TWI412846B - 液晶顯示屏 - Google Patents

Description

液晶顯示屏

本發明涉及一種液晶顯示屏，尤其涉及一種採用奈米碳管作配向層的液晶顯示屏。

液晶配向技術係决定液晶顯示屏優劣的關鍵技術之一，因為液晶配向技術的好壞會直接影響最終液晶顯示屏的品質。高質量的液晶顯示屏要求液晶有穩定和均勻的初始排列，而具有誘導液晶定向排列作用的薄層稱為液晶配向層。

先前技術中的液晶顯示屏使用的配向層材料有聚苯乙烯及其衍生物、聚醯亞胺、聚乙烯醇、聚酯、環氧樹脂、聚胺酯、聚矽烷等，最常見的為聚醯亞胺。這些材料經磨擦法，傾斜蒸鍍SiO_x膜法和對膜進行微溝槽處理法(請參見“Atomic-beam alignment of inorganic materials for liquid-crystal displays”,P.Chaudhari,et al.,Nature,vol 411,p56(2001))等方法處理後，可形成溝槽，該溝槽可使液晶定向排列。

請參閱圖1中所示的液晶顯示屏100，其包括第一基體104、第二基體112及夾在第一基體104和第二基體112之間的液晶層118。

所述第一基體104與第二基體112相對設置。所述液晶層118包括多個長棒狀的液晶分子1182。所述第一基體104靠近液晶層118的表面依次設置一第一透明電極層106和一第一配向層108，且第一基體104的遠離液晶層118的表面設置一第一偏光片102。所述第二基體112靠近液晶層118的表面依次設置一第二透明電極層114和一第二配向層116，且第二基體112的遠離液晶層118的表面設置一第二偏光片110。

所述第一配向層108靠近液晶層118的表面形成有多個相互平行的第一溝槽1082。所述第二配向層116靠近液晶層118的表面形成有多個相互平行的第二溝槽1162。所述第一溝槽1082和第二溝槽1162的排列方向相互垂直，從而可對液晶層118中的液晶分子1182進行定向，即使靠近第一溝槽1082和第二溝槽1162的液晶分子1182分別沿著第一溝槽1082和第二溝槽1162的方向定向排列。從而使得液晶分子1182的排列由上而下自動旋轉90度。

其中，所述第一偏光片102和第二偏光片110可對光線進行偏振；第一透明電極層106和第二透明電極層114在液晶顯示屏100中可起到導電的作用。但上述的多個片層結構及其界面的存在將增加液晶顯示屏100的厚度、複雜程度以及製造成本，降低背光源所提供光線的透過率，並影響顯示質量。

有鑒於此，確有必要提供一種結構簡單、厚度較薄且具有較佳的配向品質的液晶顯示屏。

一種液晶顯示屏，其包括一第一基體；一第二基體，所述第一基體與所述第二基體相對設置；一個液晶層，設置於所述第一基體與所述第二基體之間；一第一配向層，該第一配向層設置於所述第一基體的靠近液晶層的表面，且第一配向層靠近液晶層的表面包括多個平行的第一溝槽；及一第二配向層，該第二配向層設置於所述第二基體的靠近液晶層的表面，且第二配向層靠近液晶層的表面包括多個平行的第二溝槽，所述第一配向層的第一溝槽的排列方向與第二配向層的第二溝槽的排列方向垂直。其中，所述液晶顯示屏中至少一個配向層包括一奈米碳管層，該奈米碳管層包括至少一個奈米碳管薄膜，該奈米碳管薄膜包括多個首尾相連且定向排列的奈米碳管。

與先前技術相比較，所述液晶顯示屏具有以下優點：其一，由於所述奈米碳管薄膜包括多個奈米碳管，從而所述奈米碳管薄膜具有良好的導電性質，所以奈米碳管薄膜可代替先前技術中的透明電極層起到導電作用。故本實施例中的液晶顯示屏採用含有奈米碳管薄膜的配向層時，無需額外增加偏光片和透明電極層，從而可使得液晶顯示屏具有較薄的厚度，簡化液晶顯示屏的結構和製造成本，提高背光源的利用率，改善顯示質量。其二，所述奈米碳管薄膜設置在基體上後不需要進行機械刷磨或者其它處理，不會產生靜電和粉塵，從而使所述液晶顯示屏具有較佳的配向品質。

