液晶显示屏的制备方法

专利名称：液晶显示屏的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示屏的制备方法，尤其涉及一种采用碳纳米管的 液晶显示屏的制备方法。
背景技术：
液晶配向技术是决定液晶显示屏优劣的关键技术之一，因为液晶配向技 术的好坏会直接影响最终液晶显示屏的品质。高质量的液晶显示屏要求液晶 有稳定和均匀的初始排列，而具有诱导液晶定向排列作用的薄层称为配向层。
请参阅图1中所示的液晶显示屏100，其包括第一基体104、第二基体112 及夹在第一基体104和第二基体112之间的液晶层118。
所述第一基体104与第二基体112相对设置。所述液晶层118包括多个长棒 状的液晶分子1182。所述第一基体104靠近液晶层118的表面依次设置一第一 透明电极层106和一第一配向层108,且第一基体104的远离液晶层118的表面 设置一第一偏光片102。所述第二基体112靠近液晶层118的表面依次设置一第 二透明电极层114和一第二配向层116,且第二基体112的远离液晶层118的表 面设置一第二偏光片110。
所述第一配向层108靠近液晶层118的表面形成有多个相互平行的第一沟 槽1082。所述第二配向层116靠近液晶层118的表面形成有多个相互平行的第 二沟槽1162。所述第一沟槽1082和第二沟槽1162的排列方向相互垂直，从而 可对液晶层118中的液晶分子1182进行定向，也就是使靠近第一沟槽1082和第 二沟槽1162的液晶分子1182分别沿着第一沟槽1082和第二沟槽1162的方向定 向排列。从而使得液晶分子1182的排列由上而下自动旋转90度。
目前已知供液晶显示屏使用的配向层材料有聚苯乙烯及其衍生物、聚酰 亚胺、聚乙烯醇、聚酯、环氧树脂、聚胺酯、聚硅烷等，最常见的则是聚酰
亚胺。这些材料经磨擦法，倾斜蒸镀sicy莫法和对膜进行微沟槽处理法(请参
见"Atomic-beam alignment of inorganic materials for liquid-crystal displays" ， P. Chaudhari, et al.， Nature, vol 411， p56 (2001))等方法处理后，可形成多个沟槽，该多个沟槽可使液晶分子定向排列。
现有技术中的采用磨擦法制备配向层的方法主要包括以下步骤
首先，在第二透明电极层114的内表面上涂覆一层配向材料。该配向材料 通常选自聚酰亚胺。然后，用绒布滚筒进行刷磨，使聚酰亚胺表面形成多个 微小沟槽1162，从而形成配向层116。
这种依靠绒布滚筒对配向材料进行刷磨的接触式制造方法的操作过程较 为复杂，而且在操作过程中容易引入大量的静电，容易对使用上述液晶显示 屏100的液晶显示屏中的薄膜晶体管元件造成损坏；产生大量的粉尘，需要进 行额外的清洗步骤，以免影响所制成的配向层的品质。而且，所采用的绒布 的寿命有限，需要经常更换。
有鉴于此，确有必要提供一种制备工艺简单的液晶显示屏的制备方法。

发明内容
一种液晶显示屏的制备方法，其包括以下步骤提供一基体；形成一碳 纳米管层于上述基体的表面，该碳纳米管层中的碳纳米管沿同一方向排列； 形成一固定层于所述碳纳米管层的表面，制得一第一基板；重复上述的制备 步骤，制得一第二基板；设置一液晶层于所述第一基板与第二基板的固定层 之间，且第 一基板与第二基板的碳纳米管层中的碳纳米管的排列方向垂直， 从而形成所述的液晶显示屏。
