光電子行業(yè)調(diào)查報(bào)告

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4、向納米結(jié)構(gòu)、非均值、非線性和非平衡態(tài)發(fā)展。本店 鋪為大家收集整理的光電子行業(yè)調(diào)查報(bào)告，希望大家能夠喜歡。20世紀(jì)微電子技術(shù)的發(fā)展，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、多 媒體技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的出現(xiàn)，使社會(huì)進(jìn)人了信息化時(shí)代。光電子 技術(shù)是繼微電子技術(shù)之后30多年來(lái)迅猛發(fā)展起來(lái)的綜合性高新技 術(shù)，以其強(qiáng)大的生命力推動(dòng)著光電子（光子）技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，隨著 70年代后期半導(dǎo)體激光器和硅基光導(dǎo)纖維兩大基礎(chǔ)元件在原理和制 造工藝上的突破，光子技術(shù)和電子技術(shù)開(kāi)始結(jié)合并形成了具有強(qiáng)大生 命力的信息光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)。至今光電子（光子）技術(shù)的應(yīng)用已涉及 科技、經(jīng)濟(jì)、軍事和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域，光電子產(chǎn)業(yè)必將成為本世 紀(jì)

5、的支柱產(chǎn)業(yè)之一。光電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平既是一個(gè)國(guó)家的科技實(shí) 力的體現(xiàn)，更是一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的體現(xiàn)。光電子材料是指能產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、傳輸、處理、存儲(chǔ)光電子信號(hào)的 材料。光電子器件是指能實(shí)現(xiàn)光輻射能量與信號(hào)之間轉(zhuǎn)換功能或光電 信號(hào)傳輸、處理和存儲(chǔ)等功能的器件。光電子材料是隨著光電子技術(shù) 的興起而發(fā)展起來(lái)的，光子運(yùn)動(dòng)速度高，容量大，不受電磁干擾，無(wú) 電阻熱。光電子材料向納米結(jié)構(gòu)、非均值、非線性和非平衡態(tài)發(fā)展。光電 集成將是本世紀(jì)光電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。光電子材料是發(fā)展 光電信息技術(shù)的先導(dǎo)和基礎(chǔ)，材料尺度逐步低維化一一由體材料向薄 層、超薄層和納米結(jié)構(gòu)材料的方向發(fā)展，材料系統(tǒng)由均質(zhì)到非均質(zhì)、 工作特

6、性由線性向非線性，由平衡態(tài)向非平衡態(tài)發(fā)展是其最明顯的特 征。1、光電子材料按其功能，一般可分為以下7類(lèi)：發(fā)光(包括激光)材料；光電顯示材料；光存儲(chǔ)材料；光電探測(cè)器材料；光學(xué)功能材料；光電轉(zhuǎn)換材料；光電集成材料。其中，發(fā)展重點(diǎn)將主要集中在激光材料、紅外探測(cè)器材料、液晶 顯示材料、高亮度發(fā)光二極管材料、光纖材料等.。激光晶體材料1960年T.H.Maiman研制成功了世界上第一臺(tái)紅寶石 (Cr3+:Al2O3)脈沖激光器。隨后，人們對(duì)激光晶體材料進(jìn)行了廣泛的 研究，研究的主要目的是收集有關(guān)激光晶體的光譜和受激發(fā)射特性， 確定究竟哪些類(lèi)型的激光晶體能提高激光效率。為此，大量合成了一 些有科學(xué)和應(yīng)用價(jià)

7、值的有序化合物和無(wú)序化合物晶體以作為激光基 質(zhì)，然后再摻入激活離子。當(dāng)前激光晶體材料向著大尺寸、高功率、LD泵浦、寬帶可調(diào)諧 以及新波長(zhǎng)、多功能應(yīng)用方向發(fā)展。激光晶體中以Nd:YAG最成熟，應(yīng)用最廣，產(chǎn)量最大。Nd：YAG及Yb：YAG晶體材料得到廣泛應(yīng)用的釔鋁石榴石(YAG)是一種綜合性能(包括：光學(xué)、 力學(xué)和熱學(xué))優(yōu)良的激光基質(zhì)。Nd:YAG稱(chēng)為摻釹釔鋁石榴石 (Nd3+:Y3Al5O12, Nd:YAG)，是于1965年前后從數(shù)百種激光新晶體中 優(yōu)選出來(lái)的。20世紀(jì)70年代在國(guó)際上完成了 Nd:YAG晶體生長(zhǎng)條件 的研究，80年代研制成功的較大尺寸的Nd:YAG晶體走向工業(yè)生產(chǎn)， 90年

