CN101971345A - 纳米结构薄膜lcd设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LCD设备，包括靠近a)包括三乙酰基纤维素(TAC)的层、b)极化层、c)粘合剂层、d)保护层、e)防眩层、f)抗反射层或g)抗静电层中至少一个被沉积或形成其一部分的导电且光学透明的纳米结构薄膜。一种实施方案是包括平面转换(IPS)液晶显示器(LCD)和纳米结构薄膜的设备，其中薄膜是导电的，且其中薄膜是光学透明的。

Description

纳米结构薄膜LCD设备
发明领域
本发明总体上涉及纳米结构薄膜，更具体地涉及在显示设备中使用的纳米结构薄膜。
发明背景
许多现代和/或新兴的应用需要不仅具有高的电导率而且还具有高的光学透明度的至少一个设备电极。这种应用包括但不限于触摸屏(例如模拟式、电阻式、4-线电阻式、5-线电阻式、表面电容式、投射电容式、多点触摸式等)、显示器(例如柔性、刚性、推出电泳型、电致发光型、电色层型、液晶(LCD)型、等离子(PDP)型、有机发光二极管(OLED)等)、太阳能电池(例如硅(无定形、原生结晶、纳米晶)、碲化镉(CdTe)、硒化铜铟稼(CIGS)、硒化铜铟(CIS)、砷化稼(GaAs)、光吸收染料、量子点、有机半导体(例如聚合物、小分子化合物))、固态照明、纤维光学通讯(例如电-光和光-电调制器)和微流体(例如在电介质上的电润湿(EWOD))。
本文中使用的材料层或不同材料的几个层的序列在层允许相关波长内环境电磁辐射的50％通过层被传递时被认为是“透明”的。类似地，允许部分但小于50％相关波长内环境电磁辐射传递的层被认为是“半透明”的。
目前，最常用的透明电极为透明导电氧化物(TCO)，尤其是在玻璃上的氧化铟锡(ITO)。但是，ITO对于上述应用的大多数来说是不充分的解决方案(例如由于其相对脆的特性，因此弹性和耐磨性差，尤其在厚度薄时)，并且ITO的铟组分快速变成稀缺商品。另外，ITO沉积通常需要昂贵的高温溅射，这与许多设备工艺流程不相容。因此，正开发更耐用的充足且易沉积的透明导体材料。
平面转换(IPS)液晶显示器(LCD)设备是这样一种设备，其中包括像素电极和反电极的至少一对电极在透明基底的一个或二个中提供在单元像素中，并通过几乎与液晶层表面平行的像素电极和反电极之间的产生的场分量调整通过液晶层的光。这类设备描述在例如美国专利5600464和美国专利5870160中，在此引入作为参考。
发明概述
本发明涉及纳米结构薄膜在平面转换(in-plane switching)(IPS)液晶显示器(LCD)设备中的应用。纳米结构由于它们独特的材料性质而在最近受到大量关注。纳米结构可包括但不限于纳米管(例如单壁碳纳米管(SWNT)、多壁碳纳米管(MWNT)、双壁碳纳米管(DWNT)、几个壁碳纳米管(FWNT)、其它富勒烯(例如巴基球)、石墨烯片/层、和/或纳米线(例如金属(例如Ag、Ni、Pt、Au)、半导材料(例如InP、Si、GaN)、电介质(例如SiO2、TiO2)、有机材料、无机材料)。在一种实施方案中，纳米结构薄膜可包括这类纳米结构的至少一个互穿网络，并可类似地表现出独特的材料性质。在另一种实施方案中，纳米结构薄膜包括碳纳米管的至少一个互连网络。在另一种实施方案中，纳米结构薄膜中的纳米结构处于介质中，其中纳米结构被互连(例如纳米结构的密度在介质渗透阈值之上)。在另一种实施方案中，纳米结构薄膜包括碳纳米管的至少一个互连网络并表现出非凡的强度和导电率，以及有效的导热和相当大的光学透明度。
在本发明的一种实施方案中，LCD设备包括靠近a)包括三乙酰基纤维素(TAC)的层、b)极化层、c)粘合剂层、d)保护层、e)防眩层、f)抗反射层或g)抗静电层中至少一个被沉积或形成其一部分的导电且光学透明的纳米结构薄膜。在另一种实施方案中，LCD设备的纳米结构薄膜起抗静电的屏蔽作用。
在另一种实施方案中，设备包括平面转换(IPS)液晶显示器(LCD)和纳米结构薄膜，其中薄膜是导电的，且其中薄膜是光学透明的。在另一种实施方案中，IPS LCD的纳米结构薄膜起抗静电的屏蔽作用。
在另一种实施方案中，IPS LCD的纳米结构薄膜在透明基底的表面上。在另一种实施方案中，IPS LCD的纳米结构薄膜位于上极化板和透明基底之间或在上极化板的一侧上，其中上极化板处于LCD的被观察侧。
在另一种实施方案中，IPS LCD的纳米结构薄膜具有小于2×1014欧姆/平方的电阻。在另一种实施方案中，IPS LCD的纳米结构薄膜具有小于2×108欧姆/平方的电阻。在另一种实施方案中，IPS LCD的纳米结构薄膜嵌入在粘合剂中。
