液晶材料的种类特性及其应用

的材料以氟系化合物為主。
*液晶化合物之分子長軸方向的氟數增加時，則其非子長軸方 向的雙極子動量變低。
*液晶鐵電異方向性的增加，可經由核心部結構內之極性基的
導入結合，以達到其粘度將降低的，但是當逆向導入時則其 液晶的鐵電異方向性變小。
9-2.2 液晶材料的種類
*向列型液晶材料的代表性分子結構
9-2.2 液晶材料的種類
9-2.1 液晶材料的發展歷程
*1973年後為液晶實用化和應用研究多樣化時期，日本的sharp和
Seiko-Epson改朝向向列型液晶平面顯示器，1972年P.Brody提出 主動性矩陣型模式，1980到1983年則有鐵電性液晶平面顯示器， 1983到1985年發明超向列型液晶平面顯示器(STN-LCD)。 *1980年日立試作低溫多晶矽薄膜電晶體液晶平面顯示器 (LTPS TFT-LCD) *1990年代彩色超向列型液晶平面顯示器之筆記型電腦 *1991年彩色非晶矽薄膜電晶體液晶平面顯示器之筆記型電腦 *1996年低溫多晶矽薄膜電晶體液晶平面顯示器的數位相機 *2000年低溫多晶矽薄膜電晶體液晶平面顯示器結合有機 電激光顯示器成為新一代省電及高解析度的顯示器
和圓盤狀碟形向列型液晶
9-2.2 液晶材料的種類
*液晶依規則位置而有不同的分類示意圖
9-2.2 液晶材料的種類
*液晶化合物分子構造的基本條件而言，事實上它的幾何學上 是非對稱性的。
*液晶平面顯示器最初實用化的是1973年使用動態散射模式的
電算機。具有大容量功能的超向列扭曲模式(STN Mode)，則是 使用有較大彈性係烯烴(Alkenyl)系化合物的液晶材料，此一類
*代表性氟化物液晶的化學構造以及特性
9-2.2 液晶材料的種類 *距列型或層狀型液晶材料，可分為鐵電性液晶和反鐵電性 鐵電性液晶(FLC) *鐵電性液晶是由Meyer於1974年發現的，然後於1979 年發表表面安定化鐵電性液晶平面顯示器，鐵電性液晶是以 簡單矩陣式驅動的並期待具有高響應、高解析度和大畫面的應用 * Meyer認為要獲得鐵電性液晶的條件，有分子長軸和垂直方向應 有永久偶極矩、無消旋體、具有向列型液晶C相。鐵電性液晶在 電場施加時，其響應時間與鐵電性液晶的自發極化成反比，與粘 性係數成正比。 *要獲得較高的響應速度，自發極化要大、粘性係數要小。 *自發行極化的改善對策，是在對掌性或光學活性結構中心倒入 大的永久雙偶極矩、對掌性中心置於核心結構附近，以及複數 的對掌性中心導入等設計理念，大的自發極化值之達成，可經 由非對稱性碳原子和永久偶極矩(Permant Dipole Moment)
參考資料 :http://www.digital.idv.tw/DIGITAL/Classroom/MROH-CLASS/oh62/index-oh62.htm
附錄:
同 CRT 陰極射線管一樣，液晶雖早在1888年就被發現（實際上，但是實際應 用在生活周遭時，已是80年後的事了。因為液晶在兩次大戰中對軍事用途的 幫助不大，以致於 其發展落後 CRT 甚多。比較重要的是 1922 年 Oseen 和 Zöcher 這兩位科學家為液晶確立狀態變化之方程式。一直到了 1968年美國 RCA公司工程師們利用液晶分子受到電壓的影響而改變其分子的排列狀態，並 且可以讓入射光線產生偏轉的現象之原理，製造了世界第一臺使用液晶顯示
6.分子的配列性以及其秩序度高而有效的增加其對比性
9-2.2 液晶材料的種類 *向列型液晶材料(Nematic)，近年來主要開發，集中於主動
式矩陣驅動的液晶平面顯示器(AM-LCD)，在AM-LCD用的液晶
化合物中，其要求的特性有高的比電阻、低的粘度、正的鐵 電率異方向性、高的化學和光化學的安定性，符合這些特性
Schlieren狀
*距列型I、F液晶相的組織有破扇狀、Schlieren狀、瑪賽克狀、 筋條狀和Paramorp-hotic狀。
記型電腦、行動電話、個人助理機和攜帶式消費性產品等。 *較難實現之廣視野角、高畫質化和高速化等問題，均因新的
