液晶的誕生

　　⑴ 液晶的發現

　　要追溯液晶顯示器的來源，必須先從「液晶」的誕生開始講起。在公元1888年，一位奧地利的植物學家，菲德烈．萊尼澤（Friedrich Reinitzer）發現了一種特殊的物質。他從植物中提煉出一種稱為螺旋性甲苯酸鹽的化合物，在為這種化合物做加熱實驗時，意外地發現此種化合物具有兩個不同溫度的熔點。而它的狀态介于我們一般所熟知的液态與固态物質之間，有點類似肥皂水的膠狀溶液，但它在某一溫度範圍内卻具有液體和結晶雙方性質的物質，也由于其獨特的狀态，後來便把它命名為「Liquid Crystal」，就是液态結晶物質的意思。

　　⑶液晶初次運用

　　雖然液晶早在1888年就被發現，但是真正實用在生活的用品時，卻是在80年後的事情了。 公元1968年，在美國RCA公司（收音機與電視的發明公司）的沙諾夫研發中心，工程師們發現液晶分子會受到電壓的影響，改變其分子的排列狀态，并且可以讓射入的光線産生偏轉的現象。利用這一原理，RCA公司發明了世界第一台使用液晶顯示的屏幕。而後，液晶顯示技術被廣泛地用在一般的電子産品中，舉凡計算器、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）或是數字相機上面的屏幕等等。 令人玩味的是，液晶的發現比真空管或是陰極射線管還早，但世人了解此一現象的并不多，直到1962年才有第一次，由RCA研究小組的化學家喬．卡司特雷諾（Joe Castellano）先生所出版的書籍來描述。而與映像管相同的，這兩項技術雖然都是由美國的RCA公司所發明的，卻分别被日本的索尼（Sony）與夏普（Sharp）兩家公司發揚光大。

液晶的物理特性

　　液晶顯示器是以液晶材料為基本組件，由于液晶是介于固态和液态之間，不但具有固态晶體光學特性，又具有液态流動特性，所以已經可以說是一個中間相。而要了解液晶的所産生的光電效應，我們必須來解釋液晶的物理特性，包括它的黏性（visco-sity）與彈性（elasticity）和其極化性（polarizalility）。液晶的黏性和彈性從流體力學的觀點來看，可說是一個具有排列性質的液體，依照作用力量不同的方向，應該有不同的效果。就好像是将一把短木棍扔進流動的河水中，短木棍随着河水流着，起初顯得淩亂，過了一會兒，所有短木棍的長軸都自然的變成與河水流動的方向一緻，這表示着次黏性最低的流動方式，也是流動自由能最低的一個物理模型。

此外，液晶除了有黏性的反應外，還具有彈性的反應，它們都是對于外加的力量，呈現了方向性的效果。也因此光線射入液晶物質中，必然會按照液晶分子的排列方式行進，産生了自然的偏轉現象。

至于液晶分子中的電子結構，都具備着很強的電子共轭運動能力，所以當液晶分子受到外加電場的作用，便很容易的被極化産生感應偶極性（induced dipolar），這也是液晶分子之間互相作用力量的來源。而一般電子産品中所用的液晶顯示器，就是是利用液晶的光電效應，藉由外部的電壓控制，再透過液晶分子的折射特性，以及對光線的旋轉能力來獲得亮暗情況（或者稱為可視光學的對比），進而達到顯像的目的。

液晶屏工作原理

　　簡單的來說，屏幕能顯示的基本原理就是在兩塊平行闆之間填充液晶材料，通過電壓來改變液晶材料内部分子的排在列狀況，以達到遮光和透光的目的來顯示深淺不一，錯落有緻的圖象，而且隻要在兩塊平闆間再加上三元色的濾光層，就可實現顯示彩色圖象。

　　認識了它的結構和原理，了解了它的技術和工藝特點，才能在選購時有的放矢，在應用和維護時更加科學合理。液晶是一種有機複合物，由長棒狀的分子構成。在自然狀态下，這些棒狀分子的長軸大緻平行。LCD第一個特點是必須将液晶灌入兩個列有細槽的平面之間才能正常工作。這兩個平面上的槽互相垂直(90度相交)，也就是說，若一個平面上的分子南北向排列，則另一平面上的分子東西向排列，而位于兩個平面之間的分子被強迫進入一種90度扭轉的狀态。由于光線順着分子的排列方向傳播，所以光線經過液晶時也被扭轉90度。但當液晶上加一個電壓時，分子便會重新垂直排列，使光線能直射出去，而不發生任何扭轉。

LCD的第二個特點是它依賴極化濾光片和光線本身，自然光線是朝四面八方随機發散的，極化濾光片實際是一系列越來越細的平行線。這些線形成一張網，阻斷不與這些線平行的所有光線，極化濾光片的線正好與第一個垂直，所以能完全阻斷那些已經極化的光線。 隻有兩個濾光片的線完全平行，或者光線本身已扭轉到與第二個極化濾光片相匹配，光線才得以穿透。LCD正是由這樣兩個相互垂直的極化濾光片構成，所以在正常情況下應該阻斷所有試圖穿透的光線。但是，由于兩個濾光片之間充滿了扭曲液晶，所以在光線穿出第一個濾光片後，會被液晶分子扭轉90度，最後從第二個濾光片中穿出。

另一方面，若為液晶加一個電壓，分子又會重新排列并完全平行，使光線不再扭轉，所以正好被第二個濾光片擋住。總之，加電将光線阻斷，不加電則使光線射出。當然，也可以改變LCD中的液晶排列，使光線在加電時射出，而不加電時被阻斷。但由于液晶屏幕幾乎總是亮着的，所以隻有"加電将光線阻斷"的方案才能達到最省電的目的。

往期回顧：

液晶屏的種類，液晶屏的原理

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