液晶的光電特性研究

    液晶分子的結(jié)構(gòu)具有異方性(Anisotropic)，所以所引起的光電效應(yīng)就會(huì)因?yàn)榉较虿煌�而有所差異，�?jiǎn)單的說也就是液晶分子在介電系數(shù)及折射系數(shù)等等光電特性都具有異方性，因而我們可以利用這些性質(zhì)來(lái)改變?nèi)肷涔獾膹?qiáng)度，以便形成灰階，來(lái)應(yīng)用于顯示器組件上。液晶的光電特性，大約有以下幾項(xiàng)：

 

1.折射系數(shù)(refractive index) ：

    由于液晶分子大多由棒狀或是碟狀分子所形成，因此跟分子長(zhǎng)軸平行或垂直方向上的物理特性會(huì)有一些差異，所以液晶分子也被稱做是異方性晶體。與介電系數(shù)一樣，折射系數(shù)也依照跟指向矢垂直與平行的方向， 分成兩個(gè)方向的向量，分別為n // 與n⊥。

    此外對(duì)單光軸(uniaxial)的晶體來(lái)說，原本就有兩個(gè)不同折射系數(shù)的定義。一個(gè)為no，它是指對(duì)于尋常光(ordinary ray)的折射系數(shù)，所以才簡(jiǎn)寫成no。而尋常光(ordinary ray)是指其光波的電場(chǎng)分量是垂直于光軸的。另一個(gè)則是ne，它是指對(duì)于非常光(extraordinary ray)的折射系數(shù)，而非常光(extraordinary ray)是指其光波的電場(chǎng)分量是平行于光軸的。同時(shí)也定義了雙折射率(birefrigence) n = ne-no為上述的兩個(gè)折射率的差值。

    依照上面所述，對(duì)層狀液晶、線狀液晶及膽固醇液晶而言，由于其液晶分子的長(zhǎng)的像棒狀，所以其指向矢的方向與分子長(zhǎng)軸平行。再參照單光軸晶體的折射系數(shù)定義，它會(huì)有兩個(gè)折射率，分別為垂直于液晶長(zhǎng)軸方向n⊥(=ne)及平行液晶長(zhǎng)軸方向n //(= no)兩種，所以當(dāng)光入射液晶時(shí)，便會(huì)受到兩個(gè)折射率的影響，造成在垂直液晶長(zhǎng)軸與平行液晶長(zhǎng)軸方向上的光速會(huì)有所不同。

    若光的行進(jìn)方向與分子長(zhǎng)軸平行時(shí)的速度，小于垂直于分子長(zhǎng)軸方向的速度時(shí)，這意味著平行分子長(zhǎng)軸方向的折射率大于垂直方向的折射率（因?yàn)檎凵渎逝c光速成反比），也就是ne-no > 0。所以雙折射率 n > 0 ，我們把它稱做是光學(xué)正型的液晶，而層狀液晶與線狀液晶幾乎都是屬于光學(xué)正型的液晶。倘使光的行進(jìn)方向平行于長(zhǎng)軸時(shí)的速度較快的話，代表平行長(zhǎng)軸方向的折射率小于垂直方向的折射率，所以雙折射率 n < 0。我們稱它做是光學(xué)負(fù)型的液晶。而膽固醇液晶多為光學(xué)負(fù)型的液晶。

 

2.介電系數(shù) (dielectric permittivity)：

    我們可以將介電系數(shù)分開成兩個(gè)方向的分量，分別是 //（與指向矢平行的分量）與⊥（與指向矢垂直的分量）。當(dāng) // > ⊥ 便稱之為介電系數(shù)異方性為正型的液晶，可以用在平行配位。而 // < ⊥ 則稱之為介電系數(shù)異方性為負(fù)型的液晶，只可用在垂直配位才能有所需要的光電效應(yīng)。

    當(dāng)有外加電場(chǎng)時(shí)，液晶分子會(huì)因介電系數(shù)異方性為正或是負(fù)值，來(lái)決定液晶分子的轉(zhuǎn)向是平行或是垂直于電場(chǎng)，來(lái)決定光的穿透與否。現(xiàn)在TFT LCD上常用的TN型液晶大多是屬于介電系數(shù)正型的液晶。當(dāng)介電系數(shù)異方性 (=//- ⊥)越大的時(shí)候，則液晶的臨界電壓(threshold voltage)就會(huì)越小。這樣一來(lái)液晶便可以在較低的電壓操作。

 

3.其它特性：

    對(duì)于液晶的光電特性來(lái)說，除了上述的兩個(gè)重要特性之外，還有許多不同的特性。

    比如說像彈性常數(shù)(elastic constant:11 ,22 ,33 )，它包含了三個(gè)主要的常數(shù)，分別是，11 指的是斜展(splay)的彈性常數(shù)，22 指的是扭曲(twist)的彈性常數(shù)，33指的是彎曲(bend)的彈性常數(shù)。另外像黏性系數(shù)(viscosity coefficients)，則會(huì)影響液晶分子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度與反應(yīng)時(shí)間(response time)，其值越小越好。但是此特性受溫度的影響最大。另外還有磁化率(magnetic susceptibility)，也因?yàn)橐壕У漠惙叫躁P(guān)系，分成c // 與c⊥。而磁化率異方性則定義成 c = c // -c⊥ 。

    此外還有電導(dǎo)系數(shù)(conductivity)等等光電特性。

 

    液晶特性中最重要的就是液晶的介電系數(shù)與折射系數(shù)。介電系數(shù)是液晶受電場(chǎng)的影響決定液晶分子轉(zhuǎn)向的特性，而折射系數(shù)則是光線穿透液晶時(shí)影響光線行進(jìn)路線的重要參數(shù)。而液晶顯示器就是利用液晶本身的這些特性，適當(dāng)?shù)睦�用電壓，�?lái)控制液晶分子的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而影響光線的行進(jìn)方向，來(lái)形成不同的灰階，作為顯示影像的工具。當(dāng)然啦，單靠液晶本身是無(wú)法當(dāng)作顯示器的，還需要其它的材料來(lái)幫忙。