每个特殊用途和每种显示模式对向列相液晶材料的物理性质有不同的要求。与应用有密切关系的性质包括向列相的温度范围(即液晶材料的熔点和清亮点的温度范围TNT)，介电各向异性△ε，双反射△n，旋转黏度γI和弹性常数K1, K₂及K₃。

虽然介电各向异性常数的和光学的各向异性△ε和△n是向列相材料的整体性质，但归根结底它和单个分子的性质有关。这对液晶材料的设计和优化有很重要的作用。

液晶材料必须对所施加的电场表现出介电常数的各向异性的性质(△ε=ε||－ε⊥),△ε被定义为和向列相的指向矢(n-)平行(ε||)和垂直(ε⊥)时的介电常数之差。在超分子水平,△ε和单一分子的物理性质之间的关系可以由Maier-Meier方程式来表示[方程式(8.1)]:

式中，k_B表示波尔兹曼常数，S是向列相的Saupe有序度参数，F是反应场的因子，F=1/(1- fα)，而f=(ε-1)/2πε₀α³(2ε+1), h是空腔因子，h=3ε/(2ε+1) ,ε为化合物的介电常数。

化合物介电常数的各向异性性。与分子偶极矩(产)的平方成正比，它的大小和偶极分子排列的方向与向列相液晶取向之间的角度有关系，这个角度用月表示。在向列相液晶实际设计中，向列相液晶指向矢(n-)大致和棒状液晶分子的长轴的取向相同。如果偶极矩的方向和分子的长轴的方向平行，即β=0^o，则它对材料介电常数的各向异性有最大的作用。如果偶极矩的方向和分子的长轴的方向垂直，即β=90^o，则各向异性△ε就成了负值。如果角度在上述的两个角度之间，如“魔术角度”β=54.7^o，那么，△ε值达到了由可极化的极小的各向异性的数值(△α)所决定的最小值。介电常数的各向异性数值的大小对电一光反馈的阀值电压(Vth)和接下去的驱动LCD电路的工作电压的数值有决定性的影响。

液晶材料的双折射(△n =n_e-n_o=n‖- n⊥)和分子可极化性(△α＝α‖-α⊥=α_xx-(α_yy+α_zz)/2)的各向异性数值大小相关，式中xx轴表示分子的长轴[方程式(8.2)]：

TN盒的响应时间ζ和液晶分子的旋转黏度γ1有很大的关系，旋转黏度γI和分子结构及弹性展开常数K1有关；到目前为止，我们还不清楚弹性常数K1和分子结构之间的具体相关关系。

由于分子性质和向列相的物理性质之间有很明确的相关性，而分子性质可以通过计算机计算的方法得到，所以通过分子模型的方法，我们可以获得具有一定精确度的液晶材料介电常数各向异性(△ε)及双折射性(△n)的数值。另一方面，到目前为止，虽然已经发展了一些优化的方法，如神经网络法 , Monte Carlo模拟法和通过分子力学途径，但还不能对分子的旋转黏度γ1及弹性常数K₁, K₂, K₃：进行有效的预测(图8.8和图8.9)。

图8.8  单一液晶分子在剪式或旋转运动情况下的各向异性Miesowicz黏度η₁，η₂，和η₃ ，及旋转黏度γ1。旋转黏度γ1在设计TNL CD时是一个相当重要的指标，因为它和显示器的响应时间有直接的关系

图8.9  向列相中棒状液晶构象的弹性形态，相对应的弹性常数分别为K₁(展开状)，K₂(扭曲状)，K₃(弯曲状)。其中K₁对TN盒的阀值电压(Vth)有很大的影响

液晶材料的物理性质和LCD显示器性能之间的关系列于表8.5中。

表8.5  液晶材料的物理性质和相应LCD显示器性能之间的关系

实验测定各向异性光电性质(△ε，△n)的先决条件是该材料有一定的有序参数S的向列相存在。对于一些商品化的单一液晶材料来说，它们往往不具有液晶相或只有一个近晶相。另一方面，作为向列相基础混合物的组分，它们能够表现出典型的液晶性质，混合物总的各向异性性质是由各个分子的各向异性性质所决定的。为了获得所有有潜在应用价值的化合物，我们通常使用一种被称为“有效”性质，作为一种单一的、可比较的特性性质，对所得到的液晶化合物的应用可能性进行评估。这些性质可以通过对感兴趣化合物和标准近晶相混合物主体的特定浓度的溶液的性质推定来得到。由于加入了该化合物而引起的有序参数的改变可以通过推测步骤来计算。通常△ε，△n和γ1数值可以通过这个方法来获得。混合材料的“有效”清亮点(TNI)也可以很方便地测得。

现有单一的液晶化合物，不能同时满足一个特定用途液晶的所有性质要求，所以商品化的液晶材料通常由5～15个化合物混合而成。通常这些混合物由基本结构相同的不同烷基取代的同系物组成(图8.10)。

图8.10  由两个化合物组成的向列相液晶材料的典型相图。应用结构相似化合物的“共晶结构”(如烷基同系物)，向列相的范围扩展到了更低的温度范围

除了这些性质以外，另一个和应用有关的性质是单一液晶化合物或液晶混合物的“可靠性”。不同的LCD制造商对这个性质有不同的定义，但它们通常包括在热、氧化和光化学条件下的长期化学稳定性，比电阻率及电压保持率(VHR)。电压保持率是指在一定的时间范围内，单个像素在一定时间跨度内，结束时和开始时的所需电压之比。如果液晶材料的比电阻率及电压保持率的数值太低，就会引起显示器的颤动和对比度的下降。所以液晶材料的可靠性对液晶显示器产品的产量和价格起着决定性的影响(表8.6)。

表8.6  重要的有源矩阵液晶显示器(AM LCD)技术和对相应液晶材料的性质要求