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快速反响液晶

发布时间:2022-06-30 20:20:31 来源:华体会直播

  元件由60年代的改变向列型液晶形式(Twist Nematic LC mode),到现在大量生产的笔直配向液晶形式(Vertical alignment LC mode),已将近半个世纪,因为

  元件具有轻、薄等长处,相关的产品如手机萤幕、笔记型电脑、电脑萤幕、液晶电视等已被大量地研讨及开发并成功地导入量产。跟着对显现器印象质量的需求不断地提高,在液晶资料、电路规划及趋动办法上,相较于曩昔已有长足的前进。但是,改变向列型液晶因为反响速度太慢,使其在播映快速的动态画面时,会有印象含糊的现象,再加上五颜六色滤光片的运用,导致背光运用功率过低,所以开展快速反响的液晶资料调配色序法技能[1-2],将或许是一种解决问题的办法。

  液晶资料在液晶盒内的反响速度,由曩昔约100多毫秒(ms),通过不断地改善,已可降到今天10 ms以下的反响速度,此反响速度相较于曩昔,已有相当大的前进。因为TN型的液晶其反响速度是与relaxation time (t0)成正比:

  其间γ1为旋转黏滞系数(rotational viscosity),d为液晶盒空隙(cell gap),K为液晶弹性常数(elastic constant)。由上述公式(1)可得知,加快液晶反响速度最直接的办法,便是下降液晶盒空隙d,如此便能够大大地加快液晶反响速度。但是,为了要到达最佳的暗态,液晶盒空隙有必要合作液晶资料的双折射系数(Dn)规划,因而下降液晶盒空隙便需求调配较高Dn的液晶资料。但运用高Dn的液晶资料,将无可避免的面对色偏(color shift)问题,在只考虑液晶实质的反响速度,本文将着重于介绍现在几种有或许到达3 ms乃至可达1 ms以下的反响速度之液晶模态。

  快速反响的向列型液晶(nematic liquid crystals)元件,最具代表性的便是p (pi) cell (p-液晶盒) [3],或是后来改进的光学补偿曲折液晶形式(Optically Compensated Bend Mode,OCB Mode) [4]。p cell是由美国肯特州立大学(Ken State University) Dr. Philip J. Bos首先在1983年所提出的结构,p cell在原始文献的含义,在表达液晶分子在上下基板外表的分子长轴之相位差为180度(p),有别于其时90度(p/2)的twist nematic (TN)液晶盒。后来也有人延伸其分子摆放的状况,好像一横躺的希腊字母p,来解说p cell。虽然在曲折态(bend mode)下发现有快速反响的特性,但是因为较大的液晶盒空隙,其元件使用遭到过大驱动电压的约束,无法在TFT自动驱动元件的条件下操作。一向到1993年,日本东北大学内田研讨室(Dr. Uchida)使用相同的结构,加上双光轴之补偿膜( Biaxial Retardation Film),而且下降液晶盒空隙,提出称之光学补偿曲折液晶形式(OCB Mode),此改进结构使得驱动电压大幅降到7伏以下,使得OCB mode能够在TFT的自动驱动元件条件下操作。OCB Mode构成如图一[5, 6],其内部液晶摆放方向如图二所示。在外加电压使内部液晶到达曲折态时,上下玻璃基板外表的液晶分子平行摆放,但内层的液晶分子不会歪曲,只是在一个平面内曲折摆放,而在曲折态中,液晶分子散布呈上下对称,加上光学补偿膜后,此形式能战胜视角遭到液晶分子歪斜构成光学特性改动的影响,因而OCB Mode有着广视角的长处。

  别的,因为OCB Mode内液晶分子只是在一个平面内曲折摆放,和TN型的液晶不同,OCB Mode在操作进程中并不需求战胜因改动歪曲摆放而构成的回流现象(Backflow)所引起的延滞,尤其是从外加电场状况转变到无电场状况的松懈进程更显着。故在OCB Mode操作下,反响速率约1~ 10 ms,比TN型液晶(50 ms)及人眼视觉反响(约20 ms)还快。

  因为OCB有快速反响速度以及广视角的长处,因而具有高开展性,但OCB Mode的操作有必要在曲折态(bend mode),因而液晶分子必需先转至所需求的形式下才干操作。图二所示为一般OCB液晶盒的结构,液晶分子被夹在二片玻璃基板中心,而玻璃基板的内侧面会镀上一层通明导电层氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO)做为电极,并在电极上均匀涂布聚亚酰(Polyimide,PI)做为配向膜,而配向方向为平行配向。

