Кіріспе
Сұйық кристалл (СК) – қасиеттері дәстүрлі сұйықтар мен қатты кристалдардың қасиеттері арасында болатын зат күйі. Мысалы, сұйық кристалл сұйықтай ағып жүре алады, бірақ оның молекулалары қатты денедегідей бір ортақ бағытта орналасуы мүмкін. СК фазаларының көптеген түрлері бар, оларды оптикалық қасиеттерімен (мысалы, текстуралар) ажыратуға болады. Контрастты текстуралар материалдың бір аймағындағы ("домен") молекулалардың бірдей бағытта, ал әртүрлі аймақтарда әртүрлі бағытта орналасуынан туындайды. СК материалы әрқашан СК күйінде бола бермейді (сияқты, су мұз немесе су буы болуы мүмкін). Сұйық кристалдарды үш негізгі түрге бөлуге болады: термотроптық, лиотроптық және металлотроптық. Термотроптық және лиотроптық сұйық кристалдар көбінесе органикалық молекулалардан тұрады, бірақ кейбір минералдар да белгілі. Термотроптық СК температура өзгерген кезде СК фазасына фазалық өтуге ұшырайды. Лиотроптық СК температураның және еріткіштегі (әдетте судағы) молекулалардың концентрациясының өзгеруіне байланысты фазалық өтулерді көрсетеді. Металлотроптық СК органикалық және органикалық емес молекулалардан тұрады; олардың СК өтуі органикалық емес компоненттердің арақатынасына байланысты. СК мысалдары табиғатта да, технологиялық қолданыстарда да кездеседі. Лиотроптық СК тірі жүйелерде көптеп табылады; көптеген ақуыздар мен жасуша мембраналары СК болып табылады, сондай-ақ темекі мозаикасы вирусы да осыған жатады. Минералды әлемдегі СК сабын және оған ұқсас жуғыш заттардың ерітінділерін, сондай-ақ кейбір сазды қамтиды. Сұйық кристалл дисплейлері (LCD) сұйық кристалдарды пайдаланады.
Liquid crystal (LC) is a state of matter whose properties are between those of conventional liquids and those of solid crystals. For example, a liquid crystal can flow like a liquid, but its molecules may be oriented in a common direction as in solid. There are many types of LC phases, which can be distinguished by their optical properties (such as textures). The contrasting textures arise due to molecules within one area of material ("domain") being oriented in the same direction but different areas having different orientations. An LC material may not always be in an LC state of matter (just as water may be ice or water vapor). Liquid crystals can be divided into three main types: thermotropic, lyotropic, and metallotropic. Thermotropic and lyotropic liquid crystals consist mostly of organic molecules, although a few minerals are also known. Thermotropic LCs exhibit a phase transition into the LC phase as temperature changes. Lyotropic LCs exhibit phase transitions as a function of both temperature and concentration of molecules in a solvent (typically water). Metallotropic LCs are composed of both organic and inorganic molecules; their LC transition additionally depends on the inorganic organic composition ratio. Examples of LCs exist both in the natural world and in technological applications. Lyotropic LCs abound in living systems; many proteins and cell membranes are LCs, as well as the tobacco mosaic virus. LCs in the mineral world include solutions of soap and various related detergents, and some clays. Widespread liquid crystal displays (LCD) use liquid crystals.
