大力推进教育创新 深化教学质量工程 培养高素质创新人才.ppt

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1、液晶的电光效应实验液晶作为物质存在的第四态在物理、化学、电子、生命科学等诸多领域有着广泛应用。尤其液晶显示器件早已广为人知，独占了电子表、手机、笔记本电脑等领域。其中液晶显示器件、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。因此，掌握液晶电光效应从实用角度或物理实验教学角度都是很有意义的。【实验目的】测定液晶样品的电光曲线；2.根据电光曲线，求出样品的阈值电压Uth饱和电压Ur、对比度Dr、陡度β等电光效应的主要参数；【实验原理】1、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

2、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。2、TN型液晶盒结构3、当无外电场作用时，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a，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，则根据平行分量

3、和垂直分量的相位差，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，电压继续增加到另一数值时，除附着在液晶盒上下表面的液晶分子外，所有液晶分子长轴都按电场方向进行重排列(见图b)，TN型液晶盒90o旋光性随之消失。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相同。不加电压时，入射光通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，不能通过检偏器；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；其中纵坐标为透光强度，横坐标为外加电压。最大透光强度

4、的10%所对应的外加电压值称为阈值电压(Uth)，标志了液晶电光效应有可观察反应的开始(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)，标志了获得最大对比度所需的外加电压数值，Ur小则易获得良好的显示效果，且降低显示功耗，对显示寿命有利。对比度Dr=Imax/Imin，其中Imax为最大观察(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。【实验仪器】FD-LCE-1型液晶电光效应实验仪【实验内容及步骤】1．光学导轨上依次为：半导体激光器-液晶样品盒-检偏器

5、-光电探测器(带可调光阑)。其中液晶样品盒带接线柱的一面面向激光器。液晶样品盒包括液晶样品及起偏器，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相同。打开半导体激光器，调节各元件高度，使激光依次穿过液晶盒、检偏器，打在光电探测器的光阑上。2．接通主机电源，将光功率计调零，用话筒线连接光功率计和光电探测器旋转检偏器，可观察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，使最大透射光强大于200μW最后旋转检偏器至透射光强值达到最小。3．将电压表调至零点，用红黑导线连接主机和液晶盒，从0开始逐渐增大

6、电压，观察光功率计读数变化，电压调至最大值后归零。4．从0开始逐渐增加电压，0—2．5V每隔0.2V或0.3V记一次电压及透射光强值，2.5v后每隔0.1v左右记一次数据，6.5V后再每隔0.2或0.3V记一次数据，在关键点附近宜多测几组数据。5．作电光曲线图，纵坐标为透射光强值，横坐标为外加电压值。6．根据作好的电光曲线，求出样品的阈值电压Uth(最大透光强度的10%所对应的外加电压值)、饱和电压Ur(最大透光强度的90%对应的外加电压值)、对比度Dr(Dr=Imax/Imin)及陡度β(β=Ur/Uth)。7．自配数字存储示波器，可测试液晶样品的电光响

7、应曲线，求得样品的响应时间。【数据记录及处理】测量点123456……U/V……I/μW……根据所测数据作电光曲线图并计算结果。【思考题】1．如何实现常黑型、常亮型液晶显示。2．实验中液晶样品盒采用单面附着偏振片，能否完成实验？如果能，应将附着偏振片的一面朝向哪边？【注意事项】1．拆装时只压液晶盒边缘，切忌挤压液晶盒中部；保持液晶盒表面清洁，不能有划痕；应防止液晶盒受潮，防止受阳光直射。2．驱动电压不能为直流。3．切勿直视激光器。4．液晶样品受温度等环境因素的影响较大，如TN型液晶的闺值电压在20℃±20℃范围内漂移达15％到35％，因此每次实验结果有一定出

8、入为正常情况。也可比较不同温度下液晶样品的电光曲线图。