材料、新的組合設計和新的驅動方式之發展，而實現了輕薄
短小和替代性映像管監視器和電視的功能。 *液晶材料 (Liquid Crystal) 在液晶平面顯示器的組成結構 上所擔任的角色是相當地重要，雖然其種類有數萬種，但真 正使用的也僅有數十多種。
9-1 前言 9-2 液晶材料的發展歷程及其種類 1.液晶材料的發展歷程
2.液晶材料的種類
9-3 液晶材料的特性及其應用
1.液晶材料的特性及其測量
2.液晶材料之光電科技領域的應用
9-4 液晶材料所面臨的課題與未來的展望
9-1 前言
*液晶平面顯示器的技術發展趨於成熟階段，而且其應用面也
隨著資訊、通訊和網路技術的進步而被大量地運用，例如筆
9-1 前言 *液晶平面顯示器基本結構以及液晶分子的角色
附錄: 液晶的誕生來自於一項非常特殊物質的發現，早在 1850 年 Virchow, Mettenheimer 和 Valentin 這三個人就發現 nerve fibre 的粹取物中含有這種不尋常的東西。到了 1877 年德國 物理學家 Otto Lehmann 運用偏極化的顯微鏡首次觀測到了液 晶化的現象，但他對此一現象的成因並不瞭解。直到西元1888 年，奧地利的植物學家 Friedrich Reinitzer（1857-1927） 發現了螺旋性甲苯酸鹽的化合物（cholesteryl benzoate）， 確認了這種化合物在加熱時具有兩個不同溫度的熔點，在這兩 個不同的溫度點中，其狀態介於一般液態與固態物質之間，類 似膠狀，但在某一溫度範圍內其又具有液體和結晶雙方性質， 由於其特殊的狀態。Reinitzer 後來走訪 Lehmann 深入探討這 種物質的表現，其後兩人便命名這種物質為「Liquid Crystal」，就是液態結晶物質的意思。Reinitzer 和 Lehmann 這兩人被譽為液晶之父。
的螢幕。由此開始，加上了1970年代日本 SONY 與 Sharp 兩家公司對液晶顯
示技術全面開發與應用，讓液晶顯示器成功的融入現代的電子產品之中。
參考資料 :http://www.digital.idv.tw/DIGITAL/Classroom/MROH-CLASS/oh62/index-oh62.htm
9-1 前言 *液晶狀態被喻為是自然界中物質的第四狀態，而有別於固態 、液態和氣態的物質三大狀態，液晶分子是一種具有光學異 方向性和流動性之結晶性液體，是一種機能性材料 *液晶依其分子排列方式，分為向列型(Nematic)、距列型 (Smectic)、膽固醇型(Cholesteric)、圓盤型(Disotic) *若依對外在因素的影響，有溶致型的(Lyotropic)、熱致型 (Thermotropic) *若依分子量來分，有低分子型和高分子型 *若依溫度的因素，有互變轉換型(Enantiotropic)、單變轉換型 (Monotropic) *在高分子的液晶有主鏈型和側鏈型 *液晶的發現最早是在19世紀，經由多年的研究才成功的開發出 液晶平面顯示器的應用
9-2.2 液晶材料的種類
*距列型或層列型液晶材料
的代表性分子結構
9-2.2 液晶材料的種類
*代表性ห้องสมุดไป่ตู้電性液晶的分子結構
9-2.2 液晶材料的種類
*反鐵電性液晶(AFLC)，是在電場的驅動下，由反鐵電性液晶
轉換成鐵電性液晶的一種物理現像。 *在低分子液晶的AFLC中，核心構造的笨環和共軛之笨基結合 並與非對稱性碳原子鄰接者，在非對稱性中心將CH3基結合的 狀況，要比將CF3基結合來的有安定的反鐵電性，另外在高分 子液晶得AFLC中，核心構造的部份連接奇數的探碳鏈，也可 以獲得反鐵電性的配列。 *膽固醇液晶材料不具有液晶性，但是當其氫氧基被鹵素取代成 鹵素化合物，以及和碳酸或脂肪酸產生酯化反應之膽固醇衍生 。膽固醇液晶材料具有特殊螺旋結構，而引發選擇性光散射、 旋光性和圓偏光雙色性，可以利用膽固醇型液晶材料的外加電
