液晶特性
液晶物质的形态特点
液晶物质的形态特点
液晶是一种介于固体和液体之间的物质形态，具有以下几个特点：
1.双折射性：液晶的分子结构导致它具有双折射性，也就是光在通过液晶时会发生不同的折射现象。
在无外加电场的情况下，液晶分子呈无序排列，光线会以两个不同的折射率通过液晶，呈现出两个不同的折射方向。
这种双折射现象是液晶显示技术的基础。
2.可透光性：液晶在一定温度范围内可以表现出白色或透明的外观，不会自发发射光线，也不会吸收光线，所以对于外界光的透过和透射具有很好的特性。
这种特性使得液晶可以作为显示器的基本材料，并且能够通过通过调整分子排列来控制透光度，实现图像的显示。
3.定向性：液晶分子有着一定的方向性，所以液晶具有定向性，通过外加电场或温度的变化，可以改变液晶分子的排列方向，从而改变液晶的光学性质。
这种定向性和可调节性使得液晶显示技术成为一种可控性能很强的显示技术。
4.可扭曲性：液晶的分子排列形态可以通过外加电场或机械应变等途径改变，也就是液晶分子的排列可以被“扭曲”。
在没有外加电场时，液晶分子呈现无序排列，但在外加电场的作用下，液晶分子会沿着电场方向排列，从而形成了有序的排列结构。
这种可扭曲性是液晶显示技术中液晶分子的重要特性。
液晶材料的分类及特性研究
液晶材料可以分为：溶致液晶、热致液晶、一些生物分子液晶以及一些聚合物液晶。
溶致液晶是能在溶剂中溶解的液晶，通常为棒状分子。
其性质取决于溶剂的性质。
热致液晶是只在加热时才显现液晶行为的物质，当温度超过其转变温度（又称相变温度）时才会出现液晶相。
这种液晶通常是棒状分子。
转变温度记作T蝉。
普通纤维状的纤维（玻璃纤维、聚酯纤维等）和工程塑料（聚酰亚胺、聚苯硫醚）在低于转变温度时是固态，而高于转变温度时则是液态。
生物分子液晶，如DNA、RNA和蛋白质等，也被归类为溶致液晶。
一些聚合物液晶，例如聚合物溶液，属于热致液晶。
液晶的特性主要包括：
1. 对光的光学性，即对光的散射和吸收。
2. 旋光性，即对偏振光进行旋转。
3. 热性，即物质的温度依赖性。
4. 流动性，即物质的液态和固态的转换速度。
5. 粘滞性，即物质的流动阻力。
液晶材料的性质及其应用
液晶材料的性质及其应用液晶是一种特殊的物质形态，它既表现出固体的有序性质，同时又具有液态的流动性。
液晶作为现代化学和材料科学中的重要研究对象，因其独特的性质，已被广泛应用于电子显示、光电子、传感器等领域。
1. 液晶材料的基本性质液晶材料的特殊性质是由其分子结构所决定的。
液晶分子通常具有线性、扭曲、杯形等不同的结构形态。
由于液晶分子自身具有偶极性，使得分子在外部场的作用下呈现出与其它物质不同的取向和排列规律，从而显示出其独特的物理性质。
液晶材料具有重要的光学性质，如自然双折射等。
当液晶分子在外部场作用下发生旋转时，其两个折射率也会发生变化。
利用这种特性，可以制成各种光学器件，如偏振器、光阀、液晶电视等。
液晶材料还具有电学和机械性能。
在外施电场的作用下，液晶分子能够发生取向改变，从而导致电光效应、电热效应、电流效应等现象的产生。
液晶材料的机械性质也是研究的重点之一，如液晶弹性、液晶稳定性、液晶流动性等。
2. 液晶材料的应用现代信息技术的快速发展使得液晶材料的应用得到了广泛的关注。
液晶电视、电脑液晶显示器、液晶手表等产品已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
此外，液晶材料还被应用于太阳能电池板的制造、生物传感、光谱分析和二维码等领域。
（1）液晶显示技术液晶显示技术是液晶材料最广泛应用的领域之一。
液晶显示器利用外施电场改变液晶分子的取向来控制光的透过和阻挡，从而实现图像的变化。
与传统的阴极射线管相比，液晶显示器有体积小、重量轻、功耗低、易于携带等优势特点。
液晶显示技术不仅仅在消费电子领域得到广泛应用，也在医学显示、航空航天、军事卫星等领域发挥重要作用。
随着科技的发展，液晶显示技术也在不断创新，如曲面屏、可卷曲显示器等。
（2）光电子与传感器液晶材料的特殊光学性质使得其在光电子领域的应用也日益广泛。
液晶光电效应可以用于制造压电光学器件、光纤光栅等，这些器件被广泛用于通信、调制与成像等领域。
另外，液晶材料还被用于生物传感，可以制作出高灵敏度、高选择性、重复使用的生物传感器。
液晶种类及物理特性
此时外加电压称为阈值电VEtCh压d Vkkiti iih,即
Vth=Ec*d
因此可得：（Vth 与液晶盒厚无关，仅与弹性常数
kii和节点各向异性有关。）
Vth
kii
• 近晶型：
棒状分子相互平行地 排列成层状结构，分子 的长轴垂直与层面．在 层内，分子的排列具有 二维有序性，分子的质 心位置排列则是无序的， 分子只能在本层内活 动．在层间具有一维平 移序，层间可以相互滑 移．
back
液晶分子的物理特性
有序参量
2
S=1/2(3COS Θ-1) Θ为分子长轴与指向矢量的夹角
向列液晶在偏光显微镜下的图
液晶的三种结构类型
• 胆甾型：
它包含着许多层分子， 每层分子的排列方向基本 相同，但相邻两层分子排 列方向稍有旋转，夹角基 本一致，层层叠成螺旋结 构，当分子的排列旋转了 360°而又回到原来方向时， 在这种分子排列完全相同 的两层间的距离称胆甾型 液晶的螺距。
液晶的三种结构类型：
材料的光学
液晶与液晶显示材料
液晶材料与液晶显示器的原理
• 液晶的发现 • 液晶的分类 • 液晶的光电效应 • 液晶显示器的基本原理
液晶的发现
• 液晶的发现可追溯到19世纪末，1888年奥地利 的植物学家F·Reinitzer在作加热胆甾醇的苯甲 酸脂实验时发现，当加热使温度升高到一定程 度后，结晶的固体开始溶解。但溶化后不是透 明的液体，而是一种呈混浊态的粘稠液体，并 发出多彩而美丽的珍珠光泽。当再进一步升温 后，才变成透明的液体。这种混浊态粘稠的液 体是什么呢？
