也就是以碳為中心所構成的化合物。 同時具有兩種物質的液晶，是以分子間力量組合的，它們的特殊光學性質，

2、又對電磁場敏感，極有實用價值。1888年，奧地利叫萊尼茨爾的科學家，合成了一種奇怪的有機化合物，它有兩個熔點。把它的固態晶體加熱到145時，便熔成液體，只不過是渾濁的，而一切純凈物質熔化時卻是透明的。如果繼續加熱到175時，它似乎再次熔化，變成清澈透明的液體。后來，德國物理學家列曼把處于“中間地帶”的渾濁液體叫做晶體。它好比是既不象馬，又不象驢的騾子,所以有人稱它為有機界的騾子.液晶自被發現后，人們并不知道它有何用途，直到1968年,人們才把它作為電子工業上的的材料.液晶顯示材料最常見的用途是電子表和計算器的顯示板，為什么會顯示數字呢？原來這種液態光電顯示材料，利用液晶的電光效應把電信號轉換成

3、字符、圖像等可見信號。液晶在正常情況下，其分子排列很有秩序，顯得清澈透明，一旦加上直流電場后，分子的排列被打亂，一部分液晶變得不透明，顏色加深，因而能顯示數字和圖象。液晶的電光效應是指它的干涉、散射、衍射、旋光、吸收等受電場調制的光學現象。 一些有機化合物和高分子聚合物，在一定溫度或濃度的溶液中，既具有液體的流動性，又具有晶體的各向異性，這就是液晶。液晶光電效應受溫度條件控制的液晶稱為熱致液晶；溶致液晶則受控于濃度條件。顯示用液晶一般是低分子熱致液晶。根據液晶會變色的特點，人們利用它來指示溫度、報警毒氣等。例如，液晶能隨著溫度的變化，使顏色從紅變綠、藍。這樣可以指示出某個實驗中的溫度。液晶遇上

4、氯化氫、氫氰酸之類的有毒氣體，也會變色。在化工廠，人們把液晶片掛在墻上，一旦有微量毒氣逸出，液晶變色了，就提醒人們趕緊去檢查、補漏。液晶種類很多，通常按液晶分子的中心橋鍵和環的特征進行分類。目前已合成了1萬多種液晶材料，其中常用的液晶顯示材料有上千種，主要有聯苯液晶、苯基環己烷液晶及酯類液晶等。液晶顯示材料具有明顯的優點：驅動電壓低、功耗微小、可靠性高、顯示信息量大、彩色顯示、無閃爍、對人體無危害、生產過程自動化、成本低廉、可以制成各種規格和類型的LCD，便于攜帶等。由于這些優點。用液晶材料制成的計算機終端和電視可以大幅度減小體積等。液晶顯示技術對顯示顯像產品結構產生了深刻影響，促進了微電子技

5、術和光電信息技術的發展。液晶的歷史具結晶性的液體 液晶早在1850年，普魯士醫生魯道夫菲爾紹（Rudolf Virchow）等人就發現神經纖維的萃取物中含有一種不尋常的物質。1877年，德國物理學家奧托雷曼（Otto Lehmann）運用偏光顯微鏡首次觀察到了液晶化的現象，但他對此一現象的成因并不了解。奧地利布拉格德國大學的植物生理學家斐德烈萊尼澤（Friedrich Reinitzer）在加熱安息香酸膽固醇脂（Cholesteryl Benzoate）研究膽固醇在植物內之角色，于1883年3月14日觀察到膽固醇苯甲酸酯在熱熔時的異常表現。它在145.5時熔化，產生了帶有光彩的混濁物，溫度升到

