TW201439651A - 液晶對準層及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

提供用於藉由雷射作業或是噴墨列印方式在一第一表面上製作具有奈米-及微米-圖案化表面形貌之層的方法。該等表面形貌在該第一表面之該平面中於一第一方向上具有5奈米至500微米的一週期性。該等層可使用作為光電裝置中的各向異性圖案化對準層並產生至少0.30的一方向序。

Description

液晶對準層及其製造方法 發明領域
本發明一般係有關於電驅動裝置用對準表面形貌(surface topography)並更特定言之係有關於構成該等表面形貌的方法。
發明背景
光電裝置可包含一或更多的液晶(LC)層。該等層包含在外場作用下其之光學、電氣、及磁特性方面經歷變化的材料。該等層係包括於光電裝置中，因於該等裝置中在裝置作業的不同狀態期間(例如，完全開啟狀態(ON-state)、完全關閉狀態(OFF-state)以及其間複數的其他狀態)由於LC分子之不同的定向而出現視覺上的變化。視該光電裝置之作業模式而定，該所謂的無場(field-free)LC定向(OFF狀態)以及預定分布範圍可與在電壓作用下(ON狀態)有所區別。為了光電裝置之成功的作業及性能，該LC材料在該無場狀態期間應適當地對準。
發明概要
於一具體實施例中，說明其中提供一第一表面的 一方法。經由噴墨列印方式將一溶液沉積覆蓋該第一表面以形成一第一各向異性圖案。該藉由沉積所構成的第一各向異性圖案在該第一表面之該平面中的一第一方向上具有5奈米至500微米的一第一週期性。該溶液係經凝固以構成一第一各向異性圖案化對準層，其具有5奈米至500微米大小的特徵。
於一具體實施例中，該第一各向異性圖案在該表 面之該平面中的一第二方向上具有一第二週期性。於一具體實施例中，該第一與第二方向係為不同的，該第一與第二週期性係為不同的，以及該第二週期性係為5奈米至500微米。
於一具體實施例中，該將溶液沉積覆蓋該第一表 面的步驟包括在該第一表面上構成一第二各向異性圖案。
於一具體實施例中，該沉積溶液之步驟包括沉積 該溶液滴以及該將溶液凝固的步驟包括該等溶液滴之部分聚結，同時保留該第一週期性的至少一些構造。
於一具體實施例中，該沉積溶液之步驟包含使用 具有由50奈米至500微米的一噴嘴尺寸的墨水。
於一具體實施例中，該第一表面係為一基板的一 第一表面。於一具體實施例中，該第一表面係為一電極的一第一表面。於一具體實施例中，該第一表面係為配置在一電極或一基板上的一分離層的一第一表面。
於一具體實施例中，該方法進一步包含提供一第 一基板及提供配置覆蓋該第一基板的一第一電極。該第一表面係配置覆蓋該第一電極。該方法進一步包含提供配置覆蓋該第一表面的一液晶層，提供配置覆蓋該液晶層的一第二表面，提供配置覆蓋該第二表面的一第二電極，以及提供配置覆蓋該第二電極的一第二基板。
於一具體實施例中，提供一第二表面之該步驟包 括經由噴墨列印將一溶液沉積覆蓋該第二表面以構成一第二各向異性圖案並將該溶液凝固以構成一具有大小為5奈米至500微米之特徵的第二各向異性圖案化對準層。藉由沉積構成的該第二各向異性圖案在該第二表面之該平面中的一第三方向上具有一5奈米至500微米的第三週期性。
於一具體實施例中，該第二各向異性圖案在該第 二表面之該平面中的一第四方向上具有一第四週期性。該第三及第四方向係為不同的，該第三及第四週期性係為不同的，以及該第四週期性係為5奈米至500微米。
於一具體實施例中，將一溶液沉積在該第一表面 上的作業包含噴墨於第一方向上之橫移移動覆蓋該第一表面，或是該基板於該第一方向上之橫移移動。
於一具體實施例中，將溶液凝固的該步驟包括經 由紫外光照射而讓該溶液收縮。於一具體實施例中，將溶液凝固的該步驟包括經由紅外線加熱而讓該溶液收縮。
於一具體實施例中，該溶液包含共軛聚合物、丙 烯酸酯、胺基甲酸酯、有機矽烷及環氧化物的其中之一者或是一組合物。於一具體實施例中，該溶液包含表面活性 劑或黏結劑。於一具體實施例中，該溶液包含一溶劑其包含有乙醇、酮、乙醛、烷或加氯溶劑的其中之一者或是一組合物。於一具體實施例中，該溶液包含金屬或金屬氧化物之奈米粒子。於一具體實施例中，該溶液包含奈米碳管。
於一具體實施例中，該各向異性圖案化對準層能 夠在向列型、膽固醇狀、碟狀、盤狀或是藍相液晶層中產生。
於一具體實施例中，該各向異性圖案化對準層能 夠於一向列型液晶層中以至少S=0.50的一方向序參數產生對準。
於一具體實施例中，該各向異性圖案化對準層能 夠有光管理性質、光散射效果或是光繞射。
於一具體實施例中，該第一及第二方向係相互垂 直的。
於一具體實施例中，該第一表面係為可撓曲的。 於一具體實施例中，該第一表面係為堅硬的。
於一具體實施例中，說明其中提供一第一表面的 一方法。將雷射能量施加至該第一表面以構成一第一各向異性圖案化對準層，該層包含具有大小為0.1奈米至500微米之特徵的一第一各向異性圖案。該第一各向異性圖案在該第一表面之該平面中的一第一方向上具有5奈米至500微米的一第一週期性。於一具體實施例中，該第一各向異性圖案化對準層具有大小為5奈米至500微米之特徵。
