專利名稱：利用軟刻技術制備液晶顯示器用定向層的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于液晶顯示器制備技術領域，特別涉及顯示器用定向層的制備方法。
背景技術：
液晶顯示器用定向層在液晶器中起到十分重要的作用，即使液晶分子能在顯示器中均勻地定向排列。目前工業(yè)上所采用的液晶定向層制備技術主要是摩擦法，即通過將涂有聚合物薄膜的基片與絲絨布表面摩擦，從而在基板表面形成微溝槽來誘導液晶分子定向排列。此方法簡單、方便、穩(wěn)定性好，己被廣泛應用于扭曲向列型(TN)、超扭曲向列型(STN)、薄膜晶體管型(TFT)等顯示模式。但摩擦法的主要缺點是產生灰塵、靜電，從而導致液晶顯示器的質量及產品合格率降低。因此，探索新的液晶定向層制備技術具有重要的應用價值。
目前，已研究的一類定向層制備方法是將偶氮類聚合物經干涉的偏振激光照射，在聚合物薄膜表面形成的表面起伏光柵作為液晶定向層，如Li XT，NtansohnA，Rochon P.等人發(fā)表在Applied Physics Letters，1999，743791～3793；及Dantsker D，Kumar J，Tripathy S K.等人發(fā)表在Jurnal of Applied Physics，2001，894318～4325中均有說明。由于此類表面起伏結構制備簡單方便，只需一步光照，且起伏形貌可通過光路精確調控，是一種非常有發(fā)展前景的液晶定向方法。但上述使用的偶氮類聚合物在可見光區(qū)域有著非常強的吸收，這成為了其作為液晶定向層材料最大障礙之一。
軟刻技術是近年來發(fā)展起來的一種制作微細結構的新方法，它利用彈性軟印章來制備微圖案，所需環(huán)境及條件均極為簡單，成本低廉，簡便易行，而它所得到的微、納米結構圖案卻質量很好，且可應用于曲面以及各種基質表面。目前軟刻技術主要應用在科學研究領域，在實用產品中極少有報道，特別是在液晶顯示器的器件制作中還未見報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術的不足，提出一種利用軟刻技術制備液晶顯示器用定向層的新方法。本發(fā)明的制備方法具有工藝簡單、容易控制、成本低、效率高等特點。
本發(fā)明提出的利用軟刻技術制備液晶顯示用定向層的方法，其特征在于，包括以下步驟
1)先制作具有表面起伏微圖案的母板；2)再用表面復制的方法將母板表面起伏微圖案轉移到可固化的聚合物彈性體表面，得到具有微圖案的軟印章；3)最后采用可溶性聚合物的溶液作為“墨水”，用所述軟印章將“墨水”壓印在基板表面，揭起印章之后即得到用于誘導液晶分子定向的液晶定向層。
上述各步驟采用的具體方法、工藝條件及參數均可采用本領域的常規(guī)技術實現。
本發(fā)明的技術特點及效果本發(fā)明以聚合物彈性體復制表面起伏微圖案(如偶氮類聚合物表面起伏光柵、光刻技術制備的圖案化表面、摩擦法制備的微溝槽表面等)作為軟印章，以聚合物材料(如聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂、聚甲基丙稀酸酯等)溶解于溶劑中作為“墨水”，然后用軟印章，將聚合物“墨水”微接觸壓印在基板上(如ITO玻璃、石英玻璃、普通玻璃等)，得到亞微米/微米級的微溝槽，取代常規(guī)的摩擦法等，制備用于液晶顯示器用定向層。再組裝成液晶盒，該液晶盒中液晶分子能很好地沿面取向排列。
