【摘要】：撓曲電效應(yīng)是由于液晶分子發(fā)生展曲或彎曲形變引起的液晶極化,反過來這種極化與電場相互作用亦會對液晶分子的形變產(chǎn)生影響。自從1969年R.B.Meyer首次對撓曲電效應(yīng)給出解釋模型以來,這種效應(yīng)一直備受關(guān)注,對這一效應(yīng)的研究主要集中在探索液晶材料的撓曲電光特性、撓曲電效應(yīng)對液晶顯示的影響、應(yīng)用各種方法測量液晶材料的撓曲電系數(shù)以及利用撓曲電效應(yīng)開拓液晶材料新的應(yīng)用領(lǐng)域等方面。2006年P(guān).Kumar等人在具有弱錨定邊界的平行排列液晶盒上施加直流電場,液晶內(nèi)反轉(zhuǎn)壁中±1缺陷周圍指向矢的取向發(fā)生了變化,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象體現(xiàn)了撓曲電效應(yīng)的影響;撓曲電效應(yīng)對液晶很多性質(zhì)都能產(chǎn)生影響,例如指向矢分布情況、閾值電壓的大小、電光曲線、視角范圍等,其程度取決于液晶材料撓曲電系數(shù)的大小,所以測量液晶材料撓曲電系數(shù)的值是非常必要的�；谝陨蟽蓚�方面,本文研究向列相液晶的撓曲電效應(yīng)和撓曲電系數(shù),分為以下四個部分:第一部分:對P.Kumar等人的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:外加直流電場作用下,弱錨定平行排列液晶盒缺陷處液晶指向矢的變化所體現(xiàn)出的撓曲電效應(yīng)給出理論解釋。當(dāng)對弱錨定平行排列向列相液晶盒施加垂直基板的直流電場時,在反轉(zhuǎn)壁中的±1缺陷會發(fā)生旋轉(zhuǎn)。根據(jù)液晶的彈性理論,分別推導(dǎo)了外加電場作用下考慮撓曲電效應(yīng)后+1缺陷和-1缺陷處液晶分子的總自由能密度以及表征指向矢的極角和方位角變化角度所滿足的平衡態(tài)方程,并進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值模擬。在撓曲電效應(yīng)的作用下,理論結(jié)果給出的方位角的變化情況與P.Kumar等人的實(shí)驗(yàn)得到的在±1缺陷處的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是一致的。第二部分:基于液晶的彈性理論在理論上推導(dǎo)了外加電場作用下考慮撓曲電效應(yīng)后混合排列向列相(HAN)和混合排列向列相-共面轉(zhuǎn)換(HAN-IPS)液晶盒在系統(tǒng)平衡態(tài)時表征液晶指向矢分布情況的傾角θ和方位角φ的平衡態(tài)方程,得出在外加電場作用下液晶的撓曲電效應(yīng)對兩種液晶盒指向矢分布的影響。并基于兩種液晶盒指向矢分布的變化情況,通過多層光學(xué)理論得出了撓曲電效應(yīng)對液晶盒反射光四種信號Rpp,Rss,Rsp和Rps隨內(nèi)角(入射到液晶層角度)變化曲線(也就是液晶光波導(dǎo)模式,簡稱液晶導(dǎo)模)的影響。給出以下結(jié)論:HAN液晶盒中,撓曲電系數(shù)e1+e3取不同值時反射光的偏轉(zhuǎn)保存信號Rpp會發(fā)生明顯而有規(guī)律的的移動;HAN-IPS液晶盒中,撓曲電系數(shù)e1+e3取確定值后撓曲電系數(shù)e1-e3取不同值反射光的偏轉(zhuǎn)保存信號Rpp和Rss會發(fā)生明顯而有規(guī)律的移動。第三部分:基于液晶光導(dǎo)波技術(shù)對負(fù)性向列相液晶材料MS-N01300-000的撓曲電系數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測量。通過測量不同入射角的線偏振光在灌有液晶材料MS-N01300-000的HAN以及HAN-IPS液晶盒的棱鏡耦合波導(dǎo)中傳播后的反射光,得到外加頻率為1kHz的交流電和直流電(兩種電壓的值相同)情況下的反射信號Rpp(針對HAN液晶盒)和Rss(針對HAN-IPS液晶盒)隨入射內(nèi)角變化曲線,并與根據(jù)液晶彈性理論和多層光學(xué)理論得到相應(yīng)電壓下不同撓曲電系數(shù)的反射信號Rpp和Rss隨內(nèi)角的變化曲線相比較,由曲線移動距離和移動方向得出MS-N01300-000液晶材料撓曲電系數(shù)e1+e3和e1-e3的值分別為2.5×10-11C/m和5.5×10-11C/m,并對這兩個值進(jìn)行了討論。第四部分:通過撓曲電疇臨界電壓方法來確定BCN液晶材料7P-CF2O-ODBP撓曲電系數(shù)|e1-e3|的范圍約為4.8×10-11C/m~8.0×10-11C/m,并對這個值進(jìn)行了討論。
【圖文】：

第 1 章 緒論5圖1.2 鍥形和香蕉形液晶分子指向矢形變引起的極化如果液晶是在外電場作用下發(fā)生變形，，撓曲電效應(yīng)引起的自由能密度可以表示為1 3121[ ]2flexfe e ( ) ( ) P En n n n E(1-5)在外加電場作用下，需要考慮撓曲電效應(yīng)時，液晶的自由能密度包含液晶的彈性項(xiàng)、介電項(xiàng)和撓曲電項(xiàng)，即totalelasdielflexf f f f(1-6)

圖 2.1 液晶中幾種典型強(qiáng)度的向錯如果液晶盒的取向?qū)咏?jīng)過定向摩擦，液晶指向矢就會沿取向?qū)颖砻娅@得沿面排列的取向，這種情況下會出現(xiàn)另一種黑刷條紋，并呈現(xiàn)出成對且近乎平行的紋影織構(gòu)。在正交偏振片下觀察，可以發(fā)現(xiàn)有一條清楚的黑線將各個向錯連接起來，這樣的織構(gòu)是由于液晶中的反轉(zhuǎn)壁引起的。反轉(zhuǎn)壁垂直于液晶盒基板的平面，向錯會在反轉(zhuǎn)壁中出現(xiàn)。基于液晶材料的特性，其內(nèi)的缺陷在很多物理過程中具有重要作用，比如液晶的光學(xué)、微納米加工、流體動力學(xué)以及材料自組裝等領(lǐng)域[70]，因此缺陷是液晶研究中的一個重要方向。2.2 反轉(zhuǎn)壁中±1 缺陷的實(shí)驗(yàn)結(jié)果2006 年 P. Kumar 等人在弱錨定邊界條件的平行排列液晶盒上施加直流電場，液晶盒反轉(zhuǎn)壁中+1 和 1 缺陷周圍指向矢的取向發(fā)生了變化[33]。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O753.2

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本文編號：2522457