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液晶結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性

發(fā)布時間:2021-06-08 11:26:31 瀏覽量:5062 作者:Richard

摘要

液晶相是物質(zhì)的一種相態(tài)稿静,介于固相和液相之間梭冠。處在液晶相的物質(zhì)改备,同時具有液體和固體的部分性質(zhì)控漠。液晶分子在形狀、極化率和電

導(dǎo)率等方面具有明顯的各向異性悬钳。當(dāng)大量液晶分子有規(guī)律排列時,其整體的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)也呈現(xiàn)各向異性默勾。

關(guān)鍵詞

正文


液晶相是物質(zhì)的一種相態(tài),介于固相和液相之間媳搪。處在液晶相的物質(zhì)铭段,同時具有液體和固體的部分性質(zhì)秦爆。液晶物質(zhì)主要包括某些有機化

合物(例如芳香族化合物)以及它們的混合物序愚。


液晶物質(zhì)在液晶相和非液晶相之間轉(zhuǎn)變由兩種方式。一種是熱致液晶等限,通過溫度來控制,溫度較低時望门,液晶物質(zhì)處在固相(晶體)形娇;當(dāng)

溫度上升到一個值時筹误,它便轉(zhuǎn)變成液晶相桐早;當(dāng)溫度繼續(xù)上升到另一個值時,它又由液晶相轉(zhuǎn)變成液相厨剪。對于一般的非液晶物質(zhì)哄酝,在固態(tài)

與液態(tài)之間幾乎不存在過度相態(tài),固態(tài)到液態(tài)之間轉(zhuǎn)變溫度范圍很窄陶衅。另一種進入液晶相的方式是,將某些化合物的結(jié)晶溶解于水或有

機溶液直晨。這種由溶劑破壞原有晶體的晶格而形成的液晶搀军,稱為溶致液晶膨俐。


液晶分子的結(jié)構(gòu)由明顯的方向性罩句。采用簡化模型可以把分子看作是一個細長的棒狀體,其長度約為納米級檩坚,粗細為亞納米級,按照分子

排列的特點诅福,液晶可以粗略分為近晶型匾委、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氓润,各分子長軸取向在較大范圍內(nèi)由較好的規(guī)律性赂乐,各分子的位置在較小范圍內(nèi)也有一定的規(guī)律性咖气。液晶分

子大體上按層狀排列挨措,每一層內(nèi)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崩溪,但各分子長軸方向仍然大體一致,也呈現(xiàn)類似于單軸晶體的光學(xué)性質(zhì)伶唯。

膽甾型液晶分子也分層排列觉既,每一層內(nèi)分子長軸方向基本一致并平行于分層面乳幸,相鄰層中分子長軸平均方向逐漸轉(zhuǎn)過一個角度瞪讼,總體呈

現(xiàn)螺旋結(jié)構(gòu)。

液晶的電光效應(yīng)

液晶分子在形狀粹断、極化率和電導(dǎo)率等方面具有明顯的各向異性符欠。當(dāng)大量液晶分子有規(guī)律排列時瓶埋,其整體的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)希柿,如介電常

數(shù),折射率等悬赏,也呈現(xiàn)各向異性。若對這種物質(zhì)施以電場闽颇,就會引起分子排列方向和位置的變化,從而導(dǎo)致其光學(xué)性質(zhì)的變化寄锐,這就是

液晶的電光效應(yīng)兵多。液晶的電光效應(yīng)有電流效應(yīng)和電場效應(yīng)兩大類尖啡。電流效應(yīng)的典型例子是動態(tài)散射效應(yīng),電場效應(yīng)的例子有扭曲-向量

型效應(yīng)剩膘,電控雙折射效應(yīng)衅斩,相變效應(yīng)畏梆,賓主效應(yīng)以及混合場效應(yīng)等。

1奈懒、動態(tài)散射效應(yīng)

