一種pdlc顯示模塊的製作方法
2023-10-18 05:56:14
一種pdlc顯示模塊的製作方法
【專利摘要】一種PDLC顯示模塊，包括上下兩層透明導電膜，以及夾在該兩層透明導電膜之間的PDLC層，所述透明導電膜包括減反結構和襯底，所述減反結構包括介質層-抗氧化金屬層-金屬導電層-抗氧化金屬層-介質層，所述抗氧化金屬層為鋅或鈦，其中所述兩層透明導電膜中的襯底面對面設置，所述兩層透明導電膜中的減反結構則朝外設置，形成背靠背的結構。該PDLC所使用的透明導電膜在總體厚度遠遠小於現有的ITO膜的情況下，實現優異的光學性能和電學性能，並且可以實現大規模、大面積生產。同時由於減反部分是「背對背」的結構，可以直接在透明導電膜的外側施加電壓，PDLC外側布線工藝的複雜性會大大減少。
【專利說明】—種PDLC顯示模塊
【技術領域】
[0001]本發明PDLC顯示領域，特別是一種具有高透光性能透明導電膜的roLC顯示模塊。【背景技術】
[0002]聚合物分散液晶(Polymerdispersed liquid crystal, PDLC)是一種通過調控電壓控制透過率的智能調光薄膜。roLC是將小分子液晶(LC)分散於透明的聚合物基體中，聚合物為液晶微滴提供穩定的網絡結構，小分子液晶形成微米或納米尺寸的液晶微粒。沒有施加電壓時，液晶分子是無序排列的，入射光照射進來以後在液晶分子與高分子基體的界面上多次折射與反射，顯示出白色的散射態。當施加電壓時，液晶分子會沿著電場的方向排列，從而入射光進來以後不會發生反射和折射而直接透射出來。與傳統的液晶器件相比，PDLC的優勢在於不需要偏振片和取向層，製備工藝簡單，易於製成大面積柔性顯示器，目前在各種隱私保護的商業空間裝飾、辦公室、酒店裝潢、投影展示、3D投影等領域有著廣泛的應用。
[0003]當前市場上有很多關於roLC產品的專利，例如京東方科技集團股份有限公司(申請號:201310198447.x)最近公開了一種TOLC液晶面板的製備方法以解決現有TOLC液晶面板亮度不均的問題。它主要將液晶分子、光引發劑和預聚物混合均勻得到液晶混合物；將得到的液晶混合物注入到液晶空盒中形成液晶盒；利用強弱均勻交替的光線照射液晶盒，在液晶盒內的液晶混合物發生聚合反應後得到roLC液晶面板。北京三五九投資有限公司(申請號:201310002541.3)設計的TOLC柔性顯示模板，它採用光刻、刻蝕工藝形成透明導電柵條、之後用塗布工藝、光固化、噴繪油墨層的方法製備。為了解決液晶分子從電場方向回復到上電前狀態慢的問題，京東方科技集團股份有限公司(申請號:201210378891.5)在某個透明導電膜層上設計了 2組電極，很好地解決回復慢的問題。京東方科技集團股份有限公司(申請號:201120449388.5 )還設計出一種雙面I3DLC顯示裝置，共有兩個I3DLC層，可實現單面或雙面顯示，具有體積小、重量輕且厚度小，能夠符合電子產品輕、薄、短、小的趨勢。
[0004]一種常見的I3DLC結構如圖1所示，它的主要結構是附著在基材10上的透明導電膜20 「面對面」排列，在透明導電膜20中間有一層聚合物分散液晶30。透明導電膜20邊緣有引線導出。器件在工作時，在透明導電膜兩側加電壓，電場將產生在TOLC層中，液晶分子會沿著電場的方向排列，從而入射光進來以後不會發生反射和折射而直接透射出來。關閉電源，液晶分子排布趨向無序，對光的散射作用加強。因此，通過改變電壓可以有效地控制TOLC器件的透過率。然而由於上下兩層透明導電膜20本身的透光性能不是很好，使得PDLC的光線利用率不高。一種提高透明導電膜的減反性的主要方法是再加一層減反膜來降低界面對光的反射作用，增加界面對光的透過。通過理論計算分析出，對波長為λ的光，要實現減反射，減反膜的折射率n= Oi1Ii2) °_5，其中Ii1和η2分別是空氣和基材的折射率，減反膜的最小光學厚度為λ/4 (其中λ為光的波長)。單層膜只對某一特定波長的光波減反，為使在更大波長範圍內實現減反，人們通常利用多層膜來實現。本公司的技術人員通過理論設計，發現規整膜系的多層減反膜的厚度需要達到248nm才能有較好的減反效果。較大的厚度會造成成本的提高和價格上的劣勢。上海交通大學的一個課題組提出了電介質層/金屬層/電介質層三層結構，厚度在IOOnm以下，同時具有較好的導電性可見光透過率性，然而，由於金屬層很容易被氧化，導致使用壽命不高，在實際生產和使用中還存在很大問題(專利申請號:03116461.7)。另外，使用傳統的ITO作為透明導電膜的主要材料，靶材貴重，鍍膜前需要對柔性基材表面進行硬化處理和塗覆折射率匹配層等，鍍膜後需要進行晶化處理，導致了生產成本的大幅度增加。
