LCD屏

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什么是 ZBD LCD?

出于多种原因,向显示器添加双稳态(图像存储器)仍然是一个有吸引力的特性。在 80 年代和 90 年代,它被视为一种无需有源矩阵背板即可实现大线数显示器的方法。最近,双稳态用于图像不经常更新且电池寿命很重要的许多应用中。

已经研究了许多不同的方法来实现这种操作,包括双稳态 LC(向列型、胆甾型、近晶 A 和铁电)、电泳、电润湿、电致变色和相变显示。其中只有少数几个例子曾经“跨越鸿沟”并成功投入量产。一个例子是 ZBD LCD 技术——发明于 1990 年代并广泛应用于电子货架标签。

ZBD LCD 技术在无源矩阵显示器中使用标准的向列液晶材料。然而,一个表面不再是摩擦过的聚酰亚胺层,而是一个微观衍射光栅。这与 LC 材料中的长程有序发生机械相互作用,并允许在没有任何保持电压的情况下获得两种不同的光学状态。

光栅表面经过处理,迫使液晶垂直于局部表面方向(垂直排列)。这会在凹槽内和凹槽附近的 LC 层中产生弯曲和张开失真。为了获得光栅振幅与光栅间距的最佳比率,表面附近有两种非常不同的向列液晶配置,它们具有相同的畸变能量。至关重要的是,这两种配置在光栅上方的向列液晶中赋予了两种截然不同的预倾斜。

总之,具有最佳尺寸和化学性质的微观表面光栅为相邻的向列液晶提供了两个稳定的预倾角(通常为 90° 和 5°)。当然,这不足以创建双稳态显示,因为我们仍然需要一种在两种状态之间切换的方法。向列相的光栅引起的畸变再次提供了答案。

柔性电是向列型 LC 材料很少使用的特性,它由 LC 分子本身的微观形状引起,并在分子受到弯曲或张开变形时导致 LC 内的宏观极化。

对于高倾斜状态,净偏振指向光栅表面,而对于低倾斜状态则远离表面。因此,可以通过选择施加的电脉冲的极性来在状态之间进行选择(与铁电液晶的锁存方式类似)。

由于两个光栅状态之间存在明显的能量势垒,因此存在明确定义的电压阈值(对于任何给定的脉冲长度),高于该阈值将在状态之间发生切换,低于该阈值系统将简单地返回其起始状态。需要双稳态阈值以允许无源矩阵寻址。这与电泳相反,例如缺乏明确定义的阈值,因此需要电阈值元件(TFT 背板)。

虽然标准无源矩阵 STN 显示器难以寻址超过 256 条线,但 ZBD LCD 中的阈值行为允许寻址数千条线。事实上,显示复杂性的实际上限受电极电阻率和驱动器成本的限制,而不是显示技术本身。

制造 ZBD LCD 的最大挑战是实现一种经济高效的方法,将高分辨率衍射光栅图案化到 LCD 母玻璃上。直接光刻方法被证明太慢且太昂贵。因此建立了一种复制过程,其中将高成本的光刻胶母版光栅复制到镍中(类似于 CD/DVD 镍压模工具),然后将镍图案复制到薄膜中(类似于全息图制造),然后足够便宜以用作最终 UV 固化复制步骤到 LCD 玻璃表面的可消耗表面。复制过程速度与 STN 生产线上的其他过程相匹配。

在光栅复制步骤之后,将这种母玻璃组装在标准摩擦聚合物表面的对面。此步骤和所有下游工艺均使用 STN 通用的设备和材料。在最常见的 ZBD LCD 配置中,光栅被放置在摩擦聚合物表面的对面,这样低倾斜光栅状态会导致 90°TN 排列,而高倾斜状态导致 HAN(混合排列向列)排列。通常,前后偏光板排列成TN状态为白色,HAN状态为黑色。与连续寻址的 TN 显示器不同,ZBD LCD 中的双稳态 TN 状态在整个单元中具有非常低的倾角,因此具有更宽的光学观看特性。

反射式 LCD 传统上受到“金属状”反射的影响,这意味着只有当显示器的方向接近相对于用户和光源的镜面反射条件时,它们才会显示出高反射率。近年来,新型光成形漫射器已经面世,它们与 ZBD LCD 配置结合使用,可提供类似于电泳显示器的真正纸质反射率。


ZBD LCD 技术的最新进展也增加了工作温度范围,现在从 -10°C 扩展到 +90°C。存储的图像在 -40°C 至 +110°C 范围内保留在显示屏上。此外,这些显示器可以根据汽车规格进行测试(例如,85°C 下 500 小时)。这些特性共同实现了其他技术无法提供的各种便携式、户外和坚固的应用。


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