液晶材料的發現，正式於1888年，將膽固醇的苯二甲酸或以酸加熱到145度時，有白濁稠狀液體，再加熱至178度，會變成透明液體，冷卻下來則有紫色、橙紅色、綠色等不同顏色變化。
基本介紹
- 中文名：液晶材料
- 外文名：Liquid crystal material
發展歷史,材料分類,材料合成,材料模型,測量方法,材料套用,材料現狀,
發展歷史
1854~1889年代，德國生理學家R.C.Virchow發現自然界的Myelin物質，此是一種溶致型液晶，在適當的水份混合後，會呈現光學異方向性之有機分子集合體。
1920後時期，為液晶合成的開始及分類的確定，Friedel博士將液晶分類成層列型或距列型、向列型、膽固醇型..
1960到1968年代，為液晶套用研究的蓬勃時期，G.H.Heilmeir博士發現動態散射模式(DSM)，而使套用朝向液晶平面顯示器
電控復折射(ECB)的動作模式於1971年提出，後來發明扭曲向列型液晶平面顯示器，套用在汽車儀表和電子表上
1973年後為液晶實用化和套用研究多樣化時期，日本的sharp和Seiko-EpsON改朝向向列型液晶平面顯示器，1972年P.Brody提出主動性矩陣型模式，1980到1983年則有鐵電性液晶平面顯示器，1983到1985年發明超向列型液晶平面顯示器(STN-LCD)。
1980年日立試作低溫多晶矽薄膜電晶體液晶平面顯示器(LTPS TFT-LCD)
1990年代彩色超向列型液晶平面顯示器之筆記型電腦
1991年彩色非晶矽薄膜電晶體液晶平面顯示器之筆記型電腦
1996年低溫多晶矽薄膜電晶體液晶平面顯示器的數位相機
2000年低溫多晶矽薄膜電晶體液晶平面顯示器結合有機電雷射顯示器成為新一代省電及高解析度的顯示器
1920後時期，為液晶合成的開始及分類的確定，Friedel博士將液晶分類成層列型或距列型、向列型、膽固醇型..
1960到1968年代，為液晶套用研究的蓬勃時期，G.H.Heilmeir博士發現動態散射模式(DSM)，而使套用朝向液晶平面顯示器
電控復折射(ECB)的動作模式於1971年提出，後來發明扭曲向列型液晶平面顯示器，套用在汽車儀表和電子表上
1973年後為液晶實用化和套用研究多樣化時期，日本的sharp和Seiko-EpsON改朝向向列型液晶平面顯示器，1972年P.Brody提出主動性矩陣型模式，1980到1983年則有鐵電性液晶平面顯示器，1983到1985年發明超向列型液晶平面顯示器(STN-LCD)。
1980年日立試作低溫多晶矽薄膜電晶體液晶平面顯示器(LTPS TFT-LCD)
1990年代彩色超向列型液晶平面顯示器之筆記型電腦
1991年彩色非晶矽薄膜電晶體液晶平面顯示器之筆記型電腦
1996年低溫多晶矽薄膜電晶體液晶平面顯示器的數位相機
2000年低溫多晶矽薄膜電晶體液晶平面顯示器結合有機電雷射顯示器成為新一代省電及高解析度的顯示器
材料分類
根據液晶形成的條件可分為熱致液晶和溶致液晶；按相態分類可分為向列相，近晶相和手性相。
1.溶致液晶，將某些有機物放在一定的溶劑中,由於溶劑破壞結晶晶格而形成的液晶,被稱為溶致液晶。比如:簡單的脂肪酸鹽、離子型和非離子型表面活性劑等。溶致液晶廣泛存在於自然界、生物體中,和生命息息相關,但在顯示中尚無套用。
