于涛[1]2004年在《肉桂酸单体光控聚合液晶取向膜的研究》文中提出液晶显示器以其平板性、携带方便、功耗低、视力保健的优点越来越受青睐,已能与阴极射线管显示器平分国际市场,并正在已继续上升的势头发展。液晶显示器产业化以来一直采用摩擦法的取向处理。然而在摩擦过程中会引起静电、尘埃造成成品率下降,最严重的是摩擦产生的沟痕使微显示器件的显示质量降低。因此光控取向技术近年来引起人们的极大关注,它不仅能克服摩擦取向法的缺点,而且可以进行微区取向控制,扩展液晶光学器件的应用范围。 光控取向的原理是在线偏振紫外光作用下,光敏聚合物侧链定向光交联,出现分子链段的指向有序分布,从而诱导液晶分子排列。光控取向技术瓶颈问题是稳定性差,其根本原因是光敏高分子空间位阻太大,定向交联的反应度太低,有效解决方法应是降低位阻,提高定向交联度和取向膜分子链段的有序度。本文首次提出了用肉桂酸单体替代光敏高分子进行四中心定向聚合的光控取向方法,并在这一原创思想之下,对光控取向技术进行了系统性探索和革新。 自行设计和合成了联苯双肉桂酸酯(BPDE)、双酚A双肉桂酸酯(BADE)、六氟双酚A双肉桂酸酯(6F-BADE)叁种单体材料;从分子结构刚性入手解决了单体薄膜易结晶问题,改善了单体成膜性;分别用紫外吸收光谱和红外光谱分析了光化学反应过程,反应速率和反应度;发现氟的引入会明显提高光聚合反应速率,并改变表面张力极性;测得BPDE和BADE为水平取向膜,在90℃加热30分钟仍保持完好的排列特性,已达到一般液晶器件制作过程中热处理工艺的要求;另外六氟双酚A双肉桂酸酯光控取向膜诱导液晶分子垂直排列,具有120℃的热稳定性,非常适合做宽视角的多畴垂直显示模式;采用红外二向色吸收分析了单体光控取向膜分子链段分布的各向异性,提出定量计算取向膜有序度的方法,BPDE、BADE单体光控取向膜有序度相比肉桂酸聚合物光控取向膜来说具有大幅度提高。 本文是物理和化学相互融合的结晶,对于完善光控取向技术,使其走上实用化具有重要贡献。
纪小妹, 焦杨, 董晓明, 魏杰, 冯振基[2]2008年在《液晶光定向材料研究进展》文中进行了进一步梳理液晶光控取向材料是近年来国际上的一个研究热点,其在液晶显示及防伪等领域有着广阔的应用前景。光控取向材料根据光反应机理的不同可分为光异构类、光降解类和光交联类材料,本文介绍了这3种类型光控取向材料的反应机理、分类特点、研究状况,并分析了存在的问题及应用前景。
彭增辉[3]2004年在《基于自组装膜的液晶光控取向研究》文中指出和传统的阴极射线管(CRT)显示器相比,液晶显示器(Liquid crystal display, LCD)具有环保、节能、易于平板化和便携性等性能优势,越来越受到人们的青睐。2003 年中国大陆地区LCD 的销量已经达到207 万台,首次超过了CRT 显示器的市场销售量,预计此后以每年20%左右的速率递增。LCD 的生产属于高技术领域,它的生产工艺需要不断研发和更新,才能跟上迅猛发展的高技术产品的需求。大多数液晶显示器件都需要取向膜来控制器件内液晶初始的均匀排列。目前LCD 生产中最不尽人意的工艺就是液晶的取向工艺。工业上常用的取向方法是定向摩擦高分子膜法,它有着易于大规模生产等技术优势,但是摩擦过程中会产生静电和尘埃,它们容易造成液晶器件的损伤和瑕疵。光控取向法是一种非常具有应用前景的取向方法,它利用线性偏振紫外光(LPUV)辐照光敏聚合物薄膜,使薄膜具有表面张力的各向异性,从而实现诱导液晶分子取向。光控取向是一种非接触式的取向方法,完全避免了现有摩擦取向法存在的灰尘沾染和电荷累积等问题,还可以进行微区取向控制,制作多畴宽视角显示器。从1992 年Schdat M.等人提出光控取向方法至今已经有十余年时间,但这种方法始终没有实用化。