[发明专利]通过同时进行对准排列和相分离制造对准排列的液晶单元/膜

说明书

发明领域

本发明属于由采用自对准排列层的复合有机材料制成的光调制器件领域。具体地说，本发明将两个过程结合起来，一个过程是使用偏振紫外线辐照就地进行光对准排列，另一个过程是使用一步法或多步法的相分离复合有机膜(PSCOF)技术实现各向异性的相分离，以此制备有或者没有预倾角的邻接于聚合物层的对准排列液晶膜。特别是，这种方法不需要预先制造两个各在其基底上的对准排列层就能制备出对准排列的液晶单元。

背景技术

PSCOF方法是最近在Kent州立大学发明和使用的、用以制备邻接的互相平行的聚合物层和液晶层。这种方法公开于US专利5,949,508，在此引入作为参考。PSCOF方法包括类似于在制造聚合物分散液晶膜中使用的一种过程。以预定比例混合的聚合物和液晶置于两个具有严格规定厚度的基底之间或覆盖于一种基底上。当一束紫外线从一面入射，相分离过程就开始。在接近紫外辐射源处由于光强度较高，聚合(和相分离)速率较快。随着相分离开始，有机或液晶材料被逐出聚合部分并开始背向紫外辐射源迁移。结果，在单元的一面上得到均匀的聚合物膜，而在较远离紫外线源的单元的相对的一面上形成基本上均匀的液晶层。用预先涂敷对准排列的且液晶材料易于润湿的层可以促进液晶在较远离紫外源的那种基底上从聚合物中分离。按照这样的方式可以形成对准排列的液晶膜。

对准排列层通常由长链聚合材料构成，通常这种材料后来将经历例如机械性摩擦或紫外线辐射的过程以改变其表面性质。有几种普遍接受的技术用于在液晶器件的基底上形成对准排列层。一般使用的方法是对有机/聚合物膜进行摩擦或光对准，以及将无机材料蒸发。虽然每个方法能够使液晶材料对准排列，但是每个方法都有具体的缺陷。

最常用的形成对准排列层的方法是摩擦技术。在这种方法中，例如，聚酰胺酸是旋转涂布或者是淀积在基底上的。对聚酰胺酸进行两种热处理，柔和烘焙和剧烈烘焙以形成聚酰亚胺(PI)膜。在适当地冷却一段时间以后，用布例如天鹅绒在始终一致的单一方向上摩擦PI膜。以后当液晶接触到摩擦面时，液晶就沿摩擦方向对准排列。可惜这种方法会导致机械损伤和产生静电电荷，这两者都不利于液晶显示，特别是对采用薄膜晶体管的液晶显示。此种摩擦法也从布和PI上产生了尘埃，它可能污染液晶材料。

另一种形成对准排列层的方法包括如上所述的在基底上生成PI膜。线偏振的紫外线投射到PI膜的表面上以产生需要的分子对准排列。紫外辐射各向异性地光离解PI中的光敏化学键，包括在酰亚胺环上的那些键。这有选择地减少了PI分子的极化度并且改变了其表面性质和形态。可惜，这种方法产生的对准排列层与液晶的锚接很不牢固而且热稳定性与化学稳定性差。此外，这种方法需要昂贵的多步骤工艺。这种方法的又一个缺陷是与摩擦技术相比，它仅能提供有限的电荷持有率和较低的热稳定性。

使用光敏聚合物制备对准排列层的一种类似方法也是已知的。例如，可使用光敏聚合物如聚(乙烯基)4-甲氧基肉桂酸酯(PVMC)、聚(乙烯基)肉桂酸酯(PVC)和聚硅氧烷肉桂酸酯的膜使液晶材料对准排列。当这些材料暴露于线偏振的紫外线(LPUV)下在溶剂蒸发以后就引发了光反应。这一方法导致侧链分子的交联(键合)和生成物取向都在单一的方向上，即由线偏振方向确定的方向。然而，这些方法不能在以化学方式固定分子的取向，当其暴露于通常存在的非偏振紫外线中，这种对准排列会消失。而且，随着时间的消逝，这些材料的化学组成会丧失。因此，这样产生的对准排列层不能促成液晶材料具有固定、稳定的取向。

用于在基底上形成对准排列层的又一个方法是通过无机材料的蒸发在基底的表面上以性质不同的入射角淀积。这形成一种由自身结构来确定液晶取向的对准排列层。已经采用的无机材料包括硅氧化物和镁氧化物。这种淀积方法在制造过程中已经证明是麻烦的和难以使用的。

由Kent州立大学开发的另一种形成对准排列层的方法是就地紫外线辐照法。这种方法公开于US专利5,936,691，在此引入作为参考。这种就地辐照方法类似于将PI膜暴露于偏振紫外线下的常规方法。然而，这种就地辐照方法是在聚酰亚胺(PI)薄膜正被柔和和剧烈烘焙时对其进行紫外线辐照。与常规的紫外线辐照技术相比，这样得到的对准排列层具有较高的锚接能量，并且热稳定性更好。例如，用常规方法制备的单元在100℃维持12小时后会失去对准排列，而由就地辐照方法制备的单元在300℃维持12小时并没有退化的迹象。这种形成对准排列层的就地辐照方法避免了该领域中已知的其它方法的许多缺陷，同时只需要较少和较简单的处理步骤。