液晶电光效应实验报告#40;完整版#41;.docx

PAGE PAGE #- 10 PAGE PAGE #- 10 液晶电光效应实验 液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态。一般的液体内部分子排列是无序的，而液晶既具有液 体的流动性，其分子又按一定规律有序排列，使它呈现晶体的各向异性。当光通过液晶时，会产生偏振 而旋转，双折射等效应。液晶分子是含有极性基团的极性分子，在电场作用下，偶极子会按电场方向取 向，导致分子原有的排列方式发生变化，从而液晶的光学性质也随之发生改变，这种因外电场引起的液 晶光学性质的改变称为液晶的电光效应。 1888年，奥地利植物学家Reinitzer在做有机物溶解实验时，在一定的温度范围内观察到液晶。 1961年美国RCA公司的Heimeier发现了液晶的一系列电光效应，并制成了显示器件。从70年代开始, R本公司将液晶与集成电路技术结合，制成了一系列的液晶显示器件，并至今在这一领域保持领先地位。 液晶显示器件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。 【实验目的】 在掌握液晶光开关的基本工作原理的基础上，测fi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。 测fi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。 测fi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。 了解液晶光开关构成阁像矩阵的方法，学习和掌握这种矩阵所组成的液晶显示器构成文字和图 形的显示模式，从而了解一般液晶显示器件的工作原理。 【实验原理】 液晶光开关的工作原理 液晶的种类很多，仅以常用的TN (扭曲向列）型液晶为例，说明其工作原理。 TN型光开关的结构如图1所示。在两块玻璃板之间夹有正性向列相液晶，液晶分子的形状如同火 柴一样，为棍状。棍的长度在十几埃（1埃=1〇_1()米），直径为4?6埃，液晶层厚度一般为5-8微米。 玻璃板的内表而涂有透明电极，电极的表而预先作了定向处理（可用软绒布朝一个方向摩擦，也可在电 极表而涂取向剂)，这样，液晶分子在透明电极表而就会躺倒在摩擦所形成的微沟槽里；电极表而的液 图1.液晶光开关的工作原理 晶分子按一定方向排列，且上下电极上的定向方向相互垂直。上下电极之间的那些液晶分子因范德瓦尔 斯力的作用，趋向于平行排列。然而由于上下电极上液晶的定向方向相互垂直，所以从俯视方向看，液 晶分子的排列从上电极的沿一45度方向排列逐步地、均匀地扭曲到下电极的沿+45度方向排列，整个 扭曲了 90度。如图1左图所示。 理论和实验都证明，上述均匀扭曲排列起来的结构具有光波导的性质，即偏振光从上电极表而透过 扭曲排列起来的液晶传播到下电极表而时，偏振方向会旋转90度。 取两张偏振片贴在玻璃的两而，P1的透光轴与上电极的定向方向相同，P2的透光轴与下电极的定 向方向相同，于是P1和P2的透光轴相互正交。 在未加驱动电压的情况下，来自光源的自然光经过偏振片P1后只剩下平行于透光轴的线偏振光， 该线偏振光到达输出而时，其偏振而旋转了 90°。这时光的偏振而与P2的透光轴平行，因而有光通过。 在施加足够电压情况下(一般为1?2伏)，在静电场的作用下，除了基片附近的液晶分子被基片“锚 定”以外，其他液晶分子趋于平行于电场方向排列。于是原来的扭曲结构被破坏，成了均匀结构，如图 1右阁所示。从P1透射出来的偏振光的偏振方向在液晶中传播时不再旋转，保持原来的偏振方向到达 下电极。这时光的偏振方向与P2正交，因而光被关断。 由于上述光开关在没有电场的情况下让光透过，加上电场的时候光被关断，因此叫做常通型光开关, 又叫做常白模式。若P1和P2的透光轴相互平行，贝lj构成常黑模式。 液晶可分为热致液晶与溶致液晶。热致液晶在一定的温度范围内呈现液晶的光学各向异性，溶致液 晶是溶质溶于溶剂中形成的液晶。目前用于显示器件的都是热致液晶，它的特性随温度的改变而有一定 变化。 液晶光开关的电光特性 图2为光线垂直液晶而入射时本实验所用液晶相对透 射率（以不加电场时的透射率为100%)与外加电压的关 由图2可见，对于常白模式的液晶，其透射率随外加 电压的升高而逐渐降低，在一定电压下达到最低点，此后 略有变化。可以根据此电光特性曲线图得出液晶的阈值电 压和关断电压。 阈值电压：透过率为90%时的驱动电压； 关断电压：透过率为10%时的驱动电压。 液晶的电光特性曲线越陡，即阈值电压与关断电压的差值越小，由液晶开关单元构成的显示器件允 许的驱动路数就越多。TN型液晶最多允许16路驱动，故常用于数码显示。在电脑，电视等需要高分辨 率的显示器件中，常采用STN (超扭曲向列）型液晶， 以