不对称弱锚定沿面排列向列液晶盒的研究

用解析方法研究了上、下基板锚定强度不同的弱锚定沿面排列向列液晶盒(不对称液晶盒)，给出了指向矢倾角θ满足的方程和边界条件，讨论了它的解，导出Freedericksz转变的阈值场强和饱和场强。研究了由于上、下基板锚定强度不同而引起的对称性破缺，以及对称破缺和磁场强度之间的关系，发现了不对称液晶盒一些特殊的现象。作为应用的例子，讨论了一种测定基板锚定强度的新方法。     

N-E模型描写的弱锚定边界条件下的Freedericksz转变

N-E模型具有两个参数用于描写液晶在基板上的锚定能。采用该模型研究了弱锚定条件下的Freedericksz转变。通过变分理论得到指向矢满足的微分方程和边界条件，得到了阈值磁场和饱和磁场分别满足的方程。理论结果与R-P模型进行了比较。通过阈值磁场和饱和磁场可以确定N-E模型中的两个参数。基于微分方程和边界条件对液晶盒中的指向矢分布进行了计算。数值结果验证了阈值磁场和饱和磁场满足解析方程的正确性。得到结论：N-E模型是描写液晶在基板上弱锚定的候选模型。     

界面锚定能和扭曲向列液晶盒

向列液晶界面锚定能被认为是液晶分子与固体界面上分子相互作用势之和，据此导出了锚定能的新公式，它包含两项，因而有两个强度参量，其中第二项是由于界面诱导双轴性而引起的，倾角锚定强度Aθ和方位角锚定强度定Aφ的差别可归因于此。用新的锚定能公式详细研究了弱锚定扭曲(超扭曲)向列液晶盒，假定Aθ／Aφ=k11／k12，计算了阈值场强和饱和场强的大小。与以前我们认为的Aθ／Aφ=1情况做了比较。结果表明，倾角锚定强度Aθ与方位角锚定强度Aφ的关系对扭曲(超扭曲)向列液晶盒的阈值场强和饱和场强都有影响。     

平行排列液晶盒的挠曲电效应及一级Fréedericksz转变

基于液晶弹性理论研究了平行排列液晶盒中的挠曲电效应,通过变分理论得到了液晶指向矢满足的微分方程及边界条件。应用差分迭代方法进行了数值求解,得到了液晶指向矢随不同的参数变化的曲线。增大液晶盒厚度、上下基板锚定能系数以及增大预倾角这3种方法,在考虑挠曲电效应对液晶指向矢分布的影响时是等效的。研究了介电效应和挠曲电效应同时作用下的一级Fr啨edericksz转变问题。当|Δ<ε|较大、A较小时,将会发生一级Fr啨edericksz转变。     

平行排列液晶盒的挠曲电效应及一级Fr(e)edericksz转变

基于液晶弹性理论研究了平行排列液晶盒中的挠曲电效应,通过变分理论得到了液晶指向矢满足的微分方程及边界条件.应用差分迭代方法进行了数值求解,得到了液晶指向矢随不同的参数变化的曲线.增大液晶盒厚度、上下基板锚定能系数以及增大预倾角这3种方法,在考虑挠曲电效应对液晶指向矢分布的影响时是等效的.研究了介电效应和挠曲电效应同时作用下的一级Fréedericksz转变问题.当|Δ＜ε| 较大、A较小时,将会发生一级Fréedericksz转变.     

平行排列液晶盒的挠曲电效应及一级Fréedericksz转变

基于液晶弹性理论研究了平行排列液晶盒中的挠曲电效应,通过变分理论得到了液晶指向矢满足的微分方程及边界条件.应用差分迭代方法进行了数值求解,得到了液晶指向矢随不同的参数变化的曲线.增大液晶盒厚度、上下基板锚定能系数以及增大预倾角这3种方法,在考虑挠曲电效应对液晶指向矢分布的影响时是等效的.研究了介电效应和挠曲电效应同时作用下的一级Fréedericksz转变问题.当|Δ＜ε| 较大、A较小时,将会发生一级Fréedericksz转变.     

