乐研产品推荐——液晶(LC)材料

2022-01-06 17:00:41 上海皓鸿生物医药科技有限公司


液晶作为一类软物质,兼具晶体的各向异性和液体的流动性,在空间受限或外加刺激时呈现出不同的结构,对电、光、热和磁等外场作用具有独特响应,是应用最广的平板显示材料,并在高端防伪、智能窗、光致动器和高导热材料等高新技术领域展现出特殊应用价值。

1922年法国人弗里德(G.Friedel)仔细分析当时已知的液晶,把他们分为三类:向列型(Nematic)、层列型(Smectic)和胆甾型(Cholesteric)。而在液晶显示中,开发最成功、市场占有量最大、发展最快的是向列相液晶显示器。

胆甾相液晶在显示技术中很有用,TN(扭曲向列相)、STN(超扭曲向列相)等显示都是在向列相液晶中加入不同比例的胆甾相液晶而获得的,另外,此类液晶也应用于温度计。胆甾醇酯类液晶大都是胆甾醇的衍生物,能在较宽广的相变温度范围内呈现胆甾相液晶的性能,具有热稳定性好、热色灵敏度高等优点。

2021年1月份,郑致刚教授等[1]通过引入手性偶氮光敏材料制备了光敏倾斜螺旋液胆甾相液晶,在光电协同作用下利用倾斜螺旋结构的电场依赖性以及光场产生的热效应和光致异构效应实现了反射带从可见光到近红外较宽光谱范围的调控,进一步丰富和拓展了胆甾相液晶应用的范围,同时为倾斜螺旋结构调制方式的多元化提供了新思路。

图1 掺杂质量分数为(a)2.0%;(b)1.5%;(c)1.0%

手性光敏材料的倾斜螺旋胆甾相液晶的电调光谱

向列相液晶[2]分子的排列和运动比较自由,对外界作用相当敏感,因而应用广泛。按照液晶显示模式,常见向列相显示就有TN模式、STN模式、HTN(高扭曲向列相)模式、TFT(薄膜晶体管)模式等。其中TFT模式是近些年发展最快的显示模式。


01
TN(TwistNematic)扭曲向列型液晶材料

TN型液晶材料的发展起源于1968年,当时美国公布了动态散射液晶显示(DSM2LCD)技术。但由于提供的液晶材料的结构不稳定性,使它们作为显示材料的使用受到极大的限制。

1971年扭曲向列相液晶显示器(TN—LCD)问世后,介电各向异性为正的TN-液晶材料便很快开发出来;特别是1974年相对结构稳定的联苯腈系列液晶材料由G.W.Gray等人合成出来后,满足了当时电子手表、计算器和仪表显示屏等LCD器件的性能要求,从而真正形成了TN—LCD产业时代。

TN2LCD用液晶材料的特点是分子结构稳定,向列相温度范围较宽,不仅可以满足混合液晶的高清亮点、低黏度,而且能保证体系具有良好的低温性能。


02
STN(SuperTN)超扭曲向列相型液晶材料

随着市场的发展,为了进一步提高LCD器件的性能,如扩大显示容量,提高对比度,电光特性曲线变陡等,要求所使用的向列相液晶材料电光性能更好。因此,1984年,超扭曲向列相液晶显示器(STN2LCD)应运而生,STN2LCD用混晶材料的主要成分是酯类和联苯类液晶化合物,这两类液晶黏度较低,液晶相范围较宽,适合配制不同性能的混晶材料,满足了80年代末移动电话、电子笔记本、便携式微机终端等LCD器件的性能要求,形成了STN2LCD产业。


此外,为了满足STN混晶的大K33/K11(K33为展曲弹性常数,K11为扭曲弹性常数)值和适度△n(光学各向异性)的要求,通常需要在混晶中添加炔类、嘧啶类、乙烷类和端烯类液晶化合物。


03
TFT(ThinFilmTransistor)薄膜晶体管显示型液晶材料

由于采用薄膜晶体管阵列直接驱动液晶分子,消除了交叉失真效应,因而显示信息容量大;配合使用低黏度的液晶材料,响应速度极大提高,能够满足视频图像显示的需要。因此,TFT2LCD较之TN型、STN型液晶显示有了质的飞跃。

TFT2LCD用液晶材料与传统液晶材料有所不同。除了要求具备良好的物化稳定性、较宽的工作温度范围之外,TFT2LCD用液晶材料还须具备以下特性:低黏度、高电压保持率、与TFT2LCD相匹配的光学各向异性(△n)。针对TFT2LCD用液晶材料的合成设计趋势集中于以下几个方面:

(1)以氟原子或含氟基团作为极性端基取代氰基;

(2)在液晶分子侧链、桥键引入氟原子来调节液晶相变区间、介电各向异性等性能参数;

(3)含有环己烷,尤其是双环己烷骨架的液晶分子得到广泛重视;

(4)乙撑类柔性基团作桥键的液晶。


液晶材料是随着LCD器件的发展而迅速发展的,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,近些年还研究开发出多氟或全氟芳环以及全氟端基液晶化合物。


[1]贾淑珍,袁丛龙,刘炳辉,等.基于胆甾相液晶倾斜螺旋的宽光谱动态域光电调制[J].液晶与显示,2021,36(8):8.

[2]徐晓鹏,底楠.液晶材料的分类、发展和国内应用情况[J].化工新型材料,2006, 34(11):3.


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