自驅(qū)動壓電液晶顯示器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種自驅(qū)動壓電液晶顯示器及其制備方法。該自驅(qū)動壓電液晶顯示器包括：相對的底基板和頂基板，兩者的四周通過封裝膠密封，從而在其內(nèi)部形成工作空間；透明底電極，制備于底基板的上表面；圖案化的透明頂電極陣列，制備于頂基板的下表面，包含陣列排布的多個透明頂電極；納米棒/納米柱陣列，位于工作空間內(nèi)，包括多個納米棒/納米柱，其中每一個納米棒/納米柱的下端與透明底電極接觸，上端與透明頂電極陣列中相應(yīng)的透明頂電極接觸；以及液晶材料，填充于工作空間內(nèi)。本發(fā)明利用具有壓電效應(yīng)的納米材料，能夠通過觸摸或形變實現(xiàn)自驅(qū)動功能，從而達到顯示效果，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】自驅(qū)動壓電液晶顯示器及其制備方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及液晶顯示器及納米【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種自驅(qū)動壓電液晶顯示器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在各種平板顯示器中，液晶顯示器由于具有壽命長、驅(qū)動電源低、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用與生產(chǎn)生活中的各種光電顯示器件中。通常液晶顯示器的基本結(jié)構(gòu)是兩透明電極間夾一層液晶分子，然后由外部電源通過一定電路給顯示器供電。然而，這種液晶顯示器如果沒有外部電源功能，自身不能實現(xiàn)顯示功能。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0003](一)要解決的技術(shù)問題
[0004]鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種自驅(qū)動壓電液晶顯示器及其制備方法，以實現(xiàn)在無外部電源情況下的顯示功能。
[0005]( 二 )技術(shù)方案
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種自驅(qū)動壓電液晶顯示器。該自驅(qū)動壓電液晶顯示器包括:相對的底基板和頂基板，兩者的四周通過封裝膠密封，從而在其內(nèi)部形成工作空間；透明底電極，制備于底基板的上表面；圖案化的透明頂電極陣列，制備于頂基板的下表面，包含陣列排布的多個透明頂電極；納米棒/納米柱陣列，位于工作空間內(nèi)，包括多個納米棒/納米柱，其中該多個納米棒/納米柱中的每一個的下端與透明底電極接觸，上端與透明頂電極陣列中相應(yīng)的透明頂電極接觸；以及液晶材料，填充于工作空間內(nèi)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種用于制備上述自驅(qū)動壓電液晶顯示器的方法。該方法包括:步驟A，在頂基板上形成圖案化的透明頂電極陣列；步驟B，在底基板上制備透明底電極；步驟C，在底基板的透明底電極上制備具有壓電效應(yīng)的納米棒/納米柱陣列；步驟E，將底基板和頂基板的電極面相對，利用封裝膠一同封裝成盒，兩者之間形成工作空間；以及步驟F，向工作空間內(nèi)灌注液晶材料，從而制備出自驅(qū)動壓電液晶顯示器。
[0008](三)有益效果
[0009]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明自驅(qū)動壓電液晶顯示器及其制備方法具有以下有益效果:
[0010](I)利用納米材料的壓電特性產(chǎn)生的壓電電場實現(xiàn)器件自供能驅(qū)動液晶顯示，不需要外部單獨提供電能，因而能夠極大地節(jié)約能源消耗；
[0011](2)不需要外部復(fù)雜線路連接，減小器件的體積，因而結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，壽命長久，進一步拓展器件應(yīng)用領(lǐng)域；
[0012](3)頂基板和底基板可以采用柔性材料制備，從而實現(xiàn)自驅(qū)動壓電液晶顯示器的柔性顯示；
[0013](4)對單根納米線的按壓變形就能夠產(chǎn)生電場，使液晶分子取向發(fā)生改變，實現(xiàn)顯示效果。單根納米線的直徑在I~1000nm之間，例如，如果每個頂基板面積為lOOOnm，這每平方厘米的像素點為IO8個，從而實現(xiàn)器件高分辨率顯示及其顯示圖像隨意控制，同時實現(xiàn)對接觸部位的高分辨尋址探測顯示。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實施例自驅(qū)動壓電液晶顯示器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為圖1所示自驅(qū)動壓電液晶顯示器工作原理的示意圖；
[0016]圖3為制備圖1所示自驅(qū)動壓電液晶顯示器方法的流程圖。
[0017]【本發(fā)明主要元件符號說明】 [0018]10-頂基板；20-透明頂電極；
[0019]30-間隔柱；40-納米棒/納米柱；
[0020]50-液晶分子；60-底電極；
[0021]70-底基板。
【具體實施方式】
