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액정(Lc)은 기존의 액체와 고체 결정 사이에 성질을 갖는 물질의 상태를 말한다.예를 들어, 액정은 액체처럼 흐를 수 있지만, 그것의 분자는 결정과 같은 방향으로 향할 수 있다.액정 페이즈에는 여러 가지 종류가 있는데, 각기 다른 광학적 특성(질감 등)으로 구별할 수 있다.질감에서 대조되는 영역은 액정 분자가 서로 다른 방향으로 향하게 되는 영역에 해당한다.그러나 한 영역 내에서 분자는 질서정연하다.LC 물질은 (물이 얼음이나 수증기로 변할 수 있는 것처럼) 항상 액체 결정 상태에 있지는 않을 수 있다.

액체 결정체는 열방성, 리오방성, 야금성 단계로 나눌 수 있다.열방성 및 요방성 액체 결정체는 대부분 유기 분자로 구성되지만, 일부 광물도 알려져 있다.열방성 LC는 온도가 변화함에 따라 액정 단계로 위상이 전환된다.리오텐셜 LC는 용매(일반적으로 물) 내 액정 분자의 온도와 농도의 함수로서 위상 전환을 나타낸다.금속성 LC는 유기 분자와 무기 분자로 구성된다; 그들의 액체 결정 전환은 온도와 농도뿐만 아니라 무기 유기 구성 비율에 따라 결정된다.

액체 결정의 예는 자연계와 기술적 적용 모두에서 찾을 수 있다.광범위한 액정 디스플레이는 액정을 사용한다.리오텐셜 액상 크리스탈린 페이즈는 생물계에 풍부하지만 광물계에서도 발견될 수 있다.예를 들어, 많은 단백질과 세포막은 액체 결정체다.액체 결정의 다른 잘 알려진 예로는 비누와 다양한 관련 세제, 담배 모자이크 바이러스, 그리고 몇몇 클리이들이 있다.

역사

1888년, 칼-페르디낭스-유니버티테트(Karl-Ferdinands-Universitét)에서 일하는 오스트리아의 식물 생리학자 프리드리히 라이니처는 현재 콜레스터 액정이라고 알려진 물질의 종류에 속하는 다양한 콜레스테롤 파생물의 물리적 화학적 특성을 조사했다.이전에 다른 연구자들은 동결점 바로 위에서 콜레스테롤 유도체를 냉각할 때 뚜렷한 색의 영향을 관찰했지만, 그것을 새로운 현상과 연관시키지는 않았다.Rinitzer는 파생 차양 벤조이트의 색 변화가 가장 특이한 특징이 아니라고 인식했다.

쐐기풀 벤조산 분자의 화학구조

그는 처마 벤조이트가 다른 화합물과 같은 방식으로 녹지 않고 두 개의 용해점을 가지고 있다는 것을 발견했다.145.5℃(293.9℃)에서는 흐린 액체로 녹고, 178.5℃(353.3℃)에서는 다시 녹으면서 흐린 액체가 맑아진다.그 현상은 되돌릴 수 있다.물리학자의 도움을 구하여 1888년 3월 14일, 그는 오토 레만에게 편지를 썼는데, 당시 그는 아헨에 있는 민영화인이었다.그들은 편지와 샘플을 교환했다.레만은 중간 흐린 액체를 검사하고 결정체를 보았다고 보고했다.라이니처의 비엔나 동료인 폰 제파로비치도 중간 "유체"가 결정체임을 시사했다.레만과의 서신 교환은 4월 24일에 끝났고, 많은 의문점들이 풀리지 않았다.라이니처는 1888년 5월 3일 빈 화학 협회 회의에서 레만과 폰 제파로비치에게 학점을 부여한 결과를 발표했다.[1]

그 무렵 라이니처는 콜레스테르 액정(Otto Lehmann이 1904년에 만든 이름)의 세 가지 중요한 특징, 즉 두 개의 용융점의 존재, 원형으로 편광된 빛의 반사, 빛의 양극화 방향을 회전시키는 능력 등을 발견해 기술했다.

그의 우연한 발견 이후, 라이니처는 액정 연구를 더 이상 추구하지 않았다.이 연구는 르만이 새로운 현상에 부딪혔으며, 자신이 그것을 조사할 수 있는 위치에 있음을 깨달은 것에 의해 계속되었다.박사 후기에 그는 결정학과 현미경 연구에 대한 전문지식을 습득했다.레만은 처음에는 굴절 벤조이트, 그 다음에는 이중 녹는 현상을 보이는 관련 화합물들을 체계적으로 연구하기 시작했다.그는 편광으로 관측할 수 있었고, 그의 현미경에는 고온 관측을 가능하게 하는 핫 스테이지(히터가 장착된 샘플 홀더)가 장착되어 있었다.중간 흐린 위상은 분명히 흐름을 유지했지만, 다른 특징들, 특히 현미경 아래 서명은 레만에게 고체를 다루고 있다는 것을 확신시켰다.1889년 8월말까지 그는 Zeitschrift für Phychikische Chemie에 그의 결과를 발표했다.[2]

오토 레만

레만의 연구는 20세기 초부터 1935년 은퇴할 때까지 알려진 대부분의 액정을 합성했던 독일의 화학자 다니엘 보렌더에 의해 계속되었고 크게 확대되었다.그러나 액체 결정체는 과학자들 사이에서 인기가 없었고 그 물질은 약 80년 동안 순수한 과학적 호기심으로 남아있었다.[3]

제2차 세계 대전 이후 유럽의 대학 연구소에서 액정 합성에 관한 작업이 재개되었다.액체 결정의 저명한 연구자인 조지 윌리엄 그레이는 1940년대 후반 영국에서 이 물질들을 조사하기 시작했다.그의 그룹은 액체 결정 상태를 보여주는 많은 새로운 물질들을 합성했고 어떻게 국가를 나타내는 분자를 설계하는지에 대한 더 나은 이해를 발전시켰다.그의 저서 "분자 구조와 액정의[4] 특성"은 이 주제에 대한 지침서가 되었다.액정을 연구한 최초의 미국 화학자 중 한 명은 글렌 H. 브라운으로, 1953년 신시내티 대학교에서 시작하여 그 후 켄트 주립 대학교에서 일했다.1965년 그는 세계 최고의 액정 과학자 100여명이 참석한 가운데 오하이오주 켄트에서 최초의 액정 국제회의를 조직했다.이번 학술대회는 이 분야에 대한 연구를 수행하기 위한 세계적인 노력의 시작을 알렸으며, 이는 곧 이러한 독특한 소재에 대한 실용적 응용의 발전으로 이어졌다.[5][6]

액정 재료는 1962년 RCA 연구소에서 시작된 평면 전광판 개발에 연구의 초점이 되었다.[7]물리 화학자 리처드 윌리엄스가 125°C에서 네메틱 액정의 얇은 층에 전기장을 적용했을 때 도메인(현재의 윌리엄스 도메인)이라고 부르는 규칙적인 패턴의 형성을 관찰했다.이것이 그의 동료인 조지 H를 이끌었다. 헤이얼마이어는 텔레비전에 사용되는 음극선 진공관을 대체하기 위해 액정 기반의 평면 패널 디스플레이에 대한 연구를 수행한다.그러나 윌리엄스와 헤이얼마이어가 사용했던 파라아즈야니솔은 116℃ 이상의 네메틱 액정 상태를 보여 상업용 디스플레이 제품에서는 사용이 불가능했다.상온에서 조작할 수 있는 재료가 분명히 필요했다.

