多疇雙穩(wěn)態(tài)膽甾液晶反射顯示的物理模型研究.pdf

1、多疇雙穩(wěn)態(tài)膽甾相液晶反射顯示是近幾年發(fā)展起來的一種反射式液晶顯示，最顯著特點是具有零場穩(wěn)態(tài)的特性，即實現(xiàn)零場顯示，從而實現(xiàn)低功耗高反射亮度的顯示，并且不使用偏振片實現(xiàn)彩色顯示，陽光下可讀，適合電子書等顯示。該類顯示的出現(xiàn)引起了顯示領域的廣泛關注。本文以表面處理型的多疇雙穩(wěn)態(tài)膽甾相液晶反射顯示為研究對象，從理論和實驗兩方面對該類器件的顯示機理及特性進行了深入研究。理論上較深入地研究了雙穩(wěn)態(tài)膽甾相液晶顯示的相變機理及多疇結構的形成過程，建立

2、了物理模型，并對模型進行了模擬計算；實驗上，通過觀察器件樣品的微觀結構，提出了解釋相變行為的核心疇和向錯疇的物理概念。最終通過宏觀光學特性的模擬及實驗，實驗結果驗證了物理模型的正確性。 一、將液晶的靜態(tài)彈性連續(xù)體理論應用于膽甾相液晶中，給出了各相態(tài)變化過程中指向矢的表達式，首次較全面地建立了膽甾相液晶P態(tài)與FC態(tài)、P態(tài)與H態(tài)和FC態(tài)與H態(tài)之間相變的靜態(tài)物理模型，并對這些物理模型逐一進行模擬計算，討論了各類參數(shù)對相變的影響。1.P

3、態(tài)到FC態(tài)相變中，P態(tài)疇以整體轉動方式形成FC態(tài)疇，不存在停留在中間的轉動狀態(tài)，這為P態(tài)、FC態(tài)存在共存態(tài)提供了理論基礎，也為雙穩(wěn)態(tài)膽甾相液晶反射顯示的灰度實現(xiàn)提供了根據(jù)。2.FC態(tài)到H態(tài)相變中，在高于閾值電壓的外加電壓作用下，處于FC態(tài)的膽甾相液晶，螺距產生畸變，產生扭曲墻，當電場強度高于解旋電場后，螺距發(fā)散，F(xiàn)C態(tài)相變?yōu)镠態(tài)。在此模型中，還首次獲得扭曲墻及其受到參數(shù)影響的模擬結果。3.P態(tài)到H態(tài)相變中，P態(tài)經過圓錐狀態(tài)解旋相變?yōu)镠態(tài)

4、。 二、將液晶的彈性連續(xù)體理論及液晶的ELP動力學理論用于膽甾相液晶中，首次全面建立了P態(tài)到FC態(tài)、P態(tài)到H態(tài)、FC態(tài)到H態(tài)及H態(tài)弛豫過程的動態(tài)物理模型，利用差分迭代法求解上述物理模型并獲得了動態(tài)模擬結果：1.獲得各相變過程隨時間變化的曲線及相變時間，所得結果與實驗結果基本一致，因此反映的相變趨勢是完全正確的。2.得到了各類參數(shù)對相變時間的影響；3.首次模擬了H態(tài)的弛豫過程，從理論上指出電場撤除快慢可導致不同狀態(tài)的形成，該模擬結

5、果與實驗結果相符，充分說明了動態(tài)模型的合理性。 三、利用合理的實驗裝置，觀察到了膽甾相液晶多疇結構在外加電壓作用下的微觀變化過程，獲得了大量的直接的實驗結果。在觀察到P態(tài)、FC態(tài)和H態(tài)多疇狀態(tài)的微觀結構及其相變過程的實驗基礎上提出了多疇膽甾相液晶體系相變的物理過程設想，首次提出了向錯疇、核心疇的概念，并以此概念首次定性地闡明了向錯疇、核心疇的形成及其對器件性能所產生的作用，得出如下推論：核心疇在多疇結構體系中是相對獨立的，核心疇

6、的行為是決定多疇相變時間的主要因素；而向錯疇中可包含多個核心疇，其邊界情況影響內部核心疇螺旋軸的取向，從而影響器件的視角特性。 四、在研究膽甾相液晶宏觀光學特性方面，首次建立了計算多疇結構膽甾相液晶反射率的簡便方法，可適用任何單疇、多疇體系膽甾相液晶反射率的計算，并取得了模擬結果：1.器件參數(shù)對反射率的影響較大。2.膽甾相液晶多疇結構的引入是必須的。由于單疇膽甾相液晶體系在任意光入射時產生波長向短波方向偏移、反射率變化的現(xiàn)象，而

7、采用多疇結構膽甾相液晶，因其核心疇的螺旋軸取得一定分布后，可克服反射波長偏移的現(xiàn)象，為器件的實用化奠定了理論基礎。 最后通過模擬結果、微觀實驗結果與宏觀測試結果的對比，驗證了物理模型的正確性。主要體現(xiàn)在：1.靜態(tài)物理模型得到的相變過程與實驗觀察的相變是完全一致的；動態(tài)物理模型得到的相變時間與膽甾相液晶電容一相變實驗所得到的相變時間和樣品響應時間的測試結果在量級上基本相符；從而驗證了描述膽甾相液晶相變的靜態(tài)、動態(tài)理論正確性。2.對

8、照樣品電壓特性的測試曲線與微觀觀察得到相變曲線，二者吻合得很好，這充分說明描述多疇雙穩(wěn)態(tài)膽甾相反射顯示的物理模型是正確的。3.將模擬的視角特性曲線與樣品的視角特性的測試結果對比，二者也較吻合，這表明了所建立的計算多疇反射率模型是正確的，它可以對器件視角性能的改善提供理論上的指導。 總之，本文針對表面處理型的多疇雙穩(wěn)態(tài)膽甾相液晶反射顯示器，全面研究了其工作機理和顯示過程，首次建立了完整的、正確的靜態(tài)、動態(tài)物理模型，獲得了各相變過程