液晶基本知识

液晶的物理特性

液晶是一种介于固态和液态之间的有机化合物，即具有固态光学特性，又具有液态的流动特性，

具体分析，它的物理特性有以下三种，即粘性、弹性和极化性。

(1)粘性。液晶的粘性从流体力学的观点来看，可以说是一种具有排列性质的流体，依照作用

力量的不同，可以产生不同的效果。

(2)弹性。液晶的弹性表现为，当外加力量后，能呈现有规则方向性的变化。比如，当光线射

入液晶物质中时，即产生按照液晶分子的排列方式行进，而产生自然的偏转现象。

(3)极化性。液晶的极性即液晶中的电子结构。液晶具备很强的电子共轭运动能力，当液晶分

子受到外加电场的作用时，便很容易被极化而产生感应偶极性。

液晶显示器就是利用液晶这些特性，通过科学的装配，使液晶产生光电效应，从而显示光栅和

图像。

液晶显示技术概念(液晶的物理特性)

通电时导通，排列变的有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。让液

晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。就技术面而言，液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃

素材，称为Substrates，中间夹著一层液晶。当光束通过这层液晶时，液晶本身会排排站立

或扭转呈不规则状，因而阻隔或使光束顺利通过。

液晶材料是随着LCD 器件的发展而迅速发展，从联苯腈、酯类、含氧杂环苯类、嘧啶环类

液晶化合物逐渐发展到环已基（联）苯类、二苯乙炔类、乙基桥键类和各种含氟芳环类液晶

化合物，最近日本合成出结构稳定的二氟乙烯类液晶化合物，其分子结构越来越稳定，不断

满足STN、TFT-LCD的性能要求。 虽然世界液晶显示器的市场量越来越大，但我国液晶行业

在其中的份额却很小，而且仍是集中在TN液晶材料方面，在TFT液晶材料方面是一片空白。

这些使得我国在世界液晶市场中缺乏竞争力，强烈呼吁国家应当采取积极措施，加强液晶显

示器件与材料研究开发的人力与资金投入，以振兴中华液晶显示行业。

我国STN-LCD用液晶材料的研究和应用

2006-10-28

我国STN-LCD用液晶材料的研究和应用前景鉴于成本的因素，TFT-LCD将不可能完全代

替STN-LCD原有的在移动通讯和游戏机等领域的应用。所以，我国“十五”期间仍将黑白及

彩色STN-LCD定为显示产业的发展重点。但是，我国若想在STN-LCD用混晶材料领域取

得突破，就必须加强合作，形成联合攻关之势，在液晶品质方面狠下功夫，以增强同国外混

晶材料的竞争力。

一、STN-LCD用液晶材料的发展

1888年，奥地利科学家F•Reinitzer发现了液晶。20世纪70年代初，Helfrich和Schadt

利用扭曲向列相液晶的电光效应和集成电路相结合，将其制成显示器件，实现了液晶材料的

产业化。这种液晶材料称为扭曲向列相液晶显示（NT-LCD）材料，其产品主要应用在电子

表和计算器上。80年代中期，开发成功超扭曲向列相液晶显示（STN-LCD）材料，其产品

主要应用在BP机、移动电话和笔记本电脑上。目前，国外（STN-LCD）用液晶材料混配

技术已很成熟，开发的单晶化合物种类繁多。国内由于科研力量分散，导致了开发进度延缓，

（STN-LCD）用液晶材料市场仍被国外液晶材料公司占据。STN-LCD用液晶材料主要由单

晶化合物和手性添加剂混配而成。另外，聚酰亚胺（PI）对液晶分子具有良好的取向性能，

各种液晶显示器件一般都用PI作为取向膜。为了满足扭曲角不小于180°的要求，STN-LCD

要求取向剂具有较高的预倾角。

二、STN-LCD用液晶化合物

酯类和联苯类液晶化合物是STN-LCD用混晶材料的主要成分，国内各科研机构已开发了近

千种，其中已有100种以上应用于混晶配方。这两类液晶粘度较低，液晶相范围较宽，适

合配制不同性能的混晶材料。但是为了满足STN混晶大K33/K11值（K33为展曲弹性常数，

K11为扭曲弹性常数）和适度△n（光学各向异性）的要求，人们在混晶中添加了炔类、嘧

啶类、乙烷类和端烯类液晶化合物。

炔类液晶由于存在3键，往往具有较大的△n。据国内文献报道，合成的此类液晶一般在侧

键或末端有含氟基团，化合物具有近晶相。这些液晶目前还没有应用到STN混晶配方中，

但其合成方法对合成其它炔类液晶有参考价值。嘧淀类液晶具有较大的△n值，在调配STN

混晶时，常常加入少量该类液晶以调节混晶体系的△n，此类液晶目前已有了适合工业化生

产的合成路线。乙烷类液晶粘度较低，△n较小，并且△n随温度度的变化也较小，所以STN

液晶也掺杂此类液晶。含有环己环的乙烷类液晶合成时易生成顺反异构体混合物，导致合成

总收率降低，且难以提纯。目前国内已有文献报道，通过转位的方法将顺反异构体转化为反

式异构体，大大降低了生产成本。

K33/K11值对STN-LCD的阈值锐角有很大影响，较大的K33/K11值使显示有较高的对比

度。为了提高K33/K11值，往往需要在混晶中添加短烷基链液晶化合物和端烯类液晶化合

物。目前，国内还没有端烯类液晶化合物合成的文献报道。

三、STN-LCD用手性添加剂

STN-LCD用液晶材料中使用的手性添加剂主要是S811。手性添加剂浓度对液晶显示品质

有重要影响。手性添加剂浓度不合适，液晶器件会出现视角畴，影响器件的显示品质。STN

混晶中S811的含量一般低于0.5％。目前，国内S811的合成技术已比较完善，探索出了

比国外更为经济的合成路线。我们也对S811的合成进行了深入的研究，取得了一定成果。

STN-LCD用液晶材料使用的手性添加剂除了S811外，还有R1011和S1011，均为国外公

司商品牌号，由于分子式较繁，此处不再列出。有关这两种手性添加剂的研究，目前我国还

没有文献报道。

四、STN-LCD用取向剂

在STN显示中，不同的扭曲角要求不同的预倾角。液晶分子在聚酰亚胺表面上的排列与PI

的分子结构直接相关。对于TN型LCD，要求预倾角在1°～2°；对于STN型LCD，则要求

预倾角为3°～10°。控制稳定的高预倾角，是制备的STN的主要技术之一。对于含—CF3

基团的PI，预倾角可达到3°以上，能够满足液晶分子高扭曲角的要求。

预倾角的大小除了与PI的分子结构有关外，还与其固含量，摩擦条件，磨擦材料以及基片