（应用化学专业论文）染料型液晶显示偏振片的制备研究.pdf

l 附件- - i 东华大学学位论文原创性声明 l i i il li ti iil ll i f ti ii il y 1814 4 6 7 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所晕交的学位论文，是本人在导师 的指导下，独立进行研究上作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写， 我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：搿、德 日期：洮年，月j 日 l 一 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学 可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存平汇编本学位论文。 保密函在鱼年解密后适用本版权书。 本学位论文属丁 不保密口。 学位论文作者签名：豫德 指导教师签名： 日期：心年月护日 f 互弦骛 日期：o j 年，月l o b 染料型液晶娃示偏振j 的制各研究 染料型液晶显示偏振片的制备研究 摘要 随着信息时代的到来，市场对液晶显示器的需求越来越大，而 作为液晶显示器八大主材之一的偏振片也因此而备受关注。偏振片 是一种新型的高分子材料制成的光学电子器件。目前所用的偏振片 大多是通过在伸展和定向的聚乙烯醇或其衍生物的取向膜中加入碘 或二向色性染料作为起偏器而制备的。其中使用碘作为起偏器的碘 型偏振片具有优良的起始偏振性能，但由于碘自身的性质决定了此 种偏振片对水和热敏感，不能长时间在高温和高湿度条件下使用。 为改善其耐湿热性，已经采用福尔马林或硼酸水溶液处理，或者使 用低透湿性的聚合膜作为保护膜的方法，但仍不足以解决问题。另 一方面，使用二向色性染料作为起偏器的染料型偏振片与碘型偏振 片相比，具有优良的耐湿性和耐热性，但起始偏振性能低。由于目 前液晶显示器应用范围的扩大，所以迫切需要既有良好偏振性能又 有优良耐湿、耐热性能的偏振片。 本课题主要是研究一种具有优良偏振性能和耐湿热性能的染料 型偏振片，通过设计和合成特殊结构的二向色性染料，并探索其染 色工艺，使二向色性染料定向吸附在拉伸后的聚乙烯醇薄膜上，得 到液晶显示器用染料型偏振片。由于目前能在4 0 0 6 0 0 n m 的可见光 光谱范围内产生较高偏振度的红色和黄色染料可以从纺织品染料中 染料型液晶显示偏振片的制各研究 筛选出来，但是缺少能在6 0 0 7 0 0 n m 的光谱范围内产生高偏振度的 染料。所以我们主要是研制出能在6 0 0 7 0 0 n m 的可见光光谱范围内 产生高偏振度的蓝色染料，将新研制的蓝色染料与现有的红色和黄 色染料拼色就可制成一种在4 0 0 7 0 0 n m 的光谱范围内都能产生很高 偏振度的中灰色调元素，应用于液晶显示。 通过优选最佳染色工艺，运用最终设计合成的蓝色二向色性染 料染聚乙烯醇薄膜所制得的偏振片具用良好的偏振性能，当单片透 光率达到4 0 时，偏振度大于9 5 ，并且通过7 0 。c x 9 5 r h 超宽温 耐老化试验，达到了目前市场的需求。同时，根据偏振片的偏振度、 透光度和色调的要求，运用新合成的蓝色二向色性染料与筛选出的 黄、红染料拼色，并确定最佳的拼色配方，制成一种新的中灰色调 偏振元素。用这种新的偏振元素制成的染料型中灰色偏振片当单片 透过率达到4 0 1 时，偏振度为9 4 8 ，对比度为1 9 ，其交叉状态 下在可见光4 0 0 7 0 0 n m 波长区域不发生光彩泄漏，通过7 0 x 9 5 r h 超宽温耐老化试验，是一种偏振性能和耐久性良好的染料型偏振片， 基本满足了目前对中灰色调偏振片的偏振性能的要求。 本课题所制备的染料型偏振片与碘型偏振片相比，起始偏振性 能仍有一定差距。所以今后研究工作的重点是设计和合成更高偏振 度的二向色性染料，完善制备工艺技术，开发出更高偏振性能的染 料型偏振片。 