液晶电控双折射率温度效应的研究

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1、曲阜师范大学硕士学位论文液晶电控双折射率温度效应的研究姓名：王伟申请学位级别：硕士专业：光学指导教师：李国华2003.3.1摘要第1页液晶作为一种凝聚态物质，其特性与结构介于固态晶体与各向同性液体之间．它是一种有序性的液体，从宏观物理性质上看，既具有液体的流动性、粘滞性，又具有晶体的各向异性，能象晶体一样发生双折射、布拉格反射、衍射及旋光效应，也能在外场作用下产生热光、电光或磁光效应．现在，液晶作为一种新型功能材料越来越得到广泛的应用，在电子显示装置中，液晶显示器以其画面平稳、真正安全环保、省电和使用者不易疲劳等优点领先于显示器的行列中．随着液晶技术的发展，液晶显示器将取代

2、CRT显示器逐步成为未来市场的主流．此外，应用于光通信和光信息处理中的电调谐液晶滤光片，采用液晶材料的双折射和电光效应与传统F—P腔相结合，表现出窄带宽、低损耗、调谐范围宽、驱动电压低、结构简单、低成本等一系列优点，而日益受到各国研究部门的关注．另外液晶在化工的公害测定、高分子反应的定向聚合、航空机械及冶金产品的无损探伤和微波测定、医学上的皮癌检查、体温测量等领域，也都显示出其巨大的优越性．液晶的特点是在外场的作用下，液晶分子轴的方向会发生改变．例如当对液晶施加电场时，液晶分子轴的排列会变化，从而引起液晶光轴的转动，最终导致了液晶双折射率的变化，这就是我们所说的液晶电控双折

3、射特性．目前，在液晶的广泛应用很多是依赖于液晶的电控双折射特性．液晶的电控双折射特性之所以应用广泛，主要是因为它有以下几个独特的优点：(1)可应用光谱范围特别宽．许多液晶在紫外、可见光和红外都具有较大的双折射率和良好的透射性．(2)调谐电压低．通常，较小的电压(0-3伏)就足以产生较大的双折射率的变化(0．2)，具体的电压值由所用液晶材料决定．(3)双折射率连续可调．在很小的电压范围内就可以实现双折射率的连续变化．(4)损耗低、重复率高、稳定性好．因此，系统的研究液晶的电控双折射特性是非常有意义的．影响液晶电控双折射率的因素很多，但是，在液晶器件设计、制作中，液晶的电控双折

4、射率温度效应通常是不能忽略的．摘要第2页本论文主要研究液晶的电控双折射率随温度的变化规律．论文共分五章．第一章简要介绍了液晶发现及发展的历史扣液晶物理学的研究内容．并叙述了研究液晶电控双折射率温度效应的意义．第二章介绍了液晶的基础知识，并对向列相液晶作了详细说明．向列相液晶是由长径比很翅的棒状分子组成，分子质心没有长程有序性．具有类似于普通流体的流动性，分子不排列成层，它能上下、左右、前后滑动，只在分子长轴方向上保持相互平行或近于平行．向列相液晶最大的特点是在磁场，电场，表面力和机械力的影响下，分子排列一律倾向于同一方向．这种分子长轴彼此互相平行的自发取向过程使液晶产生高度

5、的双折射性．本文就是以向列相液晶BL-009为例对液晶的电控双折射特性进行研究的．第三章介绍了液晶的特殊光学性质．液晶和一般双折射晶体一样具有光学各向异性，可以使入射光的偏振态方向发生改变．同时，液晶还具有比一般晶体灵活多变的电光性质、热光性质、磁光性质．本章详细介绍了液晶的各种电光特性，例如：动态散射、光轴的转动．光轴的变形、扭曲结构的再排列、宾主相互作用、记忆效应、M-I相变，螺距的增减，螺旋轴的转动等等．第四章介绍了一般晶体的双折射率与液晶的电控双折射特性的差异．首先，对影响一般晶体的双折射率的各种因素(包括温度、入射光的波长)进行分析．然后，重点介绍了液晶的双折射特

6、性，从理论上详细分析了液晶的双折射率的起因．影响液晶双折射率的种种因素，并讨论了液晶电控双折射特性的应用．另外，还给出了向列捆液晶和扭曲型液晶的琼斯矩阵形式，为以后利用矩阵光学知识解决液晶问题带来方便．第五章对液晶电控双折射的实验研究作了详细阐述．在对液晶双折射率的测定时采用了简单、精确的偏光干涉法．在室漫下利用751分光光度计测出了入射光为630hm时透射比随电压变化关系曲线，从而得到了双折射率随电压变化关系曲线．分析实验曲线可知，BL一009的阈值电压约为0．8伏；在0．8v一4v之间，双折射率△n下降较快，摘要第3页且随电压连续变化．当电压大于4v时，双折射率曲线趋逐

7、渐于平坦，(An一0)。然后在外加电压为0伏，1伏、2伏、3伏的情况下测定了液晶的电控双折射率随温度的变化规律，并且得到液晶的热光系数随温度的变化关系。通过实验结果的分析得到：在施加不同的电压情况下，液晶的电控双折射率随着温度的升高(从室温到100℃)都在逐渐下降。在V=0伏，v-1伏时，液晶的双折射率随着温度的升高基本是线性下降，热光系数也在一中心值上下波动、变化不太大．当施加电压(v-2伏、v-3伏)较高时，到达一定的闽值温度后，双折射率才会下降，热光系数随温度的变化也较大．可以看出随着施加电压的升高，温度对双