液晶顯示原理--

1、液晶顯示器工作原理及其特點液晶顯示器(LCD)是現(xiàn)在非常普遍的顯示器。它具有體積小、重量輕、省電、輻射低、易于攜帶等優(yōu)點。液晶顯示器(LCD)的原理與陰極射線管顯示器(CRT)大不相同。LCD是基于液晶電光效應(yīng)的顯示器件。包括段顯示方式的字符段顯示器件;矩陣顯示方式的字符、圖形、圖像顯示器件;矩陣顯示方式的大屏幕液晶投影電視液晶屏等。液晶顯示器的工作原理是利用液晶的物理特性，在通電時導通，使液晶排列變得有秩序，使光線容易通過;不通電時，排列則變得混亂，阻止光線通過。下面介紹三種液晶顯示器的工作原理。1.“扭曲向列型液晶顯示器”(Twisted Nematic Liquid crystal di

2、splay),簡稱“TN型液晶顯示器”。這種顯示器的液晶組件構(gòu)造如圖11所示。向列型液晶夾在兩片玻璃中間。這種玻璃的表面上先鍍有一層透明而導電的薄膜以作電極之用。這種薄膜通常是一種銦(Indium)和錫(Tin)的氧化物(Oxide)，簡稱ito。然后再在有ito的玻璃上鍍表面配向劑，以使液晶順著一個特定且平行于玻璃表面之方向排列。(圖11 a)中左邊玻璃使液晶排成上下的方向，右邊玻璃則使液晶排成垂直于圖面之方向。此組件中之液晶的自然狀態(tài)具有從左到右共的扭曲, 這也是為什么被稱為扭曲型液晶顯示器的原因。利用電場可使液晶旋轉(zhuǎn)的原理，在兩電極上加上電壓則會使得液晶偏振化方向轉(zhuǎn)向與電場方向平行。 因

3、為液態(tài)晶的折射率隨液晶的方向而改變，其結(jié)果是光經(jīng)過TN型液晶盒以后其偏振性會發(fā)生變化。我們可以選擇適當?shù)暮穸仁构獾钠窕较騽偤酶淖儭Ｄ敲?，我們就可利用兩個平行偏振片使得光完全不能通過(如圖12所示)。若外加足夠大的電壓V使得液晶方向轉(zhuǎn)成與電場方向平行，光的偏振性就不會改變。因此光可順利通過第二個偏光器。于是，我們可利用電的開關(guān)達到控制光的明暗。這樣會形成透光時為白、不透光時為黑，字符就可以顯示在屏幕上了。2.TFT型液晶顯示器的原理 TFT型液晶顯示器也采用了兩夾層間填充液晶分子的設(shè)計。只不過是把左邊夾層的電極改為了FET晶體管，而右邊夾層的電極改為了共通電極。在光源設(shè)計上，TFT的顯示采用

4、"背透式"照射方式，即假想的光源路徑不是像TN液晶那樣的從左至右，而是從右向左，這樣的作法是在液晶的背部設(shè)置了類似日光燈的光管。 光源照射時先通過右偏振片向左透出，借助液晶分子來傳導光線。由于左右夾層的電極改成FET電極和共通電極，在FET電極導通時，液晶分子的表現(xiàn)如TN液晶的排列狀態(tài)一樣會發(fā)生改變，也通過遮光和透光來達到顯示的目的。但不同的是，由于FET晶體管具有電容效應(yīng)，能夠保持電位狀態(tài)，先前透光的液晶分子會一直保持這種狀態(tài)，直到FET電極下一次再加電改變其排列方式為止。 相對而言，TN就沒有這個特性，液晶分子一旦沒有被施壓，立刻就返回原始狀態(tài)，這是TFT液晶和TN液晶

5、顯示原理的最大不同。 3. “高分子散布型液晶顯示器”(Polymer dispersed liquid crystal liquid crystal display)，簡稱“PDLC型液晶顯示器”。這種顯示器的液晶組件構(gòu)造如圖13所示。高分子的單體(monomer)與液晶混合后夾在兩片玻璃中間，做成一液晶盒。這種玻璃與上面所用的相同，是表面上先鍍有一層透明而導電的薄膜作電極。但是不需要在玻璃上鍍表面配向劑。此時將液晶盒放在紫外燈下照射使個單體連結(jié)成高分子聚合物。在高分子形成的同時，液晶與高分子分開而形成許多液晶小顆粒。這些小顆粒被高分子聚合物固定住。 當光照射在此液晶盒上，因折射率