与现有技术相比较，本技术方案提供的液晶显示屏的制备方法具有以下 优点其一，由于作配向层的碳纳米管层本身具有很多均勻的微小间隙，从 而使得形成在碳纳米管层上的固定层具有微小沟槽，该微小沟槽可对液晶分 子进行配向，从而无需进行额外的工艺使配向层具有微小沟槽，降低了配向 层的制作成本，筒化了制作工艺。其二，由于将固定层覆盖于所述碳纳米管 层的表面，该固定层能较好地将碳纳米管层固定于所述基体的表面，从而形 成一配向层。该配向层与液晶材料接触时或与外界长时间接触时不脱离，故 采用固定层可将配向层较好地固定于基体的表面。进而采用上述的配向层的 液晶显示屏具有较好的配向品质。


图1是一种现有技术的液晶显示屏的立体示意图。
图2是本技术方案实施例的液晶显示屏的制备方法的流程图。 图3是本技术方案实施例的获得的液晶显示屏的结构示意图。
具体实施例方式
以下将结合附图详细说明本技术方案的液晶显示屏的制备方法。 请参阅图2及图3，本技术方案实施例提供了一种液晶显示屏300的制 备方法，其主要包括以下步骤
步骤一提供一第一基体322。
所述第一基体322的材料可由透明材料，如玻璃、石英、金刚石或塑料 等硬性材料或柔性材料形成。具体地，所述柔性基体的材料可以为三乙酸纤 维素(Cellulose Triacetate, CTA)等柔性材料。
其中，本实施例的第一基体322为一CTA基体，该CTA基体的厚度为 2毫米，宽度为20厘米，长度为30厘米。
步骤二形成一第一碳纳米管层324b于上述第一基体322的表面，该 碳纳米管层中的碳纳米管沿同 一方向排列。
首先，提供一碳纳米管阵列，优选地，该阵列为超顺排碳纳米管阵列。
本技术方案实施例提供的碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列、双壁碳纳 米管阵列或多壁碳纳米管阵列。本实施例中，超顺排碳纳米管阵列的制备方 法采用化学气相沉积法，该超顺排碳纳米管阵列为多个彼此平行且垂直于基 底生长的碳纳米管形成的纯碳纳米管阵列。
可以理解，本实施例提供的碳纳米管阵列不限于上述制备方法。也可为 石墨电极恒流电弧放电沉积法、激光蒸发沉积法等。
其次，采用一拉伸工具从碳纳米管阵列中拉取获得一碳纳米管薄膜。其 具体包括以下步骤:(a)从上述碳纳米管阵列中选定一定宽度的多个碳纳米 管片断或束，本实施例优选为采用具有一定宽度的胶带接触碳纳米管阵列以 选定一定宽度的多个碳纳米管片断或束；(b)以一定速度沿基本垂直于碳纳 米管阵列生长方向拉伸该多个碳纳米管片断或束，以形成一连续的碳纳米管 薄膜。
在上述拉伸过程中，该多个碳纳米管片段或束在拉力作用下沿拉伸方向逐渐脱离基底的同时，由于范德华力作用，该选定的多个碳纳米管片断或束 分别与其他碳纳米管片断或束首尾相连地连续地被拉出，从而形成一碳纳米 管薄膜。该碳纳米管薄膜中碳纳米管的排列方向基本平行于碳纳米管薄膜的 拉伸方向。
进一步地，通过使用有机溶剂或者施加机械外力处理所述的碳纳米管薄 膜得到一碳纳米管长线。具体地，所述的使用有机溶剂处理得到一碳纳米管
长线的方法具体包括以下步骤通过试管将有机溶剂滴落在碳纳米管薄膜表 面，并浸润整个碳纳米管薄膜。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲 醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本实施例中优选采用乙醇。该碳纳米管薄膜经 有机溶剂浸润处理后，在挥发性有机溶剂的表面张力的作用下，碳纳米管薄 膜中的平行的碳纳米管片断会部分聚集成碳纳米管束，因此，该碳纳米管薄 膜收缩成碳纳米管长线。该碳纳米管长线表面体积比小，无粘性，且具有良 好的机械强度及韧性，应用有机溶剂处理后的碳纳米管长线能方便地应用于 宏观领域。
