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
目录
1背景 (1)
1.1液晶的发现 (1)
1.2液晶理论发展回顾 (1)
1.3 液晶材料与LCD产业的发展 (1)
2 液晶的分类 (1)
2.1溶致型液晶 (1)
2.2热致型液晶 (1)
2.2.1近晶型液晶 (1)
2.2.2向列型液晶 (1)
2.2.3胆甾型液晶 (1)
2.3 聚合物液晶 (1)
2.3.1主链型液晶高分子 (1)
2.3.2侧链型液晶高分子 (1)
2.3.3复合型液晶高分子 (1)
3 液晶材料在显示领域中的应用 (1)
3．1 TN-LCD液晶显示材料 (1)
3.1.1 TN-LCD(A类）液晶显示材料的合成及性能 (1)
3.1.2TN-LCD液晶显示材料的显示原理 (1)
3．2 STN-LCD液晶显示材料 (1)
3.2.1 STN-LCD（B类）液晶显示材料的合成及性能..................
3.2.2 STN-LCD显示原理 (1)
3．3 TFT-LCD液晶显示材料 (1)
3.3.1 TFT-LCD（C类）液晶显示材料的合成及性能 (1)
3.3.1TFT型的液晶材料的显示原理 (1)
3. 4 IPS液晶显示材料 (1)
3.4.1 IPS-LCD(D类）型液晶显示材料的合成及性能..................
3.4.1 IPS 型的液晶材料的显示原理 (1)
4 发展趋势 (1)
5 致谢 (1)
1背景
1.1液晶的发现
液晶((1iquid crystal)的发现可以追溯到1888年，奥地利植物学家Reinitzer F注意到，把胆甾醇苯酸(cholesteryl benzoate)晶体加热到145．5℃会熔融成为混浊的液体，145．5℃就是该物质的熔点。继续加热到178．5℃，混浊的液体会突然变成清亮的液体，而且这种由混浊到清亮的过程是可逆的。ReinitzerF把所观察到的现象告诉了德国物理学家Lehmann O。Lehmann O．经过系统地研究指出，在一定的温度范围内，有些物质的机械性能与各向同性液体相似，但是它们的光学性质却和晶体相似，是各向异性的。因此，这些介于液体和晶体之间的相被称为液晶相。
在不同的温度和压强下物体可以处于气相、液相和固相。在适当外加条件下处于某一相的物体可以变换到另一种不同的相，即发生相变。一般液体的物理性质是各向同性的，没有方向上的差别。固体则不然，它具有固定的形状．构成固体的分子或原于在固体中具有规则排列的特征，形成所谓的晶体点阵。整块晶体可以由晶体点阵沿空间3个不同方向重复堆积而成。因此组成晶体的分子和原子具有位置长程有序。显然，各向同性液相的对称性要高于各向异性的同相。物体的液相总是处在高于固相的温度范围，只有在物体的熔点温度，固相和液相才能共存。显然．这里所说的物体不包括玻璃、石蜡和沥青之类的非晶态物质，非晶态物质不存在固定的熔点，随着温度的上升越来越多的物质形成具有流动性的液体。如果构成物体的分于的几何形状具有明显的各向异性，例如长棒状或扁平的盘状，那么除去分子的位置外，分子相互之问的排列方向也将会影响到物体的物理性质。这是因为固体中分子之间的距离比较近，一般只有分子采取相同的排列取向时，才能使系统的势能处于最低值。把处于固相的这类物质逐渐加热，当到晶体液晶各向同性液体达一定温度时．如果物体失去位置有序形成液体，但仍保留着取向有序，那么这时的物质是各向异性的液体，也就是所谓的液晶。当温度继续升高，进一步破坏取向有序，那么就形成各向同性的液体。以长棒状分子
为例，图1给出了晶体(a)、液晶(b)和各向同性流体中(c)分子排列的大致情形。
图1晶体、藏晶和各向同性液体中分子的排列示意圈
1.2液晶理论发展回顾
液晶发现兴起的研究热潮并没有持续很久，由于缺乏应用前景，以后液晶沉寂了近半个世纪，一直到20世纪60年代末，1963年Williams发现了第一个液晶光效应——Williams畴。1968年Heilmeier续而发现了动态散射效应，从此诞生了液晶显示。次年，第一个温室液晶MBBA由于具有负介电各向异性特点，立即应用到动态散射型液晶显示中。在20世纪60年代出现的MOS-TFT和CMOS集成电路、透明导电薄膜、纽扣电池等，使得袖珍型的电子产品和电子设备有可能装配液晶显示。从而使动态散射型液晶显示在70年代初迅速得到应用，因此，1970年第一片液晶计算器、第一块液晶手表，1972年第一台液晶汽车加油站计量显示器相继问世。
1971年美国的Lechner第一次提出应用有源矩阵驱动液晶显示，1973年Hughes公司据此制成第一块液晶电视。自1990年以后，非晶硅TFT液晶显示大量进入实用。从此，液晶的发展势头更加迅猛。自1996年开始，液晶笔记本高速发展，液晶移动电话开始普及；从2000年开始，液晶显示器全面取代台式计算机监视器；自2002年开始，彩色液晶电视得到大力发展。
1.3 液晶材料与LCD产业的发展
液晶面板——LCD产业经历了以“持续投资、性能改善、成本降低”为特征的第一个发展阶段，将进入以“价值创造、技术创新、模式变革”为特征的第二个发展阶段。TFT-LCD的应用范围不断扩大，经历了笔记本电脑、显示器、电视三个浪潮，开始扩展至公共信息显示、更先进电视、电子看板、多功能集成信息产品、个人数字产品等更广的领域， LCD显示已无处不在。根据Display Search 的数据显示，2008年液晶电视的需求量将达1.06亿台，但液晶电视面板的供应量仅为1.02亿片，液晶电视面板的供应量将出现不足的现象，至于2008年的笔记本电脑 (NB)需求量为1.2亿台、液晶显示器的需求量为1.8亿台，对应NB面板的出货量为1.32亿片以及液晶显示器面板的1.94亿片，面板的供应大致能够符合需求，但是如果扣掉不良品、运输报废品以及库存的数量，实际上200年3大主流应用的面板将出现紧俏的状况。由于友达与奇美电等一线大厂扩充的产能以及资本支出有限，而二线厂华映已偏重于中小尺寸面板与IT面板的出货，彩晶则着重在IT 面板以及冲刺品牌上，韩国虽然有S-LCD 新的8代线产能开出，但因为倾向自用，所以大致上2008 年面板供不应求几乎可以定调，由于面板的快速增长以及未来的仍然有较大的增长空间，将直、接拉动了平面显示器材料的需求同步增长[1]。
图2 电子市场材料消费图
球面板企业的扩产情况来看，结合市场对液晶显示器的强劲需求拉动下，必然最终成为平面显示材料稳定增长的有力支撑。根据display search提供的资料，未来4年，TFT-LCD产业将以15％的年平均复合增长率增长，并带动对相关材料的需
求，材料厂商纷纷扩厂因应[1]。
图3全球液晶面板主要应用市场需求
2 液晶的分类
液晶中分子的取向有序可以有不同的程度和不同的形式，因此可以存在不同的液晶相。从成分和出现液晶相的物理条件来看，液晶可分为热致液晶、溶致液晶和聚合物液晶3类。
2．1溶致液晶