8、代采用自動(dòng)化晶體生長(zhǎng)設(shè)備，批量生產(chǎn)出70mm100mm大尺 寸Nd:YAG晶體，使得采用單棒和多棒串聯(lián)組合體系的千瓦級(jí)Nd:YAG 激光器得到了發(fā)展。因?yàn)镹d:YAG具有較高的熱導(dǎo)率和抗光傷閾值，同時(shí)3價(jià)釹離子 取代YAG中的釔離子無(wú)須電荷補(bǔ)償而提高激光輸出效率，使它成為用 量最多、最成熟的激光材料。此外，為了尋找新的激光波長(zhǎng)，對(duì)YAG 基質(zhì)進(jìn)行了 Er，Ho, Tm，Cr等的單獨(dú)或組合摻雜，獲得了數(shù)種波長(zhǎng) 的激光振蕩。Nd:YAG是理想的四能級(jí)激光器。引上法制備的Nd:YAG因單晶激 光棒的增益高、機(jī)械性能好而得到廣泛應(yīng)用。Nd3+的離子半徑為 0.104nm，Y3+的離子半徑為0.092n

9、m，因?yàn)榭臻g位置效應(yīng)，YAG晶體 中Y3+不易被Nd3+所取代，故Nd3+在釔鋁石榴石中的分凝系數(shù)比較 小，約為0.150.20。Nd3+濃度的集中使該區(qū)域形成化學(xué)應(yīng)力，導(dǎo)致 中心區(qū)域的折射率高于周?chē)鷧^(qū)域的，成分的差異也引起相應(yīng)熱膨脹系 數(shù)的差異。此外，用提拉法生長(zhǎng)單晶周期長(zhǎng)(約幾周)，晶體的生長(zhǎng)方 式限制了晶體的生長(zhǎng)尺寸，也限制其潛在的輸出功率。長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直在尋求替代材料，如：含釹玻璃或微晶玻璃 等，但其性能均不及Nd: YAG單晶材料。自上世紀(jì)60年代，人們發(fā) 現(xiàn)某些致密透明多晶材料(陶瓷)在某些性能上與同材質(zhì)單晶材料相 近，甚至可以取代單晶材料。由于陶瓷制備技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，克服單晶材

10、料的一些缺點(diǎn)，使產(chǎn)品不僅具有尺寸大，生產(chǎn)效率高，成本低的特點(diǎn)， 而且摻釹量可遠(yuǎn)高于單晶體的，使其激光輸出功率大。用新工藝制造 出的陶瓷激光介質(zhì)，因其散射損耗小和高效的激光振蕩而引起廣泛關(guān) 注。因此，Nd:YAG陶瓷有望取代單晶材料而成為大型高功率固體激 光器的工作物質(zhì)。在1965年貝爾實(shí)驗(yàn)室首次獲得了 Yb:YAG激光，但由于閃光燈泵 浦條件下Yb:YAG晶體的高閾值和低轉(zhuǎn)換效率，并未引起人們的重視。 1971年采用GaAs:Si發(fā)光二極管為泵浦源，在77K溫度下獲得了 Yb:YAG在1029nm的脈沖激光輸出，峰值功率達(dá)0.7W，表明此類(lèi)晶體 的激光性能主要取決于泵浦條件。80年代末至90年

11、代，隨著InGaAs 激光二極管性能的發(fā)展和成本的降低，開(kāi)始尋求適于激光二極管泵浦 條件下的激光晶體，而摻Y(jié)b3+激光材料由于具有以下特點(diǎn)而受到了 廣泛的重視。Yb3+離子的電子構(gòu)型為4，僅有兩個(gè)電子態(tài)，即基態(tài)2F7/2 和激發(fā)態(tài)2F5/2，在配位場(chǎng)作用下產(chǎn)生Stark分裂后，形成準(zhǔn)三或準(zhǔn) 四能級(jí)的激光運(yùn)行機(jī)構(gòu)。Yb3+離子吸收帶在9001000nm波長(zhǎng)范圍，能與InGaAs半導(dǎo) 體泵浦源(8701100 nm)有效耦合，且吸收帶較寬，對(duì)半導(dǎo)體器件溫 度控制的要求有所降低。泵浦波長(zhǎng)與激光輸出波長(zhǎng)接近，量子效率高達(dá)90%。 由于量子缺陷較低(8.6%)，材料的熱負(fù)荷較低(5)不存 在激發(fā)態(tài)吸收和

