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(duì)顯示介質(zhì)的奧秘充滿了好奇呢？那么，小編將會(huì)向您介紹電子顯示介質(zhì)的奧秘。今天將向您介紹應(yīng)用最廣泛的顯示介質(zhì)——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(xué)家 (1857-1927)在實(shí)驗(yàn)室裡用顯微鏡觀察材料的熔點(diǎn)時(shí), 發(fā)現(xiàn)了材料在升溫過程當(dāng)中介于固態(tài)結(jié)晶相(crystal phase )與液態(tài)澄清相(liquid phase)的轉(zhuǎn)換過程還有個(gè)特別的具有光學(xué)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(huì)變色，故在科學(xué)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(biāo)。

    首先介紹一下液晶的微觀結(jié)構(gòu), 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(jié)構(gòu)當(dāng)中須有個(gè)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(dāng)?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(chǎn)業(yè)所使用的液晶材料為液晶相當(dāng)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(jié)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(dāng)應(yīng)用在顯示器當(dāng)中, 當(dāng)驅(qū)動(dòng)的電壓改變時(shí), 反應(yīng)到透光度的改變速度也較快, 才不會(huì)有殘影和拖尾的現(xiàn)象產(chǎn)生. 從這里大家也可以發(fā)現(xiàn)一般我們常說的面板反應(yīng)時(shí)間(response time)最主要就是取決于液晶的選用。

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

   那液晶材料又為何會(huì)因?yàn)殡妶龃笮〉母淖? 而改變其液晶分子排列的角度？原因是因?yàn)檫@個(gè)液晶材料有與方向不同大小的介電常數(shù), 與光學(xué)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(shí), 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(jì)算機(jī)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(zhuǎn)90度, 但這僅僅只能夠顯示簡單的數(shù)字與符號(hào)的訊息。 當(dāng)然這中間也需拜有個(gè)特殊的透明導(dǎo)電材料之賜, 由這透明的導(dǎo)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(zhuǎn)240度。 讓液晶材料所謂的光電特性陡度(steepness)增加, 驅(qū)動(dòng)液晶的電壓改變時(shí)透光度改變明顯, 一般使用在儀器設(shè)備操作的顯示器與早期的單色手機(jī)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(zhuǎn)了90度, STN型的顯示是從下玻璃到上玻璃旋轉(zhuǎn)了240度, 但是液晶分子怎么會(huì)那么乖乖聽話的旋轉(zhuǎn)呢? 其實(shí)是在液晶材料當(dāng)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(qiáng)迫液晶分子慢慢的旋轉(zhuǎn)堆疊。

   后來因?yàn)榘雽?dǎo)體產(chǎn)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(jīng)過的白光染成紅色, 藍(lán)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(dòng)型開關(guān)的玻璃(素玻璃搭配半導(dǎo)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(dòng)形式開關(guān)的驅(qū)動(dòng), 能夠分割出較多的灰階, 大概的結(jié)構(gòu)示意圖如下。

   綜觀上述所提到的液晶顯示器技術(shù)的種類TN、STN、TFT可以發(fā)現(xiàn), 在硬件芯片與驅(qū)動(dòng)技術(shù)還不發(fā)達(dá)的年代, 能夠顯示簡單的資訊就已經(jīng)很了不起了。但是科技日新月異, 大家對(duì)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(dāng)又不滿足單色顯示時(shí), 加入了彩色濾光片, 讓顯示增添了色彩, 在半導(dǎo)體技術(shù)開始蓬勃發(fā)展以及人們對(duì)畫質(zhì)要求的提升后, 將半導(dǎo)體的技術(shù)導(dǎo)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(jīng)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(zhì)。下一期《解碼顯示介質(zhì)》，我們將向您介紹自發(fā)光的顯示介質(zhì)——LED。敬請(qǐng)期待！