專利名稱：通過由施主板轉移而在受主板上制備各向異性晶體薄膜的方法、施主板及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于制備多用途裝置的領域，所述裝置利用各向異性薄膜偏光器、延時器(retarder)等。這種裝置的實例有液晶顯示器、各種顯示器及顯示元件。本發(fā)明還可用于制備汽車業(yè)、建筑業(yè)及應用領域的材料和產(chǎn)品。除此之外，本發(fā)明可用于獲得傳導率、磁性能、熱傳導及其它物理性能各向異性的涂層。
特別地，本發(fā)明屬于將各向異性薄膜或其一部分從施主板(donorplate)轉移到受主板(receptor plate)的技術，而受主板又可以是設備結構中的一個元件，本發(fā)明還屬于制備用于上述轉移的施主板的技術。
背景技術：
已知有光學各向異性的晶體薄膜，它們由有機染料經(jīng)特殊制備過程制得，因此具有高度各向異性及耐熱和耐光性特征[Gvon等，US5739296]。上述薄膜已廣泛用作極化涂層(polarzing coating)，例如用于制備液晶顯示器[Khan等，US 6399166]。制備上述薄膜的技術較簡單；但需要特殊的設備，并嚴格滿足制備條件，以獲得薄膜參數(shù)的再現(xiàn)性。光學、顯示或其它設備等主要是已預制好零件的組件，在制備這些設備時，有時難以結合生產(chǎn)薄膜和基于薄膜的零件的其它制備方法。當需要制備復雜外形或小型形狀特征的各向異性涂層時，會出現(xiàn)額外難題。通常在這種情況下，首先用已知方法形成連續(xù)各向異性涂層，然后除去該涂層的某些部分。例如，已知有一種用透明膠帶除去部分涂層的方法。透明膠帶粘附在膜上需使涂層脫落的部位，剝除膠帶后余留在基底上的涂層就具有了所需的外形。[Bobrov，Yu.A.，“Dependence of the anisotropic absorption coefficient on thethickness of molecularly oriented organic dye films”(1999).J.Opt.Technol.66(6)，547-549]。這種已知技術不需要專門設備，但是，它不能提供邊沿棱角分明的涂層，其殘留區(qū)域邊沿各向異性的程度也不顯著，并且其重復性不足以制備小尺寸元件。
為制備具有理想外形的極化涂層，還可采用苯胺絲網(wǎng)印刷、凸紋印刷或凹版印刷法涂覆帶有水溶性漆圖案層的極化涂層。漆固化后，用適當溶劑(水或水與其它有機溶劑的混合物)洗掉露出的極化涂層。然而，該方法也需要進行幾步額外的制備操作(引入附加制備操作工序)，并且實施該方法可能帶來選擇合適的化學試劑(用于極化涂層的合適的漆組合物，用于除去保護漆的溶劑等)的困難。
3M公司開發(fā)了一種技術，該技術不需采用特別的制備方法就能從有機染料獲得具有不同外形的極化薄膜[Staral等，US 5693446]。該技術基于在稱為施主的基底上使用預制極化薄膜。該技術包括已知的對有待轉移的涂層區(qū)域進行局部加熱以實現(xiàn)物質轉移的方法[Chou等，US 5506189]。加熱可通過熱元件、激光輻射等實現(xiàn)。該方法能制備任意形狀且圖案分辨率高的極化涂層。
實施本方法時出現(xiàn)的困難首先與轉移的極化涂層結構相關，并與涂層局部加熱到實現(xiàn)轉移所需溫度時的光學性能的可能下降相關。極化涂層是由溶致液晶(LLC)染料制成的，而溶致液晶(LLC)染料的分子聚集成超分子絡合物(supramolecular complex)。把LLC涂覆到基底上并施加外部剪切力后，超分子絡合物就會在作用力的方向上排列(aligned)起來。薄膜干燥后(除去溶劑)，分子的排列保留下來，就構成了上述涂層的極化性質。加熱會擾亂分子的取向，從而導致涂層光學性能的下降。
已有實驗表明，當用LLC生產(chǎn)各向異性涂層時，在大量制備過程之后，可形成各向異性晶體薄膜[Fennell，L.，Lazarev，P.，Ohmura，S.，Paukshto，M.“Thin Crystal Film PolarizersTM”，AsiaDisplay/IDW’01，Proceedings of The 21stInternational DisplayResearch Conference in conjunction with The 8thInternationalDisplay Workhshops，Nagoya，Japan，2001年10月16-19日，第601-603頁；Nazarov，V.，Ignatov，L.，Kienskaya，K.“Electronicspectra of aqueous solutions and films made of liquid crystalink for thin film polarizers”(2001).Molecular Materials，14(2)，153-163]該晶體薄膜具有更好的光學性能和抗外界沖擊能力。在以某種方式涂覆的排列好的液晶溶液層的干燥過程中，上述薄膜發(fā)生結晶。
