фірми Nemoptic
Функціональні технології на основі використання бістабільних ЖК-дисплеїв вже давно привертають увагу як користувачів, так і виробників. Бістабільні технології засновані на використанні природного (фізичної) пам'яті ЖК-матеріалу в дисплеї без застосування активних додаткових елементів. В бістабільних ЖК-дисплеях зображення, будучи одноразово відтвореним (записаним), може зберігатися, не вимагаючи регенерації або подачі будь-яких сигналів для підтримки ефекту пам'яті. Завдяки цій властивості можна значно зменшити потужність споживання РК-дисплея. Як стверджують фахівці французької фірми Nemoptic, нова розроблена ними технологія, названа BiNem, дозволяє отримати набагато кращі оптичні характеристики, ніж інші конкуруючі технології, також використовують ефект бістабільності, але використовують холестерические або ферроелектріческіе ЖК-матералів.
Холестерічеськие РК-дисплеї забезпечують добре відтворений ефект бістабільності, однак вимагають використання в процесі запису зображення досить високих напруг - від 30 до 60 В. Відзначаються і незадовільні оптичні якості для відтворення кольорових зображень, а також обмежений контраст.
Фізичні ефекти бістабільності BiNem
На перший погляд конструкція ЖК-дисплея на основі бістабільності BiNem не має особливостей - дві скляні підкладки з ортогональної системою електродів. Технологія BiNem використовує стандартний нематический матеріал. У конструкції може використовуватися як два поляризатора, так і один. Важливим параметром є товщина робочого зазору - близько 2 мкм. Це перша характерна особливість даної технології.
Слід зазначити, що необхідність отримання рівномірних малих зазорів по всій площі екрану є характерною рисою для всіх бістабільних дисплеїв. Такий зазор з високою рівномірністю по площі не так просто реалізувати. Основний дефект, який часто виникає при реалізації малих зазорів - коротке замикання між електродами верхньої і нижньої підкладок дисплея.
Наявність малого зазору необхідно, щоб реалізувати певні фізичні властивості молекул РК-матеріалу. Чим менше зазор, тим менше стає крок спіралі ЖК-молекул, а розміри зазору стають порівнянні з розмірами спіралі ЖК-молекул. При таких малих зазорах поведінку молекул нематического ЖК-матеріалу дещо відрізняється від поведінки молекул в стандартній твіст-нематической осередку (зазор 20-25 мкм). Друга характерна особливість даної технології - використання орієнтують покриттів, що забезпечують слабке зчеплення (anchoring) спіралі молекул РК-матеріалу.
В технології Neomatic молекули рідкого кристала утворюють пружіноподобние просторові структури. Оптичне стан кожного елемента зображення визначається властивостями мікропружін, утворених молекулами рідкого кристала.
Орієнтують шари призначені для того, щоб створити різні умови для зв'язку безлічі мікропружінок ЖК-матеріалу з верхньої та нижньої підкладками. Одним із способів завдання вектора орієнтації є створення мікрорельєфу, утвореного канавками з різною щільністю або глибиною. Мікрорельєф може бути заданий селективним травленням матеріалу, орієнтує покриття, або ж просто забезпечений механічним шляхом - натиранням шару спеціальними мікрощеткамі. Площині граничних витків пружин мають малий кут по відношенню до поверхні підкладки і укладаються в канавки шару орієнтує покриття. Один з кінців пружини має по відношенню до другого кінця більш міцне зчеплення з підкладкою. Орієнтація канавок на обох підкладках різна - напрямок канавок на нижній підкладці зміщено на 90 ° щодо верхньої.
При дії електричного поля молекули, що утворюють пружину, розгортаються уздовж поля (гомеотропное, разоріентіровать стан), пружина руйнується і вироджується в диполь. Після зняття поля молекули під дією внутрішніх сил, які визначаються просторової топологією, знову прагнуть повернутися до стану пружини. Цей динамічний процес проходить на тлі іншого процесу - взаємодії решт формованих пружин з силами, що виникають на кордоні з ориентирующим покриттям. Різниця в величині цих сил для верхньої і нижньої підкладки дає можливість реалізувати ефект бістабільності. При певних умовах кінці пружин, утворених ЖК-молекулами, зорієнтовані на обох підкладках точно відповідно до векторами, заданими орієнтують покриттями.
При цьому пружина буде закручена на 90 °. В такому стані пружина ще буде зберігати пружні властивості, які потенційно можуть розпрямити пружину, щоб отримати систему з меншим енергетичним станом. Але сили зчеплення не дадуть розвинутися даному процесу, затиснувши в канавках хвіст пружини. При певних умовах можна домогтися того, що при перехідному процесі можна забезпечити прослизання кінця пружини з боку меншого зчеплення з підкладкою. Тоді пружина може зайняти друге стійке положення, при якому не буде повороту спіралі на 90 °! Після зняття поля система може зайняти два стійких стану, які мають різні оптичні властивості. Ця несиметричність забезпечує особливу протікання перехідних процесів в процесі запису (вибірки).
Як матеріали орієнтує покриття використовуються плівки двоокису кремнію. Орієнтують властивості плівки SiO2 отримані за рахунок спеціальної стехиометрии її структури. На рис. 2 показана порівняльна оцінка структур звичайної TN-технології та технології BiNem.
Осередок BiNem має два стійких оптичних стану - перший стан відповідає нескрученной орієнтації молекул РК-матеріалу (U - untwisted) в осередку зображення, а друге - скрученої на 180 ° (T - twisted).
