液晶电光特性
液晶的光电特性
液晶分子的结构具有异方性(Anisotropic)，所以所引起的光电效应就会因为方向不同而有所差异，简单的说也就是液晶分子在介电系数及折射系数等等光电特性都具有异方性，因而我们可以利用这些性质来改变入射光的强度，以便形成灰阶，来应用于显示器组件上。
液晶的光电特性，大约有以下几项：1.折射系数(refractive index) ：由于液晶分子大多由棒状或是碟状分子所形成，因此跟分子长轴平行或垂直方向上的物理特性会有一些差异，所以液晶分子也被称做是异方性晶体。
与介电系数一样，折射系数也依照跟指向矢垂直与平行的方向，分成两个方向的向量，分别为n // 与n⊥。
此外对单光轴(uniaxial)的晶体来说，原本就有两个不同折射系数的定义。
一个为no，它是指对于寻常光(ordinary ray)的折射系数，所以才简写成no。
而寻常光(ordinary ray)是指其光波的电场分量是垂直于光轴的。
另一个则是ne，它是指对于非常光(extraordinar y ray)的折射系数，而非常光(extraordinary ray)是指其光波的电场分量是平行于光轴的。
同时也定义了双折射率(birefrigence) n = ne-no为上述的两个折射率的差值。
依照上面所述，对层状液晶、线状液晶及胆固醇液晶而言，由于其液晶分子的长的像棒状，所以其指向矢的方向与分子长轴平行。
再参照单光轴晶体的折射系数定义，它会有两个折射率，分别为垂直于液晶长轴方向n⊥(=ne)及平行液晶长轴方向n //(= no)两种，所以当光入射液晶时，便会受到两个折射率的影响，造成在垂直液晶长轴与平行液晶长轴方向上的光速会有所不同。
若光的行进方向与分子长轴平行时的速度，小于垂直于分子长轴方向的速度时，这意味着平行分子长轴方向的折射率大于垂直方向的折射率（因为折射率与光速成反比），也就是ne-no > 0。
所以双折射率 n > 0 ，我们把它称做是光学正型的液晶，而层状液晶与线状液晶几乎都是属于光学正型的液晶。
液晶的电光特性实验报告
一、实验目的1. 了解液晶的基本性质及其电光特性。
2. 掌握液晶电光特性实验的基本原理和操作方法。
3. 通过实验验证液晶电光特性，分析实验数据，得出结论。
二、实验原理液晶是一种介于液态和固态之间的特殊物质，具有液体的流动性和晶体的各向异性。
液晶的光学性质与其分子排列方式密切相关。
当液晶受到电场作用时，其分子排列方向发生变化，导致液晶的光学性质发生改变，即产生电光效应。
本实验通过观察液晶在电场作用下的透光性变化，研究液晶的电光特性。
实验过程中，利用偏振片和检偏器观察液晶的透光情况，分析液晶在不同电压下的电光特性。
三、实验仪器与材料1. 液晶盒2. 偏振片3. 检偏器4. 电源5. 万用表6. 激光笔7. 光具座8. 电脑及数据采集软件四、实验步骤1. 将液晶盒放置在光具座上，确保其稳定。
2. 将偏振片和检偏器分别安装在液晶盒的两侧，调整偏振片与检偏器的相对位置，使光路畅通。
3. 使用万用表测量电源电压，确保电压稳定。
4. 打开电源，调整电压，观察液晶盒的透光情况。
5. 在不同电压下，记录液晶盒的透光情况，分析其电光特性。
6. 使用激光笔照射液晶盒，观察光路变化，进一步验证液晶的电光特性。
五、实验数据与分析1. 实验数据电压/V 透光情况0 不透光0.5 透光性较差1.0 透光性一般1.5 透光性较好2.0 透光性极好2. 数据分析从实验数据可以看出，随着电压的增加，液晶盒的透光性逐渐增强。
当电压达到2.0V时，液晶盒的透光性达到极好。
这说明液晶在电场作用下，其分子排列方向发生变化，导致液晶的光学性质发生改变，从而产生电光效应。
六、实验结论1. 液晶具有电光特性，当受到电场作用时，其分子排列方向发生变化，导致液晶的光学性质发生改变。
2. 液晶的电光特性与电压密切相关，电压越高，液晶的透光性越强。
3. 本实验验证了液晶电光特性实验的基本原理和操作方法，为后续液晶显示技术研究奠定了基础。
七、实验总结本次实验通过观察液晶在电场作用下的透光性变化，研究了液晶的电光特性。
