河北工业大学2010届本科毕业论文前期报告
毕业论文题目：液晶双折射变化率与LCD 光学特性的研究
专业：应用物理学
学生信息：
指导教师信息：
报告提交日期：2011年3月30日
据本论文题目，我们要研究液晶双折射变化率与LCD 光学特性，我们都知道液晶材料的双折射特性对液晶显示器特性的影响非常大，液晶显示器中三基色的透过率随电压的变化不相同，从而造成驱动过程中，对各子像素的调制有差异，从而对驱动系统的要求比较复杂，我们通过研究双折射率随波长的关系来探讨双折射率影响的大小，进而提出改进双折射率变化的方法。
现分别对两篇文献做综述总结，并指出相关有利于本论文的结论
第一篇 First Nematic calamitic liquid crystal with negative birefringence, Ch14 of Anisotropic organic materials （第一向列相矿物液晶和负性双折射）
在这一章中主要论证了侧面高度极化的无环核结构的聚合物能让向列相材料有较低甚至负性的双折射率，颠覆了以前认为的双折射率只是正的并且有着固定的范围+0.02至+0.4，文章报告了第一个双折射值极小甚至为负的向列相液晶———矿物向列相液晶（Nematic Calamitic Liquid Crystals ）
双折射率取决于分子极化程度的各向异性，Vuks 方程la 和lb
?
?????+=+-32321n 022aS a N n e ε （la ）
?
?????=+-3aS -a 3N 2n 1n 0220ε （lb ） 其中S 取向参数，0ε是静态介电常数，N 是单位体积内分子数。
因为a 可以通过孤立的分子通过量子化学方法得到，这样可以推断出哪种分子结构可以形成更小甚至为负的n ?，为了通过计算导出各向异性的量子化数，分子是被定向的，这样最小分子转动惯量就和X 轴一致，最大转动惯量就分别和Y 、Z 轴一致。
分子被认为是均匀形变的，比如说，分子长轴理论上来说和X 轴一致，而张量极化程度的垂直分量是被平均的。
事实上，向列相分子是棒状的，而且长宽比一般是3，有的甚至更大，这意味着大的极化方向是沿着长轴的，也不难推出n ?是大于0的。要想观察较低n ?的方法是引进一个小侧面、高极化程度的聚合物加到一个低折射率的圆柱形核上。
由此方法文章列举了几个结构，说明了液晶的双折射并不是都为正数，液晶可以得到很小甚至为负的双折射，这样的结论可以得到很多运用，把它当做双折射小的惨杂物来和向列相结合等。
第二篇Negative birefringence ferroelectric liquid crystals （负性双折射铁电液晶） 尽管液晶的有用之处是源于它双折射的光强调制器，但它的双折射并不是在所有波长时都是最好的，铁电液晶光调制器在半波片厚度为d 有一个最优半波片板极，
n 2d ?=λ
n ?是波长为λ时的双折射率。通常来说，液晶的双折射随着波长的减少而增加，如果n ?λ是可见光谱上的一个常数，那么就能得到一个非常有用的液晶消色差，液晶的最佳?n 和实际n ?与可见光下波长的关系见Figure 1，
进一步来看，当波长超过最佳值500nm 时，超出越多，分叉越大，这就说明，当波长不是最佳值时，液晶就不再处于半波厚和光透射都减少的状态。除非这时液晶盒能得到一些光补偿
蓝光和红光的透射要比绿光少，这个通过Figure2看出，有负性色散功能的材料能够传播光的消色差。
铁电液晶和向列相盒不同，但两种类型液晶的盒厚都取决于波长，很多研究都致力于使向列相更具有消色差，一种解决的办法就是用组合至少两种聚合物缓聚剂膜来充当补偿物，这样得到的光
就具有消色差，但是用这种方法就会在视角或对比度上付出一定代价，所以，通过液晶本质的补偿对于双折射色散是非常有用的。
最近由Walba 的一份报告。它详细介绍了第一个近晶相介晶的负性双折射不含金属。这些材料，设计成具有高非线性光学活性，形成了连接两个带有偶氮桥介晶分子，其中有介晶基团一人一硝基组外，其余的氨基酸组。该材料具有宽超过30 度近晶A 相、整洁的材料具有负性双折射。然而，因为他们是红颜色，使它们无法成为色补偿材料。
负性双折射材料，有用之处主要是它的双折射调制器，使得液晶双折射被调整到只有通过添加少量的掺杂才能达到的理想水平。在这里，我们证明，通过Walba 的基础思想，将两个带有离域桥的介晶基团分子耦合，这样能使材料更具有负性双折射，这一方法可以使材料具有负性双折射色散。 我们合成负性双折射材料的方法是围绕着连接两个介晶化合物的使用离域连接基团。因此，有三个部分：两个介晶基团，它们不需要相同，核心成分的核心环节，我们将调用连接部分。介晶基团极化程度应尽可能低，以减少沿分子长轴的折射率。相反，连接节的极化应尽可能高，最大限度地沿着横轴的折射率。分子的净双折射会出现一些不平凡的沿轴折射率（两个在这个方向组）减去沿分子连接部分折射率加权平均。该耦合基团的理想衔接取向方向是垂直于长轴的介晶部分。作为第一个近似使用每个基双折射估算最终化合物的双折射。
负性双折射材料的其它设计约束条件，包括长轴大大长于连接轴，否则化合物不会轻易适合近晶C 相的结构，而且，介晶基团和相近的同系物都有近晶相。这将增加产品混入近晶C 材料的成功率。
通过这两篇主要文献，我们知道了液晶可能有负性双折射，并且可以通过多种方法得到负性双折射的液晶，本论文要研究的是液晶的双折射与LCD 光学特性，下图是n ?与波长λ的其中一种关系，其中0e n -n n =?
