胆甾相液晶的光学性质
平板显示技术(LCD)
谢文法
xiewf@
显示技术的发展
液晶显示器件(LCD) 液晶显示器件
LCD的发展 的发展
什么是液晶
The fourth state of matter:
Liquid crystal
什么是液晶
• 一般固态晶体具有方向性 一般固态晶体具有方向性: －欲改变固态晶体方向 =>须旋转整个晶体 须旋转整个晶体 • 液态晶体 (Liquid Crystal) －具有方向性又具有可流动性 －欲改变液态晶体方向 =>可经由电场或磁场来控 可经由电场或磁场来控 制 • 液晶分为两大类：溶致液晶和热致液晶。前者要 液晶分为两大类：溶致液晶和热致液晶。 溶解在水或有机溶剂中才显示出液晶态， 溶解在水或有机溶剂中才显示出液晶态，后者则 要在一定的温度范围内才呈现出液晶状态。 要在一定的温度范围内才呈现出液晶状态。 • 作为显示技术应用的液晶都是热致液晶。 作为显示技术应用的液晶都是热致液晶。
把有机电解质等离子型导电性物质掺人液晶材料中， 把有机电解质等离子型导电性物质掺人液晶材料中 ，将液晶夹在两块导电玻 璃之间构成液晶盒，基片项处理，使液晶分子沿面排列。在不通电的情况下， 璃之间构成液晶盒 ，基片项处理，使液晶分子沿面排列。在不通电的情况下 ， 液晶盒是透明的。 液晶盒是透明的。当V>VW(称VW为威廉斯畴阈值电压，约为 称 为威廉斯畴阈值电压，约为10V)，产生周期 ， 性的液晶分子环流， 性的液晶分子环流， 呈现出有与液晶盒厚度相同间隔的周期性的静态条纹图 称这种图案为威廉斯畴。再增加电压，就变成如图紊流， 案 ， 称这种图案为威廉斯畴 。再增加电压， 就变成如图紊流 ， 结果使光变成 强烈地向前散射，称之为动态散射(DS)效应，这时液晶变成乳白色，对入射光 效应， 强烈地向前散射，称之为动态散射 效应 这时液晶变成乳白色， 不透明。 不透明。 产生动态散射必须有三个条件：1、液晶盒必须足够厚 大于 大于6µm)；2、液 产生动态散射必须有三个条件： 、液晶盒必须足够厚(大于 ； 、 晶材料的阻值要低，小于(1-2)×1010 cm；3、介电各向异性必须为负。 晶材料的阻值要低，小于 × ； 、介电各向异性必须为负。 缺点：电流较大；对比度差；出现光散射的紊流使图像边缘不很清晰； 缺点：电流较大；对比度差；出现光散射的紊流使图像边缘不很清晰；由 于掺入电解质添加剂，液晶材料质量变差，工作寿命不够高。 于掺入电解质添加剂，液晶材料质量变差，工作寿命不够高。
液晶显示器模组(LCM)简介
有源矩阵液晶显示器件（AM-LCD）
• 属于第4代液晶显示器。 • 普通简单矩阵液晶显示器TN型及STN型的 电光特性，对多路、视频运动图像的显示 很难满足要求。 • 有所谓的“交叉效应”。由于每个像素 相当于一个电容，必产生串扰。当一个像 素被先通时，相邻行，列像素将处于半选 通状态。
• 人们在第一个像素上 设计一个非线性的有 源器件，使每个像素 可以被独立驱动，克 服了“交叉效应”。
超扭曲向列液晶显示器件（STN-LCD） （1985～1990年）
• 第三代液晶显示器件。顾名思义，“超扭 曲”即扭曲角大于90°。 • TN型液晶显示器件缺点： 电光响应前沿不够陡峭， 反应速度慢， 阈值效应不明显。 使得大量显示和视频显示等受到了限制。
图3.5 TN-LCD响应速度
