显示用向列相液晶材料的回顾与展望

1、显示用向列相液晶材料的回顾与展望【放大】 【还原】文章类型: 科普文章      文章加入日期：2004-7-28液晶是处于固态和液态之间具有一定有序性的有机物质，具有光电动态散射特性；它有多种液晶相态，例如胆甾相，各种近晶相，向列相等。根据其材料性质不同，各种相态的液晶材料大都已开发用于平板显示器件中，现已开发的有各种向列相液晶、聚合物分散液晶、双（多）稳态液晶、铁电液晶和反铁电液晶显示器等，其中开发最成功的、市场占有量最大、发展最快的是向列相液晶显示器。液晶显示（LCD）模式有很多，仅向列相显示就有TN（扭曲向列相）模式

2、、HTN（高扭曲向列相）模式、STN（超扭曲向列相）模式、TFT-AM（薄膜晶体管有源矩阵）模式、PDLC（聚合物分散液晶）模式以及反射式双（多）稳态模式等，其中TFT-AM模式是近十年开发出来的也是发展最快的显示模式。 LCD发展促使液晶材料的迅速发展。显示用液晶材料是由多种小分子有机化合物组成的，这些小分子的主要结构特征是棒状分子结构。现已发展成很多种类，例如各种联苯腈、酯类、环已基（联）苯类，含氧杂环苯类、嘧啶环类、二苯乙炔类、乙基桥键类和烯端基类以及各种含氟苯环类等等。随着LCD的迅速发展，人们对开发和研究液晶材料的兴趣越来越大。近几年还研究开发出多氟或全氟芳环以及全氟端基液晶化合物。

3、许多化学家们已合成出了性能优良的液晶材料。到1998年止，就大约有77.5万多个液晶化合物合成出来，并以每年30004000个新液晶化合物出现的速度向前发展，尤其是日本每年都有大量新液晶材料方面的专利文献出现，以满足各种显示器的使用要求，但真正只有四、五千种液晶化合物具有实用价值，能用在LCD中。到1999年底为止，全球年需要液晶材料量大约7882吨左右，年销售额至少在4.55.0亿美元左右。其中TFT液晶材料市场量2324吨，占市场总量的2930%；STN液晶材料市场量2529吨，占市场总量的3132%；TN液晶材料市场量3032吨，占市场总量的3839%。其生产厂家主要是德国Merck公司

4、、日本Chisso、大日本油墨（DIC）和ATK公司及中国，它们分别占有的市场份额为35%、26%、18%、10%和11%。其中德国和日本主要生产TFT 、STN和部分中高档TN方面的液晶材料，其品种齐全，几乎完全控制了全世界TFT、STN和中高档TN液晶材料市场，年销售量大约在8082吨左右，年销售额至少在4.44.6亿美元。 我国液晶材料行业现状我国液晶材料生产经过十多年的努力，从无到有，已逐步形成了相当规模的产业，由完全的进口转化为部分出口,年销售量达到12吨左右。虽然发展较快，但在世界液晶材料市场中所占份额非常小，仍然赶不上世界LCD发展的需要。 我国液晶材料开发研究工作虽然从七十年代

5、初期就已经开始，但由于受国内LCD工业整体技术设备水平和投入资金的限制，液晶行业也一直没有被国家列入重点科技攻关项目，研究经费严重不足和人才短缺限制了该行业的发展。到目前为止液晶显示器件与液晶材料研究开发仍以TN型和中低档STN型为主。仅就液晶显示器方面而言，到了九十年代初，随着我国数十家LCD生产线的引进，以中科院长春物理所、电子部南京五十五所、清华大学和深圳天马微电子公司为龙头的LCD技术研究开发工作才得以开展，但其研究课题主要集中在TN-LCD、STN-LCD生产相关技术以及少数TFT-LCD基础性课题方面。在液晶材料方面，由于受国内LCD工业整体技术设备水平限制，虽然有很多科研单位投入

6、力量研究开发液晶显示器或液晶材料,但除了中科院上海有机所在全氟苯炔类液晶化合物合成方面取得一些突破性成就外，在新材料开发与应用研究方面同国外相比，差距很大。特别在STN 、TFT-LCD配套液晶材料的研究开发工作进展非常缓慢，同日本、德国和英美国家相比，至少落后八至十年左右，使得我国在世界液晶显示行业市场中缺乏竞争力。国内目前中高档产品品种相对偏少，尚不能满足国内市场的需求，急待增加科研开发力度，尤其是STN-LCD用液晶材料，国内市场已呈现需求状态，急需尽快占领；中高档液晶材料技术含量高，售价及利润相对来说也较高。 实用显示用液晶材料的发展TN型液晶材料的发展早在1968年美国公布动态散射液