12、上轉(zhuǎn)換，光轉(zhuǎn)換效率高。在相對(duì)較高的摻雜濃度下也不會(huì)出現(xiàn)濃度猝滅。熒光壽命長(zhǎng)，在同種激光材料中為Nd3+離子的三倍多，能有 效儲(chǔ)存能量。目前已獲得千瓦級(jí)連續(xù)激光輸出的是Yb:YAG晶體，其YAG基質(zhì) 具有優(yōu)良的光學(xué)、熱力學(xué)、機(jī)械加工性能和化學(xué)穩(wěn)定性，特別適合于 作為激光二極管泵浦條件下的高功率激光輸出，在激光切割、鉆孔以 及軍用領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。2.2金綠寶石激光材料金綠寶石(Cr3+: BeAl2O4)是一種新型基質(zhì)固態(tài)激光材料，用閃 光燈泵浦在室溫下能發(fā)射701818納米的整個(gè)波長(zhǎng)范圍的激光。這個(gè) 區(qū)間增益是由于電子躍遷到電子震動(dòng)帶而產(chǎn)生的。另外，人工金綠寶 石激光在R線(680.4納米

13、)的發(fā)射截面約為紅寶石(R線6943納米) 的十倍，Nd :YAG(1064納米)的三分之一。在人工金綠寶石中，泵 浦發(fā)射激光過(guò)程的閃光燈的輻射是在中心位于420和590納米的帶上 被吸收。在這個(gè)波長(zhǎng)區(qū)域的激發(fā)態(tài)吸收相當(dāng)于激光躍遷上能級(jí)中的離 子吸收。隨著激發(fā)態(tài)吸收，離子無(wú)輻射地衰減到激光躍遷的上能級(jí)。 因此激發(fā)態(tài)的吸收導(dǎo)致泵浦光轉(zhuǎn)化為熱能的直接損耗。金綠寶石晶體的光學(xué)性能和機(jī)械性能都類(lèi)似于紅寶石，而且還具 備作為優(yōu)良的激光基質(zhì)的許多物理的化學(xué)的特性和機(jī)械性能，如硬 度，強(qiáng)度，化學(xué)穩(wěn)定性以及高的熱導(dǎo)率(為紅寶石2至3倍和YAG的 2倍)等，從而使金綠寶石激光棒在高功率泵浦下不產(chǎn)生熱損傷。在 大

14、多數(shù)條件下最大功率可達(dá)千瓦級(jí)。一支激光棒每厘米長(zhǎng)度可承受的 最大功率為0.61.3千瓦。金綠寶石激光晶體應(yīng)用于激光器中結(jié)構(gòu)穩(wěn) 定，因而有著廣泛的應(yīng)用前景，將會(huì)有更大的發(fā)展。2.3祖母綠晶體材料最近幾年，隨著高功率LD的迅速發(fā)展，探索適合LD泵浦的新型 激光晶體和重新評(píng)價(jià)原有激光晶體成為目前激光領(lǐng)域的重點(diǎn)研究?jī)?nèi) 容之一。祖母綠(Cr3+:Be3Al2Si6O18)晶體是繼金綠寶石 (Cr3+:BeA12O4)晶體之后發(fā)現(xiàn)的又一種具有寬帶輻射的優(yōu)秀可調(diào)諧 激光材料，其良好的理化性能、較高的光轉(zhuǎn)換效率與量子產(chǎn)率以及其 近紅外激光經(jīng)過(guò)倍頻可獲得目前較實(shí)用的紫外激光輸出等優(yōu)點(diǎn)，使其 在眾多含Cr3+激光

15、晶體中具有較大的吸引力。目前，隨著祖母綠晶 體新的生長(zhǎng)技術(shù)研究成功，獲得光學(xué)級(jí)的祖母綠晶體已經(jīng)成為可能， 而高功率LD陣列技術(shù)的發(fā)展、也必將進(jìn)一步推動(dòng)祖母綠晶體激光器 的發(fā)展。2.4其它晶體材料近些年來(lái)，可調(diào)諧激光晶體是探索新型激光晶體的一個(gè)熱點(diǎn)， 1982年發(fā)現(xiàn)了鈦寶石(Ti3+:Al2O3)寬帶可調(diào)諧激光晶體，此種晶體 調(diào)諧波長(zhǎng)范圍寬，導(dǎo)熱性能好，室溫下可實(shí)現(xiàn)大能量、高功率脈沖和 連續(xù)寬帶可調(diào)諧激光輸出，在軍工、工業(yè)和科技等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用， 從而將可調(diào)諧激光晶體的研究推向高潮，隨后發(fā)現(xiàn)了一系列新的可調(diào) 諧激光晶體，諸如：Cr3+:BeAl2O4、Cr3+:Mg2SiO4、LiCaAlF6

