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质的液晶，是以分子间力量组合的，它们的特殊光学性质，又对电磁场敏感，极有实用价值。 2.2 液晶的形成条件
研究发现，不是所有的物质都能形成液晶态。液晶态物质往往是长分子的有机化合物。液晶态分子多成棒状或近乎棒状，因为这样有利于分子的有序堆积；分子链具有一定的刚性，在高分子液晶中，刚性部分如果处于聚合物主链上，即为主链型液晶；刚性部分如果是由一段柔性链与聚合物主链相连，成梳状，即为侧链型液晶。
目前还没有方法来肯定预见那种分子结构的材料会出现液晶，但从晶格能量的观点可以猜想到哪种形状的分子会出现液晶相。塑性晶体的分子在点阵上的自由转动先于晶体的解体，这就说明分子自由转动所需要的能量要小于晶格解体的能量，换句话说，就是分子的形状使得分子比较容易转动。球形分子容易在点阵上转动，所以组成塑性晶体的分子形状绝大部分是球形或者近似球形的，而液晶相中，分子不容易转动，即使晶体解体以后分子还是不能自由转动，所以分子的形状是使其具有一定的指向性而不容易自由转动的长棒状。故此，形成液晶常见的分子必须具有的两个特点：第一，分子的几何形状呈细长棒状，其长径比一般要大于4；第二，分子长轴应不易弯曲，要有一定的刚性。 2.3 液晶的历史
液晶的研究最早可追溯到1850年，德国科学家海因茨(W. Heintz)在其研究中发现，硬脂酸甘油脂在其熔点处有些奇怪的特性：这种物质在52℃时由固态融为混浊的液态，在58℃时变为更混浊的液体，而在62.5℃时则成为透明的液体。几年以后，生物学家维楚(Rudo Virchow)和德国眼科医生冯?麦特海默(Von Mettenheimier)相继观察到了髓磷脂溶液具有的类似于晶体的双折射现象。1888年，奥地利植物学家莱尼泽尔(Friedrich Reinitzer)在加热胆甾醇苯甲酸酯的结晶时发现，145.5℃时这种结晶熔解成为混浊粘稠的液体，继续加热的过程中，液
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体呈现出短暂的蓝色，当加热到178.5℃时，液体变得清澈透明。后来，德国物理学家雷曼(Otto Lehman)发现，上述145.5～178.5℃之间的粘稠混浊液体在用偏光显微镜进行观察时，具有双折射现象，而且这类物质并不是从透明的液体形成结晶，而是先变为一种非晶态形式，然后再形成结晶。他初称之为软晶体，然后改称晶态流体，最后深信偏振光性质是结晶特有，流动晶体(Fliessende kristalle)的名字才算正确。此名与液晶(Flussige kristalle)的差别就只有一步之遥了。莱尼泽和雷曼后来被誉为液晶之父。
关于物质是否除了气液固三相还有其他的相在当时一直存在争论，在莱曼提出了上述概念后，一些科学家对这一概念提出异议，认为这些异常现象可以由这类物质是由两种不同的化合物或物相的混合物或乳状液组成来解释。但在经过了许多人的研究之后，科学家认为这种混浊的液体是不同于固相和液相的另一种相，后来被人们称之为液晶相，它的混浊性表明在某些基本性质方面它是不同于液体的。
后来，德国化学家福伦德(Daniel Vorlaender)及其同事首次合成了近晶相液晶化合物，并于1908年发表了表现出液晶行为的物质与其分子结构之间存在着的规律：即液晶态的分子都是近似直线形的分子。这一规律是建立在其合成的一百多种液晶分子的基础上的，这一规律导致了关于液晶材料的统计描述，并对实验和理论工作的影响持续了多年。液晶是分子取向有序的流体，根据纹理结构的特点和性质，可以把液晶分为三种不同的类型，即向列相、胆甾相和近晶相液晶。这一分类是由法国化学家弗里德尔(Georges Friedel)于1922年提出的，并且一直沿用至今。 2.4 液晶的分类
随着人们对液晶的逐渐了解，发现液晶物质基本上都是有机化合物，现有的有机化合物中每200种中就有一种具有液晶相。
显示用液晶材料是由多种小分子有机化合物组成的，现已发展成很多种类，
