空间各向异性势扭曲向列液晶盒的Fredericksz转变

基于格点模型空间各向异性两体势研究扭曲向列(TN)液晶盒的Fredericksz转变。该作用势不仅是空间各向异性的并且依赖于液晶的弹性常数。理论处理中假定具有理想向列序,这意味着分子长轴取向方向与液晶指向矢是重合的,而总自由能等于总相互作用能。分别对指向矢的倾角和方位角进行傅里叶展开,通过二阶导矩阵方法确定TN盒的阈值磁场。该磁场依赖于总扭曲角和液晶的弹性常数,并与连续体理论结果进行了比较。通过平衡态下系统自由能取最小,得到指向矢满足的平衡态方程。基于平衡态方程,对TN液晶盒中指向矢在磁场作用下的分布进行了数值计算。数值结果验证了液晶指向矢所满足的平衡态方程的正确性。进一步证实了文献中最近提出的两种从弹性能到两体作用势的映射方案之一(即模型Ⅰ)可以给出与连续体理论相一致的结果。     

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。     

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。     

序电效应和电场对向列相液晶分子有序度的影响

液晶盒内分子的排列很容易受外场的影响，对向列相液晶盒施加足够大的电场，液晶分子排列和序参数都将随空间变化，序参数发生变化会有序电效应产生，要考虑序参数的变化我们选用朗道自由能展开式表示液晶的体自由能密度。本文讨论的是平行型液晶盒，利用差分法和计算机模拟计算得到了不同电场作用下向列相液晶分子指向矢和序参数随空间变化的图形规律．并讨论了序电效应和序电极化能对自由能密度的影响。     

Mechanically bistable liquid-crystal display structures

This paper discusses two types of mechanically bistable liquid-crystal display structures, a previously reported type [2], [3] called vertical-horizontal, and a second type, called horizontal-horizontal. In both of them, the director configuration is planar. They are distinguished by the orientation of the director plane, which is perpendicular to the major surfaces of the device in the type called vertical-horizontal, and parallel in the type called horizontal-horizontal. In both types, the bistable states may be differentiated optically by use of a polarizer and dichroic dye, and switching is accomplished electrically by exploiting the dielectric anisotropy of the ordered liquid crystal states. We show calculations of the director configurations, their energy, and optical contrast of the bistable states. The bistable states are topologically distinct, so that the switching transitions are necessarily discontinuous in character. The movement of disclinations governs the switching process, and their detachment forms the basis of stability.     

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。     

对向列相液晶反转壁中+1缺陷处挠曲电效应的理论分析

基于Pramoda Kumar等人文章中关于向列相液晶反转壁中+1缺陷处挠曲电效应的实验现象,我们利用Landau-de Gennes理论给出相应的理论分析。当对弱锚定的平行排列向列相液晶盒施加垂直基板的直流电压,在反转壁中的±1缺陷会发生旋转。对于其中的+1缺陷,我们给出了外加电场作用下液晶分子的自由能表达式并通过模拟描述指向矢的方位角和极角的变化情况给出相应的缺陷处电场驱动的结构变化。模拟结果给出的挠曲电效应引起的方位角的变化角度与Pramoda Kumar等人的实验得到的在+1缺陷处消光刷的变化情况是一致的。     

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。     

基于向列相液晶形变研究空间各向异性两体势

基于分子两体势研究向列相液晶的形变。该两体势是空间各向异性的并且依赖于液晶的弹性常数。理论处理中假定具有理想向列序,这意味着分子长轴取向方向与液晶指向矢是重合的,而总自由能等于总相互作用能。通过解析形式研究3种基本的弗雷德里克兹转变,得到了势参数与弹性常数的又一关系。通过MonteCarlo模拟方法研究了新两体作用势所描写向列相的热力学性质。     

空间各向异性色散两体势向列相液晶形变研究

基于空间各向异性色散力势能,用简单的立方格子模型研究具有n层液晶分子所组成的向列相液晶形变。理论外理中假定具有理想向列序,这意味着分子长轴取向方向与液晶指向矢是一致的．而总自由能等于相互作用能。文中以解析形式研究了三种基本的Fredericksz转变,给出了三个弹性常数,在近似下它们是相同的,且与连续体理论比较可以得到k13。     

表面沟槽诱导双轴向列相液晶的弹性畸变

双轴向列相液晶在表面沟槽上锚定,3个指向矢之一平行于沟槽均匀排列。使用Berreman在研究单轴向列相时提出的弹性形变产生表面能的理论方法对双轴向列相液晶进行研究,得到了一个公式,在Berreman模型中它描写弹性畸变对表面锚定的贡献,但在双轴向列相中,这一公式描写当n指向矢沿着沟槽锚定时,m指向矢受到沟槽表面的作用而产生的畸变能量。研究了双轴向列相液晶在表面沟槽上锚定的稳定性问题;稳定性条件在双轴向列相单一弹性常数近似下为n指向矢的弹性常数最大。     

