液晶电光效应实验.docx

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液晶电光效应实验
液晶电光效应实验
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液晶电光效应特征研究
早在上世纪70年月,液晶已作为物质存在的第四态开始写入各国学生的教科书。到现在
已成为由物理学家、化学家、生物学家、工程技术人员和医药工作者共同关怀与研究的领域,
在物理、化学、电子、生命科学等诸多领域有着宽泛应用。如:光导液晶光阀、光调制器、
液晶显示器件、各样传感器、微量毒气监测、夜视仿生等,特别液晶显示器件早已广为人知,独占了电子表、手机、笔录本电脑等领域。此中液晶显示器件、光导液晶光阀、光调制器、
光路变换开关等均是利用液晶电光效应的原理制成的。所以,掌握液晶电光效应从适用角度或物理实验教课角度都是很存心义的。
【实验目的】
测定液晶样品的电光曲线;
,求出样品的阈值电压Uth饱和电压Ur、对照度Dr、陡度β等电光效应的主要参数;
认识最简单的液晶显示器件(TN—LCD)的显示原理;
自配数字储存示波器可测定液晶样品的电光响应曲线,求得液晶样品的响应时间。
【实验仪器】
FD-LCE-1型液晶电光效应实验仪
【实验原理】

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、晶体之间的差别是:液体是各向
同性的,分子取向无序;液晶分子有取向序,但无地点序;晶体则既有取向序又有地点序。
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。此中向列相液晶是液晶显示器件的主要资料。

液晶分子是在形状、介电常数、折射率及电导率上拥有各向异性特征的物质,假如对这
样的物质施加电场(电流),跟着液晶分子取向构造发生变化,它的光学特征也随之变化,这
就是往常说的液晶的电光效应。
液晶的电光效应种类众多,主要有动向散射型(DS)、歪曲向列相型(TN)、超歪曲向列相
型(STN)、有源矩阵液晶显示(TFT)、电控双折射(ECB)等。此中应用较广的有:TFT型───
主要用于液晶电视、笔录本电脑等高档产品;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,是当前应用最普
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。

TN式液晶盒构造如图1所示。
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图1TN型液晶盒构造图
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,周围用密封资料(一般为环氧树脂)密封。玻璃基板内侧覆盖着一层定向层,往常是一薄层高分子有
机物,经定向摩擦办理,可使棒状液晶分子平行于玻璃表面,沿定向办理的方向摆列。上下玻璃表面的定向方向是互相垂直的,这样,盒内液晶分子的取向渐渐歪曲,从上玻璃片到下玻璃片歪曲了90o,所以称为歪曲向列型。

无外电场作用时,因为可见光波长久小于向列相液晶的歪曲螺距,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同样,则线偏振光将随液晶分子轴方向渐渐旋转
o
(见图2(a)中不通电部分,此中液晶盒上下表面各
90,平行于液晶盒下表面分子轴方向射出
附一片偏振片,其偏振方向与液晶盒表面分子取向同样,所以光可经过偏振片射出
);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;当以其余线偏振光方向入射时,
则依据平行重量和垂直重量的相位差,以椭圆、圆
或直线等某种偏振光形式射出。
对液晶盒施加电压,当达到某一数值时,液晶分子长轴开始沿电场方向倾斜,电压持续
增添到另一数值时,除附着在液晶盒上下表面的液晶分子外,全部液晶分子长轴都按电场方向进行重摆列(见图2中通电部分),TN型液晶盒90o旋光性随之消逝。
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图2TN型液晶显示器件显示原理表示图
若将液晶盒放在两片平行偏振片之间,
其偏振方向与上表面液晶分子取向同样。
不加电
压时,入射光经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
90o,
不可以经过检偏器;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
3;
此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(Uth),标记了液晶电光效应有可察看反响的开始
(或称起辉),阈值电压小,是电
光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
(Ur),标记
了获取最大对照度所需的外加电压数值,
Ur小则易获取优秀的显示成效,且降低显示功耗,
对显示寿命有益。对照度
Dr=Imax/Imin,此中Imax为最大察看(接收)亮度(照度),Imin为最小亮
度。陡度β=Ur/Uth即饱和电压与阈值电压之比。
—LCD构造及显示原理
TN型液晶显示器件构造参照图2,液晶盒上下玻璃片的外侧均贴有偏光片,此中上表
面所附偏振片的偏振方向老是与上表面分子取向同样。自然光入射后,经过偏振片形成与上
表面分子取向同样的线偏振先,入射液晶盒后,偏振方向随液晶分子长轴旋转90o,以平行
于下表面分子取向的线偏振光射出液晶盒。若下表面所附偏振片偏振方向与下表面分子取向
垂直(即与上表面平行),则为黑底白字的常黑型,不通电时,光不可以透过显示器(为黑态),
通电时,90o旋光性消逝,光可经过显示器(为白态);若偏振片与下表面分子取向同样,则
为白底黑字的常白型,如图2所示构造。TN-LCD可用于显示数字、简单字符及图案等,有
选择的在各段电极上施加电压,就能够显示出不一样的图案。
【实验仪器介绍】
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FD-LCE—I型液晶电光效应实验仪拥有以下长处:
仪器导轨、滑块、转盘等均采纳高强度铝合金制作,立杆资料为不锈钢。拥有体积小、重量轻、不会生锈等长处,转盘经特别设计,可细调。导轨采纳燕尾型构造,挪动时直线定位好,固准时坚固靠谱;
(2)用框架型构造固定液晶样品,坚固雅观;采纳接线柱方式给样品通电,方便安全;
(3)所用装置配件均为光学通用配件(含常用光功率计),除可做液晶电光效应实验外,还
可用于光偏振等光学实验或用于测定半导体激光器工作电流与出射光强的关系;
如图4所示,液晶电光效应实验仪主要由控制主机、导轨、半导体激光器、液晶样品盒(包含起偏器及液晶样品)、检偏器、可调光阑及光电探测器构成。