在另一种实施方案中，IPS LCD的纳米结构薄膜被图案化。在另一种实施方案中，IPS LCD的纳米结构薄膜包括纳米结构，其中所述纳米结构被排列(be aligned)。在另一种实施方案中，IPS LCD的纳米结构薄膜包括纳米结构，其中纳米结构提供光学极化效应。
在另一种实施方案中，IPS LCD的上极化板包括包含纳米结构的纳米结构薄膜，其中纳米结构提供光学极化效应。
在另一种实施方案中，设备还包括像素电极和反电极，其中像素电极、反电极或两者都包括纳米结构薄膜。
在另一种实施方案中，IPS LCD的纳米结构薄膜还包括掺杂剂。在另一种实施方案中，掺杂剂选自碘(I2)、溴(Br2)、聚合物负载的溴(Br2)、五氟化锑(SbF5)、五氯化磷(PCl5)、三氟氧化钒(VOF3)、氟化银(II)(AgF2)、2，1，3-苯并噁二唑-5-羧酸、2-(4-联苯基)-5-苯基-1，3，4-噁二唑、2，5-双-(4-氨基苯基)-1，3，4-噁二唑、2-(4-溴苯基)-5-苯基-1，3，4-噁二唑、4-氯-7-氯磺酰基-2，1，3-苯并噁二唑、2，5-二苯基-1，3，4-噁二唑、5-(4-甲氧基苯基)-1，3，4-噁二唑-2-硫醇、5-(4-甲基苯基)-1，3，4-噁二唑-2-硫醇、5-苯基-1，3，4-噁二唑-2-硫醇、5-(4-吡啶基)-1，3，4-噁二唑-2-硫醇、二氯化甲基紫精水合物、富勒烯-C60、N-甲基富勒烯并吡咯烷、N，N’-双(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基联苯胺、三乙胺(TEA)、三乙醇胺(TEA)-OH、三辛胺、三苯膦、三辛基膦、三乙基膦、三萘基膦、四二甲基氨基乙烯、三(二乙基氨基)膦、并五苯、并四苯、N，N’-二-[(1-萘基)-N，N’-二苯基]-1，1’-联苯基)-4，4’-二胺升华级、4-(二苯基氨基)苯甲醛、二-对甲苯基胺、3-甲基二苯基胺、三苯基胺、三[4-(二乙基氨基)苯基]胺、三-对甲苯基胺、吖啶(acradine)橙碱、3，8-二氨基-6-苯基菲啶、4-(二苯基氨基)苯甲醛、二苯基腙、聚(9-乙烯基咔唑)、聚(1-乙烯基萘)、三苯膦、4-羧基丁基)三苯基溴化鏻、四丁基苯甲酸铵、四丁基氢氧化铵30-水合物、四丁基三碘化铵、四丁基双三氟甲烷磺酰亚胺基铵、四乙基三氟甲烷磺酸铵、发烟硫酸(H2SO4-SO3)、三氟甲基磺酸和魔酸组成的组。在另一种实施方案中，掺杂剂被共价结合到薄膜上。在另一种实施方案中，掺杂剂被非共价结合到薄膜上。在另一种实施方案中，掺杂剂与稳定剂联合地结合到薄膜上。在另一种实施方案中，稳定剂为路易斯酸，掺杂剂为路易斯碱。在另一种实施方案中，稳定剂为路易斯酸，掺杂剂为路易斯碱。在另一种实施方案中，稳定剂为选自聚(4-乙烯基吡啶)和三苯胺组成的组中的分子。
在又一种实施方案中，IPS LCD的纳米结构薄膜涂有至少一个包封层。在另一种实施方案中，包封层为选自含氟聚合物、丙烯酸、硅烷、聚酰亚胺、聚酯和聚乙烯基烷基乙烯基醚组成的组中的聚合物。
在另一种实施方案中，IPS LCD的纳米结构薄膜为涂有二个或多个包封层的涂层膜。在另一种实施方案中，包封层为选自含氟聚合物、丙烯酸、硅烷、聚酰亚胺、聚酯和聚乙烯基烷基乙烯基醚组成的组中的聚合物。
在另一种实施方案中，IPS LCD的纳米结构薄膜包括专用添加剂。在另一种实施方案中，专用添加剂为红外吸收剂或紫外吸收剂。
在另一种实施方案中，IPS LCD的纳米结构薄膜在透明基底上，其中基底选自玻璃、弹性体和塑料。在另一种实施方案中，透明基底为选自饱和橡胶、不饱和橡胶、热塑性弹性体(TPE)、热塑性硫化橡胶(TPV)、聚氨酯橡胶、聚硫橡胶、节肢弹性蛋白和弹性蛋白的弹性体。在另一种实施方案中，透明基底为选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚烯烃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)和聚醚砜(PES)的塑料。
在另一种实施方案中，包括IPS LCD和纳米结构薄膜的设备还包括包含纳米结构薄膜的半导体元件。
在另一种实施方案中，液晶显示器(LCD)设备包括纳米结构薄膜和粘合剂，其中粘合剂渗透到薄膜内形成纳米结构-粘合剂复合物，其中纳米结构-粘合剂复合物是光学透明和导电的。在另一种实施方案中，LCD设备具有选自扭曲向列型(TN)、垂直排列型(VA)、多域垂直排列型(MVA)和图案化垂直排列型(PVA)中的设备结构。