於一具體實施例中，該雷射能量係以脈衝方式施 用。
於一具體實施例中，該第一各向異性圖案在該表 面之該平面中的一第二方向上具有5奈米至500微米的一第二週期性。該第一及第二方向係為不同的以及該第一及第二週期性係為不同的。於一具體實施例中，該第一及第二方向係相互垂直的。
於一具體實施例中，該第一表面係為一基板之一 第一表面。於一具體實施例中，該第一表面係為一電極之一第一表面。
於一具體實施例中，該第一表面係為配置在一電 極或是一基板上的一分離層之一第一表面。
於一具體實施例中，該方法進一步包含提供一第 一基板及提供配置覆蓋該第一基板的一第一電極。該第一表面係配置覆蓋該第一電極。該方法進一步包含提供配置覆蓋該第一表面的一液晶層，提供配置覆蓋該液晶層的一第二表面，提供配置覆蓋該第二表面的一第二電極，以及提供配置覆蓋該第二電極的一第二基板。
於一具體實施例中，配置一第二表面之該步驟包 含施加雷射能量至該第二表面以構成一第二各向異性圖案化對準層，該層包含一具有大小為.1奈米至500微米之特徵的第二各向異性圖案。該第二各向異性圖案在該第二表面之該平面中的一第三方向上具有一5奈米至500微米的第三週期性。
於一具體實施例中，對該第一表面施用雷射能量 包含該雷射於該第一方向上之平移涵蓋該第一表面，或是該第一表面在該第一方向上的平移。
於一具體實施例中，該第一表面包含聚合物。於 一具體實施例中，該第一表面包含無機材料。於一具體實施例中，該第一表面包含金屬或金屬氧化物之奈米粒子。 於一具體實施例中，該第一表面包含奈米碳管。
於一具體實施例中，該各向異性圖案化對準層能 夠在向列型、膽固醇狀、碟狀、盤狀或是藍相液晶層中產生。於一具體實施例中，該各向異性圖案化對準層能夠於一向列型液晶層中以至少S=0.50的一方向序參數產生對準。
於一具體實施例中，該各向異性圖案化對準層能 夠有光管理性質、光散射效果或是光繞射。
於一具體實施例中，該第一表面係為可撓曲的。 於一具體實施例中，該第一表面係為堅硬的。
於一具體實施例中，該方法包括對該第一各向異 性圖案化對準層施以雷射能量以構成一第二各向異性圖案。
100‧‧‧第一表面
101‧‧‧第一方向
102‧‧‧第二方向
200‧‧‧溶液
201‧‧‧墨水滴
300‧‧‧各向異性圖案
301‧‧‧第一週期性
302‧‧‧第二週期性
400‧‧‧基板
500‧‧‧電極/對準層
600‧‧‧對準層
700‧‧‧液晶層
800‧‧‧對準層
900‧‧‧第二電極
1000‧‧‧第二基板
1100‧‧‧第二表面
1300‧‧‧第二各向異性圖案
1600‧‧‧各向異性圖案
3000‧‧‧噴墨列印噴嘴
d1,d3‧‧‧尺寸
d2‧‧‧空間
S‧‧‧方向序參數
圖1A-B顯示具有具一週期性的各向異性圖案的示範性各向異性圖案化對準層。
圖2顯示具有具二週期性的一各向異性圖案的一示範性各向異性圖案化對準層。
圖3顯示具有在非垂直方向上具二週期性的一各 向異性圖案的一示範性各向異性圖案化對準層。
圖4顯示包含該等各向異性圖案之各向異性圖案化對準層的示範性橫截面視圖。
圖5A-5C顯示於一光電裝置中該對準層之示範位置。
圖6顯示使用噴墨列印作業製作該各向異性圖案化對準層的一示範方法。
圖7A顯示根據一具體實施例藉由噴墨列印作業製作示範性各向異性圖案。
圖7B顯示藉由凝固構成的示範性各向異性圖案化對準層。
圖8顯示商品雷射之波長。
圖9顯示根據一具體實施例具有藉由雷射作業構成的各向異性圖案的示範性各向異性圖案化對準層。
圖10A-10C圖示在氧化銦錫(ITO)第一表面利用處於400mm/s及20kHz之一掃描速度下的1064奈米雷射光束構成的一各向異性圖案化對準層的一實例。圖10A顯示一俯視圖，圖10B顯示一斜視圖以及圖10C顯示一橫截面視圖。
圖11顯示搭配圖10A-10C之該對準層使用的7微米厚向列型液晶層之極化吸收光譜。
圖12A-B顯示位於該等各向異性圖案中奈米微粒與奈米碳管之表面佈置。
較佳實施例之詳細說明
藉由約束該LC層的一幾何形狀之該等邊界狀況提供該無場LC定向。該等邊界狀況係由該等對準層指定。該LC材料之該分子定向所用之基礎係為在一對準薄膜之表面上的物理及/或化學各向異性。該等表面特徵導致該等相鄰的LC分子之各向異性佈置。
傳統上，該對準層係藉由利用一摩擦布的聚合物薄膜之單向機械性摩擦所產生。此方法由於其之簡單性、耐久性以及成本低已廣泛地使用。然而，在摩擦期間產生粉塵及靜電表面電荷，以及機械性表面缺陷會有害於光電裝置之性能與壽命。此外，所產生的碎片並無法符合無塵室的需求，同時聚亞醯胺對準薄膜之高加工溫度對其應用在複數之可撓曲基板造成限制。此外，在微米尺寸(或更小)領域內利用該摩擦方法難以達成不同的LC定向。
