液晶材料基本知识ppt课件

,液晶材料基本知识IntroductionofLiquidCrystalMaterials,石家庄永生华清液晶有限公司ShijiazhuangYongshengHuatsingLiquidCrystalCo.Ltd,1,（一）液晶材料LiquidCrystalMaterials,2,液晶基本概念,第一个液晶材料,3,液晶基本概念,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（LiquidCrystal）的定义,晶体液晶各向同性液体,T,4,液晶基本概念,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，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。热致液晶：是指某一种物质在加热过程中，当固体熔化后，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。,5,液晶基本概念,热致液晶的分类（I:形状）,A、棒状（Rodlike）,B、碗状（Bowlic）,C、碟状（Disclike）,D、香蕉状状（Banana）,6,液晶基本概念,热致液晶的分类（II:相态）,近晶相（Smectic）：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。铁电液晶显示和反铁电液晶显示选用了近晶相液晶材料。,胆甾相（Cholesteric）：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。,向列相（Nematic）：分子沿分子长轴方向成一维有序排列。TN、STN、TFT等显示器所用的材料都是向列相液晶。,7,液晶及液晶显示的发展,1880s:发现热致液晶19201960:液晶性质研究19601980:应用研究，包括（1）DS、GH、ECB显示器件；（2）TN显示模式的创立；（3）手表、计算器等稳定的液晶材料的制备1980s:STN,FLC,AM（TFT）-LCD1990s:高成品率的生产线的建立：手机、PC、桌面电脑等2000s:TV;彩屏手机;投影TV;其它各种新的应用等向列相液晶是液晶显示（LCD）行业应用最广泛的液晶材料！,8,向列相液晶的发展,(1)苄叉类液晶（1968年）推动了动态散射和扭曲显示的发明,MBBA,EBBA,两者混合可配成向列相温度范围在-10550C的室温液晶材料，最早的动态散射显示模式（DS）用液晶材料，其n=0.27很适合动态散射显示,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TN显示用的材料,9,向列相液晶的发展,(2)联苯类液晶（1971年）推动扭曲显示（TNLCD）的产业化,CB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，产品成本大幅度降低，推动LCD制造业的产业化进程,10,向列相液晶的发展,(3)多种液晶材料的出现（70年代中期至80年代初期）推动超扭曲液晶显示（STNLCD）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，对改善混合液晶的物理性质如阈值、粘度、相变温度范围，n、陡度等起了重要的作用，也为第二代LCD：STN-LCD的出现，提供了必要的材料。,(4)含氟液晶材料（80年代）推动TFTLCD的发展,70年代初就已作出了TFT-LCD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。1982年出现了高纯度含氟液晶，这个问题才得到解决，TFT-LCD技术才逐渐走向成熟。