多疇結構鐵電液晶器件的製備方法
2023-07-05 08:47:01 1
專利名稱：多疇結構鐵電液晶器件的製備方法
技術領域：
本發明屬液晶顯示技術領域，是一種多疇結構鐵電液晶器件製備方法。
目前，液晶顯示器件已在每一個可能的應用領域得到了廣泛的利用，這包括從簡單的計時器、手錶、遊戲機，到越來越複雜和高級的彩色電視、摺疊式計算機顯示屏等等。相應地，對高品質的液晶顯示器件的要求也越來越高。為滿足這一要求，人們已經研製出了有源矩陣顯示、超扭曲向列相液晶顯示(STN-LCD)、鐵電液晶顯示(FLCD)等一系列高品質液晶顯示器件。
鐵電液晶器件，特別是表面穩定模式的鐵電液晶顯示器件，具有快速響應、雙穩和記憶的特點，在其基礎上研製開發的FLCD與STN-LCD相比，具有高密度、大信息量、高對比度、寬視角等不可比擬的優越性，不但可以利用其高速、雙穩的特點發展空間光調製器，應用於實時圖象轉換的光信息處理、虛擬實境三維立體顯示、高保真平板液晶電視以及光計算機等高科技領域，而且可以利用其記憶效應，發揮其固定顯示不耗電的優點，在固定顯示器件領域，如大屏幕投影街頭廣告、超市電子價目表、機場、車站的時刻表、個人通訊記錄等方面得到廣泛的應用。
FLCD在製造工藝方面雖比STN-LCD難度大，但又沒有薄膜電晶體液晶顯示那樣複雜，因而有望取代其它類型的平板顯示器件，成為二十一世紀信息社會的主導信息媒介產品。但在具體的液晶器件研製過程中，仍存在著不少技術難關，限制和減緩了FLCD的進一步發展和應用。這些技術難關主要包括理想的手性近晶C相層的獲得，雙穩記憶性的保證以及器件的穩定性等。
鐵電液晶的理想組態是在手性近晶C相呈現書架式結構，並且以單疇形式存在，但鐵電液晶分子經取向後往往形成人字形缺陷和之字形缺陷，這很大地降低了器件的電光特性。FLCD在電場開關過程中產生的表面電荷，如果不能及時得以釋放，將在器件內部產生極化場，促使器件發生遲豫和退化，影響到器件的雙穩記憶性。另外，近晶C相較向列相更為有序，在初始取向狀態獲得的缺陷難以自發癒合，在電、光和機械的衝擊下，都將會形成永久性缺陷，直接影響到器件的性能和使用壽命。
鐵電液晶單疇雖然可以保證器件具有良好的對比度，但較大區域的均勻單疇取向難以得到。近來研究發現，在鐵電液晶降溫過程中施加低頻電場，可以獲得較為均勻的的鐵電液晶多疇排列，相應的器件在電光特性和雙穩記憶性方面都得到了改善。但該方法由於需要在降溫過程中對一個個器件施加電場，操作繁瑣，增加了製造工藝上的難度和操作時間，不利於商業化大規模批量生產。因此，採用一條與目前液晶生產線相兼容，不需施加電場，而且獲得電光特性優良，雙穩記憶性提高，甚至是器件穩定性增強的鐵電液晶多疇取向改進方法，對於器件的實用化大批量生產、商業化和產業化的推廣應用，具有較高的實際應用價值。
本發明的目的在於提供一種取向均勻，從而可改進對比度、雙穩記憶性和穩定性的多疇結構鐵電液晶器件的製備方法。
鐵電液晶在低預傾角聚合物摩擦膜取向的器件中，經常出現閃電型或髮夾型之字形缺陷，既不屬於單疇，也不屬於均勻多疇，而在高預傾角聚合物摩擦膜取向的器件中，則易於出現單向打摺的人字紋，即使是在施加電場下，也不易形成鐵電多疇。為在不施加電場下獲得均勻的鐵電液晶多疇，本發明採用有機半導體化合物摻雜的方法，通過對聚合物取向層的改性來改善取向膜的定向能力，從而獲得所需的鐵電液晶多疇取向。其步驟如下把可溶性有機半導體化合物酞菁或萘酞菁以0．1∶1～20∶1的摩爾比摻雜於聚醯亞胺酸溶液，然後旋塗於導電玻璃基片上，在140～160℃高溫下預烘經亞胺化後，獲得摻雜聚醯亞胺膜。對覆有膜層的導電玻璃表面進行摩擦。兩片經相似摩擦處理的導電玻璃基片按相同的摩擦方向面對面疊加放置，四邊用聚合物微珠作間隔分開。鐵電液晶在各向同性狀態下注入基片間隙，降至室溫後把基片封固，從而形成液晶盒。利用該方法，可以構制出具有均勻多疇排列的鐵電液晶器件，並且相應的器件具有良好的對比度、雙穩記憶性和穩定性。
對本發明可進一步具體描述如下光、熱穩定性良好的可溶性有機半導體化合物酞菁或萘酞菁以一定比例摻雜於聚醯亞胺酸溶液中。將摻雜後的聚醯亞胺酸溶液滴加在導電玻璃基片表面，在勻膠機上旋轉，勻膠速率一般為2000～5000轉／分，使溶液旋塗在基片上，形成取向層前體。該前體在高溫下經預烘和亞胺化後，獲得摻雜聚醯亞胺膜。覆有膜層的基片可採用絲絨滾筒摩擦，摩擦作用力一般在1～50克力／釐米。經此摩擦過程，得到摻雜聚合物摩擦取向層。兩片經以上相同處理過程得到的取向玻璃基片，按照摩擦方向相互平行的方向疊合放置，四邊用聚合物微珠作間隔層，並用環氧樹脂粘封，同時留有選樣口，利用毛細作用進入基片間隙。所選用的鐵電液晶材料為由席夫鹼、非席夫鹼、偶氮、聯苯和芳香酯系列的鐵電性和非鐵電性液晶混和而成。為保證器件中鐵電液晶取向的均勻性，所選用的液晶最好在降溫過程中具有各向同性→手性向列相→近晶A相→手性近晶C相的相序。待降溫和注入過程結束，同樣用環氧樹脂封固進樣口，這樣一個鐵電液晶盒構制完畢。用該方法製備的鐵電液晶器件，其液晶初始排列呈均勻的多疇，改進了鐵電液晶的對比度和雙穩記憶性，具有很好的穩定性，可以用於大批量、商業化生產，而且工藝簡單，操作方便，易於推廣應用。
以下將描述該發明的具體例子。
例1四-叔丁基酞菁錫以摩爾比0．5∶1的比例溶解於聚醯亞胺酸的二甲基乙醯胺溶液中。溶液滴加在氧化錫銦(ITO)導電玻璃基片表面，並以3，000轉／分鐘的速率在勻膠機上旋塗，而後基片在150℃下預烘1小時，再在200℃下亞胺化2小時。亞胺化後的玻璃基片在15克力／釐米的絲絨滾筒摩擦力下完成摩擦過程。經相同方法處理的兩基片按摩擦方向相同的方向疊合放置，並用直徑2．0μm的聚合物微珠作間隔，四周用環氧樹脂固定預封。待環氧樹脂固化後，鐵電液晶材料(BDH的SCE-13)在毛細作用下自進樣口注入盒的間隙。進樣結束後，同樣用環氧樹脂封固好進樣口，這樣鐵電液晶盒構制完成。如此構制獲得的鐵電液晶器件在其初始取向狀態呈現均勻的鐵電液晶多疇。器件在±20V，10Hz的方波電壓下對比度為82∶1；在脈衝寬度1ms，周期20ms的雙極脈衝作用下的記憶比為100∶1，達到完全的雙穩性。另外，器件在電場開關作用下或者靜止放置下，多疇結構穩定，沒用明顯的退化，而且電光特性不變，具有較好的穩定性。
例2四-叔丁基酞菁錫以摩爾比0．5∶1的比例溶解於聚醯亞胺酸的二甲基乙醯胺溶液中。溶液滴加在ITO導電玻璃基片表面，並以3，000轉／分鐘的速率在勻膠機上旋塗，而後基片在150℃下預烘1小時，再在200℃下亞胺化2小時。亞胺化後的玻璃基片在25克力／釐米的絲絨滾筒摩擦力下完成摩擦過程。經相同方法處理的兩基片按摩擦方向相同的方向疊合放置，並用直徑2．0μm的聚合物微珠作間隔，四周用環氧樹脂固定預封。待環氧樹脂固化後，鐵電液晶材料(BDH的SCE-13)在毛細作用下自進樣口注入盒的間隙。進樣結束後，同樣用環氧樹脂封固好進樣口，這樣鐵電液晶盒構制完成。如此構制獲得的鐵電液晶器件在其初始取向狀態呈現均勻的鐵電液晶多疇。器件在±20V，10Hz的方波電壓下對比度為70∶1；在脈衝寬度1ms，周期20ms的雙極脈衝作用下的記憶比為100∶1，達到完全的雙穩性。另外，器件在電場開關作用下或者靜止放置下，多疇結構穩定，沒用明顯的退化，而且電光特性不變，具有較好的穩定性。