6、不同，而在顆粒表面處產(chǎn)生折射及反射。經(jīng)過多次反射與折射，就產(chǎn)生了散射(scattering)。此液晶盒就像牛奶一樣呈現(xiàn)出不透明的乳白色。足夠大電壓加在液晶盒兩側(cè)的玻璃上液晶順著電場方向排列，而使每顆液晶的排列均相同。對正面入射光而言，這些液晶有著相同的折射率n。如果我們可以選用的高分子材料的折射率與n相同，對光而言這些液晶顆粒與高分子材料是相同的;因而在液晶盒內(nèi)部沒有任何折射或反射的現(xiàn)象產(chǎn)生。此時的液晶盒就像透明的清水一樣。優(yōu)點液晶顯示材料具有明顯的優(yōu)點：驅(qū)動電壓低、功耗微小、可靠性高、顯示信息量大、彩色顯示、無閃爍、對人體無危害、生產(chǎn)過程自動化、成本低廉、可以制成各種規(guī)格和類型的液晶顯示器，

7、便于攜帶等。由于這些優(yōu)點。用液晶材料制成的計算機終端和電視可以大幅度減小體積等。液晶顯示技術(shù)對顯示顯像產(chǎn)品結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了深刻影響，促進了微電子技術(shù)和光電信息技術(shù)的發(fā)展。結(jié)構(gòu)液晶是介于液態(tài)與結(jié)晶態(tài)之間的一種物質(zhì)狀態(tài)。它除了兼有液體和晶體的某些性質(zhì)（如流動性、各向異性等）外，還有其獨特的性質(zhì)。對液晶的研究現(xiàn)已發(fā)展成為一個引人注目的學科。液晶材料主要是脂肪族、芳香族、硬脂酸等有機物。液晶也存在于生物結(jié)構(gòu)中，日常適當濃度的肥皂水溶液就是一種液晶。由有機物合成的液晶材料已有幾千種之多。由于生成的環(huán)境條件不同，液晶可分為兩大類：只存在于某一溫度范圍內(nèi)的液晶相稱為熱致液晶；某些化合物溶解于水或有機溶劑后而呈現(xiàn)的

8、液晶相稱為溶致液晶。溶致液晶和生物組織有關(guān)，研究液晶和活細胞的關(guān)系，是現(xiàn)今生物物理研究的內(nèi)容之一。熱致液晶：是指由單一化合物或由少數(shù)化合物的均勻混合物形成的液晶。通常在一定溫度范圍內(nèi)才顯現(xiàn)液晶相的物質(zhì)。典型的長棒形熱致液晶的分子量一般在200500g/mol左右，分子的長度比大約在4到8之間。按照棒形分子排列方式把熱致晶體分為三種：向列相液晶，近晶相液晶，膽甾相液晶。液晶拓撲結(jié)構(gòu)（1）向列相液晶：它的分子成棒狀，局部地區(qū)的分子趨向于沿同一方向排列。分子短程相互作用比較弱，其排列和運動比較自由，分子這種排列狀態(tài)使其粘度小、流動性強。向列相液晶的主要特點是具有單軸晶體的光學性質(zhì)，對外界作用非常敏感

9、，是液晶顯示器件的主要材料。（2）近晶相液晶：近晶相液晶分子也成棒狀，分子排列成層，每層分子長軸方向是一致的，但分子長軸與層面都呈一定的角度。層的厚度約等于分子的長度，各層之間的距離可以變動。由于分子層內(nèi)分子結(jié)合力強，層與層間結(jié)合力弱，所以這種液晶有流動性，但粘度比向列相液晶大。近晶相液晶具有正性雙折射性，因此，近晶相液晶顯示器件比向列相液晶顯示器件的特性更優(yōu)越。（3）膽甾相液晶：它的分子呈扁平層狀排列，分子長軸平行層平面，層內(nèi)各分子長軸互相平行（對應(yīng)方向）相鄰兩層內(nèi)的分子長軸方向有微小扭轉(zhuǎn)角，各層分子指向矢，沿著層的法線方向連續(xù)均勻旋轉(zhuǎn)，使液晶整體結(jié)構(gòu)形成螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋扭轉(zhuǎn)360°

10、的兩個層面的距離叫做螺距，用L表示，通常L為102nm的數(shù)量級。這種特殊的螺旋狀結(jié)構(gòu)使得該種晶體具有明顯的旋光性、圓偏振光二向色性以及選擇性光散射等特殊光學性質(zhì)。因此，常將膽甾相液晶作為控制液晶分子排列的添加劑或直接作為變色液晶膜。溶致液晶：是一種包含溶劑化合物在內(nèi)的兩種或多種化合物形成的液晶。是在溶液中溶質(zhì)分子濃度處于一定范圍內(nèi)時出現(xiàn)液晶相。它的溶劑主要是水或其它極性分子液劑。溶致液晶中的長棒形溶質(zhì)分子的長寬比大約在15 左右。這種液晶中引起分子排列長程有序的主要原因是溶質(zhì)與溶劑分子之間的相互作用，而溶質(zhì)分子之間的相互作用是次要的。生物膜具有溶質(zhì)液晶的特征。溶致液晶結(jié)構(gòu)液晶的分子有盤狀、碗狀