,11,(1)向列相液晶基本特征,分子为棒状，一般长宽比大于5：1，分子要有一定的刚性，分子间短程相互作用微弱，分子不排列成层,(2)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,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：,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时，介电各向异性为负，定义为负性液晶。如：,向列相液晶简介,12,向列相液晶简介,向列相液晶分子基本组成,13,向列相液晶简介,14,向列相液晶简介,15,向列相液晶简介,16,LCD用液晶,单体液晶混合液晶,17,单体液晶合成举例：,(I)反式丁基环己基甲酸的合成（中间体1）,LCD用液晶,18,(II)羟基联苯氰的合成（中间体2）,单体液晶合成举例：,(III)4反式丁基环己基甲酸4氰基联苯酚酯的合成,LCD用液晶,19,混合液晶调配：,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，满足显示用液晶材料的各项性能的要求清亮点（c.p）、介电各向异性（）、折光率各向异性（n）、弹性常数（k)、粘度（）等具有加和性；熔点不具有加和性,LCD用液晶,20,液晶物理性质的加和性,LCD用液晶,21,Tmp=MeltingpointofmixtureDHi=HeatenthalpyofcomponentiTi=MeltingpointofcomponentiR=Gasconstant=1.987cal/mol/KXi=MolefractionofcomponentiTc=ClearingpointofmixtureTci=Clearingpointofcomponenti,液晶熔点不具有加和性,X1+X2+.+Xn=1,LCD用液晶,22,混合液晶的性能参数与显示的关系,LCDLC快速响应极低的粘度宽的工作温度范围向列相温度范围宽低工作电压高极性满足盒厚d的要求n适当多路驱动提高电光曲线陡度，/大高稳定性高光、热、化学和紫外稳定性,LCD用液晶,23,（2）各种显示对温度的要求：用途温度范围（）普通TN-3060宽温TN-4090或100以上普通STN-3080以上STN-4095以上TFT-4070以上,(1)响应时间：,(4)n与盒厚匹配：,TN：dn1.05STN：dn0.85TFT：dn0.55,(5)陡度与驱动路数关系：,1010Wcm；STN：1011Wcm；TFT：1013Wcm,LCD用液晶,24,如何设计配方（三要素）,相变温度T：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，也不能有其他相态出现，如近晶相等；介电各向异性：调节的大小，以满足用户对阈值电压的要求；光学各向异性n：调节n的大小以满足用户不同盒厚的要求。,LCD用液晶,25,例：BDH公司的E7配方,LCD用液晶,26,例：BDH公司的E7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-10600C温度范围使用保存，不会有组分析出。,特点：,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5CT溶入其中，由于同种结构的物质溶解性好，5CT在其中可溶8%，这个体系若再加入其他联苯类，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，5CT溶解度减小，会发生晶析。,缺点：,LCD用液晶,27,例：ADK7519液晶配方,LCD用液晶,28,例：ADK7519液晶配方,配方有7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，有大组份，有为0的组份，改变比例可调阈值，大n和小n组份改变比例可得到混合液所需要的。,特点：,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入大量大的单体液晶，这类材料粘度都较高，必然会造成粘度增大。