透过率 ???
???=λnd 2Sin T 2,当波长λ为550nm 时，21nd =?λ，根据不同的值，我们可以得到
∑λT，易知这个值肯定小于1，以上的计算过程通过计算机不同的T，最后我们可以计算出()
编写相关计算程序计算得出。
参考文献
[1]V. Reiffenrath, M. Bremer, First Nematic calamitic liquid crystal with negative birefringence, Ch14 of Anisotropic organic materials, edit by R. Glaser, Wahington DC, (2001)
[2]W. N. Thurmes, M. D. Wand, etal, Negative birefringence ferroelectric liquid crystals, Liq. Cryst. 25(2) 149-151 (1998).
[3] Walba, D. M., Dyer, D. J., Sierra, T., Cobben, P. L.,Shao, R., and Clark, N. A., 1996, J. Am. Chem. Soc.,118, 1211.
课程： 专业班号：姓名：学号： 同组者： 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。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，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。
一、胆甾相液晶的光学性质 胆甾相液晶同其他液晶态物质一样，既有液体的流动性、形变性、粘性，又具有晶体光学各向异性，是一种优良的非线性光学材料。较一般液晶不同的是它具有螺旋的状的分子取向的排列结构，因此，它除了具有普通液晶具有的光学性质外还具有它本身特有的光学特性。 （1）选择性反射 有些胆甾相液晶在白光的照射下，会呈现美丽的色彩。这是它选择反射某些波长的光的结果。实验表明，这种反射遵守晶体衍射的布拉格（Bragg）公式。 一级反射光的波长为： λ=2nPsinφ 其中：λ为反射波的波长，P为胆甾相液晶的螺距，n为平均折射率，φ为 入射波与液晶表面的夹角。 （2）旋光效应 在液晶盒中充入向列相液晶，把两玻璃片绕于他们相互垂直的轴相对扭转90°角度，这样向列相液晶的内部就发生了扭曲，于是形成一个具有扭曲排列的向列相液晶的液晶盒。这样的液晶盒前后放置起偏振片和检偏振片，并使其偏振方向平行。在不加电场时，一束白光射入，液晶盒使入射光的偏振光轴顺从液晶分子的扭曲而旋转了90°。因而光进入检偏振片时，由于偏振光轴相互垂直，光不能通过检偏片，液晶盒不透明，外视场呈暗态，增加外电压，超过某一电压值时，外视场呈亮态，由此就可以得到黑底白像若起偏片与检偏片的偏振方向互相垂直，可得到白底黑像。 （3）圆二色性 圆二色性指材料选择性吸收或反射光束中两个旋向相反的圆偏振光分量中的一个。如果一束入射光照射在液晶盒上，位于反射带内与盒中液晶旋向相同的圆偏振光几乎都被反射出去，而旋向相反的圆偏振光几乎都透射过去，这是一个非常罕见的性质，荷兰菲利浦实验室的两位科学家1998年在Nature上撰文说，利用凝胶态液晶（liquid-crystal gels）的圆二色性，可以实现镜面状态和透明状态之间的切换。 二、胆甾相液晶的电光效应
研究与试制 反射型胆甾相液晶显示器件多畴结构的 形成及相变的研究 Ξ 张 俊1,李 青1,韦 静2,傅伟涛1,庞春霖3 (1.东南大学电子工程系,南京,210096;2.中国电子科技集团公司第五十五研究所,南京,210096; 3.清溢精密光电[深圳]有限公司,广东深圳,518057) 摘 要:主要讨论了采用摩擦工艺形成的胆甾相液晶显示器件的多畴结构。研究在电场作用下多畴结构胆甾相液晶显示器件相变,包括平面织构态(P 态)到焦锥织构态(FC 态)的相变;场致向列态(H 态)到P 态和FC 态的相变。通过显微镜下液晶屏的上电观察,调节脉冲数量和幅度,得到P 态FC 态和H 态之间相变的微观过程,得出胆甾相液晶相变的过程和规律,为实际工艺制作提供了理论指导。 关键词:胆甾相液晶;多畴结构;P 态;FC 态;H 态中图分类号:TN 141.9 文献标识码:A 文章编号:10052488X (2005)0420226203 Re s e a rch on the Fo r m a tion a nd P ha s e T ra ns ition of Re fle c tive CHLCD M ulti 2dom a in S truc ture ZHAN G Jun 1,L IQ ing 1,W E I J ing 2,FU W ei 2tao 1 ,PAN G Chun 2lin (1.E lectron ic E ng ineering D ep a rt m en t ,S ou theast U n iversity ,N anj ing ,210096,CH N ; 2.N o .55R esea rch Institu te ,Ch ina E lectron ics T echnology G roup Corp ora tion ,N anj ing ,210016,CH N ; 3.S up er m ask Co .L td ,S henz hen ,Guang d ong ,518057,CH N ) Abstract :T h is paper in troduces the fo r m ati on of m u lti 2dom ain structu re by rubb ing tech 2no logy in the