混合液晶詳解

1、混合液晶詳解來源：轉(zhuǎn)載作者：不詳為了適應(yīng)液晶器件的多樣化，相應(yīng)開發(fā)了許多種液晶材料。但是單一組 分的液晶難以全部滿足器件要求的特性，因而通常采用混合液晶來調(diào)制其物理性 質(zhì)，以滿足要求。對于簡單的手表顯示屏，基本的要求是向列相溫度范圍應(yīng)該是 -106OC，并且有高的正性介電各向異性，使之可在低電壓下工作。此外，顯 示屏的響應(yīng)速度很大程度上取決于盒厚和液晶粘度，要求粘度低于 50mPas(cp)；并且為了得到較寬的視角，所使用液晶的光學(xué)各向異性( n)要 和盒厚(d)相匹配，使之符合 nd入/2。對于中等信息量的顯示器，必須采用多路尋址方式，要求飽和電壓對閾 值電壓比值高，以便獲得更大的信息量和更

2、高的對比度。為此，彈性常數(shù)K33/K11 之比值，介電各向異性(勇)對垂直介電常數(shù)( D的比值，以及粘度等混合液 品的物理參數(shù)對顯示器光電特性的影響要認(rèn)真給予考慮；而且，某些參數(shù)的影響 是對立的。例如，增大顯示對比度需要大的K33/K11，而快的響應(yīng)速度則要降低 K33/K11，這只能通過調(diào)整單體液晶的組成和含量尋求最佳值。但是，即使對于最簡單的顯示器，最佳混配也很難達(dá)到，因?yàn)樵S多物理 性質(zhì)需要同時(shí)調(diào)整以滿足器件的要求的目標(biāo)值，而調(diào)整一個(gè)參數(shù)往往影響另一個(gè) 參數(shù)。此外，在某些情況下，性質(zhì)變化與濃度呈線性，而在另一些情況卻不是。目前，液晶顯示器生產(chǎn)中使用的所有液晶材料實(shí)際上都是液晶混合物。 例如

3、Roche公司的Ro-520液晶是由七種單體液晶混合而成，而BDH公司早期生 產(chǎn)的E7液晶，實(shí)際上是由四種單體液晶混合而成，成分如表5。四種單體液晶 熔點(diǎn)均大于20C，但配成混合液晶后，其工作范圍為-106OC，即熔點(diǎn)為-10C， 比任何一個(gè)單體液晶的熔點(diǎn)都低。ET褶晶的點(diǎn)裕點(diǎn)分客株纜重晝)治盛.點(diǎn).TC7CB2728.542.15CE5022.5358CBc皿如1554,55CTS129.82383(1)性質(zhì)液晶材料有許多技術(shù)參數(shù)，包括電光參數(shù)與物性參數(shù)，主要有：介電各 向異性 ,雙折射 n，粘度n，彈性常數(shù)K，相變溫度（Tm、Tc），電阻率 P等。以STN-LCD器件要求為例，為了獲得大顯

4、示容量及高對比度，并且響應(yīng) 時(shí)間短，工作溫度范圍寬，還要求n值和閾值電壓在某一范圍內(nèi)是可調(diào)節(jié)的。 STN液晶材料的技術(shù)指標(biāo)通常所取的范圍如下：溫度C -4080n 0.11000.1600 閾值電壓(Vth) ,V 1.52.0 粘度 n (20C) mPa.s 2035K33/K11 1.5 2.2K22/K11 0.5 0.6勇 / 1.83.0相變溫度二元混合物的熔點(diǎn)低于它的任何一個(gè)組成化合物。Schroder Van Laar 方程關(guān)聯(lián)了混合物熔點(diǎn)（T）與化合物A的摩爾分?jǐn)?shù)（XA）：HA 11式中，Ha和Ta分別為純化合物的熔融潛熱和熔點(diǎn)，R是氣體常數(shù)。對于N個(gè)組 分的混合物，有N個(gè)這

5、樣的方程。即：NA=i】L= 4從方式程式可以求出混合體系的共熔組成和共熔點(diǎn)，此方法可偶爾用來 預(yù)測低共熔混合物的摩爾組分，但是理想的情況很少存在，只能作為一種指導(dǎo)； 現(xiàn)在已有其他經(jīng)驗(yàn)方法。一般來說，為了得到低共熔點(diǎn)混合物，需要經(jīng)驗(yàn)與試驗(yàn)。 混合物的清亮點(diǎn)（Tc）預(yù)測更為可靠，因?yàn)樗鼉A向于混合物組分的線性方程。式中，Xi是組分的摩爾組成，Tci是組分的清亮點(diǎn)，當(dāng)極性類似的化合物混合時(shí)， 這種關(guān)系保持最好，而當(dāng)極性組分與非極性組合分混合時(shí)，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)與理想行為 有大的負(fù)偏差。相圖（圖19）表明出現(xiàn)低共熔點(diǎn)時(shí)，熔點(diǎn)降低，但液晶相態(tài)溫度范圍 上升。圖中C表示晶體，N表示向列相液晶，I表示各向同性的液體

