河北工业大学2010届本科毕业论文前期报告
毕业论文题目：液晶双折射变化率与LCD 光学特性的研究
专业：应用物理学
学生信息：
指导教师信息：
报告提交日期：2011年3月30日
据本论文题目，我们要研究液晶双折射变化率与LCD 光学特性，我们都知道液晶材料的双折射特性对液晶显示器特性的影响非常大，液晶显示器中三基色的透过率随电压的变化不相同，从而造成驱动过程中，对各子像素的调制有差异，从而对驱动系统的要求比较复杂，我们通过研究双折射率随波长的关系来探讨双折射率影响的大小，进而提出改进双折射率变化的方法。
现分别对两篇文献做综述总结，并指出相关有利于本论文的结论
第一篇 First Nematic calamitic liquid crystal with negative birefringence, Ch14 of Anisotropic organic materials （第一向列相矿物液晶和负性双折射）
在这一章中主要论证了侧面高度极化的无环核结构的聚合物能让向列相材料有较低甚至负性的双折射率，颠覆了以前认为的双折射率只是正的并且有着固定的范围+0.02至+0.4，文章报告了第一个双折射值极小甚至为负的向列相液晶———矿物向列相液晶（Nematic Calamitic Liquid Crystals ）
双折射率取决于分子极化程度的各向异性，Vuks 方程la 和lb
2n e -1N ⎛2∆aS ⎫ =a +⎪ （la ） 2 3⎭n +23ε0⎝
2n 0-1N =23ε0n +2
⎛∆aS ⎫ a - 3⎪ （lb ） ⎭⎝
其中S 取向参数，ε0是静态介电常数，N 是单位体积内分子数。
因为a 可以通过孤立的分子通过量子化学方法得到，这样可以推断出哪种分子结构可以形成更小甚至为负的∆n ，为了通过计算导出各向异性的量子化数，分子是被定向的，这样最小分子转动惯量就和X 轴一致，最大转动惯量就分别和Y 、Z 轴一致。
分子被认为是均匀形变的，比如说，分子长轴理论上来说和X 轴一致，而张量极化程度的垂直分量是被平均的。
事实上，向列相分子是棒状的，而且长宽比一般是3，有的甚至更大，这意味着大的极化方向是沿着长轴的，也不难推出∆n 是大于0的。要想观察较低∆n 的方法是引进一个小侧面、高极化程度的聚合物加到一个低折射率的圆柱形核上。
由此方法文章列举了几个结构，说明了液晶的双折射并不是都为正数，液晶可以得到很小甚至为负的双折射，这样的结论可以得到很多运用，把它当做双折射小的惨杂物来和向列相结合等。
第二篇Negative birefringence ferroelectric liquid crystals（负性双折射铁电液晶） 尽管液晶的有用之处是源于它双折射的光强调制器，但它的双折射并不是在所有波长时都是最好的，铁电液晶光调制器在半波片厚度为d 有一个最优半波片板极，
d =λ
2∆n
∆n 是波长为λ时的双折射率。通常来说，液晶的双折射随着波长的减少而增加，如果λ是∆n 可见光谱上的一个常数，那么就能得到一个非常有用的液晶消色差，液晶的最佳∆n 和实际∆n 与可见光下波长的关系见Figure 1，
进一步来看，当波长超过最佳值500nm 时，超出越多，分叉越大，这就说明，当波长不是最佳值时，液晶就不再处于半波厚和光透射都减少的状态。除非这时液晶盒能得到一些光补偿
蓝光和红光的透射要比绿光少，这个通过Figure2看出，有负性色散功能的材料能够传播光的消色差。
铁电液晶和向列相盒不同，但两种类型液晶的盒厚都取决于波长，很多研究都致力于使向列相更具有消色差，一种解决的办法就是用组合至少两种聚合物缓聚剂膜来充当补偿物，这样得到的光
就具有消色差，但是用这种方法就会在视角或对比度上付出一定代价，所以，通过液晶本质的补偿对于双折射色散是非常有用的。
最近由Walba 的一份报告。它详细介绍了第一个近晶相介晶的负性双折射不含金属。这些材料，设计成具有高非线性光学活性，形成了连接两个带有偶氮桥介晶分子，其中有介晶基团一人一硝基组外，其余的氨基酸组。该材料具有宽超过30 度近晶A 相、整洁的材料具有负性双折射。然而，因为他们是红颜色，使它们无法成为色补偿材料。
