反射型胆甾相液晶显示器件多畴结构的形成及相变的研究
- 格式:pdf
- 大小:500.48 KB
- 文档页数:3
•一、胆甾相液晶的光学性质胆甾相液晶同其他液晶态物质一样,既有液体的流动性、形变性、粘性,又具有晶体光学各向异性,是一种优良的非线性光学材料。
较一般液晶不同的是它具有螺旋的状的分子取向的排列结构,因此,它除了具有普通液晶具有的光学性质外还具有它本身特有的光学特性。
(1)选择性反射有些胆甾相液晶在白光的照射下,会呈现美丽的色彩。
这是它选择反射某些波长的光的结果。
实验表明,这种反射遵守晶体衍射的布拉格(Bragg)公式。
一级反射光的波长为:λ=2nPsinφ其中:λ为反射波的波长,P为胆甾相液晶的螺距,n为平均折射率,φ为入射波与液晶表面的夹角。
(2)旋光效应在液晶盒中充入向列相液晶,把两玻璃片绕于他们相互垂直的轴相对扭转90°角度,这样向列相液晶的内部就发生了扭曲,于是形成一个具有扭曲排列的向列相液晶的液晶盒。
这样的液晶盒前后放置起偏振片和检偏振片,并使其偏振方向平行。
在不加电场时,一束白光射入,液晶盒使入射光的偏振光轴顺从液晶分子的扭曲而旋转了90°。
因而光进入检偏振片时,由于偏振光轴相互垂直,光不能通过检偏片,液晶盒不透明,外视场呈暗态,增加外电压,超过某一电压值时,外视场呈亮态,由此就可以得到黑底白像若起偏片与检偏片的偏振方向互相垂直,可得到白底黑像。
(3)圆二色性圆二色性指材料选择性吸收或反射光束中两个旋向相反的圆偏振光分量中的一个。
如果一束入射光照射在液晶盒上,位于反射带内与盒中液晶旋向相同的圆偏振光几乎都被反射出去,而旋向相反的圆偏振光几乎都透射过去,这是一个非常罕见的性质,荷兰菲利浦实验室的两位科学家1998年在Nature上撰文说,利用凝胶态液晶(liquid-crystal gels)的圆二色性,可以实现镜面状态和透明状态之间的切换。
二、胆甾相液晶的电光效应液晶的电光效应很多,由于本文主要研究胆甾相液晶,所以下面仅介绍几种常见的胆甾相电光效应。
(1)退螺旋效应对于介电各向异性>0的液晶当垂直于螺旋轴的方向对胆甾相液晶施加一电场时,会发现随着电场的增大,螺距也同时增大,当电场达到某一阈值时,螺距趋于无穷大,胆甾相在电场的作用下转变成了向列相。
胆甾型液晶显示的研究及进展摘要胆甾相液晶是一种在一定温度范围内呈现液晶相的胆甾醇衍生物,其分子内具有手性碳原子和周期性螺旋结构。
在液晶相状态下具有独特的光学特性,因此在功能材料领域具有广阔的应用前景。
本文系统阐述了其在光学显示领域的研究进展关键字:胆甾相液晶,用途,特性,进展1.胆甾型液晶简介液晶是处于固态和液态之间具有一定有序性的有机物质,具有光电动态散射特性;它有多种液晶相态,例如胆甾相,近晶相,向列相等。
由于液晶分子的有序排列,使得其呈现有选择的散射,也因此使其具有显示功能的潜力。
胆甾相液晶是一种在一定温度范围内呈现液晶相的胆甾醇衍生物,其分子内具有手性碳原子和周期性螺旋结构。
在液晶相状态下具有独特的光学特性,类似一维光子晶体,具有选择性布拉格反射,因此在功能材料领域具有广阔的应用前景[1]。
2.胆甾型液晶组成及排列2.1.胆甾型液晶组成单一成分的胆甾型液晶:此类胆甾相液晶分子本身就具有旋光性,大部分是胆甾醇的卤化物、脂肪酸或碳酸酯等衍生物,分子结构通式如图2-1所示,其中-R1为饱和碳链, -R2为任意原子团[2]。
图2-1 胆甾醇酯分子通式此外对氧化偶氮苯甲醚类、对正甲氧基苯甲醛类化合物,具有不对称碳原子,呈长棒状的化合物等通常都可能成为胆甾相液晶。
多组分的胆甾型液晶:为满足液晶各方面性质的要求,故用于显示的胆甾相液晶一般是混合物,可以由胆甾型液晶与胆甾型液晶互混而成,也可以通过向具有不对称碳原子、存在相互成对应体的旋光异构体的向列相液晶分子中添加手性掺杂剂来获得[3]。
2.2.胆甾型液晶分子排列胆甾型液晶具有层状的分子排列结构,层与层间相互平行,其分子细长,长轴具有沿某一优先方向取向,相邻两层分子间的取向不同,一般相差15°左右,且该优先方向取向在空间沿螺旋轴(光轴方向) 螺旋状旋转。
这种特殊的螺旋状结构使得胆甾相晶体具有明显的旋光性、圆偏振光二向色性以及选择性布拉格反射。
选择性反射胆甾相液晶研究进展选择性反射胆甾相液晶(Cholesteric Liquid Crystals,简称CLC)是一种由胆甾分子组成的特殊液晶结构,具有较高的选择性反射和优良的光学性能。
