北京邮电大学：《大学物理实验》课程实验讲义（物理电子学）液晶的电光特性及应用_液晶电光特性及应用

实验4.18液晶电光特性及应用 自1888年奥地利植物学家莱尼茨尔F.Reiritzer)发现液晶以来，经过科学家们长期 辛勤的研究，特别是1968年美国无线电公司的海麦尔G.H.al世er)发现向列相液晶 的透明薄层通电时会出现混浊现织电光效向以后，人们对液晶结构、特性和应用的认识 得到了飞跃性的发展。现在，液晶已经被广泛地应用到许多新技术领域，成为物理学家， 化学家、生物学家、电子学家们新的用武之地。 通常说物质有三态，即气态、固态、液态。普通的无机物或有机物晶体分子在晶格结 点上作有规则排列，即构成所谓的晶格点阵，是三维有序的。这种结构使晶体具有各向异 性，如光学各向异性，介电、介磁各向异性等。当晶体受热后，在晶格上排列的分子动能增 加，振动加剧，在一定压力下，达到固态和液态平衡时的温度，就是该物质的熔点。在熔点 以下这种物质呈固态，熔点以上呈液态。在液态时，晶体所具有的各种特性均消失，变为 各向同性的液体。 某些有机物晶体熔化时，并不是从固态直接变为各向同性的液体，而是经过一系列的 中介相”。如胆甾醇苯甲酸晶体加热时，出现两个温度突变点，前一个是其熔点甲为 145.5℃。高于此温度，晶体熔融为混浊的液体。只有到达178.5℃时，才转变为清澈的 液体，这个温度被称为清亮点（©p)。熔点与清亮点之间的相态是一种中介相。处于中介 相状态的物质，原有分子排列位置的有序在熔化后丧失或大大减少，但是还保留分子平 行。某种情况下，分子能自由平动，但是它们的转动总是受限制的；分子长轴取向的长程 关联在中介相中还是可以得到。因此一方面具有像流体一样的流动性和连续性，另一方 面它又具有像晶体一样的各向异性，这样的有序流体就是液晶。在熔点和清亮点之间为 液晶相区间，这个区间可能存在着一系列相变化。当物质从各向同性的状态中冷却时，类 似晶体的特征又恢复。这种中介相热力学上是可逆的。 构成液晶的分子为有机分子，大多为棒状，即它的长度尺寸为直径尺寸的5倍以上。 由于分子结构的这种对称性，使得分子集合体在没有外界干扰的情况下相互平行排列，以 使系统自由能最小。但是，各个分子之间并不严格平行，我们用序参数S来描述液晶排 列的有序程度。 S=1/23cos201)> (4.18.1) 其中，是分子长轴与参考方向之间的夹角，“”表示平均值。S值随温度变化，一般可以 近似表示为 S=K[(Te-T)/Te] (4.18.2) 式中，T:为向列相液晶清亮点，T为向列相液晶的温度，K为比例常数。随温度增加，S 228

