栅状表面液晶盒的光学特性

栅状表面基板对液晶分子有特殊的锚定作用,其锚定的强度和易取方向与栅状表面的几何参数相关。两块预先处理的栅状表面基板可以制成液晶显示器件,其光学特性也与栅状表面的几何参数相关。文中基于Frank弹性理论和栅状表面基板的等效锚定能公式研究了外加电压下此种液晶盒的光学特性,并通过计算机模拟得到了不同栅状表面液晶盒的电光曲线,且与栅状表面液晶盒的闽值电压进行了比较。     

同心柱筒中混合排列向列相液晶中的挠曲电效应

本文研究径向电场作用下同心柱筒中混合排列向列相液晶的指向矢分布,重点研究挠曲电效应对指向矢分布的影响。向列相液晶处于同心圆柱构成的薄层间,内表面径向锚定、外表面轴向锚定以及内表面轴向锚定、外表面径向锚定构成两种同心柱筒混合排列模型。基于向列相液晶Frank弹性理论,通过差分迭代方法,分别在强锚定及弱锚定边界条件下,研究了两种模型中挠曲电效应对指向矢分布的影响。研究结果表明:挠曲电效应在薄层内边界、外边界以及薄层内部对指向矢分布有着不同的影响;同心柱筒中指向矢分布由柱对称性、边界锚定作用、介电耦合作用、挠曲电效应的综合作用所决定。     

聚合物稳定向列相液晶显示的上升时间常数

聚合物网络对液晶的表面作用决定了聚合物稳定向列相液晶的电光性能。我们的研究基于一种简单的表象模型,假设聚合物网络由平行于无场状态下向列指向矢的聚合物纤维棒构成。建立受到有限锚定能虚拟边界束缚的矩形指向矢畴,根据液晶的动力学理论得到聚合物稳定向列相液晶显示的上升时间常数的表达式。计算并给出了上升时间常数对聚合物浓度的依赖关系,此关系还有待于实验的验证。     

表面极化的二粒子集团理论

应用二粒子集团理论研究了基板对极性分子构成向列相液晶的作用。假定分子质心固定在简单立方晶格的格点上,分子间存在色散作用和偶极相互作用,与基板相接触的一层分子受到表面作用,在二粒集团近似下导出了分子取向分布函数所满足的方程,并用迭代方法求解,得到如下结论：在向列相液晶与固体基板相接触的界面上,会出现极化层,当基板的表面作用足够强时,界面极性序几乎独立于温度,不受体液晶相变影响。     

液晶微流体中拓扑缺陷的形态研究

为了研究向列相液晶微流体在不同界面限制内拓扑缺陷的产生与演化,制备了不同表面锚定条件的微通道。通过采用不同表面特性的基板与聚二甲基硅氧烷制备的结构层键合,并合理利用氧等离子体对通道内壁化学特性的改变,最终制备出3种不同表面锚定条件的微流体通道。观察向列相液晶在其中的流动,总结了不同类型拓扑缺陷的出现规律。实验结果表明：平面取向的微通道内液晶分子排列连续,不会出现明显的缺陷结构。混合取向的微通道在界面锚定之间的竞争作用下,会在上表面附近形成稳定的相错线,相错线的数量与微通道的宽深比相关。正常情况下,垂直取向的微通道内指向场的变化具有良好的连续性,通过控制流速突变产生回流可以有效破坏微通道内指向场的连续性,从而产生动态的拓扑缺陷。缺陷的数量与流速相关。当流速恒定时,缺陷结构会维持短暂的动态平衡,随后会在通道内产生规律的波动。     

基于向列相液晶弹性各向异性偏振光栅结构方位锚定能的理论研究

通过设计上下基板向列相液晶分子排列构建偏振光栅结构模型,并根据向列相液晶Frank弹性理论计算其方位锚定能,其理论结果可为实验测量提供有力的理论指导作用。本文根据弹性理论,考虑弹性各向异性计算了偏振光栅结构的方位锚定能,得到了方位锚定能与光栅条纹宽度关系的解析解。弹性各向异性对方位锚定能有着显著影响。由于液晶具有各向异性,考虑弹性各向异性研究方位锚定能是必要的,其结果更具有普遍性。     

