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第1章 液晶物理1

1.1 引言1

1.2 热力学与统计物理学4

1.2.1 热力学定律4

1.2.2 玻尔兹曼分布5

1.2.3 热力学量6

1.2.4 热力学平衡判据8

1.3 取向有序性9

1.3.1 取向有序参数9

1.3.2 向列相取向有序性的朗道－德让纳理论12

1.3.3 梅尔－绍珀（Maier-Saupe）理论16

1.4 液晶的弹性18

1.4.1 向列相液晶的弹性18

1.4.2 胆甾相液晶的弹性21

1.4.3 近晶相液晶的弹性23

1.5 电磁场作用下的液晶响应特性24

1.5.1 磁化系数24

1.5.2 介电常数和折射率26

1.6 向列相液晶表面的锚定作用33

1.6.1 锚定能34

1.6.2 取向层35

1.7 液晶指向矢的弹性形变36

1.7.1 弹性形变和位错36

1.7.2 位错中液晶指向矢的变化38

问题与练习42

参考文献44

第2章 光在各向异性光学介质中的传播46

2.1 电磁波46

2.2 偏振48

2.2.1 单色平面波及其偏振态48

2.2.2 线偏振态49

2.2.3 圆偏振态49

2.2.4 椭圆偏振态49

2.3 光在各向异性均匀光学介质中的传播53

2.3.1 本征模53

2.3.2 本征模的正交性57

2.3.3 能量通量59

2.3.4 一些特例59

2.3.5 偏振器61

2.4 光在胆甾相液晶中的传播64

2.4.1 本征模64

2.4.2 胆甾相液晶的反射72

2.4.3 胆甾相液晶的受激辐射74

问题与练习75

参考文献76

第3章 光学建模方法78

3.1 琼斯矩阵法78

3.1.1 琼斯矢量78

3.1.2 琼斯矩阵79

3.1.3 非均匀双折射薄膜的琼斯矩阵81

3.1.4 扭曲向列相液晶的光学特性82

3.2 米勒矩阵法88

3.2.1 部分偏振光和非偏振光88

3.2.2 斯托克斯参数的测量89

3.2.3 米勒矩阵91

3.2.4 庞加莱球93

3.2.5 庞加莱球中偏振态的演化95

3.2.6 扭曲向列相液晶的米勒矩阵98

3.2.7 非均匀双折射薄膜的米勒矩阵101

3.3 Berreman 4×4法101

3.3.1 各向同性介质105

3.3.2 胆甾相液晶107

问题与练习110

参考文献111

第4章 液晶的电场效应113

4.1 电介质的相互作用113

4.1.1 介电相互作用下的重新取向113

4.1.2 场致取向有序性114

4.2 挠曲电效应117

4.2.1 向列相液晶的挠曲电效应117

4.2.2 胆甾相液晶中的挠曲电效应121

4.3 铁电液晶123

4.3.1 对称和偏振123

4.3.2 倾斜角度和极化124

4.3.3 表面稳定铁电相液晶125

4.3.4 手性近晶相液晶的电倾斜效应128

问题与练习129

参考文献130

第5章 弗里德里克斯转变132

5.1 变分法132

5.1.1 一维和单变量情形132

5.1.2 一维和多变量情形135

5.1.3 三维情形135

5.2 弗里德里克斯转变：静态135

5.2.1 展曲几何136

5.2.2 弯曲几何形变140

5.2.3 扭曲几何141

5.2.4 扭曲向列相液晶盒142

5.2.5 弱锚定作用下的展曲几何145

5.2.6 具有预倾角的展曲几何146

5.3 锚定强度的测量147

5.3.1 极角锚定强度147

5.3.2 方位角锚定强度149

5.4 预倾角的测量151

5.5 弗里德里克斯转变：动态155

5.5.1 扭曲几何中的弗里德里克斯转变动力学155

5.5.2 流体动力学156

5.5.3 回流161

问题与练习165

参考文献166

第6章 液晶材料168

6.1 引言168

6.2 折射率168

6.2.1 扩展柯西（Cauchy）方程169

6.2.2 三带模型170

6.2.3 温度效应173

6.2.4 温度梯度175

6.2.5 分子极化率176

