TFTLCD液晶显示器的工作原理.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径学海无涯苦作舟页码：TFTLCD液晶显示器的工作原理2004-8-19本文作者：谢崇凯图片制作：FPDisplay我一直记得当初刚开始从事有关液晶显示器相关的工作时常常遇到的困扰就是不知道怎么跟人家解释液晶显示器是什么?只好随着不同的应用环境来解释给人家听.在最早的时候是告诉人家就是掌上型电动玩具上所用的显示屏随着笔记型计算机开始普及就可以告诉人家说就是使用在笔记型计算机上的显示器.随着手机的流行又可以告诉人家说是使用在手机上的显示板.时至今日液晶显示器对于一般普罗大众已经不再是生涩的名词.而它更是继半导体后另一种可以再创造大量营业额的新兴科技产品更由于其轻薄的特性因此它的应用范围比起原先使用阴极射线管(CRTcathode-raytube)所作成的显示器更多更广.如同我前面所提到的液晶显示器泛指一大堆利用液晶所制作出来的显示器.而今日对液晶显示器这个名称大多是指使用于笔记型计算机或是桌上型计算机应用方面的显示器.也就是薄膜晶体管液晶显示器.其英文名称为Thin-filmtransistorliquidcrystaldisplay简称之TFTLCD.从它的英文名称中我们可以知道这一种显示器它的构成主要有两个特征一个是薄膜晶体管另一个就是液晶本身.我们先谈谈液晶本身.液晶(LCliquidcrystal)的分类我们一般都认为物质像水一样都有三态分别是固态液态跟气态.其实物质的三态是针对水而言对于不同的物质可能有其它不同的状态存在.以我们要谈到的液晶态而言它是介于固体跟液体之间的一种状态其实这种状态仅是材料的一种相变化的过程(请见图1)只要材料具有上述的过程即在固态及液态间有此一状态存在物理学家便称之为液态晶体.这种液态晶体的首次发现距今已经度过一百多个年头了.在公元1888年被奥地利的植物学家FriedrichReinitzer所发现其在观察从植物中分离精制出的安息香酸胆固醇(cholesterylbenzoate)的融解行为时发现此化合物加热至145.5度℃时固体会熔化呈现一种介于固相和液相间之半熔融流动白浊状液体.这种状况会一直维持温度升高到178.5度℃才形成清澈的等方性液态(isotropicliquid).隔年在1889年研究相转移及热力学平衡的德国物理学家O.Lehmann对此化合物作更详细的分析.他在偏光显微镜下发现此黏稠之半流动性白浊液体化合物具有异方性结晶所特有的双折射率(birefringence)之光学性质即光学异相性(opticalanisotropic).故将这种似晶体的液体命名为液晶.此后科学家将此一新发现的性质称为物质的第四态-液晶(liquidcrystal).它在某一特定温度的范围内会具有同时液体及固体的特性.一般以水而言固体中的晶格因为加热开始吸热而破坏晶格当温度超过熔点时便会溶解变成液体.而热致型液晶则不一样(请见图2)当其固态受热后并不会直接变成液态会先溶解形成液晶态.当您持续加热时才会再溶解成液态(等方性液态).这就是所谓二次溶解的现象.而液晶态顾名思义它会有固态的晶格及液态的流动性.当液态晶体刚发现时因为种类很多所以不同研究领域的人对液晶会有不同的分类方法.在1922年由G.Friedel利用偏光显微镜所观察到的结果将液晶大致分为NematicSmectic及Cholesteric三类.但是如果是依分子排列的有序性来分(请见图3)则可以分成以下四类:1.层状液晶(Sematic):其结构是由液晶棒状分子聚集一起形成一层一层的结构.其每一层的分子的长轴方向相互平行.且此长轴的方向对于每一层平面是垂直或有一倾斜角.由于其结构非常近似于晶体所以又称做近晶相.其秩序参数S(orderparameter)趋近于1.在层状型液晶层与层间的键结会因为温度而断裂所以层与层间较易滑动.但是每一层内的分子键结较强所以不易被打断.因此就单层来看其排列不仅有序且黏性较大.如果我们利用巨观的现象来描述液晶的物理特性的话我们可以把一群区域性液晶分子的平均指向定为指向矢(director)这就是这一群区域性的液晶分子平均方向.而以层状液晶来说由于其液晶分子会形成层状的结构因此又可就其指向矢的不同再分类出不同的层状液晶.当其液晶分子的长轴都是垂直站立的话就称之为"SematicApha