我國液晶技術(shù)研究動(dòng)態(tài)

楊南超 楊文輝

(1.上海交通大學(xué) 自動(dòng)化系，上海 200240;2.上海廣電富士光電材料有限公司，上海 201108)

我們?cè)谌粘Ｉ钪?，聽到最多的就是液晶電視，其?shí)液晶技術(shù)在很多領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，電子工業(yè)的顯示裝置，化工的公害測定，高分子反應(yīng)中的定向聚合，儀器分析，航空機(jī)械及冶金產(chǎn)品的無損探傷和微波測定，醫(yī)學(xué)上的皮癌檢查、體溫測定等。液晶顯示全電子數(shù)字石英手表是目前世界上工業(yè)中的心產(chǎn)品，它走時(shí)準(zhǔn)確、造價(jià)低、功耗小和功能多樣。如今，各國科學(xué)家對(duì)于液晶生物物理方面的技術(shù)都很感興趣，積極的探索生命科學(xué)的奧秘和生物液晶的特殊功能。在我國，液晶技術(shù)研究也被科學(xué)家普遍重視，希望通過不斷的探索，發(fā)掘它新的應(yīng)用空間。

一 液晶技術(shù)的發(fā)展史

早在1988年，著名的奧地利植物學(xué)家萊尼茨爾(F.Reinitzer)發(fā)現(xiàn)了液晶，把它稱為了一種奇怪的有機(jī)化合物，它不同于液態(tài)，也不是固態(tài)，它有兩個(gè)熔點(diǎn)，把它的固態(tài)晶體加熱到145℃的時(shí)候，就會(huì)融化成液體，雖然有點(diǎn)渾濁，但一切純凈物質(zhì)融化時(shí)卻是透明的。如果進(jìn)行繼續(xù)加溫到175℃時(shí)，它似乎會(huì)再次融化，變成清澈透明的液體。在萊尼茨爾發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)之上，德國物理學(xué)家萊曼(O.Lehmann)做了一項(xiàng)具有歷史意義的觀察，他用自己親自設(shè)計(jì)的偏光顯微鏡，對(duì)這這堆“奇怪的化合物”進(jìn)行了仔細(xì)的觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這種白而渾濁的液體，從外觀上看屬于液體，但是內(nèi)部卻顯示出各向異性晶體特征，于是他把它命名為“液態(tài)晶體”。而這兩位科學(xué)家也被稱為“液晶”之父。液晶在最開始被發(fā)現(xiàn)的時(shí)候，人們并不知道把它用在哪里，直到1963年，威利阿姆斯在一次實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)在電的刺激下，液晶的透光方式會(huì)改變。經(jīng)歷的5年之后，終于在1968年，也是這個(gè)公司的哈伊盧馬以亞小組，第一次將液晶用于顯示裝置。液晶顯示屏(Liquid Crystal Display)從此誕生。對(duì)于顯示屏來說，當(dāng)時(shí)的液晶技術(shù)并不成熟，作為液晶材料，很不穩(wěn)定，在1973年，穩(wěn)定的液晶材料被格雷教授發(fā)現(xiàn)，SHARP公司在1976年，將液晶技術(shù)應(yīng)用于計(jì)算器(EL-8025)的顯示屏中，這是世界上首次將液晶用于穩(wěn)定的應(yīng)用于電腦顯示器中。接下來，隨著液晶技術(shù)的不斷發(fā)展，液晶已成為當(dāng)今LCD材料的基礎(chǔ)，奠定了其在電子行業(yè)中的重要地位。

二 我國液晶技術(shù)在不同領(lǐng)域的探索狀態(tài)

(一)生物液晶

液晶理論迅速的占據(jù)了生命科學(xué)市場，從此，人們對(duì)于生物液晶這門新興的學(xué)科產(chǎn)生了濃厚的興趣。對(duì)醫(yī)學(xué)和生物工程有著巨大誘惑力的生物體內(nèi)的液晶態(tài)逐漸被發(fā)掘了出來。在我國，由武漢大學(xué)研究，與武漢第三醫(yī)院合作，完成了經(jīng)絡(luò)與液晶的理論探索及其臨床分析。從科學(xué)角度來看，這一理論的探索大大推動(dòng)了經(jīng)絡(luò)理論的發(fā)展，對(duì)傳統(tǒng)的經(jīng)絡(luò)理論是一次挑戰(zhàn)和超越。對(duì)于人體液晶態(tài)的發(fā)現(xiàn)也在不斷進(jìn)步，有研究發(fā)現(xiàn)人體精子的成活能力和壽命與它所處的液晶態(tài)有著直接的關(guān)系。在膽結(jié)石患者的膽汁內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了液晶物質(zhì)的存在，這些醫(yī)學(xué)上與液晶態(tài)都有著千絲萬縷的聯(lián)系，這些課題都等待著進(jìn)一步研究獲得。生物液晶在生物膜模型中也得到了長足的發(fā)展。北京理論物理研究所利用已經(jīng)建立的模型進(jìn)行了理論計(jì)算結(jié)果已經(jīng)通過了試驗(yàn)結(jié)果的證實(shí)。生物液晶的不斷發(fā)展畢竟對(duì)醫(yī)學(xué)和生物工程學(xué)帶來前所未有的貢獻(xiàn)。