在另一种实施方案中，LCD设备包括纳米结构薄膜，其中纳米结构薄膜是导电和光学透明的，并且其中LCD设备具有选自扭曲向列型(TN)、垂直排列型(VA)、多域垂直排列型(MVA)和图案化垂直排列型(PVA)中的设备结构。
本发明的其它特征和优点将从附图和详细描述中明显看出。除了某些替代方案外，下面参考附图更详细地提供上面公开的实施方案的一个或多个。本发明不限于任何公开的具体实施方案；本发明不仅可用于透明导电薄膜应用，而且还可用于其它纳米结构应用(例如不透明电极、晶体管、二极管、导电复合材料、静电屏蔽等)。
附图简述
通过参考附图阅读下面的优选实施方案详细描述能更好地理解本发明，其中：
图1A为根据本发明一种实施方案的纳米结构薄膜的扫描电镜(SEM)图；
图1B为由不同等级和浓度的碳纳米管制造的纳米结构薄膜的薄层电阻对光学透明度的曲线图；
图2A和2B为以放大比例图示本发明二种实施方案的外壳的敞开区域周边部分的截面图；
图3A、3B和3C为以放大比例图示根据本发明一种实施方案的纳米结构薄膜层部分的截面图，其中纳米结构薄膜可被嵌入在粘合剂中并执行抗静电的静电屏蔽作用；
图4为与本发明相容的示例性IPS LCD设备电极构造的示意图；和
图5A和5B分别图示了示例性顶部基底和底部基底LCD设备层。
在不同图中用相同数字引用的本发明的特征、元件和方面代表根据系统一个或多个实施方案的相同、等价或类似的特征、元件或方面。
实施方案详述
在一种实施方案中，可在平面转换(IPS)LCD设备中使用例如如上面所述的导电和光学透明的纳米结构薄膜以起到抗静电的屏蔽作用。IPSLCD设备可包括转换元件、像素电极和形成在二个基底中第一基底上的单元像素中的反电极，其中二个基底被布置使得各自与提供在它们之间的液晶层相对并且二个基底中的至少一个是透明的，并利用在像素电极和反电极之间产生的基本与第一基底平行的电场调制透过液晶层的光；其中在第一基底和第二基底之间形成电阻率不小于106欧姆-厘米的黑底，并在与被观察侧处液晶层相对的透明基底的表面上形成导电且光学透明的纳米结构薄膜，并且该纳米结构薄膜形成在像素形成区域上方。在纳米结构薄膜形成在与液晶侧相对的基底侧的基底表面上时，来自像素电极的电场不仅完全在纳米结构薄膜上终止而且在反电极上终止，并因而导电层不会反面影响显示器的质量，甚至在从液晶显示器面板外侧施加如由静电产生的高电势时，可防止IPS LCD设备变异常。
参考图2A和2B，可在上极化板POL2内部、上极化板POL2上侧或其下侧形成薄层电阻小于2×1014欧姆每平方或小于108欧姆每平方的导电且光学透明的纳米结构薄膜COM。与ITO薄膜相比，纳米结构薄膜表现出大得多的机械坚固性，尤其考虑到极薄的层ITO(即提供2×1014欧姆每平方或108欧姆每平方薄层电阻的那些)非常容易破裂(尤其在显示器组装过程中)。与炭黑或其它非纳米结构碳颗粒相比，纳米结构薄膜可表现出高得多的光学透明度，考虑到纳米结构(例如碳纳米管)的互联网络可提供与高得多的炭黑载量相同的电导率。
在一种实施方案中，可在粘合剂中嵌入纳米结构薄膜在极化板POL2和上基底SUB2之间形成粘性层。这种粘性层可用作粘结极化板POL2和上基底SUB2的导电粘合剂。其中的纳米结构可被取向(或排列)，例如用于提供或提高光学极化效应。另外或者其它地，纳米结构薄膜可被图案化，例如作为格栅。
在一种实施方案中，极化板POL2可包括纳米结构薄膜，借此其自身可导电。例如，极化板POL2的主表面可涂有纳米结构薄膜，或极化板POL2可由包括纳米结构薄膜的材料形成。另外或者其它地，纳米结构薄膜可赋予构成极化板POL2的层的任何一个导电性。
在一种实施方案中，纳米结构薄膜可包括形成在基底(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))上并且插入在极化板POL2和上基底SUB2之间的纳米结构互连网络。这种纳米结构薄膜可与极化板POL2分开形成，和/或可进一步例如从供给基底、叠层和/或脱模层转移到极化板POL2上。
在另一种实施方案中，在液晶层LC相对侧上在上基底SUB2的接近整个区域上形成纳米结构薄膜作为导电和光学透明薄膜，并且极化板POL2被粘到纳米结构薄膜的上表面。
在一种实施方案中，IPS LCD设备的其它导电元件可包括纳米结构薄膜。例如，像素电极、反电极、源电极和漏电极。
