张澎钊

摘要：蓝相液晶作为一种新型的液晶显示材料，具有宽视角、响应速度快、制作工艺简单等优点，近年来多国研究人员对该领域进行了深入剖析。本文归纳总结了蓝相液晶的最初发现、发展历程及其相关性质，总结了近几年国内外蓝相液晶的研究现状，并对蓝相液晶材料在显示领域中的应用成果和未来发展趋势做了评估展望。

关键词：蓝相;液晶;相宽

一、蓝相液晶的发展历程

蓝相液晶作为一种具有特殊相态的液晶，早在1888年奥地利的植物学家Reinitzer在观察胆固醇苯甲酸酯（Cholesteryl Benzoate）的过程中，首度发现不寻常液晶现象时，就曾在降温中观察到澄清转换至雾态的过程中出现蓝色的反光，这是蓝相液晶首次进入人们的视线。

在1906年，德国的物理学家Lehmann就注意到，这种色彩是一种光学上各向同性的变态到1956年才被Gray称这种中介相为蓝相。

直至1970年蓝相才被鉴定出是至少拥有两种流体晶格（Fluid Lattice）的新液晶形态。蓝相因早期研究的蓝色外观而得名，实际上也会反射其它光，甚至包括近红外光。最初证明蓝相是一个热力学稳定的独立相态的实验是由Armitage和Price 在1975 年使用差分扫描量热术的方法完成的证实了在各向同性相和胆甾相之间存在着稳定的蓝相。

到1980年，蓝相液晶的相关研究报告才被大量提出，其中研究成果包含：（1）液晶蓝相属于一种自聚组，有周期性排列的结构;（2）液晶蓝相虽然可以靠着周期性的结构反射炫丽的颜色，但由于其体积之折射率异方性几近于零，所以不具有光子晶体的能隙结构;（3）不同的蓝相液晶随着系统的螺旋能力增加有不同的改变;（4）蓝相液晶因缺陷所形成的晶格结构可能因外加电场的作用发生扭曲或者进一步造成相态转移。

二、 蓝相液晶的近年来的研究进展

2.1 拓宽蓝相液晶相宽的进展

蓝相独特的光学性质，引起了各国科学家的广泛研究兴趣。为了实现蓝相液晶的真正应用，首先必须对蓝相的温度范围进行拓宽，至少要将其控制在室温附近的范围。

日本的菊池教授首先提出了采用聚合物稳定蓝相的方法，即由具有蓝相的低分子液晶组合物5CB、JC1041XX与手性剂ZLI4572，由光照引发聚合得到的含聚合物6%～12%（摩尔分数）的聚合物稳定蓝相液晶。2005年剑桥大学Harry J . Coles和Mikhail N. Pivneoko教授[1]Nature杂志报道的含氟对称液晶二聚物，其蓝相I液晶相区间最宽为44℃（16～60℃）。该材料掺杂有少量高度扭曲手性添加剂，在常温下亦可呈现蓝相，且由于其二聚体分子结构和高挠曲电系数，使得其在电场作用下，响应时间仅为10ms，不但开辟了新的光学应用，并有望突破理论研究运用于实践。

同样研究聚合物稳定蓝相液晶的奇美电子也发现，腈类多苯环蓝相液晶体系使用高分子稳定后，不会影响液晶组分的其它物理性能。友达光电也对5CB和JC1041XX体系进行了聚合物稳定研究，通过合成新型的二元异山梨醇体系手性剂分子并调整手性剂的含量，得到了宽温（9K）且驱动电压更低的聚合物稳定蓝相液晶样品。诚志永华公司公开了一种新型的蓝相液晶组合物[2]该组合物使用原本不具有蓝相性质的液晶化合物，配以经过大量筛选后确定的适合的手性化合物进行诱导，得到了性能优良的蓝相液晶组合物。

2008年，三星公司在Society for information display展会上，首次展示了拥有其多项“蓝相”技术的15英寸液晶显示器，它最大的特点是拥有高达240HZ的刷新率。这是世界上第一台藍相液晶模式显示器，其中使用的就是聚合物稳定蓝相液晶。

