液晶顯示原理-

液晶顯示器工作原理及其特點(diǎn)液晶顯示器(LCD)是現(xiàn)在非常普遍的顯示器。它具有體積小、重量輕、省電、輻射低、易于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。液晶顯示器(LCD)的原理與陰極射線(xiàn)管顯示器(CRT)大不相同。LCD是基于液晶電光效應(yīng)的顯示器件。包括段顯示方式的字符段顯示器件;矩陣顯示方式的字符、圖形、圖像顯示器件;矩陣顯示方式的大屏幕液晶投影電視液晶屏等。液晶顯示器的工作原理是利用液晶的物理特性，在通電時(shí)導(dǎo)通，使液晶排列變得有秩序，使光線(xiàn)容易通過(guò);不通電時(shí)，排列則變得混亂，阻止光線(xiàn)通過(guò)。下面介紹三種液晶顯示器的工作原理。1.“扭曲向列型液晶顯示器”(TwistedNematicLiquidcrystaldisplay),簡(jiǎn)稱(chēng)“TN型液晶顯示器”。這種顯示器的液晶組件構(gòu)造如圖11所示。向列型液晶夾在兩片玻璃中間。這種玻璃的表面上先鍍有一層透明而導(dǎo)電的薄膜以作電極之用。這種薄膜通常是一種銦(Indium)和錫(Tin)的氧化物(Oxide)，簡(jiǎn)稱(chēng)ito。然后再在有ito的玻璃上鍍表面配向劑，以使液晶順著一個(gè)特定且平行于玻璃表面之方向排列。(圖11a)中左邊玻璃使液晶排成上下的方向，右邊玻璃則使液晶排成垂直于圖面之方向。此組件中之液晶的自然狀態(tài)具有從左到右共的扭曲,這也是為什么被稱(chēng)為扭曲型液晶顯示器的原因。利用電場(chǎng)可使液晶旋轉(zhuǎn)的原理，在兩電極上加上電壓則會(huì)使得液晶偏振化方向轉(zhuǎn)向與電場(chǎng)方向平行。因?yàn)橐簯B(tài)晶的折射率隨液晶的方向而改變，其結(jié)果是光經(jīng)過(guò)TN型液晶盒以后其偏振性會(huì)發(fā)生變化。我們可以選擇適當(dāng)?shù)暮穸仁构獾钠窕较騽偤酶淖?。那么，我們就可利用兩個(gè)平行偏振片使得光完全不能通過(guò)(如圖12所示)。若外加足夠大的電壓V使得液晶方向轉(zhuǎn)成與電場(chǎng)方向平行，光的偏振性就不會(huì)改變。因此光可順利通過(guò)第二個(gè)偏光器。于是，我們可利用電的開(kāi)關(guān)達(dá)到控制光的明暗。這樣會(huì)形成透光時(shí)為白、不透光時(shí)為黑，字符就可以顯示在屏幕上了。2.TFT型液晶顯示器的原理TFT型液晶顯示器也采用了兩夾層間填充液晶分子的設(shè)計(jì)。只不過(guò)是把左邊夾層的電極改為了FET晶體管，而右邊夾層的電極改為了共通電極。在光源設(shè)計(jì)上，TFT的顯示采用"背透式"照射方式，即假想的光源路徑不是像TN液晶那樣的從左至右，而是從右向左，這樣的作法是在液晶的背部設(shè)置了類(lèi)似日光燈的光管。光源照射時(shí)先通過(guò)右偏振片向左透出，借助液晶分子來(lái)傳導(dǎo)光線(xiàn)。由于左右?jiàn)A層的電極改成FET電極和共通電極，在FET電極導(dǎo)通時(shí)，液晶分子的表現(xiàn)如TN液晶的排列狀態(tài)一樣會(huì)發(fā)生改變，也通過(guò)遮光和透光來(lái)達(dá)到顯示的目的。但不同的是，由于FET晶體管具有電容效應(yīng)，能夠保持電位狀態(tài)，先前透光的液晶分子會(huì)一直保持這種狀態(tài)，直到FET電極下一次再加電改變其排列方式為止。相對(duì)而言，TN就沒(méi)有這個(gè)特性，液晶分子一旦沒(méi)有被施壓，立刻就返回原始狀態(tài)，這是TFT液晶和TN液晶顯示原理的最大不同。

3.“高分子散布型液晶顯示器”(Polymerdispersedliquidcrystalliquidcrystaldisplay)，簡(jiǎn)稱(chēng)“PDLC型液晶顯示器”。這種顯示器的液晶組件構(gòu)造如圖13所示。高分子的單體(monomer)與液晶混合后夾在兩片玻璃中間，做成一液晶盒。這種玻璃與上面所用的相同，是表面上先鍍有一層透明而導(dǎo)電的薄膜作電極。但是不需要在玻璃上鍍表面配向劑。此時(shí)將液晶盒放在紫外燈下照射使個(gè)單體連結(jié)成高分子聚合物。在高分子形成的同時(shí)，液晶與高分子分開(kāi)而形成許多液晶小顆粒。這些小顆粒被高分子聚合物固定住。當(dāng)光照射在此液晶盒上，因折射率不同，而在顆粒表面處產(chǎn)生折射及反射。經(jīng)過(guò)多次反射與折射，就產(chǎn)生了散射(scattering)。此液晶盒就像牛奶一樣呈現(xiàn)出不透明的乳白色。足夠大電壓加在液晶盒兩側(cè)的玻璃上﹐液晶順著電場(chǎng)方向排列，而使每顆液晶的排列均相同。