藍(lán)相液晶研究進(jìn)展優(yōu)秀論文

1、河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院2012屆本科畢業(yè)論文河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院畢 業(yè) 論 文 作 者： 張夢(mèng) 學(xué) 號(hào)： 085055 系： 理學(xué)系 專業(yè)： 應(yīng)用物理 題 目： 藍(lán)相液晶研究進(jìn)展 指導(dǎo)者： 葉文江 講師 (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))評(píng)閱者： 馬紅梅 副教授 (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù)) 2012年6月1日畢業(yè)論文中文摘要藍(lán)相液晶研究進(jìn)展摘要： 藍(lán)相具有特殊的光學(xué)性質(zhì)，并且作為一種特殊的液晶相態(tài)，近年來(lái)藍(lán)相液晶已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注，隨著對(duì)藍(lán)相液晶研究的深入，藍(lán)相液晶也取得了進(jìn)一步的發(fā)展。本課題就是對(duì)其研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)，通過(guò)對(duì)近年來(lái)對(duì)于藍(lán)相液晶所做的科學(xué)研究及資料匯總，并經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的分析總結(jié)，對(duì)

2、于藍(lán)相液晶的形成條件，優(yōu)缺點(diǎn)，工作機(jī)理，以及今后在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展做了進(jìn)一步的介紹。本課題的研究重點(diǎn)也著重藍(lán)相液晶的發(fā)展前景及其應(yīng)用，通過(guò)介紹整理，使其研究成果被大家所了解，充分認(rèn)識(shí)藍(lán)相液晶的價(jià)值。關(guān)鍵詞：液晶 藍(lán)相 膽甾相 各向同性 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院2012屆本科畢業(yè)論文畢業(yè)論文外文摘要Title Research Progress of Blue Phase Liquid Crystal AbstractBlue phase has a special optical property, and as a kind of special liquid crystal phase, in r

3、ecent years the blue phase liquid crystal has aroused wide concern. Along with the blue phase liquid crystal research, blue phase liquid crystal has also made further development. In this paper the research progress of blue phase liquid crystal were summarized. Through analyzing the scientific resea

4、rch on blue phase liquid crystal and collecting the data for the blue phase liquid crystal in the recent years, and the formation conditions, advantages and disadvantages, working mechanism, as well as the next development at home and abroad for the blue phase liquid crystal are made farther introdu

5、ced. The key point of this research focuses on the blue phase liquid crystal and its prospects for the development of applications. Through the introduction of consolidation, the research results on the blue phase liquid crystal can be known for us, and the value of blue phase liquid crystal can als

6、o be understood adequately.Keywords：liquid crystal blue phase cholesteric phase isotropic目 次 1 引言12 藍(lán)相液晶的基礎(chǔ)知識(shí)12.1 藍(lán)相1 2.2 藍(lán)相液晶的性質(zhì)3 2.3 關(guān)于液晶中的藍(lán)相4 2.4 關(guān)于藍(lán)相液晶中的實(shí)驗(yàn)研究5 3 藍(lán)相的原理應(yīng)用8 3.1 藍(lán)相原理83.2 藍(lán)相應(yīng)用10結(jié)論12 參考文獻(xiàn)13 致謝14河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院2012屆本科畢業(yè)論文 共 14頁(yè) 第15頁(yè) 1 引言藍(lán)相液晶具有很多非常優(yōu)異的光學(xué)特性，并且因?yàn)槠湟幌盗刑厥獾墓鈱W(xué)特性，如可以選擇性的反射可見光和沒有光學(xué)中常見

7、的雙折射現(xiàn)象等特性，而受到了人們的越來(lái)越多的關(guān)注。藍(lán)相是一種常在高手性液晶體系的清亮點(diǎn)附近很小的溫度區(qū)間出現(xiàn)的一種穩(wěn)定的相態(tài)。通過(guò)詳細(xì)的調(diào)查了解，人們不僅發(fā)現(xiàn)了藍(lán)相液晶，并且知道了它的分子排列，形成原理和一系列的光學(xué)特性?，F(xiàn)在人們深入的了解了藍(lán)相液晶在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀和研究的進(jìn)展，并且藍(lán)相液晶已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于光電和光子領(lǐng)域。本論文將利用一些有關(guān)的資料文獻(xiàn)進(jìn)一步探討有關(guān)藍(lán)相液晶的最新科研進(jìn)展和應(yīng)用前景，從而更好的了解世界及我國(guó)在藍(lán)相液晶方面的技術(shù)成果發(fā)展方向，并分析液晶中的藍(lán)相用于平板顯示方面在技術(shù)方面存在的特殊問(wèn)題和未來(lái)可能的發(fā)展方向。進(jìn)而利用其特性使這項(xiàng)成果更好的被人們認(rèn)可從而得到更好地使

