鐵電液晶的排列特性研究_圖文

1、主分類號(hào)密級(jí)編號(hào)中國(guó)科學(xué)院研究生院博士學(xué)位論文迭魚速晶鯉綞到鰲絲班蠢堡旦翅指導(dǎo)教師宣匝班塞雖王堂擅蟲墾整堂睦籃壹遴堂擅查扭越皇毖堡受塞壓申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別論文提交日期培養(yǎng)單位學(xué)位授予單位攫堂焦籃：學(xué)科專業(yè)名稱論文答辯日期凝瑟盔物理籃：史國(guó)型堂睦絲壹堂堂猛蜜扭越魚翅堡硒究壓蟲國(guó)登堂院盈究生瞳答辯委員會(huì)主席鳥日娜博士學(xué)位論文摘要摘要多媒體網(wǎng)絡(luò)時(shí)代所需要的數(shù)據(jù)傳送量將會(huì)是現(xiàn)在的倍，已經(jīng)商品化的液晶顯示器將面臨一個(gè)嚴(yán)峻問(wèn)題：向列相液晶的響應(yīng)速度不能滿足這種大容量信息傳送的要求。因此研發(fā)高速響應(yīng)液晶顯示器已成為液晶研究者的當(dāng)務(wù)之急。表面穩(wěn)定鐵電液晶模式（）器件的響應(yīng)速度比向列相液晶器件快個(gè)數(shù)量級(jí)，曾被譽(yù)為下個(gè)

2、世紀(jì)最有發(fā)展力的液晶顯示器。但至今并沒(méi)有廣泛地實(shí)用，主要原因是：排列穩(wěn)定性差，容易出現(xiàn)不可恢復(fù)的“之”字形缺陷：不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)灰度，因而無(wú)法進(jìn)行圖像顯示。本論文從以上問(wèn)題出發(fā)，對(duì)鐵電液晶的排列及電光特性進(jìn)行了研究。論文從向列相液晶在基板表面處的排列狀態(tài)入手，分析了摩擦取向膜對(duì)液晶分子排列的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明向列相液晶分子在取向膜表面處的取向度只為體內(nèi)的，說(shuō)明取向膜表面處液晶分子的排列行為往往不同于體內(nèi)部，摩擦處理的取向膜只能提供液晶的擇優(yōu)排列方向，而不能給出高有序度。從向列相液晶在基板表面處的排列狀態(tài)推測(cè)鐵電液晶，其取向膜表面處的分子取向度也不會(huì)高，而且沒(méi)有分子層結(jié)構(gòu)，使鐵電液晶器件界面層中的應(yīng)

3、力更大，這應(yīng)該是鐵電液晶器件制各過(guò)程中容易出現(xiàn)排列缺陷的重要因素之一。根據(jù)以上分析，實(shí)驗(yàn)中采取緩慢降溫的方法，使取向膜表面處的液晶分子通過(guò)熱脫附運(yùn)動(dòng)逐漸與體內(nèi)部的層結(jié)構(gòu)一致，消除界面層應(yīng)力，從而獲得了均勻一致的排列。論文深刻分析了“之”字形排列缺陷的產(chǎn)生機(jī)理，實(shí)驗(yàn)中通過(guò)改變?nèi)∠蚰さ腻^定強(qiáng)度控制了液晶分子的預(yù)傾角，獲得了均勻的“人”字形層結(jié)構(gòu)排列態(tài)。但由于“人”字形層結(jié)構(gòu)中層的傾斜打折，使液晶分子在被驅(qū)動(dòng)時(shí)有效轉(zhuǎn)動(dòng)錐角變小，對(duì)比度較低，實(shí)驗(yàn)中在鐵電相施加低頻交變電場(chǎng)，使“人”字形層結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，變?yōu)闇?zhǔn)書架式層結(jié)構(gòu)，大大提高了液晶分子在被驅(qū)動(dòng)時(shí)的有效轉(zhuǎn)動(dòng)錐角，使對(duì)比度提高了倍。為得到連續(xù)電光特性

