反射型胆甾相液晶显示器件多畴结构的形成及相变的研究
研究与试制反射型胆甾相液晶显示器件多畴结构的形成及相变的研究Ξ张 俊1,李 青1,韦 静2,傅伟涛1,庞春霖3(1.东南大学电子工程系,南京,210096;2.中国电子科技集团公司第五十五研究所,南京,210096;3.清溢精密光电[深圳]有限公司,广东深圳,518057)摘 要:主要讨论了采用摩擦工艺形成的胆甾相液晶显示器件的多畴结构。
研究在电场作用下多畴结构胆甾相液晶显示器件相变,包括平面织构态(P 态)到焦锥织构态(FC 态)的相变;场致向列态(H 态)到P 态和FC 态的相变。
通过显微镜下液晶屏的上电观察,调节脉冲数量和幅度,得到P 态FC 态和H 态之间相变的微观过程,得出胆甾相液晶相变的过程和规律,为实际工艺制作提供了理论指导。
关键词:胆甾相液晶;多畴结构;P 态;FC 态;H 态中图分类号:TN 141.9 文献标识码:A 文章编号:10052488X (2005)0420226203Re s e a rch on the Fo r m a tion a nd P ha s e T ra ns ition of Re fle c tiveCHLCD M ulti 2dom a in S truc tureZHAN G Jun 1,L IQ ing 1,W E I J ing 2,FU W ei 2tao 1,PAN G Chun 2lin(1.E lectron ic E ng ineering D ep a rt m en t ,S ou theast U n iversity ,N anj ing ,210096,CH N ;2.N o .55R esea rch Institu te ,Ch ina E lectron ics T echnology G roup Corp ora tion ,N anj ing ,210016,CH N ;3.S up er m ask Co .L td ,S henz hen ,Guang d ong ,518057,CH N )Abstract :T h is paper in troduces the fo r m ati on of m u lti 2dom ain structu re by rubb ing tech 2no logy in the reflective cho lesteric L CD (CHL CD ).T he phase tran siti on s under electric field are researched w h ich include p lanar tex tu re state (P state )to focal con ic tex tu re state (FC state )and hom eo trop ic state (H state )to p lanar tex tu re state o r focal con ic tex tu re state .T h rough m odu lating the am oun t and the p eak value of w avefo r m ,the phase tran siti on p rocess has been ob served under the m icro scope .It p rovides the theo retical foundati on fo r the p ractical p rocess .Key words :cho lesteric L CD ;m u lti 2dom ain structu re ;P state ;FC state ;H state第25卷第4期2005年12月 光 电 子 技 术O PTO EL ECTRON I C T ECHNOLO GY V o l .25N o.4 D ec .2005 收稿日期:2005207227作者简介:张 俊(1981—),男,硕士研究生。
主要研究反射型胆甾相液晶多畴结构的形成及其工艺。
李 青(1964—),女,教授。
多年从事胆甾相液晶和PD P 显示研究。
韦 静(1966—),女,工程师。
长期从事液晶显示的研发和质量管理工作。
引 言液晶显示器件经过多年的发展,已形成一个巨大的产业,广泛应用于各个领域,TN2L CD,STN2 L CD,T FT2L CD等透射型液晶显示器件在显示中占有很大比重。
透射型液晶显示器功耗大,大部分能源消耗在背光源上。
反射型胆甾相液晶显示器件(CH2L CD)具有重量轻、零场稳定、不使用背光源、功耗低、不使用滤色片、反射亮度高等优点,可以广泛应用于移动信息工具、电子书及其他小尺寸显示器件。
CH2L CD目前主要不足在于驱动电压高,响应速度慢[1]等问题。
