CN100492137C - 用于对液晶显示器的聚合物定向层刻微槽的方法 - Google Patents

用于对液晶显示器的聚合物定向层刻微槽的方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种在聚合物层中压印微槽来产生用于液晶显示器的定向层的方法。在一个实施方案中，所述方法包括提供在其一侧上施加有聚合物膜的透明基板；提供一种具有接触表面的工具，所述接触表面上形成有多个微槽；和将所述接触表面压向所述聚合物膜。还公开并要求了其它的实施方案。

Description

用于对液晶显示器的聚合物定向层刻微槽的方法
技术领域
本发明一般涉及液晶显示器，尤其但不排他地涉及在液晶显示器的定向层中形成微槽的方法。
背景技术
液晶单元通常用作与电子装置相关联的液晶显示器的部件，电子装置为例如电视机、手表、计算器、计算机显示器和移动电话。图1A和1B分别图解了液晶(LC)显示单元100的一个实施方案的侧视图和平面图。LC显示单元100包括芯片102，其表面104上形成有堤坝106。堤坝106形成了包围表面104的一部分的密封周边。具有表面112和113的透明盖108围绕其外围粘附并密封到堤坝106，从而盖108的一小部分悬于堤坝上。芯片102的表面104、堤坝106、和透明盖108限定了具有深度d的密封体积116，在该体积中填充液晶，从而完成了液晶单元。尽管距离d可从毫米数量级的距离变化到微米数量级的距离，但在一个实施方案中，体积116具有大约一微米的深度d。在所示的实施方案中，LC单元100粘附到基板103，所述基板103在一个实施方案中为陶瓷基板，但在其他的实施方案中其可以是不同的基板。陶瓷基板103包括这里没有示出的其他组件，如散热片、电子电路和/或元件，等等。芯片102通过焊盘120和引线接合124电连接到基板103。透明盖108的悬吊部分通过地跨接线(crossover ground)126电连接到陶瓷基板或其上的一些电路。
图1C图解了LC单元100的透明盖108的结构。盖108包括具有定向层117的透明基板110。定向层涂覆到基板110的表面115。尽管没有示出，但通常向基板施加透明导电层；通常给基板的表面115施加导电层(即，其夹在基板110和定向层117之间)，但在其他实施方案中也给基板的外表面113施加导电层。导电层用作电极，从而可以给体积116内的液晶施加电场，以使液晶改变它们的取向，因而改变显示。在一个实施方案中，当电信号排列液晶分子来显示图像时，电信号通过与焊盘120连接的迹线途经该芯片，并通过液晶距离d流到导电层。导电层通过跨接地连线126接地返回基板103。与体积116中液晶接触的定向层112一侧中通常包括多个微槽118。微槽118的目的是给体积116中的液晶提供最初定向；在大多数情形中，液晶的最初定向平行于微槽。优选液晶的最初定向大致具有穿透深度—就是说，定向层应使贯穿液晶的整个深度d，体积116中的液晶在所需方向上最初定向(见图1A)。
当前，定向层中的微槽114通过使用一些种类的摩擦材料来手动摩擦所述层108而形成，所述摩擦材料例如是人造纤维绒头纱布(pilecloth)，具有600μm的纤维长度、15μm的纤维直径以及每平方厘米32,000纤维的纤维数。除了最终的微槽达不到理想质量之外，形成微槽的手工摩擦方法还具有几个其他缺点。尤其是，不会产生均匀且一致的槽图案，这会影响定向的穿透深度。手工摩擦也耗费时间和劳力，其会增加液晶显示器的成本。手工摩擦方法很难适应制造环境，而且在制造液晶显示器过程中还很难或不可能实现规模经济。
附图说明
参照下面的附图描述本发明的非限制性的和非穷举的实施方案，其中相同的参考标记在各种视图中指代相同的部件，除非另有说明。
图1A和1B分别是液晶显示器一个实施方案的侧视图和平面图；
图1C是液晶显示器透明盖的一个实施方案的放大侧视图，所述盖上具有定向层；
