液晶单元（共7篇）
液晶单元 篇1
0 引言
液晶移相控制单元是利用液晶介电常数可调的性质来实现单元对反射电磁波相位的控制[1]。利用液晶移相控制单元可以用来实现可重构反射阵天线,有源电磁阻抗表面等,正成为近几年的研究热点,很多想法已经被实现:基于液晶反射移相控制单元的波束扫描液晶反射阵天线[2],基于液晶反射移相控制单元的单脉冲液晶反射阵天线[3]等。液晶反射移相控制单元设计的关键是获取随液晶介电常数变化的相位控制曲线和衰减曲线,通常设计的第一步就是利用仿真获取这些曲线。
传统的反射相位控制单元的设计结构包括贴片形,偶极子形等[4]。为了满足可重构天线和有源电磁阻抗表面的设计要求,实现灵活的相位可调,需要单元的调相范围很宽,往往需要采用多频谐振结构来实现[5]。以往的设计经验是使用双层结构的设计[6],但是双层结构要求两层金属贴片的位置必须精确,增加了对反射相位控制单元的加工要求。单层设计包括双方环[6],双十字的结构,这些设计的原理同样是利用内外两层不同尺寸结构的谐振频率不一样,但是在这种单层单元中,两个谐振频率往往差别很大,不能满足谐振频率相近以增加调相范围的要求。文献[7]中提到一种利用三个偶极子结构来实现反射阵天线单元的设计方案。这种结构加工简单,调整灵活,同样可以实现宽范围调相能力,但是损耗较大,最低点的损耗有-10 d B。本文提出一种利用两个偶极子贴片来实现宽带反射移相控制单元的设计,使用这种结构进行仿真,在同样具有450°宽范围调相能力的基础上,最低点的损耗降为-6 d B以下。
1 双偶极子单元结构和仿真方法
1.1双偶极子单元结构设计
如图1所示,双谐振反射移相控制单元由顶层介质板、双偶极子贴片、液晶和底层介质基板构成。两个偶极子谐振长度不同,形成多谐振的单元结构。通常为了形成一定厚度的用于盛放液晶的液晶槽,由介质板做成的垫片作为液晶槽的四壁。聚酰亚胺薄膜被涂在顶层介质基板的下表面和金属基板的上表面,起到在无电压作用下液晶分子的定向作用。这里需要注意的是,为了保证导向膜起到导向的作用,液晶层的厚度需要控制在250 μm以内。为了方便设计,这里采用泰康利TLX-8-0100型介质基板作为顶层介质基板和液晶槽壁的垫片 ,其厚度为10 mil,介电常数 ε= 2.55,损耗角正切tan δ = 0.019 。
液晶分子会随着所加偏置电压的变化而转动。当电压为零时,由于导向膜的作用,液晶分子平行于导向膜;当电压逐渐升高时,液晶分子会向着垂直于导向膜的方向转动;当电压超过一个阈值电压时,液晶分子处于垂直于导向膜的状态。因此液晶的介电常数也会随着液晶的分子取向,即所加偏置电压的大小而变化。
本文在设计中应用了文献[8]中记载的液晶材料MDA-03-2838,这种材料在35 GHz下的介电常数已经被测量:ε⊥= 2.3,tan δ⊥= 0.011,ε∥= 3.1,tan∥= 0.004。
1.2仿真方法选择
正如文献[9]中表述的那样,可以利用一个等效的均匀媒质来代替介电常数各向异性的液晶。对于液晶反射移相控制单元结构设计和仿真过程而言,这种液晶的建模方法在反射幅度曲线和相位曲线获取过程中所引起的误差是可以被接受的。采用这种建模方法,就可以使用传统的反射阵天线的仿真方法对液晶反射移相控制单元进行分析。
传统的使用波导模拟器法对反射移相控制单元的幅相性能进行仿真的方法有两种。一种是使用HFSS中的Floquet模加Master/Slave边界条件的方法[10],这种常用的方法可以模拟无限大周期结构排列的单元对电磁波的反射作用;另一种是采用PEC边界条件和PMC边界条件相结合的方法[11],就是在单元的四壁分别采用两个PEC,两个PMC的边界条件,这种方法也被用来模拟无限大周期阵的反射特性。两种仿真方法结构如图2所示。
图3表示了分别采用两种方法仿真出的反射特性S11的幅度和相位。此时,Lx1=2.1 mm,Ly1=0.5 mm,Lx2=0.1 mm,Ly2=2.35 mm,Lx= Ly=3 mm,D1=0.55 mm,D2=0.75 mm,液晶的介电常数 εLC= 2.3,液晶的损耗角正切值tan δLC= 0.011。
从图3可以得出,这两种方法都对周期性反射移相控制单元结构进行仿真的结果有明显差异。PEC,PMC边界条件的存在所造成的散射会对仿真结果造成一些干扰,利用Floquet模加Master/Slave边界条件的方法弥补了这些不足。此外,使用Floquet模加Master/Slave边界条件可以模拟不同入射角度的情况,因此应优先选用Floquet模加Master/Slave边界条件模拟对天线单元的仿真。
采用Floquet模加Master/Slave边界条件的方法进行仿真需要注意不同入射角情况下仿真出的反射波相位结果的不同。本文在35 GHz采用不同的入射角对模型进行仿真,仿真结果如表1所示。结果显示,随着入射角度的增大,反射相位也会发生变化,这种变化的幅度也会随着入射角度的增大逐渐增大。但如果入射角保持在40°范围内,相位偏差不会超过18°,这表明,采用Floquet模加Master/Slave边界条件的方法对垂直入射的模型进行仿真的结果,可以用于对入射角小于反射阵天线的设计,此时相位偏差不会超过20°。
2 双偶极子单元设计优化
2.1双偶极子单元的工作原理
如图3(a),双偶极子单元结构工作时有两个谐振点:36 GHz,37.8 GHz。不同的谐振状态下单元的工作模式不同,图4是双偶极子型反射移相控制单元两种谐振频率下工作时的电流分布,图4(a)表示的是低频36 GHz谐振时的电流分布,图4(b)表示的是高频37.8 GHz谐振时的电流分布。从图中可以知道,当低频谐振时,是低频偶极子在起作用;当高频谐振时,低频单极子和高频单极子共同起作用,这其中就包含了两个单极子之间的互耦作用。因此,在设计的过程中,不仅要考虑单极子贴片的作用,还要考虑两个偶极子贴片之间互耦的作用。
2.2单贴片单元分析设计
首先对单个反射移相控制单元的各项参数进行仿真设计以确定双偶极子形状单元对电磁波反射特性的影响。单个偶极子单元的结构仿真模型如图5所示。单偶极子结构的谐振频率主要取决于谐振长度,即长度L。随着谐振长度L的增大,谐振频率下降。单偶极子宽度W和单偶极子偏移中心的距离D可能对单元损耗有影响。因此仅对W,D分析确定它们对反射电磁波损耗的影响。这个结构单元分析也是使用Floquet模加Master/Slave边界条件在商用电磁仿真软件HFSS中完成的。
此时,L =2.15 mm,Lx= Ly=3 mm,液晶的介电常数 εLC= 2.3 ,液晶的损耗角正切值tan δLC= 0.011 。图6显示了随着W变化反射波幅度特性的变化规律。随着W的变大,品质因数Q下降,天线单元对反射波的损耗降低。图7给出了频率分别为34 GHz,35 GHz,36 GHz时反射波相位随偏置长度D的变化。结果显示,对于周期结构而言,单元中的单偶极子的位置对反射波的幅相特性影响很小。因此在设计的过程中不用考虑偶极子贴片置于单元的中心位置,应选择尽量大的W,以尽可能地减小损耗。
2.3互耦的影响在设计中的考虑