,缺点：,LCD用液晶,29,例：永生华清液晶配方表（普通TN系列）,LCD用液晶,30,例：永生华清液晶配方表（HTN系列）,LCD用液晶,31,例：永生华清液晶配方表（宽温TN系列）,LCD用液晶,32,例：永生华清液晶配方表（第一极小TN系列）,LCD用液晶,33,例：永生华清液晶配方表（普通STN系列）,LCD用液晶,34,例：永生华清液晶配方表（高路数STN系列）,LCD用液晶,35,例：永生华清液晶配方表（PDLC系列）,LCD用液晶,36,例：永生华清液晶配方表（TFTLCD参数）,LCD用液晶,37,（1）单体液晶：1500多种（2）混合液晶：50多个系列，250多种：包括TN型（通用型、宽温型、第一极小等）、HTN型、STN型、TFT型、多稳态液晶、负性液晶、PDLC液晶等（3）其它：高附加值液晶中间体、药物中间体、OLED材料、染料中间体等,石家庄永生华清液晶公司产品情况,38,混合液晶的生产过程：,所用单体液晶气相色谱纯度都应在99.9%以上，熔点、清亮点与标准值相差不超过0.50C，电阻率合格；称量20Kg一个批号，称量准确到0.1g，精度1/200000，小配方则称量准确到0.001g；校准；加热溶解在清亮点附近搅拌24小时；压滤：0.5聚四氟膜；除气充氮；装瓶。,LCD用液晶,39,混合液晶使用注意事项：,（1）紫外光的影响：,实验条件（破坏性实验）：将样品分别放在铝皿中或1.1mm厚导电玻璃液晶盒中，在1000W紫外灯下照射，距离20厘米，温度500C，照射后铝皿中的液晶测清亮点，液晶盒贴上偏振片测液晶盒屏幕变黑的温度。,照射后铝皿中液晶清亮点变化（0C）,照射后液晶盒屏幕变黑温度（0C）,实验结果：,结论：强紫外照射对液晶材料的寿命影响较大，在LCD制作过程中，如紫外光固化堵口（液晶也要受到紫外照射），如把不需见光的部分遮住，对液晶屏的质量有益无害,LCD用液晶,40,混合液晶使用注意事项：,（2）温度的影响：,实验条件：将液晶密封于玻璃瓶中，在1000C恒温箱中贮存240小时，观察液晶外观变化和测量物理参数的变化。,受热前后液晶物理参数对照,实验结果：,结论：液晶的耐热性较好，但在使用过程中还是要尽量减少液晶受热时间，更要避免加热温度过高，造成液晶的分解，化学反应速度随温度提高而加快,LCD用液晶,41,混合液晶使用注意事项：,(3)环境的影响,按现在发布的环境污染指数，SO2和NO2经常在100ppp即千万分之一，足够使电阻率下降，因液晶电阻率在1011-1012/cm2，只需少量导电物质，就会有明显影响,结论：通常生产车间所用净化设备，只能滤掉灰尘，减少水分，但对除有害气体效果不大，因此建议混合液晶开瓶后立刻使用，尽量避免和空气接触，以免遭受污染。,有害气体：,(4)容器的影响,硬质玻璃：是指作化学试验烧器用的玻璃，如烧杯烧瓶等，是一种高硅高硼玻璃，这类玻璃耐热耐化学腐蚀，能用来盛放液晶；铝瓶：表面有氧化层，为惰性物质，能用来盛放液晶；普通玻璃：材料是钠玻璃，把这种玻璃打碎加入纯水一煮，水就变成明显的碱性，这类玻璃容器存放液晶半年电阻率会下降一倍（1101151010）。,LCD用液晶,42,液晶保存最佳条件：,密封避光干燥室温,LCD用液晶,43,混合液晶使用中常遇到的一些问题：,(1)直流驱动或驱动电路中直流分量较大：对液晶显示器寿命有很大影响，交流驱动是场效应，不存在带电粒子的迁移，而直流驱动是存在电子的迁移，当电压达到一定程度（如3V）在两个电极表面即会发生电化学反应，如还原电极物质，破坏液晶，产生气泡等。因此在使用液晶显示器时，应尽量避免电路中的直流成分。环境的影响,(2)液晶灌注时，选择何种温度和真空度合适：提高温度可降低液晶粘度，增加流动性，降低表面张力，对消除气泡、减少灌注时间有好处，在真空中加热温度不太高，对液晶品质不会带来很大的影响。液晶虽然很难挥发，在高真空下还是可挥发的，尤其是含有PCH-32（降粘度用）的液晶，挥发性比其他液晶大10倍，长时间在高真空下使用，成分会发生改变，应加以注意。,LCD用液晶,44,混合液晶使用中常遇到的一些问题：,(3)连续多次使用液晶的处理方法：液晶连续使用，长时间在空气中暴露，会带入水汽、灰尘、电阻率下降，再重复使用时必须经过处理，处理方法如下：分类收集，不同牌号不能相混，收集的液晶中不应含有有机溶剂；将收集的液晶通过Al2O3吸附柱，除去水分和导电离子，Al2O3用量要少，能使回收液晶达到所需电阻率即可，用Al2O3过多会造成回收液晶中强极性组份减少，阈值电压升高，因此使用前必须检测阈值电压。