探究液晶显示材料的发展与应用

赵锐　卢马才　姚江波　张盛东

摘要：在当前科学技术不断发展的背景下，液晶材料被广泛运用到生活以及生产中，生活中的电视机、计算器和车载显示器都在使用液晶技术。因我国的高分子液晶材料研究起步相对较晚，因此对液晶显示材料的发展历程与应用前景进行分析，利于相关的领域把握其发展方向与重点，充分发挥液晶显示技术在生活以及生产中的价值。本文就LCD应用发展历程、材料分类等进行分析，并对此提出液晶显示材料的应用发展方向，希望为相关的研究提供参考。

关键词：液晶显示材料 发展 应用 研究

ZHAO Rui  LU MacaiYAO JiangboZHANG Shengdong

Abstract： With the development of science and technology， liquid crystal （LCD） materials are widely used in daily life， such as TV sets， calculators and car displays. Because the research of polymer liquid crystal materials in our country started relatively late， the development course and application prospect of liquid crystal display materials are analyzed， which is beneficial to grasp its development direction and key points in related fields， give full play to the value of liquid crystal display technology to life and production. In this paper， the development history of LCD application and the classification of LCD materials are analyzed， and the application development direction of liquid crystal display materials is proposed.

Key Words： Liquid crystal display materials; Development; Application; Research

液晶分子材料具体是在一定条件下，由可以液晶态存在的高分子所加工制成的材料，且较高分子量和液晶有序地结合可以让液晶高分子材料具有较好的优异特性。液晶高分子材料具有较强强度及模量、具备较小的热膨胀系数。通过研究并开发液晶高分子材料，能够使全新的高性能材料推动相关领域的发展、促进新技术的形成，同时也可以实现高分子化学、加工等应用领域的发展，这意味着相关的研究具有重要意義。

1 LCD应用发展历程

1.1 关于液晶显示材料

液晶高分子普遍存在于自然界中，生物体中的蛋白质、细胞膜等都存在液晶态。19世纪末，奥地利植物学家首先提出了液晶的原理与概念，在此之后德国的研究人员借助实验验证了液晶的各向异性，这位学者也将其命名为液晶。到了20世纪60年代，研究人员发现聚对苯二甲酰对苯二胺溶解在浓硫酸中，可以形成向列型液晶，具有较好的流动性。其中的刚性分子链在溶解中进行伸展，且当溶度达到临界浓度时，因一些刚性分子聚集在一起，进而形成排列有序的微区结构，使得溶液由各向同性向各向异性转变，从而形成了液晶。结合此项研究，美国的杜邦公司基于此先后推出了聚苯甲酰胺和聚对苯二甲酰对苯二胺，这也意味着液晶高分子研究迈向了工业化。在之后的时间内，相继出现了一系列商用型热致液晶，液晶高分子材料也逐渐开始被运用到生产过程中。截至目前，液晶形态已经逐渐发展为一个较为庞大的物质家族，综合性商业用途也多达上百种，如生活中较为常见的显示屏、彩电等，使得显示技术发生了革命性变化。因液晶高分子不同寻常的特性，也使其得到了较为广泛的运用，其中大家最为熟悉的是显示技术。

将透明的向列型液晶材料夹在两块导电的玻璃板之间，并且在玻璃两侧各贴上正交排布的偏光片，当施加相应电压时，液晶分子在电场下发生偏转从而使光线的偏振角度发生变化，原本无法穿过两片正交偏光片的光线变得能够穿透。因此当电压以某种图像的形式加到液晶薄膜上，即可产生图像，这是液晶技术的成像原理。而这一原理也等同于日常生活中常见的计算器，在通电时液晶分子沿电场方向有序排列，使得光线容易通过其中，在不通电时，其中的分子恢复到初始排列，从而阻止光线通过，由此显示出相关的数字。通过较长时间的研究，不难发现液晶显示器件的优势在于功率更低，能够进一步满足人们日常的生产以及生活需求。

