TWI476497B - 顯示裝置 - Google Patents

Description

顯示裝置

本發明是有關於一種顯示裝置，且特別是有關於一種包括奈米碳材的顯示裝置。

藍相液晶(blue phase liquid crystal)是一種不需配向膜、具有光學等向性之優勢的液晶材料、且其反應時間為次毫秒等級。然而，因藍相液晶的操作溫度範圍只有1K，為了改善此缺點，業界相關研發人員提出高分子穩定(polymer stabilized)藍相液晶的技術，利用高分子網絡將藍相液晶固定住，因此將操作溫度之範圍由原本的1K提升至60K。然而，藍相液晶仍具有高驅動電壓與磁滯現象之問題。

因此，如何提供一種維持大操作溫度範圍，而能降低驅動電壓與改善磁滯現象之藍相液晶顯示器，乃為相關業者努力之課題之一。

本發明係有關於一種顯示裝置，藉由液晶層中摻雜奈米碳材，可降低驅動電壓與改善磁滯現象，並且提升穿透度。

根據本發明之一方面，係提出一種顯示裝置，至少包括一第一基板、一第二基板、以及一液晶層。第二基板與第一基板對組，液晶層設置於第一基板和第二基板之間。 液晶層包括一液晶混合物及一奈米碳材。奈米碳材摻雜於液晶混合物之間。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

在此揭露內容之實施例中，係提出一種顯示裝置，藉由液晶層中摻雜奈米碳材，可降低驅動電壓與改善磁滯現象，並且提升穿透度。然而，實施例所提出的細部結構僅為舉例說明之用，並非對本發明欲保護之範圍做限縮。具有通常知識者當可依據實際實施態樣的需要對該些結構加以修飾或變化。

請參照第1圖。第1圖繪示依照本發明之一實施例之顯示裝置之示意圖。顯示裝置100包括第一基板110、第二基板120、以及液晶層130。第二基板120與第一基板110對組，液晶層130設置於第一基板110和第二基板120之間。液晶層130包括液晶混合物131及奈米碳材133。奈米碳材133摻雜於液晶混合物131之間。摻雜奈米碳材133的液晶層130相較於未摻雜時具有較高的導電度，因此，摻雜奈米碳材133能夠有效降低驅動電壓。並且，奈米碳材133容易受電場影響，因此在施加電壓於顯示裝置100時，摻雜奈米碳材133可能協助誘導液晶混合物131中之液晶分子的排列，因而也可更有效地降低驅動電壓。

實施例中，奈米碳材133例如是奈米碳簇(carbon-based nanomaterial)、奈米實心碳材(carbon fiber)、以及奈米石墨材料(carbon graphite)。奈米碳簇是具有中空結構的奈米碳材，例如是奈米碳管(carbon nanotube)、奈米碳球(carbon sphere)、以及奈米碳錐(carbon nano-cone)。奈米實心碳材例如是平板形奈米碳纖維(platelet graphite nanofiber)以及多孔性奈米碳纖維(turbostratic graphite nanofiber)。奈米石墨材料例如是奈米級石墨片(graphite plate)材料。一實施例中，奈米碳材133可以包括複數個奈米碳管，摻混於液晶混合物131中。另一實施例中，奈米碳材133可以包括複數個奈米碳纖維，摻混於液晶混合物131中。更一實施例中，奈米碳材133可以包括複數個奈米級石墨片，摻混於液晶混合物131中。奈米碳材133之尺寸例如是小於或等於100奈米。當外加電場施加於具有不同形狀的奈米碳材133時，外加電場誘導奈米碳材133引發電場，具有不同形狀的奈米碳材133所引發的電場場線會不同。並且，奈米碳材133會隨著其形狀的不同以及其結構中的碳環數目不同而影響其電性，導致對於離子吸收的程度不同，或者導致誘導引發的電場場線不同。

