Tài li
ệu phát h
ành t
ại:

· o
·
Tinh thể lỏng
Chuyên đề
HIEPKHACHQUAY

KIÊN GIANG, THÁNG 12/2008



Tập tài liệu chỉ cung cấp một số thông tin mang tính chất tham khảo.
Bạn đọc có thể biên tập lại theo mục đích sử dụng riêng của bạn.
© hiepkhachquay

© hiepkhachquay | Chuyên đề Tinh thể lỏng
1

Tinh thể lỏng
Tinh thể lỏng là gì ?
Các chất trong tự nhiên có thể chia thành các pha khác nhau, còn gọi là các trạng thái
của vật chất, tùy thuộc vào độ linh động của từng nguyên tử hay phân tử cá lẻ. Các trạng thái
dễ thấy nhất của vật chất là trạng thái rắn, lỏng và khí. Ở trạng thái rắn, lực liên phân tử giữ
các phân tử gần nhau ở một vị trí và sự định hướng cố định, cho nên chất rắn vẫn giữ được
hình dạng xác định. Ở trạng thái lỏng, các phân tử vẫn gắn chặt với nhau, nhưng chúng có thể
di chuyển ra xung quanh. Vì vậy, chất lỏng không có một hình dạng rắn chắc, mà tràn vào các

đường viền của bình chứa nó. Giống như chất lỏng, chất khí không có hình dạng cố định,
nhưng dễ bị nén hơn vì có đủ không gian trống cho các phân tử chuyển động đến gần nhau
hơn. Trong khi chất lỏng giữ trong một bình chứa sẽ hình thành nên một vũng tại đáy bình, thì
chất khí sẽ giãn nở để lấp đầy bình chứa.
Mặc dù ba loại trạng thái này dường như đã phân biệt rõ ràng, nhưng ranh giới giữa
các trạng thái khác nhau không phải lúc nào cũng rõ ràng. Ngoài ba trạng thái quen thuộc đó,
còn tồn tại một số lượng lớn các pha trung gian khác. Một thí dụ đơn giản là thể gel. Gel
không phải thể rắn, cũng chẳng phải thể lỏng. Tinh thể lỏng là một pha trung gian quan trọng
khác biểu hiện các đặc điểm của trạng thái rắn lẫn trạng thái lỏng. Tinh thể lỏng có những tính
chất trật tự của chất rắn nhưng không được nhận ra mãi cho đến thập niên 1880. Năm 1888,
Friedrich Reinitzer (xem hình) được ghi nhận vì sự mô tả có hệ thống đầu tiên của pha tinh
thể lỏng và đã công bố các quan sát của ông khi ông tạo ra cholesteryl benzoate, tinh thể lỏng
đầu tiên.

Friedrich Reinitzer
Các chất lỏng bình thường về bản chất là đẳng hướng: chúng biểu hiện các tính chất
quang, từ, điện, … như nhau theo mọi hướng trong không gian. Mặc dù các phân tử cấu tạo
nên chất lỏng thường không đồng đều về hình dạng, nhưng sự bất đẳng trục này thường giữ
vai trò thứ yếu trong hành trạng vĩ mô của chất lỏng. Tuy nhiên, có một họ lớn của các phân
tử bất đẳng hướng cao hành trạng khác thường, hấp dẫn, và có tiềm năng liên quan đến công
nghệ. Có nhiều ứng cử viên cho việc nghiên cứu như các polymer, micell, vi nhũ tương và các
2
o| © hiepkhachquay

chất có tầm quan trọng sinh học, như ADN và màng tế bào. Mặc dù tất cả chúng đều rất hấp
dẫn, nhưng bài giới thiệu này chỉ tập trung vào các tinh thể lỏng.
Tinh thể lỏng gồm các phân tử hữu cơ kích cỡ vừa phải có xu hướng kéo thon dài,
như một điếu xì gà. Ở nhiệt độ cao, các phân tử sẽ định hướng tùy tiện, như biểu diễn trong
hình bên dưới, hình thành nên một chất lỏng đẳng hướng. Do hình dạng thon dài của chúng,
nên dưới những điều kiện thích hợp, các phân tử biểu hiện trật tự định hướng sao cho tất cả

các trục thẳng hàng và hình thành nên cái gọi là tinh thể lỏng nematic. Các phân tử vẫn có thể
chuyển động ra xung quanh trong chất lỏng, nhưng sự định hướng của chúng vẫn như cũ.
Không chỉ trật tự định hướng có thể xuất hiện, mà một trật tự về vị trí cũng có thể. Tinh thể
lỏng biểu hiện một số trật tự về vị trí được gọi là tinh thể lỏng smectic. Trong smectic, khối
tâm phân tử sắp xếp thành lớp và chuyển động chủ yếu bị hạn chế bên trong các lớp.



Đẳng hướng
Nematic
Smectic
Pha tinh thể lỏng nematic là pha quan trọng nhất đối với các ứng dụng. Trong pha
nematic, toàn bộ các phân tử sắp hàng gần như song song nhau. Tại mỗi điểm, có thể định
nghĩa một vector đơn vị, song song với hướng trung bình của trục dài của các phân tử trong
vùng lân cận. Vector này, gọi là vector đường chuẩn, không phải là hằng số trong toàn bộ môi
trường, mà là hàm của không gian.
Hình bên dưới biểu diễn cấu trúc phân tử của một phân tử tinh thể lỏng kiểu que tiêu
biểu. Nó gồm hai hoặc nhiều hệ vòng nối với nhau bằng một nhóm liên kết ở giữa.



Hình dạng tiêu biểu của một phân tử tinh thể lỏng

© hiepkhachquay | Chuyên đề Tinh thể lỏng
3

Sự có mặt của các vòng mang lại các lực phân tử tầm ngắn cần thiết để hình thành pha
nematic, nhưng còn ảnh hưởng đến các tính chất điện và đàn hồi. Tính ổn định hóa học của
tinh thể lỏng, tính cản trở của chúng với độ ẩm hoặc bức xạ cực tím chẳng hạn, phụ thuộc
mạnh vào nhóm liên kết ở giữa. Các hợp chất có liên kết đơn ở giữa nằm trong số những chất

bền nhất. Tại một phía của các vòng có một chuỗi bên dài ảnh hưởng mạnh đến hằng số đàn
hồi và nhiệt độ chuyển tiếp của các pha tinh thể lỏng. Tại đầu kia, một nhóm gốc gắn vào, xác
định hằng số điện môi và tính bất dị hướng của nó. Một vài thí dụ về các phân tử biểu hiện
một pha tinh thể lỏng được cho bên dưới.