4、引入聚合物網(wǎng)絡(luò)的體錨定作用，不但使鐵電液晶排列穩(wěn)定性極大加強(qiáng)，而且得到了無(wú)閾值“”字形連續(xù)電光特性。實(shí)驗(yàn)中利用掃描電鏡和偏光顯微鏡，研究了鐵電液晶盒內(nèi)形成的聚合物網(wǎng)絡(luò)具有指向性，其飽和電壓為，完全可以與相結(jié)合實(shí)現(xiàn)顯示器的連續(xù)灰度。基于近晶連續(xù)體理論對(duì)“”字形連續(xù)電光特性機(jī)制進(jìn)行了理論研究，闡明網(wǎng)絡(luò)錨定能的加入使體系雙穩(wěn)態(tài)能量分布發(fā)生變化，自由能曲線從兩個(gè)極小值變?yōu)橐粋€(gè)單調(diào)曲線，這應(yīng)該是出現(xiàn)無(wú)閾值“”字形連續(xù)電光特性的原因。最后研究了無(wú)需加聚合物網(wǎng)絡(luò)就能得到連續(xù)電光特性的一類鐵電液晶材料。這類材料沒(méi)烏日娜博士學(xué)位論文鐵電液晶的排列特性研究有近晶相（），是由腿甾向列相到鐵電液晶相（、）直接相變的材

5、料，因此其層排列很難控制。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)控制取向膜摩擦強(qiáng)度使液晶分子致排列和在相變時(shí)施加電壓，獲得了穩(wěn)定單疇排列，其電光特性呈現(xiàn)無(wú)閾值半“”字形。優(yōu)化一相變時(shí)施加電壓幅值和取向膜的摩擦強(qiáng)度，使器件對(duì)比度高達(dá)以上，飽和電壓只有。本論文對(duì)代表性的鐵電液晶材料的排列穩(wěn)定性進(jìn)行了探索性研究，獲得了高對(duì)比度、低電壓驅(qū)動(dòng)的連續(xù)電光特性，這是一項(xiàng)填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白的研究，對(duì)國(guó)人打開(kāi)這一高速響應(yīng)液晶器件領(lǐng)域，完善鐵電液晶排列技術(shù)，使其走上實(shí)用化具有重要意義。關(guān)鍵詞：鐵電液晶，摩擦取向，聚合物網(wǎng)絡(luò)，排列缺陷，“”字形電光特性烏日娜博士學(xué)位論文摘要（）（），（），。，烏日娜博士學(xué)位論文鐵電液晶的排列特性研究（），一（），（

6、），一，：，“”；鳥曰娜博士學(xué)位論文緒論第一章緒論知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代是以知識(shí)的生產(chǎn)、傳播和應(yīng)用為社會(huì)發(fā)展動(dòng)力的時(shí)代，知識(shí)傳播速度將成為社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵因素。當(dāng)前知識(shí)傳播的主要手段是印刷品，盡管近幾年印刷技術(shù)有很大的發(fā)展，但印刷品的信息傳播速度仍不能適應(yīng)知識(shí)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的節(jié)奏。隨著互聯(lián)網(wǎng)的廣泛普及，信息和知識(shí)傳播實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)化，人們可以即時(shí)地得到世界各地的信息并進(jìn)行信息交流。而這些過(guò)程的終端設(shè)備與人的對(duì)話是靠顯示器來(lái)完成的，因而顯示技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視。近幾年顯示技術(shù)發(fā)展迅速，顯示產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為光電子產(chǎn)業(yè)的龍頭產(chǎn)業(yè)，在信息產(chǎn)業(yè)中僅次于微電子產(chǎn)業(yè)，成為舉足輕重的產(chǎn)業(yè)。顯示器分為和。已經(jīng)有一百多年的歷

7、史，其技術(shù)很成熟，顯示品質(zhì)很好，生產(chǎn)成本很低，仍是當(dāng)前顯示器的主流。但是電真空器件，體積大、笨重、工作電壓高、功耗大、輻射微弱射線等缺點(diǎn)，不適用于顯示技術(shù)高密度、高分辨率、平板化、節(jié)能化、數(shù)字化、集成化方向發(fā)展的要求。因此年代開(kāi)始出現(xiàn)各種技術(shù)，如液晶顯示器（）、等離子體顯示板（）、電致發(fā)光（）、發(fā)光二極管（）、真空熒光顯示（）等。其中液晶顯示器以其功耗低、能與集成電路匹配、無(wú)閃爍有利于視力健康等優(yōu)勢(shì)，使得計(jì)算機(jī)面貌發(fā)生了巨大變革，輕小型可攜帶筆記本電腦，立即進(jìn)入了高科技事業(yè)中心，經(jīng)營(yíng)貿(mào)易場(chǎng)所，并迅速普及于人們的家庭。目前液晶顯示器已占據(jù)平板顯示市場(chǎng)的，總產(chǎn)值以每年的速度遞增。液晶電視也在逐步普

