Biophysics · 07.12

液晶の電気光学・熱光学現象

Electro- and thermo-optical phenomena in liquid crystals

🧠 液晶liquid crystal液晶（liquid crystal）liquid crystal（液晶）は電場electric field電場（electric field）electric field（電場）や温度で配向方向director配向方向（director）director（配向方向）が再配向し、複屈折birefringence複屈折（birefringence）birefringence（複屈折）と透過光を制御できる。

外場による配向変化

異方的誘電応答anisotropic dielectric response異方的誘電応答（anisotropic dielectric response）anisotropic dielectric response（異方的誘電応答）により場が分子配向へトルクtorqueトルク（torque）torque（トルク）を与える。直交ニコルcrossed polarizers直交ニコル（crossed polarizers）crossed polarizers（直交ニコル）間では配向変化が明るさ（brightness）変化になる。

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='electric field'>電場</span>または温度変化"]
  B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='director'>配向方向</span>・秩序<span class='jp-term jp-term-diagram' title='Parameter'>パラメータ</span>（order parameter）変化"]
  C["位相遅れ（phase retardation）と<span class='jp-term jp-term-diagram' title='intensity'>強度</span>変化"]
  A --> B
  B --> C

電気光学・熱光学応答

\tau_{\mathrm{electric}}\propto\Delta\varepsilon\,E^2\sin(2\theta)

閾値電場threshold field閾値電場（threshold field）threshold field（閾値電場）を超えると弾性的elastic弾性的（elastic）elastic（弾性的）復元トルクrestoring torque復元トルク（restoring torque）restoring torque（復元トルク）に勝って再配向が起こる。

応答速度と応用

液晶相liquid crystalline phase液晶相（liquid crystalline phase）liquid crystalline phase（液晶相）の配向秩序orientational order配向秩序（orientational order）orientational order（配向秩序）が外場で変わると複屈折birefringence複屈折（birefringence）birefringence（複屈折）と透過光が変化し、その光学信号には散乱と吸収の寄与も含まれうる。

電気光学応答electro-optic response電気光学応答（electro-optic response）electro-optic response（電気光学応答）は可逆的。
サーモクロミック液晶thermochromic liquid crystalサーモクロミック液晶（thermochromic liquid crystal）thermochromic liquid crystal（サーモクロミック液晶）は温度で反射色が変わる。
応答時間response time応答時間（response time）response time（応答時間）は粘性viscosity粘性（viscosity）viscosity（粘性）とセル厚cell thicknessセル厚（cell thickness）cell thickness（セル厚）に依存する。

材料・生体への応用

液晶ディスプレイliquid crystal display (LCD)液晶ディスプレイ（liquid crystal display (LCD)）liquid crystal display (LCD)（液晶ディスプレイ）、温度マッピングthermal mapping温度マッピング（thermal mapping）thermal mapping（温度マッピング）、皮膚温インジケーターskin-temperature indicator皮膚温インジケーター（skin-temperature indicator）skin-temperature indicator（皮膚温インジケーター）に応用される。

まとめ

液晶liquid crystal液晶（liquid crystal）liquid crystal（液晶）は電場electric field電場（electric field）electric field（電場）や温度で配向方向director配向方向（director）director（配向方向）が再配向し、複屈折birefringence複屈折（birefringence）birefringence（複屈折）と透過光を制御できる。
電気光学応答electro-optic response電気光学応答（electro-optic response）electro-optic response（電気光学応答）は可逆的。
液晶ディスプレイliquid crystal display (LCD)液晶ディスプレイ（liquid crystal display (LCD)）liquid crystal display (LCD)（液晶ディスプレイ）、温度マッピングthermal mapping温度マッピング（thermal mapping）thermal mapping（温度マッピング）、皮膚温インジケーターskin-temperature indicator皮膚温インジケーター（skin-temperature indicator）skin-temperature indicator（皮膚温インジケーター）に応用される。