液晶光开关
液晶的电光效应
12
实验内容及步骤
1.校准透过率为100 1.校准透过率为100 校准透过率为 2.液晶电光特性的测量 2.液晶电光特性的测量
静态模式下使电压从0v到 记录相应的透射率 记录相应的透射率。 静态模式下使电压从 到6v记录相应的透射率。 线图求出阈值电压与关断电压。 线图求出阈值电压与关断电压。 绘制电光曲
2
实验原理
液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态。 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 是介于液体与晶体之间的一种物质状态 部分子排列是无序的,而液晶既具有液体的流动性,其分子 部分子排列是无序的,而液晶既具有液体的流动性, 液体的流动性 又按一定规律有序排列,使它呈现晶体的各向异性。 又按一定规律有序排列,使它呈现晶体的各向异性。 晶体的各向异性 液晶的电光效应:液晶分子是含有极性基团的极性分子, 液晶的电光效应:液晶分子是含有极性基团的极性分子,在 电场作用下,极性分子的排列方式会发生变化,从而引起液 电场作用下,极性分子的排列方式会发生变化, 晶的光学性质发生改变。 晶的光学性质发生改变。
3.液晶时间特性曲线测定 3.液晶时间特性曲线测定
静态闪烁状态,透过率为 %,电压为 静态闪烁状态,透过率为100%,电压为 由示波器观察到驱 %,电压为2v,由示波器观察到驱 动电压波形及时间特性曲线,并求出上升时间与下降时间。 动电压波形及时间特性曲线,并求出上升时间与下降时间。
13
实验内容与步骤
15
思考题:ห้องสมุดไป่ตู้
选购液晶显示器, 1. 选购液晶显示器,常用的参数和意义
2. 彩色液晶显示器的基本原理
16
4.液晶视角特性的测量 4.液晶视角特性的测量
(1)水平视角的测量 水平视角的测量 0V: 角度从 度至 角度从-85度至 度至+85度,读出每一角度下透射率的最大值。 读出每一角度下透射率的最大值。 度 读出每一角度下透射率的最大值 2V: 角度从 度至 角度从-85度至 度至+85度,读出每一角度下透射率的最小值。 读出每一角度下透射率的最小值。 度 读出每一角度下透射率的最小值 计算对比度,绘制曲线图。 计算对比度,绘制曲线图。 (2)垂直视角的测量(同上) 垂直视角的测量(同上) 垂直视角的测量
液晶电光效应
实验仪器:本实验所用仪器为液晶光开关电光特性综合实验仪,其外部结构如图6所示。
下面简单介绍仪器各个按钮的功能。
模式转换开关:切换液晶的静态和动态(图像显示)Array两种工作模式。
在静态时,所有的液晶单元所加电压相同,在(动态)图像显示时,每个单元所加的电压由开关矩阵控制。
同时,当开关处于静态时打开发射器,当开关处于动态时关闭发射器;静态闪烁/动态清屏切换开关:时候,作在动态的时候,此开关可以清除液晶屏幕因按动开关矩阵而产生的斑点;供电电压显示:显示加在液晶板上的电压,范围在0.00V~7.60V之间;供电电压调节按键:改变加在液晶板上的电压,调节范围在0V~7.6V之间。
其中单击+按键(或-按键)可以增大(或减小)0.01V。
一直按住+按键(或-按键)2秒以上可以快速增大(或减小)供电电压,但当电压大于或小于一定范围时需要单击按键才可以改变电压;透过率显示:显示光透过液晶板后光强的相对百分比;透过率校准按键:在接收器处于最大接收状态的时候(即供电电压为0V时),如果显示值大于“250”,则按住该键3秒可以将透过率校准为100%;如果供电电压不为0,或显示小于“250”,则该按键无效,不能校准透过率。
液晶驱动输出:接存储示波器,显示液晶的驱动电压;光功率输出:接存储示波器,显示液晶的时间响应曲线,可以根据此曲线来得到液晶响应时间的上升时间和下降时间;发射器:为仪器提供较强的光源;液晶板:本实验仪器的测量样品;接收器:将透过液晶板的光强信号转换为电压输入到透过率显示表;开关矩阵:此为16×16的按键矩阵,用于液晶的显示功能实验;液晶转盘:承载液晶板一起转动,用于液晶的视角特性实验;电源开关:仪器的总电源开关。
实验步骤:1. 准备工作:(1)将液晶板金手指1(如图7)插入转盘上的插槽,液晶凸起面必须正对光源发射方向,打开电源,点亮光源,让光源预热10分钟左右。
下图为液晶板方向(视角为正视液晶屏凸起面)(2)检查仪器初始状态:发射器光线必须垂直入射到接收器。
基于偏振特性的液晶光开关原理研究