实验4 .18 液晶电光特性及应用 自1888 年奥地利植物学家莱尼茨尔( F . Reinitzer) 发现液晶以来, 经过科学家们长期 辛勤的研究, 特别是1968 年美国无线电公司的海麦尔( G. H. Heil mei er) 发现向列相液晶 的透明薄层通电时会出现混浊现象( 电光效应) 以后, 人们对液晶结构、特性和应用的认识 得到了飞跃性的发展。现在, 液晶已经被广泛地应用到许多新技术领域, 成为物理学家、 化学家、生物学家、电子学家们新的用武之地。 通常说物质有三态, 即气态、固态、液态。普通的无机物或有机物晶体分子在晶格结 点上作有规则排列, 即构成所谓的晶格点阵, 是三维有序的。这种结构使晶体具有各向异 性, 如光学各向异性, 介电、介磁各向异性等。当晶体受热后, 在晶格上排列的分子动能增 加, 振动加剧, 在一定压力下, 达到固态和液态平衡时的温度, 就是该物质的熔点。在熔点 以下这种物质呈固态, 熔点以上呈液态。在液态时, 晶体所具有的各种特性均消失, 变为 各向同性的液体。 某些有机物晶体熔化时, 并不是从固态直接变为各向同性的液体, 而是经过一系列的 “中介相”。如胆甾醇苯甲酸晶体加热时, 出现两个温度突变点, 前一个是其熔点( mp) 为 145 .5 ℃。高于此温度, 晶体熔融为混浊的液体。只有到达178 .5 ℃时, 才转变为清澈的 液体, 这个温度被称为清亮点( cp) 。熔点与清亮点之间的相态是一种中介相。处于中介 相状态的物质, 原有分子排列位置的有序在熔化后丧失或大大减少, 但是还保留分子平 行。某种情况下, 分子能自由平动, 但是它们的转动总是受限制的; 分子长轴取向的长程 关联在中介相中还是可以得到。因此一方面具有像流体一样的流动性和连续性, 另一方 面它又具有像晶体一样的各向异性, 这样的有序流体就是液晶。在熔点和清亮点之间为 液晶相区间, 这个区间可能存在着一系列相变化。当物质从各向同性的状态中冷却时, 类 似晶体的特征又恢复。这种中介相热力学上是可逆的。 构成液晶的分子为有机分子, 大多为棒状, 即它的长度尺寸为直径尺寸的5 倍以上。 由于分子结构的这种对称性, 使得分子集合体在没有外界干扰的情况下相互平行排列, 以 使系统自由能最小。但是, 各个分子之间并不严格平行, 我们用序参数 S 来描述液晶排 列的有序程度。 S = 1/2〈( 3cos 2 θ- 1) 〉 ( 4 .18 .1) 其中,θ是分子长轴与参考方向之间的夹角,“〈〉”表示平均值。S 值随温度变化, 一般可以 近似表示为 S = K[ ( Tc - T) / Tc ] ( 4 .18 .2) 式中, Tc 为向列相液晶清亮点, T 为向列相液晶的温度, K 为比例常数。随温度增加, S 228

值下降，达到清亮点（即各向同性时，S值降到零，成为普通液体，如图4.181所示。 0.5 202242628303234363840 图4.18.1典型的液品序参数D值随温度变化的曲线 但是，液晶具有液体的流动性，不可能脱离固体容器的盛载，但固体容器表面往往给 液晶带来干扰，破坏液晶整体一致的排列性，而变成1至数十微米取向不同的小畴。 实验证明，对于薄的液晶盒，基片表面状态和液晶分子之间的相互作用将决定液晶在盒内 的排列和排列的稳定性。所以在制作液晶器件时，一定要在基板上进行相应的处理，以保 持液晶整体的排列。 实验4.18.1液晶的物理特性 [实验原理 1.液晶的物理特性 由液晶的命名可知，液晶态是一种介于液体和晶体之间的中间态，它既具有液体的流 动性、黏度、形变等机械性质，又具有品体的力、热、光、电、磁等物理性质。与液品的光学 和电学性质相关的物理参量如下。 (1)介电各向异性△e 由于液晶分子的长棒状结构，介电常数c包含两个分量c和4，如图4.18.2所示， △三，.。A0称为正性液晶.△0的液晶称为光学正性液晶。由 液晶短轴方向： 于折射率与光速成反比，因此光学正性的液晶平行于 长轴方向的光速小于垂直方向。长棒状液品几乎全部 都是光学正性的液晶。若如<0，则称之为光学负性 液晶。实际上，折射率与介电常数满足如下关系： 图4182液品的介电各向异性 n= 8 229

