各位看官，大家好！不知大家周末過得如何？希望您是快樂的。電子工業(yè)的發(fā)展，讓我們看到了各種美輪美奐的畫面。您是否像我一樣對顯示介質的奧秘充滿了好奇呢？那么，小編將會向您介紹電子顯示介質的奧秘。今天將向您介紹應用最廣泛的顯示介質——液晶。

   說到液晶, 就要從液晶是怎么來的啦！ 1888年，奧地利的植物學家 (1857-1927)在實驗室裡用顯微鏡觀察材料的熔點時, 發(fā)現(xiàn)了材料在升溫過程當中介于固態(tài)結晶相(crystal phase )與液態(tài)澄清相(liquid phase)的轉換過程還有個特別的具有光學雙折射的中間混濁相(meso phase), 這就是所謂的液晶相, 從此便開啟了液晶材料研究的大門。

   由于液晶遇到某些有害氣體會變色，故在科學家們發(fā)現(xiàn)它的顯示圖像的功能之前，液晶的主要功能一直是“顯示”有害氣體是否超標。

    首先介紹一下液晶的微觀結構, 并非所有的材料都能夠有液晶相的存在, 而是材料的分子結構當中須有個鋼硬如芳香族苯環(huán)類的 (有電子云可以相互吸引)與柔軟的碳鏈 (讓分子與分子之間的排列不那麼的規(guī)則), 并且分子的形狀有適當?shù)拈L寬比例, 才能夠形成液晶相. 可以參考以下的液晶分子式。

液晶材料的分子式
 

   目前液晶顯示器產業(yè)所使用的液晶材料為液晶相當中, 排列最不規(guī)則的. 我們稱它為向列相(nematic phase), 這是由數(shù)十種液晶材料單體所混合而成, 一般來說在顯示器所使用的溫度范圍0℃~50℃必須是液晶相(meso phase), 不能是結晶相(crystal phase)或是液體的澄清相(liquid phase), 正因規(guī)律度最低, 也因此黏度較低, 當應用在顯示器當中, 當驅動的電壓改變時, 反應到透光度的改變速度也較快, 才不會有殘影和拖尾的現(xiàn)象產生. 從這里大家也可以發(fā)現(xiàn)一般我們常說的面板反應時間(response time)最主要就是取決于液晶的選用。

   下面是液晶材的調配示意圖. 液晶面板所需要的液晶會依照需求的光學與電氣特性來調整其混和比例, 有點像廚師在廚房調制醬料的味道.，這個圖大家參考一下就好了。

   那液晶材料又為何會因為電場大小的改變, 而改變其液晶分子排列的角度？原因是因為這個液晶材料有與方向不同大小的介電常數(shù), 與光學的折射率。也因此液晶分子排列角度可以隨電場改變, 也因此可以改變光線通過液晶分子時, 被折射的角度。 所以，在面板的兩片玻璃之間必須是放入“昂貴”的液晶材料, 不是任意液體就可以。

   雖然液晶的發(fā)現(xiàn)很早, 可是一直到1970年代開始才有了所謂的液晶顯示器(liquid crystal display), 最早是電子計算機與電子表上的顯示器, 這就是所謂的(TN(twist nematic)型的 LCD), 將兩片玻璃間的液晶材料, 從上玻璃到下玻璃旋轉90度, 但這僅僅只能夠顯示簡單的數(shù)字與符號的訊息。 當然這中間也需拜有個特殊的透明導電材料之賜, 由這透明的導電材料, 可以將電場施加在兩片玻璃間的液晶上, 而且又可以讓光線通過, 這就是最早期的液晶顯示器了。

   然后到了1980~1990年為了能夠顯示更多的資訊, 因此開始發(fā)展STN型的液晶面板, 將兩片玻璃間的液晶材料,從上玻璃到下玻璃旋轉240度。 讓液晶材料所謂的光電特性陡度(steepness)增加, 驅動液晶的電壓改變時透光度改變明顯, 一般使用在儀器設備操作的顯示器與早期的單色手機的顯示器上使用。

   剛才還提到液晶分子在TN型的顯示是從下玻璃到上玻璃旋轉了90度, STN型的顯示是從下玻璃到上玻璃旋轉了240度, 但是液晶分子怎么會那么乖乖聽話的旋轉呢? 其實是在液晶材料當中加入了一定比例的旋光物 (膽固醇型材料), 由這樣的方式來強迫液晶分子慢慢的旋轉堆疊。

   后來因為半導體產業(yè)的快速發(fā)展, 從2000年起開始大量快速的發(fā)展,包含其中的一片玻璃為所謂的彩色濾光片, 能將所經過的白光染成紅色, 藍色, 綠色, 因而形成了現(xiàn)在我們所看見的彩色顯示器. 而另一片玻璃為所謂的主動型開關的玻璃(素玻璃搭配半導體材料所形成), 其中液晶相的形態(tài)還是屬于TN型的(后來還有VA, IPS型), 光電特性陡度(steepness)較和緩, 搭配主動形式開關的驅動, 能夠分割出較多的灰階, 大概的結構示意圖如下。

   綜觀上述所提到的液晶顯示器技術的種類TN、STN、TFT可以發(fā)現(xiàn), 在硬件芯片與驅動技術還不發(fā)達的年代, 能夠顯示簡單的資訊就已經很了不起了。但是科技日新月異, 大家對顯示資訊的期待也越高, 所以有了后來的, 可以顯示更多的資訊, 當又不滿足單色顯示時, 加入了彩色濾光片, 讓顯示增添了色彩, 在半導體技術開始蓬勃發(fā)展以及人們對畫質要求的提升后, 將半導體的技術導入, 因而有了我們現(xiàn)在日常生活里這么普及的。

   想必看到這，各位看官已經了解了液晶是怎么工作的。隨著科技的發(fā)展，更多的材料變成了顯示介質。下一期《解碼顯示介質》，我們將向您介紹自發(fā)光的顯示介質——LED。敬請期待！