液晶電光效應(yīng)實驗報告

液晶電光效應(yīng)實驗實驗報告熊建摘要：液晶是一種高分子材料，因其特殊的物理、化學(xué)性質(zhì)，特殊的光學(xué)性質(zhì)，以及對電磁場的敏感，現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用于輕薄型的顯示技術(shù)上。關(guān)鍵詞：液晶，電光特性，時間響應(yīng)特性，視角特性液晶是介于液體與晶體之間的一種物質(zhì)狀態(tài)。液晶既具有液體的流動性，其分子又按一定規(guī)律有序排列，使它呈現(xiàn)晶體的各向異性。光通過液晶時，產(chǎn)生偏振面旋轉(zhuǎn)，雙折射等效應(yīng)。液晶分子是含有極性基團的極性分子，在電場作用下，偶極子會按電場方向取向，導(dǎo)致分子原有的排列方式發(fā)生變化，從而液晶的光學(xué)性質(zhì)也隨之發(fā)生改變，這種因外電場引起的液晶光學(xué)性質(zhì)的改變稱為液晶的電光效應(yīng)。測量液晶光開關(guān)的電光特性曲線，得到液晶的閾值電壓和關(guān)斷電壓；測量驅(qū)動電壓周期變化時液晶光開關(guān)的時間響應(yīng)曲線，得到液晶的上升時間和下降時間；測量由液晶光開關(guān)矩陣所構(gòu)成的液晶顯示器的視角特性以及在不同視角下的對比度，了解液晶光開關(guān)的工作條件。了解液晶光開關(guān)構(gòu)成圖像矩陣的方法，學(xué)習(xí)和掌握這種矩陣所組成的液晶顯示器構(gòu)成文字和圖形的顯示模式，從而了解一般液晶顯示器件的工作原理?！緦嶒灂r間】：5月16日上午；【實驗條件】：室溫25℃【實驗?zāi)康摹浚?．在掌握液晶光開關(guān)的基本工作原理的基礎(chǔ)上，測量液晶光開關(guān)的電光特性曲線，并由電光特性曲線得到液晶的閾值電壓和關(guān)斷電壓。2．測量驅(qū)動電壓周期變化時，液晶光開關(guān)的時間響應(yīng)曲線，并由時間響應(yīng)曲線得到液晶的上升時間和下降時間。3．測量由液晶光開關(guān)矩陣所構(gòu)成的液晶顯示器的視角特性以及在不同視角下的對比度，了解液晶光開關(guān)的工作條件。4．了解液晶光開關(guān)構(gòu)成圖像矩陣的方法，學(xué)習(xí)和掌握這種矩陣所組成的液晶顯示器構(gòu)成文字和圖形的顯示模式，從而了解一般液晶顯示器件的工作原理。【實驗儀器】：液晶電光效應(yīng)實驗儀一臺，液晶片一塊【實驗原理】1．液晶光開關(guān)的工作原理液晶的種類很多，僅以常用的TN（扭曲向列）型液晶為例，說明其工作原理。TN型光開關(guān)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。在兩塊玻璃板之間夾有正性向列相液晶，液晶分子的形狀如同火柴一樣，為棍狀。棍的長度在十幾埃（1埃＝10-10米），直徑為4～6埃，液晶層厚度一般為5-8微米。玻璃板的內(nèi)表面涂有透明電極，電極的表面預(yù)先作了定向處理（可用軟絨布朝一個方向摩擦，也可在電入射的自然光偏振片P1入射的自然光偏振片P1偏振片P2出射光扭曲排列的液晶分子具有光波導(dǎo)效應(yīng)光波導(dǎo)已被電場拉伸圖1.液晶光開關(guān)的工作原理理論和實驗都證明，上述均勻扭曲排列起來的結(jié)構(gòu)具有光波導(dǎo)的性質(zhì)，即偏振光從上電極表面透過扭曲排列起來的液晶傳播到下電極表面時，偏振方向會旋轉(zhuǎn)90度。取兩張偏振片貼在玻璃的兩面，P1的透光軸與上電極的定向方向相同，P2的透光軸與下電極的定向方向相同，于是P1和P2的透光軸相互正交。在未加驅(qū)動電壓的情況下，來自光源的自然光經(jīng)過偏振片P1后只剩下平行于透光軸的線偏振光，該線偏振光到達輸出面時，其偏振面旋轉(zhuǎn)了90°。這時光的偏振面與P2的透光軸平行，因而有光通過。在施加足夠電壓情況下(一般為1～2伏)，在靜電場的作用下，除了基片附近的液晶分子被基片“錨定”以外，其他液晶分子趨于平行于電場方向排列。于是原來的扭曲結(jié)構(gòu)被破壞，成了均勻結(jié)構(gòu)，如圖1右圖所示。從P1透射出來的偏振光的偏振方向在液晶中傳播時不再旋轉(zhuǎn)，保持原來的偏振方向到達下電極。這時光的偏振方向與P2正交，因而光被關(guān)斷。