專利名稱：用于使各向異性晶體膜從供體轉(zhuǎn)移到受體的方法和設(shè)備,以及供體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于制造各向異性膜的領(lǐng)域。尤其是，本發(fā)明涉及將各向異性晶體膜從供體板轉(zhuǎn)移到受體板的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
已知的光學(xué)各向異性晶體膜，是用多環(huán)有機(jī)化合物通過特殊制造操作獲得的，并因此具有高度的各向異性、耐熱性和耐光性的特點(diǎn)。制造上述膜的技術(shù)較簡單；然而，為了獲得膜參數(shù)的重現(xiàn)性，其需要使用專用設(shè)備并嚴(yán)格遵循制造條件。在主要表現(xiàn)為已制得的預(yù)制件的組裝體的光設(shè)備、指示設(shè)備和其他設(shè)備的加工過程中，有時難以與另外的制造方法結(jié)合以生產(chǎn)基于上述膜的膜及部件。通常當(dāng)需要制造具有復(fù)合結(jié)構(gòu)或具有小圖樣化特性的各向異性涂層時，就會出現(xiàn)另外的難題。通常在這種情況下，可以通過已知的方法形成連續(xù)的各向異性涂層，并接著隨后除去涂層的某些部分。例如，有一種利用透明膠帶除去部分涂層的已知方法。將透明膠帶粘在需要剝?nèi)ネ繉拥哪さ膮^(qū)域，而在將膠帶撕開之后，基質(zhì)上保留的涂層具有所希望的結(jié)構(gòu)。雖然這種已知技術(shù)不需要專用設(shè)備，但是，它不能提供涂層足夠陡的邊緣以及在剩余區(qū)域的邊緣上足夠程度的各向異性，并且它也不具有足以獲得小尺寸元件的重現(xiàn)性。另一個困難是由于對各向異性晶體膜施加的各種壓應(yīng)力和剪應(yīng)力可能降低晶序的程度。同樣在透明膠帶剝離時可能會增加各向異性晶體膜表面的粗糙度。
為了制造具有希望結(jié)構(gòu)的偏振膜，也可以使用水溶性漆的圖樣化層。在將漆固化之后，用合適的溶劑(水或者水與有機(jī)溶劑的混合物)沖洗掉所暴露的偏振涂層。然而，這種方法還需要進(jìn)行數(shù)個附加的制造操作(附加制造臺的裝配)，并且該方法的實(shí)施在選擇合適的化學(xué)試劑(用于偏振涂層的漆的適當(dāng)組成，去除保護(hù)漆的溶劑等)方面可能會增大難度。
技術(shù)的發(fā)展使得避免了用于生產(chǎn)偏振膜的專用制造過程的設(shè)備安裝，偏振膜由有機(jī)染料獲得，并具有各種結(jié)構(gòu)(參見Staral等人的US 5,693,446)。該技術(shù)基于在基底(所謂的供體)上使用預(yù)制的偏振膜。該技術(shù)涉及質(zhì)量轉(zhuǎn)移的已知方法，使得涂層區(qū)域由于局部加熱而轉(zhuǎn)移(參見Chou等人的US 5,506,189)?？梢酝ㄟ^熱敏元件、以及激光照射等來實(shí)施加熱。該方法可以獲得具有圖案的高分辨率的任意形狀的偏振涂層。
在實(shí)施這種方法中出現(xiàn)的困難，首先涉及被轉(zhuǎn)移的偏振涂層的結(jié)構(gòu)，以及當(dāng)局部加熱直到進(jìn)行轉(zhuǎn)移所需的溫度時，涂層的光學(xué)特性的可能降低。由溶致液晶(LLC)染料獲得的偏振涂層，其分子聚集成超分子復(fù)合物。在基質(zhì)上涂布LLC并施加外部剪切力之后，超分子復(fù)合物在作用方向上排列(配向)。在膜干燥(除去溶劑)以后，保留了分子的排列(配向)。因此也保留了由溶致液晶獲得的晶序。
各向異性晶體膜的光學(xué)、磁學(xué)的各向異性、或電性能、偏振性能與晶序有關(guān)。對各向異性晶體膜進(jìn)行加熱可能降低晶序，并因此破壞各向異性。因加熱而破壞晶序的危險可以大體上隨特殊的材料、溫度的升高、各向異性晶體膜的狀態(tài)、外界條件等而增加。因此，對于該技術(shù)一般不希望使用加熱。
另一個可能的解決方案是預(yù)先活化，即，在膜的轉(zhuǎn)移區(qū)域上進(jìn)行預(yù)先作用，如弱化結(jié)構(gòu)中的分子或超分子復(fù)合物之間的粘結(jié)力，由此將膜的區(qū)域在相當(dāng)?shù)偷膲毫ο聫墓w板轉(zhuǎn)移到受體板。這不會導(dǎo)致主體材料(bulk material)以及圖樣的邊緣處各向異性的降低。
除了一般復(fù)雜性之外，加熱和活化二者都有利于轉(zhuǎn)移技術(shù)承受在進(jìn)行轉(zhuǎn)移之后因供體膜剝離而產(chǎn)生的粗糙度。
剝離應(yīng)力包括膨脹分量和剪切分量。兩個分量擾亂各向異性晶體膜中的定向分子。該擾亂包括分子的偶極從平的表面偏離，因此使粘附于表面的各向異性晶體膜材料的層產(chǎn)生廣延扭曲。尤其是，可以擾亂光學(xué)性質(zhì)、磁性質(zhì)、電性質(zhì)、鐵磁性質(zhì)以及其他性質(zhì)。
另一方面，當(dāng)膜必須由多環(huán)有機(jī)化合物的溶液直接生產(chǎn)時，具有精確的預(yù)定厚度的各向異性晶體膜的生產(chǎn)是復(fù)雜的工作。因此，使用多個同樣的具有不同厚度的各向異性晶體膜來調(diào)節(jié)厚度。由于各向異性晶體膜厚度的數(shù)量級可以在幾十納米到幾百微米的極寬范圍內(nèi)變化，因此這種調(diào)整是可以進(jìn)行的。希望從各膜之間的界面中除去所有的缺陷，以便獲得均質(zhì)膜。也希望重置膜的界面，因為界面邊界的任何痕跡都會產(chǎn)生干涉效應(yīng)，而使光學(xué)性能劣化。前面所述的剝離擾亂實(shí)質(zhì)上可以影響多層膜的性能，另外產(chǎn)生界面效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種通過由供體轉(zhuǎn)移而在受體上制造各向異性晶體膜的方法。本方法在從供體轉(zhuǎn)移到受體時可以保持各向異性晶體膜表面層的配向(排列)。本方法可以用于制造任何給定厚度范圍在約幾十納米到幾十微米的圖樣化的多層各向異性晶體膜。該各向異性膜可以由多環(huán)有機(jī)化合物的溶液開始制備。