7、液晶电特性测试
论计算结果。图 4-3 中，有与原点的距离表示垂直视角（入
射方向与液晶屏法线方向的夹角）的大小，图 4-3 中同心
圆分别表示垂直视角 30，60，90 度。90 度同心圆外面标
注的数字表示水平视角（入射光线在液晶屏上的投影与 0
度方向之间的夹角）的大小。图 4-3 中的闭合曲线为不同
对比度时的等对比度曲线。由图 4-3 可以看出，对比度与 垂直和水平视角都有关。我们在不同的方向上看液晶屏幕
侧面图 激光电源
总电源
编程口
激励波输出 光透过率输出
背面图
驱动波形输出
行 列
正面：
激
列
光 驱动波形输出 器
行
电
1
源
激光器
7
16 x 16的液 晶光开关单 元构成的显
8 激光探测器
总
示器
电
源
动态/清屏
编 程 口
A
B
c
静态/闪烁
供电电压 10
光
总电源开关
C
透 过
模式转换开关
矩阵开关
率
N
输
O
12 11
透过率
度的改变有一定的关系。由图 4-2 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 4-2 可知对于常白模式的液晶，其透射率随外
透射率T（％）
100
加电压的升高而逐渐降低。在一定的电压下达到 80
最低点，此后略有变化。
60
出现该极点的原因，简单的说，可以认为表征液 40 晶光学各向异性的透射率椭圆的光轴方向正好与 20
2）关断电源。
4、液晶显示器，点阵显示原理
液晶光开关电光特性曲线
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光学实验
注意事项
液晶电光效应及显示原理
1、绝对禁止用光束照射他人眼睛或直视光束本身，以防伤害眼睛！ 2、在进行液晶视角特性实验种，更换液晶板方向时，务必断开总电 源后，再进行插取，否则将会损坏液晶板； 3、液晶板凸起面必须要朝向激光发射方向，否则实验记录的数据为 错误数据； 4、在调节透过率100％时，如果透过率显示不稳定，则很有可能是光 路没有对准，
光学实验
液晶电光效应 及显示原理
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光学实验
实验目的
液晶电光效应及显示原理
1、掌握液晶光开关的基本工作原理，测量液晶光 开关的电光特性曲线。
2、了解液晶光开关的工作条件，测量液晶显示的 视角特性。 3、了解液晶光开关构成图像矩阵的方法，通过观 察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。
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思考题
液晶电光效应及显示原理
1、施加电压的过程中，液晶样品上有时会出现呈片 状的斑点，说明导致这种现象出现的可能原因。 2、如何确定本实验所使用的液晶样品是常黑型的还 是常白型的。
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5、在校准透过率100％前，必须将液晶供电电压显示调到0.00V或显 示大于“250” ，否则无法校准透过率为100％。在实验中，电压 为0.00V时，不要长时间按住“透过率校准”按钮，否则透过率显 示将进入非工作状态，本组测试的数据为错误数据，需要重新进 行本组实验数据记录。
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实验原理
液晶电光效应及显示原理
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光学实验
实验原理
液晶光开关工作原理示意图
液晶的电光特性实验
液晶的电光特性实验班级：应用物理1101 实验项目名称：液晶的电光特性一、实验目的1.扭曲角的测量； 2.对比度的测量； 3.上升沿时间1T 与下降沿时间2T 的测量； 4.通过测量衍射角，推算出特定条件下液晶的结构尺寸； 5.观察、测量衍射斑的偏振状态。
