專利名稱：用于制備光控取向膜的紫外高透過(guò)雙層線柵偏振片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于光控取向膜的紫外(UV)高透過(guò)率雙層線柵偏振片及其制備方法。
背景技術(shù)：
在采用薄膜晶體管-液晶顯示器(TFT-LCD)沿面排列的扭曲向列(TN)模式中，液晶需要沿特定的方向適當(dāng)?shù)嘏帕?。液晶的這種排列通過(guò)表面處理過(guò)的取向膜來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于 TFT-IXD的性能大大地依賴于液晶的排列狀態(tài)，因此，研發(fā)優(yōu)異的取向膜在制造FTF-IXD中是非常重要的。在玻璃基底之間涂覆液晶材料的過(guò)程中，簡(jiǎn)單地涂覆液晶不足以使該液晶具有取向。因此，必須在與液晶接觸的基底的內(nèi)壁上形成取向膜。取向膜通過(guò)沿特定方向形成精細(xì)圖形來(lái)制備。為此，可以廣泛地使用SiO傾斜蒸鍍法、摩擦法或光控取向法。對(duì)于SiO傾斜蒸鍍法來(lái)說(shuō)，沿著傾斜方向在基底上沉積金屬或諸如氧化物或氟化物等無(wú)機(jī)材料。通常使用SiO作為沉積材料。然而，由于使用真空設(shè)備進(jìn)行沉積，因此會(huì)產(chǎn)生很多成本。另外，很難在很寬的范圍內(nèi)達(dá)到均勻的蒸鍍角度。對(duì)于摩擦法來(lái)說(shuō)，通過(guò)印刷過(guò)程在基底上形成由有機(jī)聚合物(例如聚酰亞胺)構(gòu)成的薄膜，然后將其硬化，并且，整個(gè)基底用強(qiáng)度均勻的布進(jìn)行摩擦，從而在涂覆液晶后決定液晶的取向。因?yàn)槿∠蜻^(guò)程較方便，所以摩擦法適用于大量生產(chǎn)。然而，在這種情形中， 摩擦?xí)?dǎo)致劃痕。具體說(shuō)，對(duì)大基底的摩擦可能會(huì)不均勻，因而液晶的排列可能會(huì)不均勻。 于是，局部顯示出不同的光學(xué)特性，導(dǎo)致不均勻性。為了替代摩擦法，對(duì)不涉及物理接觸的光控取向法進(jìn)行了研究。對(duì)于光控取向法來(lái)說(shuō)，通過(guò)在聚合物膜上照射偏振紫外(UV)光來(lái)制備取向膜。具體說(shuō)，通過(guò)聚合物材料對(duì)偏振紫外光的反應(yīng)所產(chǎn)生的取向來(lái)制備所述取向膜。當(dāng)偏振紫外光照射在聚酰亞胺(一種有代表性的光功能聚合物)上時(shí)，沿著偏振方向排列的光反應(yīng)體對(duì)所述偏振紫外光選擇性地產(chǎn)生反應(yīng)，從而制備出定向的取向膜。在所述光控取向法的情形中，制備取向膜的速度由幾個(gè)因素決定，這些因素包括光功能聚合物的取向速度以及紫外光的強(qiáng)度。具體說(shuō)，需要偏振片以便使用偏振紫外光。通過(guò)使用在所述光功能聚合物的吸收波長(zhǎng)處具有高透過(guò)率的偏振片，即使是使用相同的光功能聚合物和紫外光燈，制備取向膜的速度也可以得到提高。如圖1所示，常規(guī)的紫外偏振片包括具有150nm間距以及200nm高度的鋁線柵。所述常規(guī)的紫外偏振片在紫外范圍內(nèi)具有優(yōu)異的偏振度。然而，紫外光被吸收進(jìn)該偏振片中， 導(dǎo)致總透過(guò)率降低。本發(fā)明人證實(shí)，當(dāng)在利用光控取向法制備雙層線柵偏振片中使用抗反射層時(shí)，可以光滑地形成線柵，并且當(dāng)使用薄的雙層金屬薄膜時(shí)，所制備的偏振片的透過(guò)率在紫外范圍內(nèi)也得到提高?；谶@些認(rèn)識(shí)，本發(fā)明人完成了有創(chuàng)新性的偏振片。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種用于光控取向膜的紫外高透過(guò)率雙層線柵偏振片，該偏振片能夠提高光控取向膜的制備效率。本發(fā)明的另一個(gè)方面還提供一種用于光控取向膜的紫外高透過(guò)率雙層線柵偏振片的制備方法。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于光控取向膜的紫外高透過(guò)率雙層線柵偏振片，其包括基底；設(shè)置在所述基底上的抗反射層；設(shè)置在所述抗反射層上的圖形化光刻膠層；以及設(shè)置在所述光刻膠層和所述抗反射層上的金屬薄膜。