液晶材料及應(yīng)用

液晶材料及應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)部應(yīng)妙德2009-4-24目錄液晶的定義和基本分類液晶材料性能參數(shù)手性劑介紹液晶的選擇液晶調(diào)配和使用注意事項一、液晶的定義和基本分類1.1、液晶的由來液晶的由來:1888年由奧地利的植物學(xué)家萊尼茨爾在測定物質(zhì)溶點時發(fā)現(xiàn)某些物質(zhì)溶化后會經(jīng)過一個不透明呈白色渾濁并且發(fā)出多彩而美麗的光澤,繼續(xù)加熱會變成清亮的液體,1889年德國物理學(xué)家萊曼通過偏光顯微鏡觀察這些脂類化合物,發(fā)現(xiàn)這些白色渾蝕的物質(zhì)象液晶,而且具有雙折射性,于是就命名它為”液態(tài)晶體”。1960’S被應(yīng)用于DS液晶顯示器1970’S發(fā)明TN液晶顯示器1980’S發(fā)明STN液晶顯示器1.2、液晶的定義

物質(zhì)的第四態(tài)——液晶（liquidcrystals）普通物質(zhì)有三態(tài)：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)有些有機(jī)物質(zhì)在固態(tài)與液態(tài)之間存在第四態(tài)——液晶態(tài)液晶態(tài)物質(zhì)既具有液體的流動性和連續(xù)性，又保留了晶體的有序排列性，物理上呈現(xiàn)各向異性。液晶這種中間態(tài)的物質(zhì)外觀是流動性的混濁液體，同時又有光、電學(xué)各向異性和雙折射特性。1）根據(jù)成分和出現(xiàn)液晶相的物理條件，可分為：熱致液晶和溶致液晶兩大類。熱致液晶:把某些有機(jī)物加熱溶解，由于加熱破壞結(jié)晶晶格而形成的液晶，就是由于溫度變化而出現(xiàn)的液晶相。目前顯示方面的都為此種液晶。溶致液晶:把某些有機(jī)物放在一定的溶劑中，由于溶劑破壞結(jié)晶晶格而形成的液晶，就是由于溶液濃度發(fā)生變化而出現(xiàn)的液晶相，最常見的有肥皂水等。

1.3、液晶基本分類2）熱致液晶根據(jù)液晶分子的排列不同，可以分為近晶相、向列相、膽甾相三類。近晶相（Sematic）分子排列分層層內(nèi)分子互相平行

向列相（Nematic）分子排列不分層分子指向矢大體一致膽甾相（Cholesteric）分子排列分層層內(nèi)分子互相平行不同層分子指向矢逞螺旋結(jié)構(gòu)熱致液晶舉例近晶相液晶：例如鐵電液晶向列相液晶：例如普通TN、HTN、STN用液晶膽甾相液晶：例如多穩(wěn)態(tài)液晶目前液晶顯示器中使用的均為熱致液晶二、液晶材料性能參數(shù)2.1、液晶的相變

①有序參數(shù)(S):液晶分子排列的有序程度

S=1/2<3cos2θ-1>0.3~0.8;θ指單個液晶分子長軸方向偏離指向矢的角度各向同性液體，分子長軸方向完全紊亂，S=0

當(dāng)液晶分子全部處于平行排列時，S=1

一般向列相液晶在NI相變點附近S≈0.3，在非常低溫度時，S≈0.8S值不受一般的強電場或強磁場的影響②清亮點和熔點清亮點：液晶材料由液晶態(tài)變?yōu)楦飨蛲砸簯B(tài)的過程中，呈透明時的溫度，標(biāo)記為Tc熔點：液晶材料由晶體態(tài)變?yōu)橐壕B(tài)的相變溫度，標(biāo)記為Tm晶體液晶相液體清亮點clearpointTNITcTCNTm溫度熔點

③液晶的工作溫度和存儲溫度液晶的工作溫度

高溫工作溫度：TN低于清亮點10℃STN低于清亮點25～30℃

低溫工作溫度：必須高于凝固點20℃以上液晶的存儲溫度高溫存儲溫度：不超過清亮點低溫存儲溫度：參照液晶規(guī)格書中低溫存儲測試數(shù)據(jù)

