液晶电光效应河南理工

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1、液晶电光效应一、实验目的1．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、饱和电压、对比度、陡度等电光效应的主要参数。3．了解最简单的液晶显示器件（TN-LCD）的显示原理。二、实验仪器FD-LCE-I型液晶电光效应实验仪三、实验原理早在上世纪70年代，液晶已作为物质存在的第四态开始写入各国学生的教科书。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着广泛应用。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、夜视防生等，尤其液晶显示器件早已广为人知，独占了电子表、

2、手机、笔记本电脑等领域。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。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；液晶分子有取向序，但无位置序；晶体则既有取向序又有位置序。就液晶形成方式而言，可分为热致液晶和溶致液晶。热致液晶又分为近晶相、向列相和胆甾相。其中向列相液晶是液晶显示器的主要材料。2．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，如果对这样的物质施加电场

3、（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。液晶的电光效应种类繁多，主要有动态散射型（DS）、扭曲向列相型（TN）、超扭曲向列相型（STN）、有源矩阵液晶显示（TFT）、电控双折射（ECB）等。其中应用较广的有：TFT型——主要用于液晶电视、笔记本电脑等高档产品；STN5/5型——主要用于手机屏幕等中档产品；TN型——主要用于电子表、计算器、仪器仪表、家用电器等中低档产品，TN型是目前应用最普遍的液晶显示器件。TN型液晶显示器件显示原理较简单，是STN、TFT等显示方式的基础。本实验所使用的液晶样品即为TN型。3．TN型液晶盒结

4、构TN型液晶和结构如图1所示。图2TN型液晶电光效应的原理示意图图1TN型液晶盒结构图在涂覆透明电极的两枚玻璃基板之间，夹有正介电各向异性的向列相液晶薄层，四周用密封材料（一般为环氧树脂）密封。玻璃基板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，从上玻璃到下玻璃片扭曲了90°，所以称为扭曲向列型。5/54．扭曲向列型电光效应无外电场作用时，由于可见光波长远小于向列相液晶的扭曲螺距，因此当线偏振光垂直入射时，若其偏振方向与液晶盒上表面分子

5、取向相同，则线偏振光将随液晶分子轴方向逐渐旋转90°，即出射光仍为线偏振且偏振方向平行于液晶盒下表面分子轴方向（见图2中不通电部分，图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，仍为线偏振光且方向垂直于下表面液晶分子轴；当入射线偏振光于液晶盒上表面分子取向不为平行或垂直情况时，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。对液晶盒施加电压，当电压达到一定值时，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

6、，所有液晶分子长轴都按电场方向进行重新排列（见图2中通电部分），此时TN型液晶盒90°旋光性完全消失。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°，不能通过检偏器；施加电压后，若以纵坐标为透光强度，横坐标为外加电压所做的曲线为电光曲线。最大透光强度的10％所对应的外加电压值称为阈值电压（），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（），标志了获得最大对比度所需的外加电压数

7、值，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，其中为最大观察（接收）亮度（照度），为最小亮度。陡度即饱和电压与阈值电压之比。5．TN-LCD结构及显示原理TN型液晶显示器件结构参考图2，液晶盒上下玻璃片的外侧均贴有偏光片，其中上表面所附偏振片的偏振方向总是与上表面分子取向相同。自然光入射后，经过偏振片形成与上表面分子取向相同的线偏振光，透过液晶盒后，偏振方向随液晶分子长轴旋转90°，平行于下表面分子取向。若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）