MBBA




MHPOBC


Ngoài các thí dụ đơn giản này, còn có những cách sắp xếp phức tạp hơn, làm phát sinh
nhiều loại tinh thể lỏng khác. Các phân tử thuận một bên, các phân tử không có đối xứng
gương, có thể phát triển thành các chuỗi xoắn chứa các pha tinh thể lỏng cholesteric. Trong
các tinh thể lỏng chứa sắt hoặc không chứa sắt, các lớp smectic có một sự phân cực vĩnh cửu
không đổi hoặc biến thiên giữa các lớp liên tiếp. Ngoài các phân tử kiểu que, còn có các tinh
thể lỏng hình dạng tiên tiến hơn như tinh thể lỏng hình đĩa hoặc hình quả chuối có thể hình
thành nên những loại trật tự khác. Tinh thể lỏng hình đĩa có thể chất đống thành một pha dạng
cột, hình bên dưới minh họa khả năng sắp xếp các tinh thể lỏng hình quả chuối.

4
o| © hiepkhachquay


Tinh thể lỏng hình đĩa





Tinh thể lỏng hình quả chuối

Thí dụ về các phân tử phát triển thành các pha tinh thể lỏng hình đĩa và hình quả chuối
được cho dưới đây.



Phân tử tinh thể lỏng hình đĩa

© hiepkhachquay | Chuyên đề Tinh thể lỏng
5



Phân tử tinh thể lỏng hình quả chuối
Một loại phân tử tinh thể lỏng có thể biểu hiện nhiều pha tinh thể lỏng khác nhau. Pha
trong đó một tinh thể lỏng nguyên chất (với chỉ một loại phân tử) tồn tại phụ thuộc vào nhiệt
độ. Tinh thể lỏng nguyên chất, hoặc hỗn hợp của chúng, trong đó pha được điều khiển bởi
nhiệt độ, được gọi là tinh thể lỏng hướng nhiệt. Chuyển động Brown của các phân tử tăng lên
theo nhiệt độ, làm giảm sự trật tự trong chất liệu. Ở nhiệt độ cao, trật tự định hướng bị mất và
chất liệu biến đổi sang pha đẳng hướng. Khi giảm nhiệt độ, chất biến đổi sang pha nematic.
Nhiệt độ tại đó sự chuyển pha xảy ra, đặc trưng đối với từng chất, và được gọi là nhiệt độ
chuyển pha nematic-đẳng hướng hay điểm lọc. Bằng cách hạ thêm nhiệt độ, pha đó có thể
biến đổi sang pha smectic A, smectic C và cuối cùng là trạng thái rắn. Mỗi sự chuyển pha xảy
ra tại một nhiệt độ nhất định, nhưng phụ thuộc vào chất liệu, các pha khác nữa có thể xuất
hiện hoặc một số có thể bị thiếu.
Ngoài tinh thể lỏng hướng nhiệt, còn có một họ tinh thể lỏng khác gọi là lyotropic.
Đây là hỗn hợp các phân tử kiểu que trong một dung môi đẳng hướng và nồng độ dung dịch là

nguyên nhân chính cho sự xuất hiện pha. Tinh thể lỏng lyotropic chủ yếu hấp dẫn trong các
ứng dụng sinh học và biểu hiện một số lượng lớn pha khác nhau.
Trật tự của các phân tử tinh thể lỏng có lẽ trông thật lạ, nhưng trong môi trường hàng
ngày của chúng ta, các sắp xếp quen thuộc có nhiều tương đồng với chúng. Hãy xem phần ảnh
phụ lục ở cuối tập sách này.
Tại sao tinh thể lỏng hấp dẫn như vậy ?

Môi trường tinh thể lỏng nematic có đối xứng một trục, nghĩa là trong một môi trường
tinh thể lỏng đồng nhất, chuyển động quay xung quanh một hướng không gây ra sự biến đổi
nào. Khối trật tự có ảnh hưởng rõ lên cách thức ánh sáng và điện trường hành xử trong chất
liệu. Tính dị hướng một trục mang lại các thông số điện và quang khác nhau nếu xét dọc theo
vector đường chuẩn hoặc trong một mặt phẳng vuông góc với nó. Điều này mang lại những
tiềm năng công nghệ hấp dẫn. Hai hiện tượng lạ được trình bày sau đây: sự định hướng lại của
các phân tử trong điện trường và sự lưỡng chiết quang của các phân tử.
Sự định hướng lại của các phân tử trong điện trường

Là kết quả của tính dị hướng một trục, điện trường chịu một hằng số điện môi khác
nhau khi dao động theo hướng song song hoặc vuông góc với vector đường chuẩn. Sự khác
6
o| © hiepkhachquay

biệt đó gọi là tính dị hướng điện môi. Nếu hằng số điện môi dọc theo vector đường chuẩn lớn
hơn theo hướng vuông góc với nó, thì người ta nói nó có tính dị hướng dương.
Do tính dị hướng, độ dịch lưỡng cực và mômen lưỡng cực cảm ứng không song song
với điện trường, trừ khi vector đường chuẩn song song hoặc vuông góc với điện trường. Kết
quả là một mômen quay tác dụng lên vector đường chuẩn. Đối với các chất có tính dị hướng
dương, vector đường chuẩn ưa sắp hàng song song với điện trường. Tinh thể lỏng có tính dị
hướng âm thì có xu hướng tự định hướng chúng vuông góc với điện trường.
Tác dụng của điện trường lên một môi trường tinh thể lỏng có tính dị hướng dương
được minh họa trong hình bên dưới. Ban đầu, sự định hướng hầu như nằm ngang. Khi một

điện trường với hướng dọc theo mũi tên màu xanh được đặt vào, thì một mômen quay (biểu
diễn màu xanh lá cây) phát sinh từ tính dị hướng điện môi, tác dụng lên phân tử. Mômen quay
có xu hướng sắp phân tử song song với điện trường. Khi cường độ điện trường tăng lên, phân
tử sẽ định hướng lại song song với trường.


