藍相液晶材料技術

刊登日期:2012/12/27
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藍相是存在於膽固醇相與澄清相(Helical-isotropic)間一個很狹窄溫度範圍(<2°C), 依其晶型可分成BP I 、BP II 和BP III 三種,其中BP I 、II 具立方體對稱:BP I 為體心立方結構(Body-centered Cubic; BCC), BP II 則為簡單立方結構(Simple Cubic; SC) (圖二), BP 晶格週期很小,大都在可見光範圍,在偏光顯微鏡觀察下具有馬賽克圖型;BP III 則為等向性(Amorphous Isotropic),又稱霧相(Fog Phase),無晶格特性,在偏光顯微鏡觀察下呈現深藍色 。

藍相液晶特性
藍相液晶的優點在於應答速度非常快,目前的液晶顯示器在不Overdrive 下,應答時間大約在5 ms 左右,而藍相液晶可小於1 ms ,應答速度分為τonτoffτon 取決於電壓通常都非常快,τoff 則是決定整體液晶應答速度的關鍵(圖三)。一般在向列型(Nematic)液晶的τoff 與旋轉黏度(Rotational Viscosity)及Cell Gap 相關,穩定的Cell Gap 製程在3~4 μm 。藍相液晶τoff 與旋轉黏度(Rotational Viscosity)及藍相液晶晶格排列相關,藍相液晶的晶格僅數十奈米,因此其τoff 應答速度非常快。


圖三、液晶應答速度比較

所有Isotropic 材料都有機會藉由電場將其轉變成相位板(Waveplate),包括玻璃、水都可行。圖四為電場將等向性材料轉變為異向性的示意圖,隨著電場加大,平行電場方向的折射率會改變成ne,與原來的折射率(no)產生差異而形成異向性,一般要產生折射率變化需要較高電場,藍相液晶也是如此,所以低驅動電壓的藍相液晶是商品化的關鍵。

藍相液晶發展
目前液晶顯示器趨勢是以高畫質與高解析度為需求,驅動頻率已從原本60 Hz 增加到240 Hz ,對應到液晶材料本身的應答速度則從25 ms 縮短到5 ms ,而下世代液晶面板更將掃描速度提升到960 Hz 以上,因此液晶應答速度必須達到1 ms 以內。2008年三星電子率先發表藍相的TFT-LCD 技術,畫面更新頻率可達240 Hz ,相較於傳統技術,藍相模式液晶面板擁有:比OCB 模式更快的超高速應答、比IPS 模式更寬的超寬視角,可與CRT 及PDP 媲美,但其電壓偏高,並且有遲滯現象;在2011 年的顯示器年會所公開的資料(圖九),已經將電壓降至50V 左右,並且對比可達700 以上,應答速度(τon+τoff)為1.6 ms(圖十)。

在材料開發上, Merck 公司於2012 年所公開的資訊中提出,為了降低驅動電壓,大幅將液晶介電異方性(Δε)由130 提高至190 左右,因此可以將驅動電壓由6.5 V/μm降至5.5 V/μm,並且維持材料之穩定度(圖十一)。


圖十一、Merck 公司液晶材料比較

工研院與美國UCF (University of Central Florida)大學吳詩聰教授合作開發藍相液晶也有相當顯著的成果,在2012 年顯示器年會上提出驅動頻率會影響液晶介電異方性(Δε)的改變,尤其在介電異方性越高的材料影響越大,將會降低介電異方性與Kerr係數,而工研院材化所開發的材料則可克服此一缺點,提供對頻率較穩定的藍相液晶材料…… 以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文

作者:劉仕賢、謝葆如 / 工研院材化所
★ 本文節錄自「工業材料雜誌312期」,更多資料請見:http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=10763


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