液晶显示屏温度特性的试验研究

　　1　引言

　　液晶显示器由于其质量轻、体积小、有效显示面大等优点而日益受到各国军方的重视,其中有源阵列液晶显示器(AM-LCD)正越来越广泛地应用到军事领域各兵种的军械装备。

　　影响液晶显示器应用于军械装备的首要障碍是液晶的温度特性,由于液晶的一些参数在低温条件下发生着很大的变化,导致液晶的反应速度下降,在极低 的温度下(-25℃以下),液晶甚至无法工作,这一弱点严重限制了液晶显示器的应用,尤其是在军事领域的应用。针对AM-LCD工作温度范围窄的缺点,对 改善液晶显示器的温度特性,扩展其工作温度范围作了一定的前期研究,其中,如何准确测量液晶层的温度是必须加以解决的首要问题。

　　2　液晶显示屏的温度特性

　　从光学角度看,液晶之所以能应用于显示方面,主要是由于其光学折射各向异性,偏振光束通过各向异性光学材料将被分成振动方向相互垂直的两束偏振 光,可旋转偏振光。由于两个垂直方向的液晶折射率不同,从而使得两束光的光程差Δn×d有所不同,这种不同表现为时间上的延迟(相移)。并产生椭圆偏振 光。此椭圆偏振光有一与起始入射偏振光相垂直的组成部分。

　　为了实现灰度等级的变化,液晶显示器通常有三种办法即电压调节、时间调节以及空间调节,其中时间调节是最常见的灰度等级形成办法,在固定的时间 周期内改变ON与OFF占空比,也就是脉宽调制(PWM)。由于液晶有限的反应时间,它不对瞬时电压反应,而对约等于小盒反应时间的一段时间上的平均电压 反应,这样,施加于小盒上的平均电压等于PWM的占空比与最大施加电压的乘积。例如,在10V的最大电压下,PWM频率1kHz,占空比70%,则小盒上 的有效平均电压为7V。

式中:Va为加在液晶盒的电压; Vth为阈值电压,在液晶盒中产生光学变化所需的最小电压;η为液晶材料的粘度参数;d为液晶盒厚度;K为与展曲、扭曲、弯曲的弹性常数K11、K22、K33有关的参数,并且:

　　由式(1)可知,液晶反应时间(开启时间ton、关闭时间toff)与液晶盒两端的电压Va以及液晶材料的粘度η有关,如图1所示。改善液晶反 应时间的办法就是采用低粘度的液晶材料或者提高驱动电压。其中液晶材料的粘度是受温度影响的,冷却样品会使之渐渐成为真正的晶体;同样过热的温度会使其成 为各向同性物质或纯液体。这两种极限状态都使显示器不能工作。

　　在低温下,液晶材料变得粘稠,在0℃以下的条件下,液晶反应时间大大降低,使显示迟缓,因为液晶在与常温下同等大小的电场作用下很难进行物理旋 转。所以在低温情况下可以通过提高驱动电压来减小液晶反应时间,改善液晶的低温启动特性。不过,这样的办法所起的效果是十分有限的,因为,极低的温度同时 也改变液晶材料的双折射和各向异性的光学特性。因此,液晶显示器存在着需要改善的低温启动问题。