胆甾相液晶显示器件中多畴结构的形成可以降低器件的驱动电压,展宽视角,因此本文研究采用摩擦工艺在反射型胆甾相液晶显示器件中形成的多畴结构,并研究其在电场作用下的相变情况。
1 胆甾相液晶的配制显示用胆甾相液晶材料由向列相液晶的组合物和手性材料配制而成,具有平面织构态(P态)、焦锥织构态(FC态)及场致向列态(H态)三种状态[2～4]。
对于反射型液晶,其材料满足B ragg方程:中心反射波长(Κ)与液晶材料的螺距(p)及其平均折射率成正比。
p和手性材料的螺旋扭曲力常数H T P值及其在液晶组合物中的含量X c关系[5]是p=[(H T P)X c]-1。
胆甾相液晶的H T P值是由手性分子自身特性决定的,当p值一定时,手性分子的H T P值越大,X c相对越少。
由于不同CH2L CD 模式具有不同的螺距,可以通过调节不同H T P值的手性组份及其在液晶材料中的含量来改变螺距和反射波长,以获得显示屏不同的反射颜色。
2 多畴结构的形成胆甾相液晶多畴结构的形成能有效降低驱动电压和增大视角。
目前多畴结构的形成有两种方法:1.表面处理法。
在涂有高分子材料的基板表面,通过一定的工艺对表面进行处理,从而使液晶分子在表面有规律的排列。
常用方法是:在金属辊表面粘贴上一种长纤维布,并令布辊高速旋转,真空吸附在样品台上的基板匀速平移通过滚轮,获得定向摩擦。
液晶分子在定向摩擦的表面定向排列产生多畴结构。
2.添加聚合物法。
在液晶中添加一定的聚合物,形成聚合物网络,通过调整掺杂浓度来调整多畴的大小。
本试验采用工艺相对简单易行的摩擦法来获得多畴结构。
通过印刷、固化、摩擦、封结、灌晶等一系列流程,制成反射型胆甾相液晶显示屏,形成的多畴结构如图1所示。
图1 P态多畴结构F ig.1 M ulti2dom ain structure in P state通过显微镜可以看到它们的微观结构。
从图中可以看到,样品的微观结构有许多不规则形状的区域组成如A和B,通常我们将这些区域称为畴,而这种结构就称为多畴结构。
由图可见畴之间由暗色线状边界,边界粗细不均如C和D。
3 多畴结构的相变3.1 P态到FC态的相变 对液晶屏施加方波电压,在显微镜下观察像素A,可发现大畴周围出现裂变的黑色细线,而细线随着电压和脉冲个数的增加而变粗,细线上出现更多黑色的分叉细线,细线逐渐变粗,更多的地方出现黑色细线,最终布满整个像素,如图2所示。
在电压较小的初期,立刻撤除电压,可发现这些裂变的细线马上恢复,逐渐消失,最后恢复到原始的状态。
这充分说明:P态是系统的能量最低状态,从P态到FC态存在一个势垒,只有在外加电压超过一个阈值才能产生相变。
在电压的作用下,部分小722 第4期张 俊等:反射型胆甾相液晶显示器件多畴结构的形成及相变的研究图2 (a)P态开始向FC态相变(像素点A);(b)P态大部分向FC态相变(像素点A)F ig.2 (a)the initial transiti on from P phase to FCstate(p ixel A);(b)the transiti on from Pphase to FC state(p ixel A)畴产生随机排列,向FC态转变。
而当电压撤除后,由于没有到达完全的FC态,因此缺少电压维持的作用,呈暗态的那部分小畴在势能的作用下又恢复到能量最低的P态。
当施加的电压达到一定值而小于阈值电压,则撤除电压后不稳定的FC态恢复到P态一般时间较长,形成P态和FC态的混和态。
相变的速度与多畴结构中的畴的大小,摩擦参数,以及液晶的粘滞系数有很大关系。
随着电压的增加,P态和FC态混和态中FC态比例越来越高,最终形成FC态。
当电压超过某一阈值电压,P态转变为FC 态,形成另外一个零场稳定态。
在实验中发现,由于FC态散射光线,FC态宏观上呈黑色,但仍然可以发现零星的绿色亮点。
由于FC态恢复到P态需要的时间比较长,因此在实际使用中,我们都是通过FC态相变到中间态H态,然后通过选择电压变化到P态或者FC 3.2 H态到P态和FC态的相变FC态到H态的相变电压远比P态到FC态的相变电压高。
随着电压的增加,个别区域首先出现透明的点(H态)。
随着电压的增加,点逐渐变大,越来越多地方出现透明的点,最终布满整个像素。
最终的状态和电压撤除方式有关。
由于H态是系统能量最高的状态,在电场作用下,胆甾相液晶解旋成向列相液晶和手型性分子。
当撤除电压后,向列相液晶分子在手性分子的作用下产生螺旋结构,最终的状态和电压撤除方式有关。
如果迅速撤除电压,最终形成P态,(如图1);如果电压缓慢撤除,最终回到FC态。
4 结 论胆甾相液晶多畴结构的形成及相变是一个非常复杂的过程,涉及到材料、化学、器件制备、电路驱动等多方面的知识。
通过摩擦法使液晶分子在取向膜表面定向排列,产生多畴结构,这对多畴结构胆甾相液晶显示器件光电特性的改善具有积极意义。