值下降, 达到清亮点( 即各向同性) 时, S 值降到零, 成为普通液体, 如图4 .18 .1 所示。 图4 .18 .1 典型的液晶序参数 S( T) 值随温度变化的曲线 但是, 液晶具有液体的流动性, 不可能脱离固体容器的盛载, 但固体容器表面往往给 液晶带来干扰, 破坏液晶整体一致的排列性, 而变成1 μm 至数十微米取向不同的小畴。 实验证明, 对于薄的液晶盒, 基片表面状态和液晶分子之间的相互作用将决定液晶在盒内 的排列和排列的稳定性。所以在制作液晶器件时, 一定要在基板上进行相应的处理, 以保 持液晶整体的排列。 ಬི4 .18 .1 ྡ࠶ԅ๞सඋ໿ [ ᅲ偠ॳ⧚] 1 . ⎆᱊ⱘ⠽⧚⡍ᗻ 由液晶的命名可知, 液晶态是一种介于液体和晶体之间的中间态, 它既具有液体的流 动性、黏度、形变等机械性质, 又具有晶体的力、热、光、电、磁等物理性质。与液晶的光学 和电学性质相关的物理参量如下。 ( 1) 介电各向异性Δε 由于液晶分子的长棒状结构, 介电常数ε包含两个分量ε∥ 和 ε⊥ , 如图4 .18 .2 所示, Δε= ε∥ - ε⊥ 。Δε> 0 称为正性液晶,Δε 0 的液晶称为光学正性液晶。由 于折射率与光速成反比, 因此光学正性的液晶平行于 长轴方向的光速小于垂直方向。长棒状液晶几乎全部 都是光学正性的液晶。若 Δn < 0 , 则称之为光学负性 液晶。实际上, 折射率与介电常数满足如下关系: n = με μ0ε0 229

其中，“和。是真空中的导磁率和介电常数。因此，光学正性的液晶就是正性液晶。 偏振光入射正性液晶时有两种状况：偏振面平行液晶分子取向，折射率大，光速小：偏 振面垂直液晶分子取向，折射率小，光速大。分子长轴的方向相当于液晶的光轴，与普通 品体材料的光轴类似。由于被品是被体，其分子的排列方向易受外界条件的影向.即液品 的光轴可以随外界条件改变，使得液晶与一般晶体相比，具有更多的电光特性。 实验中使用的液晶材料被封装在两片涂有透明导电薄膜的玻璃中，玻璃的表面是经 过特殊处理的（比如将玻璃表面，沿某一方向擦一下，液晶分子将沿此方向很规则的排 列，液晶分子的排列将受表面的影响，这种装置称为液晶盒。图418.3显示了液晶沿经 过特殊处理的表面，按照一定规律排列的典型情况。 (a)平行表面排列 (6)垂直表面排列 (c)扭曲排列 图4.183液品的排列 2.扭曲排列液晶的电光特性 在扭曲向列液晶品T中，从一个表面到另一个表面，液晶分子的排列方向刚好旋转 了90°。实际上，也有两表面方向旋转角度大于90的液晶，称为超扭曲向列液晶(Sup Twisted Nematic,STNW。 TN和STN液晶都具有很强的旋光特性。一般而言，线偏振光通过旋光物质后，其 振动面的旋转角度日与旋光物质的厚度d成正比，即 did 4.18.3 其中，4（为旋光本领Optica Rotatory Po wer),又叫旋光率，与入射光的波长有关。以 线偏振白光垂直入射液晶.透过液晶后，不同波长的光的偏振方向旋转的角度不同，从而 使得某个波长的光无法透过检偏器，因此光屏上将看到这种颜色的补色。这种色散现象 称为旋光色散。一般TN型液品色散现象不明显，旋光率在可见光范围内几乎不变，因此 所有光通过TN型液晶后都旋转90°，因此TN型液晶具有较好的对比度。本实验所采用 的液品盒是旋转角度为120°的STN,其旋光本领在可见光范围内变化较大，可以看到明 显的旋光色散。其旋光本领可由下式给出： 、2x (4.18.4) 其中，a为旋光率，△e是长轴方向和短轴方向的介电常数之差，Pm是液晶的螺距，入是光在 真空中的波长，。是液晶的平均介电常数。在可见光范围内，(1-无/)的变化很小， 因此可以认为液晶的旋光度正比于。 230

