液晶面板主要材料之液晶材料篇

1888年,一位奧地利植物學家弗里德里希·雷裡特澤(F·Reinetzer)發現了一種物質,將其加熱溶解至特定溫度(179℃)時會成為透明液體,降到特定溫度(145℃)時又成為固態晶體。不久之後,德國一位物理學家D·萊曼(Lehmann,1855年-1922年)表明,處於這兩個溫度之間的渾濁中間態似乎有一種晶體分子結構,於是他建議把處於這個狀態的化合物稱為“液晶”。


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弗里德里希·雷裡特澤(F·Reinetzer)

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膽固醇苯甲酸酯


膽固醇苯甲酸酯是世界上首次被發現的具有液晶相的化合物,其狀態隨著溫度的變化而呈現如下變化:

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液晶在發現之後的近一百年時間裡,都沒有得到重視,直到20世紀60年代才因為與顯示技術相結合而逐步獲得了廣泛的應用。

液晶的分類

液晶化合物一般根據形狀和性質進行分類。

根據液晶分子幾何形狀分類:

可以分為棒狀分子,碟狀分子,條狀分子等,此外還有碗狀分子,燕尾狀分子等。

按液晶分子大小分類:

可以分為小分子液晶(分子量較小,主要應用於液晶顯示),高分子液晶(分子量較大,主要用於高強度材料)。

按液晶態形成的方式分類:

可以分為熱致液晶,溶致液晶,兩性液晶。

熱致液晶:這種液晶在一定的溫度範圍內存在,在化合物熔點以上的溫度下穩定存在的熱致液晶稱為互變液晶;在某些情況下,液晶態只在低於熔點的溫度下穩定存在,並且只能隨著溫度的降低才能得到液晶態,這種類型的熱致液晶稱為單變液晶。

溶致液晶:這種液晶是由極性(雙親)化合物和某些溶劑(如水)的作用而形成的,它們存在於一定的區域內(regions),並隨濃度和溫度的變化而變化。

兩性液晶:在一定條件下,可形成溶致和熱致液晶,如某些長鏈脂肪酸的鹼金屬鹽類。

液晶的相態結構

液晶的相態結構,是由分子排列、分子構型和分子間相互作用來描述的,從化學觀點來看,完全不同類型的分子可以形成相似的相態結構,液晶的相態結構通常有如下幾種:

向列相(nematic phase)、近晶相(smectic phase)、膽甾相(手性液晶,cholesteric) 三種。

近晶相液晶

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近晶相液晶分子分層排列,根據層內分子排列的不同,又可細分為近晶相A、近晶相B等多種。層內分子長軸互相平行,其方向可以垂直於層平面,也可以與層平面成傾斜排列。分子質心在層內的位置無序,可以自由平移。這種排列稱為取向有序,位置無序。近晶相液晶分子間的側向相互作用強於層間相互作用,所以分子只能在本層內前、後、左、右滑動,但不能在上、下之間移動。


膽甾相液晶

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膽甾相液晶是一種乳白色粘稠狀液體,是最早發現的一種液晶,有一個或一個以上的不對稱碳原子,由於不對稱碳原子的存在,使該類液晶的結構和性質與向列相和近晶相有著很大的差別。其分子也是分層排列,逐層疊合。每層中的分子長軸彼此平行,而且與層面平行。不同層中分子長軸方向不同,沿層的法線方向排列成螺旋狀結構。

向列相液晶

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向列相液晶由長徑比很大的棒狀(條狀、碟狀)分子組成,分子質心沒有長程有序性,具有類似於普通流體的流動性,分子不排列成層,能上、下、左、右、前、後滑動,只在分子長軸方向(指向矢)上保持相互平行或近於平行,分子間短程相互作用微弱。

正由於向列相液晶分子的這種一致排列,使得它的光學特性很像單軸晶體,呈正的雙折射性。對外界的電、磁、溫度、應力都比較敏感,是顯示器件廣泛應用的材料。

不同高分子型液晶分子結構分類

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液晶材料分為液晶中間體、單體和成品液晶(混晶),液晶材料的生產過程往往需要幾十步合成步驟,因此它的生產工藝要求很高、對純度的要求也很高(>99.95%)。