图4液晶电光效应实验仪装置图
【实验内容及步骤】
:半导体激光器-液晶样品盒-检偏器-光电探测器(带可调光阑)。
此中液晶样品盒带接线柱的一面面向激光器。液晶样品盒包含液晶样品及起偏器,起偏器附
在液晶片的一面(带接线柱的一面),其偏振方向与所附表面的液晶分子取向同样。翻开半导体激光器,调理各元件高度,使激光挨次穿过液晶盒、检偏器,打在光电探测器的光阑上。
,将光功率计调零,用话筒线连结光功率计和光电探测器旋转检偏器,
可察看到光功率计数值大小变化,若最大透射光强小于200μW,可旋转半导体激光器机身,
使最大透射光强盛于200μW最后旋转检偏器至透射光强值达到最小。
,用红黑导线连结主机和液晶盒,从0开始渐渐增大电压,察看
光功率计读数变化,电压调至最大值后归零。
,0—,
,,在重点点邻近宜多
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几数据。
,坐透射光,横坐外加。
,求出品的Uth(最大透光度的)、和Ur(最大透光度的90%的外加)、比度陡度β(β=Ur/Uth)。

10%所的外加Dr(Dr=Imax/Imin)及
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-LCD。拔掉液晶盒上的插,光功率示最小,即
黑;将至6至7V左右,通液晶盒,光功率示最大数,即白。注:可自配数字或字符型液晶片演示,有的在各段极上施加,就能够示出不一样的案。
,可液晶品的光响曲,求得品的响。
【数据及理
】
量点
1
2
3
4
5
6
⋯⋯
U/V
⋯⋯
I/μW
⋯⋯
依据所数据作光曲并算果。
【注意事】
,切忌液晶盒中部;保持液晶盒表面清,不可以有划痕;
防备液晶盒受潮,防备受阳光直射。
。
。
,如TN型液晶的在20℃±20℃范内漂移达15%到35%,所以每次果有必定进出正常状况。也可比不一样温度下
液晶品的光曲。
【思虑】
、常亮型液晶示。
,可否达成?假如能,将附着偏振片
的一面朝向哪?沁园春·雪
北国风光,千里冰封,万里雪飘。
望长城内外,惟余莽莽;大河上
下,顿失滔滔。
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山舞银蛇,原驰蜡象,欲与天公试
比高。
须晴天,看红装素裹,格外妖娆。江山这样多娇,引无数英豪竞折腰。惜秦皇汉武,略输文采;唐宗宋祖,稍逊风骚。
一代天骄,成吉思汗,只识弯弓射
大雕。
俱往矣,数风流人物,还看今朝。
克
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