6、。圖19A,B組分混合物相圖介電常數(shù)介電各向異性（ ）的大小直接決定液晶與電場相互作用的強(qiáng)度。因 此，它對閾值電壓有很大影響。帶強(qiáng)極性端基（例如，CN ）的化合物通常呈現(xiàn)大 的，有低的閾值電壓。然而締合對的問題必須考慮。當(dāng)締合對減少或消除 時(shí)（如添加非極性化合物），介電各向異性可以增加。在某種情況下，可以增加 50%的非極性材料，而不顯著減少。然而，低與高的化合物，可能在 混合物中產(chǎn)生近晶相，這種現(xiàn)象難以預(yù)測。雖然在混合物要求的操作范圍內(nèi)不希 望有近晶相，但是在低溫下存在近晶相可以產(chǎn)生有利的彈性常數(shù)84。在大多數(shù)顯示器中，對垂直介電常數(shù)上之比非常重要。通常不 希望有小 /上的比值。但是，大（對

7、低的閾值電壓而言）和上大 的材料很難找到，因此，通常采用添加負(fù)性介電各向異性材料來增加混合物的 上。對于給定的閾值電壓，難以使該比值有大變化。彈性常數(shù)扭曲向列型(TN)顯示器，要求小的K33/K11比值83。展曲(K11)和 扭曲(K22)彈性常數(shù)，在混合物中的變化幾乎是線性的，但是彎曲彈性常數(shù)(K33) 呈現(xiàn)負(fù)性偏差，這樣，K33 /K11也就有偏離，而得到比期望值更低的值。液晶 混合過程應(yīng)避免出現(xiàn)近晶相，但是，接近近晶相也趨于降低K33 /K11，這樣， 顯示低溫近晶相的極性和非極性分子的混合物具有有利的彈性常數(shù)。對于超扭曲向列型(STN)顯示器，K33 /K11比值應(yīng)該大，因此，應(yīng) 選擇

8、非芳烴體系和短鏈烷烴。K33 /K11比值大，液晶材料的電光線陡峭，多路 驅(qū)動能力增加，對比度加大；但是，K33 /K11比值大，響應(yīng)時(shí)間也加大，所以 這個(gè)比值僅要求適中。土雙折射對于簡單的TN顯示器，液晶的雙折射 n不很重要。通常要求A n=1.065 (d是盒厚)。對于要求d, A n=0.476的其他顯示器，要求混合 物具有更低的A n。例如STN顯示器就非常強(qiáng)烈地依賴于dA n值，因?yàn)樵撝?對顯示器的光學(xué)性質(zhì)影響極大。在類似的液晶混合物中，雙折射通常是與組分濃度成線性關(guān)系。粘度現(xiàn)在通常采用體粘度，因?yàn)樗c顯示器的響應(yīng)時(shí)間(Td)相關(guān)，而且容易 測量：Td=kq d2其中，n是粘度，常用

9、容易測量的體粘度，d是盒厚，k與彈性常數(shù)有關(guān)。在大 多數(shù)情況下，要求低粘度。粘度與溫度關(guān)系密切，溫度每改變2or，粘度要變 化3-5倍。用各組分(Ci)粘度對數(shù)的總和可以估計(jì)向列相液晶混合物的粘度n :lgn =z Cilgn i(2)配制a.組成及對單體液晶的要求混合液晶的配制及組成完全根據(jù)液晶顯示器件的要求確定，一般來說，TN器件所用的材料要求比較低，可用日- _一如，R -f。 F及F等液晶單體來配制。當(dāng)然，寬溫度范圍、低閾值電壓的TN顯示材料要增加 一,- F等單體。STN-LCD要求的液晶材料性能要高一些，通常所選擇的單體屬于下列各類：苯基環(huán)已烷類這類化合物一般具有較低粘度，如分子結(jié)

10、構(gòu)中具有三個(gè)以上的環(huán)，則清 亮點(diǎn)較高，在調(diào)制中起著提高清亮點(diǎn)溫度的作用。聯(lián)苯、嘧啶和快類由于它們具有較高的折射率，可在混合體系中調(diào)制所需的n值。含有非芳香環(huán)和短鏈的烷基或烷氧基的液晶化合物它們通常具有較大的K33/K11值。乙烷類該類化合物具有較低的粘度。目前超扭曲材料大多選用苯基環(huán)己烷類和乙烷類液晶作為主體成分。有源矩陣顯示(AM-LCD)用液晶材料要求更高，除了超低粘度外，還要 求高電阻率、高電荷保持率和適當(dāng)?shù)慕殡姼飨虍愋浴Ｄ壳昂铣傻脑S多含氟液晶材 料基本上可以滿足它的要求。b.混合方法一般來說，首先選擇低熔點(diǎn)和適當(dāng)?shù)南蛄邢喾秶囊壕ё鳛榛净旌?物，其中某些可以是極性的，另一些是非極性的，這就允許改變;同時(shí)注 意避免產(chǎn)生近晶相。這些組分的選擇應(yīng)該由要求n控制。如果要求低閾值，則 應(yīng)當(dāng)往基本混合物中添加高值的化合物。這樣， /上比值的調(diào)節(jié)就更 加困難，但是也可以加能夠改變它們的的材料。然后，通常利用高清亮點(diǎn)的添加 劑來提高混合物的清亮點(diǎn)。這樣經(jīng)過幾次反復(fù)就可以得到混合物的配方