液晶电光效应实验报告 ——应物 02 陈忠旺 10093026 一：基本要求 1、 了解液晶的特性和基本工作原理； 2、 掌握一些特性的常用测试方法； 3、 了解液晶的应用和局限。

  每次调节 0.2V，2V~5V 每次调节 0.1V） 表1 二、液晶上升时间、下降时间测量，响应时间 1、重复一实验的 1、2、3 部分。 2、打开控制箱电源，用 Q9 线连接示波器下旋钮到示波器 CH1

  上，将同步连接到示波器的触发源上上，示波器的触发源拨到同 步信号对应接口。示波器周期拨到 10ms 左右，电压调到 5mv 档。

  2.3 TN 型液晶盒结构 TN 型液晶盒结构是在涂覆透明电极的两枚玻璃基板之间，夹有 正介电各向列相液晶薄膜层，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，通常是以薄层高有机分 子，经定向摩擦处理，可使棒状液晶分子平行于玻璃板表面，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 90，所以称为扭曲向列型。 2.4 扭曲向列型电光效应 无外电场作用时，由于可见光波长远小于向列相液晶的扭曲螺 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

  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 1 中通电部分），TN 型液晶盒 900 旋光性随之消失。

  若将液晶盒放在两片平行偏振片之间， 其偏振方向与表面液晶分子取向相同。 不加电压时，入射光通过起偏器形成的线偏振光，经过液晶盒后 偏振方向随液晶分子轴旋转 900，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 中纵坐标为透光强度，横坐标为外加电压。最大透光强度的 10％ 所对应的外加电压值称为阀值电压（Uth），标志了液晶电光效应 有可观察反应的开始（或称起辉），阀值电压小，是电光效应好的 一个重要指标。最大透光强度的 90％对应的外加电压叫做饱和电 压（Ur），标志了获得最大对比所需的外加电压值，且降低显示功

  液晶电光效应实验报告 Guizhou Minzu University 液晶电光效应实验 实验题目：液晶电光效应实验 学院(系)： 信息工程学院 专 业： 光电信息科学与工程 年 级： 2013 级姓 名： 学 号： 完成时间： 2016 年 6 月 6 日 一、 实验目的 1．学习液晶的电光效应原理； 2．测量液晶光开关的电光特性 曲线．由电光特性曲线得到液晶的阈值电压和关断电压。 二、 实验仪器仪器 二、实验原理 2.1 液晶 液晶态是一种介于液体和晶体之间的中间态，既有液体的流动 性，粘度，形变等机械性质，又有晶体的热、光、电、磁等物理 性质。液晶与晶体，液体之间的区别是：液体是各向同性的，分 子取向无序；液晶分子有取向序，但无位置序； 晶体则既有取向序又有位置序。 液晶可分为热致液晶和溶致液晶。热致液晶又可分为近晶相， 向列相和胆甾相。其中向列相液晶显示器件的主要材料。 2.2 液晶电光效应 液晶分子是在形状、介电常数、折射率及电导率上具有各向异

