液晶电光效应特性研究【资料】

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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、微量毒气监测、夜视仿牛等，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晶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

2、度都是很冇意义的。【实验目的】1.测定液晶样品的电光曲线;2.根据电光llh线，求出样品的阈值电压Uth饱和电压Ur、对比度D「、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.自配数字存储示波器町测定液晶样品的电光响应曲线，求得液晶样品的响应时间。【实验仪器】FD-LCE-1型液品电光效应实验仪【实验原理】1・液晶液晶态是一种介于液体和晶体Z间的中间态，既有液体的流动性、粘度、形变等机械性质，又冇晶体的热、光、电、磁等物理性质。液晶与液体、晶体Z间的区别是：液体是各向同

3、性的，分了取向无序；液晶分了冇取向序，但无位置序；晶体则既有取向序又有位置序。就形成液晶方式而言，液晶可分为热致液晶和溶致液晶。热致液品又可分为近晶相、向列相和胆馆相。其中向列相液品是液品显示器件的主要材料。2.液品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冇各向异性特性的物质，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。液品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)、超扭曲向列和型(STN)、有源矩阵

4、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；STN型——主要用于手机屏幕等中档产站；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，是H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。2.TN型液品盒结构TN式液晶盒结构如图1所示。配向膜Polymer電極ElectrodeConductivePasteLiquidCrystal液晶肿Elect

5、rode醪框ElectrodeGlass玻璃PerimeterSeal图1TN型液品盒结构图在涂覆透明电极的两枚玻璃基板Z间，夹有止介电各向界性的向列和液晶薄层，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，通常是一薄层高分了冇机物，经定向摩擦处理，可使棒状液晶分了平行于玻璃表而，沿定向处理的方向排列。上下玻璃表而的定向方向是相互垂直的，这样，盒内液品分子的収向逐渐扭曲，从上玻璃片到下玻璃片扭曲了90°,所以称为扭曲向列型。3.扭曲向列型电光效应无外电场作用吋，由于可见光波长远小于向列相液

6、品的扭曲螺距，当线偏振光垂直入射时，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°,平行于液晶盒下衣面分子轴方向射出(见图2(a)小不通电部分，其小液晶盒上下表面各附一片偏振片，其偏振方向与液品盒表而分子取向相同，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，线偏振光方向亦垂直于卜•表面液晶分了轴；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，以椭闘、関或直线等某种偏振光形式射出。对液晶盒沌加电压，当达到菜一•数值时，液晶分子长

7、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中通电部分)，TN型液晶盒90。旋光性随之消失。入射门然尤偏尤片电机歩液臨怕儿片刘电旳尤电压（V）-OV毗片罐加电lh(V>Vth)（h>mF器件分十排布与透过兄审誌图图2TN型液晶显示器件显示原理示意图若将液晶盒放在两片平行偏振片Z间，其偏振方向与上表面液晶分了取向相同。不加电压吋，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

8、后，透过检偏器的光强与施加在液品盒上电压人小的关系见图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（U（h），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垂要指标。授大透光强度的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，U「小则易获得良好的显示效果，且降低显示功