SLICHEM 液晶资料根底常识 诚志永华显现资料有限公司 Chengzhi Yonghua Co. Ltd. Confidential 什么是液晶 SLICHEM 一般來講物質有固態、液態和氣態共三態,可是液晶 卻介於固態和液態之間,同時擁有固態晶體的光學特 性和液體的流動特性,所以可以說液晶是具有中間相 （介晶相）的物質。 Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 液晶资料的发现和开展 SLICHEM 1888年奥地利植物学家莱尼茨尔发现液晶； 液晶：是一种在必定温度规模内呈现既不同于固态、液态，又 不同于气态的特别物质态，它既具有各向异性的晶体所特有的 双折射性，又具有液体的流动性。 在这以后的几十年间，经过长期的开展，充分和完善了液晶双 折射理论、液晶相态理论、液晶结构的剖析、电导率、弹性常 数、介电常数、有序参数等，20世纪70年代初， TN原理的发 明开辟了液晶运用的宽广远景； Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 第一个液晶资料 SLICHEM Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 液晶研讨年表 SLICHEM Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential SLICHEM Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential SLICHEM Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential SLICHEM Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 液晶运用概略 SLICHEM 液晶常识触及多学科，横跨多个领域，业内人士 需求做的最多的便是对多个要素的优化、再优 化，处理或缓解多要素之间的对立和抵触。作为 液晶资料的开发，这一点就更为杰出：包含相变 规模、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求调 整和优化，以求到达为显现器供给全体功能优越 的液晶资料。 Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 液晶资料的根本功能 1. 热力学行为：相态和相变 2. 电学特性：容性、阻性 3. 光学特性：双折射 4. 动力学、运动学领域：粘弹性 5. 液晶化学：结构和特性 SLICHEM Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 相态和相变 SLICHEM 液晶的相态 1. 介晶相的概念：一般把具有液态和固态两方 面物理特性的相称作介晶相或液晶相。 2. 介晶相的分类：N, SmA, SmC, Ch, SmC* etc. Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 相态和相变 液晶相变的次第 SLICHEM 跟着温度的添加，棒状液晶分子的形状从晶体转变到等 向性液体。在晶体以及等向性液体两个相之间，或许有 好几种液晶相存在；伴跟着?同相之间的转化，也各自 有?同的相搬运焓。就已知的资料收拾的成果，随温度 的添加，呈现的各种相的次第大致为： C SH SE SG SF SB SC SA N I 每种棒状液晶分子构成之物质??得都会呈现以上次第 中的一切相。大部份的液晶只阅历了两三种相就由晶体 转变到等向性液体，但其阅历的相之温度次第仍遵照上 式的次第。 Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 相态和相变 液晶相变的测定 1. 变温偏光显微镜 2. 差示扫描量热计 3. 互溶性测验 4. 变温X-Ray衍射仪 Chengzhi Yonghua Technical Report SLICHEM Confidential 向列型液晶 SLICHEM 分子重心的摆放没有次第性， 如用X-ray 调查衍 射图形，没有Bragg衍射峰。 分子长轴有沿着某一方向摆放的趋势，此一起之 方向轴用n? （指向矢）表明。且n?和- n?的方向 是?可区别的，向列液晶在光学上归于单光轴材 料，具有双折射性。 向列型液晶空间摆放的对称程度可用有序度参数 S表明： S = 12 ?3cos2 θ ?1? Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 指向有序度参数 液晶的有序参数S是液晶分子长程有序的丈量， S = 12 ?3cos2 θ ?1? θ表明分子长轴与液晶指向矢之间的夹角 表明对一切分子的均匀 S 是温度的函数： 晶体：严厉有序，S=1 液体：彻底无序，S=0 液晶：S表征了液晶物理性质各项异性的 程度，对向列型液晶其典型值为0.4～0.7 Chengzhi Yonghua Technical Report SLICHEM Confidential 指向有序度参数 SLICHEM S与液晶的许多参数有关，这些参数与液晶显现 器的体现休戚相关： 例如对TN形式： Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 电学特性 1. 容性特性 介电性质 阈值、饱满电压、陡度 温度依赖性 频率依赖性 2. 