不低于最低低溫存儲測試溫度液晶低溫存儲測試（LTS）Cells-40℃250hrspassed-30℃500hrspassed-20℃1000hrspassed2.2、電阻率ρ液晶是高阻材料，單位：歐姆厘米液晶的電阻率非常高，一般都在1010歐姆厘米以上，TFT用液晶電阻率在1013歐姆厘米以上。液晶的電阻特性是材料本身決定的，它和介電常數(shù)、閾值電壓有一定聯(lián)系一般認(rèn)為，液晶的阻性電流是雜質(zhì)的帶入而引起的2.3、Δn參數(shù)液晶具有雙折射這一晶體特性no為尋常光折射率，其偏振方向與分子長軸垂直;ne則與分子長軸方向平行；光學(xué)各向異性定義為△n=ne-no這一參數(shù)在STN設(shè)計中是極為關(guān)的；△n與介電常數(shù)、清亮點、有序程度等參數(shù)相關(guān)nenoOE法線入射光入射面

常用向列相液晶屬于正性晶體，ne>no，Δn>0膽甾相液晶屬于負(fù)性晶體，ne<no,Δn<0

Δn要和液晶盒d相匹配，需要符合Δnd≥λ/2Δn小，液晶顯示器視角相應(yīng)會大Dispersion=Δn(450nm)/Δn(589nm),DIC1.09,HCCH&SLC1.1～1.2折射率的溫度依賴性折射率隨溫度的升高而降低折射率各向異性也隨溫度上升而降低溫度接近清亮點時，各向異性急劇下降溫度高于清亮點時，各向異性消失這一因素對高溫工作的液晶器件有著非常大的影響折射率的頻率依賴性隨著測試光源的頻率的變化，液晶的折射率也發(fā)生變化頻率升高，折射率增大在可見光波段內(nèi)，折射率的變化足以影響顯示器件的色度在C-STN中，不但需要補償膜，而且對液晶的這一性能要求也較為嚴(yán)格neno高頻低頻2.4、Δε參數(shù)介電特性液晶是一種電介質(zhì)液晶的介電特性具有方向性——介電各向異性，它與分子極性相關(guān)。△ε=ε∥-ε⊥Δε>0的液晶是正性液晶，加電時液晶分子延電場方向排列；Δε<0的液晶是負(fù)性液晶，加電時液晶分子垂直電場方向排列介電特性是液晶的本質(zhì)特征，是所有其他性能的基礎(chǔ)介電特性為驅(qū)動提供了原動力兩體系混合后介電常數(shù)可線性疊加ε∥ε⊥低電壓高電壓Δε>0介電的溫度依賴性隨著溫度的上升，介電各向異性減小在遠(yuǎn)離清亮點的溫度下，介電各向異性隨溫度升高緩慢變小溫度升至清亮點以上時，介電各向異性消失寬溫產(chǎn)品應(yīng)考慮此因素介電的頻率依賴性介電各向異性隨測試頻率的上升而降低介電各向異性，當(dāng)測試頻率足夠高時，介電各向異性消失高DUTY驅(qū)動時需考慮此因素V10，Vth-------閾值電壓（透過率變化10%時的電壓）V90-----------飽和電壓（透過率變化90%時的電壓）陡度（Steepness）=(V90/V10-1)*100%2.5、閾值電壓和陡度液晶閾值電壓與液晶介電常數(shù)相關(guān)

Vth=π（K/△εε0）1/2陡度與K33/K11以及△ε/ε⊥相關(guān)閾值電壓、飽和電壓是驅(qū)動電壓選擇的基本依據(jù)，陡度是掃描行數(shù)設(shè)計的依據(jù)。兩體系混合后閾值電壓和陡度并非線性疊加，而須實際測試確定電光曲線越陡，掃描線數(shù)可以越多，一般TN＝1.4～1.6，只能實現(xiàn)8路以下驅(qū)動，STN＝1.02～1.2，可以實現(xiàn)16～240路驅(qū)動。2.6、液晶的黏度粘度的本質(zhì)是分子間內(nèi)摩擦力液晶的黏度特性包含體積黏度和旋轉(zhuǎn)黏度液晶的粘度與介電常數(shù)、清亮點、折射率有關(guān)，一般Δε大的液晶，液晶黏度比較大粘度與溫度基本呈指數(shù)關(guān)系

