TFT LCD用液晶显示材料进展
2003-4-18
摘要：列举了一批近年来得到开发应用的TFT LCD显示用液晶材料，并分析了其发展趋势。TFT LCD要求液晶材料具备高电压保持率、低粘度、低双折射率等特性，而传统的液晶材料无法满足上述要求。含氟液晶、环己烷类液晶、乙烷类液晶因其极性较低，分子粘度低，电阻率高，电压保持率高，在TFT LCD中得到广泛应用。初步阐明了其分子结构与物理性能之间的关系，为新型液晶分子设计配方设计提供了线索。
1 引言
随着薄膜晶体管（Thin Film Transistor,TFT）阵列驱动液晶显示（TET LCD）技术的飞速发展，近年来TFT LCD不仅占据了便携式笔记本电脑等高档显示器市场，而且随着制造工艺的完善和成本的降低，目前已向台式显示器发起挑战。由于采用薄膜晶体管阵列直接驱动液晶分子，消除了交叉失真效应，因而显示信息容量大；配合使用低粘度的液晶材料，响应速度极大提高，能够满足视频图像显示的需要。因此，TFT LCD较之TN型、STN型液晶显示有了质的飞跃，成为21世纪最有发展前途的显示技术之一。
2 TFT LCD用液晶材料的特点
TFT LCD同样利用TN型电光效应原理，但是TFT LCD用液晶材料与传统液晶材料有所不同。除了要求具备良好的物化稳定性、较宽的工作温度范围之外，TFT LCD用液晶材料还须具备以下特性:
（1）低粘度,20℃时粘度应小于35mPa·s，以满足快速响应的需要;
（2）高电压保持率（V.H.R），这意味液晶材料必须具备较高的电阻率，一般要求至少大于1012Ω·cm;
（3）较低的阈值电压（Vth），以达到低电压驱动，降低功耗的目的;
（4）与TFT LCD相匹配的光学各向异性（△n），以消除彩虹效应，获得较大的对比度和广角视野。△n值范围应在0.07～0.11之间，最好在0.08～0.1左右。
在TN、STN液晶显业中广泛使用的端基为氰基的液晶材料，如含氰基的联苯类、苯基环己烷类液晶，尽管其具有较高的△ε以及良好的电光性能，但是研究表明，含端氰基的化合物易于引入离子性杂质，电压保持率低；其粘度与具有相同分子结构的含氟液晶相比仍较高，这些不利因素限制了该类化合物在TFT LCD中的应用。酯类液晶具有合成方法简单、种类繁多的特点，而且相变区间较宽，但其较高的粘度导致在TFT LCD配方中用量大为减少。因此，开发满足以上要求的新型液晶化合物成为液晶化学研究工作的重点。
3 TFT LCD 用液晶材料简介
根据我们目前掌握的文献来看，在TFT LCD配方中广泛使用的单体液晶的典型分子结构主要有下列几类:
其中R为直链烷基或烷氧基;A为单键，—CH2CH2—、—C—O、—C≡C—等；X为F、Cl、CF3、OCF3、OCHF2等。
对于这些典型分子结构加以分析，可以看出针对TFT LCD用液晶材料的合成设计趋势集中于以下几个方面:（1）以氟原子或含氟基团作为极性端基取代氰基；（2）在液晶分子侧链、桥键引入氟原子来调节液晶相变区间、介电各向异性等性能参数；（3）含有环己烷，尤其是双环己烷骨架的液晶分子得到广泛重视；（4）乙撑类柔性基团作桥键的液晶得到广泛应用。
4 TFT LCD用液晶材料的结构与性能
4.1 含氟液晶
含氟液晶有3类，一类是液晶末端基团是氟原子或含氟原子的功能团，如—CF3、—OCF3、—OCHF2等；另一类是指液晶分子苯环上的氢原子被氟原子取代；另外，中心桥键上的氢也可被氟原子取代。
4.1.1端氟代液晶
端氟代液晶的极性末端基包括下列几种基团:—F、—CF3、—OCF3、—OCHF2、—OCCIF2、—CF2H、—CH2CF3等。一些代表性的化合物性质如表1所示。
表1 含氟液晶结构与性能
含氟端基的化合物与端氰基化合物相比，介电各向异性△ε值较低，相变区间窄，清亮点下降，但是△n值小，适合TFT 液晶显示器用。
对于特定结构的液晶分子，一般来说，介电各向异性与其分子偶极矩大小成比例。一些典型极性端基的偶极矩数值如表2所示。
表2 典型的极性端基C-X的偶极矩
可以看出，表1中的△ε值大小次序与表2中偶极矩大小几乎一致。而显示用液晶的重要参数阈值电压Vth与△ε值紧密相关，在TFT LCD显示中，阈值电压Vth与△ε的关系由（1）式所示:Vth=spr(K/ε·△ε)
ε值的下降将会使阈值电压Vth有所增加，所以含氟液晶的阈值电压Vth比相同分子结构的端氰基液晶高，这必然导致驱动电压增加，功耗加大。但是，对于另一重要电光显示参数电压保持率V.H.R而言，含氰基的液晶极性强，易于溶入离子性杂质，V.H.R值较低，随着使用时间的增加将导致对比度迅速下降，并且V.H.R值随温度的上升其下降幅度相当明显。含氟液晶尽管极性相对较低，但V.H.R值高，对温度依赖性小。另一方面，由于含氟液晶极性较低而导致分子间相互缔合作用减弱，分子粘滞性小，因而粘度较低，并且粘度随温度的变化率也较含氰基的液晶低，这是含氟液晶的一大优点。
进一步比较含氟液晶与含氰基液晶的液晶相变温度，可以发现含氟液晶的清亮点、相变区间都有所下降。研究表明，在芳香体系中，末端极性基团对于增加向列相稳定性有如下次序:
—CN >> —NO2 > —C1 > —Br > —CH3 > —F > —H
进一步考察二环体系，由于分子的长径比减小，用含氟基团取代氰基时常导致液晶相的消失，如表3所示。
这类二环体系的含氟化合物，虽然不具备液晶相，但其具有非常低的粘度，以及极低的熔点，并具有较高的正介电各向异性，在混合液晶配方中可以作为降粘组分，并可拓宽混合液晶
