液晶电光效应综合实验论文

1学期:大一下学期课程名：《综合设计与创新实验》课序号：202173020姓名：程耀世学号：2014141222007文章题目《液晶电光效应综合实验论文》姓名程耀世学号2014141222007电话[phone]邮箱[e-mail]创新点自述通过对于液晶材料的电光特性试验，思考得出液晶材料用于家庭3D图像显示的应用前景。2学期:14-15春学期课程名：《综合设计与创新实验》课序号：202173020姓名：程耀世学号：2014141222007液晶电光效应综合实验论文作者：程耀世(物理科学与技术学院四川省成都市610225)摘要：通过液晶电光效应的实验，测出液晶光开关的电光特性曲线，由该曲线得到液晶的阈值、关断电压。测量驱动电压周期变化，得到液晶光开关的时间响应曲线，由此得到液晶的上升、下降时间。测量由液晶光开关矩阵构成的液晶显示器的视角特性及在不同视角下的对比度，并结合液晶显示屏的工作原理创新假想通过液晶显示3D立体图像。关键词：液晶透光率；液晶电光特性；3D图像中国分类号：0436.4文献标识码：AComprehensiveexperimentalstudyonelectroopticaleffectofliquidcrystal（ChengYaoshi）（Collegeofphysicalscienceandtechnology2014141222007）Abstract：Purpose:Theconclusionoftheelectroliquidcrystalelectroopticalpropertyisobtainedbytheexperimentofliquidcrystalmaterial.Method：Usetheexperimentaldatatomaketherelevanttablesandfigures,analyzethecharacteristicsofLCDbyusingsomeeigenvalueofthetableandgraph,andthendeducesomeresultsfromthetheory.Result:TheconclusionoftheelectroopticalpropertyofliquidcrystalmaterialisobtainedandmakeacreativeideaaboutLCD.Conclusion:Tounderstandtheelectroopticalpropertiesofliquidcrystalmaterialsandtoinnovateitinthefieldof3D.Keywords:liquidcrystaltransparency,liquidcrystalelectro-opticalproperties,3Dimages.液晶，即液态晶体，它具有液体的易流动性，并保留着部分晶态物质分子的各向异性有序排列。由于上述特性的存在，导致了液晶具有独特的理化与光电特性。而液晶的电光效应是指它的干涉、散射、衍射、旋光、吸收等受电场调制的光学现象。本文主要通过对液晶材料的液晶光开关的电光特性、液晶光开关的时间响应特性及液晶光开关的视角特性的实验，从而得出相关结论。1.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，比如水。而液晶既具有液体的流动性，其分可以使光以一定的透过率穿透液晶板。这即是液晶材料的工作原理。对于液晶的光开关电光特性的实验原理如下图，在液晶材料施加了电场作用之后，液晶内部的分子会在电场力的牵引作用下排列。如果未加电压，则原来的液晶分子会从液晶板的上电极的沿－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（如下图左图所示），由于由理论和实验都证明，上述均匀扭曲排列起来的结构具有光波导的性质，收稿日期：2015-6-13基金项目：无作者简介：程耀世（1996-），男，四川大学物理科学与技术学院大一学生，核工程与核技术专业，任宣传部副部长。联系电话：[phone]E-mail:[e-mail]3子又按一定规律有序排列，使它呈现晶体的各向异性。从而使得在液晶加上电压之后，学期:14-15春学期课程名：《综合设计与创新实验》课序号：202173020姓名：程耀世学号：2014141222007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，所以入射的光在经过偏振片P1后，在经过液晶的排列结构，在偏振方向上发生90°的偏转，从与偏振片P2的偏振方向一致，从2.实验过程及数据实验时间：2015年5月23日上午；实验目的：测量液晶的几种特性参数，并熟悉液晶的显示原理实验仪器：液晶电光效应实验仪一台，液晶片一块2.1在液晶光开关电光特性测量实验中，将模而使光完全透过。如果给液晶材料的两个表面加上电压后，液晶分子在电场力作用下会进行规则排列的变化，从而使得入射光在通过液晶分子结构后在偏振方向上不再偏转90度，即使得液晶材料的透光率降低（如图中右图所示）。式转换开关置于静态模式，将透过率显示校准为100％，按表1的数据改变电压，使得电压值从0V到6V变化，记录相应电压下的透射率数值。重复3次并计算相应电压下透射率的平均值，依据实验数据绘制电光特性曲线，可以得出阈值电压和关断电压，测量数据如下表。