关键词液晶显示器，偏振片，取向，二向色性，染料，耐久性 i l r e s e a r c ho nt h ed y ep o l a r i o z e r u s e df o rl c d a b s t r a c t b e c a u s eo fi n c r e a s i n gd e m a n do fl i q u i dc r y s t a ld i s p l a y ( l c d ) ， t h e s i g n i f i c a n t o fp a r ta n dm a t e r i a l s r e l a t e dw i t hl c db e c o m e e m p h a s i z e d ，e s p e c i a l l yt h eo n eo fe i g h tm a j o rp a r t sa n dm a t e r i a l so fl c d p o l a r i z e r i t s an e ws t y l eo p t i c a le l e c t r o n i cd e v i c em a d eo fh i g h p b l y m e r a tt h ep r e s e n tt i m e ，m o s to f t h ep o l a r i z e r sa r em a n u f a c t u r e db y a d d i n gi o d i n eo rd i c h r o i cd y ea st h ed i c h r o i cm a t e r i a l i n t od r a w e da n d o r i e n t e dp v a ( p o l y v i n y la l c o h 0 1 ) f i l m t h ei o d i n ep o l a r i z e r h a st h e a d v a n t a g eo fe x c e l l e n ti n i t i a lp o l a r i z a t i o ne f f i c i e n c y , b u ti t sd u r a b i l i t yi s w e a kb e c a u s eo fs u b l i m a t i o no fi o d i n e s p e c i a l l y , t h ep r o b l e mb e c o m e s m o r es e r i o u su n d e rt h ec o n d i t i o no fh u m i da n dw a r ma t m o s p h e r e t o o v e r c o m et h i ss h o r t c o m i n gb yi m p r o v i n gw a t e rr e s i s t a n c eo fp v a ，p v a f i l mi st r e a t e di n s t a n t a n e o u s l yi nf o r m a l d e h y d eo rb o r i ca c i ds o l u t i o no r p r o t e c t i n g f i l m sw h i c hh a sal o wm o i s t u r e 。p e n e t r a b i l i t y , b u t a l lt h i s d o e s n tw o r kw e l l o nt h eo t h e rh a n d ，t h ed y ep o l a r i z e rh a s ag o o d d u r a b i l i t yt oh e a ta n dh u m i d i t y , b u ti t si n i t i a lp o l a r i z a t i o ne f f i c i e n c yi sn o t i i i v e r yw e l l s ot h ep o l a r i z e rw h i c hh a sb o t he x c e l l e n ti n i t i a lp o l a r i z a t i o n e f f i c i e n c ya n dw e l ld u r a b i l i t yi sa c t i v ed e m a n d e d t h ep a p e rm a i n l ys t u d i e so nt h e d y ep o l a r i z e rw i t h b o t h e x c e l l e n t o p t i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n d d u r a b i l i t y b yd e s i g n i n ga n d s y n t h e s i z i n gt h es p e c i a ld i c h r o i cd y ea n ds t u d yo nt h en e wd y e i n g p e r f o r m a n c e so nt h ep v af i l m ，i ti si n d i c a t e dt h a tt h ed i c h r o i