Định hướng bình thường
Tình huống trong điện trường



Kết quả trong điện trường
Kết quả trong điện trường mạnh
Tầm quan trọng kĩ thuật của sự định hướng lại thật rõ ràng: nó mang lại một môi
trường có thể bật mở dễ dàng bằng cách làm biến thiên điện trường đặt vào trong môi trường
tinh thể lỏng. Trong đa số các ứng dụng, tinh thể lỏng thường nằm trong một lớp mỏng giữa
hai bề mặt thủy tinh. Để phát ra điện trường, các lớp điện cực mỏng được cho lắng lên đáy
và/hoặc trên bề mặt thủy tinh. Đối với các dụng cụ quang, người ta sử dụng các điện cực trong
suốt, chế tạo từ indium thiếc oxide (ITO). Nếu điện trường sinh ra đủ mạnh, thì các phân tử sẽ
định hướng lại theo hướng của nó.
© hiepkhachquay | Chuyên đề Tinh thể lỏng
7

Lưỡng chiết quang
Ứng dụng của tinh thể lỏng hầu như luôn có liên quan đến quang học. Sóng quang học
cũng liên quan đến điện trường, nhưng tần số cao hơn nhiều so với tần số của điện trường phát
sinh bởi điện áp đặt vào. Do đó, hằng số điện môi, phát sinh từ phản ứng điện tử của các phân
tử với trường ngoài đặt vào, khác đi. Để phân biệt, đối với sóng quang người ta sử dụng khái
niệm chiết suất thay cho hằng số điện môi.
Sóng quang học cũng có thể làm định hướng lại đường chuẩn tinh thể lỏng theo kiểu

tương tự như điện trường đặt vào. Trong màn hiển thị, điều này có thể bỏ qua, vì cả tính dị
hướng điện môi và cường độ của trường quang học thông thường nhỏ hơn nhiều so với trong
trường hợp tĩnh. Do đó, sự truyền quang học chủ yếu độc lập với các tính toán đường chuẩn.
Để tìm hiểu ảnh hưởng của sự lưỡng chiết lên sự truyền ánh sáng qua một tinh thể
lỏng, ánh sáng phải được biểu diễn bằng một điện trường. Điện trường này được mô tả bằng
một vector sóng tại mỗi điểm. Tại một thời điểm và vị trí nhất định, hướng và độ dài của
vector này tương ứng với hướng và độ lớn của điện trường. Đối với một sóng phẳng truyền
theo một hướng nhất định, vector điện trường trong một môi trường đẳng hướng vẽ nên một
elip trong mặt phẳng vuông góc với hướng truyền. Elip này biểu diễn cho sự phân cực của ánh
sáng. Một số trường hợp đặc biệt là phân cực thẳng và phân cực tròn trong đó elip này bị biến
dạng một thành một đường thẳng hoặc một vòng tròn hoàn hảo. Nói chung, mỗi trạng thái
phân cực hình elip có thể tách ra là sự chồng chất của hai sự phân cực thẳng theo hai trục
vuông góc. Trong một môi trường đẳng hướng, cả hai sự phân cực thẳng chuyển động với
cùng tốc độ. Tốc độ của sóng được xác định bởi chiết suất của môi trường.



Sự truyền ánh sáng trong môi trường đẳng hướng

Đối với môi trường tinh thể lỏng một trục, điện trường cảm thấy một chiết suất khác
nhau khi nó dao động trong mặt phẳng vuông góc với đường chuẩn hoặc dọc theo đường
chuẩn. Tính dị hướng một trục này của chiết suất được gọi là lưỡng chiết. Lưỡng chiết cho
phép thao tác với sự phân cực của ánh sáng truyền qua môi trường.
Trạng thái phân cực elip của ánh sáng đi vào một môi trường tinh thể lỏng phải tách ra
thành hai trạng thái phân cực thẳng gọi là mode thường và mode bất thường. Theo hai hướng
8
o| © hiepkhachquay

này, hai mode phân cực thẳng cảm thấy một chiết suất khác nhau. Vì thế, chúng truyền qua
tinh thể lỏng với tốc độ khác nhau như minh họa trong hình bên dưới.



Sự truyền ánh sáng trong môi trường lưỡng chiết
Trong môi trường đẳng hướng, hai phần đó truyền qua với cùng tốc độ. Kết hợp chúng
trở lại với nhau sẽ mang lại trạng thái phân cực elip như ban đầu. Trong môi trường lưỡng
chiết, tốc độ khác nhau của sóng thường và sóng bất thường mang lại một sự lệch pha giữa hai
mode (= trễ pha). Tại đầu cuối của môi trường, sự lệch pha này giữa hai dao động sẽ mang lại
một elip phân cực khác.
Lưỡng chiết biến đổi
Để quan sát tác động của lưỡng chiết, phải sử dụng ánh sáng phân cực. Đa số nguồn
sáng như bóng đèn hoặc đèn huỳnh quang phát ra ánh sáng không phân cực. Các ứng dụng
quang học thường yêu cầu ánh sáng phân cực với hướng dao động đã biết của ánh sáng. Để
thu được ánh sáng phân cực, có thể sử dụng các nguồn sáng bình thường kết hợp các bộ lọc
phân cực.
Kính phân cực là một loại lớp lưỡng chiết đặc biệt. Sóng thường truyền mà không bị
biến đổi qua môi trường, trong khi sóng bất thường bị hấp thụ trong môi trường. Một sóng
phân cực bất kì đi vào một môi trường như vậy sẽ mang lại một sóng phân cực thẳng ở phía
sau môi trường. Trong hình bên dưới, tác dụng của kính phân cực được minh họa đối với hai
định hướng khác nhau của hướng hấp thụ.


Kính phân cực với trục truyền qua thẳng đứng

© hiepkhachquay | Chuyên đề Tinh thể lỏng
9


Kính phân cực với trục truyền qua nằm ngang

Nếu sử dụng hai kính phân cực có hướng hấp thụ trực giao, thì toàn bộ ánh sáng phát

ra bởi nguồn sáng bị hấp thụ hết. Đây thường được gọi là bộ kính phân cực trực giao.



Bộ kính phân cực trực giao

Lưỡng chiết quan trọng đối với việc biến đổi và điều khiển trạng thái phân cực của ánh
sáng truyền qua môi trường. Một lớp tinh thể lỏng chèn giữa hai kính phân cực trực giao có
thể làm thay đổi sự phân cực ánh sáng truyền qua, mang lại sự truyền ánh sáng sau bộ kính
phân cực trực giao.



Một lớp tinh thể lỏng giữa hai kính phân cực trực giao

Vì đường chuẩn có thể điều khiển bằng điện trường, nên tinh thể lỏng là một môi
trường lưỡng chiết có thể điều khiển được. Do đó, trạng thái phân cực của ánh sáng phía sau
lớp tinh thể lỏng có thể biến đổi và từ đó cường độ sáng truyền qua bộ kính phân cực trực giao
được điều chỉnh cho phù hợp.