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于光控取向膜的紫外高透過(guò)率雙層線柵偏振片的制備方法，所述方法包括在基底上形成抗反射層；通過(guò)在所述抗反射層上涂覆光刻膠形成光刻膠層；根據(jù)由激光干涉光所形成的圖形對(duì)所述光刻膠層進(jìn)行選擇性曝光并對(duì)曝光后的光刻膠層進(jìn)行顯影來(lái)形成線柵圖形；以及在所述線柵圖形上沉積金屬。所述金屬可以使用電子束蒸鍍法或?yàn)R射法來(lái)沉積。所述基底可以為石英基底或透紫外光玻璃。所述抗反射層可以具有50 500nm的厚度。所述光刻膠層可以具有50 200nm的厚度。所述金屬薄膜可以包括選自Al、Ag、Pt、Au、Cu、Cr以及包含上述兩種或多種金屬的組合的合金中的材料。所述金屬薄膜可以具有10 30nm的厚度。所述線柵圖形可以具有100 200nm的間距。有益效果根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，在制備所述雙層線柵偏振片中通過(guò)使用抗反射層，可以光滑地形成線柵。由于在光刻膠層線柵形成之后沉積金屬，因此與現(xiàn)有技術(shù)相比，用于形成線柵的干法刻蝕過(guò)程不需要了。干法刻蝕過(guò)程是利用金屬層對(duì)氣體等離子體的反應(yīng)形成圖形的過(guò)程。干法刻蝕過(guò)程的使用增加了制備成本。由于本發(fā)明中不使用干法刻蝕過(guò)程，因此，可以降低制備成本。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，制備了薄的雙層線柵偏振片。因此，與常規(guī)的單層線柵偏振片相比，紫外范圍內(nèi)的透過(guò)率提高了。此外，偏振度得到提高，并且光控取向膜的制備效率得到提高。


圖1是常規(guī)的紫外線柵偏振片的示意橫截面圖；圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的用于干涉曝光以形成光刻膠圖形的激光設(shè)備的示意圖；圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的紫外高透過(guò)率雙層線柵偏振片的截面圖；圖4是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的紫外高透過(guò)率雙層線柵偏振片的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用于光控取向膜的紫外高透過(guò)率雙層線柵偏振片包括 基底；設(shè)置在所述基底上的抗反射層；設(shè)置在所述抗反射層上的圖形化光刻膠層；以及設(shè)置在所述光刻膠層和所述抗反射層上的金屬薄膜。如圖3所示，本發(fā)明中所使用的術(shù)語(yǔ)“基底”是指偏振片的基本部件，并且該基底可以由任何材料制成，只要光可以從該基底透過(guò)即可。所述基底的例子可以包括石英基底、 透紫外光玻璃以及塑料基底。本發(fā)明中所使用的術(shù)語(yǔ)“抗反射層”是指在涂覆光刻膠層之前覆蓋在基底上的層。 在通過(guò)激光干涉曝光在光刻膠層上形成線柵的過(guò)程中，抗反射層防止由于激光的內(nèi)反射或干涉反射而不能光滑地形成線柵。在沒(méi)有所述抗反射層的情形中，由于在光刻膠層發(fā)生激光的內(nèi)反射，因此不能光滑地形成線柵。相反，在存在所述抗反射層的情形中，由于內(nèi)反射被吸收，因此能夠光滑地形成線柵。本發(fā)明中所使用的抗反射層并無(wú)具體的限制，只要它能夠吸收激光的內(nèi)反射即可。然而，必須考慮干涉曝光中所使用的激光的波長(zhǎng)、兩個(gè)曝光光束之間的夾角和抗反射材料的折射率等等。可以使用Brewer Science的I_con、DUV 42p或者Clariant的AZ BARLi。根據(jù)抗反射材料的折射率、所使用的激光的類型和干涉曝光期間兩個(gè)光束之間的夾角等，可以改變所述抗反射層的厚度。當(dāng)所述抗反射層的厚度在50-500nm的范圍內(nèi)時(shí)， 可以通過(guò)旋涂法來(lái)制備均勻的抗反射層。本發(fā)明中所使用的術(shù)語(yǔ)“光刻膠層”是指可以對(duì)激光干涉曝光產(chǎn)生反應(yīng)從而形成線柵的層。