液晶的發(fā)展與應(yīng)用

1、液晶的發(fā)展與應(yīng)用阮政霖核工程與核技術(shù)2130302017摘要了解液晶的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展以及應(yīng)用關(guān)鍵詞 液態(tài)結(jié)晶態(tài)液晶顯示屏相態(tài)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生活中的材料越來越多樣化。而液晶正是一個(gè)十分神奇的材料， 在生活中我們見到最多的應(yīng)該是液晶顯示屏。也正是這個(gè)材料使得很多東西變得輕便，也使 我們的生活更加方便，就讓我們來了解一下液晶的發(fā)展和應(yīng)用。1液晶的發(fā)現(xiàn)在1888年，奧地利植物學(xué)家萊尼茨爾合成了一種奇怪的有機(jī)化合物，它有兩個(gè)熔點(diǎn)。 把它的固態(tài)晶體加熱到145 r時(shí)，便熔成液體，只不過是渾濁的，而一切純凈物質(zhì)熔化時(shí)卻 是透明的。如果繼續(xù)加熱到175 r時(shí)，它似乎再次熔化，變成清澈透明的液體。后來，德國

2、物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了這種白濁物質(zhì)具有多種彎曲性質(zhì)，認(rèn)為這種物質(zhì)是流動(dòng)性結(jié)晶的一種，由此 而取名為Liquid Crystal，即液晶。其實(shí)在這之前就有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了液晶類物質(zhì)，以及液晶的 奇妙性質(zhì)，比如:在1850年普魯士醫(yī)生魯?shù)婪蚍茽柦B(Rudolf Virchow)等人就發(fā)現(xiàn)神經(jīng)纖維 的萃取物中含有一種不尋常的物質(zhì)。而在1877年德國物理學(xué)家奧托雷曼(Otto Lehmann) 運(yùn)用偏光顯微鏡首次觀察到了液晶化的現(xiàn)象。在1883年3月14日植物生理學(xué)家斐德烈萊 尼澤(Friedrich Reinitzer)觀察到膽固醇苯甲酸酯在熱熔時(shí)有兩個(gè)熔點(diǎn)。但是只有萊尼茨爾 真正的重視了自己的發(fā)現(xiàn)并將它研究下

3、去。發(fā)現(xiàn)液晶后，萊尼茨爾向德國物理學(xué)家雷曼請教。 當(dāng)時(shí)雷曼建造了一座具有加熱功能的顯微鏡去探討液晶降溫結(jié)晶之過程，而從那時(shí)開始，雷 曼的精力完全集中在該類物質(zhì)。雷曼也在書籍分子物理學(xué)中，總結(jié)了自己的研究，并向 后人提出了研究方法一一顯微鏡學(xué)研究方法。2液晶的發(fā)展20世紀(jì)化學(xué)家伏蘭德(D. Vorlander)的努力由聚集經(jīng)驗(yàn)使他能預(yù)測哪一類的化合物最 可能呈現(xiàn)液晶特性，然后合成取得該等化合物質(zhì)，于是雷曼關(guān)于液晶的理論被證明。1922年法國人弗里德(G. Friedel)仔細(xì)分析當(dāng)時(shí)已知的液晶，把他們分為三類：向列 型(nematic)、層列型(smectic)、膽固醇(cholesteric)

4、01930-1960年在G.Freidel之后，液晶研究暫時(shí)進(jìn)入低谷，也有人說，1930-1960年期間 是液晶研究的空白期。究其原因，大概是由于當(dāng)時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)液晶的實(shí)際應(yīng)用。但是，在此期 間，半導(dǎo)體電子工業(yè)卻獲得了長足的發(fā)展。為使液晶能在顯示器中的應(yīng)用，透明電極的圖形 化以及液晶與半導(dǎo)體電路一體化的微細(xì)加工技術(shù)必不可缺。隨著半導(dǎo)體工業(yè)的進(jìn)步，這些技 術(shù)已趨向成熟。20世紀(jì)40年代開發(fā)出矽半導(dǎo)體，利用傳導(dǎo)電子的n型半導(dǎo)體和傳導(dǎo)電洞的p型半導(dǎo)體 構(gòu)成pn介面(pnjunction)，發(fā)明了二極管和晶體管。在此之前，在電路中為實(shí)現(xiàn)從交流到 直流的整流功能，要采用二極管，而要實(shí)現(xiàn)放大功能，要采用電子管

5、。這些大而笨重的元件完全可以由半導(dǎo)體二極管和晶體管代替，不需要向真空中發(fā)射電子，僅在固體特別是極薄的膜層中，即可實(shí)現(xiàn)整流、放大功能，從而使電子回路實(shí)現(xiàn)了小型化。接著，藉由光加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)了包括二極管、晶體管在內(nèi)的電子回路圖形的薄膜化、超微細(xì)化。這種技術(shù)簡稱為 微影(photolithography)o 20世紀(jì)60年代，隨著半導(dǎo)體集成電路(integrated circuit)技術(shù) 的發(fā)展，電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的小型化。上述技術(shù)的進(jìn)步，對于在液晶顯示裝置(display) 中的應(yīng)用是必不可少的，隨著材料科學(xué)和材料加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，以及新型顯示模式和 驅(qū)動(dòng)技術(shù)的開發(fā)，液晶顯示技術(shù)獲得了快速發(fā)展