本發(fā)明的制備方法具有工藝簡單、容易控制、成本低、效率高等特點。
具體實施例方式
實施例1步驟1制作表面微納米圖案的母板將環(huán)氧樹脂基偶氮聚合物0.05～1g溶于1mL N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，溶液用0.2微米針頭過濾器過濾，然后將過濾后的溶液在玻璃片上旋涂成膜，40～80℃干燥2～48h，可得到表面光潔的環(huán)氧樹脂基偶氮聚合物薄膜；以兩束P偏振干涉的488nm Ar+激光照射偶氮聚合物薄膜，時間5～60min，得到具有表面起伏光柵的環(huán)氧樹脂基偶氮聚合物薄膜，可作為具有表面起伏微納米圖案的母板使用。
上述環(huán)氧樹脂基偶氮聚合物的結構式為 步驟2制作具有微圖案的軟印章將聚二甲基硅氧烷(PDMS，購于Dow Corning公司)的預聚體和交聯(lián)劑按質量比10∶1(5～20∶1范圍內均可)混合均勻，澆鑄到上述偶氮聚合物薄膜的起伏光柵表面(母板)上，靜置5～60min后加熱固化后成為彈性體，反應溫度50～90℃，反應時間1～48h，固化后從母板上剝離即可得到PDMS軟印章。
步驟3微接觸壓印制作表面微溝槽得到液晶顯示器用定向層將含異山梨醇結構單元的可溶性聚酰亞胺溶解于四氫呋喃制成含聚酰亞胺0.1～50mg/mL的溶液(該聚酰亞胺具有高玻璃化轉變溫度、優(yōu)良的機械性能、高耐熱性和抗化學腐蝕性等優(yōu)點，同時，由于異山梨醇特殊的脂環(huán)結構，其透光性能也非常好，而且介電常數低、吸水率低)作為含聚合物的“墨水”，用PDMS軟印章蘸取上述“墨水”，手工壓印于ITO玻璃基板表面1～30min，揭起印章之后即得到可用于誘導液晶定向的表面微圖案的定向層。
上述含異山梨醇結構單元的可溶性聚酰亞胺的結構式為 實施例2與實施例1不同之處，只是將實施例1的偶氮類聚合物表面起伏光柵母板換成用光刻方法制作的具有表面起伏微結構的母板。
具體工藝步驟如下，將光敏聚合物0.05～0.5g溶于1mL N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，溶液用0.2微米針頭過濾器過濾，將過濾后的溶液在玻璃片上旋涂成膜，40～80℃干燥2～48h。然后將鍍鉻的圖案化光掩膜緊貼放在旋涂膜上，在紫外光燈下進行曝光5～40min。曝光之后的旋涂膜在丙酮(或四氫呋喃)中浸泡10～60s，最后40～80℃干燥2～48h即得到具有表面起伏微圖案的母板。
上述光敏聚合物可采用以下結構式的光敏聚合物材料(接枝率均為30％左右)
實施例3與實施例2不同之處，只是將實施例2中的3種光敏聚合物換成己商業(yè)化的光刻膠，如HPR光刻膠15號(聚乙烯醇肉桂酸酯15號)、光刻膠16號(聚乙烯醇氧乙醛肉桂酸酯16號)、光刻膠BP218(300)等。同樣經過涂膠、曝光、顯影、定影、烘干等類似步驟，最后得到的表面起伏微圖案作為母板。
實施例4與實施例1不同之處，只是將實施例1中的偶氮類聚合物表面起伏光柵母板換成用微機械加工制作的具有表面起伏微結構的母板。即使用專門的光柵刻劃機，用機械刻劃的方法直接在基材(如硅片、玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯等)表面刻劃出均勻的表面起伏微圖案作為母板。
