CN109207171A - 一种液晶器件及金属氧化物纳米颗粒在液晶器件中的应用 - Google Patents

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    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods

Abstract

本发明公开了一种液晶器件及金属氧化物纳米颗粒在液晶器件中的应用，该液晶器件包括液晶混合物，液晶混合物包括主体液晶和金属氧化物纳米颗粒。通过以上方式，在液晶器件中掺杂金属氧化物纳米颗粒，当向液晶器件施加电压时，金属氧化物纳米颗粒两端发生极化，改变其表面电荷分布，进而捕获液晶中的离子杂质，达到降低液晶中的离子污染目的。由此，可有效解决液晶中被离子杂质困扰的不良现象，提升液晶器件的使用寿命；并且可降低液晶器件的阈值电压，提升响应速度。

Description

一种液晶器件及金属氧化物纳米颗粒在液晶器件中的应用
技术领域
本发明涉及液晶器件技术开发领域，具体涉及一种液晶器件及金属氧化物纳米颗粒在液晶器件中的应用。
背景技术
液晶中离子的存在是妨碍液晶在各种器件中应用的重大挑战之一，其中包括一些先进的三维显示器、柔性显示器和可调透镜等。液晶中的杂质离子不仅会影响液晶器件的整体性能，还会导致响应缓慢、图像残留和图像闪烁以及其他一些负面影响。而在日常的工业生产制造中，即使高度纯化的液晶材料也会在制造过程中受到污染，最终影响液晶器件的使用寿命；此外，液晶会随着时间的流逝，降解并产生离子。所有这些因素都提高了液晶制造质量控制的门槛，并增加了液晶产品的制造成本。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种液晶器件及金属氧化物纳米颗粒在液晶器件中的应用，可有效解决液晶器件中被离子杂质困扰的不良现象，有效提升液晶器件的响应速度和使用寿命。
本发明所采用的技术方案是：一种液晶器件，包括液晶混合物，所述液晶混合物的组分包括主体液晶和金属氧化物纳米颗粒。
优选地，所述液晶混合物包括98～99.9质量份的主体液晶和0.1～2质量份的金属氧化物纳米颗粒。
优选地，还包括相对设置的第一透光导电基板和第二透光导电基板；所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板的相对面上设有取向层；所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板之间形成调节区，所述调节区内填充有所述液晶混合物。
优选地，所述主体液晶为正性液晶，所述取向层为平行取向层。
优选地，所述主体液晶为负性液晶，所述取向层为垂直取向层。
优选地，所述金属氧化物纳米颗粒包括二氧化钛纳米颗粒、二氧化锌纳米颗粒和三氧化二铝纳米颗粒中的至少一种。
优选地，所述金属氧化物纳米颗粒的尺寸为20～100nm。
优选地，还包括电源组件，所述电源组件的两极分别与所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板电性连接。
本发明还提供了一种以上液晶器件的制备方法，包括以下步骤：
S1：取包括主体液晶和金属氧化物纳米颗粒的液晶混合物组分，混合后进行超声处理，制得液晶混合物；
S2：制备或取第一透光导电基板和第二透光导电基板，在所述第一透光导电基板和第二透光导电基板的表面设置取向层；
S3：将所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板上设有取向层的表面相对设置，制备液晶盒；再向所述液晶盒内填充步骤S1所制得的液晶混合物，所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板之间形成调节区。
优选地，步骤S2中，在所述第一透光导电基板和第二透光导电基板的表面设置取向层前，先对所述表面进行臭氧照射。
此外，本发明还提供了一种金属氧化物纳米颗粒在液晶器件中用以降低液晶离子浓度的应用。
优选地，所述液晶器件包括三维显示器、柔性显示器、可调透镜中的任一种。
本发明的有益技术效果是：本发明提供一种液晶器件及金属氧化物纳米颗粒在液晶器件中的应用，该液晶器件包括液晶混合物，液晶混合物的组分包括主体液晶和金属氧化物纳米颗粒。通过以上方式，在本发明液晶器件的主体液晶中掺杂金属氧化物纳米颗粒，当向液晶器件施加电压时，金属氧化物纳米颗粒两端发生极化，将会改变其表面的电荷分布，进而捕获液晶中的离子杂质，达到降低液晶中的离子污染目的，从而可有效解决液晶中被离子杂质困扰的不良现象，有效提升液晶器件的使用寿命；并且这种纳米颗粒掺杂的方法可降低液晶器件的阈值电压，提升响应速度。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明。
