Магистерская Мудрецов. Характеристики нанотолщинных композиционных слоистых покрытий на гибких подложках после деформации

• Название: Характеристики нанотолщинных композиционных слоистых покрытий на гибких подложках после деформации
• Анкор: Магистерская Мудрецов.docx
• Дата: 20.03.2019
• Размер: 5.87 Mb.
• Имя файла: Магистерская Мудрецов.docx
• Тип: Реферат; #26142
• страница: 6 из 7

ВЫВОДЫ ПО ОБЗОРУ ЛИТЕРАТУРЫ

В работе была рассмотрена конструкция и принцип дисплейной ячейки на основе полимерной матрицы. Рассмотрен технологический процесс создания дисплейных ячеек на основе жидких кристаллов, который включает в себя ряд технологических стадий с соблюдением толщин покрытий.

Рассмотрено получение низкотемпературных полиимидных покрытий методом двухстадийной термоимидизации. Описано формирование ориентирующего микрорельефа методом механического натирания и УФ облучения, свойства которого весьма чувствительны к морфологическим воздействиям.

Рассмотрены физико-технологические ограничения при изготовлении гибких дисплейных ячеек и показана необходимость измерения их физико-механических и оптических свойств.

Правильный выбор режимов предварительной обработки поверхности и формирования ориентанта позволит значительно улучшить характеристики дисплейной ячейки. Для этого необходимо провести экспериментальную работу по исследованию влияния химической обработки поверхности и различной толщины ориентантов на термодинамические и электрооптические характеристики, выбрать оптимальную толщину ориентанта для применения в технологии изготовления гибких дисплейных ячеек для ЖК дисплеев.

2.ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК НАНОТОЛЩИННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ СЛОИСТЫХ ПОКРЫТИЙ НА ГИБКИХ ПОДЛОЖКАХ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ)

2.1 Объекты исследования

- образцы пленки PETF (США) со слоем ITO;

- образцы пленки PETF (США) со слоем ITO с фоточувствительным ориентантом на основе SD-1 различной толщины;

- образцы пленки PETF (США) со слоем ITO с низкотемпературным полиимидным ориентантом различной толщины;

- деформированные и недеформированные образцы пленки PES фирмы Sumitomo Bakelite (Япония) [14] со слоем ITO с низкотемпературным полиимидным ориентантом различной толщины;

- гибкая дисплейная ячейка на основе нанослоев ориентантов.

ПИ ориентант получали нанесением из растворов ПАК в ДМФА различных объемных долей центрифугированием при 3000об/мин в течение 20с, затем ориентант подвергали двухстадийной термоимидизации при 453К в течение получаса и 493К в течение двух часов. Анизотропный ПИ ориентант получали натиранием вручную бязью вдоль длинной стороны (100 движений). Фоточувствительный ориентант получали нанесением из растворов SD-1 в ДМФА различных объемных долей центрифугированием при 700об/мин в течение 20с, затем ориентант сушили при 373 К. Анизотропный фоточувствительный ориентант получали облучением УФ светом через поляризатор в течение получаса. Склейку ячеек производили силиконовым клеем по периметру подложек, зазор обеспечивали равномерным сдавливанием в вакуумном упаковщике.

2.2 Методы исследования

Удельное поверхностное сопротивление определяли с использованием измерителя типа ИУС-3 усреднением по трем точкам. Так как при деформации наибольшая нагрузка приходится на центр, то одна из точек помещается в центральную область, а две другие справа и слева в 5 мм от нее. С учетом того, что образцы деформировали вдоль длинной стороны, а, следовательно, вдоль короткой стороны удельное поверхностное сопротивление не изменялось, расположение точек для измерения удельного сопротивления выбрали как показано на рис. 10.


Рис – Расположение точек на образце.



Точки были пронумерованы по порядку с левого края от 1 до 3 и расположены на расстоянии 15, 20 и 25мм от левого края образца и посередине относительно короткой стороны.

Микрошероховатость поверхности ITO до и после деформации измеряли на Ntegra фирмы NT-MDT (Россия) контактным методом, обрабатывая результаты методом Roughness Analysis.