實施例5與實施例1不同之處，只是將實施例1中的偶氮聚合物表面起伏光柵作為母板換成激光刻蝕、離子刻蝕、電子束刻蝕、熱壓印刻蝕等方法制作的具有表面起伏微結構的母板。如用準分子激光在聚碳酸酯、聚酰亞胺等材料上，或使用脈沖激光在硅表面進行刻蝕得到的具有表面起伏微結構的母板。用反應離子刻蝕的方法，可以在硅、聚甲基丙烯酸甲酯等材料的表面制作具有表面起伏微結構的母板。用電子束刻蝕的方法制作的聚甲基丙烯酸甲酯等為基材的具有表面起伏微結構的母板。熱壓印刻蝕的方法在SiO2等基材表面形成的表面起伏微結構。
實施例6與實施例1不同之處，只是實施例1中的將偶氮聚合物表面起伏光柵作為母板換成微噴墨方法制作的具有表面起伏微結構的母板。運用計算機輔助設計和控制系統(tǒng)，以及精密的激光噴印儀器，按照預先設計的微圖案用“噴墨”的方式噴印在聚合物基板或者玻璃、硅片的表面，形成具有表面起伏微圖案的母板。
實施例7～12與實施例1～6不同之處，只是將上述各實施例中含異山梨醇結構單元的可溶性聚酰亞胺的四氫呋喃溶液換成以下之一種溶液該聚合物的甲苯溶液(0.1～50mg/mL)、氯仿溶液(0.1～50mg/mL)、二氯甲烷溶液(0.1～50mg/mL)、N，N-二甲基甲酰胺溶液(0.1～50mg/mL)、二甲基亞砜溶液(0.1～50mg/mL)；或者換成商業(yè)化產品的聚酰亞胺及其衍生物的溶液，如；聚酰亞胺的四氫呋喃溶液(0.1～50mg/mL)，聚酰亞胺的甲苯溶液(0.1～50mg/mL)，聚酰亞胺的氯仿溶液(0.1～50mg/mL)，聚酰亞胺的二氯甲烷溶液(0.1～50mg/mL)，聚酰亞胺的N，N-二甲基甲酰胺溶液(0.1～50mg/mL)，聚酰亞胺的二甲基亞砜溶液(0.1～50mg/mL)；此外，也可換成其他聚酰亞胺或衍生物的相應溶液，作為含聚合物的“墨水”。
實施例13～18與實施例1～6不同之處，只是將上述各實施例中含異山梨醇結構單元的可溶性聚酰亞胺的四氫呋喃溶液換成以下環(huán)氧樹脂及其衍生物的溶液之一種雙酚A型環(huán)氧樹脂的四氫呋喃溶液(0.1～50mg/mL)、雙酚A型環(huán)氧樹脂的甲苯溶液(0.1～50mg/mL)、雙酚A型環(huán)氧樹脂的氯仿溶液(0.1～50mg/mL)，雙酚A型環(huán)氧樹脂的二氯甲烷溶液(0.1～50mg/mL)，雙酚A型環(huán)氧樹脂的N，N-二甲基甲酰胺溶液(0.1～50mg/mL)，雙酚A型環(huán)氧樹脂的二甲基亞砜溶液(0.1～50mg/mL)；或者換成聚酰胺環(huán)氧樹脂的四氫呋喃溶液(0.1～50mg/mL)，聚酰胺環(huán)氧樹脂的甲苯溶液(0.1～50mg/mL)，聚酰胺環(huán)氧樹脂的氯仿溶液(0.1～50mg/mL)，聚酰胺環(huán)氧樹脂的二氯甲烷溶液(0.1～50mg/mL)，聚酰胺環(huán)氧樹脂的N，N-二甲基甲酰胺溶液(0.1～50mg/mL)，聚酰胺環(huán)氧樹脂的二甲基亞砜溶液(0.1～50mg/mL)；或者換成丙烯酸環(huán)氧樹脂的四氫呋喃溶液(0.1～50mg/mL)，丙烯酸環(huán)氧樹脂的甲苯溶液(0.1～50mg/mL)，丙烯酸環(huán)氧樹脂的氯仿溶液(0.1～50mg/mL)，丙烯酸環(huán)氧樹脂的二氯甲烷溶液(0.1～50mg/mL)，丙烯酸環(huán)氧樹脂的N，N-二甲基甲酰胺溶液(0.1～50mg/mL)，丙烯酸環(huán)氧樹脂的二甲基亞砜溶液(0.1～50mg/mL)；或者換成酚醛環(huán)氧樹脂的四氫呋喃溶液(0.1～50mg/mL)，酚醛環(