[发明专利]一种基于激光直写的微纳区域液晶定向的方法及其系统

说明书

技术领域

本发明属于光调制技术领域，具体涉及基于激光直写的微纳加工领域和基于液晶的光调制，特别是涉及一种基于激光直写的微纳区域液晶定向方法及其系统。 

背景技术

液晶显示器(LCD)技术在世界范围内被用于各种产品，其范围从手表到蜂窝式电话，再到计算机。据估计，与该工业相关的产值为每年数十亿美元。 

在基于液晶的显示以及其它器件应用中，液晶的定向一直是一门关键的技术。制造液晶显示器的一个基本要求是在基板表面(以下称之为“定向表面”)上液晶分子的定向(以下称之为“定向层”)。在形成液晶显示盒以前，要将液晶分子置于定向表面。产生这一定向表面的普遍方法是在其上覆盖一层膜，如聚酰亚胺膜，然后对覆膜的表面用天鹅绒布进行摩擦。该摩擦工艺使聚酰亚胺表面重新定向以形成定向表面。该定向表面为与该表面相接触的液晶分子的定向提供了一个定向性的垫层。 

近三十年来，摩擦法已成为提供LCD所需定向表面的主要工艺之一。然而，摩擦工艺需要来自绒布的粉尘，而且摩擦工艺能积聚静电电荷，破坏聚酰亚胺表面下方的晶体管，从而影响现代液晶显示器的工作性能。因此，提供一种在不致危及这些晶体管正常工作的情况下形成定向表面的方法显得尤为重要。工业界承认，对于未来的制造工程而言，人们十分企求一种非接触或一种非摩擦的表面定向方法。 

授予Chaudhari等人的美国专利No.5,770,826给出了一种非接触技术，即用一种低能离子束更改一大类材料的表面以培育对形成定向层有用的定向性。这种定向性，或者说是取向顺序，可使液晶分子定向排列。业已表明，应用这些发明能制造出液晶显示屏。 

液晶显示技术中的一个强大推动力量就是改善整个液晶显示屏的视觉质量。然而，人们不知道有什么办法来控制液晶的平行性。平行性是取得均匀液晶显示屏均匀性的一个关键因素。在中国提交的第01116589.8号专利“形成液晶定向层的方法和器具”及第200510130415号专利“液晶显示器定向层的形成方法和形成装置”均对液晶定向进行了研究，并取得了一些进展。但是他们适用于小面积液晶定向采用，而不适用于大面积液晶定向。 

针对于大面积的液晶定向，在已有液晶工业技术及研究中，一直采用机械方法在基底表 面形成定向层来诱导液晶定向。但机械定向方法中的本征缺陷和外来物污染一直是影响液晶定向强度和均匀性的关键因素。获得良好品质的大面积液晶定向，一直是尚待攻克的技术难题。 

发明内容

为了解决上述问题，本发明针对现有技术的不足，经过多次设计和研究，提供了一种基于激光直写的微纳区域液晶定向方法及激光直写系统。 

依据本发明的第一方面，提供一种基于激光直写的微纳区域液晶定向方法，其通过激光直写系统构建微纳结构；微纳结构区域内的液晶分子实现自定向；液晶的定向源于构成微纳结构的聚合物条带侧壁上的精细结构；所述微纳区域的尺寸从微米量级一直到超衍射极限的纳米量级。 

基于激光直写的微纳区域液晶定向方法具体包括以下步骤： 

步骤1、准备微纳结构加工需要的基底材料； 

步骤2、通过激光直写的方式构建微纳结构； 

步骤3、对加工得到的微纳结构进行后处理； 

步骤4、向构建的微纳结构中注入液晶，形成自发定向。 

其中，微纳结构加工基于单光子激光直写技术，或基于多光子激光直写技术。 

优选地，述聚合物条带侧壁上的精细结构为单束入射光形成；所述基底材料为可聚合有机物。 

优选地，液晶为可定向的向列型液晶、胆甾型液晶或手性液晶。 

进一步地，微纳结构是一维结构、二维结构或三维结构。 

依据本发明的第二方面，提供一种使用基于激光直写的微纳区域液晶定向方法的激光直写系统，其包括光源发生系统，光束参数调整系统，机械移动系统；光源发生系统发出的光束经光束参数调整系统调整至微纳结构加工的所需的光束，机械移动系统使加工光束与加工样品间发生相对位移，以加工微纳结构。 

优选地，光源发生系统为可激发材料光聚合的光束产生系统。 

进一步地，光学参数调整系统为保证光聚合有效发生，而对光束的传播方向、强度、偏振等参数进行调整的光学器件系统。