2 液晶显示材料现状分析

从我国液晶材料领域的发展情况来看，相关的领域经历了从无到有的过程，且当前也逐渐形成了具有较大规模的产业，并由之前的完全进口转变为部分出口，总出口量逐年提升。

不过，虽然当前我国在液晶显示领域有了较好的研究成果，且整体发展速度也较快，不过在世界范围内的液晶材料市场中的总占额较小，并未达到世界LCD发展的需要。从20世纪70年代开始，我国开始致力于液晶材料的开发与研究，不过因国内LCD工业受设备和研究资金的影响，液晶并未被国家列入重点攻克项目，相对高昂的经费和人才的短缺导致相关的研究一直停滞不前。通过相关的研究资料显示，当前TN型、VA型仍旧是液晶显示材料研究的重点所在。在20世纪90年代，针对液晶显示技术的研究，我国加大了对LCD生产线的研究力度，其中相关的研究单位也作为国内首批材料研究院，开展了对LCD技术项目的开发。

而在液晶显示相关材料方面，因当时国内的技术条件有限，即便在很多的科研单位都投入了大量的力量进行液晶显示器和材料的开发，但除了部分单位在液晶化合物合成方面取得一定的研究成果之外，在相应的研究方面，国内与国外仍有一定的差距。

3 液晶显示材料的分类

3.1 光电效应

结合相关的研究不难发现，液晶分子的主要结构为棒状、碟状，因此其整体的物理特征会有一定的差异性，这也是液晶分子结构存在的异方性。因这一特性的存在，也直接导致材料分子的光电系数具有一定的异方性。

3.2 热致型液晶

结合实际情况来看，此种液晶的使用特点为：随着周围温度的不断提升，材料内部的分子也会发生相应的变化，其变化过程主要是固态转变为等向性的液态。此外，整个过程中，材料中的分子也会发生相应的物理变化。同时，因热致型液晶分子处于温度变化之中，液晶分子也会发生相应的排列變化，其中有近晶相、向列相等。

3.2.1 近晶相液晶

从聚合态结构角度来看，此种液晶显示材料大致类似于固体晶体，其中的分子结构较为稳定，主要有碳氮双键和苯环结构，整体较为稳定的结构也成为相关领域的重要研究内容。

3.2.2 向列相液晶

此种液晶的内部分子呈棒状形态，且刚性部位呈平行排列，这正是因为这一特征，使得此种液晶的分子具有较好的流动性，并且整体的黏度较低，应答速度较高。因此，在液晶电视、电脑显示器领域得到了较为广泛的运用，属于较早被运用到各类显示元件上的一种液晶材料。

3.3 溶致型液晶

其内涵是将一些材料溶解在既定的溶剂里面，随后将其调整到相应的浓度，即可产生液晶态的物质。从这一角度来看，溶致型液晶聚合物的特征为黏度低、浓度高，且此种独特物理特性使其有着广阔的发展空间，因此也常用来做液晶纺丝纸，不过在显示领域并未得到广泛的运用。

4 新时期LCD材料发展趋势

结合实际情况来看，LCD技术有了两代发展，第一代发展主要是研究小型化以及便捷性，相关的研究主要用于笔记本电脑上;第二代则立足视觉呈现的角度，进一步研究色差以及亮度等，主要是应用在电视机以及显示设备上。而现阶段，液晶显示材料迎来了第三代的发展，对LCD自身性能限制进行研究，利于提升显示设备的整体性能，并降低生产的成本。

4.1 液晶响应速度

在液晶显示中，液晶的响应速度在很大程度上影响了动画显示的性能。在其响应速度较快时，动画画质变得很差，甚至会出现不连贯和图像边缘化的情况。针对这一情况，相关领域的研究人员也开发了很多技术来解决问题，其中主要有两种，即动态驱动和过驱动。后者主要是借助高电压来完成驱动，从而使其获得更大的动力，借此来提升整体的响应速度。