两个偶极子贴片在工作时不可避免地会产生互耦。互耦不仅仅会对谐振频率产生影响,如果互耦的影响太大,会导致天线结构的品质因数Q增大,损耗将会增大。影响互耦的参数有两个:两个偶极子的谐振长度之差Ly1- Ly2和两个偶极子贴片之间的距离D1+ D2。本文通过仿真对这两个参数对反射相位的影响进行了分析,这些分析也是用商用仿真软件HFSS来完成的。如图8所示,如果保持Lx1=2.35 mm不变,当Lx2由2.15 mm变为2.2 mm时,天线单元的品质因数Q显著升高,损耗下降剧烈。两个偶极子贴片间的距离D1+ D2也会影响单元的反射特性,但这种影响很容易避免,只要D1+ D2大于0.2 mm就可以满足设计的要求。
3 数值仿真结果
经过上述的优化,双偶极子多谐振液晶反射移相控制单元的谐振长度进行优化调整之后的单元结构尺寸为Lx1=0.8 mm,Ly1=2.12 mm,Lx2=0.2 mm,Ly2=2.35 mm,Lx= Ly=3 mm,D1=0.4 mm,D2=0.7 mm。图9和图10给出了采用MDA-03-2838型液晶的反射移相控制单元对反射电磁波的调控能力和35 GHz下的天线设计曲线。图9是液晶介电常数从2.3~3.1之间变化时反射电磁波幅度和相位特性变化规律。随着液晶介电常数的增大,反射移相控制单元的工作谐振频率下降,即可以调控反射电磁波的相位。图10给出的是在35 GHz频率下液晶对反射相位和幅度的调控能力。当介电常数从2.3~3.1之间变化时,天线单元有450°的控制范围,幅度控制在-6 d B以内。
4 结语
本文提出了一种双偶极子多谐振结构液晶反射移相控制单元结构设计,利用等效模型和HFSS中Floquet模加Master/Slave边界条件仿真的方法就可以对采用MDA-03-2838型液晶的反射移相控制单元进行分析。通过仿真偶极子上的电流分布确定两个偶极子的工作原理。通过对单个液晶反射移相控制单元反射特性和单元间互耦的分析,单元被优化设计,并获得了设计所需要的随液晶介电常数变化的反射电磁波相位和幅度的设计曲线。优化设计之后的单元在35 GHz拥有超过450°的相位控制能力和小于-6 d B的损耗,可以满足各种可重构天线和有源电磁阻抗表面的设计要求。
摘要：提出一种双偶极子液晶相位控制单元结构,并对液晶相位控制单元的设计与模型仿真进行研究。首先通过对比两种无限大周期结构的仿真结果,确定液晶相位控制单元的仿真方法。基于该仿真方法,分析了双偶极子多谐振结构的电流分布,从而揭示了相位控制单元的工作原理。基于该工作原理,一种包括单偶极子单元设计和双偶极子互耦影响的设计优化方法被提出。仿真结果显示,经过优化设计后的液晶反射移相控制单元同时拥有小于-6 d B的低损耗和450°的宽调相范围,可以用于设计可重构天线、有源电磁阻抗表面等。
关键词：反射阵天线,液晶,双偶极子,互耦
液晶单元 篇2
虽然等离子在市场上已经一败涂地，但是技术上和图像效果上，却比液晶有很明显的优势，其性能要领先于液晶。
等离子电视突破
能大不能小的瓶颈
液晶和等离子的诸多差别，根本上说是由于其工作原理的差别造成的。
液晶体在电场的作用下分子排列状态会从无序状态变为规则排列。液晶面板在两片玻璃基板上装有配向膜，所以液晶会沿着沟槽配向，由于玻璃基板配向膜沟槽偏离90度，所以液晶分子成为扭转型，当玻璃基板没有加入电场时，光线透过偏光板跟着液晶做90度扭转，通过下方偏光板，液晶面板显示白色；当玻璃基板加入电场时，液晶分子产生配列变化，光线通过液晶分子空隙维持原方向，被下方偏光板遮蔽，光线被吸收无法透出，液晶面板显示黑色。液晶电视便是根据电压的变化，使面板达到显示效果。形象点说，就好比是一个个小窗户，液晶分子就是一扇扇小窗扇，通过窗扇的开关或开口的大小显示图像，而光源来自背面的灯管。
等离子的发光原理和日光灯一样，是在真空玻璃即放电空间中注入惰性气体或水银气体，然后再利用施加电压的方式，使管内的气体产生放电释放出紫外线光，照射涂布在玻璃管管壁上的荧光粉，荧光粉就会被激发出可见光；只要涂布不同的荧光粉，就会激发出不同颜色的光。等离子屏幕上的每一个像素，相当于一个小灯管。
由于原理上的不同，因此制造工艺也不同，等离子是直接发光，发光会产生热量，像素无法做的更小，否则无法解决散热问题，所以等离子尺寸大，不能像液晶那样做的很小。而液晶的像素本身并不发光，只要控制光线的通过即可。加之液晶体体积本身就很小，因此像素可以做的更小，小的液晶十几寸（英寸，下同），大的可以达52寸。
在导致等离子陷入困境的众多因素中，等离子不能生产小屏幕产品是一个重要的因素。由于大尺寸不适合卧室、书房等小房间，所以需求也不足。但是现在这个瓶颈已经被打破，目前32寸等离子已大规模上市。目前的32寸等离子全部为LG生产的面板，分辨率为852*480，虽然达不到高清标准，但是对于观看有线电视、卫星电视和DVD，效果要明显好于液晶，特别在对比度，暗部细节，高亮质感上，超过同价位的液晶。即使用来收看高清节目，在2米的距离观看，和32寸液晶电视具有同样的效果。
32寸等离子最大的一个优势是价格便宜，目前普遍价格在4500元水平，和液晶比具有一定优势。同价位的液晶电视效果则要相差许多。
分辨率 不再是42寸
等离子的噩梦
电视机是用来看节目的，因此清晰度是最重要的。对于平板电视，考察清晰度的高低，就看分辨率的大小。等离子被液晶大败，另一个原因就是等离子的分辨率不够高。目前平板电视的两大趋势是FULL HD化和大屏幕化。大屏幕化，集中体现在42寸这个尺寸上，销售的比例越来越高，40、42寸已经成为客厅平板电视的首选尺寸。FULL HD化，就是要求分辨率达到1920*1080。
由于发热等原因的限制，等离子电视机在分辨率上，特别是42寸等离子电视机，有着先天的不足。直到去年下半年，等离子最高分辨率还停留在1024的低水平上，按照国标要求，根本谈不上高清。对于液晶电视而言，26寸的分辨率即可达到1366×768。
但是等离子这种被动局面已经在改观，去年开始陆续推出了42寸高清等离子电视机，日立分辨率为1280×1080，松下分辨率为1366×768，均符合高清国标的要求。而且松下在42寸等离子电视机上取得进一步突破，通过改变电极类型、优化驱动方式，已经可以生产42寸全高清等离子电视。
50寸等离子电视机方面也有很大突破，日立和松下都推出了FULL HD产品，而且松下还将FULL HD阵容扩大到了58和65寸。
对比度 等离子电视的第一个优势
电视图像清不清晰，还与对比度关系密切，对比度越高，图像越清晰，层次越丰富，色彩越鲜艳，画面越通透。衡量电视机效果的一个重要指标是对黑色的表现，越高级的电视机，所表现的黑色越黑越纯。
在对黑色的表现上，等离子要超过液晶，由于液晶画面的形成是透光式原理，在表现黑色画面上，液晶体不能彻底阻断光线，总有一部分光线要透过液晶体被看到。而等离子是自发光的方式，只要将像素关闭，就可以实现更好的黑色。在黑色方面，液晶只能做到0.7nit，而等离子可以做到0.1nit，差距非常明显。
实际上，对比度是影响画质的最大因素，液晶由于对比度不足，在表现高亮画面时，有严重的过曝现象，就像胶卷曝光过度一样，细节看不清，白花花的一片。而表现黑暗场景时，看不清图像的细节和层次，就是黑乎乎的一片而已。这点在用液晶电视机收看央视高清转播的世界杯比赛时最明显，由于世界杯赛场光线明亮，一些广告看板本身就是白色或黄色的，运动员服装也是黄色、白色的，草坪是浅绿色，看台上成片的观众穿着白衣服，当光线稍微明亮时，就形成高亮画面，细节全部丧失，效果甚至不如使用了10余年的CRT好，而在等离子电视机上就要好多了。
