液晶電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、液晶電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告麥州區(qū)旗大挈Guizhou Minzu UniversityGuizhou Minzu University液晶電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)題目： 液晶電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)學(xué)院（系）：信息工程學(xué)院專 業(yè)：光電信息科學(xué)與工程年 級(jí)： 2013 級(jí)姓 名：學(xué) 號(hào)：完成時(shí)間：2016 年6月6日一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .學(xué)習(xí)液晶的電光效應(yīng)原理；2 .測(cè)量液晶光開關(guān)的電光特性曲線；3 .由電光特性曲線得到液晶的閾值電壓和關(guān)斷電壓。實(shí)驗(yàn)儀器儀器廳P名稱數(shù)量規(guī)格1半導(dǎo)體激光器1G 7,5mW2偏振片2二203光功率計(jì)1SGNP 24光學(xué)導(dǎo)軌1DGL-1,1m5滑座一4DGL-1,016滑座二1DGL-1,027

2、激光器架1SZ-198偏振片架2SZ-519液晶盒1帶控制電箱二、實(shí)驗(yàn)原理2.1 液晶液晶態(tài)是一種介于液體和晶體之間的中間態(tài)，既有液體的流動(dòng)性，粘度，形 變等機(jī)械性質(zhì)，又有晶體的熱、光、電、磁等物理性質(zhì)。液晶與晶體，液體之 問的區(qū)別是：液體是各向同性的，分子取向無序；液晶分子有取向序，但無位 置序；晶體則既有取向序又有位置序。液晶可分為熱致液晶和溶致液晶0熱致液晶又可分為近晶相，向列相和膽 番相。其中向列相液晶顯示器件的主要材料。2.2 液晶電光效應(yīng)液晶分子是在形狀、介電常數(shù)、折射率及電導(dǎo)率上具有各向異性特性的物質(zhì), 如果對(duì)這樣的物質(zhì)施加電場(chǎng)（電流），隨著液晶分子取向結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，具光學(xué) 特性

3、也隨之變化，這就是通常說的液晶的電光效應(yīng)。液晶的電光效應(yīng)種類繁多，主要有動(dòng)態(tài)散射型（SD、扭曲向列相型（TN）、 超扭曲向列相型（STN、有源矩陣液晶顯示（TFT）型、電控雙折射（ECB等。其中應(yīng)用較為廣泛的有：TFT型一主要用于液晶電視，筆記本電腦等高檔產(chǎn)品； STN主要用于手機(jī)屏幕等中檔產(chǎn)品；TN主要電子表、計(jì)算器、儀器儀表、家用電器等中低端產(chǎn)品，是目前應(yīng)用最廣泛地液晶顯示器件。TN型液晶顯示器件顯示原理較為簡(jiǎn)單，是 STN TFT等顯示方式的基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)所用的 液晶樣品即為TN型。2.3 TN 型液晶盒結(jié)構(gòu)TN型液晶盒結(jié)構(gòu)是在涂覆透明電極的兩枚玻璃基板之間，夾有正介電各向 列相液晶薄膜層

4、，四周用密封材料（一般為環(huán)氧樹脂）密封。玻璃基板內(nèi)側(cè)覆 蓋著一層定向?qū)?，通常是以薄層高有機(jī)分子，經(jīng)定向摩擦處理，可使棒狀液晶 分子平行于玻璃板表面，沿定向處理的方向排列。上下玻璃表面的定向方向是 相互垂直的，這樣，盒內(nèi)液晶分子的取向逐漸扭曲，從上玻璃片到下玻璃片扭 曲了 90，所以稱為扭曲向列型。2.4 扭曲向列型電光效應(yīng)無外電場(chǎng)作用時(shí)，由于可見光波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于向列相液晶的扭曲螺距，當(dāng)線偏 振光垂直入射時(shí)，若偏振方向與液晶盒上表面分子取向相同，則線偏振光將隨 液晶分子軸方向逐漸旋轉(zhuǎn)90,平行于液晶盒下表面分子軸方向射出（見圖1（a） 液晶盒上下表面各附一片偏振片，偏振器方向與液晶盒表面分子取向相同

5、，因 此光可通過偏振片射出）；若入射線偏振光偏振方向垂直于上表面分子軸方向， 出射時(shí)，線偏振光方向亦垂直于下表面液晶分子軸；當(dāng)以其他線偏振光方向入 射時(shí)，則根據(jù)平行分量和垂直分量的相位差，以橢圓，圓，或直線等某種線偏 振光形式射出。對(duì)液晶盒施加電壓，當(dāng)達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，液晶分子長(zhǎng)軸開始沿電場(chǎng)方向傾斜， 電壓繼續(xù)增加到另一數(shù)值時(shí)，除附著在液晶盒上下表面的液晶分子外，所有液品分子長(zhǎng)軸都按電場(chǎng)方向進(jìn)行重排列（見圖 1中通電部分），TN型液晶盒900旋 光性隨之消失。圖1-日無外加電壓若將液晶盒放在兩片平行偏振片之間，其偏振方向與表面液晶分子取向相 同。不加電壓時(shí)，入射光通過起偏器形成的線偏振光，經(jīng)過液

