推荐液晶材料基本知识

1、1液晶材料基本知识液晶材料基本知识introduction of liquid crystal materials石家庄永生华清液晶有限公司石家庄永生华清液晶有限公司shijiazhuang yongshenghuatsing liquid crystal co. ltd2（一）液晶材料（一）液晶材料liquid crystal materials3第一个液晶材料第一个液晶材料4乳白色液体既具有液体一样的流动性和连续性，又具有晶体乳白色液体既具有液体一样的流动性和连续性，又具有晶体一样的各向异性，即物体内分子有一定程度的有序排列，与一样的各向异性，即物体内分子有一定程度的有序排列，与传统的固体

2、，液体概念不同，这样的有序流体定义为液晶传统的固体，液体概念不同，这样的有序流体定义为液晶 液晶（液晶（liquid crystal）的定义）的定义n晶 体 液 晶 各向同性液体t5液晶的分类液晶的分类溶致液晶：是指一些有机化合物或高分子化合物如卵磷脂，溶致液晶：是指一些有机化合物或高分子化合物如卵磷脂，表面活性剂，溶于溶剂中，在一定浓度下能具有液晶的物理表面活性剂，溶于溶剂中，在一定浓度下能具有液晶的物理特征。最常见的溶致液晶由水和双亲分子组成。特征。最常见的溶致液晶由水和双亲分子组成。热致液晶：是指某一种物质在加热过程中，当固体熔化后，热致液晶：是指某一种物质在加热过程中，当固体熔化后，在

3、一定温度范围内，分子还存在一定程度的有序排列。通常在一定温度范围内，分子还存在一定程度的有序排列。通常所说的液晶显示都是利用热致液晶的物理各向异性。所说的液晶显示都是利用热致液晶的物理各向异性。6热致液晶的分类（热致液晶的分类（i: 形状）形状）a、棒状（、棒状（rod like）b、碗状（、碗状（bowlic）c、碟状（、碟状（disc like）d、香蕉状状（、香蕉状状（banana）7热致液晶的分类（热致液晶的分类（ i i : 相态相态）近晶相（近晶相（smectic）：）：分子在二维空间有序排列，分分子在二维空间有序排列，分子排列成层，层内分子长轴相互平行。铁电液晶显示子排列成层，层

4、内分子长轴相互平行。铁电液晶显示和反铁电液晶显示选用了近晶相液晶材料。和反铁电液晶显示选用了近晶相液晶材料。胆甾相（胆甾相（cholesteric）：）：分子呈层状排列，分子长分子呈层状排列，分子长轴与基面平行，在层与层之间分子长轴指向矢扭转轴与基面平行，在层与层之间分子长轴指向矢扭转一个角度，使层与层之间排列呈螺旋状。双稳态和一个角度，使层与层之间排列呈螺旋状。双稳态和多稳态液晶显示选用的就是这种液晶。多稳态液晶显示选用的就是这种液晶。 向列相（向列相（nematic）：）：分子沿分子长轴方向成一维有分子沿分子长轴方向成一维有序排列。序排列。tn、stn、tft等显示器所用的材料都是等显示器

5、所用的材料都是向列相液晶。向列相液晶。 81880s:发现热致液晶发现热致液晶 19201960: 液晶性质研究液晶性质研究1960 1980 : 应用研究，包括（应用研究，包括（1）ds、gh、ecb显示器显示器 件；（件；（2）tn显示模式的创立；（显示模式的创立；（3）手）手 表表、 计算器等稳定的液晶材料的制备计算器等稳定的液晶材料的制备1980s: stn, flc, am（tft）-lcd 1990s: 高成品率的生产线的建立：手机、高成品率的生产线的建立：手机、pc、桌面电脑等、桌面电脑等2000s: tv; 彩屏手机彩屏手机; 投影投影tv; 其它各种新的应用等其它各种新的应用

