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一 溫度/K
液晶
圖4.3 -1液晶材料的物理狀態(tài)
動(dòng)性的液體，但同時(shí)又是具有光學(xué)雙折射性的晶
體。它是一種處于固體相和液體相中間狀態(tài)的液晶
相，如圖4.3 -1所示。液晶材料一方面是液態(tài)的，
具有液體的流動(dòng)性、黏度、形變等機(jī)械性質(zhì)；另一
方面在分子的幾何排列上又是晶體結(jié)構(gòu)，具有晶體
的熱（熱效應(yīng)）、光（光學(xué)各向異性）、電（電光
效應(yīng)）、磁（磁光效應(yīng)）等物理性質(zhì)。
現(xiàn)在知道的液晶化合物有幾千種，根據(jù)分子的
排列方式，液晶可以分成層列相、向列相和膽甾相
三種。其中，向列相和膽甾相是具有光學(xué)特性的液晶，在電子顯示器中應(yīng)用最多。因此，我
們只介紹這兩種液晶材料。
1．向列相液晶
向列相液晶又稱為線型液晶，這種液晶中的分子呈棒狀，排列非常像一把筷子，分子長(zhǎng)
軸互相平行，但并不分層，如圖4.3 -2所示。具有僵硬棒狀分子形態(tài)的化合物都能顯示線
型液晶態(tài)，分子長(zhǎng)軸的方向就是光軸。這種液晶材料富于流動(dòng)性，黏庋較小。
2．膽甾相液晶
膽甾相液晶中的許多分子是分層排列的，逐層疊合，每層中分子長(zhǎng)軸互相平行，且與層
下篇數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)149
面平行，如圖4.3 -3所示。相鄰兩層間分子長(zhǎng)軸逐層依次沿
一定方向有一個(gè)微小的扭角（約150），因此各層分子長(zhǎng)軸的
排列方向就逐漸扭轉(zhuǎn)成螺紋形。膽甾相液晶的光軸垂直于
層面。
實(shí)用中，可以用這類膽甾液晶制作感溫變色的測(cè)溫元
件。膽甾液晶由于其本身所具有的螺旋排布結(jié)構(gòu)，因此在液
晶顯示技術(shù)中十分有用。它大量用于向列液晶的添加劑。可
以引導(dǎo)液晶在液晶盒內(nèi)形成沿面1800、2700等扭曲排布，做
成超扭曲顯示器等。
向列相液晶在電流或電場(chǎng)的作用下，其光學(xué)性能隨之發(fā)
生變化。因此，目前一般都采用向列相液晶以及在其基礎(chǔ)上
的改型向列相液晶，例如扭曲(TN)型向列相液晶和超扭曲
( STN)型向列相液晶作成顯示器。電流使液晶中發(fā)生動(dòng)態(tài)光 z
散射，電場(chǎng)使液晶發(fā)生介質(zhì)極化。
y光軸
圖4.3 -2向列相液晶
圖4.3 -3膽甾相液晶層間分子長(zhǎng)軸旋轉(zhuǎn)示意圖
4.3.2LCD的工作原理
1．動(dòng)態(tài)光散射
向列相液晶在不加電壓時(shí)，液晶分子與在固體情況時(shí)一樣有規(guī)則地排列，液體是透明
的。在加上交變電流后，液晶化合物中所含少量水分離解出來的帶電離子（H+與OH -）不
斷沖擊液晶分子，從而破壞了原來液晶分子的有規(guī)則排列，產(chǎn)生了局部渦流醫(yī)，它引起入射
光線發(fā)生散射，使液體變成不透明。這種現(xiàn)象稱為動(dòng)態(tài)光散射，如圖4.3 -4所示。在交變
電場(chǎng)斷開后，液晶分子又恢復(fù)到有規(guī)則的排列，液體又重新變得透明了咕這種方法可以使光
亮度的對(duì)比度達(dá)到約1：50，需要的工作電壓為15 V。
然而，動(dòng)態(tài)散射型液晶顯示器實(shí)際上是一種被淘汰的液晶顯示器。但是由于它是唯一的
電流型器件，而且是第一個(gè)實(shí)用化的液晶顯示器，所以在此我們僅作簡(jiǎn)單的描述。
2．介質(zhì)極化
扭曲(TN)型向列相液晶是最常見的一種液晶顯示器。它的基本結(jié)構(gòu)是：在透明電極
150電子技術(shù)基礎(chǔ)
無電壓時(shí)
面
圖4.3 -4向列相液晶的動(dòng)態(tài)光散射
基板間充人10ILm左右的一層具有正介電各向異性的向列相液晶材料，四周進(jìn)行密封，形
成一個(gè)厚度僅為數(shù)微米的扁平液晶盒。由于在玻璃內(nèi)表面涂有一層定向?qū)幽ぃ⑦M(jìn)行了定向
處理，因此在盒內(nèi)液晶分子沿玻璃表面平行排列。但由于兩片玻璃內(nèi)表面定向?qū)佣ㄏ蛱幚淼?br />
方向互相垂直，因此液晶分子在兩片玻璃之間呈900扭曲，這就是扭曲向列相液晶顯示器件
名稱的由來。圖4.3 -5所示為其原理圖。
液晶分子排
亮 不通電時(shí) 通電時(shí)
圖4.3 -5扭曲型液晶分子排布與透光示意圖
這種液晶盒扭曲的螺距與可見光波長(zhǎng)相比要太得多，因此，垂直于電極基板入射的自然
光將隨液晶分子的扭曲發(fā)生900旋光（見圖4.3 -5）。因此，這種液晶盒可以將平行于偏振
片間的光遮斷，而讓垂直于偏振片間的光透過。
當(dāng)對(duì)這種排列的液晶盒施加電壓時(shí)，從某一閾值電壓起，液晶分子的長(zhǎng)軸開始向電場(chǎng)方
向傾斜。當(dāng)施加電壓達(dá)到2倍的閾值電壓后，大部分分子的長(zhǎng)軸沿電場(chǎng)方向重新排列，。900
下篇數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)151
的旋光性消失。這種現(xiàn)象稱為介質(zhì)極化。這時(shí)，如果兩個(gè)偏振片的吸光軸方向相互垂直，那
么光穿過第一個(gè)偏振片后進(jìn)入液晶層，光不再被扭轉(zhuǎn)任何角度，因此不能通過第二個(gè)偏振
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民用航空器維修基礎(chǔ)系列教材 電子技術(shù)基礎(chǔ)(90)
