CN103645577B

CN103645577B - 自驱动压电液晶显示器及其制备方法

Info

Publication number: CN103645577B
Application number: CN201310681343.4A
Authority: CN
Inventors: 韩昌报; 张弛; 王中林
Original assignee: Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems
Current assignee: Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2033-12-12
Also published as: CN103645577A

Abstract

本发明提供了一种自驱动压电液晶显示器及其制备方法。该自驱动压电液晶显示器包括：相对的底基板和顶基板，两者的四周通过封装胶密封，从而在其内部形成工作空间；透明底电极，制备于底基板的上表面；图案化的透明顶电极阵列，制备于顶基板的下表面，包含阵列排布的多个透明顶电极；纳米棒/纳米柱阵列，位于工作空间内，包括多个纳米棒/纳米柱，其中每一个纳米棒/纳米柱的下端与透明底电极接触，上端与透明顶电极阵列中相应的透明顶电极接触；以及液晶材料，填充于工作空间内。本发明利用具有压电效应的纳米材料，能够通过触摸或形变实现自驱动功能，从而达到显示效果，具有广泛的应用前景。

Description

自驱动压电液晶显示器及其制备方法

技术领域

本发明涉及液晶显示器及纳米技术领域，尤其涉及一种自驱动压电液晶显示器及其制备方法。

背景技术

在各种平板显示器中，液晶显示器由于具有寿命长、驱动电源低、结构简单等优点被广泛应用与生产生活中的各种光电显示器件中。通常液晶显示器的基本结构是两透明电极间夹一层液晶分子，然后由外部电源通过一定电路给显示器供电。然而，这种液晶显示器如果没有外部电源功能，自身不能实现显示功能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种自驱动压电液晶显示器及其制备方法，以实现在无外部电源情况下的显示功能。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种自驱动压电液晶显示器。该自驱动压电液晶显示器包括：相对的底基板和顶基板，两者的四周通过封装胶密封，从而在其内部形成工作空间；透明底电极，制备于底基板的上表面；图案化的透明顶电极阵列，制备于顶基板的下表面，包含阵列排布的多个透明顶电极；纳米棒/纳米柱阵列，位于工作空间内，包括多个纳米棒/纳米柱，其中该多个纳米棒/纳米柱中的每一个的下端与透明底电极接触，上端与透明顶电极阵列中相应的透明顶电极接触；以及液晶材料，填充于工作空间内。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于制备上述自驱动压电液晶显示器的方法。该方法包括：步骤A，在顶基板上形成图案化的透明顶电极阵列；步骤B，在底基板上制备透明底电极；步骤C，在底基板的透明底电极上制备具有压电效应的纳米棒/纳米柱阵列；步骤E，将底基板和顶基板的电极面相对，利用封装胶一同封装成盒，两者之间形成工作空间；以及步骤F，向工作空间内灌注液晶材料，从而制备出自驱动压电液晶显示器。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明自驱动压电液晶显示器及其制备方法具有以下有益效果：

(1)利用纳米材料的压电特性产生的压电电场实现器件自供能驱动液晶显示，不需要外部单独提供电能，因而能够极大地节约能源消耗；

(2)不需要外部复杂线路连接，减小器件的体积，因而结构简单，成本低廉，寿命长久，进一步拓展器件应用领域；

(3)顶基板和底基板可以采用柔性材料制备，从而实现自驱动压电液晶显示器的柔性显示；

(4)对单根纳米棒的按压变形就能够产生电场，使液晶分子取向发生改变，实现显示效果。单根纳米棒的直径在1～1000nm之间，例如，如果每个顶基板面积为1000nm，这每平方厘米的像素点为10⁸个，从而实现器件高分辨率显示及其显示图像随意控制，同时实现对接触部位的高分辨寻址探测显示。

附图说明

图1为本发明实施例自驱动压电液晶显示器的结构示意图；

图2为图1所示自驱动压电液晶显示器工作原理的示意图；

图3为制备图1所示自驱动压电液晶显示器方法的流程图。

【本发明主要元件符号说明】

10-顶基板；20-透明顶电极；

30-间隔柱；40-纳米棒/纳米柱；

50-液晶分子；60-底电极；

70-底基板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

本发明通过对液晶显示器中置入具有压电效应的纳米材料，利用触摸液晶显示器产生的压电效应，实现对器件的自供能或自驱动。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种自驱动压电液晶显示器。如图1所示，该自驱动压电液晶显示器包括：顶基板10、透明顶电极阵列、间隔柱阵列、纳米棒/纳米柱阵列、液晶分子50、透明底电极60和底基板70。

