液晶是谁发明的 液晶的发明历史

　　液晶即液态晶体(Liquid Crystal，LC)，是相态的一种，是一种高分子材料。大家都听说过液晶电视，液晶显示屏，那么关于液晶的知识大家了解多少呢?知道是谁发明的吗?知道当中的发明历史吗?下面跟随学习啦小编一起来看看吧。

　　液晶的发明者以及发明历史

　　具结晶性的液体 ——液晶早在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。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，但他对此一现象的成因并不了解。[1]

　　奥地利布拉格德国大学的植物生理学家斐德烈‧莱尼泽(Friedrich Reinitzer)在加热安息香酸胆固醇脂(Cholesteryl Benzoate)研究胆固醇在植物内之角色，于1883年3月14日观察到胆固醇苯甲酸酯在热熔时的异常表现。它在145.5℃时熔化，产生了带有光彩的混浊物，温度升到178.5℃后，光彩消失，液体透明。此澄清液体稍微冷却，混浊又复出现，瞬间呈现蓝色，又在结晶开始的前一刻，颜色是蓝紫的。

　　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，后来更加上了偏光镜，正是深入研究莱涅泽的化合物之最仪器。而从那时开始，雷曼的精力完全集中在该物类物质。他初时之为软晶体，然后改称晶态流体，最后深信偏振光性质是结晶特有，流动晶体(Fliessende kristalle)的名字才算正确。此名与液晶(Flussige kristalle)的差别就只有一步之遥了。莱尼泽和雷曼后来被誉为液晶之父。

　　由嘉德曼(L. gattermann)、利区克(A Ristschke)合成的氧偶氮醚，也是被雷曼鉴定为液晶的。但在20世纪，有名的科学家如坦曼(G. tammann)都以为雷曼等的观察，只是极微细晶体悬浮在意体形成胶体之现象。涅斯特(W. Nernst)则认为液晶只是化合物的互变异构物之混合物。不过，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，理论于是被证明。详细研究历史如下：

　　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)。[2]

　　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，要采用电子管。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。

　　液晶的应用领域

　　液晶分子的排列，后果之一是呈现有选择性的光散射。因排列可以受外力影响，液晶材料制造器件潜力很大。范围于两片玻璃板之间的手性向列型液晶，经过一定手续处理，就可形成不同的纹理。

　　类固醇型液晶，因螺旋结构而对光有选择性反射，利用白光中的圆偏光，最简单的是根据变色原理制成的温度计(鱼缸中常看到的温度计)。在医疗上，皮肤癌和乳癌之侦测也可在可疑部位涂上类固醇液晶，然后与正常皮肤显色比对(因为癌细胞代谢速度比一般细胞快，所以温度会比一般细胞高些)。

　　电场与磁场对液晶有巨大的影响力，向列型液晶相的介电性行为是各类光电应用的基础(用液晶材料制造以外加电场超作之显示器，在1970年代以后发展很快。因为它们有小容积、微量耗电、低操作电压、易设计多色面版等多项优点。不过因为它们不是发光型显示器，在暗处的清晰度、视角和环境温度限制，都不理想。无论如何，电视和电脑的屏幕以液晶材质制造，十分有利。大型屏幕在以往受制于高电压的需求，变压器的体积与重量不可言喻。其实，彩色投影电式系统，亦可利用手性向列型液晶去制造如偏光面版、滤片、光电调整器。

　　液晶的其他相关知识

　　显示器

　　液晶显示器，或称LCD(Liquid Crystal Display)，为平面超薄的显示设备，它由一定数量的彩色或黑白画素组成，放置于光源或者反射面前方。液晶显示器功耗很低，因此倍受工程师青睐，适用于使用电池的电子设备。

　　每个画素由以下几个部分构成：悬浮于两个透明电极(氧化铟锡)间的一列液晶分子，两个偏振方向互相垂直的偏振过滤片，如果没有电极间的液晶，光通过其中一个过滤片势必被另一个阻挡，通过一个过滤片的光线偏振方向被液晶旋转，从而能够通过另一个。

　　液晶分子本身带有电荷，将少量的电荷加到每个画素或者子画素的透明电极，则液晶的分子将被静电力旋转，通过的光线同时也被旋转，改变一定的角度，从而能够通过偏振过滤片。

　　在将电荷加到透明电极之前，液晶分子处于无约束状态，分子上的电荷使得这些分子组成了螺旋形或者环形(晶体状)， 在有些LCD中，电极的化学物质表面可作为晶体的晶种，因此分子按照需要的角度结晶，通过一个过滤片的光线在通过液芯片后偏振防线发生旋转，从而使光线能够通过另一个偏振片，一小部分光线被偏振片吸收，但其余的设备都是透明的。

