液晶電光特性試驗(yàn)

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱:近代物理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：液晶電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)學(xué)院：班號(hào): 組號(hào)一組員：指導(dǎo)老師：實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：液晶電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 測(cè)定液晶樣品的電光曲線2、 根據(jù)電光曲線，求出樣品的閾值電壓、飽和電壓r、對(duì)比度。「、陡度8等電光效應(yīng)的主要參數(shù)3、 了解液晶顯示器件TN-LCD）的顯示原理二、實(shí)驗(yàn)原理（一） 液晶作為物質(zhì)存在的第四態(tài)，液晶早在上世紀(jì)開(kāi)始至今已成為由物理學(xué)家、化學(xué)家、生物學(xué)家、工程技術(shù)人員和醫(yī)藥工作者共同關(guān)心與研究的領(lǐng)在物理、化學(xué)、電子、生命科學(xué)等諸多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，光導(dǎo)液晶光閥，光調(diào)制器，液晶顯示器件，各種傳感器、微量毒氣監(jiān)測(cè)、夜視仿生等，尤其液晶顯示器件獨(dú)占了電子表，手機(jī)，筆記本電腦等領(lǐng)域。液晶態(tài)是一種介于液體和晶體之間的中間態(tài)，既有液體的流動(dòng)性、黏度、形變等機(jī)械性質(zhì)，又有晶體的熱、光、電、磁等物理性質(zhì)，液晶與液體，晶體之間的區(qū)別是：液體是各向同性的，分子取向無(wú)序；液晶分子有取向序，但無(wú)位置序；晶體則既有取向序又有位置序。就形成液晶方式而言，液晶可分為熱致液晶和溶致液晶熱致液晶又可分為近晶相向列相和膽甾相其中向列相液晶是液晶顯示器件的主要材料。（二） 液晶電光效應(yīng)當(dāng)液晶分子有序排列時(shí)表現(xiàn)出光學(xué)各向異性，光通過(guò)液晶時(shí)，會(huì)產(chǎn)生偏振面旋轉(zhuǎn)，雙折射等效應(yīng)。液晶分子是含有極性基團(tuán)的極性分子，在電場(chǎng)作用下，偶極子會(huì)按電場(chǎng)方向取向，導(dǎo)致分子原有的排列方式發(fā)生變化，從而液晶的光學(xué)性質(zhì)也隨之發(fā)生改變，這種因外電場(chǎng)引起的液晶光學(xué)性質(zhì)的改變稱為液晶的電光效應(yīng)。（三） 液晶的分類液晶的電光效應(yīng)種類繁多主要由動(dòng)態(tài)散射型DS）、扭曲向列相型（TN）、超扭曲向列相型STN）、有源矩陣液晶顯示TFT）、電控雙折射ECB）等。其中應(yīng)用較廣的是TFT型——主要用于液晶電視、筆記本電腦等高檔產(chǎn)品STN型主要用于手機(jī)屏幕等中檔產(chǎn)品TN型一一主要用于電子表、計(jì)算器、儀器儀表、家用電器等中低檔產(chǎn)品，是目前應(yīng)用最普遍的液晶顯示器件。TN型液晶顯示器件顯示原理較簡(jiǎn)單，StN、TFT等顯示方式的基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)所使用的液晶樣品既為T(mén)N型。（四） TN型液晶盒結(jié)構(gòu)TN型液晶盒結(jié)構(gòu)如圖所示1.電極2液晶3.7配向膜4.6玻璃5膠框圖一1 TN型液晶盒結(jié)構(gòu)圖在涂覆透明電極的兩枚玻璃基板之間，夾有正介電各向異性的向列相液晶薄層，四周用密封材料（一般為環(huán)氧樹(shù)脂）密封。玻璃基板內(nèi)側(cè)覆蓋著一層定向?qū)樱ǔＪ且槐痈叻肿佑袡C(jī)物，經(jīng)定向摩擦處理，可使棒狀液晶分子平行于玻璃表面，沿定向處理的方向排列。上下玻璃表面的定向方向是相互垂直的，這樣，盒內(nèi)液晶分子的