huán)氧樹脂的甲苯溶液(0.1～50mg/mL)，酚醛環(huán)氧樹脂的氯仿溶液(0.1～50mg/mL)，酚醛環(huán)氧樹脂的二氯甲烷溶液(0.1～50mg/mL)，酚醛環(huán)氧樹脂的N，N-二甲基甲酰胺溶液(0.1～50mg/mL)，酚醛環(huán)氧樹脂的二甲基亞砜溶液(0.1～50mg/mL)；或者換成脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的四氫呋喃溶液(0.1～50mg/mL)，脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的甲苯溶液(0.1～50mg/mL)，脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的氯仿溶液(0.1～50mg/mL)，脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的二氯甲烷溶液(0.1～50mg/mL)，脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的N，N-二甲基甲酰胺溶液(0.1～50mg/mL)，脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的二甲基亞砜溶液(0.1～50mg/mL)；此外，也可換成其他環(huán)氧樹脂或衍生物的相應溶液，作為含聚合物的“墨水”。
實施例19～24與實施例1～6不同之處，只是各實施例中將含異山梨醇結構單元的可溶性聚酰亞胺的四氫呋喃溶液換成以下聚甲基丙稀酸酯及其衍生物溶液之一種聚甲基丙稀酸甲酯的四氫呋喃溶液(0.1～50mg/mL)，聚甲基丙稀酸甲酯的甲苯溶液(0.1～50mg/mL)，聚甲基丙稀酸甲酯的氯仿溶液(0.1～50mg/mL)，聚甲基丙稀酸甲酯的二氯甲烷溶液(0.1～50mg/mL)，聚甲基丙稀酸甲酯的N，N-二甲基甲酰胺溶液(0.1～50mg/mL)，聚甲基丙稀酸甲酯的二甲基亞砜溶液(0.1～50mg/mL)；或換成聚甲基丙稀酸乙酯的四氫呋喃溶液(0.1～50mg/mL)，聚甲基丙稀酸乙酯的甲苯溶液(0.1～50mg/mL)，聚甲基丙稀酸乙酯的氯仿溶液(0.1～50mg/mL)，聚甲基丙稀酸乙酯的二氯甲烷溶液(0.1～50mg/mL)，聚甲基丙稀酸乙酯的N，N-二甲基甲酰胺溶液(0.1～50mg/mL)，聚甲基丙稀酸乙酯的二甲基亞砜溶液(0.1～50mg/mL)；或換成聚丙稀酸甲酯的四氫呋喃溶液(0.1～50mg/mL)，聚丙稀酸甲酯的甲苯溶液(0.1～50mg/mL)，聚丙稀酸甲酯的氯仿溶液(0.1～50mg/mL)，聚丙稀酸甲酯的二氯甲烷溶液(0.1～50mg/mL)，聚丙稀酸甲酯的N，N-二甲基甲酰胺溶液(0.1～50mg/mL)，聚丙稀酸甲酯的二甲基亞砜溶液(0.1～50mg/mL)；或換成聚丙稀酸乙酯的四氫呋喃溶液(0.1～50mg/mL)，聚丙稀酸乙酯的甲苯溶液(0.1～50mg/mL)，聚丙稀酸乙酯的氯仿溶液(0.1～50mg/mL)，聚丙稀酸乙酯的二氯甲烷溶液(0.1～50mg/mL)，聚丙稀酸乙酯的N，N-二甲基甲酰胺溶液(0.1～50mg/mL)，聚丙稀酸乙酯的二甲基亞砜溶液(0.1～50mg/mL)，作為含聚合物的“墨水”。此外，也可換成其他聚甲基丙烯酸酯或其衍生物的相應溶液作為含聚合物的“墨水”。
