1、液 晶 电 光 效 应 实 验 实 验 报 告【实验目的】1在掌握液晶光开关的基本工作原理的基础上，测量液晶光开关的电光特性曲线，并由电光特性曲线得到液晶的阈值电压和关断电压。2测量驱动电压周期变化时，液晶光开关的时间响应曲线，并由时间响应曲线得到液晶的上升时间和下降时间。3测量由液晶光开关矩阵所构成的液晶显示器的视角特性以及在不同视角下的对比度，了解液晶光开关的工作条件。4了解液晶光开关构成图像矩阵的方法，学习和掌握这种矩阵所组成的液晶显示器构成文字和图形的显 示 模 式 ， 从 而 了 解 一 般 液 晶 显 示 器 件 的 工 作 原 理 。【实验仪器】液晶电光效应实验仪一台，液晶片一块
2、【实验原理】1液晶光开关的工作原理液 晶 的 种 类 很 多 ， 仅 以 常 用 的 TN（ 扭 曲 向 列 ） 型 液 晶 为 例 ， 说 明 其 工 作 原 理 。TN型光开关的结构：在两块玻璃板之间夹有正性向列相液晶，液晶分子的形状如同火柴一样，为棍状。棍的长度在十几埃（1 埃10- 10 米），直径为46 埃，液晶层厚度一般为 5-8 微 米 。 玻 璃 板 的 内 表 面 涂 有 透 明 电 极 ， 电 极 的表 面 预 先 作 了 定 向 处 理 （ 可 用 软 绒 布 朝 一 个 方 向 摩 擦 ， 也 可 在 电 极 表 面 涂取向剂）， 这 样 ， 液 晶 分 子 在 透 明
3、 电 极 表 面 就 会 躺 倒 在 摩 擦 所 形 成 的 微 沟 槽 里 ； 电 极表 面 的 液 晶 分 子 按 一 定 方 向 排 列 ， 且 上 下 电 极 上 的 定 向 方 向 相 互 垂 直 。 上 下 电 极之 间 的 那 些 液 晶 分 子 因 范 德 瓦 尔 斯 力 的 作 用 ， 趋 向 于 平 行 排 列 。 然 而 由 于 上下 电 极 上 液 晶 的 定 向 方 向 相 互 垂 直 ， 所 以 从 俯 视 方 向 看 ， 液 晶 分 子 的 排 列 从上电极的沿45 度方向排列逐步地、均匀地扭曲到下电极的沿45 度 方 向 排 列 ，整 个 扭 曲 了 90 度。
4、理论和实验都证明，上 述 均 匀 扭 曲 排 列 起 来 的 结 构 具 有 光 波 导 的 性 质 ，即偏振光从上电极表面透过扭曲排 列 起 来 的 液 晶 传 播 到 下 电 极 表 面 时 ， 偏 振 方 向 会 旋 转90度。取 两 张 偏 振 片 贴 在 玻 璃 的 两 面 ， P1 的透光轴与上电极的定向方向相同，P2 的透光轴与下电极的定向方向相同，于是 P1 和 P2 的透光轴相互正交。在未加驱动电压的情况下，来自光源的自然光经过偏振片 P1 后只剩下平行于透光轴的线偏振光，该线偏振光到达输出面时，其偏振面旋转了 90。 这时 光 的 偏 振 面 与 P2 的透光轴平行，因而有
5、光通过。在施加足够电压情况下(一般为 12 伏)，在静电场的作用下，除了基片附近的液晶分子被基片“锚定”以外，其他液晶分子趋于平行于电场方向排列。于是原来的扭曲结构被破坏，成了均匀结构。 从 P1透 射 出 来 的 偏 振 光 的 偏 振 方 向 在 液 晶 中 传 播 时 不 再 旋 转 ， 保 持 原 来 的 偏 振 方 向 到达 下 电 极 。 这 时光的偏振方向与 P2 正交，因而光被关断。由 于 上 述 光 开 关 在 没 有 电 场 的 情 况 下 让 光 透 过 ， 加 上 电 场 的 时 候 光 被 关 断 ， 因 此 叫做 常 通 型 光 开 关 ， 又叫做常白模式。若 P1
6、 和 P2的透光轴相互平行，则构成常黑模式。液晶可分为热致液晶与溶致液晶。热致液晶在一定的温度范围内呈现液晶的光学各向异性，溶致液晶是溶质溶于溶剂中形成的液晶。目前用于显示器件的都是热致液晶，它的特性随温度的改变而有一定变化。2液晶光开关的电光特性对 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 。3 液 晶 光 开 关 的 时 间 响 应 特 性加 上 （ 或
7、 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 r 和下降时间 d 描 述 。 给 液 晶 开 关 加 上 一 个周期性变化的电压，就可以得到液晶的时间响应曲线，上升时间和下降时间。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
8、改进，已达到很好的效果。4.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。5.液 晶 光 开 关 构 成 图 像 显 示 矩 阵 的 方 法除了液晶显示器以外，其 他 显 示 器 靠 自 身 发 光 来 实 现 信 息 显 示 功 能 。这些显示器主要有以下一些：阴极射线管显示（C RT），等离子体显示( PDP)，电致发光显示( ELD)，发光二极管（LED）显示，有机发光二极管 （ OLED） 显 示 ， 真 空 荧 光 管 显 示（ VFD），场发射显示（FED ）。 这 些 显 示 器 因 为 要 发 光 ， 所 以 要 消 耗 大量 的 能 量 。液晶显示器通过对外界光线的开关控制来完成信息显示任务，为非主动发光型显示，其 最 大 的 优 点 在 于 能 耗 极 低 。 正 因 为 如 此 ， 液 晶 显 示 器 在 便 携 式 装置 的 显 示 方 面 ， 例 如 电 子 表 、 万 用 表 、 手 机 、 传 呼 机 等 具 有不可代替地位。下面我们来看看如何利用液晶光开关来实现图形和图像显示任务。