reflective cho lesteric L CD (CHL CD ).T he phase tran siti on s under electric field are researched w h ich include p lanar tex tu re state (P state )to focal con ic tex tu re state (FC state )and hom eo trop ic state (H state )to p lanar tex tu re state o r focal con ic tex tu re state .T h rough m odu lating the am oun t and the p eak value of w avefo r m ,the phase tran siti on p rocess has been ob served under the m icro scope .It p rovides the theo retical foundati on fo r the p ractical p rocess . Key words :cho lesteric L CD ;m u lti 2dom ain structu re ;P state ;FC state ;H state 第25卷第4期2005年12月 光 电 子 技 术O PTO EL ECTRON I C T ECHNOLO GY V o l .25N o.4 D ec .2005 收稿日期:2005207227 作者简介:张 俊(1981—),男,硕士研究生。主要研究反射型胆甾相液晶多畴结构的形成及其工艺。 李 青(1964—),女,教授。多年从事胆甾相液晶和PD P 显示研究。 韦 静(1966—),女,工程师。长期从事液晶显示的研发和质量管理工作。
液晶的电光特性 液晶是一种即具有液体的流动性又具有类似于晶体的各向异性的特殊物质（材料），它是在1888年内奥地利植物学家首先发现的。在我们的日常生活中，适当浓度的肥皂水溶液就是一种液晶。目前人们发现、合成的液晶材料已近十万种之多，有使用价值的也有4-5千种。随着液晶在平板显示器等领域的应用和不断发展，以及市场的巨大需求。人们对它的研究也进入了一个空前的状态。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。 大多数液晶材料都是由有机化合物构成的。这些有机化合物分子多为细长的棒状结构，长度为数nm，粗细约为量级，并按一定规律排列。根据排列的方式不同，液晶一般被分为三大类1）近晶相液晶，结构大致如图1，图1 图2 图3 这种液晶的结构特点是：分子分层排列，每一层内的分子长轴相互平衡。且垂直或倾斜于层面。2、向列相液晶，结构如图2。这种液晶的结构特点是：分子的位置比较杂乱，不再分层排列。但各分子的长轴方向仍大致相同,光学性质上有点像单轴晶体。3、胆甾相液晶，结构大致如图3。分子也是分屏排列，每一层内的分子长轴方向基本相同。并平行于分层面,但相邻的两个层中分子长轴的方向逐渐转过一个角度,总体来看分子长轴方向呈现一
种螺旋结构。 以上的液晶特点大多是在自然条件下的状态特征，当我们对这些液晶施加外界影响时，他们的状态将会发生改变，从而表现出不同的物理光学特性。 下面我们以最常用的向列液晶为例，分析了解它在外界人为作用下的一些特性和特点。 我们在使用液晶的时候往往会将液晶材料夹在两个玻璃基片之间，并对四周进行密封。为了我们的使用目的，将会对基片的内表面进行适当的处理，以便影响液晶分子的排列。这里介绍相关的三个处理步骤。1、涂覆取向膜，在基片表面形成一种膜。2、摩擦取向，用棉花或绒布按一个方向摩擦取向膜。3、涂覆接触剂。经过这三个步骤后，就可以控制紧靠基片的液晶分子，使其平行于基片并按摩擦方向排列。如果我们使上下两个基片的取向成一定角度，则两个基片间的液晶分子就会形成许多层。如图4的情况(取向成90度)。 即每一层内的分子取向基本一致，且平行于层面。相邻层分子的取向逐渐转动一个角度。从而形成一种被称为扭曲向列的排列方式。这种排列方式和天然胆甾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。
西安交通大学实验报告 第1页（共9页）课程：_______近代物理实验_______ 实验日期：年月日 专业班号______组别_______交报告日期：年月日 姓名__Bigger__学号__报告退发：（订正、重做） 同组者__________教师审批签字： 实验名称：液晶的电光特性 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、实验仪器 激光器，偏振片，液晶屏，光电转换器，光具座等。 三、实验原理 液晶分子的形状如同火柴一样，为棍状，长度在十几埃，直径为4～6埃， 液晶层厚度一般为5-8微米。排列方式和天然胆甾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。 对于介电各向异性的液晶当垂直于螺旋轴的方向对胆甾相液晶施加一电场时，会发现随着电场的增大，螺距也同时增大，当电场达到某一阈值时，螺距趋 于无穷大，胆甾相在电场的作用下转变成了向列相。这也称为退螺旋效应。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。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。根据液晶分子的结构特点,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1中的排列形式。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。 图1液晶分子的扭曲排列变化 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2；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(U th)，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(U r)，标志了获得最大对比度所需的外加电压数值，U r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D r=I max/I min，其中I max为最大观察(接收)亮度(照度)，I min 为最小亮度。陡度β=U r/U th即饱和电压与阈值电压之比。
