液晶光电效应含思考题答案Word文档下载推荐.docx
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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，直到各种互相作用力达到平衡。
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2中的排列形式。
本实验希望通过一些基本的观察和研究，对液晶材料的光学性质及物理结构有一个基本了解。
并利用现有的物理知识进入初步的分析和解释。
图1图2
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，我们可以清晰地观察到偏振态的变化。
大多数液晶器件都是这样工作的。
图3扭曲向列型（TN）液晶屏结构图
图3液晶屏结构
图4液晶光开关工作原理
以上的分析只是对液晶盒在“开关”两种极端状态下的情况作了一些初步的分析。
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90o，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5；
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，Ur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β=Ur/Uth即饱和电压与阈值电压之比。
图5液晶电光效应关系图
而对于这两个状态之间的中间状态。
我们还没有一个清晰的认识，其实在这个中间状态，有着极其丰富多彩的光学现象。
在实验中我们将会一一观察和分析。
液晶对变化的外界电场的响应速度是液晶产品的一个十分重要的参数。
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液晶对外界驱动信号的响应速度情况。
定义如图6所示
图6液晶屏响应时间
三、实验仪器：
1、控制机箱2、液晶电光效应光具座架3、激光器4、起偏器5、液晶屏
6、检偏器7、光电池
液晶电光效应控制机箱：
1、激光器输出：
输出连接到激光器上，供应半导体激光器电源
2、功率：
控制激光器亮度，顺时针变亮
3、液晶屏输出：
输出方波信号给液晶屏
4、同步：
同步信号给示波器
5、频率：
调节方波信号频率，顺时针频率降低
6、幅度:
调节方波信号的幅值，顺时针幅值增大
7、光电接受：
接受光信号转化为电信号
8、示波器：
将接受到的信号连接到示波器上加以显示
9、驱动电压表头：
显示驱动方波的幅值电压
10、光电流表头：
显示接受到的信号的电流值
11、电源开关：
控制电源
四、实验步骤:
图7液晶电光效应实验示意图
一、液晶电光特性测量
1、按图7所示将激光器，起偏器、检偏器、液晶屏及光电池放置在对应位置，摆好光路。
并将激光器、液晶屏及光电池插入机箱对应插孔内。
2、调节激光器高度使激光器光斑入射到光电池入射孔内。
3、取掉将起偏器旋转到0°
，旋转检偏器使激光光斑变到最暗状态，此时检偏器角度应为90°
，将液晶屏重新放入对应插孔，可以发现此时光斑变亮。
4、打开机箱电源，调节频率旋钮，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烁现象，幅值电压表头及光电流表头数字稳定。
5、顺时针旋转幅值旋钮,缓缓增大输出方波信号的幅值，观察光电流表的数据，记录下幅值对应光电流值，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。
（注意调节幅值过程中，0~2V每次调节0.2V，2V~5V每次调节0.1V）
2、液晶上升时间、下降时间测量，响应时间
1、重复一实验的1、2、3部分。
2、打开控制箱电源，用Q9线连接示波器下旋钮到示波器CH1上，将同步连接到示波器的触发源上上，示波器的触发源拨到同步信号对应接口。
示波器周期拨到10ms左右，电压调到5mv档。
3、顺时针调节频率旋钮，此时方波驱动的频率减小、周期增大，可以观察到光电池接受到的光斑开始闪烁，随着周期的增大，可以观察到光斑闪烁的间隔时间越来越长。
4、将幅值电压调到3V左右，缓缓增大方波周期，知道可以清晰的看到上升沿及下降沿现象。
（调节过程中方波幅值电压不应过强，否则输出波形将产生畸变）
5、通过示波器测量上升时间及下降时间，估计液晶屏的响应速度。
6、改变信号的幅值，记录不同幅值下的响应时间。
3、液晶屏视角特性测量
1、重复一实验1、2、3、4实验部分。
2、调节幅值电压0V，旋转液晶屏±
80°
，每隔20°
测量一次。
3、调节幅值电压为2V，重复上面测量过程。
五、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。
4．液晶样品受温度等环境因素的影响较大，如TN型液晶的闺值电压在20℃±
20℃范围内漂移达15％到35％，因此每次实验结果有一定出入为正常情况。
也可比较不同温度下液晶样品的电光曲线图。
六、实验数据
幅值
电流值
透过率
0.235
1
0.229
0.21
0.23
0.2
1.00437
0.42
0.234
0.99574
0.4
0.58
0.61
0.82
0.233
0.99149
0.81
0.8
1.02
1.21
1.2
1.41
1.4
1.6
1.59
1.83
1.79
1.8
2.01
2
2.11
2.19
0.99563
2.1
2.2
2.32
2.3
2.42
2.4
2.51
0.232
0.98723
2.5
0.228
2.61
0.231
0.98298
2.59
0.227
0.99127
2.6
2.7
0.97021
0.226
0.98253
0.9869
2.81
0.223
0.94894
2.8
0.96943
0.9738
2.91
0.211
0.89787
2.9
0.215
0.9345
0.93886
3
0.192
0.81702
0.201
0.87336
0.87773
3.1
0.164
0.69787
0.177
0.75546
0.77293
3.2
0.129
0.54894
0.146
0.62445
0.63755
3.31
0.093
0.39574
3.3
0.111
0.47598
0.48472
3.41
0.06
0.25532
3.4
0.08
0.33624
0.34934
3.5
0.038
0.1617
0.052
0.20961
0.22707
3.6
0.022
0.09362
0.031
0.12227
0.13537
3.7
0.012
0.05106
0.017
0.08297
0.07424
3.8
0.006
0.02553
0.009
0.03493
0.0393
3.9
0.003
0.01277
0.005
0.01747
0.02183
4
0.002
0.00851
0.0131
4.1
0.00873
4.2
0.001
0.00426
0.00437
4.3
4.4
4.5
4.61
4.6
4.7
4.8
4.9
5
七、数据处理
幅值与光电流值关系图
幅值与透过率关系图
不同角度液晶屏的透过率
B
C
D
E
F
G
角度\幅值
0.225
0.197
20
0.239
0.252
0.249
0.243
40
0.261
0.267
0.271
0.275
60
0.26
0.266
0.265
0.282
0.04
0.008
80
0.17
0.136
0.123
0.018
100
0.126
0.167
0.162
0.166
0.019
0.007
120
0.244
0.245
0.043
上图分析
3、幅值与透过率关系图知，阈值电压Uth=2.934V关断电压Uf=3.622V，因为上图中，F，G两条线电压4V，5V大于关断Uf，从而光电流值很小，在整个图像下面。
E线是处在液晶透过率随电压变化线性段。
而B，C，D处电压小于在液晶阈值电压。
4、对于上图的B，C，D线，出现透过率（光电流值）峰值的角度位置随外加电压（该外加电压只是对于小电压，小于阈值电压Uf）微弱的变小。
对于线性段，不符合此规律，有上图的E线的峰值处易知。
八、液晶光电效应应用实例
液晶显示屏、滤光片、光学膜、专用涂层。
在医疗上，皮肤癌和乳癌之侦测也可在可疑部位涂上类固醇液晶，然后与正常皮肤显色比对（因为癌细胞代谢速度比一般细胞快，所以温度会比一般细胞高些）。
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