液晶电光效应研究

实验资料：

实验名称：液晶电光效应实验

指导教师：周江可预约计

划：

执行教室：1实东6-2实验类型：

综合

实验仪器：.

仪器套数：8

准备天数：3

实验介绍：

液晶电光效应实验讲义

概述

液晶已成为物理学家、化学家、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着广泛的应用。如光导液晶光阀、光调制器、液晶显示器件、各种传感器、微量毒气检测、夜视仿真等，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。

实验目的：

1．测定液晶样品的电光曲线，根据电光曲线求出样品的阀值电压、饱和电压、对比度、陡度等电光效应的主要参数；

2．了解最简单的液晶显示器件的显示原理。

实验原理

1. 液晶

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；液晶分子取向有序，但位置无序，而晶体二者均有序

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．液晶的电光效应

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，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

TN型液晶显示器件原理较简单，是STN、TFT等显示方式的基础。本实验所使用的液晶样品即为位TN型

3． TN型液晶盒结构

在覆盖透明电极的两玻璃基片之间，夹有正介电各向异性的向列相液晶薄层，四周用环氧树脂密封。玻璃基片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90度，所以称为扭曲向列型。

4．扭曲向列型电光效应

无外电场作用时，当线偏振光垂直玻璃表面入射时，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90度，平行于液晶盒下表面分子轴方向射出<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，线偏振光方向也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。、

当对液晶盒施加电压，达到一定数值时，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新排列，TN型液晶盒在无外电场作用时的90度旋光性随之消失。

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90度，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的电压大小有一定的关

系，这是本次实验中要测量的。

当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），则为所谓的黑底白字的常黑型显示，不通电时，光不能透过液晶盒<实际应用中的液晶屏），为黑态，通电时，光可通过液晶盒，为白态。若偏振片偏振方向与下表面分子取向相同，则现象正好相反，为白底黑字的常白型。有选择的在各段电极上施加电压，就可以显示出不同的数字、字符、图案。

实验仪器：

FD-LCE-1 液晶电光效应实验仪

如图1所示，液晶电光效应实验仪主要由控制主机部分和导轨部分组成。

导轨部分从左到右依次为检偏器及光电探测器<连接在一起）、液晶样品、起偏器、半导体激光器。各部件都与滑块连接，可在导轨上移动。

主机部分包括方波发生器、方波有效值电压表、光功率计。

技术指标：

1．半导体激光器：3V DC 电源；输出650nm红光

2．方波电压： 0-10V左右<有效值）连续可调；频率500Hz左右

3．光功率计：量程有0-200uW和0-2mW两档

4．光具座：长50.0cm

实验内容：

1．光学导轨上依次为：半导体激光器－起偏器－液晶盒－检偏器<带光电探测器）。打开半导体激光器，调节各元件高度，使激光依次穿过起偏器、液晶盒、检偏器，打在光电探测器的通光孔上。

2．接通主机电源，拔下电压表输出导线，将光功率计调零，选用0-2mW档。用话筒线连接光功率计盒光电转换盒，此时光功率计显示的数

值为透过检偏器的光强大小，旋转起偏器至，使其偏振方向与液晶片表面分子取向平行<或垂直）。旋转检偏器，观察光功率计数值变

化，若最大值小于，可旋转半导体激光器，使最大透射光强大于。最后旋转检偏器至透射光强值达到最小。

3．连接电压表输出导线，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0.2V或0.3V记一次数据，在关键点附近多测几组数据

5．演示黑底白字的常黑型TN-LCD。拔掉液晶盒上的插头，光功率计显示为最小，即黑态；将电压调至6V至7V左右，连通液晶盒，光功率计显示最大数值，即白态。<[选做]可自配数字或字符型液晶片演示，有选择的在各段电极上施加电压，就可以显示出不同的图案）

6． [选做]自配数字存储示波器，可测试液晶样品的电光响应曲线，求得样品的响应时间。

数据处理：

1．作电光曲线图，纵坐标为透射光强值，横坐标为外加电压值。

2．根据作好的电光曲线图，求出样品的阀值电压<最大透光强度的

10%所对应的外加电压值）、饱和电压值<最大透光强度的90%所对应的外加电压值）、对比度<）及陡度<）。

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．切勿直视激光器。

3．驱动电压不能为直流。