液晶即液態晶體(Liquid Crystal，LC)，是相態的一種，是一種高分子材料。大家都聽說過液晶電視，液晶顯示屏，那么關于液晶的知識大家了解多少呢?知道是誰發明的嗎?知道當中的發明歷史嗎?下面跟隨學習啦小編一起來看看吧。

　　液晶的發明者以及發明歷史

　　具結晶性的液體 ——液晶早在1850年，普魯士醫生魯道夫‧菲爾紹(Rudolf Virchow)等人就發現神經纖維的萃取物中含有一種不尋常的物質。1877年，德國物理學家奧托‧雷曼(Otto Lehmann)運用偏光顯微鏡首次觀察到了液晶化的現象，但他對此一現象的成因并不了解。[1]

　　奧地利布拉格德國大學的植物生理學家斐德烈‧萊尼澤(Friedrich Reinitzer)在加熱安息香酸膽固醇脂(Cholesteryl Benzoate)研究膽固醇在植物內之角色，于1883年3月14日觀察到膽固醇苯甲酸酯在熱熔時的異常表現。它在145.5℃時熔化，產生了帶有光彩的混濁物，溫度升到178.5℃后，光彩消失，液體透明。此澄清液體稍微冷卻，混濁又復出現，瞬間呈現藍色，又在結晶開始的前一刻，顏色是藍紫的。

　　萊尼澤反復確定他的發現后，向德國物理學家雷曼請教。當時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晶之過程，后來更加上了偏光鏡，正是深入研究萊涅澤的化合物之最儀器。而從那時開始，雷曼的精力完全集中在該物類物質。他初時之為軟晶體，然后改稱晶態流體，最后深信偏振光性質是結晶特有，流動晶體(Fliessende kristalle)的名字才算正確。此名與液晶(Flussige kristalle)的差別就只有一步之遙了。萊尼澤和雷曼后來被譽為液晶之父。

　　由嘉德曼(L. gattermann)、利區克(A Ristschke)合成的氧偶氮醚，也是被雷曼鑒定為液晶的。但在20世紀，有名的科學家如坦曼(G. tammann)都以為雷曼等的觀察，只是極微細晶體懸浮在意體形成膠體之現象。涅斯特(W. Nernst)則認為液晶只是化合物的互變異構物之混合物。不過，化學家伏蘭德(D. Vorlander)的努力由聚集經驗使他能預測哪一類的化合物最可能呈現液晶特性，然后合成取得該等化合物質，理論于是被證明。詳細研究歷史如下：

　　1850年普魯士醫生魯道夫菲爾紹(Rudolf Virchow)等人就發現神經纖維的萃取物中含有一種不尋常的物質。

　　1877年德國物理學家奧托·雷曼(Otto Lehmann)運用偏光顯微鏡首次觀察到了液晶化的現象。

　　1883年3月14日植物生理學家斐德烈·萊尼澤(Friedrich Reinitzer)觀察到膽固醇苯甲酸酯在熱熔時有兩個熔點。

　　1888年萊尼澤反復確定他的發現后，向德國物理學家雷曼請教。當時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晶之過程，而從那時開始，雷曼的精力完全集中在該類物質。

　　1888年出版《分子物理學》，這是對這段時間他在材料物理領域知識的總結，特別值得一提的是，他在書中首次提出了顯微鏡學研究方法，通過對晶體顯微鏡和用它所作的觀察。

　　20世紀化學家伏蘭德(D. Vorlander)的努力由聚集經驗使他能預測哪一類的化合物最可能呈現液晶特性，然后合成取得該等化合物質，于是雷曼關于液晶的理論被證明。

　　1922年法國人弗里德(G. Friedel)仔細分析當時已知的液晶，把他們分為三類：向列型(nematic)、層列型(smectic)、膽固醇(cholesteric)。[2]

　　1930-1960年在G.Freidel之后，液晶研究暫時進入低谷，也有人說，1930-1960年期間是液晶研究的空白期。究其原因，大概是由于當時沒有發現液晶的實際應用。但是，在此期間，半導體電子工業卻獲得了長足的發展。為使液晶能在顯示器中的應用，透明電極的圖形化以及液晶與半導體電路一體化的微細加工技術必不可缺。隨著半導體工業的進步，這些技術已趨向成熟。