對(duì)正面入射光而言，這些液晶有著相同的折射率n。如果我們可以選用的高分子材料的折射率與n相同，對(duì)光而言這些液晶顆粒與高分子材料是相同的;因而在液晶盒內(nèi)部沒(méi)有任何折射或反射的現(xiàn)象產(chǎn)生。此時(shí)的液晶盒就像透明的清水一樣。優(yōu)點(diǎn)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(wú)閃爍、對(duì)人體無(wú)危害、生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、成本低廉、可以制成各種規(guī)格和類(lèi)型的液晶顯示器，便于攜帶等。由于這些優(yōu)點(diǎn)。用液晶材料制成的計(jì)算機(jī)終端和電視可以大幅度減小體積等。液晶顯示技術(shù)對(duì)顯示顯像產(chǎn)品結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了深刻影響，促進(jìn)了微電子技術(shù)和光電信息技術(shù)的發(fā)展。結(jié)構(gòu)液晶是介于液態(tài)與結(jié)晶態(tài)之間的一種物質(zhì)狀態(tài)。它除了兼有液體和晶體的某些性質(zhì)（如流動(dòng)性、各向異性等）外，還有其獨(dú)特的性質(zhì)。對(duì)液晶的研究現(xiàn)已發(fā)展成為一個(gè)引人注目的學(xué)科。液晶材料主要是脂肪族、芳香族、硬脂酸等有機(jī)物。液晶也存在于生物結(jié)構(gòu)中，日常適當(dāng)濃度的肥皂水溶液就是一種液晶。由有機(jī)物合成的液晶材料已有幾千種之多。由于生成的環(huán)境條件不同，液晶可分為兩大類(lèi)：只存在于某一溫度范圍內(nèi)的液晶相稱(chēng)為熱致液晶；某些化合物溶解于水或有機(jī)溶劑后而呈現(xiàn)的液晶相稱(chēng)為溶致液晶。溶致液晶和生物組織有關(guān)，研究液晶和活細(xì)胞的關(guān)系，是現(xiàn)今生物物理研究的內(nèi)容之一。熱致液晶：是指由單一化合物或由少數(shù)化合物的均勻混合物形成的液晶。通常在一定溫度范圍內(nèi)才顯現(xiàn)液晶相的物質(zhì)。典型的長(zhǎng)棒形熱致液晶的分子量一般在200~500g/mol左右，分子的長(zhǎng)度比大約在4到8之間。按照棒形分子排列方式把熱致晶體分為三種：向列相液晶，近晶相液晶，膽甾相液晶。液晶拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（1）向列相液晶：它的分子成棒狀，局部地區(qū)的分子趨向于沿同一方向排列。分子短程相互作用比較弱，其排列和運(yùn)動(dòng)比較自由，分子這種排列狀態(tài)使其粘度小、流動(dòng)性強(qiáng)。向列相液晶的主要特點(diǎn)是具有單軸晶體的光學(xué)性質(zhì)，對(duì)外界作用非常敏感，是液晶顯示器件的主要材料。（2）近晶相液晶：近晶相液晶分子也成棒狀，分子排列成層，每層分子長(zhǎng)軸方向是一致的，但分子長(zhǎng)軸與層面都呈一定的角度。層的厚度約等于分子的長(zhǎng)度，各層之間的距離可以變動(dòng)。由于分子層內(nèi)分子結(jié)合力強(qiáng)，層與層間結(jié)合力弱，所以這種液晶有流動(dòng)性，但粘度比向列相液晶大。近晶相液晶具有正性雙折射性，因此，近晶相液晶顯示器件比向列相液晶顯示器件的特性更優(yōu)越。（3）膽甾相液晶：它的分子呈扁平層狀排列，分子長(zhǎng)軸平行層平面，層內(nèi)各分子長(zhǎng)軸互相平行（對(duì)應(yīng)方向）相鄰兩層內(nèi)的分子長(zhǎng)軸方向有微小扭轉(zhuǎn)角，各層分子指向矢，沿著層的法線(xiàn)方向連續(xù)均勻旋轉(zhuǎn)，使液晶整體結(jié)構(gòu)形成螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋扭轉(zhuǎn)360°的兩個(gè)層面的距離叫做螺距，用L表示，通常L為102nm的數(shù)量級(jí)。這種特殊的螺旋狀結(jié)構(gòu)使得該種晶體具有明顯的旋光性、圓偏振光二向色性以及選擇性光散射等特殊光學(xué)性質(zhì)。因此，常將膽甾相液晶作為控制液晶分子排列的添加劑或直接作為變色液晶膜。溶致液晶：是一種包含溶劑化合物在內(nèi)的兩種或多種化合物形成的液晶。是在溶液中溶質(zhì)分子濃度處于一定范圍內(nèi)時(shí)出現(xiàn)液晶相。它的溶劑主要是水或其它極性分子液劑。溶致液晶中的長(zhǎng)棒形溶質(zhì)分子的長(zhǎng)寬比大約在15左右。