其中,μ0 和ε0 是真空中的导磁率和介电常数。因此, 光学正性的液晶就是正性液晶。 偏振光入射正性液晶时有两种状况: 偏振面平行液晶分子取向, 折射率大, 光速小; 偏 振面垂直液晶分子取向, 折射率小, 光速大。分子长轴的方向相当于液晶的光轴, 与普通 晶体材料的光轴类似。由于液晶是液体, 其分子的排列方向易受外界条件的影响, 即液晶 的光轴可以随外界条件改变, 使得液晶与一般晶体相比, 具有更多的电光特性。 实验中使用的液晶材料被封装在两片涂有透明导电薄膜的玻璃中, 玻璃的表面是经 过特殊处理的( 比如将玻璃表面, 沿某一方向擦一下, 液晶分子将沿此方向很规则的排 列) , 液晶分子的排列将受表面的影响, 这种装置称为液晶盒。图4 .18 .3 显示了液晶沿经 过特殊处理的表面, 按照一定规律排列的典型情况。 图4 .18 .3 液晶的排列 2 . ᡁ᳆ᥦ߫⎆᱊ⱘ⬉ܝ⡍ᗻ 在扭曲向列液晶( TN) 中, 从一个表面到另一个表面, 液晶分子的排列方向刚好旋转 了90°。实际上, 也有两表面方向旋转角度大于90°的液晶, 称为超扭曲向列液晶( Super Twisted Nematic ,STN) 。 TN 和ST N 液晶都具有很强的旋光特性。一般而言, 线偏振光通过旋光物质后, 其 振动面的旋转角度θ与旋光物质的厚度d 成正比, 即 θ= α( λ)d ( 4 .18 .3) 其中,α( λ) 为旋光本领( Optical Rotatory Po wer) , 又叫旋光率, 与入射光的波长有关。以 线偏振白光垂直入射液晶, 透过液晶后, 不同波长的光的偏振方向旋转的角度不同, 从而 使得某个波长的光无法透过检偏器, 因此光屏上将看到这种颜色的补色。这种色散现象 称为旋光色散。一般 TN 型液晶色散现象不明显, 旋光率在可见光范围内几乎不变, 因此 所有光通过 TN 型液晶后都旋转90°, 因此TN 型液晶具有较好的对比度。本实验所采用 的液晶盒是旋转角度为120°的STN, 其旋光本领在可见光范围内变化较大, 可以看到明 显的旋光色散。其旋光本领可由下式给出: α= - 2π p 0 Δε 2 8 λ 2 p 2 0 1 - λ 2 p 2 0ε0 ( 4 .18 .4) 其中,α为旋光率,Δε是长轴方向和短轴方向的介电常数之差, p0 是液晶的螺距,λ是光在 真空中的波长,ε0 是液晶的平均介电常数。在可见光范围内,( 1 - λ 2 /p2 0ε0 ) 的变化很小, 因此可以认为液晶的旋光度正比于λ- 2 。 230

3.液晶光栅 当以氨氖激光器为光源时，重复光开关实验，可以发现，当缓慢增加电压至U(< U)左右时，液晶将形成液晶光栅如图4.18.4所列，产生光栅衍射。若迅速增加电压 可发现液晶会首先形成二维衍射图案，但这种图案并不稳定，经过一段时间以后（几分 钟，液晶最终会形成稳定的衍射图案，如图4.18.5所示。由于液晶本身杂质和缺陷，液 晶光栅的排列并不是绝对规则的，另外由于外界条件不稳定的影响，液晶的生长不能绝对 沿某一方向，而在一定范围内都可以形成，相当于有多个沿不同方向排列的光栅，因此形 成如图4.185所示的衍射图案。液晶生长条件控制得越好，其方向性越好，衍射图案越 接近光栅衍射。 图4.18.4显微镜下看到的液品光橱 图4.18.5液晶光栅衍射图案 [实验仪器/ 白炽灯.偏振片（两），液晶盒及电源，白屏，半导体激光器(650nm)及不同波长的 发光二极管光源。 实验所用的光源为实验室自制的发光二极管及激光器（红色），共7个光源，依次为： 光源白光蓝光绿光1绿光2绿光3黄光红光激光器 波长hm·467507522543587650 [实验内容) 1.观察液晶的旋光色散现象并解释， 2,测量不同波长的偏振光的旋转角度： 3.测量形成液晶光栅所需要的最小电压和最大电压， 4,测量液晶光册的光册常数： 5.观察液晶的二维衍射图案。 231

