液晶電光特性液晶是一種即具有液體的流淌性又具有類似于晶體的各向異性的特別物質(zhì)〔材料〕1888年由奧地利植物學(xué)家Reinitzer首先覺察的。在我們的日常生活中，適當(dāng)濃度的肥皂水溶液4-5千種。隨著液晶在平板顯示器等領(lǐng)域的應(yīng)用和不斷進(jìn)展，以及市場(chǎng)的巨大需求，人們對(duì)它的爭(zhēng)論也進(jìn)入了一個(gè)空前的狀態(tài)。本試驗(yàn)期望通過一些根本的觀看和爭(zhēng)論，對(duì)液晶材料的光學(xué)性質(zhì)及物理構(gòu)造有一個(gè)根本了解，并利用現(xiàn)有的物理學(xué)問進(jìn)展初步的分析和解釋。試驗(yàn)?zāi)康陌盐找壕У墓ぷ髟?，測(cè)量其在特定波長(zhǎng)下的扭曲角。觀看液晶光開關(guān)的時(shí)間響應(yīng)曲線，得到液晶的上升時(shí)間和下降時(shí)間。觀看液晶的衍射現(xiàn)象，得到液晶的構(gòu)造尺寸。根本原理大多數(shù)液晶材料都是由有機(jī)化合物構(gòu)成的。這些有機(jī)化合物分子多為瘦長(zhǎng)的棒狀構(gòu)造，長(zhǎng)度為數(shù)nm0.1nm量級(jí)，并按肯定規(guī)律排列。依據(jù)排列的方式不同，液晶一般被分為三大1〕1。圖1 圖2 圖3這種液晶的構(gòu)造特點(diǎn)是：分子分層排列，每一層內(nèi)的分子長(zhǎng)軸相互平衡。且垂直或傾斜于層面。2、向列相液晶，構(gòu)造如圖2。這種液晶的構(gòu)造特點(diǎn)是：分子的位置比較雜亂，不再分層排列。但各分子的長(zhǎng)軸方向仍大致一樣,光學(xué)性質(zhì)上有點(diǎn)像單軸晶體。3、膽甾相液晶，構(gòu)造大致如圖3。分子也是分屏排列，每一層內(nèi)的分子長(zhǎng)軸方向根本一樣。并平行于分層面,但相鄰的兩個(gè)層中分子長(zhǎng)軸的方向漸漸轉(zhuǎn)過一個(gè)角度,總體來看分子長(zhǎng)軸方向呈現(xiàn)一種螺旋構(gòu)造。以上的液晶特點(diǎn)大多是在自然條件下的狀態(tài)特征，當(dāng)我們對(duì)這些液晶施加外界影響時(shí)，他們的狀態(tài)將會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，從而表現(xiàn)出不同的物理光學(xué)特性。下面我們以最常用的向列液晶為例，分析了解它在外界人為作用下的一些特性和特點(diǎn)。我們?cè)谑褂靡壕У臅r(shí)候往往會(huì)將液晶材料夾在兩個(gè)玻璃基片之間，并對(duì)四周進(jìn)展密封。為了我們的使用目的，將會(huì)對(duì)基片的內(nèi)外表進(jìn)展適當(dāng)?shù)奶幚恚员阌绊懸壕Х肿拥呐帕?。這里介紹相關(guān)的三個(gè)處理步驟。1、涂覆取向膜，在基片外表形成一種膜。2、摩擦取向，用棉花或絨布按一個(gè)方向摩擦取向膜。3、涂覆接觸劑。經(jīng)過這三個(gè)步驟后，就可以掌握緊靠基片的液晶分子，使其平行于基片并按摩擦方向排列。假設(shè)我們使上下兩個(gè)基片的取向成肯定角度，則兩個(gè)基片間的液4的狀況(90度)。即每一層內(nèi)的分子取向根本全都，且平行于層面。相鄰層分子的取向漸漸轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。