8月快訊-3: 為台灣加油打氣專欄_我國在液晶設計上的研究發展 / 李家同 (作者為本會理事長)

張貼者:2015年8月25日 下午6:31台灣精密工程學會   [ 已更新 2015年8月25日 下午7:05 ]
    我們現在一般的顯示器其實是所謂的液晶顯示器,也就是說兩層玻璃之間有一層液晶材料。液晶,顧名思義是液態晶體,可是這種液體有一個特別之處,它有結晶的特質,可想而知的是這個液體內部有許多特殊化學結構,這些化學結構的排列是很有規律的。當然,我沒有資格很正確地解釋液晶是怎麼回事,可是大概說起來液晶可以用圖一這個示意圖來解釋。



   
    這個液晶的後面有一個光源,各位可以看出來,如果液晶的內部排列像圖一的情況,光源的光是可以透過的,所以我們看到的是很亮的一點。

 

    液晶有一個特色,假設我們給液晶一個電壓,液晶的內部結構就會有所改變。圖二的示意圖是簡單地解釋了液晶內部旋轉的結果。

 

  

    如果到了圖二的狀況,光源的光通過液晶的就少了,當然我們所看到的光點就暗了。至於顏色是怎麼達成的,那就太複雜,我根本沒有這個能力講清楚,暫且不表。

 

    能夠製造液晶的國家是不多的,液晶大多數來自德國和日本。要製造適合顯示器用的液晶是相當麻煩的,因為我們希望所設計的液晶黏度要好,像水一樣;希望所用的電壓可以非常之低,因為愈低的電壓愈省電;溫度範圍要大,不能天冷或天熱我們就無法看電視;最後我們希望它旋轉的速度要非常之快,純度也要高,影像品質會更好。

 

    要做出這種液晶,就要調整很多的參數。當然我們可以利用一些理論,可是腦筋清楚的人都知道,這些理論對於簡單的化合物也許有用,像液晶這種非常複雜的化學結構,純理論是絕對不夠的,必須要做很多的實驗。專家會告訴你,因為參數非常之多,各種參數的組合也就種類繁多,可能要做到一萬次實驗,才能知道哪一個參數組合是最適合所需的。

 

    怎麼辦呢?我們有一個辦法,我們知道實驗非做不可,但是做一萬次實驗未免不切實際,所以我們的研究工程師在四年內就做了460個分子結構,每個實驗都是一組參數的組合,每個實驗也都記錄下這種液晶的性能。

 

    得到各組資料以後,工程師將這些資料送入一個電腦軟體。這個電腦軟體可以利用460筆資料來推測其他組合會有如何的結果,這個軟體所利用的數學是內插法。內插法是怎麼回事?我現在用一個最簡單的方法來解釋。

 

    假設你知道身高170公分的男人,平均體重是65公斤,身高175公分的男人,平均體重是70公斤,用這兩種資料,我們可以推測身高172.5公分的男人,平均體重是72.5公斤。這當然有一些錯,可是八九不離十,如果我們所知道的資料愈多,當然我們預測的結果就會愈準確。

 

    利用這種方法,我們的工程師可以得到80%的準確率。四年以前,因為實驗不夠多,他們的準確率是不能談的。四年的苦功沒有白費,我們國家已經能夠做出一些可以使用的液晶。但是我們距離德國和日本還有一段距離,他們的準確率據說可以到達90%以上。

 

    所以我們應該感到很高興的是,我們國家有不少的工程師在下苦功。液晶絕對不是拿一本教科書讀了以後就能做出來的,這種顯示器液晶的設計都是公司的秘密,也是靠很多經驗得到的。如果不下苦功,永遠做不出所以然來。我們國家之所以有人可以下這個苦功,乃是因為經濟部的策略已經相當鼓勵大家從基本做起,這個研究計劃就是經濟部的工業基礎技術計劃下的結果。

 

    我們也應該知道一件事,那就是軟體的發展在工業發展上是非常重要的,但我們總不要成天鼓勵我們的青年學子發展簡單而討人喜歡的軟體,這種軟體也許會討人喜歡,可是一下子就會被追上,我們應該鼓勵年輕人發展非常特別而需要很大學問的軟體。

 

    最後,我們應該為我們自己的工程師感到驕傲。比起一些先進國家,我們的確是起步晚了一點,可是很顯然的,我們追趕得不錯。

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