负性双折射材料，有用之处主要是它的双折射调制器，使得液晶双折射被调整到只有通过添加少量的掺杂才能达到的理想水平。在这里，我们证明，通过Walba 的基础思想，将两个带有离域桥的介晶基团分子耦合，这样能使材料更具有负性双折射，这一方法可以使材料具有负性双折射色散。 我们合成负性双折射材料的方法是围绕着连接两个介晶化合物的使用离域连接基团。因此，有三个部分：两个介晶基团，它们不需要相同，核心成分的核心环节，我们将调用连接部分。介晶基团极化程度应尽可能低，以减少沿分子长轴的折射率。相反，连接节的极化应尽可能高，最大限度地沿着横轴的折射率。分子的净双折射会出现一些不平凡的沿轴折射率（两个在这个方向组）减去沿分子连接部分折射率加权平均。该耦合基团的理想衔接取向方向是垂直于长轴的介晶部分。作为第一个近似使用每个基双折射估算最终化合物的双折射。
负性双折射材料的其它设计约束条件，包括长轴大大长于连接轴，否则化合物不会轻易适合近晶C 相的结构，而且，介晶基团和相近的同系物都有近晶相。这将增加产品混入近晶C 材料的成功率。
通过这两篇主要文献，我们知道了液晶可能有负性双折射，并且可以通过多种方法得到负性双折射的液晶，本论文要研究的是液晶的双折射与LCD 光学特性，下图是∆n 与波长λ的其中一种关
系，其中∆n =n e -n 0
透过率 T =Sin
2∆nd 1⎛2∆nd ⎫=，根据不同的值，我们可以得到⎪, 当波长λ为550nm 时，λ2⎝λ⎭
不同的T ，最后我们可以计算出
编写相关计算程序计算得出。 ∑T (λ) ，易知这个值肯定小于1，以上的计算过程通过计算机
参考文献
[1]V. Reiffenrath, M. Bremer, First Nematic calamitic liquid crystal with negative birefringence, Ch14 of Anisotropic organic materials, edit by R. Glaser, Wahington DC, (2001)
[2]W. N. Thurmes, M. D. Wand, etal, Negative birefringence ferroelectric liquid crystals, Liq. Cryst. 25(2) 149-151 (1998).
[3] Walba, D. M., Dyer, D. J., Sierra, T., Cobben, P. L.,Shao, R., and Clark, N. A., 1996, J. Am. Chem. Soc.,118, 1211.
河北工业大学2010届本科毕业论文前期报告
毕业论文题目：液晶双折射变化率与LCD 光学特性的研究
专业：应用物理学
学生信息：
指导教师信息：
报告提交日期：2011年3月30日
据本论文题目，我们要研究液晶双折射变化率与LCD 光学特性，我们都知道液晶材料的双折射特性对液晶显示器特性的影响非常大，液晶显示器中三基色的透过率随电压的变化不相同，从而造成驱动过程中，对各子像素的调制有差异，从而对驱动系统的要求比较复杂，我们通过研究双折射率随波长的关系来探讨双折射率影响的大小，进而提出改进双折射率变化的方法。
现分别对两篇文献做综述总结，并指出相关有利于本论文的结论
第一篇 First Nematic calamitic liquid crystal with negative birefringence, Ch14 of Anisotropic organic materials （第一向列相矿物液晶和负性双折射）
在这一章中主要论证了侧面高度极化的无环核结构的聚合物能让向列相材料有较低甚至负性的双折射率，颠覆了以前认为的双折射率只是正的并且有着固定的范围+0.02至+0.4，文章报告了第一个双折射值极小甚至为负的向列相液晶———矿物向列相液晶（Nematic Calamitic Liquid Crystals ）
双折射率取决于分子极化程度的各向异性，Vuks 方程la 和lb
2n e -1N ⎛2∆aS ⎫ =a +⎪ （la ） 2 3⎭n +23ε0⎝
2n 0-1N =23ε0n +2
⎛∆aS ⎫ a - 3⎪ （lb ） ⎭⎝
其中S 取向参数，ε0是静态介电常数，N 是单位体积内分子数。
因为a 可以通过孤立的分子通过量子化学方法得到，这样可以推断出哪种分子结构可以形成更小甚至为负的∆n ，为了通过计算导出各向异性的量子化数，分子是被定向的，这样最小分子转动惯量就和X 轴一致，最大转动惯量就分别和Y 、Z 轴一致。
分子被认为是均匀形变的，比如说，分子长轴理论上来说和X 轴一致，而张量极化程度的垂直分量是被平均的。
事实上，向列相分子是棒状的，而且长宽比一般是3，有的甚至更大，这意味着大的极化方向是沿着长轴的，也不难推出∆n 是大于0的。要想观察较低∆n 的方法是引进一个小侧面、高极化程度的聚合物加到一个低折射率的圆柱形核上。