所述的通过施加机械外力处理得到一碳纳米管长线的方法具体包括以 下步骤提供一个尾部可以粘住碳纳米管薄膜的纺纱轴。将该纺纱轴的尾部 与碳纳米管薄膜结合后，将该纺纱轴以旋转的方式旋转该碳纳米管薄膜，从 而形成一碳纳米管长线。该碳纳米管长线是由多个首尾相连的碳纳米管束组 成的绞线结构。可以理解，上述纺纱轴的;5走转方式不限，可以正转，也可以 反转，或者正转和反转相结合。
进一步地，还可施加机械外力处理所述拉取获得的碳纳米管长线，形成 具有绞线结构的碳纳米管长线。该方法具体包括以下步骤提供一纺纱轴； 将该纺纱轴的尾部与碳纳米管长线的一端结合；将该纺纱轴以旋转的方式旋 出，从而形成具有绞线结构的碳纳米管长线。可以理解，上述纺纱轴的旋转 方式不限，可以正转，也可以反转，或者正转和反转相结合。
本实施例中，所述碳纳米管可以是单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁 碳纳米管中的一种或几种；该单壁碳纳米管的直径为0.5纳米 50纳米，该 双壁-灰纳米管的直径为1.0纳米~50纳米，该多壁石友纳米管的直径为1.5纳 米 50纳米。
再次，将上述的一个碳纳米管薄膜铺设于所述基体的表面、多个碳纳米管薄膜沿同一方向平行且无间隙地铺设或将上述的碳纳米管长线紧密排列
地铺设在所述基体的表面，从而形成一第一碳纳米管层324b覆盖于所述第 一基体322的表面。
由于碳纳米管薄膜或碳纳米管长线中的碳纳米管均沿同 一方向排列，故 上述的碳纳米管薄膜或碳纳米管长线也可重叠铺设形成一个碳纳米管层，只 需确保该碳纳米管层中的碳纳米管沿同 一 方向排列即可。
进一步地，为了使所述第一碳纳米管层324b更好地粘结在所述第一基 体322的表面。本实施例中，进一步还可在将上述的第一碳纳米管层324b 覆盖在上述第一基体322的表面之前，进行清洗所述第一基体322。该方法 具体包括以下步骤分别用有机溶剂和去离子水超声清洗所述的第 一基体 322;用保护气体将第一基体322吹干。优选地，所述的有机溶剂为无水乙 醇，所述的保护气体为氮气，采用氮气枪对所述第一基体322进行吹干。
进一步地，在清洗第一基体322之后，还进一步包括形成一粘结剂层(未 标示)于所述第一基体322的表面，并将所述碳纳米管薄膜或碳纳米管长线 铺设于所述粘结剂层的表面，从而形成一第一碳纳米管层324b于第一基体 322的表面。
另，在将上述的第一碳纳米管层324b覆盖于所述第一基体322的表面 之后，还可对所述第一碳纳米管层324b进行有机溶剂处理的步骤。用有机 溶剂处理所述第一碳纳米管层324b后，可将第一碳纳米管层324b初步粘附 在所述第一基体322的表面或粘结剂的表面上。具体地，该有机溶剂为挥发 性有机溶剂，可选用乙醇、曱醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿等，本实施例中的 有机溶剂采用乙醇。该使用有机溶剂处理的步骤可通过试管将有机溶剂滴落 在第一碳纳米管层324b的表面，并浸润整个第一碳纳米管层324b。也可将 上述形成有第一碳纳米管层324b的第一基体322整个浸入盛有有机溶剂的 容器中浸润。所述第一碳纳米管层324b经有机溶剂浸润处理后，在挥发性 有机溶剂的表面张力的作用下，其中的平行的碳纳米管片断会部分聚集成碳 纳米管束。因此，该第一碳纳米管层324b的表面体积比小，无粘性，且具 有良好的机械强度及韧性。
在由碳纳米管薄膜形成的第一碳纳米管层324b中，该碳纳米管薄膜包 括多个碳纳米管束片段，每个碳纳米管束片段具有大致相等的长度且每个碳
9纳米管束片段由多个相互平行的碳纳米管束构成，碳纳米管束片段两端通过 范德华力相互连接。故，碳纳米管薄膜中多个碳纳米管束或碳纳米管之间具 有多个平行且均匀分布的间隙，该间隙可作为微小的沟槽用于对液晶分子进
