液晶光电效应(含思考的题目问题详解).pdf

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专业班号：某某：学号：

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液晶电光效应实验

一、实验目的

1、了解液晶的特性和根本工作原理；

2、掌握一些特性的常用测试方法；

3、了解液晶的应用和局限。

二、实验原理：

液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态。一般的液体内局部子排列是无序的，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，会产生偏振面旋转，双折射等效应。液晶分子的形状如同火柴一样，为棍状。棍的

长度在十几埃，直径为4～6埃，液晶层厚度一般为5-8微米。

列方式和天然胆甾(音同淄)相液晶的主要区别是：扭曲向列的扭曲角是人为可控的，且

“螺距〞与两个基片的间距和扭曲角有关。而天然胆甾相液晶的螺距一般不足1um，不能人

为控制。

扭曲向列排列的液晶对入射光会有一个重要的作用，他会使入射的线偏振光的偏振方向

顺着分子的扭曲方向旋转，类似于物质的旋光效应。在一般条件下旋转的角度(扭曲角)等于

两基片之间的取向夹角。

由于液晶分子的结构特性,其极化率和电导率等都具有各向异性的特点，当大量液晶分

子有规律的排列时,其总体的电学和光学特性,如介电常数、折射率也将呈现出各向异性的特

点。如果我们对液晶物质施加电场，就可能改变分子排列的规律。从而使液晶材料的光学特

性发生改变，1963年有人发现了这种现象。这就是液晶的的电光效应。

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。我们将这个由基

片电极、取向膜、液晶和密封结构组成的结构叫做液晶盒。当我们在液晶盒的两个电极之间

加上一个适当的电压时我们来看一下液晶分子会发生什么变化。根据液晶分子的结构特点。

我们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

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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根本的观察和研究，对液晶材料的光学性质与物理

结构有一个根本了解。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

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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。

假如将液晶盒放在两片平行偏振片之间，其偏振方向与上外表液晶分子取向一样。不加

o

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(U)，标志了液晶电光效应有可观察反响的开始(或称起辉)，阈值电压小，是电光

th

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(U)，标志了