液晶显示技术概述

【中心议题】

•        *液晶技术的原理
•        *液晶技术发展现状及趋势

【解决方案】

•        *由旋光分子组成
•        *通过添加不同旋转螺距的旋光剂，调配出红、绿、蓝等颜色，以满足彩色化显示的需求

液晶是介于固体和液体之间状态的某些有机化合物，具有各向异性的光学特性，对外界的电场、磁场和温度感觉灵敏。液晶显示器采用液晶作显示材料，通过阵列的液晶光闸控制光线来显示文字、图形和图像。目前，已开发出的液晶显示器有胆甾型液晶显示（CholestericLiquid Crystal Display，ChLCD）、顶点双稳显示（ZenithalBistable Display，ZBD）、铁电液晶显示（Surface StabilizedFerroelectric Liquid Crystal Display，SSFLCD）、聚合物分散液晶显示（Polymer Dispersed Liquid Crystal Display，PDLCD）、向列相液晶显示（Nematic Liquid Crystal Dis-play，NCLD）等。

技术原理

胆甾型液晶显示由旋光分子组成，液晶分子的排列具有周期性螺旋结构。在没有外加电场的状况时，存在平面状态与焦点圆锥状态两个稳定态；在平面状态时，胆甾型液晶的周期性排列如同晶体的规则晶格排列，入射光中满足布拉格反射条件的光波长将会形成建设性干涉，而将该波长的入射光反射回来，此时为亮状态，由此可改变胆甾型液晶的周期改变反射颜色。在焦点圆锥状态时，由于胆甾型液晶将呈现不规则排列，因此会散射入射光，下面贴上吸收层则为暗态。该技术可以通过添加不同旋转螺距的旋光剂，调配出红、绿、蓝等颜色，以满足彩色化显示的需求。这种显示方式的优点：受到上下板间距的影响较小、不需要偏振片及彩色滤光片、可以被动矩阵式驱动。而胆甾型液晶达到双稳态效应的方式有两种，一种是表面安定型，另一种则是高分子安定型，这两项技术都是近年来相当热门的

胆甾型液晶显示技术。

顶点双稳态型液晶显示器拥有与内部面板垂直或平行的液晶分子。这些液晶分子处于黑或白两个稳定的方向之一，通过极化的电压脉冲可以实现两个状态之间的转换。这种双稳状态不受热量或压力的影响，而且一旦确定，状态就将保持下去，即使电源关掉也不受影响。

铁电型液晶分子的排列是呈螺旋的层状排列，当其中任两层的液晶分子呈现相同的倾斜排列方式时，它们之间的距离称为一个螺距。铁电型液晶夹在两片间隙小于一个螺距的透明导电体之间时，边界和液晶分子间的交互作用力使得分子的排列受到限制而无法形成螺旋的层状排列，边界的作用使每一层的液晶分子方向一致，液晶分子的长轴和层结构的法线方向夹角，在能量分布对称下，液晶分子有两种稳定状态的选择方式，至于液晶分子选择哪种状态存在，受外加电场的控制。

聚合物分散型液晶工作在光散射模式与透明模式之间的切换：无电场时，液晶微滴在聚合物中随机分布，几乎所有液晶微滴与聚合物之间都出现折射率失配，入射光被散射，液晶膜呈现为混浊不透明状，称为关态；当在聚合物分散型液晶膜上施加电场时，液晶分子的指向是沿电场方向分布，此时液晶分子的折射率与聚合物的折射率相等，液晶膜表现为透明状，即开态。

向列型液晶的分子呈棒状形刚性部分平行排列，该种液晶分子运动自由度大，是流动性最好的液晶，此类型液晶的粘度小，应答速度快，是最早被应用的液晶，普遍地应用于液晶电视、笔记本电脑以及各类型显示元件上。

研发进展

胆甾型液晶属于反射式显示器，利用外界环境光源来显示影像，无需背光源，同时具有双稳态特性，所以胆甾型液晶显示技术同样非常省电。富士通采用PM反射式胆甾型液晶显示器，开发出全球首款具图像记忆功能的可弯曲彩色显示器，但目前只能少量供应。

双稳态液晶显示技术特点是两个光性状态在无外电场作用时都能够稳定存在一段时间，在外电场作用下，两个光性状态可以相互转换。由于显示所用的两个光性状态在无外场的情况下是稳定的，所以不需要长时间加外场来维持显示状态，就有了比较省电的特点。这类显示技术在静态显示方面能够表现出省电这一优势。

液晶在柔性显示方面的研究较为成熟，研发机构包括柯达、富士通、富士施乐公司以及台湾工业技术研究院等。

柔性液晶显示器可以延续许多传统的制造技术，比较容易切入产品市场。

下一步研究方向

液晶显示器在工艺、设备的开发及基础研究相当完整，且玻璃基板已属于相当成熟的产业，加上部分产品应用在硬质塑胶基板上，现阶段要将液晶的显示模式套用在柔性塑胶基板时所需的资源相对较少。

液晶显示机制上存在以下难点：胆甾型液晶显示和聚合物分散型液晶显示存在响应速度较慢、驱动电压较高、对比度偏低等突出的问题；顶点双稳态液晶柔性显示存在难于实现全彩显示、可视角度较窄等问题；铁电液晶显示响应速度快，可以实现高质量动画显示效果，由于铁电液晶分子成近晶型排列，织构很容易受外界的压力或震动破坏。由于向列相液晶图像取决于聚合物之间的单元间隙，面板的弯曲会造成间隙改变，进而影响图像质量，背光模块的设计难度会大幅增加，保证屏幕亮度均匀性就显得尤为困难。进一步研究方向是开发新液晶材料，改进驱动技术，提高柔性液晶显示器的性能。