液晶材料的种类特性及其应用
液晶材料的种类特性及其应用液晶材料是一类特殊的有机分子化合物或无机化合物，其具有一定的结晶性和流动性，可在一定的温度范围内异向地流动，同时具有电光性和热致性等特殊性质。
液晶材料广泛应用于液晶显示器、液晶电视、液晶电子墨水、液晶投影等领域。
根据液晶材料的分子排列方式，液晶材料可分为向列型（nematic）、粒晶型（smectic）、柱状型（columnar）和螺旋型（cholesteric）等不同种类。
1.向列型液晶材料：向列型液晶材料的分子排列呈现出一定的有序性，并且分子长轴大致保持垂直于液晶层面的状态。
向列型液晶材料具有快速的响应速度和良好的透明度，广泛应用于各种液晶显示器。
2.粒晶型液晶材料：粒晶型液晶材料的分子排列呈现出更有序的结构，形成层状结构。
粒晶型液晶材料具有机械强度高、导热性好、观察视角宽等特点，广泛用于液晶电子墨水和生物传感器等领域。
3.柱状型液晶材料：柱状型液晶材料的分子排列呈现出柱状的结构，分子间形成长程有序的堆积。
柱状型液晶材料具有高导电性和较好的电子输运性能，广泛用于有机太阳能电池和有机场效晶体管等领域。
4.螺旋型液晶材料：螺旋型液晶材料的分子排列呈现出一定的螺旋结构，形成螺旋向列型的液晶相。
螺旋型液晶材料具有结构色、光子晶体和布里渊散射等特性，广泛应用于光纤传感器和光学滤波器等领域。
液晶材料在液晶显示器和其他液晶设备中有广泛的应用。
液晶显示器是液晶材料最常见的应用之一，以便捷而高效的方式在屏幕上产生图像。
液晶电视、电脑显示器和手机屏幕都是以液晶材料为基础制造的。
液晶电子墨水则在电子书和电子纸等领域得到了广泛应用，具有较高的可读性和低功耗的优势。
液晶投影机则可以将图像以高清晰度投射到屏幕上。
此外，液晶材料还广泛用于光学信息存储、光学滤波器、光纤传感器、光学测量仪器和光子晶体等领域。
液晶材料还可以制成电子调制器件、电子窗帘和可变透明材料等，具有使窗户自动调节透光度和保护隐私的功能。
第3讲 液晶的结构与性质(共29张PPT)
2．近晶型液晶
近晶型液晶的分子排 列模型：这种液晶分 子的形状也象雪茄烟 ，分子长轴互相平行 ，且排列成层，层与 层之间相互平行，分 子排列比较整齐，近 似于晶体的分子排列 状况。
近晶型液晶
3．对于形成胆甾型液晶的分子，除了具备上述两个条件 外，还必须具有光学活性因素，如含有不对称碳原子等， 因而分子本身就具有较大的各向异性。
液晶物质的宏观表征和微观表征
液晶物质的宏观表征，既有类似液体的 流动性和连续性；又有类似晶体的有序 性。它们在光学、力学和电学性质上， 具有明显的各向异性，能显现浑浊、双 折射、彩虹、旋光等一系列奇特的现象 。
液晶的这一特性，导致了许多重要的应用。例如，金属 材料和零件的无损探伤，红外像转换，微电子学中热点 〔短路处〕的探测，致冷机的漏热检查以及在医学上诊 断疾病、探查肿瘤。
2．电光效应
液晶分子对电场的作用非常敏感，外电 场的微小变化，就会引起液晶分子排列 方式的改变，从而引起液晶光学性质的 改变。因此，在外电场作用下，从液晶 反射出的光线，在强度、颜色和色调上 都有所不同，这就是液晶的光电效应。
从分子水平上来看，液晶物质内局部子 的排列是有序的，但又是可以流动的。
二、液晶的形成
根据形成方式，液晶物质可分为两类： 1．热致性液晶 2. 溶致性液晶
1．热致性液晶
热致性液晶是加热液晶物质时，形成的 各向异性熔体
如前所述，莱尼茨尔首次发现的液晶物 质胆甾醇苯甲酸酯，就是一种热致性液 晶。这种液晶通常有两个熔点。
四、液晶的效应
液晶的独特性质就在于它对各种外界因 素〔如热、电、磁、光、声、应力、化 学气体、辐射等〕微小变化，都非常敏 感。很小的外界能量，就能使它的结构 发生变化，从而使其功能发生相应的变 化。因此，液晶有许多奇妙的“效应〞。
液晶的光学特性
2.1.3 正交偏光下液晶的织构
1) 偏振光的干涉
平行偏振光垂直通过放在两偏振片之间的平行液晶片，设波 片的快慢轴分别沿x轴和y轴方向，第一片偏振片P1的透光轴与x 轴的夹角为α，第二片偏振片的P2 的透光轴与x轴的夹角为β。
透过偏振片P1的线偏振光的振幅为a，它在快慢轴上的投影分 别为acosα和a sinα，这两个分量通过液晶波片之后的位相差为：
链接：制造尺寸小的波片的材料为云母。云母容易解理成很薄的薄片， 而且厚度较易控制，所以用来制造波片是很适宜的。经过拉伸的聚乙 烯醇薄膜也可用来制造波片。这种大尺寸的波片已用于超扭曲液晶显 示屏上，可得到黑白模式的超扭曲显示屏，从而为超扭曲彩色显示屏 奠定了基础。
三、偏振光与波片的矩阵分析法
1.偏振光的矩阵表示——琼斯矩阵 在与光线垂直的平面上选定直角坐标系xoy，任一偏振光，无
各种织构特征均是由不同类型的缺陷结构引起的，厚度不同、杂质、 表面等可导致位错与向错，从而产生非常丰富的液晶织构。常见的液晶态 的织构有纹影织构、焦锥织构、扇形织构、镶嵌织构、指纹织构和条带织 构等。
研究液晶织构已成为判断液晶态的存在和类型的重要手段，并可为探 索液晶内部指向矢场变化和外界条件对分子取向影响规律提供重要信息。
Ey
Ey0 Ex0
Ex
③
δ为π/2的奇数倍时，（5）式化为
E
2 x
E
2 x0
E
2 y
E
2 y0
1
若 Ex0 Ey0 E0 ，则化为圆偏振光： Ex2 Ey2 E02
④δ为其他值时，合成电矢量端点的轨迹为椭圆。
The Polarization of E is dependent on the value of δ.