16、 等晶 體。20世紀(jì)80年代后期，作為泵浦源的激光二級(jí)管(LD)晶體，諸如： GaAlAs、InGaAs、AlGalnP等半導(dǎo)體激光晶體的飛速發(fā)展，LD泵浦晶 體激光器具有高功率、高質(zhì)量、長(zhǎng)壽命、小型化以及導(dǎo)致激光器實(shí)現(xiàn) 全固化等優(yōu)越性，掀起了對(duì)探索新型LD泵浦的高效率小型化激光晶 體的熱潮，在此研究領(lǐng)域中，摻Nd3+激光晶體的研究，仍然是最活 躍和最重要的一項(xiàng)研究課題，當(dāng)前性能較好的LD泵浦的摻Nd3+的激 光晶體。另外，為了適應(yīng)激光器多種應(yīng)用，近年來(lái)還開(kāi)展了多波長(zhǎng)激光晶 體，如Nd:KGa(WO4)2等晶體;新波段激光晶體，如Er:YAP、Ho:YAG 等晶體；自激活激光晶體，如NAB與N

17、dP5O14等晶體，以及自倍頻激 光晶體(NYAB)，Cr: Nd:GdCaO(BO3)3 和上轉(zhuǎn)換激光晶體(Ba2ErCl7) 等等的研究，均取得了一些成果。紅外探測(cè)器材料紅外技術(shù)是在40年前開(kāi)始應(yīng)用到防御系統(tǒng)上的。紅外光電探測(cè) 器過(guò)去所用的材料主要是鉛鹽。到1970年，諸如InSb和HgCdTe之 類(lèi)的半導(dǎo)體開(kāi)始在紅外技術(shù)中占居主導(dǎo)地位，成了制作光導(dǎo)器件的主 要材料。這些材料以整體形式生長(zhǎng)，它們主要用于制作單個(gè)探測(cè)器元 件。在七十年代，發(fā)展了新的生長(zhǎng)技術(shù)，即液相外延(LPE)，該技術(shù) 成了制作鑲嵌式列陣中的光伏探測(cè)器的基礎(chǔ)。八十年代初期，美國(guó)圣 巴巴拉研究中心(SBRC)首先發(fā)展了同質(zhì)結(jié)，

18、以后為了獲得聲望又發(fā)展 了異質(zhì)結(jié)，這些都是光伏器件的主要體系結(jié)構(gòu)。到八十年代中期，隨 著焦點(diǎn)向第二代光電探測(cè)器列陣(光伏型)轉(zhuǎn)移，材料、材料結(jié)構(gòu)、材 料生長(zhǎng)技術(shù)以及探測(cè)器體系結(jié)構(gòu)開(kāi)始發(fā)生重大變化。這些變化包括諸如分子束外延(MBE)和金屬有機(jī)化學(xué)汽相淀積 (MOCVD)之類(lèi)的新的生長(zhǎng)技術(shù)、諸如量子阱光導(dǎo)體之類(lèi)的先進(jìn)的材料 結(jié)構(gòu)、諸如用于非致冷探測(cè)的多色集成光電探測(cè)器和微熱輻射計(jì)之類(lèi) 的新的器件結(jié)構(gòu)以及先進(jìn)的探測(cè)器和材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手段。用于在120 Pm紅外光譜區(qū)進(jìn)行紅外探測(cè)的材料和材料混合體種類(lèi)很多。表1列 出了這些材料以及它們的光譜范圍。大約在10年前出現(xiàn)的最早的新材料是HgZnTe(HZT)

