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的延伸方向相互垂直，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SiOx膜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" , R 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；形成平行 且间隔设置的多个碳纳米管带状结构于上述基体的表面，该碳纳米管带状结 构中的碳纳米管沿该碳纳米管带状结构的延伸方向排列；形成 一 固定层于所 述基体表面并覆盖多个碳纳米管带状结构，制得一第一基板；重复上述的制 备步骤，进一步制得一第二基板；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带状结构中的碳纳米管的 排列方向相互垂直，vt人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匀的微小间隙，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，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。


图1是现有技术的液晶显示屏的立体结构示意图。
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的液晶显示屏的立体结构示意图。
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。
步骤二形成多个平行且间隔设置的第一碳纳米管带状结构324a于上述 第一基体322的表面，该第一碳纳米管带状结构324a中的碳纳米管沿该第一 碳纳米管带状结构324a的延伸方向排列。
首先，提供一碳纳米管阵列。
本实施例中，优选地，所述^灰纳米管阵列为一超顺排^暖纳米管阵列，该 超顺排碳纳米管阵列的制备方法采用化学气相沉积法，其具体步骤包括提 供一平整基底，该基底可选用P型或N型硅基底，或选用形成有氧化层的硅 基底，本实施例优选为采用4英寸的硅基底；在基底表面均匀形成一催化剂 层，该催化剂层材料可选用铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或其任意组合的合 金之一；将上述形成有催化剂层的基底在700 900。C的空气中退火约30分钟 90分钟；将处理过的基底置于反应炉中，在保护气体环境下加热到500-740 °C，然后通入碳源气体反应约5~30分钟，生长得到超顺排碳纳米管阵列， 其高度为200 400微米。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。通过上述控制生长条件，该超顺 排碳纳米管阵列中基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。该碳纳米管阵列中的碳纳米管彼此通过范德华力紧密接触形成阵列。
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、双壁碳納
米管阵列或多壁碳纳米管阵列。
本实施例中碳源气可选用乙炔、乙烯、曱烷等化学性质较活泼的碳氢化
合物，本实施例优选的碳源气为乙炔；保护气体为氮气或惰性气体，本实施 例优选的保护气体为氩气。
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，对该碳纳米管阵列进行等间隔切割。
对该碳纳米管阵列进行等间隔切割后，形成多个等间隔排列的带状碳纳 米管子阵列。该等间隔排列的碳纳米管子阵列的间隔为10微米 200微米。
上述切割碳纳米管阵列的方法为激光束扫描切割或电子束扫描切割。切 割的过程可以在大气环境或其它含氧的环境下进行。本实施例中，优选地， 采用激光束扫描切割碳纳米管阵列，所用的激光束的宽度为10微米 200微 米，激光束的功率为10~50瓦，扫描速度为10~1000毫米/分钟。
再次，采用 一拉伸工具从该碳纳米管阵列中拉取获得多个第 一碳纳米管 带状结构324a。
采用 一拉伸工具从碳纳米管阵列中拉取获得多个第 一碳纳米管带状结 构324a。其具体包括以下步骤(a)从上述多个碳纳米管子阵列中分别选定 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 带接触碳纳米管子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且平行于切割方向拉伸该多个 碳纳米管片断或束，以形成多个连续的第一碳纳米管带状结构324a。
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，从而形成多个连续 的第一碳纳米管带状结构324a。该第一碳纳米管带状结构324a中碳纳米管 的排列方向基本平行于第 一碳纳米管带状结构324a的拉伸方向。
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；该单壁石友纳米管的直径为0.5纳米 50纳米，该双壁碳纳米管的直径为1.0纳米 50纳米，该多壁碳纳米管的直径为1.5纳 米~50纳米。
最后，沿同 一方向平行铺设和/或重叠铺设所述多个第 一碳纳米管带状 结构324a于所述基体322的表面。
将上述多个第一碳纳米管带状结构324a沿同一方向平行且间隔铺设于 所述基体322的表面。上述多个第一碳纳米管带状结构324a也可重叠铺设， 只需确保该多个第一碳纳米管带状结构324a中的碳纳米管沿同一方向排列 即可。多个第一碳纳米管带状结构324a的间距为10微米 250微米。进一步 地，还包括形成一粘结剂层(未标示)于所述第一基体322的表面的步骤，所 述多个第一碳纳米管带状结构324a铺设于所述粘结剂层的表面。在第一碳 纳米管带状结构324a中，该第一碳纳米管带状结构324a包括多个碳纳米管