為了克服機械性摩擦之該等限制，可使用針對表面各向異性之產生的可交替方法。一有前途的可交替方法係為光對準(photoalignment)，其利用極化光線經由方向性光反應(例如，異構化、各向異性交聯或方向性光降解)在光反應表面上產生化學各向異性。在不同的表面分子物種之間的各向異性分子間相互作用已顯示足以將該等LC分子對準。光對準提供經由光罩在可撓曲基板上的多領域LC定向的微圖案化之可能性以及可行性。然而，大多數的光對準材料的長期穩定性變差(光、熱及/或化學不穩定)。
因此，具有對於價廉的LC對準薄膜的需求，其 提供穩定的LC定向，具有高的製作再現性以及可靠的連續性控制。對於該對準層的主要需求係為其之經過一段時間及裝置作業期間的熱-及光-穩定性，以及其之“電氣”穩定性使在外場作用下複數之動態(切換)循環倖存。
本文揭示的具體實施例係有關於具有藉由雷射 作用或是噴墨列印作業構成的奈米-及微米-圖案化表面形貌供其之潛在應用作為複數之被動及主動LC基裝置中，亦即，光線管理薄膜、補償薄膜、偏光器、可變濾光器、不同的液晶顯示器(LCD)模式(例如，扭曲向列型(TN)、超扭曲向列型(STN)、電控雙折射(ECB)、光學補償彎曲(OCB)、垂直對準(VA)、動態視覺產品、可調式分束器、極化有機發光二極體(OLED)、雙極有機場效電晶體(OFET)等)液晶分子之對準層所用之層。
本文具體實施例涵蓋複數之各向異性表面奈米 -/微米-表面型態，其之化學性質、圖案形狀、尺寸、週期性及固定強度有所不同。該等對準層之該奈米-及微米-尺寸表面特徵能夠提供複數之液晶(LC)定向，包括平面的、傾斜的或是同向排列的。該等對準層具有一設計奈米-/微米-表面形貌之寬光譜並亦能夠提供不同的桿狀及圓盤狀LC分子，包括但非限定在向列型、膽固醇狀、圓盤狀及藍相液晶之定向。
該對準薄膜之表面形貌以及在該等重疊LC分子 上奈米-及微米-結構之侷限效應，與在LC-固態表面介面上分子間相互作用(主要為雙極、凡得瓦(Van der Waals)以 及立體的相互作用)之複雜的相互影響結合，指定最終LC裝置之該LC對準及光電(磁光)反應。此外，並非僅有對準表面之物理性而同時亦有化學性能夠加以修正，其直接地影響LC分子之表面固定。如此，具有修正固定能量的對準層，亦即，能夠提供單穩態、雙穩態或多重穩態固定狀況係為可行的。
本文所揭示的該等對準層，其於裝置作業之無 場狀態下提供該LC定向，係為具有奈米-及微米尺寸表面形貌特徵之層。於一光電裝置中，該等對準層通常係位設在二基板之內側上，與該LC層相鄰。本文所使用之“對準層”包括經配置覆蓋該基板的一分離層，一經配置覆蓋一電極的分離層，以及使用作為該“對準層”的該基板或電極。此外，該對準層可和介於其與該LC層之間的介入層一同位設。可獲得表面形貌之一寬光譜以提供特定的LC定向，範圍由經由複數之預定傾斜角LC定向的無傾斜面內(平面的)LC定向至完全垂直(同向排列)LC定向。
圖1A顯示包含一第一表面100的一示範性對準 層。該第一表面具有一帶有奈米或微米-結構化表面形貌的各向異性圖案300。該等奈米或微米-結構化表面形貌亦可稱為表面特徵。
該各向異性圖案300具有一第一週期性301。對 於該第一週期性的較佳範圍包括.1奈米至500微米，.1奈米至1奈米，.5奈米至1奈米，.5奈米至500微米，50奈米至500微米，以及更佳地由5奈米至500微米。對於整個文中 所論及的週期性及尺寸一般而言，較小的數值可具有較強的對準效果。較大的數值可使製作較簡單。
該第一週期性係分布在該表面100之該第一方向 101上。於本文中所使用的“週期性”係定義為介於二相鄰表面特徵之間該中心至中心的距離。此亦可稱為節距。圖1B顯示該各向異性圖案300的另一具體實施例。圖1A及1B中該各向異性圖案300在該表面之一第二方向102上並未具有一第二週期性。
圖2顯示位在一第一表面100上的一對準層的另 一具體實施例。此對準層除了其之各向異性圖案300在該第一表面100之該第二方向102上以一第二週期性302分布之外係與圖1A及1B之該等對準層相似。對於該第二週期性的較佳範圍包括.1奈米至500微米，.1奈米至1奈米，.5奈米至1奈米，.5奈米至500微米，50奈米至500微米，以及更佳地由5奈米至500微米。其較佳地係與該第一週期性301不同。如於圖2中所示，該二週期性所分布於其上的該二方向101及102亦相互為不同的。該二方向可相互垂直，如圖2，或可相互成一角度，如圖3。
該各向異性圖案之該等表面特徵或形貌具有由 0.1奈米至500微米的一尺寸。如本文中使用，“尺寸”可包括該等特徵之高度、寬度及長度。表面特徵較佳地具有位在該範圍內的所有三尺寸(高度、寬度、長度)。可交替地，表面特徵可僅具有一或二個位在該範圍內的尺寸。例如，溝槽之表面形貌可具有與一基板尺寸相對應超出該範 圍的長度，但是溝槽寬度及高度位在該範圍內。本文中說明的該等表面特徵可自該第一表面升高或降低。本文中說明的“高度”意指由該第一表面至該表面特徵之該尖端的該段距離或是由該第一表面至該表面特徵之該波谷的該段距離。圖4係為示範性對準薄膜的一橫截面視圖，顯示示範圖案之該等表面形貌的該高度及寬度(尺寸d1及d3)。圖4亦顯示d2，介於一特徵之該末端至另一特徵之開端間的該空間。d2可由0至500微米。針對d2之零值意指該表面特徵可彼此碰觸或是重疊但，如圖3a-c中所顯示，甚至在表面特徵碰觸的一方向上可具有一些週期的變化。圖4亦顯示位於該第一表面100之一方向上該週期性301。儘管圖4顯示具有某些形狀的表面形貌，但本文中揭示的該等具體實施例並未限制在該等形狀並可包括業界所熟知的其他者。一圖案300可具有多重形狀之表面形貌。此外，儘管圖1-4顯示僅具有一圖案300的該第一表面，但該第一表面可包含位於該第一表面之不同區域中一以上的圖案。
