液晶电光效应实验

成都信息工程学院物理实验报告姓名： 专业： 班级： 学号： 实验日期： 实验教室： 指导教师： 【实验名称】液晶电光效应实验【实验目的】：1、测定液晶样品的电光曲线；2、 根据电光曲线，求出样品的阈值电压U、饱和电压U、对比度D、陡度0等电光效应的主要thrr参数；3、 了解最简单的液晶显示器件（TN-LCD）的显示原理；4、 自配数字存储示波器可测定液晶样品的电光响应曲线，求得液晶样品的响应时间。【实验仪器】：FD-LCE-I液晶电光效应实验仪（20066565） 数字示波器（20071021）【实验原理】：（一） 液晶液晶态是一种介于液体和晶体之间的中间态，既有液体的流动性、粘度、形变等机械性质，又有晶体的热、光、电、磁等物理性质。液晶与液体、晶体之间的区别是：液体是各向同性的，分子取向无序；液晶分子有取向序，但无位置序；晶体则既有取向序又有位置序。就形成液晶方式而言，液晶可分为热致液晶和溶致液晶。热致液晶又可分为近晶相、向列相和胆甾相。其中向列相液晶是液晶显示器件的主要材料。（二） 液晶电光效应液晶分子是在形状、介电常数、折射率及电导率上具有各向异性特性的物质，如果对这样的物质施加电场（电流），随着液晶分子取向结构发生变化，它的光学特性也随之变化，这就是通常说的液晶的电光效应。

液晶的电光效应种类繁多，主要有动态散射型（DS）、扭曲向列相型（TN）、超扭曲向列相型（STN）、有源矩阵液晶显示（TFT）、电控双折射（ECB）等。其中应用较广的有：TFT型——主要用于液晶电视、笔记本电脑等高档产品；STN型一一主要用于手机屏幕等中档产品；TN型一一主要用于电子表、计算器、仪器仪表、家用电器等中低档产品，是目前应用最普遍的液晶显示器件。TN型液晶显示器件显示原理较简单，是STN、TFT等显示方式的基础。本仪器所使用的液晶样品即为TN型。（三）TN型液晶盒结构TN式液晶盒结构如图1所示。電極ElectrodeConduclivePasteLiquidCrystal液晶ElectrodePerimeterSeal小玻璃Glass電極ElectrodeConduclivePasteLiquidCrystal液晶ElectrodePerimeterSeal小玻璃GlassElectrodePolymerGloss玻璃图1TN型液晶盒结构图在涂覆透明电极的两枚玻璃基板之间，夹有正介电各向异性的向列相液晶薄层，四周用密封材料（一般为环氧树脂）密封。玻璃基板内侧覆盖着一层定向层，通常是一薄层高分子有机物，经定向摩擦处理，可使棒状液晶分子平行于玻璃表面，沿定向处理的方向排列。上下玻璃表面的定向方向是相互垂直的，这样，盒内液晶分子的取向逐渐扭曲，从上玻璃片到下玻璃片扭曲了90°，所以称为扭曲向列型。（四）扭曲向列型电光效应无外电场作用时，由于可见光波长远小于向列相液晶的扭曲螺距，当线偏振光垂直入射时，若偏振方向与液晶盒上表面分子取向相同，则线偏振光将随液晶分子轴方向逐渐旋转90°，平行于液晶盒下表面分子轴方向射出（见图2（a）中不通电部分，其中液晶盒上下表面各附一片偏振片，其偏振方向与液晶盒表面分子取向相同，因此光可通过偏振片射出）；若入射线偏振光偏振方向垂直于上表面分子轴方向，出射时，线偏振光方向亦垂直于下表面液晶分子轴；当以其他线偏振光方向入射时，则根据平行分量和垂直分量的相位差，以椭圆、圆或直线等某种偏振光形式射出。

