Polarisation des Lichts bei Doppelbrechung

ZoneX · Gast

Hallo zusammen,

ich bräuchte dringend Hilfestellung zum Thema Doppelbrechung. Und zwar wird ja bei der Doppelbrechung das einfallende Licht "in zwei Teilstrahlen aufgespalten", die nach dem Durchlaufen des doppelbrechenden Mediums zueinander um 90° verdrehte Polarisationsebenen besitzen.
Nun ist meine Frage folgende:
Wie genau entstehen diese zwei Lichtstrahlen? Oder wird das einfallende Licht nur in zwei Komponenten mit gekreuzter Polarisationsebene zerlegt?

Falls dem so sein sollte, wie funktioniert dann Doppelbrechung mit linear polarisierten einfallenden Strahlen? (Anwendung: LCD)

Gruß,
ZoneX

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5786 Wohnort: Heidelberg

Hallo!

Man braucht Licht, das eine Polarisationskomponente sowohl in Richtung der schnellen Achse als auch in Richtung der langsamen Achse des doppelbrechenden Kristalls hat. Diese beiden Komponenten haben im Kristall dann einen unterschiedlichen Brechungsindex, so dass es zu dem ordentlichen und außerordentlichen Strahl kommt.

Beim LCD verwendet man i. A. ja keine doppelbrechenden Kristalle (so weit ich weiß...) sondern einfach langkettige Moleküle, die je nach Ausrichtung als Polarisationsfilter wirken. Man will den Strahl ja auch nicht in zwei Teilstrahlen aufteilen. So weit ich weiß hat das alles nichts mit Doppelbrechung zu tun, oder? Aber da gibt es so viele unterschiedliche Arten von LCDs...

Gruß
Marco

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Hallo,

wenn ein Kristall doppelbrechend ist, dann heißt, das, dass er für unterschiedlich polarisiertes Licht unterschiedliche Brechungsindices hat.

Also kann es zum Beispiel sein, dass er für:
horizontal linear polarisiertes Licht einen Brechungsindex n_1 hat,
und für senkrecht dazu linear polarisiertes Licht einen größeren Brechungsindex n_2, damit hat letzteres Licht eine kleinere Wellenlänge und eine kleinere Ausbreitungsgeschwindigkeit im Kristall.

Zerlegt man also in den Kristall einfallendes Licht in die zu diesen ausgezeichneten Richtungen des Kristalls parallelen Komponenten, dann kann man für jeden Teilstrahl einfach Wellenlänge und Schallgeschwindigkeit ausrechnen. Da die beiden Teilstrahlen unterschiedliche Wellenlängen haben, erhält man nach Durchlauf der beiden Teilstrahlen durch den Kristall einen Phasenversatz zwischen den beiden Teilstrahlen, der von der Länge des Kristalls abhängt.

Das Licht wird also einfach nur zerlegt.
Habe ich linear polarisiertes Licht, dessen Polarisationsrichtung schräg zu den ausgezeichneten Richtungen des Kristalls steht, dann spaltet man es also auf in die beiden Teilstrahlen, die man einfach rechnen kann, und weiß dann, was hinten rauskommt (welche Polarisation das Licht nachher hat.)

ZoneX · Gast

Hallo und danke für die schnellen Antworten!

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5786 Wohnort: Heidelberg

Hallo!

Also... So weit ich weiß... (ich kenne mich da nicht wirklich aus, da hast Du Recht...)
Die Flüssigkristalle haben sicher auch doppelbrechende Eigenschaften, kann schon sein. Aber für die LCDs ist das weniger wichtig.
Ich kenne z. B. den Fall, dass man die hintere Glasplatte in eine Richtung "bestreicht" und die andere in eine Richtung 90° zur hinteren. Hinter der hinteren Scheibe und vor der vorderen macht man noch Polarisationsfilter, die in die selbe Richtung polarisieren, wie die "Striechrichtung" auf den Glasplatten. Die langen Moleküle des Flüssigkristalls richten sich an der "Streichrichtung" der beiden Platten aus und die dazwischenliegenden sind dann immer um kleine Winkel zur benachbarten Ebene gedreht. So hat man quasi ganz viele Polarisationsfilter-Schichten hintereinander, die immer nur um einen ganz kleinen Winkel verdreht sind. In dieser Stellung kommt dann Licht durch, weil die Flüssigkristalle die Polarisationsebene langsam so weiter drehen, dass die Polarisation nach dem Flüssigkristall auf den zweiten Polarisationsfilter paßt. Ob man das jetzt als Doppelbrechnung bezeichnen kann? Ich glaube eigentlich eher nicht...
Wenn man jetzt ein Feld anlegt, dann Richten sich die Moleküle in einer Richtung aus und drehen die Polarisation des Lichtes nicht mehr. Also kommt durch den zweiten Polarisationsfilter auch nichts mehr durch.