参考图1A，根据本发明的一种实施方案的纳米结构薄膜包括单壁碳纳米管(SWNT)的至少一个互连网络。这类薄膜可另外或其它地包括其它纳米管(例如MWNT、DWNT)、其它富勒烯(例如巴基球)、石墨烯片/层、和/或纳米线(例如金属(例如Ag、Ni、Pt、Au)、半导材料(例如InP、Si、GaN)、电介质(例如SiO2、TiO2)、有机材料、无机材料)。
这种纳米结构薄膜可进一步包括结合到纳米结构薄膜上的至少一种功能化材料。例如，结合到纳米结构薄膜上的掺杂剂可通过增加载流子浓度增加薄膜的电导率。这种掺杂剂可包括下列中的至少一种：碘(I2)、溴(Br2)、聚合物负载的溴(Br2)、五氟化锑(SbF5)、五氯化磷(PCI5)、三氟氧化钒(VOF3)、氟化银(II)(AgF2)、2，1，3-苯并噁二唑-5-羧酸、2-(4-联苯基)-5-苯基-1，3，4-噁二唑、2，5-双-(4-氨基苯基)-1，3，4-噁二唑、2-(4-溴苯基)-5-苯基-1，3，4-噁二唑、4-氯-7-氯磺酰基-2，1，3-苯并噁二唑、2，5-二苯基-1，3，4-噁二唑、5-(4-甲氧基苯基)-1，3，4-噁二唑-2-硫醇、5-(4-甲基苯基)-1，3，4-噁二唑-2-硫醇、5-苯基-1，3，4-噁二唑-2-硫醇、5-(4-吡啶基)-1，3，4-噁二唑-2-硫醇、二氯化甲基紫精水合物、富勒烯-C60、N-甲基富勒烯并吡咯烷、N，N’-双(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基联苯胺、三乙胺(TEA)、三乙醇胺(TEA)-OH、三辛胺、三苯膦、三辛基膦、三乙基膦、三萘基膦、四二甲基氨基乙烯、三(二乙基氨基)膦、并五苯、并四苯、N，N’-二-[(1-萘基)-N，N’-二苯基]-1，1’-联苯基)-4，4’-二胺升华级、4-(二苯基氨基)苯甲醛、二-对甲苯基胺、3-甲基二苯基胺、三苯基胺、三[4-(二乙基氨基)苯基]胺、三-对甲苯基胺、吖啶(acradine)橙碱、3，8-二氨基-6-苯基菲啶、4-(二苯基氨基)苯甲醛、二苯基腙、聚(9-乙烯基咔唑)、聚(1-乙烯基萘)、三苯膦、4-羧基丁基)三苯基溴化鏻、四丁基苯甲酸铵、四丁基氢氧化铵30-水合物、四丁基三碘化铵、四丁基双三氟甲烷磺酰亚胺基铵、四乙基三氟甲烷磺酸铵、发烟硫酸(H2SO4-SO3)、三氟甲基磺酸和/或魔酸。
这类掺杂剂可共价或非共价地结合到薄膜上。此外，掺杂剂可直接结合到薄膜上，或通过和/或联合另外的分子如能减少掺杂剂从薄膜脱附的稳定剂间接结合到薄膜上。在掺杂剂为相对强的还原剂(电子供体)或氧化剂(电子受体)时，稳定剂可为相对弱的还原剂(电子供体)或氧化剂(电子受体)(即掺杂剂具有比稳定剂大的掺杂势)。另外或者其它地，稳定剂和掺杂剂可分别包括路易斯碱和路易斯酸，或分别包括路易斯酸和路易斯碱。示例性稳定剂包括但不限于芳族胺、其它芳族化合物、其它胺、亚胺、trizene、硼烷、其它含硼化合物和前面化合物的聚合物。具体地，聚(4-乙烯基吡啶)和/或三苯胺在加速大气试验(例如在65℃和90％相对湿度下1000小时)中已表现出相当大的稳定性质。
结合到纳米结构薄膜上的掺杂剂的稳定还可以或者通过使用包封剂来增强。未功能化或以其它方式功能化的纳米结构薄膜的稳定性也可通过使用包封剂来增强。因此，本发明的又一种实施方案包括涂有至少一个包封层的纳米结构薄膜。这种包封层优选提供增加的稳定性和耐环境(例如热、湿度和/或大气气体)性。多个包封层(例如具有不同组成)在调整包封剂性质方面是有利的。示例性包封剂包括以下中的至少一种：含氟聚合物、丙烯酸、硅烷、聚酰亚胺和/或聚酯包封剂(例如PVDF(Solvay的Hylar CN)、Teflon AF、聚氟乙烯(PVF)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、聚乙烯烷基乙烯基醚、Dupont的含氟聚合物分散体(TE7224)、三聚氰胺/丙烯酸混合物、保形丙烯酸涂层分散体等)。包封剂可另外或者还包括可UV和/或热交联聚合物(例如聚(4-乙烯基苯酚))。
根据一种实施方案的纳米结构薄膜还可包括专用添加剂。例如，薄纳米管薄膜对红外辐射自然地透明，因此向其中加入红外(IR)吸收剂来改变这种材料性质是有利的(例如用于窗口屏蔽应用)。示例性IR吸收剂包括但不限于菁、醌、金属络合物和光敏材料中的至少一种。类似地，可使用UV吸收剂限制纳米结构薄膜的直接UV暴露水平。
