液晶电光曲线实验目的 1. 测定液晶样品的电光曲线；2.根据电光曲线，求出样品的阀值电压Uth,饱和电压Ur,对比度Dr, 陡度“等电光效应的主要参数；3.用自配数字存储示波器观测液晶 样品的电光响应时间；实验原理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、磁等物理性质液晶分子在 形状、介电常数、折射率及电导率上具有各向异性因此,液晶具有电 光效应,即对液晶施加电场,随着液晶分子取向结构发生变化,它的光 学特性也随之变化液晶显示器的种类有很多,利用液晶的电光效应而 实现显示的有扭曲向列相液晶、超扭曲向列相液晶、高扭曲向列相液晶 等扭曲向列相液晶，也称为TN型液晶，是应用范围最广、价格较便 宜的液晶显示器我们常用的电子表、计算器、游戏机等的显示屏大都 是TN型液晶液晶与液体、晶体之间的区别是：液体是各向同性的， 分子取向无序；液晶分子取向有序,但位置无序,而晶体二者均有序 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晶又可 分为近晶相、向列相、和胆甾相其中向列相液晶是液晶显示器件的主 要材料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性特性的 物质，如果对这样的物质施加电场，随着液晶分子取向结构发生变化， 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。
液晶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）、超扭曲向列相型（STN）、有源矩阵液晶显示（TFT）电控双折射 （ECB）等其中应用较广的如TFT型一主要用于液晶电视、笔记本电 脑等高档电子产品；STN型主要用于屏幕等中档电子产品；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型液晶显示器件原理较简单，是STN、TFT等显示方式的基础本实验所使用的液晶样品即为位TN型2.1 TN型液晶盒结构TN型液晶显示器是一个由上下两片导电玻璃制成的液晶盒，盒内充有液晶，四周密封液晶盒厚一般为几个微米，其中上下玻璃片内侧镀有显示电极，以使外部电信号通过电极加到液晶上上下玻璃基板内侧覆盖着一薄层高分子有机物定向层，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90°所以称为扭曲向列型液晶盒玻璃片的两个外侧分别贴有偏振片，这两个偏振片的偏光轴互相 平行（常黑 型）或相互正交（常白型），且于液晶盒表面定向方向相互平 行或垂直。
2】TN 型液晶盒结构图2.2 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，因此当线偏振光 垂直玻璃表面入射时，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 度， 即出射光仍为线偏振且偏振方向平行于液晶盒下表面 分子轴方向射出(见图1 (a)不通电部分，图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，仍为线偏振光且方向也垂直于下表面液晶分子轴；当 入射线 偏振光与液晶盒上表面分子取向不为平行或垂直情况时， 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，当电压达到一定数值时，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新排列(见1 图(b)中通电部分)，此时TN型液晶盒在无外电场作用时的90度旋 光性随之消失I吨*也収时 IMilW【3】 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， Us 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〃二Ur/Uth即饱和电压 与阈值压之比U/V 2.3 TN-LCD结构及显示原理TN型液晶显示器件结构如下图，液晶 盒上下玻璃片的外侧均贴有偏光片，其中上 表面所附偏振片的偏振方 向总是与上表面分子取向相同自然光入射后，经过偏振片形 成与上 表面分子取向相同的线偏振光，入射液晶盒后，偏振方向随液晶分子长 轴旋转 90°，以平行于下表面分子取向的线偏振光射出液晶盒。