Тарих
1888 жылы Карл Фердинанд университетінде жұмыс істейтін австриялық ботаникалық физиолог Фридрих Райнитцер холестериннің әртүрлі туындыларының физико-химиялық қасиеттерін зерттеді, бұл қазір холестерикалық сұйық кристалдар класына жататын материалдар еді. Бұрынғы зерттеушілер холестерин туындыларын қатыру температурасынан сәл жоғарыда салқындатқанда ерекше түс эффектілерін байқаған, бірақ оны жаңа құбылыспен байланыстырмаған. Райнитцер холестерил бензоаттың түс өзгерісі ең ерекше емес екенін анықтады. Ол холестерил бензоаттың басқа заттар сияқты ерімейтінін, екі балқу температурасы болатынын тапты. Бір температурада ол бұлтты сұйықтыққа айналады, екінші температурада қайтадан ериді және бұлтты сұйықтық мөлдірленеді. Бұл құбылыс қайтымды. Физиктерден көмек сұрап, 1888 жылдың 14 наурызында ол сол кезде Ахендегі приват-доцент болған Отто Леманға хат жазды. Олар хаттар мен үлгілер алмасты. Леман бұлтты сұйықтықты зерттеп, кристаллиттерді көргенін хабарлады. Райнитцердің веналық әріптесі фон Зефарович аралық "сұйықтықтың" кристалл екенін де көрсетті. Леманмен хат алмасу 24 сәуірде аяқталды, көптеген сұрақтарсыз қалды. Райнитцер өзінің нәтижелерін 1888 жылдың 3 мамырында Вена химиялық қоғамының отырысында Леман мен фон Зефаровичтің еңбегін ескере отырып таныстырды. Сол кезде Райнитцер холестерикалық сұйық кристалдардың үш маңызды ерекшелігін (1904 жылы Отто Леман ашқан атау): екі балқу температурасының болуын, дөңгелек поляризацияланған жарықтың шағылысуын және жарықтың поляризация бағытын бұру қабілетін анықтады және сипаттады. Рейнитцердің кездейсоқ жазған ашылысынан кейін сұйық кристалдарды зерттеуді жалғастырмады. Зерттеуді Леман жалғастырды, ол жаңа құбылысқа тап болғанын және оны зерттеуге қабілетті екенін түсінді: докторлық диссертациясынан кейінгі жылдары ол кристаллография және микроскопия саласында тәжірибе жинады. Леман жүйелі түрде алдымен холестерил бензоатты, содан кейін екі балқу құбылысын көрсететін ұқсас қосылыстарды зерттеуді бастады. Ол поляризацияланған жарықта бақылаулар жасады, ал оның микроскопы қыздырғышпен жабдықталған (үлгіні қыздыруға арналған ұстағыш), бұл жоғары температурада бақылауға мүмкіндік берді. Аралық бұлтты фаза ағып тұратыны анық болды, бірақ басқа да ерекшеліктер, әсіресе микроскоп астындағы белгілер Леманды қатты затпен жұмыс істеп жатқанына сендірді. 1889 жылдың тамызының соңында ол өзінің нәтижелерін Zeitschrift für Physikalische Chemie журналында жариялады. Леманның жұмысын неміс химигі Даниэль Ворландер жалғастырып, кеңейтті. Ол 20 ғасырдың басынан 1935 жылы зейнеткерлікке шыққанға дейін белгілі сұйық кристалдардың көпшілігін синтездеді. Алайда сұйық кристалдар ғалымдар арасында кең таралған жоқ және материал 80 жыл бойы ғылыми қызығушылықтың нысаны болып қана қалды. Кейін ол осы тақырып бойынша нұсқаулыққа айналды. АҚШ-та сұйық кристалдарды зерттеуге кіріскен алғашқы химиктердің бірі Гленн Х. Браун болды, ол 1953 жылы Цинциннати университетінде, кейін Кент мемлекеттік университетінде жұмыс істеді. 