半导体纳米粒子掺杂液晶材料、器件和机理地研究论文

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1、摘要二十一世纪的第一个十年已经接近尾声，中小尺寸液晶显示器件正在越来越多地被市场所接受，从技术层面而言，低功耗是其一个较为关键的性能指标，低功耗不仅代表着节约能源，也意味着液晶显示器在电池充电以后能够使用更长时间，这样可以更充分发挥显示器的可移动特性。从液晶显示器结构和原理角度来看，其自身就是一个复杂的整体，要获得低功耗的特性可以从多个方面着手进行改进，如优化驱动电路模式、使用低功耗的LED背光源、改善液晶器件工作模式以及选择具有低功耗特性的液晶材料等。本论文所研究的采用半导体纳米粒子掺杂的液晶材料，就是通过掺杂修饰的方法获得具有低功耗特性的液晶材料和器件，相比于设计合

2、成新型液晶材料，这无疑足一条事半功倍的捷径。半导体纳米粒子在液晶材料中的掺杂应用足区别于以往研究中所报道的二氧化硅纳米粒子、金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子、铁电性纳米粒子和碳纳米管等众多材料的另一类纳米粒子。尽管半导体纳米粒子已经凭借其在电学、光学及化学领域的独特性质在很多方面有了广泛的应用，但还很少有在液晶材料中掺杂的相关研究报道。本论文选择CdS和ZnO两种典型的半导体纳米粒子在5CB液晶材料中进行掺杂，分别研究了掺杂材料的相变温度、秩序度、介电各向异性等物理性质以及器件的开启电压、响应时间和频率调制特性等电光特性。研究中发现半导体纳米粒子的掺杂能够有效降低液晶器

3、件的开启电压，这将有助于获得具有低功耗特性的液晶显示器件。由于在掺杂体系中，纳米粒子均匀分散在液晶分子之间，其表面包裹的有机物会对液晶分子起到锚定作用，而在液晶盒中的液晶分子还具有保持原有排序的趋势，因此，液晶分子的指向矢会在纳米粒子周围出现弯曲，从而导致液晶材料的秩序度和相变温度分别下降。至于器件的电光特性，由于半导体纳米粒子被有机物所包裹，纳米粒子对外可以看作一个介质球，因而会在外加电场的影响下产生极化电荷和极化电场，在9l')Jw交流电场方向切换的过程中，外加电场和极化电场能够共同促进液晶分子沿着电场方向偏转，由此获得较低的器件开启电压，两个电场的其同作用还可以用

4、以解释器件响应时间的特性和测试结果。在实验和讨论的基础上，计算机模拟技术也被引入进行相关的模拟计算。论文中选择较为简单的迭代差分法进行液晶分子指向矢分布的模拟计算，并使用Jones矩阵方法计算液晶器件的电光特性。在模拟过程中，结合对半导体纳米粒V中文摘要子掺杂液晶体系的空间结构模型和纳米粒子的电学特性对指向矢分布和电光特性进行重新计算，并对计算结果进行了比较。同时，结合液晶分子秩序度和液晶盒等效厚度的降低，也对这两个因素对器件开启电压的影响进行模拟计算。所得结论与实验数据相符，进一步对半导体纳米粒子掺杂液晶的体系进行了分析。本文的创新性可以概括为三个方面，分别是低功耗的

5、液晶器件特性，这时本文的主要研究成果，为生产和研制要求具有低功耗特性的移动液晶显示器件提供了一种新的技术手段；其次是低频率调制特性，半导体纳米粒子的掺杂改善金属纳米粒子掺杂所引入的频率调制特性，能够方便地使用现有的驱动电路进行控制，而不需要设计专门的频率调制驱动电路，这便于这项技术低成本低推广使用；最后，本文对掺杂体系物理机制的研究，既是对现有研究成果的解释，也能指导这项技术进一步深入研究。综上，本论文介绍了CdS和ZnO两种半导体纳米粒子在5CB液晶材料中掺杂应用。所涉及的纳米粒子合成、液晶材料的掺杂与物理性质表征、液晶器件的电光特性评价、纳米粒子掺杂液晶体系的物理机

6、理以及电光特性的计算机模拟等方面的内容，对于半导体纳米粒子掺杂液晶材料的研究开发有一定的理论指导意义，在一定程度上完善了纳米粒子掺杂液晶的研究体系，不仅有助于这项技术在实际生产中的应用，对于液晶材料技术的发展也有一定的实践意义。关键词：半导体纳米粒子；掺杂；液晶；低功耗；电光特性；物理机理中图分类号：TNl41．9液晶显示器件AbstractStandingattheendofthefirstdecadeof21乩century,wearewitnessingasmall-mediumLCDindustry,whichhasbeengraduallyacceptedby

7、themarket．Technicallyspeaking，lowpowerconsumptionisakeyperformance．ThatmeansenergysavingaswellasalongworkingtimefortheLCDafterbatteryrecharging，whichenhancestheadvantageofportability．ThestructureandprincipleofLCDareintegratedcom—plextopics．Multipleanglescouldworkasthestar