蓝相液晶光电特性研究

蓝相液晶由于其特有的扭曲双螺旋结构,具有快速响应特性与宏观上的光学各向同性。通过聚合物稳定的方法,可以提升其热稳定性,但是也导致了驱动性能下降,磁滞效应增强等问题。文章通过研究手性掺杂和聚合物网络对蓝相液晶材料体系的作用以及不同温度下的磁滞效应,探索蓝相液晶器件光电特性的影响因子,为改善蓝相液晶材料的光电特性提供理论上的支持。     

基于多重掺杂的高科尔常数聚合物稳定蓝相液晶

聚合物稳定蓝相液晶具有亚毫秒级响应速度,光学各向同性及无需配向工艺等特点,在显示及光子器件领域有广泛的应用。本文研究了一种基于聚合物稳定蓝相液晶的多重聚合物材料掺杂系统。聚合物稳定蓝相液晶的驱动电压可以通过掺杂N-乙烯吡咯烷酮(NVP)和聚苯胺氧化石墨烯(G-PANI)得到大幅度的降低。经过优化掺杂物的配比,多重掺杂的聚合物稳定蓝相液晶材料的科尔常数被提高了68%,并且不会对材料的响应时间、磁滞及残留双折射产生负面影响。     

窄视角蓝相液晶显示器

基于克尔效应的聚合物稳定蓝相液晶显示器被设计出窄视角显示模式,用于公共场所下私人信息的保护。通过使用几个简单的单轴膜,聚合物稳定蓝相液晶显示器就可以呈现出极佳的窄视角效果,即,对比度大于10°的可视区在20°极角范围内。此外,该显示器的驱动电压为14 V,最大透过率为71%,不仅满足了当前主流非晶硅薄膜晶体管的驱动需求,还进一步提高了背光源的光利用率。本文提出的窄视角蓝相液晶显示器与传统的窄视角模式相比较而言,没有复杂的电极结构以及繁琐的补偿方案,较3M公司的保护膜而言,具有生产成本低的优势,这些优势使其具备了在工业上生产的条件。在信息时代,窄视角液晶显示器将在防止私人信息的泄露上扮演越来越重要的作用。     

聚合物稳定双频蓝相液晶的亚微秒电光响应

蓝相液晶由于其出色的电光性质在信息显示和光电子领域受到了广泛的关注，然而日益发展的信息技术对信息的传递、处理、存储速度提出了更高的要求。为了进一步强化蓝相液晶的快速电光响应优势，本文以双频向列相液晶为主体，掺杂聚合单体、手性剂、光引发剂等材料制备了聚合物稳定双频蓝相液晶，通过调节双段电压脉冲时长，实现了聚合物稳定双频蓝相液晶的快速电光调控，其电光调控的开关时间均小于500 ns。     

蓝相液晶的旋光特性与消除

为了实现蓝相液晶中旋光能力性能的模拟计算,建立了蓝相液晶的一维模型,对蓝相液晶在正交线偏光片和正交圆偏光片下的旋光能力进行了模拟计算,并研究了蓝相液晶对外界环境光的反射特性。首先对胆甾相液晶的旋光特性进行了理论和模拟计算结果之间的对比。然后对比蓝相液晶与胆甾相液晶的结构特点,建立了高倾角的胆甾相液晶模型来作为蓝相液晶的一维模型,高倾角的角度由各向同性相的序参数来得到。利用该一维模型模拟计算了蓝相液晶的旋光特性,与实验结果相符,然后模拟计算了大螺距蓝相液晶在正交线偏光片和正交圆偏光片下的透过率,最后模拟计算了这两种情况下蓝相液晶对外界环境光的反射特性。模拟结果表明:使用正交圆偏光片,可以有效地消除大螺距蓝相液晶在可见光范围的旋光特性和Bragg反射,可见光整体旋光角度从5.2°降低到0.06°。结果将对提高蓝相液晶显示器的显示特性有很大的帮助。     

蓝相液晶技术的进步

为了解决蓝相液晶,特别是聚合物稳定蓝相液晶实用化所面临的瓶颈,业内人士对聚合物稳定蓝相液晶显示器的各个方面,例如：新的电极结构和形状、单体在聚合物网络结构中的分布、GTG响应时间和工作物理过程等方面作了许多研究,文章对此作了综合介绍。     

