
在早期的LCD生产中,由于使用易水解的西夫碱液晶,因此必须使用能确保器件长期可靠的低熔点玻璃密封剂。那时使用的取向膜材料主要是SiOx系列的无机材料,此种薄膜耐热性好,曾一度作为高可靠性的、能承受低熔点玻璃密封加热温度的取向膜而广为人知。SiOx薄膜的典型形成法是斜向蒸镀法。但斜向蒸镀法的主要问题是均匀性和批量生产性差。随着LCD工业的发展,人们对取向膜材料提出了更高的要求。取向膜材料应具有良好的成膜性(均匀的膜厚)、机械特性、取向特性、电气特性及其他特性。
有机高分子材料的特性随液晶变化较小,作为取向膜材料适于工业化生产。已见报导的用作LCD取向膜的高分子材料有聚苯乙烯(PS)及其衍生物、聚乙烯醇(PVA)聚酯、环氧树脂、聚氨酯等,但*常见的是聚酰亚胺(PI)。聚酰亚胺是一种耐高温、抗腐蚀、高硬度、绝缘性好、易成膜、制作成本低的优良高分子材料。聚酰亚胺作为液晶取向剂具有以下的优点:膜本身具有使液晶分子取向的功能;对所有的液晶材料都具有良好的取向效果,适应性比其它取向材料优越;可以根据基片的大小选用旋转、滚动、浸渍、喷雾和凹板涂敷等手段,生产工艺简单。
实际生产中,在导电玻璃板的内侧涂覆上一层高分子材料,然后在一定温度下固化成膜。液晶分子的取向是同作用尼龙、纤维或棉绒等材料按一定方向对取向膜作定向摩擦处理,使膜表面状况发生改变而实现的。关于摩擦处理如何使液晶分子发生取向,其机理尚无定论。目前较为流行的说法有两个, 即表面摩擦尝试的密纹(microgrooves)或划痕使液晶分子取向和摩擦过程中取向膜近表面打分子链发生取向从而导致液晶分子的取向。
Tokashi等人详细研究TPI表面摩擦产生的密纹对液晶分子取向的影响。具体做法是:使用Ru04将经摩擦的聚酰亚胺表面进行染色,头骨扫描电镜(SEM)观察到了窄细的规整度很好的平行密纹。通过X一射线微分析仪(EPMA)观察到了在PI取向膜表面上沿着摩擦方向存在许多细线。采用同样方法对聚酰亚胺、明胶及聚乙烯醇进行摩擦处理再用Ru04将经摩擦的表面进行染色,结果发现在其表面虽有密纹结构,但其宽度比聚酰亚胺大,而且规整度也差,对液晶分子的取向效果不好。对于PVC与PS则基本观察不到清晰的纹理,不存在规整结构。由此得出结论,因摩擦处理而在取向膜表面产生的密纹或划痕结构是液晶分子发生取向排列的主要原因。
关于摩擦处理对液晶分子的取向机理目前还在不断的探索之中,但有一点是肯定的,那就是对于取向机理的研究在很大程度上关系到液晶显示器的应用发展,特别是随着更高级显示器的不断发展,这方面的研究显得越来越重要。