图1是实施例1液晶器件在不施加电压时其中的离子分布示意图；
图2是实施例1液晶器件在施加电压时其中二氧化钛纳米颗粒捕获离子杂质的示意图；
图3是实施例1-3和对照组1液晶器件在施加电压时电流随电压的变化曲线；
图4是实施例4-6和对照组2液晶器件在施加电压时电流随电压的变化曲线；
图5是实施例8液晶器件在不施加电压时其中的离子分布示意图；
图6是实施例8液晶器件在施加电压时其中二氧化锌纳米颗粒捕获离子杂质的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
去取出少量尺寸为20nm的二氧化钛纳米颗粒，将其分散在无水乙醇中，并在空气等离子体处理的洁净铜网上干燥约10min；将干燥后的二氧化钛纳米颗粒混入正性液晶E7(主体液晶)溶液中，具体按照99.9质量份的正性液晶和0.1质量份的二氧化钛纳米颗粒的配比混合，得液晶混合物；超声处理12h，然后搅拌1h，使二氧化钛纳米颗粒均匀分布在液晶中；取两块涂覆设置有透明导电电极层(如ITO、Ag纳米线电极等)的玻璃基板，即透光导电基板，超声清洗并烘干后，对有电极层的一面进行臭氧照射20min；在两透光导电基板上的电极层表面旋涂酰亚胺配向层材料，然后放入60℃热台1h，取下进行摩擦平行取向，形成平行取向层；再将两块透光导电基板上设有取向层的表面相对设置，两透光导电基板之间设置封装胶框，封装胶框中设置用于控制两块透光导电基板间距的间隔子，制备液晶盒；在60℃条件下把以上制得的液晶混合物填充到液晶盒内，待填充满后自然冷却至室温，两透光导电基板之间形成调节区。
由上，所制得的液晶器件包括相对设置的第一透光导电基板和第二透光导电基板，第一透光导电基板和第二透光导电基板的相对面上设有平行取向层；第一透光导电基板和第二透光导电基板之间形成调节区，调节区内填充有液晶混合物，液晶混合物的组分包括正性液晶E7和二氧化钛纳米颗粒。
为了验证以上所制得的液晶器件的性能，通过连接电源组件测试未施压状态和施压状态液晶中离子的分布和浓度。
具体地，电源组件可以包括一个交流电源，电压调节装置集成在交流电源中，使得电源的电压可控；电源组件的两极分别电性连接两透光导电基板上的电极层；在交流电源上串联一电源开关，可通过电源开关实现电源的通断电以及电源电压的控制，在透光导电基板上施加电压，以形成电场。
测试所得结果如图1和图2所示。图1为本实施例液晶器件在不施加电压时其中的离子分布示意图；图2为本实施例液晶器件在施加电压时其中二氧化钛纳米颗粒捕获离子杂质的示意图。
如图1所示，该液晶显示器包括相对设置的两块透光导电基板，两块透光导电基板均包括基板11和镀在基板11表面的透明电极层12，两透明电极层12相对设置；两透光导电基板相对的表面上涂覆有聚酰胺平行取向层13，两透光导电基板之间形成调节区，调节区内填充有正性液晶15和二氧化钛纳米颗粒14的混合物。此时，调节区的正性液晶15中存在阳离子16和阴离子17这些离子杂质，这些物质均匀分散在调节区内；并且调节区的正性液晶15在聚酰胺平行取向层13的作用下，平行于透光导电基板单畴排布，二氧化钛纳米颗粒14均匀分布，故整个液晶器件呈无色透明状态。
如图2所示，在两透光导电基板之间施加电压时，正性液晶15向垂直于透光导电基板的方向转向，二氧化钛纳米颗粒14两端则会发生极化，改变表面电荷分布，进而捕获液晶中的阳离子16和阴离子17杂质，从而达到降低液晶器件中离子浓度的目的。
实施例2
本实施例液晶器件的制备方法与实施例1基本相同，两者的不同之处在于：本实施例中采用尺寸为60nm的二氧化钛纳米颗粒；除此之外，按照实施例1相同的方法制备液晶器件。
实施例3
本实施例液晶器件的制备方法与实施例1基本相同，两者的不同之处在于：本实施例中采用尺寸为100nm的二氧化钛纳米颗粒。按照实施例1相似的方法制备液晶器件。
对照组1
以在主体液晶正性液晶E7中未掺杂二氧化钛纳米颗粒，除此之外，按与以上实施例1相同的制备方法制得的液晶器件。
对实施例1-3和对照组1所制得液晶器件分别施加电压，测定电流随电压的变化，以考察在正性液晶E7中掺杂不同尺寸的二氧化钛纳米颗粒对液晶中电荷的影响。所得结果如图3所示，图3为实施例1-3和对照组1液晶器件在施加电压时电流随电压的变化曲线。