Кривизну поверхности рассчитывали следующим образом: для деформации образца использовали штангенциркуль, помещая в него образец с ITO наружу. Далее накладывали его на миллиметровую бумагу и измеряли прогиб p. Зная прогиб p и основание k (показания штангенциркуля), определяли радиус кривизны R по формуле, которая выводилась из приближения, что поверхность изгибается цилиндрически:


Рис – Схематическое изображение деформированного образца.
R

R

R

p

k

h



Где р – прогиб, R – радиус кривизны, k – размер основания (показания штангенциркуля). Для малых k<20 считали радиус кривизны равным k/2.

После определения радиуса кривизны измеряли удельное поверхностное сопротивление в трех точках. После этого деформировали образец и повторяли измерения кривизны и удельного сопротивления до тех пор, пока ITO не разрушится.

После разрушения первого образца деформировали второй образец в штангенциркуле ITO внутрь и производили измерения, как с первым образцом.

Микрошероховатости измеряли в центральной точке (номер 2) до деформации и после разрушения.

За предельный радиус кривизны брали такое наибольшее значение, при котором удельное поверхностное сопротивление возрастало на 30%.

Эллипсометрические измерения производились на «Спектральном эллипсометрическом комплексе «Эллипс-1891 САГ» (Институт физики полупроводников СО РАН) [15] 4-точеченым методом на воздухе в диапазоне длин волн 300-1100 нм при угле падающего света 70° с усреднение по пяти точкам и на IR-VASE (J. A. Woollam Co., Inc., USA) [16]. Анализ эллипсометрических данных проводился с помощью программного обеспечения WVASE32 с использованием метода наименьших квадратов в качестве модели.

Термодинамические характеристики поверхностей - свободную поверхностную энергию и ее составляющие определяли методом Дана-Кейбла-Фаукса по измеренным на гониометре CAM-101 и микроинтерферометре МИИ-4 углам смачивания эталонными жидкостями (водой и альфа-бромнафталином), решая систему уравнений Вендта-Оуэнса:

1+cosΘ=2(γ_s^d*γ^d_Вода)^1/2/ γ_Вода+2(γ_s^p*γ_l^p_Вода)^1/2/ γ_Вода

1+cosΘ=2(γ_s^d*γ^d_АБН)^1/2/ γ_АБН+2(γ_s^p*γ_l^p_АБН)^1/2/ γ_АБН [17]

Усреднение проводили по пяти измеренным точкам, углы смачивания измеряли до достижения равновесного значения.

Изображение островковых пленок были получены на электронном микроскопе Quantro 600F. Изображение полиимидных спейсеров были получены на оптическом микроскопе Axioscope фирмы Carl Zeiss. Спектры поглощения и пропускания получены на спектрофотометре фирмы Ocean.

2.3 Экспериментальные результаты.

2.3.1 Результаты исследования микрошероховатости нанотолщинных слоистых композиционных покрытий деформированных и недеформированных

Таблица . Толщина слоя полиимидного ориентанта на поверхности PES с ITO до деформации при различных соотношениях объемных долей ПИ к ДМФА при скорости вращения ротора центрифуги 3000 об/мин.

Соотношение объемных долей, %	Толщина, нм
2.5	8
5	18
10	23

Из Таблицы 1 видно, что с уменьшением концентрации полимера толщина покрытия уменьшается.

Таблица . Микрошероховатость покрытия образцов на основе пленки PES с ITO после деформации сжатия и растяжения.

	Ra, нм	Rz, нм
До деформации	8	174
После деформации растяжения	6	310
После деформации сжатия	19	553

Микрошероховатость покрытия играет важную роль в ориентации ЖК, т.к. ЖК ориентируется в направлении минимальной микрошероховатости [18].
Таблица 3. Микрошероховатость покрытия образцов на основе пленки PES с ITO до и после деформации растяжения.

		До деформации без ориентанта	После деформации растяжения
			Без ориентанта	Ориентант толщиной 23 нм	Ориентант толщиной 18 нм	Ориентант толщиной 8 нм
Ra, нм	Изотропный полимер	8	20	170	139	97
	Анизотропный полимер			318	163	117
Rz, нм	Изотропный полимер	174	191	88	69	48
	Анизотропный полимер			157	82	58

При деформации растяжения микрошероховатость покрытия образца на основе PES без нанесенного ориентанта возрастает на 80%, а при деформации сжатия на 220%. При деформации сжатия микрошероховатости на 80% выше, чем при деформации растяжения, что связано с более высокими пиками, которые образуются вследствие столкновения верхних слоев образца под действием сжимающей силы. Плотность трещин выше при деформации растяжения.



