基本介紹
- 中文名：賓主效應
- 外文名：guest-heat effect
- 組成：液晶、二色性染料、液晶添加劑
- 條件：電場作用
- 顯示方法：正性顯示
- 套用：液晶顯示器
簡介,賓主效應性質,基本原理,賓主效應的種類,
簡介
賓主效應所依靠的完全是介電力，其中以雙色染料為“賓”混合在以向列相為“主”的材料當中。這種染料對平行於和垂直於其光軸的光吸收係數是不同的。如圖所示，染料由液晶決定其取向。在零場時，液晶處於平行排列取向而染料分子以其長軸平行於線偏振光的光矢量。在這種情況下，染料分子在可見光中有吸收帶。在閾電壓以上，正介電各向異性的向列型液晶傾向於平行於電場排列。這是低染料吸收的條件。因此，在這兩種狀態間能觀察到彩色變化。
賓主效應示意圖
賓主效應示意圖賓主效應性質
晶體也表現出二向色性質。無機晶體，像黑雲母、電氣石和碘在整個可見光範圍表現出二向色性質，某些有機染料只在可見光的某一範圍表現出二向色性質，而在另外的波長範圍，光波不是全被吸收就是全部不吸收，與晶體光矢量的相對方位無關；或者光矢量與分子長軸平行時，吸收某波長的光，與長軸垂直時，吸收另外波長的光。這類晶體的軸與光矢量位置的相對變化會導致出射光色彩的變化(比如，一束白光照射時，出射光從紅變綠)。國外某些廠商，已成功地改變了液晶分子的結構，把液晶的二向色性質從非可見光波長移到可見光範圍，雖然波長不是覆蓋整個波長範圍，但這個性質正好用作顏色開關而實現色彩顯示。由於液晶分子在電場中有沿電場取向的性質，所以用這種液晶作成的色彩開關受液晶上所加電場的控制。液晶顯示研究的初期是把二向色染料混人透明的液晶中，外加電場控制液晶分子的轉向，而帶動棒狀的染料分子一道轉動。進行顏色顯示的染料，只占總組分的百分之幾，算是液晶的添加劑(為賓)，液晶是載體(是主)，故稱為賓主效應，以後把用電場控制的二向色性晶體轉向從而實現光開關或色彩開關。
基本原理
圖3-26是最初提出的Heihneier型GH液晶盒的結構。此液晶盒採用P型染料和介電各向異性為正的液晶(Np型液晶)，液晶在液晶盒表面的取向為=/=取向。可以看到，當開關斷開時，沒有外電場加在液晶盒上，染料隨液晶一道成=/=取向，通過偏振片以後的光矢量平行於染料分子的長軸，染料對光有強烈的吸收。如果入射的是白光而染料的顏色為綠色，透射出來的光為綠色；而若染料為黑色，則各種波長的光都會被吸收。當開關合上時，外電場加在液晶盒上，染料隨液晶轉向成〦/〦取向，光矢量垂直於染料分子的長軸，染料對光有最小的吸收。入射光通過液晶盒，而液晶盒可以視為無色。
3-26
3-26賓主效應的種類
圖3-26那樣的賓主型液晶顯示器在沒有加電場時為深色的，加電場以後為淺色的。而在深色的背景下顯示無色圖案，是一種負性顯示器。然而，在實際使用方面，正性顯示容易使用，套用較多。為了實現正性顯示，提出了如下兩種結構。
第一種正性顯示方法，如圖3-28所示，使用介電各向異性為負的液晶(Nn型液晶)，指向矢相對基板從垂直狀態稍作傾斜排列。這樣，在關態為無色；在開態，分子重新排列，與基板平行，因而成著色態。這種傾斜取向(預傾斜取向)可在傾斜蒸鍍SiO後，用垂直取向劑N，N-二甲基-N-十八烷基-3-氨丙基三甲氧基甲矽烷基氯化物(DMOAP)對其處理實現。此種液晶盒的預傾角取3°～5°最佳。
第二種正性顯示是利用正性液晶(Np型液晶)、負性染料(n型染料)的方法，如圖3-29所示。n型染料在光矢量垂直於其長軸的時候有最大的吸收，而在光矢量平行於長軸時的吸收最小。
上述賓主液晶盒中都需要裝貼一枚偏振片，因而有以下問題：
①由於偏振片的吸收，50%以上的入射光被損耗掉，顯示的亮度類似於TN-LCD，液晶盒變得較灰暗；
②反射板不能破壞反射光的偏振性，通常用平滑表面的金屬膜，但是，這種反射板的反射角不大寬，因而液晶盒的視角變窄。
作為解決這些問題的方法，若只是拿掉偏振片，則會使吸光度的開關比明顯降低，不能用。曾提出過下述三種解決方案，這些方案是用1/4波長板的GH液晶盒、相變型GH液晶盒和雙層液晶盒。
用1/4波長板的GH液晶盒如圖3-30所示，只作為反射型使用。互相正交的兩個入射偏振光分量借1/4波長板在兩條路上使偏振光方向旋轉90。，並交換偏振光分量。所以，在關態，各偏振光分量不論在入射光路還是在反射光路，均被吸收。
這種液晶盒的問題在於1/4波長板的延遲與波長和視角都相關，視角與顏色相關，因而得不到寬廣的視角。
相變型GH液晶盒是另一種賓主效應的模式。它採用添加P型染料的膽甾相液晶。為縮短從開態到關態的過渡時間，基板表面要作垂直取向處理。此種液晶盒若持續增加作用電壓，就如圖3-31所示顯示出兩個階段的變化。①～③狀態與後面的圖3-33所示的平面態、焦錐態、向列態分別相對應。
這種方式的液晶盒有如下特點：
(1)通過①和③狀態的開關，可得到吸光度相當高的開關比，但由於有②狀態的存在，不能作多路驅動。
(2)③狀態的吸光度隨d/p(P為螺距，d為液晶盒厚度)的增加而增大，但是也導致驅動電壓的增加，為得到高吸光度的開關比，需有15V～20V的電壓。
雙層型GH液晶盒，常寫作DGH(Doubl Guest Host)液晶盒，它包括兩層液晶盒，各自的分子指向矢互相正交，所以，入射的兩支偏振光分量在關態的時候一定會在第一層或第二層被吸收，由此提高對比度。
圖3-32示出實際的DGH液晶盒的剖面圖。從斜向觀察時，兩枚液晶盒的顯示圖形有偏移，為防止圖像偏移，中間玻璃基板的厚度必須在0.7mm以下。與反射型的Heilmeier型GH液晶盒比較可以看到DGH-LCD的優點：
(1)DGH液晶盒的反射板用的是反射角很寬的白紙，GH液晶盒則用拋光過的鋁膜，所以具有能獲得很寬視角的優點。
(2)由圖3-32可知，DGH-LCD不需要偏振片，液晶盒的開態很明亮，關態有良好的吸光度，所以有很高的對比度。