由图3可知，由于不同尺寸的二氧化钛纳米颗粒掺杂在正性液晶E7(主体液晶)中，在施加电压的情况下，掺杂二氧化钛纳米颗粒的液晶器件电流显著降低；其中，实施例3液晶器件在主体液晶中掺杂了100nm的二氧化钛纳米颗粒，其电流降低最为明显，降低了2倍左右。由此可证明在施加电压时，极化的二氧化钛纳米颗粒捕获了液晶中的离子杂质载体，使得液晶中的离子杂质显著降低，从而达到很好地降低离子的目的。
实施例4
本实施例液晶器件的制备方法与实施例1基本相同，两者的不同之处在于：本实施例中采用正性液晶5CB代替正性液晶E7作为主体液晶；除此之外，按照与实施例1相同的方法制备液晶器件。
实施例5
本实施例液晶器件的制备方法与实施例4基本相同，两者的不同之处在于：本实施例中采用尺寸为60nm的二氧化钛纳米颗粒；除此之外，按照实施例4相同的方法制备液晶器件。
实施例6
本实施例液晶器件的制备方法与实施例4基本相同，两者的不同之处在于：本实施例中采用尺寸为100nm的二氧化钛纳米颗粒；除此之外，按照实施例4相同的方法制备液晶器件。
对照组2
以在主体液晶正性液晶5CB中未掺杂二氧化钛纳米颗粒，除此之外，按与以上实施例4相同的制备方法制得的液晶器件。
对实施例4-6和对照组2所制得液晶器件分别施加电压，测定电流随电压的变化，以考察在正性液晶5CB中掺杂不同尺寸的二氧化钛纳米颗粒对液晶中电荷的影响。所得结果如图4所示，图4为实施例4-6和对照组2液晶器件在施加电压时电流随电压的变化曲线。
由图4可知，随着不同尺寸的二氧化钛纳米颗粒掺杂在正性液晶5CB(主体液晶)中，在施加电压的情况下，掺杂二氧化钛纳米颗粒的液晶器件电流显著降低；其中，实施例6中液晶器件在主体液晶中掺杂了100nm的二氧化钛纳米颗粒，其电流降低最为明显，降低了2.5倍左右。由此可证明在施加电压时，极化的二氧化钛纳米颗粒捕获了液晶中的离子杂质载体，使得液晶中的离子杂质显著降低，从而达到很好的降低离子的目的。
以上实施例1-6液晶器件中由于在主体液晶中掺入了二氧化钛纳米颗粒，在施加电压下，二氧化钛纳米颗粒两端发生极化，改变了表面的电荷分布，捕获液晶中的离子杂质，从而降低了液晶中的离子杂质。我们都知道液晶盒可以被认为是一种用介电材料填充的电容器。为简单起见，我们忽略边缘效应，因为与透明电极(ITO或银纳米线电极)的尺寸相比，我们的液晶盒的厚度(约5μm)是非常小的。液晶光闸的内部电场是由取向层表面吸收的离子产生的，因此这些离子诱发的电压(即阈值电压)可以用下式计算：在该公式中，液晶盒厚度d和真空介电常数ε0均为定值；在计算中使用的介电常数ε是与正性液晶指向矢平行的介电常数εp，也是一个特定的数值；所以当液晶中的电荷密度σ降低时，液晶器件的阈值电压就会降低。所以在我们的液晶光闸中，由于二氧化钛纳米颗粒的掺杂，使得在施加电压情况下，发生极化的纳米颗粒两端会捕获液晶中的阴阳离子杂质，使得液晶中的离子杂质电荷密度降低，这点从图3和图4中的结果也可以有效的证明，所以二氧化钛纳米颗粒的掺杂也是可以降低液晶器件的阈值电压，从而有效地提高了响应速度。
以上实施例中，主体液晶采用正性液晶，取向层为平行取向层；而在其他实施例中，主体液晶也可采用负性液晶，取向层对应为垂直取向层。此外，也可采用其他金属氧化物纳米颗粒(如二氧化锌纳米颗粒、三氧化二铝纳米颗粒等)掺杂于主体液晶中，以通过施加电压时，金属氧化物纳米颗粒两端发生极化，改变其表面电荷分布，进而捕获液晶中的离子杂质，达到降低液晶中的离子污染目的。从而有效解决液晶中被离子杂质困扰的不良现象，提升液晶器件的使用寿命；并且降低液晶器件的阈值电压，提升响应速度。
实施例7
取尺寸为40nm的二氧化锌纳米颗粒，混入正性液晶E7(主体液晶)溶液中，具体按照99质量份的正性液晶E7和1质量份的三氧化二铝纳米颗粒的配比混合，得液晶混合物；超声处理12h左右，然后搅拌约1h，从而使二氧化钛纳米颗粒均匀分布在主体液晶中；取两块涂覆设置有透明导电电极层的玻璃基板，即透光导电基板，超声清洗并烘干后，对有电极层的一面进行臭氧照射20min以利于取向层材料更好得旋涂吸附于基板上；在透光导电基板上的电极层表面旋涂酰亚胺配向层材料，然后放入60℃热台1h，取下进行摩擦平行取向，形成平行取向层；再将两块透光导电基板上设有取向层的表面相对设置，制备液晶盒；把以上制得的液晶混合物填充到液晶盒内，待填充满后自然冷却至室温，两透光基板之间形成调节区，以制得液晶器件。
实施例8
