液晶技术第一章_PPT幻灯片
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在液晶体内发生的弹性形变有3种基本形式，即展曲、扭曲和弯曲。
关于液晶分子在电场作用下分子再排列的理 论研究比较复杂，在这里只给出以下结论：
f E＝ 12｛K 1 ( 1 n ) 2 K 2 ( n 2 n ) 2 K 3 ( n 3 n ) 2 ( n • E ) 2 ｝
当温度升高时，一般都可以转变为向列相液晶。
层状液晶（Smectic Liquid Crystals）
③胆固醇液晶(Cholesteric LC)
它们大部份是由胆固醇的衍生物所生成的. 但有些没有 胆固醇结构的液晶也会具有此液晶相。这种液晶如果把它 的一层一层分开来看，会很像线状液晶。但是在Z轴方向 来看，会发现它的指向矢会随着一层一层的不同而像螺旋 状一样分布，而当其指向矢旋转360度所需的分子层厚度 就称为螺距(pitch)。正因为它每一层跟线状液晶很像，所 以也叫Chiral nematic phase，或胆甾相液晶。
近晶相液晶(Sematic LC)（层状液晶）
向列液晶(Nematic LC)
胆固醇液晶(Cholesteric LC)
碟状液晶(Disctic LC)
①向列相(Nematic Liquid Crystals)
液晶分子只有一维有序，分子长轴相互平行（大体指 向一个方向），但不排列成层，它能上下、左右、前后 滑动，只在分子长轴方向上保持相互平行或近于平行， 分子间短程相互作用微弱，向列相液晶分子的排列和运 动比较自由，对外界电、磁、温度、应力都比较敏感。
胆固醇液晶(Cholesteric)
④碟状液晶(Disctic LC)
1970年才发现的的碟型 (discotic)液晶，是具有高对 称性原状分子重叠组成的向列型或柱行系统。
1.2液晶的物理性质
1.2.1、液晶的有序参量
向列相液晶是圆柱对称的，即体系中存在一根 轴线，我们把平行于该轴的方向（分子长轴）称 为分子的主轴，而圆棒状液晶分子的排列倾向于 平行于主轴方向。
液晶的电阻率也是各向异性的，动态散射就是利用此物理特性。
（3）光学折射率的各向异性
光学折射率的各向异性直接影响液晶器件的光学特性，如能改变 入射光的偏振状态或偏振方向，能使入射光相应于左旋或右旋进行反 射或透射等，它对于液晶器件的电光效应有着重要的决定作用。
（4）粘滞系数
粘滞系数也是各向异性的，它直接影响液晶器件的响应速度，是液 晶器件最重要的性能参数之一。
1.2.2、液晶的各向异性
液晶的分子一般都是刚性的棒状分子，由于分子头尾、 侧面所接的分子集团不同，使液晶分子在长轴和短轴两个 方向上具有不同的性质，液晶分子是极性分子，由于分子 间的作用力，液晶分子集合在一起时，分子长轴总是互相 平行的，或有一个择优方向，液晶分子长轴的平均趋向的 单位矢量称为该液晶的指向矢。
为了描述整个向列相液晶体系中所有分子作为 整体时相对于主轴的取向程度，我们引入了有序 参量S，它与液晶材料、温度有关，具有负温度系 数特性，即当温度上升，有序参量下降，液晶器 件显示质量下降。
z
a
n
o s1(3co2s 1) y
2
x 各向同性液体的S=0，理想晶体的S=1 液晶的有序参量S一般在0.3～0.8之间。
1.2.3、液晶的连续体理论
在分析液晶的物理性质时，忽略组成液晶单个分子的行为，而把排 列起来的液晶看成是一个连续的介质，在外场作用下指向矢将发生变化， 去除外场后指向矢又恢复到原来的起始状态，这一过程可以把液晶看成 相当于一个弹性连续体，并在外力的作用下产生了弹性形变，这与弹簧 的性质有些相似。注意的是发生形变需要一定的时间才能完成，这就产 生了所谓的响应时间的概念。
说明： f E 为液晶分子的自由能；
附錄:
液态晶体
LiquidBaidu NhomakorabeaCrystal
加热 冷却
加热 冷却
固体結晶
液晶
液体
热致液晶(Thermotropic LC)，在一定温度范围内呈现 出液晶状态。
溶致液晶(Lypotropic LC)，要溶解在水中或有机溶剂 中才显示出液晶状态.
