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液晶的簡介

(一)液晶的發現
(二)液晶以凝集構造的不同分類
(三)液晶的應用與發展
(四)顯示器光閘元件材料的新寵兒--強誘電性液晶
(五)液晶元件及製造流程
(六)液晶顯示器的分類

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(一)液晶的發現

液晶的發現可回溯到1888年，當時奧地利植物學者Reinitzer在加熱安息香酸膽石醇時，意
外發現異常的融解現象。因為此物質雖在145℃融解，卻呈現混濁的糊狀，達179℃時突然
成為透明的潺潺液體;若從高溫往下降溫的過程觀察，在179℃突然成為糊狀液體，超過145
℃時成為固體的結晶。其後由德國物理學者Lehmann[1]利用偏光顯微鏡觀察此安息香酸膽
石醇的混濁狀態，證實是一種「具有組織方位性的液體」(crystallineliquid)，至此才正式確
認液晶的存在，並開始了液晶的研究。

(二)液晶以凝集構造的不同分類

液晶以凝集構造的不同可分成三種：
1.向列型(nematic)液晶

液晶分子大致以長軸方向平行配到，因此具有一度空間的規則性排列。此類型液晶的黏
度小，應答速度快，是最早被應用的液晶，普遍的使用於液晶電視、膝上型電腦以及各類型
顯示元件上。

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2.層列型(smectic)液晶

具有二度空間的層狀規則性排列，各層間則有一度的順向排列。一般而言，此類分子的
黏度大，印加電場的應答速度慢，比較少應用於顯示器上，多用於光記憶材料的發展上。

3.膽固醇型(cholesteric)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*)，因分子具有非對稱碳中心，所以分子的排列呈螺旋平面
狀的排列，面與面之間為互相平行，而分子在各個平面上為nematic。液晶的排列方式，但是
各個面上的分子長軸方向不同，即兩個平面上的分子長軸方向夾著一個角度；當兩個平面上
的分子長軸方向相同時，這兩平面之間的距離稱為一個pitch。

cholesteric液晶pitch的長度會隨著溫度的不同而改變，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。

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(三)液晶的應用與發展

美國R.C.A於1968年5月28日發表以液晶為材料的新型錶裝置，不僅開啟液晶在商業實用
上的先例，當時其發表聲明更震驚社會；「這完全是革命性的產物，固然可用作電子錶、汽車
儀表板顯示幕，不久也可製造袖珍型電視機，將使電子產業變成全新的型態。」事實上，由
於液晶具有誘電與光學的異方性，同時具備良好的分子配向與流動特性，當受到光、熱、電
場、磁場等外界刺激時，分子的配列容易發生變化，造成液晶材料明暗對比的改變或顯現出
其它特殊的電氣光學效果，若作成顯示器，將擁有質量輕容易攜帶、體積小不佔空間等優勢，
而且消耗的能量也比較低。因此，近幾年來，液晶材料儼然成為各種攜帶型電子及資訊產品
中不可或缺的顯示媒體，不只廣泛應用於電子錶、計算機及汽車儀表板的顯示器上，更被使
用於超薄型電視機的顯示材料，如TN(twinstednematic)及STN(supertwinstednematic)型液晶
顯示器。其它如攜帶型個人電腦、投影機旳光閘元件、影印機的記憶元件，甚或用作纖維補
強材料作成工程塑膠．．．等等，在在顯示了液晶材料應用上的普遍與重要性。

(四)顯示器光閘元件材料的新寵兒--強誘電性液晶

強誘電性液晶的化學結構
何謂強誘電性液晶？具有自發分極，且由於外部電場之外加，自發分極之指向會跟隨反
轉者，液晶材料中具有上述的特性者，我們稱之為強誘電性液晶(FerroelectricLiquidCrystal；
FLC)。下圖為強誘電性液晶：

液晶要具有強誘電性的必要條件如下：
1.有傾斜角(tilt)之層列(smectic)液晶相。
2.液晶分子的末端基含有不對稱碳中心之光學活性(chiral)分子，但此分子不可生成外消旋
體。
3.液晶分子在垂直於分子長軸方向上具有偶極矩。

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當含有旋光(chiral)基團的液晶分子在形成傾斜的層列相時，其單一分子層內的分子排列
屬於單斜的結構(monoclinic)時，各液晶分子偶極在對稱性較低時，極化方向不可抵消，偶極
均指向同一方向，產生一強烈的自發極化值；所以強誘電性液晶也稱為具有旋光性的smectic
C液晶(ChiralSmecticC；SmC*)。

強誘電性液晶的化學結構與一般液晶分子的不同點，在於強誘電性液晶的末端官能基具
有不對稱碳中心(chiralcen