8、及，產(chǎn)品品質(zhì)不斷取得進(jìn)步。今后其產(chǎn)品還要擴(kuò)展到電子報(bào)紙、移動(dòng)電子圖書館等的配套顯示，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)印刷業(yè)的重大變革?？傊壕э@示器作為信息顯示手段，在信息技術(shù)滲透于社會(huì)所有領(lǐng)域的今天，在各領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用。尤其今后借助信息通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，以及數(shù)字化廣播的實(shí)施，的作用將會(huì)更大。液量的分類液晶大多由棒狀的有機(jī)分子組成，長(zhǎng)徑之比大于，分子的長(zhǎng)軸有一定的剛性，分子內(nèi)含有極性或可極化基團(tuán)，通過(guò)分子間的引力，保證分子取向有序。液晶是一種特殊的物態(tài)，其分子排列的有序度介于固（晶）態(tài)與液態(tài)之間，故又叫介晶態(tài)或介晶相（）。它既有液體的流動(dòng)性，也有晶體的光學(xué)各向異性【】。液晶大體可以分為熱致液晶（）和溶致液晶（）

9、兩大類。溶致液晶是在一定濃度的溶液中出現(xiàn)的液晶相。熱致液晶指在溫度變化下出現(xiàn)的液晶態(tài)。在顯示領(lǐng)域中使用的都是棒狀分子組成的熱致液晶，因此它也是本論文的研究對(duì)象。烏日娜博士學(xué)位論文緒論還可以從分子的排列形態(tài)來(lái)進(jìn)一步劃分熱致液晶的液晶相，主要分為三大類：向列相、膽甾相和近晶相。（）螺旋軸近晶層（）（）圖向列相液晶（），膽甾相液晶（）近晶相液晶（）分子排列示意圖烏日娜博士學(xué)位論文緒論向列相（）液晶，其分子長(zhǎng)軸的取向傾向于一個(gè)共同指向，但分子的重心沒(méi)有平移周期性。如果人為創(chuàng)造一個(gè)條件使向列相液晶分子平行某個(gè)擇優(yōu)向（，自由軸）排列，如圖（）所示，這個(gè)擇優(yōu)方向常常用單位矢量亓表示，稱作指向矢（）。由于向列

10、相液晶分子的重心沒(méi)有長(zhǎng)程有序，因而它的射線衍射圖沒(méi)有衍射峰。指向矢再的方向在空間是任意的，很小的外力就可改變亓，并且亓和一；的狀態(tài)是不可分的。膽甾相（）屬于向列相，只是其指向矢在空間形成個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)，在垂舂螺旋軸的每一個(gè)平面內(nèi)分子長(zhǎng)軸彼此平行，分子重心位置是任意的，同向列相，如圖（）所示。這種周期結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生光波的反射。膽甾相液晶分子具有手性對(duì)稱性，也稱手性分子，其螺旋排列結(jié)構(gòu)還可誘導(dǎo)入射光波的振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)。如果在向列相液晶中添加少量手性分子也同樣可以獲得螺旋排列結(jié)構(gòu)，這種材料常被稱為扭曲向列相（，），這也是在液晶顯示器件中大量應(yīng)用的材料。近晶相（）液晶，從結(jié)構(gòu)上看具有分子層狀結(jié)構(gòu)，如圖（）示，層