色彩 等离子电视更出色
由于等离子是自发光，而液晶是透光式，等离子色彩饱和度更好，所表现的色彩层次更细腻，更丰富。虽然液晶也推出了10bit产品，但是像索尼V系列和D系列，其10bit都是假的，绝大多数情况下，只有8bit效果，没有意义。即使是索尼的W和X系列，和普通液晶电视对比，绝大多数人也看不出差别。
表面上看，液晶的色彩更鲜艳，更吸引人的眼球。但是这种色彩是建立在夸张或失真的基础上的，过分火暴而缺乏真实感。
同样的，在黑色上，等离子要比液晶好很多，特别是松下的70系列等离子，黑色非常深沉，非常纯净。在高亮部分，仍能保持极佳的质感和细节。
等离子电视机没有拖尾、漏光问题
可视角度高
由于液晶电视靠液晶板里的液晶的转动控制光线的通过，而液晶的转动需要一个反应时间，所以画面在表现运动状态的时候有滞后的现象，就是我们说的拖尾。液晶转动的滞后时间就是响应速度，以目前的技术，一般液晶电视都在20毫秒水平，比如索尼、三星、东芝、飞利浦都是20毫秒。有些品牌标注的8毫秒，4毫秒甚至更低的，都是不可信的，是厂家自己测试的结果，如果按照国标的要求测试，也在20毫秒水平。而且要想彻底解决拖尾问题，即使是真的达到1毫秒，仍无济于事。而等离子就没有这个问题。
漏光是液晶固有的缺陷。漏光的表现是，当播放黑色画面是，如果将室内的灯光全部关闭，屏幕四周会发出轻微的泛白的光亮。而等离子电视机就没有这个缺陷。液晶的漏光问题，越是大屏幕越严重。
由于液晶是背发光，光线需要从每个像素的缝隙中透出来，缝隙限制了光线辐射的方向，我们在观看的时候会有角度的限制，就是我们平时所说的可视角。而等离子是每个像素直接发光，不存在这个问题。现在液晶所谓的178度可视角度，测试的方法和等离子的不同，如果采用国标的测试方法，等离子电视机大约是160度左右，而液晶电视机只有110度左右。
烧屏 等离子被夸大的缺陷
造成等离子电视机惨败于液晶电视机的第三个因素是等离子特有的烧屏缺陷。但是这个问题已经得到改善，现在宣传的烧屏问题，有些被夸大了。
烧屏是屏幕老化不均匀造成的，因为一个图像中，有的地方亮度高，有的地方亮度低，当亮度高低反差过大，高亮度的静止图像长时间播放的时候，就会烧屏。
实际上，烧屏也不是等离子特有的缺陷，液晶也有烧屏现象。一位用户购买了一台某品牌32寸液晶电视机，接移动硬盘用4：3比例看电影，两个月后出现烧屏现象，具体现象是，4：3 画面和黑屏交界处，烧出宽度一毫米的两条黑线。这位用户给客服去电话，得到的答复是，烧屏是液晶先天的缺陷，说明书上有说明，烧屏属于客户使用不当，厂家不给免费换屏。
对于等离子烧屏，各厂家已经采取了不同的方法加以解决。常见的方法有采用防烧屏的荧光像素技术；采用高纯度水晶层，实现更快速的放电速度以及更高的发光效率，提升了画面在瞬间变换次数，获得了更好显示效果，可有效解决烧屏问题；有的当画面某一区域长期静止不变时，通过微小范围内的像素移动，改变位置来解决，就是日立采用的移屏技术。还有采用抖动的方法，就是通过闪烁的方法，正常情况下屏幕上高亮部分要一直发光，为了防止烧屏发生，通过闪烁的方法短暂关闭像素，减少发热量，而又不为用户察觉。
使用以上技术措施后，等离子电视烧屏概率已经大大降低，烧屏现象也不再轻易发生。实事求是地说，这些技术都不能完全防止烧屏。但是在普通家庭使用环境中，烧屏问题被严重夸大了，一般电视节目都是活动图像，很少有固定图像的节目。在正常收视时间内，也不会发生烧屏现象，一般也没有长时间只观看一个静止图像的现象。
烧屏现象，一般在火车站、飞机场等公共场所发生的比较多，典型的如上海地铁站和深圳飞机场的烧屏事件。在公共场所播放的内容往往有很多静态画面，而且全天24小时连续播放，和家庭使用环境完全不同。家庭中，即使发生烧屏，也不必担忧，这种烧屏只是暂时性的老化不均，只要换换一个频道就可以解决。
寿命 等离子更长
关于等离子和液晶寿命的问题，是个争论不休的话题，实际上，等离子的寿命至少不比液晶短，所以这个问题已不必担心。
等离子也有其自身的不足，比如耗电量要比液晶高。但是和等离子诸多的优势比，这是微不足道的。
尽管等离子具有如此多的优点，但是在市场上，大家最终却选择了液晶，液晶更时髦，很多人还认为等离子是过渡产品，已经被液晶淘汰了。实际上，仅从效果上讲，等离子比液晶出色，等离子的问题是价格仍过高。如果想追求更好的图像质量，特别是视频发烧友，我们还是建议选择等离子。
市场热门 精品等离子推荐
32寸等离子，可以用在卧室、书房等小房间中，效果也好于液晶。目前值得推荐的是海信TPW3208,长虹PT32600。价格在4500元左右。
42寸等离子，目前分为标清和高清两种。标清等离子，松下42PA7C和42PA7CK效果都非常不错，但是已经不是松下主推产品，特别是42PA7C今后将淡出市场。42PA7CK价格也不具备优势。
日立P42E101C分辨率为1024*1080，属于标清等离子，对于看有线、卫星和DVD是很不错的选择。此机目前最低价格在8000元以内值得出手。
国产方面，可以考虑长虹PT42600或PT42600NHD，前者是852分辨率，已逐渐淡出市场，后者分辨率为1024，价格不超过8000元可以考虑。
42寸高清等离子，由于利润低，日立正在逐渐退出，目前松下42PV70C是最佳选择。42PV70C分辨率为1366*768，采用最新的G10面板，具有多项改进技术，亮度比65C有所提高，黑色表现更深沉，图像效果优异，黑色、亮度、对比度的表现令人满意，任何一款液晶都无法达到此机的效果，是1.5万元内，40、42寸平板电视中的首选，目前价格为12999元。
松下的42PZ700C是FULL HD等离子，截止记者截稿时为止，仍未上市。
50寸高清等离子，值得考虑的有两款，首选是松下50PV70C，大屏幕平板电视性价比第一。50PV70C分辨率1366*768，对比度和黑色效果出众，色彩艳丽，图像逼真，动态效果好。具有HDMI接口，目前价格最低也要1.6万元。此机是46~52寸平板电视中，效果最出众的，是大屏幕平板电视的首选。
其次可以考虑日立P50A101C，这是日立新推出的50寸高清等离子，分辨率为1280*1080，隔行显示，图像的黑色和对比度却有一定程度改善，价格比松下便宜，也可以考虑。
车用液晶面板设计技巧 篇3
肩负路径导航、行车支持、游戏娱乐发展的车用液晶显示器, 伴随着汽车导航仪的普及推广, 在汽车严苛环境条件下, 目前正进行重大的应用变革, 最近甚至跨越汽车导航仪, 成为汽车仪表的警示与行车辅助用显示器。
汽车厂商的可靠性与品质要求严苛, 根本不是一般家电、电脑、数子产品等消费性产品可以比较, 它涉及高可靠性液晶显示器的开发、品质管理系统、日常的生产活动, 必须建立汽车专用的操作系统。
要求特性
耐环境性
车用液晶显示器最基本的要求特性就是耐环境性, 表1是车用液晶显示器的可靠性试验规范。因为汽车厂商的不同, 要求条件更严苛的耐环境试验, 例如高温+95℃、低温-40℃、高温高湿65℃、湿度90%、试验时间2000境试验要求的特性。小时等特性, 面临这种情况厂商利用随机抽样样品进行试验, 确认使用上完全符合耐环
