SLL液晶物性.docxVIP

液晶物性实验日期：2013/11/29指导老师：廖红波【摘要】本实验主要是对液晶的各向异性、旋光性、电光效应等物理性质进行研究。实验中，我们测量了液晶盒的扭曲角为、电光响应曲线和响应时间，观察和分析了液晶光栅的衍射现象。通过实验，我们了解了液晶在有外加电场情况下光学性质的变化，并掌握对液晶电光效应测量的方法。关键词：液晶物性 扭曲角 电光效应 响应曲线 液晶衍射 引言 1888年，奥地利的科学家莱尼茨尔在测定有机化合物熔点时，发现胆甾醇苯酸酯晶体加热到145℃时，便熔成液体，只不过是浑浊的，如果继续加热到175℃时，它似乎再次熔化，变成清澈透明的液体。莱尼茨尔将这种情况告诉了德国物理学家莱曼，经过研究，莱曼发现许多有机化合物都可以出现中介相，物质在中介相具有强烈的各向异性物理特征，同时又像普通流体那样具有流动性。因此，这种中介相被称为液晶相，能够出现液晶相的物质被称为液晶。随着液晶材料的发现以及液晶合成材料技术的发展，很多著名的物理学家对液晶的基本理论，液晶的光、电、磁学的各向异性，液晶材料的光电效应等各个领域进行了系统与深入的研究。本次实验中的重点是通过对液晶盒的扭曲角、光电响应曲线和响应时间的测量，以及对液晶光栅的观测和分析，了解液晶在外电场作用下的变化，及由此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液晶态通常只有具有较大的分子且分子形状是杆形的物质才容易具有。液晶可根据分子排列的平移和取向有序分为三大类： 近晶相、向列相和胆甾相。本实验主要研究向列相液晶，它的特点是分子保持平行排列状态，但分子重心混乱无序。液晶的基本物理性质液晶的介电各向异性—电场对液晶分子的取向作用电场对液晶分子的取向作用由极化各向异性决定，液晶分子没有固定的电极距，但可以被外电场极化，当外电场平行于或者垂直于分子长轴时，由于分子极化率不同，造成液晶分子的长轴趋向于沿电场方向或垂直于电场方向，因此产生电场对液晶分子的取向作用液晶的光学各向异性—双折射效应光在液晶中传播会产生寻常光（o光）与非寻常光（e光），表现出光学的各项异性。由于光通过向列相液晶时两个主折射率和的不同，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。液晶的电光效应液晶的电光效应是指液晶在外电场的作用下分子的排列状态发生变化，从而引起液晶盒的光学性质也随之变化的一种电对光的调制现象。旋光性液晶盒的液晶材料被封装在两个镀有透明导电薄膜玻璃基片之间，如果上下两个玻璃基片的取向成一定角度，液晶分子排列将受到影响，在两个基片间均匀扭曲。如下图1所示为扭曲向列相液晶盒，旋转角度为90°。液晶盒具有很强的旋光性，线偏振光偏振方向转过的角度叫做液晶盒的扭曲角，扭曲角Θ与旋光物质的厚度d成正比， ，α（λ）为旋光率，与入射光的波长有关。图1扭曲向列相液晶盒液晶的电光效应液晶在外电场的作用下，分子取向将发生改变，光通过液晶盒时的偏振状态也将发生变化，如果液晶盒后检偏器透光位置不变，系统透光强度将发生变化，透过率与外加电压的关系称为电光响应曲线，如图2.，电光响应曲线决定着液晶显示的特性。其中透过率最大值和最小值之比称为对比度C，（1）图2 TN液晶电光响应曲线C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。根据不加电场时，出射光偏振方向与检偏器方向平行还是垂直可将显示方式分为“常白方式”与“常黑方式”。由电光响应曲线，定义三个常用参量：阈值电压Vth：透过率为90％时的电压为阈值电压饱和电压Vs：透过率为10％时的电压为饱和电压阈值锐度β: 饱和电压与阈值电压之比称为阈值锐度, β=Vs/Vth。液晶的响应时间 液晶响应时间：施加在液晶上的电压改变时，液晶改变原排列方式所需要的时间就是响应时间。如图3所示上升沿时间Ton：透过率由最小值升到最大值的90％时所需的时间。图3 液晶响应时间下降沿时间Toff：透过率由最大值下降到最小值的10％时所需的时间。 液晶衍射当施加在液晶盒上的低频电压高于某一阈值时，带电杂质的运动将引起液晶分子的环流，这些环流小区域导致整个液晶盒中液晶取向的有规则形变，形成折射率的周期变化，使得通过样品的光聚焦在明暗交替的带上，称为威廉畴。威廉畴构成一个衍射光栅，此时在远场观察液晶的出射光强时会看到衍射图样。液晶位相光栅满足一般的光栅方程 （2）其中，d是光栅常数；θ是衍射角；k=0,±1，±2……为衍射级次。实验内容实验装置实验所用仪器：包括激光器、偏振片、液晶盒、光电池、白屏、液晶电源功率计、液晶驱动电源、示波器、光电二极管、光学导轨、激光功率计。图4 液晶物性测量实验原理图实验原理图如图4所示，激光经过起偏器后形成线偏振光，偏振光经过液晶