横向电场对平面织构胆甾相液晶螺距及反射特性的影响? 赵找栗，邓罗根 （北京理工大学 理学院物理系，北京 100081） 摘要：详细阐述一种理论模型，讨论共面转换（IPS ）模式下横向电场对平面织构胆甾相液晶螺距及扭曲角的影响。利用琼斯矩阵法计算了光正入射情况下未加电场时胆甾相液晶的反射谱。在上述模型基础上，计算了施加电场后胆甾相液晶的反射峰值波长以及反射带宽随场强的变化关系。探讨了忽略锚定与强锚定两种边界条件下横向电场对平面织构胆甾相液晶螺距及反射特性的影响。所得结论在理论上证实：共面转换模式下电场可以调谐胆甾相液晶的反射光颜色，从而为基于电控螺距原理的胆甾相液晶反射式彩色显示方案提供了理论上的依据。 关键词：胆甾相液晶，电控螺距，共面转换，琼斯矩阵法 PACC: 6130, 4270D, 7820W, 4270Q 1. 引言 胆甾相液晶的光反射是过去十几年来人们广泛研究的课题之一[1-3]。由于胆甾相液晶具有独特的光学性质而被广泛应用于显示领域[4-5]。胆甾相液晶具有螺旋结构，指向矢沿垂直于它的螺旋轴扭转排列。指向矢扭转π2时螺旋轴上通过的距离称为一个螺距，记作0P 。与胆甾相液晶具有相同旋向的一定带宽内的圆偏振光能被完全反射。布拉格反射带宽为0P n ??=?λ，n ?为胆甾相液晶的介电双折射。反射的中心波长为0P n =λ，平均折射率2/)(e o n n n +=，o n 、e n 分别为液晶中寻常光和非常光的折射率。 1968年Meyer 证实[6]，施加垂直于螺旋轴方向的电场会使胆甾相液晶的螺距增加，由布拉格定律可知反射光颜色可以改变。1970年Kahn 在实验中观察到横向电场作用下胆甾相液晶螺距改变的现象[7]。2004年Li 小组在实验中观察到横向电场作用下胆甾相液晶反射光颜色改变的现象[8]。基于上述现象，本文详细阐述一种理论模型，讨论共面转换模式[9-11]下横向电场对平面结构胆甾相液晶螺距以及扭曲角的影响。利用上述模型，用琼斯矩阵法计算了光正入射情况下胆甾相液晶的反射峰值波长（或是反射光颜色）以及反射带宽随场强的变 化关系。处理过程中借助了变分法与椭圆积分数学工具。 国家自然科学基金（批准号：10474006）资助的课题。E-mail: luogen@https://www.doczj.com/doc/b612571459.html, https://www.doczj.com/doc/b612571459.html,
液晶的光学特性分析 光的偏振性 光矢量 麦克斯韦在电磁波理论中指出电磁波是横波，由两个相互垂直的振动矢量即电场强度E和磁场强度H来表征，由于人们从光的偏振现象认识到光是横波，而且光速的测量值与电磁波速的理论计算值相符合，所以肯定光是一种电磁波，大量试验表明：在光波中产生感光作用和生理作用的是电场强度E，所以规定E 为光矢量，我们把E的振动称为光振动，光矢量E的方向就是光振动的方向。自然光： 一个原子或分子在某一瞬间发出的光本来是有确定振动方向的光波列，但是通常的光是大量原子的无规率发射，是一个瞬息万变、无序间歇过程，所以各个波列的光矢量可以分布在一切可能的方位，平均来看，光矢量对于光的传播方向成对成均匀分布，没有任何一个方位较其它方位更占优势，这种光就叫自然光。 自然光在反射、散射或通过某些晶体时，其偏振状态会发生变化。例如阳光是自然光，但经天空漫射后是部分偏振的，一些室内的透明塑料盒，如录音带盒，在某些角度上会出现斑澜色彩，就是偏振光干涉的结果。 自然光的分解： 在自然光中，任何取向的光矢量都可分解为两个相互垂直方向上的分量，很显然，自然光可用振幅相等的两个相互垂直方向上的振动来表示。 应当指出，由于自然光中振动的无序性，所以这两个相互垂直的光振动之间没有恒定的位相差，但应注意的是不能将两个相位无关联的光矢量合成为一个稳定的偏振光，显然对应两个相互垂直振动的光强各为自然光光强的一半。 如果采用某种方法能把两个相互垂直的振动之一去掉，那就获得了线偏振光，如果只能去掉两个振动之一的一部分，则称为部分偏振光。
偏振光 线偏振光：如果光矢量在一个固定平面内只沿一个固定的方向振动，这种光称为线偏振光，也叫面偏振光或全偏振光，线偏振光的光矢量方向和传播方向构成的平面称为振动面，线偏振光的振动面是固定不变的。 部分偏振光： 这是介于偏振光和自然光之间的一种偏振光，在垂直于这种光的传播方向的平面内，各方向的振动都有，但它们的振幅不相等。 值得注意的是，这种偏振光的各方向振动的光矢量之间也没有固定的相位关系，与部分偏振光相对应，有时称线偏振光为完全偏振光。 圆偏振光和椭圆偏振光： 这两种光的特点是在垂直于光的传播方向的平面内，光矢量按一定频率旋转(左旋或右旋)，如果光矢量端点的轨迹是一个圆，这种光叫圆偏振光；如果光矢