  在未加电压时,液晶分子摆放方向会顺着配向方向出现打开的状况,因而称之为Splay态,也可叫做斜展态。而在外加一个大于临界电压(Vc)的电压后,液晶分子遭到外加电场影响,原本在液晶盒中心平行于上下基板的液晶分子会向上基板或下基板移动,而构成一个不对称的景象,称为Asymmetric Splay态,在这个状况下液晶分子是不稳定的,若在此刻将电压归零,则分子会立刻回到对称的斜展态。若持续加电压,液晶分子会倾向自由能较低的曲折态摆放景象,但曲折态和斜展态在部分解剖(Topology)上并不类似,在转化时需求通过成核现象(Nucleation)来到达,液晶分子若是有部份转曲折态,就可变成液晶盒内的转态中心,其他液晶分子就会顺着转态中心而逐步转变成曲折态,使得曲折态的面积逐步延伸,直到悉数的液晶分子都转至曲折态,这个进程需求较长的时刻。但若是一向无法构成转态中心,则液晶分子就很有或许无法转态至曲折态。而当液晶分子转至曲折态后,在外加电压小于临界电压时,曲折态的液晶分子会瞬间转到180度的改变态(Twist),再藉由成核现象转回斜展态。[7-8]

  由上述可知,转态至可操作态之曲折态需求通过成核现象,构成成核现象有必要用较大的电压(约20V的overdrive)和较长时刻(数分钟乃至一小时)才干转态彻底[9],因而,许多相关的研讨已投入并开展出相对应的技能来战胜这项缺陷。在这些解决方案中,能够以有无掺杂对掌性分子(chiral dopant)作为区别。

  1. 在液晶内掺杂入具有对掌性的分子结构,令OCB Mode的液晶分子在没有外加电压时为出现180度的改变型,而没有斜展型。因为在研讨中发现,改变型要转变为曲折型比斜展型要转变为曲折型还来得快。而这种形式的OCB称为Chiral-Doped OCB(C-OCB) [10-11]。

  2. 使用细缝或是突起物,再参加掺杂对掌性分子,构成双域曲折态(Dual-Domain Bend Mode,DDB Mode),可加快转态也可增加视角[12, 13]。

  而在没有掺杂对掌性分子时,首要做法是使液晶分子内发生一个曲折中心,接着因为成核现象,便能够快速转态。其办法有很多种。

  2. 使用高分子墙:在液晶内掺入可照光聚合的物质,外加电压使其到达曲折态后令部份混合物照光而让内部的分子聚合,如此一来有照光的部份液晶分子会遭到照光后聚合的分子影响,而摆放成曲折态,如此一来就构成曲折中心,有照光的部份在没有外加电压时仍然成曲折态,能够加快其他没有照光的部份的转态[14]。

  3. 使用预倾角不同来构成曲折中心:在研讨中发现,在较高的预倾角区域,不需求外加电压液晶分子就会摆放成曲折态,因为此刻曲折态所具有的自由能比斜展态还要低 [15]。而构成区域高预倾角的办法有很多种,有使用离子束(ion-beam) [16],也有使用将二种不同预倾角的配向膜资料混合而构成有奈米结构的配向层来到达曲折中心[17],或是在部份区域的单面基板上做成笔直配向,构成部份区域的HAN(Hybrid-Aligned-Nematic)结构,做为曲折中心以加快转态速度。

  摆放的办法,上下对称于中心平面;若是在中心平面的方位上,放置反射式镜面或金属电极如图三[19],当外在环境光入射进这样的结构时,光线在遇到金属电极后,随即被反射,因而光线所走过的光途径,相当于两倍的液晶膜厚,类似于一个完好的OCB的途径,这样的结构被称作Hybrid Aligned Nematic Cell,简称HAN-Cell,或称为Reflective OCB Cell(反射式OCB Cell),简称R-OCB Cell;这样的结构操作电压比一般的OCB Cell电压低(约2-3V),而且因为液晶膜厚为一般OCB结构的一半,所以反响速度也较快,在制程方面,金属电极不需求配向层,别的只需求一片Polarizer(偏振片),使用环境光当作光源,不需求背光体系,结构本具有轻浮矮小的特征,十分适用在可携式的显现资讯体系。

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