[0005]因此，對於目前roLC的產品上的不足，主要歸結於以下幾個因素:1.在製備ITO膜時需要進行退火處理和基材的表面硬化處理，導致了生產成本過高；2.1TO不具有減反效應，如果按規整膜系設計減反膜，則厚度會超過兩百多納米，同樣提高了生產成本和原料的消耗；3.透明導電ITO薄膜的方塊電阻值高達100-150Ω/ □，導致器件的驅動電壓大，反應緩慢；4.目前的roLC產品由於ITO層是「面對面」結構，需要有專門的引線將內側的ITO透明導電薄膜引出，使得布線較為複雜。
[0006]因此亟需發展出一種新型透明導電膜來取代ITO薄膜用於TOLC中，一方面它需要具有較高的減反性和較低的電阻率，另一方面需要節省成本，使用方便。
【發明內容】
[0007]有鑑於此，本發明的目的在於提供一種roLC顯示模塊，該roLC顯示模塊使用一種特殊的透明導電膜，該透明導電膜不僅具備高透光、低電阻的優勢，同時能夠以「背對背」的方式，將導電部分設置在roLC顯示模塊的外側，方便電路的布局。
[0008]根據本發明的目的提出的一種roLC顯示模塊，包括上下兩層透明導電膜，以及夾在該兩層透明導電膜之間的roLC層，所述透明導電膜包括減反結構和襯底，所述減反結構包括介質層-抗氧化金屬層-金屬導電層-抗氧化金屬層-介質層，所述抗氧化金屬層為鋅或鈦，其中所述兩層透明導電膜中的襯底面對面設置，所述兩層透明導電膜中的減反結構則朝外設置，形成背靠背的結構。
[0009]優選的，所述兩層介質層的總光學厚度為I個光學單位，且該兩層介質層的光學厚度以中間的導電金屬層為鏡像對稱。
[0010]優選的，所述金屬導電層的厚度小於10nm，抗氧化金屬層的厚度在Ι-lOnm之間，且該兩層抗氧化金屬層以中間的導電金屬層為鏡像對稱。
[0011]優選的，所述兩層介質層的折射率分別大於2。
[0012]優選的，所述導電金屬層為金或銀。
[0013]優選的，所述減反結構的方塊電阻小於10Ω / 口。
[0014]優選的，所述介質層的材質為TiOx、NbOx, ZrOx, ZnOx, CeOx, TaOx, ZnSe或ZnS中的一種。
[0015]優選的，所述襯底為柔性透明材質。
[0016]與現有技術相比，本發明具有如下的技術優勢:
[0017]1、該TOLC顯示模塊所使用的減反結構，其總厚度僅在幾十個納米範圍，比傳統的規整膜系降低了一個數量級，製備出來的減反膜在可見光範圍內的單面反射率低於
2.0-3.0%，具有90%以上的高透射率。
[0018]2、通過加入了抗氧化金屬層，對傳統的三明治結構透明導電膜加以優化，一方面降低了減反膜的方塊電阻，僅在10 Ω / □以下，具有優秀的導電性能，另一方面對防止導電金屬層氧化，提高使用壽命起到重要的作用。
[0019]3、本發明所使用的透明導電膜製作起來簡單快捷，並可大面積生產，不僅降低了生產成本，而且為工業化應用提供了可能。。
[0020]4、由於透明導電膜的減反結構本身具有優異的附著性能，可以使用「背對背」結構代替現有的ITO膜的「面對面」結構，使得roLC顯示模塊可直接在外側進行供電，簡化了布線等生產工藝，使用起來也更方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1為一種常見的I3DLC結構。
[0023]圖2是本發明實施方式中的五層U型減反射結構的示意圖。
[0024]圖3為中間金屬層的厚度從6-10nm變化的光學減反膜的反射曲線族。
[0025]圖4為該透明導電膜的總體結構示意圖。
[0026]圖5是本發明的減反膜與現有的ITO膜的反射率的比較圖。
