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IPS 228
8.3.9 采用正a膜和负a膜的IPS 232
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MVA 241
8.5.2 采用正a膜、负a膜和负c膜的MVA 245
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LCD 259
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LCD 266
9.4.2 散射型透反式LCD 269
9.4.3 散射和吸收型透反式LCD 271
9.4.4 反射型透反式LCD 273
9.4.5 相位延迟型 275
9.5 双盒透反式LCD 284
9.6 单盒透反式LCD 286
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PDLC 354
11.4.3 散射型PDLC器件 357
11.4.4 二色性染料掺杂的PDLC 361
11.4.5 全息PDLC 362
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