[0022]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。此外，以下實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明。
[0023]本發(fā)明通過對液晶顯示器中置入具有壓電效應(yīng)的納米材料，利用觸摸液晶顯示器產(chǎn)生的壓電效應(yīng)，實現(xiàn)對器件的自供能或自驅(qū)動。
[0024]在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提供了一種自驅(qū)動壓電液晶顯示器。如圖1所示，該自驅(qū)動壓電液晶顯示器包括:頂基板10、透明頂電極陣列、間隔柱陣列、納米棒/納米柱陣列、液晶分子50、透明底電極60和底基板70。
[0025]以下分別對本實施例自驅(qū)動壓電液晶顯示器的各個組成部分進行詳細描述。
[0026]頂基板10和底基板70相對設(shè)置，兩者的四周通過封裝膠密封，從而形成工作空間。由于頂基板20和底基板70采用柔性PET(聚對苯二甲酸類塑料，Polyethyleneterephthalate)等透明柔性材料制備，從而實現(xiàn)自驅(qū)動壓電液晶顯示器的柔性顯示。在不要求柔性顯示的情況下，該底基板70和頂基板20還可以用透明玻璃等硬質(zhì)材料制作。
[0027]透明底電極60可以通過常規(guī)的薄膜沉積手段一體化制備于底基板70上表面的連續(xù)底電極，也可以為圖案化的底電極陣列。圖案化的透明頂電極陣列制備于頂基板10的下表面，包括陣列排布的多個圖案化透明頂電極20，其可以通過掩模法利用真空蒸、或磁控濺射、或電子束蒸發(fā)等方法制備的。
[0028]透明底電極60和透明頂電極20的材料可以選自ITO (氧化銦錫)，F(xiàn)TO (摻氟ΙΤ0)，AZO (摻鋁氧化鋅)或金屬，其厚度介于80~200nm之間。并且，透明底電極60和透明頂電極陣列20的垂直距離介于ΙΟμπι~1000 μ m之間。[0029]間隔柱陣列包含多個位于圖案化透明頂電極和其下方透明底電極之間的間隔柱30，用于支撐頂基板和底基板。該間隔柱30的尺寸為微米量級，一般情況下介于5μπι?500 μ m，其材料為透明的耐腐蝕抗氧化高硬度的材料。由于間隔柱體積較小，微米尺寸，因此也可以選用非透明的材料。
[0030]請參照圖1，納米棒/納米柱陣列，位于頂基板10和底基板70之間所形成的工作空間內(nèi)，包括陣列排布的多個納米棒/納米柱40，該多個納米棒/納米柱中的每一個的下端與透明底電極60接觸，上端與透明頂電極陣列中相應(yīng)的透明頂電極20接觸。該些納米棒/納米柱40的材料為具有壓電效應(yīng)的I1-VI或II1-V半導(dǎo)體材料，如氧化鋅、硫化鋅、硫化鎘或氮化鎵等，其方向沿著納米材料的c軸(即棒或線的軸向方向)，即垂直于所述透明底電極的方向，分布。納米棒/納米柱陣列在工作空間內(nèi)的填充密度介于IO4?109/cm2之間。
[0031]需要說明的是，間隔柱高度略高于納米棒或納米柱，高出的高度介于Ιμπι?100 μ m之間。此外，間隔柱陣列并不是本發(fā)明所必須的，在納米棒、納米柱陣列可以提供足夠支撐力的情況下，該間隔柱陣列也可以省略，或者由其他具有相同功能的部件替代。
[0032]液晶材料50填充于工作空間內(nèi)，上下電極之間、間隔柱和納米棒周圍空隙中。該液晶材料為各種近晶相、向列相和膽留相液晶分子。
[0033]以下介紹本實施例自驅(qū)動壓電液晶顯示器的工作原理:請參照圖2，液晶材料在無外電場條件下是不透光的(或者透明的)，當(dāng)對該器件上部柔性某一處電極給予一個外力按壓時，其對應(yīng)電極下面的納米材料發(fā)生形變，在納米材料兩端產(chǎn)生電動勢，從而使頂電極和底電極間形成靜電場。在此靜電場作用下，相應(yīng)位置的液晶分子取向發(fā)生改變，成為透光的，從而實現(xiàn)按壓部分的不透光部分經(jīng)過按壓顯示圖形。
[0034]本發(fā)明還提供了一種上述自驅(qū)動壓電液晶顯示器的制備方法。圖3為制備圖1所示自驅(qū)動壓電液晶顯示器方法的流程圖。請參照圖3，該方法包括以下步驟:
[0035]步驟A，在透明玻璃或PET材料上通過掩模法或刻蝕法形成具有一定圖案的透明ITO(或ΑΖ0)導(dǎo)電薄膜，制備圖案化的透明頂電極陣列；
[0036]步驟B，在另一透明玻璃或PET材料上形成導(dǎo)電薄膜，制備透明底電極；
[0037]步驟C，利用水熱法或氣相沉積法在底基板的透明底電極上制備具有一定密度分布且具有壓電效應(yīng)的納米棒/納米柱陣列；
[0038]步驟D，在制備納米棒/納米柱陣列后的底電極板的透明底電極上，通過干噴法或濕噴法制備間隔柱，其中，該間隔柱高度略高于納米棒或納米柱，高出的高度介于Iym?100 μ m之間，視透明底電極和圖案化透明頂電極之間的垂直距離的絕對值而定；
[0039]步驟E，將底基板和頂基板的電極面相對，利用封裝膠一同封裝成盒，兩者之間形成工作空間；以及
[0040]步驟F，向工作空間內(nèi)灌注液晶材料，從而制備出自驅(qū)動壓電液晶顯示器。
[0041]其中，掩模法、刻蝕法、水熱法、氣相沉積法干噴法和濕噴法均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的方法，其中的某些參數(shù)采用慣用的參數(shù)即可，在本實施例中沒有特別的要求，此處也就不一一列舉。
[0042]至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對本實施例進行了詳細描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對本發(fā)明自驅(qū)動壓電液晶顯示器有了清楚的認識。[0043]此外，上述對各元件的定義并不僅限于實施方式中提到的各種具體結(jié)構(gòu)或形狀，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可對其進行簡單地熟知地替換。
