TFT LCD显示及所用液晶材料.doc

TFT LCD显示及所用液晶显示材料进展 ??摘 要：列举了一批近年来得到开发应用的TFT LCD显示用液晶材料，并分析了其发展趋势。TFT LCD要求液晶材料具备高电压保持率、低粘度、低双折射率等特性，而传统的液晶材料无法满足上述要求。含氟液晶、环己烷类液晶、乙烷类液晶因其极性较低，分子粘度低，电阻率高，电压保持率高，在TFT LCD中得到广泛应用。初步阐明了其分子结构与物理性能之间的关系，为新型液晶分子设计配方设计提供了线索。????1 引言????随着薄膜晶体管（Thin Film Transistor,TFT）阵列驱动液晶显示（TET 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；配合使用低粘度的液晶材料，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。????2 TFT LCD用液晶材料的特点????TFT LCD同样利用TN型电光效应原理，但是TFT LCD用液晶材料与传统液晶材料有所不同。除了要求具备良好的物化稳定性、较宽的工作温度范围之外，TFT LCD用液晶材料还须具备以下特性:????（1）低粘度,20时粘度应小于35mPa·s，以满足快速响应的需要;????（2）高电压保持率（V.H.R），这意味液晶材料必须具备较高的电阻率，一般要求至少大于1012Ω·cm;????（3）较低的阈值电压（Vth），以达到低电压驱动，降低功耗的目的;????（4）与TFT LCD相匹配的光学各向异性（n），以消除彩虹效应，获得较大的对比度和广角视野。n值范围应在0.07～0.11之间，最好在0.08～0.1左右。????在TN、STN液晶显业中广泛使用的端基为氰基的液晶材料，如含氰基的联苯类、苯基环己烷类液晶，尽管其具有较高的ε以及良好的电光性能，但是研究表明，含端氰基的化合物易于引入离子性杂质，电压保持率低；其粘度与具有相同分子结构的含氟液晶相比仍较高，这些不利因素限制了该类化合物在TFT LCD中的应用。酯类液晶具有合成方法简单、种类繁多的特点，而且相变区间较宽，但其较高的粘度导致在TFT LCD配方中用量大为减少。因此，开发满足以上要求的新型液晶化合物成为液晶化学研究工作的重点。????3 TFT LCD 用液晶材料简介????根据我们目前掌握的文献来看，在TFT LCD配方中广泛使用的单体液晶的典型分子结构主要有下列几类:???? ???????????? ???? 其中R为直链烷基或烷氧基;A为单键，—CH2CH2—、 —C—O、—C≡C—等；X为F、Cl、CF3、OCF3、OCHF2等。????对于这些典型分子结构加以分析，可以看出针对TFT LCD用液晶材料的合成设计趋势集中于以下几个方面:（1）以氟原子或含氟基团作为极性端基取代氰基；（2）在液晶分子侧链、桥键引入氟原子来调节液晶相变区间、介电各向异性等性能参数；（3）含有环己烷，尤其是双环己烷骨架的液晶分子得到广泛重视；（4）乙撑类柔性基团作桥键的液晶得到广泛应用。????4 TFT LCD用液晶材料的结构与性能????4.1 含氟液晶????含氟液晶有3类，一类是液晶末端基团是氟原子或含氟原子的功能团，如—CF3、—OCF3、—OCHF2等；另一类是指液晶分子苯环上的氢原子被氟原子取代；另外，中心桥键上的氢也可被氟原子取代。????4.1.1端氟代液晶????端氟代液晶的极性末端基包括下列几种基团:—F、—CF3、—OCF3、—OCHF2、—OCCIF2、—CF2H、—CH2CF3等。一些代表性的化合物性质如表1所示。???? ????表1 含氟液晶结构与性能????含氟端基的化合物与端氰基化合物相比，介电各向异性ε值较低，相变区间窄，清亮点下降，但是n值小，适合TFT 液晶显示器用。????对于特定结构的液晶分子，一般来说，介电各向异性与其分子偶极矩大小成比例。一些典型极性端基的偶极矩数值如表2所示。???? ????表2 典型的极性端基C-X的偶极矩????可以看出，表1中的ε值大小次序与表2中偶极矩大小几乎一致。而显示用液晶的重要参数阈值电压Vth与ε值紧密相关，在TFT LCD显示中，阈值电压Vth与ε的关系由（1）式所示:Vth=spr(K/ε·ε)????△ε值的下降将会使阈值电压Vth有所增加，所以含氟液晶的阈值电压Vth比相同分子结构的端氰基液晶高，这必然导致驱动电压增加，功耗加大。但是，对于另一重