什麼是液晶.ppt

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1、PVI/FAE Dept.Liquid Crystal Display參考書籍參考書籍 書名：什麼是液晶書名：什麼是液晶作者：那野比古作者：那野比古譯者：陳連春譯者：陳連春指導：陳信廣指導：陳信廣 PVI/FAE Dept.What is LC?母玻璃母玻璃Glass.偏光的作用偏光的作用 透明的電極透明的電極ITO and 偏光膜偏光膜 配向器配向器Director and 研磨研磨Rubbing 扭曲液晶扭曲液晶TN and 超扭曲液晶超扭曲液晶STN LCD的驅動方法的驅動方法 LCD動作原理動作原理 LCD的特性與應用的特性與應用PVI/FAE Dept.What is LC?FBet

2、ween Liquid and Crystal液晶為液體與結晶之合成語。液晶為液體與結晶之合成語。它是正好處於結晶與液體的中間狀態，也即是看似液體它是正好處於結晶與液體的中間狀態，也即是看似液體的狀態，而動作卻又像固體。的狀態，而動作卻又像固體。其分子與原子像液體一樣是零散分佈，卻又像結晶一樣，其分子與原子像液體一樣是零散分佈，卻又像結晶一樣，往某一定方向對齊。往某一定方向對齊。FSmectic and Nematic某些液晶雖然長分子為零散分佈，但是，全體又向長軸方某些液晶雖然長分子為零散分佈，但是，全體又向長軸方向對齊，此一對齊的東西又在上下方向形成層狀，此種液向對齊，此一對齊的東西又在上

3、下方向形成層狀，此種液晶稱為晶稱為smectic，可以用來做為強誘電性的液晶裝置。可以用來做為強誘電性的液晶裝置。又，也有長分子只向某一方向對齊的，稱之又，也有長分子只向某一方向對齊的，稱之NematicPVI/FAE Dept.母玻璃母玻璃Glass FLCD of glass用來做液晶顯示裝置的玻璃板與一般使用的門窗玻璃不一用來做液晶顯示裝置的玻璃板與一般使用的門窗玻璃不一樣，首先，表面必須很光滑，而且不能有彎曲起伏不平現樣，首先，表面必須很光滑，而且不能有彎曲起伏不平現象，平面性要高。象，平面性要高。FMaterial of glass一般的玻璃包含有大量的鈉元素，要做一般的玻璃包含有大

4、量的鈉元素，要做 TFT玻璃表面加工玻璃表面加工時，非常麻煩。因此必須使用無鹼性時，非常麻煩。因此必須使用無鹼性(alkali)玻璃。玻璃。玻璃板的製作方法很困難。要求平面性高且薄型化。玻璃玻璃板的製作方法很困難。要求平面性高且薄型化。玻璃基板的厚度為基板的厚度為1.1 mm 或或 0.7mm，最近有作最近有作0.3mm的的,而且而且，厚度必須很均勻。，厚度必須很均勻。PVI/FAE Dept.母玻璃母玻璃Glass FSize of glassF3代代 的母玻璃的母玻璃size 為為 550 x650 mm F3.5代代 的母玻璃的母玻璃size 為為 600 x720 mmF2.5代代 的

5、母玻璃的母玻璃size 為為 370 x470 mm(元太目前慣用元太目前慣用)偏光板的作用偏光板的作用我們平常所看到的光，為往各方向振動的波之混合。我們平常所看到的光，為往各方向振動的波之混合。也即是往也即是往360度各種方向振動的光到達我們的眼睛。能夠取度各種方向振動的光到達我們的眼睛。能夠取出往某一方向振動的光的裝置，稱之為偏光板。出往某一方向振動的光的裝置，稱之為偏光板。上、下裝置有偏光板，互成直角上、下裝置有偏光板，互成直角90的方向，則光線無法的方向，則光線無法透過，呈現黑色。透過，呈現黑色。上、下裝置有偏光板，方向相同時則光線能夠透過，呈現上、下裝置有偏光板，方向相同時則光線能夠

6、透過，呈現白色。白色。PVI/FAE Dept.PVI/FAE Dept.二片偏光板的作用二片偏光板的作用PVI/FAE Dept.透明的電極透明的電極ITO and 偏光板偏光板FITO(Indium Tin Oxide)在二片玻璃板之間夾入液晶，為了使光線能夠通過此一液在二片玻璃板之間夾入液晶，為了使光線能夠通過此一液晶或不通過，也即是，為了驅動液晶，必須於其上、下加晶或不通過，也即是，為了驅動液晶，必須於其上、下加入電極。一般的電極為金屬電極，而液晶獨特的電極為透入電極。一般的電極為金屬電極，而液晶獨特的電極為透明電極，使光可透過去。明電極，使光可透過去。將電壓加在液晶將電壓加在液晶(以