• 80年代初，人们经过理论分析和实验发现， 只要将分子的扭曲角增加到180°~270°时， 就可大大提高电光特性的响应速度。 • 随着扭曲角的增大，曲线的斜率增加，当 扭角达到270°时，斜率达到无究大。 • 曲线斜率的提高可以允许多路驱动，且可 获得敏锐的锐度和宽的视角。
• 当入射光通过偏振片后成为线偏振光，在外电场 作用时，由线偏光经过扭曲向列液晶的旋光特性 决定，在出射处，检偏片与起偏片相互垂直，旋 转了90°的偏振光可以通过。因此呈透光态。 • 在有电场作用时，当电场大于阈值场强后，液晶 盒内液晶分子长轴都将沿电场方向排列，即与表 面呈垂直排列，此时入射的线偏振光不能得到旋 转，因而在出射处不能通过检偏片，呈暗态。
• 向列相液晶（Nematic）又称丝
状液晶
向列液晶在偏光显微镜下的图
• 向列型液晶由长径比很大的棒状分子组成， 保持与轴向平行的排列状态。因为分子的 重心杂乱无序，并容易顺着长轴方向自由 移动，所以像液体一样富于流动性。正由 于向列型液晶分子的这种一致排列，使得 它的光学特性很像单轴晶体，呈正的双折 射性。对外界的电、磁、温度、应力都比 较敏感，是显示器件上广泛使用的材料。
胆甾相液晶的带隙结构及其在光电检测中的应用探讨
胆甾相液晶的带隙结构及其在光电检测中的应用探讨【摘要】本文分别采用平面波展开法（Plane Wave Expansion，PWE）和有限元法（Finite Element Method，FEM）对胆甾相液晶（Cholesteric Liquid Crystals，CLCs）的带隙结构进行研究并探索其在光电检测领域的应用。
通过两种方法计算的模拟结果显示，CLC具有类似于一维光子晶体的带隙结构特性，同样可以对光子进行有效的局域，这反映在实验上是具有反射或者透射能带。
进一步的推导说明，这种独特的螺旋结构具有对偏振光旋转方向即手性的选择作用，此类结构只和具有相同手性的圆偏振光发生相互作用，这为圆偏振光的检测，圆偏振度的测定提供了一个非常有效的解决方案。
【关键词】胆甾相液晶；光子带隙材料；光子局域；圆偏振光1.研究背景及意义21世纪是信息的社会，如何高效地获取信息成为普遍的关注，这也为技术的进步和突破提供了动力和要求。
这其中，光通信由于其超快的速度，超高保真度成为替代传统通信的必然选择。
因此实现对光的有效调控，包括对光的相位，偏振态等特性的测量、分析和调制显得尤为重要。
本文基于对一种特殊的结构，胆甾相液晶的带隙结构进行模拟和实验上的测量，研究其作为光子带隙材料[1，2]的特性，并通过理论推导，挖掘其在圆偏振光的检测领域的应用。
2.简介依据分子的排列方式，传统的液晶可以分为（i）向列相；（ii）近晶相和（iii）胆甾相三种，其中胆甾相液晶的基本结构如图1所示。
液晶分子一般呈椭球状，通常用指向矢量来表征其指向。
在胆甾相液晶中，每一层的液晶分子平行排列，故可以用单个液晶的指向矢量代表整一层的取向。
层与层之间液晶层的指向矢量有一定的偏转，偏转的轴被称为螺旋轴，所以胆甾相液晶有时候又被称为螺旋液晶，围绕旋转轴转动的方向不同，又可以将螺旋液晶分为左旋和右旋液晶。
定义指向矢量偏转360°对应的距离为螺旋液晶的螺距（pitch），由图可见，应为螺旋结构具有旋转对称性，故类比于光子带隙材料的特征周期为螺距的一般，即存在：P=2d假设入射光沿螺旋轴即z轴入射，则在z方向上，由于液晶分子的排列，其折射率也是周期分布，一般来说相邻两层的取向夹角非常小，故通常采用三角函数对其折射率沿z轴的分布进行描述，即：其中，n0=0.5（ne+no），为平均折射率，ne，no分别为双折射液晶材料的非常光和寻常光折射率。