对液晶盒施加电压，当达到某一数值时，液晶分子长轴开始沿电场方向倾斜，电压继续增加到另一数值时，除附着在液晶盒上下表面的液晶分子外，所有液晶分子长轴都按电场方向进行重排列（见图2中通电部分），TN型液晶盒90°旋光性完全消失。:h-YJ-他电时，子排布Mi入射曰擒Jt:h-YJ-他电时，子排布Mi入射曰擒JtPT扎豺自越］t■.1■rvz^i井i：樽知场厦过比屁帝甜壬屯斥w、-壬屯斥w、-wMdn^g（v>vth）（b）朋则电此处应徜战跑朋克闇Erl图2TN型液晶显示器件显示原理示意图若将液晶盒放在两片平行偏振片之间，其偏振方向与上表面液晶分子取向相同。不加电压时，入射光通过起偏器形成的线偏振光，经过液晶盒后偏振方向随液晶分子轴旋转90°，不能通过检偏器；施加电压后，透过检偏器的光强与施加在液晶盒上电压大小的关系见图3；其中纵坐标为透光强度，横坐标为外加电压。最大透光强度的10%所对应的外加电压值称为阈值电压（Uth）,标志了液晶电光效应有可观察反应的开始（或称起辉），阈值电压小，是电光效应好的一个重要指标。最大透光强度的90%对应的外加电压值称为饱和电压（Ur）,标志了获得最大对比度所需的外加电压数值，Us小则易获得良好的显示效果，且降低显示功耗，对显示寿命有利。对比度Dr=Imax/Imin,其中Imax为最大观察（接收）亮度（照度），Imin为最小亮度。陡度B=Ur/Uth即饱和电压与阈值电压之比。I/“W图3I/“W图3液晶电光曲线图U/V（五）TN-LCD结构及显示原理TN型液晶显示器件结构参考图2，液晶盒上下玻璃片的外侧均贴有偏光片，其中上表面所附偏振片的偏振方向总是与上表面分子取向相同。自然光入射后，经过偏振片形成与上表面分子取向相同的线偏振光，入射液晶盒后，偏振方向随液晶分子长轴旋转90°，以平行于下表面分子取向的线偏振光射出液晶盒。若下表面所附偏振片偏振方向与下表面分子取向垂直（即与上表面平行），则为黑底白字的常黑型，不通电时，光不能透过显示器（为黑态），通电时，90°旋光性消失，光可通过显示器（为白态）;若偏振片与下表面分子取向相同，则为白底黑字的常白型，如图2所示结构oTN-LCD可用于显示数字、简单字符及图案等，有选择的在各段电极上施加电压，就可以显示出不同的图案。六）实验仪器如图4所示，液晶电光效应实验仪主要由控制主机、导轨、滑块、半导体激光器、起偏器、液晶样品、检偏器及光电探测器组成。图4液晶电光效应实验仪装置图【实验内容及步骤】：1、光学导轨上依次为：半导体激光器－（带起偏器）液晶盒－检偏器-光电探测器。打开半导体激光器，调节各元件高度，使激光依次穿过起偏器、液晶盒、检偏器，打在光电探测器的通光孔上。2、接通主机电源，将光功率计调零，用话筒线连接光功率计和光电转换盒，此时光功率计显示的数值为透过检偏器的光强大小。旋转起偏器至120°（出厂时已校准过），使其偏振方向与液晶片表面分子取向平行（或垂直）。旋转检偏器，观察光功率计数值变化，若最大值小于200pW,可旋转半导体激光器，使最大透射光强大于200pW。旋转检偏器使透射光强达到最小。3、 将电压表调至零点，用红黑导线连接主机和液晶盒，从0开始逐渐增大电压，观察光功率计读数变化，电压调至最大值后归零。4、 从0开始逐渐增加电压，0—2.5V每隔0.2V或0.3V记一次电压及透射光强值，2.5V后每隔0.1V左右记一次数据，6.5V后再每隔0.2或0.3V记一次数据，在关键点附近宜多测几组数据。5、 作电光曲线图，纵坐标为透射光强值，横坐标为外加电压值。6、 根据作好的电光曲线，求出样品的阈值电压Uth、饱和电压Ur、对比度Dr及陡度B。7、 自配数字存储示波器，可测试液晶样品的电光响应曲线，求得样品的响应时间。【注意事项】：1、 拆装时只压液晶盒边缘，切忌挤压液晶盒中部；保持液晶盒表面清洁，不能有划痕;应防止液晶盒受潮，防止受阳光直射。2、 驱动电压不能为直流。3、 切勿直视激光器。【数据记录】1、实验数据

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【数据处理】：1、作电光曲线图（见坐标纸）2、求出样品的阈值电压Uth、饱和电压Ur、对