TFT 液晶顯示原理與技術

　　 二十一世紀，TFT LCD液晶顯示器在平板顯示器中脫穎而出，從小尺寸的手機、攝影機、數位相機，中尺寸的筆記型電腦、桌上型電腦，大尺寸的家用電視到大型投影設備，應用TFT LCD的產品在顯示器市場上獨佔鰲頭。目前以TFT LCD為代表的平板顯示產業發展迅速，預估今後幾年內其全球總產值將超過積體電路產業，面對機遇和挑戰，發展TFT LCD產業更是刻不容緩。

　　TFT LCD是多元知識和技能的總匯，涉及包括液晶物理和化學、光學、材料科學、彩色化技術、驅動電路、製程技術等多學科的原理和技術。本系列共分十二章，第1章介紹液晶顯示的歷史和現狀，第2章作為液晶材料和液晶顯示入門，以漫畫的形式直觀地說明；第3、4、5、6章為TFT LCD液晶顯示器的基礎，分別是液晶化學與物理簡論、液晶顯示器及顯示特性、無源驅動及有源驅動、TFT LCD的工作模式及顯示螢幕構成；第7、8、9章分別討論TFT LCD製作技術、液晶顯示器的主要元件及材料、TFT LCD的改進及性能提高；第10章討論液晶顯示器的產業化。由於TFT LCD對於其他類形平板顯示器可謂異曲同工，熟悉了前者可以觸類旁通；因此第11章介紹各類平板顯示器的最新進展；第12章討論平板顯示器產業現狀及發展預測。

　　本書除了兼顧原理、技術、理論，產業化、發展前景，更以深入淺出的文字及圖解加深讀者的理解。對於新入門者易於著手，專家學者更顯新意。本書適合作為大學或研究所各相關專業的教科書，適合產業界專業人士及有興趣自修的社會大眾讀者閱讀。

作者簡介

田民波

現職：清華大學材料科學與工程系教授
學歷：清華大學工程物理系研究所
經歷：清華大學核能及新能源技術研究院助教
　　　清華大學工程物理系講師
　　　清華大學材料科學與工程系副教授
　　　日本京都大學國家公派訪問學者
　　　日本Kyoto Elex株式會社特邀研究員
　　　清華大學材料科學與工程系教授

代表著作：《材料科學基礎》
　　　　　《電子顯示》
　　　　　《磁性材料》
　　　　　《高密度封裝基板》
　　　　　《材料科學基礎學習輔導》

校訂者簡介

林怡欣

現任：國立交通大學光電工程學系助理教授
學歷：美國University of Central Florida光學博士
　　　國立交通大學光電所碩士
　　　國立清華大學物理系學士

第一章　液晶顯示的歷史和現狀
　　1.1　液晶的發現和液晶顯示的發明
　　　　1.1.1　液晶的發現
　　　　1.1.2　液晶在液晶顯示器中的關鍵作用
　　　　1.1.3　液晶顯示器的發明
　　　　1.1.4　液晶顯示器的發展史
　　　　1.1.5　各類電子顯示器的對比
　　　　1.1.6　電子顯示器與網際網路社會
　　　　1.1.7　液晶顯示器所涉及的學科體系
　　1.2　TFT LCD 20年發展回顧
　　　　1.2.1　實用TFT LCD的三次重大突破
　　　　1.2.2　TFT LCD產業化發展過程
　　　　1.2.3　多樣化技術支撐更大的產業
　　　　1.2.4　顯示螢幕尺寸的大型化
　　　　1.2.5　玻璃基板生產線的更新換代
　　　　1.2.6　顯示品位的提高
　　1.3　TFT LCD研究開發的課題
　　　　1.3.1　擴大視角
　　　　1.3.2　提高響應速度
　　　　1.3.3　適應動畫顯示
　　　　1.3.4　色表現技術
　　　　1.3.5　背光源的改進
　　1.4　TFT液晶及薄型顯示器產業
　　　　1.4.1　迅速擴展的薄型顯示器市場
　　　　1.4.2　資訊社會中顯示器製品的應用領域
　　　　1.4.3　顯示器的市場規模

