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液晶結構和光學特性

發布時間:2021-06-08 11:26:31 瀏覽量:5368 作者:Richard

正文


液晶相是物質的一種相態,介於(yu) 固相和液相之間。處在液晶相的物質,同時具有液體(ti) 和固體(ti) 的部分性質。液晶物質主要包括某些有機化

合物(例如芳香族化合物)以及它們(men) 的混合物。


液晶物質在液晶相和非液晶相之間轉變由兩(liang) 種方式。一種是熱致液晶,通過溫度來控製,溫度較低時,液晶物質處在固相(晶體(ti) );當

溫度上升到一個(ge) 值時,它便轉變成液晶相;當溫度繼續上升到另一個(ge) 值時,它又由液晶相轉變成液相。對於(yu) 一般的非液晶物質,在固態

與(yu) 液態之間幾乎不存在過度相態,固態到液態之間轉變溫度範圍很窄。另一種進入液晶相的方式是,將某些化合物的結晶溶解於(yu) 水或有

機溶液。這種由溶劑破壞原有晶體(ti) 的晶格而形成的液晶,稱為(wei) 溶致液晶。


液晶分子的結構由明顯的方向性。采用簡化模型可以把分子看作是一個(ge) 細長的棒狀體(ti) ,其長度約為(wei) 納米級,粗細為(wei) 亞(ya) 納米級,按照分子

排列的特點,液晶可以粗略分為(wei) 近晶型、向列型和膽甾型等三種類型。


近晶型液晶分子排列的特點是,各分子長軸取向在較大範圍內(nei) 由較好的規律性,各分子的位置在較小範圍內(nei) 也有一定的規律性。液晶分

子大體(ti) 上按層狀排列,每一層內(nei) 的分子長軸方向相互平行。

向列型液晶分子的位置不再分層排列,但各分子長軸方向仍然大體(ti) 一致,也呈現類似於(yu) 單軸晶體(ti) 的光學性質。

膽甾型液晶分子也分層排列,每一層內(nei) 分子長軸方向基本一致並平行於(yu) 分層麵,相鄰層中分子長軸平均方向逐漸轉過一個(ge) 角度,總體(ti) 呈

現螺旋結構。

液晶的電光效應

液晶分子在形狀、極化率和電導率等方麵具有明顯的各向異性。當大量液晶分子有規律排列時,其整體(ti) 的電學和光學性質,如介電常

數,折射率等,也呈現各向異性。若對這種物質施以電場,就會(hui) 引起分子排列方向和位置的變化,從(cong) 而導致其光學性質的變化,這就是

液晶的電光效應。液晶的電光效應有電流效應和電場效應兩(liang) 大類。電流效應的典型例子是動態散射效應,電場效應的例子有扭曲-向量

型效應,電控雙折射效應,相變效應,賓主效應以及混合場效應等。

1、動態散射效應

對於(yu) 一定厚度的n型液晶層,當施加在液晶盒上的交變電場頻率小於(yu) 某一臨(lin) 界值,電場強度大於(yu) 某一臨(lin) 界值時,液晶分子將產(chan) 生紊亂(luan) 的

運動,使各處的折射率隨時間發生變化,從(cong) 而使入射光受到散射。這就是動態散射效應。


2、扭曲-向列型效應

線偏光在液晶內(nei) 傳(chuan) 播時,其偏振方向試中於(yu) 液晶分子層的分子長軸方向一致。因此,當液晶前後各放置一片起偏器和相同偏振方向的檢

偏器,經過起偏器的偏振光在液晶中偏振方向發生旋轉,再經過檢偏器時光強發生改變。在液晶盒上施加適當的電場,由於(yu) 電場對液晶

分子的取向作用,使得大多數分子的長軸或者沿電場方向排列(p型),或者垂直於(yu) 電場排列(n型)。這使線偏光基本不受影響(p

型)或受到液晶的雙折射的作用(n型)變成橢圓偏振光


無論p型還是n型液晶,在加上電場以後,都會(hui) 有一部分光能夠從(cong) 檢偏器初涉;對於(yu) n型液晶,出射光的強弱還可以由外電場來控製。


3、電控雙折射效應

如果液晶是n型的,不加電場時液晶分子取向是垂麵排列,給液晶加上適當的電場,由於(yu) 是n型液晶,分子長軸轉向沿麵排列,即垂直

於(yu) 外場方向。


若使外場電場強度在一定範圍內(nei) 變化,光軸的傾(qing) 斜程度也會(hui) 改變,雙折射的異常折射率也會(hui) 隨之改變,由於(yu) 雙折射引起的光偏振態變化

和波長有關(guan) ,在一定外場下,不同波長的折射率不同,這樣在白光入射時,透射光的顏色便會(hui) 隨外場的變化而變化。這個(ge) 現象可以用來

進行彩色顯示。


4、相變效應

p型膽甾型液晶在無外電場時呈分子團結構,各個(ge) 分子團的取向是雜亂(luan) 的,因此液晶總體(ti) 呈現乳白色不透明狀態。當加上超過某一閾值

的外電場後,分子團的膽甾型排列被破壞,大部分分子沿外場排列,變成接近於(yu) 垂麵排列的向列型液晶,這時液晶是透明的,這個(ge) 效應

稱為(wei) 相變效應。


5、賓主效應

如果把多色染料和液晶材料相混合並做成液晶盒,便可以看作賓主效應。多色染料的特點是,當其分子的排列方向不同時,從(cong) 染料透過

光的顏色也不同。因此當液晶(主)的分子排列方向在外電場作用下發生變化時,與(yu) 之混合在一起的多色染料(賓)的分子排列方向也

隨之改變,從(cong) 而使投射光呈現出不同的顏色,這就是賓主效應。


6、混合場效應

混合場效應是扭曲-向列型效應和電控雙折射效應的結合。


7、鐵電液晶的場效應

鐵電材料的特點是具有很大的介電常數,並且其介電常數會(hui) 隨外電場大小的變化而變化,結果呈現像磁滯特性那樣的電滯特性。也就是

說,在外電場的作用下,鐵電材料分子的極化能很快達到飽和,而且撤出外電場後,分子仍有一定的剩餘(yu) 電極矩(即“固有”電極

矩),而電場反向時,會(hui) 有類似於(yu) 磁滯現象的矯頑力,當反向電場強度超過一個(ge) 臨(lin) 界值時,分子的極矩便會(hui) 很快反向,與(yu) 外電場同向。


此外,還存在一些其他的電光效應,如變頻光柵效應等。


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