2025年液晶显示技术电光效应实验报告与深度解析思考题集锦

第1页(共9页)专业班号_组别交汇报日期：年月日 一、试验目的1)理解液晶的特性和基本工作原理；2)掌握某些特性的常用测试措施；3)理解液晶的应用和局限。三、试验原理液晶分子的形状如同火柴同样，为棍状，长度在十几埃，直径为4～6埃，液晶层厚度一般为5-8微米。排列方式和天然胆甾相液晶的重要区别是：扭曲向列的扭曲角是局限性1um,不能人为控制。扭曲向列排列的液晶对入射光会有一种重要的作用，他会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明电极。将这个由基片电极、取向膜、液晶和密封构造构成的构造叫做液晶盒。根据液晶分子的构造特点，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种自己的方向，当这个方向以外电场的方向不一样步，外电场就会使液晶分子发生转动，直到多种互相作用力到达平衡。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1中的排列形式。这时，液晶分子对偏振光的旋光作用将会减弱或消失。通过检偏器，我们可以清晰地观测到偏振态的变化。大多数液晶器件都是这样工作的。图1液晶分子的扭曲排列变化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似。不加电压时，入射光通过起偏器形成的线偏振光，通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2;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(Uh),标志了液晶电光效应有可观测反应的开始(或称起辉),阈值电压小，是电光效应好的一种重要指标。最大透光强度的90%对应的外加电压值称为饱和电压(U₁),标志了获得最大对比度所需的外加电压数值，Ur小则易获得良好的显示效果，且减少显示功耗，对显示寿命有利。对比度D=Imax/Imin,其中Imax为最大观测(接受)亮度(照度),Imin为最小亮度。陡度β=Ur/Um即饱和电压与阈值电压之比。图2液晶电光效应关系图响应速度状况，定义如图3所示。图3液晶屏响应时间时透射光强度之比，对比度不小于5时，可以获得满意的图像，对比度不不小于2,图图4表达了某种液晶视角特性的理论计算成果。图4中，用与原点的距离表达垂直视角(入射光线方向与液晶屏法线方向的夹角)的大小。图中3个同心圆分别表达垂直视角为30,60和90度。90度同心圆外面标注的数字表达水平视角(入射光线在液晶屏上的投影与0度方向之间的夹角)的大小。图3中由图4可以看出，液晶的对比度与垂直与水平视角均有关，并且具有非对称性。若我们把具有图4所示视角特性的液晶开关逆时针旋转，以220度方向向下，并由多种显示开关构成液晶显示屏。则该液晶显示屏的左右视角特性对称，在左，右和俯视3个方向，垂直视角靠近60度时对比度为5,观看效果很好。在仰望方向对比度伴随垂直视角图4液晶的视角特性图5液晶电光效应试验示意图1)将激光器、液晶屏及光电池插入机箱对应插孔内，打开机箱电源。2)取掉液晶屏，调整激光器高度使激光器光斑入射到光电池入射孔内。3)调整激光通过起偏器后进入光电转换器后的光电流尽量大；再插入检偏器，旋转检偏器使激光光斑变到最暗状态，此时两偏振片振动方向角度差应为90°,将液晶屏重新4)调整频率旋钮，逆时针旋转到最小，此时频率为最大值，入射到激光器的光斑无闪幅值对应光电流值，填入表格1,并绘制幅值与光电流关系图及透过率与幅值关系图(透过率在幅值为0时为100%),求出关断电压及阈值电压。(注意调整幅值过程中，0~2V根据幅值和光电流值作图，从图形找到90%透过率时驱动电压幅值(阈值电压)和10%透过率时驱动电压幅值(关断电压)。1)反复试验一1、2、3、4试验部分。2)调整幅值电压0V,旋转液晶屏±80°,每隔20°测量一次3)调整幅值电压为2V,反复上面测量过程。