液晶電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

成都信息工程學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名： 專業(yè)： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)驗(yàn)教室： 指導(dǎo)教師： 【實(shí)驗(yàn)名稱】液晶電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹浚?、測定液晶樣品的電光曲線；2、 根據(jù)電光曲線，求出樣品的閾值電壓U、飽和電壓U、對(duì)比度D、陡度0等電光效應(yīng)的主要thrr參數(shù)；3、 了解最簡單的液晶顯示器件（TN-LCD）的顯示原理；4、 自配數(shù)字存儲(chǔ)示波器可測定液晶樣品的電光響應(yīng)曲線，求得液晶樣品的響應(yīng)時(shí)間。【實(shí)驗(yàn)儀器】：FD-LCE-I液晶電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀（20066565） 數(shù)字示波器（20071021）【實(shí)驗(yàn)原理】：（一） 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)。液晶與液體、晶體之間的區(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。就形成液晶方式而言，液晶可分為熱致液晶和溶致液晶。熱致液晶又可分為近晶相、向列相和膽甾相。其中向列相液晶是液晶顯示器件的主要材料。（二） 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（電流），隨著液晶分子取向結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，它的光學(xué)特性也隨之變化，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（DS）、扭曲向列相型（TN）、超扭曲向列相型（STN）、有源矩陣液晶顯示（TFT）、電控雙折射（ECB）等。其中應(yīng)用較廣的有：TFT型——主要用于液晶電視、筆記本電腦等高檔產(chǎn)品；STN型一一主要用于手機(jī)屏幕等中檔產(chǎn)品；TN型一一主要用于電子表、計(jì)算器、儀器儀表、家用電器等中低檔產(chǎn)品，是目前應(yīng)用最普遍的液晶顯示器件。TN型液晶顯示器件顯示原理較簡單，是STN、TFT等顯示方式的基礎(chǔ)。本儀器所使用的液晶樣品即為TN型。（三）TN型液晶盒結(jié)構(gòu)TN式液晶盒結(jié)構(gòu)如圖1所示。電極ElectrodeConduclivePasteLiquidCrystal液晶ElectrodePerimeterSeal小玻璃Glass電極ElectrodeConduclivePasteLiquidCrystal液晶ElectrodePerimeterSeal小玻璃GlassElectrodePolymerGloss玻璃圖1TN型液晶盒結(jié)構(gòu)圖在涂覆透明電極的兩枚玻璃基板之間，夾有正介電各向異性的向列相液晶薄層，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)?，通常是一薄層高分子有機(jī)物，經(jīng)定向摩擦處理，可使棒狀液晶分子平行于玻璃表面，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。（四）扭曲向列型電光效應(yīng)無外電場作用時(shí)，由于可見光波長遠(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2（a）中不通電部分，其中液晶盒上下表面各附一片偏振片，其偏振方向與液晶盒表面分子取向相同，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)，液晶分子長軸開始沿電場方向傾斜，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，所有液晶分子長軸都按電場方向進(jìn)行重排列（見圖2中通電部分），TN型液晶盒90°旋光性完全消失。:h-YJ-他電時(shí)，子排布Mi入射曰擒Jt:h-YJ-他電時(shí)，子排布Mi入射曰擒JtPT扎豺自越］t■.1■rvz^i井i：樽知場廈過比屁帝甜壬屯斥w、-壬屯斥w、-wMdn^g（v>vth）（b）朋則電此處應(yīng)徜戰(zhàn)跑朋克闇Erl圖2TN型液晶顯示器件顯示原理示意圖若將液晶盒放在兩片平行偏振片之間，其偏振方向與上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)的外加電壓值稱為閾值電壓（Uth）,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），閾值電壓小，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)的外加電壓值稱為飽和電壓（Ur）,標(biāo)志了獲得最大對(duì)比度所需的外加電壓數(shù)值，Us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=Imax/Imin,其中Imax為最大觀察（接收）亮度（照度），Imin為最小亮度。