(二)高分子液晶

美國Du Po nd公司在1972年開發(fā)出高強(qiáng)度、的Ke lvar纖維，這一發(fā)現(xiàn)在工業(yè)化纖維進(jìn)程帶來了重大突破。據(jù)報(bào)道，中國紡織大學(xué)報(bào)道了液晶在紡織領(lǐng)域運(yùn)用的內(nèi)容，液晶技術(shù)的應(yīng)用既對(duì)高聚物液晶的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善，又獲得了阻燃的高強(qiáng)度纖維。除此之外，清華大學(xué)對(duì)熱致性芳香共聚醋液晶進(jìn)行了觀察和研究，也有了突破性進(jìn)展。華東工學(xué)院對(duì)熱致性液晶的相結(jié)構(gòu)、組態(tài)結(jié)構(gòu)和熱性能進(jìn)行了深入的剖析，通過不斷的探索，對(duì)液晶的有序有了新的認(rèn)識(shí)和看法。隨著液晶技術(shù)的不斷發(fā)展，聚合物分散液晶膜成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，DLC顯示材料中，就是把向列液晶以微小粒子的方式均勻分散在高分子基質(zhì)，進(jìn)一步形成膜，廣泛的應(yīng)用于顯示器，從此結(jié)束了顯示器用玻璃阻隔的時(shí)代。而且這種顯示材料的優(yōu)勢逐漸凸顯出來：顯示面積大，啟閉速度快，超高分辨率。在此基礎(chǔ)之上，未來膜具市場中，可控窗簾等先進(jìn)的技術(shù)產(chǎn)品不再是遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想。

(三)液晶化學(xué)

隨著液晶在不同的領(lǐng)域中嶄露頭角，新型液晶材料合成成為了今后來人們主要追求的技術(shù)，我國中科院上海有機(jī)所，經(jīng)過研究發(fā)展了含全氟苯環(huán)單元的液晶材料。實(shí)驗(yàn)證明，這種液晶材料的粘度小、相融能性強(qiáng)，并且在世界上沒有專利。因此，這一材料的發(fā)明，有望成為我國自行生產(chǎn)的第一批高檔次液晶材料。此外，北京化學(xué)試劑研究所利用苯并三哇基因合成液晶，可以有效的抵御紫外線侵襲，為以后生產(chǎn)生活紫外線的防護(hù)起到相應(yīng)的作用。

在未來的液晶化學(xué)探索道路中，怎樣把已經(jīng)合成的液晶配制成能為液晶器件所用的材料，還需要化學(xué)、物理和電子工作者去不斷探索，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以便用最先進(jìn)的液晶技術(shù)服務(wù)社會(huì)，服務(wù)全人類。

(四)液晶物理

液晶在物理方面也表現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用。河北工學(xué)院通過對(duì)液晶分子的統(tǒng)計(jì)，經(jīng)過了大量的實(shí)驗(yàn)工作，第一次采用格胞膜型來描述向列相、膽幽相、近晶A和近晶c相等多種液晶相態(tài)的物理現(xiàn)象，。用這種理論解釋很多實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，而且這種理論在國際上還沒有明確的解釋。武漢大學(xué)在對(duì)于負(fù)向列相液晶的有序到無序的變化過程的研究，發(fā)現(xiàn)了前所未有的流結(jié)構(gòu)和變化過程，并且進(jìn)行了一定的物理分析。而清華大學(xué)在采用了4×4矩陣方法，來研究鐵電液晶中的過渡散射效應(yīng)，是國內(nèi)第一次提出該效應(yīng)實(shí)際上是一種動(dòng)態(tài)衍射現(xiàn)象。基于液晶的物理性，長春物理所研究顯示器件的發(fā)展中也獲得了不小的成績。推動(dòng)了我國的液晶顯示器水平向高端的國外水平向前邁了一大步。

三 液晶顯示器的最新發(fā)展?fàn)顟B(tài)

液晶技術(shù)雖然早在19世紀(jì)60年代已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，但是在最近十幾年時(shí)間里，當(dāng)應(yīng)用與液晶顯示器的時(shí)候才有了長足的發(fā)展。我國經(jīng)過10多年的努力，LCD工業(yè)所用的基本材料從無到有，從少到逐漸形成了產(chǎn)業(yè)規(guī)模，其中液晶材料和導(dǎo)電玻璃國產(chǎn)化生產(chǎn)比重非常高，其它材料的供應(yīng)也在逐步的轉(zhuǎn)向國內(nèi)市場。1998年石家莊石力克公司銷售6.2噸液晶，銷售額高達(dá)7000萬元。在煙臺(tái)萬潤精細(xì)化工公司、西安現(xiàn)代化學(xué)研究所對(duì)于液晶材料也有相當(dāng)充足的供給。在我國原有基礎(chǔ)上有了長足的進(jìn)步，但是由于從外國進(jìn)口的液晶價(jià)格低廉，從而形成一定的銷售壓力。在1993年，深圳南亞等多家企業(yè)從國外購買ITO導(dǎo)電玻璃生產(chǎn)線。但是因?yàn)閮r(jià)格問題，造成了嚴(yán)重的壓力，因此，只有對(duì)充分把握市場，才能慢慢開創(chuàng)出篇站片國產(chǎn)化的新道路。

四 總結(jié)

液晶顯示材料和很多液晶之品，以其驅(qū)動(dòng)電壓低、功耗微笑、可靠性高、顯示信息量大、彩色顯示、沒閃爍、對(duì)人體無害成本低廉、便于攜帶等優(yōu)勢。而我國對(duì)于液晶技術(shù)的探索和研究一定可以在未來的電子產(chǎn)品你的顯示產(chǎn)品做出相應(yīng)的貢獻(xiàn)。

［1］周其風(fēng)，王新久.液晶高分子［M］.北京：科學(xué)出版社，2011：63.

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［3］黃毅萍，周冉.液晶高分子的開發(fā)研究及進(jìn)展［J］.安徽化工 2009，(6)：16—18.

［4］陳宏憲.熱致液晶高分子與尼龍共混改性進(jìn)展［J］.中國塑料，2012，14(7)：10—15.