可使用基于溶液的方法制造根据一种实施方案的纳米结构薄膜。在这种情况下，可利用溶剂和分散剂将纳米结构最初分散在溶液中。示例性溶剂包括但不限于去离子(DI)水、醇和/或苯类溶剂(例如甲苯、二甲苯)。示例性分散剂包括但不限于表面活性剂(例如，十二烷基硫酸钠，Triton X，NaDDBS)和生物聚合物(例如羧甲基纤维素(CMC))。可通过机械搅拌如成穴(如使用探针和/或浴超声仪)、剪切(例如使用高速剪切混合器和/或转子-定子)、撞击(例如转子-定子)和/或匀化(例如使用匀化器)进一步帮助分散。还可在溶液中使用涂布助剂获得所需的涂布参数，例如对给定基底的润湿和粘着性；另外或者其它地，可将涂布助剂施加到基底上。示例性涂布助剂包括但不限于气溶胶OT、氟化的表面活性剂(例如Zonyl FS300、FS500、FS62A)、醇(例如己醇、庚醇、辛醇、壬醇、癸醇、十一醇、十二醇、皂苷、乙醇、丙醇、丁醇和/或戊醇)、脂肪族胺(例如伯胺、仲胺(例如十二烷基胺)、叔胺(例如三乙醇胺)、季胺)、TX-100、FT248、Tergitol TMN-10、Olin 10G和/或APG 325。
可使用各种涂布方法将得到的分散体涂布到基底上。涂布可能需要单遍或多遍，取决于分散体性质、基底性质和/或所需的纳米结构薄膜性质。示例性涂布方法包括但不限于喷涂、浸涂、滴涂和/或流涂、辊涂、转印、槽模涂布、幕涂、[微]凹版印刷、柔版印刷和/或喷墨印刷。示例性基底可为柔性或刚性的，并包括但不限于玻璃、弹性体(例如饱和橡胶、不饱和橡胶、热塑性弹性体(TPE)、热塑性硫化橡胶(TPV)、聚氨酯橡胶、聚硫橡胶、节肢弹性蛋白和/或弹性蛋白)和/或塑料(例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚烯烃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)和/或聚醚砜(PES))。柔性衬底在适应辊对辊(也叫作卷对卷)加工方面是有利的，其中一个辊支撑未涂布的基底，另一个辊支撑涂布的基底。与一次只能处理一个部件的间歇法相比，辊对辊法代表了与目前制造实践的惊人偏离，能减少设备投资和生产成本，同时大大提高产量。
一旦被涂布到基底上，可加热分散体以从中除去溶剂，从而在基底上形成纳米结构薄膜。示例性加热设备包括热板、加热棒、加热线圈和/或炉。得到的薄膜可随后被洗涤(例如用水、乙醇和/或IPA)和/或氧化(例如烘焙和/或用氧化剂如硝酸、硫酸和/或盐酸冲洗)来从中除去残余的分散剂和/或涂布助剂。
还可向薄膜中加入掺杂剂、其它添加剂和/或包封剂。这类材料可在薄膜形成之前、期间和/或之后被施加到薄膜中的纳米结构上，并可根据具体的材料以气相、固相和/或液相(例如气相NO2或液相硝酸(HNO3)掺杂剂)施加。这种材料此外可通过控制技术被施加，如液相材料情况下上面提到的涂布技术(例如槽模涂布聚合物包封剂)。
可在于基底上制造之前(例如使用升起法，图案预处理的基底)、期间(例如图案转移印刷、喷墨印刷)和/或之后(例如使用激光烧蚀或掩模/蚀刻技术)图案化根据一种实施方案的纳米结构薄膜。
在一个示例性实施方案中，通过多步骤喷涂和洗涤方法在透明柔性塑料基底上制造包括SWNT互连网络的光学透明且导电的纳米结构薄膜。首先通过在具有1％SDS的去离子(DI)水中溶解市售SWNT粉末(例如Carbon Solutions的P3)配制SWNT分散体，并在300W功率下探针超声处理30分钟。然后在10k rcf(相对离心力场)下对得到的分散体离心1小时，以除去大的SWNT团聚体和杂质(例如无定形碳和/或残余的催化剂颗粒)。同时，将PC基底浸在硅烷溶液(在DI水中包括1wt％3-氨基丙基三乙氧基硅烷的涂布助剂)中大约5分钟，然后用DI水冲洗并用氮气吹干。然后用前面制备的SWNT分散体在100℃热板上喷涂得到的预处理PC基底(具有硬涂层的0.03”厚Tekra)，浸在DI水中1分钟，然后再次喷涂，再次浸在DI水中。可重复这种喷涂和浸水的过程多次直到获得所需的薄层电阻(例如薄膜厚度)。
在相关的示例性实施方案中，使用前面例子中描述的方法在透明柔性基底上制造包括SWNT互连网络的掺杂纳米结构薄膜，但SWNT分散体另外包含TCNQF4(7，7，8，8-四氰基全氟-对-喹啉并二甲烷(掺杂剂。在另一个相关实施方案中，随后通过在其上旋涂聚对二甲苯层并烘焙来包封这种掺杂的纳米结构薄膜。
