实验二液晶电光效应

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1、实验二十三液晶电光效应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，使它呈现晶体的各向异性,当光通过液晶时，会产生偏振面旋转，双折射等效应。液晶作为物质存在的第四态，至今已成为由物理学家、化学家、生物学家、工程技术人员和医药工作者共同关心与研究的领域，在物理、化学、电子、生命科学等诸多领域有看广泛应用。如：光导液晶光阀、光调制器、液晶显示器件、各种传感器、微量毒气监测、夜视仿生等。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

2、变化，从而液晶的光学性质也随Z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。液晶显示器件、光导液晶光阀、光调制器、光路转换开关等均是利用液晶电光效应的原理制成的。一、实验目的（1）掌握液晶光开关的基本工作原理。（2）学会测量液晶光开关的电光特性曲线、液晶光开关的时间响应曲线、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。（3）了解液晶光开关构成图像矩阵的方法。二、实验仪器ZKY-LCDEO-2液晶电光效应综合实验仪、ZKY-LCDEO-2信号适配器、双踪显示示波器三、实验原理1.液晶光开关的工作原理液晶的种类很多

3、，仅以常用的TN（扭曲向列）型液晶为例，说明其工作原理。TN型光开关的结构如图4-117所示。在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，直径为4-6埃，液品层厚度一般为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，也可在电极表面涂取向剂），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因范徳瓦尔斯力的作用，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

4、垂直，所以从俯视方向看，液晶分子的排列从上电极的沿一45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4-117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，片的透光轴与上电极的定向方向相同，/的透光轴与下电极的定向方向相同，于是片和£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片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

5、的偏振面与鬥的透光轴平行，因而有光通过。在施加足够电压情况下（一般为1〜2伏），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。于是原來的扭曲结构被破坏，成了均匀结构，如图4-117右图所示。从片透射出来的偏振光的偏振方向在液晶小传播时不再旋转，保持原来的偏振方向到达下电极。这时光的偏振方向与£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透过，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。若£和鬥的透光轴相互平行，则构成常黑模式。1.液晶光开关的电光特性图4-118为光线垂直液晶而

6、入射时木实验所用液晶相对透射率（以不加电场时的透图6-118液品光开关的电光特性曲线射率为100%）与外加电压的关系。由图4-118可见，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，在一定电压下达到最低点，此后略有变化。可以根据此电光特性曲线图得出液晶的阈值电压和关断电压。阈值电压：透过率为90%时的驱动电压；关断电压：透过率为10%时的驱动电压。液晶的电光特性曲线越陡，即阈值电压与关断电压的差值越小，由液晶开关单元构成的显示器件允许的驱动路数就越多。TN型液晶最多允许16路驱动，故常用于数码显示。在电脑，电视等需要高分辨率的显示器件中，常采用

7、STN（超扭曲向列）型液晶，以改善电光特性曲线的陡度，增加驱动路数。2.液晶光开关的时间响应特性图4-119液晶驱动电压和时间响应图加上或去掉驱动电压能使液晶的开关状态发生改变，是因为液晶的分子排序发生了改变,这种重新排序需要一定时间，反映在时间响应曲线上，用上升时间卩和下降时间0描述。给液晶开关加上一个如图4・119上图所示的周期性变化的电压，就可以得到液晶的时间响应曲线，上升时间和下降时间。如图4・119下图所示。上升时间：透过率由10%升到90%所需时间；下降时间：透过率由90%降到10%所需时间。液晶的响应时间越短，显示动态图像的效果越好，这是液晶

8、显示器的重要指标。早期的液晶显示器在这方面逊色于其它显示器，现在通