圖1-4中該等對準層可併入光電裝置中。該對準 層影響無場狀態期間該LC材料之對準。如於圖5A中所顯示，本文所揭示的該對準層可為一光電裝置中的一基板400之一表面。於其他的具體實施例中，其可為如於圖5B中所顯示的一電極500的一表面。仍於其他的具體實施例中，其可為係配置覆蓋位於如圖5C中所顯示該裝置中的一電極或是基板層的一分離對準層600。一光電裝置可具有一或更多的對準層。較佳地，具有二對準層，經放置與該 液晶層相鄰。此係顯示在圖5C中之對準層500及800。然而，該對準層可經安置以致在該LC層與該對準層之間具有介入層。
本文所揭示的該等對準層能夠在該LC層中產生 值得注意的對準。該等LC層包括但非限定在向列型、膽固醇狀、碟狀、圓盤狀及藍相層。如本文中所使用，“值得注意的對準”意指該LC分子中大於0.3之該絕對值的一方向序參數S，並較佳地大於0.4之該絕對值。較佳地，該等對準層能夠之後於一向列型液晶中以至少0.50的一方向序參數產生對準。
本文所揭示的該等對準層視該第一表面之該特 性而定可為堅硬的或是可撓曲的。
於一些具體實施例中，本文所揭示的該等對準 層以及其之奈米-及微米-結構化表面形貌可藉由噴墨列印作業製成。於其他具體實施例中，該等可藉由雷射作業製成。以下說明該等方法。
噴墨列印作業係為一溶液分配技術其之特徵在 於其之以一高度可再現方式的非接觸及有效利用材料加工。
藉由噴墨列印作業製成的該等對準層之該等最 終表面特徵與該等加工參數係為高度地相依。該等參數包括但非限定在噴墨噴嘴直徑、該等液滴之容積、該溶液及基板之溫度、基板(或噴墨)之移動速度，以及該基板與溶液之材料性質。該等材料性質包括但非限定在：所使用溶 液之本質，特別是所使用的溶劑及其之黏度、蒸氣壓力及表面張力；墨水或溶液濃度；以及該基板之本質(例如，其之潤濕特性)。整體而言，該最終表面形貌係為複數因素之一複雜的相互影響。熟知此技藝之人士，受益於本揭示內容，可立即地使用該等參數以產生揭示的表面特徵。
於一具體實施例中，該對準層係藉由將一溶液 200沉積覆蓋該第一表面100而製成。該第一表面可為一基板、電極或是配置位在一電極或是一基板上的一分離層的該第一表面。於一些具體實施例中，該溶液係為墨水。如於圖6中所見，於一些具體實施例中可以一滴一滴的方式藉由自一噴墨列印噴嘴3000噴射墨水滴201。該噴嘴直徑對於該液滴尺寸會有影響。當沉積作業係為噴射墨水液滴時，該噴墨之該噴嘴直徑，連同該噴射液滴之該容積與其之在該基板表面上接續的聚結，將部分地界定所構成該等最終的表面特徵。於一具體實施例中，該噴嘴直徑係為50奈米至500微米，較佳地由50奈米至1微米。然而，熟知此技藝之人士，受益於本揭示內容，可立即地利用任何適合的噴嘴直徑產生該等揭示的表面特徵。
該溶液係沉積在該第一表面100上以致一各向異 性圖案1600係構成位在該第一表面100上。該點間隔(定義為二相鄰的溶液液滴間該中心至中心的距離)以及基板-/噴墨列印噴嘴-移動的速率，將影響所構成的各向異性圖案以及該各向異性圖案中所存在的週期性。於一些具體實施例中，該噴嘴經移動而該第一表面係保持靜止。於其他的 具體實施例中，該第一表面100係經移動。
圖7a-7c顯示示範性合成各向異性圖案。如於圖 7a-7c中所見，藉由該沉積溶液產生的每一各向異性圖案1600在該第一表面之該第一方向101上具有一週期性301，以及在該第一表面100之該第二方向102上具有一週期性302。針對該第一及第二週期性之較佳範圍包括.1奈米至500微米，.1奈米至1奈米，.5奈米至1奈米，.5奈米至500微米，50奈米至500微米，以及更佳地由5奈米至500微米。該初始的各向異性圖案1600會影響該合成各向異性圖案化對準層。因此，具有二週期性的一各向異性圖案1600可具有不同的週期性，一週期性大於另一者。如此，在該各向異性圖案1600凝固之後，方向通道/溝槽係構成於該第一表面100中以致其能夠使用作為一對準層。該等方向101及102可與該第一表面的x軸及y軸或是在其他方向上平行，只要其彼此係為不同的。於一些具體實施例中，該等方向101及102可為相互垂直的。儘管未顯示，但本文中的具體實施例亦包括在一方向101上僅具有一週期性301的各向異性圖案1600。