8、用，使研究成果有益于大家，通過(guò)查閱資料了解其形成條件，優(yōu)缺點(diǎn)以及物理機(jī)制，并進(jìn)行進(jìn)一步分析，精確分析藍(lán)相液晶的的工作原理，重點(diǎn)研究其特性及其應(yīng)用。因?yàn)樽畛跛{(lán)相的藍(lán)色外觀，所以早期人們給其起名為藍(lán)相，但是藍(lán)相液晶也能夠反射諸如紅外光等的一些其他色光。首次發(fā)現(xiàn)這種不尋常液晶時(shí)是在十九世紀(jì)八十年代，當(dāng)時(shí)是在由澄清轉(zhuǎn)到霧態(tài)的這樣一種降低溫度時(shí)發(fā)生的兩態(tài)轉(zhuǎn)化過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的，他發(fā)現(xiàn)在這時(shí)會(huì)出現(xiàn)藍(lán)色的反光，后來(lái)到了上世紀(jì)七十年代才得到了證實(shí)，即藍(lán)相液晶是一種新型態(tài)的液晶，這種液晶被發(fā)現(xiàn)至少具有兩種流體晶格。藍(lán)相存在于一個(gè)很小的溫度范圍，大約在不到兩度，藍(lán)相可以根據(jù)溫度達(dá)高低分為三種形態(tài)，由低到高依次為 BPI

9、 、BPII 、BP III 。對(duì)于藍(lán)相液晶中的三種不同的相態(tài)進(jìn)行了深入的研究，本論文將對(duì)其研究進(jìn)行介紹。2 藍(lán)相液晶的基礎(chǔ)知識(shí)21 藍(lán)相近晶相，向列相，膽甾相是熱致液晶的三種分類。藍(lán)相是光學(xué)上在各向同性相和膽甾相(螺旋狀相)之間穩(wěn)定存在的一種新的相態(tài)，通常溫度范圍很小只有幾度。藍(lán)相液晶有著自組裝的3D晶格特性，藍(lán)相具有遠(yuǎn)程取向有序的特征，這一點(diǎn)與普通螺旋狀相不同。 藍(lán)相和液晶相被解釋為是同一時(shí)刻被觀察到的。最早觀察到的藍(lán)相是膽甾醇苯甲酸酯(cholesteric benzoate)從178.5 冷卻，在不到1 的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的一種明亮的藍(lán)紫色現(xiàn)象，然而藍(lán)相并不一定呈現(xiàn)藍(lán)色，其伴隨出現(xiàn)的色彩

10、只是光學(xué)上具有各向同性的一種變態(tài)，藍(lán)相所呈現(xiàn)的顏色決定于布拉格散射螺距，其反射可能呈現(xiàn)藍(lán)色。也可能呈現(xiàn)白色，當(dāng)螺距較短時(shí)藍(lán)相是透明的，反射呈現(xiàn)藍(lán)色，而當(dāng)螺距較長(zhǎng)時(shí)藍(lán)相是不透明的，反射則呈現(xiàn)出白色，具有容易使材料再降低幾攝氏度而漸漸變成螺旋狀相織構(gòu)的特點(diǎn)。對(duì)于藍(lán)相液晶大部分問(wèn)題已經(jīng)解決，如寬溫技術(shù)和驅(qū)動(dòng)模式等，而目前驅(qū)動(dòng)電壓和光效應(yīng)是兩個(gè)還沒有解決的問(wèn)題，但是我們會(huì)進(jìn)一步的研究液晶中的藍(lán)相，對(duì)于這兩個(gè)還沒有解決的問(wèn)題也會(huì)找到很好的解決辦法，而相比于其他的液晶技術(shù)，藍(lán)相液晶技術(shù)也會(huì)有大的突破。膽當(dāng)醇的衍生物，手征性絲狀液晶和手征性的西佛堿類絲狀液晶都可以出現(xiàn)藍(lán)相。在顯微鏡下，藍(lán)相液晶呈現(xiàn)出特殊的薄

11、層織構(gòu)。藍(lán)相不會(huì)出現(xiàn)在添加了旋光性分子的絲狀液晶所形成的長(zhǎng)螺距混合液中，而只會(huì)出現(xiàn)在段螺距的情況下。藍(lán)相液晶是一種具有兩個(gè)熔點(diǎn)的物質(zhì)，分別為145.5 和178.50 ，當(dāng)它呈現(xiàn)成一種霧狀的液體時(shí)，此時(shí)熔點(diǎn)是145.5 ，而在178.50 會(huì)轉(zhuǎn)化為清亮的，進(jìn)而冷卻，而觀察其形態(tài)變化是從紫藍(lán)色進(jìn)而一步步隨著溫度的冷卻轉(zhuǎn)化為渾濁的液體，紫藍(lán)色會(huì)接著出現(xiàn)，最后會(huì)成為白色的結(jié)晶固體。根據(jù)織構(gòu)與結(jié)構(gòu)的不同可以對(duì)藍(lán)相進(jìn)行分類，分為藍(lán)相(BP ) 、藍(lán)相(BP ) 和藍(lán)相(BP ) 。藍(lán)相的三種相態(tài)于溫度之間的關(guān)系(如圖1所示)圖1 膽甾相與各向同性相之間的藍(lán)相與溫度之間的粗略關(guān)系22 藍(lán)相液晶的性質(zhì)(1)