19、。這是由 Arden Sher等人首先提出的。同HgCdTe相比，HZT材料的結(jié)構(gòu)更堅(jiān) 固，但它卻具有與HgCdTe非常相似的電學(xué)和光學(xué)特性。在八十年代 中期，美國(guó)圣巴巴拉研究中心根據(jù)Spicer-Sher-Chen的HgCdTe合金 的鍵穩(wěn)定性模型，用液相外延長(zhǎng)成了 HZT。由于材料學(xué)方面的一些問(wèn) 題，HZT最適合用水平液相外延從相位圖的Te角處進(jìn)行生長(zhǎng)，這樣 便不會(huì)具有最佳的HgCdTe器件中所用的從Hg角處生長(zhǎng)的垂直液相外 延層的撓性。這個(gè)生長(zhǎng)難題一直限制著HgZnTe在紅外焦平面技術(shù)方 面的應(yīng)用。到九十年代，出現(xiàn)了一組新的適用于紅外但基于III-V族材料的 合金半導(dǎo)體。美國(guó)圣巴巴拉研究

20、中心的Sher小組首次預(yù)告了 InTlP 材料。這些材料是用非平衡生長(zhǎng)技術(shù)：分子束外延、金屬有機(jī)化學(xué)汽 相淀積以及金屬有機(jī)分子束外延生長(zhǎng)的。它們被用于制作集成焦平面 列陣，例如，在這種集成焦平面列陣中，可以將InTlP探測(cè)器列陣直 接生長(zhǎng)在包含讀出和多路傳輸器功能的InP襯底上。目前HgCdTe依然占居著紅外探測(cè)器材料的主導(dǎo)地位。由于 HgCdTe體晶生長(zhǎng)受到組分分凝、Hg壓難于控制等客觀條件的限制， 使體晶材料在單晶面積、組分均勻性和結(jié)晶完整性等方面已不能滿足 紅外焦平面探測(cè)器件發(fā)展的需要，而HgCdTe外延（LPE、MBE、MOVPE 等）因其生長(zhǎng)溫度低，克服了體晶熔體生長(zhǎng)的缺點(diǎn)，并能直接

21、獲得適 合器件的結(jié)構(gòu)（如原生雙色、pn結(jié)、表面鈍化等）。因此，外延技術(shù) 已成為HgCdTe晶體研究的方向。CdZnTe是一種由CdTe和ZnTe組成的膺二元化合物半導(dǎo)體材料， 熔點(diǎn)因Zn含量不同，在10921295笆變化。由于生長(zhǎng)溫度高、熱導(dǎo) 率低、離子性強(qiáng)、堆垛層錯(cuò)能低、機(jī)械強(qiáng)度小等不利于晶體生長(zhǎng)的因 素，因此，要生長(zhǎng)符合襯底要求且重復(fù)性好、成品率高的CdZnTe晶 體是十分困難的。但由于其在軍事和民用領(lǐng)域的重要應(yīng)用價(jià)值，一些 西方發(fā)達(dá)國(guó)家二十多年來(lái)從未間斷過(guò)對(duì)CdZnTe晶體的研究，晶體性 能不斷提高，并在一系列大面陣紅外探測(cè)器、x/Y射線探測(cè)器、光電 調(diào)制器、高效太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域得到了較

22、好的應(yīng)用。大面積高均勻性HgCdTe外延薄膜及大尺寸CdZnTe襯底材料仍是 20XX年前紅外探測(cè)器所用的主要材料。液晶材料顯示用液晶材料是由多種小分子有機(jī)化合物組成的，這些小分子 的主要結(jié)構(gòu)特征是棒狀分子結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)已發(fā)展成很多種類(lèi)，例如各種聯(lián) 苯腈、酯類(lèi)、環(huán)己基(聯(lián))苯類(lèi)、含氧雜環(huán)苯類(lèi)、嘧啶環(huán)類(lèi)、二苯乙快 類(lèi)、乙基橋鍵類(lèi)和烯端基類(lèi)以及各種含氟苯環(huán)類(lèi)等。近幾年還研究開(kāi) 發(fā)出多氟或全氟芳環(huán)以及全氟端基液晶化合物。隨著LCD的迅速發(fā) 展，人們對(duì)開(kāi)發(fā)和研究液晶材料的興趣越來(lái)越大。TN-LCD用液晶材料TN型液晶材料的發(fā)展起源于1968年，當(dāng)時(shí)美國(guó)公布了動(dòng)態(tài)散射 液晶顯示(DSM-LCD)技術(shù)。但由于提

