液晶顯示器原理
研究開發部製May2000
液晶顯示器的起源:
•美國RCA公司於1968年5月28日發表以液晶為材料的顯示裝置，其說明驚動社會:『這完全是革命性的產物，固然可用為電子錶、汽車儀表板等顯示器，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。

』
什麼是液晶顯示器?
•依日本電子機械工業會E I A J E D-2511A定義-液晶顯示器(LCD)為:利用液晶物質的配向控制造成光學調變效應，產生數字、文字或圖形等可視情報的裝置。

英文全名是:L i q u i d C r y s t a l D i s p l a y。

液晶顯示器的主要優缺點•優點:
1.低電壓驅動
2.低消耗電流
3.體積薄、重量輕
4.可大面積化
5.彩色化容易
•缺點:
1.有視角限制
2.需外界投射光源或加入背光源
3.有操作溫度範圍限制
什麼是液晶?
•在固體-液體過渡溫度範圍內，有些有機化合物會呈現一種中間狀態:同時具備液體的流動性及固體結晶物的光學特性(雙折射性)。

此類物質被稱為液晶(Liquid Crystal)，而此中間狀態又稱液晶態。

一般物質
固態液態氣體
液晶物質
固態液晶態液態氣態
液晶發現的起源:
•液晶發現的起源可追溯到1888年，奧地
利植物學家Friedrich Reinitzer提到他以
顯微鏡觀察膽固醇安息香酸鹽的融化情形:『此物質有兩個融點:在145.5℃從固體融化為混濁液體，並在178.5℃變成澄清液
體。

』此為有關液晶物質最早的記載。

液晶分子的形狀
液晶的種類:
向列型(Nematic)液晶
層列型(Smetic)液晶(分A、B、C…G七類) 膽固醇型(Cholesteric)液晶
一般液體向列型液晶層列型液晶膽固醇型液晶
液晶類型於顯示器的使用例:液晶類型於顯示器用途的使用例
向列型TN(Twisted Nematic)、STN(Super TN)、TFT LCD
層列型FLC (Ferroelectric LC)
膽固醇型SSCT(Surface Stabilized Cholesteric Texture)
※本公司目前產品主要為TN與STN型產品
向列型液晶的特性溫度:T m T S →N T N →I ▪T m Melting point
▪T S →N Smectic-Nematic transition point ▪T N →I Clear point 固態
Solid 層列態Smectic 向列態Nematic 均方性液態Isotropic
液晶的特性:
光學異方性(Optical anisotropy) 介電異方性(Dielectric anisotropy)
光學異方性:
•光學異方性是常發生於晶體物質的特性，較具體的表現就是雙折射(Birefringence)特性。

•雙折射顧名思義也就是說光線在物質內部傳播時有兩種不同的折射率n。

–n e : (extraordinary refractive index)入射光電場方向
與晶體光軸方向平行時的折射率。

–n o : (ordinary refractive index)入射光電場方向與晶
體光軸方向垂直時的折射率。

雙折射定義:
△n= n e –n o
•n e > n o : positive birefringent (大部份液晶屬之)•n e < n o : negative birefringent
•右圖中液晶分子主軸與電場平行及垂直時，產生二個不相等的介電常數:ε⊥與ε ，如右圖。

•定義: △ε ≡ ε -ε⊥。

△ε >0的液晶當電場加入時，以右圖的B 狀態最穩定。

△ε <0則以A 狀態最穩定。

介電異方性:
2
2E Energy x
εε -=0εx = ε⊥or ε
狀態A 狀態B
介電異方性應用例: △ε >0
△ε <0
左旋右旋
扭轉角類型
90TN
90-180HTN(WTN) 180-270STN
偏光板基本原理圖:。