300‧‧‧液晶顯示屏

302‧‧‧第一基體

304‧‧‧第一配向層

308‧‧‧第一溝槽

309,329‧‧‧穿透軸

322‧‧‧第二基體

324‧‧‧第二配向層

328‧‧‧第二溝槽

338‧‧‧液晶層

圖1為一種先前技術的液晶顯示屏的立體示意圖。

圖2為本技術方案實施例的液晶顯示屏的截面示意圖。

圖3為圖2中的部分奈米碳管層III的放大示意圖。

圖4為本技術方案實施例用作配向層的奈米碳管薄膜的照片。

圖5為本技術方案實施例的液晶顯示屏處於通光狀態的立體示意圖。

圖6為本技術方案實施例的液晶顯示屏處於遮光狀態的立體示意圖。

以下將結合附圖對本技術方案作進一步的詳細說明。

請參閱圖2，本技術方案實施例所提供的一種液晶顯示屏300，其包括一第一基體302；一第二基體322，所述第一基體302與所述第二基體322相對設置；一個液晶層338，設置於所述第一基體302與所述第二基體322之間；一第一配向層304，該第一配向層304設置於所述第一基體302的靠近液晶層338的表面，且第一配向層302靠近液晶層338的表面包括多個平行的第一溝槽308；及一第二配向層324，該第二配向層324設置於所述第二基體322的靠近液晶層338的表面，且第二配向層324靠近液晶層338的表面包括多個平行的第二溝槽328，所述第一配向層304的第一溝槽308的排列方向與第二配向層324的第二溝槽328的排列方向垂直。

所述第一基體302與第二基體322應選用透明的材料，如玻璃、石英、金剛石或塑料等硬性材料或柔性材料。本實施例中，所述第一基體302和第二基體322的材料為三乙酸纖維素(cellulose triacetate,CTA)等柔性材料。優選地，第一基體302和第二基體322的材料均為CTA材料形成。可以理解，所述第一基體302與第二基體322的材料可以相同，也可以不同。

所述液晶層338包括多個長棒狀的液晶分子。所述液晶層338的液晶材料為先前技術中常用的液晶材料。

請參閱圖3，所述液晶顯示屏300中至少一個配向層包括一個奈米碳管層，該奈米碳管層包括至少一個奈米碳管薄膜。所述奈米碳管薄膜包括首尾相連且定向排列的奈米碳管。另，所述奈米碳管層包括至少兩個奈米碳管薄膜時，所述至少兩個奈米碳管薄膜重叠設置，且相鄰的兩個奈米碳管薄膜中的奈米碳管沿同一方向定向排列。所述奈米碳管薄膜進一步包括多個首尾相連且長度相等的奈米碳管束14。所述奈米碳管束14的兩端通過凡德瓦爾力相互連接。每個奈米碳管束14包括多個長度相等且平行排列的奈米碳管12。所述相鄰的奈米碳管12之間通過凡德瓦爾力緊密結合。可以理解，所述奈米碳管薄膜中的多個奈米碳管12之間具有多個平行的間隙，所述多個間隙可作為第一溝槽308或第二溝槽328對液晶分子進行配向。

可以理解，所述液晶顯示屏300中的第一配向層304或第二配 向層324中的一個配向層為本技術方案實施例所述的奈米碳管層，而另一個配向層則採用先前技術的配向層。優選地，第一配向層304和第二配向層324分別包括一個奈米碳管層，且第一配向層304的奈米碳管的排列方向與所述第二配向層324的奈米碳管的排列方向垂直，從而使得第一溝槽308的排列方向與第二溝槽328的排列方向垂直。具體地，第一配向層304中的第一溝槽308沿X軸方向平行且定向排列；第二配向層324中的第二溝槽328沿Z軸方向平行且定向排列。故，本技術方案實施例中的第一溝槽308和第二溝槽328可對液晶層338中的液晶分子進行配向。所述第一配向層304和第二配向層324的厚度範圍分別在20奈米~5微米之間。

由於用作配向層的奈米碳管薄膜具有較好的韌性，且當第一基體302和第二基體322均由柔性材料形成時，液晶顯示屏300可彎曲。由於所述奈米碳管薄膜包括多個奈米碳管，從而所述奈米碳管薄膜具有良好的導電性質，所以奈米碳管薄膜可代替先前技術中的透明電極層起到導電作用。故本實施例中的液晶顯示屏300採用含有奈米碳管薄膜的配向層時，無需額外增加透明電極層，從而可使得液晶顯示屏300具有較薄的厚度，簡化液晶顯示屏的結構和製造成本，提高背光源的利用率，改善顯示質量。此外，所述奈米碳管薄膜設置在基體上後不需要進行機械刷磨或者其它處理，不會產生靜電和粉塵，從而使所述液晶顯示屏300具有較佳的配向品質。

另，所述奈米碳管薄膜中的多個奈米碳管為平行排列的，故所述奈米碳管薄膜具有對自然光的偏振作用，從而可以代替先前技術中的偏振片起到偏振作用。可以理解，為了使得液晶顯示屏300具有更好的偏振效果，還可在第一基體322和/或第二基體302遠離液晶層338的表面設置至少一個偏振片(未示出)。