6、178.5后，光彩消失，液體透明。此澄清液體稍微冷卻，混濁又復出現，瞬間呈現藍色，又在結晶開始的前一刻，顏色是藍紫的。萊尼澤反復確定他的發現后，向德國物理學家雷曼請教。當時雷曼建造了一座具有加熱功能的顯微鏡去探討液晶降溫結晶之過程，后來更加上了偏光鏡，正是深入研究萊涅澤的化合物之最儀器。而從那時開始，雷曼的精力完全集中在該物類物質。他初時之為軟晶體，然后改稱晶態流體，最后深信偏振光性質是結晶特有，流動晶體（Fliessende kristalle）的名字才算正確。此名與液晶（Flussige kristalle）的差別就只有一步之遙了。萊尼澤和雷曼后來被譽為液晶之父。由嘉德曼（L. gatte

7、rmann）、利區克（A Ristschke）合成的氧偶氮醚，也是被雷曼鑒定為液晶的。但在20世紀，有名的科學家如坦曼（G. tammann）都以為雷曼等的觀察，只是極微細晶體懸浮在液體形成膠體之現象。涅斯特（W. Nernst）則認為液晶只是化合物的互變異構物之混合物。不過，化學家伏蘭德（D. Vorlander）的努力由聚集經驗使他能預測哪一類的化合物最可能呈現液晶特性，然后合成取得該等化合物質，理論于是被證明。液晶的物理特性當通電時導通，排列變得有秩序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線通過。讓液晶如閘門般地阻隔或讓光線穿透。從技術上簡單地說，液晶面板包含了兩片相當精致的無鈉玻璃

8、素材，稱為Substrates，中間夾著一層液晶。當光束通過這層液晶時，液晶本身會排排站立或扭轉呈不規則狀，因而阻隔或使光束順利通過。大多數液晶都屬于有機復合物，由長棒狀的分子構成。在自然狀態下，這些棒狀分子的長軸大致平行。將液晶倒入一個經精良加工的開槽平面，液晶分子會順著槽排列，所以假如那些槽非常平行，則各分子也是完全平行的。 液晶的分類向列相（nematic） 例如：油酸銨CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COONH4近晶相（smectic）例如：對氧化偶氮苯甲醚：CH3OC6H4(NO)=NC6H4OCH3 膽甾相（cholesteric）例如：苯甲酸膽甾酶酯：C6H5COOC27

9、H45 碟型（discotic） 熱致液晶（thermotropic LC） 重現性液晶（recentrant LC） 液晶的用途液晶分子的排列，后果之一是呈現有選擇性的光散射。因排列可以受外力影響，液晶材料制造器件潛力很大。范圍于兩片玻璃板之間的手性向列型液晶，經過一定手續處理，就可形成不同的紋理。類固醇型液晶，因螺旋結構而對光有選擇性反射，利用白光中的圓偏光，最簡單的是根據變色原理制成的溫度計（魚缸中常看到的溫度計）。在醫療上，皮膚癌和乳癌之偵測也可在可疑部位涂上類固醇液晶，然后與正常皮膚顯色比對（因為癌細胞代謝速度比一般細胞快，所以溫度會比一般細胞高些）。電場與磁場對液晶有巨大的影響力，

10、向列型液晶相的介電性行為是各類光電應用的基礎（用液晶材料制造以外加電場超作之顯示器，在1970年代以后發展很快。因為它們有小容積、微量耗電、低操作電壓、易設計多色面版等多項優點。不過因為它們不是發光型顯示器，在暗處的清晰度、視角和環境溫度限制，都不理想。無論如何，電視和電腦的屏幕以液晶材質制造，十分有利。大型屏幕在以往受制于高電壓的需求，變壓器的體積與重量不可言喻。其實，彩色投影電式系統，亦可利用手性向列型液晶去制造如偏光面版、濾片、光電調整器。液晶的使用方法液晶在使用前要充分攪拌后才能灌注使用，添加固體手性劑的液晶，要加熱到攝氏六十度，再快速冷卻到室溫并充分攪拌。而且在使用過程中不能靜置時間