cd y eo r i e n t s p a r a l l e lt ot h ed r a w i n gd i r e c t i o no fp v af i l mt og i v eap o l a r i z i n ge f f e c t d i c h r o i cr e da n dy e l l o wd y e st h a th a v eg o o do p t i c a lc h a r a c t e r i s t i c si nt h e v i s u a lr a n g eo fs p e c t r u mf r o m4 0 0 n mt o6 0 0 n mc a nb es e l e c t e df r o m n o r m a lt e x t i l ed i r e c td y e s ，b u tt h e r ei ss t i l ln os u i t a b l ed i c h r o i cd y e ，w h i c h h a ss u i t a b l eo p t i c a lc h a r a c t e r i s t i c si nt h ev i s u a lr a n g eo fs p e c t r u mf r o m 6 0 0 n mt o7 0 0 n m s ot h em a i nw o r kh e r ei st os y n t h e s i z et h en e wb l u e d i c h r o i cd y ea n dd y ew i t ht h er e da n d y e l l o wd y e st od e v e l o pan e wg r a y e l e m e n tu s e di nl c d t h en e w g r a ye l e m e n tp o s s e s s e se x c e l l e n to p t i c a l p e r f o r m a n c e sa n dw e l ld u r a b i l i t yc o v e r i n gt h ef u l lv i s i b l er a n g eo f s p e c t r u mf r o m4 0 0 n mt o7 0 0 n m u n d e rt h eo p t i m i z e dd y e i n gc o n d i t i o n ，t h ep o l a r i z e rc o l o r e d w i t ht h e n e w l ys y n t h e s i z e d d i c h r o i cb l u e d y e e x h i b i t sa g o o d t r a n s m i t t a n c eo f4 0 ，ah i g hp o l a r i z a t i o ne f f i c i e n c ya b o v e9 5 ，a n di t p a s st h ee n d u r a n c et e s to f 7 0 vx 9 5 r h x 5 0 0 h i tc a nb eu s e di nr e c e n t l c dm a r k e t m e a n w h i l e ，a c c o r d i n gt ot h ed e s i r a b l e p o l a r i z a t i o n e f f i c i e n c y , t r a n s m i t t a n c ea n dt o n eo fp o l a r i z e r , an e wn e u t r a lg r a ye l e m e n t c a nb eo b t a i n e db yu s i n gt h en e w l yd i c h r o i cb l u ed y ew i t ht h es e l e c t e d y e l l o wa n dr e dd y e s t h ep o l a r i z e rc o l o r e dw i t ht h en e u t r a lg r a ye l e m e n t h a sab e s tv a l u e so ft r a n s m i t t a n c e ( 4 0 ) a n dd e g r e eo fp o l a r i z a t i o n ( 9 4 8 ) ，a n dt h ec o n t r a s tr a t i oi s 19 w h e ni tc r o s