行配向。在由碳纳米管长线无间隙地排列形成的第一碳纳米管层324b中， 多个碳纳米管长线之间也具有多个平行且均匀分布的间隙，该间隙可作为微 小的沟槽用于对液晶分子进行配向。
此外，还可采用透明导电胶或粘结剂将上述的第一碳纳米管层324b粘 附在所述第 一基体322的表面。
步骤三覆盖一第一固定层324a于所述第一碳纳米管层324b的表面， 制得一第一基板330。
其中，所述第一固定层324a的材料可由无机材料或有机材料形成。所 述无机材料为氢化的类金刚石(diamond-like carbon, DLC)、氮化硅(SiN》、氬 化的不定型硅、碳化硅(SiC)、 二氧化硅(Si02)、氧化铝(八1203)、氧化铈(Ce02)、 氧化锡(Sn02)、钛酸锌(ZnTi02)以及钛酸铟(InTi02)等化学物质。可采用蒸镀、 溅射或者等离子增强化学气相沉积(PECVD)生长等方法将上述的无机材料 覆盖于所述第一碳纳米管层324b的表面，从而形成一第一固定层324a,其 厚度为10纳米(nm)-2微米(nm)。
此外，所述第一固定层324a还可由有机材料形成，其具体的制备步骤
为
首先，将有机粉体材料溶于一溶剂中，配成一溶液。
其中，所述的有机粉体材料为聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)、聚酰亚 胺(polyimide, PI)、聚曱基丙烯酸曱酯(polymethyl methacrylate， PMMA)、聚 碳酸酯(polycarbonate，PC)等。所述的溶剂为可挥发的有机溶剂，配成的溶液 的浓度为1~10%。优选地，所述溶剂为Y丁内酯(Y-butyrolactone)，所述有机 溶液为浓度为5%PI溶液。
其次，将上述的溶液滴到所述第一碳纳米管层324b的的表面，并放入 一甩胶机中进行甩胶。
其中，控制滴到所述第一碳纳米管层324b表面的溶液，可控制最终形 成于第一基体322表面的第一固定层324a的厚度，其厚度为10纳米(nm) 2 微米Om)。甩胶机的转速为1000 8000转每分钟(r/min)，优选为5000r/min。甩胶的时间不限可根据实际需要进行选择。优选地，甩胶时间为60秒，得 到的有^L薄膜的厚度为80nm。
最终，加热经甩胶处理后的第一基体322,从而得到覆盖第一固定层324a 的第一基体322。
进一步地，加热的步骤可除去涂覆于第一碳纳米管层324b表面上的溶 液中的溶剂，并干燥所述的第一基体322。优选地，加热第一基体322的温 度为250°C，加热的时间为60秒。可以理解，上述的加热温度和时间可才艮据 实际需要进行选择。
可以理解，第一碳纳米管层324b中多个碳纳米管、碳纳米管束以及碳 纳米管长线之间具有多个平行的间隙，相应地，形成在上述第一碳纳米管层 324b表面的第一固定层324a的表面形成了多个平行的第一沟槽328,该第 一沟槽328可对液晶分子进行配向。本实施例提供的第一配向层324包括第 一碳纳米管层324b和第 一 固定层324a。由于将第一 固定层324a覆盖于所述 第一碳纳米管层324b的表面，故第一配向层324与液晶材料接触时或与外 界长时间接触时不脱离。因此，具有较好的配向品质，进而采用上述配向层 的液晶显示屏300也具有较好的配向品质。
步骤四重复上述的制备步骤，制得一第二基板310。
具体地，重复上述的第一至第三步骤，从而形成了依次覆盖有一第二碳 纳米管层304b、第二固定层304a的第二基体302,作为第二基板310。从第 一基^反330的说明可知，在第二固定层304a靠近液晶层338的表面也形成 了多个平行的第二沟槽308，该第二沟槽308也可对液晶分子进行配向。