11、與層之間的距離是一定的，層聞距可用射線衍射法來(lái)測(cè)量，在每一個(gè)層內(nèi)分子的長(zhǎng)軸相互平行，其方向垂直于層面或與層面斜交。各層中分子的重心大多是雜亂分布，也有可能做有規(guī)則的排列。因此說(shuō)近晶相分子除了具有取向有序外，還具有分子重心位置的一維有序，在一些情形中甚至還有鍵取向有序。近晶相液晶的種類繁多，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但其中最重要的一類、也是極具應(yīng)用潛力的是鐵電液晶。鐵電液晶鐵電液晶相為近晶相，符號(hào)為。鐵電液晶分子除了具有向列相分子的棒狀幾何形狀和分子內(nèi)含有極性基團(tuán)的一般特性，還要具有垂直于分子長(zhǎng)軸的永久電偶極矩，分子末端含有手性基團(tuán)，限制繞分子長(zhǎng)軸任意轉(zhuǎn)動(dòng)【的兩個(gè)必備條件。以等人合成的第一個(gè)鐵電液晶材料【】

12、，來(lái)說(shuō)明鐵電液晶分子的手性特征。分子式如圖所示，帶號(hào)的是手性，它與四個(gè)完企不同的官能團(tuán)一、一、一。一：。州圖第一個(gè)鐵電液晶材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)鳥日娜博士學(xué)位論文緒論共價(jià)形成手性基團(tuán)。對(duì)手性基團(tuán)的進(jìn)一步說(shuō)明如圖所示，是由一個(gè)碳原子與四個(gè)完全不同的官能團(tuán)、共價(jià)時(shí)，這個(gè)分子的鏡象分子無(wú)法通過(guò)任何平移或旋轉(zhuǎn)變換與它本身重合。相反當(dāng)四個(gè)官能團(tuán)中任何兩個(gè)或兩個(gè)以上的宮能團(tuán)相同時(shí)，該分子的鏡象分子就能通過(guò)旋轉(zhuǎn)變換與它本身重合，這類分子稱為非手性分子。非手性分子材料的近晶相中沒(méi)有鐵電相，只可能有近晶相（），具有對(duì)稱性。、戶：。圖鐵電液晶分子中的手性碳原子圖近晶相中分子方位與固有偶極矩鐵電液晶分子在手性和垂壹長(zhǎng)軸的固

13、有電偶極矩這樣兩個(gè)條件限制下，分子方位如圖所示，其長(zhǎng)軸總是與分子層法線三夾有一定夾角，方位角是任意的，即分子可以在這個(gè)錐面上任意轉(zhuǎn)動(dòng)，分子電偶極矩與分子層法線以及指向矢；之間有如下關(guān)系】：只以麗一手露（）鐵電液晶分子的排列特性鐵電液晶分子的排列既滿足近晶相的分子層結(jié)構(gòu)，又滿足手性分子的螺旋結(jié)構(gòu)。對(duì)于一般含有鐵電液晶相的材料來(lái)說(shuō)，從高溫端到低溫端的相變順序是這樣的：從各向同性的液體相開(kāi)始降溫，出現(xiàn)分子指向有序的疇塊，即進(jìn)入向列相。在向列相中，分子的位置仍然是無(wú)規(guī)則地排列，但大致都指向一個(gè)方向。隨著溫度的降低，液晶中出現(xiàn)了分子層狀結(jié)構(gòu)，即分子都排列在一層一層的分子層內(nèi)，仍然保持取向相同，指向矢與層

14、法線平行，但是在層內(nèi)分子的重心位置無(wú)序，這是近晶相（，），如圖所示。當(dāng)溫度繼續(xù)下降時(shí)，指向矢會(huì)偏離層法線方向，如圖所示，酃得到手性近晶（）相鐵電液晶。鳥日娜博士學(xué)位論文緒論層法線方向，分蟛，；寫一。：才。；之：；二二墨墨墨努二；二；三：二：乇；，二之；乞蓁蓁蓁，耄蓁穸如力：么刃屯紗二綈笏：，葺急少二綏笏，；，二匕；一譬；：，二芒；二二川：礦二每白二，宅蕾，二礦多。多鐵電液晶的整體排列特點(diǎn)呈現(xiàn)螺旋性，如圖所示。各層內(nèi)分子分布在為項(xiàng)角的圓錐體表面，各層中液晶分子傾斜角不變，但方位角耷發(fā)生變化成螺旋結(jié)構(gòu)，因此固有偶極矩磊互相抵消，體材料中觀測(cè)不到自發(fā)極化。鐵電液晶的螺距為岬量級(jí)，層間距為皿量級(jí)，這說(shuō)