ᷙܝ᱊⎆ . 3 当以氦氖激光器为光源时, 重复光开关实验, 可以发现, 当缓慢增加电压至 UB( UB < UC) 左右时, 液晶将形成液晶光栅( 如图4 .18 .4 所示) , 产生光栅衍射。若迅速增加电压, 可发现液晶会首先形成二维衍射图案, 但这种图案并不稳定, 经过一段时间以后( 几分 钟) , 液晶最终会形成稳定的衍射图案, 如图4 .18 .5 所示。由于液晶本身杂质和缺陷, 液 晶光栅的排列并不是绝对规则的, 另外由于外界条件不稳定的影响, 液晶的生长不能绝对 沿某一方向, 而在一定范围内都可以形成, 相当于有多个沿不同方向排列的光栅, 因此形 成如图4 .18 .5 所示的衍射图案。液晶生长条件控制得越好, 其方向性越好, 衍射图案越 接近光栅衍射。 图4 .18 .4 显微镜下看到的液晶光栅 图4 .18 .5 液晶光栅衍射图案 [ ᅲ偠Ҿ఼] 白炽灯, 偏振片( 两个) , 液晶盒及电源, 白屏, 半导体激光器( 650 nm) 及不同波长的 发光二极管光源。 实验所用的光源为实验室自制的发光二极管及激光器( 红色) , 共7 个光源, 依次为: 光源 白光 蓝光 绿光1 绿光2 绿 光3 黄光 红光激光器 波长/nm - 467 507 522 543 587 650 [ ᅲ偠ݙᆍ] 1 . 观察液晶的旋光色散现象并解释; 2 . 测量不同波长的偏振光的旋转角度; 3 . 测量形成液晶光栅所需要的最小电压和最大电压; 4 . 测量液晶光栅的光栅常数; 5 . 观察液晶的二维衍射图案。 231

(注意事项/ 1,激光器功率为3mW以上，不可直视！ 2.液晶盒电源的连续/间歇按钮选择连续。 3.测量液晶光栅的最小电压和最大电压时，3V以上每加0.2V需等液晶稳定1 分钟。 实验4.18.2液晶的电光特性及应用 (实验原理 从液晶显示的手表的出现开始，液晶就作为电子时代的重要角色分外引人注目。之 后又相继出现了带有液晶显示的电子手册、便携式电话、情报工具、游戏机、翻译辞典、文 字处理机、笔记本计算机PC显示器，乃至摄像机、数码相机、多功能电话、可视电话、液晶 电视等。如今，液品已是家喻户晓、人人皆知的名角了。目前，液品最广泛的应用是在显 示方面，由于具有驱动电压低（一般为几优，功耗极小，体积小，寿命长，环保无辐射等优 点，在当今各种显示器件的竞争中有独领风骚之势。其中TN型液晶显示器件显示原理 较简单，是其他显示方式的基础。 液晶显示的原理主要是基于光开关（如图4.18.6所羽，若在加电压前两个偏振片刚 好处于消光位置，当电压超过阈值电压U时，整个装置将由消光变为通光。同样，也可 以先使检偏器处于通光位置，高电压时变为通光。通过电压可以控制液晶是透光还是不 透光，比如通过控制7段数码管上的电压，可以分别显示09十个数字。当然，显示方式 也有两种：白底黑字和黑底白字，如图4.18.7所示。 入射自然光 入射自然 夜晶分子排布 不通电时 通电 图4.18.6液品光开关工作原理 232

