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创新实验论文

液晶电光效应研究An experimental study of liquid crystal Electro-optic Effect

黄银亮1043031182 电气15班摘要:在扭曲向列型液晶光开关玻璃两侧粘贴两偏振片,并使偏振片透光轴分别与对应电极的定向方向

相同。当未加驱动电压时,有光通过;当施加足够大的驱动电压时,无光通过。本文利用ZKY-LCOEO液晶电光效应综合实验仪测试了其透光情况,并给出了透过率随所施加驱动电压的变化曲线图。关键词:ZKY-LCOEO;扭曲向列型液晶;电光效应;透过率

Abstract:In the twisted nematic liquid crystal optical switch glass paste on both sides of the two polarizers, and polarizer transmission axis and the corresponding electrode, respectively, the direction of the same orientation. When not driving voltage, the light through; when the imposition of the driving voltage is large enough, the dark through. ZKY-LCOEO using liquid crystal electro-optic effect of a comprehensive test instrument to test its light transmittance, and transmittance are given with the imposed changes in driving voltage curves.

Keywords:ZKY-LCOEO;Twisted nematic liquid crystal;Electro-optic effect;Transmittance

【引言】

液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态。一般的液体内部分子排列是无

序的,而液晶既具有液体的流动性,其分子又按一定规律有序排列,使它呈现晶

体的各向异性。当光通过液晶时,会产生偏振面旋转,双折射等效应。液晶分子

是含有极性基团的极性分子,在电场作用下,偶极子会按电场方向取向,导致分

子原有的排列方式发生变化,从而液晶的光学性质也随之发生改变,这种因外电

场引起的液晶光学性质的改变称为液晶的电光效应。

【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。

1、液晶的电光特性

将模式转换开关置于静态模式,将透过率显示校准为100%,改变电压,使得电压值从0V 到6V变化,记录相应电压下的透射率数值填入表1。

表1 液晶的电光特性

电压 次数

0 0.5 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 2.0 3.0 4.0 5.0 1

100 100 99.3 98.8 98.1 97.5 80.7

66.7 48.6 33.4 20.8 12.9 5.2 5.1 4.6 3.9 2

3 100 99.9 99.

4 98.9 98.2 97.4 80.7 66.

5 48.

6 33.6 20.8 12.9 5.3 5.1 4.6 3.8 平均 100 99.9 99.4 98.8 98.1 97.4 80.

7 66.7 48.6 33.5 20.

8 12.

9 5.2 5.1 4.6 3.9

由表1画出电光特性曲线。

由曲线图可以得出液晶的阈值电压和关断电压。

2.时间响应特性实验

将模式转换开关置于静态模式,透过率显示调到100%,然后将液晶供电电压调到2.00V ,在液晶静态闪烁状态下,用存储示波器或用信号适配器接模拟示波器可以得出液晶的开关时间响应曲线。记录下不同时间时的透过率,填入表2。

表2 时间响应的数值表

根据表

2,画出时间响应曲线。

时间(s ) 0 0.41 0.47 0.51 0.55 1.46 1.47 1.52 1.55 透过

率(%) 100 100 90

10 0

0 10 90 100

00.50.80.91.01.11.21.31.41.51.61.72.03.04.05.0

20406080100120透过率

由表2和时间响应曲线图可以得到液晶的响应时间。 3.液晶的视角特性实验

将模式置于静态模式,将透过率显示调到100﹪,以水平方向插入液晶板,在供电电压为0V 时,调节液晶屏与入射激光的角度,在每一角度下测量光强透过率最大值T MAX 。然后将供电电压设为2V ,再次调节液晶屏角度,测量光强透过率最小值T MIN ,将数据记入下表中,并计算其对比度。\ 表3 水平方向视角特性

正角度 0 5 10 15 20 25 30 35

40

45

50

55

60

65

70

75 Tmax (0V) 100 100 100.9 101.7 102.4 101.6 101 99.1 97.8 93.9 89.4 83,5 74.9 65.1 51.8 36.7 Tmin (2V) 4.6 4.5

4.6

5.1

4,8

5,1

5.1

5.3

5

4.7 4.3

4.2

4

3.5

2.9

2.4 Tmax/Tmin 22 22.3 21.9 19.9 21.3 19.9 19.7 18.7 19.6 20 20.8 19.8 18.7 18.6 17.8 15.8 负角度 0 5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75 Tmax (0V) 100 99.7 99.4 98.4 98.7 97.5 95,2 91.5 88.1 84.1 78.3 71.5 61.9 50.9 39.7 26.9 Tmin (2V)

4.5

5.1

5.4

5.3

5.2

5.2

5.3 5.1

4.8

4.6

4.1

4

3.8

3.1

2.7

2.1 Tmax/Tmin 22.2 19.6 18.5 18.6 18.9 18.7 18

17.9 18.4 18.3 19.1 17.8 16.3 16.4 14.7

12.8

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,并将数据记入下表中。

表4 垂直方向视角特性

正角度 0 5 10

15

20

25

30 35

40

45

50

55

60

65

70

75 Tmax (0V) 100 100 99.9 99.6 97.5 95.8 94

90.7 88.6 85.3 82.1 78.4 72.8 66.3 56.1

41.3 Tmin (2V) 4.6

7.1

10.9 17.2 24.5 33.6 44.4 55.2 66 72.8 78.1 78.8 74.6 67.3 55.7 41.2 Tmax/Tmi

n 22.1 14.1 9.2 5.8 4.1 2.7 2.1 1.7 1.4 1.2 1.1 1 1 1 1 1 负角度 0 5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65 70 75 Tmax (0V) 100 99.3 97.2 95.1 92.1 88.9 85.9 81.1 78.3 74.2 70.8 66.9 62.1 55

44.6

32.1 Tmin (2V) 4.5

4.6

6.8

11.2 18.1 27.2 37.1 45.9 55 62.1 65.8 66.7 62.8 55.9 45.4 31.9 Tmax/Tmi

n

22.3 21.6 15.2

8.5

5.1

3.2

2.2

1.7

1.4

1.2

1.1

1

1

1

1

1

00.410.470.510.55 1.46 1.47 1.52 1.55

20406080100120透过率

由上表数据可以找出比较好的垂直视角显示范围。

实验结论:

1、由表1和所作电光特性曲线可以观察透过率变化情况和响应曲线情况。还可以得到液晶的阈值电压为1.14v 和关断电压1.88v ;

2、由表2和所作的开关时间响应特性曲线可以得到液晶上升时间0.05s 和下降时间0.04s 。

3、由表3和表4的对比可以观察到液晶的视角特性。

插图1:水平方向视角特性

-75

-60

-45

-30

-15

15

30

45

60

75

51015

2025对比度

插图2:垂直方向视角特性

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510152025对比度