[摘 要]液晶電光效應(yīng)是液晶材料在電場(chǎng)作用下發(fā)生的一種特色光學(xué)現(xiàn)象,這種現(xiàn)象在顯示技術(shù)、光通訊、無損檢測(cè)、電子錄像和核磁共振等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。文章介紹了液晶電光效應(yīng)的原理及其特性,在此基礎(chǔ)上通過試驗(yàn)驗(yàn)證了液晶的電光特性,以期為液晶材料及其相關(guān)行業(yè)的發(fā)展提供借鑒。
[關(guān)鍵詞]液晶;電光效應(yīng);電光特性
[中圖分類號(hào)]O753.2 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487(2024)07–0173–03
液晶材料是介于固態(tài)和液態(tài)之間的一種特殊狀態(tài)。其結(jié)合了液體的流動(dòng)特性和晶體的有序排列屬性,表現(xiàn)出各向異性。作為含極性基團(tuán)的分子,液晶分子在外加電場(chǎng)的作用下,能夠響應(yīng)并隨之重排其結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)的變動(dòng)會(huì)進(jìn)一步改變材料的光學(xué)效果??偟膩碚f,液晶的電光效應(yīng)是指在電場(chǎng)的影響下液晶分子結(jié)構(gòu)的重排,導(dǎo)致其光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。液晶的光學(xué)特性不僅因其內(nèi)部的有序結(jié)構(gòu)而獨(dú)特,同時(shí)其也能夠?qū)ν饨绲拇碳ぷ鞒鲮`敏的響應(yīng),展現(xiàn)出豐富的光學(xué)效應(yīng)。
1 液晶光開關(guān)的原理及特性
1.1 液晶光開關(guān)的工作原理
液晶顯示技術(shù)的核心就是利用了液晶材料的電光效應(yīng)。液晶的物質(zhì)狀態(tài)介于固態(tài)和液態(tài)間,展現(xiàn)出獨(dú)有的光學(xué)特性。液晶光開關(guān)主要由輸入端的偏振光分束器、液晶層及輸出端的偏振光合束器組成。
總的來說,液晶光開關(guān)通過控制施加在液晶層上的電壓,實(shí)現(xiàn)對(duì)光的傳輸和阻斷的控制。
液晶按照形成方式可分為兩大類:熱致液晶和溶致液晶。熱致液晶在一定溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)光學(xué)各向異性特性,而溶致液晶是由溶質(zhì)在溶劑中溶解生成的。
1.2 液晶光開關(guān)的電光特性
液晶光開關(guān)的電光特性如圖1 所示。閾值電壓指透射率為 90% 時(shí)的驅(qū)動(dòng)電壓,關(guān)斷電壓指透射率為10% 時(shí)的驅(qū)動(dòng)電壓。
由圖1 可以反映液晶光開關(guān)在不同電場(chǎng)作用下的透射率變化。在通常的常白模式的液晶中,傳遞光線的能力會(huì)隨著外部電壓增加而逐漸減少,到達(dá)一定電壓水平時(shí)透射率降至最小,之后則變化不大。隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加,液晶光開關(guān)的透射率逐漸降低,直至達(dá)到完全阻斷的狀態(tài)。這種電光特性使得液晶光開關(guān)在光通信、光信息處理等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
1.3 液晶光開關(guān)的時(shí)間響應(yīng)特性
由于液晶分子的重新排序是一個(gè)需要時(shí)間的過程,液晶從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種狀態(tài)所需的時(shí)間,包括上升時(shí)間τr 和下降時(shí)間τd。這兩個(gè)時(shí)間的總和,可以表示液晶光開關(guān)的整體響應(yīng)時(shí)間。
上升時(shí)間是指光開關(guān)的透過率從10% 增至90%所經(jīng)歷的時(shí)間跨度,相應(yīng)地,下降時(shí)間指透過率從90% 減至10% 的時(shí)間長(zhǎng)度。如果液晶光開關(guān)有著快速的響應(yīng)時(shí)間,會(huì)顯著提升動(dòng)態(tài)圖像顯示的質(zhì)量,使得響應(yīng)速度成為評(píng)估液晶光開關(guān)性能的一個(gè)重要參數(shù)。液晶的響應(yīng)時(shí)間越短,顯示動(dòng)態(tài)圖像的效果越好,這是液晶顯示器的重要指標(biāo)。
