液晶起源于1888年，是奧地利植物學家萊尼茲發現的一種特殊的混合物質，此物質在常態下處于固態和液態之間，不僅如此，其還兼具固態物質和液態物質的雙重特性，因此就稱之為Liquid Crystal（液態的晶體）。而液晶的組成物質是一種有機化合物，是以碳為中心所構成的化合物。

 

1.1液晶顯示的發展與特點

 

一、液晶顯示的發展過程

 

液晶起源于1888年，是奧地利植物學家萊尼茲發現的一種特殊的混合物質，此物質在常態下處于固態和液態之間，不僅如此，其還兼具固態物質和液態物質的雙重特性，因此就稱之為Liquid Crystal（液態的晶體）。而液晶的組成物質是一種有機化合物，是以碳為中心所構成的化合物。1963年時，美國RCA公司的威廉發現液晶受到電場的影響會產生偏轉的現象，也發現光線射入到液晶中會產生折射現象。在1968年，也就是威廉發現光會因液晶產生折射后的5年，RCA的Heil震蕩器開發部門發表了全球首臺利用液晶特性來顯示畫面的屏幕。在萊尼茲發現液晶物質整整80年后，“液晶”和“顯示器”兩個專有名詞才連結在一起，“液晶顯示器（LCD）”才成為行業的專業名詞。當然，1968年首次亮相的液晶顯示器還不穩定，和日常生活的實際應用還有一段距離。直到1973年，英國大學教授葛雷先生發現了可以利用聯苯來制作液晶顯示器，才使液晶顯示器的產品正式量產出貨，此產品為日本SHARP公司的EL-8025電子計算機提供了屏幕。從此以后，開啟了液晶多方面的應用，也逐漸促成LCD產業的興起。

 

二、液晶顯示的特點

 

1.在各類顯示器件特性比較中，液晶具有下列優點

 

（1）低壓，低功耗

 

極低的工作電壓，只要2～3V，工作電流只有幾個微安，即功耗只有10-6～10-5瓦/cm2。

 

（2）平板結構

 

液晶顯示器的基本結構是兩片導電玻璃，中間灌有液晶的薄型盒。這種結構的優點是：開口率高，最有利于作顯示窗口；顯示面積做大、做小都比較容易；便于自動化大量生產，生產成本低；器件很薄，只有幾個毫米厚。

 

（3）被動顯示型

 

液晶本身不發光，靠調制外界光達到顯示目的，即依靠對外界光的不同反射和透射形成不同對比度來達到顯示目的。

 

（4）顯示信息量大

 

液晶顯示中，各像素之間不用采取隔離措施，所以在同樣顯示窗口面積可容納更多的像素，利于制成高清晰度電視。

 

（5）易于彩色化

 

一般液晶為無色，所以可采用濾色膜很容易實現彩色。

 

（6）長壽命

 

液晶本身由于電壓低，工作電流小，所以幾乎不會劣化，壽命很長。

 

（7）無輻射，無污染

 

CRT顯示中有X射線輻射，PDP顯示中有高頻電磁輻射，而液晶不會出現這類問題。

 

2、液晶顯示也具有下列缺點

 

（1）顯示視角小

 

由于大部分液晶顯示的原理依靠液晶分子的向異性，對不同方向的入射光，反射率不一樣的以視角較小，只有30～40度，隨著視角的變大，對比度迅速變壞。

 

（2）響應速度慢

 

液晶顯示大多是依靠在外電場作用下，液晶分子的排列發生變化，所以響應速度受材料的粘滯度影大，一般均為100～200ms。所以一般液晶在顯示快速移動的畫面時質量不好。

 

1.2常見的液晶顯示器件

 

目前的液晶顯示器可分成扭曲向列型（Twisted Nematic；簡稱TN）、超扭曲向列型（Super Twisted Nematic簡稱STN）和彩色薄膜型（Thin Film Transistors－薄膜晶體管；簡稱TFT）三大種類。

 

一、扭曲向列液晶顯示器（TN-LCD）

 

TN是繼DSM型的液晶材料后所發展的新液晶材料，TN-LCD的最大特點就如同其名稱“扭轉向列”一般，其液晶分子從最上層到最下層的排列方向恰好是呈90度的3D螺旋狀。TN-LCD的出現奠定了現今LCD發展的主要方式，但是由於TN-LCD具有兩個重大缺點，那就是無法呈現黑、白兩色以外色調，以及當液晶顯示器越做越大時其對比會越來越差，使得各種新的技術陸續出現。

 

二、超扭曲向列液晶顯示器件（STN-LCD）

 

STN-LCD的出現是為了改善TN-LCD對比不佳的問題，最大差別點在于液晶分子扭轉角度不同以及在玻璃基板的配合層有預傾角度，其液晶分子從最上層到最下層的排列方向恰好是180度至260度的3D螺旋狀。但是，STN-LCD雖然改善了TN-LCD的對比問題，其顏色的表現依然無法獲得較好的解決，STN-LCD的顏色除了黑、白兩個色調外，就只有橘色和黃綠色等少數顏色，對於色彩的表達仍然無法達到全彩的要求，因此仍然不是一個完善的解決方式。

 

三、彩色薄膜型液晶顯示器件（TFT-LCD）

 

為了改善對于色彩的要求，又發明了TSTN（Triple Super Twisted Nematic）和FSTN（Film Super Twisted Nematic）兩種新技術。TSTN和FSTN的基本構造原理與STN相同，差別在于TSTN在兩片玻璃上加上兩片色補償用薄膜，而FSTN則是加上一片色補償用薄膜。TSTN和FSTN具有高解析度和全彩的優點，完全改善TN的比對度差問題和STN的色彩問題。但可惜的是，TSTN和FSTN卻有液晶分子的反應較慢的問題，在放映數量較大的資料時，會造成無法負荷的缺點，因此也不是完善的解決方式。因此，為了解決此問題，接下來液晶顯示器的研發方向，焦點放在驅動方式的改良。從最早的靜態驅動方式、接下來的動態驅動方式、單純Matrix驅動方式到Active Matrix驅動方式，發展出許多驅動方式。而其中以Active Matrix驅動方式和目前液晶顯示器的發展關系最大，Active Matrix驅動方式的中文名稱為主動矩陣型驅動方式，這種驅動方式是在原本配置畫素的電極交叉處加上一個Active素子，產生了嶄新的點制御模式。而主動矩陣型的驅動方式中又可分為兩種方式，一是MIM（Metal Insulator Metal）方式，利用兩邊金屬中間夾絕緣層做為簡單的Active素子；另一就是TFT（Thin Film Transistor）方式，TFT方式是在原本配置畫素的電極交叉處，再加上一個對向電極，并且在此三個電極的交叉處放置薄膜狀的Active素子。從TN-LCD、STN-LCD到TFT-LCD，液晶顯示器在對比度、解析度和色彩等方面越做越好，產品也越來越普及。而在這三大類的液晶顯示器中，是以TFT-LCD的市場最大，原因是筆記型的熱賣和TFT-LCD顯示器銷售量越來越好的帶動，不僅如此，TFT-LCD還有日漸取代傳統陰極射線管（Cathode Ray Tube；簡稱CRT）屏幕的趨勢，是最有可能登上顯示器霸主寶座的明日之星。