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蓝相液晶材料的光电特性及其器件结构研究

钟恩伟  
【摘要】:蓝相是一种介于液晶各向同性相和向列相之间的相态,蓝相的名字来源于其在偏光显微镜下呈现的蓝色布拉格反射块状纹理。相比于传统的液晶,蓝相液晶具有一些革命性的优点:无驱动电压时的宏观各向同性、可见光范围的布拉格反射、自组装三维空间结构、快速响应等等。由于这些出众的优点,蓝相液晶在光学和显示器件等领域有着潜在的应用优势,包括无需配向工艺的液晶显示、无拖影的三维显示、快速切换的液晶透镜和光学器件、三维晶体激光等等。但是蓝相液晶存在的温度范围很窄,这曾经是阻碍蓝相液晶研究和应用的最大障碍。近年来,随着一些拓宽蓝相液晶温宽方法的提出和成熟,尤其以聚合物网格稳定蓝相结构的方法为代表,蓝相的温宽和稳定性都得到了大幅提升。科研人员开始热衷于研究蓝相液晶的光电特性,同时探索蓝相液晶在显示和光学器件方面的实际应用。 蓝相液晶的实际应用仍然面多诸多挑战,包括过高的驱动电压,残余双折射、磁滞效应,较差的热稳定性等等。为了研究影响蓝相液晶的光电特性的因素,设计性能良好的基于蓝相液晶的光学和显示器件,本文研究了手性剂掺杂、聚合物网格结构和工作温度对于蓝相液晶光电特性的影响。通过设计实验分析了这三个因素对于蓝相液晶显示的透过率、峰值透过率驱动电压、磁滞效应,响应时间、结构螺距和科尔常数等光电特性的影响,这一研究成果将对如何选择和调配性能优良的蓝相材料产生一定的指导意义。同时结合蓝相液晶的优越性,主要是无驱动电压时的各向同性和快速响应,设计了一系列的基于蓝相液晶的显示和光学器件,包括以创新的电极驱动结构设计的两种半透射半反射显示结构,这两种结构与传统结构相比,具有工艺复杂度低和光学效率高等优点;同时利用蓝相液晶快速响应的特性,研究了可以适用于全分辨率三维显示的蓝相液晶透镜,设计并且加工得到了蓝相液晶透镜的实物。


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