在將該各向異性圖案1600沉積之後，該溶液係 經凝固為了構成具有各向異性圖案300的一各向異性圖案化對準層。於此之各向異性圖案300係與圖1-4中所說明之該等為相似的屬性。該等表面特徵可具有由.1奈米至500微米的一尺寸。對於LC對準而言，較小的範圍為佳，因此該尺寸較佳地係自.1奈米至1奈米，.5奈米至1奈米，.5奈 米至500微米，5奈米至500微米，以及更佳地係自50奈米至500微米。如本文中所使用的“凝固中”或“已凝固”包括將該溶液變成固態的任何方法，包括交聯、溶劑蒸發，該二者之結合，或是其他業界所熟知的方法。
於一具體實施例中，該凝固之步驟可改變各向 異性圖案1600以致位在該各向異性圖案化對準層上該合成各向異性圖案300係與各向異性圖案1600不同。例如，於一些具體實施例中，該溶液200可具有黏度或是表面張力性質，於凝固期間致使該溶液聚結。此外，該第一表面100可具有表面潤濕特性有助於該溶液200之聚結。圖8a-8c顯示在該溶液係於該第一表面上凝固後的示範性表面形貌。該等表面形貌顯示該沉積溶液之聚結。於圖8a-8c中所示該等最終各向異性圖案300係與圖7a-7c中所示該沉積圖案1600不同。該溶液黏度、密度及濃度，該墨水及基板溫度，以及該(等)使用的溶劑之本質，特別是溶劑蒸氣壓力與蒸發率將確定位在該第一表面上的該最終圖案。此外，一些溶液可於凝固期間，在溶液收縮將在該各向異性圖案300之最終形狀上扮演主要角色的階段下，需藉由UV照射或是藉由IR加熱的額外烘烤。
於一些具體實施例中，該各向異性圖案300係以該一方式經凝固，該沉積的各向異性圖案1600係與位在該各向異性圖案化對準層上的最終各向異性圖案300相同。例如，於一些具體實施例中，該溶液與該基板性質並非有助於聚結並且該等液滴無法聚結。如本文中所使用的“變 化”或“不同”包括該等圖案特徵之尺寸及形狀上的變化。 不論二圖案1600與300之間聚結或是變化的總量，該合成各向異性圖案300仍維持包含於該各向異性圖案1600中至少一些週期性之結構。
於一些具體實施例中，該圖案的化學本質亦可 影響重疊LC分子之定向。因此，該方法中所使用之溶液的類型不僅影響該最終圖案，由於該圖案與該LC層之該等分子的其之化學相互作用亦會對該等LC分子之定向造成影響。例如，包含丙烯酸酯之溶液製成的一圖案可產生與由包含鐵氟龍的一溶液製成的相同圖案相較極為不同的LC定向。於丙烯酸酯圖案的該例子中，該LC對準最可能為平面的或是低傾斜平面的LC對準，同時鐵氟龍圖案係預期致使一同向排列對準。於本文所揭示該方法中使用的溶液包括但非限定在包含溶劑、表面活性劑及黏結劑諸如共軛聚合物、丙烯酸酯、胺基甲酸酯、有機矽烷、環氧化物、乙醇、酮、醛、烷、烯或加氯溶劑者。
於一些具體實施例中，所使用以沉積圖案的溶 液可包括金屬、金屬氧化物之奈米微粒，及/或奈米碳管，個別地或是結合的方式。該等奈米微粒/奈米碳管可進一步幫助該等重疊LC分子之定向，但亦可有助於該對準層之額外的性質諸如光繞射、光線管理(包括但非限定在將光射線聚焦或散焦)，或光散射效應。藉由調整該等噴墨列印狀況及其之聚結狀態，該等奈米微粒/奈米碳管可以某些圖案方式安置在該基板表面上。此安置作業係顯示 於圖12A-B中。藉由此方法製成的該等對準層因而促成如於圖1-4中所說明的該等各向異性圖案化對準層。
於一些具體實施例中，該等方法進一步包括如 於圖5C中所示般用於將該第一表面100併入一光電裝置中的步驟。該等步驟包含提供一第一基板400以及提供一配置覆蓋該第一基板的第一電極500。該方法可進一步包含將該第一表面100配置覆蓋該第一電極500，提供一配置覆蓋該第一表面的液晶層700，提供一配置覆蓋該液晶層的第二表面1100，提供一配置覆蓋該第二表面1100的第二電極900，以及提供一配置覆蓋該第二電極900的第二基板1000。如於本文中所使用，“配置覆蓋”容許在該第一表面與該基板之間具有介入層。該第二表面1100具有一構成位在該第二表面上的第二各向異性圖案1300。該第二各向異性圖案1300係與該各向異性圖案300相似並係以與該第一各向異性圖案300相同的方式構成。
於一具體實施例中，圖1-4中說明的該等對準層 可藉由雷射作業製成。圖1-4中說明的該等合成表面特徵高度地與該第一表面材料性質，以及該等雷射加工參數(例如，包括但未限定在雷射脈衝、雷射功率及雷射掃描率)相依。整體而言，該對準層之最終表面形貌係為包括但非限定在材料性質及雷射參數的複數因素之複雜的相互影響。熟知此技藝之人士，受益於本揭示內容，能夠立即地使用該等參數以產生揭示的表面特徵。
於一些具體實施例中，為製成圖1-4中該各向異 性圖案化對準層，對一第一表面100施以雷射能量以構成具有表面特徵的一第一各向異性圖案300。該等特徵具有由0.1奈米至500微米的尺寸。對於LC對準而言較小的範圍為佳，因此，該尺寸較佳地係自.1奈米至1奈米，.5奈米至1奈米，.5奈米至500微米，50奈米至500微米，以及更佳為5奈米至500微米。該等特徵可具有位在由0.1奈米至50奈米，較佳地0.5奈米至50奈米範圍中的長度與寬度的其中至少之一者。
該第一表面可為位在一基板上的一表面，位在 一電極上的一表面或是一分離層的一表面。