從而形成一種被稱為扭曲向列的排列方式。這種排列方式和自然膽甾相液晶的主要區(qū)分是：扭曲向列的扭曲角是人為可控的，且“螺距”與兩個(gè)基片的間距和扭曲角有關(guān)。而自然膽甾相液晶的螺1um，不能人為掌握。扭曲向列排列的液晶對(duì)入射光會(huì)有一個(gè)重要的作用，他會(huì)使入射的線偏振光的偏振方向順著(扭曲角)等于兩基片之間的取向夾角。由于液晶分子的構(gòu)造特性,其極化率和電導(dǎo)率等都具有各向異性的特點(diǎn)，當(dāng)大量液晶分子有規(guī)律的排列時(shí),其總體的電學(xué)和光學(xué)特性,如介電常數(shù)、折射率也將呈現(xiàn)出各向異性的特點(diǎn)。假設(shè)我們對(duì)液晶物質(zhì)施加電場(chǎng)，就可能轉(zhuǎn)變分子排列的規(guī)律。從而使液晶材料的光學(xué)特性發(fā)生轉(zhuǎn)變，1963年有人覺察了這種現(xiàn)象。這就是液晶的電光效應(yīng)。為了對(duì)液晶施加電場(chǎng)，我們?cè)趦蓚€(gè)玻璃基片的內(nèi)側(cè)鍍了一層透亮電極。我們將這個(gè)由基片電極、取向膜、液晶和密封構(gòu)造組成的構(gòu)造叫做液晶合。當(dāng)我們?cè)谝壕Ш系膬蓚€(gè)電極之間加上一個(gè)適當(dāng)?shù)碾妷簳r(shí)我們來看一下液晶分子會(huì)發(fā)生什么變化。依據(jù)液晶分子的構(gòu)造特點(diǎn)。我們假定液晶分子沒有固定的電極。但可被外電場(chǎng)極化形成一種感生電極矩。這個(gè)感生電極矩也會(huì)有一個(gè)自己的方向，當(dāng)這個(gè)方向以外電場(chǎng)的方向不同時(shí)，外電場(chǎng)就會(huì)使液晶分子發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，直到各種相互作用力到達(dá)平衡。液晶分子在外電場(chǎng)作用下的變化，也將引起液晶合中液晶分子的總體排列規(guī)律發(fā)生變化。當(dāng)外電場(chǎng)足夠強(qiáng)時(shí)，兩電極之間的液晶分子將會(huì)變成如圖5中的排列形式。圖4 圖5這時(shí)，液晶分子對(duì)偏振光的旋光作用將會(huì)減弱或消逝。通過檢偏器，我們可以清楚地觀看到偏振態(tài)的變化。大多數(shù)液晶器件都是這樣工作的。以上的分析只是對(duì)液晶合在“開關(guān)”兩種極端狀態(tài)下的狀況作了一些初步的分析。而對(duì)于這兩個(gè)狀態(tài)之間的中間狀態(tài)。我們還沒有一個(gè)清楚的生疏，其實(shí)在這個(gè)中間狀態(tài)，有著極其豐富多彩的光學(xué)現(xiàn)象。在試驗(yàn)中我們將會(huì)一一觀看和分析。液晶對(duì)變化的外界電場(chǎng)的響應(yīng)速度是液晶產(chǎn)品的一個(gè)格外重要的參數(shù)。一般來說液晶的響應(yīng)速度是比較低的。我們用上升沿時(shí)間和下降沿時(shí)間來衡量液晶對(duì)外界驅(qū)動(dòng)信號(hào)的響應(yīng)速度狀況。10%升到9090%降到10%所需時(shí)間。驅(qū)動(dòng)信號(hào)90% T1 T2響應(yīng)

