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。

蓝相液晶具有许多不同寻常的光学特性, 如快速的响应速度(亚毫秒量级), 可见光范围的布拉格反射, 光学各向同性等。这些特性使得蓝相液晶在电光器件领域有着广泛的应用前景。近年来, 除显示领域以外, 蓝相液晶在聚合物蓝相液晶薄膜、晶格结构、结构色, 以及可调谐方面取得了一系列新的进展。这些进展不仅深化了人们对蓝相液晶制备和基本结构认知, 同时也极大扩展了其应用范围。本文侧重阐述近年来蓝相液晶在晶格结构以及结构色方面的研究进展。首先介绍蓝相液晶薄膜的制备方法和进展; 其次介绍蓝相液晶晶格结构, 包括单畴晶格、单晶晶格和结构色方面的研究进展; 最后介绍可调谐的蓝相液晶晶格结构, 主要包括电场、光场对蓝相晶格的调控作用。

胆甾相液晶被广泛应用于光学滤波器中, 但是其带宽较宽, 无法应用于窄带宽滤波器。而蓝相液晶滤波器反射带宽窄, 且其在聚合前后以及模板化重构前后稳定性非常好。因此, 本文研究模板化单畴蓝相液晶的制成与光特性, 通过多模板集成, 可以实现多波长窄带滤波器的灵活制备。实验结果表明: 单畴蓝相液晶的中心反射波长的半高宽约为35 nm,比胆甾相液晶的反射带宽要窄得多, 并且模板化过程中心波长与带宽基本保持不变。且当入射角变化时, 模板化蓝相液晶滤波器的中心波长偏移也远小于胆甾相液晶滤波器。用这种方法实现的滤波器具有很高的稳定性和可重复性。

为了实现蓝相液晶中旋光能力性能的模拟计算, 建立了蓝相液晶的一维模型, 对蓝相液晶在正交线偏光片和正交圆偏光片下的旋光能力进行了模拟计算, 并研究了蓝相液晶对外界环境光的反射特性。首先对胆甾相液晶的旋光特性进行了理论和模拟计算结果之间的对比。然后对比蓝相液晶与胆甾相液晶的结构特点, 建立了高倾角的胆甾相液晶模型来作为蓝相液晶的一维模型, 高倾角的角度由各向同性相的序参数来得到。利用该一维模型模拟计算了蓝相液晶的旋光特性, 与实验结果相符, 然后模拟计算了大螺距蓝相液晶在正交线偏光片和正交圆偏光片下的透过率, 最后模拟计算了这两种情况下蓝相液晶对外界环境光的反射特性。模拟结果表明：使用正交圆偏光片, 可以有效地消除大螺距蓝相液晶在可见光范围的旋光特性和Bragg反射,可见光整体旋光角度从5.2°降低到0.06°。结果将对提高蓝相液晶显示器的显示特性有很大的帮助。

以往研究发现平面内扭转（In-Plane Switching, IPS）模式蓝相液晶显示器件的图像显示对比度明显低于理论预期。本文对导致这一问题的物理原理进行理论分析和实验验证, 据此提出改进的菱形电极结构设计以解决这一问题。实验证明, 调整走向后的IPS电极结构能使蓝相液晶显示器件的暗态漏光减小2/3, 使其显示对比度提升至10 000∶1以上。基于这一实验发现, 本文提出了全新的菱形电极结构设计, 以求获得高对比度显示效果。除此以外, 采用Techwiz仿真分析改进后的菱形IPS电极蓝相液晶显示器件的电光特性, 发现其伽玛偏移和灰度反转可分别减小3/4和2/3, 并且其驱动电压和透过率与传统IPS模式蓝相液晶显示器件相仿。可见, 基于改进的菱形IPS电极结构的蓝相液晶显示器件相较传统蓝相液晶显示器件具备更好的显示性能和市场竞争力。

传统平面内扭转(In-Plane Switching, IPS)模式的聚合物稳定蓝相液晶显示器件由于死区(Dead Zone)的存在, 导致了透光率较低的问题。通过引入浮置电极(Floating Electrodes), 增强死区上方的横向电场强度, 可以解决这一问题, 提高蓝相液晶显示器件的总体透过率。引入浮置电极的蓝相液晶显示器件的电光特性由Techwiz3D程序仿真予以分析。我们定量计算了电极尺寸、工作波长和电极错位对电光特性的影响。仿真结果表明, 引入浮置电极的IPS模式蓝相液晶显示器件的透过率提高了约15％, 对显示应用中常见的3种可见光波长(450 nm, 550 nm, 650 nm)的总体透过率都达到了约90％。该新型器件结构能够显著提升蓝相液晶显示器件的透过率, 使之在新一代显示技术发展和竞争过程中获得更大的优势地位。

蓝相液晶是一种三维手性自组装软超结构材料, 具有光学各向同性, 选择性反射波长, 快速响应等优秀特性, 无论在显示还是光子器件的应用上都具有良好的发展前景, 吸引了研究人员的大量关注。近十年关于蓝相液晶显示领域的研究与工程或应用发展迅猛, 于此同时催生了其在光子学这个后显示领域的研究。面对来自国际上其他先进国家的竞争与压力, 中国大陆的学者们奋勇迎接, 经过短短数年的发展获得了一批有显示度的成果, 在国内外的优秀期刊上报道了一系列富含学术性和实用性的工作。具备高热稳定性与显著电光调制特性的新型蓝相液晶材料及其光子学器件, 如衍射光栅、相位调制器、透镜、激光以及光衰减器等, 相继被开发出。本文追逐这些前辈留下的脚印, 从材料制备、性能到光子器件设计、应用进行了概括性的回顾, 旨在通过此综述激发出蓝相液晶在非显示光子学应用领域更多的研究灵感; 若能起到进一步促进该领域发展的作用, 笔者将感到幸甚之至！