1 河北工业大学 理学院, 天津 300401
2 河北工业大学 材料科学与工程学院, 天津 300401
3 河北冀雅电子有限公司, 河北 石家庄 050071
4 河北省平板显示器工程技术研究中心, 河北 石家庄 050071
温度变化会对液晶材料的电学特性产生影响。为了深入探究低温下液晶材料的电学特性, 首先, 液晶盒厚度和取向层厚度分别由紫外可见分光光度计和表面轮廓仪测量得到; 然后, 利用精密热台以及基于热电制冷工作原理自制的制冷装置控制液晶盒的温度, 使用校准后的精密LCR表分别测得低温和常温下液晶盒电容-电压（C-U）特性曲线, 由液晶盒电容模型得到液晶层C-U特性曲线, 基于该曲线与双盒模型, 得到了温度对4种液晶介电各向异性、弹性常数的影响。实验结果表明: 随着温度的升高, 正性液晶材料的介电各向异性从10.0增大至21.0, 弹性常数k11从17.0 pN减小至7.0 pN, k33从31.0p N减小至16.0 pN; 负性液晶材料的介电各向异性从-8.5增大至-3.0, k11从21.0 pN减小至11.0 pN, k33从31.0 pN减小至13.0 pN。即随着温度的升高, 正性液晶材料的介电各向异性和弹性常数k11、k33均不断减小; 负性液晶材料的介电各向异性不断增大, k11、k33呈现减小趋势。该结论对探究低温下提升液晶显示性能的方法有着重要意义。
介电各向异性 弹性常数 热电制冷 液晶盒电容模型 双盒模型 dielectric anisotropy elastic constant thermoelectric refrigeration capacitance model of LC cell dual-cell model
Author Affiliations
Abstract
1 School of Sciences, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China
2 School of Physical Science and Technology, Southwest University, Chongqing 400715, China
3 Hebei Jiya Electronics Co., Ltd., Shijiazhuang 050071, China
4 Hebei Provincial Research Center of LCD Engineering Technology, Shijiazhuang 050071, China
Image sticking in liquid crystal display (LCD) is related to the residual direct current (DC) voltage (RDCV) on the cell and the dynamic response of the liquid crystal materials. According to the capacitance change of the liquid crystal cell under the DC bias, the saturated RDCV (SRDCV) can be obtained. The response time can be obtained by testing the optical dynamic response of the liquid crystal cell, thereby evaluating the image sticking problem. Based on this, the image sticking of vertical aligned nematic (VAN) LCD (VAN-LCD) with different cell thicknesses (3.8 μm and 11.5 μm) and different concentrations of γ-Fe2O3 nanoparticles (0.017 wt.%, 0.034 wt.%, 0.051 wt.%, 0.068 wt.%, 0.136 wt.%, 0.204 wt.%, and 0.272 wt.%) was evaluated, and the effect of nano-doping was analyzed. It is found that the SRDCV and response time decrease firstly and then increase with the increase of the doping concentration of γ-Fe2O3 nanoparticles in the VAN cell. When the doping concentration is 0.034 wt.%, the γ-Fe2O3 nanoparticles can adsorb most of the free impurity ions in liquid crystal materials, resulting in 70% reduction in the SRDCV, 8.11% decrease in the decay time, and 15.49% reduction in the rise time. The results show that the doping of γ-Fe2O3 nanoparticles can effectively improve the image sticking of VAN-LCD and provide useful guidance for improving the display quality.
nanoparticles doping image sticking SRDCV response time VAN-LCD Chinese Optics Letters
2020, 18(3): 033501
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。
向列相液晶 柱状薄层 混合排列 锚定能 挠曲电 nematic liquid crystal cylindrical cell hybrid arrangement anchoring energy flexoelectric effect
1 河北工业大学 理学院, 天津 300401
2 河北冀雅电子有限公司, 河北 石家庄 050071
3 河北省液晶显示器工程技术研究中心, 河北 石家庄 050071
为了探究液晶材料的介电性能，本文研究了4PPTGS和4PUTGS两种含氟三环NCS类液晶材料的介电各向异性和介电损耗。首先用精密LCR表(Agilent E4980A)测量液晶盒的电容并用双盒模型和液晶盒电容模型得到4PPTGS和4PUTGS两种液晶材料的平行和垂直介电常数，再由电压-电容特性曲线得到它们的阈值电压，并进一步探讨了介电各向异性和阈值电压对温度的依耐性; 然后，在20 Hz~10 kHz范围内研究了外加电压频率对液晶材料介电损耗的影响，两种液晶材料在1 kHz左右都存在介电损耗峰值，为了减小器件的功耗和提升器件的质量，液晶材料应选择在介电损耗小的频率下工作; 最后，通过对平行和垂直排列向列相盒中液晶材料在不同电压下介电损耗的测试与分析，介电损耗的变化是由于在外加电场下液晶分子固有偶极矩的取向极化引起的，介电损耗值的大小与液晶分子的排列状态密切相关。此项研究对提升液晶材料在应用中的介电性能具有一定的指导意义。
