胆甾相液晶是具有双稳态特性的材料, 其反射的优异光学性能, 被广泛应用在显示技术上,成为电子显示介面的主要选择之一,能进行单色, 多色, 也能进行彩色的类纸显示, 以环境光做为反射的光源, 无须添加主动发光的光源。 1888年液晶起源自胆固醇材料,如今液晶仍保有胆固醇之特质故名称沿用至今。
胆甾相液晶的双稳态特性
胆甾相液晶(ChLCD)有双稳态特性,就是说在自然存在状态下有两个稳定的状态,其中一个是平面状态(planar state),为液晶分子排列整齐可以反射特定波长光线的状态,通常称为亮态;另一个状态为焦点圆锥状态(focal conic state),其液晶分子排列混乱,会将入射光线散射,多数光线穿透, 通常称之为暗态,因为此状态可以看到液晶层下方物质的颜色, 而一般下方物质常被设计成黑色;此外, 还有一个暂时态则为垂直状态(homeotropic state),其液晶分子全部呈垂直排列,光线可全部穿透而能看到液晶层下方物质的状态。
这三个状态可以透过加诸在胆固醇型液晶的电场进行改变:
- 当胆固醇型液晶处于平面状态时,可以加以较小电场以改变到焦点圆锥状态。当施加以较高电场时候则可以将液晶全部垂直排列转换成垂直状态。
- 而在垂直状态下,若将电场快速移除则液晶回复到平面状态,若电场缓慢移除则液晶会变成焦点圆锥状态。
所以透过加诸电场与移除快慢则可以改变胆固醇型液晶的状态。

胆甾相液晶的全彩应用
胆甾相液晶之所以能呈现颜色主要是其反射状态(亮态)是遵守布拉格定律(Bragg's Law)。所谓布拉格定律就是当光线入射结晶格排列物质的时候,第一束光线遇到A点反射与第二束光线遇到B点反射,此两束光线所走路径差异为CB与BD两段距离,这两段距离总和为2d × sinθ,其中d为周期结晶格之间距离,θ则为入射光线与物体表面夹角。若此两束光线所走距离的差异(2d × sinθ)为入射光线波长(λ)的整数倍,则有建设性干涉现象,所以可透过调整液晶的旋距来调整反射光波长即颜色。

当液晶旋距调整为让蓝色光线具有建设性干涉现象,则可以反射蓝色光线,使液晶显示出蓝色,同样道理也可以调整液晶旋距达到反射绿色、红色波长的效果,如此胆固醇型液晶便可以透过调整旋距而显示出不同颜色效果。利用此现象将胆固醇型液晶堆叠红色, 绿色, 蓝色三层液晶层,再加上底层黑色吸收层,则可以搭配出超过1千6百万色的全彩显示图层。

全彩图像依据三原色加法原理达到,例如黄色是由绿色及红色叠加所产生,红绿蓝三色全亮态(反射模式)时为白色显示,而红绿蓝三色全关闭为暗态(穿透模式)时因底层黑色吸收层则显示黑色。

胆甾相液晶延伸应用
再进一步延伸胆固醇液晶穿透之特性,可将黑色吸收层以太阳能面板取代,则可以使显示器在显示画面的同时也俱备储存电能的功效。因为室外阳光中可见光部份用作反射图像,红外光部份则穿透液晶层抵达底层被太阳能元件吸收转为电能,即成为既可显示又可发电之显示器。

同理将它与主动发光型显示器结合时(如MiniLED面板),则可以依据静态或动态画面选择胆固醇液晶反射式显示模式或动态自发光MiniLED显示模式间灵活切换。

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