蓝相液晶的弹性理论和蓝相液晶器件研究

Blue-phase liquid crystal device has fast response speed, wide-viewing angle and high contrast ratio because of its double twist structure with low pitch and isotropic state under zero driven voltage. Although the blue-phase liquid crystal device has many advantages to become the next generation liquid crystal display, its hysteresis loop of electric optic curve, light leakage at dark state and high operate voltage must be improved. The Landau-de Gennes theory is only used to study the existence condition and structure of blue phase, and theory of the electrical Kerr effect is not used to study hysteresis loop and light leakage at the dark state of blue phase, so we will (1) Build the elastic theory of blue-phase liquid crystal, explain the hysteresis loop and the light leakage of dark state, simulate the response process through considering the interaction between the polymer material and liquid crystal using elastic theory. (2) Research the viscosity-elastic property of the polymer net and its effects on the hysteresis, light leakage and the stability of blue-phase liquid crystal system. (3) Propose the new blue-phase liquid crystal devices, obtain the liquid crystal device's structure with low driven voltage and stable display characteristics. In this project, through building the elastic theory used to study blue-phase liquid crystal, we will obtain the methods which can improve the hysteresis and light leakage of blue-phase liquid crystal device, propose the new blue-phase liquid crystal devices, and promote the development of our country's LCD industry and cultivate LC professionals.

蓝相液晶器件具有快速响应、视角好和对比度高的特点，其原因来自于蓝相液晶的小螺距双螺旋结构和不加电压时的各向同性状态。尽管蓝相液晶器件具有成为下一代液晶显示器的各项优点，但是其电光曲线的"磁滞回线"现象、暗态漏光和高驱动电压等需要改进。郎道-德然纳理论仅用于研究蓝相存在的条件和结构，电场致克尔效应理论不适用于研究磁滞回线和暗态漏光的现象，因此我们将研究：（1）建立蓝相液晶的弹性理论，应用弹性理论考虑聚合物材料和液晶之间的相互作用，解释蓝相液晶显示器的磁滞回线、暗态漏光，模拟计算响应过程；（2）研究聚合物网络的粘弹特性及其对磁滞回线,暗态漏光影响和蓝相液晶系统稳定性的影响；（3）研究新型蓝相液晶器件，获得低驱动电压和稳定显示特性的结构。本项目通过构建适用于蓝相液晶研究的弹性理论，获得改善蓝相液晶器件磁滞回线和暗态漏光的方法,提出新型蓝相液晶器件，培养青年教师和专业人才，促进我国液晶产业发展。

蓝相液晶器件具有快速响应、视角好和对比度高的特点，其原因来自于蓝相液晶的小螺距双螺旋结构和不加电压时的各向同性状态。本项目中建立了蓝相液晶中的液晶分子排列状态，使用时域有限差分法研究了蓝相液晶的透光和反射特性，进而得到旋光作用和蓝相液晶在正交偏光片之间的暗态漏光特性。通过对比胆甾相液晶的布拉格反射和结构特点，建立了蓝相液晶的一维模型，可以计算出与实验相似的光学特性，并建立描述蓝相液晶动力学响应的动力学方程，得到了响应时间公式，考虑到蓝相液晶与聚合物之间的弱锚定边界条件，以及聚合物网络的粘弹特性，得到了可以描述蓝相液晶显示器磁滞回线的动力学方程，并讨论了使蓝相液晶系统稳定的聚合物材料选择。通过蓝相液晶中各种材料介电常数的研究，提出了使用高介电常数材料来获得低驱动电压蓝相液晶显示器，通过理论和模拟计算得到了高介电材料可以使蓝相液晶显示器的驱动电压降低一半，并通过凸起结构来获得更小的驱动电压，研究中提出了多种新型蓝相液晶显示器件结构。在研究中，对已有的蓝相液晶显示器件结构进行了优化，得到了最佳液晶层厚度，对应的最低驱动电压和透过率特性，对蓝相液晶显示器的设计有重要的指导意义。理论获得了均匀电场驱动的蓝相液晶显示器中的光学阈值电压和饱和电压，模拟结果、实验结果与理论结果相符。通过本项目的研究，建立了蓝相液晶和蓝相液晶显示器研究的弹性理论，既可以研究蓝相液晶本身的布拉格反射和旋光特性，也能研究蓝相液晶显示器的动力学响应过程和磁滞效应等特性，对蓝相液晶的研究提供了理论依据，将促进蓝相液晶显示器进行产业化的研究。