膽甾相液晶的光學(xué)性質(zhì)

1、word.· 一、膽甾相液晶的光學(xué)性質(zhì)膽甾相液晶同其他液晶態(tài)物質(zhì)一樣，既有液體的流動(dòng)性、形變性、粘性，又具有晶體光學(xué)各向異性，是一種優(yōu)良的非線性光學(xué)材料。較一般液晶不同的是它具有螺旋的狀的分子取向的排列結(jié)構(gòu)，因此，它除了具有普通液晶具有的光學(xué)性質(zhì)外還具有它本身特有的光學(xué)特性。1選擇性反射有些膽甾相液晶在白光的照射下，會(huì)呈現(xiàn)美麗的色彩。這是它選擇反射某些波長(zhǎng)的光的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，這種反射遵守晶體衍射的布拉格Bragg公式。一級(jí)反射光的波長(zhǎng)為：=2nPsin 其中：為反射波的波長(zhǎng)，P為膽甾相液晶的螺距，n為平均折射率，為入射波與液晶外表的夾角。2旋光效應(yīng)在液晶盒中充入向列相液晶，把兩玻璃

2、片繞于他們相互垂直的軸相對(duì)扭轉(zhuǎn)90°角度，這樣向列相液晶的內(nèi)部就發(fā)生了扭曲，于是形成一個(gè)具有扭曲排列的向列相液晶的液晶盒。這樣的液晶盒前后放置起偏振片和檢偏振片，并使其偏振方向平行。在不加電場(chǎng)時(shí)，一束白光射入，液晶盒使入射光的偏振光軸順從液晶分子的扭曲而旋轉(zhuǎn)了90°。因而光進(jìn)入檢偏振片時(shí)，由于偏振光軸相互垂直，光不能通過(guò)檢偏片，液晶盒不透明，外視場(chǎng)呈暗態(tài)，增加外電壓，超過(guò)某一電壓值時(shí)，外視場(chǎng)呈亮態(tài)，由此就可以得到黑底白像假設(shè)起偏片與檢偏片的偏振方向互相垂直，可得到白底黑像。3圓二色性圓二色性指材料選擇性吸收或反射光束中兩個(gè)旋向相反的圓偏振光分量中的一個(gè)。如果一束入射光照射在

3、液晶盒上，位于反射帶內(nèi)與盒中液晶旋向相同的圓偏振光幾乎都被反射出去，而旋向相反的圓偏振光幾乎都透射過(guò)去，這是一個(gè)非常罕見(jiàn)的性質(zhì)，荷蘭菲利浦實(shí)驗(yàn)室的兩位科學(xué)家1998年在Nature上撰文說(shuō)，利用凝膠態(tài)液晶liquid-crystal gels的圓二色性，可以實(shí)現(xiàn)鏡面狀態(tài)和透明狀態(tài)之間的切換。二、膽甾相液晶的電光效應(yīng)液晶的電光效應(yīng)很多，由于本文主要研究膽甾相液晶，所以下面僅介紹幾種常見(jiàn)的膽甾相電光效應(yīng)。1退螺旋效應(yīng)對(duì)于介電各向異性 >0的液晶當(dāng)垂直于螺旋軸的方向?qū)δ戠尴嘁壕┘右浑妶?chǎng)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)隨著電場(chǎng)的增大，螺距也同時(shí)增大，當(dāng)電場(chǎng)到達(dá)某一閾值時(shí)，螺距趨于無(wú)窮大，膽甾相在電場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)變成了

4、向列相。2方格柵效應(yīng)當(dāng)對(duì)液晶施加電場(chǎng)時(shí)，所施加的電場(chǎng)還未到達(dá)退螺旋效應(yīng)的閾值之前，會(huì)出現(xiàn)另一種形式的畸變，即膽甾相的層面出現(xiàn)周期起伏，且在兩個(gè)相互垂直的方向上疊加出現(xiàn)，從而可以觀察到方格柵圖案，這種效應(yīng)一般在螺距比擬大時(shí)出現(xiàn)。3記憶效應(yīng)記憶效應(yīng)也被稱為存儲(chǔ)效應(yīng)Storage effect，膽甾相液晶的記憶效應(yīng)最早由Heilmeier和Goldmacher發(fā)現(xiàn)。當(dāng)對(duì)某些處于平面織構(gòu)的膽甾相液晶施加一個(gè)低頻電場(chǎng)時(shí)，液晶會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)散射，處于焦錐織構(gòu)，呈現(xiàn)牛奶一樣的乳白色，關(guān)掉電場(chǎng)乳白色將繼續(xù)保持一段時(shí)間，幾天甚至幾年；對(duì)處于焦錐織構(gòu)的液晶再施加一個(gè)高頻電場(chǎng)，液晶會(huì)立刻變成透明，處于平面織構(gòu)，關(guān)掉電場(chǎng)

5、，透明狀態(tài)也將繼續(xù)保持,這也稱為雙穩(wěn)態(tài)。三、膽甾相液晶的織構(gòu)膽甾液晶表現(xiàn)出的各種性質(zhì)取決于給它所施加的電壓和外表取向?qū)?。?dāng)把膽甾液晶裝在液晶盒內(nèi)，一般來(lái)說(shuō)會(huì)呈現(xiàn)平面織構(gòu)、焦錐態(tài)織構(gòu)和場(chǎng)致向列相三種狀態(tài)。平面織構(gòu)和焦錐態(tài)織構(gòu)，它們具有螺旋結(jié)構(gòu)，并且都能在零場(chǎng)的條件下存在。如在液晶上加上足夠高的電壓： 其中：V是所加電壓，Vc是閾值電壓，h是樣品厚度，K2是扭曲彈性系數(shù)，P0是膽甾相的螺距。液晶將變化到場(chǎng)致向列相織構(gòu)，螺旋結(jié)構(gòu)就不存在了。1 平面織構(gòu)平面態(tài)planar state 或 planar texture是在液晶盒中，螺旋軸方向平均而言垂直于基板外表，而液晶分子的指向失蹤是垂直于螺旋軸，平

6、行于基板外表， 2 焦錐織構(gòu)焦錐態(tài)focal conic state同平面態(tài)一樣，也有其固有的扭曲螺旋距，但是在液晶盒中，液晶分子處于一種多疇Polydomain狀態(tài)，在每一個(gè)疇內(nèi)，螺旋結(jié)構(gòu)仍然存在，但不同疇的螺旋軸在空間的取向雜亂無(wú)章。不同疇的螺旋軸具有不同的指向便形成了焦錐織構(gòu)，這種織構(gòu)由于折射率在疇邊界上的不連續(xù)變化而表現(xiàn)出強(qiáng)烈的光散射，。焦錐織構(gòu)還有一種螺旋軸平行于玻璃基板的特殊排列的情況，這種織構(gòu)在偏光顯微鏡下看起來(lái)像指紋，因此命名為指紋織構(gòu)，其結(jié)構(gòu)圖如圖。我們可以看到從偏光顯微鏡下所觀察到的液晶盒中的焦錐織構(gòu)和指紋織構(gòu)的實(shí)際形貌 3 場(chǎng)致向列相織構(gòu)場(chǎng)致向列相field-i