胆甾相液晶温度相变2
组员：王 旭 王俊轶 张 煜 张亦弛 李济多
问题
Explain the phase change for cholesteric LC material with temperature variation. Discussion the application of this property. 解释胆甾相液晶材料随温度变化发生相变的原 因，并讨论基于此特性的应用。
胆甾相液晶油墨
液晶油墨主要由水溶性树脂、液晶胶囊、助剂、连接料、 消泡剂等组成。 1 ）液晶 常用的胆甾醇型液晶( 如胆醇苯甲酸酯)适用于制作感温型液 晶油墨。它是以胆甾醇( 又称胆固醇) 为原料，经卤化或酯化 反应制得卤化物和酯盐类。 2 ）微胶囊 微胶囊是用来包裹液晶的材料。它由明胶、阿拉伯树胶、甲 醛、醋酸、氢氧化钠等组成。 3 ）连接料 连接料为水基树脂，常用的有水溶性树脂聚乙烯醇、水溶胶 性树脂、水分散性树脂等具有较好的耐久性和力学强度的材 料。
目录
胆甾相液晶温度—相变关系的解释 胆甾相液晶温度—相变关系的应用
1. 基于液晶旋光性的光学读出红外探测系统 2. 航空发动机叶片冷却气膜分布状况研究 3. 胆甾相液晶油墨
什么叫胆甾相液晶
胆甾相液晶是一种在一定温度范围内呈现液晶 相的胆甾醇衍生物，其分子内具有手性碳原子 和周期性螺旋结构。
胆甾型液晶油墨在澳门龙门钞上的防伪应用
胆甾相液晶油墨
基本原理
液晶油墨不是以墨层颜料构成彩色图文的，而是以 墨层中的液晶感温引起有序排列分子方向的改变， 从而有选择地反射特定波长的可见光并吸收其他波 长光。受自然光和人工白光以及某些波长的色光照 射时，由于折射现象而加强反射，随着温度的上升， 由长波长的颜色变为短波长的颜色(即按红色→绿色 →青色变化)。其液晶的成色机理是由于液晶对特定 波长的光有选择性地反射，液晶必须印在黑色或暗 色的底色上。
液晶基础知识
2
13.液晶显示器的显示原理以 TN LCD 为例说明液晶显示器的显示原理。当偏 振片粘贴在注入液晶的液晶盒的上下玻璃基板上，并上下偏振片光轴正交时（偏 振片的特点是只准许通过某一方面的振动的光） ，不加电压时，注入到液晶盒的 液晶分子在界面处分别沿着上、下面玻璃 PI（聚酰亚胺膜）的摩擦沟排列，从 而在液晶盒上下玻璃基板表面的液晶分子排列成如下图的扭曲 90 度的状态。由 背光源射出的光通过上面偏振片时，只有一个方向振动的光才能通过。然后，经 液晶分子扭曲 90 度到达下面的偏振片， 而与下面偏振片轴方向平行通过， 为 “白” 态。当加上电压时，液晶分子不受上面及下面玻璃基板上的 PI 的细沟的影响， 沿电场方向立起来同一方向排列与下面偏振片方向扭曲 90 度而光不能通过，被 遮断光状态，为“黑”态。有没有外加电压，液晶盒内液晶分子排列会改变。若 上下偏振片轴方向成 90。 ，只有一个方向振动的光能否通过液晶盒，取决于有没 有外加电压，有没有通过决定了“白” “黑” ，在 LCD 上显示出图像。当然“白” “黑”的中间色是由外加电压中间电位来决定的。 14.什么是常白型 LCD，常黑型 LCD 当上下偏振片轴方向成 90。时，无外加 电压时照射光能通过， 此时是 “白” ， 而有外加电压时， 照射光被遮断此时是 “黑” ， 这类的液晶显示器叫常白型 LCD。当上下偏振片轴 是同一方向而无外加电压时， 照射光被遮断，此时是“黑” ，而有外加电压时，照射光能通过，此时是“白” ， 这类叫常黑型 LCD。 