液晶材料基本知识-2008

LCD用液晶
(1)响应时间：
1d 2 d Keff 2
r
1 o DE 2
(4) Δ n 与盒厚匹配：
Keff d2
2
TN： d· n ~1.05 Δ STN： d· n ~0.85 Δ TFT： d· n ~0.55 Δ
（2）各种显示对温度的要求：
用途 普通TN 宽温TN 普通STN STN TFT 温度范围（℃） -30~60 -40~90或100以上 -30~80以上 -40~95以上 -40~70以上
胆甾相（Cholesteric）：分子呈层状排列，分子长 轴与基面平行，在层与层之间分子长轴指向矢扭转 一个角度，使层与层之间排列呈螺旋状。双稳态和 多稳态液晶显示选用的就是这种液晶。
向列相（Nematic）：分子沿分子长轴方向成一维有 序排列。TN、STN、TFT等显示器所用的材料都是 向列相液晶。
C3H7 H CN COO CN R
向列相液晶简介
向列相液晶分子基本组成
R
R
A
A
Z
Z
B
B
X X
Alkyl
Alkyl COO Alkoxy
Alkoxy CN F, Cl
C 2H 4
N=N
Alke nyl
F
CF 3 OCF 3
C C (C C) 2 F F
S NCS
向列相液晶简介
分类 结构式 开始应用时间
混合液晶调配 ：
任何单体液晶只具有一方面或几方面的优良性能，不能直接用于显示 利用10~20种单体液晶调制混合液晶，以使综合性能最佳，满足显示 用液晶材料 的各项性能的要求
清亮点（c.p）、介电各向异性（Δ ε ）、折光率各向异性（Δ n）、 弹性常数（k)、 粘度（）等具有加和性； 熔点不具有加和性
向列相液晶简介
(1) 向列相液晶基本特征
分子为棒状，一般长宽比大于5：1，分子要有一定的刚性，分子间短程相互 作用微弱，分子不排列成层
(2) 正性液晶和负性液晶
正性液晶：当吸电子基团在棒状母体顶端,液晶分子的偶极矩与分子长轴方 向一致时，介电各向异性为正，定义为正性液晶。如：
R COO CN
负性液晶：当吸电子基团在母体的侧面,液晶分子的偶极矩与分子长轴垂直 时，介电各向异性为负，定义为负性液晶 。如：
Δ n混 =Σ Δ ni Xi i=1
LCD用液晶
液晶熔点不具有加和性
Tm p DH i RnX i Ti
i
DH i
TC1
ISOTROPIC TC2
Tc Xi Tci
Tmp1 LIQUID Tmp2
X1 + X2 + ... + Xn = 1
Tmp = Melting point of mixture DHi= Heat enthalpy of component i Ti = Melting point of component i R = Gas constant=1.987 cal/mol/K Xi = Mole fraction of component i Tc = Clearing point of mixture Tci = Clearing point of component i
苯基环已烷类、双环已烷类、乙烷类、乙炔类、端烯类等材料的研制成功， 对改善混合液晶的物理性质如阈值、粘度、相变温度范围，Δ n、陡度等起 了重要的作用，也为第二代LCD：STN-LCD的出现，提供了必要的材料。
(4) 含氟液晶材料（ 80年代 ）推动TFT－LCD的发展
70年代初就已作出了TFT-LCD的原型样机，但不可能成为产品，这是因为当 时液晶材料做不到高电阻率、高电压保持率和高稳定性。1982年出现了高纯 度含氟液晶，这个问题才得到解决，TFT-LCD技术才逐渐走向成熟。
单体数量太少，又都是同一类，电学参数和光学参数无法调节。该配 方可看成是以三元低共熔点混合物为溶剂，再将5CT溶入其中，由于 同种结构的物质溶解性好，5CT在其中可溶8%，这个体系若再加入其 他联苯类，性能不会有多大改变，若要加入其他种类单体液晶来调节 其参数，则溶剂体系改变，5CT溶解度减小，会发生晶析。
SOLID 0 100 CONCENTRATION (X 2), %
LCD用液晶
混合液晶的性能参数与显示的关系 LCD 快速响应 宽的工作温度范围 低工作电压 满足盒厚d的要求 多路驱动 高稳定性 LC 极低的粘度 向列相温度范围宽 高极性 Δ n适当 提高电光曲线陡度，Δ ε /ε ⊥大 高光、热、化学和紫外稳定性
