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手抄本一、绪论人类生活在社会上，每时每刻都和外界交流信息，其中视觉获得的信息大概占70%以上，可见最大量的信息是由眼睛获得的。
同时，视觉信息也最准确最可靠最及时。
将各种信息转化为视觉信息的过程称之为显示，这种转化技术称之为显示技术。
从光学的角度来看，只需将显示器在透明态，吸收态，散射态，反射态中之任意两个状态之间改变造成一定的反差，即可显示图案或文字。
液晶显示是近年来发展最快的显示技术，它以扁平，轻巧，被动发光，低电压，低功耗，可与IC电路直接配合等优点而迅速增大市场，品种也不断增多。
现有的液晶显示器可分为三大类：旋转偏振面，吸收和散射。
现在应用最广泛的一类是旋转偏振面，其中包括半波片液晶显示器（π CELL），扭曲向列相液晶显示器（TN）和超扭曲向列相液晶显示器（STN）等。
本讲义的目的是为了培养STN生产线的技术人员，使他们能理解STN的工作原理与各种因素对它的影响，在生产中易于想出解决问题的办法.二、液晶的基本特性为了能够真正理解并控制液晶显示器，必须对液晶本身及其特性有基本的了解。
液晶态（Liquid Crystal phases）是介于液态和固态之间的物质状态，所以也称为中间态（mesophase）。
液态只保持物质的体积不变（即分子之间的距离不变）但分子的排列（位置和方向）是无序的。
而固体的物质分子排列是三维有序的。
只要是分子的排列介于两者之间的任何稳定态都可以称为液晶态，现已确定的液晶态就有十几种。
只有一部分有机分子能形成液晶态，一般他们的分子是长型的（长宽比大于10）或盘形的。
液晶分为两大类：热致液晶是某些物质随着温度的升高，能从固态转变为某些液晶再变成液态，目前的液晶显示器使用的都是这类液晶。
另一类是溶质液晶，它是某些两性分子（分子的一头亲水一头亲油）溶于溶剂中形成的，它的液晶态不仅决定于温度，还决定于浓度。
下面我们只对最常用的旋转偏振面类的液晶显示器的长型分子热致液晶的向列相（nematic）液晶态作较细的介绍。
实验14 液晶电光效应实验液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态。
一般的液体内部分子排列是无序的，而液晶既具有液体的流动性，其分子又按一定规律有序排列，使它呈现晶体的特性。
当光通过液晶时，会产生偏振面旋转，双折射等效应。
液晶分子是含有极性基团的极性分子，在电场作用下，偶极子会按电场方向取向，导致分子原有的排列方式发生变化，从而液晶的光学性质也随之发生改变，这种因外电场引起的液晶光学性质的改变称为液晶的电光效应。
1888年，奥地利植物学家Reinitzer在做有机物溶解实验时，在一定的温度范围内观察到液晶。
1961年美国RCA公司的Heimeier发现了液晶的一系列电光效应，并制成了显示器件。
从70年代开始，日本公司将液晶与集成电路技术结合，制成了一系列的液晶显示器件，至今在这一领域保持领先地位。
液晶显示器件由于具有驱动电压低（一般为几伏），功耗极小，体积小，寿命长，无辐射等优点，在当今各种显示器件的竞争中有独领风骚之势。
【实验目的】1．在学习液晶光开关的基本原理，测量液晶光开关的电光特性曲线，并由电光特性曲线得到液晶的阈值电压和关断电压。
2．测量驱动电压周期变化时，液晶光开关的时间响应曲线，并由时间响应曲线得到液晶的上升时间和下降时间。
3．测量液晶光开关的视角特性。
4．了解液晶光开关构成矩阵式图像显示的原理。
