Спосіб стабілізації орієнтації рідкого кристалу на поверхні, обробленій пучком частинок

Реферат: Спосіб стабілізації орієнтації рідких кристалів на поверхнях, підданих орієнтуючій обробці пучком частинок, що полягає у нанесенні на цю поверхню додаткового шару органічного матеріалу, що є реактивним мезогеном, та наступного зашивання даного матеріалу, так що поверхню, оброблену пучком частинок використовують для орієнтації зазначеного додаткового шару, в той час як орієнтований та зашитий додатковий шар використовують для орієнтації рідкого кристалу. UA 120788 U (12) UA 120788 U UA 120788 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до технології виготовлення рідкокристалічних (РК) дисплеїв, а саме способів орієнтації РК шарів. Добре відомо, що для використання в електрооптичних пристроях рідкокристалічні (РК) шари, за винятком пристроїв на основі аморфної РК орієнтації [K. Kobayashi et al, Jap. J. Appl. Phys. 43 (4A), 1464-1468 (2004)] та композитів РК-полімер [P. Drzaic, Рідкокристалічні дисперсії. Світ науки, Сінгапур, 429 стор. (1995)], мають бути належним чином зорієнтовані. Ця орієнтація забезпечується граничними підкладками, які, як правило, відповідним чином оброблені. Як матеріал підкладки, так і обробка впливають на РК орієнтацію. Практично в усій сучасній промисловості РК дисплеїв для обробки використовується натирання. Для досягнення РК орієнтації з низьким переднахилом (θ85°), як правило, отримується за допомогою гідрофобних поліімідів, плівки яких слабо натираються перед контактом з РК шаром. Метод натирання має ряд добре відомих недоліків, таких як висока імовірність механічного ушкодження, наявність електростатичного заряду, забруднення та мікроскопічна неоднорідність. Крім того, його важко застосувати до викривлених підкладок, замкнутих об'ємів і забезпечити структуровану орієнтацію. Ці недоліки обумовлені, головним чином, безпосереднім механічним контактом натираючої щітки з орієнтуючою поверхнею. Проблеми традиційного методу натирання стимулювали розвиток альтернативних методів орієнтації РК шарів, що виключають безпосередній механічний контакт із поверхнею. Серед них так звані методи орієнтації пучками частинок демонструють особливо високу перспективність. 1.2. Визначення термінів Термін "підкладка" або "орієнтуюча підкладка" означає шар, що обмежує РК середовище. Він може бути з будь-якого матеріалу, будь-якої форми, непокритий або покритий функціональними шарами, такими, як електрод, компенсуючі, поляризаційні та/або орієнтуючі плівки, жорсткий або гнучкий, ізотропний або анізотропний. Типовими прикладами підкладок є скляні пластини та пластикові смужки, при необхідності обладнані функціональними плівками. Термін "пучок частинок" означає пучок іонів, нейтральних часток, радикалів, електронів, або їх сумішей, таких як плазма. Залежно від виду частинок і їх енергії, частинки можуть або розпилювати підкладку (руйнувати хімічні зв'язки і вибивати атоми з орієнтованої підкладки), або конденсуватися на ній, утворюючи додаткову плівку. Відповідні процеси визначаються як "розпилення пучка часток" і "осадження пучка частинок". Процес розпилення, що здійснюється інертним газом, зазвичай називають "іонним/плазмовим травленням". Розпилення, що здійснюється за участю хімічно активних іонів і/або радикалів, називають "реактивним розпиленням" або "реактивним травленням". Процес осадження, що здійснюється шляхом конденсації частинок, отриманих шляхом нагрівання вихідного матеріалу (резистивним нагрівом або бомбардуванням електронним пучком), називається "осадженням з парової фази" або "термічним осадженням". Процес осадження, що здійснюється шляхом конденсації