液晶的显示材料

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1、液晶显示材料及应用基本知识和简单原理液晶显示材料基础知识 液晶知识涉及多学科，横跨多个领域， 业内人士需要做的最多的就是对多个因 素的优化、再优化，解决或缓解多因素 之间的矛盾和冲突。作为液晶材料的开 发，这一点就更为突出：包括相变范围 、介电、折光、驱动电压、驱动路数、 粘弹性、视角、能耗等方面在内的十几 个参数需要调整和优化，以求达到为显 示器提供整体性能优越的液晶材料。液晶显示材料基本性能 热力学行为相态和相变 电学特性容性、阻性 光学特性双折射、光活性 动力学、运动学范畴粘弹性液晶的相态和相变A、液晶的相态：热致液晶a、介晶相概念b、介晶相分类:SA，SB，SC，N，N*等 B、液晶相

2、态的特点：a、有序程度： S=1/2，0.60.8; 0.4;b、分子排列状态c、对液晶分子形状的要求液晶的相态和相变C、液晶的相变：a、CS（A、B、C）；b、SN；c、NI； D、相态、相变的判别和测量：a、观察法偏光熔点仪，通过其各相在偏光显微镜下的 不同现象可以辨别相态和测量相变点，是快速检测的手段。b、热分析法DSC差热分析，通过各相相互转变时伴有 能量得失热量的吸收和放出，用检测装置来测量相变点。 是对液晶进行分析的有利手段。显示器件对材料相态相变要求 普通TN的要求：工作温度范围内为向列相有一定的相稳定性 STN器件的要求：更宽的向列相范围高低温范围内须有较好的相稳定性，即 有序

3、程度要较高液晶的容性和阻性 容性特性介电性质阈值、饱和电压、陡度温度依赖性频率依赖性驱动条件 阻性特性耗电流、能耗静电行为液晶的容性特征 介电特性液晶是一种电介质液晶的介电特性具有方向性介电异性 ，它与分子极性相关。=-介电特性是液晶的本质特征，是所有其他 性能的基础介电特性为驱动提供了原动力两体系混合后介电常数可线性叠加液晶的容性特征 阈值、饱和值和陡度阈值与液晶介电常数相关 Vth=（K/0）1/2陡度与K33/K11以及/ 相关阈值电压、饱和电压是驱动电压选择的基 本依据，陡度是扫描行数设计的依据。 两体系混合后阈值电压和陡度并非线性叠加 ，而须实际测试确定 液晶的容性特征 介电的温度依

4、赖性随着温度的上升，介电 各向异性减小在远离清亮点的温度下 ，介电各向异性随温 度缓慢变小温度升至清亮点以上时 ，介电各向异性消失宽温产品应考虑此因 素液晶的容性特征 介电的频率依赖性介电各向异性随测 试频率的上升而降 低介电各向异性当测试频率足够高 时，介电各向异性 消失高DUTY驱动时需考 虑此因素液晶介电常数的测量 测试原理根据介电常数的定义：C=0C0 ，其中C0为真空电容，只要测 得电介质加入前后的电容值，即可得到电介质的介电常数。 测试条件的选择测试设备：电容测试仪、液晶盒驱动条件：驱动频率的选择是根据其频率依赖性特点进行的 满足液晶沿电场排列，近似的选取驱动电压液晶排列要求：指向

5、矢平行电场；指向矢垂直电 场温度控制：252 驱动条件的选择 DUTY数确定 根据液晶材料的陡度来估计它的适用扫描线数Nmax=（P2+1）/（P2-1）2 BIAS的确定 根据最佳偏压比算法 a=N1/2+1 有效电压的计算 Von=(1-(a2-1)/N)1/2V/a Voff=(1+(a2-4a+3)/N)1/2 V/a 实际驱动条件的选择需要考虑显示器件 的实际对比度、视角、工作温度、响应 以及驱动芯片负载能力等多方面因素液晶的阻性特征 液晶是高阻材料液晶的电阻率非常高，一般都在1010欧姆厘米以上。液晶的电阻特性是材料本身决定的，它和介电常数、阈值电压 有一定联系一般认为，液晶的阻性

6、电流是杂质的带入而引起的 液晶器件的能耗和电阻电流液晶器件的能耗来自电容和电阻，其中主要是电容液晶在电场作用中，可以形成电阻电流动态驱动时，随频率的上升，容性明显增强，阻性相对减弱液晶的阻性特征 液晶电阻的测量测量原理：RxR0测量设备：高阻仪、电导电极等；测量条件：温度、湿度，测量电压测量精度保证：屏蔽和接地情况UCBRxR0液晶的阻性特征 静电行为积累电荷无法从有效途径消除掉，从而形成静电场，导致显示 器无法正常显示液晶材料纯度过高，电阻率过高，使得积累电荷无法从液晶材 料途径消除 避免方法液晶材料途径：在保证能耗要求的情况下，适当调整电阻性能器件途径：设计旁路，引消除积累的静电贺液晶的阻

7、性特征 液晶保存和使用对液晶电阻率的影响离子性杂质的引入是降低液晶电阻率的主要因素极性杂质也使液晶电阻率降低强烈的光照可以是液晶电阻率降低,UV光的破坏尤 为强烈环境可以导致液晶尤其是低阈液晶的电阻率下降盛装容器的洁净程度液晶使用过程中的接触物品使用液晶环境的光照情况液晶所在环境的温湿度情况成盒前的工序的洁净程度液晶的双折射 液晶的折射率no、ne 偏振光线偏振椭圆偏振 相延迟和色散液晶的双折射 液晶的折射率液晶具有双折射这一晶体特 性no为寻常光折射率，其偏振 方向与分子长轴垂直，ne 则平行光学各向异性定义为n=ne-no 这一参数在STN设计中是极 为关键的n与介电常数、清亮点、有 序程