Рис – Фотография образца на основе PES без нанесенного ориентанта после деформации растяжения.



Рис – Фотография образца на основе PES без нанесенного ориентанта после деформации сжатия.

Рис – Профиль поверхности образца на основе PES без нанесенного ориентанта после деформации растяжения.



Рис – Профиль поверхности образца на основе PES без нанесенного ориентанта после деформации сжатия.

После деформации растяжения Ra покрытия на основе PES без нанесенного ориентанта увеличилось на 600%, а Rz на 10%, что связано с появлением трещин на поверхности образца. Плотность трещин составляет около 200 штук на миллиметр длины, перпендикулярно направлению трещин.



Рис – Образец на основе PES без покрытия после деформации растяжения.
После нанесения полимера в концентрации 1:10 Ra увеличилось на 750%, Rz уменьшилось на 50% для изотропного ориентанта; Ra увеличилось на 1500%, Rz уменьшилось на 20% для анизотропного ориентанта. Трещины перестали быть ровными и периодичными, они начали пересекаться друг с другом. Также увеличились пики, что связано с разрушением покрытия. Плотность трещин возросла примерно до 300 штук на миллиметр. Это объяснятся тем, что по постулатам механики трещин твердые тела всегда имеют дефекты структуры, служащие источниками трещин [19]. Тогда с резким ростом микрошероховтости растет и количество дефектов, следовательно, возрастает и плотность трещин. Толщина покрытия получилась равной 23 нм.



Рис – Образец на основе PES с покрытием толщиной 23 нм после деформации растяжения.
При нанесении полимера в концентрации 1:20 пленка получается сплошной.



Рис – Образец на основе PES с покрытием толщиной 17 нм недеформированный.
При нанесении полимера в концентрации 1:40 пленка получается островковой, что видно на рисунке. Толщина пленки около 8 нм, поэтому из-за малой толщины ее разрывает под действием сил поверхностного натяжения, что не позволяет ей ложиться сплошным слоем.



Рис – Образец на основе PES с покрытием толщиной 8 нм недеформированный.
Сравнивая профили поверхности, полученные атомно-силовой микроскопией на Ntegra, подтверждаются результаты, что трещины уменьшают свою плотность с уменьшением толщины покрытия. При этом анизотропия ориентанта уменьшает концентрацию трещин.



Рис – Образец на основе PES с покрытием толщиной 23 нм с изотропным ориентантом, профиль поверхности после деформации растяжения.



Рис – Образец на основе PES с покрытием толщиной 23 нм с анизотропным ориентантом, профиль поверхности после деформации растяжения.



Рис – Образец на основе PES с покрытием толщиной 17 нм с изотропным ориентантом, профиль поверхности после деформации растяжения.



Рис – Образец на основе PES с покрытием толщиной 17 нм с анизотропным ориентантом, профиль поверхности после деформации растяжения



Рис – Образец на основе PES с покрытием толщиной 8 нм с изотропным ориентантом, профиль поверхности после деформации растяжения.



Рис – Образец на основе PES с покрытием толщиной 8 нм с анизотропным ориентантом после деформации растяжения.

2.3.2 Результаты исследования удельного поверхностного сопротивления нанотолщинных слоистых композиционных покрытий деформированных и недеформированных

Образец на PES без ориентанта


Рис – Удельное поверхностное сопротивление при различных радиусах кривизны деформации растяжения и сжатия.

При деформации растяжения предельный радиус кривизны получился равным 8.6 мм, а при деформации сжатия 7.4 мм, что на 14% меньше.



Рис – Удельное поверхностное сопротивление при различных толщинах ориентанта и радиусах кривизны деформации растяжения.

Таблица 4. Предельные радиусы кривизны образцов на основе PES и PETF с изотропным и анизотропным ориентантом после деформации растяжения.