對于一定厚度的n型液晶層奠涌,當(dāng)施加在液晶盒上的交變電場頻率小于某一臨界值,電場強度大于某一臨界值時磷杏,液晶分子將產(chǎn)生紊亂的

運動溜畅,使各處的折射率隨時間發(fā)生變化,從而使入射光受到散射极祸。這就是動態(tài)散射效應(yīng)。


2遥金、扭曲-向列型效應(yīng)

線偏光在液晶內(nèi)傳播時浴捆,其偏振方向試中于液晶分子層的分子長軸方向一致。因此稿械,當(dāng)液晶前后各放置一片起偏器和相同偏振方向的檢

偏器汤功,經(jīng)過起偏器的偏振光在液晶中偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn),再經(jīng)過檢偏器時光強發(fā)生改變溜哮。在液晶盒上施加適當(dāng)?shù)碾妶觯捎陔妶鰧σ壕?/p>

分子的取向作用茂嗓,使得大多數(shù)分子的長軸或者沿電場方向排列(p型),或者垂直于電場排列(n型)述吸。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)變成橢圓偏振光忿族。


無論p型還是n型液晶,在加上電場以后蝌矛,都會有一部分光能夠從檢偏器初涉道批;對于n型液晶,出射光的強弱還可以由外電場來控制入撒。


3隆豹、電控雙折射效應(yīng)

如果液晶是n型的茅逮,不加電場時液晶分子取向是垂面排列璃赡,給液晶加上適當(dāng)?shù)碾妶雠懈纾捎谑莕型液晶碉考,分子長軸轉(zhuǎn)向沿面排列塌计,即垂直

于外場方向侯谁。


若使外場電場強度在一定范圍內(nèi)變化锌仅,光軸的傾斜程度也會改變墙贱,雙折射的異常折射率也會隨之改變热芹,由于雙折射引起的光偏振態(tài)變化

和波長有關(guān),在一定外場下嫩痰,不同波長的折射率不同剿吻,這樣在白光入射時,透射光的顏色便會隨外場的變化而變化丽旅。這個現(xiàn)象可以用來

進行彩色顯示。


4纺棺、相變效應(yīng)

p型膽甾型液晶在無外電場時呈分子團結(jié)構(gòu)榄笙,各個分子團的取向是雜亂的,因此液晶總體呈現(xiàn)乳白色不透明狀態(tài)祷蝌。當(dāng)加上超過某一閾值

的外電場后茅撞,分子團的膽甾型排列被破壞米丘,大部分分子沿外場排列,變成接近于垂面排列的向列型液晶糊啡,這時液晶是透明的拄查,這個效應(yīng)

稱為相變效應(yīng)棚蓄。


5堕扶、賓主效應(yīng)

如果把多色染料和液晶材料相混合并做成液晶盒梭依,便可以看作賓主效應(yīng)耻陕。多色染料的特點是筑公,當(dāng)其分子的排列方向不同時忘古,從染料透過

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

隨之改變,從而使投射光呈現(xiàn)出不同的顏色淤击,這就是賓主效應(yīng)匠抗。


6、混合場效應(yīng)

混合場效應(yīng)是扭曲-向列型效應(yīng)和電控雙折射效應(yīng)的結(jié)合污抬。


7汞贸、鐵電液晶的場效應(yīng)

鐵電材料的特點是具有很大的介電常數(shù),并且其介電常數(shù)會隨外電場大小的變化而變化印机,結(jié)果呈現(xiàn)像磁滯特性那樣的電滯特性矢腻。也就是

說射赛,在外電場的作用下多柑,鐵電材料分子的極化能很快達到飽和楣责,而且撤出外電場后竣灌,分子仍有一定的剩余電極矩(即“固有”電極

矩)秆麸,而電場反向時初嘹,會有類似于磁滯現(xiàn)象的矯頑力,當(dāng)反向電場強度超過一個臨界值時沮趣,分子的極矩便會很快反向屯烦,與外電場同向房铭。


此外驻龟,還存在一些其他的電光效應(yīng),如變頻光柵效應(yīng)等缸匪。


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