12、 規(guī)定一種臨界螺距，藍(lán)相不存在于某一種膽甾相液晶中，即螺距過(guò)大以至于大于臨界螺距；(2) 藍(lán)相較之普通的TN液晶視角較大，而且相對(duì)對(duì)稱，因?yàn)樵诎祱?chǎng)時(shí)藍(lán)相液晶在光學(xué)上是各向同性的；(3) 在藍(lán)相液晶中溫度以及壓強(qiáng)與圓偏振光的選擇性反射都有關(guān)系；(4) 相比于普通的TN液晶藍(lán)相液晶大大簡(jiǎn)化了制管工藝過(guò)程，因?yàn)槠洳恍枰ㄏ驅(qū)樱?5) 因?yàn)樗{(lán)相液晶在光學(xué)上市各向同性的，所以藍(lán)相液晶不能夠發(fā)生線性雙折射現(xiàn)象（見圖2）；圖2 膽甾醇壬酯的折射率與溫度的關(guān)系圖(6) 藍(lán)相液晶因?yàn)轫憫?yīng)時(shí)間特別短，使得液晶顯示器不僅大大降低了動(dòng)態(tài)偽像，而且使液晶顯示器可以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)序彩色顯示模式；(7) 藍(lán)相可以出現(xiàn)明亮的藍(lán)色，因

13、為在其光譜中的可見光部分是能夠選擇性散射的；旋光本領(lǐng)具有反常色散；(8) 在藍(lán)相中旋光可以發(fā)生反常色散；(9) 藍(lán)相的觀測(cè)角度與最大反射的波長(zhǎng)及反射顏色有關(guān)系；(10) 從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中我們可以看到，從各向同性相到膽甾相和到藍(lán)相的相變?cè)跓崃W(xué)上具有相似性，而熱容量在這兩種相變過(guò)程中也有相同量級(jí)的變化；(11) 藍(lán)相液晶非常適合制作大顯示屏，因?yàn)楫?dāng)液晶盒足夠厚時(shí)，液晶盒的厚度對(duì)它的透明度將不產(chǎn)生影響；(12) 藍(lán)相直接從各向同性相到膽甾相相變前的波動(dòng)的動(dòng)力學(xué)和到藍(lán)相的情況下兩者是不一樣的，需要區(qū)別分析；(13) 藍(lán)相存在長(zhǎng)程有序，這是由藍(lán)相不同于膽甾相和各向同性相之間的核磁共振譜來(lái)說(shuō)明的；(14)

14、當(dāng)溫度升高時(shí)可以看到，從膽甾相到藍(lán)相的相變是由熱容量的及其微弱的變化看出來(lái)的；(15) 能夠較簡(jiǎn)單的是藍(lán)相降低幾攝氏度慢慢的變成普通的膽甾相的結(jié)構(gòu)；(16) 伽諾條紋能夠在劈形樣品中出現(xiàn)。當(dāng)然相對(duì)于普通的液晶，藍(lán)相液晶也有一些缺點(diǎn)，其主要目前還沒有解決的問(wèn)題為透明度太低，而驅(qū)動(dòng)電壓又過(guò)于高。其中藍(lán)相液晶的透明度只有百分之六十五左右，而如果應(yīng)用交叉指電極的話驅(qū)動(dòng)電壓達(dá)到了50Vrms之高，此時(shí)我們?cè)O(shè)定的Kerr 的K 常數(shù)為10nm/V2。在此之前藍(lán)相液晶還有一個(gè)眾所周知的缺陷，及所存在的溫度范圍太小，只有0.52，而后來(lái)穩(wěn)定的藍(lán)相液晶聚合物發(fā)現(xiàn)后，這一問(wèn)題已達(dá)到解決，存在的溫度范圍達(dá)到了- 1

15、050之間。23 關(guān)于液晶中的藍(lán)相III作為液晶藍(lán)相中的一個(gè)子相藍(lán)相III 即BPIII，藍(lán)相III 是一種在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上跟BPI 和 BPII 不同的具有特殊性質(zhì)的相態(tài)。BPIII 具有一些特殊的性質(zhì)，例如其織構(gòu)為無(wú)規(guī)則的形狀，穩(wěn)定性會(huì)跟隨手性的增強(qiáng)個(gè)發(fā)生明顯的增強(qiáng)，沒有雙折射效應(yīng)，具有很強(qiáng)的光學(xué)活性等。由于BPIII 的光學(xué)反射能位于紫外區(qū)域，使得不能夠利用普通的能譜儀和光學(xué)顯微鏡觀察到，所以目前對(duì)于BPIII 的實(shí)驗(yàn)研究還很難進(jìn)行。近幾年來(lái)對(duì)于其的理論研究已經(jīng)有了很大的進(jìn)步，而其理論研究主要在于對(duì)其進(jìn)行的相變和熱力的研究上，而對(duì)于BPIII 的結(jié)構(gòu)仍然有待于進(jìn)一步的研究，由于在對(duì)于其研究

