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(diǎn)是具有零場(chǎng)穩(wěn)態(tài)的特性，即實(shí)現(xiàn)零場(chǎng)顯示，從而實(shí)現(xiàn)低功耗高反射亮度的顯示，并且不使用偏振片實(shí)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(lǐng)域的廣泛關(guān)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(duì)象，從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)該類器件的顯示機(jī)理及特性進(jìn)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(jī)理及多疇結(jié)構(gòu)的形成過程，建立

2、了物理模型，并對(duì)模型進(jìn)行了模擬計(jì)算；實(shí)驗(yàn)上，通過觀察器件樣品的微觀結(jié)構(gòu)，提出了解釋相變行為的核心疇和向錯(cuò)疇的物理概念。最終通過宏觀光學(xué)特性的模擬及實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)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(yīng)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(dá)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(duì)這些物理模型逐一進(jìn)行模擬計(jì)算，討論了各類參數(shù)對(duì)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(zhuǎn)動(dòng)方式形成FC態(tài)疇，不存在停留在中間的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，這為P態(tài)、FC態(tài)存在共存態(tài)提供了理論基礎(chǔ)，也為雙穩(wěn)態(tài)膽甾相液晶反射顯示的灰度實(shí)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(chǎn)生畸變，產(chǎn)生扭曲墻，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度高于解旋電場(chǎng)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(jié)果。3.P態(tài)到H態(tài)相變中，P態(tài)經(jīng)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(dòng)力學(xué)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(dòng)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(dòng)態(tài)模擬結(jié)果：1.獲得各相變過程隨時(shí)間變化的曲線及相變時(shí)間，所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，因此反映的相變趨勢(shì)是完全正確的。2.得到了各類參數(shù)對(duì)相變時(shí)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(chǎng)撤除快慢可導(dǎo)致不同狀態(tài)的形成，該模擬結(jié)

5、果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符，充分說明了動(dòng)態(tài)模型的合理性。 三、利用合理的實(shí)驗(yàn)裝置，觀察到了膽甾相液晶多疇結(jié)構(gòu)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(shí)驗(yàn)結(jié)果。在觀察到P態(tài)、FC態(tài)和H態(tài)多疇狀態(tài)的微觀結(jié)構(gòu)及其相變過程的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上提出了多疇膽甾相液晶體系相變的物理過程設(shè)想，首次提出了向錯(cuò)疇、核心疇的概念，并以此概念首次定性地闡明了向錯(cuò)疇、核心疇的形成及其對(duì)器件性能所產(chǎn)生的作用，得出如下推論：核心疇在多疇結(jié)構(gòu)體系中是相對(duì)獨(dú)立的，核心疇

6、的行為是決定多疇相變時(shí)間的主要因素；而向錯(cuò)疇中可包含多個(gè)核心疇，其邊界情況影響內(nèi)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(xué)特性方面，首次建立了計(jì)算多疇結(jié)構(gòu)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(jì)算，并取得了模擬結(jié)果：1.器件參數(shù)對(duì)反射率的影響較大。2.膽甾相液晶多疇結(jié)構(gòu)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(shí)產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(shí)用化奠定了理論基礎(chǔ)。 最后通過模擬結(jié)果、微觀實(shí)驗(yàn)結(jié)果與宏觀測(cè)試結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)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(shí)驗(yàn)觀察的相變是完全一致的；動(dòng)態(tài)物理模型得到的相變時(shí)間與膽甾相液晶電容一相變實(shí)驗(yàn)所得到的相變時(shí)間和樣品響應(yīng)時(shí)間的測(cè)試結(jié)果在量級(jí)上基本相符；從而驗(yàn)證了描述膽甾相液晶相變的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)理論正確性。2.對(duì)

8、照樣品電壓特性的測(cè)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(cè)試結(jié)果對(duì)比，二者也較吻合，這表明了所建立的計(jì)算多疇反射率模型是正確的，它可以對(duì)器件視角性能的改善提供理論上的指導(dǎo)。 總之，本文針對(duì)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(jī)理和顯示過程，首次建立了完整的、正確的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)物理模型，獲得了各相變過程