表3 二环体系结构与性能
的低温相区，改善其低温性能，从而在实用配方中得到应用。
4.1.2 侧向氟原子取代液晶
氟原子具有较小的原子半径（0.135nm），与氢原子半径（0.11nm）相近，所以在分子长轴侧向上用氟原子取代氢原子一般不会因位阻效应而影响液晶的有序排列。同时，氟原子的引入将使分子的长径比产生变化，氟原子较高的电负性将影响到分子的偶极矩，这都将赋予液晶分子新的性能。
侧向氟原子的引入对液晶性能的影响首先体现在介电各向异性的变化上。在苯环的不同位置引入氟原子将导致△ε增大减小，甚至△ε正负都可发生改变。在苯环的侧向，平行于分子轴引入氟原子常导致分子偶极矩以及△ε的增大，如表4所示。
表4 侧向氟原子的引入对液晶性能的影响
随着△ε值增大，液晶材料的阈值电压也相应降低。因此，在分子适当位置上引入氟原子，可以得到低阈值电压的液晶材料。而对于一些△ε值较小的液晶分子，如在垂直于其分子长轴的方向引入氟原子，则可以得到△ε为负值的液晶材料，典型的例子如表5所示。
表5 侧向氟原子的引入对液晶性能的影响
在分子侧向引入氟原子使分子宽度增加，导致分子发生一定程度的扭曲，共平面性破坏。因此，含侧向氟原子取代的液晶其熔点、清亮点将会有一定程度的下降，甚至可能导致液晶相消失。另一方面，分子宽度增加，使得依赖于分子间力的液晶相热稳定性下降，而近晶相比向列相表现更为明显，即近晶相区间的缩小而向列相区间的增加。也就是说，在液晶分子侧向引入氟原子有抑制近晶相的作用。
表6中具有四环体系的液晶化合物具有很高的清亮点，但由于这类化合物近晶相范围大，粘度高，互溶性差而很难得到应用。在苯环的侧向引入一个氟原子，向列相温区加宽，粘度降低，可以作为优良的高清亮点液晶组分在配制宽温液晶中得到应用。
表6 侧向引入氟原子对相变温度的影响
4.1.3 中心桥键氟取代效应
近年来在中心桥桥键上引入氟原子的液晶引起了人们的关注。与在苯环侧向氟取代相比，在—CH2—CH2—、—CH=CH—等桥键中用氟取代氢原子，对分子的加宽作用降低，在垂直于分子轴向的介电常数ε的增量较大。另外，在桥键上引入氟原子使分子发生一定程度的扭转，导致液晶熔点下降，可以得到低熔点的液晶材料。
表7中氟乙撑桥键的化合物液晶相有消失的趋势，但这类化合物粘度较低。有关中心桥键氟取代液晶的相关文献，但相关的物性数据尚未见报道。
表7 中心桥键氟取代对液晶性能的影响
4.2 环己烷类液晶
含有苯基环己烷、苯基双环己烷类骨架的液晶因具有高度的稳定性，较宽的向列相温区而受到人们的青眯。用环己烷取代苯环后，π电子体系减少，电荷分布密度降低，极化减弱，因而熔点较低，但其清亮点却有增加趋势，这可能是由于环己烷反式构型几何排列协调，相互交错重叠，形成紧密堆积所致。应用环己烷代替苯环的另一优点是粘度的降低。与具有芳杂环、苯环骨架的液晶分子相比，其粘度变化有如下规律:芳杂环 > 苯环>环己烷。
表8 环已烷液晶的结构与性能
此外，环己烷类液晶极化度的下降导致双折射率减小，因而环己烷类、双环己烷类液晶双折射率△n值较小，恰好满足TFT LCD显示所需。由于具备以上优点，含有环已烷，尤其是双环己烷骨架的液晶在TFT LCD液晶配方中得到大量应用。
表9 不同桥键对液晶性能的影响
4.3 烷基桥键类液晶
烷基桥键类液晶是在芳环或脂肪等六元环之间用饱和的烷基连接的化合物，常见的烷基桥键有—CH2—CH2—、—CH2CH2CH2CH2—、—CH2O—、—0CH2—、—CH2CH2CH2O—等。与含酯键、烯键、炔键的液晶相比，具有饱和烷基桥键的液晶化合物具有非常好的化学稳定性。一般情况下，烷基桥键的引入破坏了苯环间的共轭作用，降低了液晶分子的刚性，使得分子易于弯曲。与酯类、联苯类等刚性骨架液晶分子相比，熔点、清亮点都较低，常常得到非液晶态或低温液晶态化合物。
以
为例：
酯键具有较高的清亮点，粘度高;而乙撑桥键清亮点低、粘度低;醚类桥键清亮点低、粘度较高。含有桥键的液晶化合物，其粘度变化一般有这样的规律:酯键、重键＞单键≥乙撑，即桥键的极性越高，相应的液晶粘度也越大。表10给出了一些在TFT LCD中使用的乙撑桥键化合物，乙撑桥键在六元环之间位置不同时其性能会有所变化，例如表10中乙撑桥键连接两个环己烷之间的液晶化合物，其相变温度区间减少。
由于烷基桥键破坏了分子共轭作用，极化度减少，因而双折射率也较低，非常适合于TFT显示，所以含烷基桥键的液晶化合物在TFT液晶显示器中得到广泛重视与应用。
表10 不同桥键对液晶性能的影响
5 发展趋势
随着液晶化合物种类的不断增加，液晶化合物的结构与性能之间的关系逐渐为人们所认识。反过来，由性能-结构之间的关系又可以指导具有新型结构、具备特定功能的液晶分子的合成。但是，目前新型液晶分子的合成愈来愈难，而具备实际应用价值的化合物也相对较少。而单一的化合物难以满足实际应用中的苛刻要求，通过将不同的液晶单体进行科学混配则可以弥补相互性能上的不足之外。这样，通过合成出在某些性能上具有独到之处的液晶化合物，将其应用于混合液晶配方中，也能达到提高显示性能的目的。