以上是有关可靠性的试验事项, 实际上液晶显示器也是在这样的温度范围内使用, 因此要求各种电气、机械、光学特性同样必须在这样的温度范围内正常动作, 然而所有特性在如此温度范围内不易获得平衡, 包含低温时的光学特性、高温时的自我发热、对可靠性的极限, 目前性能上还无法完全满足汽车厂商的要求。
与其他用途截然不同的车用液晶显示器特性首推画面亮度, 主要原因是车用液晶显示器在室外强烈阳光下, 要求很高的影像画面可视性, 一般移动电话可以在室内或是室外强烈阳光下使用, 移动电话改变方向或是利用手、身体都可以遮盖阳光, 然而固定在车内的液晶显示器却无法任意改变方向, 因此要求画面亮度必须超过阳光。
类似汽车导航仪的触控面板粘贴在表面上, 触控面板会造成穿透率下降, 此外触控面板的表面会反射外部光线, 导致液晶显示器的可视性降低。虽然日本Sharp公司将触控感测器制作在薄膜电晶体周围, 试图以此改善触控面板的光线穿透率与反射问题, 不过这样会使生产工艺与成本变得更复杂、昂贵。车用液晶显示器的亮度通常都很高, 某些液晶显示器内置 (In-panel) 穿透率低于50%的保护压克力板, 高级车系还配合整体设计, 引擎未启动时液晶显示器画面呈全黑状, 这种情况下特别需要高亮度的液晶显示器。
一般液晶显示器将450~500cd/m2的亮度当作标准值, 某些情况下要求450~500cd/m2以上, 甚至超过1000cd/m2以上的规格, 主要原因是液晶显示器的穿透率有一定极限, 因此必须大幅提高背光照明模块的亮度。
车用液晶显示器与移动电话、NB、PC相比, 另外一个差异是亮度的角度特性, 因为车用液晶显示器的配光特性非常特殊。移动电话、NB、PC与其他个人用电子产品大多将显示画面当作正面使用, 只要维持正面亮度作为商品就没有问题, 不过车用的场合液晶显示器大多固定在仪表板侧边, 从驾驶员与助手席大约30度的角度观赏画面, 因此汽车用与移动电话用途的配光特性截然不同, 不过这些特性可以通过背光模块构成元件的光学膜片组合获得。
图1是汽车用与移动电话用液晶显示器的配光特性, 图中的 (1) 与 (2) 分别是车用晶显示器的配光特性实例, (4) 是移动电话用液晶显示器配光特性实例。
移动电话的液晶显示器本身亮度很低, 不过它利用光学膜片使光线收敛在正面方向, 即使相同光源正面也可以变得非常明亮。 (3) 是利用与移动电话相同的光学膜片, 构成的车用液晶显示器光源结构。
由此可知采用与移动电话相同光学膜片结构的场合, 即使光源与一般车用相同, 正面亮度大约是1.4倍, 不过30度角的亮度却降低40%。综合以上现象, 车用液晶显示器若与移动电话比较, 即使相同画面面积, 光源要求的亮度则需是:
正面亮度的比大约2倍×配光特性构成的比大约1.4倍=2.8倍 (1)
此处以7英寸车用液晶显示器与2.75英寸移动电话用液晶显示器为例, 上述2.8倍需要再乘上两者画面显示范围的面积比大约8.6倍, 接着再依此单纯计算车用液晶显示器的光源大约需要24倍, 换句话说车用背光照明模块的消费电力、发热、成本, 都比便携式产品大非常多。
CCFL与LED亮度的站立特性
以上介绍的配光特性是常温、稳定状态下的特性。车用液晶显示器背光照明模块的光源主要使用冷阴极灯管 (CCFL) , 低温时特别是点灯后数分~数十分亮度才提升, 例如-2 0℃点灯开始的亮度是常温稳定状态的10~20%左右, 如图2, 因此冷阴极灯管方式的液晶显示器, 低亮度一直被视为重大课题。
至目前为止液晶面板厂商曾经针对背光照明模块进行各种对策, 例如降低冷阴极灯管的气体压力、电流调节器 (Boost) 等, 不过一般认为根本解决对策是背光照明模块LED化。
其实移动电话背光照明模块的光源从开始就使用LED, 车用背光照明模块却迟迟未使用LED光源, 主要原因分别如下:
·受到亮度、配光特性、画面大小总和的影响, 车用液晶显示器要求的功耗非常大, 加上以往LED的发光效率很低, 因此LED的消费电力一直都比冷阴极灯管方式高;
·在车用的温度条件下为确保可靠性, 每个LED的最大容许电流、温度必须大幅降低, 亦即高温时施加的最大电流值降必须至常温的60%~71%, 亮度降低的部分则增加LED的使用数量以维持亮度;
·恶性循环的结果, 造成LED背光照明模块的成本暴增。
最近几年L E D的发光效率大幅提升, 2005年LED的功耗终于达到与冷阴极灯管相同水准, 开始被当作车用背光照明模块的光源使用。
背光照明模块的LED化, 首先解除低温时的亮度特性课题, 此外变成环保负担物质的水银也完全被除, 尤其是全球各大汽车公司一直将环保行动的融入、参与视为重要的课题。
基于LED背光照明模块的成本限制, 目前汽车导航仪与低价机型还未普及化, 不过随着LED的发光效率提升与高可靠性的落实, 今后背光照明模块是必将全部LED化。
反应速度
最近大型液晶电视的反应速度经常成为话题的焦点, 主要原因是大型液晶电视对运动等快速移动的画面容易发生残影画质, 不过这个问题只是单纯室温下的现象。
车用液晶显示器争论的是-20℃与-30℃时的反应速度, 如图3所示液晶低温时粘度会增加, 反应速度急剧降低。此外车用液晶显示器的画面尺英寸比液晶电视小, 而且不要求大型液晶电视的高画质化, 因此常温时无法成为讨论的对象。
低温时的反应速度一旦低于150ms, 例如电影中汽车突然碾过脚踏车时, 就无法清楚识认该场景, 某些场合还会发生液晶显示器显示的指针等行车资料模糊, 无法辨识等危险状况。
为解决上述问题, 要求液晶材料温度特性范围非常宽广, 车用液晶材料使用-40℃以下凝固温度的材料, 不过液晶一旦接近该凝固温度时粘度会急剧增加, 因此液晶材料必须低粘度化, 同时使夹着液晶材料的两片玻璃基板间隙变窄, 因为窄液晶间隙对液晶的反应速度有很大帮助, 不过以窄液晶间隙控制方式生产液晶显示器, 对良率也会发生一定的影响。
液晶显示器的反应速度随着液晶显示模式有很大差异, 以往车用液晶显示器以TN液晶为主流, TN液晶的低温反应速度非常好, 容易实现低成本化, 相较之下后述追求高画质的ASV (Advanced Super View) 液晶, 黑白之间的反应速度媲美TN液晶, 不过黑与灰色等中间色阶的反应速度却很迟缓, 解决对策例如追加过驱动 (Overshoot drive) 电路, 就可以克服色阶之间的差异, 如图4。
其他液晶显示器厂商高画质面板使用的IPS (In Plane Switching) 液晶, 并无类似ASV液晶中间色阶迟缓问题, 而且任何色阶都没有明显差异, 不过液晶整体在低温时还称不上高速反应, 一般认为IPS液晶未来势必采用与ASV液晶加上过驱动技术, 才能够有效改善液晶显示器的反应速度。
车用LCD的发展动向
高画质化
汽车导航开始普及并逐渐成为日常商品, 普及机型除了维持原本的特性之外, 成本反变成重要因素。高级机型却持续高画质化发展, 主要原因第一是家用液晶电视不断进行高画质进化, 造成高级汽车持有者也希望追求高画质的车用显示器, 第二是高画质的根本手段是提高影像的对比度使黑色画面更黑, 即使夜间显示黑色画面, 背光模块的光线也不会漏光, 可以完全融入周围环境与设计, 如图5所示。