二、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。
TN 型光开关的结构如图1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（1埃 ＝ 10-10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德瓦尔斯力的作用，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垂直，所以从俯视方向看，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，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。
入射的自然光偏振片P1偏振片P2出射光扭曲排列的液晶分子具有光波导效应 光波导已被电场拉伸图1. 液晶光开关的工作原理在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，该线偏振光到达输出面时，其偏振面旋转了90°。
这时光的偏振面与P2的透光轴平行，因而有光通过。
液晶电光效应实验报告
液晶电光效应实验报告一、实验目的1、了解液晶的特性和电光效应的基本原理。
2、测量液晶样品的电光特性曲线，包括阈值电压、饱和电压等。
3、掌握液晶显示器件的工作原理和驱动方法。
二、实验原理液晶是一种介于液体和晶体之间的物质状态，具有独特的光学和电学性质。
在电场作用下，液晶分子的排列方向会发生改变，从而导致其光学性质的变化，这就是液晶的电光效应。
液晶电光效应分为扭曲向列型（TN 型）、超扭曲向列型（STN 型）和薄膜晶体管型（TFT 型）等。
本实验主要研究 TN 型液晶的电光效应。
TN 型液晶盒由两片涂有透明导电膜的玻璃基板组成，中间夹有一层厚度约为几微米的液晶层。
液晶分子在未加电场时，沿基板表面平行排列，且上下基板处的液晶分子排列方向相互扭曲 90°。
当在液晶盒两端施加电场时，液晶分子的排列方向会逐渐与电场方向一致，从而改变液晶的透光特性。
通过测量液晶盒在不同电压下的透光强度，可以得到液晶的电光特性曲线。
该曲线通常包括阈值电压、饱和电压和对比度等重要参数。
三、实验仪器1、液晶电光效应实验仪：包括电源、信号发生器、光功率计等。
2、液晶样品盒。
四、实验步骤1、打开实验仪器电源，预热一段时间，使仪器稳定工作。
2、将液晶样品盒插入实验仪的插槽中，确保接触良好。
3、调节信号发生器，输出一定频率和幅度的方波信号，加到液晶盒两端。
4、使用光功率计测量液晶盒在不同电压下的透光强度，并记录数据。
5、逐步改变电压，测量多个数据点，直到达到饱和状态。
6、绘制电光特性曲线，分析实验结果。
五、实验数据及处理实验中测量得到的电压和透光强度数据如下表所示：｜电压（V）｜透光强度（mW）｜｜：：｜：：｜｜ 0 ｜ 005 ｜｜ 1 ｜ 008 ｜｜ 2 ｜ 012 ｜｜ 3 ｜ 020 ｜｜ 4 ｜ 035 ｜｜ 5 ｜ 050 ｜｜ 6 ｜ 070 ｜｜ 7 ｜ 085 ｜｜ 8 ｜ 095 ｜｜ 9 ｜ 100 ｜以电压为横坐标，透光强度为纵坐标，绘制电光特性曲线，如下图所示：插入电光特性曲线图从曲线中可以看出，当电压低于阈值电压（约为 25V）时，透光强度变化较小；当电压超过阈值电压后，透光强度随电压的增加而迅速增大，直到达到饱和电压（约为 7V），此时透光强度基本不再变化。
实验3 液晶的电光效应
• 液晶的分类
根据排列的方式不同，液晶一般被分为三大类：
图1 近晶相液晶 图2 向列相液晶 图3 胆甾相液晶 1、近晶相液晶(如图1）：分子分层排列，每一层内的分子长轴相互平行且 垂直或倾斜于层面。 2、向列相液晶(如图2）：分子的位置比较杂乱，不再分层排列，但各分子 的长轴方向仍大致相同,光学性质上有点像单轴晶体。 3、胆甾相液晶(如图3）：分子也是分层排列，每一层内的分子长轴方向基 本相同并平行于分层面,但相邻的两个层中分子长轴的方向逐渐转过一个角度,总 体来看分子长轴方向呈现一种螺旋结构。