實施例中，奈米碳材133例如包括表面改質(surface-modified)奈米碳材。表面改質奈米碳材之表面包括至少一官能基，利用官能基與液晶混合物131之作用關係而提高奈米碳材133在液晶混合物131中的分散性。實施例中，例如以電漿法將官能基形成於奈米碳材133之表面而製成表面改質奈米碳材。實施例中，官能基例如包括 一馬來酸酐基(maleic anhydride group)，以化學式I表示：

其中，化學式I繪示表面以馬來酸酐基改質之單壁奈米碳管(single-wall carbon nanotube，SWCNT)。然應用時，奈米碳材133與改質之官能基的種類亦視應用狀況作適當選擇，並不以前述材料為限。只要奈米碳材133表面的改質官能基有助於奈米碳材133與液晶混合物131的混合，進而提高奈米碳材133在液晶混合物131中的分散性即可。

實施例中，奈米碳材133例如包括表面無改質奈米碳材。

實施例中，奈米碳材133相對於液晶混合物131之重量百分比例如為0.001%至1%。

實施例中，液晶混合物131在無電壓施加於顯示裝置100時係具有光學等向性(optical isotropy)之特性。一實施例中，液晶混合物131可以包括藍相液晶混合物。另一實施例中，液晶混合物131可以包括等向性液晶(isotropic liquid crystal)混合物。

實施例中，液晶層130更包括聚合物網路(polymer network)135，聚合物網路135與液晶混合物131混合，而 奈米碳材133摻雜於聚合物網路135之間。實施例中，液晶混合物131例如是藍相液晶混合物，顯示裝置100例如是藍相液晶顯示器，聚合物網路135可將藍相液晶混合物中之液晶分子固定住，進而提升藍相液晶顯示器的操作溫度範圍。然而，藍相液晶混合物具有高極性，容易吸附雜質，例如是游離離子，或者是在製程當中所吸附的污染物，可能造成藍相液晶顯示器的驅動電壓升高。摻雜奈米碳材133有助於吸附雜質及污染物，而能夠有效降低藍相液晶顯示器的驅動電壓與磁滯現象，進而提升顯示品質。然應用時，液晶混合物131與顯示裝置100的類型亦視應用狀況作適當選擇，並不以前述類型為限。

以下係舉出一摻雜表面改質奈米碳材的實驗例及未摻雜表面改質奈米碳材的對照例，製造方法及量測步驟如下：

<實驗例>：將0.01wt%之表面改質奈米碳管溶於包括紫外光固化型聚合物單體之藍相液晶混合物中，接著將此混合物以0.01~5℃/min之速率加熱，直到藍相液晶混合物具有光學等向性後，以具有功率為1~20毫瓦(mW)之紫外光的曝光機對此混合物曝光約1至15分鐘，使聚合物單體交聯以形成聚合物單體網絡，且使表面改質奈米碳管固定於藍相液晶混合物中。此時曝光固化完成之混合物即為實驗例樣品。

<對照例>：將包括紫外光固化型聚合物單體之藍相液晶混合物以0.01~5℃/min之速率加熱，直到藍相液晶混合 物具有光學等向性後，以具有功率為1~20毫瓦(mW)之紫外光的曝光機對此混合物曝光約1至15分鐘，使聚合物單體交聯以形成聚合物單體網絡。此時曝光固化完成之混合物即為對照例樣品。

<樣品量測>：將樣品銲接導線後，以電源控制器施加0~140伏特(V)之電壓於樣品電極，以輝度計檢測樣品於施加不同電壓下之穿透度。持續性地由0伏特升高至140伏特再降回0伏特同時量測穿透度之變化，可得到具有升壓與降壓兩部分的曲線。升壓部分的曲線表示電壓由0伏特升高至140伏特，此過程中電壓相對於穿透度的關係。降壓部分的曲線表示電壓由140伏特下降至0伏特，此過程中電壓相對於穿透度的關係。

