一种配向膜制备方法与流程

本发明实施例涉及液晶配向技术领域，尤其涉及一种配向膜制备方法。

背景技术：

液晶显示器(liquidcrystaldisplay，lcd)的工作原理是将液晶置于两片导电玻璃之间，靠两个电极间电场的驱动来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否。其中，配向膜是lcd中一重要膜层，通常，液晶被置于两个具有沟槽的配向膜之间，且该两个配向膜的沟槽的延伸方向相互垂直，液晶分子在沟槽的作用下会呈现一种90°扭转的排列方式，阻挡光线排列，当对液晶施加一个电压时，液晶在电压的作用下呈垂直排列，使光线顺利出射。

现有技术中，通常通过对聚酰亚胺薄膜(polyimidefilm，pi膜)进行摩擦制程，使其产生沿一定方向排列的沟槽，以获得配向膜。

但是，通过摩擦pi膜获得配向膜的方法具有诸多问题。一方面，摩擦布的布毛在对pi膜的进行摩擦的过程中会积累静电和产生微小的尘粒，造成良品率下降，另一方面，pi膜材料价格昂贵，且用于对pi膜进行摩擦的设备价格昂贵，使得配向膜制备成本较高。

技术实现要素：

本发明提供一种配向膜制备方法，以实现提高配向膜良品率，降低配向膜制备成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种配向膜制备方法，该方法包括在衬底上涂覆光刻胶形成光刻胶层；

采用激光束照射光刻胶层，并控制激光束的束斑沿预设方向扫描，以使光刻胶层的曝光位置呈线条阵列；

对光刻胶层进行显影，形成配向膜沟槽阵列结构；

其中，激光束包括第一激光束和第二激光束，第一激光束的束斑与第二激光束的束斑聚焦于同一焦点。

可选的，光刻胶为负性光刻胶或正性光刻胶。

可选的，光刻胶层的厚度小于20nm。

可选的，若光刻胶为负性光刻胶，相邻线条之间的间距为80nm-100nm。

可选的，若光刻胶为正性光刻胶，线条阵列中光刻胶层的曝光位置对应的每条线条沿线条阵列中线条的排列方向的长度为80nm-100nm。

可选的，通过调节激光束的束斑的扫描速度和/或激光束的曝光能量调节线条的宽度；其中，线条的宽度是指线条阵列中光刻胶层的曝光位置对应的每条线条沿线条阵列中线条的排列方向的长度。

可选的，第一激光束的波长以及第二激光束的波长均在780nm-1000nm范围内。

可选的，第一激光束的平均功率以及第二激光束的平均功率均在40uw-40mw范围内。

可选的，第一激光束的脉冲宽度和第二激光束的脉冲宽度均在纳秒至飞秒范围内。

可选的，第一激光束的重复频率以及第二激光束的重复频率在1hz-300mhz范围内。

可选的，光刻胶包括自由基聚合型光刻胶。

本发明实施例提供的一种配向膜制备方法，通过利用激光双光子技术在光刻胶层上形成线条阵列结构，再经过显影在光刻胶层上形成配向膜沟槽阵列，解决现有技术中通过对pi膜进行摩擦来制备配向膜带来的良品率下降以及制备成本高昂的问题，实现提高配向膜良品率，降低配向膜制备成本的效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种沟槽配向理论原理示意图；

图2是本发明实施例提供的一种配向膜制备方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的涂覆光刻胶层220后的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的激光束的束斑230沿预设方向扫描的结构示意图；

图5-图6分别是负性光刻胶层220显影后的结构示意图和实物图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

如背景技术所述，通过摩擦pi膜获得配向膜的方法具有诸多问题，本领域技术人员在研究摩擦配向的原理之后发现pi膜经过摩擦之后会形成多个沿一定方向排列的沟槽，从而使液晶分子在沟槽的作用下定向排列，由此，本领域技术人员考虑配向膜可以通过利用某种方式在某种基底上制作沟槽阵列结构来获得，因而，本领域技术人员详细分析了沟槽配向理论和双光子激光直写技术。

图1是本发明实施例提供的一种沟槽配向理论原理示意图。第一偏光片111靠近液晶的一侧设置有第一配向膜121，第二偏光片112靠近液晶的一侧设置有第二配向膜122，第一配向膜121和第二配向膜122之间是规则排列的液晶130。第一配向膜121具有多个沿第二方向142延伸的沟槽，第二配向膜122具有多个沿第一方向141延伸的沟槽，第一方向141和第二方向142垂直，液晶130在第一配向膜121和第二配向膜122的沟槽的作用下定向排列，如图2所示，位于第一配向膜121中的液晶分子沿着第一方向141排列，位于第二配向膜122中的液晶分子沿着第二方向142排列，而位于第一配向膜121和第二配向膜122之间的液晶分子被强迫进入一种90度扭转的状态。当液晶外加电压时，液晶分子便会重新垂直排列，即沿着垂直于第一配向膜121和第二配向膜122的方向排列。

双光子激光直写技术基于双光子吸收机理和双光子聚合机理，其中，双光子聚合机理与单光子聚合机理类似，此处不再赘述，而双光子吸收机理是，是两个光子同时被一个分子吸收，或者在极短的时间内两个光子被一个分子相继吸收，然后达到一个分子的激发态，由于双光子吸收的截面很小，一般为10^-50-10^-46cm⁴·s/photon，通常在两束光聚集的焦点处才能同时吸收两个光子，进而引发聚合反应，即聚合反应只能发生在光波长立方范围的微小体积内，使得双光子可进行立体微加工。

