液晶光电效应综合实验

学期：2013学年；课程名：《综合设计与创新物理实验》；课序号202173020；姓名：xx；学号：xxxxx文章题目液晶电光效应综合实验研究姓名xx学号xxx电话xxx邮箱xxxxx创新点自述液晶在我们现实生活领域，尤其是显示领域，里越来越起着重要的作用。这次实验我们要了解到液晶的工作原理和各种性质。试验过后我们明白了液晶的工作原理，通过实验寄托分析同时认识到液晶作为一种优良的显示器有着极大的优越性。综合实际，我们认为液晶显示器在垂直角度上存在明显的不足，这是液晶的使用价值受到限制，考虑到成本等问题，一次生产者八更多的精力投入到制造优良品质的水平效果液晶显示器的制造上。如果将液晶板前后平行放置，并一个以水平方向，一个以竖直方向，就可解决液晶光电视角的不足，就可以生产出全方位的显示器学期：2013学年；课程名：《综合设计与创新物理实验》；课序号202173020；姓名：xx；学号：xxxxx液晶电光效应综合实验研究xxx（四川大学化工学院xxxxxx）摘要：在过去的十多年内，信息技术的空前发展宣告了第三次工业革命的来临。在这信息社会时代，信息材料，尤其是信息显示材料及器件显得尤为重要。而液晶显示器(LCD)随着技术的进步，工艺的完善以及成本的降低，受到越来越多的青睐。而液晶显示器件就是利用了液晶的电光效应制成的。此外，光导液晶光阀、光调制器、光路转换开关等也均是利用液晶光电效应的原理制成的。因此，掌握液晶电光效应无论从实用角度还是从物理实验教学角度都是很有意义的。【1】关键词：液晶；光电效应；特性Liquidcrystalelectro-opticeffectcomprehensiveexperimentalstudyxxxx（SichuanUniversity2012141492008）Abstract：Inthepastdecadeorso,theunprecedenteddevelopmentofinformationtechnology,proclaimedtheadventofthethirdindustrialrevolution.Inthiseraoftheinformationsociety,informationmaterials,especiallyinformationdisplaymaterialsanddevicesisparticularlyimportant.Theliquidcrystaldisplay(LCD)Withadvancesintechnology,processimprovementandcostreduction,bymoreandmorepopular.Theliquidcrystaldisplaydeviceistheusemadeofliquidcrystalelectro-opticeffect.Further,theliquidcrystallightvalveslightguide,theopticalmodulator,theopticalpathswitch,alsotheliquidcrystalaremadeoftheprincipleofthephotoelectriceffect.Therefore,masteringtheliquidcrystalelectro-opticeffecteitherfromapracticalpointofvieworfromtheperspectiveofphysicsexperimentteachingisverymeaningful.【1】Keyword：liquidcrystal；electro-opticeffect；引言：1888年，奥地利植物学家Reinitzer在做有机物溶解实验时，在一定的温度范围内观察到液晶。1961年美国RCA公司的Heimeier发现了液晶的一系列电光效应，并制成了显示器件。从70年代开始，日本公司将液晶与集成电路技术结合，制成了一系列的液晶显示器件，并至今在这一领域保持领先地位。液晶显示器件由于具有驱动电压低（一般为几伏），功耗极小，体积小，寿命长，环保无辐射等优点，在当今各种显示器件的竞争中有独领风骚之势。1．液晶光开关的电光特性1.1液晶开关的光电特性线学期：2013学年；课程名：《综合设计与创新物理实验》；课序号202173020；姓名：xx；学号：xxxxx【图2】为光线垂直液晶面入射时本实验所用液晶相对透射率（以不加电场时的透射率为100%）与外加电压的关系。透射率T(%)100阈值电压80604020关断电压电压(V)123456图2液晶光开关的电光特性曲线由图2可见，对于常白模式的液晶，其透射率随外加电压的升高而逐渐降低，在一定电压下达到最低点，此后略有变化。可以根据此电光特性曲线图得出液晶的阈值电压和关断电压。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许的驱动路数就越多。TN型液晶最多允许16路驱动，故常用于数码显示。在电脑，电视等需要高分辨率的显示器件中，常采用STN（超扭曲向列）型液晶，以改善电光特性曲线的陡度，增加驱动路数。1.2实验室据记录与处理:1.2.1液晶光开关电光特性测量表1液晶光开关电光特性测量电压（伏）0.00.50.81.01.21.31.41.51.61.72.03.04.05.06.0透射率(%)110099.999.897.878.261.143.428.316.99.41.61.91.61.31.0210099.799.797.878.261.143.428.316.69.41.61.91.71.31.0310099.899.797.878.261.143.428.316.99.41.61.91.71.31.0平均10099.899.797.878.261.143.428.316.89.41.61.91.71.31.0学期：2013学年；课程名：《综合设计与创新物理实验》；课序号202173020；姓名：xx；学号：xxxxx光电特性曲线阈值电压设：透射率为θθmax=100%10%×θmax=10%，此时对应的阈值电压Uth，Uth=1.7V90%×θmax=90%，此时对应的饱和电压Uth，Uth=0.9V1．