其原因为光控取向的稳定性差,取向效果也不如摩擦法。这主要是由于人们多采用光敏高分子作为成膜材料,光敏基团在空间位置上受到高分子主链的阻隔,定向光化学反应程度低。基于这种问题,本文提出了如下的解决方案:1)降低成膜光敏材料的分子量,即使用光敏小分子单体成膜,增加光敏基团碰撞、反应的机会,以期提高反应程度、稳定性和取向度;2)将光敏基团直接构建于有序的自组装膜体系中,在LPUV 辐照下可使薄膜中高效地、定向地发生环加成反应,使取向膜获得高取向度和高稳定性。围绕上述思路开展了如下工作:1)合成了叁种可进行光二聚反应的光敏小分子单体,LPUV 辐照制作了光控取向膜;用紫外-可见光谱法和红外光谱法分析了薄膜中的光化学反应,发现小分子的光反应程度可达到50%以上,至少比光敏高分子高出5 倍;薄膜的偏振红外光谱证实,经过LPUV 辐照后薄膜出现了明显的各向异性;将小分子光控取向膜制成液晶器件,在偏光显微镜下观察看到均匀一致的液晶取向;并且热稳定性达到100℃左右,接近实用化要求。2)制备了含肉桂酸、香豆素基团的自组装单层膜;采用接触角的方法监测自组装反应的动力学过程;紫外-可见光谱证实了自组装单层膜在石英基板表面形成;自组装单层膜经LPUV 辐照后能诱导液晶均匀取向,而且热稳定性可达130℃,热稳定性进一步提高。3)合成了含有光敏双键的双季铵盐,在水溶液状态下将它和聚乙烯基苯磺酸钠沉积生成layer-by-layer 自组装多层膜,紫外-可见光谱证实这是一个逐层均匀的沉积;在LPUV 照射下,自组装膜中的光敏双键按照偏振方向发生[2+2]环加成反应,形成取向膜,用二向色性值评价的分子取向度高于高分子及小分子光控取向膜的水平;实验证明用自组装多层膜制成的液晶器件亮暗态均匀,静态对比度约为100,达到实用化器件的水平。
魏冰妍[4]2017年在《基于液晶光控取向技术实现光场调控》文中研究表明近年来,随着激光技术的不断进步和光学领域的日益发展,光场调控受到越来越多的关注。一方面,通过对高斯光束的位相和振幅等参数的调控,可分别产生涡旋光束和艾里光束等一些结构新颖、性质独特的光场,它们被广泛应用于光学操控、量子计算与存储、天文观测、高分辨显微成像等领域。另一方面,通过对入射光偏振信息的调控来实现光场的退偏,在光纤通讯及光学探测等方面也起着举足轻重的作用。液晶凭借其优异的电光特性,可用来实现对光场的高效调控。作为新兴的取向液晶方式,光控取向技术在制备复杂结构的液晶元件方面表现出巨大的优势。本文采用基于SD1的液晶光控取向技术,结合自主研发的数字微镜器件微缩投影曝光系统,设计并制备了用于光场调控的各类液晶元件,主要的研究成果如下:1.首次通过对液晶方位角的控制,制备了不同取向模式及不同结构的液晶叉形光栅,实现了一系列涡旋光束的产生与调控。其中,混合排列型液晶叉形光栅可实现由高斯光到±1级衍射涡旋光束74%的高转换效率,并可在低电压1.7 V和15 V的条件下完成涡旋光束的开关调控。通过优化此液晶元件的参数,分别获得了 300μs和570μs的快速开关响应时间。此液晶叉形光栅对入射光偏振无依赖,且宽波段适用,SD1的可擦写特性额外赋予了涡旋光束可重构的功能。这些优势增加了对涡旋光束调控的灵活性,拓展了涡旋光束的应用前景。2.在传统立方位相模板的基础上,引入几何位相的概念,采用部分重迭分步曝光的方式,制备了分子指向矢空间渐变的液晶偏振艾里模板,加以透镜进行傅里叶光学变换,完成了高斯光束到单/双艾里光束的调控。通过调节入射光的偏振态,实现了两支艾里光束之间的相互切换,且可同时控制它们光场能量的任意占比。通过测试双支艾里光束的传播动态,验证了其横向自加速和无衍射的性质。此液晶偏振艾里模板宽波段适用,且可以承受至少600脉冲(0.5J/cm2,1064 nm,10ns,1Hz)的强光照射,为高质量、多功能艾里光束的产生与调控提供了一个便捷有效的途径。