6、等向列相液晶是液晶显示（向列相液晶是液晶显示（lcd）行业应用最广泛的液晶材料）行业应用最广泛的液晶材料！9(1) 苄叉类液晶（苄叉类液晶（19681968年）推动了动态散射和扭曲显示的发明年）推动了动态散射和扭曲显示的发明ch3och=nc4h9470220c n ic4h9ch=nc2h5oc n i370800mbbaebba两者混合可配成向列相温度范围在两者混合可配成向列相温度范围在-10550c的室温液晶材料，最早的动的室温液晶材料，最早的动态散射显示模式（态散射显示模式（ds）用液晶材料，其）用液晶材料，其n=n=0.27很适合动态散射显示很适合动态散射显示 750460c n i

7、ch=nc5h11cn在其中加入少量正性苄叉液晶：在其中加入少量正性苄叉液晶： 可配成正性混合液晶，这就是最早的可配成正性混合液晶，这就是最早的tn显示用的材料显示用的材料 10(2) 联苯类液晶（联苯类液晶（19711971年）推动扭曲显示（年）推动扭曲显示（tntnlcdlcd）的产业化）的产业化cnh2n+1cn205n phase transition (oc)d dh1 k 109 i5.42 k 75 i4.13 k 66 n (25.5) i 6.44 k 48 n (16.5) i5.55 k 24 n 35.3 i4.16 k 14.5 n 29 i5.87 k 30 n 4

8、2.8 i6.28 k 21.5 sa 33.5 n 40.5 i6.89 k 42 sa 48 n 49.5 i9.6cb类类cb类液晶材料没有易分解的桥链，稳定性好，粘度较小，阈值也较低，制类液晶材料没有易分解的桥链，稳定性好，粘度较小，阈值也较低，制作显示器可采用有机封装和有机取向材料，使作显示器可采用有机封装和有机取向材料，使tn-lcd能集成化生产，产品能集成化生产，产品成本大幅度降低，推动成本大幅度降低，推动lcd制造业的产业化进程制造业的产业化进程 11(3) 多种液晶材料的出现（多种液晶材料的出现（ 7070年代中期至年代中期至8080年代初期年代初期 ）推动）推动 超扭曲液晶

9、显示（超扭曲液晶显示（stnstnlcdlcd）的产业化）的产业化苯基环已烷类、双环已烷类、乙烷类、乙炔类、端烯类等材料的研制成功，苯基环已烷类、双环已烷类、乙烷类、乙炔类、端烯类等材料的研制成功，对改善混合液晶的物理性质如阈值、粘度、相变温度范围，对改善混合液晶的物理性质如阈值、粘度、相变温度范围，nn、陡度等起、陡度等起了重要的作用，也为第二代了重要的作用，也为第二代lcdlcd：stn-lcdstn-lcd的出现，提供了必要的材料。的出现，提供了必要的材料。 (4) 含氟液晶材料（含氟液晶材料（ 8080年代年代 ）推动）推动tfttftlcdlcd的发展的发展7070年代初就已作出了年

10、代初就已作出了tft-lcdtft-lcd的原型样机，但不可能成为产品，这是因为当的原型样机，但不可能成为产品，这是因为当时液晶材料做不到高电阻率、高电压保持率和高稳定性。时液晶材料做不到高电阻率、高电压保持率和高稳定性。19821982年出现了高纯年出现了高纯度含氟液晶，这个问题才得到解决，度含氟液晶，这个问题才得到解决，tft-lcdtft-lcd技术才逐渐走向成熟。技术才逐渐走向成熟。12(1) 向列相液晶基本特征向列相液晶基本特征分子为棒状，一般长宽比大于分子为棒状，一般长宽比大于5 5：1 1，分子要有一定的刚性，分子间短程相互，分子要有一定的刚性，分子间短程相互作用微弱，分子不排列

11、成层作用微弱，分子不排列成层(2) 正性液晶和负性液晶正性液晶和负性液晶正性液晶：当吸电子基团在棒状母体顶端正性液晶：当吸电子基团在棒状母体顶端, ,液晶分子的偶极矩与分子长轴方液晶分子的偶极矩与分子长轴方向一致时，介电各向异性为正，定义为正性液晶。如：向一致时，介电各向异性为正，定义为正性液晶。如：rcoocn负性液晶：当吸电子基团在母体的侧面负性液晶：当吸电子基团在母体的侧面, ,液晶分子的偶极矩与分子长轴垂直液晶分子的偶极矩与分子长轴垂直时，介电各向异性为负，定义为负性液晶时，介电各向异性为负，定义为负性液晶 。如：。如：c3h7coocncnrh13 abrzxn=nsf, clncs

