液晶顯示材料及應(yīng)用

液晶顯示材料及應(yīng)用第一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶顯示材料基礎(chǔ)知識(shí)液晶知識(shí)涉及多學(xué)科，橫跨多個(gè)領(lǐng)域，業(yè)內(nèi)人士需要做的最多的就是對(duì)多個(gè)因素的優(yōu)化、再優(yōu)化，解決或緩解多因素之間的矛盾和沖突。作為液晶材料的開發(fā)，這一點(diǎn)就更為突出：包括相變范圍、介電、折光、驅(qū)動(dòng)電壓、驅(qū)動(dòng)路數(shù)、粘彈性、視角、能耗等方面在內(nèi)的十幾個(gè)參數(shù)需要調(diào)整和優(yōu)化，以求達(dá)到為顯示器提供整體性能優(yōu)越的液晶材料。第二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶顯示材料基本性能熱力學(xué)行為——相態(tài)和相變電學(xué)特性——容性、阻性光學(xué)特性——雙折射、光活性動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)范疇——粘彈性第三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶的相態(tài)和相變A、液晶的相態(tài)：——熱致液晶

a、介晶相概念

b、介晶相分類:SA，SB，SC，N，N*等B、液晶相態(tài)的特點(diǎn)：

a、有序程度：S=1/2<3COS2θ-1>，0.6~0.8;0.4;b、分子排列狀態(tài)

c、對(duì)液晶分子形狀的要求第四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶的相態(tài)和相變C、液晶的相變：

a、C—S（A、B、C……）；

b、S—N；

c、N—I；D、相態(tài)、相變的判別和測(cè)量：

a、觀察法——偏光熔點(diǎn)儀，通過其各相在偏光顯微鏡下的不同現(xiàn)象可以辨別相態(tài)和測(cè)量相變點(diǎn)，是快速檢測(cè)的手段。

b、熱分析法——DSC差熱分析，通過各相相互轉(zhuǎn)變時(shí)伴有能量得失——熱量的吸收和放出，用檢測(cè)裝置來測(cè)量相變點(diǎn)。是對(duì)液晶進(jìn)行分析的有利手段。第五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日顯示器件對(duì)材料相態(tài)相變要求普通TN的要求：

工作溫度范圍內(nèi)為向列相有一定的相穩(wěn)定性

STN器件的要求：

更寬的向列相范圍高低溫范圍內(nèi)須有較好的相穩(wěn)定性，即有序程度要較高

第六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶的容性和阻性容性特性介電性質(zhì)閾值、飽和電壓、陡度溫度依賴性頻率依賴性驅(qū)動(dòng)條件阻性特性耗電流、能耗靜電行為第七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶的容性特征介電特性

液晶是一種電介質(zhì)液晶的介電特性具有方向性——介電異性，它與分子極性相關(guān)。△ε=ε∥-ε⊥

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(dòng)提供了原動(dòng)力兩體系混合后介電常數(shù)可線性疊加

第八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶的容性特征閾值、飽和值和陡度

閾值與液晶介電常數(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(dòng)電壓選擇的基本依據(jù)，陡度是掃描行數(shù)設(shè)計(jì)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(shí)際測(cè)試確定

第九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶的容性特征介電的溫度依賴性

隨著溫度的上升，介電各向異性減小在遠(yuǎn)離清亮點(diǎn)的溫度下，介電各向異性隨溫度緩慢變小溫度升至清亮點(diǎn)以上時(shí)，介電各向異性消失寬溫產(chǎn)品應(yīng)考慮此因素

第十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶的容性特征介電的頻率依賴性

介電各向異性隨測(cè)試頻率的上升而降低介電各向異性當(dāng)測(cè)試頻率足夠高時(shí)，介電各向異性消失高DUTY驅(qū)動(dòng)時(shí)需考慮此因素第十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶介電常數(shù)的測(cè)量測(cè)試原理

根據(jù)介電常數(shù)的定義：C=εε0·C0，其中C0為真空電容，只要測(cè)得電介質(zhì)加入前后的電容值，即可得到電介質(zhì)的介電常數(shù)。測(cè)試條件的選擇

測(cè)試設(shè)備：電容測(cè)試儀、液晶盒驅(qū)動(dòng)條件：驅(qū)動(dòng)頻率的選擇是根據(jù)其頻率依賴性特點(diǎn)進(jìn)行的滿足液晶沿電場(chǎng)排列，近似的選取驅(qū)動(dòng)電壓液晶排列要求：ε∥——指向矢平行電場(chǎng)；ε⊥——指向矢垂直電場(chǎng)