Образец на PES без ориентанта	9.5 мм
Образец на основе PES с покрытием толщиной 23 нм с анизотропным ориентантом	7.2 мм
Образец на основе PES с покрытием толщиной 17 нм с анизотропным ориентантом	8.0 мм
Образец на основе PES с покрытием толщиной 8 нм с анизотропным ориентантом	6.7 мм
Образец на PETF без ориентанта	8.5 мм
Образец на основе PETF с покрытием толщиной 23 нм с изотропным ориентантом	5.4 мм
Образец на основе PETF с покрытием толщиной 17 нм с изотропным ориентантом	5.3 мм
Образец на основе PETF с покрытием толщиной 8 нм с изотропным ориентантом	6.4 мм

Существует некоторая тенденция к уменьшению радиуса кривизны вместе с уменьшением толщины пленки для образцов на основе PES. Однако удельное поверхностное сопротивление ощутимо возрастает на величину от 70 до 130%. Для образцов на основе PETF наоборот более толстые покрытия дают лучший предельный радиус кривизны. Удельное поверхностное сопротивление возрастает на величину от 50 до 100%.

Пока нет экспериментальных результатов образцов на основе PETF с анизотропным ориентантом, поэтому сравним образцы на PETF с образцами на PES с изотропным ориентантом.
Таблица 5. Предельные радиусы кривизны образцов на основе PES и PETF с изотропным ориентантом после деформации растяжения.

	Образец на PES с изотропным ориентантом	Образец на PETF с изотропным ориентантом
8 нм	7.3 мм	6.4 мм
17 нм	7.8 мм	5.3 мм
23 нм	6.1 мм	5.4 мм

В обоих случаях наиболее толстое покрытие дает наилучший радиус кривизны. В сравнении образец на основе PETF выглядит лучше, так как его предельные радиусы кривизны меньше, чем у образца на PES. С другой стороны, удельное поверхностное сопротивление образца на PES почти на 90% меньше.

В дальнейшем можно ожидать, что образец на основе PETF с анизотропным ориентантом покажет себя лучше образца на PES с меньшим предельным радиусом кривизны в среднем на 0.5-1 мм.

Сравним толщину ориентанта образцов на основе PES с ПИ ориентантом [20] и образцов с фоточувствительным ориентантом SD-1 [6].
Таблица 6. Характеристики ориентантов образцов на основе PES и образцов SD-1.

	PES	SD-1
Толщина, нм	8	10

Толщина ориентанта образцов на основе PES приблизительно равна толщине фоточувствительного ориентанта SD-1 (Таблица 6). Теперь сравним гибкость образцов PES с образцами PET, PEN и PEEK.

Образцы PET, PEN и PEEK меняют сопротивление на 5% при радиусе кривизны 6мм и амплитуде 5мм и на 60% при радиусе кривизны 3мм и амплитуде 15мм [21]. При амплитудах 15мм образцы PES показывают худшие результаты, а при амплитудах 5мм сопоставимые с образцами PET, PEN и PEEK.

2.3.3 Результаты исследования влияния способов обработки поверхности на термодинамические характеристики подложек гибких дисплейных ячеек

Рис – Образец на PES с толщиной ориентанта 8 нм, наблюдаемый в электронном микроскопе
Для исследования влияния способов обработки поверхности на термодинамические характеристики подложек гибких дисплейных ячеек использовались подложки стекла и PETF полиимидным ориентантом толщиной 8 нм. Изображения, полученные электронной микроскопией, показывают, что такой ориентант ложится островковой пленкой. Это и определяет свойства поверхности.
Таблица 7. Обработка в хромовой смеси на основе серной кислоты с последующей промывкой в деионизованной воде

	До нанесения ПИ			После нанесения ПИ
	γs	γsp	γsd	γs	γsp	γsd
PETF с ITO	52	9	43	48	4	44
Стекло c ITO	70	26	44	61	24	39

Таблица 8. Обработка в хромовой смеси на основе серной кислоты с последующей промывкой в деионизованной воде, затем обработка диметилформамидом

	До нанесения ПИ			После нанесения ПИ
	γs	γsp	γsd	γs	γsp	γsd
PETF с ITO	43	1	42	46	2	44
Стекло c ITO	53	9	44	47	3	44

Таблица 9. Обработка в хромовой смеси на основе серной кислоты с последующей промывкой в деионизованной воде, затем плазмохимическая обработка в кислородосодержащей плазме.