  9、驱动电压表头：显示驱动方波的幅值电压 10、光电流表头：显示接受到的信号的电流值 11、电源开关：控制电源

  1、按图 7 所示将激光器，起偏器、检偏器、液晶屏及光电池 放置在对应位置，摆好光路。并将激光器、液晶屏及光电池插入 机箱对应插孔内。

  图1 图2 1 这时，液晶分子对偏振光的旋光作用将会减弱或消失。通过检偏 器，我们大家可以清晰地观察到偏振态的变化。大多数液晶器件都是 这样工作的。

  图 4 液晶光开关工作原理 以上的分析只是对液晶盒在“开关”两种极端状态下的情况作 了一些初步的分析。 若将液晶盒放在两片平行偏振片之间，其偏 振方向与上表面液晶分子取向相同。不加电 o 压时，入射光通过起偏器形成的线偏振光，经过液晶盒后偏振 方向随液晶分子轴旋转 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 5；其中纵坐标为透光强度，横坐标 为外加电压。最大透光强度的 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，是电光效应好的一个重要指标。最大透光强度的 90% 对应的外加电压值称为饱和电压(Ur)，标志了获得最大对比度所需 的外加电压数值，Ur 小则易获得良好的显示效果，且降低显示功 耗，对显示寿命有利。对比度 Dr=Imax/Imin，其中 Imax 为最大观 察(接收)亮度(照度)，Imin 为最小亮度。陡度β =Ur/Uth 即饱和电 压与阈值电压之比。 2 图 5 液晶电光效应关系图 以上的分析只是对液晶盒在“开关”两种极端状态下的情况作 了一些初步的分析。而对于这两个状态之间的中间状态。我们还

  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 子取向结构发生变化，其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非常之多，主要有动态散射型（SD）、扭曲向列 相型（TN）、超扭曲向列相型（STN）、有源矩阵液晶显示（TFT） 型、电控双折射（ECB）等。其中应用比较广泛的有：TFT 型—主 要用于液晶电视，笔记本电脑等高档产品；STN 型——大多数都用在 手机屏幕等中档产品；TN 型——主要电子表、计算器、仪器仪表、 家用电器等中低端产品，是目前应用最广泛地液晶显示器件。TN 型液晶显示器件显示原理较为简单，是 STN TFT 等显示方式的基 础。本实验所用的液晶样品即为 TN 型。

  二：实验原理： 液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态。一般的液体内部 分子排列是无序的，而液晶既具有液体的流动性，其分子又按一 定规律有序排列，使它呈现晶体的各 向异性。当光通过液晶时， 会产生偏振面旋转，双折射等效应。液晶分子的形状如同火柴一 样，为棍状。棍的长度在十几埃，直径为 4～6 埃，液晶层厚度一 般为 5-8 微米。 列方式和天然胆甾(音同淄)相液晶的主要区别是：扭曲向列的扭 曲角是人为可控的，且“螺距”与两个基片的间距和扭曲角有关。 而天然胆甾相液晶的螺距一般不足 1um，不能人为控制。 扭曲向列排列的液晶对入射光会有一个重要的作用，他会使入 射的线偏振光的偏振方向顺着分子的扭曲方向旋转，类似于物质 的旋光效应。在一般条件下旋转的角度(扭曲角)等于两基片之间的 取向夹角。 由于液晶分子的结构特性 ,其极化率和电导率等都具有各向异 性的特点，当大量液晶分子有规律的排列时,其总体的电学和光学

  1、控制机箱 2、液晶电光效应光具座架 3、激光器 4、起偏器 5、 液晶屏

  6、检偏器 7、光电池 液晶电光效应控制机箱： 3 1、激光器输出：输出连接到激光器上，供应半导体激光器电源 2、功率：控制激光器亮度，顺时针变亮 3、液晶屏输出：输出方波信号给液晶屏 4、同步：同步信号给示波器

  5、频率：调节方波信号频率，顺时针频率降低 6、幅度:调节方波信号的幅值，顺时针幅值增大 7、光电接受：接受光信号转化为电信号 8、示波器：将接受到的信号连接到示波器上加以显示

  特性,如介电常数、折射率也将呈现出各向异性的特点。如果我们 对液晶物质施加电场，就可能改变分子排列的规律。从而使液晶 材料的光学特性发生改变，1963 年有人发现了这种现象。这就是 液晶的的电光效应。

  为了对液晶施加电场，我们在两个玻璃基片的内侧镀了一层透 明电极。我们将这个由基片电极、取向膜、液晶和密封结构组成 的结构叫做液晶盒。当我们在液晶盒的两个电极之间加上一个适 当的电压时我们的角度来看一下液晶分子会发生啥变化。根据液晶分 子的结构特点。我们假定液晶分子没固定的电极。但可被外电 场极化形成一种感生电极矩。这个感生电极矩也会有一个自己的 方向，当这个方向以外电场的方向不同时，外电场就会使液晶分 子发生转动，直到各种互相作用力达到平衡。液晶分子在外电场 作用下的变化，也将引起液晶合中液晶分子的总体排列规律发生 变化。当外电场足够强时，两电极之间的液晶分子将会变成如图 2 中的排列形式。本实验希望能够通过一些基本的观察和研究，对液 晶材料的光学性质及物理结构有一个基本了解。并利用现有的物 理知识进入初步的分析和解释。

