Wie drehen Flüssigkristalle in LCDs die Polarisation des Lichtes?

Wissenschaft Naturwissenschaften allgemein
#1

Hallo,

ich habe eine Frage zum Aufbau von Display bzw zu der Natur der verwendeten Flüssigkristalle. Wodurch wird die Polarisation des Lichtes in der Flüssigkristallschicht gedreht? Lineare Doppelbrechung, zirkulare Doppelbrechung oder Dichroismus (oder…) ?

Fast alle Quellen, die ich durchforstet habe gehen auf den Mechanismus gar nicht ein.
ich lese - wenn überhaupt-, dass es „Doppelbrechung“ ist, aber lineare sollte keine Drehung verursachen und bei der zirkularen verstehe ich nicht warum die Moleküle überhaupt in einer Helix (Twisted Nematic Zelle z.B.) angeordnet sein müssen.
Eigentlich klingt die ganze Anordnung der Helix für mich als würden die Moleküle als Polarisationsfilter genutzt (das wäre dann Dichroismus), aber ich finde keine Hinweise in die Richtung.

Insofern wäre ich dankbar wenn jemand begründet den richtigen Mechanismus hier nennen könnte und falls es Doppelbrechung ist, was die Helix überhaupt bringt. Danke
Falls ihr etwas wissenschaftlichere Bücher oder Papers dazu kennt, wäre das auch hilfreich.

Gruß,
Malte

#2

Hallo,

Die Moleküle liegen in Schichten übereinander. Innerhalb jeder Schicht sind die Moleküle parallel angeordnet, von Schicht zu Schicht jedoch versetzt. In der Summe der „Versetzungen“ kommt 90° heraus. Die Molekülschichten wirken also als in Reihe geschaltete Polarisatoren die senkrecht zu den Schichten wie eine Helix wirken. Jede Schicht liefert einen Beitrag zur linearen Verdrehung der Polarisation. Nach Passieren aller Schichten ist die ursprüngliche Polarisation Schritt für Schritt jeweils linear zu einem nennenswerten Anteil um 90° gedreht und kann einen zu Eintrittsfilter senkrecht gekreuzten Ausgangsfilter passieren.

Wie das mit Zustandekommen der für die Drehung erforderlichen senkrechten Feldkomponente funktioniert dürfte in jedem vernünftigen Physikbuch erklärt sein.

Gruß
Peter

#3

Hallo Peter,
danke für die Antwort.

Das wäre jetzt die für mich intuitive Variante, die aber -wider meiner Erwartung - nichts mit Doppelbrechung zu tun hätte. Wie sicher bist Du Dir also, dass der entscheidende Effekt ist, dass sie als „Polarisationsfilter“ wirken. Ich habe halt keine Quelle finden können, die das so erklärt (und da das ein sehr einfacher Effekt ist wundert es mich, dass es „niemand“ erwähnt). Wenn Du eine vertrauensvolle Quelle kennst, wäre das super.

Es gibt aber zum Beispiel auch den Effekt, dass Licht in einigen Fällen das Licht (beim zweiten Polarisationsfilter) elliptisch polarisiert ist. Ich würde jetzt nicht sehen, wie das passieren könnte, wenn die so gut als lineare Polarisationsfilter fungieren.

Gruß,
Malte

#4

Gut!

Nehmen wir mal diesen Link

->

Unter „TN- Flüssigkristalle“ gibt es dort eine Erklärung, die ziemlich identisch ist mit dem, was ich in meiner ersten Antwort schrieb. Sinngemäß nochmals: Jede der von mal zu mal gegen die Anfangsposition mehr verdrehten Molekülschichten wirkt als weiterer Polarisator (nicht als Polarisationsfilter).

Die Sache mit der Doppelbrechung ist dort auch erwähnt aber nicht bei „TN- Flüssigkristallen“ sondern bei Fl.- Kristallen , die über den ganzen Bereich die gleiche Molekülorientierung haben.

Ursprünglich bezog sich deine Frage aber auf „TN- Flüssigkristalle“.

Gruß

Peter

#5

Hallo Peter,

ich finde in dem Text vom Link allerdings keine Erklärung für den Grund der Drehung. "Licht, das die Zelle durchläuft, paßt sich in seiner Polarisation der Verdrehung der Moleküle an. " steht da ohne den Mechanismus zu nennen. Das ist soweit nicht viel mehr als eine Beobachtung.

Die stark zusammenfassende Literatur schreibt das immer so als sei das selbstverständlich.

Vermutlich muss ich doch ein dickes Buch über Flüssigkristalle und Displays finden.

Danke dennoch für deine Bemühungen.

Gruß,
Malte

#6

Die Anpassung an die Verdrehung geschieht über die induzierten Felder in den Molekülen. Derart, dass diese sich bedingt durch den besonderen Aufbau und gleichförmigen Lage der Moleküle in einer Schicht im weiteren in Netto nicht gegenseitig auslöschen, sondern einen kleinen phasenverschobenen Zusatzbeitrag senkrecht zur Schwingungsebene der ursprünglichen Welle liefern. Welcher sich überlagert.

Diese Erklärung liefert zwar auch den Widerspruch, dass nach dem Passieren der Schicht eigentlich elliptisch polarisiertes Licht auftreten müsste. Aber es gibt da ja weitere zusätzlich verdrehte Schichten die den Vorgang in Folge beeinflussen.

Ist schon mal eine gute Idee. Oder frag mal im „Physikerboard“.

Gruß

Peter