液晶电光特性及应用.docx

液晶电光特性及应用一、?实验目的?1．在掌握液晶光开关的基本工作原理的基础上，测量液晶光开关的电光特性曲线，并由电光特性曲线得到液晶的阈值电压和关断电压。2．测量驱动电压周期变化时，液晶光开关的时间响应曲线，并由时间响应曲线得到液晶的上升时间和下降时间。3．测量由液晶光开关矩阵所构成的液晶显示器的视角特性以及在不同视角下的对比度，了解液晶光开关的工作条件二、实验原理从液晶显示的手表的出现开始, 液晶就作为电子时代的重要角色分外引人注目。之 后又相继出现了带有液晶显示的电子手册、便携式电话、情报工具、游戏机、翻译辞典、文 字处理机、笔记本计算机、PC 显示器, 乃至摄像机、数码相机、多功能电话、可视电话、液晶 电视等。如今, 液晶已是家喻户晓、人人皆知的名角了。目前, 液晶最广泛的应用是在显 示方面, 由于具有驱动电压低 ( 一般为几伏),功耗极小, 体积小, 寿命长, 环保无辐射等优 点, 在当今各种显示器件的竞争中有独领风骚之势。其中TN型液晶显示器件显示原理 较简单, 是其他显示方式的基础。 液晶显示的原理主要是基于光开关 ( 如图4 .18 .6 所示),若在加电压前两个偏振片刚 好处于消光位置, 当电压超过阈值电压Uth时, 整个装置将由消光变为通光。同样, 也可 以先使检偏器处于通光位置, 高电压时变为通光。通过电压可以控制液晶是透光还是不 透光, 比如通过控制7 段数码管上的电压, 可以分别显示0 ～9 十个数字。当然, 显示方式 也有两种: 白底黑字和黑底白字, 如图4 .18 .7 所示。图4 .18 .7 TN型液晶的常白和常黑模式 液晶光开关是由外加电压来控制的。液晶在电场作用下透光强度将发生变化, 透光强度与外加电压的关系曲线称为电光曲线。 以常白模式为例, 当电压小于一定数值时, 透过率基本不变, 加到某一电压时, 透光强 度开始变化, 随着电压的增加, 透光强度减 弱, 当电压升到一定值后透光强度不再随 外加电压变化了。图4 .18 .8 给出了常白模 式液晶的电光特性曲线。一般, 将透光强 度变化10 % 时的外加电压称为阈值电压 Uth , 透光强度变化90% 时的外加电压称为饱和电压Us 。 液晶的透过率受电压的控制, 但是, 当电压改变时, 液晶并不能立即改变其排列方式, 而是有一个转变过程, 这个过程需要的时间就叫响应时间。如图4 .18 .9 所示, 简单地说, 也就是液晶由暗转亮 ( 上升时间Δ t1) 或者是由亮转暗 ( 下降时间Δ t2) 的反应时间, 一般所 指的16 ms 、8 ms、4 ms就是这两个时间之和。液晶的响应时间较长时, 播放动画就会有严 重的拖尾现象。 液晶透光强度的最大值与最小值之比 Tmax/Tmin , 称为对比度。对比度越高, 显示效 果越好。但是, 视角不同, 对比度也随之变化。一般情况下, 对比度大于5 时, 可以获得满 意的图像, 对比度小于2 时, 图像就模糊不清了。 图4 .18 .10 表示了某种液晶视角特性的理论计算结果。图中用与原点的距离表示垂 直视角 ( 入射光线方向与液晶屏法线方向的夹角 ) 的大小, 每个同心圆分别表示垂直视角 332为30°、 60°和90°。90°同心圆外面标注的数字表示水平视角 ( 入射光线在液晶屏上的投影 与0°方向之间的夹角 ) 的大小。图中的闭合曲线为等对比度曲线。由图可以看出, 对比 度与垂直和水平视角都有关, 并且视角特性具有非对称性。矩阵显示方式, 是把图4 .18 .11( a) 所示的横 条形状的透明电极做在一块玻璃片上, 叫做行驱 动电极, 简称行电极 ( 常用Xi 表示),而把竖条形 状的电极制在另一块玻璃片上, 叫做列驱动电极, 简称列电极 ( 常用Si 表示 ) 。把这两块玻璃片面对 面组合起来, 把液晶灌注在这两片玻璃之间构成 液晶盒。为了画面简洁, 通常将横条形状和竖条 形状的ITO 电极抽象为横线和竖线, 分别代表扫 描电极和信号电极, 如图4 .18 .11( b) 所示。矩阵型显示器的工作方式为扫描方式。显示原理可依以下的简化说明作一介绍。 欲显示图4 .18 .11( b) 的那些有方块的像素, 首先在A 行加上高电平, 其余行加上低 电平, 同时在列电极的对应电极c 、 d 上加上低电平, 于是A 行的那些带有方块的像素就 被显示出来了。然后B 行加上高电平, 其余行加上低电平, 同时在列电极的对应电极b 、 e 上加上低电平, 因而B 行的那些带有方块的像素被显示出来了。然后是C 行、 D 行 ?? 依此类推, 最后显示出一整场的图像。这种工作方式称为扫描方式。 这种分时间扫描每一行的方式是平板显示器的共同的寻址方式, 依这种方式, 可以让 每一个液晶光开关按照其上的电压