1965 жылы ол Огайо штатының Кент қаласында сұйық кристалдар бойынша алғашқы халықаралық конференцияны ұйымдастырды, онда әлемдегі сұйық кристалдар саласындағы ең ірі 100 ғалым қатысты. Бұл конференция осы саладағы зерттеулерді жүргізу үшін жаһандық күш-жігердің бастауын берді, бұл көп ұзамай осы бірегей материалдардың практикалық қолданылуына әкелді. Сұйық кристалл материалдар 1962 жылы RCA зертханаларында басталған жалпақ панельді электрондық дисплейлерді әзірлеудегі зерттеулердің басты бағыты болды. Бөлме температурасында жұмыс істеу алғашқы практикалық дисплей құрылғысын жасауға мүмкіндік берді. Содан кейін команда көптеген нематикалық қосылыстардың қоспаларын дайындады, олардың көпшілігі төмен балқу температурасына ие болды. Нематикалық қосылыстарды араластыру арқылы кең жұмыс температурасын алу әдісі кейіннен өнеркәсіптік стандартқа айналды және әлі күнге дейін материалдарды нақты қолдануға бейімдеу үшін қолданылады. 1969 жылы Ханс Келкер бөлме температурасында нематикалық фазасы бар затты синтездеуге қол жеткізді, N (4 метоксибензилиден) 4 бутиланилин (MBBA), сұйық кристалл зерттеулерінің ең танымал тақырыптарының бірі. Сұйық кристалл дисплейлерін коммерцияландырудың келесі қадамы Джордж Грейдің төмен балқу температурасы бар химиялық тұрақты заттарды (цианобифенилдер) синтездеуі болды. 1973 жылы Кен Харрисонмен және Ұлыбритания Қорғаныс министрлігімен (RRE Malvern) бірлесіп жұмыс істеу жаңа материалдарды жобалауға әкелді, нәтижесінде электрондық өнімдерде шағын аумақты ЖК-дисплейлерді жылдам қабылдауға мүмкіндік болды. Бұл молекулалар таяқша тәрізді, кейбіреулері зертханада жасалған, ал кейбіреулері табиғатта спонтанды түрде пайда болады. Содан бері екі жаңа типтегі сұйық кристалл молекулалары синтезделді: дискі тәрізді (1977 жылы Үндістанда Сиварамакришна Чандрасекар жасаған) және конус немесе ине тәрізді (1982 жылы Қытайда Люй Лам болжаған және 1985 жылы Еуропада синтезделген). 1991 жылы, сұйық кристалл дисплейлері қалыпқа келген кезде, Париж-Суд университетінде жұмыс істеген Пьер Жилль де Женнес физика саласындағы Нобель сыйлығын "жайып жүйелердегі тәртіп құбылыстарын зерттеу үшін әзірленген әдістерді күрделі материя формаларына, атап айтатын болсақ, сұйық кристалдар мен полимерлерге қалай жалпылауға болатынын анықтағаны үшін" алды.
Сұйық кристалды материалдарды жобалау
Көптеген химиялық қосылыстар бір немесе бірнеше сұйық кристалдық фазаларды көрсетеді. Химиялық құрамындағы маңызды айырмашылықтарға қарамастан, бұл молекулалардың химиялық және физикалық қасиеттерінде ортақ белгілері бар. Термотроптық сұйық кристалдардың үш түрі бар: дискотикалық, конустық (боуликалық) және таяқша пішіндес молекулалар. Дискотикалық молекулалар – жапсарлас ароматты сақиналардың жалпақ өзегінен тұратын дискі тәрізді молекулалар, ал конустық сұйық кристалдардағы өзегі жалпақ емес, күріш иегі сияқты пішінге ие (үш өлшемді нысан). Бұл дискотикалық және конустық сұйық кристалдар үшін екі өлшемді бағаналық реттелуге мүмкіндік береді. Таяқша пішіндес молекулалардың созылған, анизотроптық геометриясы бар, ол кеңістіктік бағыттың біреуі бойынша басымдықпен бағдарлануға мүмкіндік береді. Молекулалық пішін салыстырмалы түрде жұқа, жазық немесе конус тәрізді болуы керек, әсіресе берік молекулалық құрылымдарда. Молекулалық ұзындығы кем дегенде 1,3 нм болуы керек, бұл көптеген бөлме температурасындағы сұйық кристалдарда ұзақ алкил тобының болуымен сәйкес келеді. Құрылым конустық сұйық кристалдардан басқа тармақталған немесе бұрышты болмауы керек. Метастабильді, монотроптық сұйық кристалдық фазалардан аулақ болу үшін төмен балқу температурасы қажет. Төмен температурадағы мезоморфтық мінез-құлық технологиялық жағынан тиімдірек, ал алкил тобы оны ынталандырады. Ұзартылған, құрылымдық тұрақты, жоғары анизотроптық пішін сұйық кристалдық мінез-құлықтың басты шарты болып табылады, сондықтан көптеген сұйық кристалдық материалдар бензол сақиналарына негізделген.
