1.2 液晶的特性

1.2.1 电学各向异性

液晶分子结构呈棒状，存在电学各向异性。其介电常数沿长轴和短轴方向的大小不同，通常定义沿液晶分子长轴方向的介电常数分量为 ε _// ，垂直于液晶分子长轴方向的介电常数分量为 ε _⊥ ，两者之差为Δ ε = ε _// − ε _⊥ ，如图 1.4 所示。当Δ ε ＞0时，该液晶在电学上被称为正性液晶；当Δ ε ＜0时，被称为负性液晶。在外加电场作用下，正性液晶分子的长轴朝着平行于电力线的方向旋转；而负性液晶分子的长轴朝着垂直于电力线的方向旋转；由于液晶分子内在的分子作用力和黏性等影响，液晶分子的旋转程度与电场强度大小相关；当电场强度足够大时，液晶分子最终平行于或垂直于电力线的方向排列，如图1.5所示。

介电常数Δ ε 的大小影响着液晶分子对电场的敏感程度。在相同条件下，Δ ε 越大，液晶分子对电场越敏感，在电场作用下液晶分子越容易发生转动，即Δ ε 越大的液晶分子响应速度越快，所需要的驱动电压也越低。

1.2.2 光学各向异性

液晶分子光学特性也存在各向异性（Anisotropy）。其光学折射率沿长轴和短轴方向的大小不同，通常定义沿液晶分子长轴方向的折射率分量为 n _// ，垂直于液晶分子长轴方向的折射率分量为 n _⊥ ，两者之差为Δ n = n _// − n _⊥ 。对于液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）中常用的向列相液晶，液晶分子可看作单轴晶体，其光轴方向与分子的长轴方向一致。当光线通过液晶分子时发生双折射，产生两束折射光。其中折射方向遵循折射定律的分量被称为寻常光（Ordinary Light），即o光；另一分量不遵循折射定律，被称为非寻常光（Extraordinary Light），即e光。o光和e光振动方向互相垂直。由于o光和e光的传播速度不同，所以，透射出液晶分子后，两者存在相位差，相位差的大小决定了两者合成之后光的振动方向和强度。因此，入射光经过液晶层的相位差（Δ n · d ， d 指液晶层厚度）是液晶分子影响光学特性的重要参数。液晶显示器的透过率、对比度和视角等特性都与之相关，详见第5章。

1.2.3 力学特性

液晶分子的力学特性用弹性常数来表征。弹性常数（Elastic Constants）的物理意义是克服单位形变所需要克服的应力大小。液晶的弹性常数按不同的形变方式分为 K ₁₁ 、 K ₂₂ 和 K ₃₃ 。其中， K ₁₁ 是展曲（Splay）弹性常数， K ₂₂ 是扭曲（Twist）弹性常数， K ₃₃ 是弯曲（Bend）弹性常数，如图1.6所示。通常，三者大小关系为 K ₃₃ ＞ K ₁₁ ＞ K ₂₂ 。弹性常数越大，表示液晶分子发生弹性形变所需要的外力越大，因此，弹性常数对液晶显示的驱动电压、响应时间等有重要影响，详见第 5章。由于不同的液晶显示模式，液晶的旋转方式不同，所以不同模式下不同的弹性常数有不同的影响程度。

1.2.4 其他特性

1.电阻率

液晶的电阻率 ρ 的数量级一般在10 ⁸ ～10 ¹² Ω·cm，接近绝缘体。电阻率越高，表明液晶材料的稳定性越好。电阻率的倒数被称为液晶的电导率，电导率的大小对液晶显示器的残像特性有直接影响。电导率越大表明液晶的导电性越好，说明纯度低，杂质离子的含量高。

2.黏度系数

液晶的黏度（Viscosity）主要来自于分子间作用力，包括流体黏度和旋转黏度两个参数。流体黏度主要影响液晶的流动性，旋转黏度则直接影响液晶的响应速度、清亮点温度等。通常在液晶显示器中较常应用的参数为旋转黏度。旋转黏度越大，液晶显示器的响应时间越长。

3.相转变温度

液晶的相转变温度包括清亮点温度和熔点温度。由液晶态向各向同性（Isotropy）液态转变的温度是液晶的清亮点温度（ T _ni ，n 表示 nematic，i 表示isotropy）；近晶相向向列相转变的温度是 T _sn （s 表示 smectic）；液晶态向固态晶体转变的温度是熔点温度（ T _cn ，c表示crystal）。介于 T _cs 和 T _ni 的温度范围被称为液晶的存储温度范围；介于 T _sn 和 T _ni 的温度范围被称为液晶显示的工作温度范围。高于 T _ni 或低于 T _cs 的温度，液晶将丧失其双折射性。常见液晶的清亮点温度 T _ni ≈75℃，近晶相向向列相转变温度 T _sn ≈-20℃，满足一般环境工作的要求。