基板锚定特性对液晶盒电容的影响

基板的锚定特性,包括锚定能大小和锚定易取方向,影响液晶指向矢的分布,直接导致液晶盒电容的改变,因此可以通过液晶盒电容的测量确定基板表面的锚定特性。基于液晶弹性理论和变分原理,理论推导弱锚定平行排列向列相和混合排列向列相液晶盒系统的平衡态方程和边界条件,采用差分迭代方法数值模拟得到了液晶盒约化电容随电压、锚定能系数及锚定易取方向变化的曲线。结果表明:液晶盒电容随基板锚定能系数的增加而减小;随预倾角的增加,液晶盒电容随锚定能系数的变化缩小;同一电压和基板锚定能系数下,平行排列向列相液晶盒电容不会大于混合排列向列相液晶的电容。     

向列相液晶盒挠曲电效应的理论分析

用解析的方法证明了挠曲电效应对沿面排列的向列相液晶盒的物理效应。在不考虑液晶界面离子吸附的情况下，导出了挠曲电效应引起的表面能，证明了该表面能在上下基板处具有不同的数值，从而引起液晶指向矢分布对中间层对称性破缺。这将会影响液晶盒的光学性质。通过计算机数值模拟表明，挠曲电效应引起的指向矢分布对称性破缺会随着挠曲电效应的增强而增大。     

向列液晶的表面锚定能

向列液晶表面锚定是表征基板表面取向效果的关键参数,也是研究液晶分子表面取向排列机理的重要信息.描述向列液晶的表面锚定能首先要准确地理解对基板-向列液晶界面的宏观处理和微观处理的差异,其次要明确吉布斯(Gibbs)分界面的意义,它同表面锚定能与预倾角的热力学性质是同等重要的。向列液晶的表面锚定能可分为极化表面锚定能和方位表面锚定能两大类.人们已经采用多种实验技术从宏观上测试了向列液晶的表面锚定能。本文以热力学理论为基础,探讨了向列液晶表面锚定能的物理意义,并且以Freedericksz转变、高电场技术为例分析了极化表面锚定能的测试原理,以高磁场、Cano劈技术为例分析了方位表面锚定能的测试原理,最后用Cano劈技术给出了我们对外推长度的实验测试结果,并估算了液晶的表面锚定能的量级.     

聚甲基丙烯酸肉桂酰氧基乙酯的光控取向研究

研究了向列相液晶ＬＣ－Ｅ７０分子在肉桂酸酯类材料聚甲基丙烯酸肉桂酰氧基乙酯（ＣＥＭＣ）光控取向层上的排列特性、液晶盒中向错的类型及产生的原因，从理论上计算了这种取向层的方位表面锚定能的数量范围。     

不同初始分布向列相液晶电容特性的相场法研究

液晶盒内的液晶分子在不同的外加电场作用下重新排布,其极化指向发生改变,从而影响液晶盒整体的电学特性。本文考虑液晶材料的挠曲电效应,分析液晶盒的整体自由能表达式,包含弹性形变自由能密度、介电自由能密度和挠曲电自由能密度。基于液晶弹性理论和相场方法,构建描述液晶核指向矢分布及演化的相场方程,并运用离散方法推导出液晶盒约化电容的表达式。讨论边界强锚定的混合液晶盒(HAN)和平行液晶盒(PAN)表面电荷密度对液晶核指向矢偏转角的影响。进一步分析了挠曲电系数、表面电荷密度以及液晶盒厚度对两种不同初始指向分布液晶盒电容性能的影响。数值分析结果表明,表面电荷密度越大、挠曲电系数越小,液晶核指向矢偏角越大。在混合液晶盒中,约化电容随着表面电荷或液晶厚度的增加而增加,最终趋于饱和;而在平行液晶盒中,当表面电荷密度或液晶盒厚度达到某个临界值时,液晶核的指向矢才发生改变,液晶的约化电容才有明显的变化。随着表面电荷密度增加,液晶核指向矢发生偏转的临界厚度减小。     

Determining the Liquid-Crystal Polar Anchoring at High Electric Fields by Heterodyne Interferometer

A common-path heterodyne interferometer is proposed to determine the surface anchoring energy of a homogeneously aligned nematic liquid crystal (LC). This technique measures, with high sensitivity, the phase retardation of a nematic LC cell as a function of the applied voltage. According to the measured voltage-dependent phase retardation of the LC cells, a simple linear fitting over a well-specified voltage window can be achieved, leading to a precise determination of the polar anchoring energy. The anchoring energy , cell gap, and pretilt angle can be simultaneously obtained in the course of the same experiment.     