薄膜晶体管或二极管等有源元件， 之后注入液晶材料的结构， 叫做有源矩阵 LCD。所以，从是否含有有源元件上分，液晶显示器可以分为两大 类，无源矩阵 LCD 和有源矩阵 LCD。无源矩阵 LCD 和有源矩阵 LCD 的驱动方式不 同，用途也不同。 再按显示机理分: 无源矩阵 LCD 和有源矩阵 LCD 又分别可以 分为很多种。参照以下图表。利用电光效应制作的常用的液晶显示器大致有以下 几种：TN-LCD，STN-LCD，HTN-LCD，FSTN-LCD，TFT-LCD 等。 16.TN-LCD 的特点及应用 TN-LCD 是 Twist Nematic Liquid Crystal Display 的简称，即扭曲向列相液晶显示器。这种显示模式的特点是液晶分子基本平行于 基板排列，但上下液晶分子取向呈扭曲排列，整体扭曲角为 90°。TN-LCD 是人 们发现较早，也是应用范围最广、数量最多、价格最便宜的液晶显示器。日常所 见到的电子表、计算器、游戏机等的显示屏大都是 TN-LCD。 17.STN-LCD 的特点及应用 STN-LCD 是 Super Twist Nematic Liquid Crystal Display 的简称，即超扭曲向列相液晶显示器。它与 TN-LCD 的结构相似，不同 的是扭曲角不是 90°，而是在 180°~270°之间。虽然仅仅是扭曲角不同，但它 的工作原理与 TN-LCD 完全不同。STN-LCD 是目前 LCD 生产的中档产品，它具有 比 TN-LCD 显示信息量大等特点，它主要用于各种仪器仪表、汉显机、记事本、 笔记本电脑等。
胆甾液晶弹性体的合成及液晶性能研究_李龙星
和含氢聚硅氧烷按表１的投料比溶解在适当量的 甲苯中，加入催化剂，在９０℃ 下反应 １２ｈ，样品 采 用红 外 光 谱 检 测 分 析，Ｓｉ—Ｈ 键 振 动 峰 （２ １６４ ｃｍ－１）消 失 时 反 应 结 束 ，得 到 系 列 侧 链 液 晶 弹 性 体 Ｐ１～Ｐ６。液晶单体及弹性体的合成路线见图１。
１ ６４１ （Ｃ Ｃ），１ ６０５、１ ５１０ （Ａｒ），１ ２５５、１ １６２ ｃｍ－１（Ｃ— Ｏ —Ｃ）。１ Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３，δ）：１．３４ ［ｓ，１０Ｈ，—（ＣＨ２ ）５—］，１．６１～２．０７ （ｍ，４Ｈ， — ＣＨ ＣＨＣＨ２—，—ＣＨ２ＣＨ２ＣＯＯ —），２．５８ ～２．６３ （ｔ，２Ｈ，—ＣＨ２ＣＯＯ—），４．６３ ［（ｔ，２Ｈ，—Ｏ ＣＨ２—），４．９３～５．０４ （ｔ，２Ｈ，ＣＨ２ＣＨ（ＣＨ２）８—］， ５．３３～５．４９ （ｔ，２Ｈ，ＣＨ２ ＣＨＣＨ２Ｏ —），６．０３ ～６．１１ （ｍ，２Ｈ，ＣＨ２ ＣＨ（ＣＨ２）８— ］，ＣＨ２ ＣＨ ＣＨ２Ｏ—），６．９９～８．２６ （ｍ，１２Ｈ，Ａｒ Ｈ）。 １．４ 液 晶 弹 性 体 的 合 成
１ 实 验 部 分
１．１ 原 材 料 十 一 烯 酸 、溴 丙 烯 、对 羟 基 苯 甲 酸 、对 苯 二 酚 ：
沈 阳 东 陵 精 细 化 学 公 司 ；二 氯 亚 砜 ：沈 阳 市 试 剂 一 厂；胆甾醇：河南省夏邑县益康生化原料厂；４ （６ 丙 烯 酰 氧 基 己 氧 基 ）苯 甲 酸 ：江 苏 合 成 材 料 有 限 公
波 数／ｃｍ－１ 图 ２ 液 晶 弹 性 体 的 红 外 谱 图
·６·
弹 性 体
第 ２２ 卷
２．２ 热 性 能 分 析 系列弹性体 的 ＤＳＣ 曲 线 上 均 有 ２ 个 峰，分 别
