JP5118072B2 - 液晶表示パネル - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示パネルに関し、特にカーボンナノチューブを利用した液晶表示パネルに関するものである。

図７を参照すると、従来の技術として、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ，ＬＣＤ）に利用される液晶表示パネル１００は、第一基板１０４と、第二基板１１２と、液晶層１１８と、を含む。前記第一基板１０４は、前記第二基板１１２に平行に配列されている。前記液晶層１１８は、前記第一基板１０４及び第二基板１１２の間に設置されている。前記第一基板１０４の前記第二基板１１２に対向する表面に、第一透明電極層１０６及び第一配向層１０８が設置されている。前記第一基板１０４の前記第一透明電極層１０６が設置された表面と反対側の表面に、第一偏光板１０２が設置されている。前記第二基板１１２の前記第一基板１０４に対向する表面に、第二透明電極層１１４及び第二配向層１１６が設置されている。前記第二基板１１２の前記第二透明電極層１１４が設置された表面と反対側の表面に、第二偏光板１１０が設置されている。

前記第一配向層１０８の表面に平行に配列された複数の第一溝１０８２が形成されている。前記第二配向層１１６の表面に平行に配列された複数の第二溝１１６２が形成されている。前記第一配向層１０８の第一溝１０８２の配列方向は、前記第二配向層１１６の第二溝１１６２の配列方向と垂直に設定されている。これにより、前記第一配向層１０８及び前記第二配向層１１６を利用して、前記液晶層１１８における液晶分子１２０を配向させることができる。

Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、"Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ"、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１

しかし、前記第一偏光板１０２及び第二偏光板１１０と、前記第一透明電極層１０６及び第二透明電極層１１４と、を利用することにより、前記液晶表示パネル１００の厚さが増加し、前記液晶表示パネル１００の光透過性が低下し、前記液晶表示パネル１００のコストが高くなる課題がある。さらに、前記配向層に溝を形成する工程において、配向層に対して研磨又はエッチングなどの加工が必要であるので、前記配向層を損傷する恐れがある。

従って、前記課題を解決するために、本発明は、カーボンナノチューブ構造体を利用した液晶表示パネルを提供する。

本発明の液晶表示パネルは、第一基板及び第二基板と、前記第一基板及び第二基板に挟まれた液晶層と、前記第一基板に設置された第一配向層及び前記第二基板に設置された第二配向層と、を含む。前記第一配向層及び前記第二配向層の少なくとも一方は、固定層及びカーボンナノチューブ構造体を含む。前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。

前記カーボンナノチューブ構造体が、少なくとも二枚のカーボンナノチューブフィルムを含む場合、前記少なくとも二枚のカーボンナノチューブフィルムは積層されている。それぞれの前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、同じ方向に沿って配列されている。

単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、相互に平行に配列されている。

単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、端と端が接続された複数のカーボンナノチューブセグメントを含む。

前記固定層の厚さは、２０ｎｍ〜２μｍである。

前記カーボンナノチューブ構造体の表面には、複数の溝が形成されている。

第一配向層に設置されたカーボンナノチューブ構造体において、前記溝は第一方向に沿って配列されていて、第二配向層に設置されたカーボンナノチューブ構造体において、前記溝は第二方向に沿って配列されている。

前記第一方向は、前記第二方向と直交する。

従来の技術と比べて、本発明は次の優れた点を有する。第一に、本発明に利用したカーボンナノチューブ構造体は、良好な導電性を有するので、カーボンナノチューブ構造体を従来の透明電極層として利用することができる。また、本発明に利用したカーボンナノチューブ構造体は複数の溝を有し、入射光を配向させることができる。前記カーボンナノチューブ構造体は従来の透明電極層及び配向層の特性を有するので、本発明の液晶表示パネルは、薄型であり、コストが低くなる。第二に、本発明に固定層を利用することにより、カーボンナノチューブ構造体を基板に密接させるので、液晶表示パネルが揺れても、前記カーボンナノチューブ構造体を歪ませないことができる。第三に、本発明に利用したカーボンナノチューブ構造体の製造方法は簡単であるので、本発明の液晶表示パネルの製造方法も簡単である。

