Transcript 液晶调制实验

液晶调制实验
一、实验目的
研究一束线偏振光通过液晶合后，其偏振态的变化规律，
以及在交流电场作用下用的变化情况，观察、测量工作电
压与透射光的强度、偏振态和光斑形状的关系，确定液晶
合的扭曲角。了解液晶的工作原理和特性。对液晶施加间
歇驱动电压，用示波器观察液晶合的响应情况，测量液晶
响应的上升时间和下降时间。了解光电二极管的工作原理
和工作条件。测量液晶在特定条件下的衍射情况，推算液
晶材料的结构尺寸。
二、实验仪器
光学实验导轨、二维可调半导体激光器、偏振片、液晶盒、液晶驱动电
源、光功率指示计、白屏、光电二极管探头、导轨滑块、钢板尺
F-YJ1090液晶电光效应实验仪
三、实验原理
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；2、向
列相液晶；3、胆甾相液晶，结构大致如下图所示
以上的液晶特点大多是在自然条件下的状态特征，当我们对这些液晶施加外
界影响时，他们的状态将会发生改变，从而表现出不同的物理光学特性。
通过对基片的内表面进行适当的处理，主要步骤有：
1、涂覆取向膜，在基片表面形成一种膜。
2、摩擦取向，用棉花或绒布按一个方向摩擦取向膜。
3、涂覆接触剂。
如果我们使上下两个基片的取向成一定角度，则两个基片间的液晶分子就会形成
许多层，比如可以得到如图2排列的情况(取向成90度) 。
当外电场足够强时，两电极之间的液晶分子将会变成如图3中的排列形式。
图2
图3
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。定义如下图所示：
实验内容
一：液晶扭曲角的测量
1. 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。连接各种导线。
2. 打开激光器，仔细调整个光学元件的高度和激光器的方向，尽量使激光从光
学元件的中心穿过，进入功率计探头。
3. 旋转检偏器，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)。
4. 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，系统
通光情况将发生变化。
5. 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)。
6. 步骤3与5之间的角度位置差，就是该液晶合在该波长下的扭曲角。
二：对比度
1. 重复上一实验的1、2、3步，记下最小功率值。为Tmin。
2. 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，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)。
三：上升沿时间T1 与下降沿时间T2的测量
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
重复实验一的1、2、步。
旋转检偏器，找到系统输出功率较小的位置。
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)。
打开示波器电源，功能置于双综显示，CH1触发。
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，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。
将功能按键置于间隙状态，调整频率旋钮，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。
根据定义在示波器上测量上升沿时间和下降沿时间。估计液晶的响应速度。
四：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的衍 射现象。
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
栅乘数。
五：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。
六：液晶的电光效应曲线
1. 重复实验1的1、2、3、4步。
2. 旋转检偏器和液晶盒，找到系统输出功率最小的位置。
3. 缓慢调节驱动电压旋钮，使驱动电压降低，记录下电
压与 光功率的关系。
4. 电压调到最低后，可反向再做一次该实验。使驱动电
压逐渐升高，记录下相关数据，比较两次实验数据、
曲线的异同。
思考题
1．扭曲排列液晶的扭曲角可以通过那些方法实现？
2．光通过扭曲向列效应的液晶盒时，液晶盒前后的偏振
片透光方向相互垂直，试分析施加电压前后的透光情况？如
果偏振片的透光方向平行，情况又怎样？
3．与CRT和发光LED相比，液晶显示的响应时间为什么
比较长？
注意事项
实验完成后，应将结果交老师检查、签字，然后关闭电源，整理
好仪器、元件方可离开。
参考文献
1．显示技术 刘榴娣，常本康，党长民 北京理工大学出版社
1993
2．彩色液晶显示[日]堀 浩雄，铃木幸治 科学出版社 2003.4
3．平板显示技术 应根裕，胡文波，邱勇 人民邮电出版社 2002.9