溶致液晶是2种或2种以上组分形成的液晶，其中一种是水或其他的极性溶剂，在一定浓度溶液中出现液晶相。长棒状溶质分子一般要比构成热致液晶的长棒状分子大得多，分子的轴比约为1：5左右。最常见的溶致液晶有肥皂水、洗衣粉溶液、表面活化剂溶液等。溶致液晶在生物系统中大量存在，生物膜就具有液晶特性。因此，溶致液晶的研究对生物物理学颇为重要。
2．2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。在热致液晶中,又根据液晶分子排列结构分为三大类:近晶相(Smectic) 、向列相(Nematic) 和胆甾相(Cholesteric) 。其结构示意图见图4[2]。
图4不同类型液晶的结构示意图
（a)近晶型结构(b)相列型结构(c)胆甾型结构
2．2．1近晶型液晶
近晶相除有沿分子长轴的取向有序外，有一个沿某一方向的平移有序，近晶型液晶在所有液晶聚合态结构中最接近固体晶体，通常含有C=N或者N=N键及苯环结构，分子是厂棒状。目前各近晶相中的手性近晶C相，即铁电相引起人们广泛兴趣。铁电液晶具备向列相液晶所不具备的高速度(微秒级)矛性的优异特征，它们在最近几年得到大量研究。
2.2.2 向列型液晶
向列相仅有沿分子长轴的取向有序，液晶分子呈棒状形刚性部分平行排列，该种液晶分子运动自由度大，是流动性最好的液晶，此类型液晶的粘度小，应答速度快，是最早被应用的液晶，普遍地使用于液晶电视、笔记本电脑以及各类型显示元件上。
2.2.3 胆甾型液晶
这类液晶大都是胆甾醇的衍生物，胆甾醇本身无液晶性质，而它的衍生物均具有液晶特性，次类型液晶是由多层相列型液晶堆积所形成，为向列相液晶的一种，也可以称为旋光性的向列相液晶，因分子具有非对称碳中心，所以分子的排列呈螺旋平面状的排列，面和面之间为相互平行，而分子在各平面上为向列相。2．3聚合物液晶
聚合物液晶是在溶致液晶相的基础上发现的，现在也有了热致聚合物液晶。由于聚合物本身就是一种大分子化合物，因此，对聚合物液晶进行研究可以增进对大分子物质有序性的理解。
液晶高分子的分子结构一般呈刚棒状。大多数液晶高分子中含有苯环或其他环状结构。由刚性基元和桥键组成的液晶基元是液晶高分子结构的重要特征。根据液晶基元在高分子链中的位置不同，液晶高分子又可分为主链型液晶高分子、侧链型液晶高分子和复合型液晶高分子[3]。
2.3.1主链型液晶高分子
主链型液晶高聚物的分子链由苯环、杂环和非环状刚性共扼双键等刚性液晶基元彼此连接而成，这些链的化学组成和特性决定了其在空间取伸直链的构象状态。图5(a)示主链型液晶高聚物的分子结构模型。主链型液晶高聚物一般采用缩聚法合成，如聚苯甲酞(PBT)聚苯二甲酸对苯二胺(PPTA)等[4]。
2.3.2侧链型液晶高分子
侧链型液晶高聚物的分子链一般由柔性主链、刚性侧链和间隔基元等3部分组成。主链一般为碳链等柔性链，侧链一般由刚性基元组成。主链和侧链之间常常插入由烷基组成的柔性间隔基团使侧链能获得相对的运动而形成液晶态。图5(b)示侧链型液晶高聚物的分子结构模型。侧链液晶高分子目前的合成方法主要有自由基均聚与共聚法、酯缩合法、硅氢加成法、自由基基团转移聚合以及分子设计原理。
2.3.3复合型液晶高分子
主链和侧链上均含有液晶基元的为复合型液晶高分子。图5(c)示复合型液晶高分子的分子结构模型。
图5 液晶高分子的结构模型
3 液晶材料在显示领域中的应用
70 年代初, Helfrich 和Schadt 利用扭曲向列相液晶的电光效应和集成电路相结合, 将其制成了显示器件, 实现了液晶材料的产业化。这种液晶材料称为扭曲向列相液晶显示(TN- LCD) 材料, 其产品主要应用在电子表和计算器上; 80 年代中期, 又发展到超扭曲向列相液晶显示( STN- LCD) 材料, 其产品主要应用在手机和液晶电视上; 90 年代初, 薄膜晶体管液晶显示( TFT - LCD) 材料已成为这一领域的主流产品, 主要应用在笔记本电脑和终端监视器上。
3．1 TN-LCD液晶显示材料
TN -LCD 用液晶材料, 主要为酯类、联苯类、苯基环己烷类和二氧六环类液晶化合物。特别是酯类液晶,它是配制TN- LCD 用液晶材料的主要成分。通过近30年的研究, 国内各科研机构已开发了近千种酯类液晶化合物。目前的主要目标是开发低粘度、宽的液晶相范围、良好光电特性和高化学稳定性酯类液晶化合物。
3.1.1 TN-LCD(A类）液晶显示材料的合成及性能
液晶电视中动画画面要求其响应速度在16ms以下才能有好的视觉效果, 而液晶电视的响应速度主要是由液晶材料的粘度决定的。低粘度的液晶材料一般都含有两个以上的饱和六元环结构和氟原子,近年来开发的可用于液晶电视的低粘度液晶材料结构如A1 - A10[9-11] 。
表1 A 类液晶材料的性能
从表1 可以看出, 此类液晶的粘度绝大部分在150mPa 以下 A1 -- A7 , 双折射率小于0.073( A1 --A10) 。A1--A4 以及A6 具有相同的分子骨架, 比较这些液晶单体的性能数据不难发现, 其介电各向异性和粘度大体随其末端基团极
O 基团得到的A7, 性的增加而增加。对于A7、A8、A9 而言, 向A8 结构中插入CF
2
液晶相区间增加了1 倍, 粘度降低同时介电各向异性稍有增加; 而将A7 中的环己烷结构换成2, 6-二氧六环结构( A9) 时, 化合物的热性能变差, 液晶相区间从60 e 减小到4 e , 缩短了将近10倍, 介电各向异性增大了1 倍, 粘度也增加了三分之一。其中A9、A10 粘度在200mPa 以上, A9 具有大的Δε, 可用来调节混合液晶的介电各向异性, 而A10 可用于调节混合液晶的液晶相区间[10]。这一类液晶主要用于TN-LCD 模式的液晶电视中。A3 -- A6 的合成路线列举如式1 --3。
3.1.2 TN-LCD液晶显示材料的显示原理
图6中所表示的是TN型液晶显示器的简易构造图[5]，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。
图 6 TN型液晶显示器的简易构造图
在不加电场的情况下，入射光经过偏光板后通过液晶层，偏光被分子扭转排列的液晶层旋转90度。在离开液晶层时，其偏光方向恰与另一偏光板的方向一致，所以光线能顺利通过，使整个电极面呈光亮。
图7 TN型液晶显示器显示原理
当加入电场的情况时，每个液晶分子的光轴转向与电场方向一致。液晶层也因此失去了旋光的能力，结果来自入射偏光片的偏光，其方向与另一偏光片的偏光方向成垂直的关系，并无法通过，这样电极面就呈现黑暗的状态。
TN型的显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板的透明导电玻璃间，液晶分子会依附向膜的细沟槽方向，按序旋转排列。如果电场未形成，光线就会顺利的从偏光板射入，液晶分子将其行进方向旋转，然后从另一边射出。如果在两片导电玻璃通电之后，玻璃间就会造成电场，进而影响其间液晶分子的排列，使分子棒进行扭转，光线便无法穿透，进而遮住光源。这样得到光暗对比的现象，就叫做扭转式向列场效应，简称TNFE（twisted nematic field effect）。电子领域中所用的液晶显示器，几乎都是用扭转式向列场效应原理制成的。