一类具有光学活性胆甾液晶聚合物的合成与表征
P3
1 6 . 475 0 . 525 7 . 5 29 . 34 5 . 6 21 . 8 138 . 2 0 . 90 133 . 6 129 . 4
P4
1 6 . 300 0 . 700 10 . 0 29 . 76 4 . 4 21 . 9 134 . 2 0 . 50 129 . 8 128 . 6
P8 中，随着 M2 质量分数的增加，使得整个聚合 物分子中可以贡献旋光度的手性碳原子增多，所
以聚合物 P0 ~ P8 的比旋光度值逐渐增大· 2.2 液晶性能分析
（1）热分析 图 1 是聚合物 P0 ~ P8 的 DSC 升温曲线，其
各相转变温度列于表 1· 由表 1 中的数据可知，聚合物的玻璃化转变
3结 论
（l）以十一烯酸胆甾醇酯为介晶单体，十一 烯酸薄荷醇酯为非介晶手性单体，采用接枝共聚 的方法，制备了具有光学活性的系列聚硅氧烷液 晶聚合物·
（2）所有聚合物均为胆甾型液晶，呈现出彩色 的 Grand- ean 织构及清晰的油丝织构，但其液晶性 能随着介晶单体 Ml 质量分数的降低而减弱·
2 给出 P4 在 l54 . 9 C时油丝织构的偏光照片·聚合 物 P8 在偏光显微镜的正交光系统下也具有双折射 现象，但没有其他聚合物的彩色织构·由以上分析 可知，非介晶的手性单体 M2 的引入并不改变原有 的液晶类型及液晶织构，但对聚合物的液晶性能没
有贡献，所以随着手性单体 M2 质量分数的增加聚 合物的液晶相范围逐渐变小·
2002 年 6 月
东 北 大 学 学 报（ 自 然 科 学 版 ）
Jun. 2 0 0 2
第23卷第6期
Journal of Northeastern Universit（y Natural Science）
胆甾相液晶可见光布拉格反射实验
胆甾相液晶可见光布拉格反射实验阮 亮 丁慎训 杨秀珍(清华大学现代应用物理系，北京 100084)摘 要 胆甾相液晶可见光反射行为，在某种意义上与晶体粉末样品X光衍射相似，本文主要提供一个巧妙而又直观的布拉格反射实验方法，并测量胆甾相结构周期——螺距与温度的关系，进而揭示胆甾相液晶热色效应的机理.关键词 胆甾相液晶；布拉格反射分类号 O 734.2研究布拉格反射规律通常是使用X射线或微波，本文则提供了一个更直观的实验来达到这一目的.实验用胆甾相的多畴螺旋结构代替晶体粉末样品，由胆甾相螺旋结构的周期——半螺距P/2代替晶体的晶格常数a，用可见光来代替X射线或微波，既可用肉眼观察，又可用实验装置定量的测量.为了进一步阐明实验原理，有必要对物质中介态——液晶态作一简单介绍.某些具有各向异性的分子(如棒状、板状、盘状)组成的有机化合物可以为液晶，它是一个介于固相和液相之间的中介相，加热过程中液晶有一个固相到液晶相转变的温度T m(熔点)，继而有一个液晶相到各向同性液相的转变温度T c(清亮点——由混浊的液晶相变为清彻透明的液相而得名)，因此，仅在T m～T c温度范围内为液晶相.它具有晶体的各向异性，又具有液体的流动性，此类液晶属热致液晶，其结构可分为三大类：近晶型、向列型、胆甾型，分别如图1的(a)、(b)、(c).向列相中长棒状分子的位置是无序的，图1 液晶的分子排列但分子取向是有序的，沿某一从优方向取向，此从优方向用一单位矢量n(称为指向矢)来描述，液晶相中n和-n是不可区别的.胆甾相可以认为是螺旋向列相，指向矢n在空间不是恒定的，沿螺旋轴(光轴)螺旋状旋转.