近年来,CLC材料在光子晶体、光学显示、生物传感等领域取得了广泛的应用。
本文将对选择性反射胆甾相液晶的研究进展进行全面分析,介绍其特性、制备方法及应用领域,并展望未来的发展方向。
一、选择性反射胆甾相液晶的特性1. 高度的选择性反射:CLC材料能够选择性反射特定波长的光线,具有较好的光学性能和色彩饱和度。
2. 自组装结构:CLC材料具有自组装的特性,能够形成有序的分子排列结构,表现出周期性的亮暗条纹图案。
3. 光学响应:CLC材料对外部光场具有响应性,能够通过外界条件调控其光学性能,包括反射波长、反射颜色等。
4. 多样的形态:CLC材料在不同条件下可以形成不同的相态,包括螺旋相、等向相、向列相等。
目前,制备CLC材料的方法主要包括溶液法、共溶液法、自组装法、聚合法等。
自组装法是一种较为常用的制备方法,其具体步骤包括:1. 选择合适的胆甾分子:选择性反射胆甾相液晶的制备需要选择适合的胆甾分子,包括手性胆甾、取代基胆甾等。
2. 溶剂溶解:将选取的胆甾分子溶解在合适的溶剂中,形成准备溶液。
3. 自组装调控:通过调控溶液中的温度、浓度、PH值等条件,使胆甾分子自组装成周期性结构。
4. 固化处理:将自组装成液晶相的溶液进行固化处理,以形成稳定的CLC材料。
由于其独特的光学性能和自组装特性,选择性反射胆甾相液晶材料在多个领域具有广泛的应用前景,包括:1. 光子晶体:CLC材料可作为光子晶体的组成单元,用于制备光学滤波器、光学隔离器等光学器件。
2. 光学显示:由于CLC材料具有选择性反射和响应性,可应用于全彩色调制光学显示技术,制备高分辨率的显示器件。
3. 生物传感:CLC材料对外界光场具有敏感性,可应用于生物传感器、光学探测器等领域,用于生物分子检测与分析。
胆甾相液晶可见光布拉格反射实验阮 亮 丁慎训 杨秀珍(清华大学现代应用物理系,北京 100084)摘 要 胆甾相液晶可见光反射行为,在某种意义上与晶体粉末样品X光衍射相似,本文主要提供一个巧妙而又直观的布拉格反射实验方法,并测量胆甾相结构周期——螺距与温度的关系,进而揭示胆甾相液晶热色效应的机理.关键词 胆甾相液晶;布拉格反射分类号 O 734.2研究布拉格反射规律通常是使用X射线或微波,本文则提供了一个更直观的实验来达到这一目的.实验用胆甾相的多畴螺旋结构代替晶体粉末样品,由胆甾相螺旋结构的周期——半螺距P/2代替晶体的晶格常数a,用可见光来代替X射线或微波,既可用肉眼观察,又可用实验装置定量的测量.为了进一步阐明实验原理,有必要对物质中介态——液晶态作一简单介绍.某些具有各向异性的分子(如棒状、板状、盘状)组成的有机化合物可以为液晶,它是一个介于固相和液相之间的中介相,加热过程中液晶有一个固相到液晶相转变的温度T m(熔点),继而有一个液晶相到各向同性液相的转变温度T c(清亮点——由混浊的液晶相变为清彻透明的液相而得名),因此,仅在T m~T c温度范围内为液晶相.它具有晶体的各向异性,又具有液体的流动性,此类液晶属热致液晶,其结构可分为三大类:近晶型、向列型、胆甾型,分别如图1的(a)、(b)、(c).向列相中长棒状分子的位置是无序的,图1 液晶的分子排列但分子取向是有序的,沿某一从优方向取向,此从优方向用一单位矢量n(称为指向矢)来描述,液晶相中n和-n是不可区别的.胆甾相可以认为是螺旋向列相,指向矢n在空间不是恒定的,沿螺旋轴(光轴)螺旋状旋转.胆甾相结构沿光轴呈周期变化,由于n和-n的等价性,所以其重复周期为半螺距P/2.由于其结构的特征,胆甾相光学性质是独特的,指向矢n旋转上千圈/mm;又由于半螺距的典型值约为3 000,它远大于分子的线度,与可见光波长相当,所以这种周期结构可以产生可见光的布拉格反射.当然,胆甾相螺距由材料本身的组分确定,并随外界温度(电场、磁场等因素)而变化,产生色彩鲜明的布拉格反射谱,形成有趣而实用的胆甾相热色(温度)效应(电光、磁光效应),较固定晶格常数的晶体具有更丰富、更奇妙的性质.1 反射模型早在1933年Oseen[1]确认,光从互相平行的指向矢平面上反射,满足布拉格反射条件,但由于胆甾相沿光轴不同方向的折射率不同,故严格处理很复杂.我们采用Fergason[2]的反射模型:1) 零级近似下,认为胆甾相为具有平均折射率的各向同性介质.2) 一级近似下,我们注意到介质并不严格各向同性,光学性质受到空间结构周期半螺距的调制,对一般胆甾相~1.5(双折射Δn《),由可见光布拉格反射实验可以证实其不失普遍性.