частинок, отриманих в ході розпилення вихідного матеріалу (розпилювання мішені), називається "розпилювальним осадженням". Процес осадження, що здійснюється шляхом конденсації частинок, отриманих безпосередньо в газовому розряді, називається "прямим осадженням". Процес осадження, не пов'язаний з хімічним зв'язком між конденсованими частинками, називається "фізичним осадженням", в той час як процес, що включає хімічний зв'язок між частинками, є "хімічним осадженням". Термін "мезоморфний матеріал", або "рідкокристалічний матеріал" належить до матеріалів, які мають рідкокристалічні фази у деяких діапазонах температур і/або концентрацій. Термін "реактивний мезоген" (РМ) означає полімеризовну мезогенну або рідкокристалічну сполуку, переважно у мономерному стані. Ці сполуки можуть бути використані у вигляді чистих сполук або у вигляді суміші РМ з іншими сполуками, такими як фотоініціатори, інгібітори, поверхнево-активні речовини, стабілізатори, агенти переносу ланцюга, неполімеризовні сполуки, і т.д. Реактивні мезогени з однією полімеризовною групою також називаються "монореактивними сполуками", сполуки з двома полімеризованими групами - "двореактивними сполуками", з'єднання з більш ніж двома полімеризовними групами називають "мультиреактивними сполуками". Термін "зашивання" означає хімічну реакцію в матеріалах з реакційно здатними подвійними зв'язками, результатом якої є полімеризація мономерних чи олігомерних компонент чи утворення міжмолекулярних зшивок. 1 UA 120788 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Рідкокристалічні сполуки без полімеризовних груп також називаються "нереактивними сполуками". Щоб відрізнити від реактивних РК сполук або РМ, тільки нереактивні РК сполуки, які заповнюються у РК комірки і контролюються електричним полем, будуть надалі називатися "рідкими кристалами" (РК). Термін "орієнтація" означає орієнтацію анізотропних молекулярних одиниць, таких як малі молекули або фрагменти великих молекул в одному напрямку, який називається "напрямком орієнтації". В орієнтованому шарі РК або РМ матеріалу директор РК та оптична вісь збігаються з напрямком орієнтації. Термін "однорідна орієнтація" РК або РМ матеріалу означає, що поле директора однорідне (тобто лінії директора РК паралельні). У даній заявці, орієнтація РК або РМ шарів, якщо не вказано інше, є однорідною. Термін "гомеотропна орієнтація" або "вертикальна орієнтація" означає орієнтацію РК або РМ з директором орієнтованим по нормалі до орієнтуючих підкладок. Термін "планарна орієнтація" означає орієнтацію РК або РМ з директором орієнтованим паралельно до орієнтуючих підкладок. Термін "нахилена орієнтація" означає орієнтацію РК або РМ з директором орієнтованим під кутом до орієнтуючих підкладок. Термін "старіння орієнтації" визначає процес деградації орієнтації в РК-комірках, коли параметри РК орієнтації змінюються з часом зберігання та/або роботи комірки. Термін "стабільність орієнтації" характеризує збереження параметрів РК орієнтації протягом зберігання та/або експлуатації зразка, при нормальних умовах або не нормальних умовах (підвищеній температурі, високій вологості, впливу інтенсивного УФ або видимого світла, дії хімічних речовин). Термін "стабілізація орієнтації" означає спосіб модифікації орієнтуючих шарів, що забезпечує стабільність параметрів орієнтації рідкого кристалу у процесі зберігання та експлуатації зразка при дії таких факторів як світло, температура, вологість, хімічні реагенти (наприклад, клей, що використовують для склейки зразків). Термін "пасивація" надалі означає покриття орієнтуючої поверхні допоміжним шаром, що слугує орієнтуючим шаром для рідкого кристалу, а також використовується для