例3四-叔丁基酞菁錫以摩爾比1∶1的比例溶解於聚醯亞胺酸的二甲基乙醯胺溶液中。溶液滴加在ITO導電玻璃基片表面，並以3，500轉／分鐘的速率在勻膠機上旋塗，而後基片在150℃下預烘1小時，再在200℃下亞胺化2小時。亞醯化後的玻璃基片在10克力／釐米的絲絨滾筒摩擦力下完成摩擦過程。經相同方法處理的兩基片按摩擦方向相同的方向疊合放置，並用直徑2．0μm的聚合物微珠作間隔，四周用環氧樹脂固定預封。待環氧樹脂固化後，鐵電液晶材料(Chisso的CS-1024)在毛細作用下自進樣口注入盒的間隙。進樣結束後，同樣用環氧樹脂封固好進樣口，這樣鐵電液晶盒構制完成。如此構制獲得的鐵電液晶器件在其初始取向狀態呈現均勻的鐵電液晶多疇。器件在±20V，10Hz的方波電壓下對比度為84∶1；在脈衝寬度1ms，周期20ms的雙極脈衝作用下的記憶比為100∶1，達到完全的雙穩性。另外，器件在電場開關作用下或者靜止放置下，多疇結構穩定，沒用明顯的退化，而且電光特性不變，具有較好的穩定性。
另外，所採用的有機半導體摻雜材料不僅局限於叔丁基的酞菁錫，而且對於中心配位元素為Cu，Ni，Vo，AlCl3，Si等一系列側鏈為烷氧基、苯甲氧基的可溶性的酞菁、萘酞菁化合物，在鐵電液晶多疇的獲得上同樣有效。同時，相應的取向效果不僅對液晶材料SCE-13和Chisso CS-1024有效，對Merk的ZLI-4237等商品化混和液晶材料亦有良好的取向多疇效果。
權利要求
1.一種多疇結構鐵電液晶器件的製備方法，採用有機半導體化合物摻雜方法，通過對聚合物取向層的改性來改善取向層的定向能力，其特徵在於採用的有機化合物為酞菁或萘酞菁，以0．1∶1～20∶1摩爾比摻雜於聚醯亞胺酸溶液中，然後旋塗於導電玻璃基片上，在140～160℃高溫下預烘，經亞胺化後獲得摻雜聚醯亞胺膜，再對覆有膜層的導電玻璃表面進行摩擦，兩片經相似處理過程的導電玻璃基片按相同的摩擦方向面對面疊加放置，四邊用聚合物微珠作間隔分開，鐵電液晶在各向同性狀態下注入基片間隙，降至室溫後把基片封固。
2.根據權利要求1所述的鐵電液晶器件的製備方法，其特徵在於摻雜的聚醯亞胺溶液在勻膠機上以2000～5000轉／分的速率旋塗於玻璃基片上。
3.根據權利要求2所述的鐵電液晶器件的製備方法，其特徵在於對覆有膜層的玻璃基片採用絲絨滾筒摩擦，摩擦作用力為1～50克力／釐米，獲得摻雜聚合物摩擦取向層。
4.根據權利要求3所述的鐵電液晶器件的製備方法，其特徵在於注入基片的鐵電液晶材料由席夫鹼、非席夫鹼、偶氮、聯苯和芳香酯系列的鐵電性和非鐵電性液晶混和而成。
5.根據權利要求4所述的鐵電液晶器件的製備方法，其特徵在於所選用的鐵電液晶在降溫過程中具有各向同性→手性向列相→近晶A相→手性近晶C相的相序。
全文摘要
本發明屬於液晶顯示技術領域,是一種多疇結構鐵電液晶器件的製備工藝。採用有機半導體化合物摻雜方法對聚合物取向層進行改性,改善其定向能力。摻雜化合物為酞菁或萘酞菁,摻雜母體為聚醯亞胺酸,摻雜摩爾比為0.1∶1～20∶1。由本方法製備的鐵電液晶器件,其液晶初始排列呈均勻的多疇結構,改進了鐵電液晶的對比度和雙穩記憶性,並具有很好的穩定性。本發明工藝簡單,操作方便,可以用於大批量、商業化生產。
文檔編號G02F1/133GK1204066SQ9811076
公開日1999年1月6日 申請日期1998年4月2日 優先權日1998年4月2日
發明者呂瑞波, 徐克 申請人:復旦大學