	До нанесения ПИ			После нанесения ПИ
	γs	γsp	γsd	γs	γsp	γsd
PETF с ITO	53	10	43	49	4	44
Стекло c ITO	71	27	44	62	18	44

Рис – Свободная поверхностная энергия различных подложек с полиимидным ориентантом толщиной 8 нм при различных способах химической обработки [22]

Дисперсионная составляющая свободной поверхностной энергии зависит только от материала поверхности, что подтверждается экспериментальными данными: γ_s^d меняется слабо и составляет в среднем 43±1 мДж/м². Полярная составляющая свободной поверхностной энергии зависит от наличия диполей на поверхности, например воды или другой полярной жидкости, грязи. Следовательно, химическая обработка способна повлиять на полярную составляющую, что тоже подтверждается экспериментально. Таким образом, основное влияние обработки поверхности на свободную поверхностную энергию проявляется через изменение полярной составляющей свободной поверхностной энергии.

Наибольшую энергию имеют образцы, обработанные в хромовой смеси на основе серной кислоты с последующей промывкой в деионизованной воде, – около 70 мДж/м², что аналогично свободной поверхностной энергии подложек с ITO в работе [23] и стеклянных подложек с ITO в работе [24].

Наименьшую энергию имеют образцы, обработанные в хромовой смеси на основе серной кислоты с последующей промывкой в деионизованной воде, а затем в диметилформамиде. Это связано с тем, что ДМФА, будучи неполярной жидкостью, связывает молекулы воды, убирая с поверхности свободные диполи, что приводит к уменьшению полярной составляющей, а, следовательно, и полной свободной поверхностной энергии.

Обработка в хромовой смеси на основе серной кислоты с последующей промывкой в деионизованной воде, затем плазмохимическая обработка в кислородосодержащей плазме не дает дальнейшего увеличения свободной поверхностной энергии по сравнению с обработкой в хромовой смеси на основе серной кислоты с последующей промывкой в деионизованной воде, что связано с тем, что до ПХТ поверхность уже достаточно чиста и обработка в плазме не способна очистить ее еще больше.

После термоимидизации образцы, обработанные в хромовой смеси на основе серной кислоты с последующей промывкой в деионизованной воде, а затем промытые в ДМФА, не смачиваются некоторыми типами ЖК (Рис 23 и 24). Все остальные типы химической обработки позволяют создать поверхность, смачиваемую всеми рассмотренными типами ЖК. Как видно из Рис 22-24, при формировании нанослоев смачивание уменьшается, свободная поверхностная энергия падает.



Рис – Огибающие смачиваемости для PETF c ITO с полиимидным ориентантом толщиной 8 нм при различных способах химической обработки



Рис – Огибающие смачиваемости для стекла c ITO с полиимидным ориентантом толщиной 8 нм при различных способах химической обработки

2.3.4 Результаты исследования электрооптических, механических и термодинамических характеристик нанослоев фоточувствительного ориентанта и низкотемпературного полиимидного ориентанта на гибких подложках

Таблица 10. Толщина слоя фоточувствительного ориентанта SD-1 на поверхности ITO при различных соотношениях объемных долей SD-1 к ДМФА и скорости вращения ротора центрифуги 700 об/мин.

Соотношение объемных долей, %	Толщина, нм
0.125	2
0.167	3
0.25	4
0.5	7
1	15

Рис – Толщина слоя фоточувствительного ориентанта SD-1 на поверхности ITO при различных соотношениях объемных долей SD-1 к ДМФА и скорости вращения ротора центрифуги 700 об/мин в сравнении с данными работы [24]
С увеличением объемной доли SD-1 в ДМФА толщина увеличивается. Данные соотносятся с работой [24], где аналогичные объемные доли SD-1 к ДМФА получены центрифугированием при большей угловой скорости. Обе зависимости линейны, а угол наклона кривой отвечает за скорость центрифугирования.
Таблица 11. Коэффициент преломления фоточувствительного ориентанта SD-1 на поверхности ITO при различных толщинах ориентанта.