12、cncooc2h4xzbaralkenylalkylalkoxyalkylalkoxy(c c)2fffcf3ocf3c c向列相液晶分子基本组成向列相液晶分子基本组成14rrocn=nrocn=ncnrn=norocoocnrcoororrcncnr-ocnrornnrcnnnr分类结构式开始应用时间苄叉类1969氧化偶氮类1970芳香酯类1971联苯类1972嘧啶类197515hrcooorcncoorhhrcnrcnhhcnrhoocnroororhhrfhhrffhhrocf3fffrhh分类结构式开始应用时间反式环已烷羧酯类1978苯基环已烷类1978双环已烷类1978二氧六环类19

13、80含氟类1982-1990hrrh16corcrcnch2hrch2hcoocnrfhhrcnf分类结构式开始应用时间炔类1973乙烷类1983 氟氰类1985ccrorch2ch2rrhh17lcd用液晶用液晶原材料化学方法合成单 体液晶粗品提纯单体液晶精品检验混合液 晶混合工艺混合检验单体液晶单体液晶 混合液晶混合液晶18单体液晶合成举例单体液晶合成举例 ：hcooc4h9cnsocl2h2br2naohalcl3kohch3coclalcl3c3h7coclsocl2hhhc4h9coclcoohc4h9coohc4h9c4h9coohc4h9c ch3c4h9c3h7cc3h7coo

14、hoonh2.h2oh2n( i ) 反式丁基环己基甲酸的合成（中间体反式丁基环己基甲酸的合成（中间体1）lcd用液晶用液晶19( ii ) 羟基联苯氰的合成（中间体羟基联苯氰的合成（中间体2）单体液晶合成举例单体液晶合成举例 ：hcooc4h9cnhocnnaohso2cli2cucnso3hoso3lso3cn( iii ) 4反式丁基环己基甲酸反式丁基环己基甲酸4氰基联苯酚酯的合成氰基联苯酚酯的合成n+cnc4h9coohhc4h9coclcnholcd用液晶用液晶20混合液晶调配混合液晶调配 ：v任何单体液晶只具有一方面或几方面的优良性能，不能直接用于显示任何单体液晶只具有一方面或几方

15、面的优良性能，不能直接用于显示v利用利用1020种单体液晶调制混合液晶，以使综合性能最佳，满足显示种单体液晶调制混合液晶，以使综合性能最佳，满足显示用液晶材料用液晶材料 的各项性能的要求的各项性能的要求v清亮点（清亮点（c.pc.p）、介电各向异性（）、介电各向异性（）、折光率各向异性（）、折光率各向异性（nn）、）、弹性常数（弹性常数（k)k)、 粘度（粘度（ ）等具有加和性；）等具有加和性； 熔点不具有加和性熔点不具有加和性lcd用液晶用液晶21 nt混为混合液晶清亮点；t混 =tixiti为i组分单体液晶清亮点； i=1xi为i组分单体液晶克分子数。 n混为混合液晶的介电各向异性；混 =

16、ixii为i组分单体液晶介电各向异性； i=1xi为i组分单体液晶克分子分数。 nn混为混合液晶的光学各向异性；n混 =nixini为i组分单体液晶光学各向异性； i=1xi为i组分单体液晶克分子分数。液晶物理性质的加和性液晶物理性质的加和性lcd用液晶用液晶22liquidisotropicsolidc1tmp1tc2tmp2t0100concentration (x ), %2tmp = melting point of mixtured dhi= heat enthalpy of component iti = melting point of component ir = gas co