聚合物稳定蓝相液晶用单体研究进展

聚合物稳定蓝相液晶(PS-BPLC)由于其具有相对宽的温域,亚毫秒的灰度响应速率,并且无需取向层等特点在平面显示和光学方面引起越来越多的关注。本文简要回顾了目前应用在聚合稳定蓝相液晶方面的聚合物单体的发展情况,主要从单体结构,单体的浓度,交联剂的使用这3个方面研究了这些因素对聚合物稳定蓝相的性能影响。其中对单体结构的影响进行了更为详细的讨论,包括特殊基团如氟原子、手性中心的引入,端烯的甲基化等因素对聚合物稳定蓝相液晶在驱动电压、迟滞效应和响应时间等性能的影响。并在此基础上,对聚合物稳定蓝相液晶所用单体的结构设计提出新的构想。     

取向层厚度及介电常数对TN-LCD影响的研究

在具有高驱动电压的液晶显示器中,为了对液晶器件起到保护作用,以采用增加取向层厚度的方法来解决某些显示器件由于驱动电压过高导致的问题。当取向层厚度不可忽略时,随着取向层厚度增加会导致器件驱动电压升高。本文利用扭曲向列相液晶显示器结构,通过模拟和实验分析了取向层厚度对LCD的影响以及不同介电常数的取向层对LCD的影响。结果表明:当取向层的介电常数大于20时,能够有效降低TN-LCD驱动电压。当其介电常数大于500时,其厚度变化对驱动电压的影响变得很小。本文结果对降低高驱动电压液晶器件的驱动电压有重要的指导性意义。     

蓝相液晶材料的研究进展及其应用

蓝相液晶作为一种新型的液晶显示材料,具有宽视角、响应速度快、制作工艺简单等优点,从而成为光电显示领域的一个研究热题。文章介绍了蓝相液晶的最初发现及其相关性质,总结了近年来国内外蓝相液晶的研究现状,并对蓝相液晶材料在平板显示领域中的应用成果和未来发展趋势做了评估。     

蓝相液晶及其在微透镜器件中的应用

聚合物稳定蓝相液晶(PSBPLC)具有响应速度达到亚毫秒量级,偏振光独立及工艺无需取向工艺等特点,在显示技术及光电子器件领域有潜在的巨大应用空间。文章论述了PSBPLC微观相变模型、宏观克尔效应等特性。在此基础上,论述了蓝相液晶微透镜技术的发展。介绍了PSBPLC实现微透镜阵列的主要结构,包括圆孔电极的蓝相液晶透镜;曲面电极的蓝相液晶透镜;多电极蓝相液晶GRIN透镜;模式控制的蓝相液晶透镜,以及采用ZnO纳米棒为电极实现蓝相液晶透镜,对比了上述几种透镜的结构和特点。     

基于液晶的太赫兹反射式波束扫描天线

提出了一种基于液晶的太赫兹电控反射式移相器及其构成的波束扫描阵列天线。通过采用液晶调控的开槽结构移相器,解决了液晶调控过程中谐振层覆盖面不足造成的液晶取向不均、边缘效应和饱和电压增大等问题。设计了工作在380 GHz三开槽的移相器,对谐振频点的表面电流分布和谐振频点进行了仿真分析。数值计算结果表明当液晶相对介电常数在2.47~3.26范围内变化,377~392 GHz频率范围内移相器能够实现360°的相移。采用三开槽结构反射相移单元,设计了工作于380 GHz的电控波束扫描阵列天线,实现了30°范围内的一维波束扫描,主瓣增益大于20 dBi。     

液晶相位光栅大屏幕投影

现已发现一种新型液晶盒工作模式，这就是液晶相位光栅模式，它是将空间周期电场加到介电和光学各向异性的均匀排列液晶层上而形成的。本文介绍了一种液晶相位光栅大屏幕投影系统，讨论了液晶相位光栅的基本衍射特性。     

外加电压频率对液晶介电各向异性的影响

液晶材料的介电各向异性通常与频率有关。为进一步研究频率对液晶材料介电常数的影响,首先,使用紫外可见分光光度计(METASH UV-9000S)和表面轮廓仪(Contor GK-T)分别测量液晶盒厚度以及聚酰亚胺(PI)取向层厚度,通过精密热台(LTS 350)控制实验温度20℃,使用精密LCR表(Agilent E4980A)测定4种不同液晶材料在100～2 000Hz的频率内的平行和垂直排列向列相液晶盒电容;然后,利用液晶盒电容模型计算出不同频率下液晶的平行和垂直介电常数,并绘制频率-介电各向异性曲线;最后,分析频率对液晶介各向异性的影响。实验结果表明:温度一定,正性液晶的介电各向异性随频率的升高而减小,然后逐渐趋于平缓,负性液晶的介电各向异性随频率变化基本保持不变。此项研究对进一步分析液晶材料的介电特性具有一定的指导意义。     

