应用研究

液晶材料的介绍

  液晶是相态的一种,因为其特殊的物理、化学、光学特性,20世纪中叶开始被广泛应用在轻薄型的显示技术上。人们熟悉的物质状态(又称相)为气、液、固,较为生疏的是电浆和液晶。液晶相要具有特殊形状分子组合始会产生,它们可以流动,又拥有结晶的光学性质。液晶的定义,现在已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。 同时具有两种物质的液晶,是以分子间力量组合的,它们的特殊光学性质,又对电磁场敏感,极有实用价值。

  简介


液晶材料的介绍
液晶显示屏

 

   液晶,即液态晶体(Liquid Crystal,LC),是相态的一种,因为具有特殊的理化与光电特性,20世纪中叶开始被广泛应用在轻薄型的显示技术上。
  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始会产生,它们可以流动,又拥有结晶的光学性质。
  液晶的定义,现在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。同时具有两种物质的液晶,是以分子间力量组合的,它们的特殊光学性质,又对电磁场敏感,极有实用价值。
  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。由于这些优点。用液晶材料制成的计算机终端和电视可以大幅度减小体积等。液晶显示技术对显示显像产品结构产生了深刻影响,促进了微电子技术和光电信息技术的发展。

  结构  
  液晶是介于液态与结晶态之间的一种物质状态。它除了兼有液体和晶体的某些性质(如流动性、各向异性等)外,还有其独特的性质。对液晶的研究现已发展成为一个引人注目的学科。
  液晶材料主要是脂肪族、芳香族、硬脂酸等有机物。液晶也存在于生物结构中,日常适当浓度的肥皂水溶液就是一种液晶。目前,由有机物合成的液晶材料已有几千种之多。由于生成的环境条件不同,液晶可分为两大类:只存在于某一温度范围内的液晶相称为热致液晶;某些化合物溶解于水或有机溶剂后而呈现的液晶相称为溶致液晶。溶致液晶和生物组织有关,研究液晶和活细胞的关系,是现今生物物理研究的内容之一。
  液晶的分子有盘状、碗状等形状,但多为细长棒状。根据分子排列的方式,液晶可以分为近晶相、向列相和胆甾相三种,其中向列相和胆甾相应用最多。

  用途
  液晶显示材料最常见的用途是电子表和计算器的显示板,为什么会显示数字呢?原来这种液态光电显示材料,利用液晶的电光效应[2]把电信号转换成字符、图像等可见信号。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象。
  液晶的电光效应是指它的干涉、散射、衍射、旋光、吸收等受电场调制的光学现象。
  根据液晶会变色的特点,人们利用它来指示温度、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。

  历史
  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。
  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。
  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。
  1888年 莱尼泽反复确定他的发现后,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物类物质。
  1888年 出版《分子物理学》,这是对这段时间他在材料物理领域知识的总结,特别值得一提的是,他在书中首次提出了显微镜学研究方法,通过对晶体显微镜和用它所作的观察。
  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)。
  1930-1960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,要采用晶体管。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)。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。
  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。

  影响
  液晶是在自然界中出现的一种十分新奇的中间态,并由此引发了一个全新的研究领域。自然界是由各种各样不同的物质组成。以前,人们熟知的是物质存在有3态:固态、液态和气态。而固态又可以分为晶态和非晶态。在晶态固体中分子具有取向有序性和位置有序性,即所谓的长程有序。当然这些分子在平衡位置会发生少许振动,但平均说来,它们一直保持这种高度有序的排列状态。这样使得单个分子间的作用力叠加在一起,需要很大的外力才能破坏固体的这种有序结构,所以固体是坚硬的,具有一定的形状.很难形变。当一品态固体被加热时,一般说来,在熔点处它将转变成各向同性的液体。这各向同性的液体不具有分子排列的长程有序。也就是说,分子不占据确定的位置,也不以特殊方式取向。液体没有固定形状,通常取容器的形状,具有流动性。但是分子间的相互作用力还相当强.使得分子彼此间保持有一个特定的距离,所以液体具有恒定的密度,难于压缩。在更高的温度下,物质通常呈现气态。这时分子排列的有序性更小于液态。分子间作用更小,分子取杂乱无章的运动,使它们最终扩散到整个容器。所以气体没有一定形状,没有恒定密度,易于压缩。

——摘自《百度百科词条正文》



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