本発明の液晶表示パネルの等角図である。 図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った、本発明の液晶表示パネルの断面図である。 図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った、本発明の液晶表示パネルの断面図である。 本発明のカーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。 本発明の液晶表示パネルに電圧を印加しない状態を示す図である。 本発明の液晶表示パネルに電圧を印加した状態を示す図である。 従来の液晶表示パネルの等角図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１を参照すると、本実施形態の液晶表示パネル３００は、第一基板３０２と、第一配向層３０４と、液晶層３３８と、第二配向層３２４と、第二基板３２２と、を備えている。前記第一基板３０２は、前記第二基板３２２と対向して設置されている。前記液晶層３３８は、前記第一基板３０２及び前記第二基板３２２の間に挟まれている。前記液晶層３３８は、複数の棒状液晶分子（図示せず）を含む。前記第一配向層３０４は、前記第一基板３０２の前記第二基板３２２に対向する表面に設置されていて、前記第二配向層３２４は、前記第二基板３２２の前記第一基板３０２に対向する表面に設置されている。前記液晶層３３８に対向するように、前記第一配向層３０４の、前記第一基板３０２に接触する表面と反対側の表面に、相互に平行な第一溝３０８が形成されている。前記液晶層３３８に対向するように、前記第二配向層３２４の、前記第二基板３２２に接触する表面と反対側の表面に、相互に平行な第二溝３２８が形成されている。前記第一溝３０８の配列方向は、前記第二溝３２８の配列方向と直交するように設置されている。

前記第一基板３０２及び前記第二基板３２２の材料は、プラスチック、ガラス、ダイヤモンド及び石英のいずれか一種であってよい。また、前記第一基板３０２及び前記第二基板３２２は、例えば、三酢酸セルロース（Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ Ｔｒｉａｃｅｔａｔｅ、ＣＴＡ）のような柔軟な材料からなることが好ましい。

前記第一配向層３０４は、第一カーボンナノチューブ構造体３０４ａ及び第一固定層３０４ｂを含み、前記第二配向層３２４は、第二カーボンナノチューブ構造体３２４ａ及び第二固定層３２４ｂを含む。前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。図２を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で端と端が接続された複数のカーボンナノチューブセグメントを含む。それぞれのカーボンナノチューブセグメントは、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブを含む。前記カーボンナノチューブフィルムの幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。

前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも二枚の前記カーボンナノチューブフィルムを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムは分子間力で結合されている。全ての前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、カーボンナノチューブは同じ方向に沿って配列されている。

前記第一配向層３０４においては、前記第一カーボンナノチューブ構造体３０４ａの前記液晶層３３８に対する表面に、第一固定層３０４ｂを設置する。前記第二配向層３２４においては、第二カーボンナノチューブ構造体３２４ａの前記液晶層３３８に対する表面に、第二固定層３２４ｂを設置する。前記カーボンナノチューブ構造体は、複数の同じ方向に沿って配列されたカーボンナノチューブを含むので、前記第一カーボンナノチューブ構造体３０４及び第二カーボンナノチューブ構造体３２４ａの表面に、複数の凹部が形成される。第一固定層３０４ｂは、第一カーボンナノチューブ構造体３０４ａに緊密に設置され、第二固定層３２４ｂは、第二カーボンナノチューブ構造体３２４ａに緊密に設置されるので、第一固定層３０４ｂの表面に複数の第一溝３０８が形成され、第二固定層３２４ｂの表面に複数の第二溝３２８が形成される。第一溝３０８及び第二溝３２８を利用して、前記液晶層３３８における液晶分子を配向させることができる。

前記第一固定層３０４ｂ／第二固定層３２４ｂは、それぞれダイヤモンド、窒化ケイ素、アモルファスシリコンの水素化物、シリコン炭素、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化スズ、酸化セリウム、チタン酸亜鉛、チタン酸化物のいずれか一種からなる。前記第一固定層３０４ｂ／第二固定層３２４ｂは、蒸着法、スパッタ法、プラズマ化学気相成長法のいずれか一種により形成されることができる。前記第一固定層３０４ｂ／第二固定層３２４ｂは、それぞれポリエチレンエタノール、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネートのいずれか一種からなる。前記第一固定層３０４ｂ／第二固定層３２４ｂは、前記第一カーボンナノチューブ構造体３０４ａ／第二カーボンナノチューブ構造体３２４ａにスプレーされることができる。前記第一固定層３０４ｂ／第二固定層３２４ｂの厚さは、２０ｎｍ〜２μｍに設けられている。

本実施形態において、前記第一配向層３０４及び第二配向層３２４は全て前記カーボンナノチューブ構造体を含む。前記第一配向層３０４の第一溝３０８と、前記第二配向層３２４の第二溝３２８とは、直交するように、前記第一配向層３０４及び前記第二配向層３２４を設置する。詳しく説明すれば、前記第一配向層３０４の第一溝３０８はＸ軸の方向に平行に配列されているが、前記第二配向層３２４の第二溝３２８はＺ軸の方向に平行に配列されている。

