第5章光的双折射及应用.ppt

光子学与光电子学 原荣 邱琪 图5.2.8 挤压光纤实现偏振控制 把光纤和压电晶体固定在一起，当给晶体施加电压时，晶体的长度伸长压挤光纤，也使光纤发生双折射，从而达到控制偏振状态的目的。 压力的大小可通过外加电压精细控制，用4个挤压器串行连接可以达到良好的控制效果。 光子学与光电子学 原荣 邱琪 挤压光纤偏振控制器 手动偏振控制器采用旋拧光纤挤压器实现偏振控制 光子学与光电子学 原荣 邱琪 5.3 液晶显示器件 ——双折射和偏振的应用 液晶显示器件（LCD）是利用液态晶体的光学各向异性特性，在电场作用下对入射光进行调制而实现显示的。自从1968年出现了液晶显示装置以来，液晶显示技术得到了很大发展，已经广泛应用于钟表、计算器、仪器仪表、计算机、彩电、投影电视等家庭、工业、军事显示器领域。 该节内容有： 5.3.1 液晶的双折射效应和偏振特性 5.3.2 扭曲向列型液晶显示器件 5.3.3 超扭曲向列型液晶显示器件 5.3.4 有源矩阵液晶显示器件 5.3.5 快门式3D眼镜 5.3.6 液晶显示器的应用和前景 光子学与光电子学 原荣 邱琪 5.3.1 液晶的双折射效应和偏振特性 液晶是液态晶体的简称，是一种流动的晶体。液晶分为两大类，溶致液晶和热致液晶。前者要溶解在水中或有机溶剂中才能显示出液晶状态，而后者则在一定的温度范围内呈现出液晶状态。 作为显示技术应用的液晶都是热致液晶。 光子学与光电子学 原荣 邱琪 图5.3.1 向列液晶的分子排列 （a）P型向列液晶分子排列和各向异性特性 （b）液晶分子的基本结构 显示用的液晶都是一些有机化合物，液晶分子的形状呈棒状，很像“雪茄烟”，宽约十分之几纳米，长约数纳米，长度约为宽度的4～8倍。 液晶分子间作用力比固体弱，所以液晶分子容易呈现各种状态。微小的外部能量就可实现各分子状态间的转变，从而引起它的光、电、磁的物理性质发生变化。 显示器件通常用向列液晶材料做成，它的分子长轴互相平行，但不排列成层，它能上下、左右、前后滑动，如图5.3.1所示，只在分子长轴方向上，保持相互平行或近于平行，分子间横向方向上相互作用微弱。向列液晶分子的排列和运动比较自由，对外界电场、磁场、温度、应力都比较敏感。 光子学与光电子学 原荣 邱琪 图5.3.2 热致液晶所处的温度范围 热致液晶仅在一定的温度范围内才呈现液晶特性，此时为浑浊不透明状态，其稠度随不同的化合物而有所不同，从糊状到自由流动的液体都有，即粘度不同。如果T1和T2分别为固体和液晶、液晶和液体的分界温度 那么，低于T1就变成固体；在T1～T2范围内为液晶；高于T2就变成液体。 光子学与光电子学 原荣 邱琪 2. 液晶的双折射效应和偏振特性 光子学与光电子学 原荣 邱琪 图5.3.3 线性偏振光在向列液晶中的传输 现在考虑一束线性偏振光通过P型向列液晶的情况，根据式（1.3.4）和式（3.3.1），并考虑到f = c/?，? = 2?f，以及介质中的光速cn = c/n，寻常光和非寻常光的相位差为 光子学与光电子学 原荣 邱琪 偏振光在液晶盒中的变化 光子学与光电子学 原荣 邱琪 5.3.2 扭曲向列型液晶显示器件 1. 扭曲向列液晶的结构和工作原理 在两块带有氧化铟锡（ITO）薄膜透明导电电极的玻璃基板上，涂上聚酰亚胺聚合物薄膜作为取向层，用摩擦的方法在表面形成方向均匀一致的微细沟槽，并使两块基板上的沟槽方向相互正交[见图5.3.4（c）]。 将两块基板密封成间隙为几微米的液晶盒，用真空注入法灌入正性的向列液晶，并加以密封。 在液晶盒玻璃基板上层外表面，粘贴当起偏器用的线性偏振片，使该起偏器片的偏振轴与该基片上的摩擦方向一致或垂直； 而在液晶盒玻璃基板下层外表面，粘贴当检偏器用的线性偏振片，并使该检偏器片的偏振轴与该基片上的摩擦方向垂直或一致。因此，检偏器和起偏器的偏振轴就相互垂直。这样，就构成了最简单的正显示（P型）或负显示（N型）扭曲向列液晶（TN-LCD）盒，如图5.3.4（a）所示。 光子学与光电子学 原荣 邱琪 图5.3.4 扭曲向列液晶盒（TN-LCD）结构和扭曲效应的分子排列 （a）无电场状态 （b）有电场状态 （c）无电场状态下扭曲效应的分子排列 在锚泊力的作用下，液晶与取向层表面接触的液晶分子沿沟槽排列，由于上下基板的取向层沟槽方向正交排列，无电场作用时，液晶分子从上到下扭曲了90o，如图5.3.4（c）和图5.3.5（a）所示。 光子学与光电子学 原荣 邱琪 图5.3.5 正显示