液晶高分子的性质及应用 作者：翟洪岩、杨怀斌、岳敏、尹国强、张家乐、张维液晶高分子自上世纪70年代被开发出以来，经历了一系列的发展，现已成为普遍使用的一种高分子材料。人们已对液晶高分子的结构、性质、合成方法以及液晶高分子的应用都有了较为深刻的认识。这篇文章讨论的主要关于高分子液晶的性质（物理性质）及其应用。 一、高分子液晶的物理性质。 液晶高分子作为一种特殊的高分子材料，自然具有与一般高分子材料不同的性质。液晶具有液体的流动性和固体的有序性，对外界刺激如光、机械压力、温度、电磁场及化学环境的变化具有较高的灵敏性。高分子液晶制品具有高强度、高模量，尺寸稳定性、阻燃性、绝缘性好，耐高温、耐辐射、耐化学药品腐蚀、线膨胀率低，并有良好的加工流动性等优异性能。 1、高弹性。 液晶对外场作用较为敏感，即使不大的电磁力、切变力、表面吸附等都能使液晶产生较大形变。液晶可独立存在展曲、扭曲、弯曲三种弹性形变。 2、粘滞性与流变性。 液晶存在取向有序性，这将影响流体力学行为。而液晶高分子还具有的高分子的粘滞特性，这与分子长度密切相关。一般液晶高分子为多畴状态，畴的大小在几微米之内，故在宏观上液晶高分子是各向同性的，其许多物理性质如力学性能等，表观上也是多向同性的。溶致型液晶高分子溶液在各向同性相时，粘度随浓度增大而增大。进入液晶相后，粘滞系数突然降低。分子量越大，进入液晶相浓度也越低，最大粘滞系数升高。 体系进入液晶相后，指向矢受切变流的影响而沿它的流动方向取向，从而迅速降低了粘滞系数。当切变流动停止一段时间后，样品会逐渐弛豫回原来的多畴状态。如果在此之前就使液晶高分子降温或溶剂移走成为固态，仍可获得相当好的宏观取向，即各向异性固体。 3、其他性质。 胆甾相液晶具有螺旋结构。因此有特殊的光学性质，如选择反射、圆二色性、强烈的旋光性及其色散、电光和磁光效应等。
液晶的电光特性（二） 实验目的 1、测量液晶扭曲角； 2、对比度的测量； 3、上升沿时间T1 与下降沿时间T2的测量； 4、通过测量衍射角推算出特定条件下，液晶的结构尺寸； 5、观察、测量衍射斑的偏振状态； 实验原理 1、液晶的分类及特点： 大多数液晶材料都是由有机化合物构成的。这些有机化合物分子多为细长的棒状结构，长度为数nm，粗细约为0.1nm量级，并按一定规律排列。 根据排列的方式不同，液晶一般被分为三大类 1）近晶相液晶；这种液晶的结构特点是：分子分层排列，每一层内的分子长轴相互平衡。且垂直或倾斜于层面。 2）向列相液晶；这种液晶的结构特点是：分子的位置比较杂乱，不再
分层排列。但各分子的长轴方向仍大致相同,光学性质上有点像单轴晶体。 3）胆甾相液晶；这种液晶的结构特点是：分子也是分屏排列，每一层内的分子长轴方向基本相同。并平行于分层面,但相邻的两个层中分子长轴的方向逐渐转过一个角度,总体来看分子长轴方向呈现一种螺旋结构。 2、液晶盒： TN型液晶盒结构如图1所示 1.电极 2.液晶 3.7.配向膜 4.6玻璃 5.胶框 图1 TN型液晶盒结构图 在涂覆透明电极的两枚玻璃基板之间，夹有正介电各向异性的向列相液晶薄层，四周用密封材料（一般为环氧树脂）密封。玻璃基板内侧覆盖着一层定向层，通常是一薄层高分子有机物，经定向摩擦处理，可使棒状液晶分子平行于玻璃表面，沿定向处理的方向排列。上下玻璃表面的定向方向是相互垂直的，这样，盒内液晶分子的取向逐渐扭曲，从上玻璃片到
下玻璃片扭曲了90度，所以称为扭曲向列型。 3、液晶对外电场的响应速度： 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。 实验仪器介绍： 主机箱“液晶驱动电源”主要功能为液晶合的工作电压、间歇频率、驱动频率的调节，以及液晶合的工作状态等。各面板元器件作用与功能如下：液晶实验主机前面板 1）表头：3位半数字表头，用于指示液晶合工作电压的大小，可通过驱动电压旋钮进行调节。
胆甾型液晶显示的研究及进展 摘要 胆甾相液晶是一种在一定温度范围内呈现液晶相的胆甾醇衍生物，其分子内具有手性碳原子和周期性螺旋结构。在液晶相状态下具有独特的光学特性，因此在功能材料领域具有广阔的应用前景。本文系统阐述了其在光学显示领域的研究进展 关键字：胆甾相液晶，用途，特性，进展 1.胆甾型液晶简介 液晶是处于固态和液态之间具有一定有序性的有机物质，具有光电动态散射特性；它有多种液晶相态，例如胆甾相，近晶相，向列相等。由于液晶分子的有序排列，使得其呈现有选择的散射，也因此使其具有显示功能的潜力。 胆甾相液晶是一种在一定温度范围内呈现液晶相的胆甾醇衍生物，其分子内具有手性碳原子 和周期性螺旋结构。在液晶相状态下具有独特的光学特性，类似一维光子晶体，具有选择性布拉格反射，因此在功能材料领域具有广阔的应用前景[1]。 2.胆甾型液晶组成及排列 2.1.胆甾型液晶组成 单一成分的胆甾型液晶：此类胆甾相液晶分子本身就具有旋光性，大部分是胆甾醇的卤化物、脂肪酸或碳酸酯等衍生物，分子结构通式如图2-1所示，其中-R1为饱和碳链, -R2为任意原子团[2]。 图2-1 胆甾醇酯分子通式 此外对氧化偶氮苯甲醚类、对正甲氧基苯甲醛类化合物，具有不对称碳原子，呈长棒状的化合物等通常都可能成为胆甾相液晶。 多组分的胆甾型液晶：为满足液晶各方面性质的要求，故用于显示的胆甾相液晶一般是混合物，可以由胆甾型液晶与胆甾型液晶互混而成，也可以通过向具