研究在电场作用下,P态、FC态、H态三种状态之间的相变的微观过程,为制备多畴结构胆甾相液晶显示器工艺的改善和研究新的驱动方法提供了基础。
参 考 文 献[1] W u Baogang,Zhou Hongxi,M a Yaodong.U ltra fast re2sponse,m ulti state reflective cho lesteric liquid crystal dis2p lays[P].U S patent,5661533,1997[2] Yang D K,Ch ien L C,Doane J W.Cho lesteric liquid crystaldispersi on fo r haze2free ligh t shutters[J].A pp l.Phys.L ett.,1992,60:3102～3104.[3] Yang D K,Doane J W.Cho lesteric liquid crystal po lym er gelD ispersi ons:reflective disp lay app licati ons[A].S I D92D i2gest[C],Bo ston,1992:759～761[4] Done J W,Yang D K,Yaniv Z.F ront2lit flat panel disp layfrom po lym er stabilized cho lesteric T extures[A].Japan D is2p lay[C],Japan,1992:73～76[5] N o lan P,ParriO,M ay A,et a l.手性掺加剂[P].CN1223657,1999822光 电 子 技 术第25卷 。
胆甾相液晶的光学性质
•一、胆甾相液晶的光学性质胆甾相液晶同其他液晶态物质一样，既有液体的流动性、形变性、粘性，又具有晶体光学各向异性，是一种优良的非线性光学材料。
较一般液晶不同的是它具有螺旋的状的分子取向的排列结构，因此，它除了具有普通液晶具有的光学性质外还具有它本身特有的光学特性。
（1）选择性反射有些胆甾相液晶在白光的照射下，会呈现美丽的色彩。
这是它选择反射某些波长的光的结果。
实验表明，这种反射遵守晶体衍射的布拉格（Bragg）公式。
一级反射光的波长为：λ=2nPsinφ其中：λ为反射波的波长，P为胆甾相液晶的螺距，n为平均折射率，φ为入射波与液晶表面的夹角。
（2）旋光效应在液晶盒中充入向列相液晶，把两玻璃片绕于他们相互垂直的轴相对扭转90°角度，这样向列相液晶的内部就发生了扭曲，于是形成一个具有扭曲排列的向列相液晶的液晶盒。
这样的液晶盒前后放置起偏振片和检偏振片，并使其偏振方向平行。
在不加电场时，一束白光射入，液晶盒使入射光的偏振光轴顺从液晶分子的扭曲而旋转了90°。
因而光进入检偏振片时，由于偏振光轴相互垂直，光不能通过检偏片，液晶盒不透明，外视场呈暗态，增加外电压，超过某一电压值时，外视场呈亮态，由此就可以得到黑底白像若起偏片与检偏片的偏振方向互相垂直，可得到白底黑像。
（3）圆二色性圆二色性指材料选择性吸收或反射光束中两个旋向相反的圆偏振光分量中的一个。
如果一束入射光照射在液晶盒上，位于反射带内与盒中液晶旋向相同的圆偏振光几乎都被反射出去，而旋向相反的圆偏振光几乎都透射过去，这是一个非常罕见的性质，荷兰菲利浦实验室的两位科学家1998年在Nature上撰文说，利用凝胶态液晶（liquid-crystal gels）的圆二色性，可以实现镜面状态和透明状态之间的切换。
二、胆甾相液晶的电光效应液晶的电光效应很多，由于本文主要研究胆甾相液晶，所以下面仅介绍几种常见的胆甾相电光效应。
（1）退螺旋效应对于介电各向异性>0的液晶当垂直于螺旋轴的方向对胆甾相液晶施加一电场时，会发现随着电场的增大，螺距也同时增大，当电场达到某一阈值时，螺距趋于无穷大，胆甾相在电场的作用下转变成了向列相。
液晶显示模块(COG)研发探讨
身 使用 的倍压 参数 ，观 察其 显示 效果 ，记录 模块 的功
耗 。
Ａ一３．研 究过程 中涉 及到 的主要 对象简 介
Ａ－３—１．Ｓ６ＢＯ７２４ＣｏｎｔｒｏＩＩｅｒ／Ｄｒｉｖｅｒ，ＣＯＧ封 装 电源 电压 ：
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ＬＣＭ （ＣＯＧ） ｂａｓｅ ｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｅｘｐａｔｉａｔｅｓ ｈｏｗ ｔｏ ｓｅｌｅｃｔ ＩＣ，ｅｘｐａｔｉａｔｅｓ ｈｏｗ ｔｏ ｍ ａｋｅ ｔａｂｌｅ ａｎｄ ｒｏｕｔｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ＣＭｏＳ ｃｈｉｐ；ｔｉｍｅｓ ｂｏｏｓｔｉｎｇ；ｐｏｗｅｒ；ａｎｔｉ—ｊａｍｍｉｎｇ
