液晶是處于固態(tài)和液態(tài)之間具有一定有序性的有機(jī)物質(zhì)，具有光電動(dòng)態(tài)散射特性;它有多種液晶相態(tài)，例如膽甾相，各種近晶相，向列相等。根據(jù)其材料性質(zhì)不同，各種相態(tài)的液晶材料大都已開發(fā)用于平板顯示器件中，現(xiàn)已開發(fā)的有各種向列相液晶、聚合物分散液晶、雙(多)穩(wěn)態(tài)液晶、鐵電液晶和反鐵電液晶顯示器等，其中開發(fā)最成功的、市場(chǎng)占有量最大、發(fā)展最快的是向列相液晶顯示器。 顯示用液晶材料是由多種小分子有機(jī)化合物組成的，這些小分子的主要結(jié)構(gòu)特征是棒狀分子結(jié)構(gòu)。隨著LCD的迅速發(fā)展，人們對(duì)開發(fā)和研究液晶材料的興趣越來(lái)越大。
1、TN-LCD用液晶材料
TN型液晶材料的發(fā)展起源于1968年，當(dāng)時(shí)美國(guó)公布了動(dòng)態(tài)散射液晶顯示(DSM-LCD)技術(shù)。但由于提供的液晶材料的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性，使它們作為顯示材料的使用受到極大的限制。1971年扭曲向列相液晶顯示器(TN-LCD)問(wèn)世后，介電各向異性為正的TN型液晶材料便很快開發(fā)出來(lái);特別是1974年相對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的聯(lián)苯睛系列液晶材料由G.W.Gray等合成出來(lái)后，滿足了當(dāng)時(shí)電子手表、計(jì)算器和儀表顯示屏等LCD器件的性能要求，從而真正形成了TN-LCD產(chǎn)業(yè)時(shí)代。
LCD用的TN液晶材料已發(fā)展了很多種類。這些液晶化合物的結(jié)構(gòu)都很穩(wěn)定，向列相溫度范圍較寬，相對(duì)粘度較低。不僅可以滿足混合液晶的高清亮點(diǎn)、低粘度在20~30mPa•S(20℃)及△n≈0.15的要求，而且能保證體系具有良好的低溫性能。含聯(lián)苯環(huán)類液晶化合物的△n值較大，是改善液晶陡度的有效成分。嘧啶類化合物的K33/K11值較小，只有0.60左右，在TN-LCD和STN-LCD液晶材料配方中，經(jīng)常用它們來(lái)調(diào)節(jié)溫度序數(shù)和△n值。而二氧六環(huán)類液晶化合物是調(diào)節(jié)“多路驅(qū)動(dòng)”性能的必需成分。
2、STN-LCD用液晶材料
自1984年發(fā)明了超扭曲向列相液晶顯示器(STN-LCD)以來(lái)，由于它的顯示容量擴(kuò)大，電光特性曲線變陡，對(duì)比度提高，要求所使用的向列相液晶材料電光性能更好，到80年代末就形成了STN- LCD產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)品主要應(yīng)用在BP機(jī)、移動(dòng)電話和筆記本電腦、便攜式微機(jī)終端上。
STN-LCD用混晶材料一般具有下述性能：低粘度;大K33/K11值;△n和Vth(閾值電壓)可調(diào);清亮點(diǎn)高于工作溫度上限30℃以上?；炀Р牧系恼{(diào)制往往采用“四瓶體系”。這種調(diào)制方法能夠獨(dú)立地改變閾值電壓和雙折射，而不會(huì)明顯地改變液晶的其他特性。
