CN102576107A - 用于制备光控取向膜的紫外高透过双层线栅偏振片及其制备方法 - Google Patents

用于制备光控取向膜的紫外高透过双层线栅偏振片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于光控取向膜的紫外高透过双层线栅偏振片及其制备方法。更具体地，本发明提供一种紫外高透过双层线栅偏振片，包括：基底；设置在所述基底上的抗反射层；设置在所述抗反射层上的图形化光刻胶层；以及设置在所述光刻胶层和所述抗反射层上的金属薄膜。另外，本发明提供一种紫外高透过双层线栅偏振片的制备方法，该方法包括以下步骤：在基底上形成抗反射层；通过在所述抗反射层上涂覆光刻胶形成光刻胶层；根据由激光干涉光所形成的图形对所述光刻胶层进行选择性曝光并对曝光后的光刻胶层进行显影来形成线栅图形；以及在所述形成有线栅图形的光刻胶层上沉积金属。因此，当制备所述双层线栅偏振片时通过使用抗反射层，本发明可以光滑地形成线栅。由于在光刻胶层线栅形成之后沉积金属，因此不需要形成线栅的干法刻蚀过程，降低了制备成本。此外，与现有的单层线栅偏振片相比，本发明改善了紫外区域的透过率和偏振，从而提高了光控取向膜的制备效率。

Description

用于制备光控取向膜的紫外高透过双层线栅偏振片及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于光控取向膜的紫外(UV)高透过率双层线栅偏振片及其制备方法。
背景技术
在采用薄膜晶体管-液晶显示器(TFT-LCD)沿面排列的扭曲向列(TN)模式中，液晶需要沿特定的方向适当地排列。液晶的这种排列通过表面处理过的取向膜来实现。由于TFT-LCD的性能大大地依赖于液晶的排列状态，因此，研发优异的取向膜在制造FTF-LCD中是非常重要的。
在玻璃基底之间涂覆液晶材料的过程中，简单地涂覆液晶不足以使该液晶具有取向。因此，必须在与液晶接触的基底的内壁上形成取向膜。取向膜通过沿特定方向形成精细图形来制备。为此，可以广泛地使用SiO倾斜蒸镀法、摩擦法或光控取向法。
对于SiO倾斜蒸镀法来说，沿着倾斜方向在基底上沉积金属或诸如氧化物或氟化物等无机材料。通常使用SiO作为沉积材料。然而，由于使用真空设备进行沉积，因此会产生很多成本。另外，很难在很宽的范围内达到均匀的蒸镀角度。
对于摩擦法来说，通过印刷过程在基底上形成由有机聚合物(例如聚酰亚胺)构成的薄膜，然后将其硬化，并且，整个基底用强度均匀的布进行摩擦，从而在涂覆液晶后决定液晶的取向。因为取向过程较方便，所以摩擦法适用于大量生产。然而，在这种情形中，摩擦会导致划痕。具体说，对大基底的摩擦可能会不均匀，因而液晶的排列可能会不均匀。于是，局部显示出不同的光学特性，导致不均匀性。
为了替代摩擦法，对不涉及物理接触的光控取向法进行了研究。对于光控取向法来说，通过在聚合物膜上照射偏振紫外(UV)光来制备取向膜。具体说，通过聚合物材料对偏振紫外光的反应所产生的取向来制备所述取向膜。当偏振紫外光照射在聚酰亚胺(一种有代表性的光功能聚合物)上时，沿着偏振方向排列的光反应体对所述偏振紫外光选择性地产生反应，从而制备出定向的取向膜。
在所述光控取向法的情形中，制备取向膜的速度由几个因素决定，这些因素包括光功能聚合物的取向速度以及紫外光的强度。具体说，需要偏振片以便使用偏振紫外光。通过使用在所述光功能聚合物的吸收波长处具有高透过率的偏振片，即使是使用相同的光功能聚合物和紫外光灯，制备取向膜的速度也可以得到提高。
如图1所示，常规的紫外偏振片包括具有150nm间距以及200nm高度的铝线栅。所述常规的紫外偏振片在紫外范围内具有优异的偏振度。然而，紫外光被吸收进该偏振片中，导致总透过率降低。
本发明人证实，当在利用光控取向法制备双层线栅偏振片中使用抗反射层时，可以光滑地形成线栅，并且当使用薄的双层金属薄膜时，所制备的偏振片的透过率在紫外范围内也得到提高。基于这些认识，本发明人完成了有创新性的偏振片。
发明内容
技术问题
本发明的一个方面提供一种用于光控取向膜的紫外高透过率双层线栅偏振片，该偏振片能够提高光控取向膜的制备效率。