所谓对比特性是以“白色亮度”/“黑色亮度”的百分比方式计算, 换句话说尽量使对比度的数值变大, 可以使黑色显示的影像无限制接近黑色。国外液晶显示器业者曾经在2007年发表2500:1的全球最高对比度车用液晶显示器, 业者为实现高对比度除了采用ASV液晶之外, 同时还大幅抑制彩色滤光膜片与偏光膜片中变成漏光原因的光散乱现象, 才能够实现如此高的影像对比度。
高对比度以外的高画质化要因素, 视色范围的宽广化也很重要, 特别是车用液晶显示器, 大多高置在驾驶者与助手席中间的中央控制台, 从左右大约30度角观赏画面。此外考虑座位的前与后身体左右的移动, 设计上大多以左右45度锁定显示画面的画质 (或对比) , 因此高对比与视范围的扩大, 同样都是高画质化的重要因素之一。
色再现范围的扩大也很重要, 家用液晶电视为追求高精细鲜艳的影像画面, 不断提升NTSC比即色再现范围, 其实车用液晶显示器也有同样的发展趋势, 例如高级车系使用的车用液晶显示器, 已经从以往50%左右的NTSC比, 逐渐向65%、75%进化, 一般认为今后NTSC比还会持续提升。
这些高画质化技术通常都与面板穿透率有关, 例如高画质化会使面板的穿透率降低, 如果维持相同面板亮度, 相对的必须提高背光照明模块的亮度, 不过如此一来却会引发发热增加、系统厚度与边缘宽度变大、成本上升等一连串问题。
冷阴极灯管背光照明模块对于相同外形实现高亮度有其极限, 相比较之下LED背光照明模块发光效率的提升还有很大的空间, 因此液晶显示器厂商普遍认为LED背光照明模块今后的发展很值得期待。
大型化的动向
以上介绍的内容大多集中在汽车导航的液晶显示器, 最近几年汽车厂商提案, 利用液晶显示器取代传统机械式驾驶信息指针仪表。过去某些车型曾经使用液晶、真空萤光管等元件作为数字驾驶信息显示, 这类显示器主要特征不论颜色、显示内容都是固定的, 而且都是单一功能, 目前汽车厂商的提案是更换成全彩高画质液晶显示器, 使用上可以随时依照实际需求自由切换显示内容, 提供驾驶员必要的各种信息。
上述的具体方法是在仪表板内嵌8英寸左右的TFT液晶显示器, 就可以显示与传统机械指仪表相同的影像, 夜间若切换成红外线摄影机, 还可以辨识黑暗场所的动物与行人, 其实这种可以切换成夜间影像模式、具备多功能内嵌面板 (In-Panel) 的液晶显示器, 已在2005年被某些汽车厂商采用, 未来将出现的各式内嵌液晶面板的显示画面, 如图6所示包含引擎转速、车速、水/油等行车资讯与导航仪、各种警告显示、车辆状态, 或是利用前后四周摄影机构成的电子后视镜 (B a c k Mirror) 影像, 或是利用无线网路传送的资讯、TV、DVD、线上游戏、电影等应用画面等, 因此某些车厂采用画面尺英寸大于12英寸以上的全彩高画质液晶显示器。
只不过汽车厂商私下认为, 提供的信息如此繁杂, 尤其是某些信息要求驾驶员在行车途中瞬间进行判断, 然而随着显示方法的不同, 反而会使驾驶员更混乱, 因此车厂认为显示方法必须充分考虑、规划。此外法规上自由性的规范非常多, 因此汽车厂商几乎已经陷入不得不更加慎重检讨的窘境, 不过整体而言未来汽车的仪表板肯定会朝高画质全彩液晶显示器发展。
车用液晶显示器专用液晶显示器
半穿透型高画质全彩液晶显示器
前文曾提到车用液晶显示器的亮度必须超越环境光线, 不过半穿透型高画质全彩液晶显示器的各像素, 同时有穿透电极与反射电极, 如图7所示, 反射电极部位的液晶间隙 (Cell Gap) 只有穿透电极的一半, 穿透与反射两电极形成多间隙 (Multi Gap) 结构, 利用这种特殊构造组合穿透与反射的光学特性, 就可以改善显示画面亮度不足的困扰。
半穿透型高画质全彩液晶显示器的反射电极部分光线穿透率会降低, 其结果造成背光照明模块的画面亮度降低, 不过外部光线一旦变亮, 利用外部光线的入射, 反射电极部位的亮度会提升, 因此半穿透型液晶显示器在任何外部光线环境下, 都可以维持一定的画面分辨率。
图8是半穿透型高画质全彩液晶显示器与传统穿透型液晶显示器, 在相同外部光线下的辨识性比较结果, 由图可知照度变强时, 传统穿透型液晶显示器的画面亮度稍为提升, 主要原因是偏光板表面等多余的反射光, 实际上对影像毫无帮助, 相较之下半穿透型高画质全彩液晶显示器无外部光线时, 画面亮度只有穿透型液晶显示器的一半, 在6万照度 (lx) 的外部光线下, 画面亮度超过2500cd/m2。
双重显示
驾驶者需要导航画面资料, 助手席的乘客希望观赏电视的需求越来越高涨, 可以同时满足这样需求就是所谓的双重显示 (Dual View) 高画质全彩液晶显示器。
基本上这种液晶显示器是将视差障碍设置在面板画素内, 再分别嵌入不同画面影像, 观视者只能分别从左、右单侧面视角读取液晶显示器的画面影像, 如此一来就可以同满足驾驶者与助手席的乘客观赏液晶显示器画面的需求。
结语
本文介绍车用液晶显示器的开发技巧与未来发展动向。汽车进行一场史无前例的电子化革新运动, 可以即时提供驾驶者即时必要的各种行车资讯, 以及利用无线网路传送技术, 提供乘客TV、DVD、线上游戏、电影等服务的车用液晶显示器, 它的重要性与必要性越来越受到重视。
液晶电视等 篇4
技术方面，LCD－47CN8具有IPPT智能视频优化技术，这是三洋融合DCDI和ACC／ACM等技术，最新开发出的视频优化方案。通过IPPT技术处理，能够有效抑制串色干扰，全面克服干扰造成的染色、斑色、色彩重叠，提高动态色彩，消除画面串色现象；同时进行运动图像补偿，彻底消除动态画面上的锯齿毛边，使边缘更流畅、影像更连贯；及时插补转换过程中帧幅色，自动将色彩饱和度和亮度美化至符合人眼审美观的最佳状态，从而获得更稳定流畅、自然逼真的动态影像效果。声音方面，LCD－47CN8具有SRS环绕立体声，能利用仿声学原理，将普通立体声信号的反射和回声等环绕声音提取出来，然后再根据人耳对不同空间方向声音信号的响应函数进行信号处理，使人感到处于三维声场的包围之中，具有身临其境的强烈感觉。
点评
三洋在液晶电视领域的实力不可小视，LCD－47CN8作为其最新产品，具有相对优质的画面、精美的外观以及良好的品牌口碑，可谓是一分钱一分货。
双核笔记本电脑——华硕U5F
华硕的笔记本产品素来有着“轻薄专家”的美誉，这款12英寸屏幕的UBF同样具有筒约流畅线条的，碳纤合金上盖厚度仅0.8厘米：转轴处的细竹节式设计，更有东方古典韵味。而且U5F在铅、汞等六种有害物质的含量限制上均通过了欧洲严格的RRoHS标准，以低辐射和人体工学设计，为用户的应用健康提供了全方位的呵护。
在配置方面，UBF采用英特尔酷睿2双核处理器T5500，频率1.66GHz，2MB二级缓存，667MHz前端总线。标配内存为512MB DDR2 533，可以再扩充到1.5GB。目前512MB内存已经偏于保守了，建议购买电脑的用户最少把内存扩充到1GB在运行程序时会流畅很多。硬盘为IOOGB SATA硬盘，这在目前主流的笔记本电脑里算非常大的容量了，足够应付绝大多数用户的存储需求。作为一款商用超轻便笔记本，华硕U6F采用英特尔GMA950集成显卡，并不适合游戏玩家不过这与其商用定位是一致的。在接口方面，该笔记本提供了3个USB20接口，还集成个IEEE1394接口，其他接口包括VGA输出，麦克风输入，耳机输出、RJ11电话线接口、RJ45以太网接口、PCL EXPRESS插槽和支持SD／MMC／MS／MS PRO卡的读卡大插槽。USF出厂时预装Windows XP家庭版，不过用来运行微软最新上市的Windows Vista中文版也完全不成问题。
