史子謙，喬云霞，貴麗紅，崔 青，陳雪嬌，華瑞茂

（1.石家莊誠志永華顯示材料有限公司，河北 石家莊050091；2.河北省平板顯示材料工程技術研究中心，河北 石家莊050091）

1 引 言

LCD 顯示器在電子計算機、通信機、導航設備、電視電話以及航空、航天、軍事應用中，均具有很大的優(yōu)勢，居于主導地位。STN－LCD 是僅次于TFT（薄膜晶體管）－LCD的產品，它的市場份額次于TFT－LCD，主要是它的顯示品質比不上TFT－LCD。但它制造工藝簡便，成本僅為TFTLCD 的1／2，這是它的最大優(yōu)勢。STN－LCD 價格低，又具有一定的顯示品質，在攝錄一體化機、電視電話、汽車導行儀、汽車中控、儀表，小型電視機、通信機、游戲機、個人數字助理等應用方面占有重要的市場［1］。因此提高STN－LCD 的顯示品質，在非常成熟的工藝基礎上獲得最佳的生產效率和顯示效果，是非常有意義的。

在液晶顯示器件中，響應速度，視角，閾值電壓隨溫度的變化等，都是非常重要的性能參數。對液晶顯示器來講，除了顯示器件的設計參數外，顯示器顯示品質主要與液晶材料的性質有關。相同的液晶材料參數，不同的液晶材料體系灌注到顯示屏中，體現出來的各項顯示參數不同。但是對于相同的液晶材料體系，使用不同的手性劑，對液晶的各項顯示參數也有影響。手性劑的特征是分子結構中含有不對稱手性中心的碳原子（常以C＊表示）［2－4］，分子本身具有鏡像對稱性。這類液晶分子因手性中心的存在而形成螺旋結構，將這類分子作為摻加劑加入到液晶混合物體系中，調節(jié)螺距p，從而實現STN－LCD 模式顯示。不同結構的手性劑，扭曲能力不同，摻加到液晶混合物中對各項顯示參數有較大影響。

2 實 驗

2.1 材料

本工作選用液晶材料KA－26作為母體，母體KA－26的Δn為0.128。

按照式（1）計算盒厚，盒厚為6.6μm。將不同結構手性劑按1%的濃度添加到母體中，測量螺距P，按照式（2）［5－6］計算不同結構手性劑的扭曲能力HTP值。

按照d／p≈φ／360，計算手性劑摻加到母體中的濃度。將不同結構手性劑的HTP 值，加入到母體中的濃度列于表1。母體液晶材料KA－26，幾種不同結構手性劑均由石家莊誠志永華顯示材料有限公司生產。

測試儀器：讀數顯微鏡，楔形盒。楔形盒：tanθ＝0.018 3。

表1 手性劑HTP值和添加濃度 Tab.1 HTP value of Chiral dopant and added concentration

2.2 樣品制備與測試方法

按照計算出的手性劑濃度，分別配制母體－手性劑混合物，編號為A、B、C、D。在50～60 ℃下攪拌溶解，完全溶解后再攪拌1h至體系完全均勻，將上述四個體系的液晶材料混合物利用毛細管作用分別灌注到240°扭曲6.6μm 左旋STN實驗盒中，每個體系灌三片實驗盒。待液晶灌注好后，將實驗盒灌注口的液晶擦拭干凈，然后在實驗盒前后片玻璃上分別貼上偏光軸為60°，30°的偏光片，夾角為30°。實驗盒由信利半導體有限公司生產。流體黏度采用LVDV－II＋VISCOMETER 型錐板黏度計測試。光電性能，視角等由DMS－501光電綜合測試儀測試。

3 結果與討論

3.1 手性劑對閾值電壓和響應速度的影響

使用LVDV－II＋VISCOMETER 型錐板黏度計測試A、B、C、D 四個體系的流體黏度，測試結果如表2所示。

由表2可以看出，不添加手性劑時，母體KA－26流體黏度為18.2mPa·s，添加手性劑后黏度有較大提高。D 體系由于加入CH4 濃度僅為0.07%，所以黏度增大最少，A 體系中CH1加入量最大，為1.83%，黏度增大最多。加入手性摻加劑增加黏度的主要原因是母體由向列項轉變?yōu)槟戠尴?，液晶體系內部增加了扭曲力造成的。

表2 不同結構手性劑液晶體系的流體黏度Tab.2 Fluid viscosity of LC system with different structure chiral dopant

使用DMS－501 光電測試儀在室溫下對A、B、C、D 四個體系的實驗盒進行測試，得出了各個體系的閾值電壓，最佳驅動電壓，響應時間，測試圖形如圖1所示。圖1是B體系的測試結果，1＃圖是KA－26＋0.82%CH2的靜態(tài)V－T cruve，2＃圖是KA－26＋0.82%CH2的動態(tài)V－T curve，1／64Duty，1／9Bias，頻率64 Hz。3＃圖是響應時間，NS－S是非選態(tài)到選態(tài)的下降時間，指的是透光強度由90%下降到10%所需的時間；S－NS是選態(tài)到非選態(tài)的上升時間，指的是透光強度由10%上升到90%所需的時間。響應時間是上升時間與下降時間之和［7］。其余A，C，D 三個體系均采用下圖測試條件進行平行測試。