2.熱致液晶，熱致液晶是由於溫度變化而出現的液晶相。低溫下它是晶體結構,高溫時則變為液體,這裡的溫度用熔點( TM) 和清亮點( TC ) 來標示。液晶單分子都有各自的熔點和清亮點,在中間溫度則以液晶形態存在。目前用於顯示的液晶材料基本上都是熱致液晶。在熱致液晶中,又根據液晶分子排列結構分為三大類:近晶相(SMECTIC) 、向列相(NEMATIC) 和膽甾相(CHOLESTERIC) 。
目前,各種形態的液晶材料基本上都用於開發液晶顯示器,現在已開發出的有各種向列相液晶、聚合物分散液晶、雙(多) 穩態液晶、鐵電液晶和反鐵電液晶顯示器等。而在液晶顯示中,開發最成功、市場占有量最大、發展最快的是向列相液晶顯示器。按照液晶顯示模式,常見向列相顯示就有TN (扭曲向列相) 模式、HTN (高扭曲向列相) 模式、STN (超扭曲向列相) 模式、TFT (薄膜電晶體) 模式等。
1.溶致液晶，將某些有機物放在一定的溶劑中,由於溶劑破壞結晶晶格而形成的液晶,被稱為溶致液晶。比如:簡單的脂肪酸鹽、離子型和非離子型表面活性劑等。溶致液晶廣泛存在於自然界、生物體中,和生命息息相關,但在顯示中尚無套用。
2.熱致液晶，熱致液晶是由於溫度變化而出現的液晶相。低溫下它是晶體結構,高溫時則變為液體,這裡的溫度用熔點( TM) 和清亮點( TC ) 來標示。液晶單分子都有各自的熔點和清亮點,在中間溫度則以液晶形態存在。目前用於顯示的液晶材料基本上都是熱致液晶。在熱致液晶中,又根據液晶分子排列結構分為三大類:近晶相(SMECTIC) 、向列相(NEMATIC) 和膽甾相(CHOLESTERIC) 。
目前,各種形態的液晶材料基本上都用於開發液晶顯示器,現在已開發出的有各種向列相液晶、聚合物分散液晶、雙(多) 穩態液晶、鐵電液晶和反鐵電液晶顯示器等。而在液晶顯示中,開發最成功、市場占有量最大、發展最快的是向列相液晶顯示器。按照液晶顯示模式,常見向列相顯示就有TN (扭曲向列相) 模式、HTN (高扭曲向列相) 模式、STN (超扭曲向列相) 模式、TFT (薄膜電晶體) 模式等。
材料合成
1.具有光和熱的化學安定度以及使用壽命較長
2.寬廣的使用溫度區域，可適用於不同的低溫或者高溫的環境
3.液晶的黏度值低而易產生高速回響速度
4.鐵電異方向性大而適合於低電壓操作
5.復折射率的變化性可有效地增加其對比性
6.分子的配列性以及其秩序度高而有效的增加其對比性
2.寬廣的使用溫度區域，可適用於不同的低溫或者高溫的環境
3.液晶的黏度值低而易產生高速回響速度
4.鐵電異方向性大而適合於低電壓操作
5.復折射率的變化性可有效地增加其對比性
6.分子的配列性以及其秩序度高而有效的增加其對比性
材料模型
人們常認為，決定一個液晶形成的主要因素相是整體的，或總的，分子形狀的組成部分一個液晶物質分子。三種特殊的分子拓撲結構很容易識別的分子有以下排除旋轉卷：球形，橢圓形，和盤狀。球形液晶材料，為
例如，金剛烷，季戊四醇，環己烷，等等，通常引起在塑膠晶體中，分子具有長程有序的位置經過快速的reorientational運動對他們的格點。橢圓形或棒狀分子通常引起所謂的棒狀液晶，包括液晶和層狀近晶相晶體，和層狀各向異性塑膠晶體（軟固體）。盤狀液晶材料生產–盤狀和柱狀–狀液晶和柱狀軟固體（三維，圓盤狀）。分子材料具有這些形狀的組合也可以相。例如，具有圓盤形和棒狀形狀的材料都可以同時顯示出棒狀和盤狀的階段，這樣的材料，這往往是polycatenar，被稱為phasmidic這是單細胞的感受器在側若干種線蟲的尾部區域。他們的結構相似纖毛感受器，而小）。類似地，結合的分子結構光碟和球體的功能可以有碗狀的形狀，可以生產碗狀或錐體基。此外，材料與彎曲的架構已發現具有介孔的小說類某些液晶分子的分子模板圖中描述的修改，典型的低摩爾的例子質量液晶顯示。所有這些模板具有潛在的手性。