点评
U5F具有相当出色的硬件配置和华硕的金字招牌，并且价格也已经降到了非常经济的区间，很适合于那些经常出差工的商务人士选购。
喷墨照片打印机——爱普生stylus photo r390
STYLUS PHOTO R390是爱普生2006年11月发布的一款针对高端家庭用户的打印机，倾斜式前面板设计让人印象深刻，而且在面板前端还搭配有一个3.5英寸液晶屏，方便用户打印照片。STYLUS PHOTO R390使用爱普生高精准微压电打印头，最小墨滴为1.5微微升，最高打印分辨率为5760×1440dpi，黑白和彩色文档的打印速度均达到了每分钟30页，打印一张6寸照片仅需13秒。R390支持更先进的全方位独立打印技术，全面支持蓝牙无线打印只要把数码相机、手机、PDA等设备中的文件通过蓝牙传输、直接发送到打印机、立刻就能打印出需要的照片，非常方便。
R390的外形尺寸为453×343×194mm，重约7.15kg，适用Win98／Me／2000／XP／XP X64／MacOSX10.2.8 or later(支持intel CPU)操作系统。另外，它采用爱普生新一代Claria世纪真彩照片墨，打印效果有了一定的提升，尤其在光泽、画面层次。抗氧化性和耐腐蚀方面表现的比较出色。
点评
外观气派、打印速度快是STYLUS PHOTO R3900的特点，适合追求打印质量，打印速度以及照片打印效果的高端家庭用户购买。
数码单反镜头——腾龙
AF 18-250mm F3.5－6.3 Di II LD Aspherical(lF)Macro无疑是今年腾龙最为引人注目的产品，这款刚刚发布不久的轻量化大变焦镜头不但具有全球最大的13.9倍光学变焦能力，而且还附加了Macro功能以增强适应能力。该镜头包括LD镜片、AD镜片、复合非球面镜片在内的13组16枚镜片其最短拍摄距离为全程45cm，最大拍摄倍率为1:3.5(250mm端)。
AF 18-250mm F3.5-6.3 Di II具有7枚光圈叶片，最小光圈为F22。它继承了2005年3月上市的数码单反专用镜头AF 18-200ram f3.5-6.3xR的紧凑设计、其最大直径仅增加了0.2mm，全长也只增加了0.6mm，但是长焦端却增加到了250mm。其在APS-C画幅DSLR上的等效焦距相当于27375mm(15x)或者是28.8-400mm(1.6x)。这款镜头的透镜直径仅为62mm，而其体积为74×84.3mm (直径×长)重量为430g。通过各种设计，AF 18-250mm F3.5-6.3 Di II镜头能有效校正由于焦段宽阔造成的部分像素入射光线角度可能过大的问题，使入射光线尽可能保持垂直，以保证成像精确。
点评
智能液晶无线测视力仪 篇5
一、功能及指标
本项目主要是制作一个可以无线向电脑传输采集数据的液晶无线测视力仪器。分为四个部分组成:射频采集IC卡信息部分, 无线测试手柄部分, 17寸液晶屏, 电脑显示。
硬件设计部分如图所示:
二、实现原理
该产品用51单片机进行3部分的通信与数据采集。
1. 用户的IC卡储存数据, 通过IC卡读写器与电脑进行通信, 电脑接收数据后通过蓝牙模块对与STC10F08XE单片机相连的蓝牙模块进行通信。单片机进行判断后驱动VGA模块, 对液晶屏上显示的测试字母大小进行初始化。
2. 手柄部分由SCT89C52单片机, 按钮与NRF905无线模块组成, 用户按动按钮, 发动信息, 相应的STC10F08XE单片机与NRF905相连, 进行信息接收与判断。
3. 测试结束后, 显示器清屏, 通过蓝牙发送数据到电脑。电脑将数据进行分析判断。
4. 测试者再次在IC卡读写器上刷卡记录测试数据, 即完成视力检测。
三、软件流程
按照初始化数值, 液晶屏开始显示相应大小的字符。用户用手柄发送上下左右的信息, 每次判断按两遍, 传输给单片机, 单片机判断正确与否。首先判断是否有判断正确过的信息, 若无, 则一直放大。若有, 正确时, 字符减小0.1度的大小, 若错误, 继续显示原大小, 若同一等级字符错误超过两次, 则放大字符。若再错误两次, 则停止测量, 输出最终值。
四、模块分述
1. 控制部分
控制部分的主体是51单片机。在单片机选择方面, 手柄部分我们使用的型号STC89C52.主控部分我们选择STC10F08XE单片机。STC89C52单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器, 具有8K在系统可编程Flash存储器。STC10F08XE单片机指令代码完全兼容传统8051, 但速度快8-12倍。本系统中运用STC89C52单片机连接NRF905模块以及四个按钮作为手柄控制。主动单片机连接VGA模块以及NRF905模块, 分别与控制手柄和电脑进行通信以及负责VGA图像的显示程序。经过测试, 速度已经能够满足需求, 精度同时也能保障。
2. VGA模块
VGA640480是一块用于普通单片机控制VGA显示器显示各种图形的控制板。采用8位并行总线进行图像图形数据传送。可以写入某点的坐标值以及颜色值在液晶屏上得到显示, 通过各种函数就可以实现画线, 绘制图片等功能。本装置就是通过VGA模块再根据手势传回来的信息判断, 显示不同大小的图像。
3. 蓝牙模块
本装置运用了一对蓝牙以及一个usb转ttl转接板, 主蓝牙连接TTL转接板后通过USB连接电脑, 从蓝牙连接STC10F08XE单片机, 进行电脑与单片机之间的数据传输。
4. NRF905无线模块
NRF905无线模块在433Mhz开放ISM频段免许可证使用, 接收发送功能合一, 收发完成会自动发送中断标志。内置SPI接口, 也可通过I/O口模拟SPI实现。最高SPI时钟可达10M, IO口可接5V电平。它采用高精度10ppm晶振及品牌TDK阻容元件, 性能更优, 工作更稳定。它的发射速率为5 0 Kbps, 外置433MHz天线, 空旷通讯距离可达200-300米, 室内通信3-6层可实现可靠通信, 抗干扰性能强
5. IC卡读卡器
读写卡器功能:采用的读写卡器带有蜂鸣器和8位LED显示, 读写器和射频卡之间的数据传输采用加密算法, 同时卡和设备双向验证, 通信错误自动侦测。能防冲突, 可同时处理多张射频卡, 具有完整的读写卡功能并且能通过485口可实现多机通信。
6. 液晶显示屏
本液晶屏屏幕大小为17寸, 具有VGA接线, 电源线等。VGA接口与VGA模块上的接口相配。并且可以根据不同的需求对液晶屏进行调换。本设计支持15寸至22寸的液晶显示屏。
五、结束语