γ∝expB/T,溫度上升，粘度降低；溫度下降，粘度增加兩體系混合后的粘度并非線性疊加黏度對響應(yīng)時間的影響響應(yīng)時間同液晶的旋轉(zhuǎn)黏度成正比響應(yīng)時間同LCD盒間距d的平方成正比響應(yīng)時間同彈性常數(shù)K相關(guān)響應(yīng)時間同驅(qū)動條件相關(guān)，包括驅(qū)動電壓、驅(qū)動路數(shù)、驅(qū)動頻率等2.7、彈性性能液晶彈性常數(shù)是描述液晶分子彈性形變的物理量，包含有展曲彈性常數(shù)K11、扭曲彈性常數(shù)K22、彎曲彈性常數(shù)K33.K11K22K33彈性常數(shù)的影響STN陡度與K33/K11、K22/K11有關(guān)

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響應(yīng)時間與K33/K11有關(guān)

K33/K11增大不利于響應(yīng)的改善閾值電壓同彈性常數(shù)有關(guān)彈性常數(shù)大，閾值電壓高彈性常數(shù)同液晶分子的結(jié)構(gòu)、形狀及溫度有關(guān)3.1、概念和特性手性物質(zhì)：含有一個或多個手性C（不對稱C）的物質(zhì)，這個C周圍的四個基團(tuán)是兩兩不同的。旋光性偏振光通過手性物質(zhì)時，其電矢量會出現(xiàn)一定程度的偏轉(zhuǎn)。手性劑分類左旋手性劑：例如S-811右旋手性劑:例如CB15,R-811三、手性劑介紹3.2、螺距和HTP值在膽甾相中，液晶分子是呈螺旋狀排列的，當(dāng)指向矢旋轉(zhuǎn)360度時，在螺旋軸方向上的距離稱為自然螺距。HTP指定義為1/PC，是表征手性物質(zhì)扭曲能力的指標(biāo)。C代表手性劑濃度，P代表螺距旋轉(zhuǎn)360o3.3、手性劑濃度不同種類LCD手性劑濃度TN型LCD:0.1%～0.15%HTN型LCD:0.2%～0.3%STN型LCD:根據(jù)d/p值決定，d/p值一般范圍為0.49～0.55，同液晶種類、K33/K11、K22/K11、扭曲角度、預(yù)傾角相關(guān)手性劑濃度不當(dāng)，會導(dǎo)致DOMAIN現(xiàn)象手性劑添加不足：反扭曲（reversedomain）手性劑添加過多：條紋疇（stripedomain）Domain現(xiàn)象ReversedomainStripedomain反扭曲導(dǎo)致定向不良，無法實現(xiàn)正常顯示條紋疇導(dǎo)致LCD對比度、色飽和度大幅度下降高溫下stripedomain現(xiàn)象會加重扭曲角度越大，D/P窗口越小4.1、普通TN型液晶顯示器工作溫度范圍高溫工作溫度低于清亮點10℃，低溫工作溫度必須高于凝固點20℃以上。響應(yīng)時間液晶旋轉(zhuǎn)黏度、盒間距（d）手性劑添加0.1%～0.15%Δn選擇根據(jù)產(chǎn)品要求，選擇合適的極?。é

d）四、液晶的選擇TN設(shè)計原理1.06(Δnd～1.63um)Normalblack透過率4.2、

STN型液晶顯示器工作溫度范圍高溫工作溫度低于清亮點25～

30℃低溫工作溫度必須高于凝固點20℃以上響應(yīng)時間液晶旋轉(zhuǎn)黏度、盒間距（d）手性劑添加d/p范圍在0.49～0.55之間根據(jù)扭曲角度設(shè)計，盒厚值設(shè)計決定Δn選擇Δn

d范圍在0.78um～0.85um之間，優(yōu)選為0.825um閾值電壓和陡度STN閾值電壓設(shè)計值由驅(qū)動條件：DUTY,BIAS及VOP值設(shè)計決定（參照Voff值設(shè)計）陡度要求：V10>VOFF,V90<VONV90/V10<VON/VOFF更小的陡度值，電光曲線越陡，可以驅(qū)動更高的路數(shù)如果陡度值無法滿足驅(qū)動路數(shù)的要求，很容易出現(xiàn)串?dāng)_現(xiàn)象CSTN不同Δn下的對比度和NTSC設(shè)計條件：Cellgap:5.6umPI:PIA-29424%CFNTSC=63%換算成我司5.5umcellgap,Δn值為0.14864.3、