液晶材料 电容 介电各向异性 介电损耗 LC materials capacitance dielectric anisotropy dielectric loss
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/m2)，不同锚泊能强度(5×10-5 J/m2~1×10-3 J/m2)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。
锚泊 全漏导模 平行排列向列相 液晶弹性理论 多层光学理论 anchoring fully leaky guided mode planer aligned nematic elastic theory of liquid crystal multilayer optics theory
1 河北工业大学 理学院, 天津 300401
2 河北冀雅电子有限公司, 河北 石家庄 050071
3 河北省液晶显示器工程技术研究中心, 河北 石家庄 050071
液晶材料的介电各向异性通常与频率有关。为进一步研究频率对液晶材料介电常数的影响, 首先, 使用紫外可见分光光度计(METASH UV-9000S)和表面轮廓仪(Contor GK-T)分别测量液晶盒厚度以及聚酰亚胺(PI)取向层厚度, 通过精密热台(LTS 350)控制实验温度20 ℃, 使用精密LCR表(Agilent E4980A)测定4种不同液晶材料在100~2 000 Hz的频率内的平行和垂直排列向列相液晶盒电容; 然后, 利用液晶盒电容模型计算出不同频率下液晶的平行和垂直介电常数, 并绘制频率-介电各向异性曲线; 最后, 分析频率对液晶介各向异性的影响。实验结果表明: 温度一定, 正性液晶的介电各向异性随频率的升高而减小, 然后逐渐趋于平缓, 负性液晶的介电各向异性随频率变化基本保持不变。此项研究对进一步分析液晶材料的介电特性具有一定的指导意义。
液晶盒电容模型 介电各向异性 频率 电容 LC cell capacitance model dielectric anisotropy frequency capacitance
液晶微波调制器件的相位调制取决于液晶分子指向矢的分布。液晶指向矢的分布不仅会受基板表面处液晶分子预倾角和锚定能等因素的影响, 液晶材料的挠曲电特性同样会影响液晶指向矢分布。基于液晶弹性理论和差分迭代方法, 研究了挠曲电效应对平行排列向列相(PAN)液晶微波相位调制的影响, 理论推导得到弱锚定PAN液晶盒的平衡态方程, 数值模拟给出了不同的预倾角、锚定能和液晶材料的挠曲电特性条件下单位长度微波相移(MPSL)随电压的变化。结果表明MPSL随锚定能系数的减小而增大, A0=Ad=5×10-5J/m2时, 挠曲电效应e11+e33=5×10-11C/m对MPSL最大可调范围为20°, 0°预倾角对MPSL最大可调范围为17°, MPSL差值最大增加均为9°; 预倾角为3°时, MPSL可调范围随挠曲电系数的增大而增大, 相对于忽略挠曲电效应情形, 强锚定A0=Ad=10-3J/m2条件下MPSL始终减小, 弱锚定A0=Ad=5×10-5J/m2条件下MPSL先减小后增大然后再减小, MPSL差值最大增加为9°。此项研究对液晶微波调制器件设计有一定的指导意义。
挠曲电效应 液晶微波相位调制 单位长度相移 液晶弹性理论 差分迭代方法 flexoelectric effect microwave phase modulation of liquid crystal microwave phase shift per unit length elastic theory of liquid crystal the finite-difference iterative method
1 广东工业大学 信息工程学院, 广东 广州 510006
2 河北工业大学 理学院, 天津 300401
3 河源思比电子有限公司, 广东 河源 517000
本文重点介绍了香蕉形液晶中的电流体效应。由于具有独特的V形分子结构, 香蕉形液晶的电输运参数与传统的棒状液晶非常不同, 从而引发了非标准的电流体效应。通过改变外加电场频率、幅度、极性以及温度详细研究了这种新的流体动力学行为, 为将来物理模型的建立提供了良好的实验基础。
香蕉形液晶 非标准电流体 电流体效应的操控 bent-core nematic liquid crystals non-standard electro-convection electric field
1 河北工业大学 理学院, 天津 300401
2 河北冀雅电子有限公司, 河北 石家庄 050071
3 河北省液晶显示器工程技术研究中心, 河北 石家庄 050071
液晶盒电容的大小与外加电压的数值相关。当液晶的温度发生变化时, 即使施加的电压值一定, 液晶盒的电容也会发生变化。为了研究温度的影响, 采用交流电桥的方法对灌注5CB液晶的平行排列向列相液晶盒电容进行了实验测量, 并由精密热台(LTS350, Linkam)控制液晶盒的温度, 得到了不同温度下液晶盒的电压-电容特性曲线。由此可以看出: 在大于阈值电压范围内, 同一电压下液晶盒电容随温度的升高逐渐增加, 并且曲线的斜率逐渐减小, 说明液晶向各向同性态转变。此项研究对进一步分析液晶材料的介电常数有一定的指导意义。
液晶盒电容 交流电桥 平行排列向列相 介电常数 capacitance of liquid crystal cell alternating-current bridges parallel aligned nematic dielectric constant
1 河北工业大学 理学院, 天津 300401
2 广东工业大学 信息工程学院, 广东 广州 510006
弯曲芯型向列相 (BCN) 液晶在一定的低频电压和温度下会产生挠曲电畴, 出现明暗相间的周期结构。本文使用偏光显微镜（BX-51）和电荷耦合元件（CCD）探测了BCN中挠曲电畴的周期大小变化与电压及温度的关系, 并使用光学衍射技术对该周期结构进行了验证。实验结果表明: 温度达到95 ℃, 并且外加电压达到25 V时, BCN液晶的挠曲电畴条纹结构首次出现。在温度一定的条件下, 畴的周期随外加电压的增大而逐渐减小; 而电压一定的条件下, 周期结构的对比度随温度的升高逐渐变得模糊, 必须增大外加电压才能使模糊的周期结构重新变得清晰。本研究对探索BCN液晶在液晶光栅领域的应用与发展具有一定的指导意义。
BCN液晶 挠曲电畴 阈值电压 液晶光栅 BCN liquid crystal flexodomain threshold voltage liquid crystal grating