有不对称碳原子、存在相互成对应体的旋光异构体的向列相液晶分子中添加手性掺杂剂来获得[3]。 2.2.胆甾型液晶分子排列 胆甾型液晶具有层状的分子排列结构，层与层间相互平行，其分子细长，长轴具有沿某一优先方向取向，相邻两层分子间的取向不同，一般相差15°左右，且该优先方向取向在空间沿螺旋轴(光轴方向) 螺旋状旋转。这种特殊的螺旋状结构使得胆甾相晶体具有明显的旋光性、圆偏振光二向色性以及选择性布拉格反射。 图2-2 胆甾型液晶分子排列 按照螺旋轴的取向，胆甾相液晶主要分为两种组织结构，一种是平面结构，其螺旋轴与基片垂直；另外一种是焦锥结构，其螺旋轴与基片平行。 图2-3 胆甾相液晶两种组织结构 3.胆甾型液晶特性及用途 由于液晶分子头尾、两侧所接分子基团的不同，使得分子在长轴和短轴两个方向上具有不同的物化性质。因此，液晶分子在外场作用下表现出介电各向异性、磁各向异性以及光学折射率各向异性。 胆甾型液晶具有双稳态特性（SSCT、PSCT），这是其应用于电子纸显示的基础。在施加不同强度外电场作用的情况下，胆甾型分子的螺旋结构发生改变而分别呈现亮和暗的状态。在亮的状态下，液晶分子处于平面态，液晶分子螺旋轴与基板表面基本都垂直，这时若螺距与入射光波长相近或相等，满足布拉格反射条件，则该波长的入射光就会被反射。相反，如果螺旋轴与基板表面在暗态时基本都平行，液晶分子呈现不规则排列时，入射光被散射，或被下基板表面的吸收层所吸收，没有光线射出。作为一种反射式显示技术，胆甾型液晶显示可采用无源矩阵方式进行驱动，不需要背光源和偏振片。若需要获得彩色显示，可以通过
关于液晶的初步了解 物理系光信息科学与技术1091120205 王建俊液晶是一种新型材料，对于我们学光学的学生来说有很大的研究价值，有很多关于这种新型材料的研究成果等待着我们这一代人去探索发现。 液晶的发现可以追溯到十九世纪末，它是由奥地利植物学家斐德烈莱尼泽在做加热胆甾醇的苯甲酸脂实验时发现，当加热使温度升高到一定程度后，结晶的固体开始溶解。但溶化后不是透明的液体，而是一种呈混浊态的粘稠液体，并发出多彩而美丽的珍珠光泽。当再进一步升温后，才变成透明的液体。就是由这种前所未有的现象才拉开了液晶研究的序幕。 液晶实际上是物质存在的一种状态，也有人将液晶称为物质的第四态。从不同的角度可以对液晶进行不同的分类。 一种分类方法将液晶分成两类：溶致液晶和热致液晶。前者要溶解在水或有机溶剂中才显示出液晶态，后者则要在一定的温度范围内才呈现出液晶状态。 还有一种分类将液晶分为向列型，近晶型，胆甾型等。向列型液晶由长径比很大的棒状分子组成，保持与轴向平行的排列状态。因为分子的重心杂乱无序，并容易顺着长轴方向自由移动，所以像液体一样富于流动性。正由于向列型液晶分子的这种一致排列，使得它的光学特性很像单轴晶体，呈正的双折射性。对外界的电、磁、温度、应力都比较敏感，是显示器件上广泛使用的材料；近晶型液晶按层状排列，由棒状或条状分子呈二维有序排列组成。层内分子长轴相互平行，其方向可以垂直于层面或与层面成倾斜排列。层与层之间的作用较弱，容易滑动，因此具有二维的流动特性。近晶相液晶的粘度与表面张力都较大，用手摸有似肥皂的滑涩感，对外界的电、磁、温度变化都不敏感。这种液晶光学上显示正的双折射性；胆甾型液晶和近晶型一样具有层状结构，但层内分子排列则与向列型液晶类似，分子长轴在层内是相互平行的，而在垂直这个平面上，每层分子都会旋转一个角度。液晶整体呈螺旋结构。螺距的长度是可见光波长的数量级。由于胆甾型液晶的分子排列旋转方向可以是左旋，也可以是右旋，当螺距与某一波长接近时，会引起这个波长光的布拉格散射，呈某一种色彩。胆甾型液晶具有负的双折射性质。一定强度的电场、磁场也可使胆甾相液晶转变为向列相液晶。胆甾相液晶易受外力的影响，特别对温度敏感，由于温度主要引起螺距的改变，因此胆甾相液晶随温度改变颜色。 液晶作为一种新型的物质，具有不同于普通物质的性质。特别是在光学性质方面由于它的特殊的结构使它具有非同寻常的特征。
一、光学薄膜简介 1、光学薄膜的定义 光学薄膜在我们的生活中无处不在，从精密及光学设备、显示器设备到日常生活中的光学薄膜应用;比方说，平时戴的眼镜、数码相机、各式家电用品，或者是钞票上的防伪技术，皆能被称之为光学薄膜技术应用之延伸。倘若没有光学薄膜技术作为发展基础，近代光电、通讯或是镭射技术将无法有所进展，这也显示出光学薄膜技术研究发展的重要性。 光学薄膜系指在光学元件或独立基板上，制镀上或涂布一层或多层介电质膜或金属膜或这两类膜的组合，以改变光波之传递特性，包括光的透射、反射、吸收、散射、偏振及相位改变。故经由适当设计可以调变不同波段元件表面之穿透率及反射率，亦可以使不同偏振平面的光具有不同的特性。 一般来说，光学薄膜的生产方式主要分为干法和湿法的生产工艺。所谓的干式就是没有液体出现在整个加工过程中，例如真空蒸镀是在一真空环境中，以电能加热固体原物料，经升华成气体后附着在一个固体基材的表面上，完成涂布加工。日常生活中所看到装饰用的金色、银色或具金属质感的包装膜，就是以干式涂布方式制造的产品。但是在实际量产的考虑下，干式涂布运用的范围小于湿式涂布。湿式涂布一般的做法是把具有各种功能的成分混合成液态涂料，以不同的加工方式涂布在基材上，然后使液态涂料干燥固化做成产品。在本文中仅讨论湿式涂布技术的光学薄膜产业。 2、光学薄膜种类 光学薄膜根据其用途分类、特性与应用可分为：反射膜、增透膜/减反射膜、滤光片、偏光片/偏光膜、补偿膜/相位差板、配向膜、扩散膜/片、增亮膜/棱镜片/聚光片、遮光膜/黑白胶等。相关衍生的种类有光学级保护膜、窗膜等。 2.1、反射膜 反射膜一般可分为两类，一类是金属反射膜，一类是全电介质反射膜。此外，还有将两者结合的金属电介质反射膜，功能是增加光学表面的反射率。 一般金属都具有较大的消光系数。当光束由空气入射到金属表面时，进入金属内的光振幅迅速衰减，使得进入金属内部的光能相应减少，而反射光能增加。消光系数越大，光振幅衰减越迅速，进入金属内部的光能越少，反射率越高。人们总是选择消光系数较大，光学性质较稳定的金属作为金属膜材料。在紫外区常用的金属薄材料是铝，在可见光区常用铝和银，在红外区常用金、银和铜，此外，铬和铂也常作一些特种薄膜的膜料。由于铝、银、铜等材料在空气中很容易氧化而降低性能，所以必须用电介质膜加以保护。常用的保护膜材料有一氧化硅、氟化镁、二氧化硅、三氧化二铝等。 金属反射膜的优点是制备工艺简单，工作的波长范围宽;缺点是光损大，反射率不可能很高。为了使金属反射膜的反射率进一步提高，可以在膜的外侧加镀几层一定厚度的电介质层，组成金属电介质反射膜。需要指出的是，金属电介质射膜增加了某一波长(或者某一波
