半導(dǎo)體納米粒子摻雜液晶的材料、器件和機(jī)理研究.pdf

1、二十一世紀(jì)的第一個十年已經(jīng)接近尾聲,中小尺寸液晶顯示器件正在越來越多地被市場所接受,從技術(shù)層面而言,低功耗是其一個較為關(guān)鍵的性能指標(biāo),低功耗不僅代表著節(jié)約能源,也意味著液晶顯示器在電池充電以后能夠使用更長時間,這樣可以更充分發(fā)揮顯示器的可移動特性。從液晶顯示器結(jié)構(gòu)和原理角度來看,其自身就是一個復(fù)雜的整體,要獲得低功耗的特性可以從多個方面著手進(jìn)行改進(jìn),如優(yōu)化驅(qū)動電路模式、使用低功耗的LED背光源、改善液晶器件工作模式以及選擇具有低功耗特性

2、的液晶材料等。本論文所研究的采用半導(dǎo)體納米粒子摻雜的液晶材料,就足通過摻雜修飾的方法獲得具有低功耗特性的液晶材料和器件,相比于設(shè)計(jì)合成新型液晶材料,這無疑足一條事半功倍的捷徑。
　　 半導(dǎo)體納米粒子在液晶材料中的摻雜應(yīng)用足區(qū)別于以往研究中所報道的二氧化硅納米粒子、金屬納米粒子、金屬氧化物納米粒子、鐵電性納米粒子和碳納米管等眾多材料的另一類納米粒子。盡管半導(dǎo)體納米粒子已經(jīng)憑借其在電學(xué)、光學(xué)及化學(xué)領(lǐng)域的獨(dú)特性質(zhì)在很多方面有了廣泛的應(yīng)

3、用,但還很少有在液晶材料中摻雜的相關(guān)研究報道。本論文選擇CdS和ZnO兩種典型的半導(dǎo)體納米粒子在5CB液晶材料中進(jìn)行摻雜,分別研究了摻雜材料的相變溫度、秩序度、介電各向異性等物理性質(zhì)以及器件的開啟電壓、響應(yīng)時間和頻率調(diào)制特性等電光特性。研究中發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體納米粒子的摻雜能夠有效降低液晶器件的開啟電壓,這將有助于獲得具有低功耗特性的液晶顯示器件。
　　 由于在摻雜體系中,納米粒子均勻分散在液晶分子之間,其表面包裹的有機(jī)物會對液晶分子起

4、到錨定作用,而在液晶盒中的液晶分子還具有保持原有排序的趨勢,因此,液晶分子的指向矢會在納米粒子周圍出現(xiàn)彎曲,從而導(dǎo)致液晶材料的秩序度和相變溫度分別下降。至于器件的電光特性,由于半導(dǎo)體納米粒子被有機(jī)物所包裹,納米粒子對外可以看作一個介質(zhì)球,因而會在外加電場的影響下產(chǎn)生極化電荷和極化電場,在外加交流電場方向切換的過程中,外加電場和極化電場能夠共同促進(jìn)液晶分子沿著電場方向偏轉(zhuǎn),由此獲得較低的器件開啟電壓,兩個電場的共同作用還可以用以解釋器件響

5、應(yīng)時間的特性和測試結(jié)果。
　　 在實(shí)驗(yàn)和討論的基礎(chǔ)上,計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)也被引入進(jìn)行相關(guān)的模擬計(jì)算。論文中選擇較為簡單的迭代差分法進(jìn)行液晶分子指向矢分布的模擬計(jì)算,并使用Jones矩陣方法計(jì)算液晶器件的電光特性。在模擬過程中,結(jié)合對半導(dǎo)體納米粒子摻雜液晶體系的空間結(jié)構(gòu)模型和納米粒子的電學(xué)特性對指向矢分布和電光特性進(jìn)行重新計(jì)算,并對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較。同時,結(jié)合液晶分子秩序度和液晶盒等效厚度的降低,也對這兩個因素對器件開啟電壓的影響進(jìn)

6、行模擬計(jì)算。所得結(jié)論與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相符,進(jìn)一步對半導(dǎo)體納米粒子摻雜液晶的體系進(jìn)行了分析。
　　 本文的創(chuàng)新性可以概括為三個方面,分別是低功耗的液晶器件特性,這時本文的主要研究成果,為生產(chǎn)和研制要求具有低功耗特性的移動液晶顯示器件提供了一種新的技術(shù)手段；其次是低頻率調(diào)制特性,半導(dǎo)體納米粒子的摻雜改善金屬納米粒子摻雜所引入的頻率調(diào)制特性,能夠方便地使用現(xiàn)有的驅(qū)動電路進(jìn)行控制,而不需要設(shè)計(jì)專門的頻率調(diào)制驅(qū)動電路,這便于這項(xiàng)技術(shù)低成本低推廣

7、使用；最后,本文對摻雜體系物理機(jī)制的研究,既是對現(xiàn)有研究成果的解釋,也能指導(dǎo)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步深入研究。
　　 綜上,本論文介紹了CdS和ZnO兩種半導(dǎo)體納米粒子在5CB液晶材料中摻雜應(yīng)用。所涉及的納米粒子合成、液晶材料的摻雜與物理性質(zhì)表征、液晶器件的電光特性評價、納米粒子摻雜液晶體系的物理機(jī)理以及電光特性的計(jì)算機(jī)模擬等方面的內(nèi)容,對于半導(dǎo)體納米粒子摻雜液晶材料的研究開發(fā)有一定的理論指導(dǎo)意義,在一定程度上完善了納米粒子摻雜液晶的研究