11、等形狀，但多為細長棒狀。根據(jù)分子排列的方式，液晶可以分為近晶相、向列相和膽甾相三種，其中向列相和膽甾相應(yīng)用最多。1 右圖為溶致液晶結(jié)構(gòu)，紅頭的表面活性劑分子與水接觸，而尾巴浸漬在油中（藍）：雙層（左）和膠束（右）用途編輯液晶顯示材料最常見的用途是電子表和計算器的顯示板，為什么會顯示數(shù)字呢？原來這種液態(tài)光電顯示材料，利用液晶的電光效應(yīng)把電信號轉(zhuǎn)換成字符、圖像等可見信號。液晶在正常情況下，其分子排列很有秩序，顯得清澈透明，一旦加上直流電場后，分子的排列被打亂，一部分液晶變得不透明，顏色加深，因而能顯示數(shù)字和圖象。液晶的電光效應(yīng)是指它的干涉、散射、衍射、旋光、吸收等受電場調(diào)制的光學現(xiàn)象。根

12、據(jù)液晶會變色的特點，人們利用它來指示溫度、報警毒氣等。例如，液晶能隨著溫度的變化，使顏色從紅變綠、藍。這樣可以指示出某個實驗中的溫度。液晶遇上氯化氫、氫氰酸之類的有毒氣體，也會變色。液晶在液晶顯示器的廣泛使用，依賴于電場的存在或不存在一定的液晶物質(zhì)的光學性質(zhì)。在一個典型的裝置，液晶層（通常為10米厚）坐在兩個偏振器，穿過（面向另一個在90°）。液晶取向的選擇是如此的放松階段是一個扭曲的人（見扭曲向列場效應(yīng)）。這種扭曲的相位調(diào)整光通過第一個偏振片，使其傳輸通過第二偏振器（和反射回觀察者如果提供反射鏡）。該裝置的透明從而出現(xiàn)。當電場施加到液晶層，長分子軸往往對齊平行于電場從而逐步解開在液

13、晶層的中心。在這種狀態(tài)下，液晶分子不調(diào)整光線，使光的偏振在第一偏振器在第二偏振片吸收，和設(shè)備失去透明度隨電壓。這樣，電場可以用來指揮使透明或不透明之間的像素開關(guān)。彩色液晶顯示系統(tǒng)使用相同的技術(shù)，用于生成紅色，綠色和藍色像素的彩色濾光片。類似的原理可以用來做其他的液晶光學器件。液晶可調(diào)諧濾波器作為電光器件，例如，在高光譜成像。手性液晶的螺距與熱溫度強烈變化可作為粗液晶溫度計，因為該材料的顏色會隨著間距的改變。液晶色彩過渡是用于許多水族館和游泳池的溫度計以及嬰兒或沐浴溫度計。其他液晶材料改變顏色當拉伸或強調(diào)。因此，液晶片通常用于工業(yè)尋找熱點，地圖的熱流量，測量應(yīng)力分布模式，等等。在流體形成液晶是用

14、來檢測電產(chǎn)生的熱點在半導體行業(yè)的失效分析。液晶激光器使用液晶在激光介質(zhì)中的一個而不是外部的鏡子分布反饋機制。在光子帶隙由液晶周期介電結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了發(fā)射了低門檻高輸出裝置提供穩(wěn)定的單色發(fā)射。聚合物分散液晶（PDLC）表和卷可作為粘合劑可用于電透明并提供隱私不透明之間切換的智能膜。許多常見的液體，如肥皂水，其實液晶形式多種液晶相取決于其在水中的濃度。應(yīng)用及發(fā)展編輯液晶顯示器（4  LCD）的生產(chǎn)建立在扭曲向列液晶顯示器的基礎(chǔ)之上。向列相液晶被設(shè)計成在分子結(jié)構(gòu)的末端具有兩種正好相反的組分以產(chǎn)生很強的正各向介電異性，結(jié)構(gòu)被設(shè)計成線性體。相似地，液晶電視利用共面轉(zhuǎn)換模式及廣泛的視角，同時