3.通过引入q波片产生涡旋光的技术,结合液晶偏振艾里模板,对高斯光的位相和振幅同时进行了调控,产生出了不同模式的涡旋艾里光束。分析了涡旋艾里光的传播动态,从实验上验证了此复合光场中涡旋光的拓扑荷、无衍射、自愈和横向自加速等性质。借助外加电场的调节或光路中四分之一波片的旋转,轻易地获得了高斯光、涡旋光、矢量光、艾里光以及它们结合光场之间的相互转换,为光场调控和光束整形提供了一个灵活高效的方式。高质量涡旋艾里光束的产生与自愈、类无衍射和横向自加速涡旋光束的提出,为它们在多方位的微粒操控、量子通讯的无损传输、更高清的生物显微观测等方面的应用做了很好的铺垫。4.基于半波片对线偏振光的调制机理,采用分步曝光的方式,制备了一个新型的液晶退偏器。它由24 × 18个液晶分子指向矢随机平行排列的方形微区构成,在无需外加电场的情况下便可对通讯波段任意方向入射的线偏振光源实现偏振度小于5%的退偏效果,展现了很好的偏振不敏感特性。对于圆偏振和椭圆偏振入射光,通过对样品加电调节其位相延迟量也可以达到同样的退偏功能。此退偏器不仅适用于单波长1550 nm的光源,而且对1520 nm-1610 nm的宽波段复色光源亦起到了很好的消偏作用,得到出射光场最小偏振度的值分别仅为0.384%和0.156%。此液晶退偏器综合性能优于商业产品,在激光加工、天文学仪器、光纤通讯等光电系统中有很大的应用价值。
费春红, 彭增辉, 胡立发, 张伶莉, 姚丽双[5]2007年在《光交联型液晶光控取向材料》文中研究指明液晶光控取向材料是近年来国际上的一个研究热点,其中光交联型材料因其稳定性强、取向效果好等优点被广泛研究。文中综述了肉桂酸酯类、香豆素类、苯乙烯基吡啶类、苯乙烯基苯并吡咯酮类、二苯基乙炔类光交联型液晶光控取向材料的研究进展,并对其光化学反应机理进行了分析。
梁兆颜[6]2000年在《紫外光敏聚合物诱导液晶分子的排列研究》文中研究指明液晶分子的排列不仅是制作液晶显示器件(LCD)的关键技术,也是液晶物理研究的主要课题。目前,液晶排列普遍采用摩擦取向法。但这种方法存在很大缺点,如摩擦产生的大量静电荷、灰尘及机械摩擦造成的应力,降低了液晶显示器件、特别是有源矩阵液晶显示器件(简写AM-LCDs)的成品率。更为重要的是,这种方法很难用于多畴工艺解决因液晶分子单轴特性带来的显示视角较窄的问题。本文针对摩擦取向所存在的问题,系统研究了液晶的光控取向及其可行性。 通过偏光显微照相技术和光延迟方法,研究了液晶分子在各类光敏聚合物膜上的排列特性,利用原子力显微镜(AFM)研究了光聚合物膜表面形貌。研究结果表明,肉桂酸酯类材料的光化学反应效率较高,光照时间为30min时,聚合物已光化反应90%,此时液晶分子排列已较均匀,热稳定性可保持在80℃。但预倾角小,即使采用二次曝光方法,这种材料所引起的预倾角也仅在0°~0.3°之间;含Si香豆素类材料光化学反应效率较低,光照时间达到60分钟时,聚合物仅被反应掉50%,此时液晶盒中刚刚出现液晶排列现象,由这种材料诱导的液晶排列可稳定到200℃,预倾角在0°~90°之间;光敏聚酰亚胺PI(BTDA-TMMDA)光化学反应效率最高,光照时间为20min时,聚合物已反应掉80%,此时液晶分子排列已非常均匀,热稳定性也较好,可稳定到130℃,引起的液晶预倾角为0°~0.6°。这一研究结果在国际上尚未报导。 锚定强度是表征取向层对液晶排列能力的重要参数。从液晶连续体理论出发,应用变分原理,首次推导了平行排列、扭曲排列液晶盒中光控取向层表面的锚定特性,得到了Freedericksz转变阈值电压的解析表达式和指向矢的分布方程。