3.2 STN-LCD液晶显示材料
酯类和联苯类液晶化合物是STN-LCD用混晶材料的主要成分，国内各科研机构已开发了近千种，其中已有100种以上应用于混晶配方。这两类液晶粘度较低，液晶相范围较宽，适合配制不同性能的混晶材料。但是为了满足STN混晶大K33/K11值（K33为展曲弹性常数，K11为扭曲弹性常数）和适度△n（光学各向异性）的要求，人们在混晶中添加了炔类、嘧啶类、乙烷类和端烯类液晶化合物。
3.2.1 STN-LCD（B类）液晶显示材料的合成及性能
炔类液晶由于存在3键，往往具有较大的△n。据国内文献报道，合成的此类液晶一般在侧键或末端有含氟基团，化合物具有近晶相。这些液晶目前还没有应用到STN混晶配方中，但其合成方法对合成其它炔类液晶有参考价值。嘧淀类液晶具有较大的△n值，在调配STN混晶时，常常加入少量该类液晶以调节混晶体系的△n，此类液晶目前已有了适合工业化生产的合成路线。乙烷类液晶粘度较低，△n较小，并且△n随温度度的变化也较小，所以STN液晶也掺杂此类液晶。含有环己环的乙烷类液晶合成时易生成顺反异构体混合物，导致合成总收率降低，且难以提纯[6]。
O 桥键结构具有高介电各向异性、较低粘度的液晶分子骨架中大多含有CF
2
O 桥键结构的液晶在1990 年首或者含3, 4, 5-三氟取代苯末端基团, 其中含CF
2
次被报道[ 12] ; 1990 年代后期, 通过新的氟化试剂, 大量含有CF
O 桥键结构的
2
液晶材料被合成出来, 此类液晶除粘度较低外, 与多氟化合物的相容性非常好, 实用价值很高[13-16]。可用于液晶电视的此类液晶材料代表性结构如B1 - B18:
表2 B 类液晶材料的性能
从表2 可以看出, 上述结构液晶材料的△ε几乎都大于10, B18 化合物的△ε高达35.8, 相对而言粘度也比较低。比较B10 与B16 两种结构的性能不难发现,
O 桥键结构, 粘度几乎降低了一半; 同时由于阻断了苯环向分子骨架中引入CF
2
之间的共轭, 也有效地减小了Δn , 熔点下降了60 e , Δε增加了118。B1 与O 桥键的B1 的粘度比B8小一半。B5 与B6 相比, 氟代烯结构化
B8 相比, 含CF
2
合物的粘度减小了1 倍。B2 与B9 相比, 用2, 6-二氧六环结构替代环己烷结构, 液晶相消失, Δε增加了1 倍, Δn略有减小, 粘度明显下降。B7 与B14 以及
B10 与B11 两组结构相比, 分子骨架中侧向氟的引入降低了Δn, 熔点升高, 同时由于极性的增强使得化合物的介电各向异性变大。B13 为含五氟化硫末端基团的液晶化合物, 其稳定性与三氟甲基类相当但是极性更强[10-12] , 因此其介电各向异性达到20, 而粘度很低, 只有145mPa。此类液晶材料适合应用于STN-LCD显
O 示模式中[12] , 实现宽视角、高亮度和高对比度的液晶显示。在此列举几种CF
2
桥键结构化合物的合成路线。B1[13] 、B6[ 14] 、B16、B11 的合成路线见式4 - 7; B13 化合物中含五氟化硫末端基团的中间体见式8[15]。
3.2.2 STN-LCD显示原理
STN-LCD是使用一种被称为“向列型”液晶的物质，它呈丝状，利用电场来控制“丝状”液晶的方向是应用上的常用方法。用液态晶体制作的组件，通常都将液态晶体包在两片玻璃中。在玻璃的表面镀一层叫做配向剂的物质，由它的种类及处理方法可控制在没有外电场时液晶的排列情况。
图8 STN-LCD显示原理
首先，向列型液晶是夹在两片玻璃中间，这种玻璃的表面上先镀有一层透明而且导电的薄膜以作电极之用，然后在有薄膜的玻璃上镀表面配向剂，以使液晶随着一个特定且平行于玻璃表面的方向扭曲。液晶的自然状态具有90度的扭曲，利用电场可使液晶旋转，液晶的折射系数随液晶的方向改变而改变，影响的结果是光经过STN型液晶后偏极性发生变化，只要选择适当的厚度使光的偏极性旋转到180到270度，就可利用两个平行偏光片使得光完全不能通过。而足够大的电压又可以使得液晶方向与电场方向平行，这样光的偏极性就不会改变，光就可以通过第二个偏光片。于是，就可以控制光的明暗了[7]。而STN液晶之所以可以显示彩色，那是因为它在STN液晶显示器上加了一个彩色滤光片（图8），并将单色显示距阵中的每一个像素分成三个子像素，分别通过彩色滤光片显示红，绿，蓝三原色，就可以显示出色彩了[16]。STN型液晶属于反射式LCD器件，它的好处是功耗小，但在比较暗的环境中清晰度很差，所以不得不配备外部照明光源。
3.3 TFT-LCD液晶显示材料
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．古氟液晶、环己烷娄藏晶、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．3.3.1 TFT-LCD（C类）液晶显示材料的性能及合成
通过向分子骨架的侧向引入一个极性取代基团如F、CF
等, 能够诱导产生
3
垂直于分子长轴的一个偶极, 可以得到负介电各向异性的液晶材料[17]。此
类液晶大多含有一个1, 2-二氟苯分子骨架[ 18] , 如C1--C6 的分子结构:
比较表3 中C1 和C2 结构的性能数据, 不难发现, 在饱和环的同位碳上引入两个氟原子( 分子侧向) 可以有效地增大Δε, 但是其对粘度的影响远大于
基团对Δε的影响, 粘度增加了331mPa; 同样比较C3和C6 的性能数据, 用CF
3
取代F 原子增加了分子侧向的偶极, 使得其Δε( 增加24%) 和Δn 增大,但其对粘度影响更大, 粘度增加了224mPa ( 增加174% ) ; 比较C3 和C5 的性能数据可以看出, 增加一个苯环骨架, 可以非常有效地加宽其液晶相区间, 但是粘度也相应增加了303mPa。表3 C1-- C6 的性能。
表3 C1-- C6 的性能
上述液晶材料的缺点是旋转粘度太大影响了响应速度, 而通过向环己烷骨架的轴向上引入氟原子可以有效地降低粘度, 同时也能保证介电各向异性为负[18]。这些液晶的分子结构如C7-- C10:
表4 C7--C10 的性能
从表4 数据可以看出: 向纯粹由环己烷骨架构成的分子结构引入侧向氟原子同样可以实现负的介电各向异性, 并且其粘度很低, 都在200mPa 以下; 同时可以
发现, 由于分子骨架中没有不饱和环结构, 所以液晶的双折射率相对较小, 基本都在0106 左右。比较C7 与C8 的热性能可以得出, 与烷基链相比, 向分子骨架中的末端链引入双键可以有效地拟制SB相[ 19-22]。这些液晶材料适合应用于TFT 显示模式中。代表性的合成路线如式9 -- 12。
3.3.2 TFT-LCD 型的液晶材料的显示原理
