CN110596944A - 显示装置及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种显示装置及其制作方法，该制作方法包括：提供第一基板和第二基板；在所述第一基板上形成电极层；在所述电极层远离所述第一基板的一侧形成配向层，所述配向层采用掺杂有光引发剂的配向液材料形成；在所述第一基板与所述第二基板之间注入液晶聚合物混合物，形成液晶盒，所述液晶聚合物混合物包括液晶和单体；对所述液晶盒进行曝光，所述液晶聚合物混合物中的单体在所述配向层中的所述光引发剂的作用下，在所述配向层上聚合形成聚合物光栅，所述液晶聚合物混合物中液晶形成液晶开关层。本发明中，可以精确地在显示装置的单侧基板上形成聚合物光栅，提高了显示装置的取光精确度。

Description

显示装置及其制作方法
技术领域
本发明实施例涉及显示技术领域，尤其涉及一种显示装置及其制作方法。
背景技术
光栅是一种重要的光学器件，在分光、长度和角度的精确测量，激光技术中的光调制、自成像系统等方面有着广泛的应用。近年来，与液晶技术的结合使光栅器件的应用范围又得到进一步拓展，已应用在三维图像显示、光电开关等许多领域。
用于聚合物/液晶电光器件的复合物体系主要有聚合物分散液晶(PDLC)和聚合物网络液晶(PNSLC)。前者聚合物含量一般在30％以上，液晶以微滴形式分散在连续的聚合物介质中；后者聚合物含量在10％以下，液晶为连续相，少量的聚合物结构分布在液晶中。
聚合物分散液晶光栅可以采用光掩膜法处理制作，利用掩膜板使光照射充有预聚物和液晶混合物的透明玻璃液晶盒，液晶与聚合物就会间隔排列，形成聚合物分散液晶光栅。聚合物分散液晶光栅也可以采用栅状电极，整个膜是聚合物分散液晶结构。
以上两种方法，由于需要预先制作光掩膜板或栅状电极而使制作过程比较复杂。
目前，有人提出利用双光束干涉曝光工艺制备聚合物分散液晶光栅。其原理是首先将光敏单体材料与液晶混合，然后注入液晶盒，由于光干涉在空间产生光强分布，从而形成聚合物和液晶交替的周期性变化的光栅。但由于双光束干涉本身的技术特点，容易形成贯穿上下基板的聚合物光栅，无法精确控制在基板单侧形成光栅，在下基板形成聚合物光栅会导致影响显示装置的取光精确度。
发明内容
本发明实施例提供一种显示装置及其制作方法，用于解决利用双光束干涉方法形成聚合物光栅时，无法精确控制在基板单侧形成光栅的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种显示装置的制作方法，包括：
提供第一基板和第二基板；
在所述第一基板上形成电极层；
在所述电极层远离所述第一基板的一侧形成配向层，所述配向层采用掺杂有光引发剂的配向液材料形成；
在所述第一基板与所述第二基板之间注入液晶聚合物混合物，形成液晶盒，所述液晶聚合物混合物包括液晶和单体；
对所述液晶盒进行曝光，所述液晶聚合物混合物中的单体在所述配向层中的所述光引发剂的作用下，在所述配向层上聚合形成聚合物光栅，所述液晶聚合物混合物中液晶形成液晶开关层。
在一些实施例中，所述配向液中所述光引发剂所占的质量比例为0.5％～4％。
在一些实施例中，所述液晶聚合物混合物还包括以下至少之一：稀释剂和光引发剂，所述液晶聚合物混合物中的光引发剂的质量小于所述配向液中的光引发剂的质量。
在一些实施例中，所述液晶为向列相液晶，所述液晶在所述液晶聚合物混合物中的质量比例为40％～97％。
在一些实施例中，所述单体选自以下至少之一：丙烯酸酯类单体和乙烯基醚类单体。
在一些实施例中，所述丙烯酸酯类单体选自以下至少之一：环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、环丙烯酸异冰片酯和1，6己二醇二丙烯酸酯。
在一些实施例中，采用双光束曝光工艺对所述液晶盒进行曝光，曝光光源为激光，波长为250～420nm。
第二方面，本发明实施例提供了一种显示装置，采用上述方法制作而成，包括：
相对设置的第一基板和第二基板；
设置于所述第一基板上的电极层、配向层和聚合物光栅，所述配向层采用掺杂有光引发剂的配向液材料形成；
设置于所述第一基板和第二基板之间的液晶开关层。
在一些实施例中，所述显示装置还包括：
侧入式光源，所述侧入式光源设置于所述第二基板的侧面。