本方法包括提供供體以及受體，該供體包括基底和與該基底結(jié)合的各向異性晶體膜。各向異性晶體膜的至少一部分置放到與受體相接觸，對基底的至少一部分施加負(fù)載，由此向供體和受體上提供剪應(yīng)力和壓應(yīng)力，從而將各向異性晶體膜的至少一部分轉(zhuǎn)移到受體上，并將各向異性晶體膜的至少一部分從基底上剝離。


當(dāng)結(jié)合附圖閱讀下列描述時，本發(fā)明將會更加易于理解，在附圖中圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例利用刀具(刮刀)轉(zhuǎn)移各向異性晶體膜的制造方法。
圖2示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例對供體、受體以及各向異性晶體膜施加的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力。
圖3示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例相對于固定加載設(shè)備移動的供體和受體。
圖4示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例用來產(chǎn)生壓應(yīng)力和剪應(yīng)力的輥。
圖5示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例用來產(chǎn)生壓應(yīng)力和剪應(yīng)力的兩個刀具。
圖6示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例用來產(chǎn)生壓應(yīng)力和剪應(yīng)力的兩個輥。
圖7示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例壓在受體外表面上的一個刀具和壓在供體外表面上的一個輥。
圖8示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例其中受體表面經(jīng)過預(yù)處理的制造方法。
圖9示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例其中供體表面經(jīng)過預(yù)處理的制造方法。
圖10示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例利用壓應(yīng)力對供體和受體進(jìn)行的預(yù)處理。
圖11示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例包括具有多個偏振傳輸軸方向的片段的各向異性晶體膜。
圖12示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例具有著色片段的各向異性晶體膜。
圖13示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例對供體的一部分施加的剪應(yīng)力和壓應(yīng)力。
圖14示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例利用包括粘合材料的供體的制造方法。
圖15示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例其中利用包括粘合材料的受體的制造方法。
圖16示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例各向異性晶體膜向彎曲狀受體的轉(zhuǎn)移。
圖17示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例包括多個附加層的受體。
圖18示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例多層膜從供體向受體的轉(zhuǎn)移。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種將各向異性晶體膜從供體轉(zhuǎn)移到受體的方法。該方法在將各向異性膜用作偏振片或延遲片(相位差片)(如液晶顯示器(LCD))等的設(shè)備制造中非常有用。本發(fā)明的方法對汽車工業(yè)、建筑學(xué)、以及實(shí)用藝術(shù)中的材料和產(chǎn)品的制造也非常有用。
總體而言，本發(fā)明的方法是將各向異性晶體膜從供體轉(zhuǎn)移到受體上。該供體包括各向異性晶體膜和用作各向異性晶體膜機(jī)械基礎(chǔ)的基底。對基底的至少一部分施加負(fù)載以向基底和各向異性晶體膜以及受體上提供剪應(yīng)力和壓應(yīng)力，由此將各向異性晶體膜的至少一部分轉(zhuǎn)移到受體上去。控制負(fù)載大小以對各向異性晶體膜施加足夠的壓應(yīng)力使其從供體轉(zhuǎn)移到受體但不破壞所轉(zhuǎn)移的各向異性晶體膜的晶體結(jié)構(gòu)。
置放供體使與受體相接觸。將各向異性晶體膜設(shè)置在基底與受體之間。各向異性晶體膜與受體之間的接觸在這些膜之間產(chǎn)生粘結(jié)力，而這些粘結(jié)力可以通過下文所述的接觸表面的預(yù)處理而得以加強(qiáng)。在一個實(shí)施例中，供體包括干涉多層結(jié)構(gòu)。
然后對基底的外表面施加外部負(fù)載。所施加的負(fù)載在基底中產(chǎn)生剪應(yīng)力和壓應(yīng)力。雖然可對以較小的區(qū)域進(jìn)行加載，但是基底重新分布該壓應(yīng)力，并因此防止各向異性晶體膜發(fā)生表面的定向干擾。壓應(yīng)力增加了各向異性晶體膜與受體之間的粘結(jié)力。剪應(yīng)力破壞了各向異性晶體膜與基底之間的粘結(jié)力，因為剪切強(qiáng)度一直遠(yuǎn)小于膨脹(廣延)/壓縮強(qiáng)度。
因此，各向異性晶體膜的至少一部分從供體向受體的轉(zhuǎn)移接下來可用將各向異性晶體膜固定到受體上而進(jìn)行。最后，可以將基底剝離。