更为精确的处理方法已被de Vries[3]等指出,要用麦克斯韦方程和折射率张量求解.图2为胆甾相多畴样品中的布拉格反射,所有的光线都假定在纸面内,并图示了倾斜入射时A畴、B畴典型的几何条件[4].设可见光束按入射角φi在样品中传播,一直到达A畴或B畴,光线受到布拉格反射,其出射角用表示,布拉格反射前后光束间夹角为2γ,则由图2 A畴和B畴可以得到布拉格反射条件(取一级谱)λ=λ0cosγ (4)其中λ0是γ=0°时的波长,由于胆甾相结构周期为P/2,液晶平均折射率为,则λ0=2P/2=P,式(4)变为λ=Pcosγ,由此得到相应A畴、B畴的波长为式(5)即斜入射的布拉格反射条件.当选择胆甾相螺距为~4 000时,不同出射角φr处有可见光多彩谱线存在,这就是可见光布拉格选择反射谱.为了获得尽量多的复盖红→紫的鲜明色彩,选择大的倾角φI=80°入射是有利的.为了统一起见,定义:出射方向与-x方向夹角αr表示出射角,则αr(A)=90°+φr(A),αr(B)=90°-φr(B).于是,式(5)统一为2 实验图3为测量系统装置简图.选用水银(或氦灯)作光源,用控温装置改变样品温度,用分光计、光电接收器测量谱线强度和位置.图3 布拉格反射实验测量系统简图2.1 测量布拉格选择反射谱强度的角分布图4 布拉格选择反射谱强度角分布Iλ(α)~α固定大入射角φI=80°,选择5~6个适当的温度值,测量布拉格反射谱强度Iλ(α),见图4.采用水银灯光源,相应红→紫的可见光谱线为λ=6 234,5 780,5 461,4358,4 0462.2 布拉格选择反射波长的角分布λt(α)在图4的Iλ(α)中,用强度峰值对应的谱线波长λm和相应的α角作λt(α)曲线族,见图5,这就是不同温度条件下,布拉格选择反射波长的角分布曲线族.图5 布拉格选择反射波长的反射角分布λt(α)~α曲线2.3 布拉格反射波长随温度变化规律(在固定的反射方向观察)由λt(α)~α实验曲线,选择固定的反射方向α角,作布拉格反射波长λa(t)~t 曲线族,如图6所示.由图6可清楚地看出,对着α反射方向观察反射波长颜色随温度的变化,这就是胆甾相液晶温度效应的温度色标.图6 不同反射角α的布拉格反射波长随温度变化曲线2.4 测定胆甾相螺距随温度的变化规律由图5实验曲线族λt(α)~α,在不同温度下,由相应的(λ,α)t值,按式(5)计算P(t),作P(t)~t曲线,这是利用布拉格反射谱反过来测定胆甾相螺距的方法,并揭示:温度引起的布拉格反射谱的种种变化来源于液晶结构螺距的改变,这就是胆甾相液晶热色效应的机理.3 参考文献1 Oseen C W. The Theory of Liquid Crystals. Trans Faraday Soc, 1933,29:8832 Fergason J L. Mol Cryst. Liq Cryst, 1966,1:2933 de Vries H. Rotatory Power and Other Optical Properties of Certain Liquid Crystals. Acta Crystallorgr, 1951,4:2194 de Gennes P G. 液晶物理学.1975修订版.孙政民,王新久编译.上海:上海翻译出版公司,1990.289收稿日期:1997-08-12AN EXPERIMENT ON THE BRAGG REFLECTION OF LIGHTFROM A CHOLESTERIC LIQUID CRYSTALRuan Liang Ding Shenxan Yang Xiuzhen(Department of Physics, Tsinghua University, Beijing, 100084, China) Abstract Light scattering from a cholesteric liquid crystal behaves in a manner analogous to X-ray scattering from solid powder samples. It is provided an experiment on the Bragg reflection of light, the relationship between period of a cholesteric structure-pitch and temperature is measured and the mechanism of themal-colur effect from a cholesteric liquid crystal is revealed.Key word cholesteric liquid crystal; Bragg reflection。