因此，為使轉移薄膜的各向異性程度具有可重復性，對施主板上形成的薄膜進行干燥操作時應這樣設計除去溶劑過程的發(fā)生條件，使得薄膜能形成晶體結構。除此之外，實施本發(fā)明的另一個必須條件是，LLC制成的各向異性晶體薄膜的轉移不是通過加熱，而是直接通過施加在受主板上的整體或局部壓力(可通過脈沖)進行的。在上述轉移過程中，加熱及其它活化處理都僅起輔助作用。與此相反，局部加熱，即使時間很短，如[Staral等，US 5693446]所述，也能代表各向異性薄膜轉移的主要促進力，但由于加熱區(qū)域邊沿溫差較大，可導致薄膜結構的損壞，并致使光學參數(shù)劣化。
預活化，即對薄膜的轉移區(qū)域施加預先影響，以削弱結構中分子或超分子絡合物之間的結合，從而使薄膜的轉移區(qū)域能在很低的壓力下從施主板轉移到受主板。這不會損害轉移區(qū)域邊沿的各向異性；相反地，對邊沿結構還有“治療”功效。
對薄膜轉移區(qū)域進行活化處理的另一個方面是處理的類型，為熱處理、電磁處理、離子處理、輻射處理等，它削弱轉移區(qū)域與施主板或下層的結合。在這種情況下，薄膜轉移區(qū)域的各向異性保留下來，而邊沿區(qū)域可表現(xiàn)出“治療”功效。

發(fā)明內容
所公開的發(fā)明的技術效果是使薄膜在轉移后仍保持高度各向異性和高光學參數(shù)；可在形狀任意(包括彎曲的)且表面粗糙度不同的表面上形成各向異性涂層；可轉移不同尺寸和形狀的薄膜；可轉移包括各向異性薄膜及多色圖案的多層涂層。
所公開的發(fā)明的基礎方面使本發(fā)明區(qū)別于最相似的技術，并使其實現(xiàn)上述技術效果，該基礎方面在于使用由分子排列整齊的有機材料，特別是染料制成的各向異性晶體薄膜，以及在施加壓力的作用下轉移薄膜或薄膜的一部分，所述分子排列整齊的有機材料，特別是染料形成液晶相。所公開的發(fā)明中薄膜的加熱及其它預處理方法僅用于活化轉移薄膜，如上所述。
本發(fā)明技術效果的實現(xiàn)，是因為采用了通過由施主板轉移而在受主板上制備形狀任意的各向異性晶體薄膜的方法，它包括以下步驟--使受主板與施主板的各向異性薄膜相接觸；--活化擬轉移的各向異性薄膜的至少一部分，和/或施主板和/或施主板各層中的至少一層的至少一部分，同時活化程度應足夠高，以使薄膜能接著被轉移，但不是高到足以使轉移薄膜的各向異性程度下降；--通過在擬轉移到受主板的各向異性薄膜的至少若干部分上施加壓力，并同時采用活化，和/或通過在活化后在擬轉移到受主板的各向異性薄膜的至少若干部分上施加壓力，將各向異性薄膜的選定區(qū)域轉移到受主板上；壓力的大小應足夠高到使膜的至少一部分從施主板轉移到受主板，但不是高到足以破壞晶體結構并因此使轉移的各向異性薄膜的光學參數(shù)下降。
作為施主板的一個元件的各向異性晶體薄膜，可直接置于基底上?；卓梢允侨彳浀木酆衔锉∧せ蛴刹Ａ?、硅樹脂、金屬或其它材料制成的剛性板。各向異性晶體薄膜也可置于基底上形成的各層內。這些層材料的選擇一方面取決于制備各向異性薄膜的技術(表面同質性、親水性等)，另一方面取決于轉移薄膜時采用的活化及施加壓力的方法。
當使用薄硬板作為基底時(如玻璃)，活化處理優(yōu)選僅在各向異性薄膜上需轉移的區(qū)域進行，而壓力可施加在施主板和/或受主板的整個區(qū)域上。當基底是用柔軟材料，如聚合物制成時，活化處理既可以是局部的，僅在需轉移區(qū)域內，也可以是整體的，在結構的整個表面上。在第一種情況中，壓力的施加可以是局部的或整體的，但在第二種情況中—僅是局部的。在選擇活化及壓力施加的具體方案時，基底的材料、厚度和其它參數(shù)以及結構全部所用層的材料、厚度和其它特性都是決定性因素。
基底可以是透明的和不透明的，但優(yōu)選具有平滑表面的基底。通常，基底由聚醚制成，特別是聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚砜、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰亞胺、纖維素混合醚如乙酸纖維素和丁酸纖維素、聚氯乙烯及其衍生物、或含上述一種或多種材料的共聚物。換句話說，任何適宜的和易獲得的工業(yè)材料均可使用?；淄ǔ?～200μm厚，最通常的為10～50μm厚。
通常在施主板的結構中加入附加層，為將各向異性晶體薄膜的選定區(qū)域轉移到受主板上提供最佳條件。因此，通常直接在基底上和/或在各向異性晶體薄膜的下面形成所謂的活性層(reactive layer)；該活性層經(jīng)歷活化過程的大多數(shù)變化，因此在轉移部分薄膜的過程中起著重要作用。與結構中的所有或部分其它層相比，上述層可由對活化影響能量最敏感的材料制成。這可以是，如光活化材料，它能在活化過程中比結構中的其它層吸收更多的光，從而在欲轉移的各向異性薄膜區(qū)域中產(chǎn)生高溫區(qū)域。這種材料的實例有染料、金屬薄膜、金屬氧化物或其它適宜的吸收材料，其中染料對應于活化光的波長可吸收紫外紅外光或可見光。
