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高分子概論期末報告 液晶顯示器(LCD) 化材三甲 王宏育 侯克葳 張介柏
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目錄 簡史 構造 原理 材料介紹 未來展望 資料來源
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簡史 1888年，一位奧地利的植物學家便發現了液晶特殊的物理特性。
第一台可操作的LCD基於「動態散射模式」（Dynamic Scattering Mode, DSM），美國無線電公司（RCA）喬治·海爾曼帶領的小組開發了這種LCD。海爾曼建立了奧普泰公司，這個公司開發了一系列基於這種技術的的LCD。 1970年12月，液晶的旋轉向列場效應在瑞士被仙特和赫爾弗里希於霍夫曼-勒羅克中央實驗室註冊為專利。但於前一年的1969年，詹姆士·福格森在美國俄亥俄州肯特州立大學便已發現了液晶的旋轉向列場效應，並於1971年2月在美國註冊了相同的專利。1971年，他的公司（ILIXCO）生產了第一台基於這種特性的LCD，很快取代了效能較差的DSM型LCD。在1985年之後，這一發現才產生了商業價值。1973年，日本的夏普公司首次將它運用於製作電子計算器的數位顯示。
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構造
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結構上LCD 面板由四個元件購成 一、背光組﹝燈管﹞ 背光組：一般俗稱燈管組，由陰極管以後端照光方式將光線送入導光板，光源以全反射作用進入導光板之擴散點經由擴散片將光線往各個角度四處擴散，此時大約有40~50%的光線會由導光板之正面透出，剩下無法擴散之光線再由底部之反光板再次導入導光板以目前之技術已可將85% ~ 90%進入光源由正面導出。
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二、偏光組 將背光組之雜亂之光線排列為單方向之光線其功能很像CRT之偏向線圈。
三、彩色過濾鏡組 顏色之深淺可由變化液晶分子電流電場強弱改變，至於顏色之決定則控制於三層彩色濾光片身上，藉由不同之濾鏡產生不同之色階，進一步透過三原色混色達到1.6百萬色素。
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四、玻璃基板與薄膜晶體 在早期<第1代~第3代>此部份為量產技術最難突破之處，原因為基板本身材質很薄，內部又有幾百萬個液晶分子之高精密科技，再加上本身體積又不小，切割時稍不小心即會產生不良，故良率一直偏低，直至近期 3.5 ~4代生產線之技術，成本才算相對降低，其原理為將液晶分子通電經由背光產生因暗影，產品一個點，點構成線構成面形成一個畫面。
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原理 由於液晶顯示器是以液晶分子材料為基本要素，將這白濁的液晶分子夾在經過配向處理的兩片玻璃板之間。 在不加電壓下，光線會沿著液晶分子的間隙前進而轉折90度，所以光可通過。但加入電壓後，光順著液晶分子的間隙直線前進，因此光被濾光板所阻隔。 這個介於固態與液態之間的中間態分子，不但具有液體易受外力作用而流動的特性，亦具有晶體特有的光學異方向性質，所以能夠利用外加電場來驅使液晶的排列狀態改變至其他指向，造成光線穿透液晶層時的光學特性發生改變，此即是利用外加的電場來產生光的調變現象，我們稱之為液晶的光電效應。利用此效應可製作出各式的液晶顯示器，如扭轉向列型液晶顯示器、超扭轉向列型液晶顯示器、及薄膜電晶體液晶顯示器 等。
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液晶介於兩片透明導電之銦錫氧化物(ITO)電極之間，經由加在ITO電極上的電壓高低可以控制不同的液晶排列方向(如圖二)，而液晶的排列方向與光線的穿透量有關,進而造成畫素的亮暗程度不同，這就是灰階的控制原理(顏色則是由彩色濾光片產生)。此畫素的灰階是由資料驅動器(Data Driver)所能提供的分電壓數目決定。
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材料介紹 組成LCD的元件大概分為下列幾種: 1.玻璃基板 2.ITO薄膜 3.彩色濾光片 4.偏光板 5.液晶 6.背光模組
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玻璃基板 ( 1 )浮式法： 為目前最著名的平板玻璃製造技術，該法係將熔爐中熔融之玻璃膏輸送至液態錫床，因黏度較低，可利用檔板或拉桿來控制玻璃的厚度，隨著流過錫床距離的增加，玻璃膏便漸漸的固化成平板玻璃，再利用導輪將固化後的玻璃平板引出，再經退火、切割等後段加工程式而成。
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( 2 )流孔下引法： 就平面顯示器所需的特殊超薄平板玻璃而言，有不少廠商是使用流孔下引法技術生產，該法係以低黏度的均質玻璃膏導入鉑合金所製成的流孔漏板( Slot Bushing )槽中，利用重力和下拉的力量及模具開孔的大小來控制玻璃之厚度，其中溫度和流孔開孔大小共同決定玻璃產量，而流孔開孔大小和下引速度則共同決定玻璃厚度，溫度分佈則決定玻璃之翹曲，以流孔下引法技術拉制超薄平板玻璃