引言 置, 激光将通过液晶盒和同偏振方向的偏振分束 应 , 从而避免长干涉长度而更具吸引力。同时 , 他 光开关器件是光通讯网络 中的重要器件 , 其 器。 通过调整液晶空间调制器的电压, 液晶分子旋 们在技术上同光纤兼容 ,尽管他们 的开关速度不 主要功能是转换网络 的信道 ,以实现光信号的交 转通过激光的偏振。 用—个足够 的电压 , 激光的偏 是很 陕。然而 , 最近的研究表明 , 使用铁电液晶材 换或网络的 自 愈保护 。 对光开关 的要求是插入损 振旋转到垂直的方向。此时偏振分束器反射激光 料( L ) F C 会提高开关速度, 从而使得这个设备在网 耗小 , 串音低 , 开关速度快 , 开关 功耗小 , 重复性 到另—个输出端 口。 络安全和维护上具有竞争力。这种方案通常是偏 好, 寿命长 , 结构小型化和操作方便等。 振敏感的, 这是在通信领域中的缺点 , 因为在光的 端 口2 目 前实用的光开关器件 大都采用机械控制 传输过程 中控制偏振方向是 困难的。但最近的研 的方法m 。这类器件存在着以下主要的觇 : 究方案建议使用大f 斜 F C材料作为半波片, 顷 L 这 是响应速度较慢, 一般很难快于 1ms 0 ; 种材料对于偏振非常敏感的, 能实现纯粹的二进 二是体积较大, 不利于系统的集成化 ; o 以实现输出的选择。 口 3 % {,l 1 丌相位延迟 , 三是运动部件寿命有限。 端 口1 液晶技术以其开关能量低 , 响应速度较快 , 双折 射晶体 i 夜晶 艰折 射 晶体 输人l 可靠陛好 ,以及没有移动的机械结构而具有很大 输 出l () a 优势明 另外 , 晶 。 液 材料在红外波段有低吸收损耗 , 输出 输入2 曼鲁毫 、 2 因而可应 用 于 C和 L波段 。 端 E2 l 相 延迟 位 片 利用液晶调制器做光开关的优点已经有 过 图3 介绍旧 。液晶调制器没有移动的机械结构 , 它通过 3 操作偏振来路 由 光信号, 这样的固态的装置 。 液晶 端 口 / 2结 论 / ,端【 一 盒需要的控制电压和电流低 , 因而 , 相对于机械光 光开光在光通讯领域 中占有十分重要的地 墩 折 射 晶体 液 晶 艘 折射 晶 体 开关他们损耗的功率低。 位, 是全光网络的关键部件 , 液晶光开关以其响应 在 C ou hrm公 司,液 晶开关 已经 有 1 ,× 1 () b 速度快 , 损耗小等优势将会在未来的光通讯领域 图 1 822 E 厂 路和 8 8匕 F , 路 F x x 路厂 路开关。这些开关 占有非常 中的地位。 参 考 文献 同一些其他的固态 ( 没有机械移 动) 开关比 , 有低 的插入损耗 、 偏振依赖损耗和温度依赖损耗并且 【 建义, l 坳 江晓清, 王明华. 光纤通信的光 开关 用于 输 出1 有低的偏振模色散和较宽的工作光谱范围。同机 进和 . 光通信研究,004 _8 20 :24. 械光开关 比,同时具有较 陕的开关速度和较小尺 [NKS NK R, MOR I. A Fb r O t 2 .. I HA A J A. RS ie pi c 寸。 S th s g C i l iud rs s [.IE wi U i hr Lqi C t c n a y a J EE l 1 1液 晶光开 关 原理研 究 PHOTONI S C TECHNOL OGY L ’ E E1 r RS, 99 2 1 0, 1 偏振分束液晶光开关工作原理 . 1 ( )1 7 1 9 2 :4 — 4 . 输 出2 首先把输入光分为两路偏振光, 然后把光输 [] hi F j ,o - rs a 2 2 O t a 3 Yoj uiL w C os l X pi l i tk c 图 2 l 2 晶光 开关构 图 x 液 S t hC mpo e o T se Ne tc L q i wic o sd f wit d mai i u d 入液晶内,液晶根据是否加 电压来改变光的偏振 1 3液晶 M 方向耦合器开关 状态 , 后光射到无源器件上 , 最 从而实现开关 的两 C sa C l J IE H T N C EC y l r t e s【.E E P O O I ST HNO - l J L 个 状 态。 . M Z 向耦合器开关 , _方 是现代光通讯 网络的 OG E T RS1 9 ,()17 - 5 Y L T E ,9 365 :1 8 H8 . 图 1a光从 端 口 1 () 输入 , 由双折射 晶体 () 基本器件 。 1 在单模 M _方向耦合器开关中, _ 7 相干涉 [ 1S I E C H L N .A Lw_ rst k 4 K NN R.. R A E o Cos l 1 a 晶体分为偏振态正交的两束光 :光和 e ,液晶 的两个臂 由 0 光 两个相似的单模光纤构成。 