[0027]圖6是本發明的TOLC 「背對背」結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028]正如【背景技術】中所述，現有的TOLC顯示模塊，受限於ITO薄膜本身的劣勢，具有如下的問題:1.在製備ITO膜時需要進行退火處理和基材的表面硬化處理，導致了生產成本過高；2.1TO不具有減反效應，如果按規整膜系設計減反膜，則厚度會超過兩百多納米，同樣增加了生產成本和原料的消耗；3.透明導電ITO薄膜的電阻值高達100-150Ω/ □，導致器件的驅動電壓大，反應緩慢；4.目前的TOLC產品都是「面對面」結構，需要有專門的引線將內側的ITO導電膜引出，使得布線較為複雜。
[0029]目前的高透低電阻多層膜結構一般為金屬氧化物/導電層/金屬氧化物這種所謂的三明治結構，就如專利申請號為03116461.7的專利中所體現的，然而，這種結構主要有兩點劣勢，第一，導電層首先不能太厚，否則會對透過性產生不好的影響，然而，太薄的金屬導電層(如IOnm以下)很容易形成島狀結構而非連續薄膜，這將導致金屬導電層的導電性能下降；第二，導電層一般選用金屬Ag，金屬氧化物中的氧原子和外界環境中的氧原子容易將Ag層所氧化，降低Ag層的導電性。為了解決這些問題，我們選用一層與氧較容易發生反應的抗氧化金屬層，將該抗氧化金屬層引入到三明治結構中，一方面可以填充Ag層中島狀結構附近的空隙，得到較高的導電性，另一方面，金屬氧化物中的氧原子與該抗氧化金屬層反應，形成緻密的氧化膜，對最內層的金屬導電層起到極佳的保護作用。而所形成的金屬鍵也為提高金屬氧化物與抗氧化金屬層的附著力起到重要的作用。我們選用Zn和Ti這兩種金屬作為抗氧化金屬層，這是由於Zn和Ti的較為活潑，很容易氧化生成緻密的氧化膜，而氧化膜的性能非常穩定，化學性能也很穩定，可以有效地保護最內層的導電金屬層。[0030]因此，在傳統的介質層/金屬層/介質層三明治結構的基礎上，本發明提出了一種新型減反結構的透明導電膜及使用該透明導電膜的roLC顯示模塊，該減反結構包括介質層-抗氧化金屬層-金屬導電層-抗氧化金屬層-介質層五層結構，且總厚度只有幾十個納米，與現有的多層減反膜相比，膜層的數量減少，厚度也大大減少，因此降低了單次膜的鍍膜時間，為大面積、大規模生產提供了可行性。由於加入了抗氧化金屬層，極大地提高了減反射膜的導電性和抗氧化性，提高了減反射膜的使用壽命。同時由於本發明的透明導電膜沒有ITO膜那樣容易受到環境影響，因此可以安裝在外面，即採用「背對背」結構。這樣做的好處是，在使用過程中，直接可以用接有正負極的夾子夾在兩側，避免了 roLC器件在製備過程中布線的複雜程度，簡化了製備工藝。
[0031]下面將通過具體的結構對上述現象做詳細介紹。
[0032]如圖2所示，該減反結構包括位於上下外側的兩層介質層111和115、位於中間的導電金屬層113和分別夾在導電金屬層與兩層介質層之間的兩層抗氧化金屬層112和114。其中導電金屬層113的厚度小於10nm，其材料考慮到電學性能，優選為金或銀。抗氧化金屬層112和114 一方面可以「抓住」介質層111和115中的氧離子，使介質層呈欠氧狀態，進而形成所謂的隧穿效應提高導電性，一方面可以防止導電金屬層被外界及氧化物介質層的氧化而失效，同時在導電金屬層因厚度過小出現間隙時進行填充，從而增加導電性能。它的厚度在1-1Onm之間，優選為鋅或鈦。考慮到介質膜的厚度對光線減反效果的影響，我們取兩層介質膜111和115的總光學厚度為I個光學單位。在本發明中，為了有效降低五層結構的總體厚度，我們取折射率超過2的高折射率介質材料作為該兩層介質層111和115的材料。比如TiOx、NbOx, ZrOx, ZnOx, CeOx, TaOx, ZnSe, ZnS等。這樣一來，在滿足兩層介質層的總光學厚度為λ/4 (即一個光學單位)的情況下，每層介質層的物理厚度可以儘可能的低。以TiO2為例，其折射率η=2.32，當入射光的波長為550nm時，根據光學厚度的計算公式nd= λ/4可知(其中η為介質層的折射率，d為介質層的物理厚度，λ/4為一個光學單位)，單層介質層的厚度約為27nm，此時該減反結構的總體厚度可以控制在70nm左右，遠遠低於現有的其他減反膜的厚度。需要指出的是，對於兩層介質層111、115和兩層抗氧化金屬層112、114，可以分別選用相同的材料，也可以是不同的材料，但是兩層介質層的光學厚度，和兩層抗氧化金屬層的物理厚度都以中間的導電金屬層為鏡像對稱。
