新型快速響應(yīng)液晶特性及應(yīng)用研究.pdf

1、液晶既具有晶體的各向異性又具有液體的流動(dòng)性，被廣泛的應(yīng)用于顯示、相位調(diào)制、信息存儲(chǔ)、光開關(guān)和光通信等領(lǐng)域，并對(duì)自適應(yīng)光學(xué)、集成光學(xué)的發(fā)展起到極大的促進(jìn)作用。但是，傳統(tǒng)的向列相液晶電光器件，響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，通常在毫秒量級(jí)，甚至長(zhǎng)達(dá)秒量級(jí)，限制液晶型電光器件的進(jìn)一步發(fā)展。藍(lán)相是一種介于各向同性相和膽甾相之間的特殊液晶相態(tài)，具有亞毫秒量級(jí)的快速響應(yīng)速度，在新一代液晶顯示器、電控焦距可調(diào)液晶透鏡、液晶光柵、空間光調(diào)制器等電光器件中具有廣泛的應(yīng)用前

2、景。因此，本文圍繞新型快速響應(yīng)的液晶電光器件展開研究，旨在采用新型的快速響應(yīng)液晶材料，研究其電光特性，針對(duì)藍(lán)相液晶器件的驅(qū)動(dòng)電壓高、效率低等問題，設(shè)計(jì)和制備新型結(jié)構(gòu)的電光器件，實(shí)現(xiàn)低工作電壓，快速響應(yīng)，高效率的藍(lán)相液晶電光器件。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、啪酆衔锓€(wěn)定的藍(lán)相液晶材料制備及電光特性的研究。聚合物穩(wěn)定的藍(lán)相液晶一般包含三種主要成分:作為轉(zhuǎn)動(dòng)分子的向列相液晶母體，提供螺旋力形成藍(lán)相態(tài)的手性劑和形成穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合物單體。

3、通過在一定的溫度下進(jìn)行紫外光固化，可以得到聚合物穩(wěn)定的藍(lán)相液晶。采用上述方法，我們成功制備了均勻的聚合物穩(wěn)定的藍(lán)相液晶，拓寬藍(lán)相液晶溫寬范圍至包含室溫在內(nèi)的-20℃～62℃。進(jìn)而，我們改變手性劑的含量，調(diào)節(jié)藍(lán)相液晶布拉格反射峰中心波長(zhǎng)的峰值，得到不同布拉格反射峰的聚合物穩(wěn)定的藍(lán)相液晶材料，反射峰半波寬在幾十納米量級(jí)。同時(shí)，我們也研究了各材料組分對(duì)藍(lán)相液晶電光特性的影響。在此基礎(chǔ)上，我們對(duì)不同聚合物單體含量的聚合物穩(wěn)定的藍(lán)相液晶進(jìn)行了動(dòng)態(tài)

4、響應(yīng)特性測(cè)試及分析，從而解釋了聚合物穩(wěn)定的藍(lán)相液晶材料的亞毫秒響應(yīng)特性及遲滯效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理。
　?、聘叻直媛仕{(lán)相液晶相位調(diào)制器件的研究。超高分辨率和快速響應(yīng)速度是液晶電光器件不斷追求的目標(biāo)。隨著分辨率的不斷提高，邊緣電場(chǎng)效應(yīng)(Fringing Electric FieldEffect)和響應(yīng)時(shí)間成為液晶相位調(diào)制器件發(fā)展的主要制約因素。針對(duì)這兩個(gè)制約因素，本文首先對(duì)超高分辨率向列相液晶相位調(diào)制器的邊緣電場(chǎng)效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。繼而，

5、將聚合物穩(wěn)定的藍(lán)相液晶與超高分辨率反射型液晶相位調(diào)制器件相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)亞毫秒快速響應(yīng)的液晶相位調(diào)制器件。在此基礎(chǔ)上，研究邊緣電場(chǎng)效應(yīng)對(duì)超高分辨率聚合物穩(wěn)定的藍(lán)相液晶相位調(diào)制器件調(diào)制性能的影響，提出了在邊緣電場(chǎng)作用下，藍(lán)相液晶相位調(diào)制器件是偏振相關(guān)的，優(yōu)化材料及結(jié)構(gòu)參數(shù)，首次提出采用科爾系數(shù)且高飽和折射率的藍(lán)相液晶材料，優(yōu)化盒厚，能夠有效降低器件工作電壓，為聚合物穩(wěn)定的藍(lán)相液晶相位調(diào)制器件的實(shí)現(xiàn)提供理論基礎(chǔ)。進(jìn)一步，為了克服聚合物穩(wěn)定的藍(lán)

6、相液晶的高電壓缺點(diǎn)及材料依賴性，并且解決超高分辨率下邊緣電場(chǎng)效應(yīng)帶來的相位偏移，我們?cè)O(shè)計(jì)新型的藍(lán)相液晶相位調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)，成功地降低驅(qū)動(dòng)電壓至26.09 V，為實(shí)現(xiàn)硅基TFT驅(qū)動(dòng)的反射型藍(lán)相液晶器件提供了可能。同時(shí)該系統(tǒng)能夠自動(dòng)補(bǔ)償邊緣電場(chǎng)效應(yīng)帶來的相位偏移，有效改善超高分辨率的藍(lán)相液晶相位調(diào)制器件的調(diào)制特性，使硅基聚合物穩(wěn)定的藍(lán)相液晶(Polymer Stabilized Blue Phase Liquid Crystal on Sil

7、icon，PSBP-LCoS)相位調(diào)制器件成為可能。該成果已經(jīng)發(fā)表在期刊Optics Express和Applied Optics上。
　?、窃O(shè)計(jì)并制備了高衍射效率亞毫秒響應(yīng)的藍(lán)相液晶可調(diào)光柵。為了克服傳統(tǒng)向列相液晶可調(diào)光柵偏振依賴、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)和衍射效率低的不足，我們將藍(lán)相液晶與聚合物條狀光柵技術(shù)結(jié)合起來，設(shè)計(jì)并且制備了新型結(jié)構(gòu)的聚合物穩(wěn)定的藍(lán)相液晶可調(diào)光柵。該新型結(jié)構(gòu)利用毛細(xì)作用力將藍(lán)相液晶灌入聚合物條狀結(jié)構(gòu)的間隙中，得到理想的

8、矩形光柵相位面分布，遠(yuǎn)場(chǎng)偶級(jí)次衍射效率基本為零，±1級(jí)最大衍射效率達(dá)38％，并且加電可調(diào)。同時(shí)，該光柵具有偏振無關(guān)和亞毫秒的快速響應(yīng)速度。該成果已經(jīng)發(fā)表在期刊Journal of Applied Physics上。
　　⑷設(shè)計(jì)并制備了雙周期藍(lán)相液晶可調(diào)光柵。針對(duì)現(xiàn)有液晶可調(diào)光柵只能對(duì)衍射角度或者衍射效率進(jìn)行調(diào)節(jié)的不足，我們?cè)O(shè)計(jì)了新型的光柵結(jié)構(gòu)，通過選擇不同的驅(qū)動(dòng)方式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)衍射角度大小的控制，并且在每一個(gè)衍射角度下，衍射效率都