6.3 介电常数177

6.3.1 用于AMLCD的正△ε液晶178

6.3.2 负△ε液晶材料179

6.3.3 双频液晶179

6.4 旋转黏度180

6.5 弹性常数181

6.6 品质因数181

6.7 液晶和聚合物的折射率匹配182

6.7.1 聚合物的折射率183

6.7.2 匹配折射率184

问题与练习186

参考文献187

第7章 液晶指向矢排布建模190

7.1 液晶的电能190

7.1.1 电荷恒定191

7.1.2 电压恒定192

7.1.3 电场恒定194

7.2 电场建模194

7.3 液晶指向矢排布的模拟196

7.3.1 角度表示196

7.3.2 矢量表示200

7.3.3 张量表示203

问题与练习206

参考文献207

第8章 透射式液晶显示器209

8.1 引言209

8.2 扭曲向列相液晶盒209

8.2.1 透光率与电压的关系210

8.2.2 薄膜补偿TN液晶盒212

8.2.3 可视角度214

8.3 面内切换模式214

8.3.1 透光率与电压的关系215

8.3.2 响应时间217

8.3.3 可视角度218

8.3.4 补偿膜的分类219

8.3.5 倾斜角度下单轴介质的相位延迟220

8.3.6 庞加莱球表示法221

8.3.7 倾斜角度观看时正交偏振器的漏光222

8.3.8 采用正a膜和正c膜的IPS228

8.3.9 采用正a膜和负a膜的IPS232

8.3.10 色彩偏差235

8.4 垂直取向（VA）模式235

8.4.1 透光率与电压的关系235

8.4.2 光学响应时间236

8.4.3 过驱动电压和下冲电压方法237

8.5 多畴垂直取向（MVA）液晶盒238

8.5.1 采用一片正a膜和一片负c膜的MVA241

8.5.2 采用正a膜、负a膜和负c膜的MVA245

8.6 光学补偿弯曲液晶盒249

8.6.1 透光率随电压的变化关系250

8.6.2 用于OCB的光学补偿膜251

问题与练习252

参考文献254

第9章 反射式和透反式液晶显示器258

9.1 引言258

9.2 反射式LCD259

9.2.1 膜补偿均匀取向液晶盒260

9.2.2 混合模式扭曲向列相（MTN）盒261

9.3 透反器263

9.3.1 金属开孔透反器264

9.3.2 半透明金属透反器265

9.3.3 多层介电膜透反器265

9.3.4 正交偏振透反器265

9.4 透反式LCD的分类266

9.4.1 吸收型透反式LCD266

9.4.2 散射型透反式LCD269

9.4.3 散射和吸收型透反式LCD271

9.4.4 反射型透反式LCD273

9.4.5 相位延迟型275

9.5 双盒透反式LCD284

9.6 单盒透反式LCD286

9.7 透反式LCD的性能287

9.7.1 色彩平衡287

9.7.2 图像亮度288

9.7.3 可视角度288

问题与练习288

参考文献289

第10章 液晶显示器件、驱动原理和双稳态显示293

10.1 笔段式显示293

10.2 无源矩阵显示和驱动原理293

10.3 有源矩阵显示297

10.3.1 TFT结构300

10.3.2 TFT工作原理300

10.4 双稳态铁电液晶显示及驱动原理302

10.5 双稳态向列相液晶显示器304

10.5.1 引言304

10.5.2 扭曲－非扭曲双稳态扭曲向列相液晶显示器304

10.5.3 表面稳定向列相液晶显示器310

10.6 双稳态胆甾相反射式显示器313

10.6.1 引言313

10.6.2 双稳态胆甾相反射式显示器的光学特性315

10.6.3 包覆型胆甾相液晶显示器318

10.6.4 胆甾相状态的转变319

10.6.5 双稳态胆甾相液晶显示的驱动方案326

问题与练习329

参考文献330

第11章 液晶／聚合物复合材料334

11.1 引言334

11.2 相分离335

11.2.1 二元混合物335

11.2.2 相图和热致相分离340

11.2.3 聚合物诱导相分离341

11.2.4 溶致相分离344