【仪器用具】ZKY-LCDEO型液晶光开关电光特性综合实验仪、数字示波器【实验原理】1．液晶光开关的工作原理液晶的种类很多，仅以常用的扭曲向列型液晶为例，说明其工作原理。
光开关的结构如图1所示。
在两块玻璃板之间夹有液晶，液晶分子的形状如同火柴一样，为棍状。
棍的长度在十几埃，直径为4～6埃，液晶层厚度一般为5-8微米。
玻璃板的内表面涂有透明电极，电极的表面预先作了定向处理（可用软绒布朝一个方向摩擦），这样，液晶分子在透明电极表面就会躺倒在摩擦所形成的微沟槽里；电极表面的液晶分子按一定方向排列，且上下电极上的定向方向相互垂直。
实训一液晶显示器（LCD）电光特性曲线测量一、实验目的：1.了解液晶显示技术的物理基础和相关特性；2.掌握液晶显示器件特性参数的测量方法；二、实验原理：通常固体加热或浓度减少后可以变成透明液体，其组成原子或分子由整齐的有序排列转变为无序排列。
同样物体随着温度降低或浓度的增加，可以从液体向固体转变，由无序排列转变为整齐的有规则的排列。
有些有机材料却不是直接从固体变液体，或者液体变固体，而是先经过一个中间状态，这种中间状态的外观是流动性的混浊液体，但其分子组成单元却转变为整齐、有规则的排列：每个组成单元都处在一定的位置，规则地排列。
这种能在某个温度范围内兼有液体和晶体二者特性的物质称为液晶，它是不同于通常固体、液体和气体的一种新的物质状态。
物质中基本组成单元非球形结构的很多，从形状上来看，有棒形、盘形等；从结构上看是复合结构，而它们都具有介于严格的液体与严格的晶体之间的中介相，即液晶。
显示技术应用最广的是由简单的杆形有机分子(即刚性棒状分子)为组成单元的液晶。
液晶由奥地利植物学家莱尼次尔(F.Reinitzer)于1988年发现。
他在测定有机物的熔点时，惊奇地发现某些有机物(胆甾醇的苯甲酸脂和醋酸脂)溶化后会经历一个不透明的呈白色浑浊液体状态，并发出多彩而美丽的珍珠光泽，只有在继续加热到某一温度才会变成透明清亮的液体；第二年，德国的物理学家莱曼(O.Lehmann)使用由他亲自设计、在当时最新式的附有加热装置的偏光显微镜对这些脂类化合物进行了观察，发现这类白色浑浊的液体在外观上虽然属于液体，但却显示出光学中各向异性晶体特有的双折射特性。
莱曼将其命名为“液体晶体”，这就是液晶名称的由来。
液晶物质基本上都是有机化合物，从其成分和物理条件上可分为热致液晶和溶致液晶。
后者主要在生物系统中大量存在，采用溶剂破坏结晶晶格，而热致液晶是加热破坏结晶品格而形成的，主要用于显示液晶材料。
液晶一方面具有像液体一样的流动性和连续性，另一方面又具有像晶体一样的各向异性(在晶格结点上作有规则的排列，即三维有序)，这种液体和晶体之间的中间物质是一种有序的流体。
《液晶与显示器》讲义一、液晶的基本概念液晶，这个听起来有些神秘的物质，其实在我们的日常生活中无处不在。
它既不是传统意义上的液体，也不是完全的固体，而是处于一种介于两者之间的特殊状态，被称为“液晶态”。
液晶分子通常具有细长的形状，就像一根根小棒子。
这些分子在一定的条件下，能够有序地排列，形成一种独特的结构。
这种有序排列使得液晶具有一些特殊的光学性质，比如可以控制光的透过和阻挡。
二、液晶的分类液晶根据分子排列的不同方式，可以分为向列型液晶、近晶型液晶和胆甾型液晶等。
向列型液晶的分子长轴大致平行，但分子的重心位置无序。
这种类型的液晶在显示器中应用广泛，因为它对外加电场比较敏感，容易通过电场来控制其光学特性。
近晶型液晶的分子不仅长轴平行，而且分子层之间还有一定的顺序。
它的粘度相对较大，响应速度较慢。
胆甾型液晶则具有螺旋状的分子结构，能反射特定波长的光，呈现出美丽的色彩。