吸收紅外光材料的實例已有描述，如在Matsuoka M.，InfraredAbsorbing Materials，Plenum出版社，紐約，1990，以及在MatsuokaM.，Absorption Spectra of Dyes for Diode Lasers，Bunshin出版公司，東京，1990，還有現(xiàn)有技術專利US 5693446中引述的多個專利，有美國專利4772583、4833124、4912083、4942141、4948776、4948777、4948778、4950639、4940640、4952552、5023229、5024990、5286604、5340699、5401607、5360694、5156938、5351617以及歐洲申請EP321923和568993。
光吸收材料的其它實例有有機和無機材料，如碳黑(soot)、金屬、金屬氧化物、金屬硫化物。適宜的化學元素選自周期表的第I副族、第II副族、第III主族、第IV主族、第IV副族、第V主族、第V副族、第VI主族、第VI副族和第VIII族以及上述元素與第I主族、第II主族和第III副族元素的合金，或它們的混合物。此外，還可以是金屬Al、Bi、Sn、B或Zn及它們的合金或這些金屬與周期表第I主族、第II主族和第III副族元素形成的合金。另外，還可以是Al、Bi、Sn、B、Zn、Ti、Cr、Mo、W、Co、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zr和Te的金屬氧化物和金屬硫化物以及它們的混合物。
至少一種上述材料可添加到施主板的一層或多層(例如，基底、活性層、粘附層、各向異性晶體薄膜、保護膜等)或受主板材料中。
活性層的厚度通常依據(jù)材料和活化方法，在0.01～10μm的范圍內選擇。
上述材料(如碳黑)的顆?？煞植荚诨|(matrix)中?；|可以是任何能形成薄膜的已知聚合物，如熱活性(thermo-reactive)或熱塑性聚合物，包括酚樹脂，如NOVOLAK(一種熱塑性酚醛樹脂)、聚乙酸乙烯酯、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯、纖維素醚和混合醚、硝基纖維素、聚碳酸酯以及上述材料的混合物。通常，帶有添加劑的基質層厚度為0.05～5μm，優(yōu)選厚度為0.1～2μm。
這還可以是熱活化(thermo-activating)材料，即具有某些特性的材料，如熔點低，與結構中的其它材料相比，它主要依賴于溫度(即在活化處理的溫度范圍內軟化或熔化的材料)。上述材料制成的活性層加熱時可軟化，生成晶體薄膜與基底間的粘附下降的區(qū)域。
施主板的各層之一可以是聚合物樹脂、蠟或蠟狀材料。適宜的聚合物樹脂通常在20～180℃ 的范圍內軟化或熔化；該樹脂包括聚乙二醇、芳香磺基酰胺樹脂、丙烯酸脂樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚氯乙烯和聚氯乙烯的氯化樹脂、氯乙烯-乙烯醇乙酸乙酯的共聚物、尿素樹脂、三聚氰胺樹脂、聚烯烴、或上述材料的共聚物。蠟或蠟狀材料促進結構向受主板表面，例如紙的轉移。適宜蠟狀材料的熔點或軟化點在35～140℃的范圍內，包括(高級脂肪酸)，乙醇胺如硬脂酸單乙醇胺、月桂酸(laural acid)單乙醇胺、椰子油、混合醚高級脂肪酸、甘油混合醚高級脂肪酸如混合醚甘油單硬脂酸；蠟如蜂蠟、石蠟、晶形蠟、合成蠟等以及其混合物。由于上述材料是疏水性的，為生成均勻的各向異性晶體薄膜，需要在施主板的表面形成中間親水層。該親水層將在轉移過程中與各向異性薄膜一起轉移到受主板上。
在施主板，和/或受主板(薄膜將被轉移的表面)的各向異性晶體薄膜上，可直接形成粘附層(adhesion layer)，在轉移的過程中和/或過程后提供各向異性薄膜與受主板之間的粘合。這種粘附層的代表有所謂的“粘帶”。
作為粘附層，可采用壓敏薄膜，或者所述薄膜可以是結構中的獨立元件，如同在施主板及受主板中一樣。壓敏薄膜可由如聚乙烯醇縮丁醛(PVB)或聚乙烯醇縮糠醛(PVF)制成。
活性層也可在受主板上形成，但在受主板上使用時會受到終端產(chǎn)品結構的限制。在這種情況下，活化作用使施主板(或各向異性晶體薄膜)上層與受主板間的粘合增強。如果上述材料制成的層沒有包括在終端產(chǎn)品的結構中，就無法在受主板上形成活化層。
受主板的材料與設計可依據(jù)施主板及轉移方法的不同在大范圍內變化。各向異性晶體薄膜也可轉移到非常粗糙的受主板上(表面粗糙度最高達100μm)。
通常在施主板的表面形成保護層；這種層由適宜的材料，如聚乙烯或聚對苯二甲酸酯制成。所述層通常用于在運輸和貯存中保護整個結構(表面層)。該保護層可在各向異性晶體薄膜區(qū)域在受主板上形成以前除去。但是，如果上述保護膜是轉移所形成結構的必須部件，則可保存下來，從而縮短制備過程。