15、明螺距內(nèi)有幾千個(gè)分子層【引。圖鐵電液晶的螺旋性鐵電液晶的分類袁（）一蠢。二一二琶：。一兩一二。一根據(jù)鐵電液晶的相態(tài)變化，鐵電液晶的分類【】如表所示。本論文選擇了響應(yīng)速度較快、在室溫附近鐵電相溫度帶較寬的第一和第三種材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。采用通常的摩擦取向處理、并烏日娜博士學(xué)位論文緒論從各向同性的高溫相向低溫鐵電相逐步降溫相變的方法獲得鐵電液晶的特征排列。從高溫側(cè)降溫時(shí)，一、三種材料都經(jīng)由向列相由于使用了取向向列相液晶的摩擦處理取向膜，因此分析向列相液晶的排列特征很有可能由于吸附效應(yīng)記憶在取向膜表面，直至鐵電液晶相，這很可能是鐵電液晶器件排列不穩(wěn)定的重要原因。本文將在第二章著重探討這個(gè)問(wèn)題。鐵電液晶的研

16、究歷史及現(xiàn)狀鐵電液晶的發(fā)現(xiàn)始于年，由物理學(xué)家與等人合作合成了第一個(gè)鐵電液晶材料，并直接證明了鐵電性的存在，從而開(kāi)創(chuàng)了一條新型的液晶材料的研究與應(yīng)用道路。但由于取向技術(shù)的發(fā)展，限制了它的應(yīng)用。直到年，與發(fā)現(xiàn)，將鐵電液晶置于兩塊相距很近的玻璃片中，約為岬，鐵電液晶的分子取向呈雙穩(wěn)態(tài)性“，液晶的鐵電性完全呈現(xiàn)出來(lái)，這是表面穩(wěn)定鐵電液晶模式（，）。衰面穩(wěn)定鐵電液模式模式中鐵電液晶的螺旋特性被取向膜表面的錨定作用抑制，形成理想的書架式層結(jié)構(gòu)（）【】如圖所示。圖鐵電液晶分子排列的書架式層結(jié)構(gòu)在書架式層結(jié)構(gòu)中鐵電液晶分子層是與基板表面垂直的，層內(nèi)的液晶分子指向與層法線有一夾角，所有分子上的偶極矩相互平行，液

17、晶的鐵電性完全呈現(xiàn)出來(lái)，產(chǎn)生宏觀的自發(fā)極化，如圖所示。由于初始排列態(tài)的分子偶極矩與基板法線不平行，所以在上下基板間加電場(chǎng)可使液晶分子受到共同力矩作用而發(fā)生一致性轉(zhuǎn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)動(dòng)中體現(xiàn)出鐵電液晶分子沿錐面螺旋排列的本征特性，即分子轉(zhuǎn)動(dòng)的軌跡為錐面：轉(zhuǎn)動(dòng)一旦開(kāi)始就會(huì)持續(xù)達(dá)到錐面上初始態(tài)的對(duì)稱位置才能停止，分予偶極矩的垂直分量與初始態(tài)的垂直分量反向。因此模式烏日娜博士學(xué)位論文緒論的特點(diǎn)是只有兩個(gè)穩(wěn)定排列狀態(tài)，一是初始態(tài)，二是初始態(tài)的對(duì)稱位置的排列態(tài)，改變外加電場(chǎng)可以選擇這兩個(gè)指向方向不同的排列狀態(tài)，一旦停止在一個(gè)排列態(tài)上，即使去掉電場(chǎng)這個(gè)排列態(tài)仍然能被保持住，這是表面穩(wěn)定鐵電液晶模式的第二個(gè)特點(diǎn)，具有記