所施加的應(yīng)力大小要高到足以將各向異性晶體膜的至少一部分從供體轉(zhuǎn)移到受體，同時要低到足以保持各向異性晶體膜的晶體結(jié)構(gòu)。對各向異性晶體膜施加的剪應(yīng)力產(chǎn)生配向作用，并因此提高各向異性晶體膜的各向異性性能。
圖1示意性示出了在受體101上通過從供體103的轉(zhuǎn)移而制造各向異性晶體膜102的方法的主要階段。
圖1A示意性示出了使供體103與受體101相接觸的置放。供體103包括至少一個用于轉(zhuǎn)移到受體101的各向異性晶體膜102?；?04是各向異性晶體膜102的基礎(chǔ)，并且是整個供體103的一部分。當(dāng)供體103沿方向107移動以便置放到與受體101相接觸時，各向異性晶體膜102朝向受體101。
圖1B示意性示出了各向異性晶體膜102向受體101的轉(zhuǎn)移。圖1B中所使用的刀具105是用于例示性說明產(chǎn)生剪切負(fù)載和壓縮負(fù)載的設(shè)備。其他也可以使用的設(shè)備將會在下面進(jìn)行描述。如箭頭108所示，刀具105擠壓供體103和受體101。同時如箭頭106所示，刀具105沿著供體103的外表面移動。所述的處理在供體103中產(chǎn)生剪應(yīng)力和壓應(yīng)力分布，并形成基膜104與各向異性晶體膜102之間的邊界上的旋轉(zhuǎn)位移(disclination)。如圖1B所示，該旋轉(zhuǎn)位移引起基膜104從各向異性晶體膜102上剝離。受體101與各向異性晶體膜102固定在一起。剪切負(fù)載和壓縮負(fù)載的組合作用產(chǎn)生各向異性晶體膜102從供體103向受體101的轉(zhuǎn)移。剪應(yīng)力和壓應(yīng)力的值要足夠大，以便將各向異性晶體膜的至少一部分轉(zhuǎn)移。另一方面，控制剪應(yīng)力和壓應(yīng)力加載的值，以便使晶體結(jié)構(gòu)和所轉(zhuǎn)移的各向異性晶體膜的相應(yīng)光學(xué)參數(shù)不劣化。
圖2更詳細(xì)示出了本發(fā)明所披露的轉(zhuǎn)移階段。在圖2中更詳細(xì)地示出了例示性說明用于產(chǎn)生剪應(yīng)力和壓應(yīng)力的設(shè)備的刀具205。
刀具205沿著供體203的外表面210移動。刀具205以方向208從供體203壓向受體201，并以這種方式產(chǎn)生壓應(yīng)力。同時刀具205以方向206移動，并由于摩擦力而在供體203中產(chǎn)生剪應(yīng)力分布。該摩擦力存在于刀具205與供體203的外表面210之間。線條211和212表示基膜204與各向異性晶體膜202之間的界面，并分別處于供體203與受體201之間。
在圖2的上方部分更詳細(xì)示出了在圓圈內(nèi)部的刀具邊緣下方的微觀區(qū)域。由于壓應(yīng)力所產(chǎn)生的壓縮變形，減小了在刀具205的邊緣下方的基膜204和各向異性晶體膜202的厚度。
使用陰影線是為了圖示說明變形的大小和方向。由于壓縮負(fù)載和剪切負(fù)載使膜202、201、204產(chǎn)生彈性變性，所以圖2所示的變形與兩種應(yīng)力成比例。膜201、202和204不受應(yīng)力的部分在圖中用垂直陰影線示出。陰影線與垂直線的較大偏離表示在陰影區(qū)中的較大值的剪切變形。而且，使用連續(xù)的陰影線是為了描述在受體201、各向異性晶體膜202以及基膜204之間的粘結(jié)力。當(dāng)在相關(guān)各個膜之間存在粘結(jié)力時，在邊界211或212處的陰影線是連續(xù)不中斷的。換句話說，陰影線的不連續(xù)性表示在膜之間的粘結(jié)力的破壞。
在轉(zhuǎn)移之前，各向異性晶體膜202與基膜204是被粘合在一起的。一旦供體203被置放于與受體201相接觸，各向異性晶體膜202就會與受體201粘合。因此，刀具205邊緣的左側(cè)的陰影線連續(xù)與邊界211和212都相交。最大剪切變形出現(xiàn)在刀具205邊緣后方的下邊和右邊區(qū)域，因此正好在刀具205后方的下邊和右邊的陰影線具有最大傾斜。隨著在膜202或204內(nèi)部的點(diǎn)離開刀具205傾斜就減小了。受體201與各向異性晶體膜202之間的粘結(jié)力足夠強(qiáng)而可克服所施加的剪應(yīng)力，因此沿邊界212的各處的陰影線是連續(xù)的。另一方面，各向異性晶體膜202與基膜204之間的粘結(jié)力在點(diǎn)225處是不連續(xù)的，并且在旋轉(zhuǎn)位移點(diǎn)225的右側(cè)上的基膜204的部分被從各向異性晶體膜202剝離，如陰影線的不連續(xù)性所示。
在下文中將會描述本發(fā)明的各種實(shí)施例?？梢酝ㄟ^不同的方式施加負(fù)載，并且可以使用不同的設(shè)備來施加負(fù)載?？梢圆捎眉虞d設(shè)備的任何不同組合。示出了各向異性晶體膜、基膜和受體希望的預(yù)處理，以及示出了各個膜之間接合處的加壓預(yù)處理。在供體或受體中也可以包括各種附加層，如粘合劑層、壓敏膠、具有相對剪應(yīng)力足夠弱的粘結(jié)層等。在一個實(shí)施例中，各向異性晶體膜包括各種片段，如著色片段、具有各種偏振傳輸軸的片段等。理想的實(shí)施例被描述為具有將各向異性晶體膜的一部分轉(zhuǎn)移到受體的能力。所披露的制造方法包括關(guān)于各階段的時間順序的實(shí)施例。在下文所描述的一個理想實(shí)施例中，各向異性晶體膜包括晶體薄膜。所披露的本發(fā)明在制造多層膜中非常有用。
在一個實(shí)施例中，供體進(jìn)一步包括干涉多層結(jié)構(gòu)。對于干涉多層結(jié)構(gòu)，我們理解該結(jié)構(gòu)包括兩個或更多層，其中結(jié)構(gòu)中的至少兩層的厚度是同樣數(shù)量級，如同所考慮的波長范圍的波長一樣。在一個實(shí)施例中，所述波長是在可見波長范圍。
在一個實(shí)施例中，供體和受體相互擠壓。在另一個實(shí)施例中，沿著各向異性晶體膜和基底的界面表面施加剪應(yīng)力。兩個實(shí)施例在希望的方向提供負(fù)載，以便促進(jìn)轉(zhuǎn)移并保持各向異性晶體膜的晶體結(jié)構(gòu)。
