成績西安交通大學實驗報告成績第1頁（共9頁）課程：_______近代物理實驗_______ 實驗日期： 年月日專業班號______組別_______ 交報告日期： 年月日姓名__Bigger__學號__ 報告退發：（訂正、重做）同組者__________ 教師審批簽字：實驗名稱：液晶的電光特性實驗目的了解液晶的特性和基本工作原理；掌握一些特性的常用測試方法；了解液晶的應用和局限。實驗儀器激光器，偏振片，液晶屏，光電轉換器，光具座等。實驗原理液晶分子的形狀如同火柴一樣，為棍狀，長度在十幾埃，直徑為4～6埃，液晶層厚度一般為5-8微米。排列方式和天然膽甾相液晶的主要區別是：扭曲向列的扭曲角是人為可控的，且“螺距”與兩個基片的間距和扭曲角有關。而天然膽甾相液晶的螺距一般不足1um，不能人為控制。扭曲向列排列的液晶對入射光會有一個重要的作用，他會使入射的線偏振光的偏振方向順著分子的扭曲方向旋轉，類似于物質的旋光效應。在一般條件下旋轉的角度(扭曲角)等于兩基片之間的取向夾角。對于介電各向異性的液晶當垂直于螺旋軸的方向對膽甾相液晶施加一電場時，會發現隨著電場的增大，螺距也同時增大，當電場達到某一閾值時，螺距趨于無窮大，膽甾相在電場的作用下轉變成了向列相。這也稱為退螺旋效應。由于液晶分子的結構特性,其極化率和電導率等都具有各向異性的特點，當大量液晶分子有規律的排列時,其總體的電學和光學特性,如介電常數、折射率也將呈現出各向異性的特點。如果我們對液晶物質施加電場，就可能改變分子排列的規律。從而使液晶材料的光學特性發生改變，1963年有人發現了這種現象。這就是液晶的的電光效應。為了對液晶施加電場，我們在兩個玻璃基片的內側鍍了一層透明電極。將這個由基片電極、取向膜、液晶和密封結構組成的結構叫做液晶盒。根據液晶分子的結構特點,假定液晶分子沒有固定的電極,但可被外電場極化形成一種感生電極矩。這個感生電極矩也會有一個自己的方向，當這個方向以外電場的方向不同時，外電場就會使液晶分子發生轉動，直到各種互相作用力達到平衡。液晶分子在外電場作用下的變化，也將引起液晶合中液晶分子的總體排列規律發生變化。當外電場足夠強時，兩電極之間的液晶分子將會變成如圖1中的排列形式。這時，液晶分子對偏振光的旋光作用將會減弱或消失。通過檢偏器，我們可以清晰地觀察到偏振態的變化。大多數液晶器件都是這樣工作的。圖1液晶分子的扭曲排列變化若將液晶盒放在兩片平行偏振片之間，其偏振方向與上表面液晶分子取向相同。不加電壓時，入射光通過起偏器形成的線偏振光，經過液晶盒后偏振方向隨液晶分子軸旋轉90°，不能通過檢偏器；施加電壓后，透過檢偏器的光強與施加在液晶盒上電壓大小的關系見圖2；其中縱坐標為透光強度，橫坐標為外加電壓。最大透光強度的10%所對應的外加電壓值稱為閾值電壓(Uth)，標志了液晶電光效應有可觀察反應的開始(或稱起輝)，閾值電壓小，是電光效應好的一個重要指標。最大透光強度的90%對應的外加電壓值稱為飽和電壓(Ur)，標志了獲得最大對比度所需的外加電壓數值，Ur小則易獲得良好的顯示效果，且降低顯示功耗，對顯示壽命有利。對比度Dr=Imax/Imin，其中Imax為最大觀察(接收)亮度(照度)，Imin為最小亮度。陡度β=Ur/Uth即飽和電壓與閾值電壓之比。順時針旋轉幅值旋鈕,緩緩增大輸出方波信號的幅值，觀察光電流表的數據，記錄下幅值對應光電流值，填入表格1，并繪制幅值與光電流關系圖及透過率與幅值關系圖（透過率在幅值為0時為100%），求出關斷電壓及閾值電壓。(注意調節幅值過程中，0~2V每次調節0.2V，2V~5V每次調節0.1V）表1根據幅值和光電流值作圖，從圖形找到90%透過率時驅動電壓幅值（閾值電壓）和10%透過率時驅動電壓幅值（關斷電壓）。2、液晶屏視角特性測量重復實驗一1、2、3、4實驗部分。調節幅值電壓0V，旋轉液晶屏±80°，每隔20°測量一次調節幅值電壓為2V，重復上面測量過程。實驗數據記錄與處理1、液晶電光特性測量數據記錄表格：幅值/V00.20.40.60.811.21.41.6光電流值/mA0.2130.2130.2140.2130.2130.2130.2130.2130.213透過率100%100%100%100%100%100%100%100%100%幅值/V1.822.12.22.32.42.52.62.7光電流值/mA0.2120.2080.2030.1890.1690.1350.1050.080.06透過率100%98%95%89%79%63%49%38%28%幅值/V2.82.933.13.23.33.43.53.6光電流值/mA0.0450.0350.0260.0180.0150.0110.0090.0070.005透過率21%16%12%8%7%5%4%3%2%幅值/V3.73.83.944.14.24.34.44.5光電流值/mA0.0040.0030.0020.0020.0020.0020.0010.0010.001透過率2%1%1%1%1%1%0%0%0%幅值/V4.64.74.84.95光電流值/mA0.0010.0010.0010.0010.001透過率0%0%0%0%0%液晶電光效應關系圖：通過圖像可知，90%透過率時驅動電壓幅值（閾值電壓）為：2.19V；10%透過率時驅動電壓幅值（關斷電壓）為：3.04V。