在另一个示例性实施方案中，首先通过在具有1％SDS的DI水中溶解SWNT粉末(例如Carbon Solutions的P3)制备SWNT分散体，并在100W下浴超声处理16小时，然后在15000rcf下离心30分钟以便只有离心分散体的顶部3/4部分被选择用于进一步处理。然后通过孔尺寸为0.1-0.2μm的氧化铝过滤器(Whatman Inc.)真空过滤得到的分散体，从而在过滤器上形成光学透明且导电的SWNT薄膜。随后通过薄膜真空过滤DI水几分钟以除去SDS。然后通过基于PDMS(聚二甲基硅氧烷)的转移印刷技术将得到的薄膜转移到PET基底上，其中首先放置图案化的PDMS印模与过滤器上的薄膜共形接触，使得图案化薄膜从过滤器转移到印模，然后与PET基底共形接触放置并加热到80℃，从而图案化薄膜被转移到PET上。在相关的示例性实施方案中，可随后将这种图案化薄膜通过在气态NO2室中浸没来掺杂。在另一个相关示例性实施方案中，通过在掺杂薄膜情况下能减少薄膜掺杂剂脱附的PmVP(聚[(间-亚苯基次亚乙烯基)-共-(2，5-二辛氧基-对-亚苯基次亚乙烯基)])层来包封薄膜。
在又一个示例性实施方案中，在透明柔性基底上制造包括FWNT互连网络的光学透明、导电、掺杂且包封的纳米结构薄膜。首先在具有0.5％Triton-X的DI水中溶解通过化学气相沉积(CVD)法生长的FWNT(Unidym，Inc.的OE级)，并在300W功率下探针超声处理1小时。然后将得到的分散体槽模涂布到PET基底上，并在约100℃下烘焙蒸发溶剂。随后通过将得到的FWNT薄膜浸在硝酸(10摩尔)中约15-20秒从薄膜中除去Triton-X。硝酸可既有效作为表面活性剂脱除的氧化剂，又可作为掺杂剂，在示例性薄膜中，在约75％透明度下提高薄膜的薄层电阻从498欧姆/sq到约131欧姆/sq，在80％透明度下，从920欧姆/sq到约230欧姆/sq。在相关示例性实施方案中，随后用使掺杂剂稳定(即薄膜在加速老化条件(65℃)下1000小时后表现出小于10％的电导率变化)的三苯胺涂布这些薄膜。在其它相关示例性实施方案中，然后用Teflon AF包封薄膜。
在另一种示例性实施方案中，首先通过超声处理(例如，浴超声30分钟，然后探针超声处理30分钟)在具有SDS(例如1％)表面活性剂的水中分散FWNT粉末；随后通过超声处理(例如探针超声处理5分钟)向分散体中加入1-十二烷基醇(例如0.4％)作为涂布助剂，并将得到的分散体Meyer棒涂到PEN基底上。然后通过用DI水冲洗薄膜除去SDS，并通过用乙醇冲洗除去1-十二烷基醇。这种得到的光学透明且导电的薄膜通过工业标准“带测试”(即当一片Scotch带压到上面然后剥离薄膜时，FWNT薄膜保留在基底上)；利用未使用涂布助剂的SDS分散体未获得FWNT薄膜和PEN之间的这种粘合。
在一种实施方案中，可在平面转换(IPS)LCD设备中使用例如如上面所述的导电和光学透明的纳米结构薄膜以起到抗静电的屏蔽作用(即薄膜具有小于约10000欧姆/sq的薄层电阻)。IPS LCD设备可包括转换元件、像素电极和形成在二个基底中第一基底上的单元像素中的反电极，其中二个基底被布置使得各自与提供在它们之间的液晶层相对并且二个基底中的至少一个是透明的，并利用在像素电极和反电极之间产生的基本与第一基底平行的电场调制透过液晶层的光；其中在第一基底和第二基底之间形成电阻率不小于106欧姆-厘米的黑底，并在与被观察侧处液晶层相对的透明基底的表面上形成导电且光学透明的纳米结构薄膜，并且该纳米结构薄膜形成在像素形成区域上方。在纳米结构薄膜形成在与液晶侧相对的基底侧的基底表面上时，来自像素电极的电场不仅完全在纳米结构薄膜上终止而且在反电极上终止，并因而导电层不会反面影响显示器的质量，甚至在从液晶显示器面板外侧施加如由静电产生的高电势时，可防止IPS LCD设备变异常。
参考图2A和2B，可在上极化板POL2内部、上极化板POL2上侧或其下侧形成薄层电阻小于2×1014欧姆每平方或小于108欧姆每平方的导电且光学透明的纳米结构薄膜COM。纳米结构薄膜COM可使用薄层电阻不大于108欧姆每平方的导电垫片SPC被电连接到外壳MD的屏蔽壳上。垫片SPC可在其两个表面上涂有导电的粘性材料(例如包括纳米结构薄膜)。在粘到屏蔽壳上后，当其与下壳组装到一起时，使用提供在屏蔽壳上的棘爪和钩挤压和固定垫片SPC。外壳MD的屏蔽壳可连接到驱动电路基底的机架地线上，并可经接口连接器端子连接到地电位。由于这种结构，来自IPS LCD设备外部的静电可在纳米结构薄膜COM中扩散，并通过垫片SPC流入到外壳MD的屏蔽壳内，因此，显示器的质量不会因静电而下降。
