实验题目：液晶电光效应
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；
2、观察液晶光开关的时间响应曲线，并求出液晶的
上升时间和下降时间；
3、测量液晶显示器的视角特性；
4、了解一般液晶显示器件的工作原理。
实验原理：
TN型液晶光开关工作原理
两张偏振片贴于玻璃的两面，上下电极的定向方向相互垂直，P1的透光轴与上电极的定向方向相同，P2的透光轴与下电极的定向方向相同，于是P1和P2的透光轴相互正交。
在未加驱动电压的情况下，来自光源的自然光经过偏振片P1后只剩下平行于透光轴的线偏振光，该线偏振光到达输出面时，其偏振面旋转了90°。
这时光的偏振面与P2的透光轴平行，因而有光通过。
（见原理示意图）
当施加足够电压时(一般为1～2伏)，在静电场的作用下，液晶分子趋于平行于电场方向排列。
原来的扭曲结构被破坏，从P1透射出来的偏振光的偏振方向在液晶中传播时不再旋转，保持原来的偏振方向到达下电极。
这时光的偏振方向与P2正交，因而光被关断。
由于上述光开关在没有电场的情况下让光透过，加上电场的时候光被关断，因此叫做常白模式。
液晶光开关电光特性曲线
液晶驱动电压和时间响应曲线
实验步骤：
1、校准透过率为100％，
2、液晶电光特性的测量：
静态模式下使电压从0v到6v记录相应的透射率。
绘制电光曲线图求出阈值电压与关断电压。
3、液晶时间特性曲线测定：
静态闪烁状态，透过率为100％，电压为2v,由示波器观察到驱动电压波形及时间特性曲线，并求出上升时间与下降时间。
4、液晶视角特性的测量
（1) 水平视角的测量
电压在0v下，角度从-75度至+75度,读出每一角度下透射率的最大值。
电压在2v下，角度从-75度至+75度,读出每一角度下透射率的
最小值。
计算对比度，绘制曲线图。
（2) 垂直视角的测量（同上）
电压在0v下，角度从-75度至+75度,读出每一角度下透射率的
最大值。
电压在2v下，角度从-75度至+75度,读出每一角度下透射率的
最小值。
计算对比度，绘制曲线图。
5、液晶图像显示原理
动态模式，电压5v左右。
按矩阵开关可以改变像素的通断状态，使暗或亮像素组合成一个字符或文字。
注意事项：
1．绝对禁止用光束照射他人眼睛或直视光束本身，以防伤害眼睛！2．在进行液晶视角特性实验种，更换液晶板方向时，务必断开总电源后，再进行插取，否则将会损坏液晶板；
3．液晶板凸起面必须要朝向激光发射方向，否则实验记录的数据为错误数据；
4．在调节透过率100％时，如果透过率显示不稳定，则很有可能是光路没有对准，
5．在校准透过率100％前，必须将液晶供电电压显示调到0.00V或显示
大于“250” ，否则无法校准透过率为100％。
在实验中，电压为0.00V 时，不要长时间按住“透过率校准”按钮，否则透过率显示将进入非工作状态，本组测试的数据为错误数据，需要重新进行本组实验数据记录。
实验数据：
表一：液晶开关电光特性测量
表二：液晶的时间响应的测量数据
次数 1 2 3 平均值上升时间/τr（mm）42 43 43 42.7
下降时间/τd（mm）39 40 40 39.7
表三：液晶的水平视角的测量数据
角度（度）-75-70-65-60-55-50-45-40
T max（%）28.4 41.2 52.8 63.8 72.4 80.3 86.5 91.4 T min（%） 2.9 3.7 4.1 4.3 4.2 4.1 4.2 4.4 T max/T min9.79310 11.13514 12.87805 14.83721 17.23810 19.58537 20.59524 20.77273 角度（度）-35-30-25-20-15-10-50
T max（%）93.6 96.8 98.9 99.6 99.7 99.7 99.8 100 T min（%） 4.6 4.7 4.6 4.5 4.3 4.3 4.1 4.0 T max/T min20.34783 20.59574 21.5 22.13333 23.18605 23.18605 24.34146 25 角度（度）510152025303540
T max（%）100 101 101 101 100 98.6 96.0 94.2 T min（%） 4.0 4.1 4.3 4.3 4.5 4.7 4.7 4.7 T max/T min25 24.63415 23.48837 23.48837 22.22222 20.97872 20.42553 20.04255 角度（度）45505560657075
T max（%）90.1 85.0 77.7 69.4 59.2 47.5 34.3
T min（%） 4.5 4.4 4.4 4.5 4.5 4.0 3.1
T max/T min20.02222 19.31818 17.65909 15.42222 13.15556 11.875 11.06452
