液晶显示材料及应用课件

液晶显示材料及应用基本知识和简单原理液晶显示材料基础知识液晶知识涉及多学科，横跨多个领域，业内人士需要做的最多的就是对多个因素的优化、再优化，解决或缓解多因素之间的矛盾和冲突。作为液晶材料的开发，这一点就更为突出：包括相变范围、介电、折光、驱动电压、驱动路数、粘弹性、视角、能耗等方面在内的十几个参数需要调整和优化，以求达到为显示器提供整体性能优越的液晶材料。液晶显示材料基本性能热力学行为——相态和相变电学特性——容性、阻性光学特性——双折射、光活性动力学、运动学范畴——粘弹性液晶的相态和相变C、液晶的相变：

a、C—S（A、B、C……）；b、S—N；c、N—I；D、相态、相变的判别和测量：

a、观察法——偏光熔点仪，通过其各相在偏光显微镜下的不同现象可以辨别相态和测量相变点，是快速检测的手段。b、热分析法——DSC差热分析，通过各相相互转变时伴有能量得失——热量的吸收和放出，用检测装置来测量相变点。是对液晶进行分析的有利手段。显示器件对材料相态相变要求普通TN的要求：

工作温度范围内为向列相有一定的相稳定性

STN器件的要求：

更宽的向列相范围高低温范围内须有较好的相稳定性，即有序程度要较高

液晶的容性和阻性容性特性介电性质阈值、饱和电压、陡度温度依赖性频率依赖性驱动条件阻性特性耗电流、能耗静电行为液晶的容性特征阈值、饱和值和陡度

阈值与液晶介电常数相关Vth=π（K/△εε0）1/2

陡度与K33/K11以及△ε/ε⊥相关阈值电压、饱和电压是驱动电压选择的基本依据，陡度是扫描行数设计的依据。两体系混合后阈值电压和陡度并非线性叠加，而须实际测试确定

液晶的容性特征介电的温度依赖性

随着温度的上升，介电各向异性减小在远离清亮点的温度下，介电各向异性随温度缓慢变小温度升至清亮点以上时，介电各向异性消失宽温产品应考虑此因素

液晶的容性特征介电的频率依赖性

介电各向异性随测试频率的上升而降低介电各向异性当测试频率足够高时，介电各向异性消失高DUTY驱动时需考虑此因素驱动条件的选择DUTY数确定根据液晶材料的陡度来估计它的适用扫描线数Nmax=（（P2+1）/（P2-1））2BIAS的确定根据最佳偏压比算法a=N1/2+1有效电压的计算Von=(1-(a2-1)/N)1/2·V/aVoff=(1+(a2-4a+3)/N)1/2V/a实际驱动条件的选择需要考虑显示器件的实际对比度、视角、工作温度、响应以及驱动芯片负载能力等多方面因素液晶的阻性特征液晶是高阻材料

液晶的电阻率非常高，一般都在1010欧姆厘米以上。液晶的电阻特性是材料本身决定的，它和介电常数、阈值电压有一定联系一般认为，液晶的阻性电流是杂质的带入而引起的液晶器件的能耗和电阻电流液晶器件的能耗来自电容和电阻，其中主要是电容液晶在电场作用中，可以形成电阻电流动态驱动时，随频率的上升，容性明显增强，阻性相对减弱液晶的阻性特征液晶电阻的测量

测量原理：Rx>>R0测量设备：高阻仪、电导电极等；测量条件：温度、湿度，测量电压测量精度保证：屏蔽和接地情况UCBRxR0液晶的阻性特征液晶保存和使用对液晶电阻率的影响

离子性杂质的引入是降低液晶电阻率的主要因素极性杂质也使液晶电阻率降低强烈的光照可以是液晶电阻率降低,UV光的破坏尤为强烈环境可以导致液晶尤其是低阈液晶的电阻率下降

盛装容器的洁净程度液晶使用过程中的接触物品使用液晶环境的光照情况液晶所在环境的温湿度情况成盒前的工序的洁净程度液晶的双折射液晶的折射率no、ne偏振光线偏振椭圆偏振相延迟和色散