23、供的液晶材料的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性， 使它們作為顯示材料的使用受到極大的限制。1971年扭曲向列相液 晶顯示器(TN-LCD)問(wèn)世后，介電各向異性為正的TN型液晶材料便很 快開(kāi)發(fā)出來(lái);特別是1974年相對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的聯(lián)苯睛系列液晶材料由 G.W.Gray等合成出來(lái)后，滿足了當(dāng)時(shí)電子手表、計(jì)算器和儀表顯示 屏等LCD器件的性能要求，從而真正形成了 TN-LCD產(chǎn)業(yè)時(shí)代。LCD用的TN液晶材料已發(fā)展了很多種類(lèi)。這些液晶化合物的結(jié) 構(gòu)都很穩(wěn)定，向列相溫度范圍較寬，相對(duì)粘度較低。不僅可以滿足混 合液晶的高清亮點(diǎn)、低粘度在2030mPa - S(20C)及左n0.15的要 求，而且能保證體系具有良好的低溫性能。含

24、聯(lián)苯環(huán)類(lèi)液晶化合物的 n值較大，是改善液晶陡度的有效成分。嘧啶類(lèi)化合物的K33/K11 值較小，只有0.60左右，在TN-LCD和STN-LCD液晶材料配方中，經(jīng) 常用它們來(lái)調(diào)節(jié)溫度序數(shù)和An值。而二氧六環(huán)類(lèi)液晶化合物是調(diào)節(jié) “多路驅(qū)動(dòng)”性能的必需成分。STN-LCD用液晶材料自1984年發(fā)明了超扭曲向列相液晶顯示器(STN-LCD)以來(lái)，由于 它的顯示容量擴(kuò)大，電光特性曲線變陡，對(duì)比度提高，要求所使用的 向列相液晶材料電光性能更好，到80年代末就形成了 STN- LCD產(chǎn)業(yè)， 其產(chǎn)品主要應(yīng)用在BP機(jī)、移動(dòng)電話和筆記本電腦、便攜式微機(jī)終端 上。STN-LCD用混晶材料一般具有下述性能：低粘度;

25、大K33/K11值； n和Vth(閾值電壓)可調(diào)；清亮點(diǎn)高于工作溫度上限30笆以上?；?晶材料的調(diào)制往往采用“四瓶體系”。這種調(diào)制方法能夠獨(dú)立地改變 閾值電壓和雙折射，而不會(huì)明顯地改變液晶的其他特性。STN-LCD用液晶化合物主要有二苯乙快類(lèi)、乙基橋鍵類(lèi)和鏈烯基 類(lèi)液晶化合物。二苯乙快類(lèi)化合物：把STN-LCD的響應(yīng)速度從300ms 提高到120130ms，使STN-LCD性能得到大幅度的改善，從而在當(dāng)今 的STN-LCD中使用較多，現(xiàn)行STN-LCD用液晶材料中約有70%的配方 中含有二苯乙快類(lèi)化合物。乙基橋鍵類(lèi)液晶：與相應(yīng)的其他類(lèi)液晶比 較，這類(lèi)液晶的粘度、An值都比較低;相應(yīng)化合物的相變

26、溫度范圍 和熔點(diǎn)相對(duì)較低，是調(diào)節(jié)低溫TN和STN混合液晶材料低溫性能的重 要組分。鏈烯基類(lèi)液晶：由于STN-LCD要求具有陡閾值特性，為此， 只有增加液晶材料的彈性常數(shù)比值K33/K11才能達(dá)到目的。烯端基類(lèi) 液晶化合物具有異常大的彈性常數(shù)比值K33/K11，用于STN-LCD中， 得到非常滿意的結(jié)果。近年來(lái)，STN顯示器在對(duì)比度、視角與響應(yīng)時(shí)間上都有顯著的進(jìn) 步。由于TFT-LCD的沖擊，STN-LCD逐漸在筆記本電腦和液晶電視等 領(lǐng)域失去了市場(chǎng)。鑒于成本的因素，TFT-LCD將不可能完全代替 STN-LCD原有的在移動(dòng)通訊和游戲機(jī)等領(lǐng)域的應(yīng)用。TFT-LCD用液晶材料隨著薄膜晶體管TFT陣