3 图 所示 , Mi opi Lq i C s l S i h [. I E c ot r c iud r t wt y a c J EE 1 d ouRNAL ON EL S ECTED AREAS N COM— I 盒上加 电压 , 光 和 e光通过液晶盒不改变偏振 在光纤的端头处由两个 3 B的耦合器构成。通常 j o 还引入—个调整延时线。调整 MUN C TO S 1 8 ,()7 5 7 8 I A I N ,9 886 :1- 1. 态。 光进入方解石 () O 直射 ; 光进 入 o 2仍为 光, e 双 为了精确调整臂长, 折射晶体() 2仍为 e 折射, 光, 合波后通过端口 3 输 臂长的另一种方法是使用成束 的多芯光纤和相应 [R . ge n - hn Eet cl o - 5 E Wan rad I e ̄ lcr al cn 1 .C i y r l p i a wi o li e c mo e i r a pl b - 出。 的设备( 多芯连接器和耦合开关 ) 来应用干涉。这 to l d o tc l s t h f r mu t d f e p i 图l ) ( 光从端 口 1 b 输入 , 由双折射 晶体 () 种方案的优点是结构紧凑 ,对环境压力和振动不 ct n ,9 0 91 )2 2 - 9 5 1 ai s1 8 ,(9 :9 12 2 . o 并且干涉臂是天然平衡的。然而 , 他需要完 作者简介 : 李社(9 9 )男, 17 ~ , 硕士研究生, 讲 分为偏振态正交的两束光 :光和 e , o 光 液晶盒上 敏感 , 不加 电压 , o光和 e光通 过液晶盒偏振方向旋转 全等于 3 B的多芯光纤耦合开关。 d 下面的讨论 中, 师, 主要研究方向: 液晶的光学性质、 手性光纤、 光 9 0 荭人 0 。O 双折射晶体( ) 2变为 e , 光 斜射; 光 我们假定干涉臂是完全平衡的( e 也就是 , 他们长度 纤通讯器件 。项 目名称及编号: 光栅条纹投影三 D 进入方解石( ) 0 , , 2变为 光 直射 合波后通过端 口2 完全相等并且传播常数也完全相同) 。 物 体 形 貌 测 量 中 刻 画 正 弦 光 栅 技 术 研 究 输出。 对M Z _ 方向耦合器开关来说 , 第二个非常重 15 13 ; 光 纤 布 拉 格 光 栅 湿 度 传 感 器 13 3 0 33 1 1 1 - 2基于 P S 晶光开关工作原理 B液 要的因素就是光电材料能够在两个臂实现 { 盯二 15 13 。本校项 目:光在手性光纤 中的传播研 0 l , 图 2 l2液晶光开关的概图。输入端的双 进制相移。 是 x 在一些可选的方案中, 液晶由于阿传 统 究。 折射片控制光的偏振态到设计的方 向。不应用偏 的电光材料相比( G A ,i b , 如, a s N O ) L 有高的电光效
液晶光开关实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解液晶光开关的基本工作原理,掌握其电光特性。
2. 通过实验测量液晶光开关的电光特性曲线,并从中得到液晶的阈值电压和关断电压。
3. 探究驱动电压周期变化对液晶光开关性能的影响。
二、实验原理液晶是一种具有光学各向异性的有机化合物,其分子在电场作用下会改变排列方向,从而影响光线的传播。
液晶光开关利用这一特性,通过施加电压来控制光的透过。
TN(扭曲向列)型液晶光开关是最常用的液晶光开关之一。
其基本工作原理如下:1. 在两块玻璃板之间夹有液晶层,其中液晶分子在未加电压时呈扭曲排列,使得入射光发生偏振。
2. 当施加电压后,液晶分子排列方向改变,扭曲消失,光线的偏振状态也随之改变。
3. 通过控制电压的大小,可以调节光线的透过情况,从而实现光开关的功能。
三、实验仪器与材料1. 液晶电光效应实验仪一台2. 液晶片一块3. 可变电压电源一台4. 光强计一台5. 记录仪一台6. 连接线若干四、实验步骤1. 将液晶片放置在实验仪中,并调整光路,使光线垂直照射到液晶片上。
2. 连接可变电压电源,设置初始电压为0V。
3. 使用光强计测量透过液晶片的光强,记录数据。
4. 逐渐增加电压,每次增加0.5V,重复步骤3,记录数据。
5. 绘制电光特性曲线,分析阈值电压和关断电压。
6. 改变驱动电压的周期,重复实验,观察液晶光开关性能的变化。
五、实验结果与分析1. 电光特性曲线:根据实验数据,绘制电光特性曲线,如图1所示。
曲线呈现出典型的非线性关系,表明液晶光开关的电光特性。
图1 电光特性曲线2. 阈值电压和关断电压:根据电光特性曲线,确定阈值电压和关断电压。