本发明的另一个方面还提供一种用于光控取向膜的紫外高透过率双层线栅偏振片的制备方法。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供一种用于光控取向膜的紫外高透过率双层线栅偏振片，其包括：基底；设置在所述基底上的抗反射层；设置在所述抗反射层上的图形化光刻胶层；以及设置在所述光刻胶层和所述抗反射层上的金属薄膜。
根据本发明的另一方面，提供一种用于光控取向膜的紫外高透过率双层线栅偏振片的制备方法，所述方法包括：在基底上形成抗反射层；通过在所述抗反射层上涂覆光刻胶形成光刻胶层；根据由激光干涉光所形成的图形对所述光刻胶层进行选择性曝光并对曝光后的光刻胶层进行显影来形成线栅图形；以及在所述线栅图形上沉积金属。
所述金属可以使用电子束蒸镀法或溅射法来沉积。
所述基底可以为石英基底或透紫外光玻璃。
所述抗反射层可以具有50～500nm的厚度。
所述光刻胶层可以具有50～200nm的厚度。
所述金属薄膜可以包括选自Al、Ag、Pt、Au、Cu、Cr以及包含上述两种或多种金属的组合的合金中的材料。
所述金属薄膜可以具有10～30nm的厚度。
所述线栅图形可以具有100～200nm的间距。
有益效果
根据本发明的实施方案，在制备所述双层线栅偏振片中通过使用抗反射层，可以光滑地形成线栅。由于在光刻胶层线栅形成之后沉积金属，因此与现有技术相比，用于形成线栅的干法刻蚀过程不需要了。干法刻蚀过程是利用金属层对气体等离子体的反应形成图形的过程。干法刻蚀过程的使用增加了制备成本。由于本发明中不使用干法刻蚀过程，因此，可以降低制备成本。此外，根据本发明的实施例，制备了薄的双层线栅偏振片。因此，与常规的单层线栅偏振片相比，紫外范围内的透过率提高了。此外，偏振度得到提高，并且光控取向膜的制备效率得到提高。
附图说明
图1是常规的紫外线栅偏振片的示意横截面图；
图2是本发明的一个实施例所述的用于干涉曝光以形成光刻胶图形的激光设备的示意图；
图3是本发明的一个实施例所述的紫外高透过率双层线栅偏振片的截面图；
图4是本发明的一个实施例所述的紫外高透过率双层线栅偏振片的扫描电子显微镜(SEM)图像。
具体实施方式
根据本发明的一个方面，用于光控取向膜的紫外高透过率双层线栅偏振片包括：基底；设置在所述基底上的抗反射层；设置在所述抗反射层上的图形化光刻胶层；以及设置在所述光刻胶层和所述抗反射层上的金属薄膜。
如图3所示，本发明中所使用的术语“基底”是指偏振片的基本部件，并且该基底可以由任何材料制成，只要光可以从该基底透过即可。所述基底的例子可以包括石英基底、透紫外光玻璃以及塑料基底。
本发明中所使用的术语“抗反射层”是指在涂覆光刻胶层之前覆盖在基底上的层。在通过激光干涉曝光在光刻胶层上形成线栅的过程中，抗反射层防止由于激光的内反射或干涉反射而不能光滑地形成线栅。在没有所述抗反射层的情形中，由于在光刻胶层发生激光的内反射，因此不能光滑地形成线栅。相反，在存在所述抗反射层的情形中，由于内反射被吸收，因此能够光滑地形成线栅。
本发明中所使用的抗反射层并无具体的限制，只要它能够吸收激光的内反射即可。然而，必须考虑干涉曝光中所使用的激光的波长、两个曝光光束之间的夹角和抗反射材料的折射率等等。可以使用Brewer Science的I-con、DUV 42p或者Clariant的AZ BARLi。
根据抗反射材料的折射率、所使用的激光的类型和干涉曝光期间两个光束之间的夹角等，可以改变所述抗反射层的厚度。当所述抗反射层的厚度在50-500nm的范围内时，可以通过旋涂法来制备均匀的抗反射层。
本发明中所使用的术语“光刻胶层”是指可以对激光干涉曝光产生反应从而形成线栅的层。通过对光刻胶层进行激光曝光并使用含KOH的显影液对激光曝光后的光刻胶层进行显影，可以根据对激光的光敏性形成图形。本发明中所使用的光刻胶层并无具体的限制，只要它由与激光波长有关的紫外光刻胶材料制成即可。可以使用Shin-Etsu Chemical Co.，LTD的SEPR 701、Rohmand Hass company的ULTRA i-123或Clariant的AZ 1512。所述光刻胶层的厚度可以在50～200nm的范围内。
较小的间距对于增加所述线栅偏振片的偏振度有利。然而，具有100nm或小于100nm间距的图形难以通过干涉曝光来形成。因此，可以将线栅的间距调节到100～200nm的范围内。
当在通过激光干涉曝光和显影形成有线栅图形的光刻胶层上沉积金属时，金属薄膜在线栅图形的光刻胶层上和在光刻胶层被显影后线栅图形之间露出的抗反射层上双重地形成。