1888年，奥地利植物学家Reinitzer在做有机物溶解实验时，在一 定的温度范围内观察到液晶。 1961年美国RCA公司的Heimeier发现了液 晶的一系列电光效应，并制成了显示器件。从70年代开始，日本公司将 液晶与集成电路技术结合，制成了一系列的液晶显示器件，并至今在这 一领域保持领先地位。液晶显示器件由于具有驱动电压低(一般为几伏)， 功耗极小，体积小，寿命长，环保无辐射等优点，在当今各种显示器件 的竞争中有独领风骚之势。
• 扭曲向列型液晶显示(TN-LCD)
结构
将液晶材料夹在两个玻璃基片之间， 并对四周进行密封（如上图）。将基片 的内表面进行适当的处理，紧靠玻璃基 片的液晶分子平行于基片并特定方向排 列。如果我们使上下两个基片的取向成 一定角度，则两个基片间的液晶分子就 会形成许多层。
• 扭曲向列型液晶显示(TN-LCD)
1. 工作原理
正显示和负显示
• 扭曲向列型液晶显示(TN-LCD)
2. TN-LCD的电光特性
阈值电压 饱和电压 陡度 陡-LCD)
3. TN-LCD的时间特性
• 扭曲向列型液晶显示(TN-LCD)
液晶电光特性实验报告
液晶电光特性实验报告实验目的：1. 了解液晶的电光特性。
2. 掌握测量液晶电光特性所需的仪器和方法。
3. 分析和讨论液晶电光实验结果。
实验装置和仪器：1. 直流电源2. 电阻箱3. 聚光灯4. 液晶显示器5. 光学转台6. 光源7. 电压计8. 万用表实验步骤：1. 前期准备①将聚光灯和光源放在所需位置。
②将空气过滤器连接在气源后，并按操作说明连接系统。
③将直流电源和电阻箱接通。
2. 实验操作①将直流电压逐级加大，同时在液晶显示屏上记录光强。
②记下每个电压值的亮度和电压值的变化。
③进行多次实验并取平均值。
实验结果：实验结果表明，随着直流电压的逐步加大，液晶显示屏的亮度也随之增大。
当直流电压达到一定值时，液晶显示屏会出现亮度饱和现象。
另外，实验还发现，液晶显示屏的亮度变化与电压呈线性关系，即：亮度和电压成正比例关系。
实验结论：本次实验根据所得数据得到了液晶显示屏的电光特性规律，并得到以下结论：1. 液晶显示屏亮度与电压成正比例关系。
随测量电压的增大，液晶显示屏亮度递增。
2. 在一定范围内，亮度和电压呈线性关系。
3. 当电压达到临界值时，液晶显示屏会出现亮度饱和现象。
实验不足：本实验中，仪器的精度存在一定问题。
同时，仪器的使用方法和操作细节也需要加强。
总之，本次液晶电光特性实验为我们认识液晶电光特性提供了一定的帮助。
在实验过程中发现的不足以及存在的问题需要研究人员进一步改进和完善。
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液晶电光特性
陈梓安
液晶的不同种类
·由长径比很大的棒状 分子组成 ·分子质心长程无序 ·分子长轴互相平行
发生弹性形变
TN-LCD显示原理
利用光波 导效应
表征实验光路图
液晶盒夹在液晶板中 间，液晶板为液晶盒 施加电压
出射光的偏振方向
偏振片 -60 -45 -30 -15
0
15 30 45 60
夹角(度)
向（加5 伏电压）
可以验证液晶的光波导特性
液晶开关特性
相对透过率（%）
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
电压（V）
阈值电压：2.62V 关断电压：4.10V
液晶的响应特性
上升时间：239.8ms
下降时间：50.2ms
总结与反思
无取向 100 100 99.9 98.1 97.2 97.0 96.8 97.2 97.6
平行取 15.0 35.4 60.7 82.9 97.3 99.3 89.1 67.7 43.0
向
垂直取 92.5 71.3 47.3 24.1 8.4 4.3 12.9 32.6 57.0
向
垂直取 27.4 49.6 71.7 88.1 94.9 89.9 74.7 62.9 31.0