液晶网络是由液晶聚合物单体适度交联得到，兼具有聚合物的弹性和液晶的各向异性，包括多刺激响应能力、可逆的驱动以及可编程的形状变形等性能，因此具有良好的外场响应性、分子协同作用和弹性。氧化石墨烯膜层具有优秀的光热转换性能，而光具有环保性、远程可控性等优异的特性，因此光致形变的氧化石墨烯/液晶网络（GO-LCNs）复合膜逐渐成为人们的研究热点。它可以制作柔性机器人、仿生光热驱动器等先进器件，具有良好的发展前景。本文在两种厚度的液晶网络膜上制作氧化石墨烯薄膜，构成氧化石墨烯/液晶网络复合膜，测量了温度或红外光作用下液晶网络膜厚度对其响应性能的影响。本文结果为复合膜的应用设计提供了实验基础，并以此为基础设计了GO-LCNs复合膜的仿生器件。
液晶网络 氧化石墨烯 仿生应用 liquid crystal network graphene oxide biomimetic application
为了提高宽色域液晶显示器的光效率，本文提出了一种反射式彩色滤光片。首先计算了反射式彩色滤光片的光效率增强效果，然后设计了基于低中高折射率介质的多层堆叠结构（［ABCCBA］8）的彩色滤光片，在使用带有黄色荧光粉的白光二极管（YAG-LED）和量子点（QD）背光单元时，光效率分别从17.4%提升到32.9%，从18.5%提高到58.9%，同时该结构的色域提高到了120.7% NTSC和131.2% NTSC。考虑背光模组中散射膜的作用，计算了入射光角度在20°以内时，带有YAG-LED和QD背光的LCD光效率依然分别大于32%和56%，色域基本不变。这些结果在宽色域液晶显示器中具有重要的潜在应用前景。
液晶显示 光效率 宽色域 反射 liquid crystal display light efficiency wide color gamut reflection
为更好地研究聚合物稳定蓝相液晶器件, 在考虑聚合物和蓝相液晶的介电常数差异和电场作用的变化后, 建立适用于聚合物稳定蓝相液晶显示器的理论模型。首先, 针对两组聚合物配比的蓝相液晶显示器的实验结果, 进行模拟计算拟合, 获得了蓝相液晶的饱和双折射率接近于主体液晶双折射率的结果。然后, 研究了聚合物单体的介电常数和含量对驱动电压的影响。最后, 研究了共面电场驱动的聚合物稳定蓝相液晶显示器的电极宽度和间隙对驱动电压和透过率的影响, 获得了高透过率和低驱动电压的器件结构。随着非液晶材料介电常数的增加, 驱动电压下降, 并且其质量分数越大, 驱动电压下降幅度越大。对于一般蓝相液晶中非液晶材料质量分数约为10%质量分数的情况, 驱动电压可以从97 V（εP=3）下降到55 V（εP=30）, 最大透过率变化很小, 甚至可以忽略。并且非液晶材料的介电常数不同, 仅影响驱动电压的大小, 对最大透过率和电光曲线的形状影响很小。研究结果对优化聚合物稳定蓝相液晶的材料构成和改进聚合物稳定蓝相液晶器件有重要的指导意义。
聚合物稳定蓝相液晶 饱和双折射率 驱动电压 polymer stabilized blue-phase liquid crystal saturation birefringence operating voltage
1 河北工业大学 电子材料与器件天津重点实验室, 天津 300401
2 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
3 河北工业大学 应用物理系, 天津 300401
为了提升垂直排列硅上液晶(VA-LCoS)器件的反射率, 本文通过建立常黑型VA-LCoS的三维光学模型, 分别用圆偏振光和线偏振光入射, 研究了预倾角、液晶盒厚和入射光波长对VA-LCoS器件的反射率的影响。结果表明: 使用圆偏振光入射能彻底消除亮态像素内黑色区域。本文条件下, 1.6 μm盒厚的VA-LCoS在圆偏振光入射时有最大的反射率。本研究的结论对VA-LCoS的设计和制备具有一定的指导意义。
硅上液晶 垂直排列 反射率 液晶盒厚 预倾角 LCoS vertical alignment reflectivity cell gap pretilt angle
随着液晶显示技术的不断发展, 人们对高性能液晶显示器的需求越来越迫切, 研究者们也对提升液晶显示性能进行了一系列的研究。色彩表现是液晶显示性能的一个重要方面, Gamma偏移和色偏移是评价色彩表现的重要指标。本文对常用的3种液晶显示模式的色彩表现进行总结, 并主要对共面转换与垂面排列液晶显示模式的改善方法进行了详细介绍和分析, 这对后续研究者和器件设计者的研究具有指导意义。针对不同的显示模式, 有相应的方法来提高色彩表现, 但每种方法都有自己的固有缺陷, 需使用者进行选择。
