液晶是處于固態(tài)和液態(tài)之間具有一定有序性的有機物質，具有光電動態(tài)散射特性;它有多種液晶相態(tài)，例如膽甾相，各種近晶相，向列相等。根據(jù)其材料性質不同，各種相態(tài)的液晶材料大都已開發(fā)用于平板顯示器件中，現(xiàn)已開發(fā)的有各種向列相液晶、聚合物分散液晶、雙(多)穩(wěn)態(tài)液晶、鐵電液晶和反鐵電液晶顯示器等，其中開發(fā)最成功的、市場占有量最大、發(fā)展最快的是向列相液晶顯示器。 顯示用液晶材料是由多種小分子有機化合物組成的，這些小分子的主要結構特征是棒狀分子結構。隨著LCD的迅速發(fā)展，人們對開發(fā)和研究液晶材料的興趣越來越大。
1、TN-LCD用液晶材料
TN型液晶材料的發(fā)展起源于1968年，當時美國公布了動態(tài)散射液晶顯示(DSM-LCD)技術。但由于提供的液晶材料的結構不穩(wěn)定性，使它們作為顯示材料的使用受到極大的限制。1971年扭曲向列相液晶顯示器(TN-LCD)問世后，介電各向異性為正的TN型液晶材料便很快開發(fā)出來;特別是1974年相對結構穩(wěn)定的聯(lián)苯睛系列液晶材料由G.W.Gray等合成出來后，滿足了當時電子手表、計算器和儀表顯示屏等LCD器件的性能要求，從而真正形成了TN-LCD產(chǎn)業(yè)時代。
LCD用的TN液晶材料已發(fā)展了很多種類。這些液晶化合物的結構都很穩(wěn)定，向列相溫度范圍較寬，相對粘度較低。不僅可以滿足混合液晶的高清亮點、低粘度在20~30mPa•S(20℃)及△n≈0.15的要求，而且能保證體系具有良好的低溫性能。含聯(lián)苯環(huán)類液晶化合物的△n值較大，是改善液晶陡度的有效成分。嘧啶類化合物的K33/K11值較小，只有0.60左右，在TN-LCD和STN-LCD液晶材料配方中，經(jīng)常用它們來調(diào)節(jié)溫度序數(shù)和△n值。而二氧六環(huán)類液晶化合物是調(diào)節(jié)“多路驅動”性能的必需成分。
2、STN-LCD用液晶材料
自1984年發(fā)明了超扭曲向列相液晶顯示器(STN-LCD)以來，由于它的顯示容量擴大，電光特性曲線變陡，對比度提高，要求所使用的向列相液晶材料電光性能更好，到80年代末就形成了STN- LCD產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)品主要應用在BP機、移動電話和筆記本電腦、便攜式微機終端上。
STN-LCD用混晶材料一般具有下述性能：低粘度;大K33/K11值;△n和Vth(閾值電壓)可調(diào);清亮點高于工作溫度上限30℃以上?；炀Р牧系恼{(diào)制往往采用“四瓶體系”。這種調(diào)制方法能夠獨立地改變閾值電壓和雙折射，而不會明顯地改變液晶的其他特性。
STN-LCD用液晶化合物主要有二苯乙炔類、乙基橋鍵類和鏈烯基類液晶化合物。二苯乙炔類化合物：把STN-LCD的響應速度從300ms提高到120~130ms，使STN-LCD性能得到大幅度的改善，從而在當今的STN-LCD中使用較多，現(xiàn)行STN-LCD用液晶材料中約有70%的配方中含有二苯乙炔類化合物。乙基橋鍵類液晶：與相應的其他類液晶比較，這類液晶的粘度、△n值都比較低;相應化合物的相變溫度范圍和熔點相對較低，是調(diào)節(jié)低溫TN和STN混合液晶材料低溫性能的重要組分。鏈烯基類液晶：由于STN-LCD要求具有陡閾值特性，為此，只有增加液晶材料的彈性常數(shù)比值K33/K11才能達到目的。烯端基類液晶化合物具有異常大的彈性常數(shù)比值K33/K11，用于STN-LCD中，得到非常滿意的結果。