因此，施主板的最佳結構是一種“夾層結構”，包括幾層基底、活性層、各向異性晶體薄膜、粘附層和/或壓敏膜，以及最后是薄膜保護層。施主板的結構并不僅限于上述順序及數(shù)量的層；它還可包含附加層，或者一些功能層可以排除在結構之外。這首先由形成涂層的目的(結構)、活化和轉移的方法以及所用的材料確定。
活化可在上面考慮的整個結構上進行，或在結構內一層的至少一部分或結構的至少一層上，例如在各向異性晶體薄膜的至少一部分，和/或活性薄膜的至少一部分上進行。
活化通常是經(jīng)熱作用，和/或電磁作用，和/或其它作用進行的，使薄膜材料和/或其它層的鍵能削弱，和/或降低轉移區(qū)域與基底及下層區(qū)域之間的粘合。
可采用所需波長的激光輻射，通過加熱待轉移區(qū)域或整個薄膜，和/或下層區(qū)域或施主板薄膜(多層薄膜)，和/或覆蓋層，和/或受主板進行活化。
活化處理方案的選擇，其條件應能保存晶體薄膜轉移區(qū)域各向異性的程度，并確保在施加壓力后能將至少一部分薄膜從施主板轉移到受主板。
當受主板與晶體薄膜或施主板接觸后，和/或活化后，從施主板的一側和/或受主板的一側至少對薄膜的待轉移部分區(qū)域施加壓力。
施主板包括涂覆有至少一層各向異性晶體薄膜的基底，各向異性晶體薄膜由至少一種有機材料制成，所述有機材料的分子或分子片斷有扁平結構。薄膜可以是任何形狀。因此，它可以是尺寸和形狀任意的連續(xù)薄膜，最高為施主板的整體尺寸。但是，還可形成或使用任何尺寸的各向異性晶體薄膜，最高為尺寸恰好滿足后面轉移所需的形狀。
各向異性晶體薄膜通常用晶體薄膜表示，其材料包括芳環(huán)，且具有沿一個晶軸方向的布拉格峰3.4±0.2A。
上述薄膜通常是從由至少一種有機材料制成的液晶獲得的，上述有機材料經(jīng)施加外部排列作用(external aligning influence)在基底上涂覆液晶并隨后干燥而形成溶致液晶相。
通常用作獲得液晶并隨后形成各向異性涂層的有機材料的材料，為至少一種有機染料，其結構包括至少一個能使其溶解在極性溶劑中以形成液晶相的離子源基團(ionogenic group)，和/或至少一個能使其溶解在極性和非極性溶劑中以形成液晶相的非離子源基團，和/或至少一個反離子(anti-ion)，它們在形成光學各向異性薄膜的過程中，既可留在分子結構中，也可不留在分子結構中。
作為有機染料，通常使用至少一種下列分子式的有機染料{K}(M)n，其中K-染料，其化學式包括相同或不同的離子源基團，使其溶解在極性溶劑中以形成液晶相，M-反離子，n-染料分子中反離子的數(shù)量，當一個反離子屬于幾個分子時，它可以是分數(shù)，而當n＞1時，反離子可以是不同的。
薄膜通常由大量的一種或幾種有機材料的超分子絡合物(supramolecular complex)形成，其中超分子絡合物以特定方式排列以提供薄膜性能的各向異性，特別是光的偏振。
薄膜可由位于單個平面上的至少兩個區(qū)(段)組成，其在薄膜表面上(表面層內)的偏振軸之間的夾角在0～90°。
在薄膜厚度的至少一部分范圍內和/或在光譜的至少一個區(qū)域內和/或在薄膜表面至少一部分上，薄膜可以是極化薄膜、和/或延時器(retarder)、和/或定位薄膜(alignment film)、和/或保護薄膜、和/或同時具備至少上述兩種薄膜功能的薄膜。
施主板還可含有附加的位于基底和薄膜之間的活性層，和/或位于薄膜上面的粘附層、粘性層或壓敏層，和/或位于結構表面的保護層。上述層的材料已在前面詳細描述。采用上述各層使薄膜區(qū)域的轉移過程更加容易，因為它能削弱薄膜與施主板基底之間的粘合，并能增強薄膜與受主板之間的粘附。
可把光/熱吸收材料添加到基底和/或活性層、和/或薄膜和/或粘附層的材料中。
施主板的基底可用聚合物材料或玻璃、或半導體、或金屬制成。
施主板可另外含有至少一層在各向異性晶體薄膜上形成的起保護作用的層，和/或至少一層能在轉移過程中促進與受主板粘附的層，和/或在各向異性晶體薄膜下面形成的用以在轉移過程中保留必要的各向異性的程度的至少一層，和/或在各向異性晶體薄膜下面形成的用以在轉移過程中促進薄膜局部區(qū)域的分離的至少一層，其原因為層與施主板基底以及薄膜之間的結合力不同，和/或因為活化過程中層的下部區(qū)域的改變。
可將至少一種改性添加劑添加到各向異性晶體薄膜中以促進薄膜所需區(qū)域的轉移。
該改性添加劑可以是甘油，其量應不超過薄膜含量的0.1重量％。
欲轉移到受主板的薄膜區(qū)域或整個薄膜在與受主板接觸前可用二價和三價金屬離子處理使其不溶于水。該處理強化轉移過程，并同時保存薄膜高度各向異性。
