引言

optically compensated Birefringence:光學補償彎曲排列。是一種用于液晶顯示的新技術，該技術的應用大大的提高了液晶顯示器的響應時間。OCB最大的優點當推其超快的響應速度，非常適合用于顯示動態圖像。OCB第二個令其它技術無法追趕的優點在于鮮艷的顯示效果，獨特的結構讓液晶分子擁有光補償雙折射的特質，讓它可以達到傳統TFT-LCD三倍以上的高色純度，輸出豐富艷麗的色彩，這是當前各類LCD顯示技術無法比擬的。

近年來，由于3D 電視的大量推廣帶動了快門式眼鏡的需求大量增加，因快門式眼鏡對液晶響應速度的要求很高，而且具有越來越高的趨勢，現在已基本達到了2ms 以內的要求，對于TN/STN 產品，降低盒厚是改善響應時間的有效方法，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上的優勢將會凸顯出來，所以很多LCD 廠家都進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、制作以及其在響應時間上的優勢，并通過實際制作得到了較好的實驗效果。

1 理論基礎研究

OCB 模式稱為光學補償彎曲模式，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，看上去很像兩層TN 型液晶模式相疊。不加電場時，液晶的取向矢彎曲排列；當加電場時，液晶分子在電場的作用下，中間分子的轉向推動整個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，因為液晶分子的排列呈中軸對稱排列，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到幾乎垂直于基板的狀態之間變換，由液晶分子彎曲排列的特性可知，OCB 液晶分子只在一個平面內轉動，因此液晶分子轉動所需的能量相對較少，這就給提高液晶的響應時間提供了可能。我們知道，由于OCB 的π 盒對稱結構，使其具有很多優點，本文重點討論與響應時間有關的原理和參數，初始狀態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，如圖2 所示。

當施加電場時，中間的液晶分子呈垂直于基板排列，液晶分子呈彎曲狀態，一旦停止施加電場，液晶分子將呈展曲狀態，當加載合適的電場時，液晶分子將保持彎曲狀態，OCB 的這種彎曲狀態到展曲狀態是由彈性勢能引起的。OCB 有快速反應主要是兩個方面，一個是液晶分子在電場的作用下可以避免引起背流效應，另一個是在彎曲排列狀態下由于電場的加入，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方向一致，因此在調整液晶分子的取向時避免了背流效應，大大加快了液晶的響應速度，如圖2 所示。而在實際應用中，為了提高液晶的響應速度，通常是提高PI 取向層的預傾角，使得液晶分子的預傾角越大，響應時間也就越快。

下面我們討論一下液晶材料的光學各向異性參數、介電常數和彈性參數等對響應時間的影響。由于OCB 在結構上的特性，其加載電壓的開關特性由下式表示：

由以上各式可得：

由以上分析可見，假設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和粘滯系數的改變會引起△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 關閉響應時間τoff同粘滯系數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 顯示的開啟時間和關閉響應時間分別用公式表示：

所以由以上公式表明，OCB 的液晶開啟時間和材料的粘滯系數、閾值電場強度Ec 和驅動電場強度E 的大小有關。粘滯系數越大，LC 響應時間就越大；驅動電壓越大，閾值電壓越小，LC 開啟時間越小；同樣，閾值電壓愈大，粘滯系數越小，所要的關閉時間就越快。

2 實驗參數設計

由于OCB π 盒的原理，其液晶盒是可以按照理論進行制作的，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 的產品沒有差別，用同樣的制作工藝即可；取向層的材料選擇和工藝要求比較高，因其要求的預傾角達到6～8°且要求均勻，我們選擇了國外的一種高預傾角的PI。

目前我公司在膜厚控制上已經達到了200±25埃的水平，滿足了以往光閥和雙穩態產品的要求。在硬件設施上，采用了國際上一流的印刷設備，并且積累了厚度制作的大量經驗；對于摩擦關鍵點的解決，我公司的設備為LCD 行業的頂尖設備，其摩擦輥在2,000RPM 情況的跳動<0.5μm，所以獲取了符合要求的預傾角；為了體現出OCB 的快速響應特點，本項目沒有選擇較小的盒厚，本項目制作5μm 的盒厚作為研究的對象，當然操作以上工藝時，相應的環境控制是必要的。

3 結果與討論

通過以上的設計和工藝我們制作了一個OCB的樣品，并進行了關于響應時間的測試，所選用的設備為DMS- 501，測試的結果如圖3 所示，測試條件是電壓為5V的靜態測試。

同樣，用相同的條件測試了一TN 產品（5μm盒厚），如圖4 所示。

從以上兩圖數據得到了響應時間大致在27ms ，比同樣條件的TN 產品要快1 倍以上，從上圖可以看出，OCB 產品在響應時間上的優勢還是比較明顯的，因此，后續在工藝上進行優化處理是有可能在一部分產品上得到應用的。

4 結論

當前OCB 在國外大學和研究所已經成為了研究前沿和熱點，但在國內的研究還不是很多，本文通過對OCB 響應時間的理論探討，并結合實際制作，證明OCB 在響應時間上的優勢還是比較明顯的，如果進一步對該工藝和項目進行完善，應用范圍還是比較廣闊的，比如3D、場序等產品，應用前景還是不錯的。