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TFT-LCD液晶显示器的工作原理
TFT-LCD液晶顯示器的工作原理(2)


    1.層狀液晶(Sematic) : 

    其結構是由液晶棒狀分子聚集一起, 形成一層一層的結構. 其每一層的分子的長軸方向相互平行. 且此長軸的方向對於每一層平面是垂直或有一傾斜角. 由於其結構非常近似於晶體, 所以又稱做近晶相. 其秩序參數S(order parameter)趨近於1. 在層狀型液晶層與層間的鍵結會因爲溫度而斷裂 ,所以層與層間較易滑動. 但是每一層內的分子鍵結較強, 所以不易被打斷. 因此就單層來看, 其排列不僅有序且黏性較大. 如果我們利用巨觀的現象來描述液晶的物理特性的話, 我們可以把一群區域性液晶分子的平均指向定爲指向矢(director), 這就是這一群區域性的液晶分子平均方向. 而以層狀液晶來說, 由於其液晶分子會形成層狀的結構, 因此又可就其指向矢的不同再分類出不同的層狀液晶. 當其液晶分子的長軸都是垂直站立的話, 就稱之爲"Sematic A phase". 如果液晶分子的長軸站立方向有某種的傾斜(tilt)角度,就稱之爲"Sematic C phase". 以A,C等字母來命名, 這是依照發現的先後順序來稱呼, 依此類推, 應該會存在有一個"Sematic B phase"才是. 不過後來發覺B phase其實是C phase的一種變形而已, 原因是C phase如果帶chiral的結構就是B phase. 也就是說Chiral sematic C phase就是Sematic B phase(請見圖4). 而其結構中的一層一層液晶分子, 除了每一層的液晶分子都具有傾斜角度之外, 一層一層之間的傾斜角度還會形成像螺旋的結構.   


    2.線狀液晶(Nematic) : 

     Nematic這個字是希臘字, 代表的意思與英文的thread是一樣的. 主要是因爲用肉眼觀察這種液晶時, 看起來會有像絲線一般的圖樣. 這種液晶分子在空間上具有一維的規則性排列, 所有棒狀液晶分子長軸會選擇某一特定方向(也就是指向矢)作爲主軸並相互平行排列. 而且不像層狀液晶一樣具有分層結構. 與層列型液晶比較其排列比較無秩序, 也就是其秩序參數S較層狀型液晶較小. 另外其黏度較小, 所以較易流動(它的流動性主要來自對於分子長軸方向較易自由運動)。線狀液晶就是現在的TFT液晶顯示器常用的TN(Twisted nematic)型液晶. 

    3.膽固醇液晶(cholesteric) : 

    這個名字的來源,是因爲它們大部份是由膽固醇的衍生物所生成的. 但有些沒有膽固醇結構的液晶也會具有此液晶相. 這種液晶如圖5所示, 如果把它的一層一層分開來看, 會很像線狀液晶. 但是在Z軸方向來看, 會發現它的指向矢會隨著一層一層的不同而像螺旋狀一樣分佈, 而當其指向矢旋轉360度所需的分子層厚度就稱爲pitch. 正因爲它每一層跟線狀液晶很像,所以也叫做Chiral nematic phase. 以膽固醇液晶而言, 與指向矢的垂直方向分佈的液晶分子, 由於其指向矢的不同, 就會有不同的光學或是電學的差異, 也因此造就了不同的特性.  


    4.碟狀液晶(disk) : 

    也稱爲柱狀液晶, 以一個個的液晶來說, 它是長的像碟狀(disk), 但是其排列就像是柱狀(discoid).  

    如果我們是依分子量的高低來分的話則可以分成高分子液晶(polymer liquid crystal, 聚合許多液晶分子而成)與低分子液晶兩種. 就此種分類來說 TFT液晶顯示器是屬於低分子液晶的應用. 倘若就液晶態的形成原因, 則可以分成因爲溫度形成液晶態的熱致型液晶(thermotropic),與因爲濃度而形成液晶態的溶致型液晶(lyotropic). 以之前所提過的分類來說, 層狀液晶與線狀液晶一般多爲熱致型的液晶, 是隨著溫度變化而形成液晶態. 而對於溶致型的液晶, 需要考慮分子溶于溶劑中的情形. 當濃度很低時, 分子便雜亂的分佈於溶劑中而形成等方性的溶液, 不過當濃度升高大於某一臨界濃度時, 由於分子已沒有足夠的空間來形成雜亂的分佈, 部份分子開始聚集形成較規則的排列, 以減少空間的阻礙. 因此形成異方性(anisotropic)之溶液. 所以溶致型液晶的産生就是液晶分子在適當溶劑中 達到某一臨界濃度時,便會形成液晶態. 溶致型的液晶有一個最好的例子,就是肥皂. 當肥皂泡在水中並不會立刻便成液態, 而其在水中泡久了之後, 所形成的乳白狀物質, 就是它的液晶態. 

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