过滤，和生产厂家联系，选择一些有效的过滤物质和过滤方法。,(4)液晶阈值电压的波动原因分析：从液晶材料方面分析，引起阈值电压波动的原因有组分比例不准、混配不均匀、强极性物质混入等原因。从液晶盒制造工艺方面分析，PI层厚度和预倾角大小是影响阈值电压波动的原因。,LCD用液晶,45,Q1：液晶的挥发性与真空度的关系，主要是和绝对真空度有关还是与灌晶机内的压差有关？要保证液晶的挥发最小的最低真空度是多少？液晶在真空极限时那些组分更容易被抽走？抽走的组分主要影响液晶的那些性能？,A1：液晶的挥发性主要取决于抽气时的绝对真空度。要保证液晶挥发的最小真空度根据使用的液晶材料不同也有不同，无法定量给出，需要根据具体工艺情况，如真空泵的压力、抽气速度及灌注温度等试验后确定，确定一般来说，真空度控制在10100Pa左右。液晶在真快极限时一些低沸点组分更容易被抽走，主要是一些两环化合物，尤其是PCH类（烷基环己基苯基)的单体液晶，此外，混合液晶的纯度不好，引入了一些杂质，比如酚类物质，该类杂质也容易挥发。抽走的组分会影响混合液晶的阈值电压、n、清亮点等各种性能。,46,Q2：液晶内溶有的空气是否与液晶的粘度的关系，从实际使用的效果看来，粘度越小，气泡越多？液晶溶入气泡的多少，主要与那些因素有关？,A2：液晶内溶有的空气，不完全与粘度有关，还取决于与液晶的极性、混合液晶中的组分、溶入的溶剂以及纯度等因素。有一部分液晶，如TFT类的液晶，粘度越小，可能气泡越多；而一些TN、STN类的液晶，极性较大时，会产生较多的气泡。,47,Q3：液晶粘度的大小，在灌晶过程中，是否会对PI层造成影响？如果有影响，如何降低影响程度？,A3：通常，一些高粘度的液晶材料，灌入比较困难，如果在室温条件下勉强灌入，有时候会损伤注入孔附近的取向层表面。为避免此种现象，在抽真空抽气完毕后，如果对液晶盒和液晶贮罐加温，预先降低液晶的粘度，则灌注液晶会比较容易，而且不会损伤取向层表面。,48,Q4：液晶是否有毒性，平时接触液晶并吸入液晶的蒸汽，是否会对身体造成损害？如果身体沾到液晶，该如何进行处理？,A4：目前市场上的商用混合液晶绝大多数都没有毒性。液晶的蒸气压很高，在通常情况下，不会有液晶蒸气出现，这样就无法吸入液晶。如果皮肤接触液晶，迅速用溶剂如乙醇、石油醚等清洗接触处，再用肥皂清洗就可以，对人体没有伤害。,49,Q5：清洗液晶，使用那种清洗剂最好？,A5：清洗液晶，使用无水乙醇、石油醚或丙酮都可以。如果单独使用其中的某一种效果不好，可以使用上述几种物质的混合溶剂。,50,Q6：液晶在真空作用下，是否会产生分层？比如说，大的重的分子会沉到底部？,A6：混合液晶是多种单体液晶组成的均匀体系，各种单体液晶分子之间通过分子间相互作用力形成这种体系，即使在真空作用下也不会轻易产生分层。,51,Q7：使用海绵条灌晶时，液晶的上升速度较快得原因？,A7：液晶分子是通过毛细作用灌注到液晶盒中的，使用海绵条灌液晶，可以增大液晶接触的比表面积，加快上升速度。,52,Q8：评价液晶是否受到污染的标准，测试项目、手段？那些污染会对液晶的性能和定向产生影响？,A8：评价液晶是否收到污染，首先可以通过观察液晶的颜色，如果与初始乳白色不同，发黄，则液晶肯定被污染；当液晶使用一段时间后，虽然颜色没有发生变化，也有可能被污染，此时可以通过测量液晶的电阻率进行评价，电阻率降低后说明液晶被污染了；此外更加准确的方法是用气相色谱或液相色谱对组分进行分析，这种方法的缺陷在于对微量杂质或无机离子无法分析；TFT用液晶材料可以通过测量电荷保持率或离子强度判断液晶是否受到污染。通常离子污染、有害气体污染或有机杂质的引入都会对液晶的性能尤其是功耗电流和阈值电压产生影响。一般污染对定向的影响较小。,53,Q9：液晶如果受到污染，污染是否会随着新液晶的加入，而减弱？,A9：被污染的液晶随着新液晶的加入，相当于被稀释了，污染应该被减弱，但如果液晶被污染的很严重，即