利用极向锚定强度与器件阈值电压的关系,得到了光控取向展表面锚定强度的温度变化规律,从而使光控取向层表面锚定强度随外界温度的变化有了定量的数学描述。这一研究结果是对液晶锚定理论的进一步完善。 紫外-可见吸收光谱研究结果首次得到,光控取向膜的光化学反应规律不符合Lambert-Beer定律。通过对实验结果的拟合,得出一个新的函数关系,并得到肉桂酸酯、香豆素及光敏聚酰亚胺叁类材料的吸收常数分别为:0.11、0.01、0.15。通过FT-IR研究首次得到,肉桂酸酯类材料、香豆素材料及光敏聚酰亚胺材料取向膜经偏振紫外光照射后的有序度分别为:0.021、0.025、0.0085。这些研究结果,对于液晶分子的排列机理研究、液晶排列工艺条件优化等具有深远的指导意义。
胡华超[7]2013年在《动态掩模微光刻系统开发及其在液晶光控取向中的应用研究》文中研究指明液晶(LCs, Liquid Crystals)是一种处于液态和晶态之间低维有序中间相态的有机化合物材料,具备独特的流动性及介电和光学的各向异性。在电场、磁场、应力及热等外部条件作用下,液晶分子的指向会从初始取向发生变化。因其独特的光学外场可调特性,尤其是电光特性,使得液晶在诸如信息显示及可调光子学应用等领域都扮演着举足轻重的角色。液晶器件性能与液晶分子的取向控制密不可分,液晶取向控制是很多液晶器件功能实现的基础。液晶取向技术的研究历史悠久、工艺类型丰富,按照其制备工艺类型可分为摩擦取向(接触式)和非接触式取向两种技术演进。摩擦取向工艺简单,操作方便且经济有效,成本低廉,所以市场接受度很高,是工业上大量采用的一种液晶取向技术。但是存在摩擦静电、微尘聚积及沟槽内径过大等缺点,从而降低了液晶器件的成品率。为了解决这些问题,近年来已有不少非接触式取向方式被提出,比如在斜向蒸镀氧化硅、离子束取向、光取向等。其中,光取向技术由于取向精度高,易于实现选区取向实现多畴结构而实现广视角,所以引起了广泛的关注。本文工作主要包含两部分:一、基于成像光学原理,开发完善一套基于数控微反射镜阵芯片(Digital micro-mirror device, DMD)的动态掩模投影微光刻系统,将其应用于传统光刻微加工及液晶光控取向。相比传统的扫描直写式微光刻系统曝光控制复杂、效率低下,及掩模式光刻系统复刻图形失真、物理掩模板设计复杂、制造成本高昂的缺点,这套系统具备分辨率高、低光学缺陷、掩模图案设计方便及操作使用智能化等优点。这部分工作完成了光刻系统整体的搭建与调试,同时,为提高系统光学分辨率,基于光学设计理论和Code V(?)软件,协助设计了双高斯和佩兹瓦尔光学结构结合的投影物镜组,以消除DMD栅格效应的影响及光学系统像差和衍射的影响;基于Labview(?)工控软件初步设计了一套可用于传统光刻微加工及液晶光控取向的多用途工件台,同时得以提高系统光机分辨率。二、基于Adobe Illustrator(?)矢量图设计软件设计任意所需的图形图案;基于Auto CAD(?)及Auto Inventor(?)软件设计任意叁维结构并分层输出为DMD所需的二维图案。将任意设定的图形图案投影曝光到液晶盒玻璃基板SD1取向涂层上,约束SD1分子的排列方向,进而控制液晶的区域取向得到多畴结构。该动态掩膜光刻系统适用于液晶取向的任意图形制备和偏振控制,考虑光机及取向剂光化学反应影响下的实际分辨率达到了0.5μm;适用于传统光刻微加工,二维结构横向分辨率达到了1.4μm。基于SD1材料的可擦写特性,我们实现了任意选区取向控制,包括一维、二维周期及非周期光栅;不同一/二维条形码间的光控转换;任意灰度的分区控制等。上述制备的液晶器件均可在外场作用下实现开关或调谐。该动态掩膜光刻技术可方便地实现实时、复杂的液晶图形取向控制,在信息显示与识别及可调光子学器件等方面有着广阔的应用前景。