当金属层形成得太厚时，紫外透过率可能会降低。当金属层的厚度为30nm或小于30nm时，紫外透过率可能最大化。当金属层的厚度为10nm或小于10nm时，偏振度降低，并且光控取向难以沿着希望的方向形成。因此，可以将金属层的厚度调整到10～30nm的范围内。
本发明中所使用的金属可以选自Al、Ag、Pt、Au、Cu、Cr以及包含上述两种或多种金属的组合的合金中。考虑紫外偏振，可以使用铝(Al)。
与常规的紫外偏振片相比，本发明的实施方案所述的紫外高透过率双层线栅偏振片提高了透过率和偏振度，从而可以在所述光控取向膜的制备过程中提高效率。
根据本发明的另一个方面，用于光控取向膜的紫外高透过率双层线栅偏振片的制备方法包括：在基底上形成抗反射层(步骤1)；通过在所述抗反射层上涂覆光刻胶形成光刻胶层(步骤2)；根据激光干涉光所形成的图形对所述光刻胶层进行选择性曝光并对曝光后的光刻胶层进行显影从而形成线栅图形(步骤3)；以及在所述线栅图形上沉积金属(步骤4)。
步骤1为在基底上涂覆抗反射层。所述基底是偏振片的基本部件，并且可以由任何材料制成，只要光可以从该该基底透过即可。所述基底的例子可以包括石英基底、透紫外光玻璃以及塑料基底。
所述抗反射层是指涂覆光刻胶层之前覆盖在所述基底上的层。在通过激光干涉曝光在光刻胶层上形成线栅的过程中，抗反射层防止由于激光的内反射或干涉反射而不能光滑地形成线栅。在不存在所述抗反射层的情形中，由于在光刻胶层发生激光的内反射，因此不能光滑地形成线栅。相反，在存在所述抗反射层的情形中，由于内反射被吸收，因此能够光滑地形成线栅。本发明中所使用的抗反射层并无具体的限制，只要它能够吸收激光的内反射即可。可以使用Brewer Science的I-con、DUV 42p或者Clariant的AZ BARLi。
根据抗反射材料的折射率、所使用的激光的类型和干涉曝光期间两个光束之间的夹角等，可以改变所述抗反射层的厚度。所述抗反射层的厚度可以在50-500nm的范围内。
步骤2为在所述抗反射层上涂覆光刻胶层。该光刻胶层是指可以对激光干涉曝光产生反应从而形成线栅的层。当所述光刻胶层由激光进行曝光并进行显影时，只有未与激光发生反应的那部分留下来，从而形成线栅。由于不使用干法刻蚀过程来形成所述图形，因此可以降低制备成本。
本发明中所使用的光刻胶层并无具体的限制，只要它能够对所述激光产生反应即可。可以使用Shin-Etsu Chemical Co.，LTD的SEPR 701、Rohm andHass company的ULTRA i-123或Clariant的AZ 1512。
步骤3为通过在所涂覆的光刻胶层上进行激光干涉曝光来形成所述线栅图形。如果利用所述激光的光程差(相位差)，那么，该激光的相长干涉和相消干涉就以有规律的间隔发生。利用这一点，可以形成具有恒定间距的线栅。所述线栅的间距可以通过调节所述激光的波长来控制。
为了在紫外范围产生偏振，可以将所述线栅的间距调节为200nm或小于200nm。
步骤4在所述线栅图形上沉积金属。如图3所示，通过在步骤3中所形成的线栅图形上沉积金属，所述金属层可以在所述线栅上和该线栅之间所露出的抗反射层上双重地形成。可以利用电子束蒸镀法或溅射法来沉积所述金属。考虑沉积效率和沉积取向，电子束蒸镀法是有利的。
当所述金属层形成得太厚时，影响紫外透过率。当所述金属层的厚度为30nm或小于30nm时，紫外透过率可能最大化。考虑到紫外偏振，本发明中所使用的金属可以为铝。
在下文中，将描述本发明的实施例。应该注意，下面的实施例只是用来辅助理解本发明，本发明不限于此。
实施例1：紫外高透过率双层线栅偏振片的制备
1.形成抗反射层和光刻胶层
在本实施例中，使用尺寸为10cm×10cm的石英基底，使用DUV 42p(Brewer Science)作为抗反射层。使用Ultra i-123(Rohm and Hass company)作为光刻胶。
在所述石英基底上覆盖60nm厚的抗反射层(DUV 42p)。在覆盖所述抗反射层之后，涂覆60nm厚的Ultra i-123以形成光刻胶层。
2.由激光干涉曝光形成线栅图形
