五、数据处理

图1、光电曲线图

由图表可知，最大投射光强值是316μW，

则10%I=31.6μW, 所对应的外加电压值称为阈值电压：U_th=1.01V

   90%I=284.4μW，应的外加电压值称为饱和电压：U_r=2.06V

   D_r=I_max/I_min=316/17.2=18.37

   β=U_r/U_th=2.06/1.01=2.04

六、实验总结

当电压在0—1.01V，由于电压小于阀值电压，所以透射光强无明显变化；当电压增加到1.01V时，液晶分子的长轴开始向电场方向倾斜，透射光强开始增强；1.01—2.06V，透射光强明显增强；当电压在2.06—4.90V时，透射光强持续增强，由于电压大于饱和电压，故增强程度逐渐减小；当电压在4.90—7.1V时，透射光强基本没有变化。

本次实验的操作很简单，只要依照说明书，基本上很顺利的完成了实验。

七、思考题

1、电光效应的原理是什么？

答： 电光效应，是将物质置于电场中时，物质的光学性质发生变化的现象。某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性，物质的折射率因外加电场而发生变化的现象为电光效应.电光效应包括泡克耳斯(Pockels)效应和克尔(Kerr)效应。电光效应是指某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性的效应。

2、电光效应有哪些方面的应用？

答： 利用电光效应可以制作电光调制器,电光开关,电光光偏转器等,可用于光闸,激光器的Q开关和光波调制,并在高速摄影,光速测量,光通信和激光测距等激光技术中获得了重要应用。当加在晶体上的电场方向与通光方向平行,称为纵向电光调制(也称为纵向运用)；当通光方向与所加电场方向相垂直,称为横向电光调制(也称为横向运用).利用电光效应可以实现对光波的振幅调制和位相调制。

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液晶电光效应综合实验研究

xxx

（四川大学化工学院 xxxxxx）

摘要：在过去的十多年内，信息技术的空前发展宣告了第三次工业革命的来临。在这信息社会时代，信息材料，尤其是信息显示材料及器件显得尤为重要。而液晶显示器(LCD)随着技术的进步，工艺的完善以及成本的降低，受到越来越多的青睐。而液晶显示器件就是利用了液晶的电光效应制成的。此外，光导液晶光阀、光调制器、光路转换开关等也均是利用液晶光电效应的原理制成的。因此，掌握液晶电光效应无论从实用角度还是从物理实验教学角度都是很有意义的。【1】

关键词：液晶；光电效应；特性

Liquid crystal electro-optic effect comprehensive experimental study

xxxx

（Sichuan University 2012141492008）

Abstract：In the past decade or so, the unprecedented development of information technology, proclaimed the advent of the third industrial revolution. In this era of the information society, information materials, especially information display materials and devices is particularly important. The liquid crystal display (LCD) With advances in technology, process improvement and cost reduction, by more and more popular. The liquid crystal display device is the use made ??of liquid crystal electro-optic effect. Further, the liquid crystal light valves light guide, the optical modulator, the optical path switch, also the liquid crystal are made ??of the principle of the photoelectric effect. Therefore, mastering the liquid crystal electro-optic effect either from a practical point of view or from the perspective of physics experiment teaching is very meaningful. 【1】

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液晶光电效应实验预习材料

一、 实验仪器说明

图1 液晶光开关电光特性综合实验仪

如图1所示，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）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，当开关处于静态时发射器光源会自动打开，动态时关闭；

静态闪烁/动态清屏切换开关：在静态时，此开关可以切换到闪烁和静止两种方式；在动态时，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：当供电电压为0V时，透过率显示如果大于“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，一般接CH1通道；