在一些实施例中，所述显示装置为指向性显示装置。
1、精确控制在单侧基板上形成聚合物光栅，而非形成贯穿第一基板和第二基板的光栅，从而提高显示装置的取光精确度。
2、聚合物光栅+液晶开关层在液晶盒内(in-cell)一次曝光成型，与光刻制备光栅再对盒灌晶的工艺相比，降低了光栅的加工难度，工艺简单，成本低廉，光栅制备在对盒、灌晶之后进行，减少先制作光栅，再对盒工艺对光栅的不良损失。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1～图5为本发明实施例的显示装置的制作方法的流程示意图；
图6为本发明一实施例的显示装置的结构示意图；
图7为本发明实施例的ADS模式的显示装置的结构示意图；
图8为本发明实施例的ADS模式的显示装置的电极产生的电场示意图；
图9为本发明实施例的IPS模式的显示装置的结构示意图；
图10为本发明实施例的IPS模式的显示装置的电极通入同性电压时产生的电场示意图；
图11为本发明实施例的IPS模式的显示装置的电极通入异性电压时产生的电场示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1～图5，图1～图5为本发明实施例的显示装置的制作方法的流程示意图，其特征在于，包括：
步骤11：提供第一基板和第二基板；
本发明实施例中，所述第一基板和第二基板可以为刚性基板，比如玻璃，石英等，也可以采用柔性基板，例如PI(聚酰亚胺)基板、PET(聚对苯二甲酸类塑料)基板，PES(聚醚砜树脂)基板等。
因为后续需要进行曝光工艺，因而第一基板和第二基板至少其中之一需要在曝光光源所在波段具有一定的透光率。
此外，还可以在执行后续的工艺之前，清洗第一基板和第二基板，以保证第一基板和第二基板的清洁度。
步骤12：请参考图1和图2，在所述第一基板10上形成电极层11；
本发明实施例中，电极层11可以通过以下方式制作：涂布或沉积透明导电材料，形成透明导电膜层11’，对透明导电膜层11’进行图案化，形成电极层11的图形。
本发明的一些实施例中，若曝光工艺中，需要从第一基板10一侧进行曝光，电极层11需要采用透明电极，且需要在曝光光源所在波段具有一定的透光率。本发明实施例中，所述电极层11可以采用ITO(氧化铟锡)或纳米银等材料。
步骤13：请参考图3，在所述电极层11远离所述第一基板10的一侧形成配向层12，所述配向层12采用掺杂有光引发剂的配向液材料；
本发明实施例中，配向层12的形成过程包括：配向液的涂布，热固化和摩擦取向(Rubbing)等。
光引发剂(photoinitiator)又称光敏剂(photosensitizer)或光固化剂(photocuring agent)，是一类能在紫外光段(250～420nm)或可见光段(400～800nm)吸收一定波长的能量，产生自由基、阳离子等，引发单体聚合交联固化的化合物。光引发剂分子，在直接或间接吸收光能后，从基态跃迁到激发单线态，经系间窜跃至激发三线态；在激发单线态或三线态经历单分子或双分子化学作用后，产生能够引发单体聚合的活性碎片，这些活性碎片可以是自由基、阳离子、阴离子等。按照引发机理不同，光引发剂可分为自由基聚合光引发剂和阳离子光引发剂。
本发明实施例中，在配向液中添加微量光引发剂，光引发剂所占的质量比例为0.5％～4％。配向液的主要成分为PI(聚酰亚胺)，在配向液中添加光引发剂对配向液涂布，热固化和摩擦取向均无不良影响。由于PI也为已经聚合的聚酰亚胺材料，在热固化和摩擦取向过程中，没有化学反应发生，并且在配向层表面发生引发剂裸露。当后续的曝光过程中，由于配向层中的光引发剂的存在，光引发剂从第一基板到第二基板的方向上，能够实现浓度梯度递减，有利于在单侧基板实现良好的聚合物光栅。
在本发明的一些实施例中，可选的，第二基板上不进行配向层的制作，以在后续的聚合物聚合过程中，增加基板选择性。
步骤14：请参考图4，在所述第一基板10与所述第二基板20之间注入液晶聚合物混合物30，形成液晶盒，所述液晶聚合物混合物30包括液晶和单体；
本发明实施例中，可以先在第一基板10(或第二基板20)上形成封框胶40，然后将液晶聚合物混合物30灌注到第一基板10(或第二基板20)与封框胶40围成的空间内，最后将第一基板10和第二基板20进行对盒。或者，先在第一基板10(或第二基板20)上形成封框胶40，然后将第一基板10和第二基板20进行对盒，但是保留一灌注口，通过该灌注口将液晶聚合物混合物30灌注到第一基板10和第二基板20围成的空间内，最后进行封口。