聚合物稳定向列相液晶显示的上升时间常数

聚合物网络对液晶的表面作用决定了聚合物稳定向列相液晶的电光性能。我们的研究基于一种简单的表象模型,假设聚合物网络由平行于无场状态下向列指向矢的聚合物纤维棒构成。建立受到有限锚定能虚拟边界束缚的矩形指向矢畴,根据液晶的动力学理论得到聚合物稳定向列相液晶显示的上升时间常数的表达式。计算并给出了上升时间常数对聚合物浓度的依赖关系,此关系还有待于实验的验证。     

液晶盒的电容特性

液晶盒外加一定的电压,会改变液晶分子的取向排列,这样液晶层的有效介电常数也会随之发生改变。如果把液晶盒看作一个电容器,其电容也会有所改变。本论文理论研究强锚泊混合排列向列相液晶盒的电容特性,基于液晶弹性理论和变分原理,理论推导液晶盒系统的平衡态方程及电容的解析表达式,通过Matlab软件数值模拟了此液晶盒的电容-电压曲线和指向矢分布曲线,并对其电容特性进行了分析。     

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。     

Dye-doped photorefractive liquid crystals for dynamic and storageholographic grating formation and spatial light modulation

The basic mechanisms of photo-induced space charge field formation, director axis re-orientation, and refractive index changes in fullerene C60- and dye-doped nematic liquid crystals films are presented. In particular, in aligned methyl-red-doped nematic liquid crystal film, we observe a nonlinear index change coefficient as high as 10 cm²/W, associated with purely optically induced liquid crystal director axis re-orientation. Experimental observations of dynamic and high-resolution storage holographic grating formation, two beam coupling with gain of nearly 3000 cm^-1, optical limiting action at nanowatt cw laser power, and incoherent-coherent image conversion at μW/cm² light intensity level are discussed     

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。     

二维液晶I-N相变的计算机模拟

从Landau—de Gennes取向自由能出发讨论了二维情况下向列型液晶的热力学特征：二维液晶的I-N相变是二级相变；将元胞动力学方法推广到处理张量序参量的情况，并用数值解求解了关于取向张量的Ginzberg-Landau方程．模拟得到了液晶的纹影织构。计算结果表明：具二级I-N相变的二维液晶是对具弱一级相变的真实液晶的良好物理近似。     

Berreman近似下任意形状表面沟槽对双轴向列相方位锚定的影响

通过把Berreman近似下任意形状的表面沟槽用傅里叶级数展开,写成正弦函数和的形式,将Fukuda等人的理论应用于双轴向列相液晶中,考虑表面弹性项的作用后得到了任意形状的沟槽对双轴液晶产生的方位锚定能。在一定的近似条件下得到约化锚定能随着沟槽的方向与液晶主指向矢之间的夹角的变化情况,讨论了双轴弹性常数对液晶易取向方向的影响。     

斜入射下液晶偏振光栅衍射特性研究

为了表征光束倾斜入射下液晶偏振光栅的衍射特性，提出了液晶偏振光栅斜入射角度-驱动电压-衍射效率的三维模型建模方法。该方法利用吉布斯自由能方程，求解液晶分子指向矢，得到驱动电压与液晶分子倾斜角的表达式，推导出斜入射角度与相位延迟量之间的关系，结合扩展琼斯矩阵表征不同入射角度下液晶偏振光栅的透过率，通过矢量衍射理论，建立了斜入射角度-驱动电压-衍射效率的三维模型。该模型不仅可以定量求解不同斜入射角度下液晶偏振光栅衍射效率，而且能够实现衍射效率最优时驱动电压的标定。通过仿真分析和实验对该模型的有效性进行了验证，结果表明:光束入射角度从0°倾斜到10°时，最优驱动电压由2.2 V降低到2.0 V，液晶偏振光栅衍射效率从85%下降到78%；光束入射角度从0°倾斜到?10°时，最优驱动电压由2.2 V升高到2.4 V，液晶偏振光栅衍射效率从85%下降到74%。     

混合排列向列相边缘场效应电光特性的模拟计算

研究混合排列向列相-边缘场转换(HAN-FFS)液晶显示模式。通过假设液晶盒内电场为均匀共面场建立简化模型,并做k11=k22=k33=k的单一弹性常数近似。根据液晶的连续体理论,从而求得HAN-FFS模型指向矢分布,它与液晶盒厚、电极宽度、弹性系数以及介电常数有关,并根据液晶光学中琼斯矩阵法利用计算机模拟出指向矢变化情况及电光特性曲线。