10
o| © hiepkhachquay

Chọn hướng ưu tiên của các phân tử
Trong bình thủy tinh, một tinh thể lỏng trông như một chất lỏng dạng sữa mở đục. Sự
biến thiên ngẫu nhiên của đường chuẩn trong chất ở cấp độ micromet là nguyên nhân chính
gây ra sự tán xạ ánh sáng.
Trong các ứng dụng, điều quan trọng là thu được một vùng không có khiếm khuyết
với một phân bố đường chuẩn đã biết. Vì thế, tinh thể lỏng thường được xử lí trong những lớp

mỏng giữa hai chất. Việc điều khiển đường chuẩn tại bề mặt cho phép những sự định hướng
đường chuẩn phong phú như minh họa bên dưới. Hướng cố định của đường chuẩn bề mặt
buộc đường chuẩn trong khối chất tuân theo hướng này. Hai loại sắp hàng được sử dụng phổ
biến là sắp hàng phẳng và sắp hàng rào đứng. Trong sắp hàng phẳng, đường chuẩn mặt định
hướng song song với bề mặt, trong sắp hàng rào thẳng đứng nó định hướng vuông góc với bề
mặt.



Sắp hàng phẳng
Sắp hàng rào đứng
Sắp hàng do ma sát
Một quá trình đơn giản khác và được sử dụng rộng rãi để thu được sự sắp hàng phẳng
là cọ xát. Một lớp polymer (ví dụ polyimide, nylon hoặc polyvinylalcohol) được cho lắng trên
một bề mặt và cọ xát với một miếng thấm mềm. Tinh thể lỏng lắng trên bề mặt polymer cọ xát
sẽ biểu hiện một đường chuẩn mặt song song với hướng cọ xát. Người ta có thể nói rằng các
rãnh vi mô tạo ra trong bề mặt sắp thành đường chuẩn. Hướng ma sát và đường chuẩn bề mặt
thu được được biểu diễn dưới đây.



Sắp hàng theo hướng cọ xát
© hiepkhachquay | Chuyên đề Tinh thể lỏng
11

Sự sắp thẳng hàng với bề mặt không hoản hảo, có một góc nhỏ 1 hoặc 2 độ giữa bề
mặt và đường chuẩn phân tử gọi là góc nghiêng trước. Góc nghiêng trước phụ thuộc vào
cường độ chà xát.




Nghiêng do quá trình cọ xát
Tinh thể lỏng thường dùng trong các lớp mỏng nằm giữa hai chất thủy tinh đặt song
song. Khoảng cách, giữa chất bên trên và bên dưới trong tế bào tinh thể lỏng thường biến
thiên từ 1 đến 100 µm, tùy thuộc vào loại tinh thể lỏng sử dụng và ứng dụng dự kiến. Hai chất
được giữ song song ở một khoảng cách không đổi bằng các miếng đệm: các quả cầu hoặc que
vi mô cấu tạo từ polymer hoặc thủy tinh. Các miếng đệm trộn lẫn trong chất keo giữ hai chất
nền lại với nhau và nếu cần thiết còn phân tán trên toàn bộ bề mặt chất nền bằng cách quay
tròn.
Hình bên dưới thể hiện ba thí dụ của các lớp tinh thể lỏng kẹp giữa hai chất nền. Trên
các bề mặt tiếp xúc với tinh thể lỏng, người ta cho lắng các lớp sắp thẳng hàng do ma sát.
Trong hình bên trái, các lớp sắp thẳng hàng của cả hai bề mặt bị cọ xát theo cùng một hướng.
Đây gọi là tế bào Π hay tế boa xòe. Sự phân bố đường chuẩn thu được không đồng đều và
biểu hiện một sự méo dạng xòe ra.



Tế bào xòe
Đối song do cọ xát
Nematic xoắn
Một phân bố đường chuẩn đồng đều thu được khi chất nền bên trên và bên dưới được
cọ xát theo hướng ngược nhau như minh họa trong hình ở giữa. Góc 90 độ giữa sự cọ xát ở
chất nền bên trên và bên dưới mang lại một biến thể thẳng của góc xoắn theo pháp tuyến bề
mặt. Đây được xem là tế bào nematic xoắn.
Tính mẫu đường chuẩn trong môi trường tinh thể lỏng
Môi trường tinh thể lỏng thích có một phân bố đường chuẩn đồng đều. Một sự biến đổi
của đường chuẩn trong không gian làm cảm ứng một sự tăng năng lượng tự do. Theo lí thuyết
12
o| © hiepkhachquay


đàn hồi đối với tinh thể lỏng, năng lượng đàn hồi liên hệ với độ biến thiên của đường chuẩn
„n‟ trong không gian có thể viết là
2 2 2
11 22 33
1

2
dh
f k n k n n k n n

     


    

với ba hệ số đàn hồi k
11
, k
22
và k
33
. Phương trình này gọi là năng lượng biến dạng Oseen-
Frank. Ba số hạng trong phương trình liên hệ tương ứng với sự biến dạng do xòe, xoắn và uổn
cong như minh họa trong hình dưới đây. Các biến dạng chung là hỗn hợp của ba kiểu này.


Các phép tính phân bố đường chuẩn cân bằng liên quan đến việc giảm tối thiểu tổng
năng lượng tự do của thể tích đó. Tổng năng lượng của tinh thể lỏng gồm ba thành phần: mật
độ năng lượng đàn hồi (như mô tả ở trên), năng lượng tiếp xúc
   

22
1

2
tx a a p p
f W n n W n n




   

liên quan đến sự sắp thẳng hàng của đường chuẩn tại bề mặt của vùng thể tích xem xét và mật
độ năng lượng điện
0
1
2
d
f E E





liên quan đến tương tác của điện trường đặt vào và đường chuẩn của phân tử tinh thể lỏng.
Làm thế nào chúng ta có thể chế tạo một màn hiển thị với tinh thể lỏng ?
Tất cả những đặc tính hấp dẫn giải thích trong các phần trước khiến cho tinh thể lỏng
thật cuốn hút cho khoa học tìm kiếm những ứng dụng hữu ích. Một ứng dụng nổi tiếng của
tinh thể lỏng là màn hiển thị tinh thể lỏng có mặt khắp nơi, ngày nay cấu thành một nền công
nghiệp toàn cẩu hàng tỉ đô la. Toàn bộ các thành phần cần thiết cho việc chế tạo Màn Hiển thị

Tinh thể Lỏng (LCD) được xem xét và phần này sẽ chú yếu giải thích cách thức LCD hoạt
động.


