雙穩(wěn)態(tài)液晶顯示技術(shù)的研究進(jìn)展分析

趙秀方

摘 要：針對(duì)雙穩(wěn)態(tài)液晶顯示器而言，其具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如可柔性化、輕便及節(jié)能等，因而在諸如射頻標(biāo)簽、智能卡、電子書及寫字板等領(lǐng)域當(dāng)中得到廣泛應(yīng)用。本文分別從液晶的向列相、近晶相與膽甾相三方面，就其雙穩(wěn)態(tài)顯示模式、顯示原理及最新進(jìn)展作一探討，望能為此領(lǐng)域研究有所借鑒。

關(guān)鍵詞：雙穩(wěn)態(tài)；液晶顯示；柔性顯示

1968年，世界首臺(tái)液晶顯示器誕生。而到了1972年，有研究成功研制出世界首臺(tái)扭曲向列相液晶顯示器（TN-LCD），在此之后，其便在諸如汽車顯示、手表、計(jì)算器及測(cè)試設(shè)備等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用；針對(duì)此種顯示器而言，其乃是現(xiàn)階段應(yīng)用最多，同時(shí)也是最廣泛的液晶顯示模式。但TN-LCD也有自身不足，即沒(méi)有能夠從根本上實(shí)現(xiàn)輕薄柔性化，存在著比較大耗電量，因此，其市場(chǎng)應(yīng)用廣度有限。為了能夠從根本上將TN-LCD所存在的不足給克服掉，有研究開始圍繞此展開研究，開發(fā)出新型的液晶顯示模式-雙穩(wěn)態(tài)液晶顯示，此種顯示器不僅可柔性化，而且還節(jié)能、輕便，因而在諸多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。本文雙穩(wěn)態(tài)液晶顯示技術(shù)的最新研究進(jìn)展作一探討。

1.雙穩(wěn)態(tài)膽甾相液晶顯示分析

1.1膽甾相液晶

圍繞雙穩(wěn)態(tài)液晶所開展的研究，大多以雙穩(wěn)態(tài)膽甾相液晶為出發(fā)點(diǎn)，當(dāng)其處于零電壓下，主要有兩種穩(wěn)定狀態(tài)，其一為焦錐態(tài)，其二是平面態(tài)，楊登科教授（美國(guó)肯特州立大學(xué)液晶研究中心）在其所發(fā)表的《雙穩(wěn)態(tài)膽甾相液晶顯示器》中明確分析了雙穩(wěn)態(tài)膽甾相液晶顯示器所具有的基本工作原理。基于零電壓情況下，膽甾相液晶能夠維持在一種平面態(tài)。而對(duì)于膽甾相液晶來(lái)分析，其則具有比較典型的螺旋結(jié)構(gòu)，另外，針對(duì)螺旋軸而言，其垂直于液晶盒基板，此時(shí)，射光的的螺旋距p與波長(zhǎng) 均與 =np相符，其中，n所所代表的是液晶的平均折射率；當(dāng)滿足此公式時(shí)，某一特定的顏色、波長(zhǎng)的入射光會(huì)被反射出去，所以，針對(duì)調(diào)節(jié)螺距來(lái)講，其能夠?qū)Ψ瓷涔獾念伾⒉ㄩL(zhǎng)進(jìn)行調(diào)控。在液晶盒的2片導(dǎo)電玻璃上，增加某一數(shù)值電壓，如此一來(lái)，便能夠達(dá)到驅(qū)動(dòng)液晶，使其從平面態(tài)向焦錐態(tài)轉(zhuǎn)換，當(dāng)處于焦錐態(tài)過(guò)程中，液晶分子大多呈現(xiàn)為多疇狀態(tài)，此時(shí)，螺旋結(jié)構(gòu)僅處于各單疇內(nèi)，但從整體層面來(lái)分析，螺旋軸沒(méi)有規(guī)取向。此時(shí)，針對(duì)入射光而言，其把處于雜亂狀態(tài)的焦錐態(tài)弱散射，并且液晶盒呈現(xiàn)為透明狀態(tài)。

1.2聚合物穩(wěn)定膽甾相液晶

有學(xué)者經(jīng)研究，給出了一種新型且更具實(shí)用性的聚合物穩(wěn)定指紋態(tài)膽甾相液晶顯示器，其相比普通膽甾相液晶顯示器件，對(duì)比度為后者的2.5倍，而響應(yīng)時(shí)間僅為了10ms，較普通器件（相同液晶材料，230ms），顯著偏低。還需要指出的是，此種器件所選用的膽甾相液晶當(dāng)中加入有一些光引發(fā)劑，填充于兩片表面的導(dǎo)電玻璃基板間，把其進(jìn)行加熱，使之達(dá)到各個(gè)向同性態(tài)，然后再降溫，伴隨紫外的持續(xù)曝光，可以從中獲得比較優(yōu)質(zhì)的指紋態(tài)疇織構(gòu)（50um），相比5um的指紋態(tài)疇織構(gòu)（普通聚合物穩(wěn)定液晶），明顯偏高。需要強(qiáng)調(diào)的是，之所以能夠形成比較特殊的聚合物穩(wěn)定指紋態(tài)膽甾相液晶結(jié)構(gòu)，究其原因，主要因?yàn)樘幱谀戠尴嘁壕Р牧稀⒕酆衔锞W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的內(nèi)在相互作用。且基于各視角或作用下，聚合物穩(wěn)定指紋態(tài)液晶在具體的對(duì)比度上，相比聚合物穩(wěn)定液晶，要明顯偏高。針對(duì)均一取向表面而言，其對(duì)于那些大的指紋態(tài)疇織構(gòu)，能夠起到比較良好的錨定作用，而對(duì)于與之相配套的聚合物網(wǎng)絡(luò)而言，依據(jù)具體的液晶結(jié)構(gòu)，能夠發(fā)生聚合情況，所以，其能夠?qū)Υ髩K膽甾相液晶疇的形成具有穩(wěn)定效果。