在一個實(shí)施例中，加載設(shè)備相對于供體和受體而移動。圖1和圖2是加載設(shè)備相對于供體和受體而移動的實(shí)施例的實(shí)例。
在另一個實(shí)施例中，供體和受體相對于固定的加載設(shè)備而移動。圖3示意性示出了這種類型的實(shí)施例。供體303和受體301以方向306相對于固定刀具305而移動。刀具305以方向308擠壓而產(chǎn)生壓縮負(fù)載。移動306和壓應(yīng)力308的組合作用產(chǎn)生希望的剪應(yīng)力。
使用各種加載設(shè)備來產(chǎn)生所希望的負(fù)載。加載設(shè)備與基底的外表面相接觸，并壓向受體而產(chǎn)生壓應(yīng)力。同時，加載設(shè)備沿著供體的表面移動。由于在供體的外表面與加載設(shè)備之間存在摩擦力，利用該移動就能產(chǎn)生剪應(yīng)力。例如，加載設(shè)備包括如但不限于如具有圓形刀刃的刀具、不旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)的輥、刀片、不旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)的球體、準(zhǔn)尺(rule)、刮刀、以及剝離棒。
在一個實(shí)施例中，加載設(shè)備與供體之間的摩擦不會使加載設(shè)備的內(nèi)部部件相互移動。圖1-3示出了使用刀具105、205、305作為加載設(shè)備的實(shí)施例。
在另一個實(shí)施例中，加載設(shè)備與供體板之間的摩擦使所述加載設(shè)備的內(nèi)部部件相互移動。輥是這種類型加載設(shè)備的適宜通用名。使用輥?zhàn)鳛榧虞d設(shè)備的一個優(yōu)點(diǎn)是可以獨(dú)立地調(diào)節(jié)剪應(yīng)力和壓應(yīng)力。壓應(yīng)力是用加載在輥的旋轉(zhuǎn)軸上的力來調(diào)節(jié)的。剪應(yīng)力是用輥與供體的外表面之間的摩擦力來調(diào)節(jié)的，而所述摩擦力接著利用各種阻礙來調(diào)節(jié)輥繞其軸的自由旋轉(zhuǎn)。剪應(yīng)力的調(diào)節(jié)除了對轉(zhuǎn)移過程本身，而且對許多其他方面都很有用。例如，摩擦力的適當(dāng)選擇可抑制供體和受體自身引起的振動。
圖4示出了以輥?zhàn)鳛榧虞d設(shè)備的實(shí)例。輥401的軸402以方向206移動。同時，輥401以方向208擠壓基膜204的外表面。輥401以方向410圍繞軸402旋轉(zhuǎn)，而輥401與基膜204之間的摩擦力在供體203中產(chǎn)生剪應(yīng)力。
在所披露的本發(fā)明中，可以使用刀具加載設(shè)備和輥加載設(shè)備的各種組合。
圖5示意性示出了本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述實(shí)施例包括使用兩個刀具將各向異性晶體膜302從供體303轉(zhuǎn)移到受體301。第一刀具305擠壓供體303的外表面。刀具305和供體303的相對移動產(chǎn)生剪應(yīng)力。第二刀具510在受體301的外表面上移動。第二刀具510用作受體301的支撐，因此兩個刀具305和510處于彼此相對的位置。由第二刀具在受體301中所產(chǎn)生的剪應(yīng)力通過在第二刀具510與受體301的摩擦面之間施加減摩劑處理而最小化。可以使用任何現(xiàn)有的減摩劑處理，例如但不限于置于摩擦面之間的潤滑劑、用潤滑材料制造的摩擦部件、布置在第二刀具510和/或受體301的摩擦面上的減摩涂層、摩擦面的拋光、減小施加于第二刀具510的壓應(yīng)力509等。在圖5所示的實(shí)施例中，減摩涂層519覆蓋了第二刀具510的邊緣。
圖6中示意性示出了所披露的本發(fā)明使用兩個輥的實(shí)施例。第二輥601用作受體201的支撐，并處于與第一輥401相對的位置。使輥601與受體201之間的摩擦力變得最小以便避免受體201的剪應(yīng)力。這樣的應(yīng)力會產(chǎn)生各向異性晶體膜202從受體201上的不希望的剝離。因此，輥601以方向610圍繞軸602自由旋轉(zhuǎn)。同時，輥的軸602以方向606移動，并且輥以方向608擠壓。旋轉(zhuǎn)602的自由度給出受體201與輥601之間的最小摩擦。
也可以使用輥和刀具的組合。在一個實(shí)施例中，輥和刀具處于彼此相對的位置。例如，刀具沿著供體的外表面移動，而輥沿著受體的外表面移動。在另一個實(shí)施例中，輥沿著供體的外表面移動，而刀具沿著受體的外表面移動。
圖7示意性示出了實(shí)施例的一個實(shí)例，其中刀具擠壓供體的外表面而輥擠壓受體的外表面。使用刀具來加載供體303使其以方向306移動，而輥720擠壓受體301。輥720以方向722圍繞軸721自由旋轉(zhuǎn)。因此刀具305向基膜304加載剪應(yīng)力，而輥720的自由旋轉(zhuǎn)722只給受體301加以壓縮負(fù)載。
在個別實(shí)施例中，利用對各向異性晶體膜或受體進(jìn)行預(yù)處理以便增加各表面之間的粘結(jié)性能，并促使將各向異性晶體膜從供體轉(zhuǎn)移到受體。預(yù)處理也是一種圖樣化(patterning)方法用來促使各向異性晶體膜片段的轉(zhuǎn)移。包括對受體表面預(yù)處理的實(shí)施例采用的預(yù)處理例如但不限于離子轟擊、真空凈化、加熱、機(jī)械處理、電磁輻射、洗滌、以及化學(xué)改性。在預(yù)處理中以優(yōu)選的順序可以采用一種或更多的所述程序。
圖8示意性示出了受體表面的預(yù)處理。波形箭頭820表示對受體201的表面施加的任何所述的預(yù)處理。
圖9示意性示出了各向異性晶體膜表面的預(yù)處理，而波形箭頭920表示對各向異性晶體膜202的表面施加的任何所述的預(yù)處理。
在圖8和圖9中示意性示出的預(yù)處理是在圖2示出的實(shí)施例的基礎(chǔ)上僅出于說明目的的圖示，并且預(yù)處理階段不限于本文中所披露的任何特定實(shí)施例而可以用于所披露的任何實(shí)施例。