取向逐漸扭曲，從上玻璃片到下玻璃片扭曲了度，所以稱為扭曲向列型。（五）扭曲向列！^型）液晶的電光效應(yīng)無(wú)外電場(chǎng)作用時(shí)，由于可見(jiàn)光波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于向列相液晶的扭曲螺線偏振光垂直入射若偏振方向與液晶盒上表面分子取向相IW0線偏振光將隨液晶分子軸方向逐漸通轉(zhuǎn)度,平行于液晶盒下表面分子軸方向射出（見(jiàn)圖0中不通電部分其中液晶盒上下表面各附一片偏振片，偏振方向與液晶盒表面分子取向相因,此光可通過(guò)偏振片射出）；若入射線偏振光偏振方向垂直于上表面分子軸方向，出射時(shí)，線偏振光方向亦垂直下表面液晶分子軸；當(dāng)以入射門(mén)然光 入射門(mén)然光入射門(mén)然光 入射門(mén)然光I 不通電口寸 通電時(shí)’（a）TN型器件分子排布與透過(guò)光示意圖無(wú)電壓無(wú)電壓施加電壓（b）TN型電光效應(yīng)的原理示意圖圖--2TN型液晶顯示器件顯示原理示意圖它線偏振光方向入射時(shí)，則根據(jù)平行分量和垂直分量的相位差，以橢圓、圓或直線等某種偏振光形式射出。對(duì)液晶盒施加電壓，當(dāng)達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，液晶分子長(zhǎng)軸開(kāi)始沿電場(chǎng)方向傾斜，電壓繼續(xù)增加到另一數(shù)值時(shí)，除附著在液晶盒上下表面的液晶分子外，所有液晶分子長(zhǎng)軸都按電場(chǎng)方向進(jìn)行重排列中見(jiàn)圖部分），TN型液晶盒90度旋光性隨之消失。若將液晶盒放在兩片平行偏振片之間，其偏振方向與上表面液晶分子取向相同，不加電壓時(shí)，入射光通過(guò)起偏器形成的線偏振光經(jīng)過(guò)液晶盒后偏振方向隨液晶分子軸通轉(zhuǎn)度，不能通過(guò)檢偏器施加電壓后，透過(guò)檢偏器的光強(qiáng)與施加在液晶盒上電壓大小的關(guān)系見(jiàn)圖其中縱坐標(biāo)為透光強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為外加電壓。最大透光強(qiáng)度的0%所對(duì)應(yīng)的外加電壓值稱為閾值電壓Jth），標(biāo)志了液晶電光效應(yīng)有可觀察反應(yīng)的開(kāi)始（或稱起輝）閾值電壓的大小，是電光效應(yīng)的一個(gè)重要指標(biāo)。最大透光強(qiáng)度的寸應(yīng)的外加電壓值稱為飽和電壓Ur），標(biāo)志了獲得最大對(duì)比度所需的外加電壓數(shù)值女小則易獲得良好的顯示效果，液品電光特性曲線U/V且降低顯示功耗對(duì)顯示壽命有利，對(duì)比^=Imax/Imin，其中Imax為最大觀察（接受）亮度（照度）Imin為最小亮度。陡囹=Ur/偵11即飽和電壓與閾值電壓之比。圖--3液晶電光曲線圖三、實(shí)驗(yàn)儀器如圖-4所示，液晶電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀主要是由控制主導(dǎo)軌、滑塊、半導(dǎo)體激光器起偏器、液晶樣品、檢偏器及光電探測(cè)器組成。其中控制主機(jī)包括方波發(fā)生器、方波有效值電壓表、光功率計(jì)。12 3 4 5 6 71、光電探測(cè)器；2、檢偏器；3、液晶樣品;4、起偏器;5、半導(dǎo)體激光器6、方波有效值電壓表7、光功率計(jì)圖--4液晶電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀裝置圖四、實(shí)驗(yàn)步驟1、 光學(xué)導(dǎo)軌上依次為：半導(dǎo)體激光器一起偏器一液晶盒一檢偏器（帶光電探測(cè)器）2、 接通主機(jī)電源，再用全部導(dǎo)線4＜根）分別連接半導(dǎo)體激光器，光功率計(jì)和光電轉(zhuǎn)換盒，連接好后、打開(kāi)電源開(kāi)啟半導(dǎo)體激光器，調(diào)節(jié)各元件高度，使激光依次穿過(guò)起偏器、液晶盒、檢偏器、打在光電探測(cè)器的通光孔上。3、 將光功率計(jì)校零。光電探測(cè)器未接受到激光信號(hào)時(shí)，光功率計(jì)顯示的數(shù)值應(yīng)為零。4、 校零完成后，讓光電探測(cè)器接受到激光器發(fā)出的信號(hào)，此時(shí)光功率計(jì)顯示的數(shù)值為透過(guò)檢偏器的光強(qiáng)大小。旋轉(zhuǎn)起偏器使其偏振方向與液晶片表面分子取向平行垂直〉旋轉(zhuǎn)檢偏器，觀察光功率計(jì)數(shù)值變化，若最大值小于20Opw，可旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體激光器使最大投射光強(qiáng)大于0O|Jw。最后旋轉(zhuǎn)檢偏器至透射光強(qiáng)值達(dá)到最小。5、 從0V開(kāi)始逐漸增加電壓0—1V每隔0.2V記一次電壓及透射光強(qiáng)值使V后每隔0.1V左右記一次數(shù)據(jù)，3V后在每隔0.2V或0.5V記一次數(shù)據(jù)，記錄電壓的間隔由光功率計(jì)變化的幅度決變化幅度較小時(shí)，電壓的間隔就大點(diǎn)。在關(guān)鍵點(diǎn)附近宜多測(cè)幾組數(shù)據(jù)。6、 作電光曲線圖，縱坐標(biāo)為透射光強(qiáng)值，橫坐標(biāo)為外加電壓值。7、 根據(jù)做好的電光曲線求出樣品的閾值電國(guó)th（最大透光強(qiáng)度的0%對(duì)應(yīng)的外加電壓值）飽和電壓Ur（最大透光強(qiáng)度的0%對(duì)應(yīng)外加電壓值、）對(duì)比度0[（Dr=Imax/Imin^度P（P=Us/Uth）8、五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表U/VI/mWU/VI/mWU/VI/mWU/VI/mW0.00.0091.30.1862.11.1123.61.2690.20.0091.40.3702.21.1443.81.2730.40.0091.50.5552.41.1884.01.2770.60.0091.60.7162.61.2124.51.2840.80.0091.70.8582.81.2305.01.2891.00.0091.80.9553.01.2446.01.2961.10.0201.91.0133.21.2537.01.3001.20.0662.01.0683.41.2608.01.3032、作電光曲線圖

液晶電光特性曲線3液晶電光特性曲線3、