基于聚集诱导发光材料的蓝相液晶器件研究

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蓝相液晶(Blue phase liquid crystal,BPLC)的双扭曲螺旋和周期结构导致其具有很多独特的光学特性,如选择性反射、圆二色性、旋光性,响应速度快等,其中最重要的特性是对圆偏振光(Circularly polarized light,CPL)的选择性反射。由于CPL在未来的显示和光子技术中具有广阔的应用前景,利用BPLC是直接产生CPL的理想途径,因此,这引起了研究人员对BPLC的研究兴趣。然而,BPLC本身不能发光,采用其制作的CPL发射源和传统反射式LCD(Liquid crystal display,LCD)通常需要外部光源。此外,还需要彩色滤色器和偏振片,由于它们对入射光的透射率有限,因此非常消耗能量。为了解决这一问题,研究人员考虑将荧光材料与BPLC相结合,制成自发光的BPLC。然而,传统荧光材料都存在聚集导致光猝灭的问题,即当荧光材料掺杂浓度过大时会导致光的猝灭。如今,一些具有聚集诱导发光(Aggregation-induced emission,AIE)性质的荧光材料已被研发出来,如Silole类衍生物、四苯基乙烯类衍生物等。为开发出能够高效发射CPL的BPLC显示材料,将具有AIE效应的荧光材料与BPLC结合是个有效的途径。本文首先研究了不同比例的AIE材料四苯基乙烯基-丙基苯基乙烯基(TPE-PPE)和BPLC的混合物(LE-BPLC)的蓝相温域、织构及发光性能,同时研究了TPE-PPE的浓度、温度、相态及盒厚对LE-BPLC发光性能的影响。实验发现LE-BPLC的蓝相温域不随TPE-PPE的掺杂比例的变化而发生明显的放大或缩小。且LE-BPLC的织构随温度的变化而改变,宏观上,依次反射出肉眼可见的蓝绿红三色。当TPE-PPE的浓度越大,AIE效应越明显,荧光强度越大;样品的温度越低,LE-BPLC的荧光越强;当LE-BPLC处于BP状态时,其非偏振发光和圆偏振发光能力最强,|glum|超过0.28;由于光的叠加效应,液晶盒厚与荧光强度成正比。其次,为了探究将LE-BPLC制成显示器件的可能,本文还分别研究了TPE-PPE的浓度、盒厚对LE-BPLC电-光性能的影响。研究发现样品的驱动电压不受TPE-PPE浓度的影响;盒厚是影响LE-BPLC的驱动电压的关键因素,具体表现为盒厚越小驱动电压越小。同时也发现LE-BPLC的圆偏振发光不对称因子|glum|随电场的增大而变小。最后,提出了一种通过电场调控液晶分子取向的BPLC显示的方法。本课题开发的LE-BPLC能够高效发射CPL,可利用该性质制作CPL的发射源。本文的价值在于提供了一种新颖的方法来制造获得CPL发射源和LE-BPLC显示器件。这类器件具有简化制造工艺和低能耗等优点,在未来制造节能LCD方面具有很大的潜力。
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