© hiepkhachquay | Chuyên đề Tinh thể lỏng
13

Cấu trúc của màn hiển thị tinh thể lỏng
Hình dưới làn giản đồ của một LCD. Màn hiển thị gồm một lớp tinh thể lỏng mỏng (bề
dày ± 5 µm) kẹp giữa hai chất nền thủy tinh. Để điều khiển sự định hướng lại của đường
chuẩn, người ta cho lắng các điện cực trong suốt trên chất nền thủy tinh (màu trắng và đỏ).
Trong hình, người ta sử dụng cái gọi là ma trận thụ động. Trên chất nền phía trên và phía
dưới, các điện cực hàng và cột được cho lắng theo thứ tự. Sự chồng lấn giữa một điện cực cột
và một điện cực hàng hình thành nên một ảnh điểm (=nguyên tố ảnh) của màn hiển thị. Trong
thí dụ đơn giản này, 1 điện cực hàng được sử dụng kết hợp với 2 điện cực cột. Kết hợp này
cho chúng ta một màn hiển thị hai ảnh điểm.
Điện cực cột bên trái ở cùng mức điện thế
như điện cực hàng. Với điện cực cột bên phải (màu
đỏ), người ta đặt vào một điện áp khác. Theo cách
này, điện trường phát sinh trong ảnh điểm bên phải
định hướng vuông góc với các mặt thủy tinh.
Trên hình, người ta có thể thấy hướng ma sát
của các lớp sắp thẳng hàng (màu xanh lá) trên chất
nền phía trên và phía dưới được chọn vuông góc với
nhau. Do sự chọn lựa này, đường chuẩn trong ảnh
điểm bên trái thực hiện một bước xoay chuyển 90
o

đều đặn từ phía dưới lên trên. Vì thế, loại LCD được
gọi là „LCD nematic xoắn‟ (TN-LCD). Nếu đặt một

điện áp vào điện cực, thì đường chuẩn định hướng lại
trở nên vuông góc với các mặt (ảnh điểm bên phải).
Để điều khiển cường độ của ánh sáng truyền
qua, toàn bộ các lớp được kẹp giữa bộ kính phân cực
trực giao (màu vàng). Nếu ánh sáng chưa phân cực đi
vào cấu trúc từ phía dưới lên, thì ánh sáng trở thành
phân cực thẳng tại kính phân cực phía dưới. Ánh
sáng đi vào lớp tinh thể lỏng với hướng phân cực
song song với đường chuẩn bên dưới. Người ta có
thể chứng minh rằng nếu bề dày của lớp đó và các
thông số tinh thể lỏng được chọn lựa thích hợp, thì
sự phân cực thẳng của ánh sáng đi vào đại khái sẽ tuân theo chuyển động quay của đường
chuẩn (= chế độ Mauguin). Kết quả là ánh sáng truyền qua bộ phân cực phía trên và ảnh điểm
ở trạng thái sáng của nó.
Nếu chúng ta đặt một điện áp giữa hai lớp điện cực, thì đường chuẩn tinh thể lỏng định
hướng lại và sự phân cực của ánh sáng sẽ không còn quay qua lớp tinh thể lỏng. Kết quả là
ánh sáng bị hấp thụ tại bộ phân cực (= bộ phân tích) phía trên và ảnh điểm trở thành tối.
14
o| © hiepkhachquay

Thêm các bộ lọc màu thích hợp tạo ra một màn hiển thị màu hoàn toàn đầy đủ như sử
dụng trong nhiều màn hiển thị tinh thể lỏng ngày nay. Mỗi ảnh điểm ở vào vòng biến đổi của
nó chia nhỏ thành ba ảnh điểm nhằm điều khiển tương ứng các thành phần đỏ, lục và lam của
ánh sáng.
Tất nhiên đây chỉ là một trong các khả năng chế tạo LCD. Nhiều cấu hình khác hiện
có sử dụng các loại tinh thể lỏng khác, các định hướng phân tử khác hoặc những cách khác
chuyển mạch các phân tử. Loại thông dụng nhất là „LCD nematic siêu xoắn‟ (với sự quay
đường chuẩn trong lớp đó > 90
o
) và „LCD đảo mạch đồng phẳng‟ (các phân tử quay song

song với mặt thủy tinh do một điện trường nằm ngang).
Ứng dụng của tinh thể lỏng
Ban đầu, LCD được sử dụng trong máy tính bỏ túi hoặc đồng hồ đeo tay kĩ thuật số và
chỉ có một vài ảnh điểm đen trắng. Ngày nay, LCD có mặt khắp nơi trong mọi loại ứng dụng
như màn hình phẳng cho ứng dụng desktop và laptop, điện thoại di động, máy chiếu… Một
vài ví dụ các thiết bị sử dụng công nghệ LCD minh họa trong hình dưới đây.


Các ứng dụng hấp dẫn khác ?
Tất nhiên, tinh thể lỏng không chỉ có các ứng dụng hiển thị. Các nhà nghiên cứu còn
nghiên cứu những ứng dụng mới và kì lạ hơn của tinh thể. Sử dụng của các tính chất phi tuyến
của các môi trường tinh thể lỏng (các thông số chất liệu không chỉ phụ thuộc hướng, mà còn
© hiepkhachquay | Chuyên đề Tinh thể lỏng
15

phụ thuộc cường độ của ánh sáng đi vào và bước sóng), người ta đã thử đi tìm những ứng
dụng mới. Ví dụ:

Sự truyền sóng soliton trong tinh thể lỏng
Một chùm laser cường độ cao chiếu vào một tinh thể lỏng có thể tạo ra một sự định hướng
cục bộ của các phân tử dẫn hướng. Theo cách này, ánh sáng tạo ra sóng mang riêng của nó
và ánh sáng laser sẽ không nhiễu xạ mà vẫn giới hạn trong một chùm hẹp. Ứng dụng
soliton có thể dẫn đến một sóng mang tinh thể lỏng có thể xử lí để chuyển mạch ánh sáng
giữa một vài sợi quang.



Sợi quang tinh thể lỏng rỗng ruột
Sợi quang rỗng ruột tỏ ra có công dụng của nó. Nếu chúng ta đổ đầy tinh thể lỏng vào
chúng thì làm cho chúng có thể mang lại hành trạng hấp dẫn có thể điều khiển cho các

sợi quang.

Màn hiển thị tinh thể lỏng quang điều khiển
Trong màn hiển thị tinh thể lỏng quang xử lí, điện trường mạnh của bước sóng không
nhìn thấy với cường độ cao được sử dụng để chuyển đảo các phân tử thay cho một
điện áp ngoài đặt vào.

Pin Mặt trời tinh thể lỏng
Một ứng dụng mới và đầy hứa hẹn sử dụng tinh thể lỏng là chất bán dẫn tinh thể lỏng.
Tinh thể lỏng là các phân tử hữu cơ tương tự như polymer. Trong các polymer chứa
các hệ liên hợp (xen kẽ các liên kết đơn và liên kết đôi), sự tạo thành liên kết pi cao
hơn hoặc thấp hơn đưa đến sự tạo thành một dải khe giống như các chất bán dẫn. Việc
sử dụng một tinh thể lỏng như vậy trong một thiết bị tương tự như tế bào Grätzel có
thể đưa đến những loại pin Mặt trời mới.