图2A是其中具有微槽图案的微型工具的一个实施方案的放大侧视图；
图2B是与图2A中所示工具相同的工具的接触表面的一个实施方案的放大平面图；
图3A-3D是例如图2A-2B中所示工具的一个实施方案可使用的微槽的各实施方案的放大横截面图；
图4A-4F图解了使用例如图2A-2B中所示的工具，在聚合物膜上压压印微槽的方法的一个实施方案，所述聚合物膜涂覆到例如图1C中所示的玻璃基板上；
图5A-5C图解了使用例如图3中所示的工具在聚合物膜上压印微槽的方法的可选实施方案，所述聚合物膜涂覆到例如图2中所示的玻璃基板上。
具体实施方式
这里将描述在聚合物层中压印微槽从而产生例如液晶显示器中使用的定向层的方法的实施方案。在下面的描述中，描述了许多具体的细节，从而提供本发明实施方案的彻底理解。然而，相关领域中的熟练技术人员应当认识到，本发明可以不使用一个或多个所述的具体细节来实践，或使用其他的方法、部件、材料等来实践。在其他情况下，没有详细示出或详细描述公知的结构、材料或操作，以避免混淆本发明的各方面。
该整个说明书中提及“一个实施方案”或“一实施方案”意味着在本发明的至少一个实施方案中包含结合该实施方案描述的特定特征、结构、或特性。因而，说明书中出现的短语“在一个实施方案中”或“在一实施方案中”不必全部指相同的实施方案。此外，在一个或多个实施方案中可以以任何合适的方式组合特定的特征、结构或特性。
图2A-2B图解了用于在定向层中压印多个微槽的微型工具200的实施方案。工具200由于其将用于图形化小尺寸的特征而称作“微型工具”；该工具本身不必较小，当然也可能较小。图2A是图解工具200的基本构造的侧视图，其包括其中形成有多个微槽204的接触表面202。尽管在其他实施方案中可使用不同的材料或材料的组合，但在一个实施方案中，使用镍(Ni)制作工具200。在一个实施方案中，微槽204可以通过使用常规手段(例如，光刻)蚀刻在接触表面202上或以其他方式形成在接触表面202上。图2B是工具200的接触表面202的平面图。工具200的接触表面202包括其中具有多个微槽的图案208。该图案具有宽度B和深度H，其在一个实施方案中对应于LC单元中堤坝的尺寸，在所述LC单元中，所述工具用于在定向层中产生微槽。
图3A-3D是图2A中圆形区域206的放大图，其图解了微槽204可采取的横截面轮廓的各种实施方案。当然，聚合物膜中产生的微槽的横截面轮廓对应于微槽204的横截面轮廓。图3A图解了具有三角形或“锯齿”图案的横截面轮廓的微槽。图3B图解了具有方形的横截面轮廓的微槽。图3C和3D图解了微槽的两个变型，二者都具有可描述为“间隔的三角形轮廓”或“间隔的锯齿轮廓”的横截面轮廓。在一个实施方案中，单个凹槽的宽度W是纳米数量级的，而单个凹槽的间隔P(还称作“齿距”)也是纳米数量级的。在一个特定的实施方案中，例如凹槽具有100nm的宽度W和150nm的齿距P。当然在其他实施方案中，大得多和/或小得多的凹槽宽度和齿距也是可能的；微槽的宽度和齿距可从毫米数量级的距离变化到埃数量级的距离，这取决于应用。
在图3A-3D中所示的横截面轮廓的每个实施方案中，微槽204都具有深度A。在大多数情形中，深度A小于或等于其中将产生定向层的聚合物膜410的厚度t(见图4B)。然而在其他情形中，大于聚合物膜厚度t的深度A可用于产生想要的轮廓。例如，如果深度A大于聚合物膜410的厚度t，则使用具有图3A中所示横截面轮廓的微槽的工具200，可产生具有与图3D中所示相似的横截面轮廓的微槽。
尽管这里只显示了少量微槽横截面轮廓，但微槽的横截面轮廓还可采用没有示出的其他形式。此外，工具中的所有微槽204—由此在定向层中形成的所有相应微槽—不必具有相同的横截面轮廓，而是可包含不同横截面轮廓和/或不同深度A的组合。同样，微槽204不必具有规则的恒定深度；其中各个凹槽的深度彼此不同的微槽图案也是完全可能的。