步骤五设置一液晶层338于所述第一基板330与第二基板310之间， 且第一碳纳米管层324b与第二碳纳米管层304b中的碳纳米管的排列方向垂 直。
首先，将液晶材料滴到第二基板310的第二固定层304a的表面，从而 形成一液晶层338。本实施例中，采用滴管吸取一定量的液晶材料，之后滴 到第二基板310的第二固定层304a的表面，形成一液晶层338,该液晶层 338包括多个长棒状的液晶分子。
其次，将第一基板330的第一固定层324a紧邻所述液晶层338铺设， 且保证第 一基板330的碳纳米管的排列方向与第二基板310的碳纳米管的排列方向垂直，从而使得第一配向层324的第一沟槽328与第二配向层304的 第二沟槽308的排列方向垂直。具体地，第一配向层324中的第一沟槽328 沿X轴方向平行且定向排列；第二配向层304中的第二沟槽308沿Z轴方 向平行且定向排列，从而形成一液晶显示屏300。进一步，还可将第一基板 330和第二基板310的周边采用密封胶进行密封。本实施例，所述的密封胶 为硫化珪橡胶706B。
可以理解，为了保持第一基板330与第二基板310之间的间距，还可在 第一基板330和第二基板310之间设置多个透明间隔物(未示出)。所述间隔 物的材料和大小可根据实际需要进行选择。本实施例，将1 10微米的聚乙 烯(polyethylene, PE)小球超声分散在无水乙醇中，用滴管吸取少量上述溶液， 滴在第二基板310的第二固定层304a的表面。待乙醇挥发后，剩余的PE小 球将起到间隔物的作用。
可以理解，为了使得液晶显示屏300具有更好的偏振效果，还可在第一 基板330和/或第二基板310远离液晶层338的表面设置至少一个偏振片(未 示出)。
本技术方案提供的液晶显示屏300的制备方法具有以下优点其一，由 于作配向层的碳纳米管层本身具有很多均匀的微小间隙，从而使得形成于碳 纳米管层上的固定层具有微小沟槽，该微小沟槽可对液晶分子进行配向，从 而无需进行额外的工艺使配向层具有微小沟槽，降低了配向层的制作成本， 简化了制作工艺。其二，由于将固定层覆盖于所述碳纳米管层的表面，该固 定层能较好地将碳纳米管层固定于所述基体的表面，从而形成一配向层。该 配向层与液晶材料接触时或与外界长时间接触时不脱离，故采用固定层可将 配向层较好地固定于基体的表面。进而采用上述的配向层的液晶显示屏具有 较好的配向品质。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依 据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种液晶显示屏的制备方法，其包括以下步骤提供一基体；形成一碳纳米管层于上述基体的表面，该碳纳米管层中的碳纳米管沿同一方向排列；形成一固定层于所述碳纳米管层的表面，制得一第一基板；重复上述的制备步骤，制得一第二基板；设置一液晶层于所述第一基板与第二基板的固定层之间，且第一基板与第二基板的碳纳米管层中的碳纳米管的排列方向垂直，从而形成所述的液晶显示屏。
2. 如权利要求1所述的液晶显示屏的制备方法，其特征在于，所述形成碳纳米 管层于所述基体的表面的过程包括以下步骤提供一碳纳米管阵列；采用一 拉伸工具从该碳纳米管阵列中拉取获得碳纳米管薄膜；沿同一方向平行铺设 或重叠铺设所述碳纳米管薄膜于所述基体的表面，从而得到一碳纳米管层。
3. 如权利要求2所述的液晶显示屏的制备方法，其特征在于，进一步包括使用 有机溶剂处理拉取获得的碳纳米管薄膜，以形成碳纳米管长线；并将多个碳 纳米管长线紧密排列于所述基体的表面，从而得到一碳纳米管层。