1966년 조엘 E. 골드마허와 조셉 A.RCA의 헤이엘메이어 그룹의 화학자 카스텔라노는 단자측 체인의 탄소 원자의 수에서만 차이가 나는 네메틱 화합물로만 이루어진 혼합물이 실내온도의 네메틱 액정을 산출할 수 있다는 것을 발견했다.쉬프 염기성분들의 3차 혼합물은 22-105°C의 니메틱 범위를 가진 물질을 만들었다.[8]실온에서 작동하여 최초의 실용적인 디스플레이 장치를 만들 수 있었다.[9]그 후 연구팀은 녹는점이 훨씬 낮은 많은 네미틱 화합물들의 혼합물을 준비하기 시작했다.네메틱 화합물을 혼합하여 광범위한 작동 온도 범위를 확보하는 이 기술은 결국 산업 표준이 되었고, 여전히 특정 용도에 맞게 재료를 맞춤 제작하는 데 사용되고 있다.

N-(4-Methoxybenzylidene)-4-Butylaniline(MBBA) 분자의 화학구조

1969년 한스 켈커는 실온에서 신학적 국면을 가진 물질인 MBBA를 합성하는 데 성공했는데, 이는 액정 연구의 대표적인 주제 중 하나이다.[10]액정표시장치 상용화의 다음 단계는 조지 그레이의 낮은 용해온도와 함께 화학적으로 더 안정적인 물질(cyanobiphenyls)의 합성이었다.[11]1973년 Ken Harrison과 UK MOD (RRE Malvern)와의 협력은 새로운 재료의 설계로 이어져 전자 제품 내에 소형 면적 LCD가 빠르게 채택되었다.

이 분자들은 막대 모양의 것으로, 일부는 실험실에서 만들어졌고 일부는 자연에서 자연적으로 나타난다.이후 두 가지 새로운 형태의 LC 분자가 합성되었는데, 원추형(1977년 인도의 시바라마크리슈나 찬드라세카르에 의해 인도)[12]과 원추형 또는 그릇형(1982년 중국의 루이람에 의해 예측되고 1985년 유럽에서 합성됨)이다.[13]

액정표시장치가 이미 잘 확립된 1991년, 파리수드에서 일하는 피에르길 드 제네스는 "단순한 시스템에서 질서현상을 연구하기 위해 개발된 방법들이 보다 복잡한 형태의 물질, 특히 액체 결정과 폴리머로 일반화될 수 있다는 것을 발견한 공로로 노벨물리학상을 받았다..[14]

액정 재료의 설계

많은 수의 화학 화합물이 하나 또는 여러 개의 액체 결정 단계를 보이는 것으로 알려져 있다.화학적 구성의 큰 차이에도 불구하고, 이 분자들은 화학적, 물리적 특성에서 몇 가지 공통적인 특징을 가지고 있다.열방성 액체 결정에는 세 가지 종류가 있는데, 원추형, 원추형, 막대형 분자 등이다.디스코틱스는 인접한 방향족 고리의 평평한 핵심으로 구성된 디스크 형태의 분자인데 반해, 원뿔 LC의 핵은 평평하지 않고 밥그릇(삼차원 물체)처럼 생겼다.[15][16]이를 통해 원추형 LC와 원추형 LC에 대해 2차원 주황색 오더가 가능하다.막대 모양의 분자는 한 공간 방향을 따라 우선 정렬할 수 있는 길쭉하고 비등방성 기하학을 가지고 있다.

  • 분자 모양은 특히 단단한 분자 틀 안에서 상대적으로 얇고 평평하거나 원뿔 모양이어야 한다.
  • 분자 길이는 최소 1.3 nm여야 하며, 많은 실내 온도 액체 결정에서 긴 알킬 그룹의 존재와 일치해야 한다.
  • 구조물은 원뿔 LC를 제외하고 분기되거나 각이 져서는 안 된다.
  • 측정 가능한 단방성 액체 결정 단계를 피하기 위해 낮은 용해 지점이 바람직하다.일반적으로 저온 중형성 행동은 기술적으로 더 유용하며, 알킬 단자 그룹은 이를 촉진한다.

확장되고 구조적으로 경직된 높은 비등방성 형상은 액체 결정체의 행동의 주요 기준인 것 같고, 그 결과 많은 액체 결정 물질들이 벤젠 고리에 기초하고 있다.[17]

액정 단계

다양한 액정 페이즈(mesophas)는 주문의 종류에 의해 특징지어질 수 있다.위치 순서(분자가 어떤 종류의 순서 격자로 배열되어 있는지 여부)와 방향 순서(분자가 대부분 같은 방향을 가리키는지 여부)를 구별할 수 있으며, 더욱이 질서는 단거리(서로 가까운 분자 사이에만 해당됨) 또는 장거리(더 크고 때로는 거시적인 치수까지 확장됨)일 수 있다.대부분의 열방성 LC는 고온에서 등방성 위상을 갖는다.즉, 가열은 결국 무작위 및 등방성 분자 순서(장거리 순서가 거의 또는 전혀 없음)와 유체 같은 유동행동에 의해 특징지어지는 전통적인 액체 위상으로 그들을 몰고 갈 것이다.다른 조건(예: 낮은 온도)에서 LC는 상당한 비등방성 방향 구조와 단거리 방향 순서가 있는 하나 이상의 단계에서 여전히 흐름 능력이 있을 수 있다.[18][19]

액체 결정 단계의 순서는 분자 규모로 광범위하다.이 순서는 전체 도메인 크기까지 확장되는데, 마이크로미터의 순서가 될 수도 있지만, 일반적으로 고전적인 결정체 고형분에서 자주 일어나는 것처럼 거시적인 스케일로 확장되지는 않는다.그러나 경계의 사용이나 적용된 전기장의 사용과 같은 일부 기법은 거시적 액정 샘플에서 단일 정렬된 도메인을 시행하는 데 사용될 수 있다.액정에서의 방향 순서는 오직 한 차원만을 따라 확장될 수 있으며, 재료는 다른 두 방향에서 본질적으로 흐트러진다.[20][21]

열방성 액체 결정체

참고 항목:열방성 결정

열방성 단계는 특정 온도 범위에서 발생하는 단계다.온도 상승이 너무 높으면 열 운동으로 LC 단계의 섬세한 협동 순서가 파괴되어 재료가 기존의 등방성 액체 단계로 밀려난다.너무 낮은 온도에서 대부분의 LC 재료는 전통적인 결정체를 형성할 것이다.[18][19]많은 열방성 LC는 온도가 변화함에 따라 다양한 단계를 나타낸다.예를 들어 특정 유형의 LC 분자(메소겐이라고 함)를 가열할 때, 온도가 증가함에 따라 네마틱 위상과 최종적으로 등방성 위상이 뒤따르는 다양한 스몰텍틱 위상이 나타날 수 있다.열등방성 LC 거동을 나타내는 화합물의 예는 파라아즈옥시아니솔이다.[22]

네마틱 위상

참고 항목: Biaxial nematic 및 Twistn nematic 필드 효과
니메틱 위상에서의 정렬
교차 편광기 사이에서 관찰된 네메틱(왼쪽) 위상과 스마틱 A(오른쪽) 위상 사이의 위상 전환.검정색은 등방성 매체에 해당한다.