Сұйық кристалл фазалары
Сұйық кристалл фазалары (пластикалық кристалл фазаларымен бірге мезофазалар деп аталады) рет түріне қарай сипатталуы мүмкін. Позициялық ретті (молекулалар кез келген реттелген торда орналасқан ба) және бағдарлық ретті (молекулалар көбінесе бір бағытта бағытталған ба) ажыратуға болады. Сұйық кристалдар бағдарлық ретпен сипатталады, бірақ позициялық рет тек ішінара немесе толығымен жоқ. Ал позициялық реті бар, бірақ бағдарлық реті жоқ материалдар пластикалық кристалдар деп аталады. Көптеген термотроптық сұйық кристалдарда жоғары температурада изотроптық фаза болады: қыздыру оларды кездейсоқ және изотроптық молекулалық ретпен және сұйықтық сияқты ағыс қасиеттерімен сипатталатын қалыпты сұйық фазаға көшіреді. Басқа жағдайларда (мысалы, төмен температурада) сұйық кристалл маңызды анизотроптық бағдарлау құрылымымен және қысқа аралықтағы бағдарлау ретімен бір немесе бірнеше фазаларда болуы мүмкін, бірақ әлі де ағып кету қабілетіне ие. Сұйық кристалдардың реттелгендігі доменнің бүкіл өлшеміне дейін созылады, ол микрометрлерге жуық болуы мүмкін, бірақ классикалық кристаллдық қатты денелерде жиі кездесетін макроскопиялық масштабқа дейін емес. Дегенмен, кейбір әдістер, мысалы, шекараларды пайдалану немесе электр өрісін қолдану, макроскопиялық сұйық кристалл үлгісінде біртұтас реттелген доменді құру үшін қолданылуы мүмкін. Сұйық кристалдың бағдарлау реті тек бір өлшем бойымен созылуы мүмкін, материал қалған екі бағытта негізінен ретсіз болады.
Термотроптық сұйық кристалдар
Термотроптық фазалар белгілі бір температура диапазонында пайда болады. Егер температура тым жоғары көтерілсе, жылулық қозғалыс сұйық кристалдық фазаның нәзік кооперативтік құрылымын бұзып, материалды кәдімгі изотроптық сұйық фазаға өткізеді. Ал температура тым төмен болса, көптеген сұйық кристалдық материалдар кәдімгі кристаллға айналады.
Нематикалық фаза
Сұйық кристалдардың ең қарапайым фазасы – нематикалық фаза. Нематикалық фазада каламиттік органикалық молекулалардың кристаллдық орналасу тәртібі жоқ, бірақ олар өздерінің ұзын осьтерін шамамен параллель бағытта өзара сәйкестендіреді. Молекулалар еркін ағып, олардың массалық орталықтарының орналасуы сұйықтық сияқты кездейсоқ болады, бірақ олардың бағдары ұзақ қашықтықтағы бағытты тәртіпті құруға бағытталған. "Нематикалық" сөзі грекше νήμα (nema) сөзінен шыққан, яғни "жіп" деген мағынаны білдіреді. Бұл термин нематикалық фазаларда байқалатын жіп тәрізді топологиялық ақаулар – дисклинациялардан туындайды. Нематиктерде сонымен қатар "кірпі" деп аталатын топологиялық ақаулар да кездеседі. Екі өлшемде топологиялық зарядтары бар топологиялық ақаулар болады және гидродинамикаға сәйкес, ақаулар ақаулардан едәуір жылдам қозғалады. Бір-біріне жақын орналасқан ақаулар тартылысады; соқтығысқанда олар жойылады. Көптеген нематикалық фазалар бір осьті болады: олардың бір осі (директриса деп аталады) ұзын және басым, ал қалған екеуі эквивалентті (цилиндрлер немесе таяқшалар түрінде жуықтауға болады). Дегенмен, кейбір сұйық кристалдар екі осьті нематикалық болып табылады, яғни олар ұзын осін бағыттаудан басқа, екінші ось бойынша да бағытталады. Нематикалық кристалдардың ағымдалу қасиеті обыкновен (изотроптық) сұйықтықтарға ұқсас, бірақ оларды сыртқы магниттік немесе электр өрісімен оңай бағыттауға болады. Бағытталған нематиктер бір осьті кристалдардың оптикалық қасиеттерін иеленеді, бұл оларды сұйық кристалл дисплейлерінде (ЖКД) өте пайдалы етеді. Нематикалық фазалар молекулалық емес жүйелерде де кездеседі: жоғары магниттік өрістерде электрондар шоғырлар немесе жолақтармен ағып, материяның "электрондық нематикалық" түрін құрайды.