2．2结论当电压在0.0－1.0v,由于电压小于阀值电压，所以透射光强没有明显改变；当电压增加到1.0v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；1.0-1.7v，透射光强明显增强；当电压在1.7-6.0v时，透射光强基本没明显改变。2．液晶光开关的时间响应特性2.1液晶驱动电压和时间响应加上（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生了改变，这种重新排序需要一定时间，反映在时间响应曲线上，用上升时间τr和下降时间τd描述。给液晶开关加上一个如【图3】上图所示的周期性变化的电压，就可以得到液晶的时间响应曲线，上升时间和下降时间。如【图3】下图所示。02040608010012001234567坐标轴标题坐标轴标题Y值学期：2013学年；课程名：《综合设计与创新物理实验》；课序号202173020；姓名：xx；学号：xxxxx上升时间：透过率由10%升到90%所需时间；下降时间：透过率由90%降到10%所需时间。液晶的响应时间越短，显示动态图像的效果越好，这是液晶显示器的重要指标。早期的液晶显示器在这方面逊色于其它显示器，现在通过结构方面的技术改进，已达到很好的效果。2.2时间响应特效实验2.2.1实验数据2.2.2数据处理时间（ms）4812162024283236404448525660646870透过率(%)0.02.36.813.629.538.652.361.470.579.586.488.288.691.093.295.597.8100学期：2013学年；课程名：《综合设计与创新物理实验》；课序号202173020；姓名：xx；学号：xxxxx2.2.3液晶响应时间τd=44ms3.液晶光开关的视角特性液晶光开关的视角特性表示对比度与视角的关系。对比度定义为光开关打开和关断时透射光强度之比，对比度大于5时，可以获得满意的图像，对比度小于2，图像就模糊不清了。3.1视角特性原理【图4】表示了某种液晶视角特性的理论计算结果。【图4】中，用与原点的距离表示垂直视角（入射光线方向与液晶屏法线方向的夹角）的大小。02040608010012001020304050607080坐标轴标题坐标轴标题Y值学期：2013学年；课程名：《综合设计与创新物理实验》；课序号202173020；姓名：xx；学号：xxxxx图中3个同心圆分别表示垂直视角为30，60和90度。90度同心圆外面标注的数字表示水平视角（入射光线在液晶屏上的投影与0度方向之间的夹角）的大小。【图3】中的闭合曲线为不同对比度时的等对比度曲线。由【图】4可以看出，液晶的对比度与垂直与水平视角都有关，而且具有非对称性。若我们把具有【图4】所示视角特性的液晶开关逆时针旋转，以220度方向向下，并由多个显示开关组成液晶显示屏。则该液晶显示屏的左右视角特性对称，在左，右和俯视3个方向，垂直视角接近60度时对比度为5，观看效果较好。在仰视方向对比度随着垂直视角的加大迅速降低，观看效果差。3．2实验数据处理3.2.1水平方向实验数据正角度051015202530354045505560657075Tmax(0V)10099.910010110110110099.198.195.392.186.680.171.260.647.1Tmin(2V)4.44.54.64.74.85.05.25.25.14.84.74.54.24.03.52.8Tmax/Tmin×10−322.722.221.721.421.020.219.219.019.220.019.619.219.017.817.316.8负角度051015202530354045505560657075Tmax(0V)10010010110110110110098.997.894.891.385.878.068.855.741.5Tmin(2V)4.44.34.34.44.54.74.95.05.14.84.64.44.13.93.42.6Tmax/Tmin22.723.323.422.922.421.420.419.819.119.819.819.519.017.616.416.0学期：2013学年；课程名：《综合设计与创新物理实验》；课序号202173020；姓名：xx；学号：xxxxx由上表数据可以找出比较好的水平视角显示范围。将液晶板以垂直方向插入插槽，按照与测量水平方向视角特性相同的方法，测量垂直方向视角特性3.2.2竖直方向数据表4垂直方向视角特性正角度051015202530354045505560657075Tmax(0V)10099.999.298.296.394.091.589.086.283.881.479.276.471.863.452.4Tmin(2V)4.24.56.511.619.027.538.349.259.168.474.877.877.374.164.852.4Tmax/Tmin23.822.215.38.95.13.42.41.81.51.21.11.01.01.01.01.0负角度051015202530354045505560657075Tmax(0V)10099.598.797.796.094.091.889.687.184.982.679.475.448.859.544.1Tmin(2V)4.25.79.013.620.928.539.549.058.868.975.177.675.870.461.245.9Tmax/Tmin23.817.411.07.24.63.32.31.81.51.21.11.01.01