张俊瑞[8]2005年在《向列相液晶光控取向技术的研究》文中提出液晶显示目前已广泛应用到科研、生产、生活等各领域,而大多数液晶显示器件都要求液晶分子在微观尺寸上定向排列。长期以来,工业上一直采用摩擦取向的方法来实现液晶分子的定向排列,然而在对显示性能要求日益提高的今天,摩擦引起的缺陷已越来越不容忽视了,它产生的大量的粉尘、静电、摩擦擦痕已经成为影响液晶显示器成品率的一个重要因素。因此,近年来光控取向技术成为了取向技术研究的焦点,光控取向是一种非接触式取向,它克服了摩擦带来的种种缺点,而且也易于实现大面积化。 光控取向主要是利用光敏有机化合物在线偏振紫外光照射下产生各向异性来诱导液晶分子排列的。光控取向技术的技术瓶颈就是稳定性差而且锚定强度较小。本文以一种双偶氮染料sy03为研究对象,对光控取向技术以及一些取向参术的测试技术进行了研究。首先测量了sy03诱导取向的液晶盒的电光特性,发现可以满足一般显示性能的要求,然后通过对不同曝光时间的液晶盒的研究发现曝光时间达到30min后就可得到非常均匀的排列,而且此时锚定能也达到了10~(-5),可以与摩擦产生的锚定能相媲美,而且将这个盒加热到200℃发现取向性能并没有发生明显的变化,证明了这种取向材料具有良好的热稳定性。最后用偏振紫外吸收光谱法确定了易取向方向与照射光的偏振方向相垂直,并对取向机理进行了简单的探讨。
闫石[9]2001年在《液晶光控取向膜材料的研究》文中指出液晶分子的排列易受电场、热等作用而改变排列状态,与这种分子排列变化伴随的液晶双折射、旋光性、光散射性等各种光学性质的变化被转换成视觉变化,从而实现各种显示。其中控制液晶的表面排列,是制作液晶显示器件的关键技术,也是液晶物理学研究的重要内容。通常,液晶排列取向采用摩擦取向法。但这种方法存在很大缺点,如摩擦产生的大量静电荷、灰尘及机械应力,降低了液晶显示器件的成品率。更重要的是这种方法很难用于多畴工艺,而多畴工艺是目前能够较好解决液晶显示视角偏窄问题的方法。近年提出的非接触式偏振光聚合取向膜诱导液晶分子排列取向(简称光控取向)的方法,能使以上问题得以解决。 光控取向主要是利用光敏预聚物在偏振光作用下发生定向光聚合,形成分子链轴带有取向性的结构,由此产生的表面张力各向异性诱导液晶分子排列。这种方法在理论上讲是一种非常理想的无负面影响的取向方式,但在实际研发当中,其锚定液晶取向的强度及稳定性问题一直无法令人满意。针对这一现状,本研究以增加光控取向锚定强度为目标,展开对光预聚物材料的探索与开发,提出了减少预聚物分子尺寸,增加光控交联效率,定向链形聚合的新思想,获得了取向效果改善的结果。 本文首先叙述了肉桂酸酯等分子量较大的预聚物材料的光控取向效果。其研究结果表明:肉桂酸酯类材料诱导的液晶分子定向排列热稳定性较差,在80℃加热30分钟再降回室温时液晶盒中已出现大量向错;香豆素类材料光化学反应速率较低,光照时间达到600分钟时,液晶的排列才达到均匀;光敏聚酰亚胺(PI)膜的光化学反应速率较高,光照时间为15分钟时,聚合物已反应掉64%,取向膜的稳定性较好。但总的来说这些大分子预聚物材料制备的光控取向膜的取向有序度都比较低,不能达到实用要求。 考虑到预聚物分子尺寸对空间位阻及光交联效率的影响,选择端头带有紫外光敏的棒状小分子材料作为光预聚物。因小分子的空间位阻小,光反应效率高,发生光化学反应的量子效率比大分子情形要大得多,在线偏振紫外闰石博士学位论文 摘 要光作用下,刚性棒状小分子容易发生直链状聚合,比大分子的横向交联产主的取向有序度高。 各向异性红外吸收光谱方法是研究分子取向度的重要手段之一。本文叙述了这种方法在各种材料上的应用,探讨了分子振动跃迁矩与分子取向度的关系;同时对取向度与紫外光照射时间之间的关系进行了探讨,发现在光照初期取向度迅速上升,达到一最佳值后开始下降。分析这一现象的原因可能是聚合反应与降解反应共存、相互竟争的结果。 以上结果,对于开发新型、优质液晶光控取向膜材料的研究具有重要价值,同时在物理和化学交叉领域里独辟了一块空间。
