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液晶光学特性与其应用
液晶的光学特性及其应用
万助军
华中科技大学光学与电子信息学院
zhujun.wan@
液晶态
液晶态―结晶态和液态之间的
一种形态,是一种在一定温度
范围内呈现既不同于固态、又
不同于液态的特殊物质态,它
既具有各向异性的晶体所特有
的双折射性,又具有液体的流
动性。
向列相―分子指向相同,分子
可自由旋转和相互穿越。
近晶相―分子指向相同且分层,
分子可绕长轴旋转但不能相互 向列相 近晶相 胆甾相
穿越。
胆甾相―分子分层,指向矢呈
螺旋结构偏转,具有旋光效应。 透过率递减
2013/12/22 by Z.J.Wan, NGIA-HUST 2
液晶中的诱导偶极子
在外部电场作用下,液晶分子中产生诱导偶极子;
继而诱导偶极子被外部电场驱动,使液晶分子发生偏转。
2013/12/22 by Z.J.Wan, NGIA-HUST 3
正性和负性液晶
正性液晶―诱导偶极子的
两极位于液晶分子长轴的
两端,因此当有外加电压
时,液晶分子的长轴趋向
于与电场方向平行。
负性液晶―诱导偶极子的
两极位于液晶分子短轴的
两端,因此当有外加电压
时,液晶分子的长轴趋向
于与电场方向垂直。
介电各向异性越大,所需
驱动电压越低。
2013/12/22 by Z.J.Wan, NGIA-HUST 4
电场中的向列相液晶
当未加电场时,所有液晶分子的指向矢在水平面内;
当外加电场时,分子的指向矢发生偏转,沿电场方向排列。
2013/12/22 by Z.J.Wan, NGIA-HUST 5
向列相液晶的扭曲效应
液晶分子分层,指向矢呈螺
旋结构弱扭曲 (胆甾相?);
在外加电场作用下,分子可
相互穿越和自由旋转(向列
相!)。
未加电场时,线偏振光的光
矢量总是沿着分子指向矢方
向振动,表现旋光特性;
外加电场时,分子指向矢沿
电场方向排列,失去旋光性。
配合起偏器和检偏器,实现
光路的开关控制;
改变外加电场强度,可以调
节光透过率。 TN (Twisted Nematic )液晶显示原理
2013/12/22 by Z.J.Wan, NGIA-HUST 6
扭曲向列相液晶的旋光特性
两片透光轴正交的偏振
片,没有光能够透过。
在二者之间放置一片透
光轴为45 °方向的偏振
片,透过率为25% 。
在二者之间放置N片透
光轴夹角为θ/N 的偏振
片,透过率=100% 。
根据麦克劳林公式:
2013/12/22 by Z.J.Wan, NGIA-HUST 7
扭曲向列相液晶的旋光特性
扭曲向列相液晶可等效于N层波片的叠
加,每层波片的厚度为液晶分子的线
度(~10-10m ),液晶层总厚度为mm量
级,因此等效波片数N为107量级。
假设液晶层总的旋光角为Θ=70 °,则
相邻两
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