基板锚定特性对液晶盒电容的影响

基板的锚定特性,包括锚定能大小和锚定易取方向,影响液晶指向矢的分布,直接导致液晶盒电容的改变,因此可以通过液晶盒电容的测量确定基板表面的锚定特性。基于液晶弹性理论和变分原理,理论推导弱锚定平行排列向列相和混合排列向列相液晶盒系统的平衡态方程和边界条件,采用差分迭代方法数值模拟得到了液晶盒约化电容随电压、锚定能系数及锚定易取方向变化的曲线。结果表明:液晶盒电容随基板锚定能系数的增加而减小;随预倾角的增加,液晶盒电容随锚定能系数的变化缩小;同一电压和基板锚定能系数下,平行排列向列相液晶盒电容不会大于混合排列向列相液晶的电容。     

OCB液晶显示的动态驱动特性

研究了强锚定边界条件下光学补偿弯曲排列(OCB)液晶的动态驱动特性。理论模拟计算了OCB液晶盒内液晶分子指向矢在给定电压情况下的分布规律,得到光线垂直入射时液晶盒相对透过率随交流电压有效值的变化曲线。实验测试液晶盒的电光特性,并给出测试液晶盒动态驱动条件下的响应时间及视角特性。     

液晶盒边界效应对胆甾相液晶电控螺距的影响

研究了共面转换(IPS)液晶盒处于强锚定及弱锚定两种边界状态时横向电场与平面织构胆甾相液晶螺距的关系,探讨了液晶盒表面锚定对胆甾相液晶电控螺距的影响。理论结果表明,共面转换模式下电场可以调谐胆甾相液晶的反射光颜色,而边界锚定效应对电场调谐螺距有显著影响。这一结果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。     

挠曲电效应对液晶微波相位调制的影响

液晶微波调制器件的相位调制取决于液晶分子指向矢的分布。液晶指向矢的分布不仅会受基板表面处液晶分子预倾角和锚定能等因素的影响,液晶材料的挠曲电特性同样会影响液晶指向矢分布。基于液晶弹性理论和差分迭代方法,研究了挠曲电效应对平行排列向列相(PAN)液晶微波相位调制的影响,理论推导得到弱锚定PAN液晶盒的平衡态方程,数值模拟给出了不同的预倾角、锚定能和液晶材料的挠曲电特性条件下单位长度微波相移(MPSL)随电压的变化。结果表明MPSL随锚定能系数的减小而增大,A_0=A_d=5×10~(-5)J/m~2时,挠曲电效应e_(11)+e_(33)=5×10~(-11 )C/m对MPSL最大可调范围为20°,0°预倾角对MPSL最大可调范围为17°,MPSL差值最大增加均为9°;预倾角为3°时,MPSL可调范围随挠曲电系数的增大而增大,相对于忽略挠曲电效应情形,强锚定A_0=A_d=10~(-3)J/m~2条件下MPSL始终减小,弱锚定A_0=A_d=5×10~(-5)J/m~2条件下MPSL先减小后增大然后再减小,MPSL差值最大增加为9°。此项研究对液晶微波调制器件设计有一定的指导意义。     

栅状表面液晶盒的光学特性

栅状表面基板对液晶分子有特殊的锚定作用,其锚定的强度和易取方向与栅状表面的几何参数相关。两块预先处理的栅状表面基板可以制成液晶显示器件,其光学特性也与栅状表面的几何参数相关。文中基于Frank弹性理论和栅状表面基板的等效锚定能公式研究了外加电压下此种液晶盒的光学特性,并通过计算机模拟得到了不同栅状表面液晶盒的电光曲线,且与栅状表面液晶盒的闽值电压进行了比较。     

基板表面锚泊对液晶全漏导模影响的理论研究

平行排列向列相液晶盒基板表面锚泊能可以影响液晶盒内液晶分子指向矢的分布,光学上将导致液晶导模结构的变化。为了研究基板表面锚泊对液晶全漏导模的影响,首先基于液晶弹性理论推导了液晶指向矢在外加电压下满足的平衡态方程,随后由差分迭代方法数值计算液晶指向矢。最后,基于液晶多层光学理论推导了液晶导波反射率和透射率公式,并通过数值计算得到了平行排列向列相液晶全漏波导反射率Rss随内角变化的理论曲线。计算结果表明,相对于强锚泊情形(1×10~(-3) J/m~2),不同锚泊能强度(5×10~(-5) J/m~2～1×10~(-3) J/m~2)下的理论曲线会发生左移现象,移动距离与锚泊能强度有关。由曲线移动的距离可以确定液晶盒基板表面锚泊能的强度。该研究为进一步利用光导波技术测量液晶盒基板表面锚泊能强度提供了理论依据。     

柱状腔向列相液晶指向矢结构的Monte Carlo模拟

液晶分子被限定在柱状腔内,基于Gruhn-Hess两体势,通过Monte Carlo模拟方法,研究了径向边界条件及温度对柱状腔内向列相液晶PAA的指向矢结构的影响。文中计算了系统平衡后的二阶序参数、轴向序参数、径向序参数、角向序参数和指向矢快照图。在自由表面条件下,液晶分子在与柱轴垂直的面内呈均匀一致排列,而径向锚定作用下,指向矢结构为平面极性结构;在径向锚定作用下,随着锚定强度的增加,液晶分子在与柱状腔轴垂直的面内径向排列有序度增加;温度的变化会改变液晶分子的有序度,但不改变其指向矢结构。     