阈值电压为液晶光开关开始工作的电压,关断电压为液晶光开关完全关闭的电压。
3. 驱动电压周期变化对性能的影响:改变驱动电压的周期,观察液晶光开关性能的变化。
实验结果表明,驱动电压周期变化对液晶光开关性能有一定影响,但影响程度较小。
六、结论1. 本实验成功实现了液晶光开关的电光特性测量,并得到了阈值电压和关断电压。
液晶光开关的工作原理
液晶光开关的工作原理
液晶光开关的工作原理是基于液晶分子的光学特性。
液晶分子具有各向同性和各向异性两种状态,在电场作用下可以从一个状态转变为另一个状态。
液晶光开关通常由液晶层、电极和偏光器组成。
当液晶层处于无电场状态时,液晶分子呈现各向同性状态。
这时通过偏光器的光线可以透过液晶层,并具有一定的亮度。
当电场被施加到液晶层时,电场会使液晶分子发生重新排列,呈现各向异性状态。
此时光线在穿过液晶层时会受到折射,偏光器的光线无法完全透过液晶层,此时亮度会降低。
通过改变电场的强度和方向,可以调节液晶光开关的光透过性能。
当电场较弱或者方向与液晶分子排列方向相同时,液晶层透明,光线透过;当电场较强或者方向与液晶分子排列方向不同时,液晶层不透明,光线被屏蔽。
液晶光开关的工作原理可以通过控制电场的强度和方向来实现光的开关。
这使得液晶光开关在光通信、光传感器等领域具有广泛应用。
7、液晶电特性测试
论计算结果。图 4-3 中,有与原点的距离表示垂直视角(入
射方向与液晶屏法线方向的夹角)的大小,图 4-3 中同心
圆分别表示垂直视角 30,60,90 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 4-3 中的闭合曲线为不同
对比度时的等对比度曲线。由图 4-3 可以看出,对比度与 垂直和水平视角都有关。我们在不同的方向上看液晶屏幕
侧面图 激光电源
总电源
编程口
激励波输出 光透过率输出
背面图
驱动波形输出
行 列
正面:
激
列
光 驱动波形输出 器
行
电
1
源
激光器
7
16 x 16的液 晶光开关单 元构成的显
8 激光探测器
总
示器
电
源
动态/清屏
编 程 口
A
B
c
静态/闪烁
供电电压 10
光
总电源开关
C
透 过
模式转换开关
矩阵开关
率
N
输
O
12 11
透过率
度的改变有一定的关系。由图 4-2 为光线垂直入射本实验所用液晶屏时的相对透射率(以不
加电场时的透过率为 100﹪)与外加电压的关系。
由图 4-2 可知对于常白模式的液晶,其透射率随外
透射率T(%)
100
加电压的升高而逐渐降低。在一定的电压下达到 80
最低点,此后略有变化。
60
出现该极点的原因,简单的说,可以认为表征液 40 晶光学各向异性的透射率椭圆的光轴方向正好与 20
2)关断电源。
4、液晶显示器,点阵显示原理
液晶电光效应实验报告
液晶电光效应实验报告【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【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4~6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。
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°。
光开关
光开关是较为重要的光无源器件,在光网络系统中可对光信号进行通断和切换。
光开关在光分/插复用(OADM)、时分复用(TDM)、波分复用(WDM)中有着广泛的应用。
光开关以其高速度、高稳定性、低串扰等优势成为各大通信公司和研究单位的研究重点。
光开关有着广阔的市场前景,是最具发展潜力的光无源器件之一。
一、光开关与全光网络近几年,随着远程通信和计算机通信的飞速发展,特别是Internet/Intranet业务的爆炸式崛起,传统的基于电子领域的传输系统已难以满足日益增加的业务需要。
密集波分复用(DWDM)技术利用单模光纤的低损耗窗口,在一根光纤中同时传输多路波长载波,并采用掺铒光纤放大器(EDFA)来取代传统的光电中继系统。
不但在不增加光纤的基础上使容量成倍增加,还摆脱了由于光电转换过程中“电子瓶颈”所带来的单根光纤传输速率制约。
因而被认为是提高光纤通信容量的一种有效途径,如图1所示。
从图2中我们看到,光交叉连接器(OXC)和光上/下路复用器(OADM)是全光网络的关键。
OADM和OXC可以管理任意波长的信号,从而更充分地利用带宽。
而且,环状网络拓扑结构增强了WDM设备的可靠性以及数据的生存性。
光交叉连接矩阵是OXC的核心,它要求无阻塞、低延迟、宽带和高可靠性,并且要具有单向、双向和广播形式的功能,如图3所示。