該雷射脈衝及雷射光束之速率及/或對準層平移 移動，可影響該等表面圖案。該雷射能量係以該一方式施加至該第一表面，產生二相鄰脈衝間空間至空間的距離(本文中稱為“雷射脈衝間隔”)。對於該雷射脈衝間隔的較佳範圍包括.1奈米至500微米，.1奈米至1奈米，.5奈米至1奈米，.5奈米至500微米，50奈米至500微米以及更佳地自5奈米至500微米。因此，該合成對準層具有一在該表面之該平面中的一第一方向101上具有一第一週期性301的各向異性圖案300。此係顯示於圖9中。
該雷射能量亦能夠以一方式施用，該各向異性 圖案300於一第二方向102上具有一第二週期性302。針對該第二週期性的較佳範圍包括.1奈米至500微米，.1奈米至1奈米，.5奈米至1奈米，.5奈米至500微米，50奈米至500微米以及更佳地自5奈米至500微米。圖9係為於該第一表 面100中構成的不同各向異性圖案300之一概略的代表圖式。該一些之圖案具有二週期性301及302分布於該第一表面100之該平面中的二方向101及102上。儘管其係顯示分布在該第一表面之x-y軸上，但其能夠分布於未與該第一表面之x-y軸對準的不同方向上。此外，該等方向可為非相互垂直的。該等週期性連同與該雷射能量的該第一表面的反應將界定位於該第一表面中該最終的各向異性圖案300。為了產生圖1-4中揭示的該等對準層，該第一週期性301係與該第二週期性302不同。如此，於該第一表面100中構成方向性通道/溝槽。然而，本文中，具體實施例亦包括具有一各向異性圖案300的對準層，該圖案在該第一表面之一方向上僅分布一週期性。圖9顯示二類型之各向異性圖案300。
本文揭示的具體實施例可視該第一表面之該材 料而定以任何商品雷射或是其他適合的雷射，並且可為不同的本質，不同波長的氣體雷射、液態雷射或是固態雷射加以實踐。該等雷射包括但非限定在ND：YAG、Ar-雷射、CO2雷射。對該第一表面材料的該雷射作業可為不同的本質，包括但非限定在熔化該材料，燃燒/蒸發該材料，固化該材料，以及蝕刻該材料。圖8給予具有連續及脈衝式放射的不同商品雷射之一概述(包括其之操作波長)。位在波長條上方顯示具有個別雷射線的雷射類型，而下方係顯示能夠在一波長範圍中放射的雷射。該等線與條之高度指示商品的最大功率/脈衝能量，同時色彩將該 雷射材料編碼。大部分的數據來自Weber’s book Handbook of Laser Wavelengths。
於一些具體實施例中，該各向異性圖案的本質 可大大地影響位在該等表面上重疊LC分子之定向。該圖案的化學本質係受該第一表面之成分的影響。因此，該雷射能量施加於其上的該第一表面100可包含無機材料，包括但非限定在ITO、SIO2、ZrO2及ZnO2。例如，於ITO或SiO2或鐵氟龍材料中製成的相同圖案可產生極為不同的LC定向。就於包含ITO的一第一表面中製成的圖案之例子而言，該LC對準係極可能為平面的或是低預傾平面LC對準，同時預期在包含似鐵氟龍材料的一第一表面中製成的相同圖案上有一同向排列LC對準。例如，於一具體實施例中，施加具有1064奈米波長的該雷射光束涵蓋包含ITO或SiO2的一第一表面，藉由方向性材料去除，亦即材料蝕刻，產生表面圖案。
於一些具體實施例中，該第一表面可包含聚合 物。例如，於一具體實施例中，具有365奈米之波長的雷射光束係經掃描涵蓋一包含丙烯酸酯預聚體(acrylate prepolymer)第一表面(一經交聯顯現一顯著的收縮程度)，藉由各向異性交聯/收縮/挫曲產生方向性表面特徵(亦即，該材料之方向性固化)。此外，該雷射光束可經線性極化於該“方向反應性”第一表面材料中產生方向性特徵之一較寬的光譜。於又一具體實施例中，可使用強雷射以藉由該第一表面之該材料燃燒/蒸發產生各向異性圖案300。理論 上，該噴墨方法可應用在任何材料製成的表面/基板上。 視該溶液與該基板材料之相互反應而定，能夠有各種各樣的表面特徵。於該雷射方法中，基板材料與該雷射光束具有某些類型的相互反應。例如，一聚丙烯酸酯基板或是聚碳酸酯基板未顯著地與一1064奈米的雷射光束相互反應，但該二基板能夠搭配該噴墨列印方法使用。有能夠適用二類型方法，噴墨及雷射，的材料，例如，金屬/傳導材料。然而，位在該相同基板材料上以二方法製成的該等合成圖案可為不同的，並因此，能夠賦予不同的LC對準，亦即不同的方向序參數。
於一些具體實施例中，該雷射可為連續式或是 脈衝式雷射。就連續式雷射而言，涵蓋該第一表面的該雷射光束之不同的掃描速度，或是在靜態雷射光束作用下該第一表面之不同的橫移移動，或二者，該雷射光束及該第一表面，的不同相互橫移移動係為可行的。就脈衝式雷射而言，該雷射強度(該脈衝強度/功率)、該脈衝頻率及雷射掃描速度可以一方式變化以產生該需要的各向異性圖案300。同時，就脈衝式雷射而言，該雷射、第一表面或是二者之橫移移動係為可行的。