2.雙穩(wěn)態(tài)向列相液晶顯示

2016年，有學(xué)者提出了一種擁有較低能耗的頂點(diǎn)穩(wěn)定雙穩(wěn)態(tài)向列相液晶顯示器件（ZBD），當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓維持在30V時(shí)，與之相對(duì)應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間為40ms，而對(duì)于驅(qū)動(dòng)閾來(lái)講，其電壓則維持在10V。針對(duì)那些借助表面取向而達(dá)成有規(guī)則的誘導(dǎo)向列相液晶，其會(huì)沿著取向表面，呈現(xiàn)出持續(xù)性的排列。還需要強(qiáng)調(diào)的是，因取向表面呈現(xiàn)為凹槽狀或凸起狀（非平面），所以，液晶呈各種形態(tài)的混合排列，此時(shí)，針對(duì)入射光而言，其將會(huì)被散射，而且對(duì)于相關(guān)器件而言，會(huì)最終達(dá)成散射的白態(tài)。需強(qiáng)調(diào)的是，如果取向?qū)哟嬖诓煌潭鹊娜毕荩藭r(shí)，會(huì)對(duì)向列相液晶相應(yīng)連續(xù)混合排列造成嚴(yán)重的破壞，呈現(xiàn)為互相平行狀態(tài)，且與器件平面所對(duì)應(yīng)的排列相垂直；此時(shí)，光透過(guò)器件，能夠?qū)⒌装孱伾o顯示出來(lái)，也就是透明的黑態(tài)。針對(duì)這兩種穩(wěn)態(tài)來(lái)講，能夠借助各種電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)彼此轉(zhuǎn)變，究其原因，主要因?yàn)橐壕Х肿铀尸F(xiàn)出的連續(xù)混合排列，其與缺陷之間呈現(xiàn)均勻排列，且彼此之間構(gòu)建起了1個(gè)高勢(shì)壘；當(dāng)處于無(wú)電場(chǎng)狀態(tài)，那么液晶分子在具體排列上，不會(huì)發(fā)生較大改變；如果存在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，那么此時(shí)的液晶分子會(huì)被擾動(dòng)，原本的勢(shì)壘會(huì)被打破，因而會(huì)出現(xiàn)不同情況的分子排列變化。

3.關(guān)于雙穩(wěn)態(tài)近晶A相液晶的最新研究進(jìn)展分析

3.1聚合物分散近晶相液晶

2018年，有研究基于透明塑料基板，成功研制了聚合物分散液晶顯示器（PDLC），針對(duì)此顯示器而言，其首次把單面導(dǎo)電的塑料薄膜PET，成功應(yīng)用在水平光滑的臺(tái)面上（正面朝上且平放），把包含直徑大小為16μm的聚苯乙烯間隔球、離子摻雜劑及近晶A相液晶的混合物，以一種比較均勻的方式，涂抹于導(dǎo)電基板上，然后把另外一個(gè)導(dǎo)電塑料基板在其上方覆蓋，并利用橡膠輥將其按壓均勻，最后則采用紫外光照射（高、低強(qiáng)度）的紫外光照射，最終構(gòu)建PDLC。

3.2聚合物墻穩(wěn)定近晶A相液晶分析

有研究利用聚合物墻封裝法，成功制備了玻璃基板雙穩(wěn)態(tài)近晶相A液晶顯示器，另外，借助電場(chǎng)誘導(dǎo)相分離的方法，構(gòu)建起了聚合物墻，對(duì)液晶進(jìn)行封裝，且與上下兩基板進(jìn)行連接。相比于柔性顯示器（聚合物分散制備），無(wú)論是在戶外可讀性上，還是在對(duì)比度、光電特性上，均有有很大的提升。而在具體的試樣制備上，其具體步驟與PDLC相同，但在基站的表面，則為氧化銦錫（ITO），呈現(xiàn)為方形網(wǎng)格形狀，當(dāng)頻率為15kHz。并且電壓是11.1Vrms/m時(shí)，樣品處于此種交流電場(chǎng)下，以每秒2℃的速度，自100℃快速下降至30℃，當(dāng)處于30℃時(shí)，靜置2h，后于紫外光下（光強(qiáng)為12.4mW/cm2），持續(xù)照射10分鐘。可聚合單體與液晶分子之間，由于存在著不同介電常數(shù)，因此，基于電場(chǎng)誘導(dǎo)下，處于相分離狀態(tài)，如此一來(lái)，單體會(huì)不斷聚集于網(wǎng)格線條區(qū)域，且進(jìn)行光聚合，而液晶于網(wǎng)格內(nèi)聚集，能夠形成比較獨(dú)立的像素，最終制備成聚合物墻雙穩(wěn)態(tài)近晶A相柔性顯示器。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上，本文就雙穩(wěn)態(tài)液晶的當(dāng)前發(fā)展情況作一探討，依據(jù)近晶相、向列相與膽甾相的基本分類，對(duì)其雙穩(wěn)態(tài)液晶的基本工藝及優(yōu)勢(shì)作一淺顯分析。與傳統(tǒng)扭曲向列相液晶顯示器相比較，雙穩(wěn)態(tài)液晶器具有節(jié)能、輕便等特點(diǎn)，因而應(yīng)用前景廣闊。

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