液晶面板主要材料之液晶材料篇

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液晶材料在液晶顯示產業鏈中的位置

液晶材料在製備過程中有三個主要環節:液晶中間體制備、液晶單體合成及提純、混合液晶配製。液晶中間體主要用於液晶單體的合成,液晶單體主要用於配製混合液晶,混合液晶才能用於液晶顯示面板的生產。每個階段的化學反應過程具有間歇性、多步驟等特點。

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液晶混配技術是獲得混合液晶的關鍵技術。調配優質的混合液晶必須滿足液晶顯示器件的各種性能參數的要求,適應液晶顯示器件工藝要求,調配過程中必須積累每種液晶化合物的物理性能數據,掌握器件性能與液晶物理性能的關係。

由於液晶面板對快速響應、工作溫度範圍、顯示視角、穩定性等顯示性能的高標準,且下游液晶面板廠商對液晶材料的認證往往需要三四年的時間,因此液晶材料廠商要做出性能優良的液晶產品難度很大,同時企業間存在比較高的技術壁壘和客戶壁壘。


液晶材料產業相關國家政策

2005年

財政部和稅務局

《關於扶持薄膜晶體管顯示器產業發展稅收優惠政策的通知》

2003年至2008年,對TFT-LCD產品生產企業進口國內不能生產的自用生產性原材料、消耗品免徵關稅,淨化室專用建築材料、配套系統和生產設備零配件,免徵進口關稅和進口環節增值稅。

2005年

國家發改委

《關於組織實施軟件等信息產業關鍵技術產業化專項的通知》

重點支持TFT-LCD包括產品設計技術、生產工藝技術;生產、測試專用設備;液晶材料、彩色濾色膜、偏光片、背光源等

2006年

信息產業部

《信息產業科技發展“十一五”規劃和2020年中長期規劃綱要》

液晶顯示技術被列為未來5~15年重點發展的15個技術領域之一

2007年

國家發改委

《關於同意有關新型平板顯示器件產業化項目開展下一步工作的覆函》

提出以完善平板顯示器產業為目標,將“關鍵配套材料實現部分國內配套”作為專項目標,給予政策及資金支持。

2009年

國家發改委

《關於組織實施彩電產業戰略轉型產業化專項有關問題的通知》

將6至8代TFT-LCD液晶面板配套器件及材料、混合液晶材料、光學薄膜、玻璃基板、彩色濾光片等列為專項重點

2009年

國務院

《電子信息產業調整和振興規劃》

將突破新型顯示器件作為三大主要任務之一,努力發展顯示平板生產、整機模組一體化設計

2010年

國家發改委、工信部

《2010至2012年平板產業發展規劃》

重點支持TFT-LCD生產線建設和PDP生產線擴建升級

2011年

國家發改委

《產業結構調整指導目錄》

鼓勵高性能液晶材料等新型精細化學品的開發與生產

2011年

國家發改委、工信部、商務部

《當前優先發展的高技術產業化重點領域指南(2011年度)》

將高性能液晶材料列為高技術產業化重點領域之一

2012年

工信部

《2012年度電子信息產業發展基金項目指南》

將高世代液晶顯示屏用玻璃基板、偏光片、彩色濾光片以及液晶材料等列為重點發展材料

2012年

財政部和稅務局

《關於進一步扶持新型顯示器件產業發展稅收優惠政策的通知》

將LCD面板用液晶材料列為基金重點扶持項目

2012年

工信部

《電子信息製造業“十二五”發展規劃》

將混合液晶材料列入十二五“電子信息功能材料專項工程”

2013年

國務院

《“十二五”國家自主創新能力建設規劃》

將新型顯示技術列為新型產業創新項目重點建設項目

2014年

國家發改委、工信部

《2014-2016年新型顯示產業創新發展行動計劃》

全面掌握低溫多晶硅(LTPS)/氧化物(Oxide)液晶顯示器(LCD)和有源矩陣有機發光二極管(AMOLED)技術。2016年發展目標:全球市場佔有率超過20%,產業總體規模超過3000億元

2015年

國務院

《中國製造2025》

將新型顯示技術作為新一代信息技術產業重點突破技術

2016年

財政部和稅務局

《關於扶持新型顯示器件產業發展有關進口稅收政策的通知》

規定在“十三五”期間,繼續實施新型顯示器件以及原材料、零部件生產企業進口物資的稅收政策

資料來源:《新型顯示技術》,八億液晶,和成顯示,默克等



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