Сұйық кристалдарға сыртқы әсер ету
Ғалымдар мен инженерлер сұйық кристалдарды түрлі қолдануларда пайдалана алады, себебі сыртқы әсерлер сұйық кристалл жүйесінің макроскопиялық қасиеттерінде маңызды өзгерістер тудыруы мүмкін. Осы өзгерістерді электр және магниттік өрістердің көмегімен шақыруға болады. Өрістердің күші, сондай-ақ молекулалардың бағытталу жылдамдығы – өнеркәсіп назарындағы маңызды ерекшеліктер. Сұйық кристалл құрылғыларында директордың белгілі бір бағытын қалыптастыру үшін арнайы беттік өңдеулер қолданылады.
Жер бетін дайындау
Сыртқы өріс болмаған жағдайда, сұйық кристалдың директоры кез келген бағытта еркін бағдарлана алады. Алайда, жүйеге сыртқы фактор енгізу арқылы директорды белгілі бір бағытта бағыттауға болады. Мысалы, шыны негізге жұқа полимерлік қаптама (әдетте полиимид) жағылып, матамен бір бағытта үйкелгенде, осы бетке жанасқан сұйық кристалл молекулалары үйкелген бағытқа қарай реттеледі. Қазіргі таңда бұл құбылыстың механизмі полиимидтің беткі қабаттарындағы жартылай реттелген полимерлік тізбектерде сұйық кристалл қабаттарының эпитаксиялық өсуі деп саналады. Көптеген сұйық кристалл химиялық заттары да поляризацияланған жарықтың электр өрісімен реттелген "басшылық бетке" қарай реттеледі. Бұл процеске фотореттелу деп аталады.
Фредерикс ауысуы
Жүзелкең бекіту және электр өрісі әсерінен туындайтын бағдарлау арасындағы бәсекелестік сұйық кристалдық құрылғыларда жиі қолданылады. Сұйық кристалдық молекулалар жасуша бетіне параллель бағытталған және электр өрісі жасушаға перпендикуляр бағытталған жағдайды қарастырайық. Алғашқыда, электр өрісінің күші артқан сайын, бағдарлауда ешқандай өзгеріс болмайды. Бірақ, электр өрісінің белгілі бір шегіне жеткенде деформация пайда болады. Деформация директордың бағыты бір молекуладан екіншісіне өзгеретін жерде пайда болады. Мұндай, бағытталған күйден деформацияланған күйге өту Фредериксц ауысуы деп аталады және оны жеткілікті күшті магнит өрісін қолдану арқылы да тудыруға болады. Фредериксц ауысуы көптеген сұйық кристалдық дисплейлердің жұмыс істеуі үшін негізгі болып табылады, өйткені директордың бағдары (және осымен қасиеттері) өріс қолдану арқылы оңай басқарылады.