混合排列柱状薄层中的向列相液晶指向矢分布的研究

利用向列相液晶弹性理论,研究了混合排列柱状薄层中的向列相液晶指向矢的分布。向列相液晶被限定在两个同心圆柱构成的薄层中,在内外表面施加强锚定及弱锚定边界条件,锚定易取向方向取径向和轴向(垂直柱轴及平行柱轴)的边界条件,得到了四种混合排列柱状薄层模型RsZw、ZwRs、RwZs、ZsRw。基于Frank弹性自由能和Rapini-Papoular近似的表面能,研究了不同锚定强度、不同内半径及不同弹性常数值的指向矢分布,计算机模拟得出指向矢取向的曲线图。由于柱对称性、锚定强度、薄层厚度以及弹性各向异性共同竞争的影响,这四种模型的指向矢分布有着很大的不同。     

基于向列相液晶弹性各向异性偏振光栅结构方位锚定能的理论研究

通过设计上下基板向列相液晶分子排列构建偏振光栅结构模型,并根据向列相液晶Frank弹性理论计算其方位锚定能,其理论结果可为实验测量提供有力的理论指导作用。本文根据弹性理论,考虑弹性各向异性计算了偏振光栅结构的方位锚定能,得到了方位锚定能与光栅条纹宽度关系的解析解。弹性各向异性对方位锚定能有着显著影响。由于液晶具有各向异性,考虑弹性各向异性研究方位锚定能是必要的,其结果更具有普遍性。     

基于激光光源的液晶特性研究

为了研究激光光源对液晶电光特性的影响, 采用Jones矩阵对液晶的光学特性进行了分析, 同时利用不同波长的半导体激光器作为入射光源, 对液晶的电光特性进行了实验研究。结果表明, 当电压达到4.8V时, 各光源下液晶的透光强度均出现陡降, 说明液晶的阈值电压与入射光波长无依赖关系; 通过示波器跟踪图像发现各光源下液晶的响应时间有明显的差异; 随着供电电压的增大, 液晶光栅的衍射光斑由圆环状逐渐转为平行分布, 且各级衍射光斑并非完全对称, 入射波长及供电电压决定了衍射光斑的空间及能量分布。该研究结果对液晶器件的研发具有一定的借鉴意义。     

采用双向取向表面的永久双稳态扭曲向列相显示器

开发了一种新的双向取向表面。所述取向表面可以用于控制液晶引流（backflow）方向。基于所述新型取向层,成功制造了一种双稳态扭曲向列相LCD,该LCD在U和T态之间转换,不伴随表面锚泊能的破坏（surface anchoring energy breaking）。     

同心柱筒中混合排列向列相液晶中的挠曲电效应

本文研究径向电场作用下同心柱筒中混合排列向列相液晶的指向矢分布,重点研究挠曲电效应对指向矢分布的影响。向列相液晶处于同心圆柱构成的薄层间,内表面径向锚定、外表面轴向锚定以及内表面轴向锚定、外表面径向锚定构成两种同心柱筒混合排列模型。基于向列相液晶Frank弹性理论,通过差分迭代方法,分别在强锚定及弱锚定边界条件下,研究了两种模型中挠曲电效应对指向矢分布的影响。研究结果表明:挠曲电效应在薄层内边界、外边界以及薄层内部对指向矢分布有着不同的影响;同心柱筒中指向矢分布由柱对称性、边界锚定作用、介电耦合作用、挠曲电效应的综合作用所决定。     

不同初始分布向列相液晶电容特性的相场法研究

液晶盒内的液晶分子在不同的外加电场作用下重新排布,其极化指向发生改变,从而影响液晶盒整体的电学特性。本文考虑液晶材料的挠曲电效应,分析液晶盒的整体自由能表达式,包含弹性形变自由能密度、介电自由能密度和挠曲电自由能密度。基于液晶弹性理论和相场方法,构建描述液晶核指向矢分布及演化的相场方程,并运用离散方法推导出液晶盒约化电容的表达式。讨论边界强锚定的混合液晶盒(HAN)和平行液晶盒(PAN)表面电荷密度对液晶核指向矢偏转角的影响。进一步分析了挠曲电系数、表面电荷密度以及液晶盒厚度对两种不同初始指向分布液晶盒电容性能的影响。数值分析结果表明,表面电荷密度越大、挠曲电系数越小,液晶核指向矢偏角越大。在混合液晶盒中,约化电容随着表面电荷或液晶厚度的增加而增加,最终趋于饱和;而在平行液晶盒中,当表面电荷密度或液晶盒厚度达到某个临界值时,液晶核的指向矢才发生改变,液晶的约化电容才有明显的变化。随着表面电荷密度增加,液晶核指向矢发生偏转的临界厚度减小。