¿Cuáles son los materiales comunes utilizados en las pantallas LCD?

TFT es una abreviatura de "Transistor de película delgada", también conocido como "color verdadero", y pertenece a la pantalla LCD de matriz activa. Es una pantalla compuesta por transistores de película delgada, y cada uno de sus píxeles de cristal líquido es impulsado por un transistor de película delgada. Cada píxel está detrás de cuatro transistores de película delgada independientes que impulsan el píxel para emitir luz de color y puede mostrar un color verdadero de profundidad de color de 24 bits. Cuatro transistores independientes de película delgada impulsan cada píxel para emitir luz de color, lo que le permite mostrar una verdadera profundidad de color de 24 bits. Las pantallas LCD TFT ofrecen resoluciones de hasta UXGA (1600×1200). La disposición TFT tiene memoria, por lo que cuando la corriente desaparece, no vuelve inmediatamente a su estado original, mejorando efectivamente el efecto de la imagen dinámica de la pantalla LCD, la capacidad de mostrar imágenes estáticas también es más prominente, TFT LCD tiene la ventaja de un tiempo de respuesta más corto que la eficiencia, y colorido, por lo que es ampliamente utilizado en computadoras portátiles y DV, DC-DC. La desventaja de TFT LCD es un mayor consumo de energía y un costo relativamente alto.

El cristal líquido es un material orgánico que alterna entre estados sólidos y líquidos y posee propiedades de dispersión dinámica fotoeléctrica. Tiene varios estados de fase de cristal líquido, incluida la fase colestérica, diferentes fases casi cristalinas, la fase nemática, etc. De acuerdo con las propiedades de sus materiales, la mayoría de los materiales de cristal líquido de varios estados de fase se han desarrollado para dispositivos de visualización de pantalla plana, que se han desarrollado con varios cristales líquidos nemáticos, cristales líquidos de dispersión de polímeros, cristales líquidos dobles (multi) estables, cristales líquidos ferroeléctricos y pantallas de cristal líquido antiferroeléctrico, etc., de los cuales los desarrollados con más éxito, la mayor cuota de mercado, y el desarrollo más rápido es el indicado. Los materiales de visualización de cristal líquido se componen de una variedad de compuestos orgánicos de moléculas pequeñas, siendo la característica estructural principal una estructura molecular en forma de varilla. Con el rápido avance de las LCD, existe un mayor interés en producir y estudiar materiales de cristal líquido.

1. Materiales de cristal líquido para TN-LCD

El desarrollo de materiales de cristal líquido tipo TN comenzó en 1968 cuando se introdujo la tecnología de pantalla de cristal líquido de dispersión dinámica (DSM-LCD) en los Estados Unidos. Sin embargo, debido a la inestabilidad estructural de los materiales de cristal líquido disponibles, su aplicación como materiales de visualización fue severamente limitada. Tras la introducción de la pantalla de cristal líquido columnar distorsionada (TN-LCD) en 1971, se desarrollaron rápidamente materiales de cristal líquido tipo TN con anisotropía dieléctrica positiva; en particular, GW Gray y otros sintetizaron la estructura relativamente estable de los materiales de cristal líquido de la serie de ojos de bifenilo en 1974. Los criterios de rendimiento de los dispositivos LCD, como relojes electrónicos, calculadoras y pantallas de instrumentos, se cumplieron en ese momento, marcando el comienzo de la era de la industria TN-LCD.

Se han producido una variedad de materiales de cristal líquido TN para LCD. Estos compuestos de cristal líquido son todos estructuralmente estables, con una amplia gama de temperaturas de fase nemática y baja viscosidad relativa. No solo cumplen con las especificaciones de brillo de alta definición, baja viscosidad en 20-30 mPaoS (20 ° C) y △n≈0.15 para cristales líquidos híbridos, sino que también garantizan el rendimiento a baja temperatura del sistema. Los compuestos de cristal líquido que contienen anillos de bifenilo exhiben valores △n más altos y mejoran la inclinación de los cristales líquidos. Los compuestos de pirimidina, con un valor K33 / K11 de aproximadamente 0,60, se emplean comúnmente para alterar el orden de temperatura y el valor △n en composiciones de materiales de cristal líquido TN-LCD y STN-LCD. Los compuestos de cristal líquido dioxihexacíclicos son necesarios para controlar el rendimiento de un "variador multiplex".

2. Materiales de cristal líquido para STN-LCD

Desde la invención de la pantalla de cristal líquido nemático súper retorcido (STN-LCD) en 1984, debido a su capacidad de visualización ampliada, curva característica electroóptica más pronunciada y mayor contraste, lo que requiere el uso de materiales de cristal líquido nemático con mejores propiedades electroópticas, hasta finales de la década de 1980, la formación de la industria STN-LCD, sus productos se utilizan principalmente en buscapersonas, teléfonos celulares, computadoras portátiles y terminales de microcomputadoras portátiles.

Las pantallas LCD STN con materiales cristalinos mixtos a menudo presentan baja viscosidad, un alto valor K33 / K11, △n y Vth ajustables (voltaje umbral) y un punto brillante por encima de 30 ° C o más. La modulación de materiales cristalinos mixtos se conoce comúnmente como el "sistema de cuatro botellas". Este enfoque de modulación puede modificar el voltaje umbral y la birrefringencia sin afectar negativamente las otras propiedades del cristal líquido.

