液晶显示材料研究现状

1基本概念与原理介绍

液晶是一种高分子材料，因为其特殊的物理、化学、光学特性，20世纪中叶开始被广泛应用在轻薄型的显示技术上。人们熟悉的物质状态（又称相）为气、液、固，较为生疏的是电浆和液晶。液晶相要具有特殊形状分子组合始会产生，它们可以流动，又拥有结晶的光学性质。液晶的定义，现在已放宽而囊括了在某一温度范围可以是现液晶相，在较低温度为正常结晶之物质。而液晶的组成物质是一种有机化合物，也就是以碳为中心所构成的化合物。 同时具有两种物质的液晶，是以分子间力量组合的，它们的特殊光学性质，又对电磁场敏感，极有实用价值极有实用价值。

2应用领域

LCD产品制造涉及光学、半导体、电机、化工、材料等各项领域，上下游所需技术层面极广，所以少有单一厂商能从材料到成品全部都做，因此各领域分工明显，上游材料包括玻璃基板、ITO导电玻璃厂、偏光板、彩色滤光片、光源模块、液晶、半导体制造工序所需光罩，液晶驱动IC、印刷电路板（PCB）等；中游则集合各材料，制造LCD面板，提供给下游应用厂商使用，由于下游应用产品众多，所需面板规格几乎都不相同，需根据产品切割面板尺寸，因此LCD面板较没有规格产品；下游应用产品种类众多，从各式家电、消费性、信息、通信及工业产品，只要是需要显示的器具，都需使用LCD产品。

3国内外研究现状

液晶显示材料的国内外研究现状：

目前的人员分布情况为：中科院理论物理所、香港科技大学电机电子工程系、中科院长春光机与物理所、华东理工大学理学院近代物理所、河北工业大学理学院、复旦大学光科学与工程系及材料科学系、上海交通大学TFT-LCD国家工程实验室、南开大学信息技术科学学院、云南师范大学物理系、四川大学高分子科学与工程学院、电子科技大学光电信息学院、四川师范大学化学与材料科学学院、武汉工业学院化学与环境工程系、河南师范大学物理与信息工程学院、北京理工大学应用物理系、清华大学化学系、黑龙江科技学院数理系、哈尔滨工业大学物理系、河北师范大学物理科学与信息工程学院、华北电力大学应用物理系等

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在液晶显示上游关键材料市场，美国、德国、日本、韩国等国外企业依靠技术和工艺优势始终处于垄断地位。玻璃基板、液晶、偏光片等材料排前三的生产商市场份额之和都超过了80%，这些企业获取了高额利润，而给面板企业带来了成本压力。目前全球TFT-LCD面板生产主要集中在亚洲的日本、韩国、台湾和中国大陆。日本、韩国、台湾占据着全球95%的液晶面板市场份额，其中，三星、LG Display、AUO、CMO、Sharp等占据大尺寸面板的绝大部分市场份额，Samsung Mobile、Sharp、Toshiba、AUO、Hitachi等占据了中小尺寸液晶面板的大部分市场份额。

4存在的问题或需要解决的问题

液晶显示也有不足、缺陷、弱势，例如亮度（对比度）低，响应慢，工作温度范围狭窄，显示面积不容易做大等等。

1、 驱动电压
. O! W% q( h" e  X) p7 I  液晶显示号称是低压驱动，但实际上也并不能一概而论，在多路驱动条件下，由于占空比的减小，其实际驱动电压（即Vee）有时会高达十几伏至二十几伏。而像PDLC，多稳态（MLCD）液晶等的驱动电压可能会高达几十伏至百伏左右的。# r6 R7 f2 {5 d3 t& A3 o- L
  而几种新型显示中除OLED外，大都工作电压较高。可见，最常用的液晶显示的低压驱动优势依然不减。但是，低压驱动的好处也仅在于可与大规模集成电路的低压兼容，所以，虽然OLED的工作电压还稍高于液晶，但与OLED比，液晶显示的工作电压优势已不明显。6 L( h8 c, g+ H6 k6 h
2、 工作电流# ^6 J6 w! B- m( k6 _2 x1 X5 ?
  工作电流的大小，对应用也有很大意义。一般的液晶显示是场效应型的，所以工作电流都很小，每平方厘米仅零点几微安至几微安，而EL，PDP等不仅工作电压高，工作电流也大，OLED工作电压虽低，但是工作电流大，而且要求恒流，稳流。只有像电泳显示，电子墨水和DMD微型显示的工作电流才能与液晶显示媲美。
, ]1 \5 M9 Z* f& u" l4 A& D3、 功耗
* U6 J* _2 Q' J. w( m- b6 {: }  功耗虽然等于电压和电流的乘积，但在使用中却有独立的意义，它标志着器件消耗电能的多少，这在微型，便携设备上意义重大。在主要的平板显示器件中，PDP，FED，VFD的功耗最大，而EL，LED的功耗次之。目前有人称OLED的功耗比液晶显示还低，这是个误解。OLED的功耗和LED的功耗在同一数量级，但是它是主动发光器件，不需背光源，而且只有在显示时才耗电，因此和增加了背光源的液晶显示器件总功耗比，不仅总功耗不大，甚至在不要求高亮度，不是全屏显示时，功耗还更小。可见，说OLED功耗比液晶显示功耗低是有多种附加条件的。我们从发光效率看，LCD背光源CCF的效率为50～60lm/W，而OLED的效率仅15 lm/W。而且，作为电流型的OLED所需的电流驱动器无论从功耗还是器件制作难度，还是成本上都要高于液晶显示驱动器。因此，OLED的低功耗也大打折扣。
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5研究计划与具体实施办法