這種液晶中引起分子排列長(zhǎng)程有序的主要原因是溶質(zhì)與溶劑分子之間的相互作用，而溶質(zhì)分子之間的相互作用是次要的。生物膜具有溶質(zhì)液晶的特征。溶致液晶結(jié)構(gòu)液晶的分子有盤(pán)狀、碗狀等形狀，但多為細(xì)長(zhǎng)棒狀。根據(jù)分子排列的方式，液晶可以分為近晶相、向列相和膽甾相三種，其中向列相和膽甾相應(yīng)用最多。[1]右圖為溶致液晶結(jié)構(gòu)，紅頭的表面活性劑分子與水接觸，而尾巴浸漬在油中（藍(lán)）：雙層（左）和膠束（右）用途編輯液晶顯示材料最常見(jiàn)的用途是電子表和計(jì)算器的顯示板，為什么會(huì)顯示數(shù)字呢？原來(lái)這種液態(tài)光電顯示材料，利用液晶的電光效應(yīng)把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成字符、圖像等可見(jiàn)信號(hào)。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(chǎng)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)字和圖象。液晶的電光效應(yīng)是指它的干涉、散射、衍射、旋光、吸收等受電場(chǎng)調(diào)制的光學(xué)現(xiàn)象。根據(jù)液晶會(huì)變色的特點(diǎn)，人們利用它來(lái)指示溫度、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(lèi)的有毒氣體，也會(huì)變色。液晶在液晶顯示器的廣泛使用，依賴(lài)于電場(chǎng)的存在或不存在一定的液晶物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)。在一個(gè)典型的裝置，液晶層（通常為10μ米厚）坐在兩個(gè)偏振器，穿過(guò)（面向另一個(gè)在90°）。液晶取向的選擇是如此的放松階段是一個(gè)扭曲的人（見(jiàn)扭曲向列場(chǎng)效應(yīng)）。這種扭曲的相位調(diào)整光通過(guò)第一個(gè)偏振片，使其傳輸通過(guò)第二偏振器（和反射回觀察者如果提供反射鏡）。該裝置的透明從而出現(xiàn)。當(dāng)電場(chǎng)施加到液晶層，長(zhǎng)分子軸往往對(duì)齊平行于電場(chǎng)從而逐步解開(kāi)在液晶層的中心。在這種狀態(tài)下，液晶分子不調(diào)整光線(xiàn)，使光的偏振在第一偏振器在第二偏振片吸收，和設(shè)備失去透明度隨電壓。這樣，電場(chǎng)可以用來(lái)指揮使透明或不透明之間的像素開(kāi)關(guān)。彩色液晶顯示系統(tǒng)使用相同的技術(shù)，用于生成紅色，綠色和藍(lán)色像素的彩色濾光片。類(lèi)似的原理可以用來(lái)做其他的液晶光學(xué)器件。液晶可調(diào)諧濾波器作為電光器件，例如，在高光譜成像。手性液晶的螺距與熱溫度強(qiáng)烈變化可作為粗液晶溫度計(jì)，因?yàn)樵摬牧系念伾珪?huì)隨著間距的改變。液晶色彩過(guò)渡是用于許多水族館和游泳池的溫度計(jì)以及嬰兒或沐浴溫度計(jì)。其他液晶材料改變顏色當(dāng)拉伸或強(qiáng)調(diào)。因此，液晶片通常用于工業(yè)尋找熱點(diǎn)，地圖的熱流量，測(cè)量應(yīng)力分布模式，等等。在流體形成液晶是用來(lái)檢測(cè)電產(chǎn)生的熱點(diǎn)在半導(dǎo)體行業(yè)的失效分析。液晶激光器使用液晶在激光介質(zhì)中的一個(gè)而不是外部的鏡子分布反饋機(jī)制。在光子帶隙由液晶周期介電結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了發(fā)射了低門(mén)檻高輸出裝置提供穩(wěn)定的單色發(fā)射。聚合物分散液晶（PDLC）表和卷可作為粘合劑可用于電透明并提供隱私不透明之間切換的智能膜。許多常見(jiàn)的液體，如肥皂水，其實(shí)液晶形式多種液晶相取決于其在水中的濃度。應(yīng)用及發(fā)展編輯液晶顯示器（[4]