液晶的特性和用途教案
液晶的特性和用途教案液晶是一种具有特殊光学性质的材料，广泛应用于各种电子设备中，如电视、手机、计算机显示屏等。
在本文中，我将详细介绍液晶的特性和用途。
液晶的特性：1. 电光特性：液晶在电场作用下可以改变折射率，从而改变透射光的偏振状态。
这种电光特性使得液晶成为制造液晶显示器的理想材料。
2. 可逆性：液晶的光学特性可以通过施加或取消电场来控制，这种可逆性使得液晶能够持续显示图像，而不会像发光二极管那样需要不断刷新。
3. 低功耗：液晶需要的电流很小，相比其他显示技术如电子荧光管或发光二极管，液晶显示器的功耗更低，因此可以延长电池寿命。
4. 视角宽：液晶显示器的视角宽广，几乎可以在任何角度观看，而不会出现明显的颜色失真。
5. 色彩逼真：现代液晶显示器使用了透明的液晶颜色过滤器和背光源，使得显示效果更加逼真。
液晶的用途：1. 液晶电视：液晶电视使用液晶面板作为显示屏，具有较高的分辨率和广阔的色域，能够显示出更加清晰、生动的图像。
液晶电视的薄设计和较低的功耗使其成为家庭娱乐的首选。
2. 手机和平板电脑：液晶面板广泛应用于手机和平板电脑的显示屏中。
拥有高分辨率、高对比度和广阔的色域，使得用户可以更好地浏览网页、观看视频和玩游戏。
3. 计算机显示器：液晶显示器在计算机领域得到广泛应用，取代了传统的CRT 显示器。
液晶显示器具有较低的功耗、较高的分辨率和较大的视角，使得用户能够更舒适地使用计算机。
4. 数码相机：今天的数码相机几乎都使用液晶显示器作为观察目标的视觉界面。
液晶面板可以实时显示相机捕获的图像，方便用户对拍摄的照片进行预览和编辑。
5. 医疗设备：液晶显示器在医疗设备中也得到广泛应用，如医用摄像机、超声仪器和病床监视器等。
高分辨率和良好的图像质量使医生可以更准确地观察患者的情况。
6. 汽车仪表盘：现代汽车中的仪表盘和中控台往往使用液晶显示器，能够显示出丰富的信息，如车速、油量、导航信息等。
液晶显示器的大视角和高亮度使司机在行车过程中能够更方便地获取所需信息。
液晶材料的特性及应用
液晶材料的特性及应用液晶是一种介于固体和液体之间的物质，具有有序排列的分子结构。
液晶的特性和应用非常广泛，包括显示器、电视、手表、计算机屏幕、手机屏幕等等。
液晶材料具有下列特性：1.光电效应：液晶材料对光的吸收、反射和透射特性非常敏感。
通常情况下，液晶材料透射光而不会反射光，使得显示器可以显示清晰的图像。
2.切换速度快：液晶材料的分子可以快速地从有序排列转变为无序排列或者从无序排列转变为有序排列。
这种切换速度的快慢影响液晶显示器的响应速度。
3.自发极化：液晶材料具有自发极化的能力，可以通过外部电场改变分子的排列方向，从而改变液晶的透过性。
1.液晶显示器：液晶显示器是目前最常见的液晶应用之一、它可以根据电场的改变来调节液晶的透过性，从而显示出不同的颜色和图像。
液晶显示器具有低能耗、大视角范围、高亮度和低发热量等特点，因此被广泛应用于计算机屏幕、电视机、手机屏幕、平板电脑等电子设备。
2.双向调制器：液晶材料具有双向调制的能力，可以通过改变电场和光场的作用方式来调节透过光的多少。
这一特性使得液晶材料可以用于制造双向调制器，用于显示和隐藏图像、窗口、标志等。
双向调制器广泛应用于安全领域，例如防窃听技术和隐形墙。
3.光学器件：液晶材料可以用于制造各种光学器件。
例如，偏振光器是利用液晶材料的偏振性质制造的，可以用于调节光的偏振方向和强度。
液晶透镜是利用液晶材料的光学特性制造的，可以调节镜头的焦距和聚焦效果。
4.生物传感器：液晶材料也可以应用于生物传感器领域。
通过将液晶材料与生物分子结合，可以制造出灵敏的生物传感器，用于检测和分析生物样本中的分子和细胞。
这种生物传感器具有高灵敏度、高选择性和实时监测等特点，被广泛应用于生物医学研究和临床诊断。
总而言之，液晶材料具有光电效应、切换速度快和自发极化等特性，适用于液晶显示器、双向调制器、光学器件和生物传感器等多个应用领域。
随着科学技术的不断发展，液晶材料的应用将会越来越广泛。
lcd液晶显示原理
lcd液晶显示原理LCD液晶显示原理随着科技的发展，液晶显示技术已经成为了电子产品中最常用的显示技术之一。
无论是手机、电视还是电脑，几乎所有的现代显示设备都采用了液晶显示屏。
那么，液晶显示技术的原理是什么呢？本文将从液晶的物理特性、液晶显示器的构成以及显示原理三个方面来介绍LCD液晶显示的工作原理。
一、液晶的物理特性液晶，全称液晶体，是介于晶体和液体之间的一种物质状态。
液晶分为向列型液晶和向列型液晶两种，其中向列型液晶应用较广泛。
液晶分子的排列状态可以通过外界电场的作用来改变。
当电场施加在液晶分子上时，液晶分子会发生旋转或者偏转，从而改变光的传播方向。
利用这一特性，可以实现液晶显示。
二、液晶显示器的构成液晶显示器主要由液晶屏幕、背光源、驱动电路和控制器等组成。
液晶屏幕是液晶显示器的核心部件，液晶分为TN、IPS、VA等不同类型，每种类型的液晶屏幕具有不同的特点和应用场景。
背光源主要用于照明，常用的背光源有LED背光和CCFL背光。
驱动电路负责控制液晶分子的排列状态，从而实现图像的显示。
控制器则用于接收输入信号，并将其转换为适合液晶屏幕显示的信号。
三、液晶显示原理液晶显示的原理主要包括液晶分子的排列和光的偏振两个方面。