而光开关又是光交换和光互连中最基本的器件,它的性能、价格将直接影响到OXC系统的商用化进程。
二、光开关概述目前,在光传送网中各种不同交换原理和实现技术的光开关被广泛地提出。
不同原理和技术的光开关具有不同的特性,适用于不同的场合。
依据不同的光开关原理,光开关可分为:机械光开关、磁光开关、热光开关、电光开关和声光开关。
依据光开关的交换介质来分,光开关可分为:自由空间交换光开关和波导交换光开关。
机械式光开关:机械式光开关发展已比较成熟,可分为移动光纤、移动套管、移动准直器、移动反光镜、移动棱镜和移动耦合器。
液晶电光效应实验
因。 3)液晶板与光线的夹角与仪器上所标识的不一定相同,这可能是导致实验数据中出现了透 射率大于 100%的情况。 3. 关于液晶的应用前景的分析: 以液晶作为显示的最大优点正是其耗能少, 从实验中可以看到, 只需加上电压改变液晶的 形态从而改变光的通透, 以达到显示的目的。 而传统显示器是依靠自身表面的发光来实现显 示的目的的。 这确实可以证明在有着日光或是环境光的情况下, 液晶确实是一个显示的绝佳 材料,譬如计算器。然而,在夜晚,由于液晶本身并不发光,显示的作用是达不到的。因此, 绝大部分应用液晶显示的机器为了使其能在夜晚也能实现显示, 显示板下方是配有背景照明 的,譬如电视,计算机,手机中的亮度调节,正是用于调节此背景光的。通过我的观察,显 示器的电能消耗大部分还是消耗于这种背景照明上, 而不是液晶。 另外液晶在强日光下的显 示效果也不是很好。因此,我们应该考虑液晶在夜晚显示的另一种方式,这种方式将比背景 光更加节能。比如,可以将液晶加入某种荧光材料,夜晚通过荧光材料显示,而白天依然通 过普通液晶显示。但是荧光材料的荧光性会慢慢减弱。对于计算器,由于其太阳能所充的能 量远大于其使用的电量,而其余电量正好用于荧光材料的恢复。至于其他机器,则需要考虑 一些其他的办法了。
100 100 100 100 1.5 31.8 31.9 31.9 31.87
100 100 100 100 1.6 20.7 20.6 20.5 20.6
99.9 99.9 99.9 99.9 1.7 12.8 12.7 12.5 12.67
98.4 98.3 98.4 98.37 2 4 4.1 4 4.03
四、实验思考题
1. 如何确定本实验使用的液晶样品是常黑型还是长白型 答:在加上电压时,透射率骤减,说明入射偏振光在没有旋转的情况下未能通过,说明是长 白型。实际应用中可以根据需求选择长白型或是常黑型,若是长期需要光通过,则选择长白 型,反之选择常黑型,以节省电能。 2. 在液晶开关视角特性的测量中,可以发现图像和数据关于 0 并不是十分的对称,分析其 原因如下: 1) 角度的齿轮肯定存在一些误差,因此随着转动角度的增大,角度误差也会越来越大,因 此可能会导致图像的整体偏移,即 0 度角所对应的点并不是真正的 0 度。 2) 实验中注意到,在放置实验仪器而不作任何操作的时候(静态工作) ,透射率会慢慢减 小。这一现象可能与透射率的测量、光源的稳定性、外界光源都有关系,这也可能是一个原
液晶电光效应及其应用
液晶电光效应及其应⽤液晶光电效应及应⽤摘要:⽂章介绍了液晶的基本原理,着重阐述了液晶光开关的⼯作原理及其性质,并根据其性质开展了⼀系列的实验,如测量液晶光开光的电光特性曲线及响应时间等。
关键词:液晶光开关时间响应视⾓特性⼀、引⾔液晶态是⼀种介于液体和晶体之间的中间态,既有液体的流动性、粘度、形变等机械性质,⼜有晶体的热、光、电、磁等物理性质。
液晶与液体、晶体之间的区别是: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。
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。
⼆、实验原理1.液晶光开关的⼯作原理液晶作为⼀种显⽰器件,其种类很多,下⾯以常⽤的TN(扭曲向列)型液晶为例,说明其⼯作原理。
TN型光开关的结构如图1所⽰。
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,直径为4~6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,液晶分⼦在透明电极表⾯就会躺倒在摩擦所形成的微沟槽⾥;使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。
如图1所⽰。
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。
液晶电光效应实验.