液 晶显 示 性能 的 高低 ，主 要体 现在 液 晶模 块 的 显 示效 果和 电性能 稳定 性两 个 方面 。 为 了获 得 良好 的 显示效 果 （高对 比度 、高响应 速 度 、宽视 角等 ）和较 稳定 的工 作性 能 ，研 发 工作就 显得 非 常重要 。产品研
圉 一 匣 一 回 臣巫 一 圃 一 固
ＶｎＤ
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Ｖｓｓ Ｖ ０ＬｌＴ
一 ‰ ＝２．４—３．６ Ｖ
— Ｖｏ ＝ ２．４ — ５．５ Ｖ
— Ｖｏ＝ ４．５ ～ １ ５．０ Ｖ
—
＝ １ ６．０ Ｖ Ｍ ａｘ
２Ｘ／３Ｘ／４Ｘ／５Ｘ ｏｎ ｃｈｉｐ ＤＣ—ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
四倍压 时 允许范 围 为 ２．４—３．７５Ｖ，五倍 压
时 ＶＣＩ允许范围为 ２．４～３．０Ｖ。
液晶材料简介与几种胆甾型液晶材料的合成
自1984年发明了超扭曲向列相液晶显示器(STN2LCD)以来,由于它的显示容量扩大,电光特性曲线变陡,对比度提高,要求所使用的向列相液晶材料电光性能更好,到80年代末就形成了STN2LCD产业,其代表产品有移动电话、电子笔记本、便携式微机终端。STN型与TN型结构大体相同,只不过液晶分子扭曲角度更大一些,特点是电光响应曲线更好,可以适应更多的行列驱动。STN2LCD用混晶材料的主要成分是酯类和联苯类液晶化合物,这两类液晶黏度较低,液晶相范围较宽,适合配制不同性能的混晶材料。另外为了满足STN混晶的大K33/ K11值和适度△n的要求,通常需要在混晶中添加炔类、嘧啶类、乙烷类和端烯类液晶化合物。调节混晶体系的△n通常用炔类单体、嘧啶类单体乙烷类单体等。K33/ K11值对STN2LCD的阈值锐角有很大影响,较大的K33/K11值使显示有较高的对比度。为了提高K33/K11值,往往需要在混晶中添加短烷基链液晶化合物和端烯类液晶化合物。
1. 2. 1胆甾相液晶
这类液晶大都是胆甾醇的衍生物。胆甾醇本身不具有液晶性质,其中只有当O H基团被置换,形成胆甾醇的酯化物、卤化物及碳酸酯,才成为胆甾相液晶。并且随着相变而显示出特有颜色的液晶相。胆甾相液晶在显示技术中很有用, TN、STN等显示都是在向列相液晶中加入不同比例的胆甾相液晶而获得的。另外,温度计也应用于此液晶。
主要内容：
液晶材料简介与几种胆甾型液晶材料的合成
一 液晶的简介和分类
随着人们对液晶的逐渐了解,发现液晶物质基本上都是有机化合物,现有的有机化合物中每200种中就有一种具有液晶相。
显示用液晶材料是由多种小分子有机化合物组成的,现已发展成很多种类,例如各种联苯腈、酯类、环己基(联)苯类、含氧杂环苯类、嘧啶环类、二苯乙炔类、乙基桥键类和烯端基类以及各种含氟苯环类等。人们通常根据液晶形成的条件,将液晶分为溶致液晶( Lyot ropic liquid crystal s )和热致液晶( Thermot ropic liquid crystal s)两大类。
反射式胆甾相液晶显示器件双稳特性的研究
各个领 域 ， 曲 向列 相 液 晶显 示 （ Ｎ Ｌ 扭 Ｔ — ＣＤ）超扭 曲 、 向列相 液 晶显示 （ Ｔ Ｌ Ｄ）薄膜 晶体 管液 晶显示 Ｓ Ｎ— Ｃ ，
胆 甾相液 晶显 示器 件。
反射 式胆 甾相 液 晶显 示器 件是 利用 胆 甾相 液晶
件 无法 比拟 的优 点 ： 采 用零场 双 稳态显 示 ， ① 无需刷
新 ， 且不 需要 背光 源 ， 并 真正 发挥 了液 晶显示微 功耗 的优 点 ｉ 采用 Ｂ ａ ｇ反射 光 显 示 ， ② ｒｇ 易于 实现 彩 色 ，
胆 甾相 液 晶具 有三 种 不 同的 分子 排列 结 构 （ 如 图 １， 种 是 平 面 织 构 态 （ ｌ ａ ｅ ｔ ｒ ， 为 Ｐ ）一 ｐａ ｒ ｘｕｅ）称 ｎ ｔ 态； 第二 种是 焦锥 织构 态 （ ｃ ｌ ｏ ｉ ｔｘｕｅ）称 为 ｆ ａ ｃ ｎｃ ｅ ｔ ｒ ， ｏ
Ｌ ｎ － ｏ 一 Ｖ Ｇｕ － ｉｎ ＨＵ Ｊ ｎ ｔｏ ， Ｕ Ｈｏ ｇ ｂ ，Ｌ ｏ ｑａ ｇ ２ ｕ — ａ ’ ＨＵ Ｙｕ － ｕ’ ， ＥＮＧ — ｉ ｚ ２ ｅ ｈ ｉ Ｆ 一 Ｑｉｂｎ ・ ＧＡＯ ｅ－ ｉｇ ， Ｗ ｉｑ ｎ ’
（．ｅ ａ ｏａｏｙｏ ｐ ｃａ Ｄｓ ｌ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｍｉｉ ｒ ｏ ｄ ｃ ｔ ｎ Ｈ ｆ ｉ ３ ０ ９ １Ｋ ｙｎｓｙ ｆ ｕ ａｉ ， ｅｅ ２ ０ ０ ； Ｓ ｐｙ ｔ Ｅ ｏ
