《液晶显示器和液晶电视维修核心教程》——1.2 液晶的发展历史
本節書摘來自異步社區《液晶顯示器和液晶電視維修核心教程》一書中的第1章,第1.2節,作者: 田佰濤 更多章節內容可以訪問云棲社區“異步社區”公眾號查看。
1.2 液晶的發展歷史
本節主要介紹液晶的來源、液晶的特點、液晶的顯示原理,目的在于使讀者詳細了解液晶這種物質的歷史與特性。
1.2.1 液晶的來源
要追溯液晶顯示器的來源,必須先從液晶的誕生開始講起。公元1888年,一位奧地利的植物學家從植物中提煉出一種稱為螺旋性甲苯酸鹽的化合物。當他在為這種化合物做加熱實驗時,意外地發現它具有兩個不同溫度的熔點。而它的狀態介于我們一般所熟知的液態與固態物質之間,有點類似肥皂水的膠狀溶液。但是它在某一溫度范圍內卻又具有液體和晶體的雙重性質。由于其獨特的存在形式,后來被命名為Liquid Crystal,即液態結晶物質。不過,雖然液晶早在公元1888年就被發現,但是真正在生活中使用液晶屏顯示,卻是20世紀80年以后的事情了。
公元1968年,美國RCA公司(收音機與電視機的發明公司)的沙諾夫研發中心的工程師們發現液晶分子會受到電壓的影響,從而改變其分子的排列狀態,并且可以讓射入的光線產生偏轉現象。利用此原理,RCA公司發明了世界第一臺使用液晶顯示的屏幕。之后,液晶顯示技術被廣泛用在一般的電子產品中,如計算器、電子表、手機屏幕、醫院所使用的儀器(因為有輻射計量的考慮)、數字相機上面的屏幕等。然而令人費解的是,雖然液晶的發現比真空管或陰極射線管還早,但了解此現象的世人并不多,直到1962年才出現第一本由RCA研究小組的化學家撰寫的描述液晶的書。而與陰極射線管相同的是,這兩項技術雖然都是由美國的RCA公司所發明的,卻分別被日本的索尼(Sony)與夏普(Sharp)兩家公司發揚光大。
1.2.2 液晶的特點
液晶顯示器以液晶材料為基本組件。液晶介于固態和液態之間,不但具有固態晶體的光學特性,又具有液態的流動特性。要了解液晶所產生的光電效應,必須先解釋液晶的物理特性,包括黏性(viscosity)、彈性(elasticity)和極化性(polarizability)。從流體力學的觀點來看,液晶可以說是一種具有排列性質的液體,依照作用力方向的不同,會產生不同的效果。這就好像將一根短木棍扔進流動的河水中,短木棍隨著河水流動,起初顯得凌亂,短木棍的所有長軸都自然地變成與河水的流動方向一致,這意味著以黏性最低的方式流動,同時它也是流動自由的一個物理模型。此外,液晶除了有黏性的反應外,還具有彈性的反應,它們對于外加的力量都呈現方向性的效果。因此,當光線射入液晶物質中時,必然會按照液晶分子的排列方式行進,進而產生自然的偏轉現象。液晶分子中的電子結構具備著很強的電子共軛運動能力,所以,當液晶分子受到外加電場的作用時,很容易被極化產生感應偶極性(induced dipolar),這正是液晶分子之間互相作用力的來源。
1.2.3 液晶的顯示原理
液晶的顯示原理簡單地說,就是將置于兩個電極之間的液晶通電,液晶分子的排列順序在電極通電時會發生改變,從而改變透射光的光路,實現對影像的控制。TFT液晶面板由表及里分別由表層保護玻璃、三元色濾光板、偏光板、沉積在玻璃基板上的TFT晶體管(薄膜晶體管)電極、液晶、同樣沉積在玻璃基板上的共通電極、底層偏光板、背光板(導光)和背光燈源組成。光由底層透射進來,經過液晶和偏光板的共同控制,并借助濾光板產生五彩繽紛的圖像。
按物理結構來分,常見的液晶顯示器可分為以下幾種:TN型液晶顯示器、STN型液晶顯示器、DSTN型液晶顯示器和TFT型液晶顯示器。前3種液晶顯示器都屬于無源矩陣LCD,它們的原理基本相同,不同之處只是各個液晶分子的扭曲角度略有差異而已。其中,DSTN(俗稱“偽彩”)顯示效果比較差,比黑白圖像稍微好一點,在早期的筆記本電腦、液晶顯示器及掌上游戲機上廣為應用,但由于它必須借助外界光源來顯像,所以在應用上有很大的局限性。但這些早期的反射型單色或彩色、沒有背光設計的LCD可以做得更薄、更輕和更省電,如果能在技術上對其進行革新,它們對于掌上型計算機和游戲機來說還是非常有用的。而TFT薄膜晶體管型有源矩陣LCD則是當前應用的主流,它具有屏幕反應速度快、對比度好、亮度高、可視角度大及色彩豐富等眾多優點。
總結
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