圖1 KA－26＋0.82%CH2的DMS－501測試結果Fig.1 Result of KA－26＋0.82%CH2from DMS－501

A、B、C、D 4 個樣品在室溫（（25±2）℃）下測試的閾值，響應時間結果列于表3。

由表3可以看出，雖然四種手性劑扭曲能力大小不同，但可得到相同的STN 閾值。這是因為按照d／p≈φ／360計算手性摻加劑的量，摻加到母體KA－26向列相中后，產生的螺距相同。閾值電壓與螺距的關系見式（3）［8］：

由式（3）可以看出，同一款液晶母體，介電各向異性Δε，k11，k22，k33等彈性常數都是相同的，使用相同扭曲角的液晶測試盒，無論使用何種手性劑，只要調出的超扭曲向列相的螺距相同，所得到的閾值電壓相同。

手性劑結構對響應時間是有影響的。由表2 可以看出，加入手性劑后，液晶的流體黏度增大。扭曲能力越小的手性劑，加入量越多，流體黏度越大；扭曲能力大的手性劑，加入量越少，流體黏度越小。響應速度和黏度是成反比的，黏度越大的體系，響應速度越慢；黏度越小的體系，響應速度越快。如表3所示，在室溫時B 體系響應速度比A 體系快到10%左右；C 體系比B體系略快，約1.6%；D 體系比C 體系略快，約1.2%。

3.2 手性劑對電壓與響應時間的影響

使用DMS－501的控溫裝置，測試4個樣品的實驗盒從－30～60 ℃下的動態(tài)最佳驅動電壓，響應時間。測試結果如圖2和圖3所示。數據取3個實驗盒測試數據的平均值。

表3 不同結構手性摻加劑對應的閾值電壓和響應時間Tab.3 Optical threshold voltage and response time of different chiral dopant LC system

圖2 不同結構手性摻加劑液晶體系對應于不同溫度下的Vop電壓Fig.2 Vop voltage of different temperature in LC system with different chiral dopant

圖3 不同結構手性摻加劑液晶體系對應于不同溫度下的響應時間Fig.3 Response time of different temperature in LC system with different chiral dopant

由圖2和圖3數據可以看出，摻加不同結構的手性劑對動態(tài)最佳驅動電壓有一定影響，但影響不是特別大，對不同溫度下的響應時間有很大的影響。由于CH1的扭曲能力最小，HTP值僅為4.4 μm－1，所加入KA－26的濃度最大，為1.83%，從60℃到－30 ℃下的Vop電壓變化最大。而CH2與CH3的扭曲能力比較接近，加入到KA－26中的濃度也接近，不同溫度下的v、Vop電壓也極為近似。而CH4扭曲能力最大，高達108.2μm－1，是CH1的25 倍，是CH3 的10 倍，所 加 入 濃 度 僅 為0.07%，不同溫度下的Vop電壓變化最小。不同結構手性劑對不同溫度下的響應時間影響比較大，從圖3的數據看，60℃時A、B、C、D四個體系的響應時間由于溫度高，Δn比較小，導致對比度非常差，響應數據測不出來。隨著溫度降低，響應時間越來越長。且手性劑的影響也隨著溫度降低增大，在40～0℃溫度區(qū)間，響應速度差別不大，0 ℃以下，響應速度差距明顯增大。

3.3 結構手性劑對視角的影響

使用DMS測試A、B、C、D 四個體系的視角，測試結果如圖4所示。圖4中4副圖的相同顏色區(qū)域代表對比度相同。

圖4 不同結構手性添加劑液晶體系的等對比度視角圖Fig.4 Iso－contrast ratio viewing figure of different structure chiral dopant LC system

由圖4可以看出，B、C 體系的視角比較好，D體系的視角區(qū)域最小。

4 結 論

通過在母體KA－26中添加不同結構手性劑，考察了不同溫度下的動態(tài)最佳驅動電壓Vop，不同溫度下的響應速度，室溫時候的等對比度視角圖。實驗結果表明，扭曲能力小的手性劑添加量大，會導致黏度增加，響應速度變慢，dV／dT 隨溫度變化率高，且可能會影響主體液晶的性能變化。扭曲能力大的手性劑添加量小，液晶體系的黏度增加幅度小，響應速度比較快，dV／dT 曲線隨溫度變化率小。而且，扭曲能力大的手性添加劑d／p window 比較寬，在高溫時不易出現疇［9］。從視角上來看，在STN 中添加CH2和CH3效果比較好。所以在工業(yè)上選擇手性劑時要考慮是用在什么器件上，側重于哪些顯示特性，綜合考慮各項因素后選擇合適的手性添加劑。

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