15、利用了具有正各向介電異性的線性體液晶結(jié)構(gòu)。相反地，與之競爭的液晶電視技術(shù)則給予使用垂直取向的向列相液晶，并具有負各向介電異性。液晶顯示器（LCD）在近幾年經(jīng)歷了一系列的創(chuàng)新。例如發(fā)光二極管（LED），越來越多地應(yīng)用于背景光源，因為LED與普通的熒光燈相比性能有所提高,成本低，使用壽命長，而且最主要的是LED比熒光燈消耗的能量少。傳統(tǒng)的液晶顯示器（LCD）的濾色鏡會浪費一半以上的光能，LED通過產(chǎn)生色幀（FSC)順序減少了能量的損耗。FSC帶來的利益將會是巨大的，這項技術(shù)造成的能量損耗水平比其他任何顯示器都低；簡單，環(huán)保，由于消除了濾色鏡，造價也更便宜；設(shè)備能再更低的溫度下使用，消除了動態(tài)模糊，

16、高亮顯示，真實的3D顯示的可能性以及在高分辨率多屏幕反映方面的成就。研究方法編輯偏光顯微鏡利用液晶態(tài)的光學雙折射現(xiàn)象，在帶有控溫熱臺的偏光顯微鏡下，可以觀察液晶物質(zhì)的織構(gòu)，測定轉(zhuǎn)變溫度。所謂織構(gòu)，一般指液晶薄膜（厚度約10-100微米）在光學顯微鏡，特別是正交偏光顯微鏡下用平行光系統(tǒng)所觀察到的圖像，包括消光點或者其他形式的消光結(jié)構(gòu)乃至顏色的差異等。熱分析熱分析研究液晶態(tài)的原來在于用DSC或者DTA直接測定液晶相變時的熱效應(yīng)及其轉(zhuǎn)變溫度。缺點是不能直接觀察液晶形態(tài)，并且少量雜質(zhì)也會出現(xiàn)吸熱峰或者放熱峰，影響液晶態(tài)的準確判斷。 除此之外還有，X射線衍射、電子衍射，核磁共振，電子自旋共振，流變學和流

17、變光學等手段。，人們把液晶片掛在墻上，一旦有微量毒氣逸出，液晶變色了，就提醒人們趕緊去檢查、補漏。物理特性編輯當通電時導通，排列變得有秩序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線通過。讓液晶如閘門般地阻隔或讓光線穿透。從技術(shù)上簡單地說，液晶面板包含了兩片相當精致的無鈉玻璃素材，稱為Substrates，中間夾著一層液晶。當光束通過這層液晶時，液晶本身會排排站立或扭轉(zhuǎn)呈不規(guī)則狀，因而阻隔或使光束順利通過。大多數(shù)液晶都屬于有機復合物，由長棒狀的分子構(gòu)成。在自然狀態(tài)下，這些棒狀分子的長軸大致平行。將液晶倒入一個經(jīng)精良加工的開槽平面，液晶分子會順著槽排列，所以假如那些槽非常平行，則各分子也是完全平

18、行的。液晶是一種介于晶體狀態(tài)和液態(tài)狀態(tài)之間的中間物質(zhì)。它兼有液體和晶體的某些特點，表現(xiàn)出一些獨特的性質(zhì)。影響因素編輯1.外加場對液晶的影響科學家和工程師能夠使用液晶進行多樣化的應(yīng)用是因為外電場的干擾會導致液晶體系顯微性質(zhì)有意義的改變。電場和磁場都可以用來誘導這些變化。外加場的大小和它的變化速度一樣，是非常重要的特質(zhì)在它在工業(yè)處理的應(yīng)用上。特殊的表面處理在可以被用于液晶器件從而使液晶具有特定的取向。5 分子的電子性質(zhì)導致液晶具有沿著外加場取向的能力。永久電偶極導致當分子一端有凈正電荷時，它的另外一端會出現(xiàn)凈負電荷。在給液晶加上外電場時，偶極分子會趨向于沿電場方向取向。即使一個分子它并沒

19、有形成永久電偶極，它仍然會受到電場的影響。在某些情況下，外加場會使分子中的電子與質(zhì)子發(fā)生輕微的重排，這是帶電質(zhì)子被激發(fā)的結(jié)果，雖然不像永久偶極子的效果那么強，但是分子沿外加場的取向仍會發(fā)生。磁場對液晶分子的影響與電場類似，因為磁場是由移動的電荷產(chǎn)生的，而永久磁偶極是由圍繞原子運動的電子產(chǎn)生的。當液晶被加上一個磁場，分子會趨向于順著場的方向排列或沿反方向排列。5 2.表面處理對液晶的影響沒有外加場的作用，液晶分子會沿任何方向取向。無論如何，通過對系統(tǒng)引入一個外部的作用而使分子產(chǎn)生特定的取向是可能的。例如，當一個薄的聚合物涂層（通常為聚酰亞胺）鋪展在玻璃基上并用布沿一個方向摩擦它時，液晶

