液晶电光曲线Word格式文档下载.docx
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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、和胆當相。
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型主要用于手机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。
2.1TN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°
o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Ol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1G)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。
HITNLrp-EAttaKSWlfl
[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/lInir1,其中Imax为最大观察
(接收)亮度(照度),Inlin为最小亮度。
陡度β=Ur∕Uth即饱和电压
与阈值压之比。
U/V2.3TN-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。
TN-LCD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-I液晶电光效应实验
仪实验装置示意图
I/UW
[4]
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:
3VDC电源;
输65OniIl红光2.方波电压:
0-1OV左右(有效值)连续可调;
频率500HZ左右3.光功率计:
量程有0-2OOUW和0-2mW两档4.光具座:
长50.OCin实验步骤1.光学导轨上依次为:
半导体激光器一起偏器一液晶盒一检偏器(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0-2InW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
O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O开
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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,0-2.5V每隔0.2V或0.3V记一次电压及透射光强值,2.5V后每隔0.IV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/V
0.001.001.902.613.053.344.175.155.99
I∕uw
9.99.910.110.2192.1204.0310.3395.0425.0
U/V
0.241.202.012.713.073.414.295.366.18
10.09.910.110.2193.3208.0320.0402.0426.1
9.910.010.210.3194.6212.0354.1412.0427.0
U/VI∕uw
0.621.602.442.913.123.534.705.646.449.910.010.210.
3
0.Sl1.782.523.033.183.964.835.876.639.910.110.219
1.1199.6270.2377.0423.0429.0
196.2215.0363.0416.0428.5
2.数据处理
1.做电光曲线图
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电光曲线图
2.求出样品的阈值电压Uth、饱和电压Ur、对比度Dr及陡度0。
Wμ429=Imax
对应的电压为6.63V,,此时对应的电压为阈值电压Uth,即Uth二2.
97V;
此时对应的电压为饱和电压Ur,即Ur=4.99V□
μ429=
43.3=WμW∕9.9
Wμ42.9=Imax×
10%
Wμ386.I=ImaX×
90%
Imax/Ilnin=对比度:
Dr
陡度:
β=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.ISv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。