液晶电光效应.doc

【实验目的】1、在掌握液晶光开关的基本工作原理的基础上,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。2、测量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。3、测量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。4、了解液晶光开关构成图像矩阵的方法,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。【实验仪器】液晶光开关电光特性综合实验仪,其外部结构如图1所示。激光发射接口激光接收接口液晶驱动输出光功率输出扩展接口静态闪烁∕动态清屏模式转换开关供电电压调节供电电压显示透过率显示透过率校准激光发射液晶转盘激光接收开关矩阵图1液晶光开关电光特性综合实验仪功能键【实验原理】1、液晶早在上世纪70年代,液晶已作为物质存在的第四态开始写入物理学。液晶态是一种介于液体和晶体之间的中间态,既有液体的流动性、粘度、形变等机械性质,又有晶体的热、光、电、磁等物理性质。液晶与液体、晶体之间的区别是:液体是各向同性的,分子取向无序;液晶分子有取向序,但无位置序;晶体则既有取向序又有位置序。就形成液晶方式而言,液晶可分为热致液晶和溶致液晶。热致液晶又可分为近晶相、向列相和胆甾相。其中向列相液晶是液晶显示器件的主要材料。2、液晶电光效应液晶分子是在形状、介电常数、折射率及电导率上具有各向异性特性的物质,如果对这样的物质施加电场(电流),随着液晶分子取向结构发生变化,它的光学特性也随之变化,这就是通常说的液晶的电光效应。液晶的电光效应种类繁多,主要有动态散射型(DS)、扭曲向列相型(TN)、超扭曲向列相型(STN)、有源矩阵液晶显示(TFT)、电控双折射(ECB)等。其中应用较广的有:TFT型───主要用于液晶电视、笔记本电脑等高档产品;STN型───主要用于手机屏幕等中档产品;TN型───主要用于电子表、计算器、仪器仪表、家用电器等中低档产品,是目前应用最普遍的液晶显示器件。TN型液晶显示器件显示原理较简单,是STN、TFT等显示方式的基础。本仪器所使用的液晶样品即为TN型。3、TN型液晶盒结构TN型液晶盒结构如图2所示。图2TN型液晶盒结构图在涂覆透明电极的两枚玻璃基板之间,夹有正介电各向异性的向列相液晶薄层,四周用密封材料(一般为环氧树脂)密封。玻璃基板内侧覆盖着一层定向层,通常是一薄层高分子有机物,经定向摩擦处理,可使棒状液晶分子平行于玻璃表面,沿定向处理的方向排列。上下玻璃表面的定向方向是相互垂直的,这样,盒内液晶分子的取向逐渐扭曲,从上玻璃片到下玻璃片扭曲了90o,所以称为扭曲向列型。4、液晶光开关的工作原理TN型光开关的结构如图3所示。图3液晶光开关的工作原理无外电场作用时,由于可见光波长远小于向列相液晶的扭曲螺距。当线偏振光垂直入射时,若偏振方向与液晶盒上表面分子取向相同,则线偏振光将随液晶分子轴方向逐渐旋转90o,平行于液晶盒下表面分子轴方向射出(见图3中不通电部分,其中液晶盒上下表面各附一片偏振片,其偏振方向与液晶盒表面分子取向相同,因此光可通过偏振片射出);若入射线偏振光偏振方向垂直于上表面分子轴方向,出射时,线偏振光方向亦垂直于下表面液晶分子轴;当以其他线偏振光方向入射时,则根据平行分