我一直記得, 當初剛開始從事有關液晶顯示器相關的工作時, 常常遇到的困擾, 就是不知道怎么跟人家解釋, 液晶顯示器是什么? 只好隨著不同的應用環境, 來解釋給人家聽. 在最早的時候是告訴人家, 就是掌上型電動玩具上所用的顯示幕, 隨著筆記型電腦開始普及, 就可以告訴人家說, 就是使用在筆記型電腦上的顯示器. 隨著手機的流行, 又可以告訴人家說, 是使用在手機上的顯示板. 時至今日, 液晶顯示器, 對於一般普羅大衆, 已經不再是生澀的名詞. 而它更是繼半導體後 另一種可以再創造大量營業額的新興科技産品, 更由於其輕薄的特性, 因此它的應用範圍比起原先使用陰極射線管(CRT, cathode-ray tube)所作成的顯示器更多更廣.
如同我前面所提到的, 液晶顯示器泛指一大堆利用液晶所製作出來的顯示器. 而今日對液晶顯示器這個名稱, 大多是指使用於筆記型電腦, 或是桌上型電腦應用方面的顯示器. 也就是薄膜電晶體液晶顯示器. 其英文名稱爲Thin-film transistor liquid crystal display, 簡稱之TFT LCD. 從它的英文名稱中我們可以知道, 這一種顯示器它的構成主要有兩個特徵, 一個是薄膜電晶體, 另一個就是液晶本身. 我們先談談液晶本身.
液晶(LC, liquid crystal)的分類
我們一般都認爲物質像水一樣都有三態, 分別是固態液態跟氣態. 其實物質的三態是針對水而言, 對於不同的物質, 可能有其他不同的狀態存在. 以我們要談到的液晶態而言, 它是介於固體跟液體之間的一種狀態, 其實這種狀態僅是材料的一種相變化的過程(請見圖1), 只要材料具有上述的過程, 即在固態及液態間有此一狀態存在, 物理學家便稱之爲液態晶體.
這種液態晶體的首次發現, 距今已經度過一百多個年頭了. 在西元1888年, 被奧地利的植物學家Friedrich Reinitzer所發現, 其在觀察從植物中分離精製出的安息香酸膽固醇(cholesteryl benzoate) 的融解行爲時發現, 此化合物加熱至145.5度℃時, 固體會熔化,呈現一種介於固相和液相間之半熔融流動白濁狀液體. 這種狀況會一直維持溫度升高到178.5度℃, 才形成清澈的等方性液態(isotropic liquid). 隔年, 在1889年, 研究相轉移及熱力學平衡的德國物理學家O.Lehmann, 對此化合物作更詳細的分析. 他在偏光顯微鏡下發現, 此黏稠之半流動性白濁液體化合物,具有異方性結晶所特有的雙折射率(birefringence)之光學性質, 即光學異相性(optical anisotropic). 故將這種似晶體的液體命名爲液晶. 此後, 科學家將此一新發現的性質, 稱爲物質的第四態-液晶(liquid crystal). 它在某一特定溫度的範圍內, 會具有同時液體及固體的特性.
一般以水而言, 固體中的晶格因爲加熱, 開始吸熱而破壞晶格, 當溫度超過熔點時便會溶解變成液體. 而熱致型液晶則不一樣(請見圖2), 當其固態受熱後, 並不會直接變成液態, 會先溶解形成液晶態. 當您持續加熱時, 才會再溶解成液態(等方性液態). 這就是所謂二次溶解的現象. 而液晶態顧名思義, 它會有固態的晶格, 及液態的流動性. 當液態晶體剛發現時, 因爲種類很多, 所以不同研究領域的人對液晶會有不同的分類方法. 在1922年由G. Friedel利用偏光顯微鏡所觀察到的結果, 將液晶大致分爲Nematic Smectic及Cholesteric三類. 但是如果是依分子排列的有序性來分(請見圖3), 則可以分成以下四類:
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