16、時(shí)的相變溫度跟室溫又有很大的距離，對(duì)于極小范圍內(nèi)的溫度控制非常困難，所以使其的研究成為難題，是相信隨著科學(xué)的發(fā)展和對(duì)其研究的深入，這些問(wèn)題都將解決，并且發(fā)現(xiàn)其更好更多的實(shí)用價(jià)值，并被人們所利用。BPIII 是一種不規(guī)則的織構(gòu)，由于近來(lái)對(duì)于BPIII 研究的進(jìn)一步深化，我們可能會(huì)對(duì)于它的結(jié)構(gòu)有一些新的理論方法，對(duì)于它研究建立起來(lái)的一些非線性方程有可能會(huì)出現(xiàn)混沌解，這是因?yàn)槲覀兛赡軙?huì)從理論上根據(jù)一些特定的模型設(shè)定。根據(jù)目前的研究可以劃分為4種不同的BPIII 結(jié)構(gòu)類型，分別為乳狀液模型，準(zhǔn)晶體模型，雙扭曲模型，立方疇模型（如圖3所示）圖3 BPIII的四種模型24 關(guān)于藍(lán)相液晶的實(shí)驗(yàn)研究藍(lán)相液晶在

17、結(jié)構(gòu)上不單單是膽甾相一個(gè)分類，Lehmann也用大量事實(shí)證實(shí)了一個(gè)結(jié)論，那就是藍(lán)相液晶是一種全新的液晶。因?yàn)樵谏舷聹夭钭兓淮蟮臅r(shí)候，藍(lán)相液晶呈現(xiàn)的是一種熱力學(xué)穩(wěn)定的狀態(tài)，所以在過(guò)去的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，人們都片面的認(rèn)為，藍(lán)相液晶因其特殊的物理性質(zhì)，應(yīng)該被看做是液晶中的一個(gè)獨(dú)立分支，它的相態(tài)應(yīng)該是獨(dú)特的，不與其他液晶相同的，同時(shí)這個(gè)結(jié)論也通過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)得到了一定的證實(shí)，利用測(cè)量焓的手段，來(lái)規(guī)定反射的測(cè)量，并且把這些反射兩經(jīng)過(guò)布拉格散射對(duì)特征透射譜的測(cè)定，其結(jié)果就是，這種液晶中，最少有兩到三個(gè)相態(tài)是穩(wěn)定的。BPI和BPII相是其中的兩個(gè)相態(tài)，特點(diǎn)是溫度較低，在隨即抽取的樣本中，他們呈現(xiàn)的是立方體的結(jié)構(gòu)

18、，而BPIII相表現(xiàn)出了與其完全相反的特征，它的溫度較低，在結(jié)構(gòu)上也沒有固定的形狀。當(dāng)然，并不是所有的材料都包含了這三種相態(tài)。 在二十世紀(jì)八十年代，由科學(xué)家Armitage和Price做出了一個(gè)證實(shí)藍(lán)相液晶是熱力學(xué)穩(wěn)定，并且是獨(dú)立相態(tài)的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果是通過(guò)差分掃描量熱術(shù)(DSC)的手段實(shí)現(xiàn)的，該技術(shù)時(shí)通過(guò)測(cè)定相變焓與密度（大概值在0.004%左右）在焦點(diǎn)二次曲線織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為藍(lán)相時(shí)候的變化來(lái)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，膽甾相和各向同性相之間存在著藍(lán)相，并且是穩(wěn)定的，同時(shí)證明了兩個(gè)推理：一是從膽甾相到藍(lán)相的相變?yōu)橐患?jí)相變（這樣說(shuō)是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)當(dāng)中可以看到部分物理參數(shù)并不是連續(xù)的，并且這個(gè)結(jié)論不是唯

19、一的，有些情況下也可能是二級(jí)相變，BPI到各向同性相的相變是弱一級(jí)相變），因?yàn)殡A躍并不明顯，故相鄰兩個(gè)相態(tài)的結(jié)構(gòu)并不是一定變化非常大，二是在當(dāng)溫度變化極小的時(shí)候，藍(lán)相可以作為一個(gè)熱力學(xué)穩(wěn)定態(tài)存在著。藍(lán)相在特定條件下，只顯示出一種可以被觀測(cè)到狀態(tài)（該條件與螺距的閾值附近，藍(lán)相所存在的一個(gè)溫度差距有關(guān)），當(dāng)組成的混合化合原料中的螺距越短的時(shí)候，藍(lán)相在實(shí)驗(yàn)中能夠被觀察到的數(shù)量也少，同時(shí)，藍(lán)相存在的溫度上下間隔也就越大。膽甾相中的選擇反射現(xiàn)象，在很多方面，是與光在藍(lán)相中的選擇反射現(xiàn)象基本相似的。當(dāng)一束光垂直射入膽甾相液晶的時(shí)候，只有特殊的圓偏振光被發(fā)生了反射現(xiàn)象，并且這種反射是具有頻率的，而且波長(zhǎng)非常