表1液晶光开关电光特性测量电压（伏）00.50.81.01.11.21.31.41.51.61.72.03.04.05.06.0透射率(%)110099.999.997.088.174.153.238.324.715.09.33.33.73.43.02.6210010099.896.587.773.055.438.524.915.29.13.13.63.22.82.5310099.899.796.887.574.757.540.626.616.710.43.43.83.33.02.7平均10099.999.896.787.873.955.439.125.415.69.63.33.73.32.92.64学期:14-15春学期课程名：《综合设计与创新实验》课序号：202173020姓名：程耀世学号：2014141222007上图所示，横坐标为给液晶板加的电压，纵坐标为透光率。且由该图可得该液晶板的得出阈值电压为1.1V和关断电压为2.0V。2.2对于液晶光开关视角特性的测量实验中，将模式转换开关置于静态模式。首先将透过率显示调到100％，然后再进行实验。确定当前液晶板为金手指1插入的插槽。在供电电压为0V时，按照表2所列举的角度调节液晶屏与入射激光的角度，在每一角度下测量光强透过率最大值TMAX。然后将供电电压设置为2V，再次调节液晶屏角度，测量光强透过率最小值TMIN，并计算其对比度。以角度为横坐标，对比度为纵坐标，绘制水平方向对比度随入射光入射角而变化的曲线。同理，对液晶板为金手指2的插入状态下进行实验，两次试验数据如下表所示。表2液晶光开关视角特性水平方向测量正角度051015202530354045505560657075Tmax(0V)100101102104108111116120116117114111105968468Tmin(2V)4333344444444443Tmax/Tmin25333435362829302929292826242123负角度051015202530354045505560657075Tmax(0V)100100100101102104108107101100938779695639Tmin(2V)3333344433333321Tmax/Tmin33333334342627273433312926232839表3液晶光开关视角特性垂直方向测量正角度051015202530354045505560657075Tmax(0V)1001011011001009895929089888786847866Tmin(2V)33610182737485970788487868065Tmax/Tmin333417105.63.52.61.91.51.31.11.01.01.01.01.0负角度051015202530354045505560657075Tmax(0V)1001009897969389858177747167615439Tmin(2V)3581321283646556267696762543910099.999.896.787.873.955.439.125.415.69.63.33.73.32.92.60102030405060708090100电压（v）图1电光特性曲线透光率（%）065Tmax/Tmin3320127.58.03.33.21.81.51.21.11.01.01.01.01.0学期:14-15春学期课程名：《综合设计与创新实验》课序号：202173020姓名：程耀世学号：20141412220072.3在时间响应特性实验中将模式转换开关置于静态模式，透过率显示调到100%，然后将液晶供电电压调到2.00V，在液晶静态闪烁状态下，用存储示波器或用信号适配器接模拟示波器可以得出液晶的开关时间响应曲线。记录下不同时间时的透过率，数据如下表所示。表4液晶光开关视角特性测量3.实验总结及创新思路3.1实验总结：根据实验的数据可得，测得该液晶板透光率达到90%时，电压为1.1V，即阈值电压，透明率达到10%时电压为2.0V，即关断电压。光开关视角特性的测量及时间响应特性则如上述表2、3所示。通过实验得到了扭曲向列型液晶的相关特性，对其应用有参考价值。3.2创新思路：通过本文对液晶光电门的研究，发现对于TFT液晶显示屏的工作原理如下:当一个长棒型的液晶分子由一端射入光线时，由于液晶分子有良好的透光性能，光线可以顺利的由另一端射出，当液晶分子在电场的作用下发生扭曲，则阻碍光线的通过，此时，可以通过改变电场的强度；达到控制液晶分子扭曲的角度，从而达到控制通过光线的强度的目的，也就是达到了在荧光屏上控制像素点亮度的目的。可以思考，在三维空间的XYZ坐标系下，在X轴垂直方向上，同时放置多块大小、材料一致的TFT液晶板，在ITO透明导电层及LED光源的作用下，液晶板可以随意以矩阵的模式去点对点得精确控制每一块液晶板上某点的透光率，并能够使得这块液晶板后的液晶板图像可见，即类似于3D打印的方式，将3D图像分层，再让液晶板分别显示各个分层图像。以此类推，在X轴方向上可以形成一个3D图像，虽然该图像只能够从X轴方向去观察。如果该技术实现后，可以用于家庭通过液晶显示从而使3D图像显示的实现。099.27.1432.145060.7171.482.189.396.410096.492.885.767.8653.635.721.4020406080100120时间（s）图2时间响应曲线透光率（%）0时间（s）00.010.020.030.040.050.060.070.080.0900.010.020.030.040.050.060.07透过率(%)099.27.1432.150.060.771.482.189.296.410096.492.985.767.953.635.721.46