液晶分子的排列是通过电场控制的，液晶屏幕的驱动电路会根据输入信号的变化来改变电场的方向和强度，从而使液晶分子发生旋转或者偏转。
当液晶分子发生旋转或偏转时，光的传播方向也会发生改变。
这是因为液晶分子的旋转或偏转会引起光的偏振方向的变化，从而导致光的传播方向的改变。
通过合理的控制液晶分子的排列，可以实现对光的传播方向的控制，从而实现图像的显示。
液晶的排列状态可以通过控制液晶分子的旋转或偏转来实现。
当液晶分子处于不同的排列状态时，会对光的传播产生不同的影响。
液晶显示器中常见的液晶分子排列方式有平行排列、垂直排列和扭曲排列等。
平行排列时，液晶分子与液晶屏幕平行排列，光无法通过液晶分子，呈现出黑色。
液晶及其奇异特性一、液晶的结构液晶是介于液态与结晶态之间的一种
液晶及其奇异特性一、液晶的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。
图1 近晶相液晶分子排列示意图1. 近晶相液晶近晶相液晶分子分层排列，根据层内分子排列的不同，又可细分为近晶相A、近晶相B等多种，图1所示为近晶相液晶的一种。
由图可见，层内分子长轴互相平行，而且垂直于层面。
分子质心在层内的位置无一定规律。
这种排列称为取向有序，位置无序。
近晶相液晶分子间的侧向相互作用强于层间相互作用，所以分子只能在本层内活动，而各层之间可以相互滑动。
2. 胆甾相液晶胆甾相液晶是一种乳白色粘稠状液体，是最早发现的一种液晶，其分子也是分层排列，逐层叠合。
每层中分子长轴彼此平行，而且与层面平行。
不同层中分子长轴方向不同，分子的长轴方向逐层依次向右或向左旋转过一个角度。
从整体看，分子取向形成螺旋状，其螺距用p 表示，约为0.3μm ，如图2所示。
3. 向列相液晶向列相液晶中，分子长轴互相平行，但不分层，而且分子质心位置是无规则的，如图3所示。
图2 胆甾相液晶分子排列示意图 图3 向列相液晶分子排列示意图二、液晶的光学特性1. 液晶的双折射现象一束光射入液晶后，分裂成两束光的现象称为双折射现象，如图4所示。
液晶基本知识
液晶的物理特性液晶是一种介于固态和液态之间的有机化合物，即具有固态光学特性，又具有液态的流动特性，具体分析，它的物理特性有以下三种，即粘性、弹性和极化性。
(1)粘性。
液晶的粘性从流体力学的观点来看，可以说是一种具有排列性质的流体，依照作用力量的不同，可以产生不同的效果。
(2)弹性。
液晶的弹性表现为，当外加力量后，能呈现有规则方向性的变化。
比如，当光线射入液晶物质中时，即产生按照液晶分子的排列方式行进，而产生自然的偏转现象。
(3)极化性。
液晶的极性即液晶中的电子结构。
液晶具备很强的电子共轭运动能力，当液晶分子受到外加电场的作用时，便很容易被极化而产生感应偶极性。
液晶显示器就是利用液晶这些特性，通过科学的装配，使液晶产生光电效应，从而显示光栅和图像。
液晶显示技术概念(液晶的物理特性)通电时导通，排列变的有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。
让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。
就技术面而言，液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材，称为Substrates，中间夹著一层液晶。
当光束通过这层液晶时，液晶本身会排排站立或扭转呈不规则状，因而阻隔或使光束顺利通过。
液晶材料是随着LCD 器件的发展而迅速发展，从联苯腈、酯类、含氧杂环苯类、嘧啶环类液晶化合物逐渐发展到环已基（联）苯类、二苯乙炔类、乙基桥键类和各种含氟芳环类液晶化合物，最近日本合成出结构稳定的二氟乙烯类液晶化合物，其分子结构越来越稳定，不断满足STN、TFT-LCD的性能要求。
虽然世界液晶显示器的市场量越来越大，但我国液晶行业在其中的份额却很小，而且仍是集中在TN液晶材料方面，在TFT液晶材料方面是一片空白。
这些使得我国在世界液晶市场中缺乏竞争力，强烈呼吁国家应当采取积极措施，加强液晶显示器件与材料研究开发的人力与资金投入，以振兴中华液晶显示行业。
我国STN-LCD用液晶材料的研究和应用2006-10-28我国STN-LCD用液晶材料的研究和应用前景鉴于成本的因素，TFT-LCD将不可能完全代替STN-LCD原有的在移动通讯和游戏机等领域的应用。
9.液晶的物理光学特性
2. 液晶的物理特性——各向异性
3. 光学折射率各向异性△n 光在液晶中传播时，会发生光学折射率各向异性， 即双折射。折射率(n)的大小受液晶分子结构影响 。 当光通过向列相液晶(单轴晶体)时，若非寻常光的折 射率(ne)大于寻常光的折射率(n0)，即ne>no，这表明光 在液晶中的传播速度(v)存在着ve<v0的关系，即寻常光 的传播速度大——这种液晶在光学上称为正光性。 向列相液晶几乎都是正光性材料；而胆甾相液晶的 光轴与螺旋平行，与分子长轴垂直，非寻常光的折射 率小，即ne<n0，所以胆甾相液晶为负光性材料。
2. 液晶的物理特性——各向异性
1. 介电各向异性Δε 介电常数反映了在电场作用下介质极化的程度。 液晶介电各向异性是决定液晶分子在电场中行为的 重要参数。
