大物实验4——液晶的电光特性(二)

液晶的电光特性（二）

实验目的

1、测量液晶扭曲角；

2、对比度的测量；

3、上升沿时间T1 与下降沿时间T2的测量；

4、通过测量衍射角推算出特定条件下，液晶的结构尺寸；

5、观察、测量衍射斑的偏振状态；

实验原理

1、液晶的分类及特点：

大多数液晶材料都是由有机化合物构成的。这些有机化合物分子多为细长的棒状结构，长度为数nm，粗细约为0.1nm量级，并按一定规律排列。

根据排列的方式不同，液晶一般被分为三大类

1）近晶相液晶；这种液晶的结构特点是：分子分层排列，每一层内的分子长轴相互平衡。且垂直或倾斜于层面。

2）向列相液晶；这种液晶的结构特点是：分子的位置比较杂乱，不再

分层排列。但各分子的长轴方向仍大致相同,光学性质上有点像单轴晶体。

3）胆甾相液晶；这种液晶的结构特点是：分子也是分屏排列，每一层内的分子长轴方向基本相同。并平行于分层面,但相邻的两个层中分子长轴的方向逐渐转过一个角度,总体来看分子长轴方向呈现一种螺旋结构。

2、液晶盒：

TN型液晶盒结构如图1所示

1.电极

2.液晶

3.7.配向膜

4.6玻璃

5.胶框

图1 TN型液晶盒结构图

在涂覆透明电极的两枚玻璃基板之间，夹有正介电各向异性的向列相液晶薄层，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，通常是一薄层高分子有机物，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度，所以称为扭曲向列型。

3、液晶对外电场的响应速度：

液晶对变化的外界电场的响应速度是液晶产品的一个十分重要的参数。一般来说液晶的响应速度是比较低的。我们用上升沿时间和下降沿时间来衡液晶对外界驱动信号的响应速度情况。

实验仪器介绍：

主机箱“液晶驱动电源”主要功能为液晶合的工作电压、间歇频率、驱动频率的调节，以及液晶合的工作状态等。各面板元器件作用与功能如下：液晶实验主机前面板

1）表头：3位半数字表头，用于指示液晶合工作电压的大小，可通过驱动电压旋钮进行调节。

2）间歇/连续按钮：液晶合的工作状态，开或关。

3）间歇频率旋钮：

4）驱动频率旋钮：

5）驱动电压旋钮：液晶盒工作电压旋钮，调整范围（2—12V）。液晶实验主机后面板

1）电源开关按钮，主机的电源开关（220VAC）。

2）示波器插座：通过导线与示波器1通道相连。

3）液晶合插座：与液晶合相连。

4）“+”插座：通过红色导线与光电二极管探头相连。

5）“—”插座：通过黑色导线与光电二极管探头相连。

6）电源插座：通过220V电源线与接线板相连。

实验内容

1、液晶扭曲角的测量

按照激光器、偏振片（起偏器）、液晶合、偏振片（检偏器）、功率计探头的顺序，在导轨摆好光路。连接各种设备之间的导线。

1

激光从光学元件的中心穿过，进入功率计探头。

2）旋转起偏器，使通过起偏器的激光最强。

3）打开液晶驱动电源，将功能按键置于连续状态。驱动电压调整到12V。

4）旋转检偏器和液晶盒，找到系统输出功率最小的位置，记下此时检偏器的位置（角度）。

5）关闭液晶驱动电源，此时系统通光情况将发生变化，再次调整检偏器位

置，找到系统通光功率最小的位置，记下此时检偏器的位置（角度）。步骤5与6之间的角度位置差，就是该液晶合在该波长下的扭曲角。

2、对比度

1）重复上一实验的1、2、3、4步，记下最小功率值。为Tmin。

2）关闭液晶驱动电源，记下此时的系统输出功率。为Tmax。

3）对比度C=Tmin/Tmax，动态范围DR=10logc(dB)。

3、上升沿时间T1 与下降沿时间T2的测量

1）重复实验一的1、2、3、4步。

2）旋转检偏器和液晶合，找到系统输出功率较小的位置。

3）用光探头换下功率计探头，连接好12V电源线（红为+，黑为-，红对红，黑对黑）。

将示波器的CH1通道用信号线与液晶驱动信号相连，CH1做触发。CH2通道上的示波器表笔与光电二极管探头相连（地线与12V的地相连，挂钩挂在探头线路扳的挂环上）。

4）打开示波器电源，功能置于双综显示，CH1触发。

5）观察示波器上的CH1通道波形。了解液晶驱动电源的工作条件。

6）将功能按键置于间歇状态，调整间歇频率旋钮，观察系统输出光的变化情况，和示波器上波形的情况，体会液晶电源的工作原理。

7）根据定义，在示波器上测量上升沿时间和下降沿时间。

4、通过测量衍射角推算出特定条件下，液晶的结构尺寸

1）取下实验一中的检偏器和功率计探头。

2）打开液晶驱动电源，将功能按键置于连续，将驱动电压置于6V左右，等待几分钟，用白屏观察液晶合后光斑的变化情况。应可观察到类似光栅衍射的现象。

3）仔细调整驱动电压和液晶合角度，使衍射效果最佳。

4）用尺子量出衍射角，用光栅公式求出这个液晶“光栅”的光栅常数。

5、观察测量衍射斑的偏振状态。

1）重复实验4的1、2、3步。

2）紧靠液晶合放置检偏器。

3）用白屏观察检偏器后衍射斑。

4）旋转检偏器，观察各衍射斑的变化情况，指出其变化规律。