Хиралдылықтың әсері
Жоғарыда айтылғандай, хиральды сұйық кристалл молекулалары әдетте хиральды мезофазаларды тудырады. Бұл молекуланың қандай да бір асимметрияға ие болуын білдіреді, көбінесе стереогендік орталыққа. Қосымша талап – жүйенің рацемиялық болмауы: оң және сол жақ молекулалардың қоспасы хиральдық эффектіні жояды. Алайда, сұйық кристалдардың кооперативтік реттелу табиғатына байланысты, ахиральды мезофазадағы шағын мөлшердегі хиральды допант бір доменнің қолдылығын таңдауға жеткілікті, соның нәтижесінде жүйе жалпы хиральды болады. Хиральды фазалар әдетте молекулалардың спиральді бұрылысына ие. Егер осы бұрылыстың қадамы көрінетін жарықтың толқын ұзындығына шамалас болса, онда қызықты оптикалық интерференция эффектілерін байқауға болады. Хиральды LC фазасында пайда болатын хиральды бұрылу жүйенің оң және сол қолды айналмалы поляризацияланған жарыққа әртүрлі жауап беруіне де себеп болады. Осы материалдарды поляризациялық сүзгілер ретінде қолдануға болады. Хиральды ЛК молекулалары негізінен ахиральды мезофазаларды құруға қабілетті. Мысалы, концентрация мен молекулалық салмақтың белгілі бір диапазондарында ДНК ахиральды сызықты гексатикалық фазаны құрайды. Жақындағы қызықты байқау – ахиральды LC молекулаларынан хиральды мезофазалардың пайда болуы. Атап айтқанда, иілген ядролы молекулалар (кейде «банан сұйық кристалдары» деп аталады) хиральды сұйық кристалл фазаларын құрауы дәлелденді. Кез келген нағыз үлгіде әртүрлі домендер қарама-қарсы қолдылыққа ие болады, бірақ әрбір доменде күшті хиральды реттелу болады. Бұл макроскопиялық хиральдықтың пайда болу механизмі әлі толыққанды түсіндірілмеген. Молекулалар қабаттарға жиналып, қабаттардың ішінде көлбеу бағытта орналасқандай көрінеді. Бұл сұйық кристалл фазалары ферроэлектрлік немесе антиферроэлектрлік болуы мүмкін, екеуі де қолдану үшін қызығушылық тудырады. Хиральдылықты фазаға хиральды допант қосу арқылы да енгізуге болады, ол өзі ЛК құрамайды. Бұрылған нематикалық немесе жоғары бұрылған нематикалық қоспалар көбінесе осындай допанттардың шағын мөлшерін қамтиды.
Сұйық кристалдардың қолданылуы
Сұйық кристалдар электр өрісінің болуы немесе болмауы кезінде кейбір сұйық кристалды заттардың оптикалық қасиеттеріне сүйенетін сұйық кристалл дисплейлерінде кеңінен қолданылады. Типикалық құрылғыда сұйық кристалл қабаты (әдетте 4 мкм қалыңдықпен) екі поляризатордың арасында орналасқан, олар бір-біріне 90° бұрышпен бағытталған. Сұйық кристалдың бағытталуы оның релаксацияланған фазасы бұрылған фаза болуы үшін таңдалады (Бұрылған нематикалық эффектісін қараңыз). Сұйық кристаллтан жасалған реттелетін сүзгілер электрооптикалық құрылғылар ретінде қолданылады, мысалы, гиперспектралды бейнелеуде. Температураға байланысты айқын өзгеретін термотроптық хиралды LC-лерді қарапайым сұйық кристалл термометрлері ретінде пайдалануға болады, себебі материалдың түсі айқын өзгергенде өзгереді. Сұйық кристалл түстерінің өзгеруі көптеген аквариумдық және бассейндік термометрлерде, сондай-ақ нәрестелерге немесе ванналарға арналған термометрлерде қолданылады. Басқа сұйық кристалл материалдары созылғанда немесе кернеуге ұшырағанда түсін өзгертеді. Сондықтан сұйық кристалл жамылғылары өнеркәсіпте жиі ыстық нүктелерді табу, жылу ағынын карталау, кернеудің таралу үлгілерін өлшеу және т.