CN1085346C - 多畴结构铁电液晶器件的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于液晶显示技术领域，是一种多畴结构铁电液晶器件的制备工艺。采用有机半导体化合物掺杂方法对聚合物取向层进行改性，改善其定向能力。掺杂化合物为酞菁或萘酞菁，掺杂母体为聚酰亚胺酸，掺杂摩尔比为0.5∶1～1∶1。由本方法制备的铁电液晶器件，其液晶初始排列呈均匀的多畴结构，改进了铁电液晶的对比度和双稳记忆性，并具有很好的稳定性。本发明工艺简单，操作方便，可以用于大批量、商业化生产。

Description

多畴结构铁电液晶器件的制备方法

本发明属液晶显示技术领域，是一种多畴结构铁电液晶器件制备方法。

目前，液晶显示器件已在每一个可能的应用领域得到了广泛的利用，这包括从简单的计时器、手表、游戏机，到越来越复杂和高级的彩色电视、折叠式计算机显示屏等等。相应地，对高品质的液晶显示器件的要求也越来越高。为满足这一要求，人们已经研制出了有源矩阵显示、超扭曲向列相液晶显示(STN-LCD)、铁电液晶显示(FLCD)等一系列高品质液晶显示器件。

铁电液晶器件，特别是表面稳定模式的铁电液晶显示器件，具有快速响应、双稳和记忆的特点，在其基础上研制开发的FLCD与STN-LCD相比，具有高密度、大信息量、高对比度、宽视角等不可比拟的优越性，不但可以利用其高速、双稳的特点发展空间光调制器，应用于实时图象转换的光信息处理、虚拟现实三维立体显示、高保真平板液晶电视以及光计算机等高科技领域，而且可以利用其记忆效应，发挥其固定显示不耗电的优点，在固定显示器件领域，如大屏幕投影街头广告、超市电子价目表、机场、车站的时刻表、个人通讯记录等方面得到广泛的应用。

FLCD在制造工艺方面虽比STN-LCD难度大，但又没有薄膜晶体管液晶显示那样复杂，因而有望取代其它类型的平板显示器件，成为二十一世纪信息社会的主导信息媒介产品。但在具体的液晶器件研制过程中，仍存在着不少技术难关，限制和减缓了FLCD的进一步发展和应用。这些技术难关主要包括理想的手性近晶C相层的获得，双稳记忆性的保证以及器件的稳定性等。

铁电液晶的理想组态是在手性近晶C相呈现书架式结构，并且以单畴形式存在，但铁电液晶分子经取向后往往形成人字形缺陷和之字形缺陷，这很大地降低了器件的电光特性。FLCD在电场开关过程中产生的表面电荷，如果不能及时得以释放，将在器件内部产生极化场，促使器件发生迟豫和退化，影响到器件的双稳记忆性。另外，近晶C相较向列相更为有序，在初始取向状态获得的缺陷难以自发愈合，在电、光和机械的冲击下，都将会形成永久性缺陷，直接影响到器件的性能和使用寿命。

铁电液晶单畴虽然可以保证器件具有良好的对比度，但较大区域的均匀单畴取向难以得到。近来研究发现，在铁电液晶降温过程中施加低频电场，可以获得较为均匀的的铁电液晶多畴排列，相应的器件在电光特性和双稳记忆性方面都得到了改善。但该方法由于需要在降温过程中对一个个器件施加电场，操作繁琐，增加了制造工艺上的难度和操作时间，不利于商业化大规模批量生产。因此，采用一条与目前液晶生产线相兼容、不需施加电场，而且获得电光特性优良，双稳记忆性提高，甚至是器件稳定性增强的铁电液晶多畴取向改进方法，对于器件的实用化大批量生产、商业化和产业化的推广应用，具有较高的实际应用价值。

本发明的目的在于提供一种取向均匀，从而可改进对比度、双稳记忆性和稳定性的多畴结构铁电液晶器件的制备方法。

铁电液晶在低预倾角聚合物摩擦膜取向的器件中，经常出现闪电型或发夹型之字形缺陷，既不属于单畴，也不属于均匀多畴，而在高预倾角聚合物摩擦膜取向的器件中，则易于出现单向打摺的人字纹，即使是在施加电场下，也不易形成铁电多畴。为在不施加电场下获得均匀的铁电液晶多畴，本发明采用有机半导体化合物掺杂的方法，通过对聚合物取向层的改性来改善取向膜的定向能力，从而获得所需的铁电液晶多畴取向。其步骤如下：

