ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА I. Литературный обзор 6
1.1. Жидкие кристаллы и их свойства 6
1.1.1. Жидкие кристаллы нематического тип 7
1.2. P-n переход 8
1.3. Жидкокристаллические дисплеи прямого видения 9
1.4. Дисплеи на основе твист-эффекта 11
1.5 Матрица типа VA 13
1.6. Проекционные аппараты 15
ГЛАВА II. Экспериментальная часть 17
2.1. Жидкокристаллическая ячейка 17
2.2. Экспериментальная установка 19
2.3. Переориентация жидкого кристалла под действием напряжения 20
2.4. Пороги переориентации нематика полем p-n перехода при разной
толщине слоя жидкого кристалла 22
2.5. Переориентация молекул жидкого кристалла над областями p-n
перехода 24
2.6. Переориентация тонкого слоя жидкого кристалла 26
2.7. Оценка ширины пикселя дисплея современного устройства 29
2.8. Переориентация слоя жидкого кристалла над областью травления окиси
кремния 31
2.9. Светочувствительности пиксела 34
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 42
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 4
История физики свидетельствует о том, что ученых всегда привлекали сложные задачи. С годами вопросы о том, как устроен мир и какие физические свойства находятся в его фундаменте, становится все больше. Появилась необходимость в суперкомпьютере, для помощи в сложных вычислениях, а также устройство, создающее визуальный образ, который бы в цифровом масштабе показывал бы все результаты, необходимые для анализа. Итак, 1906 году М. Дикман и Г. Глаге показали способ управления током, подаваемым на электромагниты, что привело к развитию дисплеев, показывающих быстропротекающие процессы. Электронно-лучевые трубки оказались незаменимы и не имели конкуренцию долгое время. Однако, когда ученые обратили внимание на электро-оптические свойства жидких кристаллов, для ЭЛТ все изменилось.
Как ни странно, но жидкие кристаллы были открыты раньше электронно-лучевых трубок, первое их описание было сделано еще в 1888 году. Однако долгое время никто не знал, как их применить на практике, они были интересны только физикам и химикам. Но в конце 1966 года, корпорация RCA продемонстрировала прототип цифровых часов и после этого разработка дисплеев с использованием жидких кристаллов приобрела огромные масштабы.
Уникальные свойства (светопропускание, отражение, поляризация, и т.д.) жидких кристаллов позволяют создавать множество типов матриц с индивидуальными особенностями. Не каждая жидкокристаллическая (ЖК) матрица имеет оптимальные характеристики и зачастую появляется необходимость усовершенствования технологий, применяемых в матрицах. Поскольку ЖК матрицы применяемы во многих устройствах отображения информации, то конкуренция среди них высока. Каждый тип матрицы имеет свои плюсы и минусы. Например, TN матрица имеет плохие углы обзора, но при этом сравнительно низкую стоимость и быстрый отклик. Прямую конкуренцию TN матрице составляет матрица IPS, которая имеет лучшие углы обзора и более высокую контрастность, но при этом цена за такую матрицу значительно выше. Широкое применение получили матрицы и в проекционных аппаратах (проекторы). Отображение изображения практически на любую поверхность и компактность оборудования составляет большую конкуренцию дисплеям с жидкокристаллическими матрицами. Однако, как и в ЖК дисплеях так и в проекционных аппаратах есть свои минусы. Контраст изображения в проекционных аппаратах зачастую диктуется условиями среды. Экраны, больших размеров имеют меньшую яркость изображения, что конечно же является минусом для таких аппаратов. Самый частый упрек в сторону проекционных аппаратов - «метровые» пикселы. Для улучшения разрешающей способности проекционных дисплеев, необходим способ создания пикселей меньших размеров. Поэтому целью работы было рассмотреть возможность использования переориентации нематика в электрическом поле p-n перехода в качестве пикселя отражательного дисплея проекционного аппарата.
Актуальность темы заключается в том, что способы изготовления современных микро-дисплеев в отражательных проекционных аппаратах не дают удовлетворительных размеров жидкокристаллических пикселей и есть необходимость поиска новых методов изготовления пикселей меньших размеров.
Исходя из поставленных целей, были сформулированы следующие задачи:
- получить зависимости порогового напряжения переориентации нематика в пикселе от параметров управления p-n переходом (частота и амплитуда переменного напряжения, постоянное смещение).
- исследовать влияние толщины жидкого кристалла на пороговое напряжение переориентации слоя нематика в пикселе.
- исследовать влияние диэлектрика на переориентацию нематика.
- исследовать светочувствительность области p-n перехода.
- найти преимущества метода создания пиксела на основе p-n перехода, перед современными жидкокристаллическими пикселами.
В ходе выполнения магистерской диссертации получены следующие результаты:
- исследована переориентация слоя нематического жидкого кристалла (прототип пикселя) электрическим полем p-n перехода.
- продемонстрированно влияние толщины жидкого кристалла на пороговое напряжение переориентации слоя нематика.
- показано, что частота и амплитуда переменного напряжения может выступать управляющим параметром переориентации нематика электрическим полем p-n перехода.
- показано, что достижимые минимальные размеры области переориентации жидкого кристалла (пиксел) полем «соседних» p-n переходов достигают L-3 мкм, а единичного p-n перехода около 6 мкм, что меньше аналогичных размеров пиксела L-15 мкм дисплеев современных устройств (например, дисплей компании Xiaomi с плотностью пикселей 440 ppi).
- показано влияние пассивирующего p-n переход диэлектрика SiO2на характеристики переориентации нематика электрическим полем p-n перехода. Уменьшение толщины диэлектрика SiO2приводит к увеличению интенсивности отраженного от пиксела света, тогда как полное удаление диэлектрика исключает переориентацию нематика.
- показано, что постоянное смещение p-n перехода существенно влияет на светочувствительность пикселя и может выступать управляющим параметром.