TFT型的液晶显示器较为复杂，主要是由：萤光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等构成。首先，液晶显示器必须先利用背光源，也就是萤光灯管投射出光源，这些光源会先经过一个偏光板然后再经过液晶。这时液晶分子的排列方式就会改变穿透液晶的光线角度，然后这些光线还必须经过前方的彩色的滤光膜与另一块偏光板。因此我们只要改变刺
由「超材料」到「变换光学」的发展简史与基本原理 「超材料」(Metamaterial) 并不是一个定义得很清楚的术语,其中的字根"meta" 意指「超越」,相当於英文的"beyond".一般而言,此一术语意指一些特别设计的人工结构,能像均匀材料那样对电磁场(波)或声波,弹性波反应(response),但却具有天然材料所没有的反应特性[1].这些特性包括:高频人工磁性(artificial magnetism) [2], 负磁导率(negative permeability) [3], 负折射指数(negative index of refraction) [4], 以及双曲型色散关系(hyperbolic dispersion) [5,6] 等.这些有趣的特性导致一些迷人的现象,例如负折射(negative refraction) [7], 次波长成像(subwavelength imaging) [8], 电磁场增益(field enhancement) [9], 以及近场—远场转换(near-to-far field conversion) [5,6] 等.根据这些现象,在过去数年已有许多新颖的元件被设计与制作出来,并已被测试.例如超透镜(superlens) [8,10], 双曲透镜(hyperlens) [6], 工作频率在微波频段的隐形斗篷(invisibility cloak) [11], 以及电浆子波导(plasmonic waveguide) [12] 等.这些工作显示了超材料研究在微波与光波研究方面都有很好的理论与应用前景. 研究超材料的最初目的主要是为了创造一种具有很强的高频磁响应(strong magnetic response at high frequency) 特性的人工材料或结构[2].当这个目的实现后,研究人员又成功的设计并制作了能同时具有等效负磁导率与负介电常数(negative permittivity) [13] 的周期性金属结构.此种「双负」(double negative, or DNG) 材料会具有等效的负折射率[3,4],因而可以具体实现V. G. Veselago 在40 年前[7] 就预测过的「把光折
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
论光功能高分子材料的研究发展及应用综述 吴俊杰 化工081班 前言：光功能高分子材料研究是光化学和光物理科学的重要组成部分，近年来随着现代科学技术的发展，光功能高分子材料研究在功能材料领域占有越来越重要的地位，光功能高分子材料日益受到重视。光功能高分子材料的应用领域已从电子、印刷、精细化工等领域扩大到塑料、纤维、医疗、生化和农业等方面,正在快速发展之中，光功能高分子材料研究与应用也将越来越广。 1光功能高分子材料及分类 光功能高分子材料是指能够对光进行传输、吸收、储存、转换的一类高分子材料。 表1 光功能高分子材料的分类 剂等构成。 光致抗蚀剂：主要包括正性光致抗蚀剂和负性光致抗蚀剂等。 高分子光稳定剂：主要包括光屏蔽剂、激发态狙灭剂抗氧剂和聚合型光稳定剂等。 光致变色高分子材料：主要包括含硫卡巴腙络合物的光致变色聚合物、含偶氮苯的光致变色高分子和含螺苯并吡喃结构的光致变色高分子等。 光导电高分子材料：由光导电聚合物材料构成。
2光功能高分子材料的类别和应用 表2 光功能高分子材料的类别和应用 3光功能高分子材料的发展概况 1954年,美国柯达公司的Minsk等人开发出光功能高分子聚乙烯醇肉桂酸酯,并成功应用于印刷制版。而现在光功能高分子材料应用领域已从电子、印刷、精细化工等领域扩大到塑料、纤维、医疗、生化和农业等方面,发展之势方兴未艾。 光功能高分子材料能够对光能进行传输、吸收、储存、转换．塑料光导纤维是利用高分子的光曲线传播性而制成的非线性光学元件。塑料光纤一般以有机玻璃为芯材，以含氟透明树脂为皮层，用柔软的有机硅树脂进行一次包覆，然后用硬质高分子材料进行二次包覆。有机玻璃、含氟透明树脂、有机硅树脂都是高分子材料，芯材有高折光率，皮层为低折光率材料。光纤的直径范围为几十到约1000微米，光纤在光纤芯内通过反复反射而向前传输，由于塑料光纤在目前传输损耗仍较高，主要应用于飞机、舰船和汽车内部的短距离光通信系统。此外，还应用于光纤显示器、图像的缩小和放大、火焰及高温监视器、光开关、巨点折象器、阅读穿孔卡片、道路标志和装饰照明等。近来，对有机玻璃采用重氢化技术，已使塑料光纤的传输损耗有所降低，为较长距离应用创造了条件。 以高性能有机玻璃或聚碳酸酯透明塑料的高分子材料为基材制成的光盘，是80年代新开发成功的先进信息、记录、储存元件，适应了激光技术的发展和对大容量、高信息密
未来十年高分子材料重点发展领域及需求分析 《中国制造2025》围绕经济社会发展和国家安全重大需求，选择10大优势和战略产业作为突破点，力争到2025年达到国际领先地位或国际先进水平。十大重点领域是：新一代信息技术产业、高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、农业装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械。 图表高分子材料十大重点发展领域 数据来源：产研智库 为指明十大重点领域的发展趋势、发展重点，引导企业的创新活动，国家制造强国建设战略咨询委员会特组织编制了《中国制造2025》重点领域技术路线图，其中提到与高分子材料直接相关的项目如下： 1、降低船体摩擦阻力涂料 重点突破新型高性能降阻涂料技术、船底空气润滑降阻技术等。 2、低温材料与防寒设备 重点开展适用于极地航行船舶的低温材料、泵、阀件等核心液压元件低温启动和密封技术研发。 3、轻量化车身 实现复合材料/混合材料技术突破，降低成本，在新能源汽车上的应用率达到30%，自主率超过50%。