所述奈米碳管層的製備方法包括以下步驟：

步驟一：提供一奈米碳管陣列，優選地，該陣列為超順排奈米碳管陣列。

本技術方案實施例提供的奈米碳管陣列為單壁奈米碳管陣列、雙壁奈米碳管陣列或多壁奈米碳管陣列。本實施例中，超順排奈米碳管陣列的製備方法採用化學氣相沈積法，該超順排奈米碳管陣列為多個彼此平行且垂直於基底生長的奈米碳管形成的純奈米碳管陣列。

可以理解，本實施例提供的奈米碳管陣列不限於上述製備方法。也可為石墨電極恒流電弧放電沈積法、雷射蒸發沈積法等。

步驟二：採用一拉伸工具從奈米碳管陣列中拉取獲得一奈米碳管薄膜。其具體包括以下步驟：(a)從上述奈米碳管陣列中選定一定寬度的多個奈米碳管片斷，本實施例優選為採用具有一定寬度的膠帶接觸奈米碳管陣列以選定一定寬度的多個奈米碳管片斷；(b)以一定速度沿基本垂直於奈米碳 管陣列生長方向拉伸該多個奈米碳管片斷，以形成一連續的奈米碳管薄膜。

在上述拉伸過程中，該多個奈米碳管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐漸脫離基底的同時，由於凡德瓦爾力作用，該選定的多個奈米碳管片斷分別與其他奈米碳管片斷首尾相連地連續地被拉出，從而形成一奈米碳管薄膜。

可以理解，還可將上述至少兩個奈米碳管薄膜沿奈米碳管薄膜的拉伸方向，進行重叠設置。

請參閱圖4，該奈米碳管薄膜為擇優取向排列的多個奈米碳管束首尾相連形成的具有一定寬度的奈米碳管薄膜。該奈米碳管薄膜中奈米碳管的排列方向基本平行於奈米碳管薄膜的拉伸方向。該直接拉伸獲得的擇優取向排列的奈米碳管薄膜比無序的奈米碳管薄膜具有更好的均勻性，即具有更均勻的厚度以及更均勻的導電性能。同時該直接拉伸獲得奈米碳管薄膜的方法簡單快速，適宜進行工業化應用。所述奈米碳管薄膜中奈米碳管之間具有多個平行且均勻分布的間隙，該間隙可作為第一溝槽308或第二溝槽328對液晶分子進行配向。

本實施例中，該奈米碳管薄膜的寬度與奈米碳管陣列所生長的基底的尺寸有關，該奈米碳管薄膜的長度不限，可根據實際需求制得。本實施例中採用4英寸的基底生長超順排奈米碳管陣列，該奈米碳管薄膜的寬度可為0.01厘米~10厘米，該奈米碳管薄膜的厚度為10奈米~100微米。所述奈米碳管薄 膜包括單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中的一種或幾種。當奈米碳管薄膜中的奈米碳管為單壁奈米碳管時，該單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~50奈米。當奈米碳管薄膜中的奈米碳管為雙壁奈米碳管時，該雙壁奈米碳管的直徑為1.0奈米~50奈米。當奈米碳管薄膜中的奈米碳管為多壁奈米碳管時，該多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米~50奈米。

另外，可使用有機溶劑處理上述的奈米碳管薄膜。具體地，可通過試管將有機溶劑滴落在奈米碳管薄膜表面浸潤整個奈米碳管薄膜。該有機溶劑為揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實施例中採用乙醇。該多層奈米碳管薄膜經有機溶劑浸潤處理後，在揮發性有機溶劑的表面張力的作用下，奈米碳管薄膜中的平行的奈米碳管片斷會部分聚集成奈米碳管束，因此，該奈米碳管薄膜表面體積比小，無粘性，且具有良好的機械強度及韌性。與未經有機溶劑處理的奈米碳管薄膜相比，經上述的有機溶劑處理後的奈米碳管薄膜具有更小且更加均勻的間隙，該間隙用作第一溝槽308或第二溝槽328時可使得液晶顯示屏300具有更好的配向品質。

以下結合圖5與圖6對本實施例液晶顯示屏300的工作過程進行說明。

如圖5所示，當沒有電壓施加在第一配向層304和第二配向層324之間時，液晶分子的排列會依照第一配向層304和第二配向層324的配向而定。在本實施例的液晶顯示屏300中，所述 第一配向層304和第二配向層324的配向方向形成90度，所以液晶分子的排列由上而下會自動旋轉90度。當入射的光線L經過第一配向層304時，由於第一配向層304的穿透軸(Transmission Axis)309沿Z軸方向，所以只有偏振方向與穿透軸309平行的偏振光L1通過。當偏振光L1通過液晶分子時，由於液晶分子總共旋轉了90度，所以當偏振光L1到達第二配向層324時，偏振光L1的偏振方向恰好轉了90度。由於第二配向層324的穿透軸329沿X軸方向，即：偏振光L1的偏振方向因轉了90度而與穿透軸329平行，從而可以順利的通過第二配向層324，此時，本實施例的液晶顯示屏300處於通光的狀態。