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例如各种联苯腈、酯类、环己基苯类、含氧杂环苯类、嘧啶环类、二苯乙炔类、乙基桥键类和烯端基类以及各种含氟苯环类等。人们通常根据液晶形成的条件，将液晶分为溶致液晶(Lyotropic liquid crystals)和热致液晶(Thermotropic liquid crystals)两大类。 2.4.1 溶致型液晶
将某些有机物放在一定的溶剂中，由于溶剂破坏结晶晶格而形成的液晶，被称为溶致液晶。比如：简单的脂肪酸盐、离子型和非离子型表面活性剂等。
溶致液晶是由两种或两种以上的组分形成的液晶，其中一种是水或其它的极性溶剂。这是将一种溶质溶于一种溶剂而形成的液晶态物质。典型的溶质部分是由一个具有一端为亲水集团，另一端为疏水集团的双亲分子构成的。如十二烷基磺酸钠或脂肪酸钠肥皂等碱金属脂肪盐类等。它的溶剂是水，当这些溶质溶于水后，在不同的浓度下，由于双亲分子亲水、疏水集团的作用会形成不同的核心相和层相，核心相为球形或柱形，层相则由与近晶相相似的层式排布构成。
溶致液晶中的长棒状溶质分子一般要比其构成热致液晶的长棒状分子大得多，分子轴比约在15左右。最常见的有肥皂水，洗衣粉溶液，表面活化剂溶液等。
2.4.2 热致型液晶
热致液晶是由于温度变化而出现的液晶相。低温下它是晶体结构，高温时则变为液体。液晶单分子都有各自的熔点和清亮点，在中间温度则以液晶形态存在。目前用于显示的液晶材料基本上都是热致液晶。
在热致液晶中，又根据液晶分子排列结构分为三大类：近晶相(Smectic)、向列相(Nematic)和胆甾相(Cholesteric)。结构如图2.2所示。 2.4.2.1 近晶相液晶(Smectic Liquid Crystals)
分子呈二维有序性，分子排列成层，层内分子长轴相互平行，排列整齐，重心位于同一平面内，其方向可以垂直层面，或与层面成倾斜排列，层的厚度等于
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分子的长度，各层之间的距离可以变动，分子只能在层内做前后、左右滑动,但不能在上下层之间移动。近晶相液晶的粘度与表面张力都比较大，对外界电、磁、温度等的变化不敏感。
虽然目前液晶显示技术中主要应用的是向列相液晶，而近晶相液晶黏度大，分子不易转动，即响应速度慢，被认为不宜作显示器件。但是向列相液晶显示模式几乎已接近极限，从扭曲向列相到超扭曲向列相直至格式化超级扭曲向列，对其应用没有新的理论模式。因而，人们将目光重新转移到了近晶相液晶上，目前各近晶相中的手性近晶C相，即铁电相引起人们广泛兴趣。铁电液晶具备向列相液晶所不具备的高速度和记忆性的优异特征，它们在最近几年得到大量研究。 2.4.2.2 向列相液晶(Nematic Liquid Crystals)
向列相液晶又称丝状液晶。分子只有一维有序，分子长轴互相平行，但不排列成层，它能上下、左右、前后滑动，只在分子长轴方向上保持相互平行或近于平行，分子间短程相互作用微弱，向列相液晶分子的排列和运动比较自由，对外界电、磁场、温度、应力都比较敏感，是目前显示器件的主要材料。
在应用上，与近晶相液晶相比，应用更加广泛。比如文章下面将会介绍向列相液晶在显示中的几种应用方式，扭曲向列相模式、高扭曲向列相模式、超扭曲向列相模式、薄膜晶体管模式等。
向列相液晶与胆甾相液晶可以互相转换，在向列相液晶中加入旋光材料，会形成胆甾相，在胆甾相液晶中加入消旋光向列相材料，能将胆甾相转变成向列相。 2.4.2.3 胆甾相液晶（Cholesteric Liquid Crystals）
这个名字的来源是因为大部份是由胆固醇的衍生物所生成的，但有些没有胆固醇结构的液晶也会具有此液晶相。如果把这种液晶一层一层分开来看，很像线状液晶。但是在Z轴即垂直于液晶排列面的方向来看，会发现它的指向矢随着一层一层的不同而像螺旋状一样分布，而当其指向矢旋转360度所需的分子层厚度就称为pitch。它每一层跟线状液晶很像，以胆固醇液晶而言，与指向矢的垂直方向分布的液晶分子，由于其指向矢的不同，就会有不同的光学或是电学的差
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