　　将电荷加到透明电极上后，液晶分子将顺着电场方向排列，因此限制了透过光线偏振方向的旋转，假如液晶分子被完全打散，通过的光线其偏振方向将和第二个偏振片完全垂直，因此被光线完全阻挡了，此时画素不发光，通过控制每个画素中液晶的旋转方向，我们可以控制照亮画素的光线，可多可少。

　　许多LCD在交流电作用下变黑，交流电破坏了液晶的螺旋效应，而关闭电流后，LCD会变亮或者透明。

　　为了省电，LCD显示采用复用的方法，在复用模式下，一端的电极分组连接在一起，每一组电极连接到一个电源，另一端的电极也分组连接，每一组连接到电源另一端，分组设计保证每个画素由一个独立的电源控制，电子设备或者驱动电子设备的软件通过控制电源的开/关序列，从而控制画素的显示。

　　检验LCD显示器的指标包括以下几个重要方面：显示大小，反应时间(同步速率)，阵列类型(主动和被动)，视角，所支持的颜色，亮度和对比度，分辨率和屏幕高宽比，以及输入接口(例如视觉接口和视频显示阵列)。

　　简史

　　第一台可操作的LCD基于动态散射模式(Dynamic Scattering Mode,DSM)，RCA公司乔治•海尔曼带领的小组开发了这种LCD。海尔曼创建了奥普泰公司，这个公司开发了一系列基于这种技术的的LCD。 1970年12月，液晶的旋转向列场效应在瑞士被仙特和赫尔弗里希霍夫曼-勒罗克中央实验室注册为专利。 1969年，詹姆士•福格森在美国俄亥俄州肯特州立大学(Ohio University)发现了液晶的旋转向列场效应并于1971年2月在美国注册了相同的专利。1971年他的公司(ILIXCO)生产了第一台基于这种特性的LCD，很快取代了性能较差的DSM型LCD。

　　显示原理

　　利用液晶的基本性质实现显示。自然光经过一偏振片后“过滤”为线性偏振光，由于液晶分子在盒子中的扭曲螺距远比可见光波长大得多，所以当沿取向膜表面的液晶分子排列方向一致或正交的线性偏振光入射后，其偏光方向在经过整个液晶层后会扭曲90°由另一侧射出，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电压，液晶长轴开始沿电场方向倾斜，当电压达到约2倍阈值电压后，除电极表面的液晶分子外，所有液晶盒内两电极之间的液晶分子都变成沿电场方向的再排列，这时90°旋光的功能消失，在正交片振片间失去了旋光作用，使器件不能透光。如果使用平行偏振片则相反。

　　正是这样利用给液晶盒通电或断电的办法使光改变其透-遮住状态，从而实现显示。上下偏振片为正交或平行方向时显示表现为常白或常黑模式。

　　透射和反射显示

　　LCD可透射显示，也可反射显示，决定于它的光源放哪里。透射型LCD由一个屏幕背后的光源照亮，而观看则在屏幕另一边(前面)。这种类型的LCD多用在需高亮度显示的应用中，例如电脑显示器、PDA和手机中。用于照亮LCD的照明设备的功耗往往高于LCD本身。

　　反射型LCD，常见于电子钟表和计算机中，(有时候)由后面的散射的反射面将外部的光反射回来照亮屏幕。这种类型的LCD具有较高的对比度，因为光线要经过液晶两次，所以被削减了两次。不使用照明设备明显降低了功耗，因此使用电池的设备电池使用更久。因为小型的反射型LCD功耗非常低，以至于光电池就足以给它供电，因此常用于袖珍型计算器。

　　半穿透反射式LCD既可以当作透射型使用，也可当作反射型使用。当外部光线很足的时候，该LCD按照反射型工作，而当外部光线不足的时候，它又能当作透射型使用。

　　彩色显示

　　彩色LCD中，每个画素分成三个单元，或称子画素，附加的滤光片分别标记红色，绿色和蓝色。三个子画素可独立进行控制，对应的画素便产生了成千上万甚至上百万种颜色。老式的CRT采用同样的方法显示颜色。根据需要，颜色组件按照不同的画素几何原理进行排列。
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