18、憶特性。圖表面穩(wěn)定鐵電液晶模式結(jié)構(gòu)原理圖。表面穩(wěn)定鐵電液量攫式的顯示原理旃罌導(dǎo)導(dǎo)導(dǎo)丐音睪寺崩。邋場(chǎng)二山！亮態(tài)（狀態(tài)）多套毒害審，萋亟記憶態(tài)圖表面穩(wěn)定鐵電液晶模式顯示原理，和為電場(chǎng)和自發(fā)極化矢量的方向模式的顯示原理如圖所示。均勻的、排列完好的表面雙穩(wěn)鐵電液晶模式可以看作是單軸雙折射材料，其光軸沿指向矢方向，兩個(gè)穩(wěn)態(tài)光軸之間的夾角為。當(dāng)在兩基板外側(cè)加上互相垂直的起偏器與檢偏器，并使起偏器透光軸平行于某一穩(wěn)態(tài)的光軸時(shí)，就得到光開(kāi)關(guān)特性：不加電壓時(shí)入射光經(jīng)過(guò)起偏器偏振方向與液晶指向矢平行（狀態(tài)），因此保持線偏振形式透過(guò)液晶層，到達(dá)出射端檢偏器時(shí)，光偏振矢量與檢偏器透光軸垂直，光被截止（暗 烏日娜博士學(xué)

19、位論文緒論態(tài)）：而當(dāng)液晶被外加電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)過(guò)到達(dá)另一態(tài)時(shí)（狀態(tài)），經(jīng)過(guò)起偏器的光偏振矢量與液晶指向矢也夾角。線偏振光在液晶層中發(fā)生雙折射，產(chǎn)生。光和光，到達(dá)檢偏器后變?yōu)闄E圓偏振光出射（亮態(tài)）。當(dāng)消除電場(chǎng)時(shí)，液晶分子保留狀態(tài)的液晶分子排列。這時(shí)，當(dāng)忽略在所有表面的反射后，表面雙穩(wěn)鐵電液晶模式下的光強(qiáng)由下式給出：，（五）：薔口（）其中為液晶層的厚度，九為光波的波長(zhǎng)，為液晶折射率的各向異性。公式（）表明，當(dāng)液晶的錐角。時(shí)，光的透過(guò)率為最大。另一方面，要得到最好的顯示特性，光和光在液晶層中的位相延遲（）應(yīng)滿足。九（，）（）在整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)要得到足夠的對(duì)比度，值可取。為減小制造上的困難，通常值盡量選小些，以

20、放寬對(duì)液晶層厚的要求。例如取可見(jiàn)光中心波長(zhǎng)為，（），可見(jiàn)層非常薄【。表面穩(wěn)定鐵電液曩模式響應(yīng)時(shí)間與電壓的關(guān)系在外加電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，液晶分子將沿著錐角為的錐面旋轉(zhuǎn)，即不變而方位角改變，直到它的電偶極矩與外場(chǎng)平行。假設(shè)初始無(wú)外場(chǎng)時(shí)護(hù)如圖中狀態(tài)，現(xiàn)在加上一個(gè)電場(chǎng)，那么分子最終將轉(zhuǎn)娜。，即狀態(tài)。這時(shí)若只考慮阻尼與電偶極矩與電場(chǎng)的耦合，那么，指向矢（光軸）的運(yùn)動(dòng)方程如下式：警叩（）式中”為旋轉(zhuǎn)粘滯系數(shù)。為液晶的自發(fā)極化強(qiáng)度，為電場(chǎng)強(qiáng)度。這個(gè)公式中忽略了介電各向異性及彈性等效應(yīng)。式（）的解為生：煎（一）式中，是該問(wèn)題中唯一的時(shí)間常數(shù)，它決定鐵電液晶的響應(yīng)速度。對(duì)于典型的鐵電液晶材料，泊，。當(dāng)外場(chǎng)為時(shí)，即鐵電

21、液晶的響應(yīng)速度可達(dá)，而且由于兩個(gè)穩(wěn)態(tài)都是用外電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，因此開(kāi)啟與關(guān)閉速度同時(shí)可達(dá)微秒量級(jí)。這比用向列相液晶的響應(yīng)速度快倍！正是鐵電液晶這一快速響應(yīng)速度吸引了人們的研究興趣?！叭恕弊中螌咏Y(jié)構(gòu)玻璃基板圖鐵電液晶分子排列的“人”字形層結(jié)構(gòu)實(shí)際上很難得到理想的書架式層結(jié)構(gòu)，而經(jīng)常獲得的是“人”字形層結(jié)構(gòu)（），如圖所示。這是由于鐵電液晶從近晶相至近晶相交的過(guò)程中液晶分子將發(fā)生傾斜，而為保證液晶體密度不變的原則，分子層必須打折，圖中為層傾斜角。射線衍射實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的兩個(gè)尖銳的衍射峰證實(shí)了“人”字形層結(jié)構(gòu)的存在，即在液晶層的中間存在著一個(gè)尖銳的彎折【?！叭恕弊中螌咏Y(jié)構(gòu)中層的傾斜打折使液晶分子排列的有效錐角變小