前記カーボンナノチューブ構造体は、良好な柔軟性を有するので、前記第一基板３０２及び前記第二基板３２２が柔軟な材料からなる場合、前記液晶表示パネル３００を湾曲させることができる。さらに、前記カーボンナノチューブ構造体は、良好な導電性を有するので、前記カーボンナノチューブ構造体を従来の液晶表示パネルの透明電極層として利用することができる。また、前記カーボンナノチューブ構造体は、複数の溝を有するので、光を偏光させることができる。従って、前記カーボンナノチューブ構造体は、従来の配向層として利用することができる。本発明において、前記カーボンナノチューブ構造体を、配向層及び透明電極性として利用することができるので、本発明の液晶表示パネル３００は、薄型となり、コストが低くなる。さらに、本発明の液晶表示パネル３００を利用した表示装置の輝度及び光利用率が高めることができる。さらに、前記液晶表示パネル３００の輝度及び光の均一性を高めるために、前記第一基板３０２又は／及び前記第二基板３２２の、前記液晶層３３８に対向する表面と反対側の表面に、少なくとも一つの偏光板を設置することもできる。前記カーボンナノチューブ構造体に前記固定層を積層することにより、前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブを前記基板に固定させることができるので、前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブの偏移を防ぐことができる。

前記カーボンナノチューブ構造体のカーボンナノチューブフィルムの製造方法は、次の工程を含む。

第一工程では、カーボンナノチューブアレイを提供する。前記カーボンナノチューブは超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１）であることが好ましい。

本実施形態において、化学気相堆積（ＣＶＤ）法により前記カーボンナノチューブアレイを成長させる。まず、基材を提供する。該基材としては、Ｐ型又はＮ型のシリコン基材、又は表面に酸化物が形成されたシリコン基材が利用される。本実施形態において、厚さが４インチのシリコン基材を提供する。次に、前記基材の表面に触媒層を蒸着させる。該触媒層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ又はそれらの合金である。次に、前記触媒層が蒸着された前記基材を、７００〜９００℃、空気雰囲気において３０〜９０分間アニーリングする。最後に、前記基材を反応装置内に置いて、保護ガスを導入すると同時に前記基材を５００〜７００℃に加熱して、５〜３０分間カーボンを含むガスを導入する。

これにより、高さが２００〜４００μｍの超配列カーボンナノチューブアレイが形成される。前記超配列カーボンナノチューブアレイは、相互に平行で基材に垂直に成長する複数のカーボンナノチューブからなる。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。該カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、該カーボンナノチューブの直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍである。該カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、該二層カーボンナノチューブの直径は１ｎｍ〜５０ｎｍである。該カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、該多層カーボンナノチューブの直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍである。

本実施形態において、前記カーボンを含むガスは、エチレン、メタン、アセチレン、エタン、またはその混合物などの炭化水素であり、保護ガスは窒素やアンモニアなどの不活性ガスである。勿論、前記カーボンナノチューブアレイは、アーク放電法又はレーザー蒸発法でも得られる。前記方法により、前記超配列カーボンナノチューブアレイにアモルファスカーボン又は触媒剤である金属粒子などの不純物が残らず、純粋なカーボンナノチューブアレイが得られる。

第二工程では、前記カーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブフィルムを引き出す。

まず、ピンセットなどの工具を利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。本実施形態において、一定の幅を有するテープを利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。次に、所定の速度で前記複数のカーボンナノチューブを引き出し、複数のカーボンナノチューブ束からなる連続のカーボンナノチューブフィルムを形成する。

前記複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、前記複数のカーボンナノチューブがそれぞれ前記基材から脱離すると、分子間力で前記カーボンナノチューブ束が端と端で接合され、連続のカーボンナノチューブフィルムが形成される。前記カーボンナノチューブフィルムは、所定の方向に沿って配列し、端と端で接合される複数のカーボンナノチューブからなる一定の幅を有するフィルムである。前記カーボンナノチューブフィルムは、均一な導電性及び均一な厚さを有する。このカーボンナノチューブフィルムの製造方法は、高効率で簡単であり、工業的に実用される。

前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも二枚の前記カーボンナノチューブフィルムを含む場合、それぞれの前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブを、同じ方向に沿って配列させるように、前記複数のカーボンナノチューブフィルムを積層する。前記カーボンナノチューブフィルムは強い接着性を有するので、直接前記第一基板３０２及び前記第二基板３２２に接着させることができる。

さらに、有機溶剤を利用して前記カーボンナノチューブ構造体を浸漬して処理することができる。前記有機溶剤は、メタノール、アルコール、アセトンである。本実施形態において、アルコールを利用して前記カーボンナノチューブ構造体を浸漬することにより、前記カーボンナノチューブ構造体は、該アルコールの表面張力作用で、強く前記第一基板３０２及び前記第二基板３２２に接着される。これにより、前記カーボンナノチューブ構造体と前記第一基板３０２及び前記第二基板３２２との接触面積が増加し、前記カーボンナノチューブ構造体と前記第一基板３０２及び前記第二基板３２２との間の接着性を高めることができる。また、前記有機溶剤の作用で、隣接するカーボンナノチューブを収縮して束ねるので、前記カーボンナノチューブ構造体の強靱性及び機械強度を高めることができる。