把可溶性有机半导体化合物酞菁或萘酞菁以0.1∶1～20∶1的摩尔比掺杂于聚酰亚胺酸溶液，然后旋涂于导电玻璃基片上，在140～160℃高温下预烘经亚胺化后，获得掺杂聚酰亚胺膜。对覆有膜层的导电玻璃表面进行摩擦。两片经相似摩擦处理的导电玻璃基片按相同的摩擦方向面对面叠加放置，四边用聚合物微珠作间隔分开。铁电液晶在各向同性状态下注入基片间隙，降至室温后把基片封固，从而形成液晶盒。利用该方法，可以构制出具有均匀多畴排列的铁电液晶器件，并且相应的器件具有良好的对比度、双稳记忆性和稳定性。

对本发明可进一步具体描述如下：

光、热稳定性良好的可溶性有机半导体化合物酞菁或萘酞菁以一定比例掺杂于聚酰亚胺酸溶液中。将掺杂后的聚酰亚胺酸溶液滴加在导电玻璃基片表面，在匀胶机上旋转，匀胶速率一般为2000～5000转/分，使溶液旋涂在基片上，形成取向层前体。该前体在高温下经预烘和亚胺化后，获得掺杂聚酰亚胺膜。覆有膜层的基片可采用丝绒滚筒摩擦，摩擦作用力一般在1～50克力/厘米。经此摩擦过程，得到掺杂聚合物摩擦取向层。两片经以上相同处理过程得到的取向玻璃基片，按照摩擦方向相互平行的方向叠合放置，四边用聚合物微珠作间隔层，并用环氧树脂粘封，同时留有进样口，利用毛细作用进入基片间隙。所选用的铁电液晶材料为由席夫碱、非席夫碱、偶氮、联苯和芳香酯系列的铁电性液晶。为保证器件中铁电液晶取向的均匀性，所选用的液晶最好在降温过程中具有各向同性→手性向列相→近晶A相→手性近晶C相的相序。待降温和注入过程结束，同样用环氧树脂封固进样口，这样一个铁电液晶盒构制完毕。用该方法制备的铁电液晶器件，其液晶初始排列呈均匀的多畴，改进了铁电液晶的对比度和双稳记忆性，具有很好的稳定性，可以用于大批量、商业化生产，而且工艺简单，操作方便，易于推广应用。

以下将描述该发明的具体例子。

例1：四-叔丁基酞菁锡以摩尔比0.5∶1的比例溶解于聚酰亚胺酸的二甲基乙酰胺溶液中。溶液滴加在氧化锡铟(ITO)导电玻璃基片表面，并以3,000转/分钟的速率在匀胶机上旋涂，而后基片在150℃下预烘1小时，再在200℃下亚胺化2小时。亚胺化后的玻璃基片在15克力/厘米的丝绒滚筒摩擦力下完成摩擦过程。经相同方法处理的两基片按摩擦方向相同的方向叠合放置，并用直径2.0μm的聚合物微珠作间隔，四周用环氧树脂固定预封。待环氧树脂固化后，铁电液晶材料(BDH的SCE-13)在毛细作用下自进样口注入盒的间隙。进样结束后，同样用环氧树脂封固好进样口，这样铁电液晶盒构制完成。如此构制获得的铁电液晶器件在其初始取向状态呈现均匀的铁电液晶多畴。器件在±20V，10Hz的方波电压下对比度为82∶1；在脉冲宽度1ms，周期20ms的双极脉冲作用下的记忆比为100∶1，达到完全的双稳性。另外，器件在电场开关作用下或者静止放置下，多畴结构稳定，没用明显的退化，而且电光特性不变，具有较好的稳定性。