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( 3 )溢流熔融法： 採用一長條型的熔融幫浦( Fusion Pump )，將熔融的玻璃膏輸送到該熔融幫浦的中心，再利用溢流的方式，將兩股向外溢流的玻璃膏於該幫浦的下方處再結合成超薄平板玻璃。 熔融溢流技術可以產出具有雙原始玻璃表面的超薄玻璃基材，相較於浮式法(僅能產出的單原始玻璃表面)及流孔下拉法(無法產出原始玻璃表面)，可免除研磨或拋光等後加工製程，同時在平面顯示器製造過程中，也不需注意因同時具有原始及與液態錫有接觸的不同玻璃表面，或和研磨介質有所接觸而造成玻璃表面性質差異等，已成為超薄平板玻璃成型之主流。
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ITO薄膜 銦錫氧化物（ITO）薄膜，具備有極佳的導電特性（電阻係數可至 2 × 10-4 Ω-cm下），及可見光（400~700nm）之透光率≧85%，一直是學術界及工業界積極研究應用之對象。 ITO薄膜的導電機制，係利用Sn摻入In2O3取代In時所多出的一個電子，及氧的缺位產生的電洞(1)；以促使ITO薄膜之電子結構傳導特性提昇。使得ITO薄膜具有更多發展的可能性，例如摻雜不同的雜質可以使ITO 成為p-type 或n-type 的半導體。 ITO 透明導電薄膜其本身具有良好導電性；並且具透光性及高紅外線反射性，現階段發展之ITO薄膜用途極為廣泛，可用於平面顯示器、太陽能電池及光電偵測器等透明電極上，亦可應用於透明加熱元件、抗靜電膜、電磁波防護膜等電子、光學及光電裝置上；其特殊的光學特性可應用於節省能源的防反光塗佈及熱反射膜等。
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彩色濾光片 彩色濾光片基本結構是由玻璃基板（Glass Substrate），黑色矩陣（BlackMatrix），彩色層（Color Layer），保護層（Over Coat），ITO導電膜組成彩色濾光片生產歷史中曾出現印刷法、染色法、染料分散法、電著法、乾膜法等等，但目前最主流的量產方式為顏料分散法（Pigment Dispersed Method），其中顏料分散型彩色光阻（Pigment Dispersed Color Resist，PDCR）為形成彩色層之原材料，具備高信賴性、高解析度、及耐高溫特性，廣為業者採用。
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偏光板 偏光板原理係將一般不具偏極性的自然光轉變成偏極光，當沒有偏光板時，光線可自由進出液晶槽，不受外加電場的影響，但在上下層各外加偏光板後，光線的透過就可用外加電場加以控制，使得視覺上可以感受到明暗的變化。 偏光板基本結構是由幾層厚度僅數十μm薄膜材料貼合而成，其中最主要的偏光子是利用透光性良好的高分子薄膜吸附上二色性物質，幾秒內使碘離子或染料擴散滲入內層的PVA中，微熱後用人工或機械拉伸，直到數倍長度，且在變長的同時也將變得又薄又窄，原本PVA分子為任意角度無規則性分布，受力拉伸後分子就逐漸偏轉於作用力方向上，而附著在PVA上的碘離子或染料也就隨之有方向性，因此可吸收平行於其排列方向的光束電場分量，只讓垂直方向的光束電場分量通過，
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液晶 液晶，即液態晶體（Liquid Crystal，LC），是相態的一種，因為具有特殊的理化與光電特性，20世紀中葉開始被廣泛應用在輕薄型的顯示技術上。 人們熟悉的物質狀態為氣、液、固，較為生疏的是電漿和液晶。液晶相要具有特殊形狀分子組合始會產生，它們可以流動，又擁有結晶的光學性質。液晶的定義，現在已放寬而囊括了在某一溫度範圍可以是現液晶相，在較低溫度為正常結晶之物質。而液晶的組成物質是一種有機化合物，也就是以碳為中心所構成的化合物。同時具有兩種物質的液晶，是以分子間力量組合的，它們的特殊光學性質，又對電磁場敏感，極有實用價值。
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背光模組 通常導光板導光方式有三種(把燈管光源→面光源) 1.狹窄化方式(改變光路徑來導光) 2.微結構方式(靠結構來改變光路徑)
3.擴散點方式
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未來展望 基板薄型輕量化：為了謀求薄型化、輕量化，一則使用更薄的玻璃，二則使用塑膠做為基板。在玻璃基板方面，目前被動式液晶顯示器的主流為 0.5 毫米厚度的玻璃基板，而藉由將玻璃基板厚度做到 0.4 毫米、0.3 毫米，以達到輕量化之目的。 另外，傳統的液晶顯示器主要是玻璃基板與液晶材料所組成，但因玻璃具有容易碎、不耐衝擊、以及較大厚度與重量等先天缺點。因此，此類基板將逐漸無法滿足新一代產品應用之輕量、薄型化與可撓曲、摺疊使用等需求。所以，利用「塑膠材質」來取代「玻璃基板」是個不錯的解決方案，不但改善了玻璃基板的缺點，同時因塑膠本身具備可撓曲性及薄型化，更可提供新世代平面面板較寬廣的設計。相信在未來，我們只需帶著一份可摺疊或撓曲，且如文件般薄的顯示器件，即可透過無線電通訊傳輸界面來做資訊的接收與發送。
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反射式產品的省電化：反射型液晶顯示器因不須配置背光模組，直接利用周遭環境光的照明為光源，可大幅減少電源功率的消耗，也降低整個顯示器件的製作成本。與傳統的穿透式彩色液晶顯示器相比，反射式彩色液晶顯示器具有較低耗電量、較薄厚度、較輕重量等優點，比一般穿透式彩色液晶顯示器可省下60％以上的耗電量，使得資訊產品的工作時間可以增加許多。因此，適合搭載於可攜式的資訊產品上，做為終端顯示器件。
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資料來源 http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1206042412684
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