液晶
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液晶（えきしょう、Liquid Crystal）は固体（結晶）と液体の中間状態の名称の一つである。
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[編集] 概要
結晶と液体の中間状態としては、液晶の他に柔軟性結晶（プラスチック・クリスタル）がある。結晶では粒子の位置と方向に長距離秩序がある。それに対し液体では粒子の位置・方向とも長距離秩序は無い。
液晶は厳密には結晶と液体の中間状態のうち、粒子の方向の何らかの秩序は保っているものの、3次元的な位置の秩序を失った状態である。つまり、液晶には大きく分けて異方性を有する液体、1次元的な重心秩序をもった2次元液体、2次元的な重心秩序を持った1次元的な液体の3種類がある。ただし、歴史的には3次元的な位置秩序を持った中間層の中にも液晶と呼ばれてきたものもあり、定義が厳密に守られているわけではない。一方の柔軟性結晶は3次元的な位置の秩序を保っているものの、粒子の方向の秩序が失われた状態である。
液晶という名称は、液体（Liquid）の流動性と結晶（Crystal）の異方性を合わせ持つことに由来する。
現在、液晶を応用した機器として液晶ディスプレイが広く使われており、液晶という単語が液晶ディスプレイのことを指して使われることが多くなっている。
[編集] 液晶の分類
液晶は大きくサーモトロピック液晶（Thermotropic Liquid Crystal)とライオトロピック液晶(Lyotropic Liquid Crystal)に分類される。サーモトロピック液晶は、熱や圧力によってのみ相変化をするタイプであるが、ライオトロピック液晶は，多成分からなり、温度と成分の構成によって相を変化する。サーモトロピック液晶は、ネマティック液晶（Nematic Liquid Crystal）とスメクティック液晶（Smectic Liquid Crystal）の2つに分類される。
| 液晶の分類 | |
|---|---|
| ネマティック液晶 | スメクティック液晶 |
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ネマティック液晶は上述の異方的液体に対応する液晶のことである。位置の規則性がないので、液体と同様の流動性を有している。市販の液晶表示装置や液晶温度計に用いられているのがこのタイプの液晶である。スメクティック液晶は少なくとも1次元的な重心構造、別の言葉で言うなら層状構造を有する液晶である。上記の図では層構造に対して分子が傾いているが、層に対して分子が垂直になっている図の方が普通である。
[編集] キラリティ（掌性）の効果
液晶を構成する分子が不斉炭素を持ち、系がラセミではなくキラリティを有する場合には液晶の分子軸の配向方向が空間で連続的に変化し、その結果として巨視的な螺旋構造が出現する。螺旋の周期は分子種により異なるが、周期に対応した光を反射する性質があるので、螺旋周期が可視光の波長程度となると、呈色する。液晶によっては温度により螺旋周期が変化する。これを活用したのが液晶温度計である。螺旋構造を持つネマティック液晶をコレステリック液晶と呼ぶ。これは、この種の液晶がコレステロール誘導体で最初に発見されたためである。コレステリック液晶は熱力学的にはネマティック液晶と区別がないので、ネマチック液晶の一種としてキラルネマティック液晶(Chiral Nemaic Liquid Crystal)と呼ぶこともある。スメクティック液晶で不斉による影響が出る場合はキラルスメクティック液晶(Chiral Smectic Liquid Crystal)と呼ぶ。
キラル液晶の不斉の起源のほとんどは分子中に含まれる不斉炭素である。最近、不斉炭素を有しないベンドコア分子からなる液晶でも巨視的なキラリティが出現することが見いだされているが、その巨視的なキラリティの発現機構は必ずしも明確ではない。
[編集] 強誘電性液晶
キラルなスメクチックC液晶相(分子が傾いた層状構造をもつ液晶相）において、分子間で電気双極子の整列が起こり、巨視的な自発分極が生じ強誘電性が生じる場合がある。強誘電性液晶の特徴として、高速な電場応答(通常1msを切る）やメモリ効果(電場を切っても分子配向が維持される）が挙げられる。この高速応答性を利用し、強誘電性液晶ディスプレイがキヤノンから発売された。
[編集] 関連項目
液晶を応用した技術として以下のものがある。
[編集] 参考文献
液晶の専門書として以下のものが良く知られている。
- P. G. de Gennes and J. Prost; The Physics of Liquid Crystal; Oxford University Press; ISBN 0-19-851785-8 (second edition, paperback, 1995).
- チャンドラセカール; 液晶の物理学; 吉岡書店; ISBN 4-8427-0255-9 (原書第2版, 1995).
- 竹添秀男;渡辺順次 液晶・高分子入門; 裳華房; ISBN4-7853-2912-2 (2004).
