模板化蓝相液晶显示的关键技术研究

Blue Phase Liquid Crystals (BPLCs) promise great potential application in color sequential displays, owing to their interesting features, including sub-millisecond response time, optical isotropic status in the absence of electric field, and alignment free for 3-D helical structure with a periodicity on the order of the visible wavelength. As BPLC may propel the liquid crystal display to be higher resolution, higher power efficiency, and greater clarity with motion image, it becomes a potential candidate of the next generation liquid crystal display. In this project, the material system and device fabrication process of templated blue phase liquid crystal will be studied, and the optimization of multi-dopants chiral polymer templates and re-filled high resistivity liquid crystal will be investigated to improve the thermal stability and driving capacity of BPLCs simultaneously. The relationship between lattice formation of BPLCs and the phase transition process will be demonstrated and the physical mode of multi-dimensional twist structure which transforms from chiral nematic phase, blue phase, sphere phase, to isotropic phase will be revealed which may affect the electro-optical properties and polymer stabilization of polymer stabilized BPLCs (PS-BPLCs). The influence of fringe electric field applied during photopolymerization on the electro-optic properties of PS-BPLCs will be investigated to realize the monodomain of BPLC molecules and improve the scattering phenomenon. After all, a blue phase liquid crystal display with good thermal stability, high driving capacity, low hysteresis, high contrast ratio, and fast response will be developed to confirm the achievement of the research above.

蓝相液晶由于其亚毫秒级的响应速度，无电场情况下的宏观光学各向同性，以及无需配向处理的自组装结构，是彩色场序列显示的完美解决方案。其使得显示技术向更高分辨率、更低能耗和更高动态清晰度的方向发展，因此蓝相液晶显示成为了下一代液晶显示技术的重要候选。本项目将从液晶蓝相态的稳定方式入手，研究可重构蓝相态的模板化蓝相液晶材料体系与器件制成工艺，通过多重掺杂的手性聚合物体系与高电阻率液晶组合，实现高稳定性高驱动性能的蓝相液晶器件；通过揭示蓝相液晶晶格结构与相变过程的关联机制，构建完整的多维度扭曲螺旋结构体系的物理模型，实现最优化的聚合稳定条件；通过电场诱导下的聚合稳定实现蓝相液晶晶畴的有序排列，探索降低蓝相液晶显示光散射的新方法；最终实现高稳定性、高驱动性、低磁滞效应、高对比度和快速响应的蓝相液晶显示器件。

本项目研究可重构扭曲螺旋结构液晶的模板化技术及其单畴与多畴结构的构成。主要研究了不同相态扭曲螺旋结构液晶的相态稳定性问题和手性螺旋结构聚合物体系，并研究了不同相态和不同螺距液晶聚合物模板的重构作用，以及高驱动性能蓝相液晶材料体系与多光程蓝相液晶器件结构，实现了低驱动电压的蓝相液晶相位调制器件，和高稳定性多相态扭曲螺旋结构液晶的模板化技术。.研究了单畴蓝相液晶的模板化工艺，构建了不同反射波长的单畴蓝相液晶聚合物模板，并实现了单畴蓝相液晶的模板化重构；提出了以模板化工艺构建多螺距和多相态扭曲螺旋结构液晶的方法，制备了扭曲螺旋结构各相态的模板，验证了以单层扭曲螺旋结构液晶模板为基础的多节距多相态液晶器件的可行性。.研究了新型手性单体，构建了手性聚合物网络，验证了手性聚合物稳定体系对蓝相液晶驱动性能的提升。在手性单体的基础上研究了手性聚合物模板，并验证了此类模板对蓝相液晶的重构能力，在相同的热稳定性下具有更高的驱动性能。.基于扭曲螺旋液晶模板化工艺，开发了具有低电场驱动和大温度调节梯度调节能力的近红外波段球状相液晶滤波器；研究了多液晶相态的多波长滤波器，验证了其可扩展性；开发了中心波长稳定的带宽拓宽技术，实现了大带宽的单层扭曲螺旋结构液晶滤波器；探索了同一中心波长的不同手性结构液晶的共存技术，实现了高反射率的单层模板化螺旋结构液晶滤波器。.开发了高驱动性能的蓝相液晶材料体系，结合多光程器件结构设计和优化电场分布，在1550nm波段 ，实现了5.9V驱动条件下偏振相关度仅为3%的2π相位调制。开发了红外波段的大双折射、低吸收液晶材料，实现了液晶器件的高相位调制深度，提升了大偏转角情况下液晶光栅的衍射效率。.本项目共计发表SCI期刊16篇；发表国际会议论文21篇，其中邀请报告7篇，国际会议杰出论文1篇；申请中国发明专利10项，其中授权3项；共培养博士生3名，硕士生10名。