LCD）的生產(chǎn)建立在扭曲向列液晶顯示器的基礎(chǔ)之上。向列相液晶被設(shè)計(jì)成在分子結(jié)構(gòu)的末端具有兩種正好相反的組分以產(chǎn)生很強(qiáng)的正各向介電異性，結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成線(xiàn)性體。相似地，液晶電視利用共面轉(zhuǎn)換模式及廣泛的視角，同時(shí)利用了具有正各向介電異性的線(xiàn)性體液晶結(jié)構(gòu)。相反地，與之競(jìng)爭(zhēng)的液晶電視技術(shù)則給予使用垂直取向的向列相液晶，并具有負(fù)各向介電異性。液晶顯示器（LCD）在近幾年經(jīng)歷了一系列的創(chuàng)新。例如發(fā)光二極管（LED），越來(lái)越多地應(yīng)用于背景光源，因?yàn)長(zhǎng)ED與普通的熒光燈相比性能有所提高,成本低，使用壽命長(zhǎng)，而且最主要的是LED比熒光燈消耗的能量少。傳統(tǒng)的液晶顯示器（LCD）的濾色鏡會(huì)浪費(fèi)一半以上的光能，LED通過(guò)產(chǎn)生色幀（FSC)順序減少了能量的損耗。FSC帶來(lái)的利益將會(huì)是巨大的，這項(xiàng)技術(shù)造成的能量損耗水平比其他任何顯示器都低；簡(jiǎn)單，環(huán)保，由于消除了濾色鏡，造價(jià)也更便宜；設(shè)備能再更低的溫度下使用，消除了動(dòng)態(tài)模糊，高亮顯示，真實(shí)的3D顯示的可能性以及在高分辨率多屏幕反映方面的成就。研究方法編輯偏光顯微鏡利用液晶態(tài)的光學(xué)雙折射現(xiàn)象，在帶有控溫?zé)崤_(tái)的偏光顯微鏡下，可以觀察液晶物質(zhì)的織構(gòu)，測(cè)定轉(zhuǎn)變溫度。所謂織構(gòu)，一般指液晶薄膜（厚度約10-100微米）在光學(xué)顯微鏡，特別是正交偏光顯微鏡下用平行光系統(tǒng)所觀察到的圖像，包括消光點(diǎn)或者其他形式的消光結(jié)構(gòu)乃至顏色的差異等。熱分析熱分析研究液晶態(tài)的原來(lái)在于用DSC或者DTA直接測(cè)定液晶相變時(shí)的熱效應(yīng)及其轉(zhuǎn)變溫度。缺點(diǎn)是不能直接觀察液晶形態(tài)，并且少量雜質(zhì)也會(huì)出現(xiàn)吸熱峰或者放熱峰，影響液晶態(tài)的準(zhǔn)確判斷。除此之外還有，X射線(xiàn)衍射、電子衍射，核磁共振，電子自旋共振，流變學(xué)和流變光學(xué)等手段。，人們把液晶片掛在墻上，一旦有微量毒氣逸出，液晶變色了，就提醒人們趕緊去檢查、補(bǔ)漏。物理特性編輯當(dāng)通電時(shí)導(dǎo)通，排列變得有秩序，使光線(xiàn)容易通過(guò)；不通電時(shí)排列混亂，阻止光線(xiàn)通過(guò)。讓液晶如閘門(mén)般地阻隔或讓光線(xiàn)穿透。從技術(shù)上簡(jiǎn)單地說(shuō)，液晶面板包含了兩片相當(dāng)精致的無(wú)鈉玻璃素材，稱(chēng)為Substrates，中間夾著一層液晶。當(dāng)光束通過(guò)這層液晶時(shí)，液晶本身會(huì)排排站立或扭轉(zhuǎn)呈不規(guī)則狀，因而阻隔或使光束順利通過(guò)。大多數(shù)液晶都屬于有機(jī)復(fù)合物，由長(zhǎng)棒狀的分子構(gòu)成。在自然狀態(tài)下，這些棒狀分子的長(zhǎng)軸大致平行。將液晶倒入一個(gè)經(jīng)精良加工的開(kāi)槽平面，液晶分子會(huì)順著槽排列，所以假如那些槽非常平行，則各分子也是完全平行的。液晶是一種介于晶體狀態(tài)和液態(tài)狀態(tài)之間的中間物質(zhì)。它兼有液體和晶體的某些特點(diǎn)，表現(xiàn)出一些獨(dú)特的性質(zhì)。影響因素編輯1.外加場(chǎng)對(duì)液晶的影響科學(xué)家和工程師能夠使用液晶進(jìn)行多樣化的應(yīng)用是因?yàn)橥怆妶?chǎng)的干擾會(huì)導(dǎo)致液晶體系顯微性質(zhì)有意義的改變。電場(chǎng)和磁場(chǎng)都可以用來(lái)誘導(dǎo)這些變化。外加場(chǎng)的大小和它的變化速度一樣，是非常重要的特質(zhì)在它在工業(yè)處理的應(yīng)用上。特殊的表面處理在可以被用于液晶器件從而使液晶具有特定的取向。[5]分子的電子性質(zhì)導(dǎo)致液晶具有沿著外加場(chǎng)取向的能力。永久電偶極導(dǎo)致當(dāng)分子一端有凈正電荷時(shí)，它的另外一端會(huì)出現(xiàn)凈負(fù)電荷。在給液晶加上外電場(chǎng)時(shí)，偶極分子會(huì)趨向于沿電場(chǎng)方向取向。即使一個(gè)分子它并沒(méi)有形成永久電偶極，它仍然會(huì)受到電場(chǎng)的影響。在某些情況下，外加場(chǎng)會(huì)使分子中的電子與質(zhì)子發(fā)生輕微的重排，這是帶電質(zhì)子被激發(fā)的結(jié)果，雖然不像永久偶極子的效果那么強(qiáng)，但是分子沿外加場(chǎng)的取向仍會(huì)發(fā)生。