例如，金剛烷，季戊四醇，環己烷，等等，通常引起在塑膠晶體中，分子具有長程有序的位置經過快速的reorientational運動對他們的格點。橢圓形或棒狀分子通常引起所謂的棒狀液晶，包括液晶和層狀近晶相晶體，和層狀各向異性塑膠晶體（軟固體）。盤狀液晶材料生產–盤狀和柱狀–狀液晶和柱狀軟固體（三維，圓盤狀）。分子材料具有這些形狀的組合也可以相。例如，具有圓盤形和棒狀形狀的材料都可以同時顯示出棒狀和盤狀的階段，這樣的材料，這往往是polycatenar，被稱為phasmidic這是單細胞的感受器在側若干種線蟲的尾部區域。他們的結構相似纖毛感受器，而小）。類似地，結合的分子結構光碟和球體的功能可以有碗狀的形狀，可以生產碗狀或錐體基。此外，材料與彎曲的架構已發現具有介孔的小說類某些液晶分子的分子模板圖中描述的修改，典型的低摩爾的例子質量液晶顯示。所有這些模板具有潛在的手性。
測量方法
1.轉移溫度的測量，利用毛細管法及顯微鏡觀察法測定轉移點，或以雷射光束的透光率法。
2.層析法，例如所謂的紙層析法和薄層層析法。
3.熱量計方式的精密融點測定。 4.電阻係數的測定。
5.氣體層析法。
材料套用
（1）TN：計算器，電子表,儀器儀,表錶盤,電話機,傳真機，家用電器
（2）HTN：遊戲機，電飯煲，早教機,車載系統
（3）STN：手機，MP4，MP3,電子詞典，PDA
（4）TFT：背投電視，電腦，手機 ，汽車導航儀
（2）HTN：遊戲機，電飯煲，早教機,車載系統
（3）STN：手機，MP4，MP3,電子詞典，PDA
（4）TFT：背投電視，電腦，手機 ，汽車導航儀
材料現狀
我國液晶材料生產經過十多年的努力，從無到有，已逐步形成了相當規模的產業，由完全的進口轉化為部分出口,年銷售量達到12噸左右。雖然發展較快，但在世界液晶材料市場中所占份額非常小，仍然趕不上世界LCD發展的需要。我國液晶材料開發研究工作雖然從七十年代初期就已經開始，但由於受國內LCD工業整體技術設備水平和投入資金的限制，液晶行業也一直沒有被國家列入重點科技攻關項目，研究經費嚴重不足和人才短缺限制了該行業的發展。到目前為止液晶顯示器件和液晶材料研究開發仍以TN型和中低檔STN型為主。僅就液晶顯示器方面而言，到了九十年代初，隨著我國數十家LCD生產線的引進，以中科院長春物理所、電子部南京五十五所、清華大學和深圳天馬微電子公司為龍頭的LCD技術研究開發工作才得以開展，但其研究課題主要集中在TN-LCD、STN-LCD生產相關技術以及少數TFT-LCD基礎性課題方面。在液晶材料方面，由於受國內LCD工業整體技術設備水平限制，雖然有很多科研單位投入力量研究開發液晶顯示器或液晶材料,但除了中科院上海有機所在全氟苯炔類液晶化合物合成方面取得一些突破性成就外，在新材料開發和套用研究方面同國外相比，差距很大。特別在STN、TFT-LCD配套液晶材料的研究開發工作進展非常緩慢，同日本、德國和英美國家相比，至少落後八至十年左右，使得我國在世界液晶顯示行業市場中缺乏競爭力。國內目前中高檔產品品種相對偏少，尚不能滿足國內市場的需求，急待增加科研開發力度，尤其是STN-LCD用液晶材料，國內市場已呈現需求狀態，急需儘快占領；中高檔液晶材料技術含量高，售價及利潤相對來說也較高。