已知可由特定的有機材料制得光學各向異性薄膜。這樣的材料有，例如，下列能形成液晶相的染料-聚甲炔染料，如，“假同分異構花青(pseudoisocyanine)”、“頻哪氰醇(pinacyanole)”、三芳基甲烷(triarilmethane)染料，例如，C.I.Basic Dye，42035(Turquoise Blue BB(By)，《酸性亮藍3》；(C.I.Acid Blue 1，4204)，二氧雜蒽染料(diaminoxanthene dye)，如硫氰酸銨C；C.I.AcidRed 52，45100(硫氰酸銨B)，-吖啶染料，如C.I.BasicDye，46025(吖啶黃G和T(L))，吖啶染料的磺化產(chǎn)品，如，“反式喹吖叮酮(trans-quinacridone)”；C.I.Pigment Violet 19，46500(反式喹吖叮酮)，-蒽醌染料的水溶性衍生物，如“活性藍KX”；C.I.Reactiv Blue 4，61205，-還原染料的磺化產(chǎn)品，如“黃烷士酮”，(C.I.Vat Yellow 1，70600(黃烷士酮))，(C.I.Vat Yellow 28，69000)，(C.I.Vat Orange 11，70805)，(C.I.Vat Green 3，69500)，(C.I.Vat Violet 13，68700)，“陰丹酮”，(C.I.Vat Blue 4，69800(陰丹酮))，(CAS55034-81-6)，(C.I.Vat Red 14，71110)，-偶氮染料，如(C.I.Direct Red 2，23500)，(C.I.Direct Yellow28，19555)；水溶性二嗪染料，例如，(C.I.Acid Blue 102，50320)；-磺化二噁嗪染料產(chǎn)品，例如，(C.I.Pigment Violet 23，51319)，-水溶性噻嗪染料，例如，C.I.Basic Blue 9，52015(亞甲基藍)，-酞菁染料的水溶性衍生物，例如，Cu-八羧酸酞菁鹽，-熒光增白劑；以及-其它有機物質，例如，色甘酸二鈉(disodium cromoglycate)等。
根據(jù)上述技術(參考例如US專利5739296；6174394；6049428)將原料制成薄膜時，所得薄膜是該種材料的具有光學性能各向異性的薄膜，通常以復合折射率Nj＝nj-i*kj表征，其中，nj和kj分別是折射率和吸收系數(shù)張量(tensor)的主要分量。大多數(shù)有機材料折射率的值在1.3～2.5之間變化；吸收系數(shù)可在0.0～1.5的范圍內變化。參數(shù)nj的各向異性決定了薄膜的相轉變性能(延時性能)，而kj的各向異性—極化性能。因此，通常情況下光學各向異性薄膜同時又是延時器和偏光器。在某種情況下，當吸收系數(shù)在可見光范圍內接近0時，在該波譜范圍內薄膜僅代表延時器，同時，它可在波譜的UV范圍內吸收光(偏光器)。
取決于分子結構，即取決于所用的有機材料，吸收帶可在不同的波譜范圍內UV、可見光和IR，或同時在幾個波譜范圍內。因此，薄膜可在某個波譜區(qū)域內顯示偏光和延時性能，而在其它區(qū)域僅有延時，這決定其應用領域。
附圖簡述下面的

圖1-4示意所公開發(fā)明的實施方案的具體實例。
圖1是施主板最佳結構的截面圖。
圖2是在受主板上形成任意形狀的各向異性晶體薄膜的方法示意圖。
圖3和4是為彩色顯示器生產(chǎn)的極化晶體薄膜構造的示意圖。
圖3是側視圖，圖4是仰視圖。
發(fā)明詳述借助以下描述并結合附圖，將更易于理解本發(fā)明，其中圖1顯示了施主板1最佳結構的截面圖。各向異性晶體薄膜4在活性層3上形成，而活性層3又在基底2上形成；晶體薄膜4涂覆有壓敏層5。結構涂覆有保護薄膜6。如需要，可將保護薄膜涂覆到結構的側面或背面。如下所示的板9，將在除去保護層6后與各向異性晶體薄膜上的壓敏層5接觸。
圖2是在受主板上形成任意形狀的各向異性晶體薄膜的方法實施方案示意圖。受主板9置于導熱基底7上，而導熱基底7安裝在加熱元件8上。施主板1置于受主板9上方，使晶體薄膜4朝下對著受主板，而基底2朝上。例如，考慮具有圖1所示結構的施主板，但無保護層。在施主板基底的上方是輥筒10。當施加所需的驅動力后，該輥筒能在受主板的表面向任何方向移動。為實施本方法，通過用加熱元件8加熱受主板和施主板結構進行活化處理。此后，通過在施主板基底的表面上滾動輥筒進行各向異性晶體薄膜所需區(qū)域的轉移。輥筒的尺寸由各向異性晶體薄膜轉移區(qū)域的大小決定。每種不同結構的加熱溫度和施加壓力由實驗確定以建立本發(fā)明指定的條件。如上所述，實施本發(fā)明具體方案的選擇取決于結構中具體層的設置、以及它們的厚度和材料。
圖3和4是為彩色顯示器生產(chǎn)的極化晶體薄膜構造的示意圖。圖3是側視圖，圖4是仰視圖。在相應基底上形成的各向異性晶體彩色極化薄膜(紅色11、藍色12、綠色13)，卷繞在線軸14上，且位于受主板9的下方。在受主板的下面有熱源，該熱源可以是白熾燈，或任何其它元件。在施主板基底的下面有印刷頭15，其安裝方式使其能在控制壓力作用下在施主板基底表面上向所需方向移動較長距離。印刷區(qū)域的大小與薄膜結構相應元件所需尺寸一致。如需要，可使用多個印刷頭，和/或采用不同尺寸的附件。帶薄膜的線軸和受主板的放置使它們相互之間能平行移動，從而能在移動過程中形成彩色顯示器的極化薄膜?；罨桨负蛪毫Ω鶕?jù)每個不同的具體情況選擇。
優(yōu)選實施方案的描述下面是本發(fā)明實施方案的具體實例，但是，并沒有囊括公開發(fā)明所有可能的應用。
