專利名稱：激光誘導(dǎo)聚合物液晶取向膜制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光誘導(dǎo)聚合物液晶取向膜制備方法，是一種利用光干涉原理實(shí)現(xiàn)的非接觸式液晶取向膜制備技術(shù)，屬于液晶顯示技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
液晶顯示器是現(xiàn)代微電子產(chǎn)品中常見的部件，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，液晶顯示的應(yīng)用范圍也越來越廣。液晶顯示器的核心部分是一個(gè)液晶盒，經(jīng)過特殊處理、表面呈各向異性的聚合物薄膜通過分子之間的各向異性相互作用，使液晶分子按一定方式整齊排列。目前工業(yè)中采用較多的聚合物表面處理方式是打磨法，即用一塊包在滾筒上的打磨布(一般是用尼龍或聚酯制成)粗糙的表面與取向膜作單向摩擦，令取向膜的表層聚合物分子鏈沿同一方向取向，這樣膜的表面就產(chǎn)生了各向異性。此法工藝簡(jiǎn)單，但是也存在著一些缺點(diǎn)，比如打磨后的取向膜表面往往帶有靜電、灰塵和摩擦過程中掉下來的碎屑，打磨操作容易劃傷取向膜，導(dǎo)致成品率不高。盡管人們建造了無塵車間，優(yōu)選了打磨材料，改變了取向膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)，但是無法完全解決打磨作為一種接觸式的取向方法所帶來的這些缺陷。
接觸式取向膜制備方法的諸多局限和缺點(diǎn)刺激了人們積極開發(fā)非接觸式的取向膜制備方法，目前已有專利報(bào)道的有化學(xué)偶聯(lián)法、粒子束轟擊法、光束輻照法等?；瘜W(xué)偶聯(lián)法是用一些帶有能夠和基板發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的基團(tuán)的化合物涂布到基板表面，令其發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)固定在基板的表面，然后將未發(fā)生反應(yīng)的化合物用酮、醇、二醇一類的溶劑清洗掉，如此反復(fù)數(shù)次，在基板的表面形成密實(shí)的單分子層，這一單分子層是有序排列的，具有各向異性，可以對(duì)液晶取向。這種方法的缺點(diǎn)在于工藝十分復(fù)雜，失敗率較高。
粒子束轟擊法是用低能量的粒子束(原子或離子)成一定角度對(duì)聚合物進(jìn)行表面取向的方法。之所以不用高能粒子束的原因是因?yàn)楦吣芰Ｗ邮鴷?huì)使取向膜分子斷鍵，發(fā)生分解。這種粒子束取向的方法還可以和其他方法配合使用，例如先用紫外光照射后用粒子束轟擊等。US6124914即為一例。該方法需要有一套龐大的粒子束設(shè)備，設(shè)備投資巨大，限制了它在一般工裝條件下的應(yīng)用。而且，若要制備大面積的液晶顯示器，就要求該設(shè)備的真空室也相應(yīng)增大，工藝的靈活性不足。
光束輻照法是一類新型的液晶取向技術(shù)，一般是利用聚合物薄膜在光束照射下發(fā)生分解、聚合、異構(gòu)化等反應(yīng)實(shí)現(xiàn)薄膜表面的各向異性。如含有肉桂酸基團(tuán)的聚合物在紫外光的作用會(huì)發(fā)生開環(huán)二聚反應(yīng)，在這一過程中，分子鏈需要彼此靠近然后結(jié)合在一起，這樣就形成了取向結(jié)構(gòu)。US5389698就采用了含有諸如肉桂酸基的聚合物或其單體，但是含有肉桂酸基團(tuán)的碳鏈聚合物一般熱穩(wěn)定性很差，故而取向程度不高，且原料成本較高。US5998563通過將碳鏈聚合物改為硅鏈聚合物，大大提高了取向膜的熱穩(wěn)定性。該方法的不足之處在于由于聚合物結(jié)構(gòu)中含有硅元素，單體合成過程較為復(fù)雜，故而取向膜價(jià)格很高，經(jīng)濟(jì)性不好。
現(xiàn)有技術(shù)中的種種方法存在著諸如液晶取向程度不高、取向程度難以控制、要求特殊材料、生產(chǎn)成本高、無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)非接觸和分區(qū)取向等問題，因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)受到較大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的局限性，為開發(fā)高檔液晶顯示器提供一種新的非接觸式液晶取向膜制備技術(shù)——激光誘導(dǎo)聚合物液晶取向膜制備方法，盡量利用現(xiàn)有的設(shè)備、工藝和材料，實(shí)現(xiàn)分區(qū)取向控制，并避免打磨法因接觸而引起的靜電、灰塵和劃傷。
