lcd，是英文liquid crystal display的縮寫，中文名稱翻譯為液晶顯示器。目前我們所說的液晶顯示器泛指那些利用液晶所製作出來的顯示器。 大多是指使用於筆記本計算機 或是桌面型計算機應用方面的顯示器。這樣的顯示器，我們有個更專業的名字，叫做薄膜電晶體液晶顯示器，其英文名稱為thin-film transistor liquid crystal display， 簡稱為tft lcd。從它的英文名稱中我們可以知道：這種顯示器它的構成主要有兩個特徵，乙個是薄膜電晶體，另乙個就是液晶本身。下面讓我們先來看看液晶本身。
液晶的分類
我們一般都認為物質都有三態，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， 可能有其它不同的狀態存在。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，物理學家便稱之為液態晶體。
這種液態晶體的首次發現， 距今已經度過一百多個年頭了。 在公元2023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) 的融解行為時發現， 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公升高到178。5度℃， 才形成清澈的等方性液態(isotropic liquid)。 隔年， 在2023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為液晶。 此後， 科學家將此一新發現的性質， 稱為物質的第四態-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， 固體中的晶格因為加熱， 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， 因為種類很多， 所以不同研究領域的人對液晶會有不同的分類方法。 在2023年由g。 friedel利用偏光顯微鏡所觀察到的結果， 將液晶大致分為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:
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。 其秩序引數s(order parameter)趨近於1。
在層狀型液晶層與層間的鍵結會因為溫度而斷裂 ，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為指向矢(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， 就稱之為"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，就稱之為"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， 應該會存在有乙個"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。 主要是因為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)作為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， 也就是其秩序引數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**，是因為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布， 而當其指向矢旋轉360度所需的分子層厚度就稱為pitch。 正因為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布的液晶分子， 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。
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