2009年，杨槐教授[3]导的功能高分子材料研究室课题组，在液晶蓝相的研究方面取得了重要进展，液晶分子中引入吡啶、羧基等基团，可在分子之间形成键能较高的氢键，而得到宽温蓝相。张宝砚教授合成了BPIII，区间宽达200℃和蓝相区间宽达340℃（蓝相降温从到160℃- 180℃）的蓝相液晶聚合物[8]已位于聚合物蓝相研究的前沿，但此系列的蓝相液晶材料分子量大，多用于相态结构模拟和理论研究。

华东理工大学的沈冬教授等人了弯曲型的液晶分子，双轴液晶具有双扭曲结构，可以增大蓝相的旋光性，通过掺杂手性向列相液晶，从而得到的蓝相温宽可达29℃。研究结果表明，宽温蓝相的获得与液晶之间的界面张力降低和缺陷以及弯曲分子进行手性掺杂之后体系中缺陷核心的半径收缩密切相关。

2.2 降低操作电压的进展

大量宽温度范围的蓝相液晶的开发为蓝相液晶的实际应用提供了巨大的便利，但是高操作电压、由于残余双折射引起的低对比度和滞后现象仍然妨碍它的广泛应用。为了降低操作电压，研究者们付出了巨大的努力，并且取得了一定的成果。在器件方面，主要是设计合适的电极结构以降低驱动电压，主要包括（1） 采用梯形横截面交叉指电极结构降低驱动电压（2）寻找最佳电极形状降低驱动电压（3）采用波浪形电极结构降低驱动电压。

华星光电公司开发了一种蓝相液晶显示面板，采用两层或两层以上方向不同的平行电极形成层间交错的横向电场驱动蓝相液晶分子，可在不同的方向上诱导蓝相液晶分子产生相位差，进而缩短蓝相液晶显示面板的响应时间，降低蓝相液晶显示面板的迟滞效应，降低蓝相液晶显示面板的驱动电压。

2.3 提高透射率的努力

一般而论，提高液晶显示器的透射率一是要提高像素的开口率。二是提高所用各种材料的光透射率;三是提高背光源的亮度。但这里单指蓝相模式用混合材料的透射率。下面一些途径可能有助于提高蓝相模式混合材料的透射率：

a.在光学各向同性液晶相混合物中添加性能改进剂时，不但注意其与其他组分的相容性，更要注意提高其透射率;

b.用来稳定各向同性液晶相的可聚合单体应该是具有中介相的。在其聚合后不但扩大和稳定蓝相液晶相，而且可随外加电压取向，增加透射率。

三、 展望

蓝相液晶的三维平面液体晶格性质和科尔液体各向同性相性质决定了它的可开发性：利用添加物，如聚合物或者大端基分子液晶稳定其约100nm螺距的双扭曲筒状立方晶格，拓宽其操作温度范围;利用大科尔常数蓝相液晶降低其操作电压。可以预期，通过各国液晶界的努力，未来的蓝相液晶LCD的各项性能一定会优于其他平面显示器。

德国Merck 公司董事长兼社长Karl Roeser先生在2008年7月24日的新闻发布会上说：“目前备受关注的蓝相液晶近期不会完全取代现有的VA和IPS液晶显示模式，三者将共存，但蓝相液晶显示将逐渐取代后两者，并将与有机电致发光显示器（OLED）平分天下。”相信在相关技术突破后，蓝相液晶能很快与现有的液晶技术并驾齐驱。

参考文献：

[1] Armitage D， Price F P. Precision recording dilatometer with tesults cholesteryl nonanoate[J]. Journal of Applied Physics， 1976，47（6）：2735-2739

[2 Lehmann O. Z. Phys . Chem. 1906 ， 56 ： 750 .

[3]Gray G W. J .Chem. Soc .， 1956 ， 3733 .