图4A-4F图解了在聚合物层中压印微槽的方法的实施方案。图4A和4B图解了将聚合物层410施加到透明基板402的表面406上。在一个实施方案中，透明基板402是玻璃，但在其它实施方案中可以使用不同类型的透明基板。此外，在一个实施方案中，聚合物膜是聚酰亚胺(PI)；市场上可购买到的聚酰亚胺的例子是Nissan RN1332，其可从日本东京的Nissan公司购买。在其它的实施方案中，聚合物膜可以是其它的物质，例如聚乙烯醇(PVOH)；市场上可购买到的PVOH的例子包括Nissan SE150和SE12710，它们也都可从日本东京的Nissan公司购买。在其它的实施方案中，可以使用这里没有列出或提到的其它聚合物。在图4A中所示的实施方案中，喷射单元404将适宜的聚合物喷射到表面406上，直到获得所需的膜厚度t，此时停止喷射。在其它的实施方案中，可通过其它的手段，如旋涂，将膜410施加到表面406上。图4B图解了将聚合物膜施加到透明基板402上的结果，结果是基板402上具有聚合物膜410。聚合物层优选具有均匀的厚度t。透明基板402一般具有毫米数量级的厚度，而聚合物膜410具有微米或纳米范围内的厚度。在一个特定的实施方案中，例如基板402具有大约0.5mm的厚度，而聚合物膜具有大约50nm的厚度t.
图4C图解了调整聚合物膜410，以更好地从压印工具接受微槽的压印。所需调整的类型主要依赖于选择用于聚合物膜410的聚合物。在图4C所示的实施方案中，将透明基板402和聚合物膜410插入烤箱或高压锅412中，从而可升高聚合物膜410的温度。通过升高聚合物膜的温度，可更好地接受由工具进行槽的压印。然而，在其它实施方案中，调整聚合物膜可能需要不同的方式。例如，在可以压印微槽之前，聚合物膜需要部分或完全固化；如果聚合物在施加到表面406上时且在固化之前为液体，或者聚合物膜由于其它原因具有非常低的粘性，则就是这种情形。在另一个实施方案中，可以在将聚合物膜施加到基板上以后不对其进行任何处理的情况下，在聚合物膜中压印微槽；在这种情形中，对聚合物膜的调整等于没作任何处理。因而，在压印之前调整聚合物膜是可选的，取决于选择用于聚合物膜的具体聚合物。
图4D-4F图解了在聚合物层410中压印微槽以形成定向层的方法的实施方案。如图4D中所示，其接触表面416具有包含多个微槽418的图案的工具414下落到聚合物膜410上。在图4E中，所述工具的接触表面416与聚合物膜410接触，因而所述工具中的微槽418与聚合物膜410接触，如果必要，向所述工具施加力F，以将该工具的微槽418压进聚合物膜，从而在聚合物膜中产生微槽420的相应图案(见图4F)并将该聚合物层变成定向层。在聚合物层中压印微槽所需的力F的大小将根据所使用的聚合物和压印时其物理状态而变化；在一些情形中，需要施加很小的力或者不需施加力，而在其它情形中需要施加相当大的力。在图4F中，工具的接触表面从聚合物层移开，在聚合物层410中留下了微槽420。在该方法的一些实施方案中，在压印之后聚合物层410可能需要进一步的处理。例如，如果在部分固化所述聚合物层之后压印微槽，则还需进一步固化，以进一步硬化所述聚合物层410。
图5A-5C图解了在聚合物层中压印微槽的方法的可选实施方案。图5A-5B描述了与图4D-4E中所示那些相似的方法的一些部分。在图5A中，其接触表面416具有包含多个微槽418的图案的工具414下落到聚合物膜410上。在图5B中，所述工具的接触表面416与聚合物膜410接触，因而所述工具中的微槽418也与聚合物膜410接触，如果必要，向所述工具施加力F，以将该工具的微槽418压进聚合物膜，从而在聚合物膜中产生微槽420的相应图案并将该聚合物层变为定向层。