参考图3A、3B和3C，纳米结构薄膜COM可被嵌入在粘合剂中在极化板POL2和上基底SUB2之间形成粘性层(还参见图2B)。这种粘性层可用作粘结极化板POL2和上基底SUB2的导电粘合剂。其中的纳米结构可是随机的，或可被取向(例如，被排列以提供或提高光学极化效应)。另外或者其它地，纳米结构薄膜可被图案化，例如作为格栅(见图3C)。格栅图案是有利的，例如在像素(例如RGB)之间定位格栅部件以允许通过设备的更大光学透明度时(即在覆盖像素的区域未被纳米结构薄膜完全盖住时)。可在纳米结构薄膜形成之前(例如使用升起技术)、期间(例如使用图案化转印模、喷墨印刷、柔性印刷和/或凹版印刷)和/或之后(例如使用激光烧蚀或光刻和蚀刻)形成这类图案。
在示例性实施方案中，纳米结构薄膜包括碳纳米管的互连网络。参考图1B，突起表明这类薄膜可表现出非常高的透明度(例如大于98％)，同时满足所要求的薄层电阻规范。Unidym OE级纳米管一般包括CVD生长的FWNT。通过用Triton-X表面活性剂分散纳米管并槽模涂布分散体到玻璃基底(例如SUB2)上制造由其组成的薄膜。随后可用粘合剂涂布得到的纳米结构薄膜用于粘结极化板POL2到玻璃基底SUB2上。
在一种实施方案中，IPS LCD设备的其它导电元件可包括纳米结构薄膜，例如像素电极、反电极、源电极和漏电极。LCD像素电极的制造描述在2007年7月16日提交的题目为“Transparent and ConductiveNanostrucutre-Film Pixel Electrode and Method of Making the Same”的共同未决美国申请No.11/778535中，本文引入作为参考。参考图4，可根据各种IPS设计如S-TFT、S-IPS、AS-IPS和IPS-Pro将纳米结构薄膜像素电极和反电极图案化。
在一种实施方案中，IPS LCD设备的半导元件可包括纳米结构薄膜，例如有源矩阵IPS LCD设备中薄膜晶体管(TFT)的半导通道。纳米结构薄膜TFT的制造描述在2003年5月8日提交的题目为“ElectronicSensing of Biomolecular Processes”的美国申请No.10/431963中，本文引入作为参考。
参考图5A和5B，可在根据本发明的实施方案的LCD设备中其它层之间使用纳米结构薄膜。例如，纳米结构薄膜可被沉积在所示的示例性上基底(图5A)和/或下基底(图5B)LCD设备层之间或以其它方式靠近它们中的任何一个沉积(例如，在TAC和极化层之间)，起到抗静电的屏蔽作用。纳米结构薄膜可与粘合剂结合和/或涂有粘合剂。另外或者其它地，纳米结构薄膜可形成所示层中一个或多个的一部分(例如，纳米管可被结合到极化层内)。
除了IPS LCD设备外，本发明的纳米结构薄膜还适用于其它设备结构(例如扭曲向列型(TN)、垂直排列型(VA)、多域垂直排列型(MVA)、图案化垂直排列型(PVA)等)。注意，某些结构会结合图5A和5B中未示出的层(例如，宽视角层)，但是，尽管如此，根据本发明的纳米结构薄膜可在这类未示出层的存在时被引入。
上面已经结合优选特征和实施方案描述了本发明。但是，本领域那些技术人员能认识到，可在不脱离本发明范围的情况下在这些优选实施方案中作出改变和变化。

Claims (35)

1.一种LCD设备，包括靠近a)包括三乙酰基纤维素(TAC)的层、b)极化层、c)粘合剂层、d)保护层、e)防眩层、f)抗反射层或g)抗静电层中至少一个被沉积或形成其一部分的导电且光学透明的纳米结构薄膜。
2.权利要求1的LCD设备，其中所述纳米结构薄膜起抗静电的屏蔽作用。
3.一种设备，包括：
a)平面转换(IPS)液晶显示器(LCD)；
b)纳米结构薄膜，其中所述薄膜是导电的，且其中该薄膜是光学透明的。
4.权利要求3的设备，其中所述纳米结构薄膜起抗静电的屏蔽作用。
5.权利要求3的设备，其中所述纳米结构薄膜在透明基底的表面上。
6.权利要求3的设备，其中所述纳米结构薄膜位于上极化板和透明基底之间或在上极化板的一侧上，其中所述上极化板处于LCD的被观察侧。
7.权利要求3的设备，其中所述纳米结构薄膜具有小于2×1014欧姆/平方的电阻。
8.权利要求3的设备，其中所述纳米结构薄膜具有小于2×108欧姆/平方的电阻。
9.权利要求3的设备，其中所述纳米结构薄膜嵌入在粘合剂中。
10.权利要求3的设备，其中所述纳米结构薄膜被图案化。
11.权利要求3的设备，其中所述纳米结构薄膜包括纳米结构，其中所述纳米结构被排列。
12.权利要求3的设备，其中所述纳米结构薄膜包括纳米结构，其中纳米结构提供光学极化效应。
13.权利要求6的设备，其中所述上极化板包括包含纳米结构的纳米结构薄膜，其中所述纳米结构提供光学极化效应。
14.权利要求3的设备，其还包括像素电极和反电极，其中所述像素电极、反电极或两者都包括纳米结构薄膜。