近年來，STN顯示器在對比度、視角與響應時間上都有顯著的進步。由于TFT-LCD的沖擊，STN-LCD逐漸在筆記本電腦和液晶電視等領域失去了市場。鑒于成本的因素，TFT-LCD將不可能完全代替STN-LCD原有的在移動通訊和游戲機等領域的應用。
3、TFT-LCD用液晶材料
隨著薄膜晶體管TFT陣列驅動液晶顯示(TFT LCD)技術的飛速發(fā)展，近年來TFT LCD不僅占據(jù)了便攜式筆記本電腦等高檔顯示器市場，而且隨著制造工藝的完善和成本的降低，目前已向臺式顯示器發(fā)起挑戰(zhàn)。由于采用薄膜晶體管陣列直接驅動液晶分子，消除了交叉失真效應，因而顯示信息容量大;配合使用低粘度的液晶材料，響應速度極大提高，能夠滿足視頻圖像顯示的需要。因此，TFT LCD較之TN型、STN型液晶顯示有了質的飛躍，成為21世紀最有發(fā)展前途的顯示技術之一。
與TN、STN的材料相比，TFT對材料性能要求更高、更嚴格。要求混合液晶具有良好的光、熱、化學穩(wěn)定性，高的電荷保持率和高的電阻率。還要求混合液晶具有低粘度、高穩(wěn)定性、適當?shù)墓鈱W各相異性和閾值電壓。TFT LCD用液晶材料的特點：
TFT LCD同樣利用TN型電光效應原理，但是TFT LCD用液晶材料與傳統(tǒng)液晶材料有所不同。除了要求具備良好的物化穩(wěn)定性、較寬的工作溫度范圍之外，TFT LCD用液晶材料還須具備以下特性：
(1)低粘度，20℃時粘度應小于35mPa•s，以滿足快速響應的需要;
(2)高電壓保持率(V.H.R)，這意味液晶材料必須具備較高的電阻率，一般要求至少大于1012Ω•cm;
(3)較低的閾值電壓(Vth)，以達到低電壓驅動，降低功耗的目的;
(4)與TFT LCD相匹配的光學各向異性(△n)，以消除彩虹效應，獲得較大的對比度和廣角視野?！鱪值范圍應在0.07~0.11之間。
在TN、STN液晶顯示中廣泛使用端基為氰基的液晶材料，如含氰基的聯(lián)苯類、苯基環(huán)己烷類液晶，盡管其具有較高的△ε以及良好的電光性能，但是研究表明，含端氰基的化合物易于引人離子性雜質，電壓保持率低;其粘度與具有相同分子結構的含氟液晶相比仍較高，這些不利因素限制了該類化合物在TFT LCD中的應用。酯類液晶具有合成方法簡單、種類繁多的特點，而且相變區(qū)間較寬，但其較高的粘度導致在TFT LCD配方中用量大為減少。因此，開發(fā)滿足以上要求的新型液晶化合物成為液晶化學研究工作的重點。
目前，在液晶顯示材料中，TN-LCD已逐步邁入衰退期，市場需求逐漸萎縮，而且生產(chǎn)能力過剩，價格競爭激烈，己不具備投資價值。而STN-LCD將逐漸進入成熟期，市場需求穩(wěn)步上升，生產(chǎn)技術完全成熟。而TFT-LCD在全球范圍內(nèi)正進入新一輪快速增長期，市場需求急劇增長，有望成為21世紀最有發(fā)展前途的顯示材料之一。
結語
液晶材料是隨著LCD 器件的發(fā)展而迅速發(fā)展，從聯(lián)苯腈、酯類、含氧雜環(huán)苯類、嘧啶環(huán)類液晶化合物逐漸發(fā)展到環(huán)已基(聯(lián))苯類、二苯乙炔類、乙基橋鍵類和各種含氟芳環(huán)類液晶化合物，最近日本合成出結構穩(wěn)定的二氟乙烯類液晶化合物，其分子結構越來越穩(wěn)定，不斷滿足STN、TFT-LCD的性能要求。 雖然世界液晶顯示器的市場量越來越大，但我國液晶行業(yè)在其中的份額卻很小，而且仍是集中在TN液晶材料方面，在TFT液晶材料方面有一定的發(fā)展，但目前在世界液晶市場中缺乏競爭力，強烈呼吁國家應當采取積極措施，加強液晶顯示器件與材料研究開發(fā)的人力與資金投入，在平板顯示行業(yè)上向上游傾斜，以振興中華液晶顯示行業(yè)。
下載文檔