由此方法文章列举了几个结构，说明了液晶的双折射并不是都为正数，液晶可以得到很小甚至为负的双折射，这样的结论可以得到很多运用，把它当做双折射小的惨杂物来和向列相结合等。
第二篇Negative birefringence ferroelectric liquid crystals（负性双折射铁电液晶） 尽管液晶的有用之处是源于它双折射的光强调制器，但它的双折射并不是在所有波长时都是最好的，铁电液晶光调制器在半波片厚度为d 有一个最优半波片板极，
d =λ
2∆n
∆n 是波长为λ时的双折射率。通常来说，液晶的双折射随着波长的减少而增加，如果λ是∆n 可见光谱上的一个常数，那么就能得到一个非常有用的液晶消色差，液晶的最佳∆n 和实际∆n 与可见光下波长的关系见Figure 1，
进一步来看，当波长超过最佳值500nm 时，超出越多，分叉越大，这就说明，当波长不是最佳值时，液晶就不再处于半波厚和光透射都减少的状态。除非这时液晶盒能得到一些光补偿
蓝光和红光的透射要比绿光少，这个通过Figure2看出，有负性色散功能的材料能够传播光的消色差。
铁电液晶和向列相盒不同，但两种类型液晶的盒厚都取决于波长，很多研究都致力于使向列相更具有消色差，一种解决的办法就是用组合至少两种聚合物缓聚剂膜来充当补偿物，这样得到的光
就具有消色差，但是用这种方法就会在视角或对比度上付出一定代价，所以，通过液晶本质的补偿对于双折射色散是非常有用的。
最近由Walba 的一份报告。它详细介绍了第一个近晶相介晶的负性双折射不含金属。这些材料，设计成具有高非线性光学活性，形成了连接两个带有偶氮桥介晶分子，其中有介晶基团一人一硝基组外，其余的氨基酸组。该材料具有宽超过30 度近晶A 相、整洁的材料具有负性双折射。然而，因为他们是红颜色，使它们无法成为色补偿材料。
负性双折射材料，有用之处主要是它的双折射调制器，使得液晶双折射被调整到只有通过添加少量的掺杂才能达到的理想水平。在这里，我们证明，通过Walba 的基础思想，将两个带有离域桥的介晶基团分子耦合，这样能使材料更具有负性双折射，这一方法可以使材料具有负性双折射色散。 我们合成负性双折射材料的方法是围绕着连接两个介晶化合物的使用离域连接基团。因此，有三个部分：两个介晶基团，它们不需要相同，核心成分的核心环节，我们将调用连接部分。介晶基团极化程度应尽可能低，以减少沿分子长轴的折射率。相反，连接节的极化应尽可能高，最大限度地沿着横轴的折射率。分子的净双折射会出现一些不平凡的沿轴折射率（两个在这个方向组）减去沿分子连接部分折射率加权平均。该耦合基团的理想衔接取向方向是垂直于长轴的介晶部分。作为第一个近似使用每个基双折射估算最终化合物的双折射。
负性双折射材料的其它设计约束条件，包括长轴大大长于连接轴，否则化合物不会轻易适合近晶C 相的结构，而且，介晶基团和相近的同系物都有近晶相。这将增加产品混入近晶C 材料的成功率。
通过这两篇主要文献，我们知道了液晶可能有负性双折射，并且可以通过多种方法得到负性双折射的液晶，本论文要研究的是液晶的双折射与LCD 光学特性，下图是∆n 与波长λ的其中一种关
系，其中∆n =n e -n 0
透过率 T =Sin
2∆nd 1⎛2∆nd ⎫=，根据不同的值，我们可以得到⎪, 当波长λ为550nm 时，λ2⎝λ⎭
不同的T ，最后我们可以计算出
编写相关计算程序计算得出。 ∑T (λ) ，易知这个值肯定小于1，以上的计算过程通过计算机
参考文献
[1]V. Reiffenrath, M. Bremer, First Nematic calamitic liquid crystal with negative birefringence, Ch14 of Anisotropic organic materials, edit by R. Glaser, Wahington DC, (2001)
[2]W. N. Thurmes, M. D. Wand, etal, Negative birefringence ferroelectric liquid crystals, Liq. Cryst. 25(2) 149-151 (1998).
[3] Walba, D. M., Dyer, D. J., Sierra, T., Cobben, P. L.,Shao, R., and Clark, N. A., 1996, J. Am. Chem. Soc.,118, 1211.