4、高性能聚烯烃材料 突破高熔融指数聚丙烯、超高分子量聚乙烯、发泡聚丙烯、聚丁烯-1（PB）等工业化生产技术，实现规模应用。 5、聚氨酯树脂 重点发展环保型聚氨脂材料如水性聚氨酯材料，加快发展脂肪族异氰酸酯等原料。 6、氟硅树脂 重点发展聚偏氟乙烯、PET、其它氟树脂以及硅树脂、硅油等。 7、特种合成橡胶 重点发展异戊橡胶并配套发展异丁烯合成异戊二烯；发展硅橡胶、溶聚丁苯橡胶和稀土顺丁橡胶；发展卤化丁基、氢华丁腈等具有特殊性能的橡胶等。 8、生物基合成材料 重点突破生物基橡胶合成技术，生物基芳烃合成技术，生物基尼龙制备关键技术，新型生物基增塑剂合成及应用关键技术，生物基聚氨酯制备关键技术，生物基聚酯制备关键技术，生物法制备基础化工原料关键基础技术等。 9、生物基轻工材料 重点发展聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二酯（PBS）、聚对苯二甲酸二元醇酯（PET、PTT)、聚羟基烷酸（PHA)、聚酰胺（PA)等产品。PLA关键单体L-乳酸和D-乳酸的光学纯度达99.9%以上，成本下降20%；PBS关键单体生物基丁二酸、1，4-丁二醇提高生物转化率达5-10%；PTT关键单体1，3-丙二醇以木薯淀粉、甘油等非粮原料发酵生产，PTT纤维聚合纺丝实现产业化；PA关键单体戊二胺硫酸盐成品纯度高于99%，成本下降20%。 10、特种工程塑料 重点发展基于热塑性聚酰亚胺（PI）工程塑料树脂、杂萘联苯型聚醚砜酮共聚树脂（PPESK）、高端氟塑料的加工成型的特种纤维、过滤材料、耐高温功能膜、高性能树脂基复合材料、耐高温绝缘材料、耐高温功能涂料、耐高温特种胶粘剂。热塑性聚酰亚胺工程塑料树脂，粘度0.38dL/g，Tg=230-310℃，Td5%>500℃，拉伸强度>100MPa，弯曲强度>150MP，成本<15万/吨；杂萘联苯型聚醚砜酮共聚树脂，Tg=263-305℃，拉伸强度90-122MPa，拉伸模量2.4-3.8GPa，体积电阻率3.8-4.8×1016Ω·cm，成本降低到PEEK的50－70％。高端氟塑料主要性能指标：超纯氟塑料制品：PTFE固体表现密度SSG≤2.147g/cm3,PTFE树脂拉伸强度＞28MPa，伸长率＞350%，绝缘强度＞3.5KV/mil。满足SEMI标准中C12的要求；耐高低温氟材料功能膜、特种氟纤维及过滤产品：满足高端环保要求，PTFE树脂要求压缩比＞3000，拉伸强度＞28MPa，伸长率＞360%；油气及化工流体输送用泵、阀门及管
液晶显示材料研究现状 1基本概念与原理介绍 液晶是一种高分子材料，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。人们熟悉的物质状态（又称相）为气、液、固，较为生疏的 是电浆和液晶。液晶相要具有特殊形状分子组合始会产生，它们可以流动，又拥有结晶的光 学性质。液晶的定义，现在已放宽而囊括了在某一温度范围可以是现液晶相，在较低温度为 正常结晶之物质。而液晶的组成物质是一种有机化合物，也就是以碳为中心所构成的化合物。 同时具有两种物质的液晶，是以分子间力量组合的，它们的特殊光学性质，又对电磁场敏感， 极有实用价值极有实用价值。 1.TN型液晶显示原理 TN型的液晶显示技术可说是液晶显示器中最基本的，而之后其它种类的液晶显示器也可说是以TN型为原点来加以改良。同样的，它的运作原理也较其它技术来的简单。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。不加电场的情况下，入射光经过偏光板后通过液晶层，偏光被分子扭转排列的液晶层旋转90度，离开液晶层时，其偏光方向恰与另一偏光板的方向一致，因此光线能顺利通过，整个电极面呈光亮。当加入电场的情况时，每个液晶分子的光轴转向与电场方向一致，液晶层因此失去了旋光的能力，结果来自入射偏光片的偏光，其偏光方向与另一偏光片的偏光方向成垂直的关系，并无法通过，电极面因此呈现黑暗的状态。其显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板之透明导电玻璃间，液晶分子会依配向膜的细沟槽方向依序旋转排列，如果电场未形成，光线会顺利的从偏光板射入，依液晶分子旋转其行进方向，然后从另一边射出。如果在两片导电玻璃通电之后，两片玻璃间会造成电场，进而影响其间液晶分子的排列，使其分子棒进行扭转，光线便无法穿透，进而遮住光源。这样所得到光暗对比的现象，叫做扭转式向列场效应，简称TNFE（twisted nematic field effect）。在电子产品中所用的液晶显示器，几乎都是用扭转式向列场效应原理所制成 2.STN液晶显示原理 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。要在这里说明的是，单纯的TN液晶显示器本身只有明暗两种情形（或称黑白），并没有办法做到色彩的变化。而STN液晶显示器牵涉液晶材料的关系，以及光线的干涉现象，因此显示的色调都以淡绿色与橘色为主。但如果在传统单色STN液晶显示器加上一彩色滤光片（color filter），并将单色显示矩阵之任一像素（pixel）分成三个子像素（sub-pixel），分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色，再经由三原色比例之调和，也可以显示出全彩模式的色彩。另外，TN型的液晶显示器如果显示屏幕做的越大，其屏幕对比度就会显得较差，不过藉由STN的改良技术，则可以弥补对比度不足的情况。 2应用领域 LCD产品制造涉及光学、半导体、电机、化工、材料等各项领域，上下游所需技术层面 极广，所以少有单一厂商能从材料到成品全部都做，因此各领域分工明显，上游材料包括玻 璃基板、ITO导电玻璃厂、偏光板、彩色滤光片、光源模块、液晶、半导体制造工序所需光
200810230129 许莎莎08材化(一)班(材料合成与加工课程论文) 高分子材料在各领域的应用及前景 1高分子材料的发展现状与趋势 高分子材料作为一种重要的材料, 经过约半个世纪的发展巳在各个工业领域中发挥了巨大的作用。从高分子材料与国民经济、高技术和现代生活密切相关的角度说, 人类已进人了高分子时代。高分子材料工业不仅要为工农业生产和人们的衣食住行用等不断提供许多量大面广、日新月异的新产品和新材料又要为发展高技术提供更多更有效的高性能结构材料和功能性材料。鉴于此, 我国高分子材料应在进一步开发通用高分子材料品种、提高技术水平、扩大生产以满足市场需要的基础上重点发展五个方向：工程塑料，复合材料，液晶高分子材料，高分子分离材料，生物医用高分子材料。近年来,随着电气、电子、信息、汽车、航空、航天、海洋开发等尖端技术领域的发展和为了适应这一发展的需要并健进其进?步的发展, 高分子材料在不断向高功能化高性能化转变方面日趋活跃,并取得了重大突破。 2 高分子材料各领域的应用 （1）高分子材料在机械工业中的应用 高分子材料在机械工业中的应用越来越广泛, “以塑代钢”、