本发明实施例中，液晶盒的厚度为1～15um，可以采用在第一基板10或第二基板2上制作柱状隔垫物或玻璃微球等保持液晶盒盒厚。
在本发明的一些实施例中，所述液晶为向列相液晶，例如，CB15，1717，LC17、E7等，向列相液晶的粘度小，富于流动性，产生这种流动性的原因，主要是由于向列相液晶各个分子容易顺着长轴方向自由移动。所述液晶在所述液晶聚合物混合物中的质量比例为40％～97％，具体比例根据光栅形貌及整体器件结构确定。
在本发明的一些实施例中，所述单体选自以下至少之一：丙烯酸酯类单体和乙烯基醚类单体。在本发明的一些实施例中，所述丙烯酸酯类单体选自以下至少之一：环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯(IBOA)和1，6己二醇二丙烯酸酯(HDDA)等。所述乙烯基醚类单体可以为不饱和聚酯。一般来说，优选单体官能度高的材料，固化速度快，稳定性好，同时，优选粘度较低的材料，以有利于与液晶分离。
配向层中的光引发剂的选择与单体的选择相适配，一般选用无色、无黄边、对单体引发效率高的材料。例如聚氨酯丙烯酸酯，相应的光引发剂选择I184或D1173。
本发明实施例中，在注入之前，液晶聚合物混合物可以采用超声混合均匀。
步骤15：请参考图5，对所述液晶盒进行曝光，所述液晶聚合物混合物中的单体在所述配向层12中的所述光引发剂的作用下，在所述配向层12上聚合形成聚合物光栅31，所述液晶聚合物混合物30中液晶形成液晶开关层32。
在本发明的一些实施例中，可以采用双光束曝光工艺对所述液晶盒进行曝光，曝光光源为激光，波长为250～420nm(即紫外光段)，曝光时间为200～240s。
在本发明的一些实施例中，所述液晶聚合物混合物还可以包括以下至少之一：稀释剂和光引发剂。其中，稀释剂用于降低粘度，光引发剂用于提高单体的聚合效果。若所述液晶聚合物混合物中包括光引发剂，所述液晶聚合物混合物中的光引发剂的质量小于所述配向液中的光引发剂的质量，以避免在第二基板上形成聚合物光栅。
本发明实施例中，可选的，第二基板作为波导基板，其上不做任何结构，表面光滑无起伏，保留基板良好的光学表面，可以避免漏光，提升显示装置的对比度(Contrast，CR)，同时，也可以避免单体聚合在其上，控制聚合物光栅的形成位置和形貌。
本发明实施例的显示装置的制作方法具有以下优点：
1、精确控制在单侧基板上形成聚合物光栅，而非形成贯穿第一基板和第二基板的光栅，从而提高显示装置的取光精确度。
2、聚合物光栅+液晶开关层在液晶盒内(in-cell)一次曝光成型，与光刻制备光栅再对盒灌晶的工艺相比，降低了光栅的加工难度，工艺简单，成本低廉，光栅制备在对盒、灌晶之后进行，减少先制作光栅，再对盒工艺对光栅的不良损失。
请参考图6，本发明实施例还提供一种显示装置，采用上述任一实施例中的方法制作而成，包括：
相对设置的第一基板10和第二基板20；
设置于所述第一基板10上的电极层11、配向层12和聚合物光栅31，所述配向层12采用掺杂有光引发剂的配向液材料；
设置于所述第一基板10和第二基板20之间的液晶开关层32。
在本发明的一些实施例中，所述显示装置还可以包括：侧入式光源50，所述侧入式光源50设置于所述第二基板20的侧面，本发明实施例中，侧入式光源50发射的光线为准直光线。
在本发明的一些实施例中，所述显示装置为指向性显示装置，请参考图6，指向性显示装置的工作原理是：侧入式光源50发出的准直光线从第二基板20的侧面进入第二基板20内，在第二基板20内全反射传播，当电极层11通电时，液晶层中的液晶在电场的作用下发生偏转，当液晶的折射率与第二基板的折射率相同时，光线被从第二基板20取出，并经过聚合物光栅的衍射，进入人眼。
本发明实施例中，第二基板20(波导基板)的等效折射率Nm与出射光的波长λ的关系满足以下公式：
2π/λ·Nm＝2π/λ·ncsinθ+q2π/Λ(q＝0，±1，±2，…)
其中，θ为出光方向与显示装置平面法线的夹角，nc为液晶层以及第一基板的等效折射率(一般两者的折射率很接近)，Λ为聚合物光栅的周期。
