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液晶电光效应实验
一、实验目的
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。
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，1963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。
这时，液晶分子对偏振光的旋光作用将会减弱或消失。通过检偏器，我们可以清晰地观察到偏振态的变化。大多数液晶器件都是这样工作的。以上的分析只是对液晶盒在“开关”两种极端状态下的情况作了一些初步的分析。
若将液晶盒放在两片平行偏振片之间，其偏振方向与上表面液晶分子取向相同。不加电
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压时，入射光通过起偏器形成的线偏振光，经过液晶盒后偏振方向随液晶分子轴旋转90，不能通过检偏器；施加电压后，透过检偏器的光强与施加在液晶盒上电压大小的关系见图5；其中纵坐标为透光强度，横坐标为外加电压。最大透光强度的10%所对应的外加电压值称为阈值电压(Uth)，标志了液晶电光效应有可观察反应的开始(或称起辉)，阈值电压小，是电光效应好的一个重要指标。最大透光强度的90%对应的外加电压值称为饱和电压(Ur)，标志了获得最大对比度所需的外加电压数值，Ur小则易获得良好的显示效果，且降低显示功耗，对显示寿命有利。对比度Dr=Imax/Imin，其中Imax为最大观察(接收)亮度(照度)，Imin为最小亮度。陡度β=Ur/Uth即饱和电压与阈值电压之比。
以上的分析只是对液晶盒在“开关”两种极端状态下的情况作了一些初步的分析。而对于这两个状态之间的中间状态。我们还没有一个清晰的认识，其实在这个中间状态，有着极其丰富多彩的光学现象。在实验中我们将会一一观察和分析。
液晶对变化的外界电场的响应速度是液晶产品的一个十分重要的参数。一般来说液晶的响应速度是比较低的。我们用上升沿时间和下降沿时间来衡液晶对外界驱动信号的响应速度情况。
三：实验仪器：
1、控制机箱2、液晶电光效应光具座架3、激光器4、起偏器5、液晶屏 6、检偏器7、光电池 四：实验结果: 1、 液晶电光特性测量
幅值 0 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 光电流值 0.235 0.235 0.234 0.234 0.233 0.233 0.233 0.234 0.234 0.234 0.233 0.234 0.234 0.233 0.233 0.232 0.231 0.228 0.223 0.211 0.192 0.164 0.129 0.093 0.06 0.038 0.022 0.012 0.006 0.003 透过率 1 1 0.99574 0.99574 0.99149 0.99149 0.99149 0.99574 0.99574 0.99574 0.99149 0.99574 0.99574 0.99149 0.99149 0.98723 0.98298 0.97021 0.94894 0.89787 0.81702 0.69787 0.54894 0.39574 0.25532 0.1617 0.09362 0.05106 0.02553 0.01277 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5 0.002 0.002 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0 0 0 0 0.00851 0.00851 0.00426 0.00426 0.00426 0.00426 0.00426 0 0 0 0 作图
可得90%透过率时驱动电压幅值为2.9V，10%透过率幅值为3.6V。
2.液晶屏视角特性测量 度数（°） -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 五：思考与分析:
1、饱和电压与阀值电压的物理意义及作用在于最大透光强度的10%所对应的外加电压值称为阈值电压(Uth)，标志了液晶电光效应有可观察反应的开始(或称起辉)，阈值电压小，是电光效应好的一个重要指标。最大透光强度的90%对应的外加电压值称为饱和电压(Ur)，标志
mA（U=0 V） 0.136 0.272 0.271 0.254 0.241 0.258 0.280 0.274 0.147 mA（U=2 V） 0.137 0.265 0.275 0.261 0.255 0.264 0.279 0.273 0.149 了获得最大对比度所需的外加电压数值，Ur小则易获得良好的显示效果，且降低显示功耗，对显示寿命有利。对比度Dr=Imax/Imin，其中Imax为最大观察(接收)亮度(照度)，Imin为最小亮度。陡度β=Ur/Uth即饱和电压与阈值电压之比。
2、液晶屏视角特性测量意义在于探索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。
3、液晶在生活方面的应用
在生活中，液晶最为常见的应用是液晶显示器。现在，它已经广泛应用于手表、计算器、时钟、电话、照相机、办公设备、个人计算机，温度计、袖珍电视、汽车仪表盘等设备中。有些变色窗户中也使用了液晶材料。
（1）一笔记本电脑用的液晶显示屏：（2）额头温度计（液晶变色温度计）液晶温度计：能安全准确的测试温度，包括体温、水温、气体及各种固体物表面等。适用于奶瓶、酒瓶、饮料、冰箱、水壶、鱼缸等。
此外，液晶对气体和蒸汽污染的灵敏度高于氧,氮及惰性气体. 它能记录有害气体的浓度,并能精确测定漏气部位,以保证安全. 测量的灵敏度可达百万分之几. 这对环境保护监测工作有重要价值. 例如胆甾液晶对不同有机溶剂气体可显示不同的颜色。
液晶更可以用于检测肿瘤。用涂有胆甾型液晶的黑底薄膜,贴在病灶区的皮肤上,则能显示温度不到一度的彩色温度变化图. 利用液晶诊断肿瘤、动脉血栓和静脉肿瘤,以提供手术的准确部位,并能根据皮肤温度的变化,以及交感神经系统的堵塞情况,以判断神经系统及血管系统是否开放. 液晶在0～250 ℃之间对温度变化都很灵敏,根据选用的混合物液晶能显示1～5 ℃之间温度变化的全谱图,即使小于0125 ℃的温度变化,也可以清楚地看出。