液晶基础知识介绍

在这幅图中我们可以看到从两个相同光源发出的两束相干光波通过折射率为N0的材料，它们是同频同相的。在这幅图上部的这束光在X方向通过折射率为n1的材料；在下部是同样的光波通过折射率为n2的材料。当它们从折射率为n1和n2的材料中传出，回到原来的材料中。这时你注意到了什么？如果你仔细看的话？光线通过界面时的点不同。换句话说，上下两个波形在穿过界面时的相位是不同的。
这个相位的不同正是我们用在液晶方面的。我们想说的是它有一个不同的光学轨迹。也就是说，如果光学轨迹相同，则相位是相同的。我们假设在两个波长不同的光波中，其中一个的光学轨迹长或短于另外一个，就能得到不同的相位。
16、现在，让我们再回头谈一下液晶分子。就像我们前面说过的，液晶分子有三个轴方向的介电常数，其中两个的介电常数近似的相等。对于穿过液晶分子光波的波长具有同样的原理。两个方向的折射率是不同的，沿着长轴方向的折射率要比沿着短轴方向的折射率大。就像介电常数一样，我们将这种现象称为双折射现象。 
液晶分子具有两个折射率，在电学领域我们称为电介质的各向异性，而在光学领域我们称为双折射。无论如何,当光波穿过时，在不同方向具有不同的速率这是液晶分子的一种自然属性。我们将要利用这种性质来旋转偏振光的偏振面。
 17、让我们先来了解偏振光是如何穿过一种介质的。偏振光的意思是指光波的振动方向是沿着一个轴振动的。光波的振动分为电场分量和磁场分量，在这里我们只对它的电场分量感兴趣，我们仅需要注意光的这种电场特性。
偏振光的振动只在一个方向，也就是仅在一个偏振面上。如果将这个偏振面注入到一种具有慢速轴和快速轴的介质中，这个偏振面就会发生旋转。我们可以将电场分量分为快速轴方向和慢速轴方向的两个矢量。由于快速轴的竞争能力强与慢速轴，所以就会将偏振面旋转。这副图想要说明的是，当光波最初进入这种介质时，它的振动方向是－45°，而当它通过这种介质后，它的振动方向旋转到了＋45°，当它射出这种介质时它的偏振面旋转了90°。所以，具有快、慢两种折射率的介质，具有双折射现象，它能够旋转偏振面。 
18、现在让我们了解一下白色随机偏振光。从白炽灯泡或者其他光源发出的光波都是在所有方向振动，具有所有方向的偏振角度。我们需要使用的仅是其中的一个偏振角度。我们可以用偏光片使在所有方向振动的光波变为只在一个方向振动的偏振光。现在我们看一下偏光片的效果。偏光片仅能通过一个振动方向的光，换句话说，它会让一个振动方向的光波通过而吸收与它的振动方向垂直的光波。 
19、换句话说，线性偏光片会让在一个方向振动的光通过而吸收与它的振动方向成90°的光波。可以将任意方向振动的光波分为平行和垂直于偏振方向的两个分量，平行分量会通过偏光片而垂直分量会被偏光片吸收。这幅图中所展示的就是相对偏光片偏振方向来说是不同振幅不同振动方向的光波通过偏光片后只有平行于偏光方向的分量通过。理论上会有50％的光通过而有50％的光被吸收。但实际上，只有接近42％的光透过。对于LCD，我们首先需要做的，是由一个背光系统产生白光，让这些白光通过偏光片，会有50％以上的光被吸收。 
20、用这种方法我们就可以制作一个显示器了：我们要有一个在所有方向振动的白色光源，让它通过一个线性偏光片后变成仅在一个方向振动的线性偏振光。这种线形偏振光是将自然光变为线形偏振光的。在这种光波中，少于初始值50％的光波通过偏光片。之后进入一种具有双折射性质的介质中。这种介质具有慢速轴和快速轴。当光波进入这种介质后，会有沿着慢速轴方向的分量和沿着快速轴方向的分量。当光波穿过这种介质后，我们就会看到前面讲过的偏振面的旋转。光波在进入介质前的偏振面是线形偏光片的方向，但由于液晶这种具有双折射性质的作用，当它射出液晶层之前,它的偏振面方向已经被液晶旋转了一定的角度。这时，如果液晶层的另外一端有一个在光学上称之为检偏片的偏光片，光波的一部分就会被吸收。同样也可以将光波分为两个相互垂直的分量，一个分量平行于检偏片的方向，另外一个分量垂直于它。当然，垂直于检偏片方向的分量会被吸收，而另外一个分量通过了检偏片。由此我们得到了通过第二个偏光片的光波，这个光波的振动方向与初始的振动平面相同，但由于部分被吸收，它的振幅降低了。