16
o| © hiepkhachquay

Các sách viết về Tinh thể lỏng:

P.J. Collings, "Liquid Crystals, Nature's Delicate Phase of Matter", IOP Publishing
Ltd., England, 1990.

E.B. Priestley, P. Wojtowicz, P. Sheng, "Introduction to Liquid Crystals", Plenium
Press, New York, 2
e
edition, 1979

P.G. de Gennes, J. Prost, "The Physics of Liquid Crystals", Oxford Science
Publications, second edition, Clarendon press Oxford, 1993


S. Elston and J. R. Sambles, "The Optics of Thermotropic Liquid Crystals", Taylor &
Francis Ltd, London, 1998.

I C. Khoo, "Liquid Crystals : Physical Properties and Nonlinear Optical
Phenomena", Wiley-Interscience Publication, John Wiley & Sonc inc., 1995

P. Yeh, C. Gu, "Optics of Liquid Crystal Displays", Wiley-Interscience Publication,
John Wiley & Sonc inc., 1999

E. Leuder, "Liquid Crystal Displays: addressing schemes and electro-optical effects",
John Wiley & Sonc inc., 2001

L. M. Blinov and V.G. Chigrinov, "Electrooptic Effects in Liquid Crystal Materials,
Partially Ordered Systems", Springer-Verlag, New York, 1996.


© hiepkhachquay | Chuyên đề Tinh thể lỏng
17

Tinh thể lỏng – trạng thái kì diệu của vật chất
Nghiên cứu tinh thể lỏng bắt đầu năm 1888 khi một nhà thực vật học người Áo tên là
Friedrich Reinitzer quan sát thấy một chất gọi là cholesteryl benzoate có hai điểm tan chảy
riêng biệt. Trong các thí nghiệm của ông, Reinitzer làm tăng nhiệt độ của mẫu chất rắn và
quan sát tinh thể đó biến đổi thành một chất lỏng mờ đục. Khi ông tăng nhiệt độ lên nữa, chất
liệu một lần nữa biến đổi thành một chất lỏng trong suốt, rõ ràng. Vì công trình nghiên cứu sơ
khai này, Reinitzer thường được ghi nhận đã khám phá ra một pha mới của vật chất – pha tinh
thể lỏng.
Các chất tinh thể lỏng là độc nhất vô nhị ở các tính chất và công dụng của chúng. Khi
nghiên cứu về lĩnh vực này tiếp tục và khi các ứng dụng mới được phát triển, tinh thể lỏng vẫn

giữ vai trò quan trọng trong công nghệ hiện đại. Bài viết này cung cấp một sự giới thiệu về cơ
sở khoa học và các ứng dụng của các chất liệu này.
Tinh thể lỏng là gì ?
Các chất tinh thể lỏng nói chung có một vài đặc tính chung. Trong số này là một cấu
trúc phân tử kiểu que, tính cứng của trục dài, và các lưỡng cực mạnh và/hoặc các thuộc tính
dễ phân cực.
Đặc điểm nổi bật của trạng thái kết tinh lỏng là khuynh hướng của các phân tử
(mesogen) hướng theo một trục chung, gọi là đường chuẩn. Tính chất này trái với các phân tử
ở pha lỏng, chúng không có một trật tự nội tại nào. Ở trạng thái rắn, các phân tử có trật tự cao
và có ít sự tự do tịnh tiến. Trật tự định hướng đặc trưng của trạng thái tinh thể lỏng nằm giữa
pha rắn và pha lỏng thông thường và đây là nguồn gốc của tên gọi trạng thái mesogenic, được
dùng đồng nghĩa với trạng thái tinh thể lỏng. Chú ý sự sắp hàng trung bình của các phân tử
trong từng pha trong biểu đồ sau.

Đôi khi, thật khó xác định một chất là ở trạng thái tinh thể hay ở trạng thái tinh thể
lỏng. Các chất kết tinh biểu hiện trật tự tuần hoàn phạm vi lớn trong ba chiều kích thước.
Theo định nghĩa, chất lỏng đẳng hướng không có trật tự định hướng nào. Các chất không có
trật tự như chất rắn, nhưng có một sự sắp hàng nào đó được gọi là hợp thức là tinh thể lỏng.
18
o| © hiepkhachquay


Để định lượng mức độ trật tự có mặt trong một chất, người ta định nghĩa một thông số
trật tự (S). Thông thường, thông số trật tự được cho như sau:
2
1
3cos 1
2
S




trong đó  là góc giữa đường chuẩn và trục dài của từng phân tử. Kí hiệu dấu ngoặc là lấy
trung bình của tất cả các phân tử trong vật. Trong chất lỏng đẳng hướng, trị trung bình của các
số hạng cosin là bằng 0, và do đó thông số trật tự cũng bằng 0. Đối với một tinh thể hoàn hảo,
thông số trật tự gán bằng 1. Giá trị tiêu biểu cho thông số trật tự của một tinh thể lỏng biến
thiên trong khoảng 0,3 đến 0,9, với giá trị chính xác là một hàm của nhiệt độ, là kết quả của
chuyển động động học phân tử. Hàm này được minh họa dưới đây đối với một chất tinh thể
lỏng nematic (sẽ trình bày trong phần tiếp theo).

Khuynh hướng của các phân tử tinh thể lỏng hướng theo đường chuẩn đưa đến một
tinh thế gọi là tính dị hướng. Thuật ngữ này nghĩa là các tính chất của chất phụ thuộc vào
hướng mà chúng được đo. Ví dụ, người ta dễ cắt một khối gỗ dọc theo thớ của nó hơn là cắt
ngang qua thớ. Bản chất dị hướng của tinh thể lỏng là nguyên nhân gây ra những tính chất
quang độc nhất vô nhị đã được khai thác bởi các nhà khoa học và kĩ sư trong nhiều ứng dụng
đa dạng.
Mô tả đặc trưng các tinh thể lỏng
Các thông số sau đây mô tả cấu trúc tinh thể lỏng:
 Trật tự vị trí
 Trật tự định hướng
© hiepkhachquay | Chuyên đề Tinh thể lỏng
19