ЖК-осередок може мати і проміжне гомеотропное стан, що досягається при подачі електричного імпульсу амплітудою вище деякої граничної Ес. У гомеотропном стані диполі молекул РК-матеріалу орієнтуються уздовж електричного поля між електродами. При знятті електричного поля молекули взаємодіють з поверхнево активними силами, заданими спеціальними орієнтують шарами на верхній і нижній підкладці дисплея. Для даної технології важливо те, що сила взаємодії молекул на кордоні з орієнтують покриттями верхньої і нижньої підкладки різна. Технологічно для верхньої (master) підкладки сила взаємодії задається в кілька разів вище, ніж для нижньої (slave) підкладки.
Перехід з гомеотропного стану в одне зі стійких станів буде визначатися дією декількох сил.
Практично, будучи одного разу записаної, структура зображення може залишатися стабільною в відсутності електричного поля протягом декількох місяців. Контраст для BiNem-технології практично не залежить від числа рядків і помітно краще, ніж у будь-якого з раніше відомих STN-дисплеїв. При схрещених поляризаторах станом U відповідає білий колір, а станом T - чорний колір, обидва ці кольори колориметрически дуже насичені. Тільки дуже сильні удари, величина яких знаходиться вже на межі механічного руйнування матеріалу підкладки, можуть привести до втрати або порушення записаного зображення.
Однак це не призведе до незворотних наслідків, і знову записане зображення буде мати точно таку ж якість, як і до удару.
Сила зчеплення E1 = V1 / d, де d - товщина зазору. Перший рівень напруги відповідає енергії, що перевищує рівень енергії руйнування зв'язку молекул РК-матеріалу з поверхнею плівки орієнтує шару. Другий номінал напруги E2 = V2 / d відповідає прикордонному рівнем приблизно рівному енергії руйнування зв'язку.
Тепер стає зрозуміло, навіщо потрібні малі зазори - чим менше робочий зазор в ЖК-осередку, тим менші амплітуди робочих напруг можна використовувати. Чим менше рівні напруг, тим менше рівень споживання потужності, що витрачається на стирання і запис зображення.
При малих зазорах велика ймовірність коротких замикань. Поверхня провідної плівки повинна бути ідеальною по товщині і не містити дендритів, властивих проводять плівкам, отриманим методами вакуумного напилення. Зовсім недавно робота з такими зазорами була практично неможлива.
Розробка нових технологій, що дозволяють отримувати проводять плівки потрібної якості з ідеальною структурою, відкрили дорогу для нових дисплейних технологій, подібних BiNem. При складанні дисплеїв потрібно забезпечити вирішення ряду технологічних проблем:
- отримання рівномірного зазору 1-2 мкм;
- отримання бездефектних рівномірних по товщині проводять плівок;
- рівномірна заливка ЖК-матеріалу в надмалих зазор між пластинами;
- нанесення надтонких плівок орієнтують шарів з заданими властивостями.
Якщо реально дивитися на речі, то для реалізації BiNem ЖК-дисплеїв, звичайно ж, потрібно рівень технології набагато вище, ніж для STN-дисплеїв. Поки в лабораторних умовах отримані тільки досвідчені зразки дисплеїв. Якщо ж вдасться довести вартість технологічних операцій при складанні BiNem дисплеїв до рівня STN, то найближчим часом дисплеї BiNem можуть витіснити дисплеї TN і STN з багатьох звичних секторів дисплейного ринку.
Для даної технології можна використовувати оптичні схеми як з одним, так і з двома поляризаторами. При цьому, на відміну від STN-дисплеїв, немає необхідності використовувати цветокомпенсірующіе плівки фільтрів, оскільки порушення квітів не властиво для даного ефекту.
Таблиця 1. Основні характеристики прототипу РК-дисплея BiNem
Напруга на електродах стовпців (дані)
Угода про спільну розробку та промислове освоєння BiNem дисплейної технології з тайванською фірмою Picvue. Picvue, відомий тайванський виробник РК-дисплеїв, і Nemoptic, французька дослідницька компанія, що спеціалізується в області передових ЖК-дисплейних технологій, підписали недавно угоду про спільне використання технології BiNem® (Bistable Nematic), розробленої фірмою Nemoptic.
«BiNem® технологія допоможе зміцнити наші позиції на ринку PDA і мобільних пристроїв, а також забезпечить відмінне рішення для просування на ринок пристроїв типу ebooks», - заявив Jacob Lin, президент компанії Picvue. «Партнерство з швидко розвивається компанією Picvue дозволить реалізувати переваги нашої технології BiNem», - каже Alain Boissier, президент компанії Nemoptic.
Коротко про компанію Picvue
Коротко про компанію Nemoptic
Nemoptic - молода французька компанія, що спеціалізується на розробці передових технологій для ЖК-дисплеїв. Nemoptic зуміла об'єднати разом фахівців високого класу - членів престижної Orsay Group, а також технологів та інженерів, які прийшли з high-tech промисловості. BiNem® є останньою розробкою фірми Nemoptic. Всі міжнародні патенти, які мають відношення до даної технології, є власністю Nemoptic.
Таблиця 2. Області застосування ЖК.дісплеев за технологією BiNemTM
Ніша пристроїв з високим відношенням (продуктивність / ціна)
Прилади з вирішальними факторами (автономне живлення + продуктивність)
Спеціальні області (no power)