雙折射

雙折射 (Birefringence)
國立彰化師範大學液晶實驗室/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

液晶的主要特徵之一，其與光學1軸性晶體相同的具有折射率異向性的雙折射性。由於液晶分子之幾何異向性，導致光線在液晶中行進的速度與光線本身的行進方向及偏振方向有關。我們先將入射光分成兩相互正交之線偏振光，當入射液晶層後，兩道偏振光分別感受到不同的折射率，而不同的折射率產生不同的相速度，這種現象稱之為雙折射。利用液晶的雙折射率性質可以改變光在液晶盒內的行為，而影響光的偏振特性，藉此獲得顯示上所需光的性質。

Fresnel推導出折射率橢球（Refractive Index Ellipsoid）來分析偏振光束在介質中各種行進方向所感受到的折射率，其特性方程式可由Maxwell’s equation推得，化簡後如下所示：

其中nx、ny和nz分別代表光在x、y和z三個軸向上所感受的折射率。如果以三個折射率的值且z為光軸(即液晶分子之長軸)來區分介質的話，則有以下三種型態：

當nx=ny=nz時，歸類為等向性介質，如水。

當nx=ny≠nz時，歸類為單光軸介質，如向列型液晶。

當nx≠ny≠nz時，歸類為雙光軸介質，如雲母。

單光軸介質又可再細分為正單光軸以及負單光軸。我們考慮nx=ny≠nz及nz=ne，其中n0定義為當光偏振方向垂直於光軸時，光所感受到的折射率，稱為尋常光折射率（Ordinary Refractive Index）；而ne為當光偏振方向平行於光軸時，光所感受到的折射率，則稱為非尋常光折射率（Extraordinary Refractive Index）。而圖 1-5可分別表示這兩種情況，若ne>n0時，我們稱之為正單光軸介質；反之，則為負單光軸介質。

參考資料

松本正ㄧ、角田市良，液晶之基礎與應用，劉瑞祥譯，國立編譯館，民85年。