引言

optically compensated Birefringence:光學(xué)補(bǔ)償彎曲排列。是一種用于液晶顯示的新技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用大大的提高了液晶顯示器的響應(yīng)時(shí)間。OCB最大的優(yōu)點(diǎn)當(dāng)推其超快的響應(yīng)速度，非常適合用于顯示動(dòng)態(tài)圖像。OCB第二個(gè)令其它技術(shù)無法追趕的優(yōu)點(diǎn)在于鮮艷的顯示效果，獨(dú)特的結(jié)構(gòu)讓液晶分子擁有光補(bǔ)償雙折射的特質(zhì)，讓它可以達(dá)到傳統(tǒng)TFT-LCD三倍以上的高色純度，輸出豐富艷麗的色彩，這是當(dāng)前各類LCD顯示技術(shù)無法比擬的。

近年來，由于3D 電視的大量推廣帶動(dòng)了快門式眼鏡的需求大量增加，因快門式眼鏡對液晶響應(yīng)速度的要求很高，而且具有越來越高的趨勢，現(xiàn)在已基本達(dá)到了2ms 以內(nèi)的要求，對于TN/STN 產(chǎn)品，降低盒厚是改善響應(yīng)時(shí)間的有效方法，但隨之帶來的是工藝難度的提高和成本的增加。OCB 基于其原理在快速響應(yīng)上的優(yōu)勢將會(huì)凸顯出來，所以很多LCD 廠家都進(jìn)行了廣泛深入的研究。本文基于OCB 原理，探討和研究OCB 器件原理、制作以及其在響應(yīng)時(shí)間上的優(yōu)勢，并通過實(shí)際制作得到了較好的實(shí)驗(yàn)效果。

1 理論基礎(chǔ)研究

OCB 模式稱為光學(xué)補(bǔ)償彎曲模式，是一種比較新的液晶顯示原理，基本原理是液晶分子沿面呈反平行的方向排列，中間分子始終處于與基板垂直的狀態(tài)，看上去很像兩層TN 型液晶模式相疊。不加電場時(shí)，液晶的取向矢彎曲排列；當(dāng)加電場時(shí)，液晶分子在電場的作用下，中間分子的轉(zhuǎn)向推動(dòng)整個(gè)液晶分子沿電場方向以近乎垂直于基板的方式排列，如圖1 所示，因?yàn)橐壕Х肿拥呐帕谐手休S對稱排列，很像字母π，因此又稱為π模式。

與TN 和STN 等扭曲液晶材料不同，OCB 工作的模式是在外電場的控制下由彎曲排列狀態(tài)到幾乎垂直于基板的狀態(tài)之間變換，由液晶分子彎曲排列的特性可知，OCB 液晶分子只在一個(gè)平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此液晶分子轉(zhuǎn)動(dòng)所需的能量相對較少，這就給提高液晶的響應(yīng)時(shí)間提供了可能。我們知道，由于OCB 的π 盒對稱結(jié)構(gòu)，使其具有很多優(yōu)點(diǎn)，本文重點(diǎn)討論與響應(yīng)時(shí)間有關(guān)的原理和參數(shù)，初始狀態(tài)的液晶分子并不是呈彎曲模式排列的，而是處于展曲的狀態(tài)，如圖2 所示。

當(dāng)施加電場時(shí)，中間的液晶分子呈垂直于基板排列，液晶分子呈彎曲狀態(tài)，一旦停止施加電場，液晶分子將呈展曲狀態(tài)，當(dāng)加載合適的電場時(shí)，液晶分子將保持彎曲狀態(tài)，OCB 的這種彎曲狀態(tài)到展曲狀態(tài)是由彈性勢能引起的。OCB 有快速反應(yīng)主要是兩個(gè)方面，一個(gè)是液晶分子在電場的作用下可以避免引起背流效應(yīng)，另一個(gè)是在彎曲排列狀態(tài)下由于電場的加入，引起基板附近液晶分子的排列高度變形。

對于OCB 模式而言，由于液晶分子的特殊排列，上下層液晶的指向矢在電場作用下的偏轉(zhuǎn)方向一致，因此在調(diào)整液晶分子的取向時(shí)避免了背流效應(yīng)，大大加快了液晶的響應(yīng)速度，如圖2 所示。而在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高液晶的響應(yīng)速度，通常是提高PI 取向?qū)拥念A(yù)傾角，使得液晶分子的預(yù)傾角越大，響應(yīng)時(shí)間也就越快。

