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)0420226203

Re 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 tive

CHLCD M ulti 2dom a in S truc ture

ZHAN 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

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　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