20、短，當(dāng)光被選擇反射出來(lái)的時(shí)候，它的波長(zhǎng)比四十五度角入射時(shí)，所呈現(xiàn)出的波長(zhǎng)更短。整個(gè)溫度區(qū)域內(nèi)，如若有藍(lán)相的存在，那么當(dāng)整個(gè)區(qū)域內(nèi)的溫度降低時(shí)，選擇反射光的波長(zhǎng)必然會(huì)增加。在加入某種特定的條件下，選擇反射光的波長(zhǎng)將會(huì)跳躍式增加或減小，該條件為溫度不限，藍(lán)相的形態(tài)發(fā)生改變的時(shí)候。藍(lán)相的顏色不是由名稱決定的，而是根據(jù)布拉格散射的規(guī)則來(lái)確定的，所以藍(lán)相都是并不是在任何情況下都是藍(lán)色的，這是由于藍(lán)相中的光的選擇性散射不同于傳統(tǒng)意義上的膽甾相光的選擇性散射。 Stegemeyer ，Bergmann，Cladis和Finn于1975年到1983年，進(jìn)行了一個(gè)里程碑式的實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)探究了藍(lán)相與螺距之間的聯(lián)系

21、，該實(shí)驗(yàn)表明，藍(lán)相僅僅在螺距比較短的液晶體系中存在，這個(gè)短的定義基本可以劃為小于等于495nm。他們通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，探究出了一個(gè)結(jié)論，觀察到的藍(lán)相數(shù)目?jī)H僅與膽甾相的螺距和溫度差距的大小有關(guān)。當(dāng)螺距小于等于一個(gè)特定數(shù)值的時(shí)候，藍(lán)相就可以被觀測(cè)到，這個(gè)數(shù)值是唯一的，大小與組成該種混合物或者化合物的成分有關(guān)系。若螺距減小，那么想要出線藍(lán)相，就要增大溫度之間的差距（見圖4）。圖4 藍(lán)相與溫度和螺距的關(guān)系圖然后，后來(lái)的一些科學(xué)家也通過(guò)一些實(shí)驗(yàn)和理論促進(jìn)了藍(lán)相領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)理論研究的進(jìn)展，比如Brazovski以及他的伙伴。他們?cè)谏衔乃岬降腖ehmann的實(shí)驗(yàn)理論基礎(chǔ)上，對(duì)于藍(lán)相的一些物理上的性質(zhì)做了總結(jié)以及

22、推論。隨后，又由Sammon，Johnson等人在光學(xué)實(shí)驗(yàn)以及相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出了這樣一個(gè)結(jié)論，藍(lán)相的序參量以及其結(jié)構(gòu)都是具有對(duì)稱性的。Nicastro和Keye也對(duì)膽甾相液晶中的藍(lán)相做了許多的光學(xué)實(shí)驗(yàn)以及理論推導(dǎo)，他們發(fā)現(xiàn)在很多存在藍(lán)相的物質(zhì)中（化合物或者混合物）藍(lán)相都存在著溫度較高的BPIII相和溫度較低的BPI相，更加讓他們感到意外的事，這些藍(lán)相竟然存在著光學(xué)的各向異性，雖然微不可查，但它確確實(shí)實(shí)存在。通過(guò)圓偏振二向色性譜，Prokhorov同他的伙伴對(duì)于藍(lán)相中的結(jié)構(gòu)參數(shù)做了研究與確定。通過(guò)研究藍(lán)相的相變點(diǎn)，并作出了大量的觀察總結(jié)，Do-lganov和他的同事Demikhov也得出

23、了溫度變化的原因同光的偏振平面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的關(guān)系?，F(xiàn)在，總所周知，壓力作用于藍(lán)相時(shí)，它的變化起伏是相當(dāng)大的，藍(lán)相在周圍溫度下降或者外在壓力增加的時(shí)候，它改變光學(xué)特性的方法方式基本相似。但是對(duì)于膽甾相晶而言，如果略微對(duì)其施加壓力（這個(gè)壓力的大小要控制在幾百帕之間），他表現(xiàn)出的選擇反射光會(huì)出現(xiàn)微不可查的變化，而在寬度為千帕的范圍以外，才會(huì)有藍(lán)相的出現(xiàn)。由此可知，若要明顯的觀察到藍(lán)相，增大壓力比減小壓力要好得多。我們通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，還可以觀察到中介相的黏度在存在藍(lán)相的溫度范圍之內(nèi)有反常性的增加。三維空間周期性也可以適用到藍(lán)相上面，所以Cladis和Clark由這個(gè)結(jié)論出發(fā)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法觀測(cè)到彈性剪切模量