磁場(chǎng)對(duì)液晶分子的影響與電場(chǎng)類(lèi)似，因?yàn)榇艌?chǎng)是由移動(dòng)的電荷產(chǎn)生的，而永久磁偶極是由圍繞原子運(yùn)動(dòng)的電子產(chǎn)生的。當(dāng)液晶被加上一個(gè)磁場(chǎng)，分子會(huì)趨向于順著場(chǎng)的方向排列或沿反方向排列。[5]2.表面處理對(duì)液晶的影響沒(méi)有外加場(chǎng)的作用，液晶分子會(huì)沿任何方向取向。無(wú)論如何，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)引入一個(gè)外部的作用而使分子產(chǎn)生特定的取向是可能的。例如，當(dāng)一個(gè)薄的聚合物涂層（通常為聚酰亞胺）鋪展在玻璃基上并用布沿一個(gè)方向摩擦它時(shí)，液晶分子會(huì)沿摩擦方向排列。對(duì)于這種現(xiàn)象，可以為人所接受的機(jī)理是人們相信液晶層會(huì)在部分的排列一致的高分子鏈上的聚酰亞胺層表面附近進(jìn)行取向附生。[5]3.手性對(duì)液晶的影響手性液晶分子通常會(huì)產(chǎn)生手性液晶相。這意味著液晶分子具有一定的不對(duì)稱(chēng)性，如產(chǎn)生一個(gè)立構(gòu)中心。這種性質(zhì)有個(gè)附加條件，就是體系不能是外消旋的（左，右手性分子的混合將會(huì)抵消手性的影響）。然而，由于液晶取向的協(xié)同性，將少數(shù)量的手性摻雜劑加入非手性中間相中，將會(huì)使液晶分子都呈現(xiàn)手性。[5]手征相分子通常會(huì)螺旋性的旋轉(zhuǎn)。如果旋轉(zhuǎn)的螺距與可見(jiàn)光的波長(zhǎng)類(lèi)似，我們將觀測(cè)到光波干涉效應(yīng)。液晶手征相的手性旋轉(zhuǎn)使體系發(fā)出向左或向右的不同的圓偏振光。這種材料能被用于制作偏振濾射片。[5]研究歷史編輯1850年普魯士醫(yī)生魯?shù)婪颉し茽柦B（RudolfVirchow）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)。1877年德國(guó)物理學(xué)家?jiàn)W托·雷曼（OttoLehmann）運(yùn)用偏光顯微鏡首次觀察到了液晶化的現(xiàn)象。1883年3月14日植物生理學(xué)家斐德烈·萊尼澤（FriedrichReinitzer）觀察到膽固醇苯甲酸酯在熱熔時(shí)有兩個(gè)熔點(diǎn)。液晶顯示屏1888年萊尼澤反復(fù)確定他的發(fā)現(xiàn)后，向德國(guó)物理學(xué)家雷曼請(qǐng)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(guò)程，而從那時(shí)開(kāi)始，雷曼的精力完全集中在該類(lèi)物質(zhì)。1888年出版《分子物理學(xué)》，這是對(duì)這段時(shí)間他在材料物理領(lǐng)域知識(shí)的總結(jié)，特別值得一提的是，他在書(shū)中首次提出了顯微鏡學(xué)研究方法，通過(guò)對(duì)晶體顯微鏡和用它所作的觀察。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(cè)哪一類(lèi)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(guó)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(lèi)：向列型（nematic）、層列型（smectic）、膽甾型（cholesteric）。1930-1960年在G.Freidel之后，液晶研究暫時(shí)進(jìn)入低谷，也有人說(shuō)，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(méi)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(zhǎng)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(kāi)發(fā)出硅半導(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。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(jiǎn)稱(chēng)為微影（photolithography）。20世紀(jì)60年代，隨著半導(dǎo)體集成電路（integratedcircuit）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(duì)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(kāi)發(fā)，液晶顯示技術(shù)獲得了快速發(fā)展。