表面沟槽诱导双轴向列相液晶的弹性畸变

双轴向列相液晶在表面沟槽上锚定,3个指向矢之一平行于沟槽均匀排列。使用Berreman在研究单轴向列相时提出的弹性形变产生表面能的理论方法对双轴向列相液晶进行研究,得到了一个公式,在Berreman模型中它描写弹性畸变对表面锚定的贡献,但在双轴向列相中,这一公式描写当n指向矢沿着沟槽锚定时,m指向矢受到沟槽表面的作用而产生的畸变能量。研究了双轴向列相液晶在表面沟槽上锚定的稳定性问题;稳定性条件在双轴向列相单一弹性常数近似下为n指向矢的弹性常数最大。     

混合排列柱状薄层中的向列相液晶指向矢分布的研究

利用向列相液晶弹性理论,研究了混合排列柱状薄层中的向列相液晶指向矢的分布。向列相液晶被限定在两个同心圆柱构成的薄层中,在内外表面施加强锚定及弱锚定边界条件,锚定易取向方向取径向和轴向(垂直柱轴及平行柱轴)的边界条件,得到了四种混合排列柱状薄层模型RsZw、ZwRs、RwZs、ZsRw。基于Frank弹性自由能和Rapini-Papoular近似的表面能,研究了不同锚定强度、不同内半径及不同弹性常数值的指向矢分布,计算机模拟得出指向矢取向的曲线图。由于柱对称性、锚定强度、薄层厚度以及弹性各向异性共同竞争的影响,这四种模型的指向矢分布有着很大的不同。     

基板表面锚泊对液晶全漏导模影响的理论研究

平行排列向列相液晶盒基板表面锚泊能可以影响液晶盒内液晶分子指向矢的分布,光学上将导致液晶导模结构的变化。为了研究基板表面锚泊对液晶全漏导模的影响,首先基于液晶弹性理论推导了液晶指向矢在外加电压下满足的平衡态方程,随后由差分迭代方法数值计算液晶指向矢。最后,基于液晶多层光学理论推导了液晶导波反射率和透射率公式,并通过数值计算得到了平行排列向列相液晶全漏波导反射率Rss随内角变化的理论曲线。计算结果表明,相对于强锚泊情形(1×10~(-3) J/m~2),不同锚泊能强度(5×10~(-5) J/m~2～1×10~(-3) J/m~2)下的理论曲线会发生左移现象,移动距离与锚泊能强度有关。由曲线移动的距离可以确定液晶盒基板表面锚泊能的强度。该研究为进一步利用光导波技术测量液晶盒基板表面锚泊能强度提供了理论依据。     

Tunable photonic crystal waveguide coupler with nematic liquid crystals

Photonic crystals (PCs) have great potential in applications for their ability to control lightwave propagation and the possibilities of implementing PC-based optical waveguide into waveguide coupler systems. In this letter, the novel tunable PC waveguide coupler based on nematic liquid crystals is proposed, and its coupling properties are numerically investigated by using the finite-difference time-domain method. The coupling length of PC waveguide couplers with liquid crystals is shorter than the coupling length of coupler without liquid crystals at the same input wavelength. The refractive indexes of liquid crystals can be changed by rotating the directors of liquid crystals. Then, we can control the direction of light propagation in PC waveguide coupler. These results may provide novel application of switching devices in optical circuits.     

采用双向取向表面的永久双稳态扭曲向列相显示器

开发了一种新的双向取向表面。所述取向表面可以用于控制液晶引流（backflow）方向。基于所述新型取向层,成功制造了一种双稳态扭曲向列相LCD,该LCD在U和T态之间转换,不伴随表面锚泊能的破坏（surface anchoring energy breaking）。