　　20世紀40年代開發出矽半導體，利用傳導電子的n型半導體和傳導電洞的p型半導體構成pn介面(pnjunction)，發明了二極管和晶體管。在此之前，在電路中為實現從交流到直流的整流功能，要采用二極管，而要實現放大功能，要采用電子管。這些大而笨重的元件完全可以由半導體二極管和晶體管代替，不需要向真空中發射電子，僅在固體特別是極薄的膜層中，即可實現整流、放大功能，從而使電子回路實現了小型化。 　接著，藉由光加工技術實現了包括二極管、晶體管在內的電子回路圖形的薄膜化、超微細化。這種技術簡稱為微影(photolithography)。20世紀60年代，隨著半導體集成電路(integrated circuit)技術的發展，電子設備實現了進一步的小型化。上述技術的進步，對于在液晶顯示裝置(display)中的應用是必不可少的，隨著材料科學和材料加工技術的進一步發展，以及新型顯示模式和驅動技術的開發，液晶顯示技術獲得了快速發展。

　　20世紀60年代隨著半導體集成電路(integrated circuit)技術的發展，電子設備實現了進一步的小型化。

　　1968年任職美國RCA公司的G.H.Heilmeier發表采用DS(dynamic scattering，動態散射)模式的液晶顯示裝置。在此之后，美國企業最早開始了數字式液晶手表實用化的嘗試。

　　1971年一家瑞士公司制造出了第一臺液晶顯示器。

　　液晶的應用領域

　　液晶分子的排列，后果之一是呈現有選擇性的光散射。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，經過一定手續處理，就可形成不同的紋理。

　　類固醇型液晶，因螺旋結構而對光有選擇性反射，利用白光中的圓偏光，最簡單的是根據變色原理制成的溫度計(魚缸中常看到的溫度計)。在醫療上，皮膚癌和乳癌之偵測也可在可疑部位涂上類固醇液晶，然后與正常皮膚顯色比對(因為癌細胞代謝速度比一般細胞快，所以溫度會比一般細胞高些)。

　　電場與磁場對液晶有巨大的影響力，向列型液晶相的介電性行為是各類光電應用的基礎(用液晶材料制造以外加電場超作之顯示器，在1970年代以后發展很快。因為它們有小容積、微量耗電、低操作電壓、易設計多色面版等多項優點。不過因為它們不是發光型顯示器，在暗處的清晰度、視角和環境溫度限制，都不理想。無論如何，電視和電腦的屏幕以液晶材質制造，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，彩色投影電式系統，亦可利用手性向列型液晶去制造如偏光面版、濾片、光電調整器。

　　液晶的其他相關知識

　　顯示器

　　液晶顯示器，或稱LCD(Liquid Crystal Display)，為平面超薄的顯示設備，它由一定數量的彩色或黑白畫素組成，放置于光源或者反射面前方。液晶顯示器功耗很低，因此倍受工程師青睞，適用于使用電池的電子設備。

　　每個畫素由以下幾個部分構成：懸浮于兩個透明電極(氧化銦錫)間的一列液晶分子，兩個偏振方向互相垂直的偏振過濾片，如果沒有電極間的液晶，光通過其中一個過濾片勢必被另一個阻擋，通過一個過濾片的光線偏振方向被液晶旋轉，從而能夠通過另一個。

　　液晶分子本身帶有電荷，將少量的電荷加到每個畫素或者子畫素的透明電極，則液晶的分子將被靜電力旋轉，通過的光線同時也被旋轉，改變一定的角度，從而能夠通過偏振過濾片。

　　在將電荷加到透明電極之前，液晶分子處于無約束狀態，分子上的電荷使得這些分子組成了螺旋形或者環形(晶體狀)， 在有些LCD中，電極的化學物質表面可作為晶體的晶種，因此分子按照需要的角度結晶，通過一個過濾片的光線在通過液芯片后偏振防線發生旋轉，從而使光線能夠通過另一個偏振片，一小部分光線被偏振片吸收，但其余的設備都是透明的。