在各向異性晶體膜施加之前，對基膜表面的至少一部分進(jìn)行預(yù)處理使剝離更容易。預(yù)處理可以利用一種或更多的所述程序，如離子轟擊、真空凈化、加熱、機(jī)械處理、電磁輻射、洗滌、以及化學(xué)改性。
利用壓應(yīng)力進(jìn)行的預(yù)處理是所披露的本發(fā)明的一個實(shí)施例。在壓應(yīng)力下結(jié)合的供體和受體的初始暴露增加了各向異性晶體膜與受體之間的粘結(jié)力。因此，希望在將供體和受體置放于相互接觸之后并在各向異性晶體膜轉(zhuǎn)移之前擠壓供體和受體。
所述實(shí)施例的實(shí)例包括圖10所示的使用壓應(yīng)力進(jìn)行的預(yù)處理。各向異性晶體膜302從供體303向受體301的轉(zhuǎn)移是使用刀具305進(jìn)行的，并且供體303和受體301以方向306移動。供體303和受體301的初始擠壓是使用一對輥1006和1007進(jìn)行的。輥1006和1007相對于移動方向306安裝在刀具305的前面；因此在轉(zhuǎn)移之前進(jìn)行加壓預(yù)處理。輥1006和1007分別以方向1000和1001繞軸1002和1003自由旋轉(zhuǎn)。輥1006和1007的自由旋轉(zhuǎn)是所希望的，用以獲得對受體301和供體303無剪應(yīng)力的純壓縮負(fù)載。利用分別對每個輥1000和1001的軸1002、1003施加的力1004、1005可以獲得壓縮負(fù)載。
各向異性晶體膜具有雙折射性。c軸是單軸雙折射性材料的主光軸。如果c軸與光路徑一致，那么光就不會分裂成兩束光線。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，各向異性晶體膜具有多個雙折射性片段，其中相對于片段的c軸方向不同。在一個實(shí)施例中，雙折射性各向異性晶體膜具有二向色性并用作偏振片。在該實(shí)施例中，各向異性晶體膜具有多個偏振片段，其中相對于片段的透射軸方向不同。
圖11示意性示出了各向異性晶體膜1102從供體103向受體101的轉(zhuǎn)移，其中各向異性晶體膜1102位于基膜104之上，并且各向異性晶體膜1102包含具有在各個方向的透射軸的三個片段1130、1132、以及1134。細(xì)虛線表示各向異性晶體膜1102的片段1130、1132、1134之間的邊界。對于片段1130、1132、1134每個片段的透射軸分別用箭頭1131、1133、1135示出。在透射軸1131與1133之間的角1137是作為兩個片段的透射軸之間的角的實(shí)例示出的。角1137可以取在0度到90度范圍內(nèi)的任意值。
在一個實(shí)施例中，各向異性晶體膜包括在希望的實(shí)施例中的著色片段。圖12示意性示出了各向異性晶體膜1202的轉(zhuǎn)移，其中各向異性晶體膜包括帶有各種顏色的三個片段，其位于基膜104上。細(xì)虛線表示各向異性晶體膜1202的片段1211、1212、以及1213之間的邊界。例如，片段1211、1212、以及1213可以分別是紅色、綠色及藍(lán)色，并且在視頻顯示器中使用包括RGB的組合。
在一個實(shí)施例中，各向異性晶體膜包括晶體薄膜，這是由于在各種表面上處理的可能性，及其它特殊(exceptional)性質(zhì)，如膜的低厚度、熱穩(wěn)定性以及膜的光學(xué)性質(zhì)，如高二向色比等。參見例如美國專利第6,563,640號，將其所披露的全部內(nèi)容以引證的方式結(jié)合于此作為參考。所述的性質(zhì)與晶體薄膜的制造技術(shù)相關(guān)。該技術(shù)由美國舊金山的OptivaTMInc.開發(fā)。
晶體薄膜是基于多環(huán)有機(jī)化合物的。所希望的多環(huán)有機(jī)化合物的實(shí)例是二向色性染料、或二向色性染料的混合物。在一個實(shí)施例中，晶體薄膜是用多環(huán)有機(jī)化合物的棒狀超分子形成的部分晶體膜，并且該多環(huán)有機(jī)化合物具有π-共軛體系。當(dāng)棒狀超分子的軸與雙折射性c軸平行排列時，晶體薄膜具有雙折射性。在另一個實(shí)施例中，雙折射性晶體薄膜具有二向色性并用作偏振片。
可以使用至少一種分子中含有至少一個離子基團(tuán)的多環(huán)有機(jī)化合物(假如其在極性溶劑中具有溶解性)和/或含有至少一個非離子基團(tuán)(假如其在非極性溶劑中具有溶解性)和/或含有至少一個抗衡離子(其在材料的制備過程中保持或不保持在分子的結(jié)構(gòu)中)。當(dāng)這種有機(jī)化合物溶解在合適的溶劑中時，就形成了膠體體系(一種溶致液晶)。在該膠體體系中，分子與形成體系的動力單元的超分子復(fù)合物相結(jié)合(WO 01/63346)。液晶相是體系的預(yù)有序化狀態(tài)，其確定材料的初始各向異性。在超分子的配向(排列)過程中和接下來的溶劑去除過程中，形成了具有光學(xué)各向異性(例如二向色性)的固體晶體膜。
也可以將膠體體系進(jìn)行混合(在這種情況下，在溶液中會形成混合的超分子)用以獲得具有中間光學(xué)特性的晶體膜。在由膠體溶液的混合物所獲得的光學(xué)各向異性二向色性晶體膜中，可以通過由初始組分所確定的范圍內(nèi)的不同值來表征吸收性和折射性?？梢詫⒂苫旌系某肿有纬傻牟煌z體體系進(jìn)行混合，這是由于各種有機(jī)化合物的分子尺寸之一(面間距)一致(3.4±0.3)。
晶體膜沉積其上的表面可以進(jìn)行附加處理，用以為其提供均勻的潤濕性(以提供表面的親水性)。這可以是機(jī)械處理、熱處理、以及機(jī)械化學(xué)處理。同樣的處理也可以有利于降低膜厚度并增加分子有序化程度。而且，為了增加在基質(zhì)表面上的膜的有序化，通過對基質(zhì)表面的機(jī)械處理可以形成配向(排列)的各向異性結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，轉(zhuǎn)移階段和置放階段在實(shí)現(xiàn)時間內(nèi)不會交叉。一旦將供體薄片置放于使整個供體區(qū)域與受體相接觸，各向異性晶體膜的轉(zhuǎn)移就開始了。這種實(shí)現(xiàn)的好處在于其制造的過程和設(shè)備簡單，并且可以易于在整個供體和受體的較小薄片中實(shí)現(xiàn)。
圖1示意性示出了所述實(shí)施例。圖1A示出了將整個供體103置放到與受體101相接觸。圖1B示出了置放階段之后的轉(zhuǎn)移階段。因此，轉(zhuǎn)移階段(圖1B)在時間上與置放階段(圖1A)是分開的。
在另一個實(shí)施例中，轉(zhuǎn)移階段和置放階段在實(shí)現(xiàn)的時間內(nèi)交叉進(jìn)行。各向異性晶體膜的轉(zhuǎn)移在供體的整個部分上進(jìn)行，該供體已經(jīng)被置放到與受體相接觸。這種實(shí)現(xiàn)有利于該方法的產(chǎn)量，并且對于大片的供體和受體是所希望的。
在圖2中示出了這種實(shí)施例。此處各向異性晶體膜202的轉(zhuǎn)移是在將供體203置放到和受體201相接觸的同時進(jìn)行的。
在另一個實(shí)施例中，只對供體希望的部分施加引起壓應(yīng)力和剪應(yīng)力的負(fù)載，并且只有施加了負(fù)載的各向異性晶體膜部分才從供體轉(zhuǎn)移到受體。圖13示意性示出了只對供體的部分施加負(fù)載的實(shí)例。
圖13A示出了使用刀具型加載設(shè)備的部分轉(zhuǎn)移。刀具1355包括在邊緣(刀口)上的缺口1301?；?04的部分1302在刀具1355的移動106過程中置放到缺口1301的下面?；?04的這部分1302和供體103的這部分未被施加負(fù)載。因而在基膜104的部分1302下方的各向異性晶體膜102的部分未被轉(zhuǎn)移到受體?；?04的部分1304和1306與各向異性晶體膜102各自的下面部分被施加由刀具1355所產(chǎn)生的負(fù)載。因此各向異性晶體膜102的相應(yīng)部分從供體103轉(zhuǎn)移到受體101。
圖13B示出了在圖13A中所示的已經(jīng)轉(zhuǎn)移到受體101的各向異性晶體膜。并且為了說明的目的沒有示出基膜104。各向異性晶體膜102的部分1305和1307處于圖13A中的各自部分1304和1306的下面，并且對部分1305和1307施加了負(fù)載。因此，各向異性晶體膜102的部分1305和1307被固定在受體101上。換句話說，空的條帶1303對應(yīng)于圖13A中的基膜的部分1302。而部分1302在圖13A中所示的刀具1355邊緣(刀口)的缺口下面。各向異性晶體膜102的這部分不被轉(zhuǎn)移，因為并沒有對供體103的相應(yīng)部分施加負(fù)載。
剪應(yīng)力使得基膜從各向異性晶體膜剝離。因此，在各向異性晶體膜轉(zhuǎn)移之后馬上移走基底。
在披露的本發(fā)明中也可以使用粘結(jié)材料。粘合劑和壓敏膠的使用促進(jìn)轉(zhuǎn)移。在該實(shí)施例中，供體包括置放在各向異性晶體膜的外側(cè)上的粘結(jié)材料的附加膜。在一個實(shí)施例中，所述粘合劑是壓敏膠。圖14示意性示出了該實(shí)施例，其中對供體1403使用了粘合劑膜1401。粘合劑膜1401覆蓋在各向異性晶體膜202的外表面上。
在另一個實(shí)施例中，受體包括置放在受體外側(cè)上的粘結(jié)材料附加膜。在一個實(shí)施例中，所述粘合劑是壓敏膠。圖15示意性示出了具有粘合劑膜1501的受體201的實(shí)施例。粘合劑膜1501覆蓋在受體201的正對各向異性晶體膜202的表面上。
而另一實(shí)施例包括彎曲的或平坦的受體。圖16示意性示出了該實(shí)施例的實(shí)例，其中各向異性晶體膜202從供體203轉(zhuǎn)移到彎曲的受體1601上。
本發(fā)明所披露的制造方法可希望用于多層膜的制造。所希望的層包括各向異性晶體膜層、保護(hù)層、粘合劑層、熒光層、平面化層(planarization layer)、擴(kuò)散層、光散射層、反射層、配向?qū)?、電絕緣層、導(dǎo)電電極層、基質(zhì)層、液晶層等。本發(fā)明所披露的制造方法甚至更希望用于獲得給定厚度的多層各向異性晶體膜，其中每一層都是各向異性晶體膜、具有所選擇的厚度、并且各層的光學(xué)性質(zhì)都相同、以及各向異性晶體膜層的各晶軸取向相同。在下文中將會描述涉及多層膜的實(shí)施例。
在一個實(shí)施例中，受體包括多個層。圖18示意性示出了所述的實(shí)施例。各向異性晶體膜202從供體203轉(zhuǎn)移到受體1801，而受體1801包括多個層1802、1803、1804和1805。例如，層1802是保護(hù)層，層1803是各向異性晶體膜層，層1804是熒光層，而層1805是平面化層。每一個層1802、1803、1804和1805優(yōu)選用本發(fā)明所披露的轉(zhuǎn)移方法來形成。
在另一個實(shí)施例中，多層膜被從供體轉(zhuǎn)移到受體。多層膜包括至少一層各向異性晶體膜層，而基底置放在多層膜的外表面上。額外的所希望的層包括各向異性晶體膜、保護(hù)層、粘合劑層、熒光層、平面化層、擴(kuò)散層、光散射層、反射層、配向?qū)印㈦娊^緣層、導(dǎo)電電極層、基質(zhì)層、液晶層等。
圖17示意性示出了具有多個層1712、1713、1714和1715的多層膜1711從供體1703向受體201的轉(zhuǎn)移。例如，多層膜1711是具有附加層的各向異性晶體膜1713，層1712是粘合劑層，層1714是導(dǎo)電電極層，而層1715是擴(kuò)散層。
在所披露的本發(fā)明的實(shí)施例中，可以使用各種材料作為受體。用作受體的材料的實(shí)例包括聚合物材料、玻璃、陶瓷和金屬。而在另一個實(shí)施例中，可以被制成受體的材料例如但不限于半導(dǎo)體、電介質(zhì)以及導(dǎo)電材料。
而另一個實(shí)施例是一種包括用聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成的基底的材料，這是由于該材料具有所希望的彈性。
供體可以包括被置于各向異性晶體膜與基底之間的附加層。附加層在具有各向異性晶體膜的邊界上的粘結(jié)力相對于剪應(yīng)力來說足夠弱。在供體的實(shí)施例中，使用了任何現(xiàn)有來源的剪應(yīng)力。在本方法的實(shí)施例中，層的使用促進(jìn)轉(zhuǎn)移，這是由于在所披露的方法的轉(zhuǎn)移階段中對所施加的剪應(yīng)力只有很小的耐受性。
以上所述僅為本發(fā)明用于說明和描述目的的特定實(shí)施例而已。它們并不用于窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限制為所披露的精確形式，并且根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的顯而易見的多種改進(jìn)、具體實(shí)施例和變化都是可能的。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該由所附的權(quán)利要求及其等同物來限定。
權(quán)利要求
1.一種形成各向異性晶體膜的方法，包括提供包括基底和至少一個各向異性晶體膜的供體；提供受體；將所述各向異性晶體膜的至少一部分置放于與所述受體相接觸；以及對所述基底的至少一部分施加負(fù)載，由此在所述供體和受體上提供剪應(yīng)力和壓應(yīng)力的分布，以及將所述各向異性晶體膜的至少一部分轉(zhuǎn)移到所述受體上，并將所述各向異性晶體膜的至少一部分從所述基底上剝離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，控制所述施加的負(fù)載以便使從所述供體轉(zhuǎn)移到所述受體的所述各向異性晶體膜的晶體結(jié)構(gòu)不被破壞。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述各向異性晶體膜由棒狀超分子形成，所述棒狀超分子包括至少一種具有π-共軛體系的多環(huán)有機(jī)化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述多環(huán)有機(jī)化合物含有雜環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述各向異性晶體膜具有二向色性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述各向異性晶體膜在一個主光軸方向上具有3.4±0.3的分子間間距。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述各向異性晶體膜由能夠形成溶致液晶的材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述受體用選自由聚合物、半導(dǎo)體、玻璃、陶瓷、金屬、電介質(zhì)、及其任意組合組成的組中的材料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在所述置放步驟之前對所述受體表面的至少一部分進(jìn)行預(yù)處理的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述預(yù)處理步驟通過選自由離子轟擊、電暈放電、真空凈化、加熱、機(jī)械處理、電磁輻射、化學(xué)改性、及其任意組合組成的組中的方法來實(shí)施。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述預(yù)處理確保了所述晶體膜與所述受體之間的粘結(jié)力大于所述晶體膜與所述基膜之間的粘結(jié)力這樣的條件。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述供體進(jìn)一步包括位于所述各向異性晶體膜之上的粘合劑層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述粘合劑層包括壓敏材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述受體進(jìn)一步包括在所述受體的至少一部分之上的粘合劑層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述粘合劑層包括壓敏膠材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述供體進(jìn)一步包括干涉多層結(jié)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述供體進(jìn)一步包括選自由保護(hù)層、粘合劑層、熒光層、平面化層、擴(kuò)散層、光散射層、反射層、配向?qū)?、電絕緣層、導(dǎo)電電極層、基質(zhì)層、液晶層、及其任意組合組成的組中的層。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述受體包括平坦表面。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述受體包括彎曲表面。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，施加所述負(fù)載用以向沿著所述供體和受體的界面提供所述剪應(yīng)力。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，施加所述負(fù)載用以向沿著所述各向異性晶體膜的主光軸提供所述剪應(yīng)力。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述負(fù)載用包括壓頭的擠壓設(shè)備施加。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述壓頭包括選自由具有圓形刀刃的刀具、輥、刮刀、旋轉(zhuǎn)球體、準(zhǔn)尺、以及剝離棒組成的組中的壓頭。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述壓頭是具有圓形刀刃的刀具。