Ｋｅ ａ ｅ ｓ ａ ｂ ａ ｕ ｇ 一ｙｗｏｒ ｓ：ｂｉ获 ｌ 一 ｌｙ；ｐｌｎａｒｔ ｘｔ ｒ ；ｆ ｃａｌｃｏｎｉ ｅｘｔ ｒ ；ｒ ｂｂｉｇ ｌ ｎｍ ｅｎｔ ｄ ｓｔ术 ｄｉ 一 ｅ一 ｅ ｏ ｃｔ ｕ ｅ ｕ ｎ ａｉ 究ｐ 流
胆甾相液晶在显示中的应用
胆甾型液晶显示的研究及进展摘要胆甾相液晶是一种在一定温度范围内呈现液晶相的胆甾醇衍生物，其分子内具有手性碳原子和周期性螺旋结构。
在液晶相状态下具有独特的光学特性，因此在功能材料领域具有广阔的应用前景。
本文系统阐述了其在光学显示领域的研究进展关键字：胆甾相液晶，用途，特性，进展1.胆甾型液晶简介液晶是处于固态和液态之间具有一定有序性的有机物质，具有光电动态散射特性；它有多种液晶相态，例如胆甾相，近晶相，向列相等。
由于液晶分子的有序排列，使得其呈现有选择的散射，也因此使其具有显示功能的潜力。
胆甾相液晶是一种在一定温度范围内呈现液晶相的胆甾醇衍生物，其分子内具有手性碳原子和周期性螺旋结构。
在液晶相状态下具有独特的光学特性，类似一维光子晶体，具有选择性布拉格反射，因此在功能材料领域具有广阔的应用前景[1]。
2.胆甾型液晶组成及排列2.1.胆甾型液晶组成单一成分的胆甾型液晶：此类胆甾相液晶分子本身就具有旋光性，大部分是胆甾醇的卤化物、脂肪酸或碳酸酯等衍生物，分子结构通式如图2-1所示，其中-R1为饱和碳链, -R2为任意原子团[2]。
图2-1 胆甾醇酯分子通式此外对氧化偶氮苯甲醚类、对正甲氧基苯甲醛类化合物，具有不对称碳原子，呈长棒状的化合物等通常都可能成为胆甾相液晶。
多组分的胆甾型液晶：为满足液晶各方面性质的要求，故用于显示的胆甾相液晶一般是混合物，可以由胆甾型液晶与胆甾型液晶互混而成，也可以通过向具有不对称碳原子、存在相互成对应体的旋光异构体的向列相液晶分子中添加手性掺杂剂来获得[3]。
2.2.胆甾型液晶分子排列胆甾型液晶具有层状的分子排列结构，层与层间相互平行，其分子细长，长轴具有沿某一优先方向取向，相邻两层分子间的取向不同，一般相差15°左右，且该优先方向取向在空间沿螺旋轴(光轴方向) 螺旋状旋转。
这种特殊的螺旋状结构使得胆甾相晶体具有明显的旋光性、圆偏振光二向色性以及选择性布拉格反射。
选择性反射胆甾相液晶研究进展
选择性反射胆甾相液晶研究进展选择性反射胆甾相液晶（Cholesteric Liquid Crystals，简称CLC）是一种由胆甾分子组成的特殊液晶结构，具有较高的选择性反射和优良的光学性能。
近年来，CLC材料在光子晶体、光学显示、生物传感等领域取得了广泛的应用。
本文将对选择性反射胆甾相液晶的研究进展进行全面分析，介绍其特性、制备方法及应用领域，并展望未来的发展方向。
一、选择性反射胆甾相液晶的特性1. 高度的选择性反射：CLC材料能够选择性反射特定波长的光线，具有较好的光学性能和色彩饱和度。
2. 自组装结构：CLC材料具有自组装的特性，能够形成有序的分子排列结构，表现出周期性的亮暗条纹图案。
3. 光学响应：CLC材料对外部光场具有响应性，能够通过外界条件调控其光学性能，包括反射波长、反射颜色等。
4. 多样的形态：CLC材料在不同条件下可以形成不同的相态，包括螺旋相、等向相、向列相等。
目前，制备CLC材料的方法主要包括溶液法、共溶液法、自组装法、聚合法等。
自组装法是一种较为常用的制备方法，其具体步骤包括：1. 选择合适的胆甾分子：选择性反射胆甾相液晶的制备需要选择适合的胆甾分子，包括手性胆甾、取代基胆甾等。
2. 溶剂溶解：将选取的胆甾分子溶解在合适的溶剂中，形成准备溶液。
3. 自组装调控：通过调控溶液中的温度、浓度、PH值等条件，使胆甾分子自组装成周期性结构。
4. 固化处理：将自组装成液晶相的溶液进行固化处理，以形成稳定的CLC材料。
由于其独特的光学性能和自组装特性，选择性反射胆甾相液晶材料在多个领域具有广泛的应用前景，包括：1. 光子晶体：CLC材料可作为光子晶体的组成单元，用于制备光学滤波器、光学隔离器等光学器件。
2. 光学显示：由于CLC材料具有选择性反射和响应性，可应用于全彩色调制光学显示技术，制备高分辨率的显示器件。
3. 生物传感：CLC材料对外界光场具有敏感性，可应用于生物传感器、光学探测器等领域，用于生物分子检测与分析。
液晶面板显示模式介绍
三、广视角技术
观察角度不同,获得的亮度不同
1.广视角分类：
TN+Film相位补偿方式 共面开关（In-Plane Switch, IPS）模式（日立的SuperIPS和现代电子的FFS(Fringe Field Switching)液晶模式 则是IPS的改进 ） 多畴垂直取向（Multi-domain Vertical Alignment, MVA ）模式（三星公司的PVA(Patterned Vertical Alignment)模式及夏普公司的ASV(Advanced Super V)模 式是MVA模式的延伸） 其它还有松下的OCB(Optical Compensated Birefringence)及NEC的SFT(Super-fine TFT)技术等等