8、度等参数相关液晶双折射的测量 测量原理利用阿贝折射仪，在对液晶进行排列处理后，用检偏器件分 别读取两个折射率。两体系混合后的折射率可以叠加获得。 测量设备阿贝折射仪、恒温装置、单色光源、检偏器件 测量条件20 0.1 ；589nm纳光光源；液晶的双折射 折射率的温度依赖 性折射率随温度的升高而降 低折射率各向异性也随温度 上升而降低温度接近清亮点时，各向 异性急剧下降温度高于清亮点时，各向 异性消失这一因素对高温工作的液 晶器件有着非常大的影响液晶的双折射 折射率的频率依赖 性随着测试光源的频率的变 化，液晶的折射率也发生 变化频率升高，折射率增大在可见光波段内，折射率 的变化足以影响显示器件

9、 的色度在C-STN中，不但需要需要 补偿膜，而且对液晶的这 一性能要求也较为严格液晶的光活性 手性物质含有一个或多个手性C（不对称C）的物质，被称为手性物质 。这个C周围的四个基团是两两不同的。 旋光性偏振光通过手性物质时，其电矢量会出现一定程度的偏转。 螺距和HTP值在胆甾相中，液晶分子是呈螺旋状排列的，当指向矢旋转360度 时，在螺旋轴方向上距离称为自然螺距。HTP指定义为1/PC，是表征手性物质扭曲能力的指标。偏振光基础 偏振光定义电磁波为横波自然光为电矢量各方向分 布均匀液晶显示本质是对偏振光 的调制 线偏光其偏振方向在时间和空间 上为常数，即面对光线射 来的方向，它的电矢量震 动在

10、一平面内。偏振光基础 椭圆偏振光椭圆偏振光电矢量的强度 和振动方向是时间和空间 的函数，即随着光的传播 其电矢量的强度和振动方 向是在变化的如果其 电矢量的轨迹在垂直光线 传播的平面内的投影为椭 圆，那么，称其为椭圆偏 振光。椭圆偏振光可以分解为两 个电矢量垂直的线偏光， 反之，亦可由线偏光合成液晶对光的相延迟和色散液晶对光具有双折射效应 ，使得o光和e光在液晶中 传播速度不同，从而导致 在出射时二者相位不同 因应液晶的光学各向异性 的不同，所产生的相位差 不同 影响相位差第二个因素为 液晶层的厚度 第三个有关的因素入射光 的波长，不同波段的光的 透射光强有较大变化 折射率随光频的变化导致 色

11、散，使STN显示为有色 显示液晶的粘弹性 粘度性能体积粘度旋转粘度 弹性性能K11、K22、K33K33/K11、K22/K11液晶的粘度 针对不同的运动方式，液晶有几个粘度1指向矢与流速方向以及流速梯度方向均垂直时的粘滞系数2指向矢与流速方向平行时的粘滞系数近似于体积粘度3指向矢与流速方向垂直，但与速度梯度方向平行时的粘滞 系数指向矢转动时所引起的粘滞系数213液晶的粘度 粘度的本质是分子间内摩擦力速度梯度为1时单位面积的内摩擦力，分动力学粘度、运动粘 度体积粘度属于动力学范畴，单位为PaS或P；运动粘度单位m2/s 。液晶有其自己的特点和限制，有一定极限 液晶的粘度与介电常数、清亮点、折射

12、率有关 粘度与温度基本呈指数关系 S expB/T, 温度上升，粘度降低；温度下降，粘度增加 两体系混合后的粘度并非线性叠加粘度影响响应时间 液晶器件的响应时间与液晶的粘度相关 d2，且 开时间还与驱动电压和K有关；关时间与K相 关显示器的响应时间仍需实验测试和评估，尤其在STN显示器方 面 响应时间与驱动条件相关与驱动频率（小频率）相关与扫描路数（DUTY）相关与驱动波形相关与驱动芯片的负载能力相关液晶的弹性性能 三个弹性常数K11K22K33液晶的弹性性能 弹性自由能F=1/2K11（n）+K22（nn）+K33（nn ） STN陡度与K33 /K11、 K22 /K11有关K33 /K1

13、1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响应与K33 /K11有关K33 /K11增大不利于响应的改善液晶材料的应用领域 普通TN、HTN型显示器件 无源矩阵显示器件STN 有源矩阵显示器件TN、IPS、MVA 多稳态显示器件 宾主型液晶显示器件 PDLC液晶显示器件 其他应用领域STN显示器对液晶性能的选择 驱动条件DUTY？BIAS？Vop？Vth，Vsat，P 响应要求响应时间粘度、Gap、 n 色度要求黄、绿 nd/，偏光片角度STN显示器对液晶性能的选择 成盒要求扭曲角 240/180；预倾角5-6 ；d/p (/2-0.25， /2+0.25 ）;p=1/htp c 工作温度范围高低温光电曲线最基本条件是向列相范围；底色、对比度、 驱动电压、响应等随温度的变化在要求范围内 能耗及稳定性要求功耗电流介电常数、电阻率、对UV的稳定性稳定性对光（UV）、对高温、对低温等；STN液晶材料使用的注意事项 可按线性关系调整折射率、介电常数 需按实际测试结果调整驱动电压 需按实际测试结果调整工作温度范围 液晶混合时不需高温（60）处理，若两液 体混合，常温即可，但需搅拌均匀（1-2小时 ） 混合、盛装、运输、灌注的容器需保持洁净 ，重复使用时需要清洗干净 液晶的重复使用需要性能检测合格，否则慎 用