s e d ，t h e r eh a sn ol e a ka t t h er a n g eo fs p e c t r u mf r o m4 0 0 n mt o7 0 0 n m t h i sn e w l yg r a yd y e p o l a r i z e rh a se x c e l l e n to p t i c a l c h a r a c t e r i s t i c sa n dw e l ld u r a b i l i t y ，i tc a n m e e tt h er e q u i r e m e n ti nt h i sp a p e ri nt h eg r a yd y ep o l a r i z e rm a r k e t h o w e v e r , t h ed y ep o l a r i z e rp r e p a r e di s s t i l ln o tm u c ht h es t a n d a r dt h e i o d i n ep o l a r i z e rf r o mt h ev i e w p o i n to fi n i t i a lp o l a r i z a t i o ne f f i c i e n c y , s o f o rt h ef u t u r e ，t h ee m p h a s e so ft h i ss t u d yw i l lp u to nt h ed e s i g na n d s y n t h e s i so fd i c h r o i cd y e sw i t hh i g h e rp o l a r i z a t i o ne f f i c i e n c y , a n dt h e i r a p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y i no r d e rt oe m p o l d e rn e wd y ep o l a r i z e rw i t h s t l p e r i o rp o l a r i z i n ga b i l i t y c h e nj i e ( a p p l i e dc h e m i s t r y ) s u p e r v i s e db yp r o f h 殳互i 赵i n k e yw o r d s l i q u i dc r y s t a ld i s p l a y , p o l a r i z e r s ，o r i e n t a t i o n ，d i c h r o i c ，d y e ， d u r a b i l i t y v l 硕七论文 染料型液晶显示偏振片的制备研究 目录 第一章前言1 1 1 概：j 1 1 2 偏振片的技术产业现状j 3 1 3 我国l c d 现状及其偏振片的发展趋势。4 1 4 今后l c d 偏振片的发展方向。6 1 5 本课题研究的方向和目标7 1 6 课题研究的内容8 第二章理论部分1 0 2 1 偏振片和偏振度1 0 2 1 1 偏振片结构1 0 2 1 2 偏振片功能。1 1 2 1 3 偏振片的工作原理1 1 2 1 4 偏振片种类1 2 2 1 5 偏振片制备1 3 2 1 6 偏振片基本技术指标1 4 2 1 7 偏振度的测量和计算1 5 2 2 偏振片用染料1 5 2 3 染料分子模型设计1 7 2 4 染料的合成1 9 2 4 1 重氮化反应1 9 2 4 2 偶合反应2 0 2 4 3 还原反应2 1 第三章实验部分2 3 3 1 实验用品2 3 3 1 1 实验材料2 3 3 1 2 实验仪器与设备2 3 硕i j 论义 染料型液晶移示偏振i 的制备研究 3 1 3 实验药品和试剂。2 4 3 2 染料的合成2 4 3 2 1 对硝基苯胺系列2 4 3 2 22 一甲氧基一4 一硝基苯胺系列2 7 3 3 偏振度的测量和计算2 9 3 4 色差的测定2 9 3 5 合成染料的测试2 9 3 5 1 最大吸收波长的测定。2 9 3 5 2 偏振性能的测定2 9 3 6p v a 薄膜染色3 0 3 6 1 染色工艺3 0 3 6 2 正交试验设计和运用。3 0 3 7p v a 薄膜染色后处理3 0 3 8 中灰色调偏振片的制备j 3 0 3 9 碘型偏振片的制备3 0 3 1 0 偏振片耐老化性能测试。