显示材料行业因进入壁垒和附加值较高的特性，其行业利润水平在LCD 产业链中处于较高的位置，约为35-40%。从目前市场整体变动趋势看，由于下游面板大厂京东方科技集团股份有限公司、深圳市华星光电技术有限公司为代表的本土企业陆续建设了8.5代液晶面板线，使得大尺寸的电视面板供应有了一定的保障，拉动了液晶材料的需求和价格，未来液晶材料的行业利润仍将维持在一个均衡状态。单晶行业企业集中度一般，市场主要由中节能万润股份有限公司、西安瑞联新材料股份有限公司、浙江永太科技股份有限公司、第三化成株式会社及相互薬工株式会社等企业占据。单晶行业中的企业较为分散，但能够提供高品质产品的主要生产企业数量较少，所生产的产品主要供应给下游高端客户。由于单晶的种类众多，且各供应商擅长的产品领域不同，因此主要生产企业之间的竞争程度一般。 OLED材料（中间体及升华前材料）行业集中度较高，市场主要由西安瑞联新材料股份有限公司、烟台九目化学制品有限公司、濮阳惠成电子材料股份有限公司、陕西莱特光电材料股份有限公司及广东阿格蕾雅光电材料有限公司等企业占据。OLED材料（中间体及升华前材料）行业中，能提供高端产品的企业较少，因此主要生产企业之间的竞争程度一般。医药中间体为高度定制化行业，产品完全根据下游客户的需求生产，没有被其他客户使用的可能性。因此，无可比竞争对手适用。 混合液晶材料生产企业的上游为液晶前端材料，包括液晶中间体和液晶单体。目前，国内外混合液晶材料生产企业所用的液晶前端材料主要来自于外购，液晶前端材料领域的公司主要包括：万润股份、永太科技、上海康鹏、江苏广域化学有限公司、烟台德润液晶材料有限公司、第三化成
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一、概述 作为人机交互过程中最终获取信息的主要途径之一,显示器是信息装备的重要器件。在战场、海陆空三军的作战指挥、武器控制及信息处理系统中,无论是大型固定设施、运动机械还是便携式仪器,都必须配置显示器以便为使用者提供各种信息。例如,在飞行器座舱中,飞行员通过显示器获得关于超视距战术势态、本机状况、火控状态、导航等诸多信息。因此,显示器是现代战争中不可缺少的重要技术手段。 液晶显示器(Liquid Crystal Display,LCD通过改变电场中液晶分子的排列来调制来自背光灯的光强,从而达到显示信息的目的,通过在像素上加滤色片即可实现彩色显示。它具有以下突出的优点: (1低电压 (3~5V、微功耗(工作电流仅为μA/cm2量级; (2易于彩色化,在色谱上可准确复现,彩色失真极小; (3工作时电磁辐射极微弱; (4体积小、厚度薄,显示画面为纯粹的平面; (5重量轻,相对于阴极射线管(CRT而言具有突出的优势。 当然,液晶显示器也存在一定的不足,具体包括: (1被动型显示,本身不发光,在黑暗环境下必须配外光源或背景光源; (2视角较小; (3亮度、响应速度、对比度较差; (4多数产品工作温度范围不够宽(-30℃~+85℃。
正因为液晶显示器独特的优点,从其问世之时起就引起了军方的关注,最早使用液晶显示器的是美国的海军航空飞行器。美国1983年就投资研制用于美国海军的轻型模块显示系统,并装备于F/A-18、F-14D战机,开创了有源矩阵液晶显示器(AMLCD进入军用显示器件行列的先河。 不过,尽管AMLCD在平面度、重量、体积、构型等方面较之CRT具有优良的性能,但AMLCD尚不能广泛地应用,单从技术的角度看,还是因为AMLCD存在一定的不足并且尚未克服。为了使普通工业级甚至商用级的液晶显示器能够达到军用级要求。包括美国在内的世界各国军方,目前多采取对普通的十分成熟的商用AMLCD (多为薄膜晶体管液晶显示器—TFT-LCD进行加固,有针对性地对其性能加以改善,使其满足军方对显示器的性能提出的具体要求。 不同的军种以及不同的应用场合对液晶显示器的要求各不相同,对于具体的应用场合,在满足性能要求的前提下,用户可以根据实际情况,适当考虑包括成本等在内的非技术因素,制定适宜的技术指标。 二、军事液晶显示器应用现状 按照有效显示尺寸划分,液晶显示器可分为微型液晶显示器(Micro LCD和平板液晶显示器(Panel LCD,本文关注的是平板液晶显示器。 平板液晶显示器有效显示画面尺寸一般为5.2~19.6英寸,目前的军事显示器主 要以平板液晶显示器作为显示终端,根据所要显示的信息量的大小,可以选择不同尺寸的显示器。 例如,由波音公司为美军提供的JSF,除了头盔式显示器之外(JSF引人注目地取消了现代战斗机至今无一不用的平视显示器,而代之以头盔显示器,该机座舱内显示器的基本布局是: (12块203mm×254mm主多功能显示器(PMFD, (2 PMFD上方的2块76mm×102mm上方显示器(UFD,
TFT LCD用液晶显示材料进展 2003-4-18 摘要：列举了一批近年来得到开发应用的TFT LCD显示用液晶材料，并分析了其发展趋势。TFT LCD要求液晶材料具备高电压保持率、低粘度、低双折射率等特性，而传统的液晶材料无法满足上述要求。含氟液晶、环己烷类液晶、乙烷类液晶因其极性较低，分子粘度低，电阻率高，电压保持率高，在TFT LCD中得到广泛应用。初步阐明了其分子结构与物理性能之间的关系，为新型液晶分子设计配方设计提供了线索。 1 引言 随着薄膜晶体管（Thin Film Transistor,TFT）阵列驱动液晶显示（TET LCD）技术的飞速发展，近年来TFT LCD不仅占据了便携式笔记本电脑等高档显示器市场，而且随着制造工艺的完善和成本的降低，目前已向台式显示器发起挑战。由于采用薄膜晶体管阵列直接驱动液晶分子，消除了交叉失真效应，因而显示信息容量大；配合使用低粘度的液晶材料，响应速度极大提高，能够满足视频图像显示的需要。因此，TFT LCD较之TN型、STN型液晶显示有了质的飞跃，成为21世纪最有发展前途的显示技术之一。 