大学物理实验讲义实验08液晶电光效应实验.docx

实验14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, 使它呈现晶体的特性。 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,日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,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,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】,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。,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。。。【仪器用具】ZKY-LCDEO 型液晶光开关电光特性综合实验仪、数字示波器【实验原理】, 仅以常用的扭曲向列型液晶为例, 说明其工作原理。 光开关的结构如入射的自然光偏振片P1扭曲排列的液 光波导已被晶分子具有光 。在两块玻璃板之间夹有液晶,液晶分子的形状如同火柴一样,为棍状。棍的长度在十几埃,直径为4~6埃,液晶层厚度一般为5-8微米。玻璃板的内表面涂有透明电极,电极的表面预先作了定向处理(可用软绒布朝一个方向摩擦),这样,液晶分子在透明电极表面就会躺倒在摩擦所形成的微沟槽里;电极表面的液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-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面透过扭曲排列起来的液晶传播到下电极表面时,偏振方向会旋转90度。取两张偏振片贴在玻璃的两面,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,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右图所示。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