1、发挥特长和优势; b) Z# I: `" @7 U( S6 K1 n
  一个产品的特长是本身具备的，又是客户评定的。用户的要求永远都是精益求精，一个产品在用户眼中总是不进则退的，用户的眼睛最容易“见异思迁”。所以，任何一个产品必须珍惜自己的特长和优势。而且要不断的完善，更新，进步。这就是液晶显示发展的强大驱动力。液晶显示面对挑战的第一个回合就是发挥自身特长，增加产品的综合优势。根据前面的分析，主要包括以下几个方面。
  l' f0 j9 r' S: W# v$ P! G（1） 发展反射式液晶显示. K0 z5 w- R& O8 A8 R
  作为被动显示，可以有透过式和发射式两种显示形式。反射式的优点不言自明，它利用并调制环境光满足显示要求，省电，节能都源于此。早期的，中低档液晶大都属于反射式。但是，由于一般TN，STN液晶显示必须使用偏光片，所以其显示底色灰暗，显示质量差。以后，虽然在透过式液晶显示背后增加了背光源，改善了显示质量，但功耗大大增加，又损失了微功耗的优势。当然，即便如此，面对一系列新型的低压，小功耗的主动发光显示，如OLED，PLED，FED等的上市，其优势大减。  f$ I1 a' |- H9 V" A
面对这一市场竞争，近年来已经形成了开发反射式液晶显示的强劲势头。反射式液晶得到了迅速发展，某些不使用偏光片的液晶显示效果，如多稳态液晶显示的显示效果已经接近了黑纸写白字的显示效果。而硅上液晶LCOS则开创了反射式液晶投影显示的先河。( x5 S8 ~$ L5 V* M
反射式液晶显示保持了液晶显示原有的优势和特长，将是今后液晶持续发展的重要支柱之一。$ [, h9 R
（2）提高像素密度% n5 `9 b  B# d
  液晶显示的结构、工艺保证了它实现高像素密度的可能。面对PDP等显示具有明显优势，但面对另一些显示器件，如OLED，液晶显示也感到了危机。8 T7 Z7 N! Y6 ?+ D
  近年来，一方面从工艺入手，使液晶像素越作越小、越作越密。以满足高清晰度和小面积、大显示容量方面（如手机显示）的要求。而另一方面，将有源器件所用的非晶硅材质过渡为多晶硅、单晶硅材料，由于其后者的电子迁移率较高，其有源矩阵可以作的更小，不仅提高了像素的开口率，而且也提高了像素密度。特别在彩色有源矩阵液晶显示领域多晶硅将是今后液晶显示发展的另一重要发展趋势。2 C7 r3 O* D, X+ f6 J/ E: `
（3）改进工艺、降低成本
5 y, l1 Q! {3 |% z% O- \( @2 Y  液晶显示诞生近30年，生产工艺成熟，成本、价格相对较低。目前已号称进入第五代生产线，投料尺寸也超过了一米以上，TFT-LCD成品率也超过了90%。但是面对其他显示器件的竞争，液晶显示也还将继续在这方面追求革新和发展，以求提高产量，降低成本，提高性价比。终究价格竞争还是市场竞争的持续重要内容。6 x: ]& S0 ~7 y8 w7 E% D, g
2、克服缺陷、推陈出新7 c7 E9 n3 {0 S: l' S9 _
  不必讳言，液晶显示也有不足、缺陷、弱势，例如亮度（对比度）低，响应慢，工作温度范围狭窄，显示面积不容易做大等等。这些缺陷给他的应用带来了不便和阻力，也给他的发展带来了动力和更新的空间。今后，液晶显示在应对其他各类显示器件挑战中将针对自身的不足在以下几大方面力争做出重大突破。
5 G1 [  j: i, q: G1 l（1）通过发展反射式显示和改进背光源，提高开口率，以及增加偏光片透过率等多种方式提高显示亮度和对比度。
/ ^6 s8 W2 D% {. B（2）改进材料、器件结构、工艺，特别是突破1~2um的盒厚控制工艺等提高液晶显示的响应速度。同时，还将努力开发一些快速响应的新型液晶显示模式，从而使液晶显示能更理想的满足视频显示的要求。. @) l1 b: t+ `$ t2 j  O