液晶种类及物理特性

２．盘状分子
３．由长链或盘状分子连接而成的柔性长 链聚合物
４．由双亲分子自组装而成的膜
液晶的三种结构类型
• 向列型： 向列型液晶由长径比很大的
棒状分子组成，保持与轴向平 行的排列状态。因为分子的重 心杂乱无序，并容易顺着长轴 方向自由移动，所以像液体一 样富于流动性。正由于向列型 液晶分子的这种一致排列，使 得它的光学特性很像单轴晶体， 呈正的双折射性。对外界的电、 磁、温度、应力都比较敏感， 是显示器件上广泛使用的材料。
与指向矢平行的分量为 n ，与指向
矢垂直的分量为 n ．
当 n >n 时，该晶体为单轴正晶体。 当 n < n 时，该晶体为单轴负晶体。
与偏振、旋光、折射、干涉所引起的 电光效应有直接关系。
三、液晶的连续体理论
三个作用力：
分子间作用力 界面条件的作用力 外场条件的作用力
三种基本形式的弹形变：
• 他把这种粘稠而混浊的液体放到偏光显微镜下 观察，发现这种液体具有双折射性。
• 于是德国物理学家D·Leimann将其命名为“液 晶”，简称为“LC”。在这以后用它制成的液 晶显示器件被称为LCD。
液晶的偏光显微照片
物质的三态
• 气态
液态
固态
晶态（各向异性）
非晶态（各向同性）
晶态：原子在空间呈有规则地周期性重复排列；
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？
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：
液晶高分子材料
液晶的发现已经有100多年的历史，但 近20年来才获得了快速的发展。这是因 为液晶材料的光电效应被发现。因而被 应用在低电压和轻薄短小的显示组件上。
目前液晶材料已被广泛应用于计算机显 示屏，电子表，手机，计算器等电子产 品上。成为显示工业不可或缺的重要材 料。
液晶的分类方法
• 1.按照液晶的形成条件分类 • 2.按照分子排列的形式和有序性分类
kii=k33; （3）当液晶分子初始排列扭曲行排列时， kii=k11+（k33-2*k22)/4;
此时外加电压称为阈值电VEtCh压d Vkkiti iih,即
Vth=Eຫໍສະໝຸດ Baidu*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

按照液晶的形成条件分类
热致液晶
采用降温的方法,既将 熔融的液体降温，当 降温到一定程度后分 子的取向有序化，从 而获得液晶态．作为 显示技术应用的液晶 都是热致液晶
溶致液晶
有机分子溶解在溶剂 中，使溶液中溶质的 浓度增加，溶剂的浓 度减小，有机分子的 排列有序而获得液 晶．
构成液晶态的结构单元
１．棒状分子
非晶态：原子无规则排列。
液晶态是一种介于晶态和液态之间的过渡状态。具有液体的流 动性，微观上分子位置无序，但结构上排列长程有序。 有人将液晶态称之为物质的第四态。
液晶高分子材料
• 很多固态的高分子材料具有液晶态结构， 具有取向结构。称之为液晶高分子。
• 液晶高分子具有优异的力学和物理性质， 应用于许多重要领域。比如防弹衣、高 气密性包装膜EVOH、LCD平板显示器。
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， P型液晶分子长轴方向 平行于外电场方向，N 型液晶分子长轴方向垂 直于外电场方向。
目前液晶显示器主要 应用P型液晶。
• 2.折射系数n:(光学折射率的各向异性）
折射系数也同介电系数相似，依照与指 向矢垂直与平行的方向分成两个方向的 向量．
1.介电系数：（介电异相性）
介电系数可以分为与指向矢平行的分量
和与指向矢垂直的分量 。
当 时称为介电系数异方性为正
型的液晶。可以用在平行配位。P型液晶
当 时 称为介电系数异方性为
负型的液晶。只有用在垂直配位才能显 示所需的光电效应。 N型液晶
液晶短轴方向ε∥
展曲、扭曲、弯曲
--------弹性常数Kii (K11、 K22、 K33）
使液晶分子排列发生变化的临界电场：

EC d
kii

EC

d
kii
d为液晶盒厚；kii 为弹性常数
有以下三种情况： （1）当液晶分子初始排列为沿玻璃表面平行排列 时，kii=k11; (2)当液晶分子初始排列为沿玻璃表面垂直排列时，
温度上升，有序参量下降。
液晶分子的光电性质
• 液晶分子大多由棒状或碟状分子形成, 所以与分子长轴平行或垂直方向的物理 特征会有所差异，这就是液晶分子结构 的异方性_各向异性．
• 由于液晶分子结构的异方性，所以 液晶分子在介电系数和光电系数等光电 系数上都具有异方性．
液晶分子的光电性质
描述液晶分子光电性质的重要物理量： １．介电系数 ２．折射系数
• 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．
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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