胆甾相结构沿光轴呈周期变化，由于n和-n的等价性，所以其重复周期为半螺距P/2.由于其结构的特征，胆甾相光学性质是独特的，指向矢n旋转上千圈/mm；又由于半螺距的典型值约为3 000，它远大于分子的线度，与可见光波长相当，所以这种周期结构可以产生可见光的布拉格反射.当然，胆甾相螺距由材料本身的组分确定，并随外界温度(电场、磁场等因素)而变化，产生色彩鲜明的布拉格反射谱，形成有趣而实用的胆甾相热色(温度)效应(电光、磁光效应)，较固定晶格常数的晶体具有更丰富、更奇妙的性质.1 反射模型早在1933年Oseen［1］确认，光从互相平行的指向矢平面上反射，满足布拉格反射条件，但由于胆甾相沿光轴不同方向的折射率不同，故严格处理很复杂.我们采用Fergason［2］的反射模型：1) 零级近似下，认为胆甾相为具有平均折射率的各向同性介质.2) 一级近似下，我们注意到介质并不严格各向同性，光学性质受到空间结构周期半螺距的调制，对一般胆甾相～1.5(双折射Δn《)，由可见光布拉格反射实验可以证实其不失普遍性.更为精确的处理方法已被de Vries［3］等指出，要用麦克斯韦方程和折射率张量求解.图2为胆甾相多畴样品中的布拉格反射，所有的光线都假定在纸面内，并图示了倾斜入射时A畴、B畴典型的几何条件［4］.设可见光束按入射角φｉ在样品中传播，一直到达A畴或B畴，光线受到布拉格反射，其出射角用表示，布拉格反射前后光束间夹角为2γ，则由图2 A畴和B畴可以得到布拉格反射条件(取一级谱)λ=λ0cosγ (4)其中λ0是γ=0°时的波长，由于胆甾相结构周期为P/2，液晶平均折射率为，则λ0=2P/2=P，式(4)变为λ=Pcosγ，由此得到相应A畴、B畴的波长为式(5)即斜入射的布拉格反射条件.当选择胆甾相螺距为～4 000时，不同出射角φｒ处有可见光多彩谱线存在，这就是可见光布拉格选择反射谱.为了获得尽量多的复盖红→紫的鲜明色彩，选择大的倾角φＩ=80°入射是有利的.为了统一起见，定义：出射方向与-x方向夹角αｒ表示出射角，则αｒ(A)=90°+φｒ(A),αｒ(B)=90°-φｒ(B).于是，式(5)统一为2 实验图3为测量系统装置简图.选用水银(或氦灯)作光源，用控温装置改变样品温度，用分光计、光电接收器测量谱线强度和位置.图3 布拉格反射实验测量系统简图2.1 测量布拉格选择反射谱强度的角分布图4 布拉格选择反射谱强度角分布Iλ(α)～α固定大入射角φI=80°，选择5～6个适当的温度值，测量布拉格反射谱强度Iλ(α)，见图4.采用水银灯光源，相应红→紫的可见光谱线为λ=6 234,5 780,5 461,4358,4 0462.2 布拉格选择反射波长的角分布λｔ(α)在图4的Iλ(α)中，用强度峰值对应的谱线波长λｍ和相应的α角作λｔ(α)曲线族，见图5，这就是不同温度条件下，布拉格选择反射波长的角分布曲线族.图5 布拉格选择反射波长的反射角分布λｔ(α)～α曲线2.3 布拉格反射波长随温度变化规律(在固定的反射方向观察)由λｔ(α)～α实验曲线，选择固定的反射方向α角，作布拉格反射波长λa(t)～t 曲线族，如图6所示.由图6可清楚地看出，对着α反射方向观察反射波长颜色随温度的变化，这就是胆甾相液晶温度效应的温度色标.