• 静态闪烁状态,透过率为100%,电压为2v,由示波器观察到 驱动电压波形及时间特性曲线,并求出上升时间与下降时间。 • 4、液晶视角特性的测量 • (1) 水平视角的测量 • 电压在0v下,角度从-75度至+75度,读出每一角度下透射率 的最大值。 • 电压在2v下,角度从-75度至+75度,读出每一角度下透射率 的
实验结论
• 由所作电光特性曲线可以观察透过率变化 情况和响应曲线可以得出: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。 • 液晶的响应时间:上升时间45.6ms,下降时 间27.0ms • 观察到液晶的视角特性可以得出:水平方 向上全测量范围内都有良好的视觉效果既 可以获得不错的图像
偏振片P2
出射光
2.液晶光开关的电光特性
• 图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。
100 80 60 40 20 透射率 T(%) 阈值电压
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。
关断电压
电压(V)
• • ZKY-LCDEO型液晶光电开关电光特性综 合实验仪 数字示波器
实验原理
• 1.液晶光开关的工作原理 • 2.液晶光开关的电光特性 • 3.液晶光开关的时间响应特性 • 4.液晶光开关的视角特性
1.液晶光开关的工作原理
入射的自然光 偏振片P1
扭曲排列的液 晶分子具有光 波导效应
光波导已被 电场拉伸
电压
液晶光开关的电光特性曲线
对比度随入射光入射角变化曲线
• 由图可以看出(可在较高的显示比例下看清完整 光滑的曲线): • 水平视角的可视范围比较大。-40度到40度之间的 对比度平均达到了20%,是比较大的,也就是说, 在偏离水平方向0~40度之间,都可以获得良好的 观察效果,在2~3度左右观察的视觉效果为最佳; 超出这个范围之外的视觉效果则相对会比较差, 并且随着视角(绝对值)的增大,可视度将以很 大的幅度降低。
液晶电光效应
液晶电光效应实验【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】液晶光开关电光特性综合实验仪,其外部结构如图1 所示。
图1 液晶光开关电光特性综合实验仪功能键【实验原理】1、液晶早在上世纪70年代,液晶已作为物质存在的第四态开始写入物理学。
液晶态是一种介于液体和晶体之间的中间态,既有液体的流动性、粘度、形变等机械性质,又有晶体的热、光、电、磁等物理性质。
液晶与液体、晶体之间的区别是:液体是各向同性的,分子取向无序;液晶分子有取向序,但无位置序;晶体则既有取向序又有位置序。
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、向列相和胆甾相。
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(电流),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。
其中应用较广的有:TFT型───主要用于液晶电视、笔记本电脑等高档产品;STN型───主要用于手机屏幕等中档产品;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型液晶显示器件显示原理较简单,是STN、TFT等显示方式的基础。
液晶电光效应
液晶电光效应实验仪器:本实验所⽤仪器为液晶光开关电光特性综合实验仪,其外部结构如图6所⽰。
下⾯简单介绍仪器各个按钮的功能。
模式转换开关:切换液晶的静态和动态(图像显⽰)Array两种⼯作模式。
在静态时,所有的液晶单元所加电压相同,在(动态)图像显⽰时,每个单元所加的电压由开关矩阵控制。
同时,当开关处于静态时打开发射器,当开关处于动态时关闭发射器;静态闪烁/动态清屏切换开关:时候,作在动态的时候,此开关可以清除液晶屏幕因按动开关矩阵⽽产⽣的斑点;供电电压显⽰:显⽰加在液晶板上的电压,范围在0.00V~7.60V之间;供电电压调节按键:改变加在液晶板上的电压,调节范围在0V~7.6V之间。
其中单击+按键(或-按键)可以增⼤(或减⼩)0.01V。
⼀直按住+按键(或-按键)2秒以上可以快速增⼤(或减⼩)供电电压,但当电压⼤于或⼩于⼀定范围时需要单击按键才可以改变电压;透过率显⽰:显⽰光透过液晶板后光强的相对百分⽐;透过率校准按键:在接收器处于最⼤接收状态的时候(即供电电压为0V时),如果显⽰值⼤于“250”,则按住该键3秒可以将透过率校准为100%;如果供电电压不为0,或显⽰⼩于“250”,则该按键⽆效,不能校准透过率。
液晶驱动输出:接存储⽰波器,显⽰液晶的驱动电压;光功率输出:接存储⽰波器,显⽰液晶的时间响应曲线,可以根据此曲线来得到液晶响应时间的上升时间和下降时间;发射器:为仪器提供较强的光源;液晶板:本实验仪器的测量样品;接收器:将透过液晶板的光强信号转换为电压输⼊到透过率显⽰表;开关矩阵:此为16×16的按键矩阵,⽤于液晶的显⽰功能实验;液晶转盘:承载液晶板⼀起转动,⽤于液晶的视⾓特性实验;电源开关:仪器的总电源开关。
实验步骤:1. 准备⼯作:(1)将液晶板⾦⼿指1(如图7)插⼊转盘上的插槽,液晶凸起⾯必须正对光源发射⽅向,打开电源,点亮光源,让光源预热10分钟左右。
