專利名稱：利用摻雜向列相液晶材料實現(xiàn)降低液晶器件開啟電壓的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種通過半導體納米粒子摻雜的方法獲得向列相液晶材料的應用，具體是將ZnO納米粒子摻雜向列相液晶材料組成均勻穩(wěn)定的液晶混合物，并利用該液晶混合物制備出液晶顯示器件，達到降低液晶器件開啟電壓的方法。
背景技術：
目前，液晶材料和液晶顯示器件已經(jīng)獲得廣泛應用，而隨著人們生活水平的提高，小型化和可移動化成為液晶顯示器的發(fā)展方向，為了能使顯示器的使用時間更長，一方面需要提高的電池的容量，而重要的另一方面，必須尋求液晶顯示器件的功耗不斷降低，只有如此，液晶顯示技術才能充分占領移動顯示器的市場。本專利正是針對于如何采用摻雜半導體納米粒子的方法降低液晶顯示器件的功耗。 納米粒子摻雜技術是比較簡便的非化學合成的改善液晶材料特性的方法，到本專利申請之前，已經(jīng)有碳納米管[1，2]、鐵電性納米粒子[3-5]、金屬納米粒子[6]、金屬氧化物納米粒子和半導體納米粒子，以上五類納米粒子在向列相液晶中進行摻雜，均能不同程度的材料電導率、改善器件對比度、開啟電壓、響應時間等特性的一項或幾項。碳納米管的摻雜起源于C60材料，盡管摻雜C60的液晶材料能夠獲得較高的對比度，但由于C60很難與液晶材料形成均勻穩(wěn)定的混合液晶材料，所以沒有得到廣泛應用。而碳納米管的管狀形狀有助于其在沿著液晶分子排布的方向中排列，摻雜有碳納米管的E7液晶材料能夠有效降低液晶器件的開啟電壓。摻雜入液晶的金屬納米粒子主要包括Pd、Ag等一種或幾種納米粒子的混合材料，在摻雜體系中液晶分子和金屬納米粒子形成包裹結構，利用摻雜的液晶材料制作的器件具有基于頻率調制的快速響應特性，并能降低液晶器件的開啟電壓。金屬納米粒子的摻雜主要由日本S. Kobayashi課題組發(fā)表。金屬氧化物納米粒子(MgO)也由S. Kobayashi所報道,經(jīng)過MgO納米粒子摻雜的液晶器件具有比未摻雜液晶器件更低的開啟電壓和更高的響應速度，同時降低了液晶器件的工作溫度范圍。半導體納米粒子摻雜向列相液晶的研究由許軍課題組報道，摻雜CdS納米粒子能夠降低5CB液晶器件的開啟電壓達25%，同時也降低了經(jīng)摻雜液晶的相變溫度，液晶材料的介電各向異性和秩序度也隨著摻雜的濃度以及所摻雜納米粒子的尺寸不同而獲得不同程度的變化。但考慮到CdS納米粒子的毒性，所以繼續(xù)開發(fā)出無毒安全的液晶摻雜用納米粒子。[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. Sanoj A. Baba.