1.4 液晶光開關(guān)的視角特性
液晶光開關(guān)的視角特性描述了從不同角度觀看時(shí)對(duì)比度的變化。對(duì)比度是光開關(guān)打開和關(guān)斷時(shí)透射光強(qiáng)度的比值,當(dāng)比例超過5 時(shí)視覺體驗(yàn)優(yōu)良,而低于2 時(shí)則圖像變得難以辨認(rèn)。視角特性是判斷液晶光開關(guān)表現(xiàn)的關(guān)鍵因素之一,其影響著用戶在多個(gè)觀看角度下的畫面清晰度。
2 試驗(yàn)裝備及數(shù)據(jù)
試驗(yàn)所用儀器為液晶光開關(guān)電光特性綜合試驗(yàn)儀。該儀器主要由發(fā)射裝置、接收裝置、開關(guān)矩陣及相應(yīng)的接口等部分組成。
2.1 液晶的電光特性測(cè)量試驗(yàn)
調(diào)整模式選擇器至靜態(tài)選項(xiàng),設(shè)定液晶旋轉(zhuǎn)盤的角度為0,在供電電壓為0 時(shí),將透射率調(diào)整為100%。隨后,逐步增加供電電壓,從0~6 V,每次增量為0.2 V,記錄對(duì)應(yīng)的透過率值。完成這一系列的電壓和透射率記錄后,將供電電壓重新調(diào)回0 V。如果此時(shí)透過率不是100%,需要重新進(jìn)行校準(zhǔn)。測(cè)量3組不同的數(shù)據(jù)值(表1),隨后,利用這些數(shù)據(jù)點(diǎn)作圖形成液晶電光特性曲線(圖2)。由表1 可知,液晶板的透過率均隨外加電壓的升高而逐漸降低,在約1.6 V后均達(dá)到各自最低點(diǎn)。圖2顯示,啟動(dòng)電壓在0.8 V 處,而光開關(guān)的關(guān)閉電壓定在1.6 V。
2.2 液晶的時(shí)間特性試驗(yàn)
模式轉(zhuǎn)換開關(guān)調(diào)整到靜態(tài)模式,并將透過率顯示校準(zhǔn)至100%。隨后,將液晶的供電電壓設(shè)定為2.20 V,使其進(jìn)入靜態(tài)閃爍狀態(tài)。利用存儲(chǔ)示波器觀察并記錄此時(shí)光開關(guān)的時(shí)間響應(yīng)特性曲線。根據(jù)這一曲線,測(cè)量得到液晶的上升時(shí)間為40 ms,下降時(shí)間為20 ms。
2.3 液晶的視角特性測(cè)量試驗(yàn)
(1)測(cè)定水平方向視角特性。當(dāng)供電電壓為0 時(shí),根據(jù)表2 所示的不同角度調(diào)節(jié)液晶顯示器與光線的夾角。記錄在這些角度下的光強(qiáng)透過率的峰值TMAX,之后,將供電電壓調(diào)至2.20 V,并重新調(diào)整角度,這一輪測(cè)定的是光強(qiáng)透過率的谷值TMIN。這些測(cè)量完成后,以此來計(jì)算對(duì)比度,繪制出如圖3 所示的水平視角下對(duì)比度變化的曲線圖。水平方向視角特性良好的區(qū)域范圍為[–55°,55° ]。
(2)測(cè)量垂直方向視角特性。關(guān)閉電源,摘除液晶屏,并對(duì)液晶板進(jìn)行90°旋轉(zhuǎn),正確連接后,采取與之前類似的操作程序及測(cè)量方式,可以對(duì)液晶屏在垂直方向的視角性能進(jìn)行測(cè)試,并在表2 中記錄所得的數(shù)據(jù)。同時(shí),垂直方向的視角特性可以通過圖4進(jìn)行直觀展示。垂直方向視角特性比較好的區(qū)域范圍為[–20°,10°]。
通過分析液晶視角特性曲線,可以更好地了解液晶顯示屏在不同視角下的性能表現(xiàn),從而選擇適合自己需求的顯示產(chǎn)品。同時(shí),對(duì)于液晶顯示技術(shù)的研發(fā)人員來說,這種特性曲線也是評(píng)估和優(yōu)化顯示屏性能的重要工具。
3 結(jié)束語
液晶電光效應(yīng)的研究和應(yīng)用對(duì)于推動(dòng)現(xiàn)代科技的發(fā)展具有重要意義。其不僅促進(jìn)了液晶顯示技術(shù)的進(jìn)步,還為光學(xué)器件的設(shè)計(jì)和制造提供了新的思路和方法。通過深入研究液晶電光效應(yīng)的機(jī)理,可以進(jìn)一步優(yōu)化液晶材料的性能,提高液晶顯示器的分辨率和色彩表現(xiàn)力??傊?,液晶電光效應(yīng)是一種重要的物理現(xiàn)象,具有廣泛的應(yīng)用前景。
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