本领域技术人员在对沟槽配向理论和双光子激光直写技术进行分析之后，提出了一种利用双光子激光直写技术制作沟槽阵列结构来形成配向膜的方法。图2是本发明实施例提供的一种配向膜制备方法的流程图。为了更加详尽的说明本发明的方法，结合图3-图6对本发明的各个步骤作进一步阐述。该方法具体步骤包括：

s110、在衬底210上涂覆光刻胶形成光刻胶层220。

图3是本发明实施例提供的涂覆光刻胶层220后的结构示意图。其中，衬底210可以为玻璃，可选的，光刻胶为负性光刻胶或正性光刻胶，可选的，光刻胶层的厚度小于20nm，这样设置使得最终形成的纳米沟槽的深度小于20nm，使得液晶分子规则定向排布的程度更高。

s120、采用激光束照射光刻胶层220，并控制激光束的束斑230沿预设方向扫描，以使光刻胶层220的曝光位置呈线条阵列。

图4是本发明实施例提供的激光束的束斑230沿预设方向扫描的结构示意图。其中，激光束包括第一激光束和第二激光束，第一激光束的束斑与第二激光束的束斑聚焦于同一焦点，光刻胶层220被激光束的束斑230扫描的位置由于激光束的平均功率高于光刻胶的聚合阈值而发生聚合反应，通过控制激光束的束斑230沿预设方向扫描，可以使光刻胶层220的曝光位置形成线条阵列。

可选的，若光刻胶为负性光刻胶，相邻线条221之间的间距为80nm-100nm；若光刻胶为正性光刻胶，线条阵列中光刻胶层的曝光位置对应的每条线条221沿线条阵列中线条的排列方向的长度为80nm-100nm。

其中，负性光刻胶的曝光位置在显影后可以保留，正性光刻胶的曝光位置在曝光后可以去除，即若光刻胶层采用负性光刻胶，则激光束的束斑230扫描的位置形成线条阵列，在显影后得以保留，而未被激光束的束斑230扫描的位置在显影后被去除，形成沟槽阵列；若光刻胶层采用正性光刻胶，则被激光束的束斑230扫描的位置形成线条阵列，在显影后得以去除，进而形成沟槽阵列，可以理解的是，无论光刻胶选用负性光刻胶还是正性光刻胶，只要保证最终获得的沟槽阵列中沟槽的宽度在80nm-100nm即可，这样设置使得液晶分子规则定向排布的程度更高。

可选的，通过调节激光束的束斑230的扫描速度和/或激光束的曝光能量调节线条221的宽度。

其中，线条221的宽度是指线条阵列中光刻胶层的曝光位置对应的每条线条211沿线条阵列中线条的排列方向的长度。在此提供一种调节激光束的束斑230的扫描速度的实现方式：将待加工样品置于一二维移动平台上，激光束的束斑230的位置保持恒定不变，通过控制二维移动平台相对于激光束的束斑230的移动速度调节激光束的束斑230对光刻胶层220的扫描速度。另外，在此提供一种调节激光束的曝光能量的实现方式：在激光束的光路上设置光衰减器，通过调节光衰减器调节激光束的曝光能量，此外，还可以在激光束的光路上设置光快门，用于调节曝光时间。

可选的，光刻胶包括自由基聚合型光刻胶。在此提供一种优选的光刻胶：scr500，其是一种负性光刻胶，属于自由基聚合型光刻胶，具有良好的微纳聚合性能和高分辨率。

可选的，第一激光束的波长以及第二激光束的波长均在780nm-1000nm范围内。

可选的，第一激光束的平均功率以及第二激光束的平均功率均在40uw-40mw范围内。

可选的，第一激光束的脉冲宽度和第二激光束的脉冲宽度均在纳秒至飞秒范围内。优选的，第一激光束的脉冲宽度和第二激光束的脉冲宽度均在飞秒范围内，双光子吸收效应是一种非线性光学效应，吸收率与入射光的强度呈非线性关系，通常需要较高的峰值功率密度才能激发出材料的双光子吸收效应。而飞秒激光具有超短脉冲和超高峰值功率的特性，可以达到将能量快速、准确地集中在限定的微小作用区域的效果。

可选的，第一激光束的重复频率以及第二激光束的重复频率在1hz-300mhz范围内。其中，激光的平均功率等于单个脉冲携带的能量与重复频率的乘积，在单个脉冲携带的能量一定的前提下，重复频率越高，激光的平均功率越大。

需要说明的是，每款光刻胶中的光引发剂不同，所以每款光刻胶的聚合阈值不同，本领域技术人员可根据实际情况选用光刻胶并根据光刻胶的聚合阈值设定激光束的波长、平均功率、脉冲宽度以及重复频率，此外，所选用的光刻胶若具有耐高温，耐黄变，化学性质稳定，不吸水的特点，则制备得到的配向膜的性能更加稳定以及寿命更长。

s130、对光刻胶层220进行显影，形成配向膜沟槽阵列结构。

图5-图6分别是负性光刻胶层220显影后的结构示意图和实物图。对光刻胶层220经过化学清洗剂(例如乙醇或丙酮)清洗之后，未被激光束的束斑曝光的位置被去除形成配向膜的多个沟槽222，当液晶位于该配向膜中时，液晶分子在沟槽222的作用下将定向排列。

本发明实施例提供的一种配向膜制备方法，通过利用激光双光子技术在光刻胶层上形成线条阵列结构，再经过显影在光刻胶层上形成配向膜沟槽阵列，解决现有技术中通过对pi膜进行摩擦来制备配向膜带来的良品率下降以及制备成本高昂的问题，达到了提高配向膜良品率，降低配向膜制备成本的效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。