Los compuestos de cristal líquido más comunes utilizados en STN-LCD incluyen difenilacetileno, enlaces de puente de etileno y compuestos de cristal líquido de alqueno de cadena. Compuestos de tipo difenilacetileno: La velocidad de reacción de STN-LCD se ha mejorado de 300 ms a 120 ~ 130 ms, lo que lleva a un mayor rendimiento y una mayor utilización en las STN-LCD modernas. Aproximadamente el 70% de los materiales de cristal líquido actuales para STN-LCD contienen productos químicos de tipo difenilacetileno en su formulación. Los cristales líquidos unidos por puente de etileno tienen baja viscosidad, valor △n, rango de temperatura de transición de fase y punto de fusión, lo que los hace ideales para regular el rendimiento a baja temperatura en cristales líquidos híbridos TN y STN. Cristales líquidos del grupo alquenilo de cadena Debido a que STN-LCD requiere características de umbral nítidas, simplemente duplicar la relación constante elástica K33 / K11 de los materiales de cristal líquido es suficiente. Los compuestos de cristal líquido terminados en alqueno tienen una relación constante elástica extraordinariamente alta de K33/K11 y se emplean en STN-LCD con excelentes resultados.

En comparación con el ángulo de visión y el tiempo de respuesta, las pantallas STN han avanzado significativamente en los últimos años. Debido a la influencia de TFT-LCD, STN-LCD perdió gradualmente participación de mercado en computadoras portátiles y televisores LCD. Dado el gasto, TFT-LCD no podrá reemplazar completamente el STN-LCD original en comunicaciones móviles, consolas de juegos y otras aplicaciones.

3. TFT-LCD con materiales de cristal líquido

Con el rápido desarrollo de la tecnología de pantalla de cristal líquido (TFT LCD) impulsada por matriz TFT de transistores de película delgada, TFT LCD ha ocupado recientemente no solo las computadoras portátiles y otros mercados de pantallas de alta gama, sino que también ha lanzado un desafío para los monitores de escritorio a través de procesos de fabricación mejorados y reducción de costos. El uso de matrices de transistores de película delgada para impulsar directamente las moléculas de cristal líquido elimina el efecto de distorsión cruzada, lo que resulta en una gran capacidad de información; El uso de materiales de cristal líquido de baja viscosidad mejora la velocidad de respuesta y satisface las necesidades de visualización de imágenes de video. Como resultado, TFT LCD ha avanzado significativamente más allá de las pantallas de cristal líquido de tipo TN y STN, emergiendo como una de las tecnologías de visualización más prometedoras del siglo XXI. Haga clic aquí para ver los módulos LCD TFT de 10.1 Lvds.

Los materiales TFT deben cumplir con estándares de rendimiento de materiales mayores y más exigentes que los materiales TN y STN. El cristal líquido híbrido debe ser óptica, térmica y químicamente estable, con alta retención de carga y resistencia. Los cristales líquidos híbridos también deben tener baja viscosidad, excelente estabilidad, anisotropía óptica correcta y un voltaje umbral.

TFT LCD también utiliza el principio de efecto electroóptico tipo TN, aunque los materiales de cristal líquido utilizados no son los mismos que los utilizados en las pantallas de cristal líquido tradicionales. Además de una fuerte estabilidad física y química y un amplio rango de temperatura de funcionamiento, los materiales de cristal líquido TFT LCD deben tener las siguientes propiedades.

(1) La viscosidad a 20 °C debe ser inferior a 35 mPaos para una respuesta rápida.

(2) Una tasa de retención de alto voltaje (VHR) requiere un material de cristal líquido con una resistividad de al menos 1012 Ω cm.

(3) Reduzca el voltaje umbral (Vth) para obtener una conducción de bajo voltaje y disminuir el uso de energía.

(4) La anisotropía óptica (△n) coincide con la pantalla LCD TFT para eliminar el efecto arcoíris y lograr un alto contraste y un amplio campo de visión. El rango de valores △n debe ser 0,07–0,11.

Las pantallas LCD TN y STN suelen utilizar materiales de cristal líquido con grupos terminales de ciano, como cristales líquidos similares al bifenilo y fenil ciclohexano que contienen ciano. Los compuestos de ciano terminales tienen un alto △ε y buenas propiedades electroópticas, pero atraen impurezas iónicas y tienen baja retención de voltaje. Además, su viscosidad es mayor que la de los cristales líquidos que contienen flúor con la misma estructura molecular, lo que limita su aplicación en las pantallas LCD TFT. Los cristales líquidos de éster tienen procesos de síntesis sencillos, una amplia gama de tipos y un largo intervalo de transición de fase, pero su mayor viscosidad provoca una reducción significativa en la cantidad necesaria en las formulaciones de LCD TFT. Como resultado, la creación de nuevas moléculas de cristal líquido que cumplan con las condiciones antes mencionadas se ha convertido en el enfoque principal de la investigación en química de cristales líquidos.

TN-LCD se encuentra actualmente en declive entre los materiales de pantalla de cristal líquido, con la demanda del mercado reduciéndose gradualmente y el excedente de capacidad de fabricación y la rivalidad de precios fuerte, lo que hace que no se pueda invertir. Si bien STN-LCD alcanzará gradualmente la madurez, la demanda del mercado aumenta continuamente y la tecnología de fabricación está completamente establecida. TFT-LCD está entrando en una nueva era de rápida expansión en todo el mundo, y la demanda del mercado está aumentando rápidamente; Se prevé que se convierta en uno de los materiales de exhibición más prometedores del siglo XXI.