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    一    溫度/K
    液晶
圖4.3 -1液晶材料的物理狀態
動性的液體，但同時又是具有光學雙折射性的晶
體。它是一種處于固體相和液體相中間狀態的液晶
相，如圖4.3 -1所示。液晶材料一方面是液態的，
具有液體的流動性、黏度、形變等機械性質；另一
方面在分子的幾何排列上又是晶體結構，具有晶體
的熱（熱效應）、光（光學各向異性）、電（電光
效應）、磁（磁光效應）等物理性質。
    現在知道的液晶化合物有幾千種，根據分子的
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特性的液晶，在電子顯示器中應用最多。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
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的化合物都能顯示線
型液晶態，分子長軸的方向就是光軸。這種液晶材料富于流動性，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，每層中分子長軸互相平行，且與層
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面平行，如圖4.3 -3所示。相鄰兩層間分子長軸逐層依次沿
一定方向有一個微小的扭角（約150），因此各層分子長軸的
排列方向就逐漸扭轉成螺紋形。膽甾相液晶的光軸垂直于
層面。
    實用中，可以用這類膽甾液晶制作感溫變色的測溫元
件。膽甾液晶由于其本身所具有的螺旋排布結構，因此在液
晶顯示技術中十分有用。它大量用于向列液晶的添加劑。可
以引導液晶在液晶盒內形成沿面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的作用下，其光學性能隨之發
生變化。因此，目前一般都采用向列相液晶以及在其基礎上
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。電流使液晶中發生動態光  z
散射，電場使液晶發生介質極化。
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軸旋轉示意圖
4.3.2LCD的工作原理
    1．動態光散射
    向列相液晶在不加電壓時，液晶分子與在固體情況時一樣有規則地排列，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則排列，產生了局部渦流醫，它引起入射
光線發生散射，使液體變成不透明。這種現象稱為動態光散射，如圖4.3 -4所示。在交變
電場斷開后，液晶分子又恢復到有規則的排列，液體又重新變得透明了咕這種方法可以使光
亮度的對比度達到約1：50，需要的工作電壓為15 V。
    然而，動態散射型液晶顯示器實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，而且是第一個實用化的液晶顯示器，所以在此我們僅作簡單的描述。
  2．介質極化
  扭曲(TN)型向列相液晶是最常見的一種液晶顯示器。它的基本結構是：在透明電極
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無電壓時
面
圖4.3 -4向列相液晶的動態光散射
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，四周進行密封，形
成一個厚度僅為數微米的扁平液晶盒。由于在玻璃內表面涂有一層定向層膜，并進行了定向
處理，因此在盒內液晶分子沿玻璃表面平行排列。但由于兩片玻璃內表面定向層定向處理的
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    通電時
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。
    當對這種排列的液晶盒施加電壓時，從某一閾值電壓起，液晶分子的長軸開始向電場方
向傾斜。當施加電壓達到2倍的閾值電壓后，大部分分子的長軸沿電場方向重新排列，。900
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的旋光性消失。這種現象稱為介質極化。這時，如果兩個偏振片的吸光軸方向相互垂直，那
么光穿過第一個偏振片后進入液晶層，光不再被扭轉任何角度，因此不能通過第二個偏振
　
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