2 TFT LCD用液晶材料的特点 TFT LCD同样利用TN型电光效应原理，但是TFT LCD用液晶材料与传统液晶材料有所不同。除了要求具备良好的物化稳定性、较宽的工作温度范围之外，TFT LCD用液晶材料还须具备以下特性: （1）低粘度,20℃时粘度应小于35mPa·s，以满足快速响应的需要; （2）高电压保持率（V.H.R），这意味液晶材料必须具备较高的电阻率，一般要求至少大于1012Ω·cm; （3）较低的阈值电压（Vth），以达到低电压驱动，降低功耗的目的; （4）与TFT LCD相匹配的光学各向异性（△n），以消除彩虹效应，获得较大的对比度和广角视野。△n值范围应在0.07～0.11之间，最好在0.08～0.1左右。 在TN、STN液晶显业中广泛使用的端基为氰基的液晶材料，如含氰基的联苯类、苯基环己烷类液晶，尽管其具有较高的△ε以及良好的电光性能，但是研究表明，含端氰基的化合物易于引入离子性杂质，电压保持率低；其粘度与具有相同分子结构的含氟液晶相比仍较高，这些不利因素限制了该类化合物在TFT LCD中的应用。酯类液晶具有合成方法简单、种类繁多的特点，而且相变区间较宽，但其较高的粘度导致在TFT LCD配方中用量大为减少。因此，开发满足以上要求的新型液晶化合物成为液晶化学研究工作的重点。 3 TFT LCD 用液晶材料简介 根据我们目前掌握的文献来看，在TFT LCD配方中广泛使用的单体液晶的典型分子结构主要有下列几类:
液晶可以分为三类： 1、近晶相液晶近晶相液晶分子分层排列，根据层内分子排列的不同，又可细分为近晶相A近晶相B等多种。层内分子长轴互相平行，而且垂直于层面液晶拼接屏。分子质心在层内的位置无一定规律。这种排列称为取向有序，位置无序。近晶相液晶分子间的侧向相互作用强于层间相互作用，所以分子只能在本层内活动，而各层之间可以相互滑动。 2.、胆甾相液晶 胆甾相液晶是一种乳白色粘稠状液体，是最早发现的一种液晶，其分子也是分层排列，逐层叠合。每层中分子长轴彼此平行，而且与层面平行。不同层中分子长轴方向不同，分子的长轴方向逐层依次向右或向左旋转过一个角度。 3.、向列相液晶 向列相液晶中，分子长轴互相平行，但不分层，而且分子质心位置是无规则的。 液晶显示面板的物理结构分类： (1)扭曲向列型(TN-Twisted Nematic)； (2)超扭曲向列型(STN-Super TN)； (3)双层超扭曲向列型(DSTN-Dual Scan Tortuosity Nomograph)； (4)薄膜晶体管型(TFT-Thin Film Transistor)。 1.TN型采用的是液晶显示器中最基本的显示技术，而之后其它种类的液晶显示器也是以TN型为基础来进行改良。而且，它的运作原理也较其它技术来的简单。请参照下方的图片。图中所表示的是TN型液晶显示器的简易构造图，包括了垂直方向与水平方向的偏光板，具有细纹沟槽的配向膜，液晶材料以及导电的玻璃基板。广泛应用于入门级和中端的面板，在性能指标上并不出彩，不能表现16.7M色彩，并且可视角度有天然痼疾。市场上看到的TN面板都是改良型的TN+film，film即补偿膜，用于弥补TN面板可视角度的不足，同时色彩抖动技术的使用也使得原本只能显示26万色的TN面板获得了16.2M的显示能力。要说TN面板唯一胜过前面两种面板的地方，就是由于他的输出灰阶级数较少，液晶分子偏转速度快，致使它的响应时间容易提高，目前市场上8ms以下液晶产品均采用的是TN面板。总的来说TN面板是优势和劣势都很明显的产品，价格便宜，响应时间能满足游戏要求使它的优势所在，可视角度不理想和色彩表现不真实又是明显的劣势。 2.STN型的显示原理与TN相类似。不同的是，TN扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转90度，而STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转180～270度。
科学前沿讲座论文 液晶材料显示技术及发展前景展望 2014年6月
摘要 人类生存离不开信息，其中视觉信息占了一半以上，而且眼睛获取的信息数量大，最准确和可靠，这说明视觉的重要性远胜于其他。因此信息显示技术就充当了十分重要的角色。而作为其中重要的一员的液晶显示，具有极其广泛的应用价值。随着以液晶显示器件为主的各类液晶产品的出现和发展，液晶显示技术已经深入到各行各业以及社会生活的各个角落。它具有低压、微功耗等特点，在平板显示行业中有很大的市场份额，在信息传递过程中发挥了不可替代的作用。现在我们知道，液晶分子是具有介电各向异性，在外电厂的作用下，液晶分子的排列会产生变化，可以调控通过液晶体系偏振光的偏振态。人类开发了液晶，液晶改变着人类生活。 关键字：液晶，液晶显示器，偏振光，分子，视觉信息
