液晶的发展与应用

1、液晶的发展与应用阮政霖核工程与核技术2130302017摘要了解液晶的发现、发展以及应用关键词 液态结晶态液晶显示屏相态随着科学技术的发展，生活中的材料越来越多样化。而液晶正是一个十分神奇的材料， 在生活中我们见到最多的应该是液晶显示屏。也正是这个材料使得很多东西变得轻便，也使 我们的生活更加方便，就让我们来了解一下液晶的发展和应用。1液晶的发现在1888年，奥地利植物学家莱尼茨尔合成了一种奇怪的有机化合物，它有两个熔点。 把它的固态晶体加热到145 r时，便熔成液体，只不过是浑浊的，而一切纯净物质熔化时却 是透明的。如果继续加热到175 r时，它似乎再次熔化，变成清澈透明的液体。后来，德国

2、物理学家发现了这种白浊物质具有多种弯曲性质，认为这种物质是流动性结晶的一种，由此 而取名为Liquid Crystal，即液晶。其实在这之前就有科学家发现了液晶类物质，以及液晶的 奇妙性质，比如:在1850年普鲁士医生鲁道夫菲尔绍(Rudolf Virchow)等人就发现神经纤维 的萃取物中含有一种不寻常的物质。而在1877年德国物理学家奥托雷曼(Otto Lehmann) 运用偏光显微镜首次观察到了液晶化的现象。在1883年3月14日植物生理学家斐德烈莱 尼泽(Friedrich Reinitzer)观察到胆固醇苯甲酸酯在热熔时有两个熔点。但是只有莱尼茨尔 真正的重视了自己的发现并将它研究下

3、去。发现液晶后，莱尼茨尔向德国物理学家雷曼请教。 当时雷曼建造了一座具有加热功能的显微镜去探讨液晶降温结晶之过程，而从那时开始，雷 曼的精力完全集中在该类物质。雷曼也在书籍分子物理学中，总结了自己的研究，并向 后人提出了研究方法一一显微镜学研究方法。2液晶的发展20世纪化学家伏兰德(D. Vorlander)的努力由聚集经验使他能预测哪一类的化合物最 可能呈现液晶特性，然后合成取得该等化合物质，于是雷曼关于液晶的理论被证明。1922年法国人弗里德(G. Friedel)仔细分析当时已知的液晶，把他们分为三类：向列 型(nematic)、层列型(smectic)、胆固醇(cholesteric)

4、01930-1960年在G.Freidel之后，液晶研究暂时进入低谷，也有人说，1930-1960年期间 是液晶研究的空白期。究其原因，大概是由于当时没有发现液晶的实际应用。但是，在此期 间，半导体电子工业却获得了长足的发展。为使液晶能在显示器中的应用，透明电极的图形 化以及液晶与半导体电路一体化的微细加工技术必不可缺。随着半导体工业的进步，这些技 术已趋向成熟。20世纪40年代开发出矽半导体，利用传导电子的n型半导体和传导电洞的p型半导体 构成pn介面(pnjunction)，发明了二极管和晶体管。在此之前，在电路中为实现从交流到 直流的整流功能，要采用二极管，而要实现放大功能，要采用电子管

5、。这些大而笨重的元件完全可以由半导体二极管和晶体管代替，不需要向真空中发射电子，仅在固体特别是极薄的膜层中，即可实现整流、放大功能，从而使电子回路实现了小型化。接着，藉由光加工技术实现了包括二极管、晶体管在内的电子回路图形的薄膜化、超微细化。这种技术简称为 微影(photolithography)o 20世纪60年代，随着半导体集成电路(integrated circuit)技术 的发展，电子设备实现了进一步的小型化。上述技术的进步，对于在液晶显示装置(display) 中的应用是必不可少的，随着材料科学和材料加工技术的进一步发展，以及新型显示模式和 驱动技术的开发，液晶显示技术获得了快速发展

6、。20世纪60年代随着半导体集成电路(integrated circuit)技术的发展，电子设备实现了 进一步的小型化。1968年任职美国RCA公司的G.H.Heilmeier发表采用DS(dynamic scattering，动态散射) 模式的液晶显示装置。在此之后，美国企业最早开始了数字式液晶手表实用化的尝试。1971年一家瑞士公司制造出了第一台液晶显示器。3液晶的应用液晶在正常情况下，其分子排列很有秩序，显得清澈透明，一旦加上直流电场后，分子 的排列被打乱，一部分液晶变得不透明，颜色加深，因而能显示数字和图像。这就是液晶的 电光效应(液晶的电光效应是指它的干涉、散射、衍射、旋光、吸收等受

7、电场调制的光学现 象)。所以液晶的最为广泛的应用就是作为显示器，如今的生活中液晶显示器无处不在而原因 就要归到液晶的优点上了。液晶显示材料具有明显的优点：驱动电压低、功耗微小、可靠性 高、显示信息量大、彩色显示、无闪烁、对人体无危害、生产过程自动化、成本低廉、可以 制成各种规格和类型的液晶显示器，便于携带等。如笔记本电脑、电子手表、计算器、液晶 电视机。可以说液晶构成了如今人类获取信息的窗口材料。但液晶最早并没有被科学家用来 制作显示屏，科学家只是把它作为相态的一种进行研究，主要是它的特殊的理化与光电特性。 因此液晶直到20世纪中叶才开始被广泛应用在轻薄型的显示技术上。最早将液晶用于显示 的是

8、美国RCA公司普林斯顿试验室的一个年轻电子学者F-Heimeier。他在在1961年，为了 准备自己的博士论文的答辩，即研究外部电场对晶体内部电场的作用。于是他想到了液晶。 他将两片透明导电玻璃之间夹上掺有染料的向列液晶。当在液晶层的两面施以几伏电压时， 液晶层就由红色变成了透明态。出身于电子学的他立刻意识到这就是彩色平板电视。之后该 公司便对液晶成像技术进行了深度研究。在此之后，美国企业最早开始了数字式液晶手表实 用化的尝试。并于1972年，世界上第一支使用液晶显示器的手表出现了。之后液晶便开始 飞速发展，并逐渐成为生活的一部分。但是除了作为显示器以外，科学家根据液晶会变色的特点，利用它来指

9、示温度、报警毒 气等。例如，液晶能随着温度的变化，使颜色从红变绿、蓝。这样可以指示出某个实验中的 温度。液晶遇上氯化氢、氢氰酸之类的有毒气体，也会变色。4补充说明液晶，即液态晶体(Liquid Crystal，LC)，是相态的一种。人们熟悉的物质状态(又称相) 为气、液、固，较为生疏的是等离子和液晶。液晶相要具有特殊形状分子组合才会产生，它 们可以流动，又拥有结晶的光学性质。液晶的定义，以放宽而囊括了在某一温度范围可以是 现液晶相，在较低温度为正常结晶之物质。而液晶的组成物质是一种有机化合物，也就是以 碳为中心所构成的化合物。液晶的研究方法有偏光显微镜法和热分析法。液晶的种类也能根 据标准不同分成多种，例如:按液晶分子的中心桥键和环的特征进行分类，主要有联苯液晶、 苯基环己烷液晶及酯类液晶 等;按产生之条件(状况)不同分类，被分为热 致液晶(thermotr