17、nstant=1.987 cal/mol/kxi = mole fraction of component itc = clearing point of mixturetci = clearing point of component i液晶熔点不具有加和性液晶熔点不具有加和性x1 + x2 + . + xn = 1 tcxitciiiiiimpnxrthhtddlcd用液晶用液晶23混合液晶的性能参数与显示的关系混合液晶的性能参数与显示的关系 lcd lc 快速响应快速响应 极低的粘度极低的粘度 宽的工作温度范围宽的工作温度范围 向列相温度范围宽向列相温度范围宽 低工作电压低工作电压 高极

18、性高极性 满足盒厚满足盒厚d的要求的要求 nn适当适当 多路驱动多路驱动 提高电光曲线陡度，提高电光曲线陡度，/大大 高稳定性高稳定性 高光、热、化学和紫外稳定性高光、热、化学和紫外稳定性lcd用液晶用液晶24221effdkd2221dkeefford（2）各种显示对温度的要求：各种显示对温度的要求：用途用途 温度范围（温度范围（）普通普通tn -3060宽温宽温tn -4090或或100以上以上普通普通stn -3080以上以上stn -4095以上以上tft -4070以上以上(1)(1)响应时间：响应时间：(4) n(4) n 与盒厚匹配与盒厚匹配：tn： dnn 1.05stn： d

19、nn 0.85tft： dnn 0.55(5) 陡度与驱动路数关系：陡度与驱动路数关系：2/111nnvvoffon 1010w wcm； stn： 1011w wcm；tft： 1013w wcmlcd用液晶用液晶25如何设计配方（三要素）如何设计配方（三要素） v 相变温度相变温度t：要保证在要求的温度范围内整个体系都：要保证在要求的温度范围内整个体系都是向列相，不能有晶析现象出现，也不能有其他相态是向列相，不能有晶析现象出现，也不能有其他相态出现，如近晶相等；出现，如近晶相等；v 介电各向异性介电各向异性：调节：调节的大小，以满足用户对的大小，以满足用户对阈值电压的要求；阈值电压的要求；

20、v 光学各向异性光学各向异性nn：调节：调节nn的大小以满足用户不同盒的大小以满足用户不同盒厚的要求。厚的要求。 lcd用液晶用液晶26cnc5h11cnc7h15cnc8h17ocnc5h11分子式含量ntn-i51%11(260c)0.16335.50 c25%9.7(360c)0.16042.80 c16%9(760c)0.156800 c8% 0.312400 c例：例：bdh公司的公司的e7配方配方 tc-ntn-inv90v1020-100c600c12.70.231.411.9940lcd用液晶用液晶27例：例：bdh公司的公司的e7配方配方 v以工作温度为出发点配制的，四种单体

21、按最低共熔点比例来配，配方以工作温度为出发点配制的，四种单体按最低共熔点比例来配，配方稳定性好，在稳定性好，在-10600c温度范围使用保存，不会有组分析出。温度范围使用保存，不会有组分析出。特点：特点： v单体数量太少，又都是同一类，电学参数和光学参数无法调节。该配单体数量太少，又都是同一类，电学参数和光学参数无法调节。该配方可看成是以三元低共熔点混合物为溶剂，再将方可看成是以三元低共熔点混合物为溶剂，再将5ct5ct溶入其中，由于溶入其中，由于同种结构的物质溶解性好，同种结构的物质溶解性好，5ct5ct在其中可溶在其中可溶8%8%，这个体系若再加入其，这个体系若再加入其他联苯类，性能不会有

22、多大改变，若要加入其他种类单体液晶来调节他联苯类，性能不会有多大改变，若要加入其他种类单体液晶来调节其参数，则溶剂体系改变，其参数，则溶剂体系改变，5ct5ct溶解度减小，会发生晶析。溶解度减小，会发生晶析。缺点：缺点： lcd用液晶用液晶28coocnrcoorhcnrccffrcoorhhrch2ocncoohrcrcocohcoorrh分子式含量ntn-i20%200.152610%150.0867420%100.206015%00.073455%150.1617025%00.291405%00.1240例：例：adk7519液晶配方液晶配方lcd用液晶用液晶29例：例： adk7519