3 1 第四章结果与讨论3 2 4 1 合成染料的确定3 2 4 1 1 染料水溶液可见光吸收曲线3 2 4 1 2 偏振片的可见光谱透光度曲线3 4 4 1 3 染料b 的红外光谱图一3 7 4 2 偏振片的染色3 8 4 2 ，1 偏振片染色工艺f 交实验3 8 4 2 1 1 染色时间的影响3 8 4 2 1 2 温度的影响3 9 4 2 1 3p h 值的影响4 1 4 2 1 4 电解质的影响4 3 4 2 1 5 匀染剂的影响4 5 4 2 1 6 正交实验4 6 一一 颀卜论文染料型液晶显刁 偏振片的制各研究 4 2 2 偏振片后处理工艺4 8 4 2 2 1 硼酸后处理的影响4 8 4 2 2 2 温度的影响5 0 4 2 2 3 时间的影响5 2 4 3 中灰色调偏振片的制备5 3 4 3 1 红、橙、黄二向色性染料的确定5 3 4 3 2 中灰色调偏振片的确定5 4 4 4 碘型偏振片5 8 4 5 偏振片耐老化性能测试5 9 第五章结论6 1 参考文献。6 3 在读期间发表论文情况6 6 致谢6 7 i i i 硕士论文 染料型液晶显示偏振片的制各研究 第一章前言 1 1 概述 随着信息时代的到来，个人计算机、数字摄像机、移动通信、g p s 、电子报 纸、e b o o k 、电子地图等发展越来越快，急需大量低功耗、宽视角、室外视认性 好、且轻、薄的显示器件。具有上述功能的显示器件，首推液晶显示器( l i q u i d c r y s t a ld i s p l a y ，简称l c d ) 。 l c d 是由八大类材料组成的，即透明电玻璃、液晶、取向剂、光刻胶、偏振 片、导电胶、粘合剂和清洗剂。这八大类材料中最重要的是液晶和偏振片【l 】。 偏振片是由美国拍立得公司( p o l a r o i d ) 创始人兰特( e d w i nh l a n d ) 于1 9 3 8 年所发明的。1 9 2 6 年，兰特在哈佛大学读书时看到了一篇由英国医生d r h e r a p h t h 在1 8 5 2 年发表的论文，内容中提到了d r h e r a p a t h 的一位学生曾不小心把碘掉入 二硫化奎宁溶液中，他发现立即就有很多小的绿色晶体产生，将这些晶体放在显 微镜下观察后发现：当两片晶体相重叠时，其光的透过度会随晶体相交的角度而 改变，当它们是相互垂直时，光完全被吸收；相互平行时，光则完全透过。但这 些碘化合物的晶体非常小，所以在实际应用上有了很大的限制，d r h e r a p h t h 花 了将近十年的时间来研究如何才能做出较大的偏光晶体，可是并没有成功。因此， 兰特认为这条路是不可行的，于是他采用了以下的方式： 将大颗粒晶体研磨成微小晶体，并将这些小晶体悬浮在液体中。 将一塑胶片放入上述的悬浮液中，然后再放入磁场或电场中定向。 将此塑胶片从悬浮液中取出，偏光晶体就会附着在塑胶片的表面上。 将此塑胶片留在磁场或电场中，干燥后就成为偏振片。 兰特的方法其实是将许多小的偏光晶体有规则的排列好，这就相当于形成了 一个大的偏光晶体。他应用此方法，在1 9 2 8 年成功的做出了最早问世的偏振片 原膜。虽然这种方法费时、成本高，而且所制成的偏振片模糊不透明，但兰特已 经发现了制造偏振片的几个重要因素：( 1 ) 碘( 2 ) 高分子( 3 ) 定向。经过不断 的研究改进，兰特终于在1 9 3 8 年发明了直到现在仍在沿用的方法。其基本原理 将在下一章理论部分做详尽介绍，下面简单介绍一下液晶和液晶显示的原理。 液晶( l i q u i dc r y s t a l ) 是一种介于固态和液态之间的物质，是具有规则性分 第l 页 坝i j 论义 染料型液晶显示偏振片的制各研究 彩色澹光片，1 【i 育振片1 控制i c 、电薇毒瑟1 蔫工蒸习f 蠹i 、斋璃基板 崦惫矿兰董事 ，夕 ， ，! ， i 。：，。z t 硕士论文染料型液晶显示偏振片的制备研究 光或反射光，有任意方向的振动面的自然光。通过偏振片1 ( 见图1 1 ) 之后， 滤去了光轴以外振动方向的光，成为只有一个振动方向的偏振光。当偏振片2 的光轴与偏振片l 的光轴平行时，偏振光便能透过，形成一个亮的像素点；当偏 振片2 的光轴与偏振片1 的相互垂直时，偏振光便不能透过，形成一个暗的像素 点。利用人工光源的l c d ( 例如用作p c 的显示器) ，两偏振片的光轴互相垂直， 在没有信号时象素是黑暗的。当透明电极上加上信号电压，其中的液晶便会产生 一种与信号电压大小有关的旋光性，使偏振光的振动面旋转过一定的角度，能部 分地透过偏振片2 ，产生与信号强弱相关的一定亮度的像素点。当然，若信号电 压刚好使振动面转过9 0 度，这时的像素点最亮( 仅需l 伏左右的低电压) 。对大 面积的整屏显示，则可通过透明的栅状电极实现。两栅状线条相互垂直，其交点 便组成一个像素点阵，显示整幅图像。至于彩色l c d ，无非是把三基色的像素 叠加一些罢了。 