図５を参照すると、前記第一配向層３０４及び前記第二配向層３２４に電圧を印加しない場合、前記液晶層３３８における液晶分子は、前記第一配向層３０４及び前記第二配向層３２４により配列されている。本実施形態において、前記第一配向層３０４における第一溝３０８の配向方向と、前記第二配向層３２４における第二溝３２８の配向方向と、は直交するので、前記液晶層３３８に液晶分子は、前記第一配向層３０４から前記第二配向層３２４まで回転して設置されている。即ち、前記第一配向層３０４に最も近い液晶分子と、前記第二配向層３２４に最も近い液晶分子とは、９０°の角度を成す。光Ｌが前記液晶表示パネル３００に入射する場合、最初、前記光Ｌは前記第一配向層３０４に入射する。この時、前記第一配向層３０４の透過軸３０９はＺ軸に平行であるので、前記光Ｌの前記透過軸３０９に平行な光Ｌ１は、前記第一配向層３０４を透過して、前記液晶層３３８に入射する。前記液晶層３３８における液晶分子は、前記第一配向層３０４から前記第二配向層３２４まで９０°回転して設置されているので、前記光Ｌ１が９０°偏光されて、前記第二配向層３２４に達すると、前記光Ｌ１が光Ｌ２に偏光されることができる。この場合、前記光Ｌ２は、前記第二配向層３２４の透過軸３２９に平行であることになる。即ち、この場合、前記光Ｌ２は、Ｘ軸に平行である。従って、この場合、前記液晶表示パネル３００は、光を透過することができる。

図６を参照すると、前記第一配向層３０４及び前記第二配向層３２４に電圧を印加する場合、前記第一配向層３０４及び前記第二配向層３２４に垂直な電界が生じる。前記電界の作用で、前記液晶層３３８における液晶分子は、前記電界の方向に平行となり、即ち、前記第一配向層３０４及び前記第二配向層３２４に垂直に配列される。この場合、前記第一配向層３０４から透過した光Ｌ１は、前記液晶分子の作用で回転されないので、前記第二配向層３２４から透過することができない。従って、前記液晶装置パネル３００は、光を透過することができない。

１０２ 第一偏光板
１０４ 第一基板
１０６ 第一透明電極層
１０８ 第一配向層
１０８２ 第一溝
１１０ 第二偏光板
１１２ 第二基板
１１４ 第二透明電極層
１１６ 第二配向層
１１６２ 第二溝
１１８ 液晶層
１２０ 液晶分子
３００ 液晶表示パネル
３０２ 第一基板
３０４ 第一配向層
３０４ａ 第一カーボンナノチューブ構造体
３０４ｂ 第一固定層
３０８ 第一溝
３０９ 透過軸
３２２ 第二基板
３２４ 第二配向層
３２４ａ 第二カーボンナノチューブ構造体
３３４ｂ 第二固定層
３２８ 第二溝
３３８ 液晶層
３２９ 透過軸

Claims (8)

1. 第一基板及び第二基板と、前記第一基板及び第二基板に挟まれた液晶層と、前記第一基板に設置された第一配向層及び前記第二基板に設置された第二配向層と、を含み、
   前記第一配向層及び前記第二配向層の少なくとも一方が、固定層及びカーボンナノチューブ構造体を含み、
   前記カーボンナノチューブ構造体が、複数のカーボンナノチューブからなる少なくとも一枚の連続のカーボンナノチューブフィルムを含み、前記カーボンナノチューブフィルムの幅が１００μｍ〜１０ｃｍであることを特徴とする液晶表示パネル。
2. 前記カーボンナノチューブ構造体が、少なくとも二枚のカーボンナノチューブフィルムを含み、
   前記少なくとも二枚のカーボンナノチューブフィルムが積層され、
   それぞれの前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが、同じ方向に沿って配列されていることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示パネル。
3. 単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが、相互に平行に配列されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の液晶表示パネル。
4. 単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが、端と端が接続された複数のカーボンナノチューブセグメントを含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の液晶表示パネル。
5. 前記固定層の厚さが、２０ｎｍ〜２μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示パネル。
6. 前記カーボンナノチューブ構造体の表面に、複数の溝が形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の液晶表示パネル。
7. 前記第一配向層及び前記第二配向層の両方が前記カーボンナノチューブ構造体を含み、
   前記第一配向層に設置されたカーボンナノチューブ構造体において、前記溝が第一方向に沿って配列され、
   前記第二配向層に設置されたカーボンナノチューブ構造体において、前記溝が第二方向に沿って配列されていることを特徴とする、請求項６に記載の液晶表示パネル。
8. 前記第一方向が、前記第二方向と直交することを特徴とする、請求項７に記載の液晶表示パネル。