选择性反射胆甾相液晶研究进展1. 引言1.1 胆甾相液晶的概念胆甾相液晶(cholesteric liquid crystals)是一种特殊的液晶相态,其分子排列呈现螺旋状结构。
在胆甾相液晶中,分子的排列沿着一个共同的轴线呈现螺旋结构,这种排列方式与普通液晶相不同,使得胆甾相液晶具有特殊的光学性质和物理特性。
胆甾相液晶的分子排列结构可以通过改变温度、外加电场或是其他外界条件来调控,从而实现对液晶性质的调控。
胆甾相液晶具有可逆性和响应性强的特点,使得其在光电领域、生物医学领域、光学传感领域等方面展现出广阔的应用前景。
1.2 选择性反射胆甾相液晶研究意义选择性反射胆甾相液晶是一种特殊的液晶形态,具有结构独特、性质特殊的特点。
由于其在光学、生物医学和显示领域的潜在应用价值,引起了广泛的研究兴趣。
选择性反射胆甾相液晶具有高度的选择性反射性能,可以根据不同波长的光线选择性地反射或透射,具有潜在的光学器件应用前景。
选择性反射胆甾相液晶在生物医学领域也具有重要的应用价值,可以用于制备高灵敏度、高分辨率的生物传感器或药物释放系统。
在液晶显示领域,选择性反射胆甾相液晶的高对比度、快速响应速度和低功耗特性,使其成为下一代高画质、低功耗液晶显示技术的有力竞争者。
对选择性反射胆甾相液晶的研究不仅可以拓展液晶材料的应用领域,还能为光电子学和传感器技术的发展提供新的思路和方法。
通过深入研究选择性反射胆甾相液晶的形成机制和性质特点,可以为该领域的进一步发展提供重要的理论基础和实验依据。
2. 正文2.1 选择性反射胆甾相液晶的形成机制选择性反射胆甾相液晶的形成机制是指在特定条件下,胆甾相液晶中的分子在光的作用下出现反射性质的现象。
这种反射性质的形成主要是由于液晶分子的排列结构和光的入射角度等因素相互作用所致。
胆甾相液晶是一种特殊的液晶相,其分子结构具有一定的对称性和有序性。
在液晶相中,分子通常会以一定的方式排列成特定的结构,形成有序的分子排列。
选择性反射胆甾相液晶研究进展选择性反射胆甾相液晶(Cholesteric Liquid Crystals, CLCs)是一种特殊的液晶材料,具有独特的光学性质和结构特征。
近年来,随着液晶显示技术的发展和液晶材料研究的深入,对选择性反射胆甾相液晶的研究也得到了越来越多的关注。
本文将对选择性反射胆甾相液晶的研究进展进行综述,并展望未来可能的应用前景。
选择性反射胆甾相液晶是由螺旋状排列的分子组成的,其分子在空间上呈现出螺旋排列的结构。
由于其分子排列具有周期性,因此在可见光范围内会发生布拉格反射现象,从而呈现出独特的反射光学性质。
选择性反射胆甾相液晶具有宽广的反射波长范围和优异的光学性能,因此在光电子学、显示技术、光学传感器等领域具有广阔的应用前景。
在液晶显示技术领域,选择性反射胆甾相液晶由于其特殊的反射光学性质,在全彩色反射式液晶显示(Reflective LCD)和反射式显示技术(Reflective Display)中显示出了巨大的潜力。
选择性反射胆甾相液晶可以利用其自然的反射光学特性,消除传统液晶显示中需要背光源的缺点,可以节能减排,延长显示屏寿命,同时也可以实现更高的对比度和更鲜艳的色彩表现。
除了在液晶显示技术领域,选择性反射胆甾相液晶在光学传感器、光学滤波器、光学调制器等方面也具有广泛的应用前景。
选择性反射胆甾相液晶可以通过改变外界环境的温度、压力、电场等参数来实现其反射波长的调控,从而可以用于温度传感器、压力传感器等物理量测量方面。
选择性反射胆甾相液晶还可以被设计成具有特定波长的光学滤波器,用于光学成像、光学通信等领域。
在光学调制器方面,选择性反射胆甾相液晶也可以实现光学信号的调制和控制,用于激光调制、光学开关等应用。
在选择性反射胆甾相液晶的研究方面,近年来取得了一些重要的进展。
