摩擦液晶取向?qū)＠夹g(shù)綜述

曹夢軍

（國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東 廣州 510000）

1 前言

液晶是兼具液晶屬性和晶體屬性的特殊功能材料，也是液晶顯示器的基礎(chǔ)材料，基于其具有的克爾效應(yīng)是液晶顯示的基本原理，液晶顯示裝置（LCD）中的液晶分子在液晶盒內(nèi)的有序排列，需要通過液晶與基板所構(gòu)成的界面的取向效果來實(shí)現(xiàn)，取向效果的好壞，會(huì)影響液晶顯示裝置的視覺特性。所以液晶取向技術(shù)的研究一直為國內(nèi)外各大液晶面板企業(yè)所重視，現(xiàn)有的多種取向方式中，摩擦取向是使用最為廣泛的、技術(shù)最為成熟的一種，是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的取向技術(shù)[1]，也是專利申請量最大的取向技術(shù)。

2 摩擦取向技術(shù)專利申請情況

該技術(shù)的專利申請情況如圖1所示，從圖1可以看出，該技術(shù)的起源較早，在上個(gè)世紀(jì)90年代就有持續(xù)高漲的申請量。尤其是1998-2016年，申請量居高不下，業(yè)界對摩擦取向的研究也應(yīng)該比較透徹，其工業(yè)表現(xiàn)必然成熟穩(wěn)定。而之后相關(guān)專利的申請量開始下滑，這可能是受限于該技術(shù)自身的局限性[2]，存在一些瓶頸性問題，導(dǎo)致取向技術(shù)研究方向的轉(zhuǎn)移，這是一個(gè)正常的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)。

圖1 摩擦取向技術(shù)發(fā)明專利申請量統(tǒng)計(jì)

以下圖2展示了相關(guān)申請各國的申請情況，以下圖3展示出了排名前15的申請人及申請量，從圖2可以看出，摩擦取向技術(shù)的專利申請超過一半是來自日本，韓國、美國及中國的總申請量還不到日本申請量的一半，中國大陸及中國臺(tái)灣合計(jì)只有日本申請的34%。且世界范圍內(nèi)排名靠前的申請人也絕大部分是日本的企業(yè)，排名前15中，國內(nèi)企業(yè)沒有上榜，摩擦取向的核心技術(shù)基本被日本企業(yè)掌握。其中，申請量排名前15的申請人分別為：松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社、精工愛普生株式會(huì)社、佳能株式會(huì)社、夏普株式會(huì)社、菲利浦LCD株式會(huì)社、日產(chǎn)化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社、日立集團(tuán)、富士通株式會(huì)社、斯坦利電器有限公司、JSR株式會(huì)社、三星電子、東芝株式會(huì)社、樂晶顯示有限公司、卡西歐、智過株式會(huì)社。[3]