本课程只对热值液晶进行介绍。
各种热致型液晶分布的温度范围
偶极矩平行于分子长轴的一类液晶称为正性液晶（NP）； 垂直于分子长轴的那一类液晶称为负性液晶（Nn）；
这两类液晶的电光效应是不同的，在大部分LCD显示屏中，我们加入的 是正性液晶。
（2）电阻率和电导率
液晶的电阻率ρ的数量级一般为108～1012Ωcm，它接近于半导体 和绝缘体的边界。电阻率的倒数为电导率，电阻率常作为液晶纯度的一 个检测值，ρ小表示杂质离子较多，也就是液晶的纯度差，一般当 ρ<1010Ωcm时，在外电场作用下由于电化学分解会破坏液晶分子结构， 直到失去液晶性能为止。
②层状液晶(Smectic Liquid Crystals)
其结构是由液晶棒状分子聚集一起, 形成一层一层的 结构。其每一层的分子的长轴方向相互平行。且此长轴 的方向对于每一层平面是垂直或有一倾斜角。由于其结 构非常近似于晶体, 所以又称做近晶相。在层状型液晶层 与层间的键结会因为温度而断裂，所以层与层间较易滑 动。但是每一层内的分子键结较强，所以不易被打断。 因此就单层来看，其排列不仅有序且黏性较大。
第1章 液晶基础知识
液晶的种类 液晶的物理特性 液晶的光学特性
1.1 液晶的种类
液晶状态被喻为是自然界中物质的第四状态，而有别于固态、 液态和气态的物质三大状态，液晶分子是一种具有光学异方 向性和流动性之结晶性液体，是一种机能性材料。具有液体 的流动性及表面张力，同时又有晶体所特有的光学各向异性 的双折射性。这种能在某个温度范围内兼液体和晶体二者特 性的物质就叫做液晶，一般分向列型、近晶型、胆甾型和异 型型。
沿液晶分子长轴方向和短轴方向上的宏观物理性质是 不同的，这就是液晶的各向异性的实质。
一般称沿分子长轴平均方向为平行方向，称沿分子短 轴平均方向为垂直方向。
（1）介电各向异性
介电常数反映了在电场作用下介质极化的程度， 的数值可正可负，
根据实验发现：不同类型的液晶分子，液晶分子的长轴偏向于平行或
垂直于分子电偶极矩（电场的方向）。
关于液晶分子在电场作用下分子再排列的理 论研究比较复杂，在这里只给出以下结论：
f E＝ 12｛K 1 ( 1 n ) 2 K 2 ( n 2 n ) 2 K 3 ( n 3 n ) 2 ( n • E ) 2 ｝
当温度升高时，一般都可以转变为向列相液晶。
层状液晶（Smectic Liquid Crystals）
③胆固醇液晶(Cholesteric LC)
它们大部份是由胆固醇的衍生物所生成的. 但有些没有 胆固醇结构的液晶也会具有此液晶相。这种液晶如果把它 的一层一层分开来看，会很像线状液晶。但是在Z轴方向 来看，会发现它的指向矢会随着一层一层的不同而像螺旋 状一样分布，而当其指向矢旋转360度所需的分子层厚度 就称为螺距(pitch)。正因为它每一层跟线状液晶很像，所 以也叫Chiral nematic phase，或胆甾相液晶。
近晶相液晶(Sematic LC)（层状液晶）
向列液晶(Nematic LC)
胆固醇液晶(Cholesteric LC)
碟状液晶(Disctic LC)
①向列相(Nematic Liquid Crystals)
液晶分子只有一维有序，分子长轴相互平行（大体指 向一个方向），但不排列成层，它能上下、左右、前后 滑动，只在分子长轴方向上保持相互平行或近于平行， 分子间短程相互作用微弱，向列相液晶分子的排列和运 动比较自由，对外界电、磁、温度、应力都比较敏感。
胆固醇液晶(Cholesteric)
④碟状液晶(Disctic LC)
1970年才发现的的碟型 (discotic)液晶，是具有高对 称性原状分子重叠组成的向列型或柱行系统。
1.2液晶的物理性质
1.2.1、液晶的有序参量
向列相液晶是圆柱对称的，即体系中存在一根 轴线，我们把平行于该轴的方向（分子长轴）称 为分子的主轴，而圆棒状液晶分子的排列倾向于 平行于主轴方向。
液晶的电阻率也是各向异性的，动态散射就是利用此物理特性。
