蓝相位模式
蓝相液晶显示技术（Blue Phase Mode LCD）是一种使用高度扭转的蓝相胆固醇液晶的液晶显示技术。于2007年首度有人提议利用这个技术来改善液晶显示器的影像效果，例如改善萤幕刷新率至100-120 Hz。[1]蓝相技术的其中一个优势在于不需要使用配相层（用来使液晶分子排列整齐的薄层，常见的制造方式是透过在玻璃上涂布一层聚酰亚胺，然后朝固定方向磨擦），因此，理论上可以减少制作上的成本。
历史
编辑当液晶的发现者弗里德里希·理察·莱尼泽于1888年发表关于安息香酸胆固醇酯在温度改变时的相变行为时，他曾提及进行降温测试时，液晶在由澄清态转变成白浊态之前出现了短暂的蓝色型态。然而，经过八十年后这个现象才开始受到注视。在1960年代晚期至1970年代初期的研究发现这个蓝色型态其实是特殊的液晶状态。[2]
一百年来，科学家们普遍认为最稳定的胆固醇液晶态是单螺旋轴结构，然而这个新发现的结构却拥有多个螺旋轴，且这些轴彼此交叉，以一个特定的中心轴形成柱状系统。虽然这个态具有多个螺旋轴，但仍被称为双扭旋结构。
双扭旋结构虽然比单扭旋结构（即一般的单螺旋手相向列形液晶）来得稳定，但若是离中心轴的距离太远（约一个螺距的尺度，通常为100 nm左右），则又趋于不稳定，因此，在一般大小的液晶盒中，双扭旋结构十分罕见。
在某些特殊情况下，这种双扭旋结构可以堆叠起来（见图三），占据如液晶盒般大小的空间，成为蓝相液晶。在这种情况中，通常空间较为拥挤，双扭旋会以45°旋绕着中心轴形成双扭旋柱，因为半径更小，这样的双扭旋柱将更加稳定。依照不同的堆叠方式，蓝相又被分为第一型、第二型与第三型。
蓝相液晶是这些双扭旋柱堆叠的结果，在对叠的交会处（见图四）[3]存在着晶体缺陷，这些缺陷以固定的距离出现，它们降低了系统的稳定度，但相较于没有缺陷的单扭旋系统，尽管差别不多，仍然更为稳定。一般的液晶常被灌注在厚约几微米的玻璃基板中，驱动时间较长，但在蓝相液晶中，受驱动的为有效厚度仅几十至几百奈米的晶体单元，因此驱动时间相对要小一个以上的数量级。
由于这些缺陷的间距落在百奈米的等级，布拉格反射的结果将使得某些光线被反射，因而产生颜色。虽然我们称之为蓝相液晶，但其实反射光不一定是蓝色。[4]当受到外加电压作用时，晶格的扭曲会造成克尔效应，反射光的颜色也会改变。
广温域的蓝相液晶
编辑剑桥大学光电分子材料中心的科学家们在2005年发表了一种能在16-60 °C[5]稳定存在的蓝相液晶，这种超稳定的蓝相液晶可以透过改变电场来改变反射光的颜色，因而可以达到全彩显示的效果。[6]另外，也有人发表了能够在0.1毫秒的时间内切换的蓝相液晶。[7]
第一个蓝相液晶显示器
编辑在2008年5月，三星电子发表了世界上第一个蓝相液晶面板[8] ，这是有史以来首度能达240 Hz萤幕刷新率的面板。然而这款发表的显示器仍有高驱动电压、过热以及显示对比较低等缺点。
不同于目前众多的液晶显示萤幕，这种蓝相液晶显示萤幕不需要使用配相层，蓝相液晶能够自行排列，因而省去了加工的成本。
须注意的是，三星所发表的显示萤幕不是利用布拉格反射来达到全彩的效果，它是借由外加电场，透过克尔效应而产生的双折射，配合偏振片来进行着色。[9]
通常其他的液晶显示技术为了弥补过慢的反应速率，会使用高过所需的驱动电压，但蓝相液晶显示具有极快的反应速率，因此即使在240 Hz的状态下运作，也不需使用额外的驱动回路。这并不表示蓝相液晶显示器所使用的电压比其他显示器来得低，因为2008年发表的蓝相液晶显示器的所需的基本驱动电压就已远高过其他的液晶显示技术。
关于使用横向电场效应显示技术（IPS）驱动的蓝相液晶显示器，以及其他克尔效应的讨论，请见参考资料[10][11]。目前使用IPS驱动的蓝相液晶，所需的基本驱动电压仍然过高，因此，材料工程师们目前的重要课题便是研发高克尔常数的混合物[12]；此外，透过面板结构改良也是一个可能的方案。[13]
参考文献
编辑- ^ H. Kikuchi, et al., Fast Electro-Optical Switching in Polymer-Stabilized Liquid Crystalline Blue Phases for Display Application, SID07 Digest, pp. 1737-1740
- ^ Timothy J. Sluckin, David A. Dunmur, Horst Stegemeyer: Crystals That Flow - Classic Papers from the History of Liquid Crystals, Liquid Crystals Series, Taylor & Francis London 2004, ISBN 0-415-25789-1