溫度控制：25℃±2℃第十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日驅(qū)動(dòng)條件的選擇DUTY數(shù)確定根據(jù)液晶材料的陡度來估計(jì)它的適用掃描線數(shù)

Nmax=（（P2+1）/（P2-1））2BIAS的確定根據(jù)最佳偏壓比算法a=N1/2+1有效電壓的計(jì)算Von=(1-(a2-1)/N)1/2·V/aVoff=(1+(a2-4a+3)/N)1/2V/a實(shí)際驅(qū)動(dòng)條件的選擇需要考慮顯示器件的實(shí)際對(duì)比度、視角、工作溫度、響應(yīng)以及驅(qū)動(dòng)芯片負(fù)載能力等多方面因素第十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶的阻性特征液晶是高阻材料

液晶的電阻率非常高，一般都在1010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)的帶入而引起的液晶器件的能耗和電阻電流液晶器件的能耗來自電容和電阻，其中主要是電容液晶在電場(chǎng)作用中，可以形成電阻電流動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)時(shí)，隨頻率的上升，容性明顯增強(qiáng)，阻性相對(duì)減弱第十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶的阻性特征液晶電阻的測(cè)量

測(cè)量原理：Rx>>R0

測(cè)量設(shè)備：高阻儀、電導(dǎo)電極等；測(cè)量條件：溫度、濕度，測(cè)量電壓測(cè)量精度保證：屏蔽和接地情況UCBRxR0第十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶的阻性特征靜電行為

積累電荷無法從有效途徑消除掉，從而形成靜電場(chǎng)，導(dǎo)致顯示器無法正常顯示液晶材料純度過高，電阻率過高，使得積累電荷無法從液晶材料途徑消除避免方法液晶材料途徑：在保證能耗要求的情況下，適當(dāng)調(diào)整電阻性能器件途徑：設(shè)計(jì)旁路，引消除積累的靜電賀第十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶的阻性特征液晶保存和使用對(duì)液晶電阻率的影響

離子性雜質(zhì)的引入是降低液晶電阻率的主要因素極性雜質(zhì)也使液晶電阻率降低強(qiáng)烈的光照可以是液晶電阻率降低,UV光的破壞尤為強(qiáng)烈環(huán)境可以導(dǎo)致液晶尤其是低閾液晶的電阻率下降

盛裝容器的潔凈程度液晶使用過程中的接觸物品使用液晶環(huán)境的光照情況液晶所在環(huán)境的溫濕度情況成盒前的工序的潔凈程度第十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶的雙折射液晶的折射率

no、ne偏振光線偏振橢圓偏振相延遲和色散

第十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶的雙折射液晶的折射率

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(zhǎng)軸垂直，ne則平行光學(xué)各向異性定義為△n=ne-no

這一參數(shù)在STN設(shè)計(jì)中是極為關(guān)鍵的△n與介電常數(shù)、清亮點(diǎn)、有序程度等參數(shù)相關(guān)第十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶雙折射的測(cè)量測(cè)量原理

利用阿貝折射儀，在對(duì)液晶進(jìn)行排列處理后，用檢偏器件分別讀取兩個(gè)折射率。兩體系混合后的折射率可以疊加獲得。測(cè)量設(shè)備

阿貝折射儀、恒溫裝置、單色光源、檢偏器件測(cè)量條件

20℃±0.1℃；589nm納光光源；第二十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶的雙折射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(diǎn)時(shí)，各向異性急劇下降溫度高于清亮點(diǎn)時(shí)，各向異性消失這一因素對(duì)高溫工作的液晶器件有著非常大的影響第二十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶的雙折射折射率的頻率依賴性

隨著測(cè)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，不但需要需要補(bǔ)償膜，而且對(duì)液晶的這一性能要求也較為嚴(yán)格第二十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶的光活性手性物質(zhì)含有一個(gè)或多個(gè)手性C（不對(duì)稱C）的物質(zhì)，被稱為手性物質(zhì)。這個(gè)C周圍的四個(gè)基團(tuán)是兩兩不同的。旋光性