三、液晶显示器的工作原理液晶显示器（LCD）的工作核心就是利用液晶的电光效应。
简单来说，就是通过在液晶两侧施加电场，来改变液晶分子的排列方式，从而控制光的透过和阻挡。
在液晶显示器中，通常有一个背光源，提供均匀的光线。
然后，光线通过一层偏振片，变成只有特定方向振动的偏振光。
接下来，光线经过液晶层。
当液晶分子未受到电场作用时，光线能够顺利通过；而当施加电场后，液晶分子的排列发生改变，光线就被阻挡或者偏转，从而实现显示图像的效果。
为了实现彩色显示，通常会采用一种叫做“滤色片”的技术。
通过在液晶层后面放置红、绿、蓝三种颜色的滤色片，就可以组合出各种不同的颜色。
四、液晶显示器的优点液晶显示器具有许多显著的优点，这也是它能够在众多显示技术中脱颖而出的原因。
首先，它的能耗相对较低。
与传统的阴极射线管（CRT）显示器相比，液晶显示器不需要高电压来激发电子束，因此耗电量大大减少，这对于移动设备和节能环保都具有重要意义。
其次，液晶显示器的体积小、重量轻。
这使得它在便携式设备如笔记本电脑、平板电脑和手机等中得到广泛应用，方便人们随时随地使用。
附件一彰化師大光電所光電實驗技術液晶顯示技術實驗講義(初稿)Version Ⅰ實驗項目：1.基版、液晶空盒之製作及聚光干涉圖樣之觀察。
2. TN 面板之製作及量測。
3. PSCT 面板之製作及量測。
4. SSCT面板之製作及量測。
5.圖形顯示及4X4顯示面板之製作。
實驗一基板、液晶空盒之製作及聚光干涉圖樣之觀察一、目的：(1) 學習基板處理及製作水平、垂直配向液晶樣品。
(2) 觀察各樣品於聚光干涉儀下之圖樣，藉以瞭解配向原理與效果二、使用儀器設備及材料：儀器設備：超音波清洗機、紫外光源、烘箱、旋轉塗佈機、聚光干涉儀、摩擦配向機。
使用材料：ITO玻璃、玻璃清潔藥品、PVA (水平配向用)、DMOAP (垂直配向用)、spacer (間隔物)、向列相液晶(nematic LC, NLC) (E7)、紫外硬化膠。
三、實驗步驟：(一) 玻璃的清洗：(1) 以玻璃切割機製作ITO玻璃基板為尺寸約2cm 3cm數塊，並整齊擺置於鐵槽上。
(2) 將此鐵槽（先清洗乾淨）置於裝有RO水稀釋化學清潔液(1:20) 之容器中，於超音波清洗機(內裝定量RO水) 內振盪清洗~20分鐘後倒掉此清潔液，並以RO水沖刷掉附著之泡沫。
(3) 換裝以RO水，重複步驟(2) 三次。
(4) 換裝以丙酮，重複步驟(2) 一次，振盪完時立即將裝有已清洗過玻璃群之鐵槽置於烘箱內(~70o C) 約數分鐘後直至丙酮立即完全揮發，此時玻璃清洗完成。
(二) 水平配向(homogeneous alignment) 膜製作：(1) 準備PVA (Polyvinyl Alcohol；顆粒狀) 及RO水混於容器中，製作PVA溶液(~0.05wt%)；其中加熱皿至100o C並放入攪拌石，使PVA顆粒溶解於水中後，冷卻備用。
(2) 使用旋轉塗佈機塗佈PVA溶液於已清洗乾淨之玻璃基片。
(3) 將玻璃基片置入烘箱內(~120o C) 約20分鐘，烤乾後移出。
(4) 最後，以摩擦配向機(Rubbing Machine) 摩擦玻璃基片(ITO面) ，完成水平配向膜之塗佈；滾筒轉速依最初調至較佳經驗值後固定不動。
(三) 垂直配向(homeotropic alignment) 膜製作：(1) 準備DMOAP (液態) 及RO水混於容器中，製作DMOAP溶液(~1.5wt%)。
(2) 將已清洗乾淨之玻璃基片置於此DMOAP溶液容器中，且以超音波振盪器振盪~20分鐘。
(3) 待將玻璃基片緩慢從DMOAP溶液中取出後，改以RO水振盪~5分鐘。