實施例1當在玻璃基底上形成施主板時，首先制備尺寸適中的玻璃板，其表面經(jīng)改性以改變其與隨后將涂覆的聚合物薄膜間的粘合。為使玻璃板表面疏水，可使用二甲基二氯硅烷、六甲基二硅烷、硬脂酸和其它試劑。疏水劑的選擇主要由隨后涂覆的聚合物薄膜確定，它應滿足以下要求光學透明、親水、機械強度好、平滑、并且不厚于1000A。滿足這些條件的有，例如，經(jīng)由向水表面傾倒賽璐珞溶液(如1％的乙酸戊酯溶液)制成的賽璐珞薄膜、或由水溶液吸附法或離心法制成的聚乙烯醇(如5％濃度)PVA薄膜。
接著，用已知方法制備二色染料(dichroic dye)膠體溶液(液晶)并涂覆到聚合物薄膜的表面，以形成各向異性晶體薄膜。
為制得施主板，用專利[US 5739296；US 6174394]詳細描述的已知方法將液晶薄膜涂覆到基底或活性層上，該方法基于棒條、拉模板和傳送滾筒加工法。在這些方法中，涂覆液晶溶液層的過程同時與粘性力(viscous force)作用下的現(xiàn)有超分子絡合物的排列結合起來，上述粘性力在涂覆過程中當液體層拉伸或一層相對于其他層移動時開始作用。為在偏光器的表面建立偏振軸(polarization axis)的取向在空間發(fā)生變化，鍍膜工具可在受主板的表面改變移動方向。移動的速度和移動方向的改變將決定液晶中超分子絡合物的取向。
作為形成液晶的分子取向的有機材料，那些實例均使用已知有機材料，形成溶致液晶相，該溶致液晶相的分子形成超分子絡合物[US5739296]。液晶是體系的預有序狀態(tài)(preordered state)，在超分子絡合物排列及隨后除去溶劑的過程中，當滿足所需工藝條件時，從上述預有序狀態(tài)形成各向異性晶體薄膜(晶體薄膜)。
層的厚度是通過涂覆溶液中固相含量和受主板上濕層厚度進行控制的。形成上述層的生產(chǎn)參數(shù)有溶液濃度，它在過程中易于控制。層的結晶度可通過X射線照相或光學方法控制。涂覆方案、排列作用和干燥過程結合起來共同確保薄膜的晶體結構。結晶度的最佳條件為沿著所得薄膜一個晶軸方向布拉格峰為3.4±0.2埃。制成具有上述參數(shù)的晶體薄膜以隨后將其涂覆到受主板上。
為提高各向異性薄膜的粘附性能并提高其機械強度，可在其上涂覆漆。所有所需輔助層的材料應在操作所需的光譜區(qū)域內透明。
在某些情況下采用氧等離子體法進行活化以提高其粘附性能。
為從由上述方法制得的施主板轉移所需形狀的各向異性薄膜，采用柔性受主板，該受主板采用光學透明膠，如聚醚、有機硅、環(huán)氧化合物等以及印刷輥粘在制得的施主板多層結構上。
接著施加分裂壓力使整個多層結構從玻璃上分離，從而將各向異性薄膜轉移到柔性載體上。
利用上述一套方法及玻璃上的施主板，可不在施主板與受主板接觸后，而直接在制備施主板的過程中進行活化處理。換句話說，該工序包括在生產(chǎn)施主板的過程中。活化的進行可通過對玻璃基底表面改性以使其具有疏水性能，也可對聚合物薄膜表面進行改性，如用氧等離子體進行處理以提高其粘附性能。
實施例2考慮下列制備施主板的方法實例，該施主板隨后將用于制作彩色偏光矩陣(colour polarizer matrix)(CPM)。各向異性薄膜各顏色層的制作分兩步進行。第一步在光滑平坦的工藝板表面形成連續(xù)的各向異性薄膜。這可以是柔性聚合物薄膜或首先是玻璃受主板，隨后各向異性薄膜將從該受主板轉移到柔性聚合物薄膜上(這種制備方法用于提高制備的各向異性薄膜的質量)。
第二步是將各向異性晶體薄膜從柔性聚合物薄膜轉移到基底的工作表面或施主板任何類型的層上，施主板具有預先形成的凸紋，該凸紋由正性光刻膠(positive photoresist)經(jīng)光刻法形成圖案并代表CPM一種顏色的負片(negative pattern)。用“爆炸”光刻法除去光刻膠，剩下的就是受主板上第一層極化薄膜的所需圖案，并且受主板即可形成多種其它顏色的偏光元件。
當制備純平LCD屏幕電視機的CPM時，玻璃受主板首先在酸性Karo中清洗，然后涂覆1％的羧酸鉻絡合物(chromolane)的丙醇溶液使其表面具有疏水性。干燥后，制得的疏水層，受主板的表面在1小時內用1％的聚乙烯醇于110°涂覆，然后于140°干燥1小時。并且，根據(jù)方法[參考US 6174394B1]用LLC相的酞菁染料制成的各向異性晶體薄膜涂覆表面。然后用以聚丙烯酸樹脂類漆涂覆表面，之后用橡膠輥筒將柔性PET、聚對苯二甲酸乙二醇酯、施主薄膜用聚異丁烯膠粘在制成的結構上。當制得的結構隨后從工藝板上分離時，極化薄膜即轉移到柔性施主薄膜上。將該方法制得的具有雙色染料極化薄膜的柔性PET施主薄膜用氧等離子體處理5秒鐘，并置于相對濕度為85％的濕介質中。