6、晶盒后偏振方向 隨液晶分子軸旋轉(zhuǎn)90,不能通過檢偏器；施加電壓后，透過檢偏器的光強(qiáng)與施 加在液晶盒上電壓大小的關(guān)系見圖 3;其中縱坐標(biāo)為透光強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為外加電 壓。最大透光強(qiáng)度的10%所對(duì)應(yīng)的外加電壓值稱為閥值電壓（U th）,標(biāo)志了液 晶電光效應(yīng)有可觀察反應(yīng)的開始（或稱起輝），閥值電壓小，是電光效應(yīng)好的一個(gè)重要指標(biāo)。最大透光強(qiáng)度的 90%對(duì)應(yīng)的外加電壓稱為飽和電壓（U r）,標(biāo)志 了獲得最大對(duì)比所需的外加電壓值，U,小則易獲得良好的顯示效果，且降低顯示功耗，對(duì)顯示壽命有利。對(duì)比度 Dr I max/ ,其中i max為最大觀察（接收）I min亮度（照度），Imin為最小亮度。陡度u r/

7、uth即飽和電壓與閥值電壓之比。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1光學(xué)導(dǎo)軌上依次為：半導(dǎo)體激光器一偏振光一液晶盒一偏振片一光電探 測(cè)器。打開半導(dǎo)體激光器，調(diào)節(jié)各元件高度，盡量使激光依次穿過光學(xué)元件中 心，最后打在光功率測(cè)試儀的探頭上。2,調(diào)整光路后，從光路中取下液晶盒，打開光功率測(cè)試儀，旋轉(zhuǎn)兩片偏振 片,可觀察光功率計(jì)數(shù)值大小變化，若最大透射光強(qiáng)小于200 N W可旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體激光器機(jī)身，使最大透射光強(qiáng)大于 200仙W最后調(diào)節(jié)偏振片正交至透射光強(qiáng) 值達(dá)到最小。3,將液晶盒加入光路，將液晶盒的控制電箱的“調(diào)節(jié)”旋轉(zhuǎn)逆時(shí)針旋到頭 后打開電源開關(guān)，此時(shí)液晶為透光狀態(tài)。4,緩慢順時(shí)針旋轉(zhuǎn)“調(diào)節(jié)”旋鈕，使驅(qū)動(dòng)電壓升高，

8、同時(shí)記錄下電壓與光 功率的關(guān)系?？擅?.5V記錄一次光功率。注意：液晶的變化比較慢，每次調(diào)整電壓后，要等光功率基本穩(wěn)定后在記錄。一次測(cè)量過程請(qǐng)勿更改光功率試儀的檔位，否則測(cè)量數(shù)據(jù)會(huì)有偏1 .作電光曲線圖，縱坐標(biāo)為透射光強(qiáng)值，橫坐標(biāo)為外加電壓值。2 .根據(jù)作好的電光曲線，求出樣品的閥值電壓 Uth （最大透光強(qiáng)度的10% 所對(duì)應(yīng)的外加電壓值），飽和電壓Ur （最大透光強(qiáng)度的90 %對(duì)應(yīng)的外加電壓值）， 對(duì)比度 D（D,I max/I min ）及陡度 B=Ur/UC .五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)每0.2V記錄一次電壓V/光強(qiáng)mW0.801.001.201.401.601.802.002.202.402.602

9、.80第一組0.1510.1500.1440.1170.0790.0450.0230.0110.0050.0020.000第二組0.1500.1490.1450.1160.0780.0440.0220.0120.0050.0010.000第三組0.1510.1500.1460.1160.0770.0450.0220.0110.0050.0020.000取平均值后得出液晶電光效應(yīng)曲線因?yàn)閺?.0V至0.8V間電壓的變化不會(huì)改變光強(qiáng)數(shù)據(jù)，所以略過液晶電光效應(yīng)曲線0.160.140.120.10.080.060.040.0200.811.21.41.61.822.22.42.62.8電壓 V系列1樣品的閥值電壓 Uth = 2.8V * 10%=0.28V飽和電壓 U r =2.8V * 90%=2.52V及陡度 B ( B =U r/u th) =2.52/0.28=9六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)和注意事項(xiàng)此次實(shí)驗(yàn)讓我們對(duì)液晶的性質(zhì)和液晶電光