實施例25～30與實施例1～6不同之處，只是各實施例中將含異山梨醇結構單元的可溶性聚酰亞胺的四氫呋喃溶液換成以下聚噻吩及其衍生物溶液之一種聚(3-己基噻吩)的四氫呋喃溶液(0.1～50mg/mL)，聚(3-己基噻吩)的甲苯溶液(0.1～50mg/mL)，聚(3-己基噻吩)的氯仿溶液(0.1～50mg/mL)，聚(3-己基噻吩)的二氯甲烷溶液(0.1～50mg/mL)，聚(3-己基噻吩)的N，N-二甲基甲酰胺溶液(0.1～50mg/mL)，聚(3-己基噻吩)的二甲基亞砜溶液(0.1～50mg/mL)；或換成聚十二烷基噻吩的四氫呋喃溶液(0.1～50mg/mL)，聚十二烷基噻吩的甲苯溶液(0.1～50mg/mL)，聚十二烷基噻吩的氯仿溶液(0.1～50mg/mL)，聚十二烷基噻吩的二氯甲烷溶液(0.1～50mg/mL)，聚十二烷基噻吩的N，N-二甲基甲酰胺溶液(0.1～50mg/mL)，聚十二烷基噻吩的二甲基亞砜溶液(0.1～50mg/mL)，作為含聚合物的“墨水”。此外，也可換成其他聚噻吩衍生物的相應溶液，作為含聚合物的“墨水”。
實施例31～36與實施例1～6不同之處，只是各實施例中將含異山梨醇結構單元的可溶性聚酰亞胺的四氫呋喃溶液換成以下聚苯胺及其衍生物溶液之一種聚苯胺的四氫呋喃溶液(0.1～50mg/mL)，聚苯胺的甲苯溶液(0.1～50mg/mL)，聚苯胺的氯仿溶液(0.1～50mg/mL)，聚苯胺的二氯甲烷溶液(0.1～50mg/mL)，聚苯胺的N，N-二甲基甲酰胺溶液(0.1～50mg/mL)，聚苯胺的二甲基亞砜溶液(0.1～50mg/mL)，作為含聚合物的“墨水”。此外，也可換成其他聚苯胺衍生物的相應溶液，作為含聚合物的“墨水”。
實施例37～72與實施例1～36不同之處在于，只是將上述各實施例中的軟印章的材料聚二甲基硅氧烷改為聚二乙基硅氧烷，聚二苯基硅氧烷，甲基苯基聚硅氧烷，甲基辛基硅氧烷，3-氯丙基甲基-二甲基聚硅氧烷，二甲基-甲基辛基聚硅氧烷，聚烷氧基硅氧烷等，其他條件相同。
實施例73～108與實施例1～36不同之處在于，將各實施例中的軟印章的材料聚二甲基硅氧烷改為甲基乙烯基硅橡膠，甲基苯基乙烯基硅橡膠，甲基雙苯基室溫硫化硅橡膠等橡膠類彈性體，其他條件相同。
實施例109～144與實施例1～36不同之處在于，只是將各實施例中的軟印章的材料聚二甲基硅氧烷改為聚二甲基硅氧烷與聚氨酯共混材料，或稀土等材料改性的聚硅氧烷材料，其他條件相同。
實施例145～288與實施例1～144不同之處在于，只是將軟印章蘸取“墨水”手工壓印改為滴加所述“墨水”在基板上，然后將軟印章輕輕壓印于其上。
實施例289～432與實施例1～144不同之處在于，只是將軟印章蘸取“墨水”手工壓印改為軟印章蘸取“墨水”后用10～1000g重物加壓，印壓于基材上。
實施例433～576類似于實施例1～144，將軟印章蘸取“墨水”手工壓印改為用輥筒式軟印章滾動壓印聚合物“墨水”于基材上。
將上述各實施例制作而成的微溝槽做成液晶盒放置在偏光顯微鏡下觀察，可觀察到明顯的由于液晶分子沿面排列產生的各向異性效應。在起偏器和檢偏器正交的條件下，透過液晶盒的偏振光強度隨旋轉角度呈現90°角的周期相變化，也證明液晶分子發(fā)生了均勻的定向沿面排列。用晶體旋轉法測定的液晶盒的預傾角根據聚合物以及微溝槽形貌不同，可在0度至5度范圍內調節(jié)。液晶盒具有良好的顯示功能。這是一種制備液晶定向層的新方法。
權利要求