가장 일반적인 LC 단계 중 하나는 네메틱이다.네미틱스라는 단어는 그리스어 νήμα(그리스어: nema)에서 유래되었는데, 이 단어는 "thread"를 의미한다.이 용어는 신학에서 관찰되는 실 모양의 위상학적 결함에 기원을 두고 있는데, 이를 정식으로 '분열'이라고 한다.네매틱스는 또한 소위 "헤지호그" 위상학적 결함을 나타낸다.네마법적인 국면에서는 재앙이나 막대 모양의 유기 분자는 위치 순서가 없지만, 긴 축을 대략 평행하게 하여 원거리 방향 순서가 있다고 자칭한다.[23]따라서 분자는 자유롭게 흐를 수 있고 질량 위치의 중심은 액체처럼 랜덤하게 분포되지만, 여전히 원거리 방향 순서는 유지된다.대부분의 네메틱스는 단색이다. 즉, 한 축(직렬이라고 함)이 길고 선호되며, 다른 두 축은 등가(원통 또는 로드로서 근사치할 수 있음)이다.그러나 일부 액정들은 이축신학으로 긴 축의 방향을 정하는 것 외에도 2차 축을 따라 방향을 잡는 것을 의미한다.[24]네매틱스는 일반(등방성) 액체와 비슷한 유동성을 가지지만 외부 자기장 또는 전기장에 의해 쉽게 정렬할 수 있다.정렬된 네메틱스는 단색 결정의 광학적 특성을 가지고 있으며, 이는 액정 표시장치(LCD)에 매우 유용하게 만든다.[7]

과학자들은 전자가 결합하여 높은 자기장에서 함께 흐를 수 있고, "전자적인 네마틱" 형태의 물질을 만들 수 있다는 것을 발견했다.[25][26]

스멕틱 페이즈

smectic 단계에서의 정렬 도식.smectic A상(왼쪽)에는 층으로 구성된 분자가 있다.smectic C상(우측)에서는 분자가 층 안쪽으로 기울어진다.

니메틱보다 낮은 온도에서 발견되는 스마틱 페이즈는 비누와 비슷한 방식으로 서로 미끄러질 수 있는 잘 정의된 레이어를 형성한다."스미틱"이라는 단어는 청소 또는 비누와 같은 성질을 가진다는 뜻의 라틴어 "스미틱스"에서 유래한다.[27]따라서 스마틱스는 한 방향을 따라 위치순으로 정렬된다.스멕틱 A 위상에서는 분자들이 정상 층을 따라 방향을 잡는 반면, 스멕틱 C 위상에서는 그것으로부터 멀어진다.이 단계들은 층들 안에서 액체처럼 보인다.여러 가지 다른 smectic 단계가 있는데, 모두 서로 다른 유형과 정도의 위치 및 방향 순서가 특징적이다.[18][19]유기 분자를 넘어 2-D 물질이나 나노시트의 콜로이드 중단 내에서 스멕틱 순서가 발생하는 것으로 보고되었다.[28][29]

키랄 페이즈 또는 꼬인 네매틱스

키랄 액정 단계 주문 도식.키랄 네마틱 위상(왼쪽), 콜레스테르 위상(오른쪽)이라고도 하며, 스마틱 C* 위상(오른쪽).

키랄 네마틱 페이즈는 치랄성(손놀림)을 나타낸다.이 단계는 콜레스테롤 유도체에서 처음 관찰되었기 때문에 흔히 콜레스테르 단계라고 불린다.오직 치알 분자만이 그러한 국면을 일으킬 수 있다.이 단계는 분자 축이 원장과 평행하게, 원장과 수직인 분자의 비틀림을 나타낸다.인접한 분자 사이의 유한한 트위스트 각도는 비대칭 패킹으로 인해 더 긴 범위의 치랄 순서가 발생한다.smectic C* 위상(별표는 chiral 위상을 나타냄)에서 분자는 층층 구조(다른 smectic phase와 같이)에서 위치 순서를 가지며, 분자는 층 정규에 대해 유한 각도로 기울어진다.치례성은 한 층에서 다음 층으로 유한한 방위각 트위스트를 유도하여 층 정상층을 따라 분자 축의 나선형 비틀림을 생성한다.[19][20][21]

Chiral nematic phase, p는 Chiral 피치를 가리킨다(텍스트 참조).

치랄 피치 p는 LC 분자가 360°의 완전한 반전을 겪는 거리를 가리킨다(그러나 이 페이즈 디렉터는 0°와 ±180°가 같기 때문에 치랄 네마틱 단계의 구조가 반피치마다 반복된다는 점에 유의한다).피치 p는 일반적으로 온도가 변경되거나 LC 호스트에 다른 분자가 추가될 때 변경된다(아키랄 LC 호스트 소재는 치랄 재질로 도핑되면 치랄 단계를 형성하므로 주어진 물질의 피치가 그에 따라 조정될 수 있다.일부 액정 시스템에서 피치는 가시광선의 파장과 같은 순서다.이로 인해 이들 시스템은 Bragg 반사, 저임계 레이저 방출과 같은 고유한 광학적 특성을 나타내게 되며,[30] 이러한 특성은 다수의 광학 응용 분야에서 활용된다.[3][20]Bragg 반사의 경우 조명이 나선축을 따라 입사하는 경우 가장 낮은 순서의 반사가 허용되는 반면, 경사 발생의 경우 높은 순서의 반사가 허용된다.콜레스테르 액정은 나선축을 따라 입사했을 때 원형으로 편광된 빛을 반사하고, 비스듬히 들어오면 타원형으로 편광하는 독특한 특성도 보여준다.[31]

광학적으로 활성화된 트뢰거 베이스 아날로그 도핑된 아치럴 LC 호스트로 채워진 평면 셀은 병렬(A)와 교차(B) 선형 편광기 사이에 배치된다.이 도핑된 메스제닉 페이즈는 스스로 조직된 나선형 구조체를 형성하여 빛의 특정 파장을 교차된 편광기를 통과하게 하고, 빛의 특정 파장을 선택적으로 반영한다.[32]

파란색 위상은 치랄 네마틱 위상과 등방성 액체 위상 사이의 온도 범위에서 나타나는 액정 위상이다.파란색 페이즈는 격자 주기가 수백 나노미터인 결함의 규칙적인 3차원 입방 구조를 가지고 있어 입방 격자에 해당하는 가시광선의 파장 범위에서 선택적 브래그 반사를 나타낸다.이론적으로 이 단계들이 퀘이시크리스탈과 유사한 좌골 대칭을 가질 수 있다는 것이 1981년에 예측되었다.[33][34]