請參照第2圖。第2圖繪示依照本發明之一實施例之穿透度v.s.正規化驅動電壓(normalized driving voltage)之曲線圖。曲線S1與曲線S1’表示實驗例樣品之驅動電壓與穿透度之關係，曲線S2與曲線S2’表示對照例樣品之驅動電壓與穿透度之關係。如第2圖所示，在相同驅動電壓下，摻雜0.01wt%之表面改質奈米碳管的樣品之穿透度(曲線S1)明顯高於無摻雜表面改質奈米碳管的樣品之穿透度(曲線S2)。實施例中，穿透度大約提升7~100%。以正規化驅動電壓為0.5時為例，摻雜0.01wt%之表面改質奈米碳管的樣品之穿透度比無摻雜表面改質奈米碳管的樣品之穿透度提升約100%。

有摻混表面改質奈米碳管之樣品的磁滯現象較小，無摻混表面改質奈米碳管之樣品的磁滯現象較大。磁滯現象 係以正規化驅動電壓為0.5時升壓部分與降壓部分的穿透度差異值表示，差異值越大表示磁滯現象越嚴重。實施例中，摻混表面改質奈米碳管可以使穿透度差異值下降約4~7倍。如第2圖所示，曲線S1表示實驗例樣品之升壓部分的曲線，也就是正規化驅動電壓由0升高至1的過程中正規化驅動電壓相對於穿透度之關係，曲線S1’表示實驗例樣品之降壓部分的曲線，也就是正規化驅動電壓由1下降至0的過程中正規化驅動電壓相對於穿透度之關係。曲線S2表示對照例樣品之升壓部分的曲線，曲線S2’表示對照例樣品之降壓部分的曲線。如第2圖所示，正規化驅動電壓為0.5時，摻雜0.01wt%之表面改質奈米碳管的樣品(實驗例樣品)之穿透度差異值(曲線S1與曲線S1’之穿透度差異值)為0.02，而無摻雜表面改質奈米碳管的樣品(對照例樣品)之穿透度差異值(曲線S2與曲線S2’之穿透度差異值)為0.0914，摻混表面改質奈米碳管使穿透度差異值下降約4.5倍。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧顯示裝置

110‧‧‧第一基板

120‧‧‧第二基板

130‧‧‧液晶層

131‧‧‧液晶混合物

133‧‧‧奈米碳材

135‧‧‧聚合物網路

S1、S1’、S2、S2’‧‧‧曲線

第1圖繪示依照本發明之一實施例之顯示裝置之示 意圖。

第2圖繪示依照本發明之一實施例之穿透度v.s.正規化驅動電壓之曲線圖。

100‧‧‧顯示裝置

110‧‧‧第一基板

120‧‧‧第二基板

130‧‧‧液晶層

131‧‧‧液晶混合物

133‧‧‧奈米碳材

135‧‧‧聚合物網路

Claims (10)

1. 一種顯示裝置，包括：一第一基板；一第二基板，與該第一基板對組；以及一液晶層，設置於該第一基板和該第二基板之間，該液晶層包括：一液晶混合物；及一奈米碳材(nano carbon material)，摻雜於該液晶混合物之間，其中該奈米碳材相對於該液晶混合物之重量百分比為0.001%至0.01%。
2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該奈米碳材包括複數個奈米碳簇(carbon-based nanomaterial)，摻混於該液晶混合物中。
3. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該奈米碳材包括複數個奈米實心碳材(carbon fiber)，摻混於該液晶混合物中。
4. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該奈米碳材包括複數個奈米石墨材料(carbon graphite)，摻混於該液晶混合物中。
5. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該奈米碳材包括一表面改質(surface-modified)奈米碳材。
6. 如申請專利範圍第5項所述之顯示裝置，其中該表面改質奈米碳材之一表面包括至少一官能基，該官能基包括一馬來酸酐基(maleic anhydride group)。
7. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該 奈米碳材包括一表面無改質奈米碳材。
8. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該液晶混合物包括一藍相液晶(blue phase liquid crystal)混合物。
9. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該液晶層更包括一聚合物網路(polymer network)與該液晶混合物混合，而該奈米碳材係摻雜於該聚合物網路之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該液晶混合物在無電壓施加於該顯示裝置時係具有光學等向性(optical isotropy)之特性。