李建林[10]2017年在《基于聚酰亚胺的液晶光控取向研究》文中进行了进一步梳理随着液晶材料在显示领域的广泛应用,摩擦法作为目前常用的制备液晶定向层的方法,由于其存在的严重缺点,目前已越来越不适用,探索一种新的液晶取向技术以取代摩擦取向技术是未来液晶显示技术的发展需要。光控取向技术以其设备简单、可以对液晶分子取向进行微观控制等优点成为目前为止最有希望取代摩擦取向技术的非接触性取向技术。本文采用365nm紫外光曝光、线偏振457nm激光垂直照射及两束正交圆偏振光干涉等实验手段,用含偶氮基团的聚酰亚胺聚合物制备取向层,以涂有取向层的玻璃基板、用两基板组成的空液晶盒及灌有E7液晶的液晶盒为实验对象,通过带有正交偏振片的CCD装置观察外光场对样品取向的改变,通过观察到的实验现象分析总结基于聚酰亚胺取向层的液晶光控取向特性。实验发现,紫外光的照射会使偶氮基团发生顺反异构反应,吸收光能变为顺式结构,使得聚合物分子转动,垂直于基板表面重新取向,液晶分子由于其与聚合物分子之间的相互作用也会顺着聚合物分子长轴重新取向。用线偏振457nm激光照射液晶盒时,偶氮基团吸收光能打破平衡状态,发生顺反异构反应,变为反式结构且往垂直于偏振光偏振方向的方向转动,使得聚合物分子在垂直于偏振光偏振方向的方向沿面重新取向排列,由于与聚合物分子之间的相互作用,液晶分子也将也液晶盒表面排列,且液晶指向矢与线偏振光偏振方向垂直。同时实验还发现,有液晶的样品其取向程度要比没有液晶时好等多,所观察到的图像明暗对比度没有液晶是大很多,并且光控取向响应时间也比没有液晶时短近十倍。最后还用两束正交的圆偏振457nm激光在空液晶盒和灌有液晶的液晶盒表面干涉,成功制备出了全息偏振光栅,用632nm激光探测发现灌有液晶的液晶盒的衍射光斑比空液晶盒造成的衍射光斑亮很多,表明虽然空液晶盒也可以制备全息光栅,但灌入液晶后制备的光栅效果更好。此外,将样品加热到一定温度可以擦出外光场对液晶的写入。以上实验结果说明基于该聚酰亚胺取向层的液晶光控取向不仅受光的波长控制,还受光的偏振方向控制。本论文的研究成果除了在显示领域具有一定应用价值,也同样适用于光通信液晶器件的开发,如光功率控制器件及偏振控制器件等;并且对于光控取向技术应用于新型取向层的制备及光信息存储具有一定的参考作用。
参考文献:
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[2]. 液晶光定向材料研究进展[J]. 纪小妹, 焦杨, 董晓明, 魏杰, 冯振基. 信息记录材料. 2008
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[5]. 光交联型液晶光控取向材料[J]. 费春红, 彭增辉, 胡立发, 张伶莉, 姚丽双. 高分子材料科学与工程. 2007
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[7]. 动态掩模微光刻系统开发及其在液晶光控取向中的应用研究[D]. 胡华超. 南京大学. 2013
[8]. 向列相液晶光控取向技术的研究[D]. 张俊瑞. 中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所). 2005
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[10]. 基于聚酰亚胺的液晶光控取向研究[D]. 李建林. 广东工业大学. 2017