20世紀(jì)60年代隨著半導(dǎo)體集成電路（integratedcircuit）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(guó)RCA公司的G.H.Heilmeier發(fā)表采用DS（dynamicscattering，動(dòng)態(tài)散射）模式的液晶顯示裝置。在此之后，美國(guó)企業(yè)最早開(kāi)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(tái)液晶顯示器。分類(lèi)編輯液晶種類(lèi)很多，通常按液晶分子的中心橋鍵和環(huán)的特征進(jìn)行分類(lèi)。已合成了1萬(wàn)多種液晶材料，其中常用的液晶顯示材料有上千種，主要有聯(lián)苯液晶、苯基環(huán)己烷液晶及酯類(lèi)液晶等。按外因因液晶產(chǎn)生之條件（狀況）不同而被分為熱致液晶（thermotropicLC）和溶致液晶（lyotropicLC），分別由加熱、加入溶劑形成液晶熱相致液晶相產(chǎn)生兩種情形。液晶的光電效應(yīng)受溫度條件控制的液晶稱(chēng)為熱致液晶；溶致液晶則受控于濃度條件。顯示用液晶一般是低分子熱致液晶。熱致液晶包括向列相、近晶相、膽甾相三種。1.近晶相液晶近晶相液晶分子分層排列，根據(jù)層內(nèi)分子排列的不同，又可細(xì)分為近晶相A近晶相B等多種。層內(nèi)分子長(zhǎng)軸互相平行，而且垂直于層面。分子質(zhì)心在層內(nèi)的位置無(wú)一定規(guī)律。這種排列稱(chēng)為取向有序，位置無(wú)序。近晶相液晶分子間的側(cè)向相互作用強(qiáng)于層間相互作用，所以分子只能在本層內(nèi)活動(dòng)，而各層之間可以相互滑動(dòng)。2.膽甾相液晶膽甾相液晶是一種乳白色粘稠狀液體，是最早發(fā)現(xiàn)的一種液晶，其分子也是分層排列，逐層疊合。每層中分子長(zhǎng)軸彼此平行，而且與層面平行。不同層中分子長(zhǎng)軸方向不同，分子的長(zhǎng)軸方向逐層依次向右或向左旋轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度。從整體看，分子取向形成螺旋狀，其螺距用p表示，約為0.3mm。3.向列相液晶向列相液晶中，分子長(zhǎng)軸互相平行，但不分層，而且分子質(zhì)心位置是無(wú)規(guī)則的。1922年，法國(guó)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(lèi)：向列型（nematic）、層列型（smectic）、膽固醇型（cholesteric）。名字的來(lái)源，前兩者分別取自希臘文線(xiàn)狀和清潔劑（肥皂）；膽固醇型的名字有歷史意義，如以近代分類(lèi)法，它們屬于向列型。其實(shí)弗里德對(duì)液晶一詞不贊同，他認(rèn)為「中間相」才是最合適的表達(dá)。向列相向列相（nematic）是最簡(jiǎn)單的液晶相，此類(lèi)液晶的棒狀分子之間只是互相平等排列。但它們的重心排列是無(wú)序的，在外力作用下發(fā)生流動(dòng)，很容易沿流動(dòng)方向取向，并且互相穿越。因此，此類(lèi)型液晶具有相當(dāng)大的流動(dòng)性。向列相液晶又分為單軸向列相液晶和雙軸向列相液晶。電場(chǎng)與磁場(chǎng)對(duì)液晶有巨大的影響力，向列型液晶相的介電性行為是各類(lèi)光電應(yīng)用的基礎(chǔ)（用液晶材料制造以外加電場(chǎng)超作之顯示器，在1970年代以后發(fā)展很快。因?yàn)樗鼈冇行∪莘e、微量耗電、低操作電壓、易設(shè)計(jì)多色面版等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。不過(guò)因?yàn)樗鼈儾皇前l(fā)光型顯示器，在暗處的清晰度、視角和環(huán)境溫度限制，都不理想。無(wú)論如何，電視和電腦的屏幕以液晶材質(zhì)制造，十分有利。大型屏幕在以往受制于高電壓的需求，變壓器的體積與重量不可言喻。其實(shí)，彩色投影電視系統(tǒng)，亦可利用手性向列型液晶去制造如偏光面版、濾片、光電調(diào)整器。近晶相近晶相（smectic）近晶型結(jié)構(gòu)是所有液晶中具有最接近結(jié)晶結(jié)構(gòu)的一類(lèi)。