High Performance Multi‐Level Non‐Volatile Polymer Memory with Solution‐Blended Ferroelectric Polymer/High‐k Insulators for Low Voltage Operation

Polymer ferroelectric‐gate field effect transistors (Fe‐FETs) employing ferroelectric polymer thin films as gate insulators are highly attractive as a next‐generation non‐volatile memory. Furthermore, polymer Fe‐FETs have been recently of interest owing to their capability of storing data in more than 2 states in a single device, that is, they have multi‐level cell (MLC) operation potential for high density data storage. However, among a variety of technological issues of MLC polymer Fe‐FETs, the requirement of high voltage for cell operation is one of the most urgent problems. Here, a low voltage operating MLC polymer Fe‐FET memory with a high dielectric constant (k) ferroelectric polymer insulator is presented. Effective enhancement of capacitance of the ferroelectric gate insulator layer is achieved by a simple binary solution‐blend of a ferroelectric poly(vinylidene fluoride‐co‐trifluoroethylene) (PVDF‐TrFE) (k ≈ 8) with a relaxer high‐k poly(vinylidene‐fluoride–trifluoroethylene–chlorotrifluoroethylene) (PVDF‐TrFE‐CTFE) (k ≈ 18). At optimized conditions, a ferroelectric insulator with a PVDF‐TrFE/PVDF‐TrFE‐CTFE (10/5) blend composition enables the discrete six‐level multi‐state operation of a MLC Fe‐FET at a gate voltage sweep of ±18 V with excellent data retention and endurance of each state of more than 10⁴ s and 120 cycles, respectively.     

温度对液晶盒电容的影响

液晶盒电容的大小与外加电压的数值相关。当液晶的温度发生变化时,即使施加的电压值一定,液晶盒的电容也会发生变化。为了研究温度的影响,采用交流电桥的方法对灌注5CB液晶的平行排列向列相液晶盒电容进行了实验测量,并由精密热台（LTS350,Linkam）控制液晶盒的温度,得到了不同温度下液晶盒的电压-电容特性曲线。由此可以看出：在大于阈值电压范围内,同一电压下液晶盒电容随温度的升高逐渐增加,并且曲线的斜率逐渐减小,说明液晶向各向同性态转变。此项研究对进一步分析液晶材料的介电常数有一定的指导意义。     

低电压丙烯酸酯体系PDLC的研究

选用合适的丙烯酸酯体系的聚合物制备了PDLC样品,光电测试曲线表明其驱动电压可以低至25 V,改变聚合物中的稀释单体能够大幅降低PDLC的驱动电压.选用不同稀释单体的两种聚合物的介电常数及阻抗表明,聚合物的介电性能及阻抗为影响PDLC驱动电压的深层次原因,液晶的组分及PDLC的膜厚对PDLC的驱动电压也有一定影响.     

混合扭曲向列相模式的液晶盒参数对硅基液晶显示器的影响

90°混合扭曲向列相液晶(MTN)模式因其良好的关态色散特性、低驱动电压而被应用于小型或者微型硅基液晶显示器(LCOS)。针对MTN模式,模拟研究了液晶弹性常数、介电各向异性、预倾角以及盒厚变化对显示效果的影响,研究结果为硅基液晶显示器的开发提供了一定的理论依据。     

液晶栅介质场效应晶体管及突触行为模拟

采用液晶E7作为栅介质,聚异靛蓝噻吩乙烯噻吩(PII-TVT)作为半导体,利用光刻/蚀刻技术制备了漏极-源极-栅极(D-S-G)共面的有机场效应晶体管器件,并测试了晶体管性能,对液晶作为栅介质应用于有机场效应晶体管进行研究。实验结果表明,器件表现出比较特别的晶体管性能,开关比达到10~3。通过光学显微镜观察发现,施加栅极电压后液晶发生形变,表明栅极电压对电极上的液晶分子的取向排列有较大影响。在施加脉冲栅压时,沟道电流随着脉冲栅压时间的延长而增强。利用液晶分子在电场下发生极化和迟滞作用,可一定程度上模拟突触的刺激时间依赖性。