图6 不同反射角α的布拉格反射波长随温度变化曲线2.4 测定胆甾相螺距随温度的变化规律由图5实验曲线族λｔ(α)～α，在不同温度下，由相应的(λ,α)ｔ值，按式(5)计算P(t)，作P(t)～t曲线，这是利用布拉格反射谱反过来测定胆甾相螺距的方法，并揭示：温度引起的布拉格反射谱的种种变化来源于液晶结构螺距的改变，这就是胆甾相液晶热色效应的机理.3 参考文献1 Oseen C W. The Theory of Liquid Crystals. Trans Faraday Soc, 1933,29:8832 Fergason J L. Mol Cryst. Liq Cryst, 1966,1:2933 de Vries H. Rotatory Power and Other Optical Properties of Certain Liquid Crystals. Acta Crystallorgr, 1951,4:2194 de Gennes P G. 液晶物理学.1975修订版.孙政民，王新久编译.上海：上海翻译出版公司，1990.289收稿日期：1997-08-12AN EXPERIMENT ON THE BRAGG REFLECTION OF LIGHTFROM A CHOLESTERIC LIQUID CRYSTALRuan Liang Ding Shenxan Yang Xiuzhen(Department of Physics, Tsinghua University, Beijing, 100084, China) Abstract Light scattering from a cholesteric liquid crystal behaves in a manner analogous to X-ray scattering from solid powder samples. It is provided an experiment on the Bragg reflection of light, the relationship between period of a cholesteric structure-pitch and temperature is measured and the mechanism of themal-colur effect from a cholesteric liquid crystal is revealed.Key word cholesteric liquid crystal; Bragg reflection。
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•一、胆甾相液晶的光学性质
胆甾相液晶同其他液晶态物质一样，既有液体的流动性、形变性、粘性，又具有晶体光学各向异性，是一种优良的非线性光学材料。
较一般液晶不同的是它具有螺旋的状的分子取向的排列结构，因此，它除了具有普通液晶具有的光学性质外还具有它本身特有的光学特性。
（1）选择性反射
有些胆甾相液晶在白光的照射下，会呈现美丽的色彩。
这是它选择反射某些波长的光的结果。
实验表明，这种反射遵守晶体衍射的布拉格（Bragg）公式。
一级反射光的波长为：
λ=2nPsinφ
其中：λ为反射波的波长，P为胆甾相液晶的螺距，n为平均折射率，φ为
入射波与液晶表面的夹角。
（2）旋光效应
在液晶盒中充入向列相液晶，把两玻璃片绕于他们相互垂直的轴相对扭转90°角度，这样向列相液晶的内部就发生了扭曲，于是形成一个具有扭曲排列的向列相液晶的液晶盒。
这样的液晶盒前后放置起偏振片和检偏振片，并使其偏振方向平行。
在不加电场时，一束白光射入，液晶盒使入射光的偏振光轴顺从液晶分子的扭曲而旋转了90°。