ABSTRACT The survival of mankind cannot do without information, the visual information accounts for more than half of the amount of information obtained, and the eyes, the most accurate and reliable, the vision is far more important than the other. Therefore the information display technology will play a very important role. As the important member of the liquid crystal display, with a wide range of applications. Along with the liquid crystal display device mainly various kinds of LCD products appearance and the development, liquid crystal display technology has been deep into all walks of life and every corner of social life. It has the advantages of low pressure, low power consumption and so on, in the flat panel display has a very large market share in the industry, has played an irreplaceable role in the process of transferring information. We now know, the liquid crystal molecules are having a dielectric anisotropy, in under the action of the power plant, the arrangement of liquid crystal molecules will change, can control the state of polarization of polarized light through the liquid crystal system. The human development of liquid crystal, liquid crystal changing human life. Keywards:LCD, liquid crystal display, polarized light,molecular, visual information
材 料 化 学 论 文（设 计） 中文题目：液晶材料在显示领域的应用研究 英文题目： Applied research in the field of display of the liquid crystal material 姓 名 李海珊 李开漫 练丽红 苏健枢 文丽丽 杨静波 曾翠珍 张耀 郑润熙 学 号 100604111 100604113 100604114 100604122 100604128 100604130 100604133 100604138 100604140 专业班级 10应用化学1班 指导教师 叶晓萍 提交日期 2012年11月30 日 惠州学院 HUIZHOU UNIVERSITY
液晶材料在显示领域的应用研究 摘要 随着技术的发展和人们要求的不断提高, 消费者对原来传统的阴极射线管(CR T )显示器的体积大、重量大和功耗大的缺点越来越不满意。特别是在便携式、小型化和低功耗的应用中, 人们期望着体积小、重量轻和功耗小的平板显示器的出现。在这种需求的推动下, 液晶平板显示器首先应运而生。由于液晶显示器LCD (Liquid Crystal Display )具有轻薄短小、低耗电量、无辐射, 平面直角显示以及影像稳定不闪烁等多方面的优势, 在近年来技术驱动及价格不断下跌的吸引下, 占领了相当大的市场, CRT 已逐渐被取代。本文着重介绍液晶的发现过程, 以及液晶及其显示器件(LCD ) 的特性、原理与发展方向。 关键词：液晶, 显示, TN-LCD, STN-LCD, TFT-LED, IPS
Applied research in the field of display of the liquid crystal material Summary With the development of technology and the continuous improvement of people's requirements, consumers are increasingly dissatisfied with the shortcoming of original traditional cathode ray tube (CRT) monitor such as the large size and weight and high power consumption.Especially in the applications of the portable, the miniaturization and low power consumption, the people expect that the flat-panel display with small size, light weight and low power consumption appears. LCD flat panel displays first emerged in the promotion of this demand. In recent years, driven by technology and falling