“塑代铁”成为目前材料科学研究的热门和重点。这类研究拓宽了材料选用范围,使机械产品从传统的安全笨重、高消耗向安全轻便、耐用和经济转变。如聚氨酉旨弹性体，聚氨醋弹性体的耐磨性尤为突出, 在某些有机溶剂如煤油、砂浆混合液中, 其磨耗低于其它材料。聚氨醋弹性体可制成浮选机叶轮、盖板, 广泛使用在工况条件为磨粒磨损的浮选机械上。又如聚甲醛材料聚甲醛具有突出的耐磨性, 对金属的同比磨耗量比尼龙小, 用聚四氟乙烯、机油、二硫化钥、化学润滑等改性, 其摩擦系数和磨耗量更小, 由于其良好的机械性能和耐磨性, 聚甲醛大量用于制造各种齿轮、轴承、凸轮、螺母、各种泵体以及导轨等机械设备的结构零部件。在汽车行业大量代替锌、铜、铝等有色金属, 还能取代铸铁和钢冲压件。 2 高分子材料在燃料电池中的应用 高分子电解质膜的厚度会对电池性能产生很大的影响, 减薄膜的厚度可大幅度降低电池内阻, 获得大的功率输出。全氟磺酸质子交换 膜的大分子主链骨架结构有很好的机械强度和化学耐久性, 氟素化合物具有僧水特性, 水容易排出, 但是电池运转时保水率降低, 又要影响电解质膜的导电性, 所以要对反应气体进行增湿处理。高分子电解质膜的加湿技术, 保证了膜的优良导电性, 也带来电池尺寸变大增大左右、系统复杂化以及低温环境下水的管理等问题。PEFC的发展离不开新材料的发现及其在燃料电池中的应用, 今后随着高性能、低成木的高分子材料开发研究, 有希望促进实现商业应用, 成为
1 前言 1.1 实验目的 ①了解液晶材料的结构特点、制备方法与应用 ②掌握DCC法合成胆固醇丙酸（苯甲酸）酯液晶材料的操作技术 1.2 液晶概述 1.21 液晶的发现 液晶的发现可以追溯到1888年。据资料记载，液晶是在1888 年由奥地利的植物学家莱尼茨尔（F.Reinitzer）发现的。他注意到，把胆甾醇苯甲酸酯晶体加热到145.5℃，晶体会熔化成为混浊粘稠的液体，145.5℃就是它的熔点。继续加热，当温度上升至178.5℃时，这混浊的液体会突然变成清亮的液体。开始他以为这是由于所用晶体中含有杂志引起的现象。但是，经过多次的提纯工作，这种现象仍然不变；而且这种过程是可逆的。第二年，德国物理学家莱曼（O·Lehmann）发现，许多有机物都可以出现这种情况。在这种状态下，这些物质的机械性能与各向同性液体相似，但它们的光学特性却与晶体相似，是各向异性的。这就是说，这时的物质具有强烈的各向异性物理特征，同时又像普通流体那样具有流动性。莱曼称之为液晶（Liquid crystal)。 1.22 什么是液晶 在不同的温度和压强下物体可以处于气相、液相和固相三种不同的状态。其中液体具有流动性。它的物理性质是各向同性的，没有方向上的差别。固体（晶体）则不然，它具有固定的形状。构成固体的分子或原子在固体中具有规则排列的特征，形成所谓晶体点阵。晶体最显著的一个特点就是各向异性。由于晶体点阵的结构在不同的方向并不相同，因此晶体内不同方向上的物理性质也就不同。 而液晶，因为它具有强烈的各向异性物理特征，同时又像普通流体那样具有流动性，处于固相和液相之间，所以它是物体的一种不同于以上三种物相的特殊状态。由于液晶相处于固相和液相之间，因此液晶相(mesophase)又称为中介相（介晶相），而液晶也称为中介物(mesogen)。 1.23 液晶的分类 众所周知，物质一般有气态、液态和固态三种聚集状态。其实，还有等离子态、无定形固态、超导态、中子态、液晶态等其他聚集态结构形式。如果一个物质已部分或全部地丧失了其结构上的平移有序性，而还保留取向有序性，它即处于液晶态。 根据液晶分子在空间排列的有序性不同，液晶相可分为向列型、近晶型、胆甾型和蝶型液晶态四类。根据液晶相形成的条件不同，可分为热致液晶、溶致液晶和场致液晶。此外，还可根据液晶分子的大小来分，分为小分子液晶和高分子液晶。 1.24 液晶的性质 ①电光效应 动态散射：把某种向列型液晶放在两个特定的电极之间（电极间距离约为10微米），逐渐增加静电压。电压不是很大时（1V 左右），液晶对光仅仅进行镜面反射。当电压增大到某一阀值时（5V 左右），液晶在光的照射下会出现明暗相间的条纹。电压继续增大，到达另一阀值时，液晶会对光进行漫反射。 光轴的转动：分子轴按一定方向取向的向列型液晶和近晶型液晶都具有光学单轴性。在一般情况下光轴与分子轴方向一致。对这种液晶施加电场时，由于介电常
显示用液晶材料的研究和应用 姓名：任明珠 班级：化学工程与工艺112 学号:201103322
显示用液晶材料的研究和应用 摘要：介绍液晶材料与显示之间的联系，综述了国内TN-LCD,STN-LCD,TFT-LCD等三种液晶显示材料研究及应用等方面的情况。 关键词：液晶材料；显示；研究应用 1888 年， F.Reinitzer 在测定有机化合物熔点时，发现某些有机化合物在熔化后经历了一个不透明的浑浊液态阶段，继续加热，才成为透明的各向同性的液体，这种浑浊的液体中间相具有和晶体相似的性质，随后德国人Lehmann(1855～1922年)用偏光显微镜证实了此中间相态具有光学各向异性，兼有液体的流动性和晶体的光学各向异性，故称为液晶（Liquid Crystal）。[1] 众所周知 ,物质除气态、液态和固态 3 种聚集状态外 ,还有等离子态、无定形固态、超导态、中子态、液晶态等其他聚集态结构形式。如果一个物质已部分或全部地丧失了其结构上的平移有序性 ,而还保留取向有序性 ,它即处于液晶态。[2]根据液晶分子在空间排列的有序性不同 ,液晶相可分为向列型、近晶型、胆甾型和蝶型液晶态4类。 显示与液晶 液晶材料在显示方面的应用是人所共知的,大家熟悉的许多产品都离不开液晶 ,如液晶广告宣传牌、液晶计时钟表、液晶游戏机、液晶仪表计量、液晶传感器、液晶通讯设备、液晶计算机等等 ;或者我们日常生产中的许多电器带有液晶器件 ,如微波炉、空调、冰箱、洗衣机等都带有液晶器件。 随着显示器件技术和性能的改进和发展, 对液晶材料提出了更高的要求, 液晶材料工 作者合成并开发了一系列新材料。目前比较引人注目的液晶材料有异氰硫基( NCS基) 液晶, 含氟液晶、烷基桥链液晶、酯类液晶等。[7] 液晶材料在液晶显示器件的发展过程中起着十分重要的作用,随着液晶显示技术水平的提高,对液晶材料的性能提出了更高的要求。由表1 可见,每一种新的液晶显示方式的实现, 总是伴随着新的液晶材料的出现。显示用液晶主要具备的性能: 液晶性能的要求 ( 1 ) 工作温度以室温为中心,范围要宽; (2 ) 化学性能稳定,寿命长; ( 3) 良好的电光特性。[6]
显示用液晶材料的研究和应用
姓名：任明珠 班级：化学工程与工艺112 学号:201103322 显示用液晶材料的研究和应用 摘要：介绍液晶材料与显示之间的联系，综述了国内TN-LCD,STN-LCD,TFT-LCD等三种液晶显示材料研究及应用等方面的情况。 关键词：液晶材料；显示；研究应用 1888 年， F.Reinitzer 在测定有机化合物熔点时，发现某些有机化合物在熔化后经历了一个不透明的浑浊液态阶段，继续加热，才成为透明的各向同性的液体，这种浑浊的液体中间相具有和晶体相似的性质，随后德
国人Lehmann(1855～1922年)用偏光显微镜证实了此中间相态具有光学各向异性，兼有液体的流动性和晶体的光学各向异性，故称为液晶（Liquid Crystal）。[1] 众所周知 ,物质除气态、液态和固态 3 种聚集状态外 ,还有等离子态、无定形固态、超导态、中子态、液晶态等其他聚集态结构形式。如果一个物质已部分或全部地丧失了其结构上的平移有序性 ,而还保留取向有序性 ,它即处于液晶态。[2]根据液晶分子在空间排列的有序性不同 ,液晶相可分为向列型、近晶型、胆甾型和蝶型液晶态4类。 显示与液晶 液晶材料在显示方面的应用是人所共知的,大家熟悉的许多产品都离不开液晶 ,如液晶广告宣传牌、液晶计时钟表、液晶游戏机、液晶仪表计量、液晶传感器、液晶通讯设备、液晶计算机等等 ;或者我们日常生产中的许多电器带有液晶器件 ,如微波炉、空调、冰箱、洗衣机等都带有液晶器件。 随着显示器件技术和性能的改进和发展, 对液晶材料提出了更高的要求, 液晶材料工 作者合成并开发了一系列新材料。目前比较引人注目的液晶材料有异氰硫基 ( NCS基) 液