因而光进入检偏振片时，由于偏振光轴相互垂直，光不能通过检偏片，液晶盒不透明，外视场呈暗态，增加外电压，超过某一电压值时，外视场呈亮态，由此就可以得到黑底白像若起偏片与检偏片的偏振方向互相垂直，可得到白底黑像。
（3）圆二色性
圆二色性指材料选择性吸收或反射光束中两个旋向相反的圆偏振光分量中的一个。
如果一束入射光照射在液晶盒上，位于反射带内与盒中液晶旋向相同的圆偏振光几乎都被反射出去，而旋向相反的圆偏振光几乎都透射过去，这是一个非常罕见的性质，荷兰菲利浦实验室的两位科学家1998年在Nature上撰文说，利用凝胶态液晶（liquid-crystal gels）的圆二色性，可以实现镜面状态和透明状态之间的切换。
二、胆甾相液晶的电光效应
液晶的电光效应很多，由于本文主要研究胆甾相液晶，所以下面仅介绍几种常见的胆甾相电光效应。
（1）退螺旋效应
对于介电各向异性>0的液晶当垂直于螺旋轴的方向对胆甾相液晶施加一电场时，会发现随着电场的增大，螺距也同时增大，当电场达到某一阈值时，螺距趋于无穷大，胆甾相在电场的作用下转变成了向列相。
（2）方格栅效应
当对液晶施加电场时，所施加的电场还未达到退螺旋效应的阈值之前，会出现另一种形式的畸变，即胆甾相的层面出现周期起伏，且在两个相互垂直的方向上叠加出现，从而可以观察到方格栅图案，这种效应一般在螺距比较大时出现。
（3）记忆效应
记忆效应也被称为存储效应（Storage effect），胆甾相液晶的记忆效应最早由Heilmeier和Goldmacher发现。
当对某些处于平面织构的胆甾相液晶施加一个低频电场时，液晶会发生动态散射，处于焦锥织构，呈现牛奶一样的乳白色，关掉电场乳白色将继续保持一段时间，几天甚至几年；对处于焦锥织构的液晶再施加一个高频电场，液晶会立刻变成透明，处于平面织构，关掉电场，透明状态也将继续保持,这也称为双稳态。
三、胆甾相液晶的织构
胆甾液晶表现出的各种性质取决于给它所施加的电压和表面取向层。
当把胆甾液晶装在液晶盒内，一般来说会呈现平面织构、焦锥态织构和场致向列相三种状态。
平面织构和焦锥态织构，它们具有螺旋结构，并且都能在零场的条件下存在。
如在液晶上加上足够高的电压：
其中：V是所加电压，Vc是阈值电压，h是样品厚度，K2是扭曲弹性系数，P0是胆甾相的螺距。
液晶将变化到场致向列相织构，螺旋结构就不存在了。
（1）平面织构
平面态（planar state 或planar texture）是在液晶盒中，螺旋轴方向平均而言垂直于基板表面，而液晶分子的指向失踪是垂直于螺旋轴，平行于基板表面，
2）焦锥织构
焦锥态（focal conic state）同平面态一样，也有其固有的扭曲螺旋距，但是在液晶盒中，液晶分子处于一种多畴（Polydomain）状态，在每一个畴内，螺旋结构仍然存在，但不同畴的螺旋轴在空间的取向杂乱无章。
不同畴的螺旋轴具有不同的指向便形成了焦锥织构，这种织构由于折射率在畴边界上的不连续变化而表现出强烈的光散射，。
焦锥织构还有一种螺旋轴平行于玻璃基板的特殊排列的情况，这种织构在偏光显微镜下看起来像指纹，因此命名为指纹织构，其结构图如图。
我们可以看到从偏光显微镜下所观察到的液晶盒中的焦锥织构和指纹织构的实际形貌
3）场致向列相织构
场致向列相（field-induced nematic state 或homeotropic texture）只有在液晶盒处在外电场中才能看见，这种状态是没有扭转，螺旋轴被解旋，而液晶分子的指向是都垂直于基板表面，。