23、液晶配方液晶配方v配方有配方有7 7个单体，前四个为低熔点组份，后三个为高清亮点组份，前个单体，前四个为低熔点组份，后三个为高清亮点组份，前者为溶剂，后者为溶质，调节两者比例可达到所需要的工作温度，有者为溶剂，后者为溶质，调节两者比例可达到所需要的工作温度，有大大组份，有组份，有为为0 0的组份，改变比例可调阈值，大的组份，改变比例可调阈值，大nn和小和小nn组份改变比例可得到混合液所需要的。组份改变比例可得到混合液所需要的。特点：特点： v在液晶配制过程中为了改善某种性质，往往要牺牲其他性质，因这些在液晶配制过程中为了改善某种性质，往往要牺牲其他性质，因这些性是互相有影响，如低阈值液晶中要加

24、入大量大性是互相有影响，如低阈值液晶中要加入大量大的单体液晶，这的单体液晶，这类材料粘度都较高，必然会造成粘度增大。类材料粘度都较高，必然会造成粘度增大。缺点：缺点： lcd用液晶用液晶30mixtureteb30ateb40ateb50teb60slc100teb110sn()-20-20-20-20-20-20clearing point()616362596561viscosity (mm2s-1,20)424341435142dn (589nm,20)0.170.1440.1890.1610.130.137ne (589nm,20)1.6921.6521.7131.6771.6251.

25、64d (1khz,20)9.24.211.27.9168.6 (1khz,20)5.44.65.85.47.46v90,0 ,22(v)1.421.941.381.451.091.39v10,0 ,22(v)1.932.651.891.981.511.95v90,45,22(v)1.061.521.041.110.941.02(v10 /v90-1)100(%)363737373840dv/dtmv/(0 - 40)7.7105.69.15.16.3dv/dt%/(0 - 40)0.540.520.40.630.470.45例：永生华清液晶配方表（普通例：永生华清液晶配方表（普通tn系列）系

26、列）lcd用液晶用液晶31例：永生华清液晶配方表（例：永生华清液晶配方表（htn系列）系列）mixture slc*08-000slc*08-100slc*14-000slc*14-100slc*20-000 slc*20-100sn()-40-40-40-40-40-40clearing point()606366727269viscosity (mm2s-1,20)384417221514dn (589nm,20)0.0920.1020.090.1010.090.101ne (589nm,20)1.5811.5941.581.5911.5791.592d (1khz,25)1418.26.

27、99.63.53.8 (1khz,25)7.88.24.753.73.8v90,0 ,25(v)0.890.871.461.462.182.17v10,0 ,25(v)1.361.322.182.113.163.1v90,45,25(v)0.680.621.131.041.721.67(v10 /v90-1)100(%)545248444543htp(s811)12.612.811.811.411.411.2htp(cb15)7.787.67.77.47.5dv/dtmv/(0 - 40)2.8344.56.36.5dv/dt%/(0 - 40)0.310.340.270.310.290.3l

28、cd用液晶用液晶32例：永生华清液晶配方表（宽温例：永生华清液晶配方表（宽温tn系列）系列）m ixtureslc*11-000 slc*11-100 slc*13-000 slc*13-100 slc*23-000 slc*23-100 slc*33-000 slc*33-100sn()-40-40-40-40-40-40-40-40clearing point()8990102105106107111113viscosity (m m2s- 1,20)4243414218191718dn (589nm ,20)0. 1290. 150. 1280. 1510. 1310. 1510. 13

29、10. 149ne (589nm ,20)1. 6271. 6511. 6241. 651. 6291. 6531. 6281. 648d (1khz,25)20. 421. 718. 318. 15. 65. 82. 93. 3 (1khz,25)6. 76. 96. 36. 13. 73. 83. 33. 4v90, 0 , 25(v)1. 151. 141. 241. 32. 332. 323. 293. 2v10, 0 , 25(v)1. 631. 621. 781. 863. 193. 214. 544. 45v90, 45, 25(v)0. 810. 821. 791. 84(v1

