液晶材料知识

和圆盒状碟形向列型液晶
9-2.2 液晶材料的种类
*液晶依规则位置而有不同的分类示意图
9-2.2 液晶材料的种类
*液晶化合物分子构造的基本条件而言，事实上它的几何学上 是非对称性的。
*液晶平面显示器最初实用化的是1973年使用动态散射模式的
电算机。具有大容量功能的超向列扭曲模式(STN Mode)，则是 使用有较大弹性系烯烃(Alkenyl)系化合物的液晶材料，此一类
2.液晶材料的种类
9-3 液晶材料的特性及其应用
1.液晶材料的特性及其测量
2.液晶材料之光电科技领域的应用
9-4 液晶材料所面临的课题与未来的展望
9-1 前言
*液晶平面显示器的技术发展趋于成熟阶段，而且其应用面也
随着信息、通讯和网络技术的进步而被大量地运用，例如笔
记型计算机、行动电话、个人助理机和携带式消费性产品等。 *较难实现之广视野角、高画质化和高速化等问题，均因新的
9-1 前言 *液晶平面显示器基本结构以及液晶分子的角色
附录: 液晶的诞生来自于一项非常特殊物质的发现，早在 1850 年 Virchow, Mettenheimer 和 Valentin 这三个人就发现 nerve fibre 的粹取物中含有这种不寻常的东西。到了 1877 年德国 物理学家 Otto Lehmann 运用偏极化的显微镜首次观测到了液 晶化的现象，但他对此一现象的成因并不了解。直到公元1888 年，奥地利的植物学家 Friedrich Reinitzer（1857-1927） 发现了螺旋性甲苯酸盐的化合物（cholesteryl benzoate）， 确认了这种化合物在加热时具有两个不同温度的熔点，在这两 个不同的温度点中，其状态介于一般液态与固态物质之间，类 似胶状，但在某一温度范围内其又具有液体和结晶双方性质， 由于其特殊的状态。Reinitzer 后来走访 Lehmann 深入探讨这 种物质的表现，其后两人便命名这种物质为「Liquid Crystal」，就是液态结晶物质的意思。Reinitzer 和 Lehmann 这两人被誉为液晶之父。
第九章
液晶材料的种类、特性及其应用
参考资料： 1.平面面板显示器 基本概论 二版 顾鸿寿/周本达/陈密 /张德安/樊雨心/周宜衡 编著 出版者：高立 书号：232526 发行日期：2005年8月 2.显示器原理与技术 赵中兴 编著 出版者：全华 书号：03185-01 发行日期：1999
9-1 前言 9-2 液晶材料的发展历程及其种类 1.液晶材料的发展历程
附录:
液态晶体
ຫໍສະໝຸດ Baidu
Liquid Crystal
加热 加热
冷却
冷却
固体结晶
液晶
液体
参考资料 :张文固博士-平面显示器技术
附录:
晶体： 有光轴，不能随器成形。光轴不能随空间连续 变化。
液晶： 有光轴，可以随器成形。光轴可以随空间连续 变化。
液体： 没有光轴，可以随器成形。
参考资料 :张文固博士-平面显示器技术
*早期大部份的液晶材料需于100度左右才具有液晶性质，因而
影响到其实用性，一般液晶材料合成时所需考量的重点有:
1.具有光合热的化学安定度以及使用寿命较长 2.宽广的使用温度区域，可适用于不同的低温或者高温的环境
3.液晶的黏度值低而易产生高速响应速度
4.铁电异方向性大而适合于低电压操作 5.复折射率的变化性可有效地增加其对比性
材料、新的组合设计和新的驱动方式之发展，而实现了轻薄
短小和替代性映像管监视器和电视的功能。 *液晶材料 (Liquid Crystal) 在液晶平面显示器的组成结构 上所担任的角色是相当地重要，虽然其种类有数万种，但真 正使用的也仅有数十多种。
9-1 前言 *液晶状态被喻为是自然界中物质的第四状态，而有别于固态 、液态和气态的物质三大状态，液晶分子是一种具有光学异 方向性和流动性之结晶性液体，是一种机能性材料 *液晶依其分子排列方式，分为向列型(Nematic)、距列型 (Smectic)、胆固醇型(Cholesteric)、圆盒型(Disotic) *若依对外在因素的影响，有溶致型的(Lyotropic)、热致型 (Thermotropic) *若依分子量来分，有低分子型和高分子型 *若依温度的因素，有互变转换型(Enantiotropic)、单变转换型 (Monotropic) *在高分子的液晶有主链型和侧链型 *液晶的发现最早是在19世纪，经由多年的研究才成功的开发出 液晶平面显示器的应用