圖2 摩擦取向技術(shù)的分布情況

圖3 排名前15的申請人及申請量

3 摩擦取向技術(shù)主要改進(jìn)方向

液晶取向材料通常采用有機(jī)高分子材料，對它們進(jìn)行特定方向摩擦后可以讓液晶分子沿著特定方向有規(guī)律的排列。目前，已經(jīng)用于液晶顯示裝置取向膜的有機(jī)高分子材料主要有：聚酰亞胺（PI）、聚苯乙烯（PS）及其衍生物、聚乙烯醇（PVA）、聚酯（PE）、環(huán)氧樹脂（ER）、聚氨脂、以及聚硅烷等。其中，只有聚酰亞胺材料對液晶分子的錨定作用強(qiáng)且性能最為穩(wěn)定，材料本身的熱穩(wěn)定性、耐環(huán)境性及耐化學(xué)腐蝕性都比較優(yōu)秀，是目前應(yīng)用最為普遍的液晶取向材料。[4]聚酰亞胺作為液晶取向材料具有以下優(yōu)點(diǎn)：有較高的介電常數(shù)，受電場干擾小；對液晶材料的依賴性小，對各種類型的液晶材料都能表現(xiàn)出較好的取向效果，即相比其它類型的取向材料聚酰亞胺具有更強(qiáng)的適應(yīng)性；制作工藝最為簡單，可以根據(jù)襯底基板的不同尺寸選擇諸如旋轉(zhuǎn)、滾動(dòng)、浸漬、噴霧、涂敷等不同手段實(shí)現(xiàn)取向?qū)拥闹苽洹Ｋ?，從摩擦取向技術(shù)誕生以來，除了對具體的摩擦工藝進(jìn)行改進(jìn)，大多的專利申請是對摩擦取向用的取向劑材料本身的改進(jìn)，且主要集中在對聚酰亞胺膜相關(guān)材料的進(jìn)一步改良，其中，以日產(chǎn)化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社、夏普株式會(huì)社為代表的企業(yè)在對取向膜材料的改進(jìn)方面提交了大量的發(fā)明專利申請。例如：申請JP24949894，日產(chǎn)化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社提出在聚酰亞胺取向劑中加入直徑小于1000A的無機(jī)膠體，包括二氧化錫、氧化銦或鋅銻化合物，以優(yōu)化聚酰亞胺取向?qū)拥娜∠蛐阅?；申請JP2008225913A，夏普株式會(huì)社提出采用包含聚酰亞胺和聚乙烯基化合物的溶劑制作取向膜，所述聚乙烯基化合物為具有多個(gè)乙烯基的多官能單體的聚合物，引入乙烯基的多官能單體的取向膜可以降低因?yàn)轭A(yù)傾角的變化而引起的圖像殘留的風(fēng)險(xiǎn)；申請JP2010532929A，日產(chǎn)化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社公開了一種聚酰亞胺膜取向膜，含有聚酰胺酸和/或由該聚酰胺酸酰亞胺化而得的聚酰亞胺，且所述聚酰胺酸是通過含有一種特殊結(jié)構(gòu)的二胺成分與四羧酸二酐成分反應(yīng)而得到的，這樣改進(jìn)后的聚酰亞胺膜取向膜在進(jìn)行摩擦?xí)r穩(wěn)定性更好，不容易發(fā)生膜剝離或切削的現(xiàn)象，且電壓保持率高，即使對液晶顯示裝置施加直流電壓也不會(huì)出現(xiàn)電荷積聚的現(xiàn)象；申請JP2008123292A，東進(jìn)世美肯株式會(huì)社公開了一種利用二胺化合物的液晶取向膜，可使穩(wěn)定液晶取向、提升耐摩擦性、電壓保持率與對比度高，還具有低線傾角，可以減少液晶余像；國內(nèi)的京東方（CN201110247036）、四川大學(xué)（CN201010197352）等企業(yè)或高校在聚酰亞胺膜取向膜的改進(jìn)上也提出過不少的申請；而類似于上述對聚酰亞胺膜進(jìn)一步改良的申請還有很多，比如于聚酰亞胺中引入氟、或于聚酰亞胺的主鏈或側(cè)鏈中引入長烷基鏈等，都可提高聚酰亞胺膜對液晶的取向能力，改善聚酰亞胺膜平行取向的能力。[5]

4 結(jié)語

目前，相比于其他類型的取向技術(shù)，摩擦取向技術(shù)目前是應(yīng)用最廣泛且技術(shù)最為成熟的技術(shù)，但是因?yàn)槠渥陨淼木窒扌砸泊嬖谥T多技術(shù)難題。例如：因摩擦產(chǎn)生的靜電和粉塵問題難以解決、難以大型化摩擦、難以多疇取向、難以在曲面或柔性基底上進(jìn)行取向等。所以近年來，專利申請量逐漸減少，相關(guān)企業(yè)在繼續(xù)研究克服上述難題的同時(shí)，也開始轉(zhuǎn)向研究非摩擦取向技術(shù)，非摩擦取向技術(shù)已經(jīng)逐步登上舞臺(tái)，如光取向技術(shù)、離子束取向技術(shù)、電漿取向技術(shù)等，尤其光取向技術(shù)，已經(jīng)取得長足進(jìn)展，專利申請量也越來越多，從取向技術(shù)相關(guān)的專利申請量來看，是最有希望取代摩擦取向技術(shù)的取向技術(shù)，即摩擦取向技術(shù)正面臨著技術(shù)革命。