 Trật tự định hướng liên kết
Mỗi một thông số này mô tả phạm vi mà mẫu tinh thể lỏng có được sự trật tự. Trật tự
vị trí ám chỉ trường hợp một phân tử hoặc nhóm phân tử trung bình biểu hiện sự đối xứng tịnh
tiến (như chất kết tinh biểu hiện). Trật tự định hướng, như trình bày ở trên, biểu diễn một số
đo của khuynh hướng của các phân tử sắp thẳng hàng theo đường chuẩn trên cơ sở tầm rộng.
Trật tự định hướng liên kết mô tả một đường nối các tâm của các phân tử gần nhau nhất mà
không yêu cầu một khoảng cách đều đặn dọc theo đường đó. Như vậy, một trật tự tương đối

xa đối với các đường nối các khối tâm nhưng chỉ là trật tự vị trí gần dọc theo đường đó.
Đa số hợp chất tinh thể lỏng biểu hiện sự thù hình, hay một tình trạng trong đó có
nhiều hơn một pha được quan sát thấy ở trạng thái kết tinh lỏng. Thuật ngữ meso pha được sử
dụng để mô tả “pha con” của các chất tinh thể lỏng. Các meso pha hình thành bởi sự thay đổi
lượng trật tự trong chất, hoặc bằng cách áp đặt trật tự trong chỉ một hoặc hai chiều, hoặc bằng
cách cho phép các phân tử có một mức độ chuyển động tịnh tiến. Phần sau đây mô tả các
meso pha của tinh thể lỏng một cách cụ thể hơn.
Các pha tinh thể lỏng
Trạng thái tinh thể lỏng là một pha riêng biệt của vật chất quan sát thấy giữa trạng thái
kết tinh (rắn) và trạng thái đẳng hướng (lỏng). Có nhiều loại trạng thái tinh thể lỏng, tùy thuộc
vào lượng trật tự ở trong chất. Phần này sẽ giải thích hành trạng pha của các chất tinh thể
lỏng.
Pha nematic
Pha tinh thể lỏng nematic được đặc trưng bởi các phân tử không có trật tự vị trí nhưng
có xu hướng hướng theo một hướng (dọc theo đường chuẩn). Trong giản đồ bên dưới, hãy chú
ý là các phân tử hướng thẳng đứng nhưng không sắp xếp với một trật tự đặc biệt nào cả.

Tinh thể lỏng là các chất dị hướng, và các tính chất vật lí của hệ biến thiên theo sự sắp
thẳng hàng trung bình với đường chuẩn. Nếu sự sắp thẳng hàng là lớn, thì chất đó rất dị
hướng. Tương tự, nếu sự sắp thẳng hàng là nhỏ, thì chất hầu như đẳng hướng.
Một họ đặc biệt của các tinh thể lỏng nematic gọi là nematic thuận một bên. Sự thuận
một bên ý nói đến khả năng độc đáo là phản xạ có chọn lọc một thành phần của ánh sáng phân
cực tròn. Thuật ngữ nematic thuận một bên được sử dụng thay thế bởi cholesteric. Xem phần
tinh thể lỏng cholesteric để có thêm thông tin về meso pha này.
20
o| © hiepkhachquay

Pha smectic
Tên gọi “smectic” xuất xứ từ tiếng Hi Lạp gọi xà phòng. Nguồn gốc xuất xứ có vẻ mơ
hồ này được giải thích bởi thực tế thì chất liệu dày, trơn thường tìm thấy dưới đáy đĩa xà

phòng thật ra là một loại tinh thể lỏng smectic.
Trạng thái smectic là một meso pha riêng biệt khác của các chất tinh thể lỏng. Các
phân tử trong pha này biểu hiện một mức độ trật tự tịnh tiến không có mặt ở pha nematic.
Trong trạng thái smectic, các phân tử vẫn duy trì sự trật tự định hướng chung của nematic,
nhưng đồng thời còn có xu hướng tự sắp thẳng hàng chúng theo các lớp hay mặt phẳng.
Chuyển động bị hạn chế bên trong các mặt phẳng này, và các mặt phẳng tách rời được quan
sát thấy chảy qua nhau. Trật tự tăng thêm có nghĩa là trạng thái smectic “giống chất rắn” hơn
trạng thái nematic.

Ảnh chụp một pha smectic
(bằng kính hiển vi phân cực)
Người ta đã quan sát thấy nhiều hợp chất hình thành nhiều hơn một pha smectic. Có
đến 12 biến thể này đã được nhận dạng, tuy nhiên chỉ các pha nổi bật nhất mới được trình bày
ở đây.
Trong meso pha smectic-A, đường chuẩn vuông góc với mặt phẳng smectic, và không
có một trật tự vị trí đặc biệt nào trong lớp. Tương tự, meso pha smectic-B định hướng hướng
với đường chuẩn vuông góc với mặt phẳng smectic, nhưng các phân tử sắp xếp thành một
mạng hình lục giác bên trong lớp. Trong meso pha smectic-C, các phân tử sắp xếp như ở meso
pha smectic-A, nhưng đường chuẩn nghiêng đi một góc không đổi đo theo phương pháp tuyến
với mặt phẳng smectic.



Hình vẽ pha smectic A

Ảnh chụp pha smectic A
(bằng kính hiển vi phân cực)

© hiepkhachquay | Chuyên đề Tinh thể lỏng
21





Hình vẽ pha smectic C

Ảnh chụp pha smectic C
(bằng kính hiển vi phân cực)
Như trong pha nematic, meso pha smectic-C có một trạng thái thuận một bên kí hiệu là
C*. Phù hợp với smectic-C, đường chuẩn tạo ra một góc nghiêng so với lớp smectic. Sự khác
biệt là góc này quay từ lớp này sang lớp kia hình thành nên một xoắn ốc. Nói cách khác,
đường chuẩn của meso pha smectic-C* không song song hay vuông góc với các lớp, và nó
quay từ lớp này sang lớp tiếp theo. Lưu ý sự xoắn của đường chuần, biểu diễn bằng các mũi
tên màu xanh, trong từng lớp trong giản đồ dưới đây.