第二章　液晶顯示入門
　　2.1　從液晶分子的基本單元談起
　　　　2.1.1　熱運動和凝聚力──決定物質狀態的兩大因素
　　　　2.1.2　流動性和各向異性──液晶用於顯示的兩個基本特性
　　　　2.1.3　膽固醇分子的基本單元──苯環、碳氫鏈和OH基
　　　　2.1.4　安息香酸酯──最初發現的液晶
　　　　2.1.5　液晶分子的基本結構型態──板狀和棒狀液晶分子
　　　　2.1.6　液晶分子中各種各樣的極性基
　　　　2.1.7　液晶分子的三種基本排列方式
　　2.2　液晶分子與凡得瓦力
　　　　2.2.1　藉由改變液晶分子的排列狀態實現液晶顯示
　　　　2.2.2　碳氫化合物中的凡得瓦力
　　　　2.2.3　如何改良液晶材料的工作溫度
　　　　2.2.4　液晶分子的排列與凡得瓦力
　　　　2.2.5　如何控制凡得瓦力
　　2.3　試製一個液晶盒
　　　　2.3.1　電壓作用下的液晶分子
　　　　2.3.2　如何實現畫面顯示
　　　　2.3.3　不可缺少的透明電極
　　　　2.3.4　液晶盒的構成及顯示器的製作流程
　　　　2.3.5　玻璃基板的處理
　　　　2.3.6　透明電極的圖形化
　　　　2.3.7　液晶分子的排列方式和配向方法
　　　　2.3.8　做成液晶盒
　　2.4　偏振光和液晶的雙折射
　　　　2.4.1　液晶分子的結構和排列決定顯示器的類型和工作方式
　　　　2.4.2　橫波、縱波及全方位光（自然光）
　　　　2.4.3　液晶顯示器需要利用偏振光
　　　　2.4.4　單軸性晶體和雙折射
　　　　2.4.5　向列液晶的雙折射
　　　　2.4.6　偏光片的製作方法
　　　　2.4.7　電場效應雙折射型液晶顯示器的工作原理
　　2.5　螺旋排列液晶與手徵性液晶分子
　　　　2.5.1　如何認識膽固醇型（螺旋排列）液晶
　　　　2.5.2　螺旋排列在何種情況下才能出現？
　　　　2.5.3　左右對稱的液晶分子的結構
　　　　2.5.4　膽固醇型液晶分子的立體結構
　　　　2.5.2　不對稱碳的存在導致光學各向異性
　　　　2.5.6　圓錐型螺旋排列和平板型螺旋排列
　　　　2.5.7　光射入螺旋排列的物質會發生什麼現象？
　　　　2.5.8　外加電壓作用在螺旋排列液晶上
　　　　2.5.9　螺旋光射入螺旋排列液晶會發生什麼變化？
　　2.6　各種類型的液晶顯示器
　　　　2.6.1　液晶顯示器的各種不同工作方式
　　　　2.6.2　利用拆開螺旋排列進行顯示的液晶顯示器
　　　　2.6.3　扭曲向列（TN）型液晶顯示器
　　　　2.6.4　鐵電液晶型顯示器
　　　　2.6.5　賓─主（GH）型液晶顯示器
　　　　2.6.6　液晶的電阻
　　　　2.6.7　液晶的介電常數
　　2.7　彩色化及動畫顯示
　　　　2.7.1　透明電極
　　　　2.7.2　液晶顯示器的驅動與顯示
　　　　2.7.3　薄膜電晶體（TFT）
　　　　2.7.4　實現彩色化的各種方式

第三章　液晶化學與物理簡論
　　3.1　液晶材料基礎
　　　　3.1.1　液晶狀態
　　　　3.1.2　液晶分子
　　　　3.1.3　液晶物性
　　3.2　液晶顯示螢幕的基本結構及工作原理
　　　　3.2.1　顯示螢幕的基本構造及屏內液晶分子配向
　　　　3.2.2　配向處理與液晶分子的界面配向
　　　　3.2.3　利用液晶分子配向變化實現光穿透強度開關
　　3.3　液晶顯示器的基本特徵
　　　　3.3.1　臨界電壓特徵
　　　　3.3.2　時間響應特性
　　　　3.3.3　光學特性
　　3.4　灰階顯示特性及全色顯示原理
　　　　3.4.1　灰階顯示
　　　　3.4.2　全色顯示
　　　　3.4.3　畫質評價
　　3.5　顯示與視覺工學
　　　　3.5.1　人的視覺特性
　　　　3.5.2　人眼的順應特性
　　　　3.5.3　畫角（視場角）與臨場感
　　　　3.5.4　大尺寸與高解析（full HD）
　　　　3.5.5　清晰度與圖像解析度
　　　　3.5.6　顯示性能與主觀評價指標

第四章　液晶顯示器及其顯示特性
　　4.1　LCD的基本結構及分類
　　　　4.1.1　LCD的基本結構
　　　　4.1.2　LCD的分類
　　　　4.1.3　LCD顯示原理
　　　　4.1.4　LCD彩色顯示
　　4.2　液晶顯示器的顯示性能
　　　　4.2.1　圖像解析度
　　　　4.2.2　像素數與顯示螢幕規格
　　　　4.2.3　像素節距
　　　　4.2.4　顯示尺寸（顯示區域）
　　　　4.2.5　寬高比
　　　　4.2.6　開口率
　　　　4.2.7　灰階與顯示色數
　　　　4.2.8　對比度
　　　　4.2.9　液晶顯示器的壽命
　　　　4.2.10　液晶顯示器顯示性能匯總
　　4.3　液晶顯示器顯示性能的改進
　　　　4.3.1　穿透率及提高亮度的措施
　　　　4.3.2　視角及增大視角的措施
　　　　4.3.3　響應速度及提高響應速度的措施
　　4.4　玻璃母板尺寸和畫面尺寸的發展趨勢
　　　　4.4.1　玻璃母板尺寸越來越大
　　　　4.4.2　關於液晶生產線的「代」
　　　　4.4.3　畫面向寬屏發展，像素向高精密化發展
　　　　4.4.4　生產設備由批量式到單片式
　　4.5　採用新結構、新材料、新技術的液晶顯示器
　　　　4.5.1　採用新結構的液晶顯示器
　　　　4.5.2　採用新材料的液晶顯示器
　　　　4.5.3　採用新技術的液晶顯示器

附錄　液晶顯示器常用縮略語