DE102014212471B4 - Verfahren zum Nachbearbeiten einer auf einem Substrat angeordneten, thermisch ausgehärteten Flüssigkristall-Orientierungsschicht für eine Flüssigkristallanzeige und eine solche Flüssigkristallanzeige - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Nachbearbeiten einer auf einem Substrat für eine Flüssigkristallanzeige mit cholesterischem Flüssigkristall angeordneten und thermisch ausgehärteten Flüssigkristall-Orientierungsschicht zur senkrechten Ausrichtung des cholesterischen Flüssigkristalls, wobei die Flüssigkristall-Orientierungsschicht nach dem thermischen Aushärten mit unpolarisiertem UV-Licht bestrahlt wird, um die Oberflächenrauigkeit der Flüssigkristall-Orientierungsschicht zu verringern.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachbearbeiten einer Flüssigkristall-Orientierungsschicht bei der Herstellung einer cholesterischen Flüssigkristallzelle sowie eine derartige Flüssigkristallzelle.
- Bei cholesterischen Flüssigkristallzellen wird eine dünne Flüssigkristallschicht zwischen zwei Substratscheiben eingeschlossen. Zur Orientierung der Flüssigkristallmoleküle wird auf der Innenseite der Substratscheiben eine Flüssigkristall-Orientierungsschicht aufgebracht. Diese Flüssigkristall-Orientierungsschicht wird bei der Herstellung in gelöster Form aufgebracht und anschließend wird durch IR-LichtBestrahlung oder durch thermische Behandlung das Lösungsmittel verdampft. Anschließend muss die Flüssigkristall-Orientierungsschicht noch ausgehärtet werden. Hierzu gibt es zwei Verfahren, nämlich die Aushärtung mittels UV-Licht oder die thermische Aushärtung durch entsprechendes Erhitzen. Das thermische Aushärten kann nur angewandt werden, wenn das Substrat diesen thermischen Belastungen standhält, d.h. wenn das Substrat aus Glas besteht. Bei Substraten aus Kunststoff werden in der Regel Flüssigkristall-Orientierungsschichten eingesetzt, die sich mittels polarisiertem UV-Licht aushärten lassen, wobei die Polarisation des UV-Lichts die Orientierung für die Flüssigkristallmoleküle vorgibt.
- Ein Nachteil herkömmlicher cholesterischer Flüssigkristallzellen besteht darin, dass diese eine relativ geringe Reflektivität aufweisen. Die Reflektivität einer Flüssigkristallzelle hängt von der Orientierung der Flüssigkristalle auf der Orientierungsschicht ab, wobei eine möglichst gleichmäßige Ausrichtung der Flüssigkristalle im planaren Zustand für eine hohe Reflektivität besonders vorteilhaft ist. Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Anpassung einer Flüssigkristall-Orientierungsschicht zur verbesserten Ausrichtung von Flüssigkristallen bekannt.
- Beispielsweise ist aus der Zeitschrift „Molecular Crystal Liquid Crystal“ Vo. 453, Seiten 33-341, „Light-Controlled Alignment of Cholesteric Liquid Crystals on Photosensitive Materials“ bekannt, Flüssigkristall-Orientierungsschichten mit polarisiertem UV-Licht auszuhärten. Die Ausrichtung der auf eine derart hergestellte Flüssigkristall-Orientierungsschicht aufgebrachten Flüssigkristalle wird hierbei durch die Richtung der Polarisation des UV-Lichts bestimmt, parallel zu der sich die Flüssigkristalle mehrheitlich ausrichten. Dadurch engt sich die Winkelverteilung der Ausrichtung der Flüssigkristalle auf einen Bereich um den Winkel der Polarisation des UV-Lichts ein.
- Weiterhin werden in dem Artikel „Tuning the alignment of liquid crystals by means of nano-structures surfaces“ in Journal of the SID 16/9, 2008, Seiten 919 ff. verschiedene Verfahren zur Behandlung von Flüssigkristall-Orientierungsschichten beschrieben. So kann beispielsweise eine Orientierungsschicht mit Azoverbindungen wie Azobenzol beschichtet werden, die bei Bestrahlung mit UV-Licht eine Trans-Cis-Transformation durchlaufen und somit die Oberflächenstruktur der Flüssigkristall-Orientierungsschicht und die Ausrichtung darauf aufgebrachter Flüssigkristalle ändern. Alternativ lehrt dieser Artikel die Verwendung einer Fettsäureschicht als Flüssigkristall-Orientierungsschicht, wobei durch Variieren der Alkylkettenlängen der Fettsäuren die Ausrichtung der Flüssigkristalle beeinflusst werden kann.
- Aus der
US 5587821 A ist ein STN-Flüssigkristalldisplay bekannt, bei dem die Flüssigkristalle in einem spitzen Winkel zur Oberfläche stehen, wobei die Displayoberfläche nach einer thermischen Behandlung mit UV-Licht bestrahlt wird und außerdem der Orientierungsfilm einer Reibebehandlung unterzogen wird. Ähnliches ist aus der JPH01-169428A, JPH01-189629A, JPH01-079725A und der JPS60-113213A bekannt. Ein Flüssigkristalldisplay mit cholesterischen Flüssigkristallen, das thermisch ausgehärtet wird, ist inUS2005/0007531A1 - Allerdings erlauben diese herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Flüssigkristall-Orientierungsschichten noch keine Fertigung von Flüssigkristallanzeigen mit einer für einen Betrachter zufriedenstellenden Helligkeit.
- Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Nachbearbeitung der Orientierungsschicht von cholesterischen Flüssigkristall-Anzeigen anzugeben, dass zu hellere Flüssigkristallzellen führt. Außerdem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine solche Flüssigkristallanzeige zu schaffen.
- Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Bei im Feldeinsatz befindlichen cholesterischen Flüssigkristall-Zellen mit schadhaften oder ungenügenden UV-Filