液晶的原子束排列方法技术

我们已经发现通过用低能中性氩离子束照射聚酰亚胺表面，可使表面上的液晶形成一定排列。入射的离子的能量在７５到５００电子伏特之间变化，总的电流密度从１００微安／平方厘米到５００毫安／平方厘米，入射角在１０°到８０°之间，在此角度范围内可调节排列。通过控制处理参数，液晶的预倾角可以在０°到８°之间变化。通过在低加速电压下处理，可以避免导致电荷迁移的聚酰亚胺的特性恶化。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
1996年5月10日申请的序号为644788的美国专利申请题为“利用用于液晶的粒子束在一表面上形成取向结构的方法和装置”，该申请中的技术教导结合在本文中以供参考。本专利技术涉及利用粒子束，例如原子束或离子束照射一个表面，从而使该表面可作为能够用于形成液晶显示器元件的液晶材料的排列层。形成一定排列的液晶广泛地应用于平板式显示器技术。这些液晶是通过在一基片表面上形成各向异性来构成排列的。这种表面通常是一种涂覆在一玻璃基片1上的聚合物例如聚酰亚胺。已有很多种在表面上形成各向异性的方法摩擦法2、张紧聚合物法3、朗格缪尔-Boldgett膜法4、利用显微印制技术制成光栅结构的方法5、SiOx斜蒸沉积法6以及聚合物膜的偏振UV辐照法7。对于目前在市场上销售的液晶显示器形成排列所普遍采用的方法是利用绒布摩擦聚酰亚胺薄膜。这种方法存在某些缺点8。这些缺点包括在一清洁的工作间环境中在利用布摩擦的过程中会留下残絮，影响静电放电和影响在聚酰亚胺薄膜下方的电子电路，并且摩擦作为一种宏观方法，并不易于做到使液晶在一个像素的空间尺度上，这个尺度通常是几百微米的量级，在不同的方向上构成排列。为了得到多畴结构这种局部排列是所需要的，其能明显地增加显示器的视角。现时的液晶显示器的有限的视角是这种技术的局限性之一。我们介绍一种新颖的非接触式的液晶取向方法。这种方法防止了由于利用摩擦技术所带来的问题的产生。引用的参考文献1 例如参见D.-S.Seo，H.Matsuda，J.Jshizaki，Y.Lamura，和S.Kobayashi发表在SID Digest(国际开发学会文献汇编)1993年，953页上的论文。2 参见P.G.deGennes和J.Prost引用的O.Kehmann(1906)和P.Chatclain(1943)的“液晶物理”一书，牛津大学的克拉里登出版社(1993)出版，第109，161页。3 H.Aoyama，Y.Yamazaki，M. Matsuura，H.Mada，和S.Kobayashi，Mol.Cryst，Liq.Cryst(分子晶体·液晶)，72，127页(1981)。4 H.Ikeno，A.Oshaki，M.Nitto，N.Ozaki，Y.Yokoyama，K.Kakaya和S.Kobayashi，Jpn.J.Appl.Phys.，(日本应用物理J)，27，L475(1988).5 M.Nakamura和M.Ura，J.Appl.Phys(日本应用物理J)，52，210(1981)。6 Jenuing，Appl.Phys，Lett(应用物理通讯)21，173(1982)。7 M.Schadt，K.Suhmitt，V.Kozinkov，和V.chiqvinov，Jpn.J.Appl.Phys，(日本应用物理J)的31，2155(1992)。8 S.Kobayashi和Y.Limura，SPIE(摄影光学仪器工程会协会)2175，123(1994)。9 Shimada等人的美国专利US-5030322(1991.7)。10 日本专利JP-3217823，1991年8月。本专利技术的一个目的是提供一种使液晶分子相对一表面按一定特征排列的改进方法。本专利技术的另一目的是利用粒子束，例如原子或离子束形成这种特征。本专利技术的一个方面是通过使粒子束引向一用于液晶显示器元件的排列表面，在该排列表面上形成一定方向排列的方法，其中该粒子束以可调节的能量、相对于该排列表面的可调节的角度和可调的时间引向该表面以便相对于该排列表面调节液晶分子的预倾角。利用低能量的氩离子束轰击聚酰亚胺薄膜的表面。当离子束以与该表面不垂直的方向照射时，氩离子束产生定向排列作用。利用原子束形成排列优于其它技术的优点是(i)非接触式排列，(ii)低能的原子束保证仅表面层受到作用，使得通过破坏键合例如当处于UV辐照时产生的原子团的数量降到最少。这样就避免了当电压施加到液晶元件上时电荷的积累，以及(iii)可以易于得到大面积均匀的平行离子束；解决了SiOx斜蒸所具有的问题；(iv)原子束对于电子装置制造业是公知的并和清洁的工作间环境相适应，(v)原子束可以用于对本身是自支承的聚酰亚胺的薄膜的两侧表面进行作用形成排列。然而，虽然它们有很多优点，带有能量中性粒子束还可能引起聚酰亚胺损坏，导致破坏键合，当施加电压使显示器工作时在液晶中产生有害的与时间相关的响应。由于这个原因，非常希望利用低能粒子束；实际上所包含的能量只为施加25伏以上而不是像在一些文献9.10中所述的几百伏电压下的能量。这些低能粒子束充分地作用该表面层形成一定排列而没有产生任何明显的破坏作用。我们将提出实验数据支持这种结论。在附图说明图1中表示了适用于本专利技术的目的离子束系统的示意图。离子源是从市场上买到的，这个源的加速电压可以在75到500伏之间变化。电流密度或每平方厘米的离子的数目接近每平方厘米100-500微安，并且作为试验的变量之一。受原子束照射的基片由玻璃制成，其上已沉积氧化铟锡和聚酰亚胺。包含用聚酰亚胺覆盖的薄膜晶体管的基片也是试验研究的对象。能自支承的聚酯薄膜是试验研究的对象。这些仅是示例性的而非限定性的。这些基片的放置相对入射的原子束成各种不同的角度，如图1所示。氩气用作等离子源。离子束装置及其操作在半导体业是公知的。图1表示离子源的体形结构和电气结构的示意图。通过了解由3个区域组成的离子源可更好地理解工作原理。离子在放电等离子区(12)产生，通过引出区(6)加速并飞行通过离子束等离子区(44)。在放电等离子区(12)中由于电子撞击中性气体原子产生离子。由热的灯丝、阴极(8)发射出的电子由于阴极(8)和阳极(4)之间的电位差Vd(20)而加速。这个电压通常约40伏，比氩电离电压15.8电子伏特高出几倍，用于建立辉光放电。在放电开始之前，源的壳体(2)处于阳极(14)电位。然而，在放电开始后，连接的电阻(22)使源的壳体(2)和屏蔽栅(4)都浮动到阴极电位，将放电电流引至阳极。在阴极(8)、阳极(14)、离子源室壁(16、18、36和32)以及屏蔽栅(4)之间形成等离子(12)的本身的放电。为了从等离子放电区引出离子束，升高了阳极电压Vanode(26)，达到地电位之上的某一正电压。阳极电位的上升将等离子体的电位几乎增加到相同的数值。因此，离子会离开等离子体放电区并撞击接地的靶(24)表面，到达时的能量由阳极电位确定。加速栅极(6)保持在负电位下，离子通过在加速栅极中的孔(34)没有与该栅极碰撞并形成被准直的离子束(44)，最终撞击保持在地电位(30)的靶(24)。由于我们所用的基片是绝缘隔离的，当离子束击中基片时，因没有用于电子流动的电流通道以中和正离子的入射通量，绝缘隔离的表面带正电。为消除这些电荷，一个热的灯丝或中和器(42)插入离子束等离子体区(44)，该灯丝适当地提供电子到该离子束区或会带正电的基片表面。在用离子束照射之后，将一对玻璃板利用5微米厚的间隔件组装在一起。两个板间的间隔抽成真空并按着填充向列相液晶。可以观察到利用原子束排列的液晶，与利用布摩擦所形成的方向相同。排列是整齐的，并且作为离子束的入射角度，照射时间和能量的函数，还测量了在显示器技术中非常重要的一个物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在用于液晶显示器元件的排列表面上形成一定方向排列的方法，包括以下步骤： 将一粒子束引向所述排列表面； 按照可调节的能量、相对所述排列表面的可调节的角度以可调节的时间将所述粒子束引向所述表面，以便调节液晶分子相对于所述排列表面的预倾角。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：P肖德哈里，JA莱西，SCA连，CE法雷尔，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]