4. 如权利要求3所述的液晶显示屏的制备方法，其特征在于，进一步包括采用 机械外力处理所述碳纳米管薄膜或碳纳米管长线，形成具有绞线结构的碳纳 米管长线。
5. 如权利要求4所述的液晶显示屏的制备方法，其特征在于，所述机械外力处 理的过程包括以下步骤提供一纺纱轴；将该纺纱轴的尾部与^ 友纳米管结构 或经有机溶剂处理后的碳纳米管结构的一端结合；将该纺纱轴以旋转的方式 旋出。
6. 如权利要求1所述的液晶显示屏的制备方法，其特征在于，所述将碳纳米管 层铺设在所述基体的表面之前，进一步包括预先清洗所述基体的表面的步骤， 该步骤具体包括以下步骤分别用有机溶剂和去离子水超声清洗所述基体； 用保护气体将基体吹干。
7. 如权利要求6所述的液晶显示屏的制备方法，其特征在于，进一步包括形成一粘结剂层于所述基体的表面，并将所述碳纳米管层形成于所述粘结剂层的 表面的步骤。
8. 如权利要求1所述的液晶显示屏的制备方法，其特征在于，所迷在将碳纳米 管层覆盖在所述基体表面的步骤之后，进一步包括采用有机溶剂处理所述碳 纳米管层的步骤。
9. 如权利要求1所述的液晶显示屏的制备方法，其特征在于，所述固定层的材 料为氢化的类金刚石、氮化硅、氢化的不定型硅、碳化硅、二氧化硅、氧化 铝、氧化铈、氧化锡、钬酸锌或钛酸铟。
10. 如权利要求9所述的液晶显示屏的制备方法，其特征在于，所述固定层的制 备方法包括蒸镀法、溅射法或等离子增强化学气相沉积法。
11. 如权利要求1所述的液晶显示屏的制备方法，其特征在于，所述固定层的材 料为有机材料，该有机材料为聚乙烯醇、聚酰亚胺、聚曱基丙烯酸甲酯或聚 碳酸酯。
12. 如权利要求11所述的液晶显示屏的制备方法，其特征在于，所述固定层的制 备方法包括以下步骤将有机材料溶于一溶剂中，配成一溶液；将上述的溶 液滴到涂覆有碳纳米管层的基体的表面，并放入一甩胶机中进行甩胶；以及 加热经甩胶处理后的基体，从而形成一固定层于碳纳米管层的表面。
13. 如权利要求1所述的液晶显示屏的制备方法，其特征在于，所述固定层的厚 度为10纳米 2孩i米。
14. 如权利要求1所迷的液晶显示屏的制备方法，其特征在于，所述设置一液晶 层于第一基板与第二基板之间的过程具体包括以下步骤将液晶材料滴到第 二基板的固定层的表面；覆盖第一基板的固定层于所述液晶层的表面。
15. 如权利要求14所述的液晶显示屏的制备方法，其特征在于，在将液晶层设置 于第一基板与第二基板之间的过程之前，进一步包括设置多个透明间隔物于 第二基板的表面的步骤，该步骤具体包括以下步骤将1 10微米的聚乙烯小 球超声分散在无水乙醇中；用滴管吸取少量上述溶液；以及滴在第二基板的 固定层的表面。
16. 如权利要求1所述的液晶显示屏的制备方法，其特征在于，在将液晶层设置于第 一基板与第二基板之间的过程之后，进一步包括使用密封胶密封第 一基 板和第二基板的周边的步骤。
全文摘要
本发明涉及一种液晶显示屏的制备方法，其包括以下步骤提供一基体；形成一碳纳米管层于上述基体的表面，该碳纳米管层中的碳纳米管沿同一方向排列；形成一固定层于所述碳纳米管层的表面，制得一第一基板；重复上述的制备步骤，制得一第二基板；设置一液晶层于所述第一基板与第二基板的固定层之间，且第一基板与第二基板的碳纳米管层中的碳纳米管的排列方向垂直，从而形成所述的液晶显示屏。
文档编号G02F1/1337GK101515091SQ20081006541
公开日2009年8月26日 申请日期2008年2月22日 优先权日2008年2月22日
发明者付伟琦, 亮 刘, 姜开利, 范守善 申请人:清华大学;鸿富锦精密工业(深圳)有限公司