在生产上，l c d 的性能优势引起世界各国大公司的重视，产业发展十分迅 猛，短短的十余年间，l c d 就从用作钟表显示的低档t n l c d ( 扭曲向列l c d ) 起步，已发展成为以用作计算机终端显示的高档t f t - l c d ( 薄膜晶体管l c d ) 为主的新型产业。其间日本各大公司投资总额超过1 4 8 0 0 亿日元，生产总值累计 达到3 1 5 5 0 亿日元。主要公司有：s h a r p ，t o s h i b a ，n e c ，e p s o n ，松下，日立， o p t r e x ，三洋，卡西欧，富通和h o s i d e n 等，其中s h a r p 是日本最大的l c d 生产 厂。韩国为了打破日本的垄断地位，也投资2 0 多亿美元，引进并消化吸收了最 先进的设备，迅速在技术上取得突破，占到了l c d 市场相当的份额，并以低价 销售为策略，向日本的霸主地位发起挑战。韩国主要的l c d 公司有三星、l g 和 现代等。中国台湾地区是世界上最大的笔记本电脑生产基地，但笔记本电脑的主 要部分l c d 显示屏大多从日、韩进口。为了摆脱受制于人的被动局面，台湾厂 商利用日元贬值和韩国经济不景气的机会，在近几年投入1 5 亿美元巨款，新建 6 条t f t - l c d 的生产线，分别是奇美实业、华新丽华、中华映管、宏基电脑、 元太科技、连友光电等。这些生产线建成以后，台湾已跻身于世界l c d 第二的位 置，与日、韩形成三足鼎立的局面。相对而言，l c d 的发明国美国和欧洲的一 些大公司近年来在产业问题上并没有太多实质性的动作。 1 2 偏振片的技术产业现状 第3 页 硕士论文 染料型液晶显示偏振片的制各研究 偏振片为生产l c d 所需之关键材料，而目前l c d 产品可分为三大类：低档 的t n l c d ( 扭曲向列l c d ) 、中档的s t n l c d ( 超扭曲向列l c d ) 和高档的 t f t - l c d ( 薄膜晶体管l c d ) 。偏振片目前较多应用于上述l c d 产品，其他平 面显示器虽有使用偏振片，但其个别的产品特性、驱动模式及生产技术上都有所 差异 9 】【10 1 。当目前l c d 的应用从低档的t n l c d 到中、高档的s t n l c d 、 t f t - l c d 转变，也即从初始阶段的尺寸设备如袖珍计算器，手表扩展到笔记本 个人电脑，文字处理器，液晶投影仪，液晶电视装置，室内和室外用的汽车导航 和测量设备等时，有关偏振片的一个亟待解决的技术问题凸现出来。由于应用中 的l c d 是从低温到高温，从低湿度到高湿度的宽范围使用，所以迫切需要高的 偏振性能和优良的耐久性的偏振片【1 1 1 ，尤其是对耐久性的要求。传统上用聚乙烯 醇衍生膜的取向膜作为液晶显示器等的偏振膜，作为取向膜的生产方法目前的偏 振片是通过在伸展和定向的聚乙烯醇或其衍生物的取向膜中加入碘或二色染料 作为起偏器而制备的，或者从聚烯型膜通过由聚氯乙烯型膜的脱氯化氢或将聚乙 烯醇型膜脱水然后定向化制备。其中使用碘作为起偏器的碘型偏振片具有优良的 起始偏振性能，但由于碘自身的性质决定了其对水和热敏感，因此当碘型偏振片 在高温和高湿度条件下长时间使用时存在耐久性问题。虽然目前为了改善其耐久 性，已经考虑用福尔马林或含硼酸的水溶液处理，或者使用低透湿性的聚合膜作 为保护膜的方法，但仍不足以解决问题；另一方面，使用普通的二向色性染料作 为起偏器的染料型偏振片与碘型偏振片相比具有优良的耐湿性和耐热性，但起始 偏振性能，吸收波长区域，色调方面尚不能完全满足客户的需要 1 2 】【1 3 】。由于偏 振片的偏振性能和耐湿、耐热性对液晶显示图象质量的稳定起着关键作用，所以 世界上很多发达国家都非常重视高性能的偏振片开发和研究工作，日美等国从八 十年代开发了很多具有自己知识产权的染料型偏振片生产。目前全球偏振片生产 厂商，在日本有日东电工、o l s ( 原住友化学) 、s a n r i t z 三立株式会社与p o l a r t e c h n o 等四大偏振片供应商；韩国有a c e d i g i t e c h 与l g 化学两家；台湾偏振片供应商 有台湾日东电工、力特光电与协臻光电，其中台湾日东电工为日本子公司；中国 大陆有盛波和日合两家。但由于主要技术及原料皆掌握在日商手中，因此目前仍 以日系厂商较具原料取得的优势【1 4 】。 1 3 我国l c d 现状及其偏振片的发展趋势 第4 页 硕士论文 染料型液晶显示偏振片的制备研究 我国液晶显示技术研究工作起步较早。7 0 年代，清华和长春物理所率先研制 出液晶显示屏，但是七、八十年代由于l c d 研究未能列入国家科研攻关项目， 经费不足，研究工作出现了低潮，拉大了与国际先进水平的差距。