這類(lèi)液晶中，棒狀分子依靠所含官能團(tuán)提供的垂直于分子的長(zhǎng)軸方向的強(qiáng)有力的相互作用，互相平等排列成層狀結(jié)構(gòu)，分子的長(zhǎng)軸垂直于層片平面。在層內(nèi)，分子排列保持著大量二維固體有序性，但是這些層片又不是嚴(yán)格剛性的，分子可以在本層內(nèi)活動(dòng)，但不能來(lái)往于各層之間，結(jié)果這類(lèi)柔性的二維分子薄片之間可以相互滑動(dòng)，而垂直于層片方向的流動(dòng)則要困難。因此，近晶型液晶一般在各個(gè)方向都是非常粘滯的。例如：對(duì)氧化偶氮苯甲醚：CH3OC6H4(NO)=NC6H4OCH3膽甾相膽甾相（甾音zāi）（cholesteric）由于首先在膽甾醇的酯和鹵化物的液晶中觀察到，故得其名。在這類(lèi)液晶中，長(zhǎng)形分子是扁平的，依靠端基的相互作用，彼此平等排列成層狀，但是他們的長(zhǎng)軸是在層片平面上的，層內(nèi)分子與向列型相似，而相鄰兩層間，分子長(zhǎng)軸的取向，由于伸出層片平面外的光學(xué)活性基團(tuán)的作用，依次規(guī)則地扭轉(zhuǎn)一定角度，層層累加而形成螺旋面結(jié)構(gòu)。取向方向經(jīng)歷360°變化的距離稱(chēng)作螺矩。膽甾相最明顯的特征是其獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)。它具有極強(qiáng)的旋光性、明顯的圓二色性和對(duì)波長(zhǎng)的選擇性反射，后者使它在肉眼下即能顯現(xiàn)色彩。液晶顯示器件應(yīng)用的主要是其旋光性。例如：苯甲酸膽甾酶酯：C6H5COOC27H45溶致型液晶溶致液晶是由兩種或兩種以上的組分形成的液晶，其中一種是水或其它的極性溶劑。這是將一種溶質(zhì)溶于一種溶劑而形成的液晶態(tài)物質(zhì)。典型的溶質(zhì)部分是由一個(gè)具有一端為親水基團(tuán)，另一端為疏水基團(tuán)的雙親分子構(gòu)成的。如十二烷基磺酸鈉或脂肪酸鈉肥皂等堿金屬脂肪鹽類(lèi)等。它的溶劑是水，當(dāng)這些溶質(zhì)溶于水后，在不同的濃度下，由于雙親分子親水、疏水基團(tuán)的作用會(huì)形成不同的核心相（middle）和層相（lamella），核心相為球形或柱形。層相則由與近晶相相似的層式排布構(gòu)成。溶致液晶中的長(zhǎng)棒狀溶質(zhì)分子一般要比構(gòu)成熱致液晶的長(zhǎng)棒狀分子大得多，分子軸比約在15左右。最常見(jiàn)的有肥皂水，洗衣粉溶液，表面活化劑溶液等。溶質(zhì)與溶質(zhì)之間的相互作用是次要的。由于分子的有序排布必然給這種溶液帶來(lái)某種晶體的特性。例如光學(xué)的異向性，電學(xué)的異向性，以至于親合力的異向性。例如肥皂泡表面的彩虹及洗滌作用就是這種異向性的體現(xiàn)。溶致液晶不同于熱致液晶。它們廣泛存在于大自然界、生物體內(nèi)，并被不知不覺(jué)應(yīng)用于人類(lèi)生活的各個(gè)領(lǐng)域。如肥皂洗滌劑等。生物物理學(xué)，生物化學(xué)、仿生學(xué)領(lǐng)域都深受注目。這是因?yàn)楹芏嗌锬?、生物體，如神經(jīng)、血液、生物膜等生命物質(zhì)與生命過(guò)程中的新陳代謝、消化吸收、知覺(jué)、信息傳遞等生命現(xiàn)象都與溶致液晶態(tài)物質(zhì)及性能有關(guān)。因此在生物工程、生命、醫(yī)療衛(wèi)生和人工生命研究領(lǐng)域，溶致液晶科學(xué)的研究都倍受重視。溶致性液晶生成的例子，是肥皂水。在高濃度時(shí)，肥皂分子呈層列性，層間是水分子。濃度稍低，組合又不同。按致晶單元與高分子的連接方式分為主鏈型液晶、側(cè)鏈型液晶、樹(shù)枝狀液晶、復(fù)合型液晶和嵌段型液晶。按液晶基元排列方向分為單疇型和多疇型液晶。按形成高分子液晶的單體結(jié)構(gòu)分為兩親型和非兩親型。分子排列編輯依其分子排列方式，分為向列型(Nematic)、距列型(Smectic)、膽固醇型(Cholesteric)、圓盤(pán)型(Disotic)向列型液晶材料(Nematic)自1998年開(kāi)始主要集中于主動(dòng)式矩陣驅(qū)動(dòng)的液晶平面顯示器(AM-LCD)的開(kāi)發(fā)，在AM-LCD用的液晶化合物中，其要求的特性有高的比電阻、低的粘度、正的鐵電率異方向性、高的化學(xué)和光化學(xué)的安定性，符合這些特性的材料以氟系化合物為主。液晶化合物之分子長(zhǎng)軸方向的氟數(shù)增加時(shí)，則其非子長(zhǎng)軸方向的雙極子動(dòng)量變低。液晶鐵電異方向性的增加，可經(jīng)由核心部結(jié)構(gòu)內(nèi)之極性基的導(dǎo)入結(jié)合，以達(dá)到其粘度將降低的，但是當(dāng)逆向?qū)霑r(shí)則其液晶的鐵電異方向性變小。