7、沒有扭曲功能以沒有扭曲功能Untwisted而言而言)上下的透上下的透明電極，可以使明電極，可以使LCD成為全白，或者加入中間值電壓，而成為全白，或者加入中間值電壓，而成為中間調之灰色。如果將電壓切除，則成為中間調之灰色。如果將電壓切除，則LCD成為全黑。成為全黑。若以若以 TN 液晶而言，因為它具有扭曲液晶而言，因為它具有扭曲90及偏光能力，所及偏光能力，所以加電壓時為以加電壓時為LCD為黑色，不加電壓為白色。為黑色，不加電壓為白色。PVI/FAE Dept.透明的電極透明的電極ITO and 偏光板偏光板(polarizer)F偏偏光板光板在二片玻璃板的外側，也即是在夾有液晶的玻璃板的另外

8、在二片玻璃板的外側，也即是在夾有液晶的玻璃板的另外一面還需要附上偏光板。如，液晶顯示裝置的原形算一面還需要附上偏光板。如，液晶顯示裝置的原形算是出現了。是出現了。PVI/FAE Dept.配向膜配向膜Director and 研磨研磨Rubbing液晶液晶(TN)上下之玻璃基板之間會扭轉上下之玻璃基板之間會扭轉90，此主要是利用，此主要是利用配向膜達成的。配向膜達成的。配向膜為在玻璃基板的表面上作為配向膜為在玻璃基板的表面上作為Polyimide(流流亞氨亞氨)薄膜薄膜，並於此一薄膜上做研磨，並於此一薄膜上做研磨(rubbing)。研磨為利用尼龍研磨為利用尼龍(nylon)所做成的轉輪所做成的

9、轉輪(roll)，也即是刷毛也即是刷毛，在配向膜表面上摩擦，使得配向膜的表面產生微細之傷，在配向膜表面上摩擦，使得配向膜的表面產生微細之傷痕，液晶分子會沿此一傷痕平行排列。痕，液晶分子會沿此一傷痕平行排列。上、下所磨擦的方向正好相差上、下所磨擦的方向正好相差90。PVI/FAE Dept.動作原理動作原理PVI/FAE Dept.扭曲液晶扭曲液晶TN and 超扭曲液晶超扭曲液晶STNF TN(Twisted Nematic)此所謂扭曲是指棒形液晶分子的並列方向之扭曲。此所謂扭曲是指棒形液晶分子的並列方向之扭曲。一般的一般的LCD，上、下偏光板的方向為採用互為直角的方式上、下偏光板的方向為採用

10、互為直角的方式，液晶為夾在此上下偏光板之間。，液晶為夾在此上下偏光板之間。可是，在上下偏光板中間的液晶分子，為了與上下排列方可是，在上下偏光板中間的液晶分子，為了與上下排列方向對齊，會逐漸改變其方向，也即是由下方開始扭曲，總向對齊，會逐漸改變其方向，也即是由下方開始扭曲，總共扭曲共扭曲90後，與上方偏光板方向對齊。此種液晶分子排後，與上方偏光板方向對齊。此種液晶分子排列方向逐漸扭曲的情形稱為列方向逐漸扭曲的情形稱為Twisted Nematic(TN)PVI/FAE Dept.扭曲液晶扭曲液晶TN and 超扭曲液晶超扭曲液晶STNF STN(Super Twisted Nematic)液晶扭

11、轉角度超過液晶扭轉角度超過90以上，此可以達到極細微的顯示，以上，此可以達到極細微的顯示，一般為在上、下之間扭轉約一般為在上、下之間扭轉約180 270 TN加入加入電壓之透過率的變化比電壓之透過率的變化比STN較緩慢，其與相鄰部分較緩慢，其與相鄰部分的區別較難，也即是，不適合微細之顯示之用。的區別較難，也即是，不適合微細之顯示之用。STN有一缺點，在有一缺點，在TN的平常白的平常白(Normally white)的背景情的背景情況下，會出現黃色與藍綠色之著色。對況下，會出現黃色與藍綠色之著色。對TN而言，只要控制而言，只要控制偏光方向的施光性即可，而偏光方向的施光性即可，而STN的顯示原理為

