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液晶面板军备竞赛开始了 你对这些知识了解多少?

2017-03-28 06:43
月城清浅
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去年最火热的产业消息就是鸿海富士康把日本夏普合并了,对于日本人来说很难接受,但是对中国人来说却是一个胜利里程碑,最近广东最火热的科技产业新闻就是富士康联合日本夏普子公司堺显示器制品株式会社(Sakai Display Production,以下简称SDP)要在广州增城盖一座最新的10.5代8k液晶显示器工厂,投资610亿人民币。

为什么是广州?液晶产业有多重要?我估计现在90%的家庭的电视都已经使用液晶电视了,什么是十点五代线?STN-LCD,TFT-LCD到底这些英文缩写名词代表什么?LCD产业跟LED产业有什么相关?如果大家有老叶前面几篇文章的科普知识的基础,那么现在这些疑问我就可以开始跟大家揭晓了!

液晶:像晶体的液体

“液晶(LC:Liquid Crystal)”是一种液态高分子(塑胶)材料,它的分子与分子相距较远而无法形成键结,在常温下是“液体”,但是分子与分子彼此互相影响力却很大,所以排列得很整齐,有点像是“固体(晶体)”,因此我们将这种像是固体(晶体)的液体称为“液晶”。

液晶分子为细长型棒状结构,沿长轴方向具有“极性(Dipole)”,也就是分子的一端带正电而另一端带负电,如图一(a)所示,图中C代表碳原子、H代表氢原子、N代表氮原子,整个分子看起来是细长型棒状结构,我们习惯将它简化成图一(b),其中箭头称为“指向(Director)”,箭头的方向代表分子带正电的一端。

图一  液晶分子的特性与种类

三种液晶分子,只有一种商用多

液晶分子的种类有许多种,包括向列型液晶(Nematic LC)、层列型液晶(Smectic LC)、胆固醇型液晶(Cholesteric LC)等,但是常见的只有两种:

a.向列型液晶(Nematic LC):向列型液晶分子的排列情形如图一(c)所示,每个分子的长轴都是互相平行,而且方向一致。由于向列型液晶分子对外加电场的反应较大,因此目前商业上生产的液晶显示器大多使用这种液晶分子。

b.层列型液晶(Smectic LC):层列型液晶分子的排列情形如图一(d)所示,每个分子的长轴都是互相平行,而且方向一致,分子排列规则性更明显,分子之间不但互相平行,而且有分层的组织。由于向列型液晶分子对外加电场的反应较小,因此比较不适合作为液晶显示器使用。

液晶分子的转动:怎么样在玻璃板上外加电压?

液晶分子为细长型棒状结构,沿长轴方向具有「极性(Dipole)」,也就是分子的一端带正电而另一端带负电,因此当我们对液晶分子外加电压,会使液晶分子转动,如图二所示,我们先将两片玻璃板互相平行迭起来,再将液晶分子注入两片玻璃板之间,当我们对两片玻璃板「不加电压」或「外加电压」,液晶分子会有不同的排列情形,换句话说,我们是“利用外加电压使液晶分子转动”。

图二  液晶分子的转动

a.外加电压:当两片玻璃板外加电压时,液晶长轴与玻璃板垂直,我习惯称这种情形是「液晶分子站在玻璃上」,如图二(a)所示,由图中可以看出,液晶分子带正电的一端受到带负电的玻璃板吸引,而液晶分子带负电的一端受到带正电的玻璃板吸引,所以才会站在玻璃上。

b.不加电压(Normal):当两片玻璃板不加电压时,液晶长轴与玻璃板平行,我习惯称这种情形是「液晶分子躺在玻璃上」,如图二(b)所示。科学家们习惯称一个系统没有外加电压的情形为「Normal」。

大家有没有觉得奇怪,玻璃好像不会导电耶,怎么样在玻璃板上外加电压呢?好奇吗?赶快看下去吧!

液晶具有「双折射性(Birefringence)」,光的偏振方向会受液晶分子的影响而旋转,如图三所示,我们先将两片玻璃板互相平行迭起来,再将液晶分子注入两片玻璃板之间,当我们对两片玻璃板「不加电压」或「外加电压」,液晶分子会有不同的排列情形,此时通过玻璃板的偏振光会受到液晶分子的影响,而使偏振方向改变:

图三  液晶分子对偏振光的影响

.不加电压(Normal):当两片玻璃板不加电压时,液晶分子躺在玻璃上,如图三(a)所示,由图中可以看出,当「水平偏振光」通过「躺在玻璃上的液晶分子」,它的偏振方向会自动旋转90?,变成「垂直偏振光」,然后再离开玻璃板。

.外加电压:当两片玻璃板外加电压时,液晶分子站在玻璃上,如图三(b)所示,由图中可以看出,当「水平偏振光」通过「站在玻璃上的液晶分子」,它的偏振方向会维持不变,保持「水平偏振光」,然后再离开玻璃板。

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