15.权利要求3的设备，其中所述纳米结构薄膜还包括掺杂剂。0
16.权利要求15的设备，其中所述掺杂剂选自碘(I2)、溴(Br2)、聚合物负载的溴(Br2)、五氟化锑(SbF5)、五氯化磷(PCl5)、三氟氧化钒(VOF3)、氟化银(II)(AgF2)、2，1，3-苯并噁二唑-5-羧酸、2-(4-联苯基)-5-苯基-1，3，4-噁二唑、2，5-双-(4-氨基苯基)-1，3，4-噁二唑、2-(4-溴苯基)-5-苯基-1，3，4-噁二唑、4-氯-7-氯磺酰基-2，1，3-苯并噁二唑、2，5-二苯基-1，3，4-噁二唑、5-(4-甲氧基苯基)-1，3，4-噁二唑-2-硫醇、5-(4-甲基苯基)-1，3，4-噁二唑-2-硫醇、5-苯基-1，3，4-噁二唑-2-硫醇、5-(4-吡啶基)-1，3，4-噁二唑-2-硫醇、二氯化甲基紫精水合物、富勒烯-C60、N-甲基富勒烯并吡咯烷、N，N’-双(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基联苯胺、三乙胺(TEA)、三乙醇胺(TEA)-OH、三辛胺、三苯膦、三辛基膦、三乙基膦、三萘基膦、四二甲基氨基乙烯、三(二乙基氨基)膦、并五苯、并四苯、N，N’-二-[(1-萘基)-N，N’-二苯基]-1，1’-联苯基)-4，4’-二胺升华级、4-(二苯基氨基)苯甲醛、二-对甲苯基胺、3-甲基二苯基胺、三苯基胺、三[4-(二乙基氨基)苯基]胺、三-对甲苯基胺、吖啶橙碱、3，8-二氨基-6-苯基菲啶、4-(二苯基氨基)苯甲醛、二苯基腙、聚(9-乙烯基咔唑)、聚(1-乙烯基萘)、三苯膦、4-羧基丁基)三苯基溴化鏻、四丁基苯甲酸铵、四丁基氢氧化铵30-水合物、四丁基三碘化铵、四丁基双三氟甲烷磺酰亚胺基铵、四乙基三氟甲烷磺酸铵、发烟硫酸(H2SO4-SO3)、三氟甲基磺酸和魔酸组成的组。
17.权利要求15的设备，其中所述掺杂剂被共价结合到薄膜上。
18.权利要求15的设备，其中所述掺杂剂被非共价结合到薄膜上。
19.权利要求15的设备，其中掺杂剂与稳定剂联合大而结合到薄膜上。
20.权利要求19的设备，其中所述稳定剂为路易斯酸，掺杂剂为路易斯碱。
21.权利要求19的设备，其中所述稳定剂为路易斯酸，掺杂剂为路易斯碱。
22.权利要求19的设备，其中所述稳定剂为选自聚(4-乙烯基吡啶)和三苯胺组成的组中的分子。
23.权利要求3的设备，其中所述纳米结构薄膜涂有至少一个包封层。
24.权利要求23的设备，其中所述包封层为选自含氟聚合物、丙烯酸、硅烷、聚酰亚胺、聚酯和聚乙烯基烷基乙烯基醚组成的组中的聚合物。
25.权利要求3的设备，其中所述纳米结构薄膜为涂有二个或多个包封层的涂层膜。
26.权利要求25的设备，其中所述包封层为选自含氟聚合物、丙烯酸、硅烷、聚酰亚胺、聚酯和聚乙烯基烷基乙烯基醚组成的组中的聚合物。
27.权利要求3的设备，其中所述纳米结构薄膜包括专用添加剂。
28.权利要求27的设备，其中所述专用添加剂为红外吸收剂或紫外吸收剂。
29.权利要求3的设备，其中所述纳米结构薄膜在透明基底上，其中基底选自玻璃、弹性体和塑料。
30.权利要求3的设备，其中所述纳米结构薄膜在透明基底上，其中基底为选自饱和橡胶、不饱和橡胶、热塑性弹性体(TPE)、热塑性硫化橡胶(TPV)、聚氨酯橡胶、聚硫橡胶、节肢弹性蛋白和弹性蛋白的弹性体。
31.权利要求3的设备，其中所述纳米结构薄膜在透明基底上，其中基底为选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚烯烃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)和聚醚砜(PES)的塑料。
32.权利要求3的设备，还包括包含纳米结构薄膜的半导体元件。
33.一种液晶显示器(LCD)设备，包括纳米结构薄膜和粘合剂，其中所述粘合剂渗透到薄膜内形成纳米结构-粘合剂复合物，其中所述纳米结构-粘合剂复合物是光学透明和导电的。
34.权利要求33的LCD设备，其中所述LCD设备具有选自扭曲向列型(TN)、垂直排列型(VA)、多域垂直排列型(MVA)和图案化垂直排列型(PVA)中的设备结构。
35.一种包括纳米结构薄膜的LCD设备，其中所述纳米结构薄膜是导电和光学透明的，并且其中所述LCD设备具有选自扭曲向列型(TN)、垂直排列型(VA)、多域垂直排列型(MVA)和图案化垂直排列型(PVA)中的设备结构。
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