11、過長。特別是低閥值電壓液晶，由于低閾值電壓液晶具有這些不同的特性，因此在使用這些液晶時應該注意以下方面：液晶在使用前應充分攪拌，調配好的液晶應立即投入生產使用，盡量縮短靜置存放時間，避免層析現象產生。調配好的液晶要加蓋遮光存入，并且盡量在一個班次（八小時）內使用完，用不完的液晶需要回收攪拌后重測電壓再用。一般隨著時間延長，驅動電壓會增加。液晶從原廠瓶取用后，原廠瓶要及時封蓋遮光保存，減少敞開暴露在空氣中的時間一般暴露在空氣中的時間過長，會增大液晶的漏電流。灌低閾值電壓的液晶顯示片空盒最好是從PI固烤到灌液晶工序間，流存生產時間在二十四小時之內的空盒，灌液作業時一般使用比較低的灌注速度。低閾值電

12、壓液晶在封口時一定要加蓋合適的遮光罩，并且在整個灌液晶期間除了封口膠固化期間外，要盡量遠離紫外線源。否則會在靠近紫外線的地方出現錯向和閥值電壓增大的現象。液晶是有機高分子物質，很容易在各種溶劑中溶解或與其它化學品產生反應，液晶本身也是一種很好的溶劑，所以在使用和存放過程中要盡量遠離其它化學品。1922年，法國人弗里德（G. Friedel）仔細分析當時已知的液晶，把他們分為三類：向列型（nematic）、層列型（smectic）、膽固醇型（cholesteric）。名字的來源，前兩者分別取自希臘文線狀和清潔劑（肥皂）；膽固醇型的名字有歷史意義，如以近代分類法，它們屬于手向列型。其實弗里德對液晶

13、一詞不贊同，他認為中間相才是最合適的表達。1970年代才發現的碟型（discotic）液晶，是具有高對稱性原狀分子重疊組成之向列型或柱行系統。除了型態分類外，液晶因產生之條件（狀況）不同而被分為熱致液晶（thermotropic LC）和溶致液晶（lypotropic LC），分別由加熱、加入溶劑形成液晶熱相致液晶相產生兩種情形。溶致性液晶生成的例子，是肥皂水。在高濃度時，肥皂分子呈層列性，層間是水分子。濃度稍低，組合又不同。其實一種物質可以具有多種液晶相。又有人發現，把兩種液晶混合物加熱，得到等向性液體后再冷卻，可以觀察到次第為向列型、層列型液晶。這種相變化的物質，稱為重現性液晶（recen

14、trant LC）。 液晶分子結構。穩定液晶相是分子間的范德法力。因分子集結密度高，斥力異向性影響較大，但吸引力則是維持高密度，使集體達到液晶狀態之力量，斥力和吸引力相互制衡十分重要。又如分子有極性基團時，偶極相互作用成為重要吸引力。 液晶面板液晶面板與液晶顯示器有相當密切的關系，液晶面板的產量、優劣等多種因素都連系著液晶顯示器自身的質量、價格和市場走向。其中液晶面板關系著玩家最看重的響應時間、色彩、可視角度、對比度等參數。從液晶面板可以看出這款液晶顯示器的性能、質量如何？小林在網上找了一下液晶面板的資料，只要是針對目前主流的液晶面板，讓大家在購買液晶顯示器時心里有一個底。 VA型：VA型液晶

15、面板在目前的顯示器產品中應用較為廣泛的，使用在高端產品中，16.7M色彩（8bit面板）和大可視角度是它最為明顯的技術特點，目前VA型面板分為兩種：MVA、PVA。 MVA型：全稱為（Multi-domain Vertical Alignment），是一種多象限垂直配向技術。它是利用突出物使液晶靜止時并非傳統的直立式，而是偏向某一個角度靜止；當施加電壓讓液晶分子改變成水平以讓背光通過則更為快速，這樣便可以大幅度縮短顯示時間，也因為突出物改變液晶分子配向，讓視野角度更為寬廣。在視角的增加上可達160度以上，反應時間縮短至20ms以內。 PVA型：是三星推出的一種面板類型，是一種圖像垂直調整技術，