prices , LCD occupied a considerable market and gradually displaced CRT for the reason that LCD (Liquid Crystal Display) has a advantage of low-power consumption, high-resolution support, no radiation and steady image display. This paper focuses on the discovery process of the LCD, as well as the characteristics of the liquid crystal and its display devices (LCD), principles and development direction. Keywords : A liquid crystal display TN-LCD STN-LCD TFT-LED IPS
液晶显示材料产业现状及其展望 液晶显示材料产业现状及其展望 高鸿锦 清华大学化学系 北京清华液晶技术工程研究中心 2004.6 1.LCD市场现状及其预测 近10年来平板显示器件获得了迅速发展，已逐渐成为显示器件的主流产品。据美国权威咨询机构Display Search公司发表的一篇研究报告的统计和预测，2002年全球电子显示器市场约为576亿美元，其中CRT 257亿美元，平板显示器件319亿美元，预计2006年全球显示器市场将达到1,018亿美元，其中平板显示器件将占整个显示器市场的近70%。平板显示产业已成为世界各国特别是亚洲主要国家投资发展的主要 行业。 根据DisplaySearch今年调研报告的预测，FPD市场将从1998年的110亿美元增加到2006年的610亿美元。从FPD整体市场来看,1998～2005年的年平均增长率(CAGR)高达21.5%,而CRT的市场份额从2002 年以后将逐渐减少。 在FPD市场中，LCD拥有80％以上的市场份额，到2006年仍将拥有80%左右的市场份额，且需求范围从大型到中、小型,覆盖整个市场，为平板显示器主流产品。 2000年全球液晶监示器销量为650万台，只占整个显示器市场份额的6%。而2001年全球液晶监示器的销量达到创纪录的1570万台，占到2001年全球监示器总销量的13%～14%。在欧洲、美国的发达区域市场，液晶监示器占有率已经超过了20%，在日本、韩国、香港等地，液晶监示器的市场占有率则已经超 过了50%，并且市场需求还在继续上升。 2002年全球液晶监示器的总需求量将达到3100万台，较2001年1570万台的出货量增长将近一倍，比重 占全部显示器市场需求的30%。 液晶显示器朝两个方向发展：大型显示器（如LCD TV、Note PC、Moniter）及中小型显示器（如Mobile Phone、PDA）。目前,以生产笔记本电脑、液晶电视为主要目标的5代线以上投资热点正在形成。随着多条五、六代线的投产，液晶电视生产规模迅速扩大。2004年液晶电视的产量将增加一倍，由现在的400万台增加至800万到1000万台，而去年这一产量还不足100万台。 最近三年至少将有17条五至七代线投入生产（见下表）。
现代生活中,液晶电视机和液晶电脑显示器已广泛地被使用.它是什么材料做的?使用中应注意些什么?对人有无不良影响? 液晶基础知识 显示器是人与机器沟通的重要界面，早期以显像管（CRT/Cathode Ray Tube）显示器为主，但随着科技不断进步，各种显示技术如雨后春笋般诞生，近来由于液晶（LCD）显示器具有轻薄短小、耗电量低、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，在近年来价格不断下跌的吸引下，逐渐取代CRT之主流地位，显示器明日之星架势十足。那么液晶显示器与传统的显示器相比，到底有什么新的特点呢？ 一、显示质量高 由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不象阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新亮点。因此，液晶显示器画质高而且绝对不会闪烁，把眼睛疲劳降到了最低。 二、没有电磁辐射 传统显示器的显示材料是荧光粉，通过电子束撞击荧光粉而显示，电子束在打到荧光粉上的一刹那间会产生强大的电磁辐射，尽管目前有许多显示器产品在处理辐射问题上进行了比较有效的处理，尽可能地把辐射量降到最低，但要彻底消除是困难的。相对来说，液晶显示器在防止辐射方面具有先天的优势，因为它根本就不存在辐射。在电磁波的防范方面，液晶显示器也有自己独特的优势，它采用了严格的密封技术将来自驱动电路的少量电磁波封闭在显示器中，而普通显示器为了散发热量的需要，必须尽可能地让内部的电路与空气接触，这样内部电路产生的电磁波也就大量地向外“泄漏”了。 三、可视面积大 对于相同尺寸的显示器来说，液晶显示器的可视面积要更大一些。液晶显示器的可视面积跟它的对角线尺寸相同。而阴极射线管显示器，显像管前面板四周有一英寸左右的边框，不能用于显示。 四、应用范围广 最初的液晶显示器由于无法显示细腻的字符，通常应用在电子表、计算器上。随着液晶显示技术的不断发展和进步，字符显示开始细腻起来，同时也支持基本的彩色显示，并逐步用于液晶电视、摄像机的液晶显示器、掌上游戏机上。而随后出现的DSTN和TFT则被广泛制作成电脑中的液晶显示设备，DSTN液晶显示屏用于早期的笔记本电脑；TFT则既应用在笔记本电脑上（现在大多数笔记本电脑都使用TFT显示屏），又用于主流台式显示器上。