20、分子會沿摩擦方向排列。對于這種現(xiàn)象，可以為人所接受的機理是人們相信液晶層會在部分的排列一致的高分子鏈上的聚酰亞胺層表面附近進行取向附生。5 3.手性對液晶的影響手性液晶分子通常會產(chǎn)生手性液晶相。這意味著液晶分子具有一定的不對稱性，如產(chǎn)生一個立構(gòu)中心。這種性質(zhì)有個附加條件，就是體系不能是外消旋的（左，右手性分子的混合將會抵消手性的影響）。然而，由于液晶取向的協(xié)同性，將少數(shù)量的手性摻雜劑加入非手性中間相中，將會使液晶分子都呈現(xiàn)手性。5 手征相分子通常會螺旋性的旋轉(zhuǎn)。如果旋轉(zhuǎn)的螺距與可見光的波長類似，我們將觀測到光波干涉效應(yīng)。液晶手征相的手性旋轉(zhuǎn)使體系發(fā)出向左或向右的不同的圓偏振

21、光。這種材料能被用于制作偏振濾射片。5 研究歷史編輯1850年普魯士醫(yī)生魯?shù)婪?#183;菲爾紹（Rudolf Virchow）等人就發(fā)現(xiàn)神經(jīng)纖維的萃取物中含有一種不尋常的物質(zhì)。1877年德國物理學家奧托·雷曼（Otto Lehmann）運用偏光顯微鏡首次觀察到了液晶化的現(xiàn)象。1883年3月14日植物生理學家斐德烈·萊尼澤（Friedrich Reinitzer）觀察到膽固醇苯甲酸酯在熱熔時有兩個熔點。液晶顯示屏1888年萊尼澤反復確定他的發(fā)現(xiàn)后，向德國物理學家雷曼請教。當時雷曼建造了一座具有加熱功能的顯微鏡去探討液晶降溫結(jié)晶之過程，而從那時開始，雷曼的精力完全集

22、中在該類物質(zhì)。1888年出版分子物理學，這是對這段時間他在材料物理領(lǐng)域知識的總結(jié)，特別值得一提的是，他在書中首次提出了顯微鏡學研究方法，通過對晶體顯微鏡和用它所作的觀察。20世紀化學家伏蘭德（D. Vorlander）的努力由聚集經(jīng)驗使他能預測哪一類的化合物最可能呈現(xiàn)液晶特性，然后合成取得該等化合物質(zhì)，于是雷曼關(guān)于液晶的理論被證明。1922年法國人弗里德（G. Friedel）仔細分析當時已知的液晶，把他們分為三類：向列型（nematic）、層列型（smectic）、膽甾型（cholesteric）。1930-1960年在G.Freidel之后，液晶研究暫時進入低谷，也有人說，1930-196

23、0年期間是液晶研究的空白期。究其原因，大概是由于當時沒有發(fā)現(xiàn)液晶的實際應(yīng)用。但是，在此期間，半導體電子工業(yè)卻獲得了長足的發(fā)展。為使液晶能在顯示器中的應(yīng)用，透明電極的圖形化以及液晶與半導體電路一體化的微細加工技術(shù)必不可缺。隨著半導體工業(yè)的進步，這些技術(shù)已趨向成熟。20世紀40年代開發(fā)出硅半導體，利用傳導電子的n型半導體和傳導電洞的p型半導體構(gòu)成pn介面（pnjunction），發(fā)明了二極管和晶體管。在此之前，在電路中為實現(xiàn)從交流到直流的整流功能，要采用二極管，而要實現(xiàn)放大功能，要采用電子管。這些大而笨重的元件完全可以由半導體二極管和晶體管代替，不需要向真空中發(fā)射電子，僅在固體特別是極薄的膜層中，

24、即可實現(xiàn)整流、放大功能，從而使電子回路實現(xiàn)了小型化。 接著，藉由光加工技術(shù)實現(xiàn)了包括二極管、晶體管在內(nèi)的電子回路圖形的薄膜化、超微細化。這種技術(shù)簡稱為微影（photolithography）。20世紀60年代，隨著半導體集成電路（integrated circuit）技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備實現(xiàn)了進一步的小型化。上述技術(shù)的進步，對于在液晶顯示裝置（display）中的應(yīng)用是必不可少的，隨著材料科學和材料加工技術(shù)的進一步發(fā)展，以及新型顯示模式和驅(qū)動技術(shù)的開發(fā)，液晶顯示技術(shù)獲得了快速發(fā)展。20世紀60年代隨著半導體集成電路（integrated circuit）技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備實現(xiàn)了進一步的小型化