비록 파란색 페이즈는 빠른 빛 조절기나 튜닝 가능한 광자 결정체에 관심이 있지만, 그것들은 매우 좁은 온도 범위에서 존재하며, 보통 몇 켈빈보다 작다.최근 상온(260–326 K)을 포함한 60 K 이상의 온도 범위에서 파란색 단계가 안정화되는 것이 입증되었다.[35][36]상온에서 안정화된 파란색 위상은 10초−4 순서의 응답 시간으로 전자 광학 전환을 허용한다.[37]2008년 5월에 최초의 블루 페이즈 모드 LCD 패널이 개발되었다.[38]

블루 페이즈 크리스털은 가시적인 파장 범위에 밴드갭이 있는 주기적인 입방 구조로 3D 광자 크리스털로 간주할 수 있다.생산한 결정체가 대개 다결정체(플레이트 구조)이거나 단일 결정 크기가 제한되어 있기 때문에(마이크로미터 범위에서) 이상적인 블루상 결정체를 대량으로 생산하는 것은 여전히 문제가 있다.최근 대량의 이상적인 3D 광결정으로서 획득한 블루 페이즈가 안정화 되어 서로 다른 제어된 결정 격자 방향으로 생산되고 있다.[39]

디스코틱 페이즈

원반 모양의 LC 분자는 원반적 네마틱 단계로 알려진 층과 같은 방식으로 방향을 잡을 수 있다.디스크가 스택으로 포장되면 이 단계를 디스크 칼럼라 부른다.기둥 자체는 직사각형 또는 육각형 배열로 구성할 수 있다.치랄 네마틱 위상과 비슷한 치랄 디스코틱 페이즈도 알려져 있다.

원뿔 페이즈

원뿔형 LC 분자는 디스코틱스처럼 주상층을 형성할 수 있다.비극성 네메틱, 극성 네메틱, 현콩, 도넛, 양파 단계와 같은 다른 단계들이 예측되었다.원뿔 페이즈는 비극성 니메틱을 제외한 극 페이즈다.[40]

리오티방성 액정

참고 항목:등방성 액정과 주상
등방성 액정의 구조.계면활성제 분자의 붉은 머리는 물과 접촉하는 반면 꼬리는 기름(파란색)에 담근다:빌라이어(왼쪽)와 마이크로엘(오른쪽).

등방성 액정은 특정 농도 범위에서 액정 크리스탈 특성을 나타내는 두 개 이상의 성분으로 구성된다.등방성 단계에서는 용제 분자가 화합물 주위의 공간을 채워서 시스템에 유동성을 제공한다.[41]열방성 액체 결정과는 대조적으로, 이러한 류트로픽은 다양한 상들을 유도할 수 있는 또 다른 수준의 농도의 자유를 가지고 있다.

같은 분자 내에 두 개의 불규칙한 소수성 및 소수성 부분이 있는 화합물을 앰프힐성 분자라고 한다.많은 앰프힐 분자는 친수성 부분과 소수성 부분 사이의 부피 균형에 따라 유연성이 있는 액체 결정 위상 시퀀스를 보여준다.이러한 구조는 나노미터 척도로 두 개의 호환되지 않는 구성 요소의 마이크로 위상 분리를 통해 형성된다.비누는 유연성의 액체 결정의 일상적인 예다.

물이나 다른 용제 분자의 함량은 자가 조립된 구조를 변화시킨다.매우 낮은 암페타일 농도에서는 분자들이 아무 명령도 없이 무작위로 분산될 것이다.약간 높은 농도(그러나 여전히 낮은 농도)에서 앰프힐 분자는 자발적으로 마이크로멜이나 베시클에 조립될 것이다.이것은 마이크로셀 코어 안에 있는 앰프힐의 소수성 꼬리를 '숨기기' 위해 이루어지며, 수용성(수용성) 표면을 수용액에 노출시킨다.그러나 이 구형 물체들은 용액에서 스스로 순서를 정하지 않는다.더 높은 농도로 조립품을 주문할 것이다.전형적인 위상은 육각형 주상인데, 암페타일이 긴 원통(수분 표면과 동일)을 형성하여 대략 육각형 격자로 배열한다.이것을 중간 비누 단계라고 한다.여전히 더 높은 농도에서는 광성 단계(니트 비누 단계)가 형성될 수 있으며, 여기서 확장된 암페타일 시트는 얇은 물 층에 의해 분리된다.일부 시스템의 경우 육각 및 성상 사이에 입방 위상(비스코스 등방성이라고도 함)이 존재할 수 있으며, 여기서 구들은 밀도가 높은 입방 격자를 형성한다.이 구들은 또한 서로 연결되어, 바이콘티뉴 큐빅 페이즈를 형성할 수도 있다.

암페타일에 의해 만들어진 물체는 대개 구형(미셀의 경우처럼)이지만, 원반형(바이셀), 막대형 또는 이아시알(세 개의 미셀 축 모두 구별된다)일 수도 있다.그러면 이러한 비등방성 자가 조립 나노 구조는 열등방성 액체 결정과 거의 동일한 방식으로 스스로 순서를 정할 수 있으며, 모든 열등방성 단계(예: 막대 모양의 마이크로셀의 네메틱 위상)의 대규모 버전을 형성할 수 있다.

일부 시스템의 경우 고농도에서 역상 현상이 관찰된다.즉, 역6각형 주상(암페하일로 캡슐화된 물의 컬럼) 또는 역미켈라상(구형 물 공동이 있는 벌크 액정 샘플)을 생성할 수 있다.

낮은 암페타일 농도에서 높은 암페타일 농도로 이어지는 단계들의 일반적인 진행은 다음과 같다.

동일한 위상 내에서조차 자체 조립된 구조물은 농도에 의해 조정 가능하다. 예를 들어, 성층 위상에서는 용매 부피와 함께 층 거리가 증가한다.등방성 액정은 분자간 상호작용의 미묘한 균형에 의존하기 때문에 열방성 액정보다 구조와 성질을 분석하는 것이 더 어렵다.

이와 유사한 위상과 특성은 무수히 많은 다이블록 복합체에서 관찰할 수 있다.