本装置的最大亮点是能够无线将测试数据传输给电脑, 也可以进行无线联网, 多个设备工作, 因此有更高的适用性, 能支持多台设备同时工作。同时我们的液晶屏可以支持15到22寸的液晶屏, 以适应不同的场合需求。装置显示字符方向随机, 也能能够从一定程度上防止作弊现象。并且测试的距离能够在一定精度范围内根据用户需求修改, 能够节省设备安放以及用户测量的空间。并且经过我们测试, 装备精度可以达到百分之九十五以上。数据传输回电脑后, 后期可以建设一个网站, 对数据进行分析, 向用户人性化地发送保健信息等。
参考文献
[1]李荣正《PIC单片机在视力测试仪中应用》上海, 上海工程技术大学学报, 2003年03期
[2]张亚平, 贺占庄《基于FPGA的VGA显示模块设计》陕西, 计算机技术与发展, 2007年06期
[3]李蕾, 张福勇《单片机电子视力计的研制》天津医疗卫生装备, 2004年06期
[4]封士玉《智能视力表的研制》中国医疗设备, 2009年02期
[5]陈松《基于单片机的蓝牙应用系统的设计》辽宁, 辽东学院学报 (自然科学版) , 2008年04期
芴液晶的研究进展 篇6
关键词：芴,液晶,自组装,光电材料
芴及其衍生物由于分子内含有较大的共轭体系, 具有刚性平面联苯结构、较宽的能隙、较高的发光效率、结构易于修饰等特性, 使其在电致发光材料、太阳能电池材料等领域有广泛用途。芴及其衍生物的共轭体系具有高的热、光、化学稳定性[1], 使它们在光学材料和有机合成材料的研究中有巨大的潜力。近30年来, 芴及其衍生物液晶引起了人们的广泛关注。共轭液晶是近几年发展起来的一类新型的功能分子, 它兼有液晶和共轭化合物的双重特性, 集液晶性和发光性于一身。利用液晶基元在外力场下能自发取向的特点, 可有效提高和控制共轭分子的有序性, 从而得到具有优良光、电、磁学性能的有机材料[2]。芴及其衍生物制备的共轭液晶化合物凭借液晶态自组装取向效应形成的有序结构已成为有机太阳能电池中有序活性层的首选材料, 具有操作简单, 效率高等特点[3]。有机太阳能电池的开发和研究能大大地提高能源的利用率, 实现环保和可持续发展。因此, 这方面的研究受到越来越多的重视。本文中晶体用Cr表示, 各向同性液体用I (Isotropic phase) 表示, SmC、Smobl、SmA是3种不同的层列相 (Smectic phase) , 手性的SmA、SmC相分别用SmA*、SmC*表示, 向列相 (Nematic phase) 用N表示, 手性的向列相用N*表示, 未知的液晶相用或X表示。
1 以芴酮为核心的液晶化合物
1.1 不含噻吩的芴酮 (醇) 液晶
2004年, McCubbin小组[4]通过金属定向直接取代法, 合成了一系列呈SmC*相的新型液晶化合物:含手性 (R) -2-辛氧基侧链以芴酮为核心的化合物1 (如图1所示) 和以手性芴醇为核心的化合物2 (如图2所示) 。化合物1带有2-辛氧基手性侧链, 分子呈线性, 当n=11、12时化合物1呈现SmC*相, 当n=8~10时出现SmC*相和N*相。研究发现, 以芴醇为核心形成的SmC*相比以芴酮为核心形成的更稳定并且具有更宽的相转变温度范围。这主要是因为基于芴醇核的化合物中芴醇的羟基与侧链的酯基间能形成氢键, 从而稳定了液晶相。
基于芴醇核的两个同分异构体 (如图3所示) 具有不同的极化值, 手性芴醇核是导致SmC*相自发极化的原因。由于芴醇核弯曲的形状, 限制了核在SmC*相中的旋转, 促使它沿着极性轴取向, 导致核与手性2-辛氧基侧链在空间上发生耦合, 产生极化值。
2005年, McCubbin小组[5]用金属定位-偶合取代法合成了铁电性的手性芴醇液晶化合物4 (如图4所示) 。含手性芴醇化合物4和 (RS) 外消旋体混合物5 (如图5所示) 均表现出双向性的SmC和SmC*相, 冷却后液晶相可保持到室温;而非手性的芴酮化合物6 (如图6所示) 形成双向性的N和SmC相。基于手性芴醇核形成的 (RS) 外消旋体混合物5形成了暗淡的织构条纹, 与相应的芴酮化合物6相比, 含手性芴醇化合物4和5有更宽的液晶相转变温度范围和更高的清亮点。
2008年, Roberts等人[6]用交叉偶联方法合成了一系列具有不同烷氧链长的手性芴醇核同分异构体化合物7 (如图7所示) 和芴酮核同分异构体化合物8 (如图8所示) 。手性芴醇核同分异构体化合物7的 (R) -3 (a、b) 在加热过程中均从Cr相转化为SmC*相; (R) -3d依次从晶体转化为SmC*相, 最终转化为SmA*相; (R) -3c先从晶体转化为SmC*相而后转化为N*相; (R) -3e依次从晶体转化为SmC*、SmA*相, 最终转化为N*相。此外, (R) -3 (a、b) SmC*的相转变温度范围比其他3个更宽。基于芴酮核同分异构体化合物8的 (R) -4 (a-e) 在加热过程中均从晶体转化为SmC相, 最终转化为N相; (R) -4 (b) 的SmC相转变温度范围最宽, 而 (R) -4 (e) 的N相转变温度范围最宽。基于手性芴醇核的化合物7与相应的芴酮核化合物8相比更稳定且有更宽的液晶相转变范围, 说明氢键的存在可以稳定SmC*相, 这很有可能是氢键的存在增强了核与核之间的相互作用。
作为一种铁电体, 手性 (SmC*) 液晶已经凭借着自己的双稳, 快光电开关和宽视角等特性在非线性光学材料和光子应用中有巨大的潜力。
1.2 噻吩芴酮液晶
2010年, Lincker等人[7]合成了新的含D-A-D共轭单元的芴酮化合物9 (如图9所示) , 这些分子是在芴酮核的末端接上树枝状的低聚噻吩端基。在该类化合物中, 噻吩作为电子给体, 芴酮是电子受体, 从而形成了D-A-D共轭结构;噻吩是良好的发光基元, 因此将噻吩与芴酮基结合可以增强化合物的光电性能。化合物9具有双向液晶性质 (即加热和冷却过程都呈现液晶性质) , 在固态和各向同性态之间出现了小尺寸三斜对称的Smobl相。该化合物由于良好的光电性能和特殊结构使其在新型有机半导体光电材料, 有机太阳能电池和场效应转换器中有广泛的应用前景。
2012年, Grevin等人[8]通过2, 7-二溴-9-芴酮与适当的烷基噻吩硼酸酯间的Suzuki偶联反应合成液晶有机半导体化合物10 (6-B4OTF和6-B5OTF的结构如图10所示) 。这两种化合物是在芴酮的2位和7位分别插入分子量相同的噻吩烷基基团, 属于同分异构体, 区别是两末端正辛烷链在噻吩环上的位置不同 (分别在噻吩环的4和5位) 。两个化合物呈现双向性的SmC相, 6-B5OTF在冷却过程中除出现SmC相外, 进一步冷却后, 6-B5OTF结晶之前还得到了一个结构突变的新型M相, 而6-B4OTF的近晶相直接转化为稳定的晶体。6-B5OTF具有较宽的液晶相转变温度范围, 而且清亮点较高。可能的原因是:6-B5OTF末端烷基链位于噻吩环的5位, 使分子具有更好的线性结构。该类化合物结合了液晶的自组装有序性和共轭体系的电子传输性, 熔融处理后, 能有效地控制膜形态, 导致有结构的出现, 这能显著提高化合物的电子传输性能, 所以该类液晶有机半导体有望成为最新一代的电子器件 (比如有机太阳能电池, 有机场效应晶体管) 。
2 以芴为核心的液晶化合物
2.1 氰化合物