以下分别对本实施例自驱动压电液晶显示器的各个组成部分进行详细描述。

顶基板10和底基板70相对设置，两者的四周通过封装胶密封，从而形成工作空间。由于顶基板20和底基板70采用柔性PET(聚对苯二甲酸类塑料，Polyethyleneterephthalate)等透明柔性材料制备，从而实现自驱动压电液晶显示器的柔性显示。在不要求柔性显示的情况下，该底基板70和顶基板20还可以用透明玻璃等硬质材料制作。

透明底电极60可以通过常规的薄膜沉积手段一体化制备于底基板70上表面的连续底电极，也可以为图案化的底电极阵列。图案化的透明顶电极阵列制备于顶基板10的下表面，包括阵列排布的多个图案化透明顶电极20，其可以通过掩模法利用真空蒸、或磁控溅射、或电子束蒸发等方法制备的。

透明底电极60和透明顶电极20的材料可以选自ITO(氧化铟锡)，FTO(掺氟ITO)，AZO(掺铝氧化锌)或金属，其厚度介于80～200nm之间。并且，透明底电极60和透明顶电极阵列20的垂直距离介于10μm～1000μm之间。

间隔柱阵列包含多个位于图案化透明顶电极和其下方透明底电极之间的间隔柱30，用于支撑顶基板和底基板。该间隔柱30的尺寸为微米量级，一般情况下介于5μm～500μm，其材料为透明的耐腐蚀抗氧化高硬度的材料。由于间隔柱体积较小，微米尺寸，因此也可以选用非透明的材料。

请参照图1，纳米棒/纳米柱阵列，位于顶基板10和底基板70之间所形成的工作空间内，包括阵列排布的多个纳米棒/纳米柱40，该多个纳米棒/纳米柱中的每一个的下端与透明底电极60接触，上端与透明顶电极阵列中相应的透明顶电极20接触。该些纳米棒/纳米柱40的材料为具有压电效应的II-VI或III-V半导体材料，如氧化锌、硫化锌、硫化镉或氮化镓等，其方向沿着纳米材料的c轴(即棒或线的轴向方向)，即垂直于所述透明底电极的方向，分布。纳米棒/纳米柱阵列在工作空间内的填充密度介于10⁴～10⁹/cm²之间。

需要说明的是，间隔柱高度略高于纳米棒或纳米柱，高出的高度介于1μm～100μm之间。此外，间隔柱阵列并不是本发明所必须的，在纳米棒、纳米柱阵列可以提供足够支撑力的情况下，该间隔柱阵列也可以省略，或者由其他具有相同功能的部件替代。

液晶材料50填充于工作空间内，上下电极之间、间隔柱和纳米棒周围空隙中。该液晶材料为各种近晶相、向列相和胆甾相液晶分子中的一种。

以下介绍本实施例自驱动压电液晶显示器的工作原理：请参照图2，液晶材料在无外电场条件下是不透光的(或者透明的)，当对该器件上部柔性某一处电极给予一个外力按压时，其对应电极下面的纳米材料发生形变，在纳米材料两端产生电动势，从而使顶电极和底电极间形成静电场。在此静电场作用下，相应位置的液晶分子取向发生改变，成为透光的，从而实现按压部分的不透光部分经过按压显示图形。

本发明还提供了一种上述自驱动压电液晶显示器的制备方法。图3为制备图1所示自驱动压电液晶显示器方法的流程图。请参照图3，该方法包括以下步骤：

步骤A，在透明玻璃或PET材料上通过掩模法或刻蚀法形成具有一定图案的透明ITO(或AZO)导电薄膜，制备图案化的透明顶电极阵列；

步骤B，在另一透明玻璃或PET材料上形成导电薄膜，制备透明底电极；

步骤C，利用水热法或气相沉积法在底基板的透明底电极上制备具有一定密度分布且具有压电效应的纳米棒/纳米柱阵列；

步骤D，在制备纳米棒/纳米柱阵列后的底电极板的透明底电极上，通过干喷法或湿喷法制备间隔柱，其中，该间隔柱高度略高于纳米棒或纳米柱，高出的高度介于1μm～100μm之间，视透明底电极和图案化透明顶电极之间的垂直距离的绝对值而定；