2、液晶屏視角特性測量數據記錄表格：角度光電流值/mA0V2V-800.1740.141-600.2340.216-400.2370.223-200.2250.21500.2150.209200.2160.215400.2240.219600.2190.218800.1680.122圖像表示：思考題詳細敘述飽和電壓與閾值電壓的物理意義及作用：閾值電壓(Thresholdvoltage):通常將傳輸特性曲線中輸出電壓隨輸入電壓改變而急劇變化轉折區的中點對應的輸入電壓稱為閾值電壓.在描述不同的器件時具有不同的參數。最大透光強度的10%所對應的外加電壓值稱為閾值電壓(Uth)，標志了液晶電光效應有可觀察反應的開始(或稱起輝)，閾值電壓小，是電光效應好的一個重要指標。最大透光強度的90%對應的外加電壓值稱為飽和電壓(Ur)，標志了3獲得最大對比度所需的外加電壓數值，Ur小則易獲得良好的顯示效果，且降低顯示功耗，對顯示壽命有利。液晶的電光特性曲線越陡，即閾值電壓與飽和電壓的差值越小，由液晶開關單元構成的顯示器件允許的驅動路數就越多。液晶屏視角特性測量有何意義：液晶屏視角特性測量意義在于探索假定液晶分子沒有固定的電極。但可被外電場極化形成一種感生電極矩。這個感生電極矩也會有一個自己的方向，當這個方向以外電場的方向不同時，外電場就會使液晶分子發生轉動，直到各種互相作用力達到平衡。液晶分子在外電場作用下的變化，也將引起液晶合中液晶分子的總體排列規律發生變化。查找相關資料，了解液晶的特性及分類，以及其他材料在作為顯示器件中的應用情況和各自的優缺點：液晶平面顯示器的技術發展趨于成熟階段，而且其應用面也隨著信息、通訊和網絡技術的進步而被大量地運用，例如筆記本電腦、移動電話、個人助理機和攜帶式消費性產品等。較難實現之廣視野角、高畫質化和高速化等問題，均因新的材料、新的組合設計和新的驅動方式之發展，而實現了輕薄短小和替代性映像管監視器和電視的功能。液晶材料(LiquidCrystal)在液晶平面顯示器的組成結構上所擔任的角色是相當地重要，雖然其種類有數萬種，但真正使用的也僅有數十多種。液晶狀態被喻為是自然界中物質的第四狀態，而有別于固態、液態和氣態的物質三大狀態，液晶分子是一種具有光學異方向性和流動性之結晶性液體，是一種機能性材料。液晶依其分子排列方式，分為向列型(Nematic)、距列型(Smectic)、膽固醇型(Cholesteric)、圓盤型(Disotic)*若依對外在因素的影響，有溶致型的(Lyotropic)、熱致型(Thermotropic)；若依分子量來分，有低分子型和高分子型；若依溫度的因素，有互變轉換型(Enantiotropic)、單變轉換型(Monotropic)；在高分子的液晶有主鏈型和側鏈型。液晶的發現最早是在19世紀，經由多年的研究才成功的開發出液晶平面顯示器的應用。向列型液晶顯示法的機制有利用動態散射模式的顯示法、分子軸旋轉模式的顯示法、扭曲構造模式的顯示法、主體和客體效應模式的顯示法和熱汪學效應的顯示法等。其中以動態散射模式的顯示法為主流，應用的領域有輸入表示裝置、非破壞檢查和超音波等。當加大電壓時，則程現安定循環流的條紋模樣，此一條紋模樣，此一條紋模樣在數伏特的電壓范圍內程現靜止安定狀態，在更高電壓時，安定循環流變成亂流而使區塊開始激烈的搖動，其靜止狀態稱為韋廉斯區塊(WilliamsDomain),而搖動狀態稱之為動態散射效應。近年來液晶材料的新用途，也發展到摩擦、摩耗和潤滑材料等方面應用，液晶材料的一項有趣的物理性質-電粘性效應(Electrorheologicaleffect,ER)，乃是在外加電場的作用下，而其粘度值產生變化，具有此一特性的物質稱之為電粘性流體。液晶的分子結構是多樣化的棒狀或碟盤狀之構造體，而且也不斷有新的功能性液晶材料分子被合成。例如復數的非液晶性的分子因氫結合之聚合效應，而產生有液晶特性的所謂氫結合型液晶，同時不同性質的金屬錯合物液晶分子結構的新物值質也被期待開發出來。實驗誤差液晶受環境影響較大，溫度濕度以及外界光照條件均有可能對液晶光電效應測量產生影響；在旋轉液晶屏的時候，是靠人眼進行讀數的，這一過程中可能因為視角問題以及人為因素產生誤差；實驗中發現旋轉液晶屏，