液晶分子的排列，后果之一是呈現(xiàn)有選擇性的光散射。因排列可以受外力影響，液晶材料制造器件潛力很大。范圍于兩片玻璃板之間的手性向列型液晶，經(jīng)過(guò)一定手續(xù)處理，就可形成不同的紋理。距列型材料(Smectic)可分為鐵電性液晶和反鐵電性液晶鐵電性液晶(FLC)是由Meyer於1974年發(fā)現(xiàn)的，然後於1979年發(fā)表表面安定化鐵電性液晶平面顯示器，鐵電性液晶是以簡(jiǎn)單矩陣式驅(qū)動(dòng)的并期待具有高響應(yīng)、高解析度和大畫(huà)面的應(yīng)用。Meyer認(rèn)為要獲得鐵電性液晶的條件，有分子長(zhǎng)軸和垂直方向應(yīng)有永久偶極矩、無(wú)消旋體、具有向列型液晶C相。鐵電性液晶在電場(chǎng)施加時(shí)，其響應(yīng)時(shí)間與鐵電性液晶的自發(fā)極化成反比，與粘性系數(shù)成正比。要獲得較高的響應(yīng)速度，自發(fā)極化要大、粘性系數(shù)要小。自發(fā)行極化的改善對(duì)策，是在對(duì)掌性或光學(xué)活性結(jié)構(gòu)中心倒入大的永久雙偶極矩、對(duì)掌性中心置於核心結(jié)構(gòu)附近，以及復(fù)數(shù)的對(duì)掌性中心導(dǎo)入等設(shè)計(jì)理念，大的自發(fā)極化值之達(dá)成，可經(jīng)由非對(duì)稱(chēng)性碳原子和永久偶極矩(PermantDipoleMoment)。反鐵電性液晶(AFLC)是在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，由反鐵電性液晶轉(zhuǎn)換成鐵電性液晶的一種物理現(xiàn)像。并與非對(duì)稱(chēng)性*在低分子液晶的AFLC中，核心構(gòu)造的苯環(huán)和共軛之苯基結(jié)合碳原子鄰接者，在非對(duì)稱(chēng)性中心將CH3基結(jié)合的狀況，要比將CF3基結(jié)合來(lái)的有安定的反鐵電性，另外在高分子液晶得AFLC中，核心構(gòu)造的部份連接奇數(shù)的碳碳鏈，也可以獲得反鐵電性的配列。膽固醇液晶(Cholesteric)不具有液晶性，但是當(dāng)其氫氧基被鹵素取代成鹵素化合物，以及和碳酸或脂肪酸產(chǎn)生酯化反應(yīng)之膽固醇衍生。膽固醇液晶材料具有特殊螺旋結(jié)構(gòu)，而引發(fā)選擇性光散射、旋光性和圓偏光雙色性，可以利用膽固醇型液晶材料的外加電壓、氣體吸附和溫度等因素而引發(fā)色彩的變化。類(lèi)固醇型液晶，因螺旋結(jié)構(gòu)而對(duì)光有選擇性反射，利用白光中的圓偏光，最簡(jiǎn)單的是根據(jù)變色原理制成的溫度計(jì)（魚(yú)缸中?？吹降臏囟扔?jì)）。在醫(yī)療上，皮膚癌和乳癌之偵測(cè)也可在可疑部位涂上類(lèi)固醇液晶，然后與正常皮膚顯色比對(duì)（因?yàn)榘┘?xì)胞代謝速度比一般細(xì)胞快，所以溫度會(huì)比一般細(xì)胞高些）。碟型液晶（discotic）碟型液晶發(fā)現(xiàn)1970年代，是具有高對(duì)稱(chēng)性原狀分子重疊組成之向列型或柱行系統(tǒng)。分子量編輯依分子量來(lái)分，有低分子型和高分子型，在高分子的液晶有主鏈型和側(cè)鏈型。依溫度的因素，有互變轉(zhuǎn)換型(Enantiotropic)、單變轉(zhuǎn)換型(Monotropic）重現(xiàn)性液晶（recentrantLC）其實(shí)一種物質(zhì)可以具有多種液晶相。又有人發(fā)現(xiàn)，把兩種液晶混合物加熱，得到等向性液體后再冷卻，可以觀察到次第為向列型、層列型液晶。這種相變化的物質(zhì)，稱(chēng)為重現(xiàn)性液晶（recentrantLC）。穩(wěn)定液晶相是分子間的范德華力。因分子集結(jié)密度高，斥力異向性影響較大，但吸引力則是維持高密度，使集體達(dá)到液晶狀態(tài)之力量，斥力和吸引力相互制衡十分重要。又如分子有極性基團(tuán)時(shí)，偶極相互作用成為重要吸引力。藍(lán)相液晶的工作原理編輯藍(lán)相液晶的工作原理是基于Kerr效應(yīng)。將藍(lán)相液晶置于兩平行電極板之間就構(gòu)成一個(gè)Kerr盒，外加電場(chǎng)通過(guò)平行電極板作用在藍(lán)相液晶上，在外電場(chǎng)作用下，藍(lán)相液晶就變?yōu)楣鈱W(xué)上的單軸晶體，其光軸方向與電場(chǎng)方向平行。當(dāng)線(xiàn)偏振光以垂直于電場(chǎng)的方向通過(guò)藍(lán)相液晶時(shí)，將分解為兩束