Cell-Gap-Constrained asymmetric relaxation characteristics of optical bounce in overdriven liquid crystal devices

SUN Haifeng; CHEN Yali; LIU Jiale; LIU Xin; SUN Jingwei; YAO Lishuang

doi:10.37188/CJLCD.2026-0130

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Cell-Gap-Constrained asymmetric relaxation characteristics of optical bounce in overdriven liquid crystal devices

Device Physics and Device Preparation | 更新时间：2026-09-12

- Cell-Gap-Constrained asymmetric relaxation characteristics of optical bounce in overdriven liquid crystal devices
- Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays Vol. 41, Issue 7, Pages: 942-951(2026)
- 作者机构：
  
  1.汕头大学理学院，广东汕头 515063
  2.汕头大学工学院，广东汕头 515063
  3.广东省车载显示触控技术重点实验室，广东汕头515047
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Guangdong Provincial Science and Technology Innovation Strategy Special Fund(2023B1212020004);2023 Guangdong Provincial Science and Technology Innovation Strategy Special Fund （City-County Science and Technology Innovation Support Project）(STKJ2023074)
- DOI：10.37188/CJLCD.2026-0130
  CLC： O753.2
- CSTR：32172.14.CJLCD.2026-0130
- Received：06 June 2026，
  
  Revised：2026-06-19，
  
  Published：06 July 2026
- 稿件说明：
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SUN Haifeng, CHEN Yali, LIU Jiale, et al. Cell-Gap-Constrained asymmetric relaxation characteristics of optical bounce in overdriven liquid crystal devices[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2026, 41(7): 942-951.
DOI：

SUN Haifeng, CHEN Yali, LIU Jiale, et al. Cell-Gap-Constrained asymmetric relaxation characteristics of optical bounce in overdriven liquid crystal devices[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2026, 41(7): 942-951. DOI： 10.37188/CJLCD.2026-0130. CSTR： 32172.14.CJLCD.2026-0130.

摘要

过压驱动技术在加速液晶器件响应的同时常引发显著的光学反弹现象，本文基于Ericksen-Leslie理论建立有限差分模型，揭示其物理根源在于指向矢在受限空间内的异步弛豫。通过模拟器件的指向矢转角及角速度空间分布，发现过压激发的层间转速差是引发光学反弹的微观源头。本文聚焦盒厚（5~15 µm）这一几何参量，揭示了异步弛豫受盒厚约束的演化规律及其对过压驱动模式下光学反弹非对称特性的调控机制。模拟与实验结果变化一致，结果表明，恒定电压差值驱动下，超压与欠压呈现相反的弛豫趋势：欠压驱动时，因弹性恢复力随盒厚平方级衰减，厚盒难以抑制层间异步弛豫，反弹凹陷率（BDR）由5 µm时的约2%增至15 µm时的20%以上；超压驱动时，因内部电场随厚度线性衰减，层间转速差被源头削弱，BDR由15.7%降至不足4%。通过恒定电场对照实验及等倾角模拟排除驱动场衰减干扰后，各模式的BDR均随盒厚单调上升。本研究从异步弛豫视角明晰了盒厚对光学反弹非对称特性的主导作用，为高速液晶器件的尺度优化提供了理论依据。

Abstract

Overdriving technology（OD） accelerates the response of liquid crystal（LC） devices but frequently induces significant optical bounce（OB）. Based on the Ericksen-Leslie continuum theory， this paper establishes a finite-difference model and reveals that the physical origin of OB lies in the asynchronous relaxation of LC directors within the confined space. By simulating the spatial distributions of director tilt angle and angular velocity， it is found that the interlayer angular velocity difference induced by overdrive is the microscopic source triggering OB. Focusing on the cell gap （5~15 µm） as a key geometric parameter， this paper reveals the evolutionary laws of asynchronous relaxation constrained by cell gap and its regulatory mechanism on the asymmetric OB characteristics under overdrive modes. The simulated and experimental results exhibit consistent trends. The results demonstrate that， under a constant overdrive voltage difference， overshoot and undershoot driving exhibit opposite relaxation trends： during undershoot driving， the elastic restoring force decays quadratically with cell gap， making it difficult for thicker cells to suppress interlayer asynchronous relaxation； the bounce depth ratio（BDR） increases from approximately 2% at 5 µm to over 20% at 15 µm. During overshoot driving， the internal electric field attenuates linearly with cell gap， weakening the interlayer angular velocity difference at its source； the BDR decreases from 15.7% to below 4%. After eliminating the interference of driving field attenuation through constant electric field control experiments and constant average tilt-angle simulations， the BDR for both modes increases monotonically with cell gap. From the perspective of asynchronous relaxation， this study clarifies the dominant role of cell gap in governing asymmetric OB， providing a theoretical basis for the dimensional optimization of high-speed LC devices.

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