基于纳米片掺杂PI的低驱动/快速响应液晶显示器件的研究

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随着信息时代的到来,光电显示技术的发展突飞猛进,制备性能优异的显示器件逐渐成为信息显示领域研究的焦点内容。液晶显示器发展至今,已经成为人们生活和工作中应用最为广泛的显示器件,长时间占据显示市场的主流。而近年来电子设备以超快的速度迭代更新,智能设备对液晶显示器的要求也越来越高。传统的液晶显示器响应速度较慢,这会导致在显示视频图像的过程中出现画面滞后、显示不连贯的现象,极大地降低了显示品质。液晶显示技术常被应用在大型显示设备中,需要较高的驱动电压才能保证显示器的正常工作。所以响应速度慢和功耗较高逐渐成为了制约液晶显示器发展的关键技术因素,这使得探究如何制造快速响应且低能耗的液晶显示器件成为显示领域亟待解决的问题之一。纳米科学技术的发展过程中诞生了许多新型纳米材料,特别是一些二维纳米材料在光电子器件领域显示出了极高的应用价值。本论文将二硫化钼(Mo S2)和MXene二维纳米片掺杂在聚酰亚胺(Polyimide,PI)取向剂中制备混合取向膜,研究混合取向膜的厚度、光透过率、表面形貌、表面能和纳米片在取向膜表面的分散情况。用混合取向膜组装液晶盒,研究了其取向效果并测试了液晶盒的阈值电压和响应时间。将混合取向膜应用在光可擦写液晶器件中,研究了其取向效果并测试了光可擦写液晶盒的阈值电压、响应时间和光可擦写时间。主要研究结论如下:(1)Mo S2/PI混合取向膜表面可以观察到Mo S2纳米片团聚体,团聚体的覆盖面积随Mo S2浓度的增加而显著增大。Mo S2纳米片会使取向膜在可见光波长范围内的光透过率下降,但仍保持在85%以上。掺杂Mo S2会使取向膜表面性质发生一定的改变,Mo S2在取向膜中的分散使薄膜表面粗糙度变大,厚度增加,固体表面能减小。用Mo S2/PI混合取向膜制备的液晶盒,实验表明液晶盒样品的取向效果良好,在掺杂浓度为1%时仅有微弱的漏光现象。掺杂浓度为1%的时候,与纯PI取向膜的液晶盒相比,阈值电压的降低幅度为37.24%,响应时间只有纯PI时的47.90%。将混合取向膜应用在可擦写液晶器件的制备中,测量了可擦写液晶盒的阈值电压、响应时间和擦写时间,当Mo S2掺杂浓度为1%时,阈值电压是未掺杂时的68.65%,响应时间的降幅为25.18%,光擦写时间仅为纯PI液晶盒的46.41%。(2)制备MXene/PI混合取向膜,对其进行表征分析。混合取向膜的扫描电镜图显示其表面有层状团聚体,MXene在取向膜表面的覆盖面积随掺杂浓度的增加而增大。MXene改变了PI取向剂的粘滞力,导致取向膜的厚度有显著的增加。MXene纳米片使取向膜表面起伏程度、粗糙度和厚度发生了明显的变化,但光透过率始终在88%以上。MXene一定程度上增加了取向膜与检测液体的接触角,减小了取向膜的固体表面能。分析用MXene/PI混合取向膜制备的液晶盒的取向效果和光电特性,液晶盒样品取向效果良好,MXene掺杂浓度升高时,通过偏光显微镜观察到暗态下存在少量的漏光现象。当掺杂浓度为0.5%的时候,与纯PI取向膜的液晶盒相比,阈值电压的降低幅度为13.02%,总的响应时间是纯PI液晶盒的54.32%。同样是掺杂浓度为0.5%时,可擦写液晶盒的阈值电压降低幅度高达20.85%,响应时间稍有增加,擦写时间为42.95s,比纯PI时缩短了26.77s,下降幅度为38.40%。综上所述,在取向膜中掺杂Mo S2和MXene是一种简单有效地降低液晶显示器件的驱动电压、提高在电场作用下的响应速度的方式,可以应用在制备低驱动/快速响应的液晶显示器件和超快响应的光可擦写显示器件中。
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