液晶材料及应用.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,液晶材料及应用,产品开发部 应妙德,2009-4-24,目录,液晶的定义和基本分类,液晶材料性能参数,手性剂介绍,液晶的选择,液晶调配和使用注意事项,一、液晶的定义和基本分类,1.1,、,液晶的由来,液晶的由来,:1888,年由奥地利的植物学家莱尼茨尔在测定物质溶点时发现某些物质溶化后会经过一个不透明呈白色浑浊并且发出多彩而美丽的光泽,继续加热会变成清亮的液体,1889,年德国物理学家莱曼通过偏光显微镜观察这些脂类化合物,发现这些白色浑蚀的物质象液晶,而且具有双折射性,于是就命名它为,”,液态晶体,”,。,1960,S,被应用于,DS,液晶显示器,1970,S,发明,TN,液晶显示器,1980,S,发明,STN,液晶显示器,1.2,、,液晶的定义,物质的第四态,液晶（,liquid crystals,）,普通物质有三态：固态、液态和气态,有些有机物质在固态与液态之间存在第四态,液晶态,液晶态物质既具有液体的流动性和连续性，又保留了晶体的有序排列性，物理上呈现各向异性。,液晶这种中间态的物质外观是流动性的混浊液体，同时又有光、电学各向异性和双折射特性。,1,）根据成分和出现液晶相的物理条件，可分为：热致液晶和溶致液晶两大类。,热致液晶,:,把某些有机物加热溶解，由于加热破坏结晶晶格而形成的液晶，就是由于温度变化而出现的液晶相。目前显示方面的都为此种液晶。,溶致液晶,:,把某些有机物放在一定的溶剂中，由于溶剂破坏结晶晶格而形成的液晶，就是由于溶液浓度发生变化而出现的液晶相，最常见的有肥皂水等。,1.3,、,液晶基本分类,2,）热致液晶根据液晶分子的排列不同，可以分为近晶相、向列相、胆甾相三类。,近晶相（,Sematic,）,分子排列分层,层内分子互相平行,向列相（,Nematic,）,分子排列不分层,分子指向矢大体一致,胆甾相,（,Cholesteric,）,分子排列分层,层内分子互相平行,不同层分子指向矢逞螺旋结构,热致液晶举例,近晶相液晶：例如铁电液晶,向列相液晶：例如普通,TN,、,HTN,、,STN,用液晶,胆甾相液晶：例如多稳态液晶,目前液晶显示器中使用的均为热致液晶,二、液晶材料性能参数,2.1,、,液晶的相变,有序参数,(S):,液晶分子排列的有序程度,S=1/2 0.30.8;,指单个液晶分子长轴方向偏离指向矢的角度,各向同性液体，分子长轴方向完全紊乱，,S=0,当液晶分子全部处于平行排列时，,S=1,一般向列相液晶在,N I,相变点附近,S0.3,，在非常低温度时，,S0.8,S,值不受一般的强电场或强磁场的影响,清亮点和熔点,清亮点：液晶材料由液晶态变为各向同性液态的过程中，呈透明时的温度，标记为,Tc,熔点：液晶材料由晶体态变为液晶态的相变温度，标记为,Tm,晶体,液晶相,液体,清亮点,clear point,T,NI,Tc,T,CN,Tm,温度,熔点,液晶的工作温度和存储温度,液晶的工作温度,高温工作温度：,TN,低于清亮点,10,STN,低于清亮点,25,30,低温工作温度：必须高于凝固点,20,以上,液晶的存储温度,高温存储温度：不超过清亮点,低温存储温度：参照液晶规格书中低温存储测试数据,不低于最低低温存储测试温度,液晶低温存储测试（,LTS,）,Cells,-40,250hrs,passed,-30,500hrs,passed,-20,1000hrs,passed,2.2,、,电阻率,液晶是高阻材料，单位：欧姆厘米,液晶的电阻率非常高，一般都在,10,10,欧姆厘米以上，,TFT,用液晶电阻率在,10,13,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，液晶的阻性电流是杂质的带入而引起的,2.3,、,n,参数,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,则与分子长轴方向平行；,光学各向异性定义为,n=ne-no,这一参数在,STN,设计中是极为关的；,n,与介电常数、清亮点、有序程度等参数相关,ne,no,O,E,法线,入射光,入射面,常用向列相液晶属于正性晶体，,neno,，,n