在材料合成方面,研究人员不断优化选择性反射胆甾相液晶的材料设计和结构构建,以提高其稳定性和光学性能。
在制备工艺方面,研究人员通过控制温度、压力等参数,优化选择性反射胆甾相液晶的自组装过程,提高其制备效率和质量。
液晶单畴多畴-回复液晶单畴多畴涉及的是液晶分子的排列结构。
液晶是一类特殊的物质,其分子具有介于晶体和液体之间的特性,即具有长程有序的结构性质,又具有流动性质。
液晶单畴和多畴是液晶分子排列的两种常见状态,本文将一步一步回答这个主题,以帮助读者更好地理解液晶单畴多畴的概念。
第一步:了解液晶的基本性质液晶是一种具有柱状或盘状结构的有机分子,它有一个具有长程有序性的分子排列方向,我们把这个方向称为液晶的主轴或取向方向。
液晶的主轴决定了液晶分子的整体排列结构,进而影响液晶的光学性质和电学性质。
第二步:认识液晶单畴液晶单畴是液晶分子排列的一种状态。
在液晶单畴中,液晶分子在平均上为同一方向排列,但是排列并不完全规则。
液晶单畴的尺寸通常在1微米到几百微米之间,通过适当的实验技术,可以直接观察到单畴的形态和大小。
液晶单畴具有较好的长程有序性,可以使液晶表现出各种特殊的物性,比如光学响应、电学响应等。
第三步:了解液晶多畴液晶多畴是指一种具有多个畴的液晶结构。
在液晶多畴中,畴的排列相对有序,每个畴内的液晶分子的取向基本上是一致的,而不同畴之间的取向略有差异。
液晶多畴的形成通常依赖于外界条件的变化,比如温度、电场等。
液晶多畴在物理性质上与液晶单畴有所不同,显示出更加复杂的相互作用和相变行为。
第四步:探究液晶单畴多畴的形成机制液晶单畴和多畴的形成机制涉及到液晶分子间的相互作用。
液晶分子之间的相互吸引力和相互排斥力决定了液晶的有序排列结构。
一般而言,液晶单畴的形成是由于分子间的吸引力使分子趋于排列在同一方向上,多畴的形成则是由于外界条件的变化导致分子间的相互作用发生改变。
第五步:分析液晶单畴多畴的应用液晶单畴和多畴的不同排列结构使液晶具有许多特殊的应用。
由于其光学性质的易于调控,液晶在显示技术中有广泛的应用,比如液晶显示器、液晶投影仪等。
液晶也可以用于光学存储器和光开关等光学设备中。
此外,液晶的电学性质可被用于制造液晶电视和液晶计算机显示屏等电子设备。
液晶单畴多畴液晶是一种具有特殊物理性质的物质,在现代科技中有着广泛的应用。
它以其独特的光学性能和结构特点,在显示技术、光电子学等领域展示出强大的潜力。
本文将着重介绍液晶的一个重要概念——单畴多畴。
首先,我们需要了解什么是液晶的畴。
液晶分为各种各样的畴,畴是具有相同排列结构的液晶分子区域。
每一个畴都有各自的导向方向和周围畴界。
具有不同排列方向的畴可以组成不同的液晶纹理,从而呈现出不同的光学性能。
其中,单畴和多畴是液晶中常见的两种状态。
单畴是液晶中的一种相对有序的排列状态。
在单畴中,液晶分子的长轴大致保持平行,并且呈现出同一导向方向。
单畴的形成需要具备一定的外界条件,如适当的温度和压力等。
在单畴状态下,液晶材料的光学性能稳定,能够有效地应用于液晶显示器、液晶电视等技术中。
多畴则是液晶中的另一种状态,相对于单畴更加复杂。
在多畴状态中,液晶分子的排列方式变得更加混乱,杂乱无章。
多畴状态的形成通常需要在适当的条件下对液晶材料施加外界作用,如电场、温度等。
多畴状态下的液晶材料光学性能会发生显著的变化,可以通过外界刺激实现显示图案或实现光学调控等功能。
液晶单畴多畴的研究具有重要的科学和应用价值。
通过对液晶材料的单畴多畴性质的深入研究,可以更好地理解液晶的结构与性能之间的关系,为其在各个领域的应用提供理论指导和技术支持。
同时,液晶单畴多畴也为液晶显示器、光电子器件等的研发提供了新的思路和方法。
综上所述,液晶单畴多畴是液晶领域中重要的概念。
通过深入研究单畴多畴的形成机制和性质,可以更好地理解液晶材料的结构与性能之间的关系,为其在科学研究和技术应用中带来更多的突破和创新。
希望本文能够为读者提供对液晶单畴多畴的初步了解,并引发对于液晶科学的进一步研究兴趣。
•一、胆甾相液晶的光学性质胆甾相液晶同其他液晶态物质一样,既有液体的流动性、形变性、粘性,又具有晶体光学各向异性,是一种优良的非线性光学材料。
较一般液晶不同的是它具有螺旋的状的分子取向的排列结构,因此,它除了具有普通液晶具有的光学性质外还具有它本身特有的光学特性。
(1)选择性反射有些胆甾相液晶在白光的照射下,会呈现美丽的色彩。