6、。20世紀(jì)60年代隨著半導(dǎo)體集成電路(integrated circuit)技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)了 進(jìn)一步的小型化。1968年任職美國RCA公司的G.H.Heilmeier發(fā)表采用DS(dynamic scattering，動(dòng)態(tài)散射) 模式的液晶顯示裝置。在此之后，美國企業(yè)最早開始了數(shù)字式液晶手表實(shí)用化的嘗試。1971年一家瑞士公司制造出了第一臺液晶顯示器。3液晶的應(yīng)用液晶在正常情況下，其分子排列很有秩序，顯得清澈透明，一旦加上直流電場后，分子 的排列被打亂，一部分液晶變得不透明，顏色加深，因而能顯示數(shù)字和圖像。這就是液晶的 電光效應(yīng)(液晶的電光效應(yīng)是指它的干涉、散射、衍射、旋光、吸收等受

7、電場調(diào)制的光學(xué)現(xiàn) 象)。所以液晶的最為廣泛的應(yīng)用就是作為顯示器，如今的生活中液晶顯示器無處不在而原因 就要?dú)w到液晶的優(yōu)點(diǎn)上了。液晶顯示材料具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)電壓低、功耗微小、可靠性 高、顯示信息量大、彩色顯示、無閃爍、對人體無危害、生產(chǎn)過程自動(dòng)化、成本低廉、可以 制成各種規(guī)格和類型的液晶顯示器，便于攜帶等。如筆記本電腦、電子手表、計(jì)算器、液晶 電視機(jī)。可以說液晶構(gòu)成了如今人類獲取信息的窗口材料。但液晶最早并沒有被科學(xué)家用來 制作顯示屏，科學(xué)家只是把它作為相態(tài)的一種進(jìn)行研究，主要是它的特殊的理化與光電特性。 因此液晶直到20世紀(jì)中葉才開始被廣泛應(yīng)用在輕薄型的顯示技術(shù)上。最早將液晶用于顯示 的是

8、美國RCA公司普林斯頓試驗(yàn)室的一個(gè)年輕電子學(xué)者F-Heimeier。他在在1961年，為了 準(zhǔn)備自己的博士論文的答辯，即研究外部電場對晶體內(nèi)部電場的作用。于是他想到了液晶。 他將兩片透明導(dǎo)電玻璃之間夾上摻有染料的向列液晶。當(dāng)在液晶層的兩面施以幾伏電壓時(shí)， 液晶層就由紅色變成了透明態(tài)。出身于電子學(xué)的他立刻意識到這就是彩色平板電視。之后該 公司便對液晶成像技術(shù)進(jìn)行了深度研究。在此之后，美國企業(yè)最早開始了數(shù)字式液晶手表實(shí) 用化的嘗試。并于1972年，世界上第一支使用液晶顯示器的手表出現(xiàn)了。之后液晶便開始 飛速發(fā)展，并逐漸成為生活的一部分。但是除了作為顯示器以外，科學(xué)家根據(jù)液晶會變色的特點(diǎn)，利用它來指

9、示溫度、報(bào)警毒 氣等。例如，液晶能隨著溫度的變化，使顏色從紅變綠、藍(lán)。這樣可以指示出某個(gè)實(shí)驗(yàn)中的 溫度。液晶遇上氯化氫、氫氰酸之類的有毒氣體，也會變色。4補(bǔ)充說明液晶，即液態(tài)晶體(Liquid Crystal，LC)，是相態(tài)的一種。人們熟悉的物質(zhì)狀態(tài)(又稱相) 為氣、液、固，較為生疏的是等離子和液晶。液晶相要具有特殊形狀分子組合才會產(chǎn)生，它 們可以流動(dòng)，又擁有結(jié)晶的光學(xué)性質(zhì)。液晶的定義，以放寬而囊括了在某一溫度范圍可以是 現(xiàn)液晶相，在較低溫度為正常結(jié)晶之物質(zhì)。而液晶的組成物質(zhì)是一種有機(jī)化合物，也就是以 碳為中心所構(gòu)成的化合物。液晶的研究方法有偏光顯微鏡法和熱分析法。液晶的種類也能根 據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不同分成多種，例如:按液晶分子的中心橋鍵和環(huán)的特征進(jìn)行分類，主要有聯(lián)苯液晶、 苯基環(huán)己烷液晶及酯類液晶 等;按產(chǎn)生之條件(狀況)不同分類，被分為熱 致液晶(thermotr