下图为液晶板⽅向(视⾓为正视液晶屏凸起⾯)(2)检查仪器初始状态:发射器光线必须垂直⼊射到接收器。
光开关主要性能指标及各类光开关比较
光开关主要性能指标及各类光开关比较【内容摘要】:前面已经讲到光开关是光交换的关键器件,其主要任务是切换光路,是全光网中全光交换的核心器件。
本文讲述如何评价光开关质量优劣的主要性能参数并对现有光开关作一定的比较,希望帮助读者对光开关有一个更好的理解。
【关键字】:光开关 性能参数 质量比较【正文】:一、 光开关的主要性能参数1、开关时间:开关时间是光开关的主要指标。
不同的应用场合,对光开关的开关时间要求不同。
如下图是实现一些特定功能对光开关的时间需求:2、损耗:光信号通过光开关时,将伴随着能量损耗。
依据功率预算设计网络时,光开关及其级联损耗对网络性能的影响很大。
损耗和干扰将影响到功率预算。
光开关损耗产生的原因主要有两个:光纤和光开关端口耦合时的损耗和光开关自身材料对光信号产生的损耗。
在这里主要强调插入损耗。
插入损耗:光信号通过连接器之后,其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝数。
其中Pin 为进入开关的光功率,Pout 为出开关的光功率。
一个好的光开关要求有较低的插入损耗。
10lg (dB)out inP IL P =-3、光路回波损耗:反射损耗,光纤连接处,后向反射光相对输入光的比率的分贝数:其中Pt 表示回射波的功率,Pl 表示入射波的功率。
光路回波损耗是源于光开关与电缆链路中由于阻抗不匹配而产生反射的而造成的损耗。
4、交换矩阵的大小:光开关交换矩阵的大小反映了光开关的交换能力。
光开关处于网络不同位置,对其交换矩阵大小要求也不同。
对于大交换容量的光开关,可以通过较多的小光开关叠加而成。
HP/Agilent Bubble 开关阵列5、交换速度:交换速度是衡量光开关性能的重要指标。
交换速度有两个重要的量级,当从一个端口到另一个端口的交换时间达到几个ms 时,对因故障而重新选择路由的时间已经够了。
如SDH/SONET 来说,因故障而重新选路时,50ms 的交换时间几乎可以使上层感觉不到。
当交换时间到达ns 量级时,可以支持光互联网的分组交换。
液晶电光特性及应用
液晶电光特性及应用一、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二、实验原理从液晶显示的手表的出现开始, 液晶就作为电子时代的重要角色分外引人注目。
之后又相继出现了带有液晶显示的电子手册、便携式电话、情报工具、游戏机、翻译辞典、文字处理机、笔记本计算机、PC 显示器, 乃至摄像机、数码相机、多功能电话、可视电话、液晶电视等。
如今, 液晶已是家喻户晓、人人皆知的名角了。
目前, 液晶最广泛的应用是在显示方面, 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。
其中TN型液晶显示器件显示原理较简单, 是其他显示方式的基础。
液晶显示的原理主要是基于光开关( 如图4 .18 .6 所示),若在加电压前两个偏振片刚好处于消光位置, 当电压超过阈值电压Uth时, 整个装置将由消光变为通光。
同样, 也可以先使检偏器处于通光位置, 高电压时变为通光。
通过电压可以控制液晶是透光还是不透光, 比如通过控制7 段数码管上的电压, 可以分别显示0 ~9 十个数字。
当然, 显示方式也有两种: 白底黑字和黑底白字, 如图4 .18 .7 所示。
图4 .18 .7 TN型液晶的常白和常黑模式液晶光开关是由外加电压来控制的。
液晶在电场作用下透光强度将发生变化, 透光强度与外加电压的关系曲线称为电光曲线。
以常白模式为例, 当电压小于一定数值时, 透过率基本不变, 加到某一电压时, 透光强度开始变化, 随着电压的增加, 透光强度减弱, 当电压升到一定值后透光强度不再随外加电压变化了。
液晶电光数据表格
实验4.18.1 液晶的电光特性及应用姓名 班级 教师 实验时间 实验组号 一、预习要点1. 液晶光开关工作原理; 2. 液晶的响应时间和视角特性; 3. 液晶的基本物理特性;二、实验注意事项1. 透射光强的测量在实验过程中直接记录光强的大小,数据处理时再作归一化处理。
三、实验内容1. 液晶光开关电光特性测量2. 液晶光开关视角特性的测量3. 液晶显示器显示原理四、数据表格:1. 液晶光开关电光特性测量1) 阈值电压和关断电压的测量 电压(伏) 0 0.50.8 1.0 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 2.0 3.0 4.0 5.0 6.012 3 光强 (mW)平均2) 响应时间的测量(可用数字示波器的测量功能自动测量)用数字存储示波器在液晶静态闪烁状态下观察此光开关时间响应特性曲线,可以根据此曲线得到液晶的上升时间Δt1= 和下降时间Δt2= 。