液晶显示材料的发展与应用 摘要随着科技的进步和社会生活的高速发展，计算机显示器也由传统的CRT电子管显示器逐渐的转变为液晶显示器。对于液晶材料很多人只是了解其一个大概的概念而对于其具体的工作原理和液晶种类知之甚少，本文将从不同的液晶种类入手，分别介绍他们之间的性能和使用情况。 关键词液晶材料；介晶相；应用 引言 液晶是一种介于固态和液态之间的一种具有三维有序但又属于无规液态的一种中间物质相态，可以称为介晶相。其具体特征是作为流体相它取向有序，具有流动性；但又同时具有晶体双折射等各向异性的特征。液晶的发现是由一位奥地利植物学家Reinitzer在1888年首次发现的，但由于人类认知与技术所限在当时并没有引起人们的重视。直到1941年Kargin提出了液晶态是聚合物体系中一种常见状态之后，液晶才开始被人们所关注并逐渐成为了研究的热点。尤其是在近代由于液晶优秀的光电效应被逐渐发掘，液晶的研究得到了快速的发展。随着研究的不断深入液晶的使用范围越来越广，无论是电子表主屏，电子计算器，计算机，电视机，车载显示器等都在使用液晶显示技术。液晶也逐渐成为了显示工业模块儿上至关重要的材料[1]。高分子液晶材料的研究起步较晚，但是由于其优秀的性能其已成为液晶领域中举足轻重的部分[2]。一般来说，小分子液晶是有机化学和电子学之间的边缘科学，那么液晶高分子就更多地涉及高分子科学、材料科学、生物工程等多門科学，并且在诸多领域都能得到大量的应用。 1 液晶材料的分类 1.1 熔致型液晶 所谓溶致型液晶是指某些材料在溶解于特定溶剂中后，在调整到某一特定浓度时能够产生液晶态物质，因此这类液晶材料我们称其为溶致液晶。 溶致型液晶聚合物的主要特点就是其具有浓度高黏度低的独特物理特性，因此它可以用来进行液晶纺丝纸杯高强度高模量的纤维。溶致型液晶在自然界中存量十分广阔，但是在显示器领域并没有得到很好的运用。 1.2 热致型液晶 热致型液晶的主要特点就是其内部的液晶分子会随着环境温度的升高而发生一系列的串相转移，会由原本的固态逐渐转变为液晶态，并最终转变为等向性液体。在这一系列相变化的过程中，液晶分子的折射率、介电导向性、弹性系数和黏度等物理性质都会随之改变。热致型液晶分子由于在温度变化的过程中，相转移过程比较复杂会形成不同排列结构的液晶分子。主要分为：近晶相、向列相
液晶显示材料研究现状 一、基本概念与原理介绍 液晶材料(Liquid CrySTal) 是一种高分子材料，因为其特殊的物理、化学、光学特性，20世纪中叶开始被广泛应用在轻薄型的显示技术上。液晶材料即具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性物质。液晶材料在液晶平面显示器的组成结构上所担任的角色是相当地重要，虽然其种类有数万种，但真正使用的也仅有数十多种。 人们通常根据液晶形成的条件,将液晶分为溶致液晶( Lyot ropic liquid crystal s ) 和热致液晶( Thermot ropic liquid crystal s) 两大类。 液晶材料分类 1、溶致液晶 将某些有机物放在一定的溶剂中,由于溶剂破坏结晶晶格而形成的液晶,被称为溶致液晶。比如:简单的脂肪酸盐、离子型和非离子型表面活性剂等。溶致液晶广泛存在于自然界、生物体中,与生命息息相关,但在显示中尚无应用。 2、热致液晶 热致液晶是由于温度变化而出现的液晶相。低温下它是晶体结构,高温时则变为液体,这里的温度用熔点( Tm) 和清亮点( Tc ) 来标示。液晶单分子都有各自的熔点和清亮点,在中间温度则以液晶形态存在。目前用于显示的 液晶材料基本上都是热致液晶。 液晶材料的发展历史 *1854~1889年代，德国生理学家R.C.Virchow发现自然界的Myelin物质，此是一种溶致型液晶，在适当的水份混合後，会呈现光学异方向性之有机分子集合体。 *液晶材料的发现，正式於1988年，将胆固醇的笨二甲酸或以酸加热到145度时，有白浊稠状液体，再加热至178度，会变成透明液体，冷却下来则有紫色、橙红色、绿色等不同颜色变化。 *1920後时期，为液晶合成的开始及分类的确定，Friedel博士将液晶分类成层列型或距列型、向列型、胆固醇型.. *1960到1968年代，为液晶应用研究的蓬勃时期，G.H.Heilmeir博士发现动态散射模式(DSM)，而使应用朝向液晶平面 *电控复折射(ECB)的动作模式於1971年提出，後来发明扭曲向列型液晶平面显示器，应用在汽车仪表和表上 *1973年後为液晶实用化和应用研究多样化时期，日本的sharp和Seiko-Eps改朝向向列型液晶平面显示器，1972年P.Brody提出主动性矩阵型模式，1980到1983年则有铁电性液晶平面显示器，1983到1985年发明超向列型液晶平面显示器(STN-)。 *1980年日立试作低温多晶矽薄膜电晶体液晶平面显示器(LTPS TFT-LCD) *1990年代彩色超向列型液晶平面显示器之笔记型电脑 *1991年彩色非晶矽薄膜电晶体液晶平面显示器之笔记型电脑 *1996年低温多晶矽薄膜电晶体液晶平面显示器的数位相机 *2000年低温多晶矽薄膜电晶体液晶平面显示器结合有机电激光显示器成为新一代省电及高解析度的显示器 液晶显示的基本原理 利用液晶的基本性质实现显示： 自然光经过一偏振片后“过滤”为线性偏振光，由于液晶分子在盒子中的扭曲螺距远比可见光波长大得多，所以