нейтралізації хімічно активних речовин та зарядів на цій поверхні та/або ізоляції цих речовин від РК. Фіг. 1. Схема, що ілюструє етапи підготовки орієнтуючого шару відповідно до даного технічного рішення. І - підкладка, що опційно містить орієнтуюче покриття; II - обробка орієнтуючої підкладки пучком частинок; III - підкладка, оброблена пучком частинок, з травленим (А) або осадженим (Б) орієнтуючим шаром (прототип); IV - підкладка, оброблена пучком частинок, з травленим (А) або осадженим (Б) орієнтуючим шаром та суцільним допоміжним шаром (конструкція 1); V - підкладка, оброблена пучком частинок, з травленим (А) або осадженим (Б) орієнтуючим шаром та не суцільним (структурованим) допоміжним шаром (конструкція 2). Фіг. 2. Процес розпилення (травлення) орієнтуючих покриттів пучком частинок як процес орієнтаційної обробки. 1 - джерело пучка частинок, 2 - прискорені частинки, 3 - підкладка, 4 частинки, виведені з підкладки. Фіг. 3. Процес осадження орієнтуючого шару на підкладку із парової фази як процес орієнтаційної обробки. 1 - тигель з матеріалом, що випаровується, 2 - частинки випаруваного матеріалу, 3 - підкладка. Фіг. 4. Процес осадження орієнтуючого шару на підкладку шляхом розпилення мішені як процес орієнтаційної обробки. 1 - джерело пучка частинок, 2 - прискорені частинки (первинний пучок частинок), 3 - мішень, 4 - виведені частинки (вторинний пучок частинок), 5 - підкладка. Фіг. 5. Процес формування орієнтуючого шару на підкладці шляхом прямого осадження із плазми як процес орієнтаційної обробки. 1 - джерело пучка частинок, 2 - створений потік слабо прискорених частинок, 3 - підкладка. Фіг. 6. Графік зміни кута переднахилу з часом для комірок на основі відомих орієнтуючих шарів (Порівняльний Приклад 3) і винайдених орієнтуючих шарів (Приклад 3), криві 1 і 2 відповідно. Комірки заповнюються рідким кристалом ZLI2293. Криві відображають інтенсивність старіння орієнтації при кімнатній температурі. Фіг. 7. Графік зміни кута переднахилу з часом для комірок на основі відомих орієнтуючих шарів (Порівняльний Приклад 4) і винайдених орієнтуючих шарів (Приклад 4), криві 1 і 2 відповідно. Комірки заповнюються з РК ZLI4801-000. Криві відображають інтенсивність старіння орієнтації при кімнатній температурі. Фіг. 8. Графік змін кута переднахилу з часом для комірок на основі орієнтуючих шарів відомого рівня техніки (Порівняльний Приклад 5) і винайдених орієнтуючих шарів (Приклад 5), 2 UA 120788 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 криві 1 і 2 відповідно. Комірки заповнюються РК ZLI4801-000. Криві відображають інтенсивність старіння орієнтації при температурі 90 °С Фіг. 9 Фотографія симетричних 90°-твістових комірок товщиною 5,5 мкм на основі чистих поліімідних підкладок оброблених плазмовим променем (підкладки відомого рівня техніки, див. Порівняльний Приклад 6). Комірки заповнюються РК ZLI2293 і спостерігаються між схрещеним поляризатором і аналізатором. Комірки 1 та комірки 2 відповідають стану увімкнутого та вимкнутого поля відповідно. В останньому випадку застосовується синусоїдальна напруга 10 В (f=1 кГц). Фіг. 10. Залежність пропускання світла від напруги для твістових комірок на основі орієнтуючих підкладок відомого рівня техніки (Порівняльний Приклад 6) та винайдених підкладок (Приклад 6), заповнених РК ZLI2293, криві 1 і 2 відповідно. Фіг. 11. Фотографія симетричних антипаралельних комірок товщиною 16 мкм, що містять непокриті орієнтуючі SiO2 плівки, отримані шляхом осадження розпиленого плазмовим пучком плавленого кварцу (підкладки існуючого рівня техніки, див. Порівняльний Приклад 7). Комірки склеєні клеєм NOA65 фірми Норланд та заповнені нематичним РК MLC6609 (Δε