Giản đồ minh họa pha smectic C* (hình trái), và một ảnh nhìn cùng pha đó, nhưng hướng theo trục (hình
phải).
Trong một số meso pha smectic, các phân tử bị ảnh hưởng bởi các lớp khác nhau bên
trên và bên dưới chúng. Do đó, một lượng nhỏ của trật tự ba chiều được quan sát thấy.
Smectic-G là một ví dụ chứng minh loại sắp xếp này.
Pha cholesteric
Pha tinh thể lỏng cholesteric (hay nematic thuận một bên) thường gồm các phân tử
nematic mesogenic chứa một tâm thuận một bên tạo ra các lực liên phân tử thiên về sự sắp
xếp giữa các phân tử ở một góc hơi nghiêng so với nhau. Điều này dẫn đến sự hình thành của
một cấu trúc có thể hình dung là một chồng gồm các lớp kiểu nematic 2D với đường chuẩn
trong từng lớp xoắn so với đường chuẩn lớp ở trên và ở dưới. trong cấu trúc này, các đường
chuẩn thật sự hình thành một kiểu xoắn ốc liên tục xung quanh pháp tuyến lớp như minh họa
bằng mũi tên màu đen trong hình bên dưới.
Một đặc điểm quan trọng của meso pha cholesteric là bước xoắn. Bước xoắn, p, được
định nghĩa là khoảng cách cần thiết cho đường chuẩn quay trọn một vòng theo hình xoắn ốc

như minh họa trong hình ở trên. Một sản phẩm phụ của cấu trúc xoắn ốc của pha nematic
thuận một bên là khả năng của nó phản xạ có chọn lọc ánh sáng có bước sóng bằng với bước
xoắn, cho nên một màu sẽ bị phản xạ khi bước xoắn bằng với bước sóng tương ứng của ánh
sáng trong phổ khả kiến. Hiệu ứng hoạt động trên cơ sở sự phụ thuộc nhiệt độ của sự biến đổi
đều trong định hướng đường chuẩn giữa các lớp liên tiếp (minh họa ở trên), làm biến đổi bước
xoắn mang lại sự thay đổi bước sóng của ánh sáng bị phản xạ theo nhiệt độ. Góc mà đường
22
o| © hiepkhachquay

chuẩn biến đổi có thể làm cho lớn hơn, và như vậy thu hẹp bước xoắn, bằng cách tăng nhiệt
độ của các phân tử, do đó cấp thêm cho chúng năng lượng nhiệt. Tương tự, việc giảm nhiệt độ
của các phân tử làm tăng bước xoắn của tinh thể lỏng nematic thuận một bên. Kết quả này
khiến cho người ta có thể chế tạo một nhiệt kế tinh thể lỏng thể hiện nhiệt độ của môi trường
của nó bằng màu sắc phản xạ. Hỗn hợp gồm các loại khác nhau của các tinh thể lỏng này
thường được sử dụng để chế tạo các bộ cảm biến với đa dạng phản ứng theo sự biến thiên
nhiệt độ. Các bộ cảm biến ấy được sử dụng cho các nhiệt kế thường ở dạng các màng mỏng
nhạy nhiệt để phát hiện chỗ hỏng trong các mối nối bo mạch điện, các mẫu dòng chảy chất
lỏng, tình trạng của pin, sự có mặt của bức xạ, hoặc trong các vật mới lạ như vòng “mood”.




Trong chế tạo các màng mỏng, vì việc đặt các tinh thể lỏng nematic thuận một bên
trực tiếp lên một nền đen sẽ dẫn đến sự giảm chất lượng và có lẽ còn nhiễm bẩn, nên các tinh
thể được vi kết nang thành các hạt kích thước rất nhỏ. Các hạt sau đó được xử lí với một chất
liên kết sẽ co lại dựa trên sự lưu hóa làm kéo phẳng các vi nang và tạo ra sự sắp thẳng hàng tốt
nhất cho màu sắc sáng hơn. Một ứng dụng của họ tinh thể lỏng nematic thuận một bên kém
nhạy với nhiệt độ hơn là chế tạo các chất liệu như vải vóc, búp bê, mực in và nước sơn.
Bước sóng của ánh sáng bị phản xạ còn có thể điều khiển bằng cách điều chỉnh thành
phần hóa học, vì cholesteric có thể gồm các phân tử thuận một bên riêng hoặc các phân tử

nematic với chất phụ gia thuận một bên trộn vào. Trong trường hợp này, nồng độ chất phụ gia
được sử dụng để điều chỉnh tính thuận một bên và từ đó là bước xoắn.

© hiepkhachquay | Chuyên đề Tinh thể lỏng
23

Pha cột

Tinh thể lỏng dạng cột khác với các loại trước vì chúng có hình dạng giống như những
cái đĩa thay vì các que dài. Meso pha này được đặc trưng bởi các cột phân tử xếp chồng. Các
cột xếp chồng với nhau hình thành một dải kết tinh hai chiều. Sự sắp xếp của các phân tử bên
trong các cột và sự sắp xếp của chính các cột đưa đến các meso pha mới.
Tác động bên ngoài lên tinh thể lỏng
Các nhà khoa học và kĩ sư có thể sử dụng tinh thể lỏng trong nhiều ứng dụng đa dạng
vì nhiễu động bên ngoài có thể gây ra những thay đổi lớn ở các tính chất vĩ mô của hệ tinh thể
lỏng. Cả điện trường và từ trường đều có thể sử dụng để cảm ứng những biến đổi này. Độ lớn
của trường, cũng như tốc độ các phân tử sắp thẳng hàng là những đặc trưng quan trọng mà
ngành công nghiệp phải xử lí. Sau hết, các phép xử lí bề mặt đặc biệt có thể sử dụng trong các
thiết bị tinh thể lỏng để bắt buộc các định hướng đặc biệt của đường chuẩn.
Ảnh hưởng của điện trường và từ trường
Phản ứng của các phân tử tinh thể lỏng với điện trường là đặc trưng chính yếu được
khai thác trong các ứng dụng công nghiệp. Khả năng của đường chuẩn sắp thẳng hàng theo
trường ngoài gây ra bởi bản chất điện của các phân tử. Các lưỡng cực điện vĩnh cửu sinh ra
khi một một đầu của phân tử có một điện tích dương tổng hợp trong khi đầu kia có điện tích
âm tổng hợp. Khi thiết đặt điện trường ngoài lên tinh thể lỏng, các phân tử lưỡng cực có xu
hướng tự định hướng chúng theo hướng của trường. Trong biểu đồ ở hình sau, các mũi tên
đen biểu diễn cho vector điện trường và mũi tên đỏ chỉ lực điện tác dụng lên phân tử.

Cho dù một phân tử không hình thành nên một lưỡng cực vĩnh cửu, thì nó vẫn có thể
bị ảnh hưởng bởi điện trường. Trong một số trường hợp, điện trường tạo ra sự sắp xếp lại một

chút của các electron và proton trong phân tử nên mang lại một lưỡng cực điện cảm ứng.
Trong khi không mạnh như các lưỡng cực vĩnh cửu, sự định hướng với trường ngoài vẫn xảy
ra.
Tác dụng của từ trường lên các phân tử tinh thể lỏng tương tự như điện trường. Vì từ
trường phát sinh bởi các hạt tích điện đang chuyển động, nên các lưỡng cực từ vĩnh cửu được