STN-LCD用液晶化合物主要有二苯乙炔類、乙基橋鍵類和鏈烯基類液晶化合物。二苯乙炔類化合物：把STN-LCD的響應(yīng)速度從300ms提高到120~130ms，使STN-LCD性能得到大幅度的改善，從而在當(dāng)今的STN-LCD中使用較多，現(xiàn)行STN-LCD用液晶材料中約有70%的配方中含有二苯乙炔類化合物。乙基橋鍵類液晶：與相應(yīng)的其他類液晶比較，這類液晶的粘度、△n值都比較低;相應(yīng)化合物的相變溫度范圍和熔點(diǎn)相對(duì)較低，是調(diào)節(jié)低溫TN和STN混合液晶材料低溫性能的重要組分。鏈烯基類液晶：由于STN-LCD要求具有陡閾值特性，為此，只有增加液晶材料的彈性常數(shù)比值K33/K11才能達(dá)到目的。烯端基類液晶化合物具有異常大的彈性常數(shù)比值K33/K11，用于STN-LCD中，得到非常滿意的結(jié)果。
近年來(lái)，STN顯示器在對(duì)比度、視角與響應(yīng)時(shí)間上都有顯著的進(jìn)步。由于TFT-LCD的沖擊，STN-LCD逐漸在筆記本電腦和液晶電視等領(lǐng)域失去了市場(chǎng)。鑒于成本的因素，TFT-LCD將不可能完全代替STN-LCD原有的在移動(dòng)通訊和游戲機(jī)等領(lǐng)域的應(yīng)用。
(2)高電壓保持率(V.H.R)，這意味液晶材料必須具備較高的電阻率，一般要求至少大于1012Ω•cm;
(3)較低的閾值電壓(Vth)，以達(dá)到低電壓驅(qū)動(dòng)，降低功耗的目的;
(4)與TFT LCD相匹配的光學(xué)各向異性(△n)，以消除彩虹效應(yīng)，獲得較大的對(duì)比度和廣角視野?！鱪值范圍應(yīng)在0.07~0.11之間。
在TN、STN液晶顯示中廣泛使用端基為氰基的液晶材料，如含氰基的聯(lián)苯類、苯基環(huán)己烷類液晶，盡管其具有較高的△ε以及良好的電光性能，但是研究表明，含端氰基的化合物易于引人離子性雜質(zhì)，電壓保持率低;其粘度與具有相同分子結(jié)構(gòu)的含氟液晶相比仍較高，這些不利因素限制了該類化合物在TFT LCD中的應(yīng)用。酯類液晶具有合成方法簡(jiǎn)單、種類繁多的特點(diǎn)，而且相變區(qū)間較寬，但其較高的粘度導(dǎo)致在TFT LCD配方中用量大為減少。因此，開發(fā)滿足以上要求的新型液晶化合物成為液晶化學(xué)研究工作的重點(diǎn)。
目前，在液晶顯示材料中，TN-LCD已逐步邁入衰退期，市場(chǎng)需求逐漸萎縮，而且生產(chǎn)能力過(guò)剩，價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)激烈，己不具備投資價(jià)值。而STN-LCD將逐漸進(jìn)入成熟期，市場(chǎng)需求穩(wěn)步上升，生產(chǎn)技術(shù)完全成熟。而TFT-LCD在全球范圍內(nèi)正進(jìn)入新一輪快速增長(zhǎng)期，市場(chǎng)需求急劇增長(zhǎng)，有望成為21世紀(jì)最有發(fā)展前途的顯示材料之一。
結(jié)語(yǔ)
液晶材料是隨著LCD 器件的發(fā)展而迅速發(fā)展，從聯(lián)苯腈、酯類、含氧雜環(huán)苯類、嘧啶環(huán)類液晶化合物逐漸發(fā)展到環(huán)已基(聯(lián))苯類、二苯乙炔類、乙基橋鍵類和各種含氟芳環(huán)類液晶化合物，最近日本合成出結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的二氟乙烯類液晶化合物，其分子結(jié)構(gòu)越來(lái)越穩(wěn)定，不斷滿足STN、TFT-LCD的性能要求。 雖然世界液晶顯示器的市場(chǎng)量越來(lái)越大，但我國(guó)液晶行業(yè)在其中的份額卻很小，而且仍是集中在TN液晶材料方面，在TFT液晶材料方面有一定的發(fā)展，但目前在世界液晶市場(chǎng)中缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，強(qiáng)烈呼吁國(guó)家應(yīng)當(dāng)采取積極措施，加強(qiáng)液晶顯示器件與材料研究開發(fā)的人力與資金投入，在平板顯示行業(yè)上向上游傾斜，以振興中華液晶顯示行業(yè)。