  3、顺时针调节频率旋钮，此时方波驱动的频率减小、周期增大， 可以观察到光电池接受到的光斑开始闪烁，随着周期的增大，可 以观察到光斑闪烁的间隔时间越来越长。

  4、将幅值电压调到 3V 左右，缓缓增大方波周期，知道可以清 晰的看到上升沿及下降沿现象。（调节过程中方波幅值电压不应过 强，否则输出波形将产生畸变）

  耗，Ur 小则易获得良好的显示效果，对显示寿命有利。对比度 Dr?Imin

  ，其中 Imax 为最大观察（接收）亮度（照 th 度），Imin 为最小亮度。陡度??Ur

  四、 实验内容及步骤 即饱和电压与阀值电压之比。 1，光学导轨上依次为：半导体激光器—偏振光—液晶盒—偏振 片—光电探测器。打开半导体激光器，调节各元件高度，尽量使 激光依次穿过光学元件中心，最后打在光功率测试仪的探头上。 2，调整光路后，从光路中取下液晶盒，打开光功率测试仪，旋 转两片偏振片，可观察光功率计数值大小变化，若最大透射光强 小于 200μ W，可旋转半导体激光器机身，使最大透射光强大于 200μ W，最后调节偏振片正交至透射光强值达到最小。 3，将液晶盒加入光路，将液晶盒的控制电箱的“调节”旋转逆 时针旋到头后打开电源开关，此时液晶为透光状态。 4，缓慢顺时针旋转“调节”旋钮，使驱动电压升高，同时记录 下电压与光功率的关系。可每 0.5V 记录一次光功率。

  向相同，则线偏振光将随液晶 分子轴方向逐渐旋转 900，平行于液晶盒下表面分子轴方向射

  出（见图 1（a），液晶盒上下表面各附一片偏振片，偏振器方向 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 种线、通过示波器测量上升时间及下降时间，估计液晶屏的响应速 度。

  6、改变信号的幅值，记录不同幅值下的响应时间。 三、液晶屏视角特性测量 1、重复一实验 1、2、3、4 实验部分。 2、调节幅值电压 0V，旋转液晶屏±80°，每隔 20°测量一次。 5 篇三：液晶电光效应实验报告 液晶电光效应实验实验报告

  2、调节激光器高度使激光器光斑入射到光电池入射孔内。 3、取掉将起偏器旋转到 0°，旋转检偏器使激光光斑变到最暗 状态，此时检偏器角度应为 90°，将液晶屏重新放入对应插孔， 不难发现此时光斑变亮。 4、打开机箱电源，调节频率旋钮，逆时针旋转到最小，此时频 率为最大值，入射到激光器的光斑无闪烁现象，幅值电压表头及 光电流表头数字稳定。 5、顺时针旋转幅值旋钮,缓缓增大输出方波信号的幅值，观察光 电流表的数据，记录下幅值对应光电流值，填入表格 1 并绘制幅 值与光电流关系图及透过率与幅值关系图（透过率在幅值为 0 时 为 100%），求出关断电压及阈值电压。(注意调节幅值过程中，0~2V

  没有一个清晰的认识，其实在这个中间状态，有着极其丰富多彩 的光学现象。在实验中我们将会一一观察和分析。

  液晶对变化的外界电场的响应速度是液晶产品的一个十分重要 的参数。一般来说液晶的响应速度是比较低的。我们用上升沿时 间和下降沿时间来衡液晶对外界驱动信号的响应速度情况。定义 如图 6 所示