液晶光电特性实验报告

液晶电光特性液晶是一种即具有液体的流淌性又具有类似于晶体的各向异性的特别物质〔材料〕1888年由奥地利植物学家Reinitzer首先觉察的。在我们的日常生活中，适当浓度的肥皂水溶液4-5千种。随着液晶在平板显示器等领域的应用和不断进展，以及市场的巨大需求，人们对它的争论也进入了一个空前的状态。本试验期望通过一些根本的观看和争论，对液晶材料的光学性质及物理构造有一个根本了解，并利用现有的物理学问进展初步的分析和解释。试验目的把握液晶的工作原理，测量其在特定波长下的扭曲角。观看液晶光开关的时间响应曲线，得到液晶的上升时间和下降时间。观看液晶的衍射现象，得到液晶的构造尺寸。根本原理大多数液晶材料都是由有机化合物构成的。这些有机化合物分子多为瘦长的棒状构造，长度为数nm0.1nm量级，并按肯定规律排列。依据排列的方式不同，液晶一般被分为三大1〕1。图1 图2 图3这种液晶的构造特点是：分子分层排列，每一层内的分子长轴相互平衡。且垂直或倾斜于层面。2、向列相液晶，构造如图2。这种液晶的构造特点是：分子的位置比较杂乱，不再分层排列。但各分子的长轴方向仍大致一样,光学性质上有点像单轴晶体。3、胆甾相液晶，构造大致如图3。分子也是分屏排列，每一层内的分子长轴方向根本一样。并平行于分层面,但相邻的两个层中分子长轴的方向渐渐转过一个角度,总体来看分子长轴方向呈现一种螺旋构造。以上的液晶特点大多是在自然条件下的状态特征，当我们对这些液晶施加外界影响时，他们的状态将会发生转变，从而表现出不同的物理光学特性。下面我们以最常用的向列液晶为例，分析了解它在外界人为作用下的一些特性和特点。我们在使用液晶的时候往往会将液晶材料夹在两个玻璃基片之间，并对四周进展密封。为了我们的使用目的，将会对基片的内外表进展适当的处理，以便影响液晶分子的排列。这里介绍相关的三个处理步骤。1、涂覆取向膜，在基片外表形成一种膜。2、摩擦取向，用棉花或绒布按一个方向摩擦取向膜。3、涂覆接触剂。经过这三个步骤后，就可以掌握紧靠基片的液晶分子，使其平行于基片并按摩擦方向排列。假设我们使上下两个基片的取向成肯定角度，则两个基片间的液4的状况(90度)。即每一层内的分子取向根本全都，且平行于层面。相邻层分子的取向渐渐转动一个角度。从而形成一种被称为扭曲向列的排列方式。这种排列方式和自然胆甾相液晶的主要区分是：扭曲向列的扭曲角是人为可控的，且“螺距”与两个基片的间距和扭曲角有关。而自然胆甾相液晶的螺1um，不能人为掌握。扭曲向列排列的液晶对入射光会有一个重要的作用，他会使入射的线偏振光的偏振方向顺着(扭曲角)等于两基片之间的取向夹角。由于液晶分子的构造特性,其极化率和电导率等都具有各向异性的特点，当大量液晶分子有规律的排列时,其总体的电学和光学特性,如介电常数、折射率也将呈现出各向异性的特点。假设我们对液晶物质施加电场，就可能转变分子排列的规律。从而使液晶材料的光学特性发生转变，1963年有人觉察了这种现象。这就是液晶的电光效应。为了对液晶施加电场，我们在两个玻璃基片的内侧镀了一层透亮电极。我们将这个由基片电极、取向膜、液晶和密封构造组成的构造叫做液晶合。当我们在液晶合的两个电极之间加上一个适当的电压时我们来看一下液晶分子会发生什么变化。依据液晶分子的构造特点。我们假定液晶分子没有固定的电极。但可被外电场极化形成一种感生电极矩。