30、0 /v90-1)100(% )4242444337393838dv/dtm v/(0 - 40)1. 81. 61. 051. 352. 72. 42. 43. 6dv/dt% /(0 - 40)0. 160. 140. 080. 10. 120. 10. 070. 11lcd用液晶用液晶33例：永生华清液晶配方表（第一极小例：永生华清液晶配方表（第一极小tn系列）系列）mixtureslc*12-000slc*12-100slc*20-000 slc*20-100 slc*25-000slc*25-100slc*37-000slc*37-100sn()-40-40-40-40-40-40-

31、40-40clearing point()8890103102103103103103viscosity (mm2s-1,20)283018.620.417.819.317.217.3dn (589nm,20)0.0930.10.0830.10.0830.10.0830.1ne (589nm,20)1.5831.5911.5711.5931.571.5931.5721.592d (1khz,25)11.613.24.65.32.73.21.21.6 (1khz,25)5.45.73.63.93.33.63.13.3v90,0 ,25(v)1.31.272.152.212.772.764.034

32、v10,0 ,25(v)1.911.843.183.094.023.855.755.53v90,45,25(v)0.850.81.541.542.0623.13(v10 /v90-1)100(%)4745484045394338dv/dtmv/(0 - 40)2.42.22.52.73.23.35.76.4dv/dt%/(0 - 40)0.20.190.130.130.130.130.150.17lcd用液晶用液晶34mixtureslc*08-000slc*08-100slc*11-000 slc*11-100slc*21-000slc*21-100sn()-30-30-40-40-40-4

33、0clearing point()72719090106106viscosity (mm2s-1,20)798342462227dn (589nm,20)0.1290.1510.1280.1650.1280.165ne (589nm,20)1.6251.6541.6251.6681.6241.669d (1khz,20)27.632.620.925.17.17.2 (1khz,20)9.810.36.86.94.14.3d/2.83.23.13.61.71.7v90,0 ,22(v)0.820.841.121.112.32.28v10,0 ,22(v)0.90.911.211.212.442.

34、42(v10 /v90-1)100(%)9129966htp(s811)13.713.513.111.810.810.9htp(r811)13.713.513.111.810.810.9dv/dtmv/(0 - 40)2.52.1-0.80.922.5dv/dt%/(0 - 40)0.30.26-0.070.080.090.11 例：永生华清液晶配方表（普通例：永生华清液晶配方表（普通stn系列）系列）lcd用液晶用液晶35例：永生华清液晶配方表（高路数例：永生华清液晶配方表（高路数stn系列）系列）mixtureslc*11-000slc*11-100slc*23-000 slc*23-10

35、0sn()-40-40-40-40clearing point()9595108108viscosity (mm2s-1,20)38411719dn (589nm,20)0.1280.1650.1270.164ne (589nm,20)1.6271.6691.6251.669d (1khz,25)19.920.96.76.5 (1khz,25)6.86.73.83.9v90,0 ,25(v)1.161.092.282.3v10,0 ,25(v)1.251.192.412.42(v10 /v90-1)100(%)8965htp（s811）12.211.510.110htp（r811）12.211

36、.510.110dv/dtmv/(0 - 40)0.90.30.90.6dv/dt%/(0 - 40)0.080.030.040.03 lcd用液晶用液晶36mixtureslc9023p0616aslc1717sn()-40-20-20clearing point()1185892viscosity (mm2s-1,20)4439dn (589nm,20)0.2510.1990.22ne (589nm,20)1.7681.721.739d (1khz,20)1.5171.5211.519 (1khz,20)8.811.512.2v90,0 ,22(v)4.14.95.1v10,0 ,22(v)2.291.591.63v90,45,22(v)3.252.262.21dv/dt%/(0 - 40)614 例：永生华清液晶配方表（例：永生华清液晶配方表（pdlc系列）系列）lcd用液晶用液晶37m i xturem i xturetft-1tft-1tft-2tft-2s sn(n() )-40-40-40 1010w wcm； stn： 1011w wcm；tft： 1013w wcm；低于上述标准可以认为该液晶不能使用。；