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述壓頭是輥。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述受體處于固定位置，而所述擠壓設(shè)備相對于所述受體移動。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述擠壓設(shè)備處于固定位置，而所述受體相對于所述擠壓設(shè)備移動。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述各向異性晶體膜包括至少兩個片段，并且所述兩個片段的光軸形成約0度到90度范圍內(nèi)的角。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述各向異性晶體膜包括至少兩個不同顏色的片段。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，用包括第一和第二擠壓設(shè)備的擠壓組裝體施加所述負(fù)載，所述第一和第二擠壓設(shè)備彼此相對設(shè)置，而所述供體和所述受體處于它們之間。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述第一和第二擠壓設(shè)備處于固定位置，而所述供體和所述受體相對于所述第一和第二擠壓設(shè)備移動。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述受體處于固定位置，而所述第一和第二擠壓設(shè)備相對于所述受體移動。
33.根據(jù)權(quán)利要求30和31任一項所述的方法，其中，所述第一和第二擠壓設(shè)備為相同類型的設(shè)備。
34.根據(jù)權(quán)利要求30和31任一項所述的方法，其中，所述第一和第二擠壓設(shè)備為不同類型的設(shè)備。
35.根據(jù)權(quán)利要求30和31任一項所述的方法，其中，所述第一擠壓設(shè)備包括具有圓形刀刃的刀具，而所述第二擠壓設(shè)備包括輥。
36.根據(jù)權(quán)利要求30和31任一項所述的方法，其中，所述第一和第二擠壓設(shè)備包括輥。
37.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，進(jìn)一步包括第三擠壓設(shè)備。
38.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過具有圓形刀刃的刀具施加所述負(fù)載，所述刀具在圓形刀刃的邊緣上具有預(yù)定的缺口，由此在所述缺口與所述受體之間的所述各向異性晶體膜的部分未被施加負(fù)載，并且不被轉(zhuǎn)移到所述受體。
39.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，對整個所述基底施加負(fù)載，由此將整個所述各向異性晶體膜轉(zhuǎn)移到所述受體。
40.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述置放和加載步驟基本上是同時進(jìn)行的。
41.一種供體，包括各向異性晶體膜層，以及基底，其中，所述各向異性晶體膜由包括至少一種具有π-共軛體系的多環(huán)有機(jī)化合物的棒狀超分子形成。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的供體，其中，所述各向異性晶體膜在一個主光軸方向上具有3.4±0.3的分子間間距。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的供體，其中，所述至少一種多環(huán)有機(jī)化合物含有雜環(huán)。
44.根據(jù)權(quán)利要求41所述的供體，其中，所述各向異性晶體膜用能夠形成溶致液晶膜的材料制成。
45.根據(jù)權(quán)利要求41所述的供體，其中，所述各向異性晶體膜具有二向色性。
46.根據(jù)權(quán)利要求41所述的供體，其中，所述基底包括至少一個聚對苯二甲酸乙二醇酯層。
47.根據(jù)權(quán)利要求41所述的供體，進(jìn)一步包括在所述各向異性晶體膜頂部上的粘合劑層。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的供體，其中，所述粘合劑層包括壓敏膠材料。
49.根據(jù)權(quán)利要求41所述的供體，其中，所述供體進(jìn)一步包括一個或多個選自由保護(hù)層、粘合劑層、熒光層、平面化層、擴(kuò)散層、光散射層、反射層、配向?qū)?、電絕緣層、導(dǎo)電層、基質(zhì)層、液晶層、及其任意組合組成的組中的層。
50.根據(jù)權(quán)利要求41所述的供體，其中，所述各向異性晶體膜層包括至少兩個片段，其中所述兩個片段的光軸形成約0度到90度范圍內(nèi)的角。
51.根據(jù)權(quán)利要求41所述的供體，其中，所述各向異性晶體膜層包括不同顏色的片段。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種形成各向異性晶體膜的方法，包括提供供體(103)以及受體(101)，該供體包括基底(104)以及與基底相結(jié)合的各向異性晶體膜(102)。各向異性晶體膜的至少一部分被置放于與受體相接觸。對基底的至少一部分施加負(fù)載(105)，由此在供體和受體上提供剪應(yīng)力和壓應(yīng)力，而將各向異性晶體膜的至少一部分轉(zhuǎn)移到受體上，并將各向異性晶體膜的至少一部分從基底上剝離。
文檔編號G02B5/30GK1890587SQ200480036549
公開日2007年1月3日 申請日期2004年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月18日
發(fā)明者帕維爾·拉扎列夫, 邁克爾·V·波克施托 申請人:日東電工株式會社