# 16 #陶瓷2009. No. 3 高分子液晶材料的应用及发展趋势 王瑾菲蒲永平杨公安杨文虎 ( 陕西科技大学材料科学与工程学院西安710021) 摘要液晶相是不同于固相和液相的一种中介相态。系统地阐述了液晶的发现、形成机制以及分类,简单介绍了液晶高分子的结构特点,介绍了主链型和侧链型液晶高分子研究的新进展,并对液晶在各个领域的应用研究和潜在性能进展作了简要的阐述。 关键词液晶高分子液晶研究进展 Application and the Development of Liquid Crystal Polymer Materials Wang Jinfei, Pu Yongping, Yang Gongan, Yang Wenhu( School of Materials Science & Engineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi. an, 710021) Abstract: Liquid crystal phase is different from the solid phase and an intermediate liquid phase. This paper described the discovery of the LCD, and the mechanism for the formation and classification, briefly introducd the liquid crystalline polymer structural, researched new progress of the main- chain and side- chain type liquid crystal polymer and indicated the application progress and potential properties of LCD in all fields. Key words: Liquid crystalline polymer; Liquid crystal; Study progress 1 液晶的发现 液晶是某些物质在熔融态或在溶液状态下形成的有序流体的总称。液晶的发现可以追溯到1888年,奥 地利植物学家 F Reinitzer发现,把胆甾醇苯酸脂( Cho-l esteryl Benzoate, C6 H5 CO2 C27 H45 , 简称 CB) 晶体加热到145. 5 e 会熔融成为混浊的液体, 145. 5 e 就是该物质的熔点。继续加热到178. 5e,混浊的液体会突然变成清亮的液体,而且这种由混浊到清亮的过程是可逆的。O Lehmann经过系统地研究指出,在一定的温度范围内,有些物质的机械性能与各向同性液体相似;但是它们的光学性质却和晶体相似,是各向异性的。因此,这些介于液体和晶体之间的相被称为液晶相[ 1]。 2 液晶高分子的分类 液晶是一类具有特殊性质的液体,既有液体的流动性又有晶体的各向异性特征。现在研究及应用的液晶主要为有机高分子材料。一般聚合物晶体中原子或
赵治亚：超材料高端装备 7月28日，中国电科发展战略研究中心与远望智库联合举办了“新挑战、新理念、新技术——未来战争研讨会”，来自权威机构共13名专家，对前沿科技和未来战争相关问题，进行全面深入解析，展开广泛交流和探讨。来自军方、国防工业部门以及科研院校近600人参加了会议。超材料高端装备赵治亚深圳光启高等理工研究院（在未来战争论坛上的报告） 感谢中国电科发展战略研究中心和远望智库提供这么好的 一个平台，我们大家进行思维的交流和互动。我们一直是从事于超材料的技术及装备的研究，我们想在这里从超材料，从材料的这个角度以及在国内外的应用情况和对未来战争 的影响。从这块跟大家分享一下我们的心得。概述 这块的特殊之处，因为超材料整个从概念到技术它还是一个相对来讲比较新的程度。而且它的成熟度尤其是以2006年开始为一个起点。所以从这个角度上来讲大家从美国也好，从中国也好，大家的起跑的时间是一致的。尤其是我们的几位院长，原来在美国的这个领域研发的核心团队，所以在这块我们更看重的是这个里面的发展的时间窗口。谁能更有效地把握住时间窗口，还有像上午专家所说的，更快地进行研究里面的迭代，谁就更有可能去把握先机影响到未
来的战场。图1 下面的报告想从三个方面跟大家简要地介绍一下。第一个可能大家对于超材料从原理到技术到应用可能还不是很熟悉。想对超材料进行一个电磁材料进行一个介绍。第二个主要是从国内外的超材料的发展还有超材料武器装备上面的发展 进行介绍，尤其是以国外的武器装备发展的情况为主。还有第三个也想简要地介绍一下我们对于未来装备发展，尤其是我们超材料能够在未来装备发展里面所产生的作用和影响。part 1 超材料介绍图2 图2比较好地介绍了超材料的基本的原理。根据我们的国家标准GJB 32005-2015这个标准里面的描述，超材料的定义是什么呢？就是一种特殊的复合材料或者是结构，通过对于材料的关键物理尺寸上进行有序的结构设计，来使它进行常规材料所不具备的这种超常物理性质。如果是针对电磁波的频谱，我们可以根据电磁波频谱工作的波长取这个波长的四分之一到二十分之一波长这 样的一个尺寸。比如在厘米级和毫米级的这样的一个尺寸我们对它进行人工的拓扑结构和排布方式进行一个设计，可以看到比如说类似于这样的二维的柔性的超材料，和三维的这种超材料的设计，从而达到一个传统的介质材料所不能达到的，对于电磁波的调控的影响。所以它的整个的超材料的核心就是针对于我所要工作的这个波长进行有序的结 构和排布设计，从而达到我们可以人工定制化地去调制电磁
