液晶显示材料的发展和应用

许海泉 毛玉龙

中电熊猫液晶显示科技有限公司

液晶显示材料的发展和应用

许海泉 毛玉龙

中电熊猫液晶显示科技有限公司

随着液晶化合物种类的不断增加，液晶化合物的结构与性能之间的关系逐渐为人们所认识。反过来，由性能-结构之间的关系又可以指导具有新型结构、具备特定功能的液晶分子的合成。我国液晶材料生产经过十多年的努力，从无到有，已逐步形成了相当规模的产业，由完全的进口转化为部分出口，年销售量达到20吨左右。因此，如何规避国外专利的陷阱，抢占核心技术的制高点，开发具有自主知识产权的新材料就显得尤为重要。鉴于此，本文主要分析液晶显示材料的发展和应用。

液晶显示材料；发展；应用

1、液晶显示的基本原理

1.1 液晶分子的光电效应

液晶分子大多由棒状或碟状分子形成，所以与分子长轴平行或垂直方向的物理特征会有所差异，这就是液晶分子结构的异方性。由于液晶分子结构的异方性，所以液晶分子在介电系数和光电系数等光电系数上都具有异方性。

1.2 偏振片透光原理

偏振片只允许偏振方向与它的偏振化方向平行的光透过，如果让两个偏振片的偏振化方向相互垂直，由于第一次出射光的偏振方向与第二个偏振片的偏振化方向垂直，光不能通过第二个偏振片。把液晶放在两个偏振片之间，在向列型液晶中，棒状分子的排列是彼此平行的。如果上下两玻璃棒定向是彼此垂直的，液晶分子将采取逐渐过渡的方式被扭转成螺旋状。如果有光线进入，通过第一个偏振片后，将被液晶分子逐渐改变偏振方向。由于光线沿着分子排列的方向传播，光线最终将从另一端射出。如果两玻璃板之间加上电压，分子排列方向将与电场方向平行，光线由于不能扭转将不会通过第二个极板。液晶显示器就是利用这一特性，在上下两片栅栏相互垂直的偏光板之间充满液晶，利用电场控制液晶的转动，不同的电场大小就会形成不同的灰阶亮度。而对于TN型液晶、STN型液晶以及TFT型液晶，各自的显示原理又不尽相同。

2、液晶显示器分类

2.1 按照液晶面板的驱动方式区分

包括被动矩阵式面板和主动式面板：被动矩阵式显示面板上的每一行或列都有一个独立的电路，每一个像素的位置也要一个行和列同时指定，因为每一个像素也要在更新前记着各自的状态，此时每个像素也是没有稳定的电荷供应。当像数增加时，相对的行和列数目也会增加，这种显示方式变得更难使用，以被动数组所制造的液晶显示屏特性为非常慢的反应时间及低对比度。

2.2 按照背光源的不同区分

①CCFL（冷阴极荧光灯管）的优势是色彩表现好，不足在于功耗较高。②LED的优势是体积小、功耗低，因此用LED作为背光源，可以在兼顾轻薄的同时达到较高的亮度。其不足主要是色彩表现比CCFL差，所以专业绘图LCD大都仍采用传统的CCFL作为背光光源。

2.3 按照透射反射模式区分

①透射式液晶显示器，在显示屏幕背后的放置光源照亮，观看者可在屏幕的另一侧观察。该类LCD多用于需高亮度显示的应用中，通常的计算机显示器、PDA还有手机中均有使用。②反射式液晶显示器，常用于电子钟表和计算器中，利用后侧的散射的反射面将外部的光反射回来照亮屏幕。这种类型的液晶显示屏具有较高的对比度，因为光线要经过液晶两次，所以被削减了两次。由于没有使用照明设备而明显降低了功耗，因此电池的使用寿命更久。③半穿透半反射式液晶显示器，既可以当作透射型使用，也可以用于作反射型显示使用。当外部光线很强的时候，该液晶显示器按照反射式工作，而当外部光线不足时，又能用作透射式显示器使用。

3、液晶显示材料的发展和应用

3.1 TN—LCD用液晶材料

TN型液晶材料的发展起源于1968年，当时美国公布了动态散射液晶显示(DSM—LCD)技术。但由于提供的液晶材料的结构不稳定性，使它们作为显示材料的使用受到极大的限制。1971年扭曲向列相液晶显示器(TN—LCD)问世后，介电各向异性为正的TN液晶材料便很快开发出来；特别是1974年相对结构稳定的联苯腈系列液晶材料由Gray等合成出来后，满足了当时电子手表、计算器和仪表显示屏等LCD器件的性能要求，从而真正形成了TN—LCD产业时代。TN—LCD用液晶材料，主要为酯类、联苯类、苯基环己烷类和二氧六环类液晶化合物。特别是酯类液晶，它是配制TN—LCD用液晶材料的主要成分。

3.2 STN—LCD用液晶材料

自1984年发明了超扭曲向列相液晶显示器(STN—LCD)以来，由于它的显示容量扩大，电光特性曲线变陡，对比度提高，要求所使用的向列相液晶材料电光性能更好，到80年代末就形成了STN—LCD产业，其代表产品有移动电话、电子笔记本、便携式微机终端。对于STN—LCD用液晶材料，主要是由乙烷类、嘧啶类和端烯类液晶化合物混配成的液晶材料，具有低黏度(η)，大K33/K11(K33为展曲弹性常数，K11为扭曲弹性常数)等特点。

3.3 TFT—LCD用液晶材料

随着薄膜晶体管(ThinFilmTransistor，TFT)阵列驱动液晶显示(TFT—LCD)技术的飞速发展，近年来TFT—LCD不仅占据了便携式笔记本电脑等高档显示器市场，而且随着制造工艺的完善和成本的降低，目前已向台式显示器发起挑战。由于采用薄膜晶体管阵列直接驱动液晶分子，消除了交叉失真效应，因而显示信息容量大；配合使用低黏度的液晶材料，响应速度极大提高，能够满足视频图像显示的需要。因此，TFT—LCD较之TN型、STN型液晶显示有了质的飞跃，成为21世纪最有发展前途的显示技术之一。

总之，液晶显示器自从诞生以来，经历了蓬勃的发展过程。由于其具有低电压、低功耗、易彩色化、辐射低、被动显示等特点，深受市场的青睐。

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