光功率输出：接存储示波器，显示液晶的时间响应曲线，一般接CH2通道；

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信号；

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；

二、 实验内容和步骤

1． 实验前准备工作

（1） 将液晶板金手指1（如图2）即水平方向插入转盘上的插槽，液晶凸起面必须正对光

源发射方向，将角度盘对准0刻度；

（2） 打开电源开关，选择模式开关为静态模式，使光源预热10分钟左右；

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液晶光电显示实验量测系统

Ⅰ、背景知识说明

1. 液晶简介

液态晶体（简称液晶，LC）是一种介于固态结晶体和非晶形液态之间的物质。其中丝状液晶(nematic LC)系由长条形有机分子所构成的，这些分子的平均排列方向（经表面配向处理后）具有规则性，同时亦可以透过施加电场驱使长条形液晶分子长轴的指向产生改变（当外加电场够大时，液晶分子长轴应顺着电场方向排列整齐）。丝状液晶对光具有特殊的光学性质。光线沿着分子长轴方向传播时，光波电场振动方向皆垂直于分子长轴，光速皆相同，称为寻常光，折射率no称为「寻常折射率」，故分子长轴的方向称为光轴。光线前进方向不与光轴平行时，光波的电场分量可能与光轴垂直或平行，其中电场分量与光轴垂直的光波，也是寻常光，折射率为no，但是电场分量与光轴平行的光波，其光速不同于寻常光，称为异常光，折射率为ne，称为「非常折射率」。非常折射率ne 与寻常折射率no之差以?n = ne-no代表（?n称之为双折射量）。在大部分的光电液晶组件中，均要求液晶分子的配向均匀或有预设的配向分布。本实验之液晶片结构如（图一）。

1

圖一 液晶片結構

使用擦镜纸沿单一方向磨擦上图所示之PI膜，可在PI膜表面形成细微的沟纹，它会令相邻的液晶长分子沿沟纹方向排列整齐，并进而透过分子间的作用，使其它液晶分子随之规则排列，如此可获得均匀配向的丝状液晶片。

2. 90度扭转之丝状液晶片(90?TN-LC)

90?扭转之丝状液晶片示如（图二），右边PI膜之LC配向方向，相对于

2

左边LC之配向扭转90度。故液晶分子在液晶层中亦逐渐扭转90度，如（图二）所示。若令起偏镜的偏振方向平行于TN-LC左边PI膜的LC配向，则入射后的偏振光穿经90?TN-LC时，其偏振方向会随着液晶分子的扭转配向而扭转，产生旋光现象使得透过TN-LC的光维持为线性偏振，但其偏振方向扭转90度。由于入射偏振光的电场振动方向始终维持与液晶分子长轴方向平行，故它显示为非常光，其折射率为ne。

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液晶电光效应实验报告

——应物02陈忠旺10093026

一：基本要求

1、 了解液晶的特性和基本工作原理；

2、 掌握一些特性的常用测试方法；

3、 了解液晶的应用和局限。

二：实验原理：

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。

列方式和天然胆甾(音同淄)相液晶的主要区别是：扭曲向列的扭曲角是人为可控的，且“螺距”与两个基片的间距和扭曲角有关。而天然胆甾相液晶的螺距一般不足1um，不能人为控制。

扭曲向列排列的液晶对入射光会有一个重要的作用，他会使入射的线偏振光的偏振方向顺着分子的扭曲方向旋转，类似于物质的旋光效应。在一般条件下旋转的角度(扭曲角)等于两基片之间的取向夹角。

由于液晶分子的结构特性,其极化率和电导率等都具有各向异性的特点，当大量液晶分子有规律的排列时,其总体的电学和光学特性,如介电常数、折射率也将呈现出各向异性的特点。如果我们对液晶物质施加电场，就可能改变分子排列的规律。从而使液晶材料的光学特性发生改变，19xx年有人发现了这种现象。这就是液晶的的电光效应。