光刻胶 photoresist 又称光致抗蚀剂，由感光树脂、增感剂（见光谱增 感染料）和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液 体。感光树脂经光照后，在曝光区能很快地发生光固化 反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲合 性等发生明显变化。经适当的溶剂处理，溶去可溶性部 分，得到所需图像（见图光致抗蚀剂成像制版过程）。 光刻胶广泛用于印刷电路和集成电路的制造以及印刷制 版等过程。光刻胶的技术复杂，品种较多。根据其化学 反应机理和显影原理，可分负性胶和正性胶两类。光照 后形成不可溶物质的是负性胶；反之，对某些溶剂是不 可溶的，经光照后变成可溶物质的即为正性胶。利用这 种性能，将光刻胶作涂层，就能在硅片表面刻蚀所需的 电路图形。基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为 三种类型。①光聚合型，采用烯类单体，在光作用下生 成自由基，自由基再进一步引发单体聚合，最后生成聚 合物，具有形成正像的特点。②光分解型，采用含有叠 氮醌类化合物的材料，经光照后,会发生光分解反应,由 油溶性变为水溶性，可以制成正性胶。③光交联型，采 用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料,在光的作用下,其 分子中的双键被打开，并使链与链之间发生交联，形成 一种不溶性的网状结构，而起到抗蚀作用，这是一种典 型的负性光刻胶。柯达公司的产品KPR胶即属此类。 感光树脂在用近紫外光辐照成像时，光的波长会限 制分辨率（见感光材料）的提高。为进一步提高分辨率 以满足超大规模集成电路工艺的要求，必须采用波长更 短的辐射作为光源。由此产生电子束、X 射线和深紫外 (＜250nm)刻蚀技术和相应的电子束刻蚀胶，X射线刻蚀 胶和深紫外线刻蚀胶，所刻蚀的线条可细至1□m以下。 LCD生产线工艺及材料简介 LCD生产线工艺及材料简介 LCD为英文Liquid Crystal Display的缩写，即液晶显示器，是一种数字显示技术，可以通过液晶和彩色过滤器过滤光源，在平面面板上产生图象。当前LCD液晶显示器正处于发展的鼎盛时代，技术发展非常迅速，已由最初的TN－LCD（扭曲向列相），发展到STN－LCD （超扭曲向列相），再到当前的TFT－LCD（薄膜晶体管）。LCD现已发展成为技术密集、资金密集型的高新技术产业。液晶显示器主要由ITO导电玻璃、液晶、偏光片、封接材料（边框胶）、导电胶、取向层、衬垫料等组成。液晶显示器制造工艺流程就是这些材料的加工和组合过程。
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,
[转载]西苑沙龙第一次会议——超材料技术发展战略研讨会召开 2013年5月8日，第一次西苑沙龙会议在北京西苑饭店召开。此次会议的主题为“超材料技术发展战略”。超材料是新材料技术发展的热点方向，备受科技界和产业界的关注。来自863计划新材料技术领域主题专家、科技界和工业部门等的14位专家参加了会议。 会议邀请了863计划新材料领域新型功能与智能材料专家组召集人周少雄教授，做了题为“超材料技术发展战略思考”的主题报告，并邀请深圳光启研究院刘若鹏院长等4位专家就工业级超材料技术的创建与发展、超材料在微波光波等领域应用、超材料与自然材料的融合等方面问题做了专题报告。与会专家就超材料概念、应用前景、面临的挑战、技术路线、发展重点等展开了热烈的讨论和争论，各抒己见，并就我国超材料技术发展战略与对策提出宝贵的意见和建议。 附： “西苑沙龙”是科技部高技术研究发展中心为了推动国家科技计划相关领域发展战略研究，举办的以西苑饭店为场地的系列科技发展战略和学术研讨沙龙活动。沙龙重点围绕高技术、基础研究及其学科交叉领域的发展前沿与趋势、重大应用和产业发展需求方面的重大问题，探讨科技前沿、讨论最新突破性进展，展望未来发展趋势。沙龙鼓励与会者本着“客观、求实，融合、创新”的原则，以客观求实的态度，发表自己的学术观点；鼓励和引导多学科交叉融合，激励创新思想。 德国研制出“隐热”衣让热“弯曲”传导 利用特殊的超介质材料让光线、声音绕过物体传播，能达到隐形、隐身的效果。据物理学家组织网5月9日（北京时间）报道，最近，德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）研究人员成功演示了超材料同样也能影响热的传导。他们的“隐热”衣能让热力“弯曲”似的、绕过中央的隐藏区而传导。相关论文发表在最近的《物理评论快报》上。 这种“隐热”衣是用铜和硅制造的一个盘子，盘子虽能导热但其中心的圆形区域却不会受热力影响。“这两种材料必须排列得十分巧妙。”论文第一作者、KIT的罗伯特·斯奇特尼解释说，铜是热的良导体，而所用的硅材料叫做PDMS，是一种不良导体。“我们给一个薄铜盘制作了多重环形花纹的硅结构，使它能从多个方向，以不同的速度来传导热量，这样绕过一个隐藏目标所需的时间就能互相弥补。” 如果给一个简单的金属盘的左边加热，热量会一致地向右传导，盘子的温度从左到右会呈下降趋势。如果用这种铜硅超介质材料来做这个实验，也会表现出类似现象，但却只在盘子外圈呈现温度从左到右的下降，没有热量能穿透到内部，在内圈没有任何被加热的迹象。
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:
关于成立xx年产超材料公司可行性分析报告 xxx科技发展公司
摘要 超材料指的是一些具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料，是21世纪以来出现的一类新材料，具备天然材料所不具备的特殊性质。其在声学、电学、磁学或光学等方面的材料特性是由基体和基体中的微结构共同决定的，而且微结构在其中起到了决定性的作用。超常的物理特性使得超材料的应用前景十分广泛，其应用范围覆盖了工业、军事、生活等各个方面。例如，电磁超材料可以用于隐身衣、电磁黑洞、慢波结构等元器件的制作，适用于吸波材料、智能蒙皮、雷达天线、通信天线，对未来的雷达、通信、光电子/微电子、先进制造产业以及隐身、探测、核磁、强磁场、太阳能及微波能利用等技术将产生深远的影响。 xx超材料公司由xxx科技发展公司（以下简称“A公司”）与xxx 有限责任公司（以下简称“B公司”）共同出资成立，其中：A公司出资540.0万元，占公司股份64%；B公司出资300.0万元，占公司股份36%。 xx超材料公司以超材料产业为核心，依托A公司的渠道资源和B 公司的行业经验，xx超材料公司将快速形成行业竞争力，通过3-5年的发展，成为区域内行业龙头，带动并促进全行业的发展。
xx超材料公司计划总投资4478.48万元，其中：固定资产投资3083.00万元，占总投资的68.84%；流动资金1395.48万元，占总投资的31.16%。 根据规划，xx超材料公司正常经营年份可实现营业收入9960.00万元，总成本费用7477.66万元，税金及附加85.70万元，利润总额2482.34万元，利税总额2910.43万元，税后净利润1861.76万元，纳税总额1048.68万元，投资利润率55.43%，投资利税率64.99%，投资回报率41.57%，全部投资回收期3.91年，提供就业职位183个。 项目建设要符合国家“综合利用”的原则。项目承办单位要充分利用国家对项目产品生产提供的各种有利条件，综合利用企业技术资源，充分发挥当地社会经济发展优势、人力资源优势，区位发展优势以及配套辅助设施等有利条件，尽量降低项目建设成本，达到节省投资、缩短工期的目的。
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。