- ^ O.D. Lavrentovich, M. Kleman: "Defects and Topology of Cholesteric Liquid Crystals", in "Chirality in Liquid Crystals, 5", Springer Verlag: New York (2001)
- ^ Peter J. Collings, Liquid Crystals - Natures Delicate Phase of Matter, Adam Hilger, Bristol, 1990
- ^ Harry J. Coles, Mikhail N. Pivnenko "Liquid crystal 'blue phases' with a wide temperature range" Nature 436 (2005) 997-1000 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- ^ Jun Yamamoto, Isa Nishiyama, Miyoshi Inoue and Hiroshi Yokoyama "Optical isotropy and iridescence in a smectic blue phase" Nature 437 (2005) 525 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- ^ Kikuchi H, Yokota M, Hisakado Y, Yang H, Kajiyama T. "Polymer-stabilized liquid crystal blue phases" Nature Materials 1 (2002) 64
- ^ Samsung Develops World's First 'Blue Phase' Technology to Achieve 240 Hz Driving Speed for High-Speed Video （页面存档备份，存于互联网档案馆） (access date 23 April 2009)
- ^ Y. Haseba. H. Kikuchi: Electro-optic effects of the optically isotropic state induced by the incorporative effects of a polymer network and the chirality of liquid crystal, Journal of the SID, 14/6(2006) pp. 551-556
- ^ Z. Ge, S. Gauza, M. Jiao, H. Xianyu, and S. T. Wu "Electro-optics of polymer-stabilized blue phase liquid crystal displays" Appl. Phys. Lett. 94, 101104 (2009) Archive.is的存档，存档日期2012-07-13
- ^ Z. Ge, L. Rao, S. Gauza,and S. T. Wu, "Modeling of blue phase liquid crystal displays" J. Display Technology, 5, 250 (2009)
- ^ L. Rao, J. Yan, and S. T. Wu, “A large Kerr constant polymer-stabilized blue phase liquid crystal” Appl. Phys. Lett. 98, 081109(2011) Archive.is的存档，存档日期2013-07-03
- ^ L. Rao, Z. Ge, S. T. Wu, and S. H. Lee, “Low driving voltage blue phase liquid crystal displays”Appl. Phys. Lett. 95, 231101(2009) Archive.is的存档，存档日期2013-07-03
延伸阅读
编辑- O.D. Lavrentovich, M. Kleman: Defects and Topology of Cholesteric Liquid Crystals" in "Chirality in Liquid Crystals, 5", Springer Verlag: New York (2001), excerpt available here.
See page 124, Figure 5.4 for details on the disclination formed in the gusset (i.e., triangular area where three double twist cylinders are in contact).