금속성 액정

액정 페이즈 역시 ZnCl처럼2 녹는 무기체 페이즈(melting emergican phase)를 기반으로 할 수 있는데, 이 페이즈에는 연결된 사트라헤드로 이루어진 구조가 형성되어 있고 쉽게 안경을 형성할 수 있다.긴 사슬비누 같은 분자가 추가되면 무기질 유기성분비 및 온도의 함수로써 다양한 액정적 행동을 보여주는 일련의 새로운 국면으로 이어진다.이 종류의 물질은 금속성이라고 명명되었다.[42]

중상피세포의 실험실 분석

열방성 메소포아제는 두 가지 주요한 방법으로 감지되며, 원래 방법은 열 광학 현미경 검사법을 사용했으며,[43][44] 두 개의 교차 편광기 사이에 작은 재료 샘플을 놓고, 그 다음 그 샘플을 가열하고 식혔다.등방성 위상은 빛의 양극화에 큰 영향을 미치지 않기 때문에 매우 어둡게 나타나는 반면, 수정 위상과 액정 위상은 모두 균일한 방식으로 빛을 양극화시켜 밝기와 색의 그라데이션으로 이어진다.이 방법은 서로 다른 단계가 그 특정한 순서에 의해 정의되기 때문에 특정 단계의 특성화를 허용하는데, 이것은 반드시 지켜져야 한다.두 번째 방법인 차동 스캐닝 칼로리(DSC)[43]는 위상 전환과 전환 엔탈피에 대한 보다 정확한 결정을 가능하게 한다.DSC에서는 작은 샘플이 시간에 대해 매우 정확한 온도 변화를 발생시키는 방식으로 가열된다.위상 전환 중에 이 난방 또는 냉방 속도를 유지하는 데 필요한 열 흐름이 변경된다.이러한 변화는 주요 액정 전환과 같은 다양한 위상 전환에 의해 관찰되고 귀속될 수 있다.

이 실험들은 다소 복잡하지만, 중생물의 농도가 핵심 요인이기 때문에 요방성 중생물은 유사한 방식으로 분석된다.이러한 실험은 그 영향을 분석하기 위해 다양한 중생물의 농도로 실행된다.

생물학적 액체 결정체

리오스틸리방성 액체결정 단계는 생명체계에 풍부하며, 이를 지질 다형성이라고 한다.이에 따라 생체모방 화학 분야에서는 특히 요방성 액체 결정이 눈길을 끈다.특히 생물막과 세포막은 액정의 일종이다.그들의 구성분자(예: 인지질)는 막 표면에 수직이지만 막은 유연하다.이 지질들은 모양이 다양하다.구성분자들은 쉽게 혼합할 수 있지만, 이 과정의 높은 에너지 요구 때문에 막을 떠나지 않는 경향이 있다.지질 분자는 세포막의 한쪽에서 다른 쪽으로 뒤집힐 수 있으며, 이 과정은 전선과 플로피스에 의해 촉매된다(이동 방향에 따라 달라짐).또한 이러한 액정막 페이즈는 수용체와 같은 중요한 단백질을 세포막 내부 또는 일부 외부로 자유롭게 "부동"할 수 있다(예: CCT.

다른 많은 생물학적 구조들은 액정적 행동을 보인다.예를 들어 거미에게 압출되어 비단을 만들어 내는 농축 단백질 용액은 사실 액정 단계다.비단에 들어있는 분자의 정확한 순서는 그 명성에 매우 중요하다.DNA와 많은 폴리펩티드는 능동적으로 구동되는 세포골격 필라멘트를 포함하여 액정 단계를 형성할 수도 있다.[45]길쭉한 세포의 모노레이어 또한 액정 행동을 나타내기 위해 설명되었고, 관련된 위상학적 결함은 세포 죽음과 압출 등 생물학적 결과와 연관되어 있다.[46]함께, 액체 결정의 이러한 생물학적 적용은 현재 학문 연구의 중요한 부분을 이루고 있다.

미네랄액정

액체 결정의 예는 광물계에서도 발견될 수 있는데, 그 대부분은 측량성이 있다.처음 발견된 것은 1925년 조허에 의해 발견된 바나듐(V) 산화물이었다.[47]그 이후로는 그밖에 발견되어 자세히 연구한 것이 거의 없다.[48]smectite clays 가족의 경우 진정한 nemic 국면의 존재는 1938년 랑무르에 의해 제기되었지만,[49] 매우 오랫동안 공개적인 문제로 남아 있다가 최근에야 확인되었다.[50][51]

나노시학의 빠른 발전과 많은 새로운 비등방성 나노입자의 합성으로, 예를 들어 탄소 나노튜브와 그래핀과 같은 광물 액체 결정체의 수는 빠르게 증가하고 있다.항성 간 거리에 대해 최대 250 nm의 초저선 상태를 보이는 HSbPO라는33214 항성 단계가 발견되기도 했다.[28]

액정에서의 패턴 형성

참고 항목: 패턴 형성

액체 결정의 음이소트로피는 다른 액체에서는 관찰되지 않는 성질이다.이 음이소트로피는 액체 결정의 흐름이 일반 액체의 흐름보다 더 다르게 작용하도록 만든다.예를 들어, 두 개의 가까운 평행 판 사이에 액정 플럭스를 주입하면(가시적 운지법) 분자의 방향이 흐름과 결합하게 되며, 결과적으로 덴드리트 패턴이 출현하게 된다.[52]이러한 음이소트로피는 서로 다른 액정 단계 사이의 인터페이스 에너지(표면장력)에서도 나타난다.이 음이소트로피는 공존온도에서의 평형 형태를 결정하며, 너무나 강해서 보통 면들이 나타난다.온도가 바뀌면 한 단계가 성장하면서 온도 변화에 따라 다른 형태를 형성한다.[53]성장은 열 확산에 의해 제어되기 때문에 열전도도의 음이소트로피는 특정 방향의 성장을 선호하며 최종 형태에도 영향을 미친다.[54]

액정의 이론적 처리

유체 단계의 미세한 이론적 치료는 높은 재료 밀도로 인해 상당히 복잡해질 수 있는데, 이는 강한 상호작용, 강한 중심 거부반응, 다체 상관관계를 무시할 수 없다는 것을 의미한다.액체 결정의 경우, 이러한 모든 상호작용에서 음이소트로피는 분석을 더욱 복잡하게 한다.그러나 적어도 액정 시스템에서 위상 전환의 일반적인 행동을 예측할 수 있는 꽤 간단한 이론들이 많이 있다.

감독

위에서 이미 보았듯이, 네메틱 액정은 이웃한 분자의 긴 축이 대략 서로 정렬되어 있는 막대 같은 분자로 구성되어 있다.이러한 비등방성 구조를 설명하기 위해, 원장으로 불리는 치수 없는 단위 벡터 n을 도입하여 어떤 지점의 근방에 있는 분자의 선호 방향성을 나타낸다.원장 축을 따라 물리적 극성이 없기 때문에 n과 -n은 완전히 동등하다.[19]

오더 매개변수

국소 광학 축이기도 한 국소 네마틱 디렉터는 긴 분자 축의 공간적, 시간적 평균에 의해 주어진다.

액체 결정의 설명은 질서의 분석을 포함한다.2등급 대칭 추적이 없는 텐서 순서 Q 를 사용하여 가장 일반적인 이축 네마틱 액정의 방향 순서를 설명한다.그러나 단색신질 액체 결정의 더 일반적인 경우를 설명하기 위해서는 스칼라 순서 매개변수가 충분하다.[55]이를 정량적으로 만들기 위해 일반적으로 두 번째 범례 다항식의 평균에 기초하여 방향 순서 매개변수를 정의한다.