10%6液晶驅(qū)動(dòng)電壓和時(shí)間相應(yīng)圖試驗(yàn)儀器半導(dǎo)體激光器、液晶盒、起偏器、檢偏器、光功率指示計(jì)、光電二極管探頭、示波器試驗(yàn)內(nèi)容與步驟液晶扭曲角的測(cè)量半導(dǎo)體激光器起偏器檢偏器功率計(jì)探頭半導(dǎo)體激光器起偏器檢偏器功率計(jì)探頭液晶合導(dǎo)軌滑塊光學(xué)試驗(yàn)導(dǎo)軌翻開激光器，認(rèn)真調(diào)整各個(gè)光學(xué)元件的高度和激光器的方向，盡量使激光從光學(xué)元件的中心穿過，進(jìn)入功率計(jì)探頭。旋轉(zhuǎn)起偏器，使通過起偏器的激光最強(qiáng)。翻開液晶驅(qū)動(dòng)電源，將功能按鍵置于連續(xù)狀態(tài)。驅(qū)動(dòng)電壓調(diào)整到12V。旋轉(zhuǎn)檢偏器和液晶盒，找到系統(tǒng)輸出功率最小的位置，登記此時(shí)檢偏器的位置〔角度。關(guān)閉液晶驅(qū)動(dòng)電源，此時(shí)系統(tǒng)通光狀況將發(fā)生變化，再次調(diào)整檢偏器位置，找到系統(tǒng)通光功率最小的位置，登記此時(shí)檢偏器的位置〔角度。562T1T的測(cè)量。21、2、3、4旋轉(zhuǎn)檢偏器和液晶合，找到系統(tǒng)輸出功率較小的位置。用光探頭換下功率計(jì)探頭，連接好12V電源線〔紅為+，黑為-，紅對(duì)紅，黑對(duì)黑。將示波器的CH1CH1CH2光電二極管探頭相連〔地線與12V的地相連，掛鉤掛在探頭線路扳的掛環(huán)上。翻開示波器電源，功能置于雙綜顯示，CH1觸發(fā)。觀看示波器上的CH1通道波形。了解液晶驅(qū)動(dòng)電源的工作條件。將功能按鍵置于間歇狀態(tài)，調(diào)整間歇頻率旋鈕，觀看系統(tǒng)輸出光的變化狀況，和示波器上波形的狀況，體會(huì)液晶電源的工作原理。依據(jù)定義，在示波器上測(cè)量上升沿時(shí)間和下降沿時(shí)間。估量液晶的響應(yīng)速度。通過測(cè)量衍射角，得到液晶的構(gòu)造尺寸取下試驗(yàn)一中的檢偏器和功率計(jì)探頭。翻開液晶驅(qū)動(dòng)電源，將功能按鍵置于連續(xù)，將驅(qū)動(dòng)電壓置于6V左右，等待幾分鐘，用白屏觀看液晶合后光斑的變化狀況。應(yīng)可觀看到類似光柵衍射的現(xiàn)象。認(rèn)真調(diào)整驅(qū)動(dòng)電壓和液晶合角度，使衍射效果最正確。用尺子測(cè)量長(zhǎng)度得到衍射角，用光柵公式，求出這個(gè)液晶“光柵”的光柵常數(shù)。觀看衍射斑的偏振狀態(tài)。31、2、3緊靠液晶合放置檢偏器。用白屏觀看檢偏器后衍射斑。旋轉(zhuǎn)檢偏器，觀看各衍射斑的變化狀況，指出其變化規(guī)律。附錄液晶電光特性試驗(yàn)儀操作說明主機(jī)箱面板功能：主機(jī)箱“液晶驅(qū)動(dòng)電源”主要功能為液晶合的工作電壓、間歇頻率、驅(qū)動(dòng)頻率的調(diào)整，以及液晶合的工作狀態(tài)等。各面板元器件作用與功能如下：液晶試驗(yàn)主機(jī)前面板1、表頭：3位半數(shù)字表頭，用于指示液晶合工作電壓的大小，可通過驅(qū)動(dòng)電壓旋鈕進(jìn)展調(diào)整。2、間歇/連續(xù)按鈕：液晶合的工作狀態(tài)，開或關(guān)。3、間歇頻