(4) 取出後置入烘箱內(~100o C) 烤1hr後取出即完成垂直配向膜之coating。
(四) 水平、垂直配向液晶樣品之製作：(1) 於鍍好水平配向膜ITO玻璃基板上兩側整齊放置兩片長spacer(75μm)，蓋上另一玻璃基片(ITO面朝內)，以固定夾一起夾住兩基板上下側，於兩基片兩側空隙塗上UV膠，並立即置於UV光源下，待數分鐘UV膠硬化後拿掉固定夾，完成空cell製作。
(2) 將空cell置於鐵槽上，以滴管適量吸取液晶滴於空cell上空隙中間位置，直至液晶因毛細現象及重力影響均勻分佈於整個cell。
(3) 將此已灌入液晶之cell上下緣以塗上UV膠，並立即置於UV光源下，待數分鐘UV膠硬化後即完成水平配向液晶樣品之製作。
(4) 使用鍍好垂直配向膜ITO玻璃基板，重複以上步驟完成垂直液晶排列樣品之製作。
(五) 水平、垂直配向液晶樣品於聚光干涉儀下圖樣觀察：(1) 架設聚光干涉儀，光路如下圖1所示。
(2) 分別將水平、垂直配向液晶樣品置於聚光干涉儀下觀察並以數位相機記錄所觀察到兩種配向下之圖樣。
四、課後討論：實驗二TN 面板之製作及量測一、目的：學習水平配向及TN液晶樣品於電壓控制下穿透度與響應時間之量測，藉以瞭解液晶轉向之物理與光電特性變化。
二、使用儀器設備及材料：儀器設備：自動電壓量測系統(數位電表、示波器、任意函數產生器、GPIB 介面卡、PC、光偵測器)、偏振片、氦氖雷射、光衰減片(NDF)、反射鏡、光圈、偏光顯微鏡、配向機、烤箱、ITO玻璃清潔設備、玻璃切割機、微量天平、旋轉塗佈機。
使用材料：同實驗一。
三、實驗步驟：(一) TN液晶面板的製作：(1) 首先將ITO玻璃清洗乾淨，接下來使用PVA完成水平配向膜製作(相關程序同實驗一) 。
(2) Rubbing完成後，製作液晶盒時上、下兩片基板(導電面鍍有PVA膜的一面) Rubbing的方向須正交垂直。
(3) 分別使用5μm及15μm的spacer，並將E7 灌至液晶盒子內，封好後即完成TN的製作。
(二) 架設穿透度-電壓量測系統(如圖2)，並學習使用量測軟體。
(三) 利用LC 3D 軟體模擬量測結果。
四、課後討論：圖2 自動電壓量測系統方塊圖實驗三P SCT 面板之製作及量測一、目的：1. 學習normal-mode聚合物穩定膽固醇相液晶結構(polymer-stabilizedcholesteric texture, PSCT) 樣品之製作。
2. 學習PSCT樣品於電壓控制下穿透度與響應時間之量測，藉以瞭解液晶於聚合物枝條網絡結構中轉向之原理與光電特性。
二、使用儀器設備及材料：儀器設備: 電壓量測系統(數位電表、示波器、任意函數產生器、GPIB介面控制卡、PC、光偵測器、電壓放大器)、偏振片、氦氖紅光雷射、光衰減片(NDF)、反射鏡、光圈、UV光源、偏光顯微鏡、配向機、烤箱、ITO玻璃清潔設備、玻璃切割機、藥品振盪器、微量天平、旋轉塗佈機。
使用材料: 液晶E7、前聚合物(單體, RM257)、CB15、光起始劑(BME)。
三、實驗步驟：(一) PSCT樣品之製作：(1) 液晶混合材料的配製：如下表所示利用微量電子秤，精密量取不同比例之E7、RM257、CB15與BME，倒入小樣品瓶中，以錫箔紙密封(以防材料吸光變質)，並固定於迴旋振盪器上振盪約一日，使均勻混合溶解。
91.5 wt% E797.3 wt%PSCT混合溶液8.5 wt% CB152.7 wt% 91 wt% RM2579 wt% BME(2) 利用實驗一的方法製作無表面處理之15μm空cell並灌入PSCT混合溶液，製成PSCT面板。