通過(guò)對(duì)光刻膠層進(jìn)行激光曝光并使用含KOH的顯影液對(duì)激光曝光后的光刻膠層進(jìn)行顯影，可以根據(jù)對(duì)激光的光敏性形成圖形。本發(fā)明中所使用的光刻膠層并無(wú)具體的限制，只要它由與激光波長(zhǎng)有關(guān)的紫外光刻膠材料制成即可?？梢允褂肧iin-Etsu Chemical Co. ,LTD 的 SEPR 70URohmand Hass company 的 ULTRA i_123 或 Clariant 的 AZ 1512。所述光刻膠層的厚度可以在50 200nm的范圍內(nèi)。較小的間距對(duì)于增加所述線柵偏振片的偏振度有利。然而，具有IOOnm或小于 IOOnm間距的圖形難以通過(guò)干涉曝光來(lái)形成。因此，可以將線柵的間距調(diào)節(jié)到100 200nm 的范圍內(nèi)。當(dāng)在通過(guò)激光干涉曝光和顯影形成有線柵圖形的光刻膠層上沉積金屬時(shí)，金屬薄膜在線柵圖形的光刻膠層上和在光刻膠層被顯影后線柵圖形之間露出的抗反射層上雙重地形成。當(dāng)金屬層形成得太厚時(shí)，紫外透過(guò)率可能會(huì)降低。當(dāng)金屬層的厚度為30nm或小于 30nm時(shí)，紫外透過(guò)率可能最大化。當(dāng)金屬層的厚度為IOnm或小于IOnm時(shí)，偏振度降低，并且光控取向難以沿著希望的方向形成。因此，可以將金屬層的厚度調(diào)整到10 30nm的范圍內(nèi)。本發(fā)明中所使用的金屬可以選自Al、Ag、Pt、Au、Cu、Cr以及包含上述兩種或多種金屬的組合的合金中。考慮紫外偏振，可以使用鋁(Al)。與常規(guī)的紫外偏振片相比，本發(fā)明的實(shí)施方案所述的紫外高透過(guò)率雙層線柵偏振片提高了透過(guò)率和偏振度，從而可以在所述光控取向膜的制備過(guò)程中提高效率。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，用于光控取向膜的紫外高透過(guò)率雙層線柵偏振片的制備方法包括在基底上形成抗反射層(步驟1)；通過(guò)在所述抗反射層上涂覆光刻膠形成光刻膠層(步驟幻；根據(jù)激光干涉光所形成的圖形對(duì)所述光刻膠層進(jìn)行選擇性曝光并對(duì)曝光后的光刻膠層進(jìn)行顯影從而形成線柵圖形(步驟；3)；以及在所述線柵圖形上沉積金屬(步驟4)。步驟1為在基底上涂覆抗反射層。所述基底是偏振片的基本部件，并且可以由任何材料制成，只要光可以從該該基底透過(guò)即可。所述基底的例子可以包括石英基底、透紫外光玻璃以及塑料基底。所述抗反射層是指涂覆光刻膠層之前覆蓋在所述基底上的層。在通過(guò)激光干涉曝光在光刻膠層上形成線柵的過(guò)程中，抗反射層防止由于激光的內(nèi)反射或干涉反射而不能光滑地形成線柵。在不存在所述抗反射層的情形中，由于在光刻膠層發(fā)生激光的內(nèi)反射，因此不能光滑地形成線柵。相反，在存在所述抗反射層的情形中，由于內(nèi)反射被吸收，因此能夠光滑地形成線柵。本發(fā)明中所使用的抗反射層并無(wú)具體的限制，只要它能夠吸收激光的內(nèi)反射即可?？梢允褂?Brewer Science 的 I_con、DUV 42p 或者 Clariant 的 AZ BARLi 根據(jù)抗反射材料的折射率、所使用的激光的類型和干涉曝光期間兩個(gè)光束之間的夾角等，可以改變所述抗反射層的厚度。所述抗反射層的厚度可以在50-500nm的范圍內(nèi)。步驟2為在所述抗反射層上涂覆光刻膠層。該光刻膠層是指可以對(duì)激光干涉曝光產(chǎn)生反應(yīng)從而形成線柵的層。當(dāng)所述光刻膠層由激光進(jìn)行曝光并進(jìn)行顯影時(shí)，只有未與激光發(fā)生反應(yīng)的那部分留下來(lái)，從而形成線柵。由于不使用干法刻蝕過(guò)程來(lái)形成所述圖形，因此可以降低制備成本。本發(fā)明中所使用的光刻膠層并無(wú)具體的限制，只要它能夠?qū)λ黾す猱a(chǎn)生反應(yīng)即可。可以使用 Shin-Etsu Chemical Co.，LTD 的 SEPR 70URohm and Hass company 的 ULTRA i-123 或 Clariant 的 AZ 1512。步驟3為通過(guò)在所涂覆的光刻膠層上進(jìn)行激光干涉曝光來(lái)形成所述線柵圖形。如果利用所述激光的光程差(相位差)，那么，該激光的相長(zhǎng)干涉和相消干涉就以有規(guī)律的間隔發(fā)生。