Aber wie gesagt, es gibt da tausende von Arten und ich kenne mich da nicht wirklich aus. Ob man den einen oder anderen Effekt, der da ausgenutzt wird, auch als Doppelbrechung bezeichnen kann oder nicht, weiß ich nicht.

Gruß
Marco

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Hallo,

Marco hat Recht mit dem Polarisationsfilter und dem Drehen der Moleküle.
Den Zusammenhang mit der Doppelbrechung sehe ich so:

Hinter den LCDs ist eine Lichtquelle mit linear polarisiertem Licht. Vorne auf den LCDs ist ein Polarisationsfilter. Dazwischen sind die Flüssigkristall-Moleküle.

Normalerweise sind die Moleküle "ungeordnet" und damit nicht doppelbrechend. Also verändern sie die Polarisation des Lichtes nicht, und das Licht wird vom Polarisationsfilter geblockt.

Legt man ein elektrisches Feld an, dann "ordnen" ("drehen") sich die Moleküle und werden doppelbrechend. Damit drehen sie die Polarisationsrichtung des Lichtes, und überall dort, wo ein elektrisches Feld ist, kommt Licht durch, das LCD leuchtet.

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5786 Wohnort: Heidelberg

Hallo dermarkus!

So weit ich das kenne ist das bei den meisten nicht so, dass die ohne Spannung ungeordnet sind. Das ist ja gerade das besondere an Flüssigkristallen, dass die eine Ordnung haben, obwohl sie flüssig sind. Nur diese Ordnung läßt sich leicht stören durch ein äußeres Feld.
Dann ist halt nur noch die Frage, wie die Ordnung mit und ohne Feld aussieht und wie die optischen Eigenschaften jeweils sind. Das, was ich versucht hab zu beschreiben, ist eine Möglichkeit neben etlichen anderen, wie man so ein Display realisieren kann.
Aber Doppelbrechnung ist das nicht.
Wenn ich das richtig verstehe, wo ZoneX hinverlinkt hat, dann steht da zwar, dass Flüssigkristalle alle Eigenschaften wie normale Kristalle aufweisen können, aber das bedeutet ja nicht, dass man den Effekt der Doppelbrechnung speziell bei LCDs ausnutzt. Und so weit ich weiß, spielt das auch nicht die Rolle. Wenn ich solche Polarisationsfolien nehme und davon einen Stabel mache, so dass die Ebenen immer ein ganz kleines Stück zueinander verdreht ist, dann geht da auch Licht durch, obwohl die erste zu der letzten genau um 90° verdreht ist. Wenn ich die erste und die letzte so lasse, wie sie sind und alle dazwischen aber so drehe, dass sie untereinander in die selbe Richtung zeigen, geht kein Licht mehr durch. Das ist der Effekt, den man bei TN-Displays ausnutzt (glaube ich zumindest). Ob die Polarisationswirkung der Flüssigkristall-Moleküle letztlich nur durch eine Doppelbrechnung zustande kommt oder so, das weiß ich nicht. Ob die Doppelbrechnung bei anderen Displaytypen eine größere Rolle spielt, weiß ich auch nicht. Was ich allerdings typisch finde für Doppelbrechung ist:
1. Dass man einen Strahl nach Polarisationsrichtung trennen kann, weil der Kristall ja unterschiedliche n je nach Polarisationsebene hat und deshalb unterschiedlich bricht.
2. Dass man so lambda/4-Plättchen damit machen kann, wenn man den Kristall in der richtigen Dicke schleift.
Aber diese Effekte werden halt nicht benutzt für LCDs so weit ich weiß...
Kennt sich da jemand besser aus, würde mich jetzt auch interessieren.

Gruß
Marco

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Razor · Anmeldungsdatum: 07.01.2012 Beiträge: 2

Sorry, aber verstehe das hier immer noch nicht so ganz wie die Doppelbrechung, die Kristalle und Flüssigkristalle aufweißen, mit dem "wendeltreppen"-Dreheffekt zusammenhängt. Wenn man unpolarisiertes Licht auf Flüssigkristalle fallen lässt kommen zwei Strahlen, einer senkrecht der andere waagerecht, wieder heraus. Was passiert nun wenn man polarisierten Licht auf die Flüssigkristalle fallen lässt? Und wie wirkt sich das auf das ganze Prinzip von Flüssigkristallanzeigen oder einer Schadt-Helfrich-Zelle aus?

Bitte dringend um Hilfe. Danke im Voraus.

Gruß, Razor.

Razor · Anmeldungsdatum: 07.01.2012 Beiträge: 2

PS:
Man kann auf die folgende vorher genannte Seite nicht mehr zugreifen unglücklich

XoneX schrieb: [quote]Bei allen gängigen Methoden von LCDs werden doppelbrechende Flüssigkristalle eingesetzt (siehe http://www.uni-protokolle.de/Lexikon/Otto_Lehmann.html#LCD)
[/quote]