7、晶显示(DSM-LCD)技术，但由于提供的液晶材料的结构不稳定性，使它们作为显示材料的使用受到极大的限制。1971年扭曲向列相液晶显示器（TNLCD）问世后，介电各向异性为正的TN-液晶材料便很快开发出来；特别是1974年相对结构稳定的联苯腈系列液晶材料由G.W.Gray等人合成出来后，满足了当时电子手表、计算器和仪表显示屏等LCD器件的性能要求，从而真正形成了TNLCD产业时代。LCD用的TN液晶材料已发展到很多种类。这些液晶化合物的结构都很稳定，向列相温度范围较宽，相对粘度较低，(值较大。不仅可以满足混合液晶的高清亮点，低粘度在2030cp（20）及(n0.15的要求，而且能保证体系具有良

8、好的低温性能。 含联苯环类液晶化合物的(和(n值较大，是改善液晶陡度的有效成份。嘧啶类化合物的K33/K11值较小，只有0.60左右；但(n值较大，而且其(值也比相对应苯环结构大一些，在TN-LCD和STN-LCD液晶材料配方中，经常用它们来调节温度序数和(n值。而二氧六环类液晶化合物在(值大的液晶化合物中具有(/(小的介电各向异性特征，是调节“多路驱动”性能的必需成份。在这些化合物中，虽然氰基没有烷氧基或烷基稳定，但对提高(值、降低阈值电压很有用，在普通TN-LCD和STN-LCD中使用较多。STN用液晶材料 自1984年发明了超扭曲向列相液晶显示器（STN-LCD）以来，由于它的显示容量扩

9、大，电光特性曲线变陡，对比度提高，要求所使用的向列相（(0）的液晶材料电光性能更好，到80年代末就形成STN-LCD产业，其代表产品有移动电话、电子笔记本、便携式微机终端。仅TN型液晶化合物远不能满足STN-LCD的显示要求。从而开发了二苯乙炔类、乙基桥键类和链烯基类液晶化合物，改变了STN-LCD的显示性能。1二苯乙炔类化合物：把STN-LCD的响应速度从300ms提高到120130ms，使STN-LCD性能得到大幅度的改善，从而在当今的STN-LCD中使用较多，现行STN-LCD用液晶材料中约有70%的配方中含有二苯乙炔类化合物。2乙基桥键类液晶：与相应的其他类液晶比较，这类液晶的粘性、(

10、n值都比较低；相应化合物的相变温度范围和熔点相对较低，是调节低温TN和STN混合液晶材料低温性能的重要组分。3链烯基类液晶： 由于STN -LCD要求具有陡阈值特性，为此，只有增加液晶材料的弹性常数比值（K33/K11）才能达到目的。烯端基类液晶化合物具有异常大的弹性常数比值（K33/K11），用于STN-LCD中，得到非常满意的结果。使人们的注意力较移到烯端基类化合物的开发中去。因此，相关报道很多。 含氟液晶材料的发展 虽然含氟液晶材料在1985年就已问世，其真正大规模开发是在90年初期随着TFT-AM-LCD产业的商业化而发展起来的。TFT-LCD所要求的液晶材料必须是对热、化学、电、光稳

11、定性好，电荷保持率高，粘度低，电阻率（1.0×1013cm）的高性能TN材料。以往那些含氰基化物和酯类化合物是无法满足这些条件的，只有含氟的液晶材料才能适用于制作TFT-LCD。近十年来，几乎所有向列相材料的开发都是含氟液晶化合物，其混合液晶开发也大都是含氟液晶组分。同时这些含氟的液晶材料也可作高档TN、宽温TN、STN-LCD的液晶材料。但由于侧位带氟使分子的长宽比发展发生变化，向列相态变窄，清亮点和熔点下降。为了解决这一问题，现在人们都在开发三环或四环的侧位带氟的液晶新材料，以满足TFT-LCD和宽温TN、STN的要求。 结语液晶材料是随着LCD 器件的发展而迅速发展，从联苯腈、酯类、含氧杂环苯类、嘧啶环类液晶化合物逐渐发展到环已基（联）苯类、二苯乙炔类、乙基桥键类和各种含氟芳环类液晶化合物，最近日本合成出结构稳定的二氟乙烯类液晶化合物，其分子结构越来越稳定，不