0,胆甾相液晶属于负性晶体，,neno,n0,的液晶是正性液晶，加电时液晶分子延电场方向排列；,0,介电的温度依赖性,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升高缓慢变小,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,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,V10,，,Vth-,阈值电压（透过率变化,10%,时的电压）,V90-,饱和电压（透过率变化,90%,时的电压）,陡度（,Steepness,）,=(V90/V10-1)*100%,2.5,、,阈值电压和陡度,液晶阈值电压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,电光曲线越陡，扫描线数可以越多，一般,TN,1.4,1.6,，只能实现,8,路以下驱动，,STN,1.02,1.2,，可以实现,16,240,路驱动。,2.6,、液晶的黏度,粘度的本质是分子间内摩擦力,液晶的黏度特性包含体积黏度和旋转黏度,液晶的粘度与介电常数、清亮点、折射率有关，一般,大的液晶，液晶黏度比较大,粘度与温度基本呈指数关系,exp,B/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,黏度对响应时间的影响,响应时间同液晶的旋转黏度成正比,响应时间同,LCD,盒间距,d,的平方成正比,响应时间同弹性常数,K,相关,响应时间同驱动条件相关，包括驱动电压、驱动路数、驱动频率等,2.7,、弹性性能,液晶弹,性常数是描述液晶分子弹性形变的物理量，包含有展曲弹性常数,K11,、扭曲弹性常数,K22,、弯曲弹性常数,K33.,K,11,K,22,K,33,弹性常数的影响,STN,陡度与,K33/K11,、,K22/K11,有关,K33/K11,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,响应时间与,K33/K11,有关,K33/K11,增大不利于响应的改善,阈值电压同弹性常数有关,弹性常数大，阈值电压高,弹性常数同液晶分子的结构、形状及温度有关,3.1,、,概念和特性,手性物质：含有一个或多个手性,C,（不对称,C,）的物质，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。,手性剂分类,左旋手性剂：例如,S-811,右旋手性剂,:,例如,CB15,R-811,三、手性剂介绍,3.2,、,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，在螺旋轴方向上的距离称为自然螺距。,HTP,指定义为,1/PC,，是表征手性物质扭曲能力的指标。,C,代表手性剂浓度，,P,代表螺距,旋转,360,3.3,、,手性剂浓度,不同种类,LCD,手性剂浓度,TN,型,LCD:0.1%,0.15%,HTN,型,LCD:0.2%,0.3%,STN,型,LCD:,根据,d/p,值决定，,d/p,值一般范围为,0.49,0.55,，同液晶种类、,K33/K11,、,K22/K11,、扭曲角度、预倾角相关,手性剂浓度不当，会导致,DOMAIN,现象,手性剂添加不足：反扭曲（,reverse domain,）,手性剂添加过多：条纹畴（,stripe domain,）,Domain,现象,Reverse domain,Stripe domain,反扭曲导致定向不良，无法实现正常显示,条纹畴导致,LCD,对比度、色饱和度大幅度下降,高温下,stripe domain,现象会加重,扭曲角度越大，,D/P,窗口越小,4.1,、,普通,TN,型液晶显示器,工作温度范围,高温工作温度低于清亮点,10,，低温工作温度必须高于凝固点,20,以上。