Толщина, нм	Без ориентации	Параллельная ориентация	Перпендикулярная ориентация
2	1.70	1,83	1,58
3	1.70	1,95	1,64
4	1.70	1,95	1,62
7	1.70	1,80	1,60
15	1.70	1,75	1,67

Рис – Показатель преломления фоточувствительного ориентанта SD-1 на поверхности ITO при различных толщинах ориентанта в сравнении с работой [6]
Показатель преломления в направлении перпендикулярно направлению анизотропии больше, чем в направлении параллельно направлению анизотропии. При этом нельзя говорить о том, что коэффициент преломления изотропного ориентанта не зависит от толщины ориентанта из-за недостатка эллипсометрического метода измерения, а именно из-за невозможности одновременного измерения толщины и коэффициента преломления образца. Один и тот же спектр может соответствовать тонкому образцу с высоким коэффициентом преломления и толстому образцу с малым коэффициентом преломления. В связи с этим в соответствии с работой [6] на длине волны 635 нм был выбран коэффициент преломления равный 1,7. Таким образом, все показания нормированы относительно этой величины.

Таблица 12. Толщина слоя полиимидного ориентанта на поверхности ITO при различных соотношениях объемных долей ПАК в растворителе и скорости вращения ротора центрифуги 3000 об/мин.

Соотношение объемных долей, %	Толщина, нм
1,8	3
2,2	5
2,5	6
4,0	9
5,0	11
6,7	15
10,0	23

Рис – Толщина слоя полиимидного ориентанта на поверхности ITO при различных соотношениях объемных долей ПАК в растворителе и скорости вращения ротора центрифуги 3000 об/мин

С увеличением доли ПАК в растворителе толщина слоя полиимидного ориентанта на поверхности ITO увеличивается.
Таблица 13. Изменение коэффициента преломления ориентанта на основе ПМДА-ОДА при разных толщинах и направлениях ориентации

Толщина, нм	Без ориентации	Параллельная ориентация	Перпендикулярная ориентация
5	1,57	1,35	1,37
6	1,60	1,25	1,27
9	1,67	1,15	1,15
18	2,02	1,30	1,34

Рис – Показатель преломления ориентанта на основе ПМДА-ОДА при разных толщинах и направлениях ориентации
С ростом толщины изотропного ориентанта коэффициент преломления возрастает. При анизотропии коэффициент преломления в направлении перпендикулярно направлению анизотропии становится больше, чем в направлении параллельно направлению анизотропии.

Таблица 14. Свободная поверхностная энергия фоточувствительного ориентанта на основе SD-1 при различных толщинах ориентанта.

	Свободная поверхностная энергия, мДж/м2
Толщина, нм	γsd	γsp	γs
2	43	0	43
3	43	14	57
4	43	23	65
7	42	18	60
15	43	24	67

Рис – Свободная поверхностная энергия фоточувствительного ориентанта на основе SD-1 при различных толщинах ориентанта
Выход на плато связан с переходом островковой пленки в сплошную, что подтверждается другими экспериментами, приведенными выше.

Образцы на основе пленки PETF со сформированным слоем ITO с нанесенным фоточувствительным ориентантом на основе SD-1 смачиваются всеми рассмотренными типами ЖК, начиная с толщины ориентанта 3 нм.


Рис – Огибающие смачиваемости для PETF c ITO с фоточувствительным ориентантом при различных толщинах ориентанта

2.3.5 Результаты исследования дисплейных характеристик гибких деформированных и недеформированных ячеек

На Рис. 33-38 представлены фотографии оптической микроскопии разрушения жидких кристаллов в ячейке при различных локальных нагрузках. Как видно, при давлениях до 0.4 ГПа на ЖК не оказывается заметного влияния, а при 0.5 ГПа начинает проявляться разрушение ЖК. Уже с 0.6-0.7 ГПа разрушение ЖК становится очень серьезным, что видно в виде помутнения в центре на Рис. 37-38. Таким образом, можно сделать вывод, что ячейка выдерживает локальные давления до 0.5 ГПа.



Рис – ПИ спейсеры при нагрузке 0.2 ГПа



Рис – ПИ спейсеры при нагрузке 0.3 ГПа



Рис – ПИ спейсеры при нагрузке 0.4 ГПа


Рис – ПИ спейсеры при нагрузке 0.5 ГПа



Рис – ПИ спейсеры при нагрузке 0.6 ГПа



Рис – ПИ спейсеры при нагрузке 0.7 ГПа

На рис. 39(а) и (б) показаны фотографии светлого и темного состояний ЖК ячейки, полученные методом оптической микроскопии под действием управляющего напряжения ячейки 10 В. Как видно из иллюстраций, контрастность достаточно высока.