设分子长轴方向的单位矢量为 n，分子永久电偶极矩 为 r ，液晶 n 与 r 的夹角为θ。 实验发现：不同类型的液晶分子，它们的θ不是接近 0° ，就是接近 90° 。即分子永久偶极矩偏向于平行分 子长轴或垂直分子长轴。
液晶分子长轴的平均方向称为该液晶的指向矢(n)。 沿分子长轴平均方向为平行(∥)方向； 沿分子短轴平均方向为垂直(⊥)方向。
2. 液晶的物理特性——各向异性
在宏观上，液晶具有液体的流动性和晶体的异向性： 沿分子长轴有序方向和短轴有序方向上的宏观物理性 质不同。 描述液晶的物理量分为平行方向物理量和垂直方向 物理量。例如：平行折射率(n∥)，垂直折射率(n⊥)；平 行磁化率 (χ∥) ，垂直磁化率 (χ⊥) ；平行介电常数 (ε∥) ， 垂直介电常数(ε⊥) 等。 各向异性的大小和方向则用它们的代数和来表示： 例如介电各向异性△ε=ε∥-ε⊥。如果ε∥>ε⊥，则为正介电 各向异性；如果ε∥<ε⊥，则为负介电各向异性。
液晶的原理
液晶的原理液晶是一种特殊的物质，具有介于液体和固体之间的特性，因此得名液晶。
液晶的原理是基于电光效应和双折射效应的。
电光效应是指当电场作用于液晶分子时，液晶分子会发生取向改变，从而改变光的传播方向和偏振状态。
液晶分子在无电场作用下呈现无规则排列，而当电场施加在液晶上时，液晶分子会受到电场力的作用，趋向于与电场方向平行排列。
这种排列改变导致了液晶分子对光的传播具有选择性，只能使特定方向的光通过，而将其他方向的光屏蔽。
双折射效应是指液晶分子对光的折射率与光的偏振状态有关。
液晶分子具有不同的折射率，当光通过液晶时，会发生折射。
而不同偏振方向的光在液晶中折射率不同，导致光线分离成两束，这种现象称为双折射。
液晶的双折射效应可以通过调节电场来改变液晶分子的排列状态，从而改变折射率，进而改变偏振光的传播方向。
基于以上原理，液晶显示器得以实现。
液晶显示器由液晶层、驱动电路和背光源组成。
液晶层是由液晶分子组成的，液晶分子在电场作用下可以改变排列状态，从而控制光的透过和屏蔽。
驱动电路通过施加电场来控制液晶层的排列状态，从而实现图像显示。
背光源提供光源，使得图像能够被观察到。
液晶显示器的工作原理如下：首先，通过驱动电路施加电场，使液晶分子排列成特定的方式。
然后，背光源发出光线，经过液晶层后，只有符合液晶排列要求的光线能够通过，而其他方向的光线被屏蔽。
最后，通过调节电场的强弱，液晶层的排列状态发生改变，从而改变光线的透过和屏蔽情况，实现图像的显示。
液晶显示器具有许多优点。
首先，它具有较低的功耗，因为只有透过的光线才会被观察到，其他方向的光线被屏蔽，不会消耗能量。
其次，液晶显示器具有较高的分辨率和清晰度，可以显示出细节丰富的图像。
此外，液晶显示器还具有较快的响应速度和较大的视角范围。
液晶显示器是通过控制液晶分子的排列状态来实现光的透过和屏蔽的。
液晶的原理基于电光效应和双折射效应，通过调节电场来改变液晶分子的排列状态，从而改变光的传播方向和偏振状态。
液晶是什么原理
液晶是什么原理
液晶是一种特殊的材料，具有光学特性。
液晶材料由长链分子组成，具有两种特殊的状态：向列有序状态和向列无序状态。
当液晶材料处于向列有序状态时，它可以通过施加电场来改变光的传播方式。
液晶显示器利用这一原理工作。
液晶显示器主要由两个平行的玻璃基板构成，中间填充有液晶材料。
液晶分子在没有电场作用下呈现向列有序状态，此时光线经过液晶材料时会发生偏振。
而当电场被施加到液晶上时，液晶分子会变成向列无序状态，在这种状态下，光线通过液晶材料时不会发生偏振。
液晶显示器的核心部件是液晶单元。
液晶单元由一对电极构成，当电场被施加到电极上时，就会影响液晶材料的排列方式。
液晶单元可以通过开关电压来控制液晶分子的排列方式。
液晶显示器由一组排列在平面上的液晶单元构成，每个液晶单元可以代表一个像素。
通过控制每个像素的液晶单元的排列方式，就可以实现图像的显示。
因为液晶显示器利用电场来控制液晶分子的排列方式，所以它相比其他显示技术来说更加节能。
此外，液晶显示器的制造工艺相对简单，体积轻薄，适用于各种场合使用。
液晶特性
液晶物性1. 液晶简介1888年,澳大利亚叫莱尼茨尔的科学家，合成了一种奇怪的有机化合物，它有两个熔点.把它的固态晶体加热到145℃时，便熔成液体，只不过是浑浊的，而一切纯净物质熔化时却是透明的。
如果继续加热到175℃时，它似乎再次熔化，变成清澈透明的液体。
后来，德国物理学家列曼把处于“中间地带”的浑浊液体叫做晶体。
它好比是既不象马，又不象驴的骡子,所以有人称它为有机界的骡子.液晶自被发现后,人们并不知道它有何用途，直到1968年,人们才把它作为电子工业上的的材料.分子量小的大部分物质的状态随着温度的上升呈现物质的三种状态——固体(solid)、液体(liquid)和气体(gas)。
但若是分子量大而且结构特殊的物质时，其状态的变化就不那么简单。
1888年Reinizer在给cholesteric benzonate结晶加热时发现，当加热到145.5度时会变成混浊的白色有粘性的液体，当加热到178.5度时会完全变成透明的液体。
Lehman发现结晶和透明液体之间的这种状态(phase)具有当时被认为是固体固有的光学各向异性，因此被命名为液晶(liquid crystal)。
即液晶(liquid crystal)是liquid和crystal 的合成词，表示具有液体所特有的流动性(fluidity)的同时还具有结晶所特有的光学各向异性(optical anisotropy)。