27、列驅(qū)動(dòng)液晶顯示(TFT LCD)技術(shù)的飛速發(fā) 展，近年來(lái)TFT LCD不僅占據(jù)了便攜式筆記本電腦等高檔顯示器市場(chǎng)， 而且隨著制造工藝的完善和成本的降低，目前已向臺(tái)式顯示器發(fā)起挑 戰(zhàn)。由于采用薄膜晶體管陣列直接驅(qū)動(dòng)液晶分子，消除了交叉失真效 應(yīng)，因而顯示信息容量大；配合使用低粘度的液晶材料，響應(yīng)速度極 大提高，能夠滿足視頻圖像顯示的需要。因此，TFT LCD較之TN型、 STN型液晶顯示有了質(zhì)的飛躍，成為21世紀(jì)最有發(fā)展前途的顯示技 術(shù)之一。與TN、STN的材料相比，TFT對(duì)材料性能要求更高、更嚴(yán)格。要 求混合液晶具有良好的光、熱、化學(xué)穩(wěn)定性，高的電荷保持率和高的 電阻率。還要求混合液晶具有低粘

28、度、高穩(wěn)定性、適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)各相異 性和閾值電壓。TFT LCD用液晶材料的特點(diǎn)：TFT LCD同樣利用TN型電光效應(yīng)原理，但是TFT LCD用液晶材 料與傳統(tǒng)液晶材料有所不同。除了要求具備良好的物化穩(wěn)定性、較寬 的工作溫度范圍之外，TFT LCD用液晶材料還須具備以下特性：低粘度，20C時(shí)粘度應(yīng)小于35mPas，以滿足快速響應(yīng)的需 要；高電壓保持率(V.H.R)，這意味液晶材料必須具備較高的電阻 率，一般要求至少大于1012Qcm；較低的閾值電壓(Vth),以達(dá)到低電壓驅(qū)動(dòng)，降低功耗的目的；與TFT LCD相匹配的光學(xué)各向異性(An)，以消除彩虹效應(yīng)， 獲得較大的對(duì)比度和廣角視野。An值范圍應(yīng)在

29、0.070.11之間。在TN、STN液晶顯示中廣泛使用端基為氰基的液晶材料，如含氰 基的聯(lián)苯類(lèi)、苯基環(huán)己烷類(lèi)液晶，盡管其具有較高的以及良好的 電光性能，但是研究表明，含端氰基的化合物易于引人離子性雜質(zhì)， 電壓保持率低；其粘度與具有相同分子結(jié)構(gòu)的含氟液晶相比仍較高， 這些不利因素限制了該類(lèi)化合物在TFT LCD中的應(yīng)用。酯類(lèi)液晶具有 合成方法簡(jiǎn)單、種類(lèi)繁多的特點(diǎn)，而且相變區(qū)間較寬，但其較高的粘 度導(dǎo)致在TFT LCD配方中用量大為減少。因此，開(kāi)發(fā)滿足以上要求的 新型液晶化合物成為液晶化學(xué)研究工作的重點(diǎn)。目前，在液晶顯示材料中，TN-LCD已逐步邁入衰退期，市場(chǎng)需 求逐漸萎縮，而且生產(chǎn)能力過(guò)剩，價(jià)

30、格競(jìng)爭(zhēng)激烈，己不具備投資價(jià)值。 而STN-LCD將逐漸進(jìn)入成熟期，市場(chǎng)需求穩(wěn)步上升，生產(chǎn)技術(shù)完全成 熟。而TFT-LCD在全球范圍內(nèi)正進(jìn)入新一輪快速增長(zhǎng)期，市場(chǎng)需求急 劇增長(zhǎng)，有望成為21世紀(jì)最有發(fā)展前途的顯示材料之一。高亮度發(fā)光二極管材料發(fā)光二極管(LED)是采用電阻率較低的P型和n型半導(dǎo)體材料， 通過(guò)摻雜，達(dá)到較高寬度的能隙，從而達(dá)到有效的光輻射通路，獲得 可見(jiàn)光輻射的效果，供人類(lèi)應(yīng)用。但是在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，絕大多數(shù) 半導(dǎo)體材料所具有的是間接能隙，因此不適合做LED材料。而硅和錯(cuò) 等典型的半導(dǎo)體材料雖然很容易制成二極管，但其發(fā)光效率極低，但 只能發(fā)射紅外線。在自然環(huán)境中，金剛石是唯一具有較