为了对液晶施加电场，我们在两个玻璃基片的内侧镀了一层透明电极。我们将这个由基片电极、取向膜、液晶和密封结构组成的结构叫做液晶盒。当我们在液晶盒的两个电极之间加上一个适当的电压时我们来看一下液晶分子会发生什么变化。根据液晶分子的结构特点。我们假定液晶分子没有固定的电极。但可被外电场极化形成一种感生电极矩。这个感生电极矩也会有一个自己的方向，当这个方向以外电场的方向不同时，外电场就会使液晶分子发生转动，直到各种互相作用力达到平衡。液晶分子在外电场作用下的变化，也将引起液晶合中液晶分子的总体排列规律发生变化。当外电场足够强时，两电极之间的液晶分子将会变成如图2中的排列形式。本实验希望通过一些基本的观察和研究，对液晶材料的光学性质及物理结构有一个基本了解。并利用现有的物理知识进入初步的分析和解释。

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液晶电光效应试验试验汇报

熊建

摘要: 液晶是一个高分子材料, 因其特殊物理、 化学性质, 特殊光学性质, 以及对电磁场敏感, 现在已被广泛应用于轻薄型显示技术上。

关键词: 液晶, 电光特征, 时间响应特征, 视角特征

液晶是介于液体与晶体之间一个物质状态。液晶既含有液体流动性, 其分子又按一定规律有序排列, 使它展现晶体各向异性。光经过液晶时, 产生偏振面旋转, 双折射等效应。液晶分子是含有极性基团极性分子, 在电场作用下, 偶极子会按电场方向取向, 造成分子原有排列方法发生改变, 从而液晶光学性质也随之发生改变, 这种因外电场引发液晶光学性质改变称为液晶电光效应。测量液晶光开关电光特征曲线, 得到液晶阈值电压和关断电压; 测量驱动电压周期改变时液晶光开关时间响应曲线, 得到液晶上升时间和下降时间; 测量由液晶光开关矩阵所组成液晶显示器视角特征以及在不一样视角下对比度, 了解液晶光开关工作条件。了解液晶光开关组成图像矩阵方法, 学习和掌握这种矩阵所组成液晶显示器组成文字和图形显示模式, 从而了解通常液晶显示器件工作原理。

【试验时间】: 5月16日早晨;

【试验条件】: 室温25℃

【试验目】:

1．在掌握液晶光开关基础工作原理基础上, 测量液晶光开关电光特征曲线, 并由电光特征曲线得到液晶阈值电压和关断电压。

2．测量驱动电压周期改变时, 液晶光开关时间响应曲线, 并由时间响应曲线得到液晶上升时间和下降时间。

3．测量由液晶光开关矩阵所组成液晶显示器视角特征以及在不一样视角下对比度, 了解液晶光开关工作条件。

4．了解液晶光开关组成图像矩阵方法, 学习和掌握这种矩阵所组成液晶显示器组成文字和图形显示模式, 从而了解通常液晶显示器件工作原理。

【试验仪器】:

 液晶电光效应试验仪一台, 液晶片一块

【试验原理】

1．液晶光开关工作原理

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液晶光电效应实验研究

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，其分子有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变化，这种因外电场引起的液晶光学性质的改变成为液晶光电效应。

1 . 实验原理

⑴ 晶光开关工作原理

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的时，其偏振面旋转了90度，这是光的偏振面与P2的透光轴平行，因而有光通过。

在施加足够电压情况下，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，成为了均匀结构，如图，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。

（2）液晶光开关的电光特性

对于常白模式的液晶，其透过率随外加电压升高而降低，

在一定电压下达到最低点，

此后略有变化。

阈值电压：透过率900%时的驱动电压

关断电压：透过率10%时的驱动电压

（3）液晶光开关的时间响应特性

加上或者去掉驱动电压能使液晶得开关状态发生变化，是因为液晶分子排序发生变化，这种重新排列需要一定时间。

上升时间：透过率由10%升到90%所需时间

下降时间：透过率由90%降到10%所需时间

液晶的响应时间越短，显示动态图像的效果越好，这是液晶显示器的重要指标。

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