22、，導(dǎo)致明暗態(tài)的對(duì)比度降低?！爸庇钚稳毕菖c、排列態(tài)表面穩(wěn)定鐵電液晶模式器件中容易出現(xiàn)一種極為典型和普遍的缺陷一“之”字形缺陷（）。】，又稱為鋸齒形缺陷?！爸弊中稳毕莸漠a(chǎn)生是由于“人”字形層結(jié)構(gòu)中液晶層打折的方向不一致性造成的，如圖所示。根據(jù)液晶盒基板的摩擦方向和“之”字形缺陷中發(fā)夾缺陷（）和閃電缺陷（）的方向，人們定義了“人”字形層結(jié)構(gòu)中兩種排列態(tài)和排列【。排列態(tài)中液晶層的打折方向和摩擦方向相反，而排列態(tài)中液晶層的打折方向和摩擦方向一致。影響或分子排列狀態(tài)出現(xiàn)的因素有很多，但其中最主要的是取向膜預(yù)傾角的大小”。當(dāng)取向膜的預(yù)傾角小于鐵電液晶固有錐角與層傾斜角之和時(shí)，態(tài)與態(tài)都是被允許的，而如果取

23、向膜預(yù)傾角小于鐵電液晶固有錐角與層傾斜角之差時(shí)只有態(tài)是被允許的。“之”字形缺陷極大地影響表面穩(wěn)定鐵電液晶模式器件的性能，損害顯示的對(duì)比度和視角特性。只要避免兩種層打折的方向，就能獲得沒(méi)有“之”字形缺陷的均勻或排列態(tài)。可以采用如下方法：旅加低頻交變電場(chǎng)，使用帶有萘基的鐵電液晶材料”、在較寬的摩擦強(qiáng)度范圍內(nèi)預(yù)傾角較高的取向劑引、低預(yù)傾角平滑的取向劑【心】，膜取向法】一”、傾斜蒸鍍法一【、使盒內(nèi)部表面處的。相至相變的溫度不同吲、光控取向】等。但這些方法并不是普遍有效的。本論文中采用工業(yè)上成熟的取向向列相液晶的取向膜，通過(guò)控制取向膜的預(yù)傾角和錨定強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)鐵電液晶分子的均勻排列態(tài)。摩擦方向角側(cè)視圖傾角

24、俯視圖圖“之”字形缺陷和、排列態(tài)準(zhǔn)書架式層結(jié)構(gòu)玻璃基板圖鐵電液晶分子排列的準(zhǔn)書架式層結(jié)構(gòu)為去除“人”字形層結(jié)構(gòu)中層的傾斜打折，人們?cè)谝壕Ы禍叵嘧兊倪^(guò)程中施加交變電場(chǎng)，取得了較為滿意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在射線衍射實(shí)驗(yàn)中，只出現(xiàn)一個(gè)衍射峰，但它比理想的書架式結(jié)構(gòu)的衍射峰寬【“，因此人們把它定義為準(zhǔn)書架式層結(jié)構(gòu)（）。與理想的書架式層結(jié)構(gòu)相比，準(zhǔn)書架式層結(jié)構(gòu)的液晶層不是完全垂直于基板的表面，而是成一定的角度，如圖所示。本論文中利用電場(chǎng)的作用不僅消除了“之”字形缺陷，而且獲得了準(zhǔn)書架式結(jié)構(gòu)的層排列。烏日娜博士學(xué)位論文緒論表面穩(wěn)定鐵電液晶模式的發(fā)現(xiàn)將鐵電液晶的研究推向了全新的階段，也為鐵電液晶的應(yīng)用指明了方向。利