阻性特性 耗电流、能耗 静电行为 Chengzhi Yonghua Technical Report SLICHEM Confidential 介电各向异性 SLICHEM 液晶是一种电介质,液晶的介电特性具有方向 性——介电各向异性，它与分子极性相关。 ?ε = ε ? ε ∥⊥ ε ∥ = C ∥ C 0 ε C =⊥ ⊥ C 0 介电特性是液晶的实质特征，是一切其他性 能的根底 介电特性为驱动供给了原动力 两系统混合后介电常数可近似线性叠加 Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 介电各向异性的丈量 SLICHEM 1. 测验原理 根据介电常数的界说：C=εε0·C0 ，其间C0为真空电容， 只需测得电介质参加前后的电容值，即可得到电介质的介 电常数。 2. 测验条件的挑选 测验设备：电容测验仪、液晶盒 3. 驱动条件： 驱动频率的挑选是根据其频率依赖性特色进行的 满意液晶沿电场摆放，近似的选取驱动电压 液晶摆放要求：ε∥——指向矢平行电场；ε⊥——指向 矢笔直电场 4. 温度操控：25℃±2 ℃ Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 阈值、饱满电压、陡度 1. 阈值、饱满值和陡度 阈值与液晶介电常数相关 SLICHEM (TN Cell) 陡度与K33/K11以及△ε/ε⊥相关 2. 阈值电压、饱满电压是驱动电压挑选的根本 根据，陡度是扫描行数规划的根据。 Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 温度依赖性 SLICHEM 1. 跟着温度的上升，介电 各向异性减小 2. 在远离清亮点的温度 下，介电各向异性随温 度缓慢变小 3. 温度升至清亮点以上 时，介电各向异性消失 PCH5介电各项异性随温度改变联络 Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 频率依赖性 SLICHEM 介电各向异性随测验频率的上升而下降 当测验频率足够高时，介电各向异性消失， 乃至呈现回转 高DUTY驱动时需考虑此要素 Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 阻性特性 SLICHEM 1. 液晶是高阻资料 液晶的电阻率十分高，其电阻特性是资料自身决议的，它 和介电常数、阈值电压有必定联络 一般以为，液晶的阻性电流是杂质的带入而引起的 2. 液晶器材的能耗和电阻电流 液晶器材的能耗来自电容和电阻，其间主要是电容 液晶在电场效果中，可以构成电阻电流 动态驱动时，随频率的上升，容性显着增强，阻性相对削弱 Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 阻性特性 SLICHEM 1. 静电行为 堆集电荷无法从有效途径消除去，然后构成静电 场，导致显现器无法正常显现 液晶资料纯度过高，电阻率过高，使得堆集电荷 无法从液晶资料途径消除 2. 防止办法 液晶资料途径：在确保能耗要求的状况下，恰当 调整电阻功能 器材途径：规划旁路，引消除堆集的静电贺 Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 阻性特性 液晶保存和运用对液晶电阻率的影响 SLICHEM 离子性杂质的引进是下降液晶电阻率的主要要素 极性杂质也使液晶电阻率下降 激烈的光照可以使液晶电阻率下降,UV光的损坏尤为激烈 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 液晶运用过程中的触摸物品 运用液晶环境的光照状况 液晶地点环境的温湿度状况 成盒前的工序的洁净程度 Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 双折射 SLICHEM no--寻常光：其电矢量振荡方向笔直于液晶分子的光轴； ne--非寻常光：其电矢量振荡方向平行于液晶分子的光轴。 ? n=ne-no= n//- n⊥ 光学极化度主要是因为在分子中存在 没有参加成键的离域电子和π电子引起的， 这便是由苯环组成的液晶分子比对应的由 环己环组成的液晶分子具有较高的? n的原 因，同理，不同的结尾极性基团引起了可 极化分子极化度的改变，例如氟或烷基取 代基对双折射的奉献比氰基小得多。 Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 双折射 SLICHEM 液晶折射率与序参数的联络 ? N～ρ1/2S 折射率与液晶的序参数成线性联络，与密度成平方根成线折射率随温度的改变曲线 一种典型液晶折射率随温度的改变曲线 一种典型液晶序参数随温度的改变曲线 Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 液晶双折射的丈量 SLICHEM 1. 丈量原理 使用阿贝折射仪，在对液晶进行摆放处理后，用 检偏器材别离读取两个折射率。两系统混合后的 折射率可以叠加取得。 2. 丈量设备 阿贝折射仪、恒温设备、单色光源、检偏器材 3. 丈量条件 20/25℃±0.1 ℃；589nm纳光光源； Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 液晶的粘弹性 1. 粘度功能 体积粘度 旋转粘度 2. 