31、寬能隙的材料， 并能發(fā)射可見(jiàn)光，但這種材料制作難度大，而且價(jià)格過(guò)于昂貴，因此 也不是理想的材料。人類(lèi)在不斷實(shí)踐、改進(jìn)、探索過(guò)程中，找到AlGaAs 材料、AlGaInP材料、InGaN材料等一元素、三元素、四元素材料。 同時(shí)不斷改進(jìn)襯底材料和封裝材料，使得在從紅色到紫外的整個(gè)光譜 范圍內(nèi)都可以找到合適的LED材料。發(fā)光二極管(LED)問(wèn)世于20世紀(jì)60年代，1964年III-V族發(fā)光材 料GaAsP開(kāi)發(fā)成功，出現(xiàn)了紅色LED，峰值波長(zhǎng)約為650nm。雖然， 驅(qū)動(dòng)電流為20mA時(shí)，單個(gè)LED發(fā)出的光通量只有千分之幾流明，相 應(yīng)的發(fā)光效率只有0 .1 lm/W，但是全固體光源開(kāi)始被人們接受，主 要

32、用于指示燈領(lǐng)域。70年代，材料研究更加活躍，是LED發(fā)展史上的第一個(gè)高潮。GaAsP/ GaAs的質(zhì)量有所提高，并且利用汽相外延(VPE)和液態(tài)外延 法(LPE)制作外延材料，如GaPZnO紅色LED和GaPN綠色LED，不僅 使光效提高到1 lm/W，而且發(fā)光顏色覆蓋了從黃綠色到紅外的光譜 范圍(565940nm)，應(yīng)用也開(kāi)始進(jìn)入顯示領(lǐng)域。80年代之后，應(yīng)用層面逐漸展開(kāi)，封裝技術(shù)逐步提高，周邊支 持條件也相對(duì)形成，促使LED技術(shù)得到突破。例如，用LPE技術(shù)制作 GaAlAs外延層，制作高亮度紅色LED和紅外二極管(ILED)，波長(zhǎng)分 別為660、880和940nm。隨著金屬有機(jī)化學(xué)汽相外延法

33、(MOVPE)的開(kāi) 發(fā)，產(chǎn)生了 780nm半導(dǎo)體激光二極管;用新芯片材料AllnGaP制成的 紅色、黃色LED光效可達(dá)10lm/W，若采用透明襯底，光效可超過(guò)20lm/W。而1994年通過(guò)MOVPE研制的第三代半導(dǎo)體材料GaN使藍(lán)、 綠色LED光效達(dá)到10lm/W，實(shí)現(xiàn)了 LED的全色化。發(fā)光二極管材料在90年代有了突破性進(jìn)展。90年代初，Toshiba 公司和Hewlett Packark公司開(kāi)發(fā)了 InGaAlP材料，該材料具有高發(fā) 光功效，可覆蓋從黃綠光到紅光整個(gè)光譜范圍。90年代中期，Nichia 公司和Toyoda Gosei公司研發(fā)出具有高發(fā)光功效的發(fā)藍(lán)和純綠光的 InGaN LE

34、Ds，有史以來(lái)第一次生產(chǎn)出能滿足戶內(nèi)和戶外各種應(yīng)用的高 亮度全色LED。通常，人們把光強(qiáng)為1 cd作為一般LED和高亮度LED的分界點(diǎn)。 目前，制作高亮度LED的材料主要為AlGaAs、AlGaInP和GaInNAlGaAs 適用于高亮度紅光和紅外LED，用LPE制造；與GaAs襯底晶格匹配的 四元直接帶隙材料AlGaInP的發(fā)光二極管量子效率高，發(fā)光波長(zhǎng)范圍 覆蓋了從紅光到黃綠光，因此高亮度紅、橙、黃光光源常常采用 AlGaInP材料來(lái)生長(zhǎng)器件。高亮度發(fā)光管在交通指示燈、全彩色戶外 顯示及自動(dòng)顯示等方面得到了廣泛的應(yīng)用GaInN適用于高亮度深綠、 藍(lán)、紫及紫外LED，用高溫MOVPE制造。自1995年以來(lái)，高亮度發(fā)光二極管(LED)的市場(chǎng)每年以58.4%的 平均增長(zhǎng)速率增長(zhǎng)，2000年其銷(xiāo)售額已達(dá)12億美元。如此快的增長(zhǎng) 速度是由于高亮度LED的性能在不斷提高，發(fā)光范圍擴(kuò)展到覆蓋整個(gè) 可見(jiàn)光譜區(qū)，使得新的應(yīng)用不斷擴(kuò)大的結(jié)果，這正是以前傳統(tǒng)低亮度 比LED不能達(dá)到的效果。高亮度LED的性能通