液晶材料及应用.

Von Steepness Voff
duty 1 duty 1
, bias duty 1
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Δn下的对比度和NTSC
设计条件：Cell gap:5.6um PI:PIA-2942 4% CF NTSC=63%
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 ①有序参数(S): 液晶分子排列的有序程度 S=1/2<3cos2θ-1> 0.3~0.8 ; θ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S≈0.3，在非常
五、液晶调配和使用注意事项
5.1 液晶调配 液晶调配的参数
△n与介电常数、清亮点、有序程
度等参数相关
常用向列相液晶属于正性晶体，ne>no， Δn>0 胆甾相液晶属于负性晶体，ne<no,Δn<0 Δn要和液晶盒d相匹配，需要符合 Δnd≥λ/2
Δn小，液晶显示器视角相应会大
Dispersion= Δn(450nm)/Δn(589nm),DIC 1.09 ,HCCH&SLC 1.1～1.2
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 、Δn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
法线 O E
入射光
入射面
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； ne no
扭曲角度越大，D/P窗口越小
四、液晶的选择
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%
Δ n选择 根据产品要求，选择合适的极小（Δn d）
TN 设计原理 Normal black 透过率
ε
△
ε 的频 率 依 赖性
25
20
90%
15
10
50%
5
0
8.5
-5 6 8
11.5
10 12 14
ln(f)
2.5 、阈值电压和陡度
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%
ε∥
低电压
Δ ε >0 高电压
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
Hale Waihona Puke Baidu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
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
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 1980’S 发明TN液晶显示器 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
液晶阈值电压与液晶介电常数相关
Vth=π（K/△εε0）1/2
陡度与K33/K11以及△ε/ε⊥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。
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.
K11
K22
K33
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
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Δε大的液晶，液晶黏度比较大
粘度与温度基本呈指数关系 γ ∝ expB/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
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
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
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
三、手性剂介绍
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
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：V10>VOFF ,V90<VON
Vop duty 1 bias2 Von bias duty
V90/V10<VON/VOFF
Vop duty 1 (bias 2) 2 Voff bias duty
折射率的温度依赖性
折射率随温度的升高而降低
折射率各向异性也随温度上 升而降低温度接近清亮点时，
各向异性急剧下降
温度高于清亮点时，各向异 性消失 这一因素对高温工作的液 晶器件有着非常大的影响
折射率的频率依赖性
随着测试光源的频率的变化，
液晶的折射率也发生变化 频率升高，折射率增大
n
1.9
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。
1.3 、液晶基本分类 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 。
A. 热致液晶: 把某些有机物加热溶解，由于加热破坏结晶
换算成我司5.5um cell gap,Δn值为0.1486
4.3
、 普通TN型TFT液晶显示器
高电阻率，电阻率在1013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） Δ n选择
采用第一极小设计，提高响应速度， Δn在0.08～0.1之间
液晶低温 Cells 存储测试 （LTS） -40℃ -30℃ -20℃ 250hrs 500hrs 1000hrs passed passed passed
2.2 、电阻率ρ
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1010欧姆厘米以上， TFT用液晶电阻率在1013欧姆厘米以上。
左旋手性剂：例如S-811
右旋手性剂: 例如CB15,R-811
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。 旋 转
360º
1 HTP CP
C代表手性剂浓度，P代表螺距
λ （ nm）
低频
n
1.8
1.8
2.4 、Δε参数
介电特性 液晶是一种电介质 液晶的介电特性具有方向性——介电各向异性， ε⊥ 它与分子极性相关。△ε=ε∥-ε⊥ Δε>0的液晶是正性液晶，加电时液晶分子延电 场方向排列；Δε<0的液晶是负性液晶，加电时液 晶分子垂直电场方向排列 介电特性是液晶的本质特征，是所有其他性能的 基础 介电特性为驱动提供了原动力 两体系混合后介电常数可线性叠加
液晶材料及应用
产品开发部 应妙德 2009-4-24
目录
一．液晶的定义和基本分类 二．液晶材料性能参数 三．手性剂介绍 四．液晶的选择 五．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
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。 B. 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。
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。
1.06
(Δnd～1.63um)
4.2
、 STN型液晶显示器 ～ 30℃
工作温度范围 高温工作温度低于清亮点25 响应时间 液晶旋转黏度、盒间距（d）
低温工作温度必须高于凝固点20℃以上
手性剂添加
Δ n选择
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
Δn d范围在0.78um～0.85um之间，优选为0.825um
不同∆n对CSTN对比度和NTSC影响 80.00 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00
0.144 0.146 0.148 0.150 0.152 0.154 0.156 Contrast NTSC
50.00% 45.00% 40.00% 35.00% 30.00% 25.00% 20.00% 15.00% 10.00% 5.00% 0.00%
折 射率 随 频 率 的 变化
1.9
1.7
在可见光波段内，折射率的
变化足以影响显示器件的色度 在C-STN中，不但需要补偿膜，
ne
1.7
1.6
1.6
1.5
1.5
no
1.4 1.4 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700
而且对液晶的这一性能要求也
较为严格
高频
低温度时，S≈0.8
S值不受一般的强电场或强磁场的影响
②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
TCN 液晶相 TNI 液体 Tm 熔点 Tc 清亮点 clear point
温度
③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