研究纯向列液晶方位表面锚定能的变换方法

向列液晶表面锚定能的研究是液晶物理学的一个重要分支。通过测量扭曲液晶盒中的液晶分子的实际扭曲角及摩擦方向与液晶分子的界面指向矢之间的方位偏角,提出了一种研究纯向列液晶方位表面锚定能的新方法,并且测定了5CB液晶与摩擦的聚酰亚胺界面的方位表面锚定能。     

向列液晶-聚酰亚胺LB膜的方位表面锚定能的研究(英文)

利用我们研究组提出的力矩平衡的方法,测定了向列液晶在聚酰亚胺LB膜上的方位表面锚定能。向列液晶在聚酰亚胺LB膜上的方位表面锚定能低于强摩擦聚酰亚胺膜的情形。液晶和聚合物分子间的相互相用对于聚合物表而的液晶排列是非常重要的。     

向列液晶的表面锚定能

向列液晶表面锚定是表征基板表面取向效果的关键参数,也是研究液晶分子表面取向排列机理的重要信息.描述向列液晶的表面锚定能首先要准确地理解对基板-向列液晶界面的宏观处理和微观处理的差异,其次要明确吉布斯(Gibbs)分界面的意义,它同表面锚定能与预倾角的热力学性质是同等重要的。向列液晶的表面锚定能可分为极化表面锚定能和方位表面锚定能两大类.人们已经采用多种实验技术从宏观上测试了向列液晶的表面锚定能。本文以热力学理论为基础,探讨了向列液晶表面锚定能的物理意义,并且以Freedericksz转变、高电场技术为例分析了极化表面锚定能的测试原理,以高磁场、Cano劈技术为例分析了方位表面锚定能的测试原理,最后用Cano劈技术给出了我们对外推长度的实验测试结果,并估算了液晶的表面锚定能的量级.     

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。     

弱锚定条件下平行排列向列液晶盒的一级转变

在液晶总自由能中界面锚定能采用修正后的Rapini-Papoular(RP)公式，用严格的数学推导和计算，详细研究了弱锚定条件下平行排列的向列液晶盒在阈值点的弗雷彼里克兹(Freedericksz)转变问题。结果表明，对所研究的液晶盒在一定条件下阈值点的转变可以是一级转变。同时给出了一级转变条件，它与液晶表面参量有关。     

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。     

向列液晶表面锚定强度的研究

液晶的表面锚定的研究是液晶物理学的一个重要课题,也是液晶器件物理研究的关键问题。本文研究了不同的聚酰亚胺上摩擦强度与液晶的表面锚定强度的关系,分析了液晶的表面锚定强度与液晶分子表面预倾角的关系,并运用空间相互作用模型进行了理论分析。     

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。     

表面活性剂对聚合物分散液晶光电性能的影响

为了调控聚合物分散液晶(PDLC)中聚合物基体和液晶微滴的界面作用,降低锚定能,以聚丙烯酸甲酯(PMA)为基体,E7为分散相,并加入了不同含量的硬脂酸(SA)表面活性剂,采用聚合物诱导相分离法制备了PDLC,并对PDLC的光电性能进行了测试。研究发现,PDLC的电光性能随着SA含量的增加而改善,但当SA的含量达到一定值后,液晶微滴出现"岛聚"现象,光电曲线出现一个转折点。实验结果表明,表面活性剂可以调控聚合物和液晶微滴的界面作用,降低锚定能,从而改善PDLC的光电性能。     

聚甲基珍烯酸肉桂酰氧基乙酯的光控取向研究

研究了向列液晶ＬＣ－Ｅ７０分子在肉桂酸酯类材料聚甲基丙烯酸肉桂酰氧基乙酯光控取向层上的排列特性，液晶盒中向错的类型及产生的原因，从理论上计算了这种取向层的方位表面锚定能的数量范围。     

表面极化对阈值电压和饱和电压的影响

考虑挠曲电极化,但不考虑界面上离子选择吸附产生的极化,文章详细讨论了表面极化P_s对平行向列液晶盒阈值电压和饱和电压的影响。文章由自由能的角度推导得到指向矢n倾角θ满足的微分方程和相应的边界条件;推导得到约化阈值电压u_(tn)和约化饱和电压u_(sat)的方程;讨论了约化表面极化强度P对约化阈值电压u_(th)和约化饱和电压u_(sat)的影响,并绘图表示,数值计算表明,表面极化对向列液晶盒的影响主要表现在界面锚定。     

光控PI取向膜方位锚定能的温度特性

利用摩擦和光控取向技术在基板上分别做成聚配亚胺(PI)取向膜。由Cano盒测试方位锚定能的原理,测试了在不同温度下摩擦处理的膜和光控取向膜方位锚定能的变化,发现光控取向膜的方位锚定能随温度变化较为敏感,但主要问题还是锚定强度弱,讨论了改善光控取向膜锚定强度的方法。     

液晶的表面排列机理

本文系统地研究了向列液晶分子在各种表面上的排列,特别是研究了在各种聚酰亚胺取向膜表面上的排列状态,并得到6°以上的稳定排列的高预倾角.详细地讨论了沟纹理论和分子相互作用理论,并通过锚定能加以综合分析,提出了两种理论的适用范围.对于有机聚合物表面,我们分析了取向膜的光学各向导性,并分析了占优势的分子相互作用类型.最后,给出了液晶分子的倾斜排列模型,这对实践上对预倾角的控制是相当重要的.     