1.一種利用軟刻技術制備液晶顯示用定向層的方法，其特征在于，包括以下步驟1)先制作具有表面起伏微圖案的母板；2)再用表面復制的方法將母板表面起伏微圖案轉移到可固化的聚合物彈性體表面，得到具有微圖案的軟印章；3)最后采用可溶性聚合物的溶液作為“墨水”，用所述軟印章將“墨水”壓印在基板表面，揭起印章之后即得到用于誘導液晶分子定向的液晶定向層。
2.如權利1要求所述的利用軟刻技術制備液晶顯示用定向層的方法，其特征在于，所述步驟1)中的母板制備方法，采用以下各類方法之任一種(1)用干涉激光照射偶氮聚合物薄膜形成表面起伏光柵作為母板；(2)用光刻方法制作表面起伏微結構作為母板；(3)用微機械加工制作表面起伏微結構作為母板；(4)用激光刻蝕、離子刻蝕、電子束刻蝕或熱壓印刻蝕方法制作的表面起伏微結構作為母板；(5)用微噴墨方法制作表面起伏微結構作為母板。
3.如權利1要求所述利用軟刻技術制備液晶顯示用定向層的方法，其特征在于，所述步驟2)中的彈性體，選取以下任一種材料(1)聚二甲基硅氧烷，聚二乙基硅氧烷，聚二苯基硅氧烷，甲基苯基聚硅氧烷，甲基辛基硅氧烷，3-氯丙基甲基-二甲基聚硅氧烷，二甲基-甲基辛基聚硅氧烷，聚烷氧基硅氧烷；(2)以及甲基乙烯基硅橡膠，甲基苯基乙烯基硅橡膠，甲基雙苯基室溫硫化硅橡膠；(3)聚二甲基硅氧烷與聚氨酯共混材料，或稀土改性的聚硅氧烷材料。
4.如權利1要求所述的利用軟刻技術制備液晶顯示用定向層的方法，其特征在于，所述步驟3)中的可溶性聚合物選自以下各類聚合物之一種(1)含異山梨醇結構單元的可溶性聚酰亞胺；(2)商業(yè)化產品的聚酰亞胺及其衍生物；(3)環(huán)氧樹脂及其衍生物；(4)聚甲基丙稀酸酯及其衍生物；(5)聚苯胺及其衍生物；(6)聚噻吩及其衍生物。
5.如權利4要求所述的利用軟刻技術制備液晶顯示用定向層的方法，其特征在于，所述步驟3)中的所述的溶液選自四氫呋喃溶液、甲苯溶液、氯仿溶液、二氯甲烷溶液、二甲基亞砜溶液、N，N-二甲基甲酰胺溶液之一種；
6.如權利要求2、3、4或5所述的利用軟刻技術制備液晶顯示用定向層的方法，其特征在于，所述步驟3中的用軟印章將“墨水”壓印在基板上的方法為將聚合物溶液“墨水”滴加在基板上，然后將軟印章壓印于該基板上得到。
7.如權利要求2、3、4或5所述的方法，其特征在于，所述步驟3中的用軟印章將“墨水”壓印在基板上的方法為由軟印章蘸取聚合物溶液“墨水”，加10～1000g重物對軟印章施壓得到。
8.如權利要求2、3、4或5所述的方法，其特征在于，所述步驟3中的用軟印章將“墨水”壓印在基板上的方法為用輥筒式軟印章滾動壓印聚合物“墨水”于基底上得到。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用軟刻技術制備液晶顯示器用定向層的方法，屬于液晶顯示器制備技術領域。本方法包括先制作具有表面起伏微圖案的母板；再用表面復制的方法將母板表面起伏微圖案轉移到可固化的聚合物彈性體表面，得到具有微圖案的軟印章；最后采用可溶性聚合物的溶液作為“墨水”，用所述軟印章將“墨水”壓印在基板表面，揭起印章之后即得到用于誘導液晶分子定向的液晶定向層。本發(fā)明的制備方法利用了軟刻技術的彈性軟印章來制備微圖案，具有工藝簡單、容易控制、成本低、效率高等特點。
文檔編號G02F1/13GK1702527SQ20051008393
公開日2005年11月30日 申請日期2005年7月15日 優(yōu)先權日2005年7月15日
發(fā)明者劉斌, 和亞寧, 王曉工 申請人:清華大學