为了在上述部分1中所准备的基底上形成线栅图形，使用干涉曝光系统。如图2所示，所述干涉曝光系统使用分束器将266nm的激光束分成两束，以及使用物镜对这些光束进行放大，并对上述光刻胶层进行曝光。此时，使用光电二极管来读出因外部环境的变化而导致的上述两个光束的光程差(相位差)的变化，并使用PID电路和PZT镜来恒定地维持所述光程差。在干涉曝光和显影之后，形成间距为150nm的线栅图形，该间距短于所述激光波长。
3.在线栅图形上沉积金属
使用电子束沉积在上述部分2中所形成的光刻胶线栅图形上沉积15nm的铝，从而制备出例如图3的紫外高透过率双层线栅偏振片。
为了确认所制备出的紫外高透过率双层线栅偏振片的线栅以及金属沉积度，拍摄了SEM图像，并将其示于图4。参看图4，由于使用了抗反射层，因此光滑地形成了线栅，并且均匀地沉积了铝。
实验例1：透过率的测量
利用实施例1中所制备的紫外高透过率双层线栅偏振片测量透过率。当随机偏振光入射时，如图1中的对照例所示的常规单层偏振片的透过率在310nm波长处为40％。本发明的实施例所述的偏振片的透过率为60％，是所述常规偏振片的透明度的1.5倍。
实验例2：液晶取向的测量
使用实施例1中的紫外高透过率双层线栅偏振片，以环烯烃共聚物膜形成取向膜，并测量液晶的取向。作为对所述液晶取向的测量结果，可以确认，制备出了与使用单层偏振片所形成的取向膜相当的取向膜。
因此，尽管偏振度部分地降低了，但制备出了偏振度相当的取向膜。此外，本发明的实施例所述的紫外高透过率双层线栅偏振片的透过率得到提高。因此，所述取向膜的生产速度可以得到提高，并且使用所述光控取向方法的取向膜的制备效率可以得到提高。

Claims (16)

1.一种用于光控取向膜的紫外高透过率双层线栅偏振片，包括：
基底；
设置在所述基底上的抗反射层；
设置在所述抗反射层上的图形化光刻胶层；以及
设置在所述光刻胶层和所述抗反射层上的金属薄膜。
2.根据权利要求1所述的紫外高透过率双层线栅偏振片，其中，所述基底为石英基底或透紫外光玻璃。
3.根据权利要求1所述的紫外高透过率双层线栅偏振片，其中，所述抗反射层具有50～500nm的厚度。
4.根据权利要求1所述的紫外高透过率双层线栅偏振片，其中，所述光刻胶层具有50～200nm的厚度。
5.根据权利要求1所述的紫外高透过率双层线栅偏振片，其中，所述金属薄膜包括选自Al、Ag、Pt、Au、Cu、Cr以及包含上述两种或多种金属的组合的合金中的材料。
6.根据权利要求1所述的紫外高透过率双层线栅偏振片，其中，所述金属薄膜具有10～30nm的厚度。
7.根据权利要求1所述的紫外高透过率双层线栅偏振片，其中，线栅图形具有100～200nm的间距。
8.一种用于光控取向膜的紫外高透过率双层线栅偏振片的制备方法，所述方法包括：
在基底上形成抗反射层；
通过在所述抗反射层上涂覆光刻胶形成光刻胶层；
根据由激光干涉光所形成的图形对所述光刻胶层进行选择性曝光并对曝光后的光刻胶层进行显影来形成线栅图形；以及
在所述形成有线栅图形的光刻胶层上沉积金属。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，使用电子束蒸镀法或溅射法沉积所述金属。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述基底为石英基底或透紫外光玻璃。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述抗反射层具有50～500nm的厚度。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述光刻胶层具有50～200nm的厚度。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述金属薄膜包括选自Al、Ag、Pt、Au、Cu、Cr以及包含上述两种或多种金属的组合的合金中的材料。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，所述金属薄膜具有10～30nm的厚度。
15.根据权利要求8所述的方法，其中，所述线栅图形具有100～200nm的间距。
16.一种利用权利要求1到7中的任一权利要求所述的紫外高透过率双层线栅偏振片制备的光控取向膜。
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