液晶的电光特性实验报 告含思考题 Revised as of 23 November 2020
西安交通大学实验报告 第 1 页（共 9 页） 课程：_______近代物理实验_______ 实验日期：年月日 专业班号______组别_______交报告日期：年月日 姓名__Bigger__学号__报告退发：（订正、重做） 同组者__ ________教师审批签字： 实验名称：液晶的电光特性 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、实验仪器 激光器，偏振片，液晶屏，光电转换器，光具座等。 三、实验原理 液晶分子的形状如同火柴一样，为棍状，长度在十几埃，直径为4～6埃， 液晶层厚度一般为5-8微米。排列方式和天然胆甾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。
对于介电各向异性的液晶当垂直于螺旋轴的方向对胆甾相液晶施加一电场时，会发现随着电场的增大，螺距也同时增大，当电场达到某一阈值时，螺距趋于无穷大，胆甾相在电场的作用下转变成了向列相。这也称为退螺旋效应。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。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。根据液晶分子的结构特点,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1中的排列形式。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。 图1 液晶分子的扭曲排列变化 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
TFT-LCD液晶显示器的工作原理(上) 谢崇凯 我一直记得，当初刚开始从事有关液晶显示器相关的工作时，常常遇到的困扰，就是不知道怎么跟人家解释，液晶显示器是什么? 只好随着不同的应用环境，来解释给人家听。在最早的时候是告诉人家，就是掌上型电动玩具上所用的显示屏，随着笔记型计算机开始普及，就可以告诉人家说，就是使用在笔记型计算机上的显示器。随着手机的流行，又可以告诉人家说，是使用在手机上的显示板。时至今日，液晶显示器，对于一般普罗大众，已经不再是生涩的名词。而它更是继半导体后另一种可以再创造大量营业额的新兴科技产品，更由于其轻薄的特性，因此它的应用范围比起原先使用阴极射线管(CRT，cathode-ray tube)所作成的显示器更多更广。 如同我前面所提到的，液晶显示器泛指一大堆利用液晶所制作出来的显示器。而今日对液晶显示器这个名称，大多是指使用于笔记型计算机，或是桌上型计算机应用方面的显示器。也就是薄膜晶体管液晶显示器。其英文名称为Thin-film transistor liquid crystal display，简称之TFT LCD。从它的英文名称中我们可以知道，这一种显示器它的构成主要有两个特征，一个是薄膜晶体管，另一个就是液晶本身。我们先谈谈液晶本身。 液晶(LC，liquid crystal)的分类 我们一般都认为物质像水一样都有三态，分别是固态液态跟气态。其实物质的三态是针对水而言，对于不同的物质，可能有其它不同的状态存在。以我们要谈到的液晶态而言，它是介于固体跟液体之间的一种状态，其实这种状态仅是材料的一种相变化的过程(请见图1)，只要材料具有上述的过程，即在固态及液态间有此一状态存在，物理学家便称之为液态晶体。
胆甾相液晶可见光布拉格反射实验 阮 亮 丁慎训 杨秀珍 (清华大学现代应用物理系，北京 100084) 摘 要 胆甾相液晶可见光反射行为，在某种意义上与晶体粉末样品X光衍射相似，本文主要提供一个巧妙而又直观的布拉格反射实验方法，并测量胆甾相结构周期——螺距与温度的关系，进而揭示胆甾相液晶热色效应的机理. 关键词 胆甾相液晶；布拉格反射 分类号 O 734.2 研究布拉格反射规律通常是使用X射线或微波，本文则提供了一个更直观的实验来达到这一目的.实验用胆甾相的多畴螺旋结构代替晶体粉末样品，由胆甾相螺旋结构的周期——半螺距P/2代替晶体的晶格常数a，用可见光来代替X射线或微波，既可用肉眼观察，又可用实验装置定量的测量. 为了进一步阐明实验原理，有必要对物质中介态——液晶态作一简单介绍.某些具有各向异性的分子(如棒状、板状、盘状)组成的有机化合物可以为液晶，它是一个介于固相和液相之间的中介相，加热过程中液晶有一个固相到液晶相转变的温度T m(熔点)，继而有一个液晶相到各向同性液相的转变温度T c(清亮点——由混浊的液晶相变为清彻透明的液相而得名)，因此，仅在T m～T c温度范围内为液晶相.它具有晶体的各向异性，又具有液体的流动性，此类液晶属热致液
晶，其结构可分为三大类：近晶型、向列型、胆甾型，分别如图1的(a)、(b)、(c).向列相中长棒状分子的位置是无序的， 图1 液晶的分子排列 但分子取向是有序的，沿某一从优方向取向，此从优方向用一单位矢量n(称为指向矢)来描述，液晶相中n和-n是不可区别的.胆甾相可以认为是螺旋向列相，指向矢n在空间不是恒定的，沿螺旋轴(光轴)螺旋状旋转.胆甾相结构沿光轴呈周期变化，由于n和-n的等价性，所以其重复周期为半螺距P/2.由于其结构的特征，胆甾相光学性质是独特的，指向矢n旋转上千圈/mm；又由于半螺距的典型值约为 3 000，它远大于分子的线度，与可见光波长相当，所以这种周期结构可以产生可见光的布拉格反射.当然，胆甾相螺距由材料本身的组分确定，并随外界温度(电场、磁场等因素)而变化，产生色彩鲜明的布拉格反射谱，形成有趣而实用的胆甾相热色(温度)效应(电光、磁光效应)，较固定晶格常数的晶体具有更丰富、更奇妙的性质.
