雙穩態液晶顯示技術的研究進展分析

趙秀方

摘 要：針對雙穩態液晶顯示器而言，其具有諸多優點，如可柔性化、輕便及節能等，因而在諸如射頻標簽、智能卡、電子書及寫字板等領域當中得到廣泛應用。本文分別從液晶的向列相、近晶相與膽甾相三方面，就其雙穩態顯示模式、顯示原理及最新進展作一探討，望能為此領域研究有所借鑒。

關鍵詞：雙穩態；液晶顯示；柔性顯示

1968年，世界首臺液晶顯示器誕生。而到了1972年，有研究成功研制出世界首臺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、計算器及測試設備等領域中得到廣泛應用；針對此種顯示器而言，其乃是現階段應用最多，同時也是最廣泛的液晶顯示模式。但TN-LCD也有自身不足，即沒有能夠從根本上實現輕薄柔性化，存在著比較大耗電量，因此，其市場應用廣度有限。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，開發出新型的液晶顯示模式-雙穩態液晶顯示，此種顯示器不僅可柔性化，而且還節能、輕便，因而在諸多領域中得到廣泛應用。本文雙穩態液晶顯示技術的最新研究進展作一探討。

1.雙穩態膽甾相液晶顯示分析

1.1膽甾相液晶

圍繞雙穩態液晶所開展的研究，大多以雙穩態膽甾相液晶為出發點，當其處于零電壓下，主要有兩種穩定狀態，其一為焦錐態，其二是平面態，楊登科教授（美國肯特州立大學液晶研究中心）在其所發表的《雙穩態膽甾相液晶顯示器》中明確分析了雙穩態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。而對于膽甾相液晶來分析，其則具有比較典型的螺旋結構，另外，針對螺旋軸而言，其垂直于液晶盒基板，此時，射光的的螺旋距p與波長 均與 =np相符，其中，n所所代表的是液晶的平均折射率；當滿足此公式時，某一特定的顏色、波長的入射光會被反射出去，所以，針對調節螺距來講，其能夠對反射光的顏色、波長進行調控。在液晶盒的2片導電玻璃上，增加某一數值電壓，如此一來，便能夠達到驅動液晶，使其從平面態向焦錐態轉換，當處于焦錐態過程中，液晶分子大多呈現為多疇狀態，此時，螺旋結構僅處于各單疇內，但從整體層面來分析，螺旋軸沒有規取向。此時，針對入射光而言，其把處于雜亂狀態的焦錐態弱散射，并且液晶盒呈現為透明狀態。

1.2聚合物穩定膽甾相液晶

有學者經研究，給出了一種新型且更具實用性的聚合物穩定指紋態膽甾相液晶顯示器，其相比普通膽甾相液晶顯示器件，對比度為后者的2.5倍，而響應時間僅為了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中加入有一些光引發劑，填充于兩片表面的導電玻璃基板間，把其進行加熱，使之達到各個向同性態，然后再降溫，伴隨紫外的持續曝光，可以從中獲得比較優質的指紋態疇織構（50um），相比5um的指紋態疇織構（普通聚合物穩定液晶），明顯偏高。需要強調的是，之所以能夠形成比較特殊的聚合物穩定指紋態膽甾相液晶結構，究其原因，主要因為處于膽甾相液晶材料、聚合物網絡結構的內在相互作用。且基于各視角或作用下，聚合物穩定指紋態液晶在具體的對比度上，相比聚合物穩定液晶，要明顯偏高。針對均一取向表面而言，其對于那些大的指紋態疇織構，能夠起到比較良好的錨定作用，而對于與之相配套的聚合物網絡而言，依據具體的液晶結構，能夠發生聚合情況，所以，其能夠對大塊膽甾相液晶疇的形成具有穩定效果。

2.雙穩態向列相液晶顯示

2016年，有學者提出了一種擁有較低能耗的頂點穩定雙穩態向列相液晶顯示器件（ZBD），當驅動電壓維持在30V時，與之相對應的響應時間為40ms，而對于驅動閾來講，其電壓則維持在10V。針對那些借助表面取向而達成有規則的誘導向列相液晶，其會沿著取向表面，呈現出持續性的排列。還需要強調的是，因取向表面呈現為凹槽狀或凸起狀（非平面），所以，液晶呈各種形態的混合排列，此時，針對入射光而言，其將會被散射，而且對于相關器件而言，會最終達成散射的白態。需強調的是，如果取向層存在不同程度的缺陷，此時，會對向列相液晶相應連續混合排列造成嚴重的破壞，呈現為互相平行狀態，且與器件平面所對應的排列相垂直；此時，光透過器件，能夠將底板顏色給顯示出來，也就是透明的黑態。針對這兩種穩態來講，能夠借助各種電場，實現彼此轉變，究其原因，主要因為液晶分子所呈現出的連續混合排列，其與缺陷之間呈現均勻排列，且彼此之間構建起了1個高勢壘；當處于無電場狀態，那么液晶分子在具體排列上，不會發生較大改變；如果存在電場驅動，那么此時的液晶分子會被擾動，原本的勢壘會被打破，因而會出現不同情況的分子排列變化。

3.關于雙穩態近晶A相液晶的最新研究進展分析

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），針對此顯示器而言，其首次把單面導電的塑料薄膜PET，成功應用在水平光滑的臺面上（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，涂抹于導電基板上，然后把另外一個導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、低強度）的紫外光照射，最終構建PDLC。

3.2聚合物墻穩定近晶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態近晶相A液晶顯示器，另外，借助電場誘導相分離的方法，構建起了聚合物墻，對液晶進行封裝，且與上下兩基板進行連接。相比于柔性顯示器（聚合物分散制備），無論是在戶外可讀性上，還是在對比度、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），呈現為方形網格形狀，當頻率為15kHz。并且電壓是11.1Vrms/m時，樣品處于此種交流電場下，以每秒2℃的速度，自100℃快速下降至30℃，當處于30℃時，靜置2h，后于紫外光下（光強為12.4mW/cm2），持續照射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，因此，基于電場誘導下，處于相分離狀態，如此一來，單體會不斷聚集于網格線條區域，且進行光聚合，而液晶于網格內聚集，能夠形成比較獨立的像素，最終制備成聚合物墻雙穩態近晶A相柔性顯示器。

4.結語

綜上，本文就雙穩態液晶的當前發展情況作一探討，依據近晶相、向列相與膽甾相的基本分類，對其雙穩態液晶的基本工藝及優勢作一淺顯分析。與傳統扭曲向列相液晶顯示器相比較，雙穩態液晶器具有節能、輕便等特點，因而應用前景廣闊。

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