本發(fā)明利用偏振激光對(duì)聚酰亞胺薄膜進(jìn)行掃描，利用光干涉原理在聚合物表面產(chǎn)生微米/納米級(jí)的溝槽，使液晶分子取向，實(shí)現(xiàn)非接觸地制備液晶取向膜，克服打磨時(shí)由于接觸而帶來的種種問題。本發(fā)明對(duì)聚合物材料無特殊要求，現(xiàn)有技術(shù)中采用的聚合物材料如聚酰亞胺等均可使用。本發(fā)明可以利用現(xiàn)有打磨生產(chǎn)線中除打磨以外的上下游設(shè)備，只要將打磨處理一步利用激光誘導(dǎo)取代即可，因此不會(huì)造成太高的設(shè)備投入。
本發(fā)明先將聚合物以合適的方法在導(dǎo)電玻璃有導(dǎo)電層的一面上形成薄膜，形成薄膜的方法有很多例如旋轉(zhuǎn)涂膜法、流涎法、刮膜法等。然后，將涂有聚合物的導(dǎo)電玻璃板固定在移動(dòng)平臺(tái)上，隨著平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，光束在薄膜表面做步進(jìn)式線掃描。通過調(diào)節(jié)掃描的工藝參數(shù)，可以在聚合物的表面上形成不同周期和深度的均勻條紋狀起伏。將兩片同樣條件處理(或不一樣條件處理)的導(dǎo)電玻璃按照條紋相互垂直的方式面對(duì)面地疊放在一起，兩塊玻璃之間用墊片隔開，灌入液晶之后封好，這樣就將所得的聚合物取向膜組裝到了液晶盒之中。
激光工藝參數(shù)包括激光束的波長(zhǎng)、脈沖寬度、脈沖頻率、入射光束的入射角度、功率密度、以及平臺(tái)移動(dòng)方向和速率。激光波長(zhǎng)可選擇紫外區(qū)或可見區(qū)，根據(jù)聚合物材料的光吸收波長(zhǎng)選擇，激光脈沖寬度1～20ns，脈沖頻率為5～10Hz，入射角度可以從0°變化到60°，入射光束功率密度為5～100mJ/cm2，偏振方向?yàn)槊鎯?nèi)偏振，移動(dòng)速度為0.01～1mm/s。
激光誘導(dǎo)法可以在聚合物表面產(chǎn)生深度在1～150nm范圍內(nèi)的周期性微線條。在一定范圍內(nèi)，線條的深度隨著入射激光能量的增大而增大。
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明采用的液晶盒結(jié)構(gòu)示意圖。
液晶盒是構(gòu)成液晶顯示器的基本部件。如圖1所示，兩塊玻璃基板1的表面鍍有一層ITO導(dǎo)電層2，導(dǎo)電層2上涂有激光誘導(dǎo)聚合物液晶取向膜5，兩塊玻璃基板之間用墊片3隔開，四周用熱固性樹脂密封形成一個(gè)密閉的腔室4。液晶分子就填充在這個(gè)腔室4中，在取向膜5的界面作用下，液晶分子有規(guī)則地排列在腔室4內(nèi)。
液晶分子可以有許多種，甚至可以是幾種液晶分子的混合物。
圖2為本發(fā)明包括液晶盒電光性能測(cè)試在內(nèi)的工藝流程圖。
如圖2所示，本發(fā)明先在導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電層上形成聚合物薄膜，然后在計(jì)算機(jī)控制下對(duì)薄膜表面采用激光掃描，再將所得的聚合物取向膜組裝到液晶盒之中，測(cè)試制作的液晶盒的電光性能。
圖3為本發(fā)明采用的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖3所示，本發(fā)明采用的激光是偏振脈沖激光，從激光器1發(fā)出的激光一般要經(jīng)過變頻、起偏(2，3)處理，變換到適宜的偏振態(tài)(從NdYAG激光器中輸出的激光可以直接使用)，該束激光被反射鏡4反射到固定在一個(gè)傾斜平臺(tái)6上的聚合物薄膜5的表面，反射鏡的位置和角度是可以調(diào)節(jié)的，傾斜平臺(tái)6的角度也是可以變化的，以方便控制激光入射角。傾斜平臺(tái)6可以在移動(dòng)平臺(tái)7上做水平轉(zhuǎn)動(dòng)。移動(dòng)平臺(tái)7受到計(jì)算機(jī)8程序的控制，可以在X、Y方向上平穩(wěn)地移動(dòng)，移動(dòng)速度可以調(diào)節(jié)?？諝鈮嚎s機(jī)9將壓縮空氣輸入移動(dòng)平臺(tái)7，并從平臺(tái)下方的小孔中排出形成氣墊支持移動(dòng)平臺(tái)7。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例中組裝出的液晶盒的電光性能曲線圖。
