液晶电光效应实验报告

GuizhouMinzuUniversity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；3．由电光特性曲线得到液晶的阈值电压和关断电压。二、实验仪器仪器序号名称数量规格1半导体激光器1GY—7,5mW2偏振片2=203光功率计1SGN—24光学导轨1DGL-1,1m5滑座一4DGL-1,016滑座二1DGL-1,027激光器架1SZ-198偏振片架2SZ-519液晶盒1带控制电箱二、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繁多，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。其中应用较为广泛的有：TFT型—主要用于液晶电视，笔记本电脑等高档产品；STN型——主要用于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STNTFT等显示方式的基础。本实验所用的液晶样品即为TN型。2.3TN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900，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％对应的外加电压称为饱和电压（Ur），标志了获得最大对比所需的外加电压值，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IIDrminmax，其中Imax为最大观察（接收）亮度（照度），Imin为最小亮度。陡度UUthr即饱和电压与阀值电压之比。四、实验内容及步骤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200μW，可旋转半导体激光器机身，使最大透射光强大于200μW，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。注意：液晶的变化比较慢，每次调整电压后，要等光功率基本稳定后在记录。一次测量过程请勿更改光功率试仪的档位，否则测量数据会有偏差。1．作电光曲线图，纵坐标为透射光强值，横坐标为外加电压值。2．根据作好的电光曲线，求出样品的阀值电压Uth(最大透光强度的10％所对应的外加电压值)，饱和电压Ur(最大透光强度的90％对应的外加电压值)，对比度Dr(IIDrminmax)及陡度β（β=UUthr）.五、实验数据每0.2V记录一次电压V/光强mW0.801.001.201.401.601.802.002.202.402.602.80第一组0.1510.1500.1440.1170.0790.0450.0230.0110.0050.0020.000第二组0.1500.1490.1450.1160.0780.0440.0220.0120.0050.0010.000第三组0.1510.1500.1460.1160.0770.0450.0220.0110.0050.0020.000取平均值后得出液晶电光效应曲线因为从0.0V至0.8V间电压的变化不会改变光强数据，所以略过。样品的阀值电压Uth=2.8V*10%=0.28V饱和电压Ur=2.8V*90%=2.52V及陡度β（β=UUthr）=2.52/0.28=9六、实验总结和注意事项此次实验让我们对液晶的性质和液晶电光效应有了一个直观的了解，在实验过程中，应注意仪器表面的洁净，避免出现划痕或者污渍，由于激光的伤害性比较大，不能长期人眼直视。由于实验仪器比较敏感，实验环境中无法做到完全无光，所以难免会出现室内光对实验数据造成一些影响，我们利用了一些手段阻断了室内光对仪器的直接影响，得出了比较准确的数据。00.020.040.060.080.10.120.140.160.811.21.41.61.822.22.42.62.8电压V液晶电光效应曲线系列1