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于通過ZnO納米粒子摻雜并用于液晶顯示器的液 晶器件，改善器件的電光特性。本發(fā)明所要解決的技術問題釆用以下技術方案來實現(xiàn)利用摻雜向列相液晶材料實現(xiàn)降低液晶器件開啟電壓的方法，首先完成ZnO納米粒子的合成；I、將0. 0012g 二水合醋酸鋅溶解于50mL DMSO (二甲基亞砜)中，超聲分散20-30分鐘，經(jīng)過50°C油??；2、將I. 5mL超純水分散于48. 5mL DMSO中，配比為3%，與步驟I中的溶液等體積混合，反應時間為30分鐘；3、之后ZnO納米粒子通過離心的方式，在3500rpm，經(jīng)過20分鐘后從溶液中分離；4、經(jīng)過分離的ZnO納米粒子使用丙酮和超純水洗滌，并分散在超純水中。ZnO納米粒子的包裹I、將分散有ZnO納米粒子的超純水轉移到反應容器中，加入IOmL表面活性劑，超聲分散30分鐘；2、在75°C油浴中加入甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和反應引發(fā)劑混合溶液；3、反應8小時后結束，并通過12000rpm，30分鐘離心方式后，將包裹好的ZnO納米粒子從溶液中分離出來。在上述合成和包裹以上ZnO納米粒子中，所述反應參數(shù)僅為一個實施例，調整反應參數(shù)可以獲得不同尺寸的ZnO納米粒子。其次完成ZnO納米粒子摻雜向列相液晶；I、將ZnO納米粒子分散在正己烷中，根據(jù)摻雜濃度0. 01wt%-lwt%將對應質量的5CB液晶滴入正己烷溶液(例如0. 0022g 二水合醋酸鋅可制備約0. 8ImgZnO納米粒子，摻雜濃度為0. lwt%時需加入0. 809g5CB液晶)；2、通過旋轉蒸發(fā)(80rpm,80°C)和真空干燥(104Pa, 80°C )的方法將納米粒子分散在5CB之中。所述納米粒子的尺寸和摻雜濃度將影響液晶材料和器件的性能，其尺寸范圍為3nm-30nm、其中優(yōu)選范圍為5-15nm ;摻雜濃度為0. 01wt%-lwt%，其中優(yōu)選范圍為
0.lwt%-0. 2wt%0最后將上述方法中摻雜有ZnO納米粒子的向列相液晶材料進行制備液晶顯示器的液晶器件，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間各包裹有導電層、取向層，所述取向層之間為間隔球。
所述制備出的液晶器件，通過控制納米粒子的尺寸和摻雜濃度，實現(xiàn)降低液晶器件的開啟電壓幅度。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明能夠降低向列相液晶器件的開啟電壓，開啟電壓的降低幅度與所摻雜的ZnO納米粒子尺寸和摻雜濃度正相關。


圖I為本發(fā)明20nmZn0納米粒子以0. lwt%和0. 2wt%濃度摻雜5CB液晶盒和純5CB液晶盒的透過率-電壓曲線。圖2為本發(fā)明摻雜ZnO納米粒子向列相液晶材料的制備流程示意圖。圖3為通過圖2Zn0納米粒子向列相液晶材料制備的液 晶器件的結構示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示和實施例，進一步闡述本發(fā)明。如圖I所示為20nmZn0納米粒子以0. lwt%和0. 2wt%濃度摻雜5CB液晶盒和純5CB液晶盒的透過率-電壓曲線。其中純5CB液晶盒開啟電壓為I. 12V，摻雜濃度為0. lwt%的液晶盒開啟電壓為I. 00V，摻雜濃度為0. lwt%的液晶盒開啟電壓為0. 86V，分別降低了
10.71%和23. 21%。實現(xiàn)了降低液晶器件的開啟電壓幅度。如圖2所示，利用半導體納米粒子摻雜向列相液晶材料降低液晶器件開啟電壓，通過以下方法實現(xiàn)，首先完成合成ZnO納米粒子I、分別將0. 0012g和0. 0006g 二水合醋酸鋅(分別對應制備20nm和IOnm的納米粒子)溶解于50mL DMSO (二甲基亞砜)中，超聲分散20-30分鐘，經(jīng)過50°C油?。?、將I. 5mL超純水分散于48. 5mL DMSO中，配比為3%，與步驟I中的溶液等體積混合，反應時間為30分鐘；3、之后ZnO納米粒子通過離心的方式，在3500rpm，經(jīng)過20分鐘后從溶液中分離；4、經(jīng)過分離的ZnO納米粒子使用丙酮和超純水洗滌，并分散在超純水中。包裹ZnO納米粒子I、將分散有ZnO納米粒子的超純水轉移到反應容器中，加入IOmL表面活性劑，超聲分散30分鐘；2、在75°C油浴中加入甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和反應引發(fā)劑混合溶液；3、反應8小時后結束，并通過12000rpm，30分鐘離心方式后，將包裹好的ZnO納米粒子從溶液中分離出來。其次完成ZnO納米粒子摻雜向列相液晶I、將ZnO納米粒子分散在正己烷中，根據(jù)摻雜濃度0. lwt%和0. 2wt%將對應質量的5CB液晶滴入正己烷溶液(例如0. 0012g 二水合醋酸鋅可制備約0. 44mgZnO納米粒子，摻雜濃度為0. ^^%時需加入0. 443g5CB液晶)。并別制備IOnm 0. lwt%、10nm 0. 2wt%、20nm