若下 表面所附偏振片偏振方向 与下表面分子取向垂直（即与上表面平行），则为黑底白字的常黑型，不通电时，光不 能透过显示器（为黑态） ， 通电时，90°旋光性消失，光可通过显示器（为白态） ；若偏 振片与 下表面分子取向相同，则为白底黑字的常白型，如下图所示结构oTN-L CD可用于显示数字、简单字符及图案等，有选择的在各段电极上施加电压，就可以显示出不同的 图案TN型液晶显示器件结构参考图实验仪器FD-LCE-1液晶电光效应实验仪 实验装置示意图第 6/10 页如图1所示，液晶电光效应实验仪主要由控制主机部分和导轨部分组成 导轨部分从左到右依次为检偏器及光电探测器（连接在一起） 、液晶 样品、起偏器、 半导体激光器各部件都与滑块连接，可在导轨上移 动 主机部分包括方波发生器、方波有效值电压表、光功率计 技术 指标：1.半导体激光器：3V DC电源；输出650nm红光2.方波电 压：OTOV左右（有效值）连续可调；频率500Hz左右3.光功率计： 量程有0-200uW和0-2mW两档4.光具座：长50.0cm实验步骤1. 光学导轨上依次为：半导体激光器－起偏器－液晶盒－检偏器（带光电 探测器） 。
打开半导体激光器，调节各元件高度，使激光依次穿过起 偏器、液晶盒、检偏器，打在 光电探测器的通光孔上 2. 接通主机 电源，拔下电压表输出导线，将光功率计调零，选用0-2mW档用话筒 线 连接光功率计盒光电转换盒，此时光功率计显示的数值为透过检偏 器的光强大小，旋转■起偏器至 ，使其偏振方向与液晶片表面分子取向平行（或垂直） 旋 转检偏器，观察 ，可旋转半导体激光器， 使最大透射光强大于 光功率计数值变化，若最大值小于最后旋转检偏器至透射光强值达到最小 3． 连接电压表输出导线， 将电压表调至零点，用红黑导线连接主机和液晶盒，从0开第 7/10 页 始逐渐增大电压，观察光功率计读数变化，电压调至最大值后归零4．从0开始逐渐增加电压,-2.5V每隔0.2V或0.3V记一次电压及透射光 强值，2.5V后每隔0.1V左右记一次数据,6.5V后再每隔0.2V或0.3V 记一次数据，在关键点附近多 测几组数据 5． ［选做］自配数字存储示 波器，可测试液晶样品的电光响应曲线，求得样品的响应时 间 注意 事项 1、 拆装时只压液晶盒边缘，切忌挤压液晶盒中部；保持液晶盒 表面清洁，不能有划痕; 应防止液晶盒受潮，防止受阳光直射。
2、 驱动电压不能为直流 3、 切勿直视激光器实验室据记录与处理 1.数据记录 U/V0.00 1.00 1.90 2.61 3.05 3.34 4.17 5.15 5.99I/uw9.9 9.9 10.1 10.2 192.1 204.0 310.3 395.0 425.0U/V0.24 1.20 2.01 2.71 3.07 3.41 4.29 5.36 6.18I/uw10.0 9.9 10.1 10.2 193.3 208.0 320.0 402.0 426.1U/V0.40 1.41 2.24 2.82 3.09 3.49 4.58 5.48 6.25I/uw 9.9 10.0 10.2 10.3 194.6 212.0 354.1 412.0 427.0U/V I/uw0.62 1.60 2.44 2.91 3.12 3.53 4.70 5.64 6.44 9.9 10.0 10.2 10.3U/V I/uw0.81 1.78 2.52 3.03 3.18 3.96 4.83 5.87 6.63 9.9 10.1 10.2 191.1 199.6 270.2 377.0 423.0 429.0196.2 215.0 363.0 416.0 428.52. 数据处理1. 做电光曲线图第 8/10 页电光曲线图U/v I/uw2.求出样品的阈值电压Uth、饱和电压Ur、对比度Dr及陡度B。
Wy429二Imax,对应的电压为6.63V,,此时对应的电压为阈值电压Uth,即Uth=2.97V；，此时对应的电压为饱和电压Ur,即Ur=4.99Vp429二43.3=WyW/9.9Wy42.9 二 ImaxxlO%Wy386.1 二 Imaxx90%Imax/Imin二对比度：Dr陡度：B =Ur/Uth=4.99V/2.97V=1.68应用前景1.如果两偏振片正交放置，则无电场时呈透明态，而加电场达到阈值电压后呈不透明 状 态.根据液晶的这种光电效应特性，如果把液晶快门用于焊接面罩，将 CdS 等光敏电 阻组装入液晶快门内，平时是透明态，一旦检出焊接时的 电弧光就瞬时给液晶盒施加电 压，降低液晶盒的光透射性能，保护眼 睛免受焊接电弧光的刺激.另外，根据这个原理 可制作液晶窗帘，作 为电动窗帘使用. 2. 用液晶制成的透镜具有焦距可变、薄、轻、消 耗功率少等优点.液晶电光效应种类 繁多，根据不同的原理可设计不 同种类的光学器件，其应用前景极为广泛.【5】 实验结论 当电压在2 -2.97v，由于电压小于阀值电压，所以透射光强没有明显改变；当电压第9/10页 增加到2.97v时，液晶分子的长轴开始向电场方向倾斜，透射光强开 始增强；2.97-4.99v,透射光强明显增强；当电压在4.99-6.18v时， 透射光强持续增强，由于电压大于饱和 电压，故增强程度逐渐减小， 当电压在6.18-6.63v时，透射光强基本没明显改变。