下面我們討論一下液晶材料的光學(xué)各向異性參數(shù)、介電常數(shù)和彈性參數(shù)等對響應(yīng)時(shí)間的影響。由于OCB 在結(jié)構(gòu)上的特性，其加載電壓的開關(guān)特性由下式表示：

由以上各式可得：

由以上分析可見，假設(shè)η1 /γ1、η2 /γ1、η12/γ1及K3/K1 恒定，那么由式（3）可以得到：

然后在忽略材料彈性常數(shù)和粘滯系數(shù)的改變會(huì)引起△n 增加的條件下，d 采用1/△n 代替，那么可以得到：

由以上分析可以看出，OCB 關(guān)閉響應(yīng)時(shí)間τoff同粘滯系數(shù)γ1 成正比，與液晶的展曲彈性模量K1、彎曲彈性模量K3 成反比。

OCB 顯示的開啟時(shí)間和關(guān)閉響應(yīng)時(shí)間分別用公式表示：

所以由以上公式表明，OCB 的液晶開啟時(shí)間和材料的粘滯系數(shù)、閾值電場強(qiáng)度Ec 和驅(qū)動(dòng)電場強(qiáng)度E 的大小有關(guān)。粘滯系數(shù)越大，LC 響應(yīng)時(shí)間就越大；驅(qū)動(dòng)電壓越大，閾值電壓越小，LC 開啟時(shí)間越??；同樣，閾值電壓愈大，粘滯系數(shù)越小，所要的關(guān)閉時(shí)間就越快。

2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)

由于OCB π 盒的原理，其液晶盒是可以按照理論進(jìn)行制作的，難度在于PI 層材料選擇和取向盒制作，我們選擇一款反射的中小型儀器儀表顯示產(chǎn)品作為研究對象。從制作工序上討論，光刻工藝和材料同TN 的產(chǎn)品沒有差別，用同樣的制作工藝即可；取向?qū)拥牟牧线x擇和工藝要求比較高，因其要求的預(yù)傾角達(dá)到6～8°且要求均勻，我們選擇了國外的一種高預(yù)傾角的PI。

目前我公司在膜厚控制上已經(jīng)達(dá)到了200±25埃的水平，滿足了以往光閥和雙穩(wěn)態(tài)產(chǎn)品的要求。在硬件設(shè)施上，采用了國際上一流的印刷設(shè)備，并且積累了厚度制作的大量經(jīng)驗(yàn)；對于摩擦關(guān)鍵點(diǎn)的解決，我公司的設(shè)備為LCD 行業(yè)的頂尖設(shè)備，其摩擦輥在2,000RPM 情況的跳動(dòng)<0.5μm，所以獲取了符合要求的預(yù)傾角；為了體現(xiàn)出OCB 的快速響應(yīng)特點(diǎn)，本項(xiàng)目沒有選擇較小的盒厚，本項(xiàng)目制作5μm 的盒厚作為研究的對象，當(dāng)然操作以上工藝時(shí)，相應(yīng)的環(huán)境控制是必要的。

3 結(jié)果與討論

通過以上的設(shè)計(jì)和工藝我們制作了一個(gè)OCB的樣品，并進(jìn)行了關(guān)于響應(yīng)時(shí)間的測試，所選用的設(shè)備為DMS- 501，測試的結(jié)果如圖3 所示，測試條件是電壓為5V的靜態(tài)測試。

同樣，用相同的條件測試了一TN 產(chǎn)品（5μm盒厚），如圖4 所示。

從以上兩圖數(shù)據(jù)得到了響應(yīng)時(shí)間大致在27ms ，比同樣條件的TN 產(chǎn)品要快1 倍以上，從上圖可以看出，OCB 產(chǎn)品在響應(yīng)時(shí)間上的優(yōu)勢還是比較明顯的，因此，后續(xù)在工藝上進(jìn)行優(yōu)化處理是有可能在一部分產(chǎn)品上得到應(yīng)用的。

4 結(jié)論

當(dāng)前OCB 在國外大學(xué)和研究所已經(jīng)成為了研究前沿和熱點(diǎn)，但在國內(nèi)的研究還不是很多，本文通過對OCB 響應(yīng)時(shí)間的理論探討，并結(jié)合實(shí)際制作，證明OCB 在響應(yīng)時(shí)間上的優(yōu)勢還是比較明顯的，如果進(jìn)一步對該工藝和項(xiàng)目進(jìn)行完善，應(yīng)用范圍還是比較廣闊的，比如3D、場序等產(chǎn)品，應(yīng)用前景還是不錯(cuò)的。