(3) 將PSCT面板置於UV光燈下約100公分處且同時加一適當電壓(~50V，1KHz之方波)，經照射60分鐘直至液晶與聚合物相分離後硬化形成normal-mode PSCT樣品。
(二) PSCT樣品之特性量測：PSCT樣品之光電特性量測方法與實驗二之方法相同，但須於函數產生器後多加上一個電壓放大器，且不再需要偏振鏡與檢偏鏡;其量測步驟請參考實驗二。
四、課後討論：實驗四SSCT面板之製作及量測一、目的：(1) 學習surface-stabilized cholesteric texture, SSCT樣品之製作。
(2) 學習兩種模式之SSCT樣品於電壓控制下穿透度與響應時間之量測，藉以瞭解液晶於聚合物轉向之原理與光電特性。
二、使用儀器設備及材料：儀器設備: 電壓量測系統(數位電表、示波器、任意函數產生器、GPIB介面控制卡、PC、光偵測器、電壓放大器)、偏振片、氦氖雷射、光衰減片(NDF)、反射鏡、光圈、UV光源、偏光顯微鏡、配向機、烤箱、ITO玻璃清潔設備、玻璃切割機、藥品振盪器、微量天平、旋轉塗佈機。
使用材料: 液晶E7、chiral dopant (CB15)。
三、實驗步驟：(一) SSCT樣品之製作：(1) 液晶混合材料的配製：利用微量電子秤，精密量取比例為63% : 37%之E7與CB15，倒入小樣品瓶中備用。
(2) SSCT 面板的製作:製作SSCT樣品，需事先作垂直配向處理。
並依照實驗一之步驟可得到SSCT之面板。
(二) SSCT樣品之特性量測(1)光電特性量測(T-V curve及response time)：SSCT樣品之光電特性量測方法與實驗三之方法相同，其量測步驟請參考實驗三；唯外加之電壓為脈衝方波。
(2)光譜特性量測：1.架設光譜儀如圖(3)；注意光源、樣本架、光譜儀、偏光鏡須至於同一水平直線上。
2.使用軟體OOIBase32以及CCD光譜儀來量測光穿透量。
3.之後數據以軟體KGRAPH作圖，畫出穿透率或反射率的圖形。
四、課後討論：圖（3）光譜特性量測系統實驗五圖形顯示及4X4顯示面板之製作一、目的：(1) 藉由SSCT與PSCT之特性，來製作簡單的液晶顯示器。
(2) 學習如何蝕刻ITO表面，以取得所需之面板圖樣。
(3) 學習液晶面板之操作原理。
二、使用儀器設備及材料：儀器設備: 配向機、烤箱、ITO玻璃清潔設備、玻璃切割機、微量天平、旋轉塗佈機、王水、酒精、麥克筆、UV光源。
使用材料: 液晶E7、前聚合物(單體, RM257)、chiral dopant (CB15)、光起始劑(BME)。
三、實驗步驟：(一) ITO之蝕刻程序：(1) 圖形顯示之蝕刻步驟：1. 將ITO玻璃切割成所需之大小，例如:2 cm x 3 cm。
2. 以麥克筆在其中一塊ITO的導電面畫上自選圖案，圖案必須相互連結在一起，否則無法完全導電。
3. 將畫好圖案之ITO玻璃放入王水之中，靜待約2分半~3分鐘即可取出，將取出之玻璃清洗乾淨，以酒精將表面留下的麥克筆痕跡擦拭乾淨，再用電表量測確定已經完成蝕刻動作。
4. 觀看玻璃表面可發現的圖案。
(2)4X4顯示面板之蝕刻步驟：1.切割約大小4 cm x 5 cm 之玻璃大小，在兩塊玻璃的導電面以麥克筆畫上等寬的5 cm長條4條。
2. 將ITO放入王水中，與(1)之蝕刻相同的步驟，即可。
(二)圖形顯示及4X4顯示面板之製作：(1) 依據實驗一之步驟將玻璃清洗，4 X 4 顯示面板在玻璃互相重疊的時後，需讓未被蝕刻的線條相互交叉。
(2) 因為使用SSCT與PSCT故面板部分不需再做配向的處理，但須依據SSCT與PSCT之製作過程來處理面板。
四、課後討論及成果展示。