9-2.1 液晶材料的發展歷程 *1854~1889年代，德國生理學家R.C.Virchow發現自然界的Myelin 物質，此是一種溶致型液晶，在適當的水份混合後，會呈現光學 異方向性之有機分子集合體。 *液晶材料的發現，正式於1988年，將膽固醇的笨二甲酸或以酸 加熱到145度時，有白濁稠狀液體，再加熱至178度，會變成透明 液體，冷卻下來則有紫色、橙紅色、綠色等不同顏色變化。 *1920後時期，為液晶合成的開始及分類的確定，Friedel博士將 液晶分類成層列型或距列型、向列型、膽固醇型.. *1960到1968年代，為液晶應用研究的蓬勃時期，G.H.Heilmeir 博士發現動態散射模式(DSM)，而使應用朝向液晶平面顯示器 *電控複折射(ECB)的動作模式於1971年提出，後來發明扭曲向列型 液晶平面顯示器，應用在汽車儀表和電子錶上
*早期大部份的液晶材料需於100度左右才具有液晶性質，因而
影響到其實用性，一般液晶材料合成時所需考量的重點有:
1.具有光合熱的化學安定度以及使用壽命較長 2.寬廣的使用溫度區域，可適用於不同的低溫或者高溫的環境
3.液晶的黏度值低而易產生高速響應速度
4.鐵電異方向性大而適合於低電壓操作 5.複折射率的變化性可有效地增加其對比性
9-2.1 液晶材料的發展歷程
*動態散射模式(Dynamic Scattering Mode,DSM)示意圖
9-2.2 液晶材料的種類
*液晶是同時具有液體的流動性和結晶的異方向性之物質狀態 *液晶材料有各種不同的種類，其配列構造之位置秩序來分類 則有一因次液晶、二因次液晶、三因次液晶 1.一因次液晶有碟盤狀液晶相 2.二因次液晶具有層狀結構之層列型或距列型液晶相 3.三因次液晶為具有方向秩序之棒狀向列型液晶相
的材料廣泛使用於超向列扭曲模式液晶材料，現還有向列扭曲
模式和超向列扭曲模式的液晶常用材料，為1977年後發現的 基環已烷系(Phenyl-Cyclo hexane)為材料
*因應畫質和表示容量的發展，在1985年成功製做出主動矩陣
驅動式薄膜電晶體的小型電視，進而發展到筆記型電腦的應用
9-2.2 液晶材料的種類
壓、氣體吸附和溫度等因素而引發色彩的變化
9-2.2 液晶材料的種類 *代表性反鐵電性液晶的分子結構
9-2.2 液晶材料的種類
*膽固醇液晶材料的分子結構
9-2.2 液晶材料的種類
*高分子型液晶材料稱為高分子液晶，主要是因為結構為高分子 骨骼結構和剛直的液晶分子基或液晶元(Mesogen)所組成，其分 類有主鏈型、側鏈型和複合型的高分子結構。 *高分子液晶與低分子液晶同存在有因添加溶劑，而產生液晶性的 溶致型高分子液晶，以及因溫度變化而產生液晶性的熱致型高分 子液晶。 *高分子液晶可分為向列型液晶、距列型液晶、膽固醇液晶、碟盤 型液晶。 *另外還有主鏈型高分子液晶材料，是液晶分子基或液晶元連接於 高分子的骨骼上;側鏈型高分子液晶材料，是液晶分子基連接 於高分子主骨骼的旁邊。 *主鏈型高分子液晶材料主要是應用於高性能高分子材料開發，側 鏈型則是用於高機能性高分子材料的應用
9-2.2 液晶材料的種類
*代表性高分子型液晶分子結構
9-2.2 液晶材料的種類 *不同高分子型液晶分子結構分類圖
9-2.2 液晶材料的種類
*高分子型液晶分子配列結構圖
9-2.2 液晶材料的種類
*液晶的組織結構因液晶的種類不同而異，向列型液晶相的組 織結構有纖維狀、水滴狀、Schlieren、和大理石花紋狀 *膽固醇型液晶相的組織結構有扇狀、平面狀、指紋狀、血小板 、藍色相 *矩陣型A液晶相的組織結構有破扇狀、多角形狀、扇狀、短棒狀 *距列型C液晶相的組織有破扇狀、大理石花紋狀、筋條扇狀、
附錄:
液態晶體
Liquid Crystal
加熱 加熱
冷卻
冷卻
固體結晶
液晶
液體
參考資料 :張文固博士-平面顯示器技術
附錄:
晶體： 有光軸，不能隨器成形。光軸不能隨空間連續 變化。
液晶： 有光軸，可以隨器成形。光軸可以隨空間連續 變化。
液體： 沒有光軸，可以隨器成形。
參考資料 :張文固博士-平面顯示器技術