这是它选择反射某些波长的光的结果。
实验表明,这种反射遵守晶体衍射的布拉格(Bragg)公式。
一级反射光的波长为:λ=2nPsinφ其中:λ为反射波的波长,P为胆甾相液晶的螺距,n为平均折射率,φ为入射波与液晶表面的夹角。
(2)旋光效应在液晶盒中充入向列相液晶,把两玻璃片绕于他们相互垂直的轴相对扭转90°角度,这样向列相液晶的内部就发生了扭曲,于是形成一个具有扭曲排列的向列相液晶的液晶盒。
这样的液晶盒前后放置起偏振片和检偏振片,并使其偏振方向平行。
在不加电场时,一束白光射入,液晶盒使入射光的偏振光轴顺从液晶分子的扭曲而旋转了90°。
因而光进入检偏振片时,由于偏振光轴相互垂直,光不能通过检偏片,液晶盒不透明,外视场呈暗态,增加外电压,超过某一电压值时,外视场呈亮态,由此就可以得到黑底白像若起偏片与检偏片的偏振方向互相垂直,可得到白底黑像。
(3)圆二色性圆二色性指材料选择性吸收或反射光束中两个旋向相反的圆偏振光分量中的一个。
如果一束入射光照射在液晶盒上,位于反射带内与盒中液晶旋向相同的圆偏振光几乎都被反射出去,而旋向相反的圆偏振光几乎都透射过去,这是一个非常罕见的性质,荷兰菲利浦实验室的两位科学家1998年在Nature上撰文说,利用凝胶态液晶(liquid-crystal gels)的圆二色性,可以实现镜面状态和透明状态之间的切换。
二、胆甾相液晶的电光效应液晶的电光效应很多,由于本文主要研究胆甾相液晶,所以下面仅介绍几种常见的胆甾相电光效应。
(1)退螺旋效应对于介电各向异性>0的液晶当垂直于螺旋轴的方向对胆甾相液晶施加一电场时,会发现随着电场的增大,螺距也同时增大,当电场达到某一阈值时,螺距趋于无穷大,胆甾相在电场的作用下转变成了向列相。
研究与试制反射型胆甾相液晶显示器件多畴结构的形成及相变的研究Ξ张 俊1,李 青1,韦 静2,傅伟涛1,庞春霖3(1.东南大学电子工程系,南京,210096;2.中国电子科技集团公司第五十五研究所,南京,210096;3.清溢精密光电[深圳]有限公司,广东深圳,518057)摘 要:主要讨论了采用摩擦工艺形成的胆甾相液晶显示器件的多畴结构。
研究在电场作用下多畴结构胆甾相液晶显示器件相变,包括平面织构态(P 态)到焦锥织构态(FC 态)的相变;场致向列态(H 态)到P 态和FC 态的相变。
通过显微镜下液晶屏的上电观察,调节脉冲数量和幅度,得到P 态FC 态和H 态之间相变的微观过程,得出胆甾相液晶相变的过程和规律,为实际工艺制作提供了理论指导。
关键词:胆甾相液晶;多畴结构;P 态;FC 态;H 态中图分类号:TN 141.9 文献标识码:A 文章编号:10052488X (2005)0420226203Re s e a rch on the Fo r m a tion a nd P ha s e T ra ns ition of Re fle c tiveCHLCD M ulti 2dom a in S truc tureZHAN G Jun 1,L IQ ing 1,W E I J ing 2,FU W ei 2tao 1,PAN G Chun 2lin(1.E lectron ic E ng ineering D ep a rt m en t ,S ou theast U n iversity ,N anj ing ,210096,CH N ;2.N o .55R esea rch Institu te ,Ch ina E lectron ics T echnology G roup Corp ora tion ,N anj ing ,210016,CH N ;3.S up er m ask Co .L td ,S henz hen ,Guang d ong ,518057,CH N )Abstract :T h is paper in troduces the fo r m ati on of m u lti 2dom ain structu re by rubb ing tech 2no logy in the reflective cho lesteric L CD (CHL CD ).T he phase tran siti on s under electric field are researched w h ich include p lanar tex tu re state (P