11.2.5 包覆346

11.3 LCPC的散射特性347

11.4 聚合物分散液晶352

11.4.1 PDLC中的液晶液滴构型352

11.4.2 开关型PDLC354

11.4.3 散射型PDLC器件357

11.4.4 二色性染料掺杂的PDLC361

11.4.5 全息PDLC362

11.5 聚合物稳定液晶364

11.5.1 PSLC的制备364

11.5.2 散射型PSLC的工作模式365

11.6 基于散射的LCPC显示器368

11.6.1 反射式显示器369

11.6.2 投影式显示器370

11.6.3 透射式直视型显示器371

11.7 聚合物稳定液晶显示器372

问题与练习375

参考文献377

第12章 可调谐液晶光子器件381

12.1 引言381

12.2 激光束转向器381

12.2.1 光学相控阵382

12.2.2 基于棱镜的光束转向385

12.3 可变光衰减器386

12.4 可变焦透镜391

12.4.1 可变焦球面透镜391

12.4.2 可变焦柱面透镜394

12.4.3 正负可变换微透镜397

12.4.4 正三负同体的液晶微透镜401

12.5 不依赖偏振的液晶器件403

12.5.1 双层均质液晶盒404

12.5.2 双层液晶凝胶406

问题与练习408

参考文献409

第13章 蓝相手性液晶413

13.1 引言413

13.2 蓝相的相图414

13.3 蓝相的反射415

13.3.1 晶体结构基础和X射线衍射415

13.3.2 蓝相的布拉格反射416

13.4 蓝相的结构418

13.4.1 缺陷理论419

13.4.2 朗道理论426

13.5 蓝相的光学特性436

13.5.1 反射436

13.5.2 透射438

问题与练习440

参考文献440

第14章 聚合物稳定蓝相液晶442

14.1 引言442

14.2 聚合物稳定蓝相液晶445

14.2.1 向列相液晶主体446

14.2.2 手性掺杂剂447

14.2.3 单体447

14.3 克尔效应448

14.3.1 扩展克尔效应450

14.3.2 波长效应453

14.3.3 频率效应454

14.3.4 温度效应456

14.4 器件结构460

14.4.1 平面内切换蓝相液晶器件461

14.4.2 凸型电极464

14.4.3 凹刻电极466

14.4.4 单一伽马曲线467

14.5 垂直电场开关468

14.5.1 器件结构468

14.5.2 实验和模拟469

14.6 相位调制471

参考文献471

第15章 液晶显示组件475

15.1 引言475

15.2 光源475

15.3 导光板478

15.4 扩散板478

15.5 准直膜479

15.6 偏振片481

15.6.1 二色吸收偏振片481

15.6.2 二色反射偏振片483

15.7 补偿膜491

15.7.1 形状双折射补偿膜491

15.7.2 盘状液晶补偿膜492

15.7.3 刚性聚合物链补偿膜492

15.7.4 拉伸聚合物补偿膜493

15.8 彩色滤光片495

参考文献496

第16章 三维显示500

16.1 引言500

16.2 深度暗示500

16.2.1 双目视差500

16.2.2 双眼集合501

16.2.3 移动视差501

16.2.4 焦点调节501

16.3 助视立体显示502

16.3.1 头戴式显示器502

16.3.2 立体电影503

16.3.3 使用快门眼镜的时序立体显示504

16.3.4 使用偏光眼镜的立体显示504

16.4 自由立体显示器507

16.4.1 基于视差光栅的自由立体显示器507

16.4.2 基于柱透镜阵列的自由立体显示511

16.4.3 指向性背光514

16.5 集成成像514

16.6 全息显示515

16.7 体显示517

16.7.1 扫描体显示518

16.7.2 多平面体显示519

16.7.3 点立体显示519

参考文献521

附录 缩略语525

索引527