（3）光学折射率的各向异性
光学折射率的各向异性直接影响液晶器件的光学特性，如能改变 入射光的偏振状态或偏振方向，能使入射光相应于左旋或右旋进行反 射或透射等，它对于液晶器件的电光效应有着重要的决定作用。
（4）粘滞系数
粘滞系数也是各向异性的，它直接影响液晶器件的响应速度，是液 晶器件最重要的性能参数之一。
1.2.2、液晶的各向异性
液晶的分子一般都是刚性的棒状分子，由于分子头尾、 侧面所接的分子集团不同，使液晶分子在长轴和短轴两个 方向上具有不同的性质，液晶分子是极性分子，由于分子 间的作用力，液晶分子集合在一起时，分子长轴总是互相 平行的，或有一个择优方向，液晶分子长轴的平均趋向的 单位矢量称为该液晶的指向矢。
为了描述整个向列相液晶体系中所有分子作为 整体时相对于主轴的取向程度，我们引入了有序 参量S，它与液晶材料、温度有关，具有负温度系 数特性，即当温度上升，有序参量下降，液晶器 件显示质量下降。
z
a
n
o s1(3co2s 1) y
2
x 各向同性液体的S=0，理想晶体的S=1 液晶的有序参量S一般在0.3～0.8之间。
1.2.3、液晶的连续体理论
在分析液晶的物理性质时，忽略组成液晶单个分子的行为，而把排 列起来的液晶看成是一个连续的介质，在外场作用下指向矢将发生变化， 去除外场后指向矢又恢复到原来的起始状态，这一过程可以把液晶看成 相当于一个弹性连续体，并在外力的作用下产生了弹性形变，这与弹簧 的性质有些相似。注意的是发生形变需要一定的时间才能完成，这就产 生了所谓的响应时间的概念。
说明： f E 为液晶分子的自由能；
附錄:
液态晶体
LiquidBaidu NhomakorabeaCrystal
加热 冷却
加热 冷却
固体結晶
液晶
液体
热致液晶(Thermotropic LC)，在一定温度范围内呈现 出液晶状态。
溶致液晶(Lypotropic LC)，要溶解在水中或有机溶剂 中才显示出液晶状态.
本课程只对热值液晶进行介绍。
各种热致型液晶分布的温度范围
偶极矩平行于分子长轴的一类液晶称为正性液晶（NP）； 垂直于分子长轴的那一类液晶称为负性液晶（Nn）；
这两类液晶的电光效应是不同的，在大部分LCD显示屏中，我们加入的 是正性液晶。
（2）电阻率和电导率
液晶的电阻率ρ的数量级一般为108～1012Ωcm，它接近于半导体 和绝缘体的边界。电阻率的倒数为电导率，电阻率常作为液晶纯度的一 个检测值，ρ小表示杂质离子较多，也就是液晶的纯度差，一般当 ρ<1010Ωcm时，在外电场作用下由于电化学分解会破坏液晶分子结构， 直到失去液晶性能为止。
②层状液晶(Smectic Liquid Crystals)
其结构是由液晶棒状分子聚集一起, 形成一层一层的 结构。其每一层的分子的长轴方向相互平行。且此长轴 的方向对于每一层平面是垂直或有一倾斜角。由于其结 构非常近似于晶体, 所以又称做近晶相。在层状型液晶层 与层间的键结会因为温度而断裂，所以层与层间较易滑 动。但是每一层内的分子键结较强，所以不易被打断。 因此就单层来看，其排列不仅有序且黏性较大。
第1章 液晶基础知识
液晶的种类 液晶的物理特性 液晶的光学特性
1.1 液晶的种类
液晶状态被喻为是自然界中物质的第四状态，而有别于固态、 液态和气态的物质三大状态，液晶分子是一种具有光学异方 向性和流动性之结晶性液体，是一种机能性材料。具有液体 的流动性及表面张力，同时又有晶体所特有的光学各向异性 的双折射性。这种能在某个温度范围内兼液体和晶体二者特 性的物质就叫做液晶，一般分向列型、近晶型、胆甾型和异 型型。
沿液晶分子长轴方向和短轴方向上的宏观物理性质是 不同的，这就是液晶的各向异性的实质。
一般称沿分子长轴平均方向为平行方向，称沿分子短 轴平均方向为垂直方向。
（1）介电各向异性
介电常数反映了在电场作用下介质极化的程度， 的数值可正可负，
根据实验发现：不同类型的液晶分子，液晶分子的长轴偏向于平行或
垂直于分子电偶极矩（电场的方向）。