陡度B=Ur/Uth即飽和電壓與閾值電壓之比。I/“W圖3I/“W圖3液晶電光曲線圖U/V（五）TN-LCD結(jié)構(gòu)及顯示原理TN型液晶顯示器件結(jié)構(gòu)參考圖2，液晶盒上下玻璃片的外側(cè)均貼有偏光片，其中上表面所附偏振片的偏振方向總是與上表面分子取向相同。自然光入射后，經(jīng)過偏振片形成與上表面分子取向相同的線偏振光，入射液晶盒后，偏振方向隨液晶分子長軸旋轉(zhuǎn)90°，以平行于下表面分子取向的線偏振光射出液晶盒。若下表面所附偏振片偏振方向與下表面分子取向垂直（即與上表面平行），則為黑底白字的常黑型，不通電時(shí)，光不能透過顯示器（為黑態(tài)），通電時(shí)，90°旋光性消失，光可通過顯示器（為白態(tài)）;若偏振片與下表面分子取向相同，則為白底黑字的常白型，如圖2所示結(jié)構(gòu)oTN-LCD可用于顯示數(shù)字、簡單字符及圖案等，有選擇的在各段電極上施加電壓，就可以顯示出不同的圖案。六）實(shí)驗(yàn)儀器如圖4所示，液晶電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀主要由控制主機(jī)、導(dǎo)軌、滑塊、半導(dǎo)體激光器、起偏器、液晶樣品、檢偏器及光電探測器組成。圖4液晶電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀裝置圖【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－（帶起偏器）液晶盒－檢偏器-光電探測器。打開半導(dǎo)體激光器，調(diào)節(jié)各元件高度，使激光依次穿過起偏器、液晶盒、檢偏器，打在光電探測器的通光孔上。2、接通主機(jī)電源，將光功率計(jì)調(diào)零，用話筒線連接光功率計(jì)和光電轉(zhuǎn)換盒，此時(shí)光功率計(jì)顯示的數(shù)值為透過檢偏器的光強(qiáng)大小。旋轉(zhuǎn)起偏器至120°（出廠時(shí)已校準(zhǔn)過），使其偏振方向與液晶片表面分子取向平行（或垂直）。旋轉(zhuǎn)檢偏器，觀察光功率計(jì)數(shù)值變化，若最大值小于200pW,可旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體激光器，使最大透射光強(qiáng)大于200pW。旋轉(zhuǎn)檢偏器使透射光強(qiáng)達(dá)到最小。3、 將電壓表調(diào)至零點(diǎn)，用紅黑導(dǎo)線連接主機(jī)和液晶盒，從0開始逐漸增大電壓，觀察光功率計(jì)讀數(shù)變化，電壓調(diào)至最大值后歸零。4、 從0開始逐漸增加電壓，0—2.5V每隔0.2V或0.3V記一次電壓及透射光強(qiáng)值，2.5V后每隔0.1V左右記一次數(shù)據(jù)，6.5V后再每隔0.2或0.3V記一次數(shù)據(jù)，在關(guān)鍵點(diǎn)附近宜多測幾組數(shù)據(jù)。5、 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。6、 根據(jù)作好的電光曲線，求出樣品的閾值電壓Uth、飽和電壓Ur、對(duì)比度Dr及陡度B。7、 自配數(shù)字存儲(chǔ)示波器，可測試液晶樣品的電光響應(yīng)曲線，求得樣品的響應(yīng)時(shí)間?！咀⒁馐马?xiàng)】：1、 拆裝時(shí)只壓液晶盒邊緣，切忌擠壓液晶盒中部；保持液晶盒表面清潔，不能有劃痕;應(yīng)防止液晶盒受潮，防止受陽光直射。2、 驅(qū)動(dòng)電壓不能為直流。3、 切勿直視激光器?！緮?shù)據(jù)記錄】1、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

U/VI/pWU/VI/pWU/VI/pWU/VI/pWU/VI/pW03.73.3685.84.575665.786287.126480.543.63.471004.655755.886307.366501.073.63.561574.775835.976327.586521.543.63.661984.885916.086357.786541.893.63.762184.975976.176377.986552.183.63.872445.076026.28638&176552.553.63.974275.176076.38640&366542.893.64.085055.286126.46642&586572.987.44.185225.386166.58643&936583.0719.34.275345.476196.696449.176583.1745.84.365455.566226.796459.436593.2770.44.475585.686256.916469.88660【數(shù)據(jù)處理】：1、作電光曲線圖（見坐標(biāo)紙）2、求出樣品的閾值電壓Uth、飽和電壓Ur、對(duì)