於一些具體實施例中，該第一表面100可進一步 包含金屬或金屬氧化物之奈米微粒，以及奈米碳管，個別地或是以任何結合方式。該雷射可與該等奈米微粒/奈米碳管發生與該周圍材料/基材相較不同的相互反應。藉由調整該雷射加工狀況，於包含如圖12A-B中所示奈米微粒/ 奈米碳管的第一表面材料中各種各樣的圖案係為可行的。 該等奈米微粒/奈米碳管可進一步有助於該等重疊LC分子之定向，亦可提供該對準層之一附加的性質，諸如光繞射性質，光管理性質(包括但非限定在將光射線聚焦或散焦)以及光散射效應。
該方法可進一步包括如於圖5C中所示用於將該 第一表面100併入一光電裝置中的步驟。該等步驟包含提供一第一基板400及提供一配置覆蓋該第一基板的第一電極500。該方法可包含將該第一表面100配置覆蓋該第一電極500，提供一配置覆蓋該第一表面的液晶層700，提供一配置覆蓋該液晶層的第二表面1100，提供一配置覆蓋該第二表面1100的第二電極900，以及提供一配置覆蓋該第二電極900的第二基板1000。如於本文中使用，“配置覆蓋”容許介於該第一表面與該基板之間的介入層。該第二表面1100具有一構成位在該第二表面上的第二各向異性圖案1300。該第二各向異性圖案1300係與該各向異性圖案300相似並係以與該第一各向異性圖案300相同的方式構成。
建立模型
經由非限定實例，圖10A-C顯示利用處於400 mm/s之掃描率及20kHz之頻率的1064奈米雷射光束於ITO層中製成的表面圖案。如於圖10A-C中所見，具有良好的圖案再現性。約20奈米的溝槽深度係藉由於該ITO層中之雷射蝕刻作業而達成。該合成對準層於該第一表面之該水平方向上具有一70微米週期性。該等雷射脈衝係足夠地接近在 一起，該等溝槽並未於該掃描方向上顯示顯著的週期性。
於圖10A-C中顯示的該表面圖案係進一步針對 其之LC對準能力加以測試。為此目的，製備以一二色性染料(分散紅1(Disperse Red 1))輕微摻雜的一7微米厚向列型液晶胞(LC cell)。商品向列型LC MDA-98-1602(默克公司(Merck))係以0.3-0.5重量比的二色性染料分散紅1(西格瑪奧德理奇公司(Sigma Aldrich))摻雜，接著，於一空液晶胞中注射，事先以具有藉由雷射蝕刻製成之圖案的ITO層的基板製備(如同圖4中所示者)。在高於該液晶之澄清點溫度的溫度下以摻雜染料的向列型液晶填注該空液晶胞，接著，其緩慢地冷卻至室溫。為評估LC對準之品質，在二色性染料(分散紅1)係以與該等周圍桿狀LC分子相同方式定向的假設下針對此液晶胞記錄染料極化吸收。以下於圖11中，於該向列型LC中摻雜的該染料之該極化吸收光譜。由於該向列型液晶內該染料之定向，所以觀察到染料極化光譜A parallel 與A perpendicular (A parallel =與該對準方向平行的染料吸收；A perpendicular =與該對準方向垂直的染料吸收)中的差異。 再者，根據以下方程式計算針對此液晶胞的該方向序參數，S： 其中R係為該二色性比，A parallel 係為與該對準方向平行的染 料吸收以及A perpendicular 係為與該對準方向垂直的染料吸收。獲得極佳LC對準的該對準層係以0.55之高的方向序參數S表示。
100‧‧‧第一表面
101‧‧‧第一方向
102‧‧‧第二方向
300‧‧‧各向異性圖案
301‧‧‧第一週期性

Claims (46)

  1. 一種方法，其包含：提供一第一表面；經由噴墨列印方式將一溶液沉積覆蓋該第一表面以形成一第一各向異性圖案；以及該溶液係經凝固以構成一第一各向異性圖案化對準層，其具有5奈米至500微米大小的特徵；其中：該藉由沉積所構成的第一各向異性圖案在該第一表面之該平面中的一第一方向上具有5奈米至500微米的一第一週期性。
  2. 如請求項1之方法，其中借由沉積構成的該第一各向異性圖案在該表面之該平面中的一第二方向上具有一第二週期性其中：該第一與第二方向係為不同的；該第一與第二週期性係為不同的；以及該第二週期性係為5奈米至500微米。
  3. 如請求項1之方法，其中：該沉積溶液之步驟包括沉積該溶液滴；以及該將溶液凝固的步驟包括該等溶液滴之部分聚結，同時保留該第一週期性的至少一些構造。
  4. 如請求項1之方法，其中該第一表面係為一基板的一第 一表面。
  5. 如請求項1之方法，其中該第一表面係為一電極的一第一表面。
  6. 如請求項1之方法，其中該第一表面係為配置在一電極或一基板上的一分離層的一第一表面。
  7. 如請求項1之方法，其進一步包含：提供一第一基板；提供配置覆蓋該第一基板的一第一電極；配置該第一表面覆蓋該電極；提供配置覆蓋該第一表面的一液晶層；提供配置覆蓋該液晶層的一第二表面；提供配置覆蓋該第二表面的一第二電極；提供配置覆蓋該第二電極的一第二基板。
  8. 如請求項7之方法，其中提供一第二表面之步驟包含：經由噴墨列印將一溶液沉積覆蓋該第二表面以構成一第二各向異性圖案；以及將該溶液凝固以構成一具有大小為5奈米至500微米之特徵的第二各向異性圖案化對準層；其中：藉由沉積構成的該第二各向異性圖案在該第二表面之該平面中的一第三方向上具有一5奈米至500微米的第三週期性。
