铁电液晶的排列特性研究

摘要

本论文从以上问题出发，对铁电液晶的排列及电光特性进行了研究。首先，从向列相液晶在基板表面处的排列状态入手，分析了摩擦取向膜对液晶分子排列的影响。实验结果表明向列相液晶分子在取向膜表面处的取向度只为体内的1/2，说明取向膜表面处液晶分子的排列行为往往不同于体内部，摩擦处理的取向膜只能提供液晶的择优排列方向，而不能给出高有序度。从向列相液晶在基板表面处的排列状态推测铁电液晶，其取向膜表面处的分子取向度也不会高，而且没有分子层结构，使铁电液晶器件界面层中的应力更大，这应该是铁电液晶器件制备过程中容易出现排列缺陷的重要因素之一。根据以上分析，实验中采取缓慢降温的方法，使取向膜表面处的液晶分子通过热脱附运。分析了“之”字形排列缺陷的产生机理，实验中通过改变取向膜的锚定强度控制了液晶分子的预倾角，获得了均匀的“人”字形层结构排列态。但由于“人”字形层结构中层的倾斜打折，使液晶分子在被驱动时有效转动锥角变小，对比度较低，实验中在铁电相施加低频交变电场，使“人”字形层结构发生了变化，变为准书架式层结构，大大提高了液晶分子在被驱动时的有效转动锥角，使对比度提高了2倍。引入聚合物网络的体锚定作用，不但使铁电液晶排列稳定性极大加强，而且得到了无阈值“V”字形连续电光特性。实验中利用扫描电镜和偏光显微镜，研究了铁电液晶盒内形成的聚合物网络具有指向性，其饱和电压为5V，完全可以与TFT相结合实现显示器的连续灰度。基于近晶C*连续体理论对“V”字形连续电光特性机制进行了理论研究，阐明网络锚定能的加入使体系双稳态能量分布发生变化，自由能曲线从两个极小值变为一个单调曲线，这应该是出现无阈值“V”字形连续电光特性的原因。最后研究了无需加聚合物网络就能得到连续电光特性的一类铁电液晶材料。这类材料没有近晶A相(SA)，是由胆甾向列相到铁电液晶相(N*-Sc*)直接相变的材料，因此其层排列很难控制。实验中通过控制取向膜摩擦强度使液晶分子一致排列和在N*-Sc*相变时施加DC电压，获得了稳定单畴排列，其电光特性呈现无阈值半“V”字形。优化N*-Sc*相变时施加DC电压幅值和取向膜的摩擦强度，使器件对比度高达100以上，饱和电压只有3V。

目录

摘要

第一章绪论

§1.1液晶的分类

§1.2铁电液晶

§1.2.1铁电液晶分子的排列特性

§1.2.2铁电液晶的分类

§1.3铁电液晶的研究历史及现状

§1.3.1表面稳定铁电液晶模式

§1.3.2表面稳定铁电液晶模式的显示原理

§1.3.3表面稳定铁电液晶模式响应时间与电压的关系

§1.3.4“人”字形层结构

§1.3.5“之”字形缺陷与C1、C2排列态

§1.3.6准书架式层结构

§1.3.7聚合物网络稳定铁电液晶

§1.3.8具有连续电光特性的铁电液晶材料

§1.4本文研究内容

参考文献

第二章表面稳定铁电液晶模式的均匀排列

§2.1引言

§2.2向列相液晶在取向膜表面处的排列行为

§2.2.1分子取向度的考察

§2.2.2结果与分析

§2.2.3摩擦强度对取向膜表面液晶分子排列的影响

§2.3取向膜对铁电液晶分子排列影响的分析

§2.4无“之”字形缺陷的均匀排列控制

§2.4.1“之”字形缺陷产生的机理

§2.4.2获得均匀排列的理论分析

§2.4.3获得均匀排列的实验

§2.4.4“人”字形层结构的电光特性

§2.5电场对铁电液晶分子排列的影响

§2.6准书架式层结构的电光特性

§2.7小结

参考文献

附录

第三章聚合物网络稳定铁电液晶

§3.1引言

§3.2聚合物网络的形成原理及过程

§3.3聚合物网络稳定铁电液晶器件的制备

§3.3.1形成聚合物网络的光敏单体材料的选择

§3.3.2聚合物网络稳定铁电液晶样品盒的制作

§3.4聚合物网络稳定铁电液晶分子的均匀排列

§3.4.1不同单体浓度对铁电液晶分子排列的影响

§3.4.2条纹织构的分析

§3.5“V”字形电光特性的获得

§3.6“V”字形电光特性的理论分析

§3.7电场作用下形成的聚合物网络稳定铁电液晶

§3.8聚合物网络稳定铁电液晶器件的其它特性

§3.8.1抗震动特性

§3.8.2响应时间

§3.9小结

参考文献

第四章N*-Sc*相变铁电液晶排列研究

§4.1引言

§4.2铁电液晶盒的制备

§4.3 N*-Sc*相变时施加不同频率交流电压对液晶分子排列的影响

§4.4 N*-Sc*相变时施加不同幅值直流电压对液晶分子排列的影响

§4.5取向膜不同摩擦强度对液晶分子排列的影响

§4.6小结

参考文献

第五章结论

附录

致谢