液晶電光效应.docVIP

液晶电光效应实验 【实验目的】 1、在掌握液晶光开关的基本工作原理的基础上，测量液晶光开关的电光特性曲线，并由电光特性曲线得到液晶的阈值电压和关断电压。 2、测量驱动电压周期变化时，液晶光开关的时间响应曲线，并由时间响应曲线得到液晶的上升时间和下降时间。 3、测量由液晶光开关矩阵所构成的液晶显示器的视角特性以及在不同视角下的对比度，了解液晶光开关的工作条件。 4、了解液晶光开关构成图像矩阵的方法，学习和掌握这种矩阵所组成的液晶显示器构成文字和图形的显示模式，从而了解一般液晶显示器件的工作原理。 【实验仪器】 液晶光开关电光特性综合实验仪， 其外部结构如图1 所示。 图1 液晶光开关电光特性综合实验仪功能键【实验原理】 ───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，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。本仪器所使用的液晶样品即为TN型。 3、TN型液晶盒结构 TN型液晶盒结构如图2所示。 图2 TN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，从上玻璃片到下玻璃片扭曲了90o，所以称为扭曲向列型。 4、液晶光开关的工作原理 TN 型光开关的结构如图 所示。液晶光开关的工作原理 o，平行于液晶盒下表面分子轴方向射出(见图3中不通电部分，其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，线偏振光方向亦垂直于下表面液晶分子轴；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，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，当达到某一数值时，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，所有液晶分子长轴都按电场方向进行重排列(见图3中通电部分)，TN型液晶盒90o旋光性随之消失。 理论和实验都证明， 上述均匀扭曲排列起来的结构具有光波导的性质， 即偏振光从上电极表面透过扭曲排列起来的液晶传播到下电极表面时，偏振方向会旋转 90 度。取两张偏振片贴在玻璃的两面， P1 的透光轴与上电极的定向方向相同， P2 的透光轴与下电极的定向方向相同，于是 P1 和 P2 的透光轴相互正交。在未加驱动电压的情况下， 来自光源的自然光经过偏振片 P1 后只剩下平行于透光轴的线偏振光，该线偏振光到达输出面时， 其偏振面旋转了 90 ° 。 这时光的偏振面与 P2 的透光轴平行， 因而有光通 过 。 在施加足够电压情况下 ( 一般为 1 ～ 2 伏 ) ， 在静电场的作用下， 除了基片附近的液晶分子被基片“锚定 ” 以外， 其他液晶分子趋于平行于电场方向排列。 于是原来的扭曲结构被破坏， 成了均匀结构，如图 右图所示。从 P1 透射出来的偏振光的偏振方向在液晶中传播时不再旋转，保持原来的偏振方向到达下电极。这时光的偏振方向与 P2 正交，因而光被关断。由于上述光开关在没有电场的情况下让光透过， 加上电场的时候光被关断， 因此叫做常通型光开关 ， 又叫做常白模式。若 P1 和 P2 的透光轴相互平行，则构成常黑模式。液晶可分为热致液晶与溶致液晶。热致液晶在一定的温度范围内呈现液晶的光学各向异性，溶致液晶是溶质溶于溶剂中形成的液晶。 目前用于显示器件的都是热致液晶， 它的特性随温度的改变有一定变化。液晶光开关的电光特性图 3 为光线垂直液晶面入射时本实验所用液相对透射率（以不加电场时的透射率为 100% ）与外加电压的关系。由图 可见对于常白模式的液晶其透射率随加电压的升高而逐渐降低，在一定电压下达到最低点，后略有变化。 可以根据此电光特性曲线图得出液晶的阈电压和关断电压。阈值电压：透过率为 90 ％时的驱动电压；关断电压：透过率为 10 ％时的驱动电压。 液晶的电光特性曲线越陡， 即阈值电压与关断电压的差值越小， 由液晶开关单元构成的显示器件允的驱动路数就越多 TN 型液晶最多允许 16 路驱动， 故常用于数码显示。 在电脑， 电视等需要高分辨的显示器件中，常采用 STN （超扭曲向列）型液，以改善电光特性曲线的陡度，增加驱动路数。 液晶光开关的时间响应特性加上（或去掉）驱动电压能使液晶的开关状态发生改变，是因为液晶的分子排序发