液晶材料的發(fā)展綜述

液晶是處于固態(tài)和液態(tài)之間具有一定有序性的有機(jī)物質(zhì)，具有光電動態(tài)散射特性;它有多種液晶相態(tài)，例如膽甾相，各種近晶相，向列相等。根據(jù)其材料性質(zhì)不同，各種相態(tài)的液晶材料大都已開發(fā)用于平板顯示器件中，現(xiàn)已開發(fā)的有各種向列相液晶、聚合物分散液晶、雙(多)穩(wěn)態(tài)液晶、鐵電液晶和反鐵電液晶顯示器等，其中開發(fā)最成功的、市場占有量最大、發(fā)展最快的是向列相液晶顯示器。 顯示用液晶材料是由多種小分子有機(jī)化合物組成的，這些小分子的主要結(jié)構(gòu)特征是棒狀分子結(jié)構(gòu)。隨著LCD的迅速發(fā)展，人們對開發(fā)和研究液晶材料的興趣越來越大。

　　1、TN-LCD用液晶材料

　　TN型液晶材料的發(fā)展起源于1968年，當(dāng)時(shí)美國公布了動態(tài)散射液晶顯示(DSM-LCD)技術(shù)。但由于提供的液晶材料的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性，使它們作為顯示材料的使用受到極大的限制。1971年扭曲向列相液晶顯示器(TN-LCD)問世后，介電各向異性為正的TN型液晶材料便很快開發(fā)出來;特別是1974年相對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的聯(lián)苯睛系列液晶材料由G.W.Gray等合成出來后，滿足了當(dāng)時(shí)電子手表、計(jì)算器和儀表顯示屏等LCD器件的性能要求，從而真正形成了TN-LCD產(chǎn)業(yè)時(shí)代。

　　LCD用的TN液晶材料已發(fā)展了很多種類。這些液晶化合物的結(jié)構(gòu)都很穩(wěn)定，向列相溫度范圍較寬，相對粘度較低。不僅可以滿足混合液晶的高清亮點(diǎn)、低粘度在20~30mPa•S(20℃)及△n≈0.15的要求，而且能保證體系具有良好的低溫性能。含聯(lián)苯環(huán)類液晶化合物的△n值較大，是改善液晶陡度的有效成分。嘧啶類化合物的K33/K11值較小，只有0.60左右，在TN-LCD和STN-LCD液晶材料配方中，經(jīng)常用它們來調(diào)節(jié)溫度序數(shù)和△n值。而二氧六環(huán)類液晶化合物是調(diào)節(jié)“多路驅(qū)動”性能的必需成分。

　　2、STN-LCD用液晶材料

　　自1984年發(fā)明了超扭曲向列相液晶顯示器(STN-LCD)以來，由于它的顯示容量擴(kuò)大，電光特性曲線變陡，對比度提高，要求所使用的向列相液晶材料電光性能更好，到80年代末就形成了STN- LCD產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)品主要應(yīng)用在BP機(jī)、移動電話和筆記本電腦、便攜式微機(jī)終端上。

　　STN-LCD用混晶材料一般具有下述性能：低粘度;大K33/K11值;△n和Vth(閾值電壓)可調(diào);清亮點(diǎn)高于工作溫度上限30℃以上?；炀Р牧系恼{(diào)制往往采用“四瓶體系”。這種調(diào)制方法能夠獨(dú)立地改變閾值電壓和雙折射，而不會明顯地改變液晶的其他特性。

　　STN-LCD用液晶化合物主要有二苯乙炔類、乙基橋鍵類和鏈烯基類液晶化合物。二苯乙炔類化合物：把STN-LCD的響應(yīng)速度從300ms提高到120~130ms，使STN-LCD性能得到大幅度的改善，從而在當(dāng)今的STN-LCD中使用較多，現(xiàn)行STN-LCD用液晶材料中約有70%的配方中含有二苯乙炔類化合物。乙基橋鍵類液晶：與相應(yīng)的其他類液晶比較，這類液晶的粘度、△n值都比較低;相應(yīng)化合物的相變溫度范圍和熔點(diǎn)相對較低，是調(diào)節(jié)低溫TN和STN混合液晶材料低溫性能的重要組分。鏈烯基類液晶：由于STN-LCD要求具有陡閾值特性，為此，只有增加液晶材料的彈性常數(shù)比值K33/K11才能達(dá)到目的。烯端基類液晶化合物具有異常大的彈性常數(shù)比值K33/K11，用于STN-LCD中，得到非常滿意的結(jié)果。

　　近年來，STN顯示器在對比度、視角與響應(yīng)時(shí)間上都有顯著的進(jìn)步。由于TFT-LCD的沖擊，STN-LCD逐漸在筆記本電腦和液晶電視等領(lǐng)域失去了市場。鑒于成本的因素，TFT-LCD將不可能完全代替STN-LCD原有的在移動通訊和游戲機(jī)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

3、TFT-LCD用液晶材料

　　隨著薄膜晶體管TFT陣列驅(qū)動液晶顯示(TFT LCD)技術(shù)的飛速發(fā)展，近年來TFT LCD不僅占據(jù)了便攜式筆記本電腦等高檔顯示器市場，而且隨著制造工藝的完善和成本的降低，目前已向臺式顯示器發(fā)起挑戰(zhàn)。由于采用薄膜晶體管陣列直接驅(qū)動液晶分子，消除了交叉失真效應(yīng)，因而顯示信息容量大;配合使用低粘度的液晶材料，響應(yīng)速度極大提高，能夠滿足視頻圖像顯示的需要。因此，TFT LCD較之TN型、STN型液晶顯示有了質(zhì)的飛躍，成為21世紀(jì)最有發(fā)展前途的顯示技術(shù)之一。

　　與TN、STN的材料相比，TFT對材料性能要求更高、更嚴(yán)格。要求混合液晶具有良好的光、熱、化學(xué)穩(wěn)定性，高的電荷保持率和高的電阻率。還要求混合液晶具有低粘度、高穩(wěn)定性、適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)各相異性和閾值電壓。TFT LCD用液晶材料的特點(diǎn)：

　　TFT LCD同樣利用TN型電光效應(yīng)原理，但是TFT LCD用液晶材料與傳統(tǒng)液晶材料有所不同。除了要求具備良好的物化穩(wěn)定性、較寬的工作溫度范圍之外，TFT LCD用液晶材料還須具備以下特性：

　　(1)低粘度，20℃時(shí)粘度應(yīng)小于35mPa•s，以滿足快速響應(yīng)的需要;