CF Pixel Array: 马赛克式:：显示AV动态画面 直条式：较常显示文字画面,(Note Book)
面板Array:
单一画素结构：
TFT工作原理： TFT为一三端子元件，在LCD应用上可视为一开关 液晶组件的作用类似一个电容，藉Switch的 ON/OFF对电容储存的电压值进行更新/保持。 SW ON时信号写入(加入、记录)在液晶电容上，在 以外时间 SW OFF，可防止信号从液晶电容泄漏。
(1)Vgs>Vth：讯号读取
TFT组件在闸极(G)给予适当电压(VGS>起始电压Vth,注), 使通道(a-Si)感应出载子(电子)而使得源极(S)汲极(D)导 通。 【注】：Vth为感应出载子所需最小电压 。
(2)Vgs<Vth：讯号保持 当Vgs小于起始电压时没有感应出载子则通道成断 路。
IPS模式特性：
1.无论是垂直还是水平方向，±80º 内均没有阶调反转现象。 2.电压保持率很高。 3.视角特性的方位对称性不佳。在某些方位角视角范围不够宽。 4.开口率小，透过低。
液晶材料简介与几种胆甾型液晶材料的合成
自1992年发现胆甾相液晶具有零场下多稳定相态织构现象以来,反射式胆甾相液晶显示(Cholesteric liquid crystal display ,简称:Ch2LCD)已发展成为一种新型显示模式。最突出的优点是具有零场记忆特性,在零电场时,能长期保持显示内容,其能耗只有TFT2LCD的1/ 8左右。由于不需要偏振片和背光源,具有高反射能力和宽视角,能够实现类似纸般的阅读效果,特别适用于电子书籍阅读器、商业广告等领域。美国、日本、欧洲和中国等国家投入了大量人力、物力从事这方面的基础研究和应用开发工作,发展很快。2000年开发出黄绿模式胆甾相液晶电子书籍,2001年开发出黑白模式电子书籍2003年已发展到全彩色模式e2book ,成为近几年液晶显示领域的一个热点。显示用胆甾相液晶材料是由宽温向列相液晶组合物(Nematic liquid crystal components)和手性组合物(Chiral components)配制而成,具有平面织构(Planar Texture)、焦锥织构(Focal Conic Texture)等多种稳定相态的液晶材料。与其他液晶材料相比,胆甾相液晶材料的螺距较短、双折射率大、手性组分含量高。
1胆甾相液晶材料的性能要求
胆甾相液晶材料独特的螺旋结构决定了它特殊的光学特性[7 ]。对于反射式液晶显示,其液晶材料必须满足Bragg方程(1) ,即中心反射波长(λ0)与液晶材料的螺矩( p)及其平均折射率(n)成正比:λ0=.n p (1)由于液晶材料具有介电各向异性、折射率ne和no ,平均折射率(n )为( ne + 2no ) / 3。例如,若一液晶的ne = 1. 70 ,no = 1. 50 ,为了反射出波长λ=550nm的可见光,其螺矩应约为350nm。另一方面,液晶显示的反射光谱波带(Δλ)是与液晶材料的螺矩( p)及双折射率(Δn=ne -no)成正比:Δλ= pΔn (2)从公式(2)中可见,当p值一定时,在满足Bragg反射(即Δλ值一定)的前提下,提高胆甾相液晶材料的Δn ,有利于改善液晶反射效果。液晶材料的螺距p和手性掺加剂的螺旋扭曲力常数(Helical Twisting Power ,简称HTP值)及其在液晶组合物中的含量Xc关系是:p = [(HTP)Xc] -1(3)胆甾相液晶材料的HTP值是由手性分子自身性质决定。当p值一定时,手性分子的HTP值越大,在其液晶材料中的含量(Xc)相对越少,越有利于胆甾相液晶的性能改善。由于不同Ch2LCD模式具有不同的螺矩,只有通过调节不同HTP值的手性组分及其在液晶材料中的含量来改变螺矩和反射波长(或显示屏颜色)。在胆甾相液晶材料中,其Δn、介电各向异性(Δε)是由向列相液晶组合物性能决定,其粘度是由向列相液晶组合物和手性组合物共同决定。要改善胆甾相液晶显示性能,降低工作电压、增加亮度、提高响应速度和工作温度范围、实现黑白或全色彩的高对比度显示,除了改进显示方法外,必须在提高液晶材料的双折射率、扩大介电各向异性、降低粘度、减少手性组分含量等方面解决问题。因此,设计与合成新型高HTP值的手性化合物分子,开发低粘度、高Δn值、高Δε值液晶分子已成为近几年的重要新课题。
液晶显示器的原理和制造
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由于介电各向异 性， 导致向E 列2 相分子(n 被•E 电)场2强迫取向：
