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1、液晶知识简介作成：QAD廖云涛2005.4.6一、液晶的发现液晶是一种在一定温度范围内呈现既不同于固态、液态，又不同于气态的特殊物质态，它既具有各向异性的晶体所特有的双折射性，又具有液体的流动性。液晶的发现可以回溯到1888年，当时奥地利的植物学者Reinitzer在加热安息香酸胆石醇时，意外发现异常的溶解现象。因为此物质虽在145℃融解，却呈现混浊的糊状，达179℃时突然成为透明的潺潺液体，若从高温往下降温的过程观察，在179℃突然成为糊状液体，超过145℃时成为固体的结晶。其后由德国物理学者Lehmann利用
2、偏光显微镜观察此安息酸胆石醇的混浊状态，证实是一种具有组织方位性的液体（crystallineliquid),至此才正式确认液晶的存在，并开始了液晶的研究。美国R.C.A于1968年5月28日发表以液晶为材料的新型表装置，开启液晶在商业实用上的先例。由于液晶具有诱电与光学的异方性，同时具备良好的分子配向与流动特性，当受到光、热、电场、磁场等外界刺激时，分子的配向容易发生变化，造成液晶材料明暗对比的改变或显现出其他特殊的电气光学效果。近几年来，液晶材料俨然成为各种便携式电子信息产品不可或缺的显示媒体。二、液晶的分类
3、1922年由G. Friedel利用偏光显微镜所观察到的结果, 将液晶大致分为Nematic Smectic及Cholesteric三类. 但是如果是依分子排列的有序性来分, 则可以分成以下四类:1、层状液晶(Sematic)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. 其秩序参数S(order parameter)趋近于1. 在层状型液晶层与层间的键结会因为温度而断裂
4、,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.如果我们利用巨观的现象来描述液晶的物理特性的话, 我们可以把一群区域性液晶分子的平均指向定为指向矢(director),这就是这一群区域性的液晶分子平均方向. 而以层状液晶来说, 由于其液晶分子会形成层状的结构, 因此又可就其指向矢的不同再分类出不同的层状液晶。当其液晶分子的长轴都是垂直站立的话, 就称之为"Sematic A phase".如果液晶分子的长轴站立方向有某种的倾斜(tilt)角度,
5、就称之为"Sematic C phase".以A,C等字母来命名, 这是依照发现的先后顺序来称呼, 依此类推, 应该会存在有一个"Sematic B phase"才是. 不过后来发觉B phase其实是C phase的一种变形而已, 原因是C phase如果带chiral的结构就是B phase.也就是说Chiral sematic C phase就是Sematic B phase(见图). 而其结构中的一层一层液晶分子, 除了每一层的液晶分子都具有倾斜角度之外, 一层一层之间的倾斜角度还会形成像螺旋的结构.2、
6、线状液晶(Nematic)Nematic这个字是希腊字, 代表的意思与英文的thread是一样的. 主要是因为用肉眼观察这种液晶时, 看起来会有像丝线一般的图样. 这种液晶分子在空间上具有一维的规则性排列, 所有棒状液晶分子长轴会选择某一特定方向(也就是指向矢)作为主轴并相互平行排列. 而且不像层状液晶一样具有分层结构. 与层列型液晶比较其排列比较无秩序, 也就是其秩序参数S较层状型液晶较小. 另外其黏度较小, 所以较易流动(它的流动性主要来自对于分子长轴方向较易自由运动)。线状液晶就是现在的TFT液晶显示器常用
7、的TN(Twisted nematic)型液晶.3、胆固醇液晶(cholesteric)这个名字的来源,是因为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. 如图所示, 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pitch.正因为它每一层跟线状液晶很像,所以也叫做Chiral nematic phase.以胆固醇液晶而言, 与指向矢的垂直方向分布
8、的液晶分子, 由于其指向矢的不同, 就会有不同的光学或是电学的差异, 也因此造就了不同的特性.4、碟状液晶(disk)也称为柱状液晶, 以一个个的液晶来说, 它是长的像碟状(disk),但是其排列就像是柱状(discoid).如果我们是依分子量的高低来分的话则可以分成高分子液晶(polymer liquid crystal,聚合许多液晶分子而成)与低分子液晶两种. 就此种