由于上述光開關(guān)在沒有電場的情況下讓光透過，加上電場的時候光被關(guān)斷，因此叫做常通型光開關(guān)，又叫做常白模式。若P1和P2的透光軸相互平行，則構(gòu)成常黑模式。液晶可分為熱致液晶與溶致液晶。熱致液晶在一定的溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)液晶的光學(xué)各向異性，溶致液晶是溶質(zhì)溶于溶劑中形成的液晶。目前用于顯示器件的都是熱致液晶，它的特性隨溫度的改變而有一定變化。2．液晶光開關(guān)的電光特性圖2為光線垂直液晶面入射時本實驗所用液晶相對透射率（以不加電場時的透射率為100%）與外加電壓的關(guān)系。由圖2可見，對于常白模式的液晶，其透射率隨外加電壓的升高而逐漸降低，在一定電壓下達到最低點，此后略有變化。可以根據(jù)此電光特性曲線圖得出液晶的閾值電壓和關(guān)斷電壓。由曲線圖可以得出液晶的閾值電壓和關(guān)斷電壓。閾值電壓:1.09V關(guān)斷電壓:1.56V2．時間響應(yīng)特性實驗將模式轉(zhuǎn)換開關(guān)置于靜態(tài)模式，透過率顯示調(diào)到100%，然后將液晶供電電壓調(diào)到2.00V，在液晶靜態(tài)閃爍狀態(tài)下，用存儲示波器或用信號適配器接模擬示波器可以得出液晶的開關(guān)時間響應(yīng)曲線。由表2和時間響應(yīng)曲線圖可以得到液晶的響應(yīng)時間:上升時間70ms，下降時間70ms3．液晶的視角特性實驗將模式置于靜態(tài)模式，將透過率顯示調(diào)到100﹪，以水平方向插入液晶板，在供電電壓為0V時，調(diào)節(jié)液晶屏與入射激光的角度，在每一角度下測量光強透過率最大值TMAX。然后將供電電壓設(shè)為2V，再次調(diào)節(jié)液晶屏角度，測量光強透過率最小值TMIN，將數(shù)據(jù)記入下表中，并計算其對比度。表3水平方向視角特性正角度051015202530354045505560657075Tmax(0V)10010010110110110310110199.88373.359.644.1Tmin(2V)2.4Tmax/Tmin34.4834.4836.0734.8232.5830.2927.3126.5825.5926.2426.1425.5423.7121.5619.2318.38負角度051015202530354045505560657075Tmax(0V)10099.799.799.799.596.292.586.878.970.161.651.526.5Tmin(2V)2.93.3Tmax/Tmin34.4833.2331.1629.3226.1824.1722.8122.1822.3722.5623.4623.9123.372220.617.67由上表數(shù)據(jù)可以找出比較好的水平視角顯示范圍。比較好的水平視角顯示范圍:-71度—68度到達了20%將液晶板以垂直方向插入插槽，按照與測量水平方向視角特性相同的方法，測量垂直方向視角特性，并將數(shù)據(jù)記入下表中。表4正角度051015202530354045505560657075Tmax(0V)10010099.899.498.597.195.393.484.280.574.465.550.6Tmin(2V)950.761.772.679.382.882.17666.852.2Tmax/Tmin34.4822.2212.637.5884.8763.39510.591.8421.461.2271.0951.0170.9810.9790.9810.969負角度051015202530354045505560657075Tmax(0V)10099.498.597.295.39389.986.683.881.57976.873.768.259.644.5Tmin(2V)11.518.828.338.348.958.767.272.575.470.168.760.444.3Tmax/Tmin34.4829.2415.898.4525.0693.2862.3471.7711.4281.2131.091.0191.0510.9930.9871.005由上表數(shù)據(jù)可以找出比較好的垂直視角顯示范圍。