25、。1968年任職美國RCA公司的G.H.Heilmeier發(fā)表采用DS（dynamic scattering，動態(tài)散射）模式的液晶顯示裝置。在此之后，美國企業(yè)最早開始了數(shù)字式液晶手表實用化的嘗試。1971年一家瑞士公司制造出了第一臺液晶顯示器。分類編輯液晶種類很多，通常按液晶分子的中心橋鍵和環(huán)的特征進行分類。已合成了1萬多種液晶材料，其中常用的液晶顯示材料有上千種，主要有聯(lián)苯液晶、苯基環(huán)己烷液晶及酯類液晶等。按外因因液晶產(chǎn)生之條件（狀況）不同而被分為熱致液晶（thermotropic LC）和溶致液晶（lyotropic LC），分別由加熱、加入溶劑形成液晶熱相致液晶相產(chǎn)生兩種情形。液晶的光電

26、效應(yīng)受溫度條件控制的液晶稱為熱致液晶；溶致液晶則受控于濃度條件。顯示用液晶一般是低分子熱致液晶。熱致液晶包括向列相、近晶相、膽甾相三種。1. 近晶相液晶近晶相液晶分子分層排列，根據(jù)層內(nèi)分子排列的不同，又可細分為近晶相A近晶相B等多種。層內(nèi)分子長軸互相平行，而且垂直于層面。分子質(zhì)心在層內(nèi)的位置無一定規(guī)律。這種排列稱為取向有序，位置無序。近晶相液晶分子間的側(cè)向相互作用強于層間相互作用，所以分子只能在本層內(nèi)活動，而各層之間可以相互滑動。2. 膽甾相液晶膽甾相液晶是一種乳白色粘稠狀液體，是最早發(fā)現(xiàn)的一種液晶，其分子也是分層排列，逐層疊合。每層中分子長軸彼此平行，而且與層面平行。不同層中分子長軸方向不同

27、，分子的長軸方向逐層依次向右或向左旋轉(zhuǎn)過一個角度。從整體看，分子取向形成螺旋狀，其螺距用p表示，約為0.3mm。3. 向列相液晶向列相液晶中，分子長軸互相平行，但不分層，而且分子質(zhì)心位置是無規(guī)則的。1922年，法國人弗里德（G. Friedel）仔細分析當時已知的液晶，把他們分為三類：向列型（nematic）、層列型（smectic）、膽固醇型（cholesteric）。名字的來源，前兩者分別取自希臘文線狀和清潔劑（肥皂）；膽固醇型的名字有歷史意義，如以近代分類法，它們屬于向列型。其實弗里德對液晶一詞不贊同，他認為中間相才是最合適的表達。向列相向列相（nematic）是最簡單的液晶相，此類液晶

28、的棒狀分子之間只是互相平等排列。但它們的重心排列是無序的，在外力作用下發(fā)生流動，很容易沿流動方向取向，并且互相穿越。因此，此類型液晶具有相當大的流動性。向列相液晶又分為單軸向列相液晶和雙軸向列相液晶。電場與磁場對液晶有巨大的影響力，向列型液晶相的介電性行為是各類光電應(yīng)用的基礎(chǔ)（用液晶材料制造以外加電場超作之顯示器，在1970年代以后發(fā)展很快。因為它們有小容積、微量耗電、低操作電壓、易設(shè)計多色面版等多項優(yōu)點。不過因為它們不是發(fā)光型顯示器，在暗處的清晰度、視角和環(huán)境溫度限制，都不理想。無論如何，電視和電腦的屏幕以液晶材質(zhì)制造，十分有利。大型屏幕在以往受制于高電壓的需求，變壓器的體積與重量不可言喻。

29、其實，彩色投影電視系統(tǒng)，亦可利用手性向列型液晶去制造如偏光面版、濾片、光電調(diào)整器。近晶相近晶相（smectic）近晶型結(jié)構(gòu)是所有液晶中具有最接近結(jié)晶結(jié)構(gòu)的一類。這類液晶中，棒狀分子依靠所含官能團提供的垂直于分子的長軸方向的強有力的相互作用，互相平等排列成層狀結(jié)構(gòu)，分子的長軸垂直于層片平面。在層內(nèi)，分子排列保持著大量二維固體有序性，但是這些層片又不是嚴格剛性的，分子可以在本層內(nèi)活動，但不能來往于各層之間，結(jié)果這類柔性的二維分子薄片之間可以相互滑動，而垂直于層片方向的流動則要困難。因此，近晶型液晶一般在各個方向都是非常粘滯的。例如：對氧化偶氮苯甲醚：CH3OC6H4(NO)=NC6H4OCH3膽甾