9-2.1 液晶材料的发展历程
*1973年后为液晶实用化和应用研究多样化时期，日本的sharp和
Seiko-Epson改朝向向列型液晶平面显示器，1972年P.Brody提出 主动性矩阵型模式，1980到1983年则有铁电性液晶平面显示器， 1983到1985年发明超向列型液晶平面显示器(STN-LCD)。 *1980年日立试作低温多晶硅薄膜晶体管液晶平面显示器 (LTPS TFT-LCD) *1990年代彩色超向列型液晶平面显示器之笔记型计算机 *1991年彩色非晶硅薄膜晶体管液晶平面显示器之笔记型计算机 *1996年低温多晶硅薄膜晶体管液晶平面显示器的数位相机 *2000年低温多晶硅薄膜晶体管液晶平面显示器结合有机 电激光显示器成为新一代省电及高分辨率的显示器
9-2.1 液晶材料的发展历程
*动态散射模式(Dynamic Scattering Mode,DSM)示意图
9-2.2 液晶材料的种类
*液晶是同时具有液体的流动性和结晶的异方向性之物质状态 *液晶材料有各种不同的种类，其配列构造之位置秩序来分类 则有一因次液晶、二因次液晶、三因次液晶 1.一因次液晶有碟盒状液晶相 2.二因次液晶具有层状结构之层列型或距列型液晶相 3.三因次液晶为具有方向秩序之棒状向列型液晶相
的材料广泛使用于超向列扭曲模式液晶材料，现还有向列扭曲
模式和超向列扭曲模式的液晶常用材料，为1977年后发现的 基环已烷系(Phenyl-Cyclo hexane)为材料
*因应画质和表示容量的发展，在1985年成功制做出主动矩阵
驱动式薄膜晶体管的小型电视，进而发展到笔记型计算机的应用
9-2.2 液晶材料的种类
6.分子的配列性以及其秩序度高而有效的增加其对比性
9-2.2 液晶材料的种类 *向列型液晶材料(Nematic)，近年来主要开发，集中于主动
式矩阵驱动的液晶平面显示器(AM-LCD)，在AM-LCD用的液晶
化合物中，其要求的特性有高的比电阻、低的粘度、正的铁 电率异方向性、高的化学和光化学的安定性，符合这些特性
9-2.2 液晶材料的种类
*距列型或层列型液晶材料
的代表性分子结构
9-2.2 液晶材料的种类
*代表性铁电性液晶的分子结构
9-2.2 液晶材料的种类
*反铁电性液晶(AFLC)，是在电场的驱动下，由反铁电性液晶
转换成铁电性液晶的一种物理现像。 *在低分子液晶的AFLC中，核心构造的笨环和共轭之笨基结合 并与非对称性碳原子邻接者，在非对称性中心将CH3基结合的 状况，要比将CF3基结合来的有安定的反铁电性，另外在高分 子液晶得AFLC中，核心构造的部份连接奇数的探碳链，也可 以获得反铁电性的配列。 *胆固醇液晶材料不具有液晶性，但是当其氢氧基被卤素取代成 卤素化合物，以及和碳酸或脂肪酸产生酯化反应之胆固醇衍生 。胆固醇液晶材料具有特殊螺旋结构，而引发选择性光散射、 旋光性和圆偏光双色性，可以利用胆固醇型液晶材料的外加电
*代表性氟化物液晶的化学构造以及特性
9-2.2 液晶材料的种类 *距列型或层状型液晶材料，可分为铁电性液晶和反铁电性 铁电性液晶(FLC) *铁电性液晶是由Meyer于1974年发现的，然后于1979 年发表表面安定化铁电性液晶平面显示器，铁电性液晶是以 简单矩阵式驱动的并期待具有高响应、高分辨率和大画面的应用 * Meyer认为要获得铁电性液晶的条件，有分子长轴和垂直方向应 有永久偶极矩、无消旋体、具有向列型液晶C相。铁电性液晶在 电场施加时，其响应时间与铁电性液晶的自发极化成反比，与粘 性系数成正比。 *要获得较高的响应速度，自发极化要大、粘性系数要小。 *自发行极化的改善对策，是在对掌性或光学活性结构中心倒入 大的永久双偶极矩、对掌性中心置于核心结构附近，以及复数 的对掌性中心导入等设计理念，大的自发极化值之达成，可经 由非对称性碳原子和永久偶极矩(Permant Dipole Moment)