LCD用液晶
液晶物理性质的加和性
n T 混 =Σ T i Xi i=1 n Δε
混
T 混为混合液晶清亮点； T i 为i组分单体液晶清亮点； Xi 为i组分单体液晶克分子数。 Δε
混为混合液晶的介电各向异性；
=Σ Δ ε i Xi i=1 n
Δ ε i 为i组分单体液晶介电各向异性； Xi 为i组分单体液晶克分子分数。 Δ n混为混合液晶的光学各向异性； Δ ni 为i组分单体液晶光学各向异性； Xi 为i组分单体液晶克分子分数。
(5) 陡度与驱动路数关系：
Von N 1 N 1 Voff < 1.13（STN驱动路数为64路）
1/ 2
(6) 稳定性要求：
TN： > 1010W•cm； STN： > 1011W•cm； TFT： > 1013W•cm
(3)阈值电压：
Vth K11 ( K 33 2 K 22 ) Keff 4 0 D 0 D
LCD用液晶
例：BDH公司的E7配方
分子式
C5H11
C7H15 C8H17O
含量 51% 25% 16%
CN
Δε 11(260C) 9.7(360C) 9(760C) －
Δn 0.163 0.160 0.156 0.31
TN-I 35.50 C 42.80 C 800 C 2400 C
CN
CN CN
苯基环已烷类
R
H
CN
R
H
CN
1978
双环已烷类
R
H
H
CN
R
H
H
R’
1978
二氧六环类
R
R H
O O
F H
F F
OR' R
F
F
O O
H
H
CN
H OCF3
F
1980
含氟类
R H H
R
R
1982-1990
H
向列相液晶简介
分类 结构式 开始应用时间
炔类
R
R
C
C C
C
OR
OR'
1973
R
H
H
H
H
CH2 CH2
LCD用液晶
如何设计配方（三要素） 相变温度T：要保证在要求的温度范围内整个体系都 是向列相，不能有晶析现象出现，也不能有其他相态 出现，如近晶相等；
介电各向异性Δ ε ：调节Δ ε 的大小，以满足用户对 阈值电压的要求；
光学各向异性Δ n：调节Δ n的大小以满足用户不同盒 厚的要求。
C5H11
8%
TC-N -100C
TN-I 600C
Δε 12.7
Δn 0.23
V90 1.41
V10 1.99
η
20
40
LCD用液晶
例：BDH公司的E7配方
特点：
以工作温度为出发点配制的，四种单体按最低共熔点比例来配，配方 稳定性好，在-10～600C温度范围使用保存，不会有组分析出。
缺点：
液晶材料基本知识
Introduction of Liquid Crystal Materials
石家庄永生华清液晶有限公司
Shijiazhuang YongshengHuatsing Liquid Crystal Co. Ltd
（一）液晶材料
Liquid Crystal Materials
液晶基本概念
苄叉类 氧化偶氮类 芳香酯类 联苯类 嘧啶类
RO
CN=N
CN RO
CN=N
R'
1969
R
N=N O
OR
1970
R
COO
OR
R
COO
CN
1971
R-O R
CN CN
R
CN
1972
N N N N
R
CN
R
OR
1975
向列相液晶简介
分类 结构式 开始应用时间
反式环已烷羧酯类
R
H
COO
CN
R
H
COO
OR
1978
液晶及液晶显示的发展
1. 2. 3. 1880’s:发现热致液晶 1920~1960: 液晶性质研究 1960~ 1980 : 应用研究，包括（1）DS、GH、ECB显示器 件；（2）TN显示模式的创立；（3）手 表、 计算器等稳定的液晶材料的制备 1980’s: STN, FLC, AM（TFT）-LCD 1990’s: 高成品率的生产线的建立：手机、PC、桌面电脑等 2000’s: TV; 彩屏手机; 投影TV; 其它各种新的应用等

液晶基本概念
热致液晶的分类（I: 形状）
A、棒状（Rod like） B、碗状（Bowlic）
C、碟状（Disc like）
D、香蕉状状（Banana）
液晶基本概念
热致液晶的分类（ I I : 相态）
近晶相（Smectic）：分子在二维空间有序排列，分 子排列成层，层内分子长轴相互平行。铁电液晶显示 和反铁电液晶显示选用了近晶相液晶材料。