专利名称：通过ZnO纳米粒子掺杂并用于液晶显示器的液晶器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过半导体纳米粒子掺杂的方法获得向列相液晶材料的应用，具体是将ZnO纳米粒子掺杂向列相液晶材料组成均匀稳定的液晶混合物，并利用该液晶混合物制备出的的液晶显示器件。
背景技术：
目前，液晶材料和液晶显示器件已经获得广泛应用，而随着人们生活水平的提高，小型化和可移动化成为液晶显示器的发展方向，为了能使显示器的使用时间更长，一方面需要提高的电池的容量，而重要的另一方面，必须寻求液晶显示器件的功耗不断降低，只有 如此，液晶显示技术才能充分占领移动显示器的市场。本专利正是针对于如何采用掺杂半导体纳米粒子的方法降低液晶显示器件的功耗。纳米粒子掺杂技术是比较简便的非化学合成的改善液晶材料特性的方法，到本专利申请之前，已经有碳纳米管[1，2]、铁电性纳米粒子[3-5]、金属纳米粒子[6]、金属氧化物纳米粒子和半导体纳米粒子，以上五类纳米粒子在向列相液晶中进行掺杂，均能不同程度的材料电导率、改善器件对比度、开启电压、响应时间等特性的一项或几项。碳纳米管的掺杂起源于C60材料，尽管掺杂C60的液晶材料能够获得较高的对比度，但由于C60很难与液晶材料形成均匀稳定的混合液晶材料，所以没有得到广泛应用。而碳纳米管的管状形状有助于其在沿着液晶分子排布的方向中排列，掺杂有碳纳米管的E7液晶材料能够有效降低液晶器件的开启电压。掺杂入液晶的金属纳米粒子主要包括Pd、Ag等一种或几种纳米粒子的混合材料，在掺杂体系中液晶分子和金属纳米粒子形成包裹结构，利用掺杂的液晶材料制作的器件具有基于频率调制的快速响应特性，并能降低液晶器件的开启电压。金属纳米粒子的掺杂主要由日本S. Kobayashi课题组发表。金属氧化物纳米粒子(MgO)也由S. Kobayashi所报道,经过MgO纳米粒子掺杂的液晶器件具有比未掺杂液晶器件更低的开启电压和更高的响应速度，同时降低了液晶器件的工作温度范围。半导体纳米粒子掺杂向列相液晶的研究由许军课题组报道，掺杂CdS纳米粒子能够降低5CB液晶器件的开启电压达25%，同时也降低了经掺杂液晶的相变温度，液晶材料的介电各向异性和秩序度也随着掺杂的浓度以及所掺杂纳米粒子的尺寸不同而获得不同程度的变化。但考虑到CdS纳米粒子的毒性，所以继续开发出无毒安全的液晶掺杂用纳米粒子。[I] I. Dierking, G. Scalia, and P. Morales, “Liquid crystal-carbonnanotube dispersions，，，J. AppI. Phys.，2005，97: 044309.[2] W. Lee, C. Y. Wang, and Y. C. Shihj “Effects of carbon nanosolidson the electro-optical properties of a twisted nematic liquid-crystal host，，，AppI. Phys. Lett. , 2004, 85:513.[3] US20040156008，Y. Reznikov, A. Glushchenko，V. Reshetnyak, J. West
[4] US20070200093, J. West, C. Cheon, A. Glushchenko, Y. Reznikov, F.Li.[5] W003060598, Y. Reznikov, A. Glushchenko, V. Reshetnyak, J. West[6] US20050079296, S. Kobayashi, N. Toshima, J. Thisayukta, Y.Shiraishi, S. Sano, A. Baba.
