液晶电光效应实验
五邑大学物理实验中心
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液晶及其电光效应
物质状态:介于液体与晶体之间。其分子既具有液体的流动性,又按一定规律有序排列,呈现晶体的各向异性。
形状大小:液晶分子为棍状,长度在十几埃,直径为4~6埃,液晶层厚度一般为5-8微米。
光学特性:光通过液晶时,会产生旋光效应。
电光效应:在电场作用下,液晶分子的原有排列方式会发生变化,其光学性质也相应发生改变,称之为液晶的电光效应。
液晶分子
液晶光开关作用
入射自然光
偏振片P1
偏振片
P2
出射偏振光
扭曲排列的液晶分子具有光波导效应
光波导已被电场拉伸
光开关作用:
断电:透光
通电:挡光
液晶光开关原理
两张偏振片贴于玻璃的两面,上下电极的定向方向相互垂直,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面时,其偏振面旋转了90°。这时光的偏振面与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,液晶分子趋于平行于电场方向排列。原来的扭曲结构被破坏,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。
光开关作用:断电透光通电挡光
液晶光开关的电光特性
透射率与外加电压的关系
曲线的陡度反映了液晶对驱动电压的要求,在一定电压范围内,越陡(开关电压差越小)则可驱动的液晶光开关数量越多,越有利于提高显示的分辨率
液晶光开关的时间响应特性
液晶分子在通电和断电时重新排序所耗的时间
电极上所加电压波形
相应的液晶透过率变化的波形
下降时间
上升时间
响应时间越短,动态显示效果越好
液晶图像显示原理
在液晶光开关组成的矩阵式图形显示器上显示一个2字
实验内容
1、液晶板安装,激光发射与接收调节。
2、液晶光开关电光特性测量:调节加在液晶电极上的电压大小,记录相应的透光率,作液晶开关电光特性曲线,标出阈值电压和关断电压
3、液晶的时间响应的测量:用示波器观察透过率波形,并记录上升时间和下降时间。
4、调节入射光的角度,测量不液晶光开关的视角特性,并绘制对比度随入射光角度变化的曲线。
5、观察液晶显示屏的图形显示效果。
预习与思考
液晶显示屏是靠液晶发光来实现信息显示的吗?
“本实验中,如果入射到液晶片的是自然光,那么出射的光也应该是自然光”,你认为这种结论正确吗?
如果入射到液晶片的光是线偏振光,你认为会有什么现象?
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