弹性功能 K11、K22、K33 K33/K11、K22/K11 Chengzhi Yonghua Technical Report SLICHEM Confidential 液晶的粘度 SLICHEM 针对不同的运动方法，液晶有几个粘度 η1—指向矢与流速方向以及流速梯度方向均笔直时的粘滞系数 η2—指向矢与流速方向平行时的粘滞系数——近似于体积粘度 η3—指向矢与流速方向笔直，但与速度梯度方向平行时的粘滞 系数 γ1—指向矢滚动时所引起的粘滞系数 η1 η2 η3 Chengzhi Yonghua Technical Report γ1 Confidential 液晶的粘度 SLICHEM 1. 粘度的实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 体积粘度归于动力学领域，单位为PaS或P；运动粘度单位 m2/s。 液晶有其自己的特色和约束，有必定极限 液晶的粘度与介电常数、清亮点、折射率有关 2. 粘度与温度根本呈指数联络 3. γ∝SδexpB/T, 温度上升，粘度下降；温度下降，粘 度添加 Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 粘度影响呼应时刻 SLICHEM 1. 液晶器材的呼应时刻与液晶的粘度相关 τ∝γd2，且Ton还与驱动电压和K有关；Toff与K相关 显现器的呼应时刻仍需实验测验和评价，尤其在STN显现 器方面 2. 呼应时刻与驱动条件相关 与驱动频率相关 与扫描路数（DUTY）相关 与驱动波形相关 与驱动芯片的负载才能相关 Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 液晶弹性常数 SLICHEM 当系统的平衡构型遭到打乱时，液晶的弹性常数是使系统康复到 平衡构型的康复力矩（rescoring torque）。在显现中，正是电 场或磁场感应了内部的扰动，它是在确认液晶的静态畸变形式的 弹性力和电场力或磁场力之间处于平衡状况 恣意的变型状况都可以设想成是三个根本动作的归纳效果，展曲 （splay）、歪曲（twist）以及曲折（bend），别离表明为K11、 K22、K33 Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 各种向列型液晶的弹性常数 SLICHEM Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 弹性常数与温度的联络 SLICHEM Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 手性剂根底常识 SLICHEM 1. 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。如果把这个C周围的四个基团中的两 个方位对调，无论如何旋转分子都不能与对调前重合。 2. 旋光性 偏振光经过手性物质时，其电矢量会呈现必定程度的偏转。 3. 螺距和HTP值 在胆甾相中，液晶分子是呈螺旋状摆放的，当指向矢旋转360度时，在螺旋 轴方向上间隔称为天然螺距。 HTP指界说为1/PC，是表征手性物质歪曲才能的目标。 Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 手性剂根底常识 SLICHEM 将手性剂参加到向列型液晶中，液晶分子就会出 现螺旋结构摆放，咱们将这种螺旋结构的向列相 称为cholesteric相. Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 液晶分子的化学结构 SLICHEM 现在显现器所用的液晶分子主要是棒状分子，典 型的结构如下： A,B： 芳香环、饱满脂肪环或杂环 Z：衔接基团，可以是 COO,CF2O,CH2O,CH2CH2,CH=CH或单键等 R：烷基，替代烷基等柔性链 X：极性端基，用来调控介电各向异性 Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential TFT 常见的 液晶用单体化学结构 SLICHEM TFT液晶要求纯度高，电压坚持率高，大多用到含氟及端烯类单体。 R R R、R’为烷基或是烷氧基 X=OCHF2、OCF3、OC2F2， R=烷基 R X 较高极性，简单呈现S相 Y X=CH3、F， Y=H、F，R=链烯基 R X Y K33/K11大，熔点低，混合液晶低温功能好 F F R F 较强的极性，熔点低，混合液晶低温功能好 F Y R CF2O X 较强的极性，较低的旋转粘度，混合 液晶低温功能好 Y Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 液晶器材和液晶资料功能联络 SLICHEM LCD LC ? 快速呼应 ? 旋转粘度 ? 恰当的作业规模 ? 向列相温度规模 ? 低作业电压 ? 高极性 ? 高稳定性 ? 高光、热、化学、抗紫外稳定性 Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential 混合液晶资料的调制 SLICHEM 1. 有用的液晶资料因为要求光学、介电、粘度、介晶 相规模等各个方面的功能，没有任何一个单一化合 物可以满意一切需求，所以需求把各种化合物调制 成一个混合物，平衡其各方面的特性以满意要求。 2. 部分特性具有近似的线性联络，部分特性需求经过 实验来逐渐测验，因而要得到所需特性的混合物， 有必要进行实验分配。 3. 液晶的各方面功能有时候是彼此控制的，为了得到 某方面功能较优的产品，或许需求献身部分其他方 面的功能。 Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential Thank You ! SLICHEM Chengzhi Yonghua Technical Report Confidential