基底或結構的工作表面，用于形成隨后制備CPM所需的施主板，工作表面用離心法涂覆正性光刻膠，然后干燥、曝光、在標準顯影劑中顯影，在蒸餾中漂洗并在氬氣流中干燥。上述操作在受主板的表面形成凸紋，該凸紋代表了薄膜所需圖案的反像。將受主板在氧等離子體中烘烤5秒鐘，并用離心法涂覆1％的PVA水溶液。接著，用橡膠輥筒將預先制備的涂覆有酞菁染料極化薄膜的柔性施主膜輥壓到受主板上。以100～1501g/cm2壓縮制成的“夾層”15分鐘。然后，在120℃的爐中熔化膠層并除去PET施主薄膜。之后，依次在甲苯和另一種溶劑(通常以甲苯、丙酮、乙酸乙酯為主要成分)中清洗工作板(以后的施主板)以除去殘留的膠和漆。為使第一顏色層的圖案顯影，將工作板(以后的施主板)與二氧雜環(huán)己烷置于超聲浴中2～3分鐘。然后將其置于120℃的爐中30分鐘以與PVC粘合，并接著置于BaCl2溶液(σ≈30mSm)中20-30分鐘。吹入氬氣后，偏光基體用一層PVA保護，該PVA層是用1％的水溶液經(jīng)離心法涂覆并在120℃干燥30分鐘。經(jīng)過從涂覆光刻膠到干燥保護層的所有操作，即形成第二顏色層的圖案。另外，選擇染料苯并紅紫(benzopurpurine)作為極化薄膜。
實例中的方案可以不同。但是，上述生產(chǎn)操作方案不僅可用于制備施主板的過程，還能直接用于經(jīng)轉移形成各向異性晶體薄膜的過程。
實施例3為將所形成薄膜(注意，該薄膜可不在基底上形成，而是轉移至已備好的基底)的至少一部分從施主板轉移到聚合物受主板上，使上述薄膜與受主板接觸，其中聚合物受主板在操作的波長范圍內是透明的，將待轉移區(qū)域局部加熱到45～55℃進行活化；最常見地溫度在30～50或40～65℃范圍內。位于施主板下面的金屬板可提供局部加熱，并為隨后的壓力施加提供基礎。根據(jù)升溫速度(梯度)，加熱可持續(xù)0.5分鐘，在不同條件下加熱時間可為0.2-1分鐘、1～5分鐘、0.5-10分鐘或其它。活化方案及所用壓力的選擇滿足下列條件轉移后在恒定傳輸率(at constant transmission)時的對比度(contrast)和/或各向異性晶體薄膜的雙折射系數(shù)改變不超過10％。觸點是一壓縮裝置。并且，該壓縮裝置可以是滑動卡頭和基體印刷頭，它可對受主板的選定區(qū)域施加局部作用。掃描是通過計算機操作的。印刷在預定位置進行。因此，在透明受主板上形成光學各向異性薄膜，其外形圖像具有高分辨率。轉移區(qū)域各向異性的程度不低于原有薄膜。
實施例4在矩陣法(matrixmethod)中，象素尺寸符合標準點?？刹捎命c陣印刷機印刷頭的標準技術。并且，還可采用印花(stamp)，其形狀面積可裁剪成大塊和小塊。
在所公開發(fā)明實施方案的一個實例中，當轉移具有特定形狀的薄膜時，首先僅涂覆部分圖像，然后將受主板旋轉到某角度并涂覆另一圖像。結果形成多層涂層，其中光學各向異性的方向發(fā)生了改變。上述技術可用于形成循環(huán)偏光器等。
為強化轉移過程，可使用透明基底。然后，可采用UV光源照明，使施主板中間轉化層(intermediate conversion layer)的材料活化。除此之外，這有助于增大各向異性薄膜與受主板之間的粘合并精確分離其部件。
還可采用光化學活化作用(敏化作用)。
用激光從一側加熱薄膜使薄膜升溫，用UV燈從另一側照明導致活性層的光化學活化作用(敏化作用)。
參考文獻[1] 古凡等(Gvon et al)，US 5739296.克翰等(Khan et al)，US 6399166.波卜羅夫等(Bobrov，Yu.A.)，《分子取向的有機染料膜厚度對各向異性吸收系數(shù)的影響》(“Dependence of theanisotropic absorption coefficient on the thickness ofmolecularly oriented organic dye films”)(1999).《光學技術雜志》(J.Opt.Technol.)66(6)，547-549[4] RU 2136025(和EP0961138)[5] 斯塔雷爾等(Staral et al)，US 5693446.周等(Chou et al)，US 5506189.芬耐爾等(Fennell，L.，Lazarev，P.，Ohmura，S.，Paukshto，M.)，《晶體薄膜偏振器-亞洲顯示器/IDW’01，第21屆國際顯示器研究會議曁第8屆國際顯示器研討會論文集》(“Thin CrystalFilm PolarizersTM”，Asia Display/IDW’01，Proceedings of The21st International Display Research Conference inconjunction with The 8th International Display Worshops)日本，名古屋，2001年10月16-19日，第601-603頁。拿扎羅夫等(Nazarov，V.，Ignatov，L.，Kienskaya，K.)，《水溶液和由液晶油墨制得的用于薄膜偏振器的膜的電子譜》(“Electronic spectra of aqueous solutions and films made ofliquid crystal ink for thin film polarizers”) (2001)?！斗肿硬牧稀?Molecular Materials)，14(2)，第153-163頁?？撕驳?Khan et al)，US 6174394B1.
