許海泉 毛玉龍

中電熊貓液晶顯示科技有限公司

液晶顯示材料的發(fā)展和應(yīng)用

許海泉 毛玉龍

中電熊貓液晶顯示科技有限公司

隨著液晶化合物種類的不斷增加，液晶化合物的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系逐漸為人們所認(rèn)識。反過來，由性能-結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系又可以指導(dǎo)具有新型結(jié)構(gòu)、具備特定功能的液晶分子的合成。我國液晶材料生產(chǎn)經(jīng)過十多年的努力，從無到有，已逐步形成了相當(dāng)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，由完全的進口轉(zhuǎn)化為部分出口，年銷售量達(dá)到20噸左右。因此，如何規(guī)避國外專利的陷阱，搶占核心技術(shù)的制高點，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新材料就顯得尤為重要。鑒于此，本文主要分析液晶顯示材料的發(fā)展和應(yīng)用。

液晶顯示材料；發(fā)展；應(yīng)用

1、液晶顯示的基本原理

1.1 液晶分子的光電效應(yīng)

液晶分子大多由棒狀或碟狀分子形成，所以與分子長軸平行或垂直方向的物理特征會有所差異，這就是液晶分子結(jié)構(gòu)的異方性。由于液晶分子結(jié)構(gòu)的異方性，所以液晶分子在介電系數(shù)和光電系數(shù)等光電系數(shù)上都具有異方性。

1.2 偏振片透光原理

偏振片只允許偏振方向與它的偏振化方向平行的光透過，如果讓兩個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與第二個偏振片的偏振化方向垂直，光不能通過第二個偏振片。把液晶放在兩個偏振片之間，在向列型液晶中，棒狀分子的排列是彼此平行的。如果上下兩玻璃棒定向是彼此垂直的，液晶分子將采取逐漸過渡的方式被扭轉(zhuǎn)成螺旋狀。如果有光線進入，通過第一個偏振片后，將被液晶分子逐漸改變偏振方向。由于光線沿著分子排列的方向傳播，光線最終將從另一端射出。如果兩玻璃板之間加上電壓，分子排列方向?qū)⑴c電場方向平行，光線由于不能扭轉(zhuǎn)將不會通過第二個極板。液晶顯示器就是利用這一特性，在上下兩片柵欄相互垂直的偏光板之間充滿液晶，利用電場控制液晶的轉(zhuǎn)動，不同的電場大小就會形成不同的灰階亮度。而對于TN型液晶、STN型液晶以及TFT型液晶，各自的顯示原理又不盡相同。

2、液晶顯示器分類

2.1 按照液晶面板的驅(qū)動方式區(qū)分

包括被動矩陣式面板和主動式面板：被動矩陣式顯示面板上的每一行或列都有一個獨立的電路，每一個像素的位置也要一個行和列同時指定，因為每一個像素也要在更新前記著各自的狀態(tài)，此時每個像素也是沒有穩(wěn)定的電荷供應(yīng)。當(dāng)像數(shù)增加時，相對的行和列數(shù)目也會增加，這種顯示方式變得更難使用，以被動數(shù)組所制造的液晶顯示屏特性為非常慢的反應(yīng)時間及低對比度。

2.2 按照背光源的不同區(qū)分

①CCFL（冷陰極熒光燈管）的優(yōu)勢是色彩表現(xiàn)好，不足在于功耗較高。②LED的優(yōu)勢是體積小、功耗低，因此用LED作為背光源，可以在兼顧輕薄的同時達(dá)到較高的亮度。其不足主要是色彩表現(xiàn)比CCFL差，所以專業(yè)繪圖LCD大都仍采用傳統(tǒng)的CCFL作為背光光源。

2.3 按照透射反射模式區(qū)分

①透射式液晶顯示器，在顯示屏幕背后的放置光源照亮，觀看者可在屏幕的另一側(cè)觀察。該類LCD多用于需高亮度顯示的應(yīng)用中，通常的計算機顯示器、PDA還有手機中均有使用。②反射式液晶顯示器，常用于電子鐘表和計算器中，利用后側(cè)的散射的反射面將外部的光反射回來照亮屏幕。這種類型的液晶顯示屏具有較高的對比度，因為光線要經(jīng)過液晶兩次，所以被削減了兩次。由于沒有使用照明設(shè)備而明顯降低了功耗，因此電池的使用壽命更久。③半穿透半反射式液晶顯示器，既可以當(dāng)作透射型使用，也可以用于作反射型顯示使用。當(dāng)外部光線很強的時候，該液晶顯示器按照反射式工作，而當(dāng)外部光線不足時，又能用作透射式顯示器使用。

3、液晶顯示材料的發(fā)展和應(yīng)用

3.1 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)苯腈系列液晶材料由Gray等合成出來后，滿足了當(dāng)時電子手表、計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)時代。TN—LCD用液晶材料，主要為酯類、聯(lián)苯類、苯基環(huán)己烷類和二氧六環(huán)類液晶化合物。特別是酯類液晶，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)，其代表產(chǎn)品有移動電話、電子筆記本、便攜式微機終端。對于STN—LCD用液晶材料，主要是由乙烷類、嘧啶類和端烯類液晶化合物混配成的液晶材料，具有低黏度(η)，大K33/K11(K33為展曲彈性常數(shù)，K11為扭曲彈性常數(shù))等特點。

3.3 TFT—LCD用液晶材料

隨著薄膜晶體管(ThinFilmTransistor，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；配合使用低黏度的液晶材料，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。

總之，液晶顯示器自從誕生以來，經(jīng)歷了蓬勃的發(fā)展過程。由于其具有低電壓、低功耗、易彩色化、輻射低、被動顯示等特點，深受市場的青睞。

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