液晶电光效应特性研究

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1、液晶电光效应特性研究早在上世纪70年代，液品已作为物质存在的笫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、电了、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、微虽毒气监测、夜视仿生等，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。其中液品显示器件、光导液品光阀、光调制器、光路转换开关等均是利用液品电光效应的原理制成的。因此，掌握液品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】1.测定液晶样品

2、的电光1111线；2.根据电光

3、11

4、线，求出样品的阈值电压Uih饱和电压Ur、对比度Dr、陡度卩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；4.口配数字存储示波器可测定液品样品的电光响应曲线，求得液品样品的响应吋间。【实验仪器】FD-LCE-1型液晶电光效应实验仪【实验原理】1・液晶液晶态是一种介于液体和晶体Z间的屮间态，既有液体的流动性、粘度、形变等机械性质，又有品体的热、光、电、磁等物理性质。液品为液体、品体Z间的区别是：液体是各向同性的，分子取向无序；液品分子有取向序，但无位置序；品体则既有取向序乂有位置序。就形成

5、液晶方式而言，液晶可分为热致液晶和溶致液晶。热致液晶乂可分为近晶相、向列相和胆辎相。其屮向列相液晶是液晶显示器件的主要材料。2.液晶电光效应液品分子是在形状、介电常数、折射率及电导率上貝•有各向界性特性的物质，如果对这样的物质施加电场(电流)，随着液晶分了取向结构发生变化，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，主耍有动态散射型(DS)、扭曲向列相型(TN)、超扭曲向列相型(STN)、冇源矩阵液晶显示(TFT)、电控双折駅ECB)等。其中应用较广的冇：TFT型——主耍用于液晶电视、笔记本电脑等高档产品；STN型——主耍

6、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、家用电器等屮低档产品，是bl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。本仪器所使用的液晶样品即为TN型。3.TN型液晶盒结构TN式液晶盒结构如图1所示。在涂覆透切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品薄层，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，通常是一薄层高分了冇机物，经定向摩擦处理，可使棒状液品分子平行于玻璃表面，沿定向处理的方向排列。上下玻璃表血的定向方向是相互垂直的，这样，盒内液品分子

7、的収向逐渐扭曲，从上玻璃片到下玻璃片扭曲了90°,所以称为扭曲向列型。2.扭曲向列型电光效应无外电场作用时，由于可见光波怏远小于向列相液晶的扭曲螺距，当线偏振光垂直入射吋，若偏振方向与液品盒上表面分子取向相同，则线偏振光将随液品分子轴方向逐渐旋转90°,平行于液品盒下表面分子轴方向射出（见图2（a）中不通电部分，其中液品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，因此光对通过偏振片射出）；若入射线偏振光偏振方向垂肓于上表血分了轴方向，出射时,线偏振光方向亦垂宜于下表血液晶分子轴；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

8、，以椭圆、圆或直线等某种偏振光形式射出。对液品盒施加电压，当达到某一数值时，液品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2屮通电部分），TN型液晶盒90°旋光性随之消失。快光片电极基板遴过光'不翅电討通电时住光片（i）THaafr分于护帝与透过光示意图入射光偏光片TH-LCD偏光片TH-LCD偶光片僞光片偏光片僞光片/［光遴过/!光遴过■-/入射光偏光片V,光進斷入射光卩"e无电压施加电压（b）TN2电光效应的原理示意因图2TN型液晶显示器件显示原理示意图若将液

9、品盒放在两片平行偏振片Z间，其偏振方向与上表面液品分子取向相同。不加电压时，入射光通过起偏器形成的线偏振光，经过液品盒后偏振方向随液品分子轴旋转90°,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3；其屮纵坐标为透光强度，横坐标为外加电压。最人透光强度的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-个重要指标。最人透光强度的90%对应的外加电压值称为饱和电压（UJ,标志了获得最人对比度所需的外加电压数值，匕小则易获得良好的显示效果，.「L降低显

10、示功耗,对显示寿命冇利。对比度Dr=Iniax/Imin,其中I叭