液晶的双折射液晶的折射率

液晶具有双折射这一晶体特性no为寻常光折射率，其偏振方向与分子长轴垂直，ne则平行光学各向异性定义为△n=ne-no这一参数在STN设计中是极为关键的△n与介电常数、清亮点、有序程度等参数相关液晶的双折射折射率的温度依赖性

折射率随温度的升高而降低折射率各向异性也随温度上升而降低温度接近清亮点时，各向异性急剧下降温度高于清亮点时，各向异性消失这一因素对高温工作的液晶器件有着非常大的影响液晶的双折射折射率的频率依赖性

随着测试光源的频率的变化，液晶的折射率也发生变化频率升高，折射率增大在可见光波段内，折射率的变化足以影响显示器件的色度在C-STN中，不但需要需要补偿膜，而且对液晶的这一性能要求也较为严格液晶的光活性手性物质含有一个或多个手性C（不对称C）的物质，被称为手性物质。这个C周围的四个基团是两两不同的。旋光性

偏振光通过手性物质时，其电矢量会出现一定程度的偏转。螺距和HTP值

在胆甾相中，液晶分子是呈螺旋状排列的，当指向矢旋转360度时，在螺旋轴方向上距离称为自然螺距。HTP指定义为1/PC，是表征手性物质扭曲能力的指标。偏振光基础椭圆偏振光

椭圆偏振光电矢量的强度和振动方向是时间和空间的函数，即随着光的传播其电矢量的强度和振动方向是在变化的——如果其电矢量的轨迹在垂直光线传播的平面内的投影为椭圆，那么，称其为椭圆偏振光。

椭圆偏振光可以分解为两个电矢量垂直的线偏光，反之，亦可由线偏光合成液晶对光的相延迟和色散液晶对光具有双折射效应，使得o光和e光在液晶中传播速度不同，从而导致在出射时二者相位不同因应液晶的光学各向异性的不同，所产生的相位差不同影响相位差第二个因素为液晶层的厚度第三个有关的因素入射光的波长，不同波段的光的透射光强有较大变化折射率随光频的变化导致色散，使STN显示为有色显示液晶的粘弹性粘度性能体积粘度旋转粘度弹性性能K11、K22、K33K33/K11、K22/K11液晶的粘度粘度的本质是分子间内摩擦力

速度梯度为1时单位面积的内摩擦力，分动力学粘度、运动粘度体积粘度属于动力学范畴，单位为PaS或P；运动粘度单位m2/s。液晶有其自己的特点和限制，有一定极限

液晶的粘度与介电常数、清亮点、折射率有关粘度与温度基本呈指数关系

γ∝SδexpB/T,温度上升，粘度降低；温度下降，粘度增加两体系混合后的粘度并非线性叠加

粘度影响响应时间液晶器件的响应时间与液晶的粘度相关

τ∝γd2，且开时间还与驱动电压和K有关；关时间与K相关显示器的响应时间仍需实验测试和评估，尤其在STN显示器方面响应时间与驱动条件相关与驱动频率（小频率）相关与扫描路数（DUTY）相关与驱动波形相关与驱动芯片的负载能力相关液晶的弹性性能三个弹性常数K11K22K33液晶的弹性性能弹性自由能

F=1/2[K11（▽•n）+K22（n•▽×n）+K33（n•▽n）]STN陡度与K33/K11、K22/K11有关

K33/K11增大有利于STN陡度的提高K22/K11降低有利于STN陡度的提高STN响应与K33/K11有关

K33/K11增大不利于响应的改善液晶材料的应用领域普通TN、HTN型显示器件无源矩阵显示器件——STN有源矩阵显示器件——TN、IPS、MVA多稳态显示器件宾主型液晶显示器件PDLC液晶显示器件其他应用领域STN显示器对液晶性能的选择驱动条件

DUTY？BIAS？Vop？→Vth，Vsat，P

响应要求

响应时间→粘度、Gap、△n色度要求

黄、绿→△nd/λ，偏光片角度STN显示器对液晶性能的选择成盒要求扭曲角→

240°/180°；预倾角→5-6°；d/p→(φ/2π-0.25，φ/2π+0.25）;p=1/htp•c工作温度范围

高低温光电曲线→最基本条件是向列相范围；底色、对比度、驱动电压、响应等随温度的变化在要求范围内能耗及稳定性要求