旋光と複屈折の違い

質問

TN-LCDの表示原理をさぐっていると、旋光と複屈折というワードが出てきました。
複屈折は「常光と異常光の位相差」により偏光状態がかわっていき結果的にTNでは90度の位相差になり偏光軸が90度回転するということで理解できたのですが、旋光がさっぱりりかいできません。いろいろLCDの本をみたのですが旋光についてはあまり記述されてないようです。
もし、旋光に関していい本、または情報をお持ちのかたは教えていただけないでしょうか？
よろしくお願いします。

回答No.4

rogmt · ベストアンサー

TN－LCDで起きている旋光は、mickjey2さんのおっしゃっている、
”複屈折との最大の違いは、「入射する光の偏光方向によらず偏光面が回転する」”、”旋光の場合は、円偏光が右回りか左回りかで屈折率、吸収がことなる”
とはちょっと違っていて、
９０度TN素子では、２枚のガラス基板上の液晶分子軸に平行または垂直な直線偏光を入射したときに、偏光面がおよそ９０度回転した透過光が得られます。それも、完全に９０度回転した直線偏光が得られるのは、特定の条件で作られたTN素子で（モーガン条件というんですが、液晶の数式もいろいろ載っているような専門書を読んでみてください）、その他の条件では透過光は楕円偏光ですし、液晶分子軸と入射光の偏光軸が合っていないときは、複屈折効果がみえます。
TN素子の旋光性は、位相板の光軸を少しずつずらして何層も重ねたモデルで説明されます。
”結果的にTNでは90度の位相差になり”は違っています。常光で入射すれば常光成分で、異常光を入射すれば異常光成分で、TN素子内を液晶分子軸に沿って偏光軸が徐々に回転しながら光が通過するというふうに思い描いてみてください。

お礼

ようやく”旋光”がつかめてきました。糸口がみつかりとても助かりました。どうもありがとうございました。

回答No.3

noname#11476

>なぜ旋光と複屈折が相互に関係して
相互に関係はしていません。
複屈折による偏光の変化は変化で起こり、同時に旋光が別の原理で起きているだけです。

お礼

お返事ありがとうございました。
まだまだ勉強不足のようなので、出直して参ります。
本当にありがとうございました。

回答No.2

noname#11476

>「旋光」がどうLCDと結びついているかがわかりません。
LCDというよりはTNだからです。
Twist Nematic というのは名前の通り螺旋構造をしています。
ヨーク考えてみて下さい。螺旋構造をしている分子に螺旋方向と同一方向の円偏光が入ったとき、逆方向の円偏光の光が入ったときでは、物理的に分子と電磁場の相互作用の程度が異なります。

吸収にしても屈折率にしても相互作用の結果として起きるため、この相互作用の程度が異なると、当然異なってきます。

ＴＮ液晶に限らずこの旋光性を示す物質は大抵螺旋構造をしているんですね。
（ファラデー効果は特殊な例外で量子スピンが関与していますが）

ご理解できましたでしょうか？

お礼

お返事ありがとうございます。
なんとかイメージがつかめてきたのですが納得できないことがあります。

今までのことを自分の中でまとめますと、
「旋光と複屈折は基本的に屈折率の違いに位相差が生じて偏光面が変化する。ただ、入射する偏光方向によって偏光面が変わるのを複屈折、入射光の偏光方向によらず偏光面が変わるのを旋光いう」
という認識です。

TN型のLCDの場合の偏光軸の回転は複屈折だけまたは旋光だけで説明できそうな気がするのです。なぜ旋光と複屈折が相互に関係して偏光軸の回転が起こるのかがわかりません。

もしよろしければお返事いただければと思います。
よろしくお願いします。

回答No.1

noname#11476

複屈折とは、電場の方向によって屈折率が異なるということです。
いま２つの方向をｏ，ｅ（互いに直交しているとします）と呼び、その屈折率をＮｏ，Ｎｅとしましょう。

入ってきた光の偏光方向がｏの方向であれば、屈折率Ｎｏだけが関係しますので、偏光は変化しません。
同じく偏光方向がｅの方向でも屈折率Ｎｅだけが関係するので偏光は変化しません。

しかし、偏光方向がｏとｅの中間だったとします。すると、偏光のｏの成分は屈折率Ｎｏで、ｅの成分は屈折率Ｎｅで伝播しますので位相差が生じて偏光が変わります。

これが複屈折による偏光の変化です。入射する光の偏光方向により偏光が変化するかどうか違うという点に注目してください。

では次は旋光について簡単に説明します。
現象的に複屈折との最大の違いは、「入射する光の偏光方向によらず偏光面が回転する」ことです。

ではなぜこのようなことがおきるか？ですよね？

これは実は円二色性という現象が関与しています。
直線偏光というのは右回り円偏光と左回り円偏光が合成されたものと考えることが出来ます。
で、円二色性とは右回り円偏光と左回り円偏光で光の吸収係数がことなるということなのです。
またこのことは屈折率も異なるということを意味しています。

複屈折のときは、直線偏光の方向で屈折率がことなりました。
旋光の場合は、円偏光が右回りか左回りかで屈折率、吸収がことなるのです。

以上簡単にご説明しました。

お礼

早速のお返事ありがとうございました。
複屈折・旋光各々の現象はわかりました。

とある本には、「TN液晶内部では、直線偏光の偏光軸が回転する現象がおこります。この現象は、「旋光」とよばれ、液晶の持つ旋光性と複屈折性の２つの性質によりおこります」と書いてありました。
私自身、複屈折だけでTNLCDの原理を説明できると思ってたのですが、どうもそこに旋光がからんでくるっぽいので、あたまが混乱しております。
「旋光」がどうLCDと結びついているかがわかりません。

よろしくお願いいたします。