因是存在于固体与液体之间的状态，所以叫做中间相(mesophase)更准确，但更多的是按照惯例叫液晶。
随着研究的深入，在许多物质中发现了液晶相，而且发现具有液晶相的分子都带有类似长条状或圆盘状的分子结构(请参考图1)。
如图2所示，带有液晶相的分子在达到一定的低温时是按一定规则排列的结晶结构，但达到一定的熔点(melting point)以上时，其质量中心自由移动，但其条状的方向形成一定的分布状态成为各向异性的液体(anisotropic liquid)，而这时就是液晶相。
液晶的光电特性
液晶分子的结构具有异方性(Anisotropic)，所以所引起的光电效应就会因为方向不同而有所差异，简单的说也就是液晶分子在介电系数及折射系数等等光电特性都具有异方性，因而我们可以利用这些性质来改变入射光的强度，以便形成灰阶，来应用于显示器组件上。
液晶的光电特性，大约有以下几项：1.折射系数(refractive index) ：由于液晶分子大多由棒状或是碟状分子所形成，因此跟分子长轴平行或垂直方向上的物理特性会有一些差异，所以液晶分子也被称做是异方性晶体。
与介电系数一样，折射系数也依照跟指向矢垂直与平行的方向，分成两个方向的向量，分别为n // 与n⊥。
此外对单光轴(uniaxial)的晶体来说，原本就有两个不同折射系数的定义。
一个为no，它是指对于寻常光(ordinary ray)的折射系数，所以才简写成no。
而寻常光(ordinary ray)是指其光波的电场分量是垂直于光轴的。
另一个则是ne，它是指对于非常光(extraordinar y ray)的折射系数，而非常光(extraordinary ray)是指其光波的电场分量是平行于光轴的。
同时也定义了双折射率(birefrigence) n = ne-no为上述的两个折射率的差值。
依照上面所述，对层状液晶、线状液晶及胆固醇液晶而言，由于其液晶分子的长的像棒状，所以其指向矢的方向与分子长轴平行。
再参照单光轴晶体的折射系数定义，它会有两个折射率，分别为垂直于液晶长轴方向n⊥(=ne)及平行液晶长轴方向n //(= no)两种，所以当光入射液晶时，便会受到两个折射率的影响，造成在垂直液晶长轴与平行液晶长轴方向上的光速会有所不同。
若光的行进方向与分子长轴平行时的速度，小于垂直于分子长轴方向的速度时，这意味着平行分子长轴方向的折射率大于垂直方向的折射率（因为折射率与光速成反比），也就是ne-no > 0。
所以双折射率 n > 0 ，我们把它称做是光学正型的液晶，而层状液晶与线状液晶几乎都是属于光学正型的液晶。
液晶特性
2、液晶简介
（1）、液晶晶体的形状
TFT-LCD使用的液晶为TN（Twist Nematic）型液晶，液晶分子呈椭圆状。
（2）、液晶的特性
TN型液晶一般是顺着长轴方向串接，长轴间彼此平行方式排列。
当接触到槽装表面时，液晶分子就会顺着槽的方向排列于槽中。
（3）、液晶垂直分布
当液晶被包含在两个槽状表面中间，且槽的方向互相垂直，则液晶分子的排列为：
上表面分子：沿着a方向；
下表面分子：沿着b方向；
介于上下表面中间的分子：产生旋转的效应。
因此液晶分子在两槽状表面间产生90度的旋转。
（4）光与液晶分子产生偏转效果
（5）、液晶在电压做用下均匀分布
当在上下表面之间加电压时，液晶分子会顺着电场方向排列，形成直立排列的现象。
此时入射光线不受液晶分子影响，直线射出
下表面。
液晶的特性
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3
（3）液晶的电光效应
液晶材料在施加电场（电流）时，其光学性质会 发生变化，这种效应称为液晶的电光效应。
液晶电光效应的机理，本质来讲都是液晶分子在电场
作用下改变其分子排列或造成分子变形的结果。
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4
P型液晶分子长轴方向平行于外电场方向
目前液晶显示器主要
16:59 N型液晶分子长轴方向垂直于外电场方向
应用P型液晶。
1
（2）光学各向异性
液晶的折射率：以P型为例，长轴为光轴
液晶具有双折射这一晶体特性 no为寻常光折射率，其偏振方向 与分子长轴垂直，ne则平行。
ne n// n0 n
Байду номын сангаас
光学各向异性定义为
△ n ne - n//
△n与介电常数、清亮点、有序程 度等参数相关
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ne
no
2
液晶器件所基于的三种光学特性
由于液晶具有单轴晶体的光学各向异性，所以具有以下光学特性：
1）能使入射光沿液晶分子偶极矩的方向偏转； 2）使入射的偏光状态，及偏光轴方向发生变化； 3）使入射的左旋及右旋偏光产生对应的透过或反射。 液晶器件基本就是根据这三种光学特设计制造的。
（1）液晶的各向异性
液晶长轴方向ε∥
//
液晶分子大多由棒状或碟状分子形成,所以
P型液晶 （Δε>0）正介 与分子长轴平行或垂直方向的物理特征会有
电各向异性液晶
所差异，这就是液晶分子结构的异方性。
N型液晶（Δε<0）负介 电各向异性液晶