,响应时间,液晶旋转黏度、盒间距（,d,）,手性剂添加,0.1%,0.15%,n,选择,根据产品要求，选择合适的极小,（,n,d,）,四、液晶的选择,TN,设计原理,1.06,(,nd,1.63um),Normal black,透过率,4.2,、,STN,型液晶显示器,工作温度范围,高温工作温度低于清亮点,25,30,低温工作温度必须高于凝固点,20,以上,响应时间,液晶旋转黏度、盒间距（,d,）,手性剂添加,d/p,范围在,0.49,0.55,之间,根据扭曲角度设计，盒厚值设计决定,n,选择,n,d,范围在,0.78um,0.85um,之间，优选为,0.825um,阈值电压和陡度,STN,阈值电压设计值由驱动条件：,DUTY,BIAS,及,VOP,值设计决定（参照,Voff,值设计）,陡度要求：,V10VOFF,V90VON V90/V10VON/VOFF,更小的陡度值，电光曲线越陡，可以驱动更高的路数,如果陡度值无法满足驱动路数的要求，很容易出现串扰现象,CSTN,不同,n,下的对比度和,NTSC,设计条件：,Cell gap:5.6um PI:PIA-2942 4%CF NTSC=63%,换算成我司,5.5um cell gap,n,值为,0.1486,4.3,、,普通,TN,型,TFT,液晶显示器,高电阻率，电阻率在,10,13,欧姆厘米以上,工作温度范围,高温工作温度低于清亮点,10,度，低温工作温度必须高于凝固点,20,度以上,响应时间,液晶旋转黏度小、盒间距（,d,，,3,5um,之间）,n,选择,采用第一极小设计，提高响应速度，,n,在,0.08,0.1,之间,5.1,液晶调配,液晶调配的参数,参数,1,n(,光学各向异性,ne-no),参数,2 Vth(,阈值电压,),参数,3,手性剂添加量,液晶调配体系,TN,型,LCD,：单瓶体系或多瓶体系,STN,型,LCD:,多瓶体系（通常四瓶体系）,TN,型,TFT,：单瓶体系,五、液晶调配和使用注意事项,多瓶体系,四瓶体系液晶,n,和,Vth,两两相同,例如：,MLC14000/141000-000/100,阈值电压：,基本相同，,基本相同,n:,基本相同,基本相同,四瓶体系,液晶型号,n,Vth,比例（未知数）,MLC14000-000,0.1292,1.15,a,MLC14000-100,0.1700,1.1,b,MLC14100-000,0.1290,1.97,c,MLC14100-100,0.1697,1.95,d,0.1292a+0.17b+0.129c+0.1697d=,目标,n,1.15a+1.1b+1.97c+1.95d=,目标,Vth,a+b+c+d=1,四个未知数，三组方程，有无数组解,1/2,（,0.1292+0.129,）,(,a+c)+1/2(0.17+0.1697)(b+d)=,目标,n,1/2(1.15+1.1)(a+b)+1/2(1.97+1.95)(c+d)=,目标,Vth,a+b+c+d=1,取其中一组解,目前我司四瓶调配详解,5.2,液晶使用注意事项,液晶需要密闭、避光保存,液晶配制时，应将所使用的容器及工具用丙酮清洗干净,液晶混合时不需高温（,VON/VOFF B.V90/V10VON/VOFF C.V90/V10=VON/VOFF,14.,目前我司,STN,用液晶混合灌液通常采用的是几瓶液晶？,A.,单瓶,B.2,瓶,C.4,瓶,D.6,瓶,15.,对于液晶阈值电压描述不当的是,A.,液晶阈值电压同液晶介电各向异性相关,B.,液晶阈值电压是透过率变化了,10%,的电压,C.,液晶阈值电压同液晶弹性常数相关,D.,液晶阈值电压是透过率变化了,90%,的电压,16.,对于有序参数,S,，代表分子排列的有序程度的物理量，晶体的有序参数,S,为,S=0 B.S=1 C.S=0.3 D.S=0.8,17.LCD,的驱动路数的多少同液晶哪项特性关系最为密切,A.,陡度,B.,黏度,C.,n D.,清亮点,18.,普通,TN,型,TFT,由于考虑到响应时间，盒厚设计值在,3,5um,之间，其一般采用的是第几极小设计？,一,B.,二,C.,三,D.,四,19.CSTN,液晶盒延迟量（,nd,）设计值一般为,0.48um B.0.78,0.85um,优选为,0.825um C.1.05um D.1.6um,20.,对于以下液晶使用描述不当的是,A.,多瓶液晶的混合需要搅拌,2,小时,B.,盛装液晶的容器必须用丙酮清洗干净,C.,灌液剩余的液晶可以暴露在空气中放置,D.,回收液晶的使用需要检测液晶的性能，特别是电阻率参数,