16、該技術直接改變液晶單元結構，讓顯示效能大幅提升可以獲得優于MVA的亮度輸出和對比度。此外在這兩種類型基礎上又延出改進型S-PVA和P-MVA兩種面板類型，在技術發展上更趨向上，可視角度可達170度，響應時間被控制在20毫秒以內（采用Overdrive加速達到8ms GTG），而對比度可輕易超過700:1的高水準，三星自產品牌的大部份產品都為PVA液晶面板。 IPS型：IPS型液晶面板具有可視角度大、顏色細膩等優點，看上去比較通透，這也是鑒別IPS型液晶面板的一個方法，PHILIPS不少液晶顯示器使用的都是IPS型的面板。而S-IPS則為第二代IPS技術，它又引入了一些新的技術，以改善IPS模式

17、在某些特定角度的灰階逆轉現象。 LG和飛利浦自主的面板制造商也是以IPS為技術特點推出的液晶面板。 TN型：這種類型的液晶面板應用于入門級和中端的產品中，價格實惠、低廉，被眾多廠商選用。在技術上，與前兩種類型的液晶面板相比在技術性能上略為遜色，它不能表現出16.7M艷麗色彩，只能達到16.7M色彩（6bit面板）但響應時間容易提高。可視角度也受到了一定的限制，可視角度不會超過160度。現在市場上一般在8ms響應時間以內的產品大多都采用的是TN液晶面板。 液晶顯示器液晶顯示器，或稱LCD(Liquid Crystal Display)，為平面超薄的顯示設備，它由一定數量的彩色或黑白畫素組成，放置

18、于光源或者反射面前方。液晶顯示器功耗很低，因此倍受工程師青睞，適用于使用電池的電子設備。每個畫素由以下幾個部分構成：懸浮于兩個透明電極(氧化銦錫)間的一列液晶分子，兩個偏振方向互相垂直的偏振過濾片，如果沒有電極間的液晶，光通過其中一個過濾片勢必被另一個阻擋，通過一個過濾片的光線偏振方向被液晶旋轉，從而能夠通過另一個。液晶分子本身帶有電荷，將少量的電荷加到每個畫素或者子畫素的透明電極，則液晶的分子將被靜電力旋轉，通過的光線同時也被旋轉，改變一定的角度，從而能夠通過偏振過濾片。在將電荷加到透明電極之前，液晶分子處于無約束狀態，分子上的電荷使得這些分子組成了螺旋形或者環形（晶體狀）， 在有些LCD中

19、，電極的化學物質表面可作為晶體的晶種，因此分子按照需要的角度結晶，通過一個過濾片的光線在通過液芯片后偏振防線發生旋轉，從而使光線能夠通過另一個偏振片，一小部分光線被偏振片吸收，但其余的設備都是透明的。將電荷加到透明電極上后，液晶分子將順著電場方向排列，因此限制了透過光線偏振方向的旋轉，假如液晶分子被完全打散，通過的光線其偏振方向將和第二個偏振片完全垂直，因此被光線完全阻擋了，此時畫素不發光，通過控制每個畫素中液晶的旋轉方向，我們可以控制照亮畫素的光線，可多可少。許多LCD在交流電作用下變黑，交流電破壞了液晶的螺旋效應，而關閉電流后，LCD會變亮或者透明。為了省電，LCD顯示采用復用的方法，在復

20、用模式下，一端的電極分組連接在一起，每一組電極連接到一個電源，另一端的電極也分組連接，每一組連接到電源另一端，分組設計保證每個畫素由一個獨立的電源控制，電子設備或者驅動電子設備的軟件通過控制電源的開/關序列，從而控制畫素的顯示。檢驗LCD顯示器的指標包括以下幾個重要方面：顯示大小，反應時間(同步速率)，陣列類型（主動和被動），視角，所支持的顏色，亮度和對比度，分辨率和屏幕高寬比，以及輸入接口（例如視覺接口和視頻顯示陣列）。簡史第一臺可操作的LCD基于動態散射模式(Dynamic Scattering Mode,DSM)，RCA公司喬治海爾曼帶領的小組開發了這種LCD。海爾曼創建了奧普泰公司，這