30、相膽甾相（甾音zi）（cholesteric）由于首先在膽甾醇的酯和鹵化物的液晶中觀察到，故得其名。在這類液晶中，長形分子是扁平的，依靠端基的相互作用，彼此平等排列成層狀，但是他們的長軸是在層片平面上的，層內(nèi)分子與向列型相似，而相鄰兩層間，分子長軸的取向，由于伸出層片平面外的光學活性基團的作用，依次規(guī)則地扭轉(zhuǎn)一定角度，層層累加而形成螺旋面結(jié)構(gòu)。取向方向經(jīng)歷360°變化的距離稱作螺矩。膽甾相最明顯的特征是其獨特的光學性質(zhì)。它具有極強的旋光性、明顯的圓二色性和對波長的選擇性反射，后者使它在肉眼下即能顯現(xiàn)色彩。液晶顯示器件應(yīng)用的主要是其旋光性。例如：苯甲酸膽甾酶酯：C6H5COOC27H4

31、5溶致型液晶溶致液晶是由兩種或兩種以上的組分形成的液晶，其中一種是水或其它的極性溶劑。這是將一種溶質(zhì)溶于一種溶劑而形成的液晶態(tài)物質(zhì)。典型的溶質(zhì)部分是由一個具有一端為親水基團，另一端為疏水基團的雙親分子構(gòu)成的。如十二烷基磺酸鈉或脂肪酸鈉肥皂等堿金屬脂肪鹽類等。它的溶劑是水，當這些溶質(zhì)溶于水后，在不同的濃度下，由于雙親分子親水、疏水基團的作用會形成不同的核心相（middle）和層相（lamella），核心相為球形或柱形。層相則由與近晶相相似的層式排布構(gòu)成。溶致液晶中的長棒狀溶質(zhì)分子一般要比構(gòu)成熱致液晶的長棒狀分子大得多，分子軸比約在15左右。最常見的有肥皂水，洗衣粉溶液，表面活化劑溶液等。溶質(zhì)與溶

32、質(zhì)之間的相互作用是次要的。由于分子的有序排布必然給這種溶液帶來某種晶體的特性。例如光學的異向性，電學的異向性，以至于親合力的異向性。例如肥皂泡表面的彩虹及洗滌作用就是這種異向性的體現(xiàn)。溶致液晶不同于熱致液晶。它們廣泛存在于大自然界、生物體內(nèi)，并被不知不覺應(yīng)用于人類生活的各個領(lǐng)域。如肥皂洗滌劑等。生物物理學，生物化學、仿生學領(lǐng)域都深受注目。這是因為很多生物膜、生物體，如神經(jīng)、血液、生物膜等生命物質(zhì)與生命過程中的新陳代謝、消化吸收、知覺、信息傳遞等生命現(xiàn)象都與溶致液晶態(tài)物質(zhì)及性能有關(guān)。因此在生物工程、生命、醫(yī)療衛(wèi)生和人工生命研究領(lǐng)域，溶致液晶科學的研究都倍受重視。溶致性液晶生成的例子，是肥皂水。在

33、高濃度時，肥皂分子呈層列性，層間是水分子。濃度稍低，組合又不同。按致晶單元與高分子的連接方式分為主鏈型液晶、側(cè)鏈型液晶、樹枝狀液晶、復合型液晶和嵌段型液晶。按液晶基元排列方向分為單疇型和多疇型液晶。按形成高分子液晶的單體結(jié)構(gòu)分為兩親型和非兩親型。分子排列編輯依其分子排列方式，分為向列型(Nematic)、距列型 (Smectic)、膽固醇型(Cholesteric)、圓盤型(Disotic)向列型液晶材料(Nematic)自1998年開始主要集中于主動式矩陣驅(qū)動的液晶平面顯示器(AM-LCD)的開發(fā)，在AM-LCD用的液晶化合物中，其要求的特性有高的比電阻、低的粘度、正的鐵電率異方向性、高的化

34、學和光化學的安定性，符合這些特性的材料以氟系化合物為主。液晶化合物之分子長軸方向的氟數(shù)增加時，則其非子長軸方向的雙極子動量變低。液晶鐵電異方向性的增加，可經(jīng)由核心部結(jié)構(gòu)內(nèi)之極性基的導入結(jié)合，以達到其粘度將降低的，但是當逆向?qū)霑r則其液晶的鐵電異方向性變小。液晶分子的排列，后果之一是呈現(xiàn)有選擇性的光散射。因排列可以受外力影響，液晶材料制造器件潛力很大。范圍于兩片玻璃板之間的手性向列型液晶，經(jīng)過一定手續(xù)處理，就可形成不同的紋理。距列型材料(Smectic)可分為鐵電性液晶和反鐵電性液晶鐵電性液晶(FLC)是由Meyer於1974年發(fā)現(xiàn)的，然後於1979年發(fā)表表面安定化鐵電性液晶平面顯示器，鐵電性液