只是到了9 0 年代，情况才有所改善，l c d 相关机构发展到1 0 多家，其中有国家科委在南京 五十五所建立了国家平板显示工程研究开发中心；中国节能投资公司、北京市科 委与清华大学联合建立了北京清华液晶技术工程研究中心；天津计委、科委与南 开大学联合建立了天津市光电子显示研究中心。科学院长春物理所成立了北方液 晶技术开发中心。然而大部分企业的研究开发力量仍然比较薄弱，目前仅深圳天 马微电子股份有限公司设有液晶技术研究开发中心。这些中心和研究所现在开展 的课题主要集中在s t n l c d 生产相关技术，以及部分t f t - l c d 基础性课题。 我国目前的液晶产业以生产t n l c d 和中小尺寸s t n l c d 为主。吉林彩晶引进 了一条3 0 0 n m - 4 0 0 m m 的t f t - l c d 先导线。由于t f t - l c d 具有广阔的应用前景， 国内一些大集团公司正在策划t f t 项目，如上广电与n e c 合资，投资1 0 亿美 元兴建第五生产线，京东方斥资3 5 亿美元计划收购韩国现代电子3 5 代生产线 等。相信在不久的将来，我国的l c d 产业将有一个大的发展。 但目前，我国l c d 产业( 除台湾外) 同先进国家相比，整体水平落后1 0 - - 1 5 年，面临许多问题：一是产品技术档次偏低。我国l c d 产量占世界市场的1 0 以上，但销售额不足3 。主要原因是大部分还只能生产t n l c d 产品。 s t n l c d 不仅数量少，而且还只能生产中低档产品，目前市场大量需求的手机、 p d a 、中英文翻译机等高档s t n l c d 产品还不能大量生产，基本上是靠境外进 口。占l c d 市场8 0 的t f t - l c d 产品至今还不能生产。二是多数企业生产规模 过小，产品单一，设备简陋，在当前市场过度竞争条件下，不少企业长期只能维 持简单再生产，难以求得发展。三是缺乏宏观调控，重复引进过多，造成资金、 技术力量分散，既造成资本大量浪费，更不能建设一些实力雄厚、有竞争力的一 流企业。在我国l c d 发展存在的众多问题中，目前最值得关注的是l c d 的原材 料。由于我国经过十多年的努力已经成为l c d 的生产大国，故相应的对其原材 料的需求也逐年上涨。尽管液晶材料及i t o 玻璃等配套材料有了较大发展，1 9 9 8 年其销售额已达6 5 亿，占全行业的1 7 ，但中高档l c d 用原材料仍需大量进口， 产品国产化率低，使中高档l c d 产品在市场中缺乏竞争力，应当采取积极措施， 第5 页 硕七论文染料型液晶显示偏振片的制各研究 发展与l c d 相当的基础材料工业。在相应的基础材料工业中，目前最为缺乏的 就是液晶显示器的三大主材之一的偏振片。 由于中国l c d 偏振片产业起步较晚而且起点较低，而中国的l c d 产业在中 国又有较长的发展历史，所以在几年以前，中国l c d 偏振片市场还完全为日本 ， 和韩国的产品所垄断，因此中国的偏振片市场具有完全的国际化竞争特点【l 5 1 。 许多国际知名企业的偏振片产品已经在中国具有多年的稳定销售市场和销售通 路，特别是由于2 0 0 1 年全球经济发展速度的放缓、i t 产业的大幅度衰退和国际 偏振片企业产能的大幅度提高，在2 0 0 1 年偏振片材料的供应出现了明显的供过 于求的局面，尤其是低端t n l c d 通用型偏振片产品的竞争更是极为残酷【1 6 1 。 但此种情况下，我国仍对偏振片有较大的需求。 我国目前对偏振片的需求量已达到6 0 0 万平方米年以上，而且用量逐年上 升，但由于偏振片的生产工艺复杂，对硬件的精度，原材料的品质，软件和硬件 的匹配能力要求极高，至今国内偏振片的工业化生产能力仍很小，远不能满足国 内l c d 生产厂家的需要。国内偏振片的制造商主要是无锡阿尔梅感光化学公司， 该公司在国内率先开发生产了光电子新材料阿尔梅偏光片基，有p 7 0 和 p 8 0 两种型号，广泛适用于各类电子液晶显示屏的制作，质量性能达到国际同 类产品水准。该产品除提供国内市场外，已出口日本等国际市场。但此种偏振片 为碘型偏振片，保存和使用条件严格：温度不大于2 5 ，相对湿度不大于5 5 ， 避免受压，受撞击和受潮。中日合资的广东福地日合公司于2 0 0 0 底投产，引进 国外先进技术生产偏振片，与深纺织乐凯公司一起每年能生产1 0 0 万米偏振片， 满足国内部分市场的需要，但仍缺乏应用于大屏幕l c d 上的偏振片。所以，目 前我国所需的高端的高性能偏振片几乎都是从日本，韩国等国进1 3 的，每年花费 达上亿美元，这也成为我国l c d 发展的瓶颈，增加了液晶显示设备生产的成本。 由于偏振片用的染料在我国目前还没有供应，而且染色和配方技术基本掌握在日 商手中，国内企业无法进行染料型偏振片的生产，所以尽快研究和开发高性能和 优良耐久性的染料型偏振片生产已成为当务之急。 