液晶电视机VS液晶显示器！X360显示设备大比较。 液晶电机机和液晶显示器 很多朋友认为液晶显示器与液晶电视机不仅形似而且还颇有几分神似，那么二者之间到底有什么区别呢？从技术原型来讲，二者都是液晶显示技术，就是因为应用上的差异，造成二者在后天发展的众多细节上也出现了不同的技术指标。 －－1－－尺寸上的不同： 液晶显示器和液晶电视机最大的区别就是一个专注于计算机领域，用来显示Windows等操作系统和应用软件界面．兼带一些多媒体功能；一个从诞生之日起，就是属于客厅的地道的家用电器。因为用途的不同，也限定了二者的尺寸围－－－常用的液晶显示器一般从15英寸、到24英寸不等，少数更大的尺寸只为某些特殊的应用领域；而液晶电视最小也有 20英寸(型号极少)，普遍在32英寸到52英寸之间，更大的尺寸应用在少数特殊场合。 －－2－－信与处理技术上的差异 要实现电视功能，液晶电视视对视频信号的处理能力从某种程度上来说就要付出更多的努力。我们常用的液晶显示器到计算机主机的信号连接电缆一般在2米左右，传输是直接用来显示的RGB信号，而连接到液晶电视上的电缆多采用普通的同轴电缆，其传输的是传统的亮度、色差和同步信号三者合成信号，而且是近百路信号通过不同频率的载波在一起传输。液晶电视的这个特点，要求它首先要从数百路信号中找出相应的载波频率，然后提取对应的视频信号、YUV信号、同步信号，再将其转化为驱动液晶面板的RGB信号，由于在YUV 到RGB转换之前涉及的都是模拟信号，因此电路设计的好坏将极大影响到YUV信号的质量，最后表现在输出端上就是画质的好坏。为了得到更好的显示效果，各大液晶电视厂商还研发出各种视频增强功能，利用数字处理技术来提高画丽的亮度、对比度、色彩饱和度、图像锐度等，以便得到更好的视频回放效果。这些特点都是液晶显示器所不具备的。 另外，液晶显示器是单向工作设备，即液晶显示器仅仅是一个显示终端，它只需要完成接收和回放信号的任务就可以了。而液晶电视就有很强的交互性，例如我们都是通过遥控器来换台、改变音显音效、调节亮度对比度设定—些个性参数以及开启画中画等功能。最新的液晶电视还加入了电视录像功能。能够实现断点回放、定时录像等更先进的功能(其实这些已经具备了电脑＋电视采录卡才能实现的一些特殊功能)。这一切都要求液晶电视要拥有比液晶显示器更强人的模拟和数字信号处理能力，最终的结果就是拆开液晶显示器后，部的信号处理电路很简单，功能上也小异（图1.2）；但是拆开液晶电视之后，部的信号处理电路要复杂的多，而且不同品牌液晶电视所使用的处理芯片很少会—样。 －－3－－多媒体接口上的差异： 作为显示器，绝大多数时候都是与电脑主机(显卡)直接连接的，因此市面上的绝大多数显示器都只配备了VGA和DVI两种接门(部分LCD因为成本的问题还会去掉DVI接口)。只有少量以多媒体为卖点的显示器(即部分厂商宣传的“液晶电视显示器”)会配备诸如色差输入、S端子等接口，更高阶的显示器（主要是24英寸以上尺寸会配备HDMl接口）。 作为液晶电视而言，除了看电视的功能之外，还、要考虑连接DVD播放机、游戏机、数码摄像机等多种常见的视频设备，因此机器背后密密麻麻的各种视频接口是必不可少的。一般说来，现在主流的液晶电视必定具备的输入端口是：RF射频输入组(同轴电缆)、色差输入组、复个视频输入一组(AV端子)、S端子一组以及VGA输入一组，大部分新产品会配备一组HDMI接口(少数产品会有两组HDMI接口)。
1 绪论 近年来液晶材料得到了飞速发展，液晶现在已经走进了人们的日常生活，应用广泛也是人们所共知的，它正在不断地改变着人们的日常生活，我们生活中的许多电器都带有液晶器件如空调、冰箱、微波炉等，液晶电子表、液晶显示器、液晶传感器也是我们所熟悉的产品。液晶材料被广泛地用到了显示方面，通过近几年的发展，我国在液晶显示面板的生产技术上有了明显的提升，但上游配套产品却一直限制着产业的发展，在液晶材料市场中外资占有较大的比例，从中受益远比我国多。近年来，国家有关部门联合发布了有关新型液晶平板研发及产业化的有关通知，我国在液晶材料的发展中大概面临两方面困难：一方面，液晶厂商存在较高的技术壁垒，我国企业技术水平没有那么先进；另一方面，德国默克（Merck）、智索（Chisso）和DIC等企业建立了有关技术的专利阵营，使中国液晶技术的发展变得相对困难。液晶材料也在其他方面得到了应用，如应用于制备航天飞行器的外壳、用作润滑剂、也可用于医学诊断和药物的生产，现在有科学家正在研究将液晶材料用于人工智能、形状记忆、信息储存等新兴方面，可见液晶材料在未来的应用将会更加广泛。 本文通过对有关液晶的书籍、文献等材料的研究，总结出了液晶材料的特性和应用情况，并对一些应用给出了相关理论解释，最后对液晶材料的发展做出展望。 1.1液晶的发现 液晶的最早发现是在1888年，它由奥地利植物学家莱尼茨尔通过加热胆甾醇苯甲酸酯出现结晶发现的[1]。次年，德国的物理家莱曼用偏光显微镜发现这种结晶材料有双折射现象，后来他提出用“液晶”来命名这种材料，这两位科学家被人们认为是液晶领域的创始人。但在发现后的几十年间，液晶的研究并不被人看好，因为它长期以来没给人们带来太多的好处，直到上世纪60年代美国的Heilmeler[2]发现液晶动态散射效应，当他利用此效应研制出了第一台液晶显示器时，液晶的研究得到了人们的重视，这启发我们具体的应用能有力地推动基础研究的发展。 1