б. үшін қолданылады. Сұйық кристалл сұйық күйде жартылай өткізгіш өнеркәсібінде ақауларды талдау үшін электрлік түрде тудырылған ыстық нүктелерді анықтау үшін қолданылады. Сұйық кристалл линзалары түскен жарықты қолданылатын кернеу немесе температура арқылы сұйық кристалл қабатының сындыру көрсеткішін реттеу арқылы жинайды немесе шашыратады. Әдетте, сұйық кристалл линзалары молекулалық бағыттарды реттеу арқылы параболалық сындыру көрсеткішінің таралуын тудырады. Сондықтан жазық толқын сұйық кристалл линзасы арқылы параболалық толқын фронтына қайта құрылады. Сыртқы электр өрісін дұрыс реттеуге мүмкіндік берілсе, сұйық кристалл линзаларының фокустық қашықтығы үздіріссіз реттелуі мүмкін. Сұйық кристалл линзалары – адаптивті оптиканың бір түрі. Бейнелеу жүйелері фокусты түзетуден, кескін жазықтығын реттеуден немесе тереңдік диапазонының немесе фокус тереңдігінің өзгеруінен пайда көре алады. Сұйық кристалл линзасы миопия мен пресбиопияны түзету құрылғыларын жасау үшін перспективті кандидаттардың бірі болып табылады (мысалы, реттелетін көзілдіріктер және смарт контактты линзалар). Оптикалық фазалық модулятор ретінде, сұйық кристалл линзасы кеңістіктік оптикалық жол ұзындығына ие (яғни, оптикалық жол ұзындығы оның оқушы координатасының функциясы ретінде). Әртүрлі бейнелеу жүйелерінде оптикалық жол ұзындығының қажетті функциясы әртүрлі болады. Мысалы, жазық толқынды дифракциялық шектелген нүктеге жинақтау үшін, физикалық жазық сұйық кристалл құрылымы үшін, сұйық кристалл қабатының сындыру көрсеткіші параксиалды жуықтауда сфералық немесе параболоидты болуы керек. Суреттерді көрсету немесе нысаналарды сезу үшін, сұйық кристалл линзасы қызығушылық тудыратын апертурасы бойынша оптикалық жол ұзындығының асфералық таралуына ие болуы мүмкін. Сұйық кристалл линзалары электрлік реттелетін сындыру көрсеткішімен (сұйық кристалл қабатындағы электр өрісінің әртүрлі шамасымен басқару арқылы) кіретін толқын фронтын модуляциялау үшін кез келген оптикалық жол ұзындығы функциясын жүзеге асыруға потенциалға ие; қазіргі сұйық кристаллдың еркін формадағы оптикалық элементтері сұйық кристалл линзаларынан бірдей оптикалық механизмдермен кеңейтілді. Сұйық кристалл линзаларының қолданылуы пикопроекторлар, рецепт бойынша линзалар (көз айнек немесе контактты линзалар), смартфон камералары, толықтырылған шындық, виртуалды шындық және т.б. кіреді. Сұйық кристалл лазерлері сыртқы айналардың орнына лазерлік ортада сұйық кристалды үлестірілген кері байланыс механизмі ретінде пайдаланады. Сұйық кристалдың периодты диэлектрлік құрылымынан туындаған фотондық жолақтың босатылуындағы эмиссия тұрақты монохроматикалық эмиссиясы бар төменгі шекті жоғары шығыс құрылғысын береді. Полимерлік дисперсті сұйық кристалл (PDLC) жамылғылары және рулонды материалдары желімделген Smart пленка ретінде қол жетімді, оларды терезелерге жапсыруға болады және жеке өмірді қамтамасыз ету үшін электрлік түрде мөлдір немесе мөлдір емес күйге ауыстыруға болады. Көптеген сулы сұйықтықтар, мысалы, сабынды су, шын мәнінде сұйық кристалдар болып табылады. Сабын судағы концентрациясына байланысты әртүрлі LC фазаларын құрайды. Сұйық кристалл пленкалары технология әлемін революциялады. Қазіргі уақытта олар цифрлік сағаттар, ұялы телефондар, есептеу машиналары және теледидарлар сияқты ең әртүрлі құрылғыларда қолданылады. Сұйық кристалл пленкаларын оптикалық жад құрылғыларында пайдалану, CD және DVD дискілерін жазу және оқу процесіне ұқсас болуы мүмкін. Сұйық кристалдар кванттық компьютерлерді имитациялау үшін негізгі технология ретінде де қолданылады, электр өрістерін пайдаланып сұйық кристалл молекулаларының бағытталуын басқару арқылы деректерді сақтау және басқа молекулалармен үйлеспеудің әр градусы үшін әртүрлі мәнді кодтау.