24、也存在于藍(lán)相當(dāng)中。由以上實(shí)驗(yàn)綜合而論，BPI，BPII，BPIII三個(gè)相態(tài)可以被認(rèn)為存在于各向同性相與膽甾相之間的非常窄小的溫度區(qū)域內(nèi)，而存在的條件是溫度不斷的增加。溫度較低的BPI和BPII屬于O類或者T類的空間群，這兩種型可以簡(jiǎn)單的立方晶格和體心立方晶格結(jié)構(gòu)，他們?cè)跍囟缺容^低的時(shí)候，所表現(xiàn)出的是三維空間周期性序參量場(chǎng)。而BPIII被稱作為霧相，它的溫度是最高的，研究者對(duì)于它的結(jié)構(gòu)目前還沒有一個(gè)清晰地了解。3 藍(lán)相的原理應(yīng)用31 藍(lán)相原理 從 Kerr 效應(yīng)可以導(dǎo)出關(guān)于藍(lán)相液晶的工作原理。首先制作一個(gè)Kerr 盒，在兩個(gè)平行班電極之間加入藍(lán)相液晶，在平行班電極上加上外加電壓，外加點(diǎn)也作用在B

25、P- LC上，此時(shí)BP- LC 相當(dāng)于單軸晶體，此時(shí)電場(chǎng)的方向和它的方向是平行的。線偏振光可以分解為兩束，分別為垂直于電場(chǎng)方向和沿電場(chǎng)方向的光矢量。折射率分別稱為 與反常折射率ne 正常折射率n0。而正常折射率的正和負(fù)決定了藍(lán)相液晶的正和負(fù)。 （3.1.1） 式中，K 是Kerr 常數(shù)，E 是外加電場(chǎng)， 是入射光的波長(zhǎng)。上式只適用于較小的電場(chǎng)的情況。因?yàn)樽鳛樗{(lán)相液晶的Kerr 效應(yīng)太強(qiáng)。當(dāng)作為顯示器時(shí)，入射光入射時(shí)是跟兩個(gè)電極板垂直入射的，當(dāng)把上平行電極板放在下平行電極板時(shí)，產(chǎn)生的電場(chǎng)就會(huì)是與入射光平行的。而因?yàn)樗拥碾妶?chǎng)和電極板是垂直的，即鎖甲電壓是加在平行電極板間的，所以現(xiàn)在所研究的Ker

26、r 盒不可以作為顯示器使用。當(dāng)兩個(gè)平行電極板靠的很近時(shí)就增強(qiáng)了兩個(gè)電極板之間的電場(chǎng)，為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的可以做成交叉指電壓結(jié)構(gòu)。為了達(dá)到利用BP- LC 的Kerr效應(yīng)，用外電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)調(diào)光的目的，液晶盒上加有電場(chǎng)時(shí)，BP- LC 的反應(yīng)就如同一個(gè)具有雙折射特性的單軸晶體，其n 隨外加電場(chǎng)的平方而增加，透過(guò)的光強(qiáng)度也隨之增加，準(zhǔn)備兩片偏振片，在液晶盒的上下表面?zhèn)€安一張，偏振片的方向要和液晶盒的上下表面互相垂直，而當(dāng)不在液晶盒上加外加電場(chǎng)時(shí)，BP- LC 的反應(yīng)就像具有各向同性的介質(zhì)，與上偏振片偏振方向相同的入射偏振光透不過(guò)液晶盒，呈現(xiàn)一個(gè)黑背景。這類器件透射率T與相位延遲的關(guān)系為： （3.1.2） 式中

27、，di是BP- LC 層中有效雙折射的厚度， 是BP- LC 的光學(xué)軸與偏振片的一個(gè)透射軸之間的夾角。為了獲得最大的透射率， 應(yīng)取45，dini應(yīng)等于/2。 可以采用下邊的三種方法來(lái)達(dá)到合適的驅(qū)動(dòng)電壓1. 改變電極結(jié)構(gòu)為梯形橫截面交叉來(lái)達(dá)到合適的驅(qū)動(dòng)電壓梯形橫截面電極間的水平分量比普通的矩形橫截面時(shí)要大，所以在梯形橫截面時(shí)的電壓要相對(duì)較小。分析對(duì)于透射率的貢獻(xiàn)大小，電極之間產(chǎn)生了垂直和平行的電場(chǎng)分量，而垂直的分量沒有影響，可以不與考慮，此時(shí)只有水平的分量影響了透射率，在電極平面內(nèi)，水平分量相對(duì)較大，而越是靠近上邊的平行板水平分量就越小，通過(guò)加大電極間的電壓可以使上邊的液晶即使是在打開的狀態(tài)下也