從圖4中可以看出，啟動(dòng)電壓約為1.2V，最大透光率約為90％。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例中經(jīng)激光掃描過的取向膜表面用原子力顯微鏡描繪出的形貌圖。
從圖中可以看出，采用本發(fā)明方法制備的薄膜表面與打磨形成的表面相類似，但是更為規(guī)整。
本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，和現(xiàn)有打磨生產(chǎn)設(shè)備有很高的匹配度，對(duì)聚合物材料沒有特殊要求，可以使用現(xiàn)有打磨法常用的聚合物材料，如制備聚酰亞胺的二酐和二胺。本發(fā)明采用電腦控制激光束和樣品移動(dòng)平臺(tái)，方便地控制液晶的取向方向和取向程度，因此可以實(shí)現(xiàn)薄膜表面的微區(qū)取向。本發(fā)明作為一種非接觸液晶取向技術(shù)，避免了打磨法引起的取向膜表面產(chǎn)生靜電、灰塵和劃痕，可以非接觸地制備大面積的多疇取向膜，并適用于平面和非平面襯底，從而為制造具有高分辨率、寬視角的液晶顯示器創(chuàng)造了條件。本發(fā)明還可以用于非平面的液晶取向技術(shù)。
具體實(shí)施方法以下通過具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
將該基板放置于附圖2中所示的移動(dòng)平臺(tái)上，平臺(tái)移動(dòng)方向平行于激光偏振方向，調(diào)節(jié)激光(激光器型號(hào)為Continuum Surelite III)脈沖寬度為5ns，脈沖頻率為10Hz，入射角度為0°，入射光束功率密度為20mJ/cm2，偏振方向?yàn)槊鎯?nèi)偏振，X、Y移動(dòng)速度分別為0.5mm/s，0.001mm/s。
按附圖1中所示，將另一片覆有導(dǎo)電層的玻璃基板導(dǎo)電面朝下疊放于經(jīng)過掃描的基板之上，之間用墊片隔開一定距離，用環(huán)氧樹脂將三邊封住，加熱以便令環(huán)氧樹脂固化。將液晶從剩下一邊上的狹縫中注入液晶盒中，用環(huán)氧樹脂封實(shí)，加熱固化，這樣就將所得的聚合物取向膜組裝到了液晶盒之中。
測(cè)試制作的液晶盒的電光性能，所得曲線如附圖4所示。
權(quán)利要求
1.一種激光誘導(dǎo)聚合物液晶取向膜制備方法，其特征在于先在覆有導(dǎo)電層的玻璃基板上形成聚合物薄膜，然后將該基板放置于移動(dòng)平臺(tái)上，在計(jì)算機(jī)控制下對(duì)薄膜表面采用偏振脈沖激光掃描，調(diào)節(jié)激光脈沖寬度為1～20ns，脈沖頻率為5～10Hz，入射角度為0～60°，入射光束功率密度為5～100mJ/cm2，偏振方向?yàn)槊鎯?nèi)偏振，移動(dòng)速度為0.001～1mm/s。
2.一種含有激光誘導(dǎo)聚合物液晶取向膜的液晶盒，其特征在于兩塊玻璃基板(1)的表面鍍有一層ITO導(dǎo)電層(2)，導(dǎo)電層(2)上涂有激光誘導(dǎo)聚合物液晶取向膜(5)，兩塊玻璃基板之間用墊片(3)隔開，四周用熱固性樹脂密封形成一個(gè)密閉的腔室(4)，液晶分子有規(guī)則地排列在腔室(4)內(nèi)。
全文摘要
一種激光誘導(dǎo)聚合物液晶取向膜制備方法,先在覆有導(dǎo)電層的玻璃基板上形成聚合物薄膜,然后將該基板放置于移動(dòng)平臺(tái)上,在計(jì)算機(jī)控制下對(duì)薄膜表面采用偏振脈沖激光掃描,調(diào)節(jié)激光脈沖寬度、頻率、入射角度和功率密度等,制得激光誘導(dǎo)聚合物液晶取向膜。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單,容易實(shí)現(xiàn),作為一種非接觸液晶取向技術(shù),避免在取向膜表面產(chǎn)生靜電、灰塵和劃痕,可以制備大面積的多疇取向膜,對(duì)于平面和非平面襯底均適用,從而為制造具有高分辨率、寬視角的液晶顯示器創(chuàng)造了條件。
文檔編號(hào)G02B1/10GK1335518SQ0112656
公開日2002年2月13日 申請(qǐng)日期2001年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月28日
發(fā)明者路慶華, 陸學(xué)民, 朱承翔, 印杰, 王宗光, 朱子康 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)