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一 温度/K
液晶
图4.3 -1液晶材料的物理状态
动性的液体，但同时又是具有光学双折射性的晶
体。它是一种处于固体相和液体相中间状态的液晶
相，如图4.3 -1所示。液晶材料一方面是液态的，
具有液体的流动性、黏度、形变等机械性质；另一
方面在分子的几何排列上又是晶体结构，具有晶体
的热（热效应）、光（光学各向异性）、电（电光
效应）、磁（磁光效应）等物理性质。
现在知道的液晶化合物有几千种，根据分子的
排列方式，液晶可以分成层列相、向列相和胆甾相
三种。其中，向列相和胆甾相是具有光学特性的液晶，在电子显示器中应用最多。因此，我
们只介绍这两种液晶材料。
1．向列相液晶
向列相液晶又称为线型液晶，这种液晶中的分子呈棒状，排列非常像一把筷子，分子长
轴互相平行，但并不分层，如图4.3 -2所示。具有僵硬棒状分子形态的化合物都能显示线
型液晶态，分子长轴的方向就是光轴。这种液晶材料富于流动性，黏庋较小。
2．胆甾相液晶
胆甾相液晶中的许多分子是分层排列的，逐层叠合，每层中分子长轴互相平行，且与层
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面平行，如图4.3 -3所示。相邻两层间分子长轴逐层依次沿
一定方向有一个微小的扭角（约150），因此各层分子长轴的
排列方向就逐渐扭转成螺纹形。胆甾相液晶的光轴垂直于
层面。
实用中，可以用这类胆甾液晶制作感温变色的测温元
件。胆甾液晶由于其本身所具有的螺旋排布结构，因此在液
晶显示技术中十分有用。它大量用于向列液晶的添加剂。可
以引导液晶在液晶盒内形成沿面1800、2700等扭曲排布，做
成超扭曲显示器等。
向列相液晶在电流或电场的作用下，其光学性能随之发
生变化。因此，目前一般都采用向列相液晶以及在其基础上
的改型向列相液晶，例如扭曲(TN)型向列相液晶和超扭曲
( STN)型向列相液晶作成显示器。电流使液晶中发生动态光 z
散射，电场使液晶发生介质极化。
y光轴
图4.3 -2向列相液晶
图4.3 -3胆甾相液晶层间分子长轴旋转示意图
4.3.2LCD的工作原理
1．动态光散射
向列相液晶在不加电压时，液晶分子与在固体情况时一样有规则地排列，液体是透明
的。在加上交变电流后，液晶化合物中所含少量水分离解出来的带电离子（H+与OH -）不
断冲击液晶分子，从而破坏了原来液晶分子的有规则排列，产生了局部涡流医，它引起入射
光线发生散射，使液体变成不透明。这种现象称为动态光散射，如图4.3 -4所示。在交变
电场断开后，液晶分子又恢复到有规则的排列，液体又重新变得透明了咕这种方法可以使光
亮度的对比度达到约1：50，需要的工作电压为15 V。
然而，动态散射型液晶显示器实际上是一种被淘汰的液晶显示器。但是由于它是唯一的
电流型器件，而且是第一个实用化的液晶显示器，所以在此我们仅作简单的描述。
2．介质极化
扭曲(TN)型向列相液晶是最常见的一种液晶显示器。它的基本结构是：在透明电极
150电子技术基础
无电压时
面
图4.3 -4向列相液晶的动态光散射
基板间充人10ILm左右的一层具有正介电各向异性的向列相液晶材料，四周进行密封，形
成一个厚度仅为数微米的扁平液晶盒。由于在玻璃内表面涂有一层定向层膜，并进行了定向
处理，因此在盒内液晶分子沿玻璃表面平行排列。但由于两片玻璃内表面定向层定向处理的
方向互相垂直，因此液晶分子在两片玻璃之间呈900扭曲，这就是扭曲向列相液晶显示器件
名称的由来。图4.3 -5所示为其原理图。
液晶分子排
亮 不通电时 通电时
图4.3 -5扭曲型液晶分子排布与透光示意图
这种液晶盒扭曲的螺距与可见光波长相比要太得多，因此，垂直于电极基板入射的自然
光将随液晶分子的扭曲发生900旋光（见图4.3 -5）。因此，这种液晶盒可以将平行于偏振
片间的光遮断，而让垂直于偏振片间的光透过。
当对这种排列的液晶盒施加电压时，从某一阈值电压起，液晶分子的长轴开始向电场方
向倾斜。当施加电压达到2倍的阈值电压后，大部分分子的长轴沿电场方向重新排列，。900
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的旋光性消失。这种现象称为介质极化。这时，如果两个偏振片的吸光轴方向相互垂直，那
么光穿过第一个偏振片后进入液晶层，光不再被扭转任何角度，因此不能通过第二个偏振
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民用航空器维修基础系列教材 电子技术基础(90)