[ ⊼ᛣџ乍] 1 . 激光器功率为3 mW 以上, 不可直视! 2 . 液晶盒电源的“连续/ 间歇”按钮选择“连续”。 3 . 测量液晶光栅的最小电压和最大电压时,3 V 以上每加0 .2 V 需等液晶稳定1 分钟。 ಬི4 .18 .2 ྡ࠶ԅԨڛඋ໿ރ࿫ဈ [ ᅲ偠ॳ⧚] 从液晶显示的手表的出现开始, 液晶就作为电子时代的重要角色分外引人注目。之 后又相继出现了带有液晶显示的电子手册、便携式电话、情报工具、游戏机、翻译辞典、文 字处理机、笔记本计算机、PC 显示器, 乃至摄像机、数码相机、多功能电话、可视电话、液晶 电视等。如今, 液晶已是家喻户晓、人人皆知的名角了。目前, 液晶最广泛的应用是在显 示方面, 由于具有驱动电压低( 一般为几伏) , 功耗极小, 体积小, 寿命长, 环保无辐射等优 点, 在当今各种显示器件的竞争中有独领风骚之势。其中 T N 型液晶显示器件显示原理 较简单, 是其他显示方式的基础。 液晶显示的原理主要是基于光开关( 如图4 .18 .6 所示) , 若在加电压前两个偏振片刚 好处于消光位置, 当电压超过阈值电压 Ut h 时, 整个装置将由消光变为通光。同样, 也可 以先使检偏器处于通光位置, 高电压时变为通光。通过电压可以控制液晶是透光还是不 透光, 比如通过控制7 段数码管上的电压, 可以分别显示0 ～9 十个数字。当然, 显示方式 也有两种: 白底黑字和黑底白字, 如图4 .18 .7 所示。 图4 .18 .6 液晶光开关工作原理 232

上偏光板 上偏光板 上玻璃 玻璃 液品 不电 液品 玻开 下玻瑞 下偏光板 偏光板 上偏光板 上偏光板 上玻璃 上玻璃 不电胜 液品 液品 下玻璃 下玻璃 下偏光板 下信光板 图4.18.7TN型液晶的常白和常黑模式 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，透光强 度与外加电压的关系曲线称为电光曲线。 透射*% 以常白模式为例当由压小千一定数值时 100 透过率基本不变，加到某一电压时，透光强 度开始变化，随着电压的增加，透光强度减 弱，当电压升到一定值后透光强度不再随 外加电压变化了。图4.18.8给出了常白模 0 1234于6供电电压 式液品的电光特性曲线。一股，将透光强 图4.188液品光开关的电光特性曲线 度变化10%时的外加电压称为阈值电压 Um,透光强度变化90%时的外加电压称为饱和电压U,。 液晶的透过率受电压的控制，但是，当电压改变时，液晶并不能立即改变其排列方式， 而是有一个转变过程，这个过程需要的时间就叫响应时间。如图418.9所示，简单地说 也就是液晶由暗转亮上升时间生)或者是由亮转暗下降时间生)的反应时间，一般所 指的168s4s就是这两个时间之和。液晶的响应时间较长时，播放动画就会有严 重的拖尾现象。 液晶透光强度的最大值与最小值之比Tm/T,称为对比度。对比度越高，显示效 果越好。但是，视角不同，对比度也随之变化。一般情况下，对比度大于5时，可以获得满 意的图像，对比度小于2时，图像就模糊不清了。 图4.1810表示了某种液品视角特性的理论计算结果。图中用与原点的距离表示垂 直视角（入射光线方向与液晶屏法线方向的夹）的大小，每个同心圆分别表示垂直视角 233