偏振光通過手性物質(zhì)時(shí)，其電矢量會(huì)出現(xiàn)一定程度的偏轉(zhuǎn)。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(shí)，在螺旋軸方向上距離稱為自然螺距。

HTP指定義為1/PC，是表征手性物質(zhì)扭曲能力的指標(biāo)。第二十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日偏振光基礎(chǔ)偏振光定義

電磁波為橫波自然光為電矢量各方向分布均勻液晶顯示本質(zhì)是對(duì)偏振光的調(diào)制線偏光

其偏振方向在時(shí)間和空間上為常數(shù)，即面對(duì)光線射來的方向，它的電矢量震動(dòng)在一平面內(nèi)。第二十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日偏振光基礎(chǔ)橢圓偏振光

橢圓偏振光電矢量的強(qiáng)度和振動(dòng)方向是時(shí)間和空間的函數(shù)，即隨著光的傳播其電矢量的強(qiáng)度和振動(dòng)方向是在變化的——如果其電矢量的軌跡在垂直光線傳播的平面內(nèi)的投影為橢圓，那么，稱其為橢圓偏振光。

橢圓偏振光可以分解為兩個(gè)電矢量垂直的線偏光，反之，亦可由線偏光合成第二十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶對(duì)光的相延遲和色散液晶對(duì)光具有雙折射效應(yīng)，使得o光和e光在液晶中傳播速度不同，從而導(dǎo)致在出射時(shí)二者相位不同因應(yīng)液晶的光學(xué)各向異性的不同，所產(chǎn)生的相位差不同影響相位差第二個(gè)因素為液晶層的厚度第三個(gè)有關(guān)的因素入射光的波長(zhǎng)，不同波段的光的透射光強(qiáng)有較大變化折射率隨光頻的變化導(dǎo)致色散，使STN顯示為有色顯示第二十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶的粘彈性粘度性能體積粘度旋轉(zhuǎn)粘度彈性性能

K11、K22、K33K33/K11、K22/K11第二十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶的粘度針對(duì)不同的運(yùn)動(dòng)方式，液晶有幾個(gè)粘度

η1—指向矢與流速方向以及流速梯度方向均垂直時(shí)的粘滯系數(shù)

η2—指向矢與流速方向平行時(shí)的粘滯系數(shù)——近似于體積粘度

η3—指向矢與流速方向垂直，但與速度梯度方向平行時(shí)的粘滯系數(shù)

γ—指向矢轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所引起的粘滯系數(shù)η2η1η3γ第二十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶的粘度粘度的本質(zhì)是分子間內(nèi)摩擦力

速度梯度為1時(shí)單位面積的內(nèi)摩擦力，分動(dòng)力學(xué)粘度、運(yùn)動(dòng)粘度體積粘度屬于動(dòng)力學(xué)范疇，單位為PaS或P；運(yùn)動(dòng)粘度單位m2/s。液晶有其自己的特點(diǎn)和限制，有一定極限

液晶的粘度與介電常數(shù)、清亮點(diǎn)、折射率有關(guān)粘度與溫度基本呈指數(shù)關(guān)系

γ∝SδexpB/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

第二十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日粘度影響響應(yīng)時(shí)間液晶器件的響應(yīng)時(shí)間與液晶的粘度相關(guān)

τ∝γd2，且開時(shí)間還與驅(qū)動(dòng)電壓和K有關(guān)；關(guān)時(shí)間與K相關(guān)顯示器的響應(yīng)時(shí)間仍需實(shí)驗(yàn)測(cè)試和評(píng)估，尤其在STN顯示器方面響應(yīng)時(shí)間與驅(qū)動(dòng)條件相關(guān)與驅(qū)動(dòng)頻率（小頻率）相關(guān)與掃描路數(shù)（DUTY）相關(guān)與驅(qū)動(dòng)波形相關(guān)與驅(qū)動(dòng)芯片的負(fù)載能力相關(guān)第三十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶的彈性性能三個(gè)彈性常數(shù)K11K22K33第三十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶的彈性性能彈性自由能

F=1/2[K11（▽?n）+K22（n?▽×n）+K33（n?▽n）]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)與K33/K11有關(guān)

K33/K11增大不利于響應(yīng)的改善第三十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日液晶材料的應(yīng)用領(lǐng)域普通TN、HTN型顯示器件無源矩陣顯示器件——STN有源矩陣顯示器件——TN、IPS、MVA多穩(wěn)態(tài)顯示