  9. 如請求項8之方法，其中該第二各向異性圖案在該第二表面之該平面中的一第四方向上具有一第四週期性； 其中：該第三及第四方向係為不同的；該第三及第四週期性係為不同的；以及該第四週期性係為5奈米至500微米。
  10. 如請求項1之方法，其中將一溶液沉積在該第一表面上的作業包含噴墨於第一方向上之橫移移動覆蓋該第一表面，或是該基板於該第一方向上之橫移移動。
  11. 如請求項1之方法，其中將該溶液凝固的該步驟包含經由紫外光照射而讓該溶液收縮。
  12. 如請求項1之方法，其中將該溶液凝固的該步驟包含經由紅外線加熱而讓該溶液收縮。
  13. 如請求項1之方法，其中該溶液包含共軛聚合物、丙烯酸酯、胺基甲酸酯、有機矽烷及環氧化物的其中之一者或是一組合物。
  14. 如請求項1之方法，其中該溶液包含表面活性劑或黏結劑。
  15. 如請求項1之方法，其中該溶液包含一溶劑，其包含有乙醇、酮、醛、烷、烯或加氯溶劑的其中之一者或是一組合物。
  16. 如請求項1之方法，其中該溶液包含金屬或金屬氧化物之奈米粒子。
  17. 如請求項1之方法，其中該溶液包含奈米碳管。
  18. 如請求項1之方法，其中該各向異性圖案化對準層能夠在向列型、膽固醇狀、碟狀、盤狀或是藍相液晶層中產 生顯著的對準。
  19. 如請求項1之方法，其中該各向異性圖案化對準層能夠於一向列型液晶層中以至少S=0.50的一方向序參數產生與對準。
  20. 如請求項1之方法，其中該各向異性圖案化對準層能夠有光管理性質、光散射效果或是光繞射。
  21. 如請求項2之方法，其中該第一及第二方向係相互垂直的。
  22. 如請求項1之方法，其中該第一表面係為可撓曲的。
  23. 如請求項1之方法，其中該第一表面係為堅硬的。
  24. 如請求項1之方法，其中該沉積溶液的步驟包含使用具有由50奈米至500微米的一噴嘴尺寸的噴墨。
  25. 如請求項1之方法，其中該沉積溶液的步驟進一步包括在該第一表面上構成一第二各向異性圖案。
  26. 一種方法，其包含：提供一第一表面；施加雷射能量至該第一表面以構成一第一各向異性圖案化對準層，該層包含一具有大小為0.1奈米至500微米之特徵的第一各向異性圖案；其中該第一各向異性圖案在該第一表面之該平面中的一第一方向上具有一5奈米至500微米的第一週期性。
  27. 如請求項26之方法，其中該雷射能量係以脈衝方式施用。
  28. 如請求項26之方法，其中：該第一各向異性圖案在該表面之該平面中的一第二方向上具有一5奈米至500微米的第二週期性；該第一與第二方向係為不同的；以及該第一與第二週期性係為不同的。
  29. 如請求項26之方法，其中該第一表面係為一基板的一第一表面。
  30. 如請求項26之方法，其中該第一表面係為一電極的一第一表面。
  31. 如請求項26之方法，其中該第一表面係為配置在一電極或一基板上的一分離層的一第一表面。
  32. 如請求項26之方法，其進一步包含：提供一第一基板；提供配置覆蓋該第一基板的一第一電極；配置該第一表面覆蓋該第一電極；提供配置覆蓋該第一表面的一液晶層；提供配置覆蓋該液晶層的一第二表面；提供配置覆蓋該第二表面的一第二電極；以及提供配置覆蓋該第二電極的一第二基板。
  33. 如請求項32之方法，其中提供一第二表面包含：施加雷射能量至該第二表面以構成一第二各向異性圖案化對準層，該層包含一具有大小為.1奈米至500微米之特徵的第二各向異性圖案；其中該第二各向異性圖案在該表面之該平面中的 一第三方向上具有一5奈米至500微米的第三週期性。
  34. 如請求項26之方法，其中對該第一表面施加雷射能量的作業包含該雷射於該第一方向上之橫移移動覆蓋該第一表面，或是該基板於該第一方向上之橫移移動。
  35. 如請求項26之方法，其中該第一表面包含聚合物。
  36. 如請求項26之方法，其中該第一表面包含無機材料。
  37. 如請求項26之方法，其中該第一表面包含金屬或金屬氧化物之奈米粒子。
  38. 如請求項26之方法，其中該第一表面包含奈米碳管。
  39. 如請求項26之方法，其中該各向異性圖案化對準層能夠在向列型、膽固醇狀、碟狀、盤狀或是藍相液晶層中產生顯著的對準。
  40. 如請求項26之方法，其中該各向異性圖案化對準層能夠於一向列型液晶層中以至少S=0.40的一方向序參數產生對準。
  41. 如請求項26之方法，其中該各向異性圖案化對準層能夠有光管理性質、光散射效果或是光繞射。
  42. 如請求項26之方法，其中該第一各向異性圖案化對準層具有5奈米至500微米的一尺寸之特徵。
  43. 如請求項26之方法，其中該第一及第二方向係相互垂直的。
  44. 如請求項26之方法，其中該第一表面係為可撓曲的。
  45. 如請求項26之方法，其中該第一表面係為堅硬的。
  46. 如請求項26之方法，其進一步包含對該第一各向異性圖 案化對準層施加雷射能量以構成一第二各向異性圖案。
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