液晶显示材料研究现1

液晶显示材料研究现状

1基本概念与原理介绍

液晶是一种高分子材料，因为其特殊的物理、化学、光学特性，20世纪中叶开始被广

泛应用在轻薄型的显示技术上。人们熟悉的物质状态（又称相）为气、液、固，较为生疏的

是电浆和液晶。液晶相要具有特殊形状分子组合始会产生，它们可以流动，又拥有结晶的光

学性质。液晶的定义，现在已放宽而囊括了在某一温度范围可以是现液晶相，在较低温度为

正常结晶之物质。而液晶的组成物质是一种有机化合物，也就是以碳为中心所构成的化合物。

同时具有两种物质的液晶，是以分子间力量组合的，它们的特殊光学性质，又对电磁场敏感，

极有实用价值极有实用价值。

1.TN型液晶显示原理

TN型的液晶显示技术可说是液晶显示器中最基本的，而之后其它种类的液晶显示器也可说是以TN型为原点来加以改良。同样的，它的运作原理也较其它技术来的简单。TN型液晶显示器的简易构造图，包括了垂直方向与水平方向的偏光板，具有细纹沟槽的配向膜，液晶材料以及导电的玻璃基板。不加电场的情况下，入射光经过偏光板后通过液晶层，偏光被分子扭转排列的液晶层旋转90度，离开液晶层时，其偏光方向恰与另一偏光板的方向一致，因此光线能顺利通过，整个电极面呈光亮。当加入电场的情况时，每个液晶分子的光轴转向与电场方向一致，液晶层因此失去了旋光的能力，结果来自入射偏光片的偏光，其偏光方向与另一偏光片的偏光方向成垂直的关系，并无法通过，电极面因此呈现黑暗的状态。其显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板之透明导电玻璃间，液晶分子会依配向膜的细沟槽方向依序旋转排列，如果电场未形成，光线会顺利的从偏光板射入，依液晶分子旋转其行进方向，然后从另一边射出。如果在两片导电玻璃通电之后，两片玻璃间会造成电场，进而影响其间液晶分子的排列，使其分子棒进行扭转，光线便无法穿透，进而遮住光源。这样所得到光暗对比的现象，叫做扭转式向列场效应，简称TNFE（twisted nematic field effect）。在电子产品中所用的液晶显示器，几乎都是用扭转式向列场效应原理所制成

2.STN液晶显示原理

STN型的显示原理与TN相类似，不同的是TN扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转90度，而STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转180~270度。要在这里说明的是，单纯的TN液晶显示器本身只有明暗两种情形（或称黑白），并没有办法做到色彩的变化。而STN液晶显示器牵涉液晶材料的关系，以及光线的干涉现象，因此显示的色调都以淡绿色与橘色为主。但如果在传统单色STN液晶显示器加上一彩色滤光片（color filter），并将单色显示矩阵之任一像素（pixel）分成三个子像素（sub-pixel），分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色，再经由三原色比例之调和，也可以显示出全彩模式的色彩。另外，TN型的液晶显示器如果显示屏幕做的越大，其屏幕对比度就会显得较差，不过藉由STN的改良技术，则可以弥补对比度不足的情况。

2应用领域

LCD产品制造涉及光学、半导体、电机、化工、材料等各项领域，上下游所需技术层面

极广，所以少有单一厂商能从材料到成品全部都做，因此各领域分工明显，上游材料包括玻

璃基板、ITO导电玻璃厂、偏光板、彩色滤光片、光源模块、液晶、半导体制造工序所需光

罩，液晶驱动IC、印刷电路板（PCB）等；中游则集合各材料，制造LCD面板，提供给下游应用厂商使用，由于下游应用产品众多，所需面板规格几乎都不相同，需根据产品切割面板尺寸，因此LCD面板较没有规格产品；下游应用产品种类众多，从各式家电、消费性、信息、通信及工业产品，只要是需要显示的器具，都需使用LCD产品。

3国内外研究现状

液晶显示材料的国内外研究现状：

目前的人员分布情况为：中科院理论物理所、香港科技大学电机电子工程系、中科院长春光机与物理所、华东理工大学理学院近代物理所、河北工业大学理学院、复旦大学光科学与工程系及材料科学系、上海交通大学TFT-LCD国家工程实验室、南开大学信息技术科学学院、云南师范大学物理系、四川大学高分子科学与工程学院、电子科技大学光电信息学院、四川师范大学化学与材料科学学院、武汉工业学院化学与环境工程系、河南师范大学物理与信息工程学院、北京理工大学应用物理系、清华大学化学系、黑龙江科技学院数理系、哈尔滨工业大学物理系、河北师范大学物理科学与信息工程学院、华北电力大学应用物理系等。

在液晶显示上游关键材料市场，美国、德国、日本、韩国等国外企业依靠技术和工艺优势始终处于垄断地位。玻璃基板、液晶、偏光片等材料排前三的生产商市场份额之和都超过了80%，这些企业获取了高额利润，而给面板企业带来了成本压力。目前全球TFT-LCD面板生产主要集中在亚洲的日本、韩国、台湾和中国大陆。日本、韩国、台湾占据着全球95%的液晶面板市场份额，其中，三星、LG Display、AUO、CMO、Sharp等占据大尺寸面板的绝大部分市场份额，Samsung Mobile、Sharp、Toshiba、AUO、Hitachi等占据了中小尺寸液晶面板的大部分市场份额。

4存在的问题或需要解决的问题

液晶显示也有不足、缺陷、弱势，例如亮度（对比度）低，响应慢，工作温度范围狭窄，显示面积不容易做大等等。

1、驱动电压

液晶显示号称是低压驱动，但实际上也并不能一概而论，在多路驱动条件下，由于占空比的减小，其实际驱动电压（即Vee）有时会高达十几伏至二十几伏。而像PDLC，多稳态（MLCD）液晶等的驱动电压可能会高达几十伏至百伏左右的。

而几种新型显示中除OLED外，大都工作电压较高。可见，最常用的液晶显示的低压驱动优势依然不减。但是，低压驱动的好处也仅在于可与大规模集成电路的低压兼容，所以，虽然OLED的工作电压还稍高于液晶，但与OLED比，液晶显示的工作电压优势已不明显。

2、工作电流

工作电流的大小，对应用也有很大意义。一般的液晶显示是场效应型的，所以工作电流都很小，每平方厘米仅零点几微安至几微安，而EL，PDP等不仅工作电压高，工作电流也大，OLED工作电压虽低，但是工作电流大，而且要求恒流，稳流。只有像电泳显示，电子墨水和DMD微型显示的工作电流才能与液晶显示媲美。

3、功耗

功耗虽然等于电压和电流的乘积，但在使用中却有独立的意义，它标志着器件消耗电能的多少，这在微型，便携设备上意义重大。在主要的平板显示器件中，PDP，FED，VFD 的功耗最大，而EL，LED的功耗次之。目前有人称OLED的功耗比液晶显示还低，这是个误解。OLED的功耗和LED的功耗在同一数量级，但是它是主动发光器件，不需背光源，而且只有在显示时才耗电，因此和增加了背光源的液晶显示器件总功耗比，不仅总功耗不大，甚