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于通过ZnO纳米粒子掺杂并用于液晶显示器的液晶器件，改善器件的电光特性。本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。首先完成ZnO纳米粒子的合成I、将0. 0012g 二水合醋酸锌溶解于50mL DMSO (二甲基亚砜)中，超声分散20-30分钟，经过50°C油浴；2、将I. 5mL超纯水分散于48. 5mL DMSO中，配比为3%，与步骤I中的溶液等体积混合，反应时间为30分钟；3、之后ZnO纳米粒子通过离心的方式，在3500rpm，经过20分钟后从溶液中分离；4、经过分离的ZnO纳米粒子使用丙酮和超纯水洗涤，并分散在超纯水中。ZnO纳米粒子的包裹I、将分散有ZnO纳米粒子的超纯水转移到反应容器中，加入IOmL表面活性剂，超声分散30分钟；2、在75°C油浴中加入甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和反应引发剂混合溶液；3、反应8小时后结束，并通过12000rpm，30分钟离心方式后，将包裹好的ZnO纳米粒子从溶液中分离出来。在上述合成和包裹以上ZnO纳米粒子中，所述反应参数仅为一个实施例，调整反 应参数可以获得不同尺寸的ZnO纳米粒子。其次完成ZnO纳米粒子掺杂向列相液晶；I、将ZnO纳米粒子分散在正己烷中，根据掺杂浓度0. 01wt%-lwt%将对应质量的5CB液晶滴入正己烷溶液(例如0. 0022g 二水合醋酸锌可制备约0. 8ImgZnO纳米粒子，掺杂浓度为0. lwt%时需加入0. 809g5CB液晶)；2、通过旋转蒸发(80rpm,80°C)和真空干燥(104Pa, 80°C )的方法将纳米粒子分散在5CB之中。所述纳米粒子的尺寸和掺杂浓度将影响液晶材料和器件的性能，其尺寸范围为3nm-30nm、其中优选范围为5-15nm ;掺杂浓度为0. 01wt%-lwt%，其中优选范围为
0.lwt%-0. 2wt%0最后将上述方法中掺杂有ZnO纳米粒子的向列相液晶材料进行制备液晶显示器的液晶器件，其特征在于，所述液晶器件包括第一基板和第二基板，在所述的第一基板和第二基板之间各包裹有导电层、取向层，所述取向层之间为间隔球。本发明的有益效果是采用ZnO纳米粒子掺杂的液晶材料的液晶器件，其开启电压能够有效降低，并降低上升沿相应时间。
图I为本发明掺杂ZnO纳米粒子向列相液晶材料的制备流程示意图。图2为通过图IZnO纳米粒子向列相液晶材料制备的液晶器件的结构示意图。图3采用纳米粒子掺杂液晶材料制备的四个液晶器件的实例和纯5CB液晶盒的透过率-电压曲线。图4为四个实例的上升沿相应时间与纯5CB液晶盒的比较。图5为四个实例的下降沿相应时间与纯5CB液晶盒的比较。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示和实施例，进一步阐述本发明。 通过ZnO纳米粒子掺杂并用于液晶显示器的液晶器件，首先完成合成ZnO纳米粒子I、分别将0. 0012g和0. 0006g 二水合醋酸锌(分别对应制备20nm和IOnm的纳米粒子)溶解于50mL DMSO (二甲基亚砜)中，超声分散20-30分钟，经过50°C油浴；2、将I. 5mL超纯水分散于48. 5mL DMSO中，配比为3%，与步骤I中的溶液等体积混合，反应时间为30分钟；3、之后ZnO纳米粒子通过离心的方式，在3500rpm，经过20分钟后从溶液中分离；4、经过分离的ZnO纳米粒子使用丙酮和超纯水洗涤，并分散在超纯水中。包裹ZnO纳米粒子I、将分散有ZnO纳米粒子的超纯水转移到反应容器中，加入IOmL表面活性剂，超声分散30分钟；2、在75°C油浴中加入甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和反应引发剂混合溶液；3、反应8小时后结束，并通过12000rpm，30分钟离心方式后，将包裹好的ZnO纳米粒子从溶液中分离出来。其次完成ZnO纳米粒子掺杂向列相液晶I、将ZnO纳米粒子分散在正己烷中，根据掺杂浓度0. lwt%和0. 2wt%将对应质量的5CB液晶滴入正己烷溶液(例如0. 0012g 二水合醋酸锌可制备约0. 44mgZnO纳米粒子，掺杂浓度为 0. lwt% 时需加入 0. 443g5CB 液晶)。并别制备 IOnm 0. lwt%、10nm 0. 2wt%、20nm