　　將電荷加到透明電極上后，液晶分子將順著電場方向排列，因此限制了透過光線偏振方向的旋轉，假如液晶分子被完全打散，通過的光線其偏振方向將和第二個偏振片完全垂直，因此被光線完全阻擋了，此時畫素不發光，通過控制每個畫素中液晶的旋轉方向，我們可以控制照亮畫素的光線，可多可少。

　　許多LCD在交流電作用下變黑，交流電破壞了液晶的螺旋效應，而關閉電流后，LCD會變亮或者透明。

　　為了省電，LCD顯示采用復用的方法，在復用模式下，一端的電極分組連接在一起，每一組電極連接到一個電源，另一端的電極也分組連接，每一組連接到電源另一端，分組設計保證每個畫素由一個獨立的電源控制，電子設備或者驅動電子設備的軟件通過控制電源的開/關序列，從而控制畫素的顯示。

　　檢驗LCD顯示器的指標包括以下幾個重要方面：顯示大小，反應時間(同步速率)，陣列類型(主動和被動)，視角，所支持的顏色，亮度和對比度，分辨率和屏幕高寬比，以及輸入接口(例如視覺接口和視頻顯示陣列)。

　　簡史

　　第一臺可操作的LCD基于動態散射模式(Dynamic Scattering Mode,DSM)，RCA公司喬治•海爾曼帶領的小組開發了這種LCD。海爾曼創建了奧普泰公司，這個公司開發了一系列基于這種技術的的LCD。 1970年12月，液晶的旋轉向列場效應在瑞士被仙特和赫爾弗里希霍夫曼-勒羅克中央實驗室注冊為專利。 1969年，詹姆士•福格森在美國俄亥俄州肯特州立大學(Ohio University)發現了液晶的旋轉向列場效應并于1971年2月在美國注冊了相同的專利。1971年他的公司(ILIXCO)生產了第一臺基于這種特性的LCD，很快取代了性能較差的DSM型LCD。

　　顯示原理

　　利用液晶的基本性質實現顯示。自然光經過一偏振片后“過濾”為線性偏振光，由于液晶分子在盒子中的扭曲螺距遠比可見光波長大得多，所以當沿取向膜表面的液晶分子排列方向一致或正交的線性偏振光入射后，其偏光方向在經過整個液晶層后會扭曲90°由另一側射出，正交偏振片起到透光的作用;如果在液晶盒上施加一定值的電壓，液晶長軸開始沿電場方向傾斜，當電壓達到約2倍閾值電壓后，除電極表面的液晶分子外，所有液晶盒內兩電極之間的液晶分子都變成沿電場方向的再排列，這時90°旋光的功能消失，在正交片振片間失去了旋光作用，使器件不能透光。如果使用平行偏振片則相反。

　　正是這樣利用給液晶盒通電或斷電的辦法使光改變其透-遮住狀態，從而實現顯示。上下偏振片為正交或平行方向時顯示表現為常白或常黑模式。

　　透射和反射顯示

　　LCD可透射顯示，也可反射顯示，決定于它的光源放哪里。透射型LCD由一個屏幕背后的光源照亮，而觀看則在屏幕另一邊(前面)。這種類型的LCD多用在需高亮度顯示的應用中，例如電腦顯示器、PDA和手機中。用于照亮LCD的照明設備的功耗往往高于LCD本身。

　　反射型LCD，常見于電子鐘表和計算機中，(有時候)由后面的散射的反射面將外部的光反射回來照亮屏幕。這種類型的LCD具有較高的對比度，因為光線要經過液晶兩次，所以被削減了兩次。不使用照明設備明顯降低了功耗，因此使用電池的設備電池使用更久。因為小型的反射型LCD功耗非常低，以至于光電池就足以給它供電，因此常用于袖珍型計算器。

　　半穿透反射式LCD既可以當作透射型使用，也可當作反射型使用。當外部光線很足的時候，該LCD按照反射型工作，而當外部光線不足的時候，它又能當作透射型使用。

　　彩色顯示

　　彩色LCD中，每個畫素分成三個單元，或稱子畫素，附加的濾光片分別標記紅色，綠色和藍色。三個子畫素可獨立進行控制，對應的畫素便產生了成千上萬甚至上百萬種顏色。老式的CRT采用同樣的方法顯示顏色。根據需要，顏色組件按照不同的畫素幾何原理進行排列。
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