比較好的垂直視角顯示范圍:-8.0度—6.0度到達了20%實驗結(jié)論：1、由表1和所作電光特性曲線可以觀察透過率變化情況和響應(yīng)曲線可以得出：透射率隨外加電壓的升高而逐漸降低，在一定電壓下達到最低點，此后略有變化。可以根據(jù)此電光特性曲線圖得出液晶的閾值電壓和關(guān)斷電壓：閾值電壓:1.09V關(guān)斷電壓:1.56V2、由表2和所作的開關(guān)時間響應(yīng)特性曲線可以得到液晶上升時間和下降時間。3、由表3和表4的對比可以觀察到液晶的視角特性可以得出：水平方向上全測量范圍內(nèi)都有良好的視覺效果既可以獲得不錯的圖像，而在垂直方向上僅在-8.0度—6.0度之間有較好的視覺效果，其余角度都很難獲得清晰的圖像。【參考文獻】：ZKY-LCDEO-2液晶電光效應(yīng)綜合實驗儀實驗指導(dǎo)及操作說明書等。Liquidcrystalelectro-opticaleffectExperimentalreportXiongJianAbstract:Liquidcrystalisakindofpolymermaterial,becauseofitsspecialphysicalandchemicalproperties,specialopticalproperties,aswellasbesensitivetoelectromagnetic,nowhasbeenwidelyappliedinthintypedisplaytechnologyKeywords:liquidcrystal,electro-opticalproperties,responsetime,viewinganglecharacteristicsLiquidcrystalisbetweenliquidcrystalsandbetweenstatesofmatter.Theliquidcrystalnotonlyhasthefluidityoftheliquid,butalsoitsmolecularisorderlyarrangedaccordingtoacertainrule,makingitthecrystalanisotropy.Whenlightpassesthroughtheliquidcrystal,itwillproduceapolarizationrotation,doublerefractionandsoon.Theliquidcrystalmoleculescontainingpolargroupsofpolarmolecules,undertheactionoftheelectricfield,dipolewillbedirectedbyelectricfield,causingthemoleculestotheoriginalarrangementchanges,andopticalpropertiesofliquidcrystalshavebeenchanged.Theexternalelectricfieldinducedliquidcrystalopticalpropertieschangeknownastheelectro-opticeffectofliquidcrystal.Themeasurementofliquidcrystalopticalswitchopticalcharacteristiccurve,gettheliquidcrystalthresholdvoltageandtheturn-offvoltage;Themeasurementofperiodicchangeswhenthedrivingvoltageofliquidcrystalopticalswitchtimeresponsecurve,gettheliquidcrystaltherisetimeandthefalltime;Themeasurementbyliquidcrystalopticalswitchmatrixcomposedoftheliquidcrystaldisplaycharacteristicsindifferentperspectiveandfromtheperspectiveofincontrast,understandtheliquidcrystalopticalswitchworkingconditions.Understandtheliquidcrystalopticalswitchconsistsofimagematrixmethod,s