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液晶面板是什么材料制成的(液晶面板主要材料之液晶材料篇)

1888年,一位奥地利植物学家弗里德里希·雷里特泽(F·Reinetzer)发现了一种物质,将其加热溶解至特定温度(179℃)时会成为透明液体,降到特定温度(145℃)时又成为固态晶体。不久之后,德国一位物理学家D·莱曼(Lehmann,1855年-1922年)表明,处于这两个温度之间的浑浊中间态似乎有一种晶体分子结构,于是他建议把处于这个状态的化合物称为“液晶”。

液晶面板是什么材料制成的(液晶面板主要材料之液晶材料篇)

弗里德里希·雷里特泽(F·Reinetzer)

液晶面板是什么材料制成的(液晶面板主要材料之液晶材料篇)

胆固醇苯甲酸酯

胆固醇苯甲酸酯是世界上首次被发现的具有液晶相的化合物,其状态随着温度的变化而呈现如下变化:

液晶面板是什么材料制成的(液晶面板主要材料之液晶材料篇)

液晶在发现之后的近一百年时间里,都没有得到重视,直到20世纪60年代才因为与显示技术相结合而逐步获得了广泛的应用。

液晶的分类

液晶化合物一般根据形状和性质进行分类。

根据液晶分子几何形状分类:

可以分为棒状分子,碟状分子,条状分子等,此外还有碗状分子,燕尾状分子等。

按液晶分子大小分类:

可以分为小分子液晶(分子量较小,主要应用于液晶显示),高分子液晶(分子量较大,主要用于高强度材料)。

按液晶态形成的方式分类:

可以分为热致液晶,溶致液晶,两性液晶。

热致液晶:这种液晶在一定的温度范围内存在,在化合物熔点以上的温度下稳定存在的热致液晶称为互变液晶;在某些情况下,液晶态只在低于熔点的温度下稳定存在,并且只能随着温度的降低才能得到液晶态,这种类型的热致液晶称为单变液晶。

溶致液晶:这种液晶是由极性(双亲)化合物和某些溶剂(如水)的作用而形成的,它们存在于一定的区域内(regions),并随浓度和温度的变化而变化。

两性液晶:在一定条件下,可形成溶致和热致液晶,如某些长链脂肪酸的碱金属盐类。

液晶的相态结构

液晶的相态结构,是由分子排列、分子构型和分子间相互作用来描述的,从化学观点来看,完全不同类型的分子可以形成相似的相态结构,液晶的相态结构通常有如下几种:

向列相(nematic phase)、近晶相(smectic phase)、胆甾相(手性液晶,cholesteric) 三种。

近晶相液晶

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近晶相液晶分子分层排列,根据层内分子排列的不同,又可细分为近晶相A、近晶相B等多种。层内分子长轴互相平行,其方向可以垂直于层平面,也可以与层平面成倾斜排列。分子质心在层内的位置无序,可以自由平移。这种排列称为取向有序,位置无序。近晶相液晶分子间的侧向相互作用强于层间相互作用,所以分子只能在本层内前、后、左、右滑动,但不能在上、下之间移动。

胆甾相液晶

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胆甾相液晶是一种乳白色粘稠状液体,是最早发现的一种液晶,有一个或一个以上的不对称碳原子,由于不对称碳原子的存在,使该类液晶的结构和性质与向列相和近晶相有着很大的差别。其分子也是分层排列,逐层叠合。每层中的分子长轴彼此平行,而且与层面平行。不同层中分子长轴方向不同,沿层的法线方向排列成螺旋状结构。

向列相液晶

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向列相液晶由长径比很大的棒状(条状、碟状)分子组成,分子质心没有长程有序性,具有类似于普通流体的流动性,分子不排列成层,能上、下、左、右、前、后滑动,只在分子长轴方向(指向矢)上保持相互平行或近于平行,分子间短程相互作用微弱。

正由于向列相液晶分子的这种一致排列,使得它的光学特性很像单轴晶体,呈正的双折射性。对外界的电、磁、温度、应力都比较敏感,是显示器件广泛应用的材料。

不同高分子型液晶分子结构分类

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液晶材料分为液晶中间体、单体和成品液晶(混晶),液晶材料的生产过程往往需要几十步合成步骤,因此它的生产工艺要求很高、对纯度的要求也很高(>99.95%)。

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液晶材料在液晶显示产业链中的位置

液晶材料在制备过程中有三个主要环节:液晶中间体制备、液晶单体合成及提纯、混合液晶配制。液晶中间体主要用于液晶单体的合成,液晶单体主要用于配制混合液晶,混合液晶才能用于液晶显示面板的生产。每个阶段的化学反应过程具有间歇性、多步骤等特点。

液晶面板是什么材料制成的(液晶面板主要材料之液晶材料篇)

液晶混配技术是获得混合液晶的关键技术。调配优质的混合液晶必须满足液晶显示器件的各种性能参数的要求,适应液晶显示器件工艺要求,调配过程中必须积累每种液晶化合物的物理性能数据,掌握器件性能与液晶物理性能的关系。

由于液晶面板对快速响应、工作温度范围、显示视角、稳定性等显示性能的高标准,且下游液晶面板厂商对液晶材料的认证往往需要三四年的时间,因此液晶材料厂商要做出性能优良的液晶产品难度很大,同时企业间存在比较高的技术壁垒和客户壁垒。

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