利用這一點(diǎn)，可以形成具有恒定間距的線柵。所述線柵的間距可以通過(guò)調(diào)節(jié)所述激光的波長(zhǎng)來(lái)控制。為了在紫外范圍產(chǎn)生偏振，可以將所述線柵的間距調(diào)節(jié)為200nm或小于200nm。步驟4在所述線柵圖形上沉積金屬。如圖3所示，通過(guò)在步驟3中所形成的線柵圖形上沉積金屬，所述金屬層可以在所述線柵上和該線柵之間所露出的抗反射層上雙重地形成?？梢岳秒娮邮翦兎ɑ?yàn)R射法來(lái)沉積所述金屬。考慮沉積效率和沉積取向，電子束蒸鍍法是有利的。當(dāng)所述金屬層形成得太厚時(shí)，影響紫外透過(guò)率。當(dāng)所述金屬層的厚度為30nm或小于30nm時(shí)，紫外透過(guò)率可能最大化?？紤]到紫外偏振，本發(fā)明中所使用的金屬可以為鋁。在下文中，將描述本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)該注意，下面的實(shí)施例只是用來(lái)輔助理解本發(fā)明，本發(fā)明不限于此。^MM 1 : 夕卜高誘過(guò)率雙Hl線片的泡丨備1.形成抗反射層和光刻膠層在本實(shí)施例中，使用尺寸為IOcmX IOcm的石英基底，使用DUV 42p (BrewerScience)作為抗反射層。使用 Ultra i_123(Rohm and Hass company)作為光刻膠。在所述石英基底上覆蓋60nm厚的抗反射層(DUV 42p)。在覆蓋所述抗反射層之后，涂覆60nm厚的Ultra i-123以形成光刻膠層。2.由激光干涉曝光形成線柵圖形為了在上述部分1中所準(zhǔn)備的基底上形成線柵圖形，使用干涉曝光系統(tǒng)。如圖2 所示，所述干涉曝光系統(tǒng)使用分束器將266nm的激光束分成兩束，以及使用物鏡對(duì)這些光束進(jìn)行放大，并對(duì)上述光刻膠層進(jìn)行曝光。此時(shí)，使用光電二極管來(lái)讀出因外部環(huán)境的變化而導(dǎo)致的上述兩個(gè)光束的光程差(相位差)的變化，并使用PID電路和PZT鏡來(lái)恒定地維持所述光程差。在干涉曝光和顯影之后，形成間距為150nm的線柵圖形，該間距短于所述激光波長(zhǎng)。3.在線柵圖形上沉積金屬使用電子束沉積在上述部分2中所形成的光刻膠線柵圖形上沉積15nm的鋁，從而制備出例如圖3的紫外高透過(guò)率雙層線柵偏振片。為了確認(rèn)所制備出的紫外高透過(guò)率雙層線柵偏振片的線柵以及金屬沉積度，拍攝了 SEM圖像，并將其示于圖4。參看圖4，由于使用了抗反射層，因此光滑地形成了線柵，并且均勻地沉積了鋁。實(shí)驗(yàn)例1 誘過(guò)率的測(cè)量利用實(shí)施例1中所制備的紫外高透過(guò)率雙層線柵偏振片測(cè)量透過(guò)率。當(dāng)隨機(jī)偏振光入射時(shí)，如圖1中的對(duì)照例所示的常規(guī)單層偏振片的透過(guò)率在310nm波長(zhǎng)處為40%。本發(fā)明的實(shí)施例所述的偏振片的透過(guò)率為60%，是所述常規(guī)偏振片的透明度的1. 5倍。實(shí)驗(yàn)例2 液晶取向的測(cè)量使用實(shí)施例1中的紫外高透過(guò)率雙層線柵偏振片，以環(huán)烯烴共聚物膜形成取向膜，并測(cè)量液晶的取向。作為對(duì)所述液晶取向的測(cè)量結(jié)果，可以確認(rèn)，制備出了與使用單層偏振片所形成的取向膜相當(dāng)?shù)娜∠蚰?。因此，盡管偏振度部分地降低了，但制備出了偏振度相當(dāng)?shù)娜∠蚰ぁ４送?，本發(fā)明的實(shí)施例所述的紫外高透過(guò)率雙層線柵偏振片的透過(guò)率得到提高。因此，所述取向膜的生產(chǎn)速度可以得到提高，并且使用所述光控取向方法的取向膜的制備效率可以得到提高。
權(quán)利要求