Рис (а) - Светлое состояние ячейки.

Рис (б) - Темное состояние ячейки.

Рис – Спектр интенсивности полиимидного ориентанта

Рис – Спектр поглощения полиимидного ориентанта


Рис – Спектр пропускания полиимидного ориентанта
Как видно из графиков 41-43, поглощение спектра в диапазоне длин волн 300-400 нм происходит только при достаточно высоких объемных долях (от 50%), что соответствует толстым слоям ориентантов, а нанотолщинные ориентанты не вносят вклада в поглощение. Следовательно, нанотолщинные ориентанты пригодны для использования в ЖК ячейках, так как не дают дополнительного поглощения.

ПЭТФ подложка с ПИ толщиной 2 мкм


Спектр без подложки

ПЭТФ подложка с SD-1 ориентантом

ЖК ячейка, заполненная 5CB


Рис – Спектр интенсивности ЖК ячейки на основе фоточувствительного ориентанта
Из графиков 44-46 видно, что жидкий кристалл сильно поглощает в диапазоне длин волн 300-450 нм, а также в два раза снижает интенсивность на всем промежутке длин волн 200-900 нм. Сравнивая спектры ПЭТФ с ПИ толщиной 2 мкм и ЖК ячейки с ЖК марки 5CB, видно, что присутствие ПИ спейсеров не оказывает влияние на поглощение в диапазоне 300-450 нм.


ПЭТФ подложка с ПИ толщиной 2 мкм


Спектр без подложки

ПЭТФ подложка с SD-1 ориентантом

ЖК ячейка, заполненная 5CB


Рис – Спектр поглощения ЖК ячейки на основе фоточувствительного ориентанта

Спектр без подложки

ПЭТФ подложка с ПИ толщиной 2 мкм


ЖК ячейка, заполненная 5CB

ПЭТФ подложка с SD-1 ориентантом


Рис – Спектр пропускания ЖК ячейки на основе фоточувствительного ориентанта

2.4 Выводы по экспериментальной части и Оптимизация технологического процесса

Исследовано влияние толщины нанослоев ориентантов и методов химической обработки на оптические, термодинамические и механические характеристики гибких дисплейных ячеек на основе нанослоев ориентантов.

С увеличением объемной доли фоточувствительного ориентанта и полиимидного ориентанта в растворителе толщина слоя ориентанта увеличивается. При формировании нанослоев смачивание уменьшается, свободная поверхностная энергия падает на 8-15%. Дисперсионная составляющая свободной поверхностной энергии не зависит от типа обработки, а полярная составляющая зависит.

Наибольшую энергию можно получить, обработав поверхность в хромовой смеси на основе серной кислоты с последующей промывкой в деионизованной воде, - около 70 мДж/м².

С ростом толщины изотропного полиимидного ориентанта коэффициент преломления возрастает. При анизотропии коэффициент преломления полиимидного ориентанта падает в направлениях параллельно и перпендикулярно направлению анизотропии, а коэффициент преломления фоточувствительного ориентанта возрастает в направлении перпендикулярно направлению анизотропии и падает в направлении параллельно направлению анизотропии. Коэффициент преломления в направлении перпендикулярно направлению анизотропии всегда больше, чем в направлении параллельно направлению анизотропии как для фоточувствительного (на 1-3%), так и для полиимидного ориентанта (на 14-20%). Для получения наименьшего коэффициента преломления и наибольшей поверхностной энергии рекомендуется выбирать толщину ориентанта около 8 нм.
Разработана технологическая операция изготовления ЖК модулятора, позволяющая уменьшить предельный радиус кривизны на 30%. Этой критической операцией является нанесение нанотолщинного ориентанта на гибкую подложку. При режимах нанесения ориентанта на PES подложку при 3000 об/мин центрифугированием, двухстадийной термоимидизации при температурах 353К и 453К по 1 часу и объемной концентрации лака к ДМФА 1:40 удалось получить покрытие толщиной 8 нм. Предельный радиус кривизны уменьшился на 30% и составил 6.7 мм.

Удалось получить образцы гибкой ЖК ячейки с полиимидным и фоточувствительным ориентантами. Ячейки имеют высокую контрастность и выдерживают давление до 0,5 ГПа, а также обладают спектром пропускания в диапазоне от 300 до 900 нм.