表四：液晶的垂直视角的测量数据
角度（度）
-75-70-65-60-55-50-45-40 T max（%）
33.0 49.2 60.0 66.9 71.7 74.8 78.3 81.7 T min（%）
34.5 50.9 62.5 69.5 72.5 71.8 67.8 60.8 T max/T min
0.95652 0.96660 0.96 0.96259 0.98897 1.04178 1.15487 1.34375
角度（度）
-35-30-25-20-15-10-50 T max（%）
84.4 88.4 91.3 93.7 96.1 97.9 99.1 99.8 T min（%）
51.2 41.0 30.0 20.2 12.7 7.4 4.5 4.1 T max/T min
1.64844
2.15610
3.04333
4.63861 7.56693 13.22973 22.02222 24.34146
角度（度）
510152025303540 T max（%）
99.7 99.2 97.8 95.7 93.5 90.8 86.7 84.0 T min（%）
6.1 9.9 16.0 23.7 33.1 44.0 54.3 64.7 T max/T min
16.34426 10.02020 6.1125 4.03797 2.82477 2.06364 1.59669 1.29830
角度（度）
45505560657075
T max（%）
80.0 76.1 71.5 65.7 58.4 49.9 38.2
T min（%）
71.5 74.9 74.3 69.1 61.0 51.5 39.4
T max/T min
1.11888 1.01602 0.96231 0.95080 0.95738 0.96893 0.96954
数据处理：
1.液晶电光特性的测量
20
40
60
80
100
图1液晶电光特性的测量图
由图可以看出：
阈值电压约为：1.125v 关断电压约为：1.56v
2.液晶时间特性曲线测定
由数据分析可知：
上升平均时间为：42.7ms 下降平均时间为：39.7ms
Δτ=42.7−39.7=3ms
由此可知：上升与下降时间并不相等，但是相差很小，在宏观上是处于同一数量级的。
电压/伏
透射率/%
3.液晶视角特性的测量
（1）水平视角的测量
8
101214161820222426 图2水平视角的测量图
由图可以看出（可在较高的显示比例下看清完整光滑的曲线）：
水平视角的可视范围比较大。
-40度到40度之间的对比度平均达到了20%，是比较大的，也就是说，在偏离水平方向0~40度之间，都可以获得良好的观察效果，在2~3度左右观察的视觉效果为最佳；超出这个范围之外的视觉效果则相对会比较差，并且随着视角（绝对值）的增大，可视度将以很大的幅度降低。
（2）垂直视角的测量
角度/度
对比度
对比度
角度/度
图3垂直视角的测量图
由图可以看出（可在较高的显示比例下看清完整光滑的曲线）：垂直视角的可视范围很小。
只有-6~4度之间的对比度能达到20%，是比较的大，也就是说，只有在偏离水平方向很小的角度度（0~5度），才有良好的观察效果，在-2~-3度左右观察的视觉效果为最佳；超出这个范围之外的视觉效果则相对会比较差，并且随着视角（绝对值）的增大，可视度将以很大的幅度降低，在40度左右便下降到极低的水平，角度（绝对值）再增大，则几乎不可见。
4.液晶图像显示原理
本部分实验利用实验台上的装置或者计算机中的软件进行操作，
在液晶显示屏上显现出不同的图案或者是汉字。
本部分实验效果已经经过了老师的检查，已经达到了实验的预期。
实验心得
1、实验中需要旋转液晶板的转盘来调整度数，此时应该认真
仔细，以保证旋转的精度，从而提高实验的精确度；2、本实验需要用到示波器，实验时记录τr和τd时可以采取将
示波器显示图像放大拉长的方法来更加精确地测量上升与下降时间，这样可以使实验数据更加精确；
3、在最后一个实验中，我和同组的同学通过仪器上的按钮和
电脑中的软件在液晶显示板上呈现出了各种不同的图案，使我对液晶的功能特性有了进一步的了解。
思 考 题
1.施加电压的过程中，液晶样品上有时会出现成片状的斑点，说
明导致这种现象出现的可能原因？
答：首先，我在实验过程中并未发现题中所述的现象，但是鉴于液晶的时间特性：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的时间，用上升时间τr和下降时间τd描述。
在施加电压的时候，前一组实验的电压产生的效果由于下降时间还未完全失去，这时刚加的电压产生的效果也慢慢体现，在此时间段内，会出现旧的图像与新的图像重叠的效果。
2.如何确定本实验所使用的液晶样品是常黑型的还是常白型
的？
答：可以用定性的方法判定：向液晶板凹进面看去，即人眼与液晶板凹进面在同侧，若可以看到液晶板对面的事物则为常白型，若看到有如一般计算器的液晶面的情况，则为常黑型。