여기서 은 액정 분자 축과 로컬 디렉터(액정 샘플의 볼륨 요소에서 '수직 방향'이며, 국소 광학 축도 나타낸다.대괄호는 시간 및 공간 평균을 나타낸다.이 정의는 완전히 랜덤하고 등방성 표본의 경우 S = 0인 반면 완전히 정렬된 표본 S=1인 경우 편리하다.일반적인 액정표본의 경우 S는 0.3~0.8의 순서로 되어 있으며, 일반적으로 온도가 상승함에 따라 감소한다.특히 시스템이 LC 위상에서 등방위상으로의 위상전환을 겪을 때 오더 매개변수를 0으로 급격히 떨어뜨리는 것이 관찰된다.[56]순서 매개변수는 여러 가지 방법으로 실험적으로 측정할 수 있다. 예를 들어 직경, 이륜, 라만 산란, NMR 및 EPR을 사용하여 S를 결정할 수 있다.[21]

액정의 순서는 다른 레전드르 다항식(감독이 두 개의 반팔 방향 중 하나를 가리킬 수 있기 때문에 모든 홀수 다항식은 평균 0으로)을 사용하는 것으로도 특징지을 수 있다.이러한 고차 평균은 측정하기가 더 어렵지만 분자 순서에 대한 추가 정보를 산출할 수 있다.[18]

위치 순서 매개변수는 액정의 순서를 설명하는데도 사용된다.주어진 벡터를 따라 액정 분자의 질량 중심 밀도의 변화가 특징이다.z축에 따른 위치 변동의 경우 밀도 ( ) 은(는) 다음을 통해 제공된다.

복합 위치 순서 매개변수는 ( )= (r) e ( r) { 0 로 정의된다.대부분의 위상은 정현상 함수를 사용하여 적절히 설명할 수 있기 때문에 일반적으로 처음 두 용어만 유지되고 상위 순서의 항은 무시된다.완벽한 니메틱 = 과(와) smectic {\}의 경우 복잡한 값이 적용된다.이 순서 매개변수의 복잡한 특성은 니메틱 대 스마텍틱 위상 전환과 도체 대 초전도체 전환 사이에 많은 유사성을 허용한다.[19]

Onsager 하드 로드 모델

물리학의 미해결 문제:

액정 상태의 스마틱(A) 위상 전환에 대한 네마틱이 보편적 위상 전환으로 특징지어질 수 있는가?

(물리학에서 더 풀리지 않은 문제)

Lars Onsager가 제안한 하드 로드 모델은 등방성 위상 전환을 예측하는 단순한 모델이다.이 이론은 한 이상화된 실린더의 질량 중심에서 제외된 부피를 다른 실린더에 접근하면서 고려한다.구체적으로는 실린더가 서로 평행하게 방향을 잡으면 접근하는 실린더의 질량 중심에서 제외되는 부피가 거의 없다(다른 실린더에 상당히 가까이 올 수 있다).그러나 실린더가 서로 어느 정도 각도가 되면 실린더 주위에는 접근하는 실린더의 질량 중심이 들어갈 수 없는 큰 부피가 있다(이상화된 두 물체 사이의 하드 로드 반발로 인해).따라서 이 각도 배열은 접근하는 실린더의 순 위치 엔트로피가 감소하는 것을 본다(사용 가능한 상태가 더 적다).[57][58]

여기서의 근본적인 통찰은 비등방성 물체의 평행 배열이 방향 엔트로피 감소로 이어지는 반면 위치 엔트로피는 증가한다는 것이다.따라서 어떤 경우에는 더 큰 위치 순서가 엔트로피적으로 유리할 것이다.따라서 이 이론은 막대 모양의 물체의 용액이 충분한 농도에서 네마틱 단계로 위상 전환을 겪을 것이라고 예측한다.이 모델은 개념적으로 유용하지만, 수학적 공식은 실제 시스템에 대한 적용 가능성을 제한하는 몇 가지 가정을 한다.[58]

마이어-소프 평균장 이론

알프레드 사우페와 빌헬름 마이어에 의해 제안된 이 통계 이론은 인접한 로드와 같은 액정 분자 사이의 유도 쌍극자 모멘트에서 나온 매력적인 분자간 전위로부터의 기여를 포함한다.비등방성 인력은 인접 분자의 평행한 정렬을 안정화하며, 이론은 이후 상호작용의 평균장 평균을 고려한다.자기반복적으로 해결된 이 이론은 열방성 신방성 위상 전환을 예측하며, 실험과 일치한다.[59][60][61]Maier-Saupe 평균 필드 이론은 분자의 휨강성을 통합하고 폴리머 과학에서 경로 통합 방법을 사용함으로써 고분자량 액체 결정으로 확장된다.[62]

맥밀런의 모델

윌리엄 맥밀런이 제안한 맥밀런의 모델은 네메틱에서 스마텍틱 A 단계로 액정 전이를 설명하는 데 사용되는 마이어-소프 평균장 이론을 확장한 것이다.[63]그것은 위상 전환이 분자 간의 단거리 상호작용의 강도에 따라 연속적이거나 불연속적일 수 있다고 예측한다.그 결과, 니메틱, 등방성, smectic A 위상이 만나는 3중 임계점을 허용한다.3중 임계점의 존재를 예측하고 있지만, 그 가치를 성공적으로 예측하지 못하고 있다.모델은 액정 방향과 위치 순서를 설명하는 두 개의 순서 파라미터를 사용한다.첫 번째는 단순히 두 번째 레전드르 다항식의 평균이고 두 번째 순서 파라미터는 다음과 같이 주어진다.

zi, θi, d 값은 분자의 위치, 분자축과 국장 사이의 각도, 층 간격이다.단일 분자의 가정된 전위 에너지는 다음과 같이 주어진다.

여기서 상수 α는 인접한 분자 간의 상호작용 강도를 계량한다.그런 다음 전위는 열 평형을 가정하는 시스템의 열역학적 특성을 도출하는 데 사용된다.그것은 수치로 해결되어야 하는 두 개의 자기 일치 방정식을 낳는데, 그 해결책은 액정의 안정 3상이다.[21]

탄성 연속체 이론

이 형식주의에서 액정 물질은 연속체로 취급된다; 분자 디테일은 완전히 무시된다.오히려 이 이론은 추정된 표본에 대한 동요를 고려한다.액정의 왜곡은 일반적으로 Frank 자유 에너지 밀도에 의해 설명된다.방향 표본에서 발생할 수 있는 왜곡의 세 가지 유형을 식별할 수 있다. (1) 인접한 분자가 정렬되기보다는 서로에 대해 각을 이루도록 강요되는 물질의 비틀림, (2) 물질의 스플레이, 원장과 수직으로 휨이 발생하는 물질의 회전, (3) 왜곡이 파인 물질의 구부림.원장과 분자 축에 대한 수평선이 세 가지 유형의 왜곡은 모두 에너지 페널티를 초래한다.그것들은 도메인 벽이나 둘러싸인 컨테이너의 경계 조건에 의해 유도되는 왜곡이다.그 다음 물질의 반응은 세 가지 유형의 왜곡에 해당하는 탄성 상수에 기초하여 용어로 분해될 수 있다.탄성 연속체 이론은 액정 장치와 지질 빌레이어를 모델링하는 데 효과적인 도구다.[64][65]

액정에 대한 외부 영향

외부 섭동은 액정계의 거시적 특성에 큰 변화를 일으킬 수 있기 때문에 과학자들과 기술자들은 다양한 용도에서 액정을 사용할 수 있다.전기장과 자기장 모두 이러한 변화를 유도하는 데 사용될 수 있다.분자가 정렬하는 속도뿐만 아니라 이 분야의 크기는 산업계가 다루는 중요한 특성이다.특수 표면 처리법은 액정 장치에 사용되어 원장의 특정 방향을 강제할 수 있다.