液晶短轴方向ε⊥
在外电场作用下，分子的排列极易发生变化
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液晶物性1. 液晶简介分子量小的大部分物质的状态随着温度的上升呈现物质的三种状态——固体(solid)、液体(liquid)和气体(gas)。
但若是分子量大而且结构特殊的物质时，其状态的变化就不那么简单。
1888年Reinizer在给cholesteric benzonate结晶加热时发现，当加热到145.5度时会变成混浊的白色有粘性的液体，当加热到178.5度时会完全变成透明的液体。
Lehman发现结晶和透明液体之间的这种状态(phase)具有当时被认为是固体固有的光学各向异性，因此被命名为液晶(liquid crystal)。
即液晶(liquid crystal)是liquid和crystal 的合成词，表示具有液体所特有的流动性(fluidity)的同时还具有结晶所特有的光学各向异性(optical anisotropy)。
因是存在于固体与液体之间的状态，所以叫做中间相(mesophase)更准确，但更多的是按照惯例叫液晶。
随着研究的深入，在许多物质中发现了液晶相，而且发现具有液晶相的分子都带有类似长条状或圆盘状的分子结构(请参考图1)。
如图2所示，带有液晶相的分子在达到一定的低温时是按一定规则排列的结晶结构，但达到一定的熔点(melting point)以上时，其质量中心自由移动，但其条状的方向形成一定的分布状态成为各向异性的液体(anisotropic liquid)，而这时就是液晶相。
液晶可具有光学各向异性的根本原因就在于此。
如果在此时再提高温度(clearing point)，其分子们不仅是质量中心，连条状的方向也自由分布，变成等方性液体(isotropic liquid)。
图1. 液晶分子结构例子，向列液晶5CB和铁电现象液晶DOBAMBC(固体: 结晶) (液体: 各向异性的液体) (液体: 等方性的液体)图2. 根据分子的分布及排列方法的各种相(phase)的类型(1) 液晶的类型具有液晶相的分子大致根据与形状或特定物质的亲和力形成各种各样的相，如前所述，可以分为只有在特定的温度区内具有液晶相的向热液晶(thermotropic liquid crystal)和在特定溶剂中溶化一定的比例时具有液晶相的溶致液晶(lyotropic liquid crystal)。
用在显示器上的液晶大部分都属于向热液晶，溶致液晶大多在生物膜等中出现。
向热液晶根据它们所具有的位置次序(positional order)、方向次序(orientaional order)可分为向列型(nematic)、胆甾型(cholesteric)和近晶型(smectic)。
- 向列液晶(nematic liquid crystal)向列液晶个别分子的质量中心就像液体一样胡乱运动，而分子的长轴方向(long molecular axis)虽有时间性的热摆动但均匀地指向一定的方向。
指定该方向的单位矢量叫做控制器(director)。
向列液晶根据以控制器为中心的旋转对称性几乎所有宏观的物性常数都是单轴(uniaxial)。
另外，控制器不分前后(头－尾对称)，因此即使其组成分子具有极性(polarity)，向列液晶中也没有极性。
虽然其结构在三种液晶中最简单，但用在显示器的液晶大部分都是向列液晶。
主要用N来表示。
<向列液晶> <胆甾型液晶> <近晶液晶>图3. 液晶相的类型- 胆甾型液晶(cholesteric liquid crystal)胆甾型液晶类似于向列液晶，但不同的是具有其控制器随着自身方向的垂直轴旋转的螺旋结构(helical structure)。
在垂直于螺旋轴的一个平面内与向列液晶没有什么不同。
胆甾型液晶相的组成分子具有无绝对对称性的手征性(chiral)中心，在向列液晶中添加带有手征性基的分子也可显示。
因此，胆甾型液晶还叫做胆固醇液晶(chiral nematic)。
另外，根据手征性分子的handeness决定螺旋轴的旋转方向，因此，胆甾型液晶沿着方向次序和螺旋轴进行有规则的排列，具有空间次序。
胆甾型液晶螺旋结构的1周期长度叫做程度(pitch)，就如同在向列液晶一样具有头－尾对称性，所以实际周期只有程度的一半。
主要用CLC或ChLC表示，在表示胆固醇液晶的含义上也用N*来表示。
Asterisk表示手征性。
图4. 胆甾型液晶的pitch- 近晶(smectic)液晶近晶液晶具有薄层构造(lamella structure)，根据在同一层内的位置次序及控制器的方向可细分为SmA、SmB、SmC、SmD....。
因是薄层结构，将近晶相加在方向次序而具有对1个以上轴的空间次序。
SmA指的是在薄层内的分子的质量中心自由、控制器的方向垂直于薄层的状态，SmC虽然分子的质量中心自由，但其控制器的方向略偏于薄层垂直的状态。
尤其用在显示器的SmC*(手征性SmC)具有铁电现象(ferroelectricity)的特点。
如图5，液晶分子向薄层倾斜，并具有沿着薄层旋转的结构。
在各薄层内的液晶分子垂直于各自的长轴，且向与薄层平行的方向具有自发的偶极矩(spontaneous dipole moment)，带有铁电现象。