第2、3节半导体__液晶 一、半导体及常见半导体元件 1．半导体 (1)概念：导电性能介于导体与绝缘体之间的物质。 (2)特性： ①半导体的电阻率介于导体和绝缘体之间。 ②通过控制半导体材料的杂质浓度，可以控制半导体的导电性能。 ③一般情况下，金属导体的电阻率与温度呈线性关系，而半导体的电阻率与温度的关系较为复杂。 (3)应用：在信息技术、自动控制、现代照明系统等方面应用广泛。 (4)分类：N型半导体和P型半导体。 2．晶体管和集成电路 (1)晶体管 ①二极管：由PN结合成，具有单向导电性。 ②三极管：具有放大作用。 (2)集成电路：由成千上万个二极管、三极管、电阻和电容等元件构成的芯片，其作用是对信息进行存储、处理、控制和显示。 (3)光敏电阻：一种受光照射，电阻率迅速下降的半导体器件，常用于一些自动控制的装备中。 (4)热敏电阻：在温度变化时，电阻率迅速变化的半导体器件。一种是负温度系数热敏电阻；一种是正温度系数热敏电阻。 (5)发光二极管：通电后能发光的半导体元件。 二、液晶 1．液晶 (1)液晶态：处于固态与液态之间的过渡状态。 (2)液晶：处于液晶态的物质。 2．结构 分子排列的有序性介于固体和液体之间。 3．液晶显示 (1)液晶分子的排列会因外界条件的变化而变化，由此引起液晶光学性质的改变。
(2)液晶显示器的应用非常广泛。 1．判断：(1)控制半导体材料的导电性能可通过控制掺入杂质的浓度来控制。() (2)二极管具有放大电流的作用。() (3)发光二极管只能发出微弱的红光和绿光，不能用来照明。() 答案：(1)√(2)×(3)× 2．思考：：观察图片思考一下液晶显示是如何发展起来的？ 提示：液晶分子的排列顺序会因温度、压强、电磁作用等外界条件的微小变动而发生变化，由此引起光学性质的改变，液晶显示就是利用这些性质而发展起来的。 1. (1)半导体二极管： ①半导体二极管具有单向导电性，即仅允许电流由一个方向通过元件； ②半导体二极管的应用：检波、鉴频、限幅、电源设备的整流电路、电源供给电路中的稳压等均应用了半导体二极管。 (2)发光二极管：多在电路及仪器中用作指示灯，或组成文字、数字进行显示，也可用作照明。 (1)热敏电阻的电阻率随温度升高可减小也可增大，光敏电阻在光照条件下电阻率迅速减小。
告 第1 页(共９页)课程：___＿__＿近代物理实验＿___＿＿_?实验日期：? 年月日 专业班号__＿＿＿_组别＿__＿＿＿＿?交报告日期：?年 月日 姓名__Bｉgger__学号__报告退发:（订正、重做） 同组者__ _＿______?教师审批签字： 实验名称：液晶的电光特性 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、实验仪器 激光器,偏振片,液晶屏,光电转换器，光具座等。 三、实验原理 液晶分子的形状如同火柴一样,为棍状，长度在十几埃,直径为4～６埃,液晶 层厚度一般为５-８微米。排列方式和天然胆甾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。 对于介电各向异性的液晶当垂直于螺旋轴的方向对胆甾相液晶施加一电场时,会发现随着电场的增大,螺距也同时增大,当电场达到某一阈值时,螺距趋于无 穷大,胆甾相在电场的作用下转变成了向列相。这也称为退螺旋效应。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。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。根据液晶分子的结构特点，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１中的排列形式。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。 图１液晶分子的扭曲排列变化 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2；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 小则易获得良好的显示效果,且降低显示功耗，对比度所需的外加电压数值，U ｒ 显示寿命有利。对比度D r ＝I maｘ／Iｍｉn,其中Ｉｍａx为最大观察(接收)亮度(照度)，I min为最小亮度。陡度β= U r/ U th即饱和电压与阈值电压之比。