液晶显示器 共面转换 垂面排列 Gamma偏移 色偏移 liquid crystal display in-plane switching vertical aligned Gamma shift color shift
为了拓宽LCD的色域, 提出了在背光系统中添加基于TiO2-Ag-TiO2-Ag-Glass膜层结构的滤波器来优化背光源光谱。所提出的滤波器在可见光范围内可以仅通过红、绿和蓝3种颜色的光, 而反射其他颜色的光。利用TechWiz 1D软件模拟了滤波器对于LCD色域的影响。当所提出的滤波器分别与黄色荧光粉(pc-WLED)、新红粉(KSF-LED)以及量子点(QD)背光源相结合时, LCD的色域分别从72%提升至102.6%NTSC, 从92.3%提升至113.8%NTSC, 从1043%提升至119.9%NTSC。当入射光的角度从0°增加到40°时, 3种背光源的色域变化都很小。模拟结果表明: 基于金属-电介质-金属(MDM)膜层结构的滤波器拥有小的角度依赖性, 因此对实现宽色域LCD, 是一种非常有效的方法。但其光利用率很低, 3种背光源的光效率分别为26.5%、35.4%以及40.7%。
MDM结构 滤波器 色域 MDM structure filter color gamut
液晶消色差偏振旋转器是一种可以改变入射偏振光状态的光学元件。为了在不移动偏振器件的情况下, 实现偏振光在正交方向的转变, 并在宽波段具有良好的消色差特性, 本文提出了一种由3个低扭曲向列相液晶盒组成的消色差偏振旋转器, 通过施加电压来控制液晶分子分布从而控制偏振光的状态。用TechWiz LCD 1D软件进行模拟, 在不加电压和平行偏光片情况下, 消色差偏振旋转器在450~650 nm范围内的漏光率小于0.01, 可见光范围内的漏光率低于4.5%, 与传统的一个扭曲向列相液晶盒组成的旋转器相比漏光率较低。施加电压之后, 透过率可达到97.9%以上, 并且液晶盒厚度在2.2~2.5 μm之间变化时, 消色差特性几乎不受影响, 这种结构的消色差偏振旋转器的对比度较高, 消色差性能良好, 响应时间快, 达到了偏振旋转器件的要求。
消色差 透过率 偏振旋转 对比度 响应时间 achromatic transmittance polarization rotation contrast response time
消色差偏振旋转器是一种可以改变入射偏振光偏振方向的光学元件, 在较宽波长范围内线偏振光通过该系统获得相同的旋转是偏振旋转器的优化设计目标。文中提出了两种结构的消色差偏振旋转器, 一种是由6片波片组成的, 另一种是由4片波片组成的。利用TechWiz LCD 1D软件进行模拟, 其中由4片波片组成的偏振旋转器透过率可以达到9975%以上, 漏光率低于0.15%; 由6片波片组成的消色差偏振旋转器的透过率可以达到99.8%～99.95%; 漏光率低于0.12%。并且波片厚度在一定范围内变化时, 透过率不受影响。结果表明这种消色差偏振旋转器可以实现入射线偏振光在正交方向的变化, 且结构设计, 参数设置较简单, 消色差性能良好, 符合消色差偏振旋转器的基本要求。
消色差 透过率 偏振旋转 线偏振光 波片 achromatic transmittance polarization rotation linearly polarized lights wave plates
1 河北工业大学 电子材料与器件天津重点实验室, 天津 300401
2 河北工业大学 应用物理系, 天津 300401
对于硅上液晶(Liquid Crystal on Silicon,LCoS)器件而言, 由于其像素间距较小, 当某一像素施加电压后, 会影响其相邻不加电压的像素的光学特性。为了改善这一情况, 本文通过建立一种常白型LCoS的三维光学模型, 研究了3种参数对相邻不加电像素边缘的影响。结果表明: (1)相邻像素边缘暗态的位置和面积会随着液晶分子取向的改变而改变, 当液晶分子取向方向为45°时, 相邻像素边缘受影响的程度最小; (2)液晶盒的厚度越大, 相邻像素边缘受影响的程度越大; (3)像素间距对相邻像素边缘的影响是变化的。本文条件下, 当像素间距为0.7 μm时, 加电的中央像素对周围像素的反射率的影响最小。本研究的结论对高分辨率LCoS的设计和制备具有一定的指导意义。
硅上液晶 相邻像素 反射率 液晶盒厚 像素间距 LCoS adjacent pixel reflectivity gap of liquid crystal cell pixels gap