步骤E，将底基板和顶基板的电极面相对，利用封装胶一同封装成盒，两者之间形成工作空间；以及

步骤F，向工作空间内灌注液晶材料，从而制备出自驱动压电液晶显示器。

其中，掩模法、刻蚀法、水热法、气相沉积法干喷法和湿喷法均为本领域技术人员所公知的方法，其中的某些参数采用惯用的参数即可，在本实施例中没有特别的要求，此处也就不一一列举。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域普通技术人员应当对本发明自驱动压电液晶显示器有了清楚的认识。

此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构或形状，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换。

综上所述，本发明自驱动压电液晶显示器能够通过触摸或形变实现自驱动功能，从而达到显示效果，具有结构简单，成本低廉，节约能源等诸多优点，具有广泛的应用前景。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种自驱动压电液晶显示器，其特征在于，包括：

相对的底基板和顶基板，两者的四周通过封装胶密封，从而在其内部形成工作空间；

透明底电极，制备于所述底基板的上表面；

图案化的透明顶电极阵列，制备于所述顶基板的下表面，包含阵列排布的多个透明顶电极；

纳米棒/纳米柱阵列，位于所述工作空间内，包括多个纳米棒/纳米柱，其中该多个纳米棒/纳米柱中的每一个的下端与透明底电极接触，上端与透明顶电极阵列中相应的透明顶电极接触；以及

液晶材料，填充于所述工作空间内。

2.根据权利要求1所述的自驱动压电液晶显示器，其特征在于，所述纳米棒/纳米柱在所述工作空间内的填充密度介于10⁴～10⁹/cm²之间。

3.根据权利要求1所述的自驱动压电液晶显示器，其特征在于，所述纳米棒/纳米柱是沿垂直于所述透明底电极的方向生长的纳米棒或纳米柱。

4.根据权利要求1所述的自驱动压电液晶显示器，其特征在于，所述纳米棒/纳米柱阵列的材料为具有压电效应的II-VI或III-V半导体材料。

5.根据权利要求4所述的自驱动压电液晶显示器，其特征在于，所述具有压电效应的II-VI或III-V半导体材料选自于：氧化锌、硫化锌、硫化镉或氮化镓。

6.根据权利要求1所述的自驱动压电液晶显示器，其特征在于，还包括：

支撑顶基板和底基板的间隔柱阵列，位于所述工作空间内，包含多个位于所述底基板和顶基板之间的间隔柱，该间隔柱的高度略高于所述纳米棒/纳米柱的高度。

7.根据权利要求6所述的自驱动压电液晶显示器，其特征在于，所述间隔柱的材料选自于陶瓷或石英。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的自驱动压电液晶显示器，其特征在于，所述透明底电极和相应透明顶电极之间的垂直距离介于10μm～1000μm之间。

9.根据权利要求8所述的自驱动压电液晶显示器，其特征在于：

所述透明底电极为连续底电极或图案化的透明底电极阵列；

所述透明底电极和透明顶电极的材料选自ITO，FTO，AZO或金属，其厚度介于80nm～200nm之间。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的自驱动压电液晶显示器，其特征在于，所述底基板和顶基板的材料选自于：透明玻璃或透明柔性材料；所述液晶材料为各种近晶相、向列相和胆甾相液晶分子的一种。

11.一种用于制备权利要求1至10中任一项所述自驱动压电液晶显示器的方法，其特征在于，包括：

步骤A，在顶基板上形成图案化的透明顶电极阵列；

步骤B，在底基板上制备透明底电极；

步骤C，在所述底基板的所述透明底电极上制备具有压电效应的纳米棒/纳米柱阵列；

步骤E，将所述底基板和所述顶基板的电极面相对，利用封装胶一同封装成盒，两者之间形成工作空间；以及

步骤F，向所述工作空间内灌注液晶材料，从而制备出所述自驱动压电液晶显示器。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述步骤C和步骤E之间还包括：

步骤D，在所述底基板的所述透明底电极上制备间隔柱，其中，该间隔柱高度略高于纳米棒或纳米柱。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述步骤D中利用干喷法或湿喷法在所述底基板上的所述透明底电极上制备所述间隔柱。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤A中利用掩模法或刻蚀法在所述顶基板上形成所述图案化的透明顶电极阵列。

15.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤C中利用水热法或气相沉积法在所述底基板的所述透明底电极上制备所述纳米棒/纳米柱阵列。