2007年, Millaruelo等人[9]设计了基于芴的液晶发光体化合物11 (如图11所示) , 该类化合物以甲基丙烯酸为端基, 对基于2- (4-氰基苯基) 的芴核进行结构修饰, 包括改变芴9位上的烷基链以及增加一个苯环以延长刚性核等, 并通过原位光聚合将它们固定成定向的液晶膜。研究发现, 芴核上的烷基取代基对液晶性和极化发射造成的不利影响可以通过延长π体系来克服。化合物11在73℃时出现SmA相, 在110℃时是N相。当温度高于120℃时, 会发生热激发聚合。提高加热速率, 热聚合速度减慢。并且在这种情况下, 当温度达到170℃时, 向列相转变为各向同性液体并发生热聚合。化合物12-14不是液晶, 说明该类化合物的熔点和结晶倾向随着烷基链长度的增加而降低。侧链会阻碍分子间横向交互并且改变长度/直径比, 因此侧链的加入不利于液晶相的形成, 而沿着分子长轴方向扩大π体系将有利于改善分子的线性从而控制光学二向色性。
2.2 以9, 9-二取代烷基芴为核心的液晶化合物
2012年, Kim小组[10]合成了在芳香环之间连有炔基酯基的新型二丙烯酸酯活性基的液晶化合物15 (如图12所示) , 该化合物以9, 9-二乙基芴-2, 7-二酯基为核心单元。同时, 合成了对应的仅含酯基的化合物16 (如图12所示) 。结果发现, 化合物15与化合物16相比具有更宽的Sm相范围, 这很有可能是在酯键与苯环之间增加的三键 (表现为炔基酯基) 造成的;更有趣的是, 化合物15和16表现出多晶现象。此外, 化合物15出现了新的X1、X2、X3相;化合物16有两个清亮点, 这是首次在活性液晶中发现这种现象。
带有不少于两个可光聚合丙烯酸活性基的液晶基元被广泛应用于光学各向异性聚合物的合成, 该类化合物在光电材料和显示材料中有广泛的应用, 比如在多种液晶显示中作光补偿器, 减缓剂模型, 以及微透镜阵列, 3D显示等。以前所知道的光聚合活性液晶基元通常是用于制备光学各向异性膜。因此, 研究具有宽液晶范围以及优异光学性质的活性液晶有很大的应用前景。
2012年, Morel等人[11]通过Pd催化的Sonogashira偶联反应合成了以2, 7-二乙炔基-9, 9-二己基芴为骨架并用芳香环和终端烷氧基链加以修饰的新型液晶系列化合物17 (如图13所示) , 该类化合物呈现N相。主要是研究端基链对液晶相稳定性的影响, 结果发现, 液晶的稳定性随着n的增加而减弱。由于芴的存在, 该类化合物形成的液晶发蓝光。该类化合物具有良好的热稳定性和电化学稳定性, 因而其分解温度高;且其带隙在有机半导体范围内, 因此, 该类液晶在OLED和OFET材料领域有重大的应用前景。
3 小结
首先, 综述了以芴酮为核心的液晶化合物, 将其分为两类:含噻吩和不含噻吩。含噻吩的液晶化合物的发光性能和稳定性都比不含噻吩的更好, 且含噻吩的化合物9出现了三斜对称的Smobl相。B5OTF得到了一个结构突变的新型M相, 而B4OTF中未发现M相, 说明取代基的位置对液晶性质有重要的影响。化合物1因具有手性取代烷基链而出现了手性的SmC*和N*相;同时阐述了以芴醇为核心的液晶化合物, 芴醇核是手性的化合物大都表现为SmC*和N*相。由芴醇核形成的液晶与由芴酮核形成的相比更稳定且具有更宽的相转变温度范围, 主要是因为芴醇核形成的液晶相的稳定性主要由分子间氢键决定, 而芴醇之间更易形成氢键。其次, 综述了不同芴9位取代为核心化合物的液晶行为, 基于不同芴9位取代为核心化合物的液晶, 主要出现了SmA相和N相, 且化合物15出现了未知的X1、X2、X3相, 在9位上插入烷基链不利于液晶的形成, 但可以通过增长π体系加以克服。化合物17因为是弓形结构而具有一定的铁电性, 且液晶的稳定性随着n的增加而减弱。迄今为止, 在芴类液晶中只发现了棒状分子呈现的层列相、向列相, 没有柱相或更复杂的2D、3D液晶相, 进一步的研究工作可以在这方面加以深入, 使芴液晶出现更丰富的自组装结构, 在有机光电材料方面有更广泛的应用。手性芴及其衍生物液晶的应用和研究是很新颖的, 因其拥有独特的存储和记忆功能在信息领域有重大意义。
参考文献
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绿色全高清液晶 篇7
外观
出自法国著名设计团队之手的L42E9FR整体采用夜光杯造型，使用了黑色全高亮光滑材质，搭配月光银色弧线设计，无论是边框还是机身边角，都具有圆润光滑之感。内置的音箱使用了内藏式设计，整体感更强。L42E9FR的黑色底座采用螺丝固定安装，可以实现40度的左右旋转。由于采用双面高光注塑工艺，因此L42E9FR的机身背部同样也由黑色罩光面料形成，与前面板相得益彰，浑然天成。
L42E9FR的机身调节按键被设计在左侧边框上，采用触摸式感应按键设计，并且在启动时会出现红色的光芒，即使在黑暗环境中也能顺利操作。接口配置方面，L42E9FR采用了更便于插拔的侧置式处理，设置了一组色差分量、两组AV视频以及两组高清影音一体化HDMI端口。而在机身一侧边还有第三组AV端口和用于连接外接存储设备的USB端口。
L42E9FR配置的遥控器采用黑色和金属灰色的搭配设计，手感较好，可以对电视信号源选择、多媒体界面的操作、画面比例的选择及画中画等相关功能进行直接操作。
性能
除了亮丽的外观，在性能方面L42E9FR采用一块大小为42英寸、标准分辨率为1920×1080的全高清液晶面板，亮度为500nits，对比度为10000∶1，具有4ms的响应时间。此外，该机还采用了DDHD3数字动态全高清芯片和亮艳色彩背光源（XWCG-CCFL），可以有效提升画质表现。
在L42E9FR上，TCL还采用了独有的“自然光”技术。该技术是一项由动态背光调制技术和圆偏振光技术组成的新技术统称，它不仅能增加明暗不同区域中的画面层次感，还能丰富暗部区域的画面表现，使其动态对比度达到10000∶1。“自然光”技术在提高画质的同时，还有环保节能效果，可以降低能耗54%。TCL还通过芯片智能控制，根据画面信号的色彩明暗特点，主动地分区域调节液晶面板背部光源发光，并通过光路创新将液晶电视发光处理为与自然界光线发光原理相同的圆偏振光，实现了“自然光”下的视觉感受，特别符合人眼的自然视觉机理。
除“自然光”技术外，L42E9FR还配备了高清录像功能和强大的USB流媒体播放功能。与前代产品比较，L42E9FR不仅可以录制TV输入的节目内容，还可以通过AV、S端子录制其他视频设备的内容，并且还具有“时光平移”功能，兼容性进一步扩大。在USB流媒体播放方面，L42E9FR可以播放音乐、图片、录像、视频等。而当使用者选择其中某项功能时，除了会出现文件的名称外，屏幕右侧还会以小预览窗口的方式来查看该文件，非常直观。而在其他一些常规功能方面，L42E9FR也同样有所突破，比如在声音菜单中增加了壁挂、五段均衡、伴音降噪等选项，都显得很有新意。
画质表现
在实际试用中，我们通过HDMI接口将L42E9FR与松下DMP-BD10A蓝光播放机连接，播放蓝光版的《加勒比海盗》、《神奇四侠》、《生死速递》等影片，观看L42E9FR的画质表现。可以说L42E9FR具有较高的色彩表现水准，在色彩还原方面，人物的肤色通透细腻，色彩饱和度较高，画面前后层次表现非常具有张力，明暗的阴影处理效果出色。对于打斗激烈的动态画面，L42E9FR也有较好的表现，拖尾现象轻微到几乎不易察觉。
总结