液晶电光曲线.docx
《液晶电光曲线.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《液晶电光曲线.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
液晶电光曲线
液晶电光曲线
实验目的1.测定液晶样品的电光曲线；
2.根据电光曲线，求出样品的阀值电压Uth,饱和电压Ur,对比度DG陡度B等电光效应的主要参数；3.用自配数字存储示波器观测液晶样品的电光响应时间；
实验原理
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。
液晶分子在形状、介电常数、折射率及电导率上具有各向异性。
因此，液晶具有电光效应，即对液晶施加电场，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。
液晶显示器的种类有很多，利用液晶的电光效应而实现显示的有扭曲向列相液晶、超扭曲向列相液晶、高扭曲向列相液晶等。
扭曲向列相液晶，也称为TN型液晶，是应用范围最广、价格较便宜的液晶显示器。
我们常用的电子表、计算器、游戏机等的显示屏大都是TN型液晶。
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；液晶分子取向有序，但位置无序，而晶体二者均有序。
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、和胆當相。
其中向列相液晶是液晶显示器件的主要材料。
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，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。
其中应用较广的如TFT型一主要用于液晶电视、笔记本电脑等高档电子产品；STN型主要用于手机屏幕等中档电子产品；TN型主要用于电子表、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型液晶显示器件原理较简单，是STN、TFT等显示方式的基础。
本实验所使用的液晶样品即为位TN型。
2.1TN型液晶盒结构
TN型液晶显示器是一个由上下两片导电玻璃制成的液晶盒,盒内充有液晶，四周密封。
液晶盒厚一般为几个微米，其中上下玻璃片内侧镀有显示电极，以使外部电信号通过电极加到液晶上。
上下玻璃基板内侧覆盖着一薄层高分子有机物定向层，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°o所以称为扭曲向列型。
液晶盒玻璃片的两个外侧分别贴有偏振片，这两个偏振片的偏光轴互相
平行（常黑型）或相互正交（常白型），且于液晶盒表面定向方向相互平
行或垂直。
[2]
TN型液晶盒结构图
2.2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，因此当线偏振光垂直玻璃表面入射时，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度，即Ol射光仍为线偏振且偏振方向平行于液晶盒下表面分子轴方向射出（见图1G）不通电部分，图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，仍为线偏振光且方向也垂直于下表面液晶分子轴；当入射线偏振光与液晶盒上表面分子取向不为平行或垂直情况时，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，当电压达到一定数值时，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新排列（见1图（b）中通电部分），此时TN型液晶盒在无外电场作用时的90度旋光性随之消失。
HITNLrp-EAttaKSWlfl
[3]
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/lInir1,其中Imax为最大观察
（接收）亮度（照度）,Inlin为最小亮度。
陡度β=Ur∕Uth即饱和电压
与阈值压之比。
U/V2.3TN-LCD结构及显示原理TN型液晶显示器件结构如下图，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，如下图所示结构。
TN-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。
TN型液晶显示器件结构参考图实验仪器FD-LCE-I液晶电光效应实验
仪实验装置示意图
I/UW
[4]
如图1所示,液晶电光效应实验仪主要由控制主机部分和导轨部分组成。
导轨部分从左到右依次为检偏器及光电探测器（连接在一起）、液晶样品、起偏器、半导体激光器。
各部件都与滑块连接，可在导轨上移动。
主机部分包括方波发生器、方波有效值电压表、光功率计。
技术指标：
1.半导体激光器：
3VDC电源；输65OniIl红光2.方波电压：
0-1OV左右（有效值）连续可调；频率500HZ左右3.光功率计:
量程有0-2OOUW和0-2mW两档4.光具座：
长50.OCin实验步骤1.光学导轨上依次为：
半导体激光器一起偏器一液晶盒一检偏器（带光电探测器）。
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，拔下电压表输出导线，将光功率计调零，选用0-2InW档。
用话筒线连接光功率计盒光电转换盒，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，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，可旋转半导体激光器，
使最大透射光强大于
光功率计数值变化，若最大值小于
O最后旋转检偏器至透射光强值达到最小。
3.连接电压表输出导线,将电压表调至零点，用红黑导线连接主机和液晶盒，从O开
第7/10页
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.IV左右记一次数据，6.5V后再每隔0.2V或0.3V记一次数据，在关键点附近多测几组数据5.［选做］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。
实验室据记录与处理1.
数据记录U/V
0.001.001.902.613.053.344.175.155.99
I∕uw
9.99.910.110.2192.1204.0310.3395.0425.0
U/V
0.241.202.012.713.073.414.295.366.18
I∕uw
10.09.910.110.2193.3208.0320.0402.0426.1
U/V
I∕uw
9.910.010.210.3194.6212.0354.1412.0427.0
U/VI∕uw
0.621.602.442.913.123.534.705.646.449.910.010.210.
3
U/VI∕uw
0.Sl1.782.523.033.183.964.835.876.639.910.110.219
1.1199.6270.2377.0423.0429.0
196.2215.0363.0416.0428.5
2.数据处理
1.做电光曲线图
第8/10页
电光曲线图
2.求出样品的阈值电压Uth、饱和电压Ur、对比度Dr及陡度0。
Wμ429=Imax
对应的电压为6.63V,,此时对应的电压为阈值电压Uth,即Uth二2.
97V；,此时对应的电压为饱和电压Ur,即Ur=4.99V□
μ429=
43.3=WμW∕9.9
Wμ42.9=Imax×10%
Wμ386.I=ImaX×90%
Imax/Ilnin=对比度：
Dr
陡度：
β=Ur∕Uth=4.99V∕2.97V=1.68应用前景1.如果两偏振片正交放置，则无电场时呈透明态，而加电场达到阈值电压后呈不透明状态.根据液晶的这种光电效应特性，如果把液晶快门用于焊接面罩，将CdS等光敏电阻组装入液晶快门内，平时是透明态，一旦检出焊接时的电弧光就瞬时给液晶盒施加电压，降低液晶盒的光透射性能，保护眼睛免受焊接电弧光的刺激.另外，根据这个原理可制作液晶窗帘，作为电动窗帘使用.2.用液晶制成的透镜具有焦距可变、薄、轻、消耗功率少等优点.液晶电光效应种类繁多，根据不同的原理可设计不同种类的光学器件，其应用前景极为广泛•【5】实验结论当电压在2-2.97v,由于电压小于阀值电压，所以透射光强没有明显改变；当电压第9/10页增加到2.97v时，液晶分子的长轴开始向电场方向倾斜，透射光强开始增强；2.97-4.99v,透射光强明显增强；当电压在4.99~6.ISv时,透射光强持续增强，由于电压大于饱和电压，故增强程度逐渐减小，当电压在6.18-6.63v时，透射光强基本没明显改变。
升级会员 