25、用的雙穩(wěn)特性和快速響應(yīng)可以制作光學(xué)開(kāi)關(guān)陣列【“、空間光調(diào)制器”，光纖通訊中實(shí)現(xiàn)多路轉(zhuǎn)換；利用它的雙折射性及其電可調(diào)性，用來(lái)制作可調(diào)波長(zhǎng)的光濾波器，在光纖通訊中可以實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用，也可用來(lái)制作全光型的光纖起偏器等【。此外，年日本的佳能公司推出了第一個(gè)只能顯示文字的表面穩(wěn)定鐵電液晶模式顯示屏（，）以其快速響應(yīng)、高分辨率、大容量顯示等特點(diǎn)，展示了將具有廣闊的應(yīng)用前景，曾經(jīng)被譽(yù)為下個(gè)世紀(jì)最有發(fā)展力的液晶顯示器【”。但是并沒(méi)有廣泛實(shí)用化，其主要的要原因就是抗振動(dòng)能力差，很容易由于外界的撞擊產(chǎn)生難以恢復(fù)的“之”字形缺陷以及不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)灰度。聚合物網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定鐵電液晶為了改善的排列穩(wěn)定性，年飛利浦公司的等人提出了

26、聚合物網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定鐵電液晶（，）的方法，即引入聚合物網(wǎng)絡(luò)對(duì)液晶分子的體錨定作用，提高鐵電液晶器件的抗震動(dòng)能力。為了形成與液晶分子相溶的系統(tǒng)，目前居多采用有液晶性的長(zhǎng)條剛性光敏單體作為網(wǎng)絡(luò)聚合前的材料，將其混合于鐵電液晶中，然后用紫外光輻照，光敏單體迅速發(fā)生光聚合形成交織于鐵電液晶中的網(wǎng)絡(luò)。但人們使用的這類化合物不僅需要引發(fā)劑來(lái)引發(fā)光聚合反應(yīng)，并且在常溫下為固體，難與液晶混合均勻。本研究在單體材料的選擇上下了很大功夫，得到與鐵電液晶互溶性很好、不需要引發(fā)劑的光敏單體材料。聚合物網(wǎng)絡(luò)的引入不僅可以提高的排列穩(wěn)定性，而且可以改變它的電光特性，即獲得無(wú)閾值的“”字形和半“”字形連續(xù)電光特性仆【】。無(wú)閾值“

27、”字形和半“，字形電光特性可以解決鐵電液晶顯示器沒(méi)有中間灰度的問(wèn)題，與驅(qū)動(dòng)電路相結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)高速響應(yīng)的大容量動(dòng)態(tài)顯示“。但是聚合物網(wǎng)絡(luò)的引入也帶來(lái)了新的問(wèn)題，即驅(qū)動(dòng)電壓的增高和亮度的降低、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度變緩等。等人通過(guò)改進(jìn)鐵電液晶材料和摻雜在液晶中的單體，把驅(qū)動(dòng)電壓控制在以下，并且得到了較高的亮度和較快的響應(yīng)速度”。本研究中通過(guò)選擇合適的光敏單體材料并控制單體濃度，使驅(qū)動(dòng)電壓低于。具有連續(xù)電光特性的鐵電液蠡材料近年來(lái)發(fā)現(xiàn)從膽甾向列相（）直接相變到近晶（）的鐵電液晶材料具有連續(xù)電光特性而倍受青睞。由于不經(jīng)過(guò)一相，其層排列的均一性更難控制。等人采用摩擦取向方法烏日娜博士學(xué)位論文緒論和相變時(shí)施加或電壓的方法，得到了自發(fā)極化矢量相反的疇和均勻的單疇排列卜，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)閩值“”字形和半“”字形電光特性。本論文詳細(xì)分析了摩擦取向膜以及相變時(shí)電場(chǎng)對(duì)相變鐵電液晶分子排列的影響，對(duì)曠￥相變鐵電液晶器件的優(yōu)化有重要的意義。本文研究?jī)?nèi)容容易出現(xiàn)“之”字形缺陷、不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)灰度、排列穩(wěn)定性差一直是鐵電液晶器件不能真正市場(chǎng)化的關(guān)鍵問(wèn)題。本論文以獲得鐵電液晶均勻排列以及提高抗震動(dòng)能力、實(shí)現(xiàn)連續(xù)灰度為目標(biāo)，對(duì)鐵電液晶分子排列進(jìn)行了研究。第二章，研究了向列相液晶分子在