这个感生电极矩也会有一个自己的方向，当这个方向以外电场的方向不同时，外电场就会使液晶分子发生转动，直到各种相互作用力到达平衡。液晶分子在外电场作用下的变化，也将引起液晶合中液晶分子的总体排列规律发生变化。当外电场足够强时，两电极之间的液晶分子将会变成如图5中的排列形式。图4 图5这时，液晶分子对偏振光的旋光作用将会减弱或消逝。通过检偏器，我们可以清楚地观看到偏振态的变化。大多数液晶器件都是这样工作的。以上的分析只是对液晶合在“开关”两种极端状态下的状况作了一些初步的分析。而对于这两个状态之间的中间状态。我们还没有一个清楚的生疏，其实在这个中间状态，有着极其丰富多彩的光学现象。在试验中我们将会一一观看和分析。液晶对变化的外界电场的响应速度是液晶产品的一个格外重要的参数。一般来说液晶的响应速度是比较低的。我们用上升沿时间和下降沿时间来衡量液晶对外界驱动信号的响应速度状况。10%升到9090%降到10%所需时间。驱动信号90% T1 T2响应

10%6液晶驱动电压和时间相应图试验仪器半导体激光器、液晶盒、起偏器、检偏器、光功率指示计、光电二极管探头、示波器试验内容与步骤液晶扭曲角的测量半导体激光器起偏器检偏器功率计探头半导体激光器起偏器检偏器功率计探头液晶合导轨滑块光学试验导轨翻开激光器，认真调整各个光学元件的高度和激光器的方向，尽量使激光从光学元件的中心穿过，进入功率计探头。旋转起偏器，使通过起偏器的激光最强。翻开液晶驱动电源，将功能按键置于连续状态。驱动电压调整到12V。旋转检偏器和液晶盒，找到系统输出功率最小的位置，登记此时检偏器的位置〔角度。关闭液晶驱动电源，此时系统通光状况将发生变化，再次调整检偏器位置，找到系统通光功率最小的位置，登记此时检偏器的位置〔角度。562T1T的测量。21、2、3、4旋转检偏器和液晶合，找到系统输出功率较小的位置。用光探头换下功率计探头，连接好12V电源线〔红为+，黑为-，红对红，黑对黑。将示波器的CH1CH1CH2光电二极管探头相连〔地线与12V的地相连，挂钩挂在探头线路扳的挂环上。翻开示波器电源，功能置于双综显示，CH1触发。观看示波器上的CH1通道波形。了解液晶驱动电源的工作条件。将功能按键置于间歇状态，调整间歇频率旋钮，观看系统输出光的变化状况，和示波器上波形的状况，体会液晶电源的工作原理。依据定义，在示波器上测量上升沿时间和下降沿时间。估量液晶的响应速度。通过测量衍射角，得到液晶的构造尺寸取下试验一中的检偏器和功率计探头。翻开液晶驱动电源，将功能按键置于连续，将驱动电压置于6V左右，等待几分钟，用白屏观看液晶合后光斑的变化状况。应可观看到类似光栅衍射的现象。认真调整驱动电压和液晶合角度，使衍射效果最正确。用尺子测量长度得到衍射角，用光栅公式，求出这个液晶“光栅”的光栅常数。观看衍射斑的偏振状态。31、2、3紧靠液晶合放置检偏器。用白屏观看检偏器后衍射斑。旋转检偏器，观看各衍射斑的变化状况，指出其变化规律。附录液晶电光特性试验仪操作说明主机箱面板功能：主机箱“液晶驱动电源”主要功能为液晶合的工作电压、间歇频率、驱动频率的调整，以及液晶合的工作状态等。各面板元器件作用与功能如下：液晶试验主机前面板1、表头：3位半数字表头，用于指示液晶合工作电压的大小，可通过驱动电压旋钮进展调整。2、间歇/连续按钮：液晶合的工作状态，开或关。3、间歇频