液晶电光效应实验报告

./GuizhouMinzuUniversity液晶电光效应实验实验题目：液晶电光效应实验学院<系>：信息工程学院专业：光电信息科学与工程年级：2013级姓名：学号：完成时间：2016年6月6日实验目的1．学习液晶的电光效应原理；2．测量液晶光开关的电光特性曲线；3．由电光特性曲线得到液晶的阈值电压和关断电压。二、实验仪器仪器序号名称数量规格1半导体激光器1GY—7,5mW2偏振片2=203光功率计1SGN—24光学导轨1DGL-1,1m5滑座一4DGL-1,016滑座二1DGL-1,027激光器架1SZ-198偏振片架2SZ-519液晶盒1带控制电箱二、实验原理2.1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。液晶与晶体,液体之间的区别是：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。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。其中向列相液晶显示器件的主要材料。2.2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,其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〔SD、扭曲向列相型〔TN、超扭曲向列相型〔STN、有源矩阵液晶显示〔TFT型、电控双折射〔ECB等。其中应用较为广泛的有：TFT型—主要用于液晶电视,笔记本电脑等高档产品；STN型——主要用于手机屏幕等中档产品；TN型——主要电子表、计算器、仪器仪表、家用电器等中低端产品,是目前应用最广泛地液晶显示器件。TN型液晶显示器件显示原理较为简单,是STNTFT等显示方式的基础。本实验所用的液晶样品即为TN型。2.3TN型液晶盒结构TN型液晶盒结构是在涂覆透明电极的两枚玻璃基板之间,夹有正介电各向列相液晶薄膜层,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,通常是以薄层高有机分子,经定向摩擦处理,可使棒状液晶分子平行于玻璃板表面,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900,所以称为扭曲向列型。2.4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900,平行于液晶盒下表面分子轴方向射出〔见图1〔a,液晶盒上下表面各附一片偏振片,偏振器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,或直线等某种线偏振光形式射出。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1中通电部分,TN型液晶盒900旋光性随之消失。若将液晶盒放在两片平行偏振片之间,其偏振方向与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900,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阀值电压〔,标志了液晶电光效应有可观察反应的开始〔或称起辉,阀值电压小,是电光效应好的一个重要指标。最大透光强度的90％对应的外加电压称为饱和电压〔,标志了获得最大对比所需的外加电压值,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,其中为最大观察〔接收亮度〔照度,为最小亮度。陡度即饱和电压与阀值电压之比。四、实验内容及步骤1,光学导轨上依次为：半导体激光器—偏振光—液晶盒—偏振片—光电探测器。打开半导体激光器,调节各元件高度,尽量使激光依次穿过光学元件中心,最后打在光功率测试仪的探头上。2,调整光路后,从光路中取下液晶盒,打开光功率测试仪,旋转两片偏振片,可观察光功率计数值大小变化,若最大透射光强小于200μW,可旋转半导体激光器机身,使最大透射光强大于200μW,最后调节偏振片正交至透射光强值达到最小。3,将液晶盒加入光路,将液晶盒的控制电箱的"调节"旋转逆时针旋到头后打开电源开关,此时液晶为透光状态。4,缓慢顺时针旋转"调节"旋钮,使驱动电压升高,同时记录下电压与光功率的关系。可每0.5V记录一次光功率。注意：液晶的变化比较慢,每次调整电压后,要等光功率基本稳定后在记录。一次测量过程请勿更改光功率试仪的档位,否则测量数据会有偏差。作电光曲线图,纵坐标为透射光强值,横坐标为外加电压值。根据作好的电光曲线,求出样品的阀值电压<最大透光强度的10％所对应的外加电压值>,饱和电压<最大透光强度的90％对应的外加电压值>,对比度<>及陡度β〔β=.实验数据每0.2V记录一次电压V/光强mW0.801.001.201.401.601.802.002.202.402.602.80第一组0.1510.1500.1440.1170.0790.0450.0230.0110.0050.0020.000第二组0.1500.1490.1450.1160.0780.0440.0220.0120.0050.0010.000第三组0.1510.1500.1460.1160.0770.0450.0220.0110.0050.0020.000取平均值后得出液晶电光效应曲线因为从0.0V至0.8V间电压的变化不会改变光强数据,所以略过。样品的阀值电压=2.8V*10%=0.28V饱和电压=2.8V*90%=2.52V及陡度β〔β==2.52/0.28=9六、实验总结和注意事项此次实验让我们对液晶的性质和液晶电光