的材料以氟系化合物为主。
*液晶化合物之分子长轴方向的氟数增加时，则其非子长轴方 向的双极子动量变低。
*液晶铁电异方向性的增加，可经由核心部结构内之极性基的
导入结合，以达到其粘度将降低的，但是当逆向导入时则其 液晶的铁电异方向性变小。
9-2.2 液晶材料的种类
*向列型液晶材料的代表性分子结构
9-2.2 液晶材料的种类
9-2.2 液晶材料的种类
*代表性高分子型液晶分子结构
9-2.2 液晶材料的种类 *不同高分子型液晶分子结构分类图
9-2.2 液晶材料的种类
*高分子型液晶分子配列结构图
9-2.2 液晶材料的种类
*液晶的组织结构因液晶的种类不同而异，向列型液晶相的组 织结构有纤维状、水滴状、Schlieren、和大理石花纹状 *胆固醇型液晶相的组织结构有扇状、平面状、指纹状、血小板 、蓝色相 *矩阵型A液晶相的组织结构有破扇状、多角形状、扇状、短棒状 *距列型C液晶相的组织有破扇状、大理石花纹状、筋条扇状、
9-2.1 液晶材料的发展历程 *1854~1889年代，德国生理学家R.C.Virchow发现自然界的Myelin 物质，此是一种溶致型液晶，在适当的水份混合后，会呈现光学 异方向性之有机分子集合体。 *液晶材料的发现，正式于1988年，将胆固醇的笨二甲酸或以酸 加热到145度时，有白浊稠状液体，再加热至178度，会变成透明 液体，冷却下来则有紫色、橙红色、绿色等不同颜色变化。 *1920后时期，为液晶合成的开始及分类的确定，Friedel博士将 液晶分类成层列型或距列型、向列型、胆固醇型.. *1960到1968年代，为液晶应用研究的蓬勃时期，G.H.Heilmeir 博士发现动态散射模式(DSM)，而使应用朝向液晶平面显示器 *电控复折射(ECB)的动作模式于1971年提出，后来发明扭曲向列型 液晶平面显示器，应用在汽车仪表和电子表上
的荧幕。由此开始，加上了1970年代日本 SONY 与 Sharp 两家公司对液晶显
示技术全面开发与应用，让液晶显示器成功的融入现代的电子产品之中。
参考资料 :http://www.digital.idv.tw/DIGITAL/Classroom/MROH-CLASS/oh62/index-oh62.htm
参考资料 :http://www.digital.idv.tw/DIGITAL/Classroom/MROH-CLASS/oh62/index-oh62.htm
附录:
同 CRT 阴极射线管一样，液晶虽早在1888年就被发现（实际上，但是实际应 用在生活周遭时，已是80年后的事了。因为液晶在两次大战中对军事用途的 帮助不大，以致于 其发展落后 CRT 甚多。比较重要的是 1922 年 Oseen 和 Zöcher 这两位科学家为液晶确立状态变化之方程式。一直到了 1968年美国 RCA公司工程师们利用液晶分子受到电压的影响而改变其分子的排列状态，并 且可以让入射光线产生偏转的现象之原理，制造了世界第一台使用液晶显示
压、气体吸附和温度等因素而引发色彩的变化
9-2.2 液晶材料的种类 *代表性反铁电性液晶的分子结构
9-2.2 液晶材料的种类
*胆固醇液晶材料的分子结构
9-2.2 液晶材料的种类
*高分子型液晶材料称为高分子液晶，主要是因为结构为高分子 骨骼结构和刚直的液晶分子基或液晶元(Mesogen)所组成，其分 类有主链型、侧链型和复合型的高分子结构。 *高分子液晶与低分子液晶同存在有因添加溶剂，而产生液晶性的 溶致型高分子液晶，以及因温度变化而产生液晶性的热致型高分 子液晶。 *高分子液晶可分为向列型液晶、距列型液晶、胆固醇液晶、碟盒 型液晶。 *另外还有主链型高分子液晶材料，是液晶分子基或液晶元连接于 高分子的骨骼上;侧链型高分子液晶材料，是液晶分子基连接 于高分子主骨骼的旁边。 *主链型高分子液晶材料主要是应用于高性能高分子材料开发，侧 链型则是用于高机能性高分子材料的应用