W D • d E 2 2
（2）
（2）式中第一项与取向无关，第二项对取向非常重要
当Δ >0时，若 n//E，则 (n•E )2为最大，W为最小；
即分子倾向沿电场排列
当Δ <0时，若 nE ，则 (n •E )20， W为最小；
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4.光学各向异性: 双折射 △n = ne - no
冰洲石
图6
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光在向列相中的传播 液晶分子长轴的方向——光轴
双折射现象、光波的叠加、干涉等现象均同 样在液晶中发生，只要将液晶作为单轴正晶
体就可作类似的分析。
编辑p向列相的三种形变
展曲 K11
和晶体之间的中间相（mesophase）
晶体 液晶 （各向同性）液体 具有液晶相的物质都是有机化合物
气体
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四、液晶的特点
表1
(各向同性)液体
液晶
晶体
宏观
流动性、各向同性
流动性、各向异性
有一定形状、各向异性
微观
位置短程序
位置短程序、方向序
位置长程序
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液晶相
晶体
向列相液晶
温 度 图编辑1ppt
即分子倾向垂直电场排列
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图5
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3.电阻率与电极效应
液晶的电阻率ρ的 数量级为 108~1102•c，m近乎半导体 和绝缘体的边界。ρ作为液晶纯度的表征量， ρ小→ 直流分量大 → 电化学分解 → LCD的寿命降低 ρ大 → 质量好，但ρ太大，则难以制备（产率太低）
胆甾相液晶可见光布拉格反射实验
胆甾相液晶可见光布拉格反射实验阮 亮 丁慎训 杨秀珍(清华大学现代应用物理系，北京 100084)摘 要 胆甾相液晶可见光反射行为，在某种意义上与晶体粉末样品X光衍射相似，本文主要提供一个巧妙而又直观的布拉格反射实验方法，并测量胆甾相结构周期——螺距与温度的关系，进而揭示胆甾相液晶热色效应的机理.关键词 胆甾相液晶；布拉格反射分类号 O 734.2研究布拉格反射规律通常是使用X射线或微波，本文则提供了一个更直观的实验来达到这一目的.实验用胆甾相的多畴螺旋结构代替晶体粉末样品，由胆甾相螺旋结构的周期——半螺距P/2代替晶体的晶格常数a，用可见光来代替X射线或微波，既可用肉眼观察，又可用实验装置定量的测量.为了进一步阐明实验原理，有必要对物质中介态——液晶态作一简单介绍.某些具有各向异性的分子(如棒状、板状、盘状)组成的有机化合物可以为液晶，它是一个介于固相和液相之间的中介相，加热过程中液晶有一个固相到液晶相转变的温度T m(熔点)，继而有一个液晶相到各向同性液相的转变温度T c(清亮点——由混浊的液晶相变为清彻透明的液相而得名)，因此，仅在T m～T c温度范围内为液晶相.它具有晶体的各向异性，又具有液体的流动性，此类液晶属热致液晶，其结构可分为三大类：近晶型、向列型、胆甾型，分别如图1的(a)、(b)、(c).向列相中长棒状分子的位置是无序的，图1 液晶的分子排列但分子取向是有序的，沿某一从优方向取向，此从优方向用一单位矢量n(称为指向矢)来描述，液晶相中n和-n是不可区别的.胆甾相可以认为是螺旋向列相，指向矢n在空间不是恒定的，沿螺旋轴(光轴)螺旋状旋转.胆甾相结构沿光轴呈周期变化，由于n和-n的等价性，所以其重复周期为半螺距P/2.由于其结构的特征，胆甾相光学性质是独特的，指向矢n旋转上千圈/mm；又由于半螺距的典型值约为3 000，它远大于分子的线度，与可见光波长相当，所以这种周期结构可以产生可见光的布拉格反射.当然，胆甾相螺距由材料本身的组分确定，并随外界温度(电场、磁场等因素)而变化，产生色彩鲜明的布拉格反射谱，形成有趣而实用的胆甾相热色(温度)效应(电光、磁光效应)，较固定晶格常数的晶体具有更丰富、更奇妙的性质.1 反射模型早在1933年Oseen［1］确认，光从互相平行的指向矢平面上反射，满足布拉格反射条件，但由于胆甾相沿光轴不同方向的折射率不同，故严格处理很复杂.我们采用Fergason［2］的反射模型：1) 零级近似下，认为胆甾相为具有平均折射率的各向同性介质.2) 一级近似下，我们注意到介质并不严格各向同性，光学性质受到空间结构周期半螺距的调制，对一般胆甾相～1.5(双折射Δn《)，由可见光布拉格反射实验可以证实其不失普遍性.