SmA SmC图5. 随薄层内控制器方向变化的具代表性的近晶相图6. 铁电现象液晶SmC*的分子排列及自发偶极矩的方向(2) 液晶在显示器应用方面的特点液晶之所以能够作为显示器受欢迎，是因为可用较低的电压轻松调整光的相位推延(phase retardation)值。
液晶是因其分子形状的非对称性，与控制器平行的方向和与之成垂直方向的物性值不同的各相异性物质(anisotropic material)。
在各种物性值中对液晶显示器影响最大的是折射率各相异性(optical anisotropy)和介电各相异性(dielectiric anisotropy)。
折射率各相异性(约0.05-0.2)是在光通过液晶时使其产生相位推延而影响光的反射及投射，介电各相异性(约3.0-8.0)可通过电场控制液晶分子的长轴方向。
图8显示了根据液晶的方向和光的前进方向产生相位推延的过程。
而且介电各相异性使液晶分子平行或垂直于电场，用电压来控制液晶分子的长轴方向。
图7显示的是这种原理。
图7. 液晶分子因电场的旋转n onen o n e图8. 随液晶方向的相位推延(phase retardation)效果的差异电场2. 液晶物理(1) 控制器(director)及有序参数(order parameter)如上所述，液晶分子是长约20Å 、宽约5Å的条形，其质量中心如同液体随意运动，而分子的长轴方向虽然进行快速热运动，但均匀地指向一个方向。
因而液晶的状态可大致分为两种，即长轴方向的方向和以其轴为中心的热运动的程度。
为表示这些需要两种概念，那就是控制器和有序参数。
控制器可用指向均匀方向的单位矢量定义，位置r 的控制器通常用n (r )表示。
有序参数表示的是热运动的程度，其定义如下。
n θϕ图9. 控制器和角θ, φ的定义S f =-⎰(,)(cos ())/(cos )θϕθθϕ3212d d其中，角θ,φ如图9中所示，表示向控制器倾斜的角度，f (θ,φ)显示液晶分子长轴方向的统计性角度的分布。
液晶分子的长轴方向分布在所有的θ,φ中存在的比例完全相同时，即在等方性相(isotropic phase)中，f 成为常数，且S =0。
相反，若是液晶分子长轴方向都与n 一致时将成为S =1。
若是向列液晶的值达到约0.3-08程度时，温度越高其值越小。
(2) 各向异性(anisotropy)液晶是因条状分子结构及方向次序而具有折射率各向异性和介电各向异性。
首先，所谓的折射率是指因入射光的电场导致分子的电子云分布产生变化，诱导偶极矩，并因其振动而产生的第2次光与入射光重叠，显示成光的速度好象慢下来的物理常数，因此，在入射光的电场中，分子的电子云反应得越好其值就越大。
在液晶中分子的长轴方向和短轴方向电子云的反应程度各不相同，因此会产生折射率各向异性。
如图10所示，折射率椭圆体的主轴(principal axis)是根据控制器n 的方向决定的。
即向与控制器平行的方向形成一个固定轴，且与此垂直的两个轴形成固定轴。
从折射率椭圆体到与控制器平行的方向的折射率是n e ，而垂直方向的折射率用n o 表示，下面的添加字e 和o 各表示extraordinary index 和ordinary index 。
折射率各向异性(refractive anisotropy)的表示如下。
∆n n n e o =-另一方面，电容率也是显示分子电子云在移动时切断从外部折射的电场的情况的物理常数，因此电子云的移动越好具有的值就越大。
如同在折射率中，电子云的移动程度在长轴方向和短轴方向各不相同，因而使介电各向异性存在于液晶中。
控制器平行及垂直方向的电容率各用ε∥、 ε⊥表示。
介电各向异性(dielectric anisotropy) 如下表示。
∆εεε=-⊥||n on e n o nn ε⊥ε||ε⊥<折射率椭圆体> <电容率椭圆体>图10. 控制器与主轴(principal axis)的关系(3) 连续介质理论(continuum theory)在一般情况下，向列液晶控制器的空间性分布具有在空间上以一定的方向整齐排列的性质。
但是，如果受到限制条件或外部电场及磁场的影响，控制器的空间性分布将不一致，而在这一过程中，液晶分子将会产生抵抗这种变形的抵抗力。
然而，控制器的空间性变形一般都不在分子水准(molecular scale)中产生，而是在micron 水准中产生，因此，与其以求出个别分子复杂的相互作用能量来描述控制器的空间性变形，还不如把液晶看作一种连续体(continuum)来描述其变形。
这就类似于，在给弹簧加力时为记录其反弹力，与其求出铁原子相互间的结合能量，不如只用一个弹簧的常数记录。
这种通过接近法立方程式来记述液晶控制器的空间性变形的就是连续介质理论(continuum theory)。
连续介质理论是可以记录几乎所有液晶的电光学特点的标准理论。
但是，不能用在以分子的个别运动为主的NMR 、ESR 等的分析上。
假如因某种条件(限制条件、电场、磁场等)发生了控制器n (r )的空间变形。
那么，液晶分子将会通过复杂的相互作用抵抗其空间性的变形，而且抵抗这种变形的弹力(elastic force)的大小与n (r )的空间性变形的程度成正比(请试想一下，当拉开弹簧时，其回缩的力量与所拉动的长度成正比的Hook 定律)。
此时，若空间性变形的程度小，可用n (r )对空间的微分值来表示。