[0044]綜上所述，本發(fā)明自驅(qū)動壓電液晶顯示器能夠通過觸摸或形變實現(xiàn)自驅(qū)動功能，從而達到顯示效果，具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，節(jié)約能源等諸多優(yōu)點，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0045]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種自驅(qū)動壓電液晶顯示器，其特征在于，包括: 相對的底基板和頂基板，兩者的四周通過封裝膠密封，從而在其內(nèi)部形成工作空間； 透明底電極，制備于所述底基板的上表面； 圖案化的透明頂電極陣列，制備于所述頂基板的下表面，包含陣列排布的多個透明頂電極； 納米棒/納米柱陣列，位于所述工作空間內(nèi)，包括多個納米棒/納米柱，其中該多個納米棒/納米柱中的每一個的下端與透明底電極接觸，上端與透明頂電極陣列中相應(yīng)的透明頂電極接觸；以及 液晶材料，填充于所述工作空間內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)動壓電液晶顯示器，其特征在于，所述納米棒/納米柱在所述工作空間內(nèi)的填充密度介于IO4~107cm2之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)動壓電液晶顯示器，其特征在于，所述納米棒/納米柱是沿垂直于所述透明底電極的方向生長的納米棒或納米柱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)動壓電液晶顯示器，其特征在于，所述納米線/納米柱陣列的材料為具有壓電效應(yīng)的I1-VI或II1-V半導(dǎo)體材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自驅(qū)動壓電液晶顯示器，其特征在于，所述具有壓電效應(yīng)的I1-VI或II1-V半導(dǎo)體材料選自于:氧化鋅、硫化鋅、硫化鎘或氮化鎵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)動壓電液晶顯示器，其特征在于，還包括: 支撐頂基板和底基板的間隔柱陣列，位于所述工作空間內(nèi)，包含多個位于所述底基板和頂基板之間的間隔柱，該間隔柱的聞度略聞于所述納米棒/納米柱的聞度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自驅(qū)動壓電液晶顯示器，其特征在于，所述間隔柱的材料選自于陶瓷或石英。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的自驅(qū)動壓電液晶顯示器，其特征在于，所述透明底電極和相應(yīng)透明頂電極之間的垂直距離介于10μ--~1000 μ m之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自驅(qū)動壓電液晶顯示器，其特征在于: 所述透明底電極為連續(xù)底電極或圖案化的透明底電極陣列； 所述透明底電極和透明頂電極的材料選自ITO，F(xiàn)TO, AZO或金屬，其厚度介于80nm~200nm之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的自驅(qū)動壓電液晶顯示器，其特征在于，所述底基板和頂基板的材料選自于:透明玻璃或透明柔性材料；所述液晶材料為各種近晶相、向列相和膽留相液晶分子。
11.一種用于制備權(quán)利要求1至10中任一項所述自驅(qū)動壓電液晶顯示器的方法，其特征在于，包括: 步驟A，在頂基板上形成圖案化的透明頂電極陣列； 步驟B，在底基板上制備透明底電極； 步驟C，在所述底基板的所述透明底電極上制備具有壓電效應(yīng)的納米棒/納米柱陣列； 步驟E，將所述底基板和所述頂基板的電極面相對，利用封裝膠一同封裝成盒，兩者之間形成工作空間；以及 步驟F，向所述工作空間內(nèi)灌注液晶材料，從而制備出所述自驅(qū)動壓電液晶顯示器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在所述步驟C和步驟E之間還包括: 步驟D，在所述底基板的所述透明底電極上制備間隔柱，其中，該間隔柱高度略高于納米棒或納米柱。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述步驟D中利用干噴法或濕噴法在所述底基板上的所述透明底電極上制備所述間隔柱。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項所述的方法，其特征在于，所述步驟A中利用掩模法或刻蝕法在所述頂基板上形成所述圖案化的透明頂電極陣列。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項所述的方法，其特征在于，所述步驟C中利用水熱法或氣相沉積法在所述底基板的 所述透明底電極上制備所述納米棒/納米柱陣列。
【文檔編號】G02F1/133GK103645577SQ201310681343
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】韓昌報, 張弛, 王中林 申請人:國家納米科學(xué)中心