聚酰亚胺液晶垂直取向膜的表面取向分析

采用均苯四甲酸二酐(PMDA)、4,4′-二胺基二苯甲烷(MDA)以及侧基含联苯和己基的二胺(TBCA)三元共聚制备了聚酰亚胺垂直取向剂,摩擦前后得到相同的垂直取向效果,探讨了侧链二胺TBCA的含量对聚酰亚胺取向膜垂直取向性能的影响,采用衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)对摩擦前后聚酰亚胺膜表面侧链的相对含量进行了对比,并运用原子力显微镜(AFM)考察了表面细微沟纹对液晶分子取向的影响。结果表明,在取向膜未经摩擦没有产生表面沟纹的情况下液晶分子也能取向,并且这类取向膜表面侧链的含量与摩擦后的含量相当。     

用于液晶盒偶氮染料光致取向层的合成和性质

我们研究了可用于光致取向液晶(LCs)偶氮染料的合成和性质,提出了偶氮染料的结构与合成过程。偶氮染料光致取向完全是因为分子吸收振子垂直于UV光偏振方向的再取向。讨论了在偏振光场中,偶氮染料分子旋转扩散现象的定性模型。测量了波长为372nm时,偏振吸收光谱的有序参数S=-0.4(80%的最大绝对值Sm=-0.5)。对一个偶氮染料膜,利用在正常的正入射偏振光之后,紧跟一个斜入射的非偏振光两步曝光,可以获得温度稳定的5.3°预倾角。光致取向基片的方位角锚定能为Aφ≈10-4Jm-2,这与摩擦聚酰亚胺(PI)层的锚定能相同。我们发现,光致取向液晶盒的电压保持率甚至比摩擦PI层取向的还高,因此,偶氮染料完全可以用作有源矩阵液晶显示器的取向层。光致取向偶氮染料层的热稳定性很高,但UV稳定性需通过诸如聚合等来改良。于是,我们设想了一种新的基于聚合偶氮染料层的LCD取向技术。     

摩擦强度对取向膜表面液晶取向度的影响

利用红外二向色性吸收实验,定量分析了不同摩擦强度的取向处理后取向膜表面的液晶分子取向度。实验结果表明,取向膜表面的液晶分子取向度随摩擦强度的增加而增加,最后达到饱和。取向膜表面的液晶分子取向度饱和值仍低于体内部,大约为体内部的1／2。液晶界面层的厚度不随摩擦强度变化,均为7nm左右,此值具有分子相干长度的物理意义。     

聚合工艺对联苯侧链型聚酰亚胺薄膜取向性能的影响

以4,4′二氨基二苯醚(ODA)、 3,5-二氨基苯甲酸{6-[4′-(苯基)苯氧基]}己基)酯(C6-DABBE)、4,4′-二苯醚四羧酸二酐(ODPA) 为单体,分别采用一步法和两步法共聚合成一系列含有联苯侧链的聚酰亚胺.采用衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)、表面能、原子力显微镜(AFM)、光电子能谱(XPS)等测试手段对薄膜的基本性能进行了研究.通过对预倾角的测量考察了液晶分子在联苯侧链聚酰亚胺薄膜上的取向性能.结果表明,一步法和两步法合成的聚酰亚胺表面分子结构基本一致,都能使液晶分子表现出良好的取向性能;液晶分子的预倾角随着聚酰亚胺侧链含量的增加而增加;由于两步法更有利于侧链在表面富集,所以采用两步法可获得更大的预倾角.     

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。     

液晶分子在高分子膜上的排列记忆效应

通过测量高分子膜聚酰亚胺由排列记忆效应产生的锚定强度,对锚定强度随记忆时间的变化进行定量描述。聚酰亚胺膜表面的锚定强度随着记忆时间的增加逐渐增大,大约经过20h后达到饱和,其归一化饱和值大约为30μm^-1。     

液晶共面取向的等离子处理方法

在受等离子辐照过的一些有机和无机的基板上，获得了高质量的液晶共面取向。与已知的用来改善顶部锚定及预倾角各向同性的等离子处理方法不同，新方法是将等离子束调整到倾斜射向待取向的基板。在所用的辐射参数范围内，所有基板上的LC取向的易取向轴(easy axis)都平行于等离子体传播方向。研究了LC的预倾角和锚定能与等离子束的入射角、辐照时间、能量以及辐照电流密度等的依赖关系。经等离子处理过的基板上，方位角、锚定能与用光取向方法得到的相近，而预倾角与摩擦产生的类似。透过率-电压曲线与等离子处理的和摩擦工艺处理的非常接近。与摩擦取向相同，等离子诱导的取向具有很高的温度和光照的稳定性。也考虑了采用等离子／偏振紫外光和等离子／摩擦处理等组合方法来制作LC图形。