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液晶电光特性及应用

摘要：实验通过测量液晶光开关的电光特性曲线，得到液晶的阈值电压和关断电压，并且通过测量液晶的
时间响应曲线，得出了液晶的上升时间和下降时间，并计算出了液晶能够响应的最高频率。进一步又研究
了液晶显示器的视角特性以及在不同视角下的对比度。实验的重点是作图，实验测量过程比较简单，通过
测量作图，结果也比较符合理论。
关键字：：1.液晶光开关；2.透射率；3响应；4.视角
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交化，从而液晶的光学性质也随之发生改变，这种因外电场引起的液晶光学性质的
改变称为液晶的电光效应。
一、实验目的
1．在掌握液晶光开关的基本工作原理的基础上，测量液晶光开关的电光特性曲线，并由电光特性曲线得
到液晶的阈值电压和关断电压。
2．测量驱动电压周期变化时，液晶光开关的时间响应曲线，并由时间响应曲线得到液晶的上升时间和下
降时间。
3．测量由液晶光开关矩阵所构成的液晶显示器的视角特性以及在不同视角下的对比度，了解液晶光开关
的工作条件。
二、实验原理
1．液晶光开关的工作原理
液晶显示的原理主要是给予光开关，若在加电压钳两个偏振片刚好处于消光位置，当电压超过阈值电压
时，整个装置将有消光变为通光。同样，
也可以先使检偏器处于通光位置，高电
压时变为通光。
液晶的种类很多，仅以常用的TN(扭
曲向列)型液晶为例。TN型光开关的结
构如图I所示。

液晶光开关是由外加电压来控制的。液晶在电场作用下透
光强度将发生变化，通光强度与外加电压的关系曲线称为电光
曲线。以常白模式为例，当电压小于一定数值时，透过率基本
不变，加到一定电压时，透光强度开始变化，随着电压的增加，
透光强度减弱，当电压声道一定值后，透光强度将不再随外加
电压变化了。如图2给出了常白模式液晶的点广特性曲线。

3．液晶光开关的时间响应特性
加上(或去掉)驱动电压能使液晶的开
关状态发生改变，是因为液晶的分子排序发生
了改变，这种重新排序需要一定时间，反映在
时间响应曲线上，用上升时间τ和下降时间
r
τ描述。给液晶开关加上一个如图3上图所
d
示的周期性变化的电压，就可以得到液晶的时
间响应曲线，上升时间和下降时间。
如图3所示。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。早期的液晶显示器在这方面逊色于其
它显示器，现在通过结构方面的改进，己达到
很好的效果。

三、实验装置：
液晶光开关电光特性综合实验仪。

四、数据处理：
1.液晶光开关电光特性测量；
2.1）阈值电压和关断电压的测量，数据如下表所示：
电压（伏）00.50.81.01.21.31.41.51.61.72.03.04.05.06.0

透射率11001001009365503625171154332
（%）21001001009666503625171154332
31001001009565503624161153322
平均10010010094.665.3503624.616.61153.632.62
液晶光开关的点广特性曲线如下图所示：

光强（mW）

100

）
W
m
（50
强
光

0

0246
电压（V）

从图中可得，阈值电压为：1V,关断电压为：1.6V。
2.液晶光开关视角特性的测量（数据表如下）
水平视角特性（供电电压分别为0V和1.4V）：
角度-80-75-70-65-60-55-50-45-40-35-30
（度）
0V173562759298103116110115116
1.4V05121521232528283331
角度-25-20-15-10-50510152025
（度）
0V11410910811110510099101988786
1.4V3534353737333533292625
角度3035404550556065707580
（度）
0V77736158453829181130
1.4V201914118420000

液晶的水平视角特性曲线如下图：

电压0（V）
1.4V
150电压（）

100

）
V
（
0

压50
电

0

-100-50050100
角度（°）

垂直视角特性（供电电压分别为0V和1.4V）：

角度-80-75-70-65-60-55-50-45-40