普通TN型TFT液晶顯示器高電阻率，電阻率在1013歐姆厘米以上工作溫度范圍高溫工作溫度低于清亮點10度，低溫工作溫度必須高于凝固點20度以上響應(yīng)時間液晶旋轉(zhuǎn)黏度小、盒間距（d，3～5um之間）Δn選擇采用第一極小設(shè)計，提高響應(yīng)速度，Δn在0.08～0.1之間5.1液晶調(diào)配液晶調(diào)配的參數(shù)參數(shù)1Δn(光學(xué)各向異性ne-no)參數(shù)2Vth(閾值電壓)參數(shù)3手性劑添加量液晶調(diào)配體系TN型LCD：單瓶體系或多瓶體系STN型LCD:多瓶體系（通常四瓶體系）TN型TFT：單瓶體系五、液晶調(diào)配和使用注意事項多瓶體系四瓶體系液晶Δn和Vth兩兩相同例如：MLC14000/141000-000/100①②③④閾值電壓：①②基本相同，③④基本相同Δn:①③基本相同,②④基本相同四瓶體系液晶型號ΔnVth比例（未知數(shù)）①MLC14000-0000.12921.15a②MLC14000-1000.17001.1b③MLC14100-0000.12901.97c④MLC14100-1000.16971.95d0.1292a+0.17b+0.129c+0.1697d=目標(biāo)Δn1.15a+1.1b+1.97c+1.95d=目標(biāo)Vtha+b+c+d=1四個未知數(shù)，三組方程，有無數(shù)組解1/2（0.1292+0.129）(a+c)+1/2(0.17+0.1697)(b+d)=目標(biāo)Δn1/2(1.15+1.1)(a+b)+1/2(1.97+1.95)(c+d)=目標(biāo)Vtha+b+c+d=1取其中一組解目前我司四瓶調(diào)配詳解5.2液晶使用注意事項液晶需要密閉、避光保存液晶配制時，應(yīng)將所使用的容器及工具用丙酮清洗干凈液晶混合時不需高溫（<60℃）處理，若兩液體混合，常溫即可，但需攪拌均勻（1-2小時）灌液剩余的液晶需放在潔凈的氮氣柜中保存液晶的重復(fù)使用需要性能檢測合格，特別是電阻率Thanks!課后練習(xí)1.以下不符合液晶態(tài)物質(zhì)描述的是A.液晶是物質(zhì)的第四態(tài)B.液晶具有不易流動特性C.液晶具有介電各向異性D.液晶具有光學(xué)各向異性2.我們目前常用的TN型TFT液晶（未添加手性劑）屬于A.近晶A相B.膽甾相C.向列相D.近晶C相3.以下屬于向列相液晶的是A.未添加手性劑的STN用液晶B.鐵電液晶C.多穩(wěn)態(tài)液晶D.手性劑4.一般STN用液晶電阻率要求至少是A.108Ω.cm以上B.1010Ω.cm以上C.1013Ω.cm以上D.1015Ω.cm以上5.光學(xué)各向異性和介電各向異性隨著溫度的升高而不變B.增大C.減小6.液晶參數(shù)中對響應(yīng)時間影響最大的參數(shù)是A.介電常數(shù)B.清亮點C.電阻率D.黏度7.響應(yīng)時間隨著溫度的升高而A.增大B.減小C.不變8.以下不屬于液晶彈性常數(shù)的是A.展曲彈性常數(shù)B.扭曲彈性常數(shù)C.反扭曲彈性常數(shù)D.彎曲彈性常數(shù)9.我司目前常用的手性劑是A.S-811B.R-811C.CB15D.ZLI-378610.手性劑添加過多，超出d/p窗口，會導(dǎo)致()現(xiàn)象A.反扭曲B.條紋疇C.顯示麻點D.彩色亮點11.我司正常250度扭曲CSTN液晶顯示器需要添加多少手性劑？A.0.1%～0.15%B.0.2%～0.3%C.0.3%～0.4%D.由d/p值計算決定，一般范圍為0.7%～1%之間12.普通TN第一極小Δnd理論設(shè)計值為