图4 .18 .7 TN 型液晶的常白和常黑模式 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, 透光强 图4 .18 .8 液晶光开关的电光特性曲线 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, 加到某一电压时, 透光强 度开始变化, 随着电压的增加, 透光强度减 弱, 当电压升到一定值后透光强度不再随 外加电压变化了。图4 .18 .8 给出了常白模 式液晶的电光特性曲线。一般, 将透光强 度变化10 % 时的外加电压称为阈值电压 Uth , 透光强度变化90 % 时的外加电压称为饱和电压 Us 。 液晶的透过率受电压的控制, 但是, 当电压改变时, 液晶并不能立即改变其排列方式, 而是有一个转变过程, 这个过程需要的时间就叫响应时间。如图4 .18 .9 所示, 简单地说, 也就是液晶由暗转亮( 上升时间Δt 1 ) 或者是由亮转暗( 下降时间Δt 2 ) 的反应时间, 一般所 指的16 ms 、8 ms 、4 ms 就是这两个时间之和。液晶的响应时间较长时, 播放动画就会有严 重的拖尾现象。 液晶透光强度的最大值与最小值之比 T max/ Tmin , 称为对比度。对比度越高, 显示效 果越好。但是, 视角不同, 对比度也随之变化。一般情况下, 对比度大于5 时, 可以获得满 意的图像, 对比度小于2 时, 图像就模糊不清了。 图4 .18 .10 表示了某种液晶视角特性的理论计算结果。图中用与原点的距离表示垂 直视角( 入射光线方向与液晶屏法线方向的夹角) 的大小, 每个同心圆分别表示垂直视角 233

为30°60和90°。90°同心圆外面标注的数字表示水平视角（入射光线在液晶屏上的投影 与0°方向之间的夹倒的大小。图中的闭合曲线为等对比度曲线。由图可以看出，对比 度与垂直和水平视角都有关，并且视角特性具有非对称性。 液品板作用电压 透过率 图418.9液品的响应时间曲线 矩阵显示方式，是把图4.18.11(a)所示的横 条形状的透明电极做在一块玻璃片上，叫做行驱 动电极，简称行电极（常用发表示，而把竖条形 状的由极制在异一块玻璃片上叫做列眼动电极 简称列电极常用9表列。把这两块玻璃片面对 面组合起来把液品灌注在这两片玻璃之间物成 液品晶盒。为了画面简洁，通常将横条形状和竖条 300 形状的ITO电极抽象为横线和竖线，分别代表扫 图4.18.10 描电极和信号电极，如图4.18.11(b)所示。 (a (b) 图4.18.11液品光开关组成的矩阵式图形显示器 234

为30°、60°和90°。90°同心圆外面标注的数字表示水平视角( 入射光线在液晶屏上的投影 与0°方向之间的夹角) 的大小。图中的闭合曲线为等对比度曲线。由图可以看出, 对比 度与垂直和水平视角都有关, 并且视角特性具有非对称性。 图4 .18 .9 液晶的响应时间曲线 图4 .18 .10 液晶的视角特性 矩阵显示方式, 是把图4 .18 .11( a) 所示的横 条形状的透明电极做在一块玻璃片上, 叫做行驱 动电极, 简称行电极( 常用 Xi 表示) , 而把竖条形 状的电极制在另一块玻璃片上, 叫做列驱动电极, 简称列电极( 常用Si 表示) 。把这两块玻璃片面对 面组合起来, 把液晶灌注在这两片玻璃之间构成 液晶盒。为了画面简洁, 通常将横条形状和竖条 形状的ITO 电极抽象为横线和竖线, 分别代表扫 描电极和信号电极, 如图4 .18 .11( b) 所示。 图4 .18 .11 液晶光开关组成的矩阵式图形显示器 234