4.2 动画技术

在实际生产以及生活中，单凭提升响应速度是难以满足实际需求的，其主要因素在于LCD为保持型显示器件，在工作中同时需要对两帧画面进行处理，因此图像发生切换时，则容易出现模糊的情况。针对这一情况，相关领域的研究人员借助脉冲的方式将其消除，不过黑帧插入时间的增加会影响画面的亮度，从而使得液晶的响应时间加长。除此之外，也有一种背光灯杉树的方式，当液晶响应速度不高时，也可以起到消除模糊画面的效果。不过，此种技术的缺陷在于会产生高于50%的亮度幅度降低。基于此，若在保持亮度的情况下，背光灯灯管电流则需要适当增加，进而提升背光灯的亮度。

4.3 色再现技术

在提升显示品质的同时，相关的研究领域也在积极开发可以表现自然丰富色的技术。在其中，需要明确的是，环境温度和白平衡对自然色的表现有较大的影响，结合这一点，技术人员在侧重色再现以及亮度的同时，也开始尝试研发色彩表现技术，这对于液晶技术商业化发展有推动性作用。在当下的阶段，为CCFL以及C/F色再现性的最佳实现程度，而为了进一步实现发展，相关的学者以及技术人员也开始侧重新技术的研究。不过，若将现有的CCFL和C/F作为基板，在提升色再现的同时，强度也会相应地下降。从这一点进行分析，怎样在尽量减小亮度下降幅度的前提下，进一步提高色再现就成为了研究的重点方向，相关领域的学者也开始尝试运用C/F来遮断黄光的波长，从而降低光的强度，并优化C/F和背光灯的光谱匹配，补偿亮度下降。同时，在使用的过程中，可以借助缩减一定的波长范围来达到可以发出高色纯度光的条件，借此来提升光再现性。

4.4 LCD材料构成

经过长时间的发展，我国在液晶显示技术的研究取得较大进展，且在成本控制方面也有了卓越的研究成果，相应的显示技术更为先进、图像的质量也显著提升。同时，在当前显示器种类逐渐增多的背景下，更多的显示器被用于日常生活以及生产中，同时在这一背景下，不同类型、形态的液晶显示材料被用于液晶显示方面的研究以及开发，其中的主要研究方向有双稳态液晶、聚合物分散液晶等，同时这些材料充分发挥其价值，其中向列相液晶为市场比重较大的一类液晶材料。

从研发成果来看，当前多数单位使用的液晶显示材料由多种小分子有机化合物构成，其结构特征表现为棒状分子结构。同时，随着科学研究的不断深入，液晶显示材料的种类也在不断增多，其中有酯类、含氟苯环类等。这也意味着，当前的液晶显示材料学方面有更大的应用空间，如胆甾型液晶其温度效应的这一特点最为显著，基于此可以充分结合这一特征来对其应用范围进行规划。例如，在液晶纺织研究领域，研制出的新型液晶材料纤维比金属类的材料刚性更强，且因其密度较低，此类纤维也被逐渐应用到航空航天领域。

4.5 专业人才的培养

为了满足当前的社会发展需要，相关的研究领域也开始侧重专业人才的培养。液晶材料的研发涉及光电、物理、化学、材料、电子技术等领域，因此将这些内容融入高职、高校教育也成为重点的研究方向。对政府来讲，需要发挥自身的引导价值，通过落实有效的政策鼓励措施，引导高职院校、高校适当开发相关的课程以及专业，从而为液晶材料研发培养更多人才。对高职院校、高校来讲，则需要积极顺应时代的发展，一方面要积极开发校本课程以及专业，为学生提供更多的发展空间，并提升自身的社会影响力;另一方面，需要强化与研究部门的合作，通过打造校企合作的形式，强化学生核心竞争能力，为企业提供更多的技能型、技术型人才，从而推动我国液晶材料研发领域的发展。通过多年的实践，我国一些先进教育单位已经搭建一套相对完善的人才培养体系，这对其他高等教育单位的发展具有较强的借鉴意义。

5 结语

综上所述，对液晶材料的发展历程以及发展方向进行研究，利于我国相关研究单位及时把握发展方向，并针对整体发展情况，积极落实有效的措施。液晶有着独特的光电特性和相态，因此其也有着广阔的发展空间，同时其作为一种全新的材料，有着更多的未知等待技术人员去研究，不过可以预见的是，当前的时代背景下液晶显示材料仍会成为材料革命中的中流砥柱。

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