0.lwt%、20nm 0. 2wt% 四个实例。2、通过旋转蒸发(80rpm,80°C)和真空干燥(104Pa, 80°C )的方法将纳米粒子分散在5CB之中。最后制备液晶器件，液晶器件结构如图2所示，取向层采用平行取向的聚酰亚胺制备，以0. Imm的深度和5mm/s的进给速率用绒布进行摩擦取向，第一、第二基板之间取向方向相互正交。液晶盒厚为5 u m,灌入掺杂了 ZnO纳米粒子的向列相5CB液晶。图3为采用纳米粒子掺杂液晶材料制备的四个液晶器件的实例和纯5CB液晶盒的透过率-电压曲线。其中纯5CB液晶盒开启电压为I. 12V，掺杂IOnm 0. lwt%的液晶盒为
1.06V、10nm 0. 2wt% 为 I. 01V、20nm 0. lwt% 为 I. 00V、20nm 0. 2wt% 为 0. 86V,分别降低了5. 36%, 9. 82%、10. 71% 和 23. 21%。图4、图5为四个实例的上升沿、下降沿响应时间与纯5CB液晶盒的比较。在液晶器件能够完全开启的3V电压驱动时，ZnO:5CB液晶器件的上升沿响应时间均小于纯5CB液晶器件，而下降沿响应时间在各个电压下略高于纯5CB液晶器件。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.通过ZnO纳米粒子掺杂并用于液晶显示器的液晶器件，其特征在于首先完成合成ZnO纳米粒子 a、分别将0.0012g和0. 0006g ニ水合醋酸锌溶解于50mL DMSO中，超声分散20-30分钟，经过50°C油浴； b、将I.5mL超纯水分散于48. 5mL DMSO中，配比为3%，与步骤a中的溶液等体积混合，反应时间为30分钟； C、之后ZnO纳米粒子通过离心的方式，在3500rpm，经过20分钟后从溶液中分离； d、经过分离的ZnO纳米粒子使用丙酮和超纯水洗涤，井分散在超纯水中； 包裹ZnO纳米粒子 a、将分散有ZnO纳米粒子的超纯水转移到反应容器中，加入IOmL表面活性剂，超声分散30分钟； b、在75°C油浴中加入甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和反应引发剂混合溶液； C、反应8小时后结束，并通过12000rpm，30分钟离心方式后，将包裹好的ZnO纳米粒子从溶液中分离出来； 其次完成ZnO纳米粒子掺杂向列相液晶； a、将ZnO纳米粒子分散在正己烷中，根据掺杂浓度0.lwt%和0. 2被％将对应质量的5CB液晶滴入正己烷溶液； b、通过旋转蒸发80rpm，80°C和真空干燥104Pa，80°C方法将纳米粒子分散在5CB之中； 最后将上述方法中惨杂有ZnO纳米粒子的向列相液晶材料进行制备液晶显不器的液晶器件。
2.根据权利要求I所述通过ZnO纳米粒子掺杂并用于液晶显示器的液晶器件，其特征在于所述合成和包裹以上ZnO纳米粒子中，反应參数仅为ー个实施例,调整反应參数可以获得不同尺寸的ZnO纳米粒子。
3.根据权利要求2所述通过ZnO纳米粒子掺杂并用于液晶显示器的液晶器件，其特征在于所述纳米粒子的尺寸和掺杂浓度将影响液晶材料和器件的性能，其尺寸范围为3nm_30nm、惨杂浓度为 0. 01wt%_lwt%。
4.根据权利要求3所述通过ZnO纳米粒子掺杂并用于液晶显示器的液晶器件，其特征在于所述纳米粒子的尺寸优选范围为5-15nm。
5.根据权利要求3所述通过ZnO纳米粒子掺杂并用于液晶显示器的液晶器件，其特征在于所述纳米粒子掺杂浓度优选范围为0. lwt%-0. 2wt%。
6.根据权利要求3所述通过ZnO纳米粒子掺杂并用于液晶显示器的液晶器件，其特征在于所述液晶器件包括第一基板和第二基板，在所述的第一基板和第二基板之间各包裹有导电层、取向层，所述取向层之间为间隔球。
全文摘要
本发明涉及一种通过半导体纳米粒子掺杂的方法获得向列相液晶材料，并制备液晶显示器的液晶器件，具体是将ZnO纳米粒子掺杂向列相液晶材料组成均匀稳定的液晶混合物，并利用该液晶混合物制备出的液晶显示器件。有益效果是采用ZnO纳米粒子掺杂的液晶材料的液晶器件，其开启电压能够有效降低，并降低上升沿响应时间。
文档编号C09K19/58GK102732267SQ20121019745
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月15日 优先权日2012年6月15日
发明者张天翼, 许军 申请人:中能柔性光电(滁州)有限公司