矩阵型显示器的工作方式为扫描方式。显示原理可依以下的简化说明作一介绍。 欲显示图4.1811(b的那些有方块的像素，首先在A行加上高电平，其余行加上低 电平，同时在列电极的对应电极cd上加上低电平，于是A行的那些带有方块的像素就 被显示出来了。然后B行加上高电平，其余行加上低电平，同时在列电极的对应电极be 上加上低电平，因而B行的那些带有方块的像素被显示出来了。然后是C行D行… 依此类推，最后显示出一整场的图像。这种工作方式称为扫描方式。 这种分时间扫描每一行的方式是平板显示器的共同的寻址方式，依这种方式，可以让 每一个液品光开关按照其上的电压的幅值让外界光关断或通过，从而显示出任意文字、图 形和图像。 【实验仪器) 液晶光开关电光特性综合实验仪。 [实验内容) 1,液晶光开关电光特性测量 (1)阈值电压和关断电压的测量 自拟表格采用多次测量的方法，测量电压0~6V变化时液晶板的透射率数值，并根 据测量曲线得到國值电压和关断电压。 (2)时间响应的测量 用数字存储示波器在液晶静态闪烁状态下观察此光开关时间响应特性曲线，可以根 据此曲线得到液晶的上升时间4，和下降时间：。 2,液晶光开关视角特性的测量 (1)水平方向视角特性的测量 自拟表格测量在供电电压为0V时，液品板的角度调节液品屏与入射激光光强之间 的关系。注意：首先将透过率显示调0和调100，然后再进行实验。 (2)垂直方向视角特性的测量 自拟表格测量液晶板垂直方向视角的特性。注意：在改变液晶板角度时，应将电源 关断。 3。液晶显示器图形显示 自己设计一个图像，并利用液晶板实现。注意：实验时，应将模式转换开关置于图像 显示模式。 235

矩阵型显示器的工作方式为扫描方式。显示原理可依以下的简化说明作一介绍。 欲显示图4 .18 .11( b) 的那些有方块的像素, 首先在 A 行加上高电平, 其余行加上低 电平, 同时在列电极的对应电极c 、d 上加上低电平, 于是 A 行的那些带有方块的像素就 被显示出来了。然后B 行加上高电平, 其余行加上低电平, 同时在列电极的对应电极b 、e 上加上低电平, 因而 B 行的那些带有方块的像素被显示出来了。然后是 C 行、D 行 …… 依此类推, 最后显示出一整场的图像。这种工作方式称为扫描方式。 这种分时间扫描每一行的方式是平板显示器的共同的寻址方式, 依这种方式, 可以让 每一个液晶光开关按照其上的电压的幅值让外界光关断或通过, 从而显示出任意文字、图 形和图像。 [ ᅲ偠Ҿ఼] 液晶光开关电光特性综合实验仪。 [ ᅲ偠ݙᆍ] 1 . ⎆᱊ܝᓔ݇⬉ܝ⡍ᗻ⌟䞣 ( 1) 阈值电压和关断电压的测量 自拟表格采用多次测量的方法, 测量电压0 ～6 V 变化时液晶板的透射率数值, 并根 据测量曲线得到阈值电压和关断电压。 ( 2) 时间响应的测量 用数字存储示波器在液晶静态闪烁状态下观察此光开关时间响应特性曲线, 可以根 据此曲线得到液晶的上升时间Δt 1 和下降时间Δt 2 。 2 . ⎆᱊ܝᓔ݇㾚㾦⡍ᗻⱘ⌟䞣 ( 1) 水平方向视角特性的测量 自拟表格测量在供电电压为0 V 时, 液晶板的角度调节液晶屏与入射激光光强之间 的关系。注意: 首先将透过率显示调0 和调100 , 然后再进行实验。 ( 2) 垂直方向视角特性的测量 自拟表格测量液晶板垂直方向视角的特性。注意: 在改变液晶板角度时, 应将电源 关断。 3 . ⎆᱊ᰒ⼎఼೒ᔶᰒ⼎ 自己设计一个图像, 并利用液晶板实现。注意: 实验时, 应将模式转换开关置于图像 显示模式。 235