取尺寸为80nm的二氧化锌纳米颗粒，混入负性液晶(主体液晶)溶液中，具体按照98质量份的负性液晶和2质量份的二氧化锌纳米颗粒的配比混合，得液晶混合物；超声处理12h，然后搅拌1h，从而使二氧化钛纳米颗粒均匀分布在主体液晶中；取两块涂覆设置有透明导电电极层的玻璃基板，即透光导电基板，超声清洗并烘干后，对有电极层的一面进行臭氧照射20min；在透光导电基板上的电极层表面旋涂酰亚胺配向层材料，然后放入60℃热台1h，取下进行摩擦垂直取向，形成垂直取向层；再将两透光导电基板上设有取向层的表面相对设置，制备液晶盒；在60℃条件下把以上制得的液晶混合物填充到液晶盒内，待填充满后自然冷却至室温，两透光导电基板之间形成调节区。此外，设置电源组件，该电源组件包括一个内部集成有电压调节装置的交流电源，电源组件的两极分别与两透光导电基板电性连接。由上以形成液晶器件。
通过测试未施压状态和施压状态液晶中离子的分布和浓度，对以上所制得液晶器件进行测试，所得结果如图5和图6所示，图5是本实施例液晶器件在不施加电压时其中的离子分布示意图；图2为本实施例液晶器件在施加电压时其中二氧化锌纳米颗粒捕获离子杂质的示意图。
如图5所示，本实施例液晶器件包括相对设置的两透光导电基板，两块透光导电基板均包括基板21和镀在基板表面的透明电极22，两透明电极22相对设置；两透光导电基板的相对面上设有垂直取向层23；两透光导电基板之间形成调节区，调节区内填充有负性液晶25和二氧化锌纳米颗粒24的混合物。此时，调节区的负性液晶25中存在阳离子26和阴离子27杂质，这些物质均匀分散在调节区内；且调节区的负性液晶25在垂直取向层23的作用下，垂直于透光导电基板单畴排布，二氧化锌纳米颗粒24均匀分布，故整个液晶器件呈无色透明状态。
如图6所示，在两透光导电基板之间施加电压时，负性液晶25向垂直于透光导电基板的方向转向，二氧化锌纳米颗粒24两端则会发生极化，改变表面电荷分布，进而捕获液晶中的阳离子26和阴离子27杂质，从而达到降低液晶器件中离子浓度的目的。
除此之外，还可将金属氧化物纳米颗粒(包括二氧化钛纳米颗粒、二氧化锌纳米颗粒和三氧化二铝纳米颗粒中的至少一种)应用于其他液晶器件中以降低液晶离子浓度，液晶器件包括三维显示器、柔性显示器、可调透镜等。具体可通过将金属氧化物纳米颗粒掺杂入液晶器件的主体液晶中，当向液晶器件施加电压时，金属氧化物纳米颗粒两端发生极化，将会改变其表面的电荷分布，进而捕获液晶中的离子杂质，达到降低液晶中的离子污染目的，从而可有效解决液晶中被离子杂质困扰的不良现象，有效提升液晶器件的使用寿命；并且这种纳米颗粒掺杂的方法可降低液晶器件的阈值电压，提升响应速度。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所述权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种液晶器件，包括液晶混合物，其特征在于，所述液晶混合物的组分包括主体液晶和金属氧化物纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的液晶器件，其特征在于，所述液晶混合物包括98～99.9质量份的主体液晶和0.1～2质量份的金属氧化物纳米颗粒。
3.根据权利要求1所述的液晶器件，其特征在于，还包括相对设置的第一透光导电基板和第二透光导电基板；所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板的相对面上设有取向层；所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板之间形成调节区，所述调节区内填充有所述液晶混合物。
4.根据权利要求3所述的液晶器件，其特征在于，所述主体液晶为正性液晶，所述取向层为平行取向层。
5.根据权利要求3所述的液晶器件，其特征在于，所述主体液晶为负性液晶，所述取向层为垂直取向层。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的液晶器件，其特征在于，所述金属氧化物纳米颗粒包括二氧化钛纳米颗粒、二氧化锌纳米颗粒和三氧化二铝纳米颗粒中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的液晶器件，其特征在于，所述金属氧化物纳米颗粒的尺寸为20～100nm。
8.根据权利要求3-5中任一项所述的液晶器件，其特征在于，还包括电源组件，所述电源组件的两极分别与所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板电性连接。
9.金属氧化物纳米颗粒在液晶器件中用以降低液晶离子浓度的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述液晶器件包括三维显示器、柔性显示器、可调透镜中的任一种。
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