如圖6所示，當有電壓施加在第一配向層304和第二配向層324之間時，液晶分子受電場的影響，其排列方向會傾向平行於電場方向而變成與第一基體302垂直的狀態。此時通過第一配向層304的偏振光L1經過液晶分子時便不會改變偏振方向，因此就無法通過第二配向層324，此時，本實施例的液晶顯示屏300處於遮光的狀態。

本技術方案實施例所述的液晶顯示屏300具有以下優點：其一，由於所述奈米碳管薄膜包括多個奈米碳管，從而所述奈米碳管薄膜具有良好的導電性質，所以奈米碳管薄膜可代替先前技術中的透明電極層起到導電作用。故本實施例中的液晶顯示屏300採用含有奈米碳管薄膜的配向層時，無需額外增加偏光片和透明電極層，從而可使得液晶顯示屏300具有 較薄的厚度，簡化液晶顯示屏的結構和製造成本，提高背光源的利用率，改善顯示質量。其二，所述奈米碳管薄膜設置在基體上後不需要進行機械刷磨或者其它處理，不會產生靜電和粉塵，從而使所述液晶顯示屏300具有較佳的配向品質。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

300‧‧‧液晶顯示屏

302‧‧‧第一基體

304‧‧‧第一配向層

308‧‧‧第一溝槽

309,329‧‧‧穿透軸

322‧‧‧第二基體

324‧‧‧第二配向層

328‧‧‧第二溝槽

338‧‧‧液晶層

Claims (12)

1. 一種液晶顯示屏，其包括：一第一基體；一第二基體，所述第一基體與所述第二基體相對設置；一個液晶層，設置於所述第一基體與所述第二基體之間；一第一配向層，該第一配向層設置於所述第一基體的靠近液晶層的表面，且第一配向層靠近液晶層的表面包括多個平行的第一溝槽；及一第二配向層，該第二配向層設置於所述第二基體的靠近液晶層的表面，且第二配向層靠近液晶層的表面包括多個平行的第二溝槽，所述第一配向層的第一溝槽的排列方向與第二配向層的第二溝槽的排列方向垂直；其改良在於，所述液晶顯示屏中至少一個配向層包括一奈米碳管層，該奈米碳管層包括至少一個奈米碳管薄膜，該奈米碳管薄膜包括多個首尾相連且定向排列的奈米碳管，該奈米碳管薄膜為透明導電膜，該奈米碳管層同時用作該液晶顯示屏的透明電極層。
2. 如請求項1所述的液晶顯示屏，其中，所述奈米碳管層包括至少兩個重叠設置的奈米碳管薄膜，且相鄰兩個奈米碳管薄膜中的奈米碳管沿同一方向排列。
3. 如請求項1所述的液晶顯示屏，其中，所述奈米碳管薄膜進一步包括多個首尾相連且長度相等的奈米碳管束，所述奈米 碳管束的兩端通過凡德瓦爾力相互連接。
4. 如請求項3所述的液晶顯示屏，其中，每個奈米碳管束包括多個長度相等且平行排列的奈米碳管，所述相鄰的奈米碳管之間通過凡德瓦爾力緊密結合。
5. 如請求項1所述的液晶顯示屏，其中，所述多個奈米碳管之間具有多個平行且均勻分布的間隙，該多個間隙組成多個平行排列的第一溝槽或第二溝槽。
6. 如請求項1所述的液晶顯示屏，其中，所述奈米碳管包括單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中的一種或幾種，所述單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~50奈米，雙壁奈米碳管的直徑為1.0奈米~50奈米，多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米~50奈米。
7. 如請求項1所述的液晶顯示屏，其中，所述第一配向層和第二配向層分別包括一奈米碳管層，且第一配向層中的奈米碳管的排列方向與第二配向層中的奈米碳管的排列方向垂直。
8. 如請求項1所述的液晶顯示屏，其中，所述第一配向層和第二配向層的厚度為20奈米~5微米。
9. 如請求項1所述的液晶顯示屏，其中，所述第一基體和第二基體的材料為透明材料。
10. 如請求項9所述的液晶顯示屏，其中，所述透明材料為一柔性材料，該柔性材料為三乙酸纖維素。
11. 如請求項9所述的液晶顯示屏，其中，所述透明材料為一硬性材料，該硬性材料為玻璃、石英、金剛石或塑料。
12. 如請求項1所述的液晶顯示屏，其中，所述液晶顯示屏進一 步包括至少一個偏振片，該偏振片設置於第一基體或/和第二基體遠離液晶層的表面。