1.一種用于光控取向膜的紫外高透過(guò)率雙層線柵偏振片，包括基底；設(shè)置在所述基底上的抗反射層；設(shè)置在所述抗反射層上的圖形化光刻膠層；以及設(shè)置在所述光刻膠層和所述抗反射層上的金屬薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外高透過(guò)率雙層線柵偏振片，其中，所述基底為石英基底或透紫外光玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外高透過(guò)率雙層線柵偏振片，其中，所述抗反射層具有 50 500nm的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外高透過(guò)率雙層線柵偏振片，其中，所述光刻膠層具有 50 200nm的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外高透過(guò)率雙層線柵偏振片，其中，所述金屬薄膜包括選自Al、Ag、Pt、Au、Cu、Cr以及包含上述兩種或多種金屬的組合的合金中的材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外高透過(guò)率雙層線柵偏振片，其中，所述金屬薄膜具有 10 30nm的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外高透過(guò)率雙層線柵偏振片，其中，線柵圖形具有100 200nm的間距。
8.一種用于光控取向膜的紫外高透過(guò)率雙層線柵偏振片的制備方法，所述方法包括在基底上形成抗反射層；通過(guò)在所述抗反射層上涂覆光刻膠形成光刻膠層；根據(jù)由激光干涉光所形成的圖形對(duì)所述光刻膠層進(jìn)行選擇性曝光并對(duì)曝光后的光刻膠層進(jìn)行顯影來(lái)形成線柵圖形；以及在所述形成有線柵圖形的光刻膠層上沉積金屬。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，使用電子束蒸鍍法或?yàn)R射法沉積所述金屬。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述基底為石英基底或透紫外光玻璃。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述抗反射層具有50 500nm的厚度。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述光刻膠層具有50 200nm的厚度。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述金屬薄膜包括選自Al、Ag、Pt、AU、CU、Cr以及包含上述兩種或多種金屬的組合的合金中的材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述金屬薄膜具有10 30nm的厚度。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述線柵圖形具有100 200nm的間距。
16.一種利用權(quán)利要求1到7中的任一權(quán)利要求所述的紫外高透過(guò)率雙層線柵偏振片制備的光控取向膜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于光控取向膜的紫外高透過(guò)雙層線柵偏振片及其制備方法。更具體地，本發(fā)明提供一種紫外高透過(guò)雙層線柵偏振片，包括基底；設(shè)置在所述基底上的抗反射層；設(shè)置在所述抗反射層上的圖形化光刻膠層；以及設(shè)置在所述光刻膠層和所述抗反射層上的金屬薄膜。另外，本發(fā)明提供一種紫外高透過(guò)雙層線柵偏振片的制備方法，該方法包括以下步驟在基底上形成抗反射層；通過(guò)在所述抗反射層上涂覆光刻膠形成光刻膠層；根據(jù)由激光干涉光所形成的圖形對(duì)所述光刻膠層進(jìn)行選擇性曝光并對(duì)曝光后的光刻膠層進(jìn)行顯影來(lái)形成線柵圖形；以及在所述形成有線柵圖形的光刻膠層上沉積金屬。因此，當(dāng)制備所述雙層線柵偏振片時(shí)通過(guò)使用抗反射層，本發(fā)明可以光滑地形成線柵。由于在光刻膠層線柵形成之后沉積金屬，因此不需要形成線柵的干法刻蝕過(guò)程，降低了制備成本。此外，與現(xiàn)有的單層線柵偏振片相比，本發(fā)明改善了紫外區(qū)域的透過(guò)率和偏振，從而提高了光控取向膜的制備效率。
文檔編號(hào)G02B1/10GK102576107SQ201080042347
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月22日
發(fā)明者辛富建, 金信英, 金臺(tái)洙, 金在鎮(zhèn) 申請(qǐng)人:Lg化學(xué)株式會(huì)社