28、可以充分透過(guò)。如圖5所示。圖5 采用梯形橫截面電極時(shí)的BP-LCD 采用兩種不同的橫截面時(shí)的對(duì)比。當(dāng)采用矩形橫截面電極時(shí)，W2=W1=4m，h=2m和l=4m 時(shí)，開態(tài)電壓為38Vrms，透射率大約為66.5%。當(dāng)采用梯形橫截面電極時(shí)，W2=2m，W1=4m，h=2m 和l=4m 時(shí)，開態(tài)電壓為17Vrms，而透射率卻達(dá)到了71%。從上面的兩組數(shù)據(jù)可以看出，由于梯形橫截面電極可以產(chǎn)生能夠更加深入頂部的電場(chǎng)，所以通過(guò)采用梯形橫截面電極不僅很明顯的降低了開態(tài)電壓而且還達(dá)到了很高的透明度。所以采用梯形橫截面電極時(shí)，在維持高透過(guò)率的情況下，可以將藍(lán)相液晶顯示器（BP- LCD）的開態(tài)電壓降低到約為10

29、Vrms。如果想降低開態(tài)電壓是否可以通過(guò)降低極間距離來(lái)實(shí)現(xiàn)呢。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得知，當(dāng)電壓不變時(shí)，如果極間距離降低。電場(chǎng)會(huì)增強(qiáng)，隨之會(huì)看到開態(tài)電壓的減小。而如果我們使用梯形橫截面電極，而W2=2m，W1=4m 和h=2m不變，而極間距離分別為2m、3m、4m 時(shí)，開態(tài)電壓分別為9.9Vrms、13Vrms、17Vrms。但是隨著向頂部滲透的電場(chǎng)的變小，極間距離的減小，會(huì)使透射率降低。所以采取多大的極間距離才合適要考慮兩個(gè)方面的影響，即透射率和開態(tài)電壓兩個(gè)因素。2. 波浪形的電極結(jié)構(gòu)達(dá)到合適的驅(qū)動(dòng)電壓下面介紹一種降低驅(qū)動(dòng)電壓的方法，這種方法的應(yīng)用可以使藍(lán)相液晶達(dá)到很高的透射率，使它的透明度由百分之六十五

30、提高了很多，最重要的是大大降低了藍(lán)相液晶的驅(qū)動(dòng)電壓。此時(shí)制作的為常黑的模式，重要的是上下的襯底都是波浪形的，制作時(shí)在兩片相互垂直的偏振片之間加上液晶盒，這個(gè)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)起來(lái)不會(huì)很困難，波浪形的表面可以用印刷或是用模壓的任何一種工藝得到，這樣一來(lái)兩個(gè)偏振片表面上的導(dǎo)電層組成了像素電極和公共電極。制作時(shí)要保證波浪形的周期盡量長(zhǎng)和波浪盡量大兩個(gè)要求，此時(shí)可以采用Kerr的K常數(shù)為12.7nm/V2，周期和傾角分別為40m和60，因?yàn)橐环矫娈?dāng)加大波浪形的周期時(shí)，拐彎時(shí)的不透明區(qū)域就會(huì)減少，這樣透射率就提高了；另一方面當(dāng)波浪的傾角越大時(shí)，使得電場(chǎng)在水平方向的分量就會(huì)越來(lái)越大，這樣便達(dá)到了降低驅(qū)動(dòng)電壓的目的。

31、此時(shí)實(shí)現(xiàn)了降低驅(qū)動(dòng)電壓和加大透明度兩個(gè)難題。3. 通過(guò)改變電極形狀達(dá)到合適的驅(qū)動(dòng)電壓 本文中的 BP-LC 盒中電極的尺寸分別為：電極的高度為h=3m，電極的寬度為W =5m；當(dāng)只加一片偏振片時(shí)，此時(shí)的透射率為41%；而當(dāng)加兩片互相平行的偏振片時(shí)，此時(shí)的透射率為35%。當(dāng)為平板結(jié)構(gòu)時(shí)的尺寸分別為：上下玻璃極板間距為10m，極間距離l=10m，h=0.03m。其中的K=62nm/V2。32 藍(lán)相應(yīng)用粘合性，可加工性，良好的成膜性以及光學(xué)性能都是藍(lán)相聚合物的一系列特性，因?yàn)榫哂羞@些特性而使藍(lán)相聚合物在很多方面得到了很好的發(fā)展。1. 印制方面 用藍(lán)相聚合物可以制作油墨，用其制作的油墨具有很好的防偽效

