Сегнетоэлектрический Жидкокристаллический Дисплей (СЖК) – технология, основанная на сегнетоэлектрических свойствах хиральных смектических жидких кристаллов. Была предложена в 1980 году Ноэлем Кларком и Свеном Лагерваллем.
На рынке дисплеев прямого видения данная технология не может вытеснить ЖК-дисплеи, базирующиеся на нематических жидких кристаллах, использующих эффект поля скрученных нематиков или планарное переключение. Сегодня СЖК-дисплеи не применяются в качестве дисплеев прямого видения, но их можно увидеть в микродисплеях устройств на основе LcoS-проекторов. Благодаря ей для небольшого дисплея LcOS-проектора можно добиться сверхвысокого разрешения за счет размера точки меньше 8 нм. Для создания цвета и настройки полутоновой шкалы используется временное уплотнение, применяющее время перемагничивания в доли миллисекунд. Такая технология используется в трехмерных наголовных дисплеях, хирургических микроскопах для выведения изображения и электронных видоискателях, где ЖК-дисплеи прямого видения не способны обеспечить разрешение больше 600 точек на дюйм.
Также технология СЖК-дисплеев нашла коммерческое применение в структурированном освещении, трехмерной метрологии и микроскопии сверхвысокого разрешения.
Принцип работы СЖК-дисплеев
Сегнетоэлектрические жидкокристаллические дисплеи состоят из хиральных смектических жидких кристаллов, выстроенных в определенном порядке. Внутренний слой молекул жидких кристаллов, называемых мезогенными, отклонен он от обычного слоя под углом в 90 градусов, формируя так называемый «смектический углеродный жидкий кристалл». Хиральное поведение проявляется при введении ассиметричного атома углерода в мезогенную молекулу, называемую теперь смектическим хиральным углеродом. Хиральность приводит к тому, что смектический слой демонстрирует перманентную спонтанную поляризацию под прямым углом к плоскости указателя, что уже говорить о сегнетоэлектричестве. В свободной системе винтовое вращение структуры снижает ее энергию, таким образом, направление наклона меняется от слоя к слою. Другими словами, азимутальное направление, от которого молекулы уклоняются перпендикулярно, будет слегка отличаться с каждым последующим слоем. Вследствие этого общая поляризация свободной фазы смектического углерода будет равна нулю.
Как правило, СЖК-дисплеи создаются с расстоянием между ячейками меньше 2 нм для стабильного построения молекулы. В подобной ограниченной системе взаимодействие между связующими слоями и смектическим углеродным жидким кристаллом сдерживает винтовую надстройку. Собственно, отсюда и начинается явление сегнетоэлектричества. Спонтанная поляризация смектического слоя углерода, взаимодействующего с электрическим полем, переходит на электрод. В зависимости от направления электрического поля мезогенные молекулы склоняются к левому или правому краю перпендикулярного слоя. В свою очередь, это приводит к непрозрачному или прозрачному состоянию при использовании перекрестных поляризаторов по типу ЖК-дисплеев.
Свойства и применение
• Крайне тонкий (менее 2 нм) слой, создающий изменение поляризации на 90 градусов;
• Можно создавать высокую плотность изображения на маленьких дисплеях LcoS-проекторов;
• Время переключения – менее 50 наносекунд;
• Возможна передача видео с высокой частотой кадров;
• Бистабильный эффект поляризации
• Возможно использование на дисплеях с низкой частотой кадра, подпитываемых маломощными источниками энергии;
• Данное свойство может помочь создать дисплеи с энергонезависимой памятью, которая при необходимости может быть легко заменена;
• Планарное переключение обеспечивает уменьшенный угол зрения, зависящий от контраста и цвета
Некоторые коммерческие компании используют СЖК-дисплеи.
Высокая скорость переключения позволяет создавать оптические переключатели и заслонки для печатающих головок принтеров.