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，多个第一碳纳米管带状结构324a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4于配向。
另外，还可进一步地使用有机溶剂对所述铺设于粘结剂层表面的多个第 一碳纳米管带状结构324a进行处理。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 釆用乙醇。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多个第 一碳纳米管带状结构324a的表面，并浸润多个第一碳纳米管带状结构324a。 也可将上述形成有多个第一碳纳米管带状结构324a的第一基体322整个浸 入盛有有机溶剂的容器中浸润。所述多个第一碳纳米管带状结构324a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，经过处理后的多个第一碳纳 米管带状结构324a的表面体积比小，无粘性，且具有良好的机械强度及韧 性。
步骤三覆盖一第一固定层324b于所述多个第一碳纳米管带状结构 324a的表面。
其中，所述第一固定层324b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(SiNJ、氢 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 覆盖于所述多个第一碳纳米管带状结构324a的表面，从而形成一第一固定 层324b，其厚度为10纳米(nm) 2微米(/mi)。
此外，所述第一固定层324b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)、聚甲基丙烯酸曱酯(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7丁内酯Cy-butyrolactone),所述有机 溶液为浓度为5%的PI溶液。
其次，通过旋涂法将上述的溶液涂覆于所述多个第一碳纳米管带状结构 324a的表面。
进一步地，包括一加热的步骤，以除去涂覆于多个第一碳纳米管带状结 构324a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 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。
将一第 一 固定层324b覆盖于所述多个第一碳纳米管带状结构324a的表 面后，形成一设置于第一基体322的第一配向层324。该第一基体322以及 形成于该第一基体322上的第一配向层324构成第一基板330。可以理解， 第一碳纳米管带状结构324a中多个碳纳米管、碳纳米管束之间具有多个平 行的间隙，相应地，形成了第 一 固定层324b表面的多个平行的第 一沟槽328, 该第一沟槽328可对液晶分子进行配向。
步骤四重复上述的制备步骤，制得一第二基板310。
具体地，重复上述的步骤一至步骤三，从而形成了设置有多个第二碳纳 米管带状结构304a、第二固定层304b的第二基体302,作为第二基板310。 将一第二固定层304b覆盖于所述多个第二碳纳米管带状结构304a的表面后，形成一设置于第二基体302的第二配向层304。该第二基体302以及形 成于该第二基体302上的第二配向层304构成第二基板310。可以理解，第 二碳纳米管带状结构304a中多个碳纳米管、碳纳米管束之间具有多个平行 的间隙，相应地，形成了第二配向层304表面的多个平行的第二沟槽308, 该第二沟槽308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， 且第一碳纳米管带状结构324a与第二碳纳米管带状结构304a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304b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304b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324b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的延伸方向垂直。具体地，第一配向层324中的第一沟槽328 沿X轴方向延伸，且多个第一沟槽328平行排列；第二配向层304中的第二 沟槽308沿Z轴方向延伸，且多个第二沟槽308平行排列，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706B型号碌u化硅橡胶。将该密封 胶涂敷于相对设置的第一基板330与第二基板310的边缘，放置一天即可凝 固。
可以理解，在对第一基板330与第二基板310进行密封前，还需要从第 一基板330与第二基板310的每一个碳纳米管带状结构引出一电极引线(图 中未显示)，通过该电极引线可以对液晶显示屏300进行通电。
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) d、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304b的表面。待乙醇挥发后，剩余的PE小球将起到间隔物的作用。
由于将固定层覆盖于所述多个碳纳米管带状结构的表面，故配向层与液 晶材料接触时或与外界长时间接触时不易脱离。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。
可以理解，为了使液晶显示屏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)。