state )to focal con ic tex tu re state (FC state )and hom eo trop ic state (H state )to p lanar tex tu re state o r focal con ic tex tu re state .T h rough m odu lating the am oun t and the p eak value of w avefo r m ,the phase tran siti on p rocess has been ob served under the m icro scope .It p rovides the theo retical foundati on fo r the p ractical p rocess .Key words :cho lesteric L CD ;m u lti 2dom ain structu re ;P state ;FC state ;H state第25卷第4期2005年12月 光 电 子 技 术O PTO EL ECTRON I C T ECHNOLO GY V o l .25N o.4 D ec .2005 收稿日期:2005207227作者简介:张 俊(1981—),男,硕士研究生。
主要研究反射型胆甾相液晶多畴结构的形成及其工艺。
李 青(1964—),女,教授。
多年从事胆甾相液晶和PD P 显示研究。
韦 静(1966—),女,工程师。
长期从事液晶显示的研发和质量管理工作。
引 言液晶显示器件经过多年的发展,已形成一个巨大的产业,广泛应用于各个领域,TN2L CD,STN2 L CD,T FT2L CD等透射型液晶显示器件在显示中占有很大比重。
透射型液晶显示器功耗大,大部分能源消耗在背光源上。
反射型胆甾相液晶显示器件(CH2L CD)具有重量轻、零场稳定、不使用背光源、功耗低、不使用滤色片、反射亮度高等优点,可以广泛应用于移动信息工具、电子书及其他小尺寸显示器件。
CH2L CD目前主要不足在于驱动电压高,响应速度慢[1]等问题。
胆甾相液晶显示器件中多畴结构的形成可以降低器件的驱动电压,展宽视角,因此本文研究采用摩擦工艺在反射型胆甾相液晶显示器件中形成的多畴结构,并研究其在电场作用下的相变情况。
1 胆甾相液晶的配制显示用胆甾相液晶材料由向列相液晶的组合物和手性材料配制而成,具有平面织构态(P态)、焦锥织构态(FC态)及场致向列态(H态)三种状态[2~4]。
对于反射型液晶,其材料满足B ragg方程:中心反射波长(Κ)与液晶材料的螺距(p)及其平均折射率成正比。
p和手性材料的螺旋扭曲力常数H T P值及其在液晶组合物中的含量X c关系[5]是p=[(H T P)X c]-1。
胆甾相液晶的H T P值是由手性分子自身特性决定的,当p值一定时,手性分子的H T P值越大,X c相对越少。
由于不同CH2L CD 模式具有不同的螺距,可以通过调节不同H T P值的手性组份及其在液晶材料中的含量来改变螺距和反射波长,以获得显示屏不同的反射颜色。
2 多畴结构的形成胆甾相液晶多畴结构的形成能有效降低驱动电压和增大视角。
目前多畴结构的形成有两种方法:1.表面处理法。
在涂有高分子材料的基板表面,通过一定的工艺对表面进行处理,从而使液晶分子在表面有规律的排列。
常用方法是:在金属辊表面粘贴上一种长纤维布,并令布辊高速旋转,真空吸附在样品台上的基板匀速平移通过滚轮,获得定向摩擦。
液晶分子在定向摩擦的表面定向排列产生多畴结构。
2.添加聚合物法。
在液晶中添加一定的聚合物,形成聚合物网络,通过调整掺杂浓度来调整多畴的大小。
本试验采用工艺相对简单易行的摩擦法来获得多畴结构。
通过印刷、固化、摩擦、封结、灌晶等一系列流程,制成反射型胆甾相液晶显示屏,形成的多畴结构如图1所示。
图1 P态多畴结构F ig.1 M ulti2dom ain structure in P state通过显微镜可以看到它们的微观结构。
从图中可以看到,样品的微观结构有许多不规则形状的区域组成如A和B,通常我们将这些区域称为畴,而这种结构就称为多畴结构。
由图可见畴之间由暗色线状边界,边界粗细不均如C和D。