图5C是图5B中所示侧视图中显示的对象的俯视平面图。工具414的接触表面416与聚合物膜410接触，从而工具414的接触表面上的微槽418在聚合物膜中产生微槽20。然而，在该实施方案中，当接触表面416保持与聚合物膜接触时，在箭头422方向上沿着微槽或在箭头424方向上垂直于微槽振动整个工具。工具振动的幅度可能非常小，目的是例如通过工具的振动抛光微槽或移除在压印过程中转移的聚合物材料，从而更好地在聚合物层中形成微槽。在可选择的实施方案中，可以向工具的微槽318施加研磨材料，从而当振动工具时可更好地进行抛光和/或成形。微槽中施加的物质的研磨性取决于如下因素，例如聚合物膜310的硬度，以及所需成形和/或抛光的量。
本发明所示实施方案的上述描述，包含摘要中描述的内容，并不是穷尽的，或不意在将本发明限制为公开的具体形式。尽管这里为了示意性的目的描述了本发明的特定实施方案和实施例，但相关领域中的熟练技术人员将认识到，在本发明的范围内各种等价的修改也是可能的。根据上述详细描述的内容，可以对本发明作这些修改。
下面权利要求中使用的术语不应认为是将本发明限制为说明书和权利要求中公开的特定实施方案。而是，本发明的范围应完全由下面的权利要求来确定，其根据权利要求的描述而建立的原理来解释。

Claims (19)

1.一种在聚合物膜中形成微槽的方法，包括：
向透明基板施加聚合物膜；
调整该聚合物膜；和
通过将一工具的接触表面压向该聚合物膜并且在该聚合物膜的平面内振动所述接触表面，而在该聚合物膜中压印多个微槽，所述接触表面中形成有包含多个微槽的图案。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物膜包括聚酰亚胺(PI)或聚乙烯醇(PVOH)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述透明基板包括玻璃。
4.根据权利要求1所述的方法，其中向透明基板施加聚合物膜包括将所述聚合物膜喷射或旋涂在所述透明基板上。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述图案中的多个微槽具有选定的轮廓。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述选定的轮廓是正方形轮廓、三角形轮廓、间隔的三角形轮廓、或它们的组合。
7.根据权利要求1所述的方法，其中调整聚合物膜包括升高聚合物膜的温度。
8.根据权利要求1所述的方法，其中调整聚合物膜包括至少部分地固化聚合物膜。
9.根据权利要求1所述的方法，其中调整聚合物膜包括不作任何处理。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述微槽具有嵌入其中的研磨材料。
11.一种在聚合物膜中形成微槽的方法，包括：
提供在其一侧上施加有聚合物膜的透明基板；
提供一种具有接触表面的工具，所述接触表面上形成有多个微槽；
将所述接触表面压向所述聚合物膜；和
在所述聚合物膜的平面内振动所述接触表面。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述聚合物膜包括聚酰亚胺(PI)或聚乙烯醇(PVOH)。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述透明基板包括玻璃。
14.根据权利要求11述的方法，其中所述多个微槽具有选定的轮廓。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述选定的轮廓是正方形轮廓、三角形轮廓、间隔的三角形轮廓、或它们的组合。
16.根据权利要求11所述的方法，进一步包括调整所述聚合物膜。
17.根据权利要求11所述的方法，其中调整聚合物膜包括升高聚合物膜的温度。
18.根据权利要求11所述的方法，其中调整聚合物膜包括至少部分地固化聚合物膜。
19.根据权利要求11所述的方法，其中调整聚合物膜包括不作任何处理。
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