32、果， 可以提高防偽技術(shù)，而由于無(wú)論是彩色復(fù)印或是照相都不能達(dá)到原來(lái)的色彩，這種防偽技術(shù)無(wú)論是在國(guó)內(nèi)還是在國(guó)外都得到了很好的應(yīng)用，做為一種不廢能源的技術(shù)，可以用于高端的證券軍事文件等的防偽，這種防偽技術(shù)具有創(chuàng)新和節(jié)約能源的優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于我國(guó)乃至世界，是一種重要的專利創(chuàng)新。2. 輕工方面 藍(lán)相液晶聚合物可以作為彩色原料，因?yàn)橛闷渥龅囊壕г弦驗(yàn)槠洫?dú)特的反射性能，可以隨著燈光或者日照角度的變化而改變所反射出來(lái)的顏色，這種應(yīng)用可以用于服裝制衣，作為一種新的面料，相信會(huì)給服裝界帶來(lái)一種創(chuàng)新和發(fā)展的機(jī)會(huì)，使其煥然一新，或者用于繪畫的原料或是廣告板的制作等，無(wú)論是哪一行業(yè)，因?yàn)樗{(lán)相聚合物的引進(jìn)都會(huì)帶來(lái)一次

33、新的發(fā)展契機(jī)。 3. 軍事方面 類似于輕工方面的應(yīng)用，由于藍(lán)相液晶聚合物的特殊的透過(guò)性能和選擇性反射，由于光線或者是觀察角度的變化會(huì)引起色彩的變化，由于這一方面的特性，可以使其用作軍用的迷彩服，可以選擇顏色進(jìn)行隱蔽，對(duì)于不同的部位也可以反射不同的顏色，基于這一方面，可以用于飛機(jī)，坦克等的隱身，或者用于變形，這樣都能達(dá)到以假亂真的效果，對(duì)于軍事將會(huì)是很好的發(fā)展，若采用具有彈性的藍(lán)相液晶聚合物，還能夠與多種無(wú)機(jī)材料混合，吸收微米波，這樣以來(lái)就不僅具有了隱身還有了消音的作用。是軍事領(lǐng)域的一項(xiàng)新的改革創(chuàng)新。4. 光學(xué)方面 在光學(xué)方面，可以廣泛的用于光學(xué)屏蔽等技術(shù)，因?yàn)闇囟茸兓梢砸鸱瓷洳ㄩL(zhǎng)的變化，可

34、以用于計(jì)量溫度的變化，具有無(wú)污染，指示效果良好，節(jié)省能源等優(yōu)點(diǎn)。由于藍(lán)相液晶聚合物具有選擇透過(guò)和選擇性反射，所以可以用于做濾光片，彩色偏振片，濾色器等。而光學(xué)開關(guān)的制作則是利用了其選擇透過(guò)光與選擇反射光互補(bǔ)的特性了。結(jié) 論本課題研究了液晶的基本知識(shí)，包括藍(lán)相液晶的形成性狀，性質(zhì)及原理等，也對(duì)藍(lán)相的應(yīng)用進(jìn)行了展望，使對(duì)于藍(lán)相的認(rèn)識(shí)更加深刻和有意義。通過(guò)一系列的參考總結(jié)，對(duì)藍(lán)相液晶的知識(shí)有了更深入的了解，雖然研究藍(lán)相的知識(shí)比一般的液晶問(wèn)題具有更加重大的意義。我們知道藍(lán)相包括三種相態(tài)，藍(lán)相三種相態(tài)之間的變化比一般的液晶之間的相變更加有意義和深刻有趣，但是藍(lán)相本身的發(fā)雜程度以及研究藍(lán)相至今未解決的一些

35、問(wèn)題等，也使藍(lán)相的研究成為困難，但是相信隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，這些問(wèn)題都將得到解決，使得藍(lán)相液晶更好的被國(guó)內(nèi)外所用，真正的實(shí)現(xiàn)藍(lán)相液晶的價(jià)值，而且在本課題研究最后也指出了藍(lán)相的一些應(yīng)用，在軍事領(lǐng)域，國(guó)防領(lǐng)域，輕功以及服裝領(lǐng)域等都將有創(chuàng)新性的進(jìn)步，這將是人類邁出的一大步，更好的認(rèn)識(shí)藍(lán)相應(yīng)用藍(lán)相是本課題研究的任務(wù)。參 考 文 獻(xiàn) 1 張寶硯，孟凡寶，賈迎鋼，等. 熱致前膽甾液晶聚合物及其制備方法. 中國(guó)專利2 Zhang Baoxian(張寶硯)，Meng Fanbao(孟凡寶)，Jia Yinggang(賈迎鋼). Thermotropic Choleste-liquid Crystals Polymersand Its Prepartation Method (熱致前膽甾液晶聚合物及其制備方法)：China, 2005 1004691014. 2006, 01-043 謝毓章. 液晶物理學(xué).北京: 科學(xué)出版社, 1988.582-5834 謝毓章. 液晶物理學(xué).北京: 科學(xué)出版社, 1988.580-5825 王新久. 液晶的結(jié)構(gòu)，缺陷與結(jié)構(gòu)