0.lwt%、20nm 0. 2wt% 四個實例。2、通過旋轉蒸發(fā)(80rpm,80°C)和真空干燥(104Pa, 80°C )的方法將納米粒子分散在5CB之中。最后制備液晶器件，液晶器件結構如圖2所示，取向層采用平行取向的聚酰亞胺制備，以0. Imm的深度和5mm/s的進給速率用絨布進行摩擦取向，第一、第二基板之間取向方向相互正交。液晶盒厚為5 u m,灌入摻雜了 ZnO納米粒子的向列相5CB液晶。這樣通過控制納米粒子的尺寸和摻雜濃度，實現(xiàn)降低液晶器件的開啟電壓幅度以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.利用摻雜向列相液晶材料實現(xiàn)降低液晶器件開啟電壓的方法，其特征在于首先完成ZnO納米粒子的合成， a、分別將0.0012g和0. 0006g 二水合醋酸鋅溶解于50mL DMSO中，超聲分散20-30分鐘，經(jīng)過50°C油??； b、將I.5mL超純水分散于48. 5mL DMSO中，配比為3%，與步驟a中的溶液等體積混合，反應時間為30分鐘； C、之后ZnO納米粒子通過離心的方式，在3500rpm，經(jīng)過20分鐘后從溶液中分離； d、經(jīng)過分離的ZnO納米粒子使用丙酮和超純水洗滌，并分散在超純水中； 包裹ZnO納米粒子 a、將分散有ZnO納米粒子的超純水轉移到反應容器中，加入IOmL表面活性劑，超聲分散30分鐘； b、在75°C油浴中加入甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和反應引發(fā)劑混合溶液； C、反應8小時后結束，并通過12000rpm，30分鐘離心方式后,將包裹好的ZnO納米粒子從溶液中分離出來； 其次完成ZnO納米粒子摻雜向列相液晶； a、將ZnO納米粒子分散在正己烷中，根據(jù)摻雜濃度0.1被％和0. 2wt%將對應質量的5CB液晶滴入正己烷溶液； b、通過旋轉蒸發(fā)80rpm，80°C和真空干燥104Pa，80°C方法將納米粒子分散在5CB之中； 最后將上述方法中慘雜有ZnO納米粒子的向列相液晶材料進行制備液晶顯不器的液晶器件實現(xiàn)降低液晶器件的開啟電壓。
2.根據(jù)權利要求I所述方法，其特征在于所述合成和包裹以上ZnO納米粒子中，反應參數(shù)僅為一個實施例，調整反應參數(shù)可以獲得不同尺寸的ZnO納米粒子。
3.根據(jù)權利要求2所述方法，其特征在于所述納米粒子的尺寸和摻雜濃度將影響液晶材料和器件的性能，其尺寸范圍為3nm-30nm、摻雜濃度為0. 01wt%-lwt%。
4.根據(jù)權利要求3所述方法，其特征在于所述納米粒子的尺寸優(yōu)選范圍為5-15nm。
5.根據(jù)權利要求3所述方法，其特征在于所述納米粒子摻雜濃度優(yōu)選范圍為0. lwt%-0. 2wt%0
6.根據(jù)權利要求3所述利用摻雜向列相液晶材料實現(xiàn)降低液晶器件開啟電壓的方法，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間各包裹有導電層、取向層，所述取向層之間為間隔球。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用摻雜向列相液晶材料實現(xiàn)降低液晶器件開啟電壓的方法，通過半導體納米粒子摻雜的方法獲得向列相液晶材料，并制備液晶顯示器的液晶器件來實現(xiàn)。具體是將ZnO納米粒子摻雜向列相液晶材料組成均勻穩(wěn)定的液晶混合物，并利用該液晶混合物制備出的液晶顯示器件。有益效果是采用ZnO納米粒子摻雜的液晶材料的液晶器件，其開啟電壓能夠有效降低。
文檔編號G02F1/1333GK102722047SQ20121019755
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權日2012年6月15日
發(fā)明者張?zhí)煲? 許軍 申請人:中能柔性光電(滁州)有限公司