전기 및 자기장 효과

외부장을 따라 정렬하는 이사의 능력은 분자의 전기적 성질에서 비롯된다.영구적 전자 쌍극은 분자의 한쪽 끝이 순 양전하를 갖는 반면 다른 쪽 끝은 순 음전하를 갖는 경우에 발생한다.외부 전기장이 액정에 적용될 때, 쌍극자 분자는 자기장의 방향을 따라 방향을 잡는 경향이 있다.[66]

분자가 영구 쌍극자를 형성하지 않더라도, 여전히 전기장의 영향을 받을 수 있다.어떤 경우에, 그 장은 유도된 전기 쌍극이 발생하는 분자 내의 전자와 양성자의 약간의 재분배를 생산한다.영구적인 쌍극점만큼 강하지는 않지만, 외부 영역과의 방향은 여전히 발생한다.

외부 전기장에 대한 모든 시스템의 응답은

여기서 는 전기장, 전기 변위장 및 양극화 밀도의 구성 요소다.시스템에 저장된 볼륨당 전기 에너지는

(이중으로 나타나는 지수 i에 대한 평가).네마틱 액체 결정에서 양극화와 전기 변위는 모두 전기장의 방향에 선형적으로 의존한다.액정들은 의 반사 작용 하에 불변성이기 때문에 양극화는 감독에게조차 있어야 한다 을(를) 표현하는 가장 일반적인 형태는

(j {\에 대한 평가)with 및 전기적 허용률은 감독 n 과 수직이다그러면 에너지 밀도는 (계통의 역학관계에 기여하지 않는 상수 항을 무시)[67]

( i에 대한 설명). - {\ \ _}-\_{\}}}}}}}}이(가) 양수이면 에너지의 최소값은 과 n이(가) 평행할 때 달성된다.이것은 시스템이 액정을 외부적으로 적용된 전기장과 정렬하는 것을 선호할 것이라는 것을 의미한다. - - 이(가) 음수일 경우 에너지의 최소값은 및 일 때 달성된다(네모양상이 퇴보되어 vortictime[68]).

= -ϵ - - \ _의 차이는 유전성 음이소트로피라고 불리며 액정 어플리케이션에서 중요한 매개 변수다. > 0 과 < 0 {\ 상업용 액정. 5CB와 E7 액정 혼합물은 > 액정이다.MBBA는 일반적인 < 액정이다.

자기장이 액정 분자에 미치는 영향은 전기장과 유사하다.자기장이 움직이는 전하에 의해 생성되기 때문에 영구 자석 쌍극은 원자 주위를 움직이는 전자에 의해 생성된다.자기장이 적용될 때, 분자들은 그장과 일치하거나 반대로 정렬하는 경향이 있을 것이다.예를 들어, 자외선이 보이는 빛과 같은 전자기 방사선은 적어도 광교환 가능한 장치를 주로 운반하는 빛 반응 액체 결정에 영향을 미칠 수 있다.[69]

표면 준비

외부 영역이 없을 때 액정 이사는 어떤 방향을 가리키도 자유롭다.그러나 시스템에 외부요원을 도입해 감독에게 특정 방향을 가리키도록 강제하는 것은 가능하다.예를 들어 얇은 폴리머 코팅(일반적으로 폴리이미드)을 유리 기질에 펴서 천으로 한 방향으로 문지르면 그 표면에 접촉하는 액정 분자가 문지르는 방향과 정렬하는 것이 관찰된다.이를 위해 현재 수용되고 있는 메커니즘은 폴리이미드의 가까운 표면 층에서 부분적으로 정렬된 폴리머 체인에 액정 층이 상피적으로 성장하는 것으로 생각된다.

또한 여러 액정 화학 물질은 편광된 빛의 전기장에 의해 차례로 정렬되는 '명령 표면'에 정렬된다.이 과정을 포토라인먼트라고 한다.

프레데릭스 전환

표면 앵커링과 전기장 효과에 의해 생산된 방향 사이의 경쟁은 액정 장치에 종종 이용된다.액정 분자가 표면에 평행하게 정렬되고 전기장이 셀에 수직으로 적용되는 경우를 생각해 보십시오.처음에는 전기장의 크기가 증가함에 따라 정렬에 변화가 일어나지 않는다.그러나 전기장의 임계 크기에서는 변형이 발생한다.변형은 감독이 한 분자에서 다른 분자로 방향을 바꾸는 과정에서 발생한다.정렬된 상태에서 기형 상태로의 그러한 변화가 발생하는 것을 프레데릭스 전환이라고 하며, 충분한 강도의 자기장을 적용함으로써 생성될 수도 있다.

프레데릭스 전환은 많은 액정 표시장치의 작동에 필수적이다. 왜냐하면 감독 방향(따라서 속성)은 필드의 적용에 의해 쉽게 제어될 수 있기 때문이다.

치례의 효과

이미 기술한 바와 같이, 치랄 액정 분자는 대개 치랄 메소포아제를 발생시킨다.이것은 분자가 반드시 어떤 형태의 비대칭, 보통 입체적인 중심을 가져야 한다는 것을 의미한다.또 다른 요건은 이 시스템이 인종적이어서는 안 된다는 것이다. 오른손과 왼손의 분자가 혼합되면 치랄 효과가 없어진다.그러나 액정 순서의 협력적 특성 때문에 다른 아치랄 메소포아제에서는 소량의 치랄 도판트가 하나의 영역 손길을 선택하기에 충분할 때가 많아 전체적인 치랄이 된다.

