偏振光的应用——液晶显示器VIP免费

偏振光的应用——液晶显示器•液晶的双折射效应•显示器基本结构•显示原理•有源驱动什么是液晶？•液晶（LiquidCrystal):在一定温度范围内，既具有固态晶体特有的双折射性，又具有液体特有的流动性。•液晶分子的形态：一般都是刚性的棒状分子，呈现各向异性，即在长轴和短轴两个方向上具有不同的物理性质：折射率、磁化率、电导率、介电常数、粘滞系数等。大小为纳米、亚纳米尺度。10nm1nm液晶分子形状oo12nnHCCN近晶相液晶分子化学结构液晶分类•分子重心混乱无序,•所有长轴(指向矢)一致向列相(Nematic)近晶相(Smectic)•分子有层结构，•在一个层面内分子重心无序,•长轴取向(指向矢)基本一致,垂直于分子层面.•分子重心在一个二维平面内无序排列，•其长轴取向(指向矢)基本一致；•层与层之间指向矢旋转成螺旋结构。胆甾相(Cholestevic)（1）有序参量——指向矢•液晶呈圆柱状，分子的整体方向称为主轴。•指向矢n：表示液晶分子长轴平均趋向的单位矢量。•分子的热运动使得棒状分子不完全平行与指向矢，用分子长轴与指向矢夹角的统计量表示分子趋向的一致程度，选择二阶勒让德多项式P2为有序参量S:•<‥>代表对所有分子取平均，S=1表示分子全平行，S=0表示分子完全无序。•液晶有序参量：0.3-0.8xzyna223122Spcos（2）液晶的连续体理论•微观用分子统计理论解释液晶的光学性质和相变；•宏观连续体理论（弹性连续体和电流体动力学理论）：描述液晶分子在电场、磁场作用下指向矢流动情况（力与变形关系问题）。•忽略液晶单个分子行为，看成一个连续介质，在外力作用下发生弹性变形。•没有外场作用时，液晶处于平衡状态，其自由能最小；在外场作用下，由于变形而使自由能增加。•与三种变形相关的弹性系数分别为：k11（展曲）,k22（扭曲）,k33（弯曲）;（3）液晶的各向异性（相对于主轴）•介电各向异性，//，=//-；介电常数反映在电场作用下介质极化程度。•折射率各向异性n//，n，n=n//-n•弹性系数各向异性：k11,k22,k33;一般k33k22k11•据电磁场理论：•设晶体有三个互相垂直的坐标轴，则有：•对各向同性晶体：–介电常数与折射率的关系：–在任何方向上电位移矢量D和电场矢量E方向一致,•对单轴晶体:xyzεεεε,0nnnyxxyznnneznnxxxyyyzzzDεE,DεE,DεEDεEzyxεεε折射率椭球用几何图形表示晶体折射率；设x、y、z与介电主轴平行，相应的主折射率为折射率椭球方程为：以Z轴为光轴的单轴晶体折射率椭球方程为：当光波波法线与z轴平行时，椭球的x-y平面是半径为n0的圆，其光波振动方向（电矢量）在与Z轴垂直的任意方向上有相同的折射率，不产生双折射。1222222zyxnznynxxyzn,n,n12e22o22nznyxxyznonz•若光波传输方向与光轴不平行，即波法线k与光轴有倾角，电矢量所在平面与椭球的截面是椭圆，椭圆的长、短轴分别是沿k传播的两个平面线偏振光的折射率n0和ne。当倾角为90时ne为最大。xyznonznek向列相和近晶相液晶的双折射特性•液晶是单轴晶体，向列和近晶相液晶分子指向矢与光轴方向一致；•波法线为k的平面偏振波的电矢量可分解为与光轴平行和垂直的两个分量，其对应的折射率为ne和n0；并用n//和n表示：•折射率各向异性：n//>n•如5CB液晶（=515nm），ne=1.7063n0=1.5309n=0.1754方解石（=589.3nm）：ne=1.4864n0=1.6584n=-0.172znonekonne//nn0//0nnnnne向列相和近晶相液晶是光学正晶体光在向列相液晶中的传输（1）1.使光波的传输方向偏向长轴（指向矢）方向设入射光偏振面与液晶分子指向矢在同一个面内，入射光可分解成与液晶分子长轴平行和垂直的两个分量。其速度分别是：对于确定的分子倾角，因所以平行速度分量的增量大于垂直速度分量的增量，合成方向与分子长轴的夹角变小，经过多个液晶层後，光波的传输方向偏向长轴方向。//coscvn//sincvn//nn边界V//v偏转方向入射方向光在向列相液晶中的传输（2）2.改变入射光的偏振状态设液晶层内指向矢方向不变，且在x方向，入射光偏振方向与x轴夹角为；...