液晶的时间响应特性研究

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1、实验三、液晶的时间响应特性研究实验目的1、了解液晶驱动波形2、了解液晶的电光响应曲线的特性3、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。实验原理1、液晶光开关的工作原理液晶的种类很多，仅以常用的ＴＮ（扭曲向列）型液晶为例，说明其工作原理。液晶光开关的结构如图5-1所示。在涂有透明电极的两块玻璃板之间夹有正性向列相液晶，液晶分子的形状如同火柴一样，为棍状。棍的长度在十几埃（1埃＝10纳米），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，电极的表面预先用软绒布

2、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，（也可在电极表面涂取向剂）这一过程叫做液晶分子的定向。使电极表面上的液晶分子按一定方向排列，液晶光开关的定向方向与电极面的法向垂直，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因范德瓦斯力的作用，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，所以从俯视方向上看，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5-１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，即偏振方向平行于上电

3、极的定向方向的偏振光，当通过扭曲排列起来的液晶时，偏振方向与液晶的扭曲结构同步旋转，到下电极表面时，光的偏振方向与下电极的定向方向相同，此时光的偏振方向转过了90度。另取两张偏振片P1和P2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（标记为P1⊥P2）。当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，线偏振光射入液晶层以光波导方式在液晶层传播，即该光在传播中，其偏振方向随分子扭曲结构同步旋转。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

4、平行，因而有光通过。?在施加足够电压情况下(一般为1～2伏)，棍状的液晶分子在静电场的吸引下，除了基片附近的液晶分子被基片“锚定”以外，其它液晶分子趋于平行于电场排列。于是原来的扭曲结构被破坏，成了均匀结构。当光通过液晶时，从P1透射出来的偏振光的偏振方向在液晶中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。由于上述光开关在没有电场的情况下让光通过，加上电场的时候光被关断，因此叫做常通型光开关，又叫做常白模式。2、液晶光开关的电光特性液晶分热致液晶和溶致液晶。热致液晶在一定的温度范围内呈现液晶的光学各向异性，溶致液晶是溶质溶于溶剂中形成

5、的液晶。目前有于显示器件的都是热致液晶，它的电光特性跟温度的改变有一定的关系。由图5-2为光线垂直入射本实验所用液晶屏时的相对透射率（以不加电场时的透过率为100﹪）与外加电压的关系。由图5-2可知对于常白模式的液晶，其透射率随外加电压的升高而逐渐降低，在一定的电压下达到最低点，此后略有变化。出现该极点的原因，简单的说，可以认为表征液晶光学各向异性的透射率椭圆的光轴方向正好与入射光的方向重合。更详细的分析见文献[1]。3、液晶的电光响应曲线曲线如图所示，定义上升时间τr透过率由90%降到10%所需的时间;下降时间τr为光透过率由10升到90%所的时间。上述的定义是对常白

6、型的液晶而言不同的液晶其τd和τr是不同的，除了与材料有关以外,还与电光效应、粘滞系数η、弹性系数k节及液晶膜的厚度d有关，液晶显示器的响应时间是比较大的。其电光响应曲线如图5-3所示。图5-3液晶的电光响应曲线 4．液晶光开关的构成显示矩阵的方法除了液晶显示器以外，其他显示器靠自身发光来实现信息显示功能。这些显示器主要有以下一些：阴极射线管（CRT）显示、等离子体显示(PDP)、电致发光显示(ELD)、发光二极管（LED）显示、有机发光二极管（OLED）显示、真空荧光管显示（VFD）、场发射显示（FED）。这些显示器因为要发光，所以要消耗大量的能量。液晶显示器通过对外

7、界光线的开关控制来完成信息显示任务，为非主动发光型显示，其最大的优点在于能耗极低。正因为如此，液晶显示器在便携式装置的显示方面，例如电子表、万用表、手机、传呼机等具有不可代替地位。下面我们来看看如何利用液晶光开关来实现图形和图像显示任务的。?矩阵显示方式，是把图5-5a所示的横条形状的透明电极做在一块玻璃片上，叫做行驱动电极，（常用作扫描电极）简称行电极（常用表示），而把图示的竖条形状的电极制在另一块玻璃片上，叫做列驱动电极，（常用作信号电极）简称列电极（常用表示）。把这两块玻璃片面对面组合起来，把液晶灌注在这两片玻璃之间构成液晶盒。为了