치랄 페이즈는 보통 분자의 나선형 비틀림을 가지고 있다.만약 이 트위스트의 피치가 가시광선의 파장 순서에 있다면, 흥미로운 광학적 간섭 효과를 관찰할 수 있다.키랄 LC 단계에서 발생하는 키랄 꼬임도 오른손과 왼손의 원형 편광과 다르게 반응하게 한다.따라서 이러한 재료는 양극화 필터로 사용될 수 있다.[70]

키랄 LC 분자가 본질적으로 아치랄 메소포아스를 생성하는 것은 가능하다.예를 들어, 특정 범위의 농도와 분자량에서 DNA는 아키랄 선 육각 단계를 형성할 것이다.최근의 흥미로운 관찰은 아치랄 LC 분자에서 치랄 중간자 형성에 관한 것이다.구체적으로 휜 코어 분자(바나나 액정이라고도 함)가 치랄인 액정 단계를 형성하는 것으로 나타났다.[71]어떤 특정한 샘플에서, 다양한 도메인들은 반대되는 손을 가질 것이지만, 어떤 도메인들 안에서도 강력한 치랄 순서가 존재할 것이다.이 거시적인 운율의 외관 메커니즘은 아직 완전히 명확하지 않다.분자들이 층층이 쌓이고 층 안쪽으로 기울어진 형태로 방향을 잡은 것으로 보인다.이러한 액체 결정 단계는 두 가지 모두 용도에 관심이 있는 강전 또는 반페로전일 수 있다.[72][73]

치랄성은 또한 치랄 도판트를 첨가함으로써 한 단계에 통합될 수 있는데, 이것은 LCs 자체를 형성하지 않을 수도 있다.꼬임-네마틱 또는 초 트위스트 네마틱 혼합물은 종종 소량의 그러한 도펜트를 함유하고 있다.

액정의 응용

참고 항목: 액정 디스플레이
액정표시장치 구조: 1 – 수직 편광필터, 2, 4 – 전극이 있는 유리, 3 – 액정, 5 – 수평 편광필터, 6 – 반사기
액정표시장치(LCD)에 표시된 "위키피디아"

액정 표시장치는 전기장의 유무에 있어서 특정 액정 물질의 광학적 특성에 의존하는 액정 표시장치에 광범위하게 사용된다.대표적인 기기에서 액정층(일반적으로 두께 4μm)은 교차하는 두 편극자(서로 90° 방향) 사이에 위치한다.액정 정렬은 이완된 위상이 비틀어진 위상이 되도록 선택한다(틀린 네마틱 장 효과 참조).[7]이 비틀린 위상은 첫 번째 편광기를 통과한 빛을 다시 변형시켜 두 번째 편광기를 통해 전달되도록 한다(반사기가 제공되면 관찰자에게 다시 반사된다).따라서 장치가 투명하게 나타난다.LC 층에 전기장을 적용하면 긴 분자 축이 전기장과 평행하게 정렬되는 경향이 있어 액정 층의 중심에 점차적으로 미포장된다.이 상태에서 LC 분자는 빛을 방향 전환하지 않기 때문에 첫 번째 극지방에서 편광된 빛은 두 번째 극지방에서 흡수되며, 전압의 증가로 장치의 투명성이 상실된다.이런 식으로 전자장을 사용하여 명령에서 투명 또는 불투명 사이에서 픽셀 스위치를 만들 수 있다.컬러 LCD 시스템은 빨간색, 녹색, 파란색 픽셀을 생성하는 데 사용되는 컬러 필터를 사용하여 동일한 기술을 사용한다.[7]치랄 스마텍틱 액정은 빠르게 전환되는 이진광 변조기인 강전 LCD에 사용된다.유사한 원리를 사용하여 다른 액정 기반 광학 장치를 만들 수 있다.[74]

액정 조정 가능 필터는 과대망상 영상과 같은 [75][76]전기 광학 장치로 사용된다.

온도에 따라 피치가 강하게 변하는 열방성 치랄 LC는 피치가 바뀌면 소재 색상이 달라지기 때문에 원액 결정 온도계로 사용할 수 있다.액정색 전환은 유아용이나 목욕탕용 온도계뿐만 아니라 많은 수족관과 수영장 온도계에 사용된다.[77]다른 액정 재료들은 늘어나거나 스트레스를 받으면 색이 변한다.따라서 액정 시트는 핫스팟을 찾고, 열 흐름을 지도하고, 응력 분포 패턴을 측정하는 등 산업에서 자주 사용된다.유체 형태의 액정은 반도체 산업에서 고장 분석을 위해 전기적으로 생성된 핫 스팟을 감지하는 데 사용된다.[78]

액정렌즈는 액정층의 굴절률을 전압이나 온도로 조절해 입사광선을 수렴하거나 분산시킨다.일반적으로 액정 렌즈는 분자 방향을 배열하여 포물선 굴절률 분포를 발생시킨다.따라서 평면파는 액정렌즈에 의해 포물선 파동으로 재편된다.액정 렌즈의 초점 길이는 외부 전기장을 적절하게 조정할 수 있을 때 연속적으로 조정할 수 있다.액정 렌즈는 적응형 광학의 일종이다.영상 시스템은 초점 보정, 영상 평면 조정 또는 영역 깊이 또는 초점 깊이의 변경으로 혜택을 받을 수 있다.액정렌즈는 근시 및 노안 시력교정장치(예: 튜닝형 안경과 스마트 콘택트렌즈)를 개발할 후보 중 하나이다.[79][80]광학 위상 변조기로서 액정 렌즈는 공간 가변 광학 경로 길이(즉, 동공 좌표의 함수로서의 광학 경로 길이)를 특징으로 한다.영상 시스템마다 광학 경로 길이에 필요한 기능이 다르다.예를 들어, 평면파를 회절제한 지점으로 수렴하기 위해 물리적으로 평면적인 액정 구조물의 경우, 액정층의 굴절률은 근사치 하의 구형 또는 파라볼로이드여야 한다.영상 투사나 감지 물체의 경우 관심 영역에 광학 경로 길이가 비구분포된 액정 렌즈를 사용할 것으로 예상할 수 있다.전기적으로 튜닝 가능한 굴절률(액정층의 다양한 전기장 크기)을 가진 액정렌즈는 들어오는 파동 전선을 조절하기 위한 광 경로 길이의 임의적 기능을 달성할 수 있는 잠재력을 가지고 있으며, 현재 액정 자유형 광 소자는 액정 렌즈에서 동일한 것으로 확장되었다.광학 [81]기전액정렌즈의 어플리케이션으로는 피코프로젝터, 처방렌즈(안경이나 콘택트렌즈), 스마트폰 카메라, 증강현실, 가상현실 등이 있다.

액정 레이저는 외부 거울 대신 분산 피드백 메커니즘으로 레이싱 매체에 액정을 사용한다.액정의 주기적인 유전체 구조에 의해 만들어진 광자 대역 간극에서의 방출은 안정적인 단색 배출을 가진 저임계 고출력 장치를 제공한다.[30][82]

고분자 분산 액정(PDLC) 시트와 롤은 접착제로 사용할 수 있으며, 윈도우에 적용하고 투명 및 불투명 사이에서 전기적으로 전환하여 프라이버시를 제공할 수 있다.

비눗물과 같은 많은 흔한 액체는 사실 액체 결정체들이다.비누는 물 속 농도에 따라 다양한 LC 단계를 형성한다.[83]

액정 영화는 기술계에 혁명을 일으켰다.현재 그것들은 디지털 시계, 휴대전화, 계산기, 텔레비전과 같은 가장 다양한 기기에서 사용되고 있다.CD와 DVD의 녹음과 읽기와 유사한 과정을 가진 광학 메모리 장치에 액정 필름을 사용하는 것이 가능할 수 있다.[84][85]

참고 항목

참조

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