2. 液晶光开关视角特性的测量水平视角特性(供电电压分别设为0V 和1.4V)角度(度) -80 -75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35 -300V 1.4V 角度(度)-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 250V 1.4V 角度(度) 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 800V 1.4V垂直视角特性(供电电压分别设为0V和1.4V)角度(度)-80 -75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 0V1.4V角度(度)-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 0V1.4V角度(度)30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 0V1.4V3.液晶显示器显示原理教师签字:五、数据处理要求1.作液晶光开关的电光特性曲线,并根据曲线得出阈值电压和关断电压;2.根据测量的响应时间,估计该液晶能够响应的最高频率(要求液晶稳定显示的时间 不稳定的时间);3.作液晶的水平视角特性曲线(在一个坐标下作两条曲线)和垂直视角特性曲线(在一个坐标下作两条曲线)。
液晶电光特性及应用---实验报告
液晶电光特性及应用摘要:实验通过测量液晶光开关的电光特性曲线,得到液晶的阈值电压和关断电压,并且通过测量液晶的时间响应曲线,得出了液晶的上升时间和下降时间,并计算出了液晶能够响应的最高频率。
进一步又研究了液晶显示器的视角特性以及在不同视角下的对比度。
实验的重点是作图,实验测量过程比较简单,通过测量作图,结果也比较符合理论。
关键字::1.液晶光开关;2.透射率;3响应;4.视角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交化,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。
一、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。
二、实验原理1.液晶光开关的工作原理液晶显示的原理主要是给予光开关,若在加电压钳两个偏振片刚好处于消光位置,当电压超过阈值电压时,整个装置将有消光变为通光。
同样,也可以先使检偏器处于通光位置,高电压时变为通光。
液晶的种类很多,仅以常用的TN (扭曲向列)型液晶为例。
TN型光开关的结构如图I所示。
液晶光开关是由外加电压来控制的。
液晶在电场作用下透光强度将发生变化,通光强度与外加电压的关系曲线称为电光曲线。
以常白模式为例,当电压小于一定数值时,透过率基本不变,加到一定电压时,透光强度开始变化,随着电压的增加,透光强度减弱,当电压声道一定值后,透光强度将不再随外加电压变化了。
液晶的时间响应特性研究实验
图 5-3 液晶的电光响应曲线
4.液晶光开关的构成显示矩阵的方法 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(CRT)显示、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的。? 矩阵显示方式,是把图 5-5a 所示的横条形状的透明电极做在一块玻璃片上,叫 做行驱动电极,(常用作扫描电极)简称行电极(常用 表示),而把图示的 竖条形状的电极制在另一块玻璃片上,叫做列驱动电极,(常用作信号电极) 简称列电极(常用 表示)。把这两块玻璃片面对面组合起来,把液晶灌注在 这两片玻璃之间构成液晶盒。为了画面简洁,通常将横条形状和竖条形状的 ITO 电极抽象为横线和竖线,分别代表扫描电极和信号电极,如图 5-5b 所示。 矩阵型显示器的工作方式为扫描方式。矩阵显示的原理可依以下的简化说明作 一介绍。 欲显示图 5-5b 的那些有方块的像素,首先在第 A 行加上高电平,其余行加上低 电平,同时在列电极的对应电极 3、4 上加上低电平,于是 A 行的那些带有方块 的像素就被显示出来了。
图 5-5. 液晶光开关组成的矩阵式图形显示
然后第 B 行加上高电平,其余行加上低电平,同时在列电极的对应电极 2、5 上加上低电平,因而 B 行的那些带有方块的像素被显示出来了。然后是第 C 行、第 D 行,余此类推,最后显示出一整场的图像。这种工作方式称为扫描方
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
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,说明液晶光电工作原理。
TN 型光开关的结构如图1所示。
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∧-4微米=10∧-1纳米=10∧-10米 ),直径为4~6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。
如图1左图所示。
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,因而有光通过。
在施加足够电压情况下(一般为1~2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,如图1右图所示。
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。
入射的自然光
偏振片P1
偏振片P2
出射光
扭曲排列的液
晶分子具有光
波导效应 光波导已被电场拉伸
图1. 液晶光开关的工作原理。