例2：四-叔丁基酞菁锡以摩尔比0.5∶1的比例溶解于聚酰亚胺酸的二甲基乙酰胺溶液中。溶液滴加在ITO导电玻璃基片表面，并以3,000转/分钟的速率在匀胶机上旋涂，而后基片在150℃下预烘1小时，再在200℃下亚胺化2小时。亚胺化后的玻璃基片在25克力/厘米的丝绒滚筒摩擦力下完成摩擦过程。经相同方法处理的两基片按摩擦方向相同的方向叠合放置，并用直径2.0μm的聚合物微珠作间隔，四周用环氧树脂固定预封。待环氧树脂固化后，铁电液晶材料(BDH的SCE-13)在毛细作用下自进样口注入盒的间隙。进样结束后，同样用环氧树脂封固好进样口，这样铁电液晶盒构制完成。如此构制获得的铁电液晶器件在其初始取向状态呈现均匀的铁电液晶多畴。器件在±20V，10Hz的方波电压下对比度为70∶1；在脉冲宽度lms，周期20ms的双极脉冲作用下的记忆比为100∶1，达到完全的双稳性。另外，器件在电场开关作用下或者静止放置下，多畴结构稳定，没用明显的退化，而且电光特性不变，具有较好的稳定性。

例3：四-叔丁基酞菁锡以摩尔比1∶1的比例溶解于聚酰亚胺酸的二甲基乙酰胺溶液中。溶液滴加在ITO导电玻璃基片表面，并以3,500转/分钟的速率在匀胶机上旋涂，而后基片在150℃下预烘1小时，再在200℃下亚胺化2小时。亚酰化后的玻璃基片在10克力/厘米的丝绒滚筒摩擦力下完成摩擦过程。经相同方法处理的两基片按摩擦方向相同的方向叠合放置，并用直径2.0μm的聚合物微珠作间隔，四周用环氧树脂固定预封。待环氧树脂固化后，铁电液晶材料(Chisso的CS-1024)在毛细作用下自进样口注入盒的间隙。进样结束后，同样用环氧树脂封固好进样口，这样铁电液晶盒构制完成。如此构制获得的铁电液晶器件在其初始取向状态呈现均匀的铁电液晶多畴。器件在±20V，10Hz的方波电压下对比度为84∶1；在脉冲宽度1ms，周期20ms的双极脉冲作用下的记忆比为100∶1，达到完全的双稳性。另外，器件在电场开关作用下或者静止放置下，多畴结构稳定，没用明显的退化，而且电光特性不变，具有较好的稳定性。

另外，所采用的有机半导体掺杂材料不仅局限于叔丁基的酞菁锡，而且对于中心配位元素为Cu，Ni，Vo，AlCl₃，Si等一系列侧链为烷氧基、苯甲氧基的可溶性的酞菁、萘酞菁化合物，在铁电液晶多畴的获得上同样有效。同时，相应的取向效果不仅对液晶材料SCE-13和Chisso CS-1024有效，对Merk的ZLI-4237等商品化混和液晶材料亦有良好的取向多畴效果。

Claims (5)

1、一种多畴结构铁电液晶器件的制备方法，采用有机半导体化合物掺杂方法，通过对聚合物取向层的改性来改善取向层的定向能力，其特征在于采用的有机化合物为酞菁或萘酞菁，以0.5∶1～1∶1摩尔比掺杂于聚酰亚胺酸溶液中，然后旋涂于导电玻璃基片上，在140～160℃高温下预烘，经亚胺化后获得掺杂聚酰亚胺膜，再对覆有膜层的导电玻璃表面进行摩擦，两片经相似处理过程的导电玻璃基片按相同的摩擦方向面对面叠加放置，四边用聚合物微殊作间隔分开，铁电液晶在各向同性状态下注入基片间隙，降至室温后把基片封固。

2、根据权利要求1所述的铁电液晶器件的制备方法，其特征在于掺杂的聚酰亚胺溶液在匀胶机上以2000～5000转/分的速率旋涂于玻璃基片上。

3、根据权利要求2所述的铁电液晶器件的制备方法，其特征在于对覆有膜层的玻璃基片采用丝绒滚筒摩擦，摩擦作用力为1～50克力/厘米，获得掺杂聚合物摩擦取向层。

4、根据权利要求3所述的铁电液晶器件的制备方法，其特征在于注入基片的铁电液晶材料为席夫碱、非席夫碱、偶氮、联苯和芳香酯系列的铁电性液晶。

5、根据权利要求4所述的铁电液晶器件的制备方法，其特征在于所选用的铁电液晶在降温过程中具有各向同性→手性向列相→近晶A相→手性近晶C相的相序。