液晶物性实验报告.doc

液晶物性

【摘要】
本实验主要是对液晶的各向异性、旋光性、电光效应等物理性质进行研究。实验中,我们测量了液晶盒的扭曲角、电光响应曲线和响应时间,观察和分析了液晶光栅。通过实验,我们了解了液晶在有无外加电场情况下光学性质的变化,并掌握对液晶电光效应测量的方法,最后还用白光光源观察了衍射特性。
【关键字】
液晶光学特性旋光度各向异性光电效应衍射
一引言
19世纪末奥地利植物学家莱尼兹尔在测定有机化合物熔点时发现了液晶。液晶(Liquid Crystal简称LC)是一种高分子材料,因为其特殊的物理、化学、光学特性,20世纪中叶开始被广泛应用在轻薄型的显示技术上。近十年来液晶科学获得了许多重要的发展,使得液晶得到极为广泛的应用,为当代新兴的液晶工业体系奠定了基础,同时亦促进了液晶的基础理论研究。
二实验原理
液晶的基础物理性质
液晶的介电各向异性
液晶的各项异性是决定液晶分子在电场中行为的主要参数。当外电场平行于或者垂直于分子长轴时,分子极化率不同。当一个任意取向的分子被外电场极化时,各方向上的极化率不同,造成分子感生电极矩的方向和外电场的方向不同,从而使分子发生转动。旋转将引起类似于弹性恢复力造成的反方向力矩,使得分子在转动一个角度后不再转动。因此产生电场对液晶分子的取向作用。
液晶的光学各向异性
光在液晶中传播会产生寻常光(o光)与非寻常光(e光),表现出光学的各项异性。所以液晶的光学性质也要通过两个主折射率n''、 n⊥描述。由于n''和n⊥不同,o光与e光在液晶中传播时产生相位差,使得出射光的偏振态发生变化。这就是液晶的双折射效应。
液晶的光电效应
旋光性
由于液晶盒的上下基片的去向成一定的角度,两者间的液晶分子取向将均匀扭曲。通常振动面的旋光角度θ与旋光物质的厚度d成正比,即为旋光率。
液晶响应时间
当施加在液晶上的电压改变时,液晶改变原排列方式所需的时间即为响应时间。我们用上升沿时间和下降沿时间来衡量液晶对外界驱动信号的响应速度。
上升沿时间:透过率由最小值升到最大值的90%时所需的时间
下降沿时间:透过率有最大值降到最大值的10%时所需的时间
电光响应时间
由于液晶的电光相应,在外电场的作用下,则系统透光强度将发生变化,透过率与外加电压的关系曲线称为电光响应曲线,它决定着液晶显示的特性。在电光响应曲线中有3个重要参量,在“常白模式”下:
1)、阈值电压Vth,即透过率为90%所对应的电压
2)、饱和电压Vs,即透过率为10%所对应的电压
3)、阈值锐度β,即饱和电压与阈值电压之比,β=Vs/Vth
“常黑模式”下则相反。
液晶光栅
当外加电压在一定范围时,液晶盒中的液晶取向会产生有规则的形变,使得折射率周期性变化。由于这种周期性变化的尺度与激光的波长相近,因此可以观察到衍射条纹的出现。
液晶盒内形成折射率位相光栅,即液晶光栅。液晶相位光栅满足一般的光栅方程:dsinθ=kλ
其中:d为光栅常数, θ为衍射角,k= 0,±1 ,±2…为衍射级次。
三实验仪器
半导体激光器,示波器,液晶盒,激光功率计,光电池,光电二极管,偏振片(2个),光学导轨,白屏
四实验内容
实验原理如下图所示
图一
观察液晶的旋光现象和双折射现象
如上图搭光路,调节起偏器,使入射到液晶表面