更为精确的处理方法已被de Vries［3］等指出，要用麦克斯韦方程和折射率张量求解.图2为胆甾相多畴样品中的布拉格反射，所有的光线都假定在纸面内，并图示了倾斜入射时A畴、B畴典型的几何条件［4］.设可见光束按入射角φｉ在样品中传播，一直到达A畴或B畴，光线受到布拉格反射，其出射角用表示，布拉格反射前后光束间夹角为2γ，则由图2 A畴和B畴可以得到布拉格反射条件(取一级谱)λ=λ0cosγ (4)其中λ0是γ=0°时的波长，由于胆甾相结构周期为P/2，液晶平均折射率为，则λ0=2P/2=P，式(4)变为λ=Pcosγ，由此得到相应A畴、B畴的波长为式(5)即斜入射的布拉格反射条件.当选择胆甾相螺距为～4 000时，不同出射角φｒ处有可见光多彩谱线存在，这就是可见光布拉格选择反射谱.为了获得尽量多的复盖红→紫的鲜明色彩，选择大的倾角φＩ=80°入射是有利的.为了统一起见，定义：出射方向与-x方向夹角αｒ表示出射角，则αｒ(A)=90°+φｒ(A),αｒ(B)=90°-φｒ(B).于是，式(5)统一为2 实验图3为测量系统装置简图.选用水银(或氦灯)作光源，用控温装置改变样品温度，用分光计、光电接收器测量谱线强度和位置.图3 布拉格反射实验测量系统简图2.1 测量布拉格选择反射谱强度的角分布图4 布拉格选择反射谱强度角分布Iλ(α)～α固定大入射角φI=80°，选择5～6个适当的温度值，测量布拉格反射谱强度Iλ(α)，见图4.采用水银灯光源，相应红→紫的可见光谱线为λ=6 234,5 780,5 461,4358,4 0462.2 布拉格选择反射波长的角分布λｔ(α)在图4的Iλ(α)中，用强度峰值对应的谱线波长λｍ和相应的α角作λｔ(α)曲线族，见图5，这就是不同温度条件下，布拉格选择反射波长的角分布曲线族.图5 布拉格选择反射波长的反射角分布λｔ(α)～α曲线2.3 布拉格反射波长随温度变化规律(在固定的反射方向观察)由λｔ(α)～α实验曲线，选择固定的反射方向α角，作布拉格反射波长λa(t)～t 曲线族，如图6所示.由图6可清楚地看出，对着α反射方向观察反射波长颜色随温度的变化，这就是胆甾相液晶温度效应的温度色标.图6 不同反射角α的布拉格反射波长随温度变化曲线2.4 测定胆甾相螺距随温度的变化规律由图5实验曲线族λｔ(α)～α，在不同温度下，由相应的(λ,α)ｔ值，按式(5)计算P(t)，作P(t)～t曲线，这是利用布拉格反射谱反过来测定胆甾相螺距的方法，并揭示：温度引起的布拉格反射谱的种种变化来源于液晶结构螺距的改变，这就是胆甾相液晶热色效应的机理.3 参考文献1 Oseen C W. The Theory of Liquid Crystals. Trans Faraday Soc, 1933,29:8832 Fergason J L. Mol Cryst. Liq Cryst, 1966,1:2933 de Vries H. Rotatory Power and Other Optical Properties of Certain Liquid Crystals. Acta Crystallorgr, 1951,4:2194 de Gennes P G. 液晶物理学.1975修订版.孙政民，王新久编译.上海：上海翻译出版公司，1990.289收稿日期：1997-08-12AN EXPERIMENT ON THE BRAGG REFLECTION OF LIGHTFROM A CHOLESTERIC LIQUID CRYSTALRuan Liang Ding Shenxan Yang Xiuzhen(Department of Physics, Tsinghua University, Beijing, 100084, China) Abstract Light scattering from a cholesteric liquid crystal behaves in a manner analogous to X-ray scattering from solid powder samples. It is provided an experiment on the Bragg reflection of light, the relationship between period of a cholesteric structure-pitch and temperature is measured and the mechanism of themal-colur effect from a cholesteric liquid crystal is revealed.Key word cholesteric liquid crystal; Bragg reflection。