五、试验数据记录与处理1)数据登记表格：幅值/V01幅值/V2幅值/V3幅值/V4幅值/V52)液晶电光效应关系图：通过图像可知，90%透过率时驱动电压幅值(阈值电压)为：2.19V;10%透过率时驱动电压幅值(关断电压)为：3.04V。1)数据登记表格：角度02)图像表达：液晶屏视角特性测量光电流值/mA光电流值/mA六、思索题1)详细论述饱和电压与阈值电压的物理意义及作用：阈值电压(Thresholdvoltage):一般将传播特性曲线中输出电压随输入电压变化而急剧变化转折区的中点对应的输入电压称为阈值电压.在描述不一样的器件时具有不一样的参数。最大透光强度的10%所对应的外加电压值称为阈值电压(Uh),标志了液晶电光效应有可观测反应的开始(或称起辉),阈值电压小，是电光效应好的一种重要指标。最大透光强度的90%对应的外加电压值称为饱和电压(U₁),标志了3获得最大对比度所需的外加电压数值，Ur小则易获得良好的显示效果，且减少显示功耗，对显示寿命有利。液晶的电光特性曲线越陡，即阈值电压与饱和电压的差值越小，由液晶开关单元构成的显示屏件容许的驱动路数就越多。2)液晶屏视角特性测量有何意义：液晶屏视角特性测量意义在于探索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种自己的方向，当这个方向以外电场的方向不一样步，外电场就会使液晶分子发生转动，直到多种互相作用力到达平衡。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。3)查找有关资料，理解液晶的特性及分类，以及其他材料在作为显示屏件中的应用状况和各自的优缺陷：液晶平面显示屏的技术发展趋于成熟阶段，并且其应用面也伴随信息、通讯和网络技术的进步而被大量地运用，例如笔记本电脑、移动电话、个人助理机和携带式消费性产品等。较难实现之广视野角、高画质化和高速化等问题，均因新的材料、新的组合设计和新的驱动方式之发展，而实现了轻薄短小和替代性映像管监视器和电视的功能。液晶材料(LiquidCrystal)在液晶平面显示屏的构成构造上所担任的角色是相称地重要，虽然其种类有数万种，但真正使用的也仅有数十多种。液晶状态被喻为是自然界中物质的第四状态，而有别于固态、液态和气态的物质三大状态，液晶分子是一种具有光学异方向性和流动性之结晶性液体，是一种机能性材料。液晶依其分子排列方式，分为向列型(Nematic)、距列型(Smectic)、胆固醇型(Cholesteric)、圆盘型(Disotic)*若依对外在原因的影响，有溶致型的(Lyotropic)、热致型(Thermotropic);若依分子量来分，有低分子型和高分子型；若依温度的原因，有互变转换型(Enantiotropic)、单变转换型(Monotropic);在高分子的液晶有主链型和侧链型。液晶的发现最早是在19世纪，经由数年的研究才成功的开发出液晶平面显示屏的应用。向列型液晶显示法的机制有运用动态散射模式的显示法、分子轴旋转模式的显示法、扭曲构造模式的显示法、主体和客体效应模式的显示法和热汪学效应的显示法等。其中以动态散射模式的显示法为主流，应用的领域有输入表达装置、非破坏检查和超音波等。当加大电压时，则程现安定循环流的条纹模样，此一条纹模样，此一条纹模样在数伏特的电压范围内程现静止安定状态，在更高电压时，安定循环流变成乱流而使区块开始剧烈的摇动，其静止状态称为韦廉斯区块(WilliamsDomain),而摇动状态称之为动态散射近年来液晶材料的新用途，也发展到摩擦、摩耗和润滑材料等方面应用，液晶材料的一项有趣的物理性质-电粘性效应(Electrorheologicaleffect,ER),乃是在外加电场的作用下，而其粘度值产生变化，具有此一特性的物质称之为电粘性流体。液晶的分子构造是多样化的棒状或碟盘状之构造体，并且也不停有新的功能性液晶材料分子被合成。例如复数的非液晶性的分子因氢结合之聚合效应，而产生有液晶特性的所谓氢结合型液晶，同步不一样性质的金属错合物液晶分子构造的新物值质也被期待开发出来。液晶受环境影响较大，温度湿度以及外界光照条件均有也许对液晶光电效应测量在旋转液晶屏的时候，是靠人眼进行读数的，这一过程中也许由于视角问题以及人为原因产生误差；试验中发现旋转液晶屏，在对称的位置上其光电流并不相等，也许