1 4 今后l c d 偏振片的发展方向 由于2 0 0 1 年偏振片产品的价格急跌，以及全球偏振片市场的严重萧条，许 多企业相继放弃或推迟了新建偏振片项目的计划，例如台湾激态科技已经放弃了 第6 页 硕士论文 染料型液晶显示偏振片的制各研究 投资偏振片项目的计划，亚视光电、住友化学放缓了新建偏振片生产线的进度计 划。但随着全球经济减缓速度的触底，l c d 行业一定会在今后的几年时间里保 持一个相对较快的发展速度，而偏振片产品的供过于求的局面也会随之有所改 善。 在中国国内市场上，由于t n l c d 产品市场的逐渐饱和，t n l c d 产品的发 展速度会逐渐放慢，但由于日本、台湾、韩国的s t n 、t f t l c d 产业，尤其是 后段组装产业向中国大陆的加快转移，而且由于市场价格对l c d 生产企业降低 制造成本的压力，因此在今后的几年中，中国的高档偏振片市场的需求将进一步 扩大，而低端偏振片市场的供应会迅速趋于饱和，这将迫使国内的偏振片生产企 业加快调整产品结构，不断提高产品的附加价值而不是简单地扩大生产能力【l o 】 1 1 6 。在我国，由于偏振片用的染料制备及其配方技术还没有掌握，高端偏振片 的生产现在几乎是空白，所以加快开发系列高偏振性能染料及其配方和加工技 术，将有助于提高我国偏振片的国际市场竞争力和推动我国液晶显示设备的发 展。国内生产厂商应在现有技术和设备能力所提供的条件下，不断开发满足中国 l c d 市场发展主流需求的偏振片产品，包括通用型、中耐久、高对比型、半透 半反型和s t n 型的各类偏振片产品。 配合l c d 的发展，尤其是t f t - l c d ，偏振片的性能要求也随之升耐1 7 】。碘 系、染料系材料的配方技术和加工技术的持续开发，将对于性能提升有帮助。理 论上，偏振片单体最佳特性可达到透过率5 0 、偏振度1 0 0 ，目前日本所开发 出来的高透过高偏振度型偏振片，已经可达到透过率4 4 、偏振度9 9 9 ，虽 然已经几近最佳特性，但是偏振片配向技术的改良仍值得进一步探讨【1 8 】。所以， 偏振片的偏振特性改善、高耐久性、高对比、高亮度、广视角化等等目标，仍有 广大的发展空间和值得努力的方向。 1 5 本课题研究的方向和目标 碘系偏振片具有高透过率和高偏振度的特性，但是由于耐高温和耐湿热性能 教差，所以在汽车导航、投影仪等很多设备中的应用都受到了限制。染料型液晶 偏振片具有很好的耐高温和耐湿热性能，但起始偏振性能较低，如果能够使染料 型偏振片具有接近于碘系偏振片的透过率和偏振度，那么染料型偏振片的应用领 域将会得到很大的扩展，可以在很多应用中取代碘系偏振片，获得更大优势。 第7 页 硕f 。论文 染料型液晶显示偏振片的制备研究 本课题主要是研究一种具有优良偏振性能和耐久性的染料型偏振片，通过设 计和合成特殊结构的二向色性染料，并探索其染色工艺，使其定向和吸附在聚乙 烯醇( p v a ) 薄膜上，得到液晶显示用染料型偏振片。所研究的偏振片期望单片 透光率大于4 0 ，偏振度大于9 5 ，其交叉状态下在可见光4 0 0 n m 7 0 0 n m 波长 区域不发生光彩泄漏。目前能在4 0 0 n m 6 0 0 n m 的可见光光谱范围内产生高偏振 度的红色和黄色染料可以从纺织品染料中优选出来，但是缺少能在6 0 0 n m 7 0 0 n m 的光谱范围内产生高偏振度的染料。所以我们研究的重点是研制出能在 6 0 0 n m 7 0 0 n m 的可见光光谱范围内产生高偏振度的蓝绿色染料，将新研制的染 料与现有的红色和黄色染料拼色就可得到在4 0 0 n m 7 0 0 n m 的光谱范围内都能产 生很高偏振度的中灰色调染色配方，应用于液晶显示。设计的目标如下： ( 1 ) 为了改良染料型偏振片的偏振度，设计并合成系列新的二向色性染料， 优选出最佳偏振性能的染料。 ( 2 ) 用合成的染料与一般的黄色和红色等染料拼色后得到一种新的中灰色 调偏振片染色配方。 ( 3 ) 用这种染色配方制成的染料型偏振片能够表现出与碘型偏振片接近的 光学特性。 1 6 课题研究的内容 ( 1 ) 系列染料的设计和合成 根据染料型偏振片的制备工艺和二向色性染料分子结构特点，设计和合成系 列染料，从中优选出6 0 0 n m 7 0 0 n m 具有最佳偏振性能的蓝色染料；同时探索染 料分子结构和偏振性能的对应关系。 ( 2 ) 优化并确定合成染料对p v a 薄膜的染色工艺 用所合成的染料染拉伸5 倍的p v a 薄膜，制成偏振片原板，并运用正交实 验法优选染色工艺，包括染色时间、温度、p h 值以及电解质浓度等条件的确定， 得到最佳染色工艺条件。测定所制备的偏振片的偏振性能，探索提高偏振片的单 片透光度和偏振度的方法，优选硼酸后处理的工艺条件，选择合适助