3 多畴结构的相变3.1 P态到FC态的相变 对液晶屏施加方波电压,在显微镜下观察像素A,可发现大畴周围出现裂变的黑色细线,而细线随着电压和脉冲个数的增加而变粗,细线上出现更多黑色的分叉细线,细线逐渐变粗,更多的地方出现黑色细线,最终布满整个像素,如图2所示。
在电压较小的初期,立刻撤除电压,可发现这些裂变的细线马上恢复,逐渐消失,最后恢复到原始的状态。
这充分说明:P态是系统的能量最低状态,从P态到FC态存在一个势垒,只有在外加电压超过一个阈值才能产生相变。
在电压的作用下,部分小722 第4期张 俊等:反射型胆甾相液晶显示器件多畴结构的形成及相变的研究图2 (a)P态开始向FC态相变(像素点A);(b)P态大部分向FC态相变(像素点A)F ig.2 (a)the initial transiti on from P phase to FCstate(p ixel A);(b)the transiti on from Pphase to FC state(p ixel A)畴产生随机排列,向FC态转变。
而当电压撤除后,由于没有到达完全的FC态,因此缺少电压维持的作用,呈暗态的那部分小畴在势能的作用下又恢复到能量最低的P态。
当施加的电压达到一定值而小于阈值电压,则撤除电压后不稳定的FC态恢复到P态一般时间较长,形成P态和FC态的混和态。
相变的速度与多畴结构中的畴的大小,摩擦参数,以及液晶的粘滞系数有很大关系。
随着电压的增加,P态和FC态混和态中FC态比例越来越高,最终形成FC态。
当电压超过某一阈值电压,P态转变为FC 态,形成另外一个零场稳定态。
在实验中发现,由于FC态散射光线,FC态宏观上呈黑色,但仍然可以发现零星的绿色亮点。
由于FC态恢复到P态需要的时间比较长,因此在实际使用中,我们都是通过FC态相变到中间态H态,然后通过选择电压变化到P态或者FC 3.2 H态到P态和FC态的相变FC态到H态的相变电压远比P态到FC态的相变电压高。
随着电压的增加,个别区域首先出现透明的点(H态)。
随着电压的增加,点逐渐变大,越来越多地方出现透明的点,最终布满整个像素。
最终的状态和电压撤除方式有关。
由于H态是系统能量最高的状态,在电场作用下,胆甾相液晶解旋成向列相液晶和手型性分子。
当撤除电压后,向列相液晶分子在手性分子的作用下产生螺旋结构,最终的状态和电压撤除方式有关。
如果迅速撤除电压,最终形成P态,(如图1);如果电压缓慢撤除,最终回到FC态。
4 结 论胆甾相液晶多畴结构的形成及相变是一个非常复杂的过程,涉及到材料、化学、器件制备、电路驱动等多方面的知识。
通过摩擦法使液晶分子在取向膜表面定向排列,产生多畴结构,这对多畴结构胆甾相液晶显示器件光电特性的改善具有积极意义。
研究在电场作用下,P态、FC态、H态三种状态之间的相变的微观过程,为制备多畴结构胆甾相液晶显示器工艺的改善和研究新的驱动方法提供了基础。
参 考 文 献[1] W u Baogang,Zhou Hongxi,M a Yaodong.U ltra fast re2sponse,m ulti state reflective cho lesteric liquid crystal dis2p lays[P].U S patent,5661533,1997[2] Yang D K,Ch ien L C,Doane J W.Cho lesteric liquid crystaldispersi on fo r haze2free ligh t shutters[J].A pp l.Phys.L ett.,1992,60:3102~3104.[3] Yang D K,Doane J W.Cho lesteric liquid crystal po lym er gelD ispersi ons:reflective disp lay app licati ons[A].S I D92D i2gest[C],Bo ston,1992:759~761[4] Done J W,Yang D K,Yaniv Z.F ront2lit flat panel disp layfrom po lym er stabilized cho lesteric T extures[A].Japan D is2p lay[C],Japan,1992:73~76[5] N o lan P,ParriO,M ay A,et a l.手性掺加剂[P].CN1223657,1999822光 电 子 技 术第25卷 。