指向性显示装置上某一位置上的像素的出光方向往往是固定的，由该像素相对于人眼的位置决定，即上式中出光方向θ是固定的。此时通过调节聚合物光栅的周期Λ，即可实现给定颜色光线(波长λ)在给定方向(与指向性显示装置平面法线的夹角为θ)上的出射。
本发明实施例中，通过电极层的不同设置，可以实现不同驱动方式的显示装置。
在本发明的一些实施例中，请参考图7，所述电极层包括公共电极111和像素电极112，其中公共电极111为面状电极，像素电极112为梳状电极。可以将公共电极111接地，像素电极112施加正压或者负压，一般在3-5V，请参考图8，公共电极111和像素电极112产生的电场为高级超维场转换技术(ADS)电场。无电压时，液晶平行取向。施加电压后，液晶沿着电场线垂直移动，改变液晶折射率，液晶等效折射率由下述公式所得：
ne为液晶等效折射率，θ为液晶偏转角度，n为液晶垂直也平行于波导基板的两个折射率，n||为液晶快轴的折射率，n⊥为液晶慢轴的折射率。
由上式得知，根据液晶不同的偏转角度可以计算出液晶的等效折射率，液晶折射率与波导基板一致或稍高时，光沿着波导基板的全反射传输被打破，可以进入光栅，经过衍射后进入人眼。不同颜色的像素的聚合物光栅的周期不同。
在本发明的一些实施例中，请参考图9，所述电极层包括交叉设置的梳妆像素电极113和114，可以将像素电极113和114分别施加正压或者负压，或者，一个施加正压，一个施加负压，一般在3-5V，请参考图10，图10为施加了同性电压的像素电极113和114产生的电场为平面转换(IPS)电场。请参考图11，图11为施加了异性电压的像素电极113和114产生的电场为IPS电场。无电压时，液晶平行取向。施加电压后，液晶沿着电场线垂直移动，改变液晶折射率。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种显示装置的制作方法，其特征在于，包括：
提供第一基板和第二基板；
在所述第一基板上形成电极层；
在所述电极层远离所述第一基板的一侧形成配向层，所述配向层采用掺杂有光引发剂的配向液材料形成；
在所述第一基板与所述第二基板之间注入液晶聚合物混合物，形成液晶盒，所述液晶聚合物混合物包括液晶和单体；
对所述液晶盒进行曝光，所述液晶聚合物混合物中的单体在所述配向层中的所述光引发剂的作用下，在所述配向层上聚合形成聚合物光栅，所述液晶聚合物混合物中液晶形成液晶开关层。
2.如权利要求1所述的显示装置的制作方法，其特征在于，所述配向液中所述光引发剂所占的质量比例为0.5％～4％。
3.如权利要求1所述的显示装置的制作方法，其特征在于，所述液晶聚合物混合物还包括以下至少之一：稀释剂和光引发剂，所述液晶聚合物混合物中的光引发剂的质量小于所述配向液中的光引发剂的质量。
4.如权利要求1所述的显示装置的制作方法，其特征在于，所述液晶为向列相液晶，所述液晶在所述液晶聚合物混合物中的质量比例为40％～97％。
5.如权利要求1所述的显示装置的制作方法，其特征在于，所述单体选自以下至少之一：丙烯酸酯类单体和乙烯基醚类单体。
6.如权利要求5所述的显示装置的制作方法，其特征在于，所述丙烯酸酯类单体选自以下至少之一：环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、环丙烯酸异冰片酯和1，6己二醇二丙烯酸酯。
7.如权利要求1所述的显示装置的制作方法，其特征在于，采用双光束曝光工艺对所述液晶盒进行曝光，曝光光源为激光，波长为250～420nm。
8.一种显示装置，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的方法制作而成，包括：
相对设置的第一基板和第二基板；
设置于所述第一基板上的电极层、配向层和聚合物光栅，所述配向层采用掺杂有光引发剂的配向液材料形成；
设置于所述第一基板和第二基板之间的液晶开关层。
9.如权利要求8所述的显示装置，其特征在于，还包括：
侧入式光源，所述侧入式光源设置于所述第二基板的侧面。
10.如权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置为指向性显示装置。
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