12、利用液晶的的顯示原理為利用液晶的複折射現象，當光通過液晶，受到複折射時，會產生光的複折射現象，當光通過液晶，受到複折射時，會產生光的干擾，而使其著上顏色，此對於彩色化而言會增加其困難干擾，而使其著上顏色，此對於彩色化而言會增加其困難度。解決的方法為，在其上加上相位差板即可解決問度。解決的方法為，在其上加上相位差板即可解決問題，不過此時只是無彩色狀況，如要使其有彩色，仍然必題，不過此時只是無彩色狀況，如要使其有彩色，仍然必須加上彩色濾光器須加上彩色濾光器(Color filter)基板，才能有彩色化。基板，才能有彩色化。PVI/FAE Dept.LCD的驅動方法的驅動方法所謂驅動方法為如何使液晶

13、顯示器所謂驅動方法為如何使液晶顯示器(LCD)能夠顯示出文字能夠顯示出文字與圖形。與圖形。F靜態驅動靜態驅動(Static drive)方式方式最初的液晶顯示螢幕，由於只是用來顯示以七個燈節最初的液晶顯示螢幕，由於只是用來顯示以七個燈節(Segment)方式所構成的方式所構成的8 字形為主的簡單字型，只要使用字形為主的簡單字型，只要使用同一個下電極就可以完全驅動的靜態同一個下電極就可以完全驅動的靜態(Static drive)。例如例如:電子計算機、電子鍋、收音機、行動電話的顯示面板。電子計算機、電子鍋、收音機、行動電話的顯示面板。但是如果要做複雜圖形之顯示時，所使用的燈節數目要增但是如果要做

14、複雜圖形之顯示時，所使用的燈節數目要增加，各燈節都須要配線，相當麻煩。加，各燈節都須要配線，相當麻煩。PVI/FAE Dept.LCD的驅動方法的驅動方法F動態驅動動態驅動(Dynamic drive)方式方式要做任意形狀的文字或圖形的顯示，靜態驅動有其困難。要做任意形狀的文字或圖形的顯示，靜態驅動有其困難。所以就有動態驅動的產生，又稱主動驅動所以就有動態驅動的產生，又稱主動驅動(Active drive)。動態驅動的基本要素為一個點。在上方的玻璃基板上刻上動態驅動的基本要素為一個點。在上方的玻璃基板上刻上Y方向方向的條狀電極，在下方的玻璃基板上刻上的條狀電極，在下方的玻璃基板上刻上X方向的電

15、方向的電極，交差點即成為一個畫素。由於其形成許多的方格狀，極，交差點即成為一個畫素。由於其形成許多的方格狀，所以也稱為矩陣所以也稱為矩陣(matrix)驅動。在驅動。在X與與Y電電極交錯上加極交錯上加入電壓，其顏色會產生變化。入電壓，其顏色會產生變化。PVI/FAE Dept.LCD動作原理動作原理對於光線行進方向會加以改變的性質稱為施光性。也對於光線行進方向會加以改變的性質稱為施光性。也即是即是TN液晶，將液晶顯示裝置的原理為利用扭曲配置的液液晶，將液晶顯示裝置的原理為利用扭曲配置的液晶分子的施光性以及外加電壓的控制，而達到顯示的目的。晶分子的施光性以及外加電壓的控制，而達到顯示的目的。TN

16、液晶的施光性即是表示因為它扭曲的特性，可將光源透液晶的施光性即是表示因為它扭曲的特性，可將光源透過。可是加入電壓後會使它扭曲的特性消失，而成為直立，過。可是加入電壓後會使它扭曲的特性消失，而成為直立，而不能將光源透過，所以以肉眼看來即是黑色的。而不能將光源透過，所以以肉眼看來即是黑色的。LCD的的特性與特性與應用應用PVI/FAE Dept.LCD具有薄型、輕量、低電壓驅動、低消耗電功率之優具有薄型、輕量、低電壓驅動、低消耗電功率之優點，最近幾年來逐漸被應用在各式各樣顯示裝置，又點，最近幾年來逐漸被應用在各式各樣顯示裝置，又CRT顯示器內裝設有返馳變壓器顯示器內裝設有返馳變壓器(fly back transformer)，會有電磁波外洩，景響到健康的問題。所以會有電磁波外洩，景響到健康的問題。所以LCD有逐漸有逐漸取代取代CRT的趨勢。的趨勢。除了液晶除了液晶PC以外，很多家電產品也有使用到液晶顯示器以外，很多家電產品也有使用到液晶顯示器，另外汽車導航系統，數位靜畫攝影機等很多情報家電，另外汽車導航系統，數位靜畫攝影機等很多情報家電都使用到液晶顯示器。都使用到液晶顯示器。PVI/FAE Dept.Thin Film TransistorPVI/FAE Dept.Color Filter