35、晶是以簡單矩陣式驅(qū)動的并期待具有高響應(yīng)、高解析度和大畫面的應(yīng)用。Meyer認為要獲得鐵電性液晶的條件，有分子長軸和垂直方向應(yīng)有永久偶極矩、無消旋體、具有向列型液晶C相。鐵電性液晶在電場施加時，其響應(yīng)時間與鐵電性液晶的自發(fā)極化成反比，與粘性系數(shù)成正比。要獲得較高的響應(yīng)速度，自發(fā)極化要大、粘性系數(shù)要小。自發(fā)行極化的改善對策，是在對掌性或光學活性結(jié)構(gòu)中心倒入大的永久雙偶極矩、對掌性中心置於核心結(jié)構(gòu)附近，以及復數(shù)的對掌性中心導入等設(shè)計理念，大的自發(fā)極化值之達成，可經(jīng)由非對稱性碳原子和永久偶極矩(Permant Dipole Moment)。反鐵電性液晶(AFLC)是在電場的驅(qū)動下，由反鐵電性液晶轉(zhuǎn)換成

36、鐵電性液晶的一種物理現(xiàn)像。并與非對稱性*在低分子液晶的AFLC中，核心構(gòu)造的苯環(huán)和共軛之苯基結(jié)合碳原子鄰接者，在非對稱性中心將CH3基結(jié)合的狀況，要比將CF3基結(jié)合來的有安定的反鐵電性，另外在高分子液晶得AFLC中，核心構(gòu)造的部份連接奇數(shù)的碳碳鏈，也可以獲得反鐵電性的配列。膽固醇液晶(Cholesteric)不具有液晶性，但是當其氫氧基被鹵素取代成鹵素化合物，以及和碳酸或脂肪酸產(chǎn)生酯化反應(yīng)之膽固醇衍生。膽固醇液晶材料具有特殊螺旋結(jié)構(gòu)，而引發(fā)選擇性光散射、旋光性和圓偏光雙色性，可以利用膽固醇型液晶材料的外加電壓、氣體吸附和溫度等因素而引發(fā)色彩的變化。類固醇型液晶，因螺旋結(jié)構(gòu)而對光有選擇性反射，利

37、用白光中的圓偏光，最簡單的是根據(jù)變色原理制成的溫度計（魚缸中?？吹降臏囟扔嫞Ｔ卺t(yī)療上，皮膚癌和乳癌之偵測也可在可疑部位涂上類固醇液晶，然后與正常皮膚顯色比對（因為癌細胞代謝速度比一般細胞快，所以溫度會比一般細胞高些）。碟型液晶（discotic）碟型液晶發(fā)現(xiàn)1970年代，是具有高對稱性原狀分子重疊組成之向列型或柱行系統(tǒng)。分子量編輯依分子量來分，有低分子型和高分子型，在高分子的液晶有主鏈型和側(cè)鏈型。依溫度的因素，有互變轉(zhuǎn)換型(Enantiotropic)、單變轉(zhuǎn)換型(Monotropic）重現(xiàn)性液晶（recentrant LC）其實一種物質(zhì)可以具有多種液晶相。又有人發(fā)現(xiàn)，把兩種液晶混合物加熱，

38、得到等向性液體后再冷卻，可以觀察到次第為向列型、層列型液晶。這種相變化的物質(zhì)，稱為重現(xiàn)性液晶（recentrant LC）。穩(wěn)定液晶相是分子間的范德華力。因分子集結(jié)密度高，斥力異向性影響較大，但吸引力則是維持高密度，使集體達到液晶狀態(tài)之力量，斥力和吸引力相互制衡十分重要。又如分子有極性基團時，偶極相互作用成為重要吸引力。藍相液晶的工作原理編輯藍相液晶的工作原理是基于Kerr 效應(yīng)。將藍相液晶置于兩平行電極板之間就構(gòu)成一個Kerr 盒，外加電場通過平行電極板作用在藍相液晶上，在外電場作用下，藍相液晶就變?yōu)楣鈱W上的單軸晶體，其光軸方向與電場方向平行。當線偏振光以垂直于電場的方向通過藍相液晶時，將分解為兩束線偏振光，一束的光矢量沿著電場方向，另一束的光矢量與電場垂直。它們的折射率分別稱為正常折射率n0 與反常折射率ne。藍相液晶是正或負雙折射物質(zhì)，取決于ne- n0值的為正或負。· 但是Kerr 盒的結(jié)構(gòu)是不適用于顯示器的，因為按標準Kerr 盒結(jié)構(gòu)，電壓是加在兩平行電極板之間，即電場是垂直于電極板的，入射光要與電場垂直必須從兩平行電極板之間入射。作為顯示器，入射光是垂直于兩平行透明電極板入射的，要