21、個公司開發了一系列基于這種技術的的LCD。 1970年12月，液晶的旋轉向列場效應在瑞士被仙特和赫爾弗里希霍夫曼-勒羅克中央實驗室注冊為專利。 1969年，詹姆士福格森在美國俄亥俄州肯特州立大學（Ohio University）發現了液晶的旋轉向列場效應并于1971年2月在美國注冊了相同的專利。1971年他的公司（ILIXCO）生產了第一臺基于這種特性的LCD，很快取代了性能較差的DSM型LCD。顯示原理利用液晶的基本性質實現顯示。自然光經過一偏振片后“過濾”為線性偏振光，由于液晶分子在盒子中的扭曲螺距遠比可見光波長大得多，所以當沿取向膜表面的液晶分子排列方向一致或正交的線性偏振光入射后，其偏

22、光方向在經過整個液晶層后會扭曲90由另一側射出，正交偏振片起到透光的作用；如果在液晶盒上施加一定值的電壓，液晶長軸開始沿電場方向傾斜，當電壓達到約2倍閾值電壓后，除電極表面的液晶分子外，所有液晶盒內兩電極之間的液晶分子都變成沿電場方向的再排列，這時90旋光的功能消失，在正交片振片間失去了旋光作用，使器件不能透光。如果使用平行偏振片則相反。正是這樣利用給液晶盒通電或斷電的辦法使光改變其透遮住狀態，從而實現顯示。上下偏振片為正交或平行方向時顯示表現為常白或常黑模式。透射和反射顯示LCD可透射顯示，也可反射顯示，決定于它的光源放哪里。透射型LCD由一個屏幕背后的光源照亮，而觀看則在屏幕另一邊(前面)

23、。這種類型的LCD多用在需高亮度顯示的應用中，例如電腦顯示器、PDA和手機中。用于照亮LCD的照明設備的功耗往往高于LCD本身。反射型LCD，常見于電子鐘表和計算機中，（有時候）由后面的散射的反射面將外部的光反射回來照亮屏幕。這種類型的LCD具有較高的對比度，因為光線要經過液晶兩次，所以被削減了兩次。不使用照明設備明顯降低了功耗，因此使用電池的設備電池使用更久。因為小型的反射型LCD功耗非常低，以至于光電池就足以給它供電，因此常用于袖珍型計算器。半穿透反射式LCD既可以當作透射型使用，也可當作反射型使用。當外部光線很足的時候，該LCD按照反射型工作，而當外部光線不足的時候，它又能當作透射型使用

24、。彩色顯示彩色LCD中，每個畫素分成三個單元，或稱子畫素，附加的濾光片分別標記紅色，綠色和藍色。三個子畫素可獨立進行控制，對應的畫素便產生了成千上萬甚至上百萬種顏色。老式的CRT采用同樣的方法顯示顏色。根據需要，顏色組件按照不同的畫素幾何原理進行排列。 常見的液晶顯示器點距常見液晶顯示器點距表： 12.1英寸 (800600) - 0.308 毫米12.1英寸 (1024768) - 0.240 毫米14.1英寸 (1024768) - 0.279 毫米14.1英寸 (14001050) - 0.204 毫米15英寸 (1024768) - 0.297 毫米15英寸 (14001050) - 0.218 毫米15英寸 (16001200) - 0.190 毫米16英寸 (12801024) - 0.248 毫米17英寸 (12801024) - 0.264 毫米17英寸寬屏 (1280768) - 0.2895 毫米17.4英寸 (12801024) - 0.27 毫米18英寸 (12801024) - 0.281 毫米19英寸 (12801024) - 0.294 毫米19英寸 (16001200) - 0.242 毫米19英寸寬屏 (1440900) - 0.283 毫米19英寸寬