[0033]請再參見圖3，如圖3所示，圖3為中間導電金屬層的厚度從6-10nm變化的光學減反膜的反射曲線族，其中曲線I表示中間金屬層的厚度為6nm，曲線2表示中間金屬層的厚度為7nm,曲線3表不中間金屬層的厚度為8nm,曲線4表不中間金屬層的厚度為9nm,曲線5表示中間金屬層的厚度為10nm。從圖中可以看出，絕大多數情況下，本發明的減反結構在整個可見光波段都呈現較低的反射特性。其中當金屬層的厚度在6nm時，表現出W型反射率曲線，效果最好。
[0034]基於上述減反結構，本發明提出了一種可應用在TOLC的透明導電膜。請參見圖4，圖4是該透明導電膜的總體結構示意圖。如圖所示，該透明導電膜包括襯底2和附著在該襯底2 —側的減反結構I。該襯底2最好為柔性透明材料，具體可以為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等，選擇柔性基材，通過卷對卷磁控濺射的方法，可以大規模生產出具有優異光電性能的減反射膜，可以將之應用於TOLC中取代傳統的ITO透明導電膜，具有極大的發展潛力。[0035]請參見圖5，圖5是本發明的透明導電膜和現有的的ITO薄膜的反射率比較圖。其中曲線I為現有的ITO膜的反射率，曲線2為本發明的透明導電膜(PET/NbOx/Ti/Ag/Ti/NbOx/Air)的反射率，其五層減反結構的總物理厚度為65nm左右。從圖中可以看出在400-700nm可見光波段，不同波長內本發明的減反膜反射率大部分在2_3%以下，反射曲線是W型，具有優秀的減反射效果。
[0036]下表為改變不同抗氧化金屬層的厚度，所設計的五層減反結構的反射率、方塊電阻、水煮半小時以後的方塊電阻以及的水煮半小時以後的附著力實驗結果。其中表一為金屬Zn,表二為金屬Ti。可以看出，在兩種抗氧化金屬層的厚度為1-1Onm之間，反射率一直在4%以下，具有優秀的減反射性能，同時具有較低的方塊電阻，均在10 Ω / □以下，水煮半小時的耐候性測試也表明方塊電阻沒有發生太大變化，附著力良好，具有很好的耐候性。難能可貴的是，相比於市場上的增透膜產品，膜繫結構簡單，厚度非常薄(僅在一個光學厚度左右)，具有很大的產業化優勢。
[0037]表一.不同抗氧化金屬層厚度的減反結構的光電性能及耐候性測試結構(Zn)
[0038]
【權利要求】
1.一種roLC顯示模塊，其特徵在於:包括上下兩層透明導電膜，以及夾在該兩層透明導電膜之間的roLC層，所述透明導電膜包括減反結構和襯底，所述減反結構包括介質層-抗氧化金屬層-金屬導電層-抗氧化金屬層-介質層，所述抗氧化金屬層為鋅或鈦，其中所述兩層透明導電膜中的襯底面對面設置，所述兩層透明導電膜中的減反結構則朝外設置，形成背靠背的結構。
2.如權利要求1所述的TOLC顯示模塊，其特徵在於:所述兩層介質層的總光學厚度為I個光學單位，且該兩層介質層的光學厚度以中間的導電金屬層為鏡像對稱。
3.如權利要求1所述的roLC顯示模塊，其特徵在於:所述金屬導電層的厚度小於10nm，抗氧化金屬層的厚度在1-1Onm之間，且該兩層抗氧化金屬層以中間的導電金屬層為鏡像對稱。
4.如權利要求1所述的roLC顯示模塊，其特徵在於:所述兩層介質層的折射率分別大於2。
5.如權利要求1所述的roLC顯示模塊，其特徵在於:所述導電金屬層為金或銀。
6.如權利要求1所述的roLC顯示模塊，其特徵在於:所述減反結構的方塊電阻小於10 Ω / 口。
7.如權利要求1所述的roLC顯示模塊，其特徵在於:所述介質層的材質為TiOx、NbOx、ZrOx、ZnOx、CeOx、TaOx、ZnSe 或 ZnS 中的一種。
8.如權利要求1所述的roLC顯示模塊，其特徵在於:所述襯底為柔性透明材質。
【文檔編號】G02F1/133GK103744220SQ201410042063
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月28日 優先權日:2014年1月28日
【發明者】於甄, 胡坤, 劉玉婷 申請人:張家港康得新光電材料有限公司