摩擦液晶取向專利技術綜述

曹夢軍

（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，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材料，基于其具有的克爾效應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的有序排列，需要通過液晶與基板所構成的界面的取向效果來實現，取向效果的好壞，會影響液晶顯示裝置的視覺特性。所以液晶取向技術的研究一直為國內外各大液晶面板企業所重視，現有的多種取向方式中，摩擦取向是使用最為廣泛的、技術最為成熟的一種，是最早實現工業化生產的取向技術[1]，也是專利申請量最大的取向技術。

2 摩擦取向技術專利申請情況

該技術的專利申請情況如圖1所示，從圖1可以看出，該技術的起源較早，在上個世紀90年代就有持續高漲的申請量。尤其是1998-2016年，申請量居高不下，業界對摩擦取向的研究也應該比較透徹，其工業表現必然成熟穩定。而之后相關專利的申請量開始下滑，這可能是受限于該技術自身的局限性[2]，存在一些瓶頸性問題，導致取向技術研究方向的轉移，這是一個正常的技術發展脈絡。

圖1 摩擦取向技術發明專利申請量統計

以下圖2展示了相關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，中國大陸及中國臺灣合計只有日本申請的34%。且世界范圍內排名靠前的申請人也絕大部分是日本的企業，排名前15中，國內企業沒有上榜，摩擦取向的核心技術基本被日本企業掌握。其中，申請量排名前15的申請人分別為：松下電器產業株式會社、精工愛普生株式會社、佳能株式會社、夏普株式會社、菲利浦LCD株式會社、日產化學工業株式會社、日立集團、富士通株式會社、斯坦利電器有限公司、JSR株式會社、三星電子、東芝株式會社、樂晶顯示有限公司、卡西歐、智過株式會社。[3]

圖2 摩擦取向技術的分布情況

圖3 排名前15的申請人及申請量

3 摩擦取向技術主要改進方向

液晶取向材料通常采用有機高分子材料，對它們進行特定方向摩擦后可以讓液晶分子沿著特定方向有規律的排列。目前，已經用于液晶顯示裝置取向膜的有機高分子材料主要有：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且性能最為穩定，材料本身的熱穩定性、耐環境性及耐化學腐蝕性都比較優秀，是目前應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點：有較高的介電常數，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的適應性；制作工藝最為簡單，可以根據襯底基板的不同尺寸選擇諸如旋轉、滾動、浸漬、噴霧、涂敷等不同手段實現取向層的制備。所以，從摩擦取向技術誕生以來，除了對具體的摩擦工藝進行改進，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，且主要集中在對聚酰亞胺膜相關材料的進一步改良，其中，以日產化學工業株式會社、夏普株式會社為代表的企業在對取向膜材料的改進方面提交了大量的發明專利申請。例如：申請JP24949894，日產化學工業株式會社提出在聚酰亞胺取向劑中加入直徑小于1000A的無機膠體，包括二氧化錫、氧化銦或鋅銻化合物，以優化聚酰亞胺取向層的取向性能；申請JP2008225913A，夏普株式會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為預傾角的變化而引起的圖像殘留的風險；申請JP2010532929A，日產化學工業株式會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構的二胺成分與四羧酸二酐成分反應而得到的，這樣改進后的聚酰亞胺膜取向膜在進行摩擦時穩定性更好，不容易發生膜剝離或切削的現象，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出現電荷積聚的現象；申請JP2008123292A，東進世美肯株式會社公開了一種利用二胺化合物的液晶取向膜，可使穩定液晶取向、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；國內的京東方（CN201110247036）、四川大學（CN201010197352）等企業或高校在聚酰亞胺膜取向膜的改進上也提出過不少的申請；而類似于上述對聚酰亞胺膜進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 結語

目前，相比于其他類型的取向技術，摩擦取向技術目前是應用最廣泛且技術最為成熟的技術，但是因為其自身的局限性也存在諸多技術難題。例如：因摩擦產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行取向等。所以近年來，專利申請量逐漸減少，相關企業在繼續研究克服上述難題的同時，也開始轉向研究非摩擦取向技術，非摩擦取向技術已經逐步登上舞臺，如光取向技術、離子束取向技術、電漿取向技術等，尤其光取向技術，已經取得長足進展，專利申請量也越來越多，從取向技術相關的專利申請量來看，是最有希望取代摩擦取向技術的取向技術，即摩擦取向技術正面臨著技術革命。