本实施例制备的液晶显示屏300中，第一碳纳米管带状结构324a中的 碳纳米管沿X轴方向延伸，第二碳纳米管带状结构304a中的碳纳米管沿Z 轴方向延伸。从而所述第一碳纳米管带状结构324a中的碳纳米管的延伸方 向与所述第二碳纳米管带状结构304a中的碳纳米管的延伸方向垂直，故， 第一碳纳米管带状结构324a和第二碳纳米管带状结构304a在空间相互交叠 的区域组成一个像素点。每一像素点之间的液晶分子能在第一配向层324和 第二配向层304之间的交叠区域内进行配向。由于第一配向层324和第二配 向层304分别包括多个碳纳米管带状结构，从而在第一配向层324和第二配 向层304之间可形成多个像素点。
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 于作配向层的多个碳纳米管带状结构本身具有很多均匀的微小间隙，从而使 得形成于多个碳纳米管带状结构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多 个碳纳米管带状结构的表面，该固定层能较好地将多个碳纳米管带状结构固 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。其三，从碳 纳米管阵列中同时拉出多个碳纳米管带状结构，且将该多个碳纳米管带状结 构分别设置于基体表面制备多像素液晶显示屏，制备工艺简单，易于实现。
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；形成平行且间隔设置的多个碳纳米管带状结构于上述基体的表面，该碳纳米管带状结构中的碳纳米管沿该碳纳米管带状结构的延伸方向排列；形成一固定层于所述基体表面并覆盖多个碳纳米管带状结构，制得一第一基板；重复上述的制备步骤，进一步制得一第二基板；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带状结构中的碳纳米管的排列方向相互垂直，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，所述形成平行且提供一碳纳米管阵列；对该碳纳米管阵列进行等间隔切割；采用一拉伸工具 从该碳纳米管阵列中沿基本垂直于碳纳米管阵列生长方向且平行于切割方向 拉取获得多个碳纳米管带状结构；沿同一方向平行铺设或重叠铺设所述多个 碳纳米管带状结构于所述基体的表面。
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，所述对该碳纳米 管阵列进行等间隔切割的间距为10微米 200微米。
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，所述对碳纳米管 阵列进行等间隔切割的方法包括激光束扫描或电子束扫描。
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，所述激光束的宽 度为10微米 200孩i米，功率为10~50瓦，扫描的速度为10-1000毫米/分钟。
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，所述形成平行且 间隔设置的多个碳纳米管带状结构于上述基体的表面的步骤中，多个碳纳米 管带状结构的间距为10微米 250微米。
7. 如权利要求1所述的液晶显示屏的制备方法，其特征在于，所述形成平行且 间隔设置的多个碳纳米管带状结构于上述基体的表面之前，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。
8. 如权利要求7所述的液晶显示屏的制备方法，其特征在于，对所述基体进行 清洗后，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。
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，所述形成平行且 间隔设置的多个碳纳米管带状结构于上述基体的表面的步骤之后，进一步包 括采用有机溶剂处理所述多个碳纳米管带状结构的步骤。
10. 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、钛酸锌或钛酸铟。
11. 如权利要求IO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。
12. 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。
13. 如权利要求12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。
14. 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微米。
15. 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。
16. 如权利要求15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滴在第二基板的固定层的表面。
17.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
一种液晶显示屏的制备方法，其包括以下步骤提供一基体；形成平行且间隔设置的多个碳纳米管带状结构于上述基体的表面，该碳纳米管带状结构中的碳纳米管沿该碳纳米管带状结构的延伸方向排列；形成一固定层于所述基体表面并覆盖多个碳纳米管带状结构，制得一第一基板；重复上述的制备步骤，进一步制得一第二基板；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带状结构中的碳纳米管的排列方向相互垂直，从而形成所述的液晶显示屏。
文档编号G02F1/1337GK101566753SQ20081006677
公开日2009年10月28日 申请日期2008年4月23日 优先权日2008年4月23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