權利要求
1.一種由施主板轉移而在受主板上形成各向異性晶體薄膜的方法，包括使受主板與包括至少一個各向異性晶體薄膜的施主板接觸；活化包括待轉移的各向異性晶體薄膜的整個施主板的至少一部分，和/或受主板的至少一部分，其中活化程度應足夠高，以使薄膜隨后能在施加壓力下轉移，但不是高到足于破壞轉移的晶體薄膜的晶體結構；以及在活化的同時，或在活化之后，至少向整個施主板中包括待轉移到受主板上的晶體薄膜的部分施加壓力，其中壓力水平應足夠高到使薄膜的至少一部分從施主板轉移到受主板，但不是高到足于破壞轉移的晶體薄膜的晶體結構。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中活化方案及所用壓力的選擇滿足下列條件轉移后各向異性晶體薄膜在恒定轉移率時的對比度和/或雙折射系數(shù)改變不超過10％。
3.根據(jù)權利要求1或2的方法，其中各向異性晶體薄膜是由至少一種有機材料的液晶制成的，所述有機材料在外部排列作用下經(jīng)涂覆在基底上而形成溶致液晶相。
4.根據(jù)權利要求1-3之一的方法，其中施主板是權利要求10～22之一的施主板。
5.根據(jù)權利要求1-4之一的方法，其中活化使施主板至少一層材料的強度降低和/或使施主板至少兩層間的粘合下降，和/或使上層與受主板之間的粘合增大。
6.根據(jù)權利要求1-5之一的方法，其中活化是經(jīng)對施主板實施加熱、電磁或其它作用進行的。
7.根據(jù)權利要求1-6之一的方法，其中活化作用和壓力施加在包括待轉移晶體薄膜的整個施主板的至少一部分。
8.根據(jù)權利要求1-6之一的方法，其中活化在包括待轉移晶體薄膜的整個施主板的一部分上進行，而壓力施加在待轉移施主板的整個表面。
9.根據(jù)權利要求1-6之一的方法，其中活化在整個施主板上進行，而壓力施加在整個施主板包括待轉移晶體薄膜的部分。
10.根據(jù)權利要求1-9之一的方法，其中活化在制備施主板過程中，在基底尚未與施主板接觸前進行。
11.根據(jù)權利要求10的方法，其中待轉移的各向異性晶體薄膜的形狀在制備施主板前形成或在其未與受主板接觸前在已備好的施主板上形成。
12.包括基底和至少一層各向異性晶體薄膜的施主板，其中所述晶體薄膜由至少一種可形成液晶的有機材料形成，并且其分子和分子鏈段具有扁平結構。
13.根據(jù)權利要求12的方法，其中各向異性晶體薄膜的材料含芳環(huán)，且其沿一個光軸(optical axis)方向的布拉格峰在3.4±0.2A。
14.根據(jù)權利要求12或13的施主板，其中有機材料包括至少一種有機染料，其結構式含有至少一個離子源基團。
15.根據(jù)權利要求14的施主板，其中有機染料包括至少一種下式的有機染料{К}(M)n，其中К-染料，其化學式包括相同或不同的離子源基團，離子源基團使其溶解在極性溶劑中以形成液晶相，M-反離子，n-染料分子中反離子的數(shù)量，當一個反離子屬于幾個分子時，它可以是分數(shù)，而當n＞1時，反離子可以是不同的。
16.根據(jù)權利要求12的施主板，其中晶體薄膜起選自下列的膜的功能極化薄膜、延時薄膜、定位薄膜、保護薄膜，或同時起至少兩種上述薄膜功能的薄膜。
17.根據(jù)權利要求12-16之一的施主板，其中各向異性晶體薄膜由至少兩段組成，其光軸互相以0～90°轉動。
18.根據(jù)權利要求12-17之一的施主板，其中粘附層涂覆在所有其它層之上。
19.根據(jù)權利要求12-18之一的施主板，其中光吸收劑添加到基底材料和/或粘附層，和/或各向異性晶體薄膜中。
20.根據(jù)權利要求12-19之一的施主板，其中光吸收劑添加到形成粘附層的材料中。
21.根據(jù)權利要求12-20之一的施主板，其中基底由聚合物材料或玻璃、或半導體材料、或金屬制成。
22.根據(jù)權利要求12-21之一的施主板，其中基底具有平坦的、或凸起的、或凹入的表面形狀。
23.根據(jù)權利要求12-22之一的施主板，其中各向異性晶體薄膜中含有至少一種有助于各區(qū)域轉移的改性劑。
24.根據(jù)權利要求23的施主板，其中改性劑是甘油，其添加到晶體薄膜材料中的量少于0.1重量％。
25.根據(jù)權利要求12-24之一的施主板，其中各向異性晶體薄膜以隨后轉移所需的圖像的至少一個區(qū)域的形式涂覆。
26.根據(jù)權利要求13的施主板，其中基底表面經(jīng)改性并成為疏水性的，在該基底上面涂覆具有親水表面的光學透明材料亞層(sublayer)，并將各向異性晶體薄膜以隨后轉移所需的圖像的至少一個區(qū)域的形式涂覆到所述亞層上上，且在其上方有至少一層粘附層。
27.根據(jù)權利要求12的施主板，其中各向異性晶體薄膜的至少一部分以顏色不同的區(qū)域形式涂覆。
28.根據(jù)權利要求12的施主板，其中各向異性晶體薄膜用二價或三價金屬離子處理使其轉變?yōu)椴蝗苡谒南唷?br> 全文摘要
本發(fā)明屬于多用途裝置的制備領域，采用各向異性晶體薄膜偏光器、延時器等，以及制得電導率、磁性能、導熱性及其它物理性能各向異性的涂層的技術。發(fā)明包括由施主板轉移而在受主板上形成各向異性晶體薄膜的方法。所公開發(fā)明的實施保留了轉移后晶體薄膜的高度各向異性和光學參數(shù)。此外，可在形狀任意(包括彎曲的)且硬度不同的表面上形成各向異性涂層；并且，還可轉移不同尺寸和形狀的薄膜以及包括各向異性薄膜的多層涂層并形成彩色圖像。
文檔編號G02B5/30GK1688396SQ03805510
公開日2005年10月26日 申請日期2003年2月6日 優(yōu)先權日2002年2月6日
發(fā)明者P·I·拉扎列夫, N·A·奧奇尼科娃 申請人:日東電工株式會社