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基于聲場的超音波LCD擺脫ITO限制

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關鍵詞:LCD,ITO,液晶

      全球稀土金屬市場目前幾乎都由中國壟斷,加上不斷增加的價格以及供應量受限,促使日本研究人員積極尋找可控制液晶顯示器(LCD)的其他替代方式。一支由東京工業(yè)大學(Tokyo Tech)、京都同志社大學(Doshisha University)與東工大精密工學研究所(Precision and Intelligence Laboratory)的研究人員聯(lián)手組成的研究小組改用基于聲場的定向超音波來控制液晶,取代以稀有氧化銦錫(ITO)制作電場控制LCD畫素的方式。

      在最新一期的《應用物理快報》(Applied Physics Letters)期刊中,研究人員發(fā)表了這項主題為“利用超音波振動控制液晶分子取向”(Control of liquid crystal molecular orientation using ultrasound vibration)的論文,文中強調透過將電場切換為聲場即可控制畫素,而無需移動元件,也不必再使用稀土金屬——銦。

      “我們提出了一種利用超音波控制向列式液晶向的技術,并探索這些定向樣本的光學特性,”研究人員在文中指出,“我們制造出厚度約5至25微米的超音波液晶單元,以及2個超音波鋯酸鈦酸鉛換能器。”

    基于聲場的超音波LCD擺脫ITO限制

      研究人員透過超音波液晶單元原型顯示,聲場就像電場或磁場一樣易于控制LCD光源

      (來源:Tokyo Tech & Doshisha University)

      超音波換能器利用了液晶單元的“撓曲振動模式”。由于聲學輻射迫使液晶層變換分子取向,從而改變了光傳輸能力的特性。研究人員調整超音波驅動的頻率和電壓,以改變液晶分子的空間分布,從而控制所發(fā)射的光強度分布。使用該機制在于以超音波改變液晶厚度。

      “為此,我們提出一種利用超音波振動控制液晶分子取向的技術,”研究人員指出,“利用聲場取代電場或磁場,就不需要使用ITO電極了。”

      事實上,液晶是一種介于液體和固體之間的狀態(tài),因延長各向異性(在x、y和/或z平面分別具有不同屬性)而組成。液晶通常是由電場或磁場控制,在每一畫素單元位置制作耦極。最常見的類型使用ITO薄膜濺鍍于限制液晶的玻璃板頂層,但這種方式不僅昂貴、耗時,而且由于光源必須傳輸穿過ITO而使光源衰減。

      另一方面,超音波則無損于光傳輸,而且能以類似人眼晶體的方式簡單地聚焦透鏡變形而進行控制。根據(jù)研究人員表示,其結果是聲波可被調整成諧振模式,使得玻璃基板得以改變受限液晶的分子取向及其光傳輸強度。

    基于聲場的超音波LCD擺脫ITO限制

      藉由改變該原型的5微米厚度(黑色)至10微米(紅色)與25微米(藍色),可透過聲學調整液晶層的光傳輸強度分布

      (來源:Tokyo Tech & Doshisha University)

      超音波液晶單元使用聚醯胺定向薄膜包覆于2個玻璃板夾層(120與 50- by-5-by-0.7)外部,2玻璃板之間并以5、10或25微米環(huán)氧樹脂邊緣微滴作為間隔層。利用超音波壓電鋯酸鈦酸鉛(PZT)換能器,從玻璃板之間液晶夾層的相對邊緣偏振厚度方向。PZT換能器在整個玻璃上產生連續(xù)的正弦駐波,導致可定向液晶的振動。

      研究人員發(fā)現(xiàn)還有許多不同的諧振頻率能影響聲學激發(fā)的LCD,大部份都介于59~189 kHz之間;由于聲學訊號直接影響液晶層厚度,從而導致基板的可撓曲振動與光傳輸?shù)母淖兓Q芯咳藛T表示,透過玻璃基板的超音波撓曲振動,可望控制向列式液晶分子的取向,從而精確地控制液晶厚度與光傳輸?shù)膹姸取?/p>

      編譯:Susan Hong

      (參考原文:Ultrasonic LCDs Sans ITO,by R. Colin Johnson)

    (審核編輯: 滄海一土)

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