液晶物性实验.docx

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1、液晶物性赵海燕实验时间：2014年12月23日上午8点至下午6点摘要本实验主要是对液晶的基本物理性质进行探究。在实验中测量了透过液晶盒的光强随入射光偏振方向与液晶分子主方向间角度的变化，了解了双折射效应的机制；实验中得到液晶盒扭曲角的大小；由于双折射使得最小输出光强收到液晶旋转角度的影响；随间歇频率的减小响应时间增大，因此可通过增大间歇频率的方法来提高液晶的响应速度；观察液晶光栅的衍射现象，发现升压和降压过程形成的衍射现象并不是互逆的，计算得到了光栅常数的大小；测量了液晶升压过程的电光响应曲线，并且求得阈值电压，饱和电压和阈值锐度。关键词

2、液晶、旋光性、电光效应、响应时间、液晶衍射引言19世纪末奥地利植物学家莱尼兹尔在测定有机化合物熔点时发现了液晶。到了20世纪20年代随着更多液晶材料的发现及技术的发展，人们对液晶进行了系统深入的研究，并将液晶分类。30年代到50年代人们对液晶的各向异性、液晶材料的电光效应等进行深入的研究。到了60年代液晶步入了使用研究阶段。自1968年海尔曼等人研制出世界上第一台液晶显示器以来，在四十年的时间里，液晶显示器以由最初在手表、计算器等“小、中型”显示器发展到各种办公自动化设备、高清晰的大容量平板显示器领域。本实验通过对液晶盒的扭曲角，电光响应

3、曲线和响应时间的测量，以及对液晶光栅的观察分析，了解液晶在外电场的作用下的变化，以及引起的液晶盒光学性质的变化，并掌握对液晶电光效应测量的方法。原理1、液晶分类。液晶态与普通的物质三态不同，不是所有的物质都具有这种性质。那些有较大的分子且分子的形状是杆状的物质容易形成液晶。对由杆状分子形成的液晶，根据分子沿轴向和垂直于轴向的力的大小比较，可导致分子排列的平移和取向有序性，可分为以下三类：（1）近晶相：杆状分子的垂直轴向的力大于轴向。分子排成层，层内分子平行排列，既有取向有序性又有重心平移周期性。（2）向列相：杆状分子内部垂直轴向和轴向的力

4、大小差不多，液晶分子保持平行排列状态，但分子重心混乱无序。（3）胆缁相：杆状分子轴向的力更大，分子排列成层，层内分子取向有序，但不同层分子取向稍有变化，沿层的法线方向排列成螺旋结构。2、液晶的介电各向异性和光学各向异性（1）液晶的介电各向异性。当外电场平行于或者垂直于分子长轴时，分子极化率不同表示为α∥和α⊥（α∥和α⊥分别表示分子极化率平行于分子长轴和垂直于分子长轴的分量）。当一个任意取向的分子被外电场极化时，由于α∥和α⊥的区别，造成分子感生电极矩的方向和外电场的方向不同，从而使分子发生转动。如果考虑到液晶内各个分子之间的相互作用以及

5、分子与基片表面的作用，旋转将引起类似于弹性恢复力造成的反方向力矩，使得分子在转动一个角度后不再转动。因此产生电场对液晶分子的取向作用。（2）液晶的光学各向异性。光在液晶中传播会产生寻常光（o光）与非寻常光（e光），表现出光学的各向异性。所以液晶的光学性质也要通过两个主折射率n∥和n⊥描述（n∥和n⊥分布表示沿长轴方向和垂直于这个方向的光的折射率）。由于n∥和n⊥的不同，o光与e光在液晶中传播时产生相位差，使得出射光的偏振态发生变化。这就是液晶的双折射效应。如图1所示为当光垂直于光轴入射的时候，正光性和负光性材料o光和e光折射率的相互关系，

6、图1正、负光性材料o光和e光折射率关系由于液晶的双折射效应，使得出射的o光和e光的相位差不等，不同的相位差对应不同偏振状态和方向的光，使得出射光可能是线偏振光、圆偏振光或者椭圆偏振光的一种。3、液晶的旋光性液晶材料封装在渡有透明导电薄膜的玻璃基片之间，导电薄膜起到导电的作用，加垂直于分子长轴的电场；在两基片之间有配向膜，决定液晶盒的上下基片的取向所成的角度，使得两者间的液晶分子取向将均匀扭曲。通常振动面的旋光角度θ与旋光物质的厚度d成正比，即θ=α(λ)d，α(λ)为旋光率。如图2所示为扭曲向列相液晶盒的内部构造。图2液晶盒内部构造4、液

7、晶的电光效应图3电光响应曲线液晶在外电场的作用下，分子取向将发生改变，光通过液晶盒的偏振状态也将发生变化，此时若检偏器的透光位置不变，则系统透光强度将发生变化，透过率与外加电压的关系曲线称为电光响应曲线，它决定着液晶显示的特性。其中透过率最大与最小的比称为对比度C，即C=TmaxTmin,对比度越大画面越生动明亮，所以其大小直接影响到液晶显示器的显示质量。在电光响应曲线中有3个重要参量，如图3所示：（1）阈值电压，即透过率为90%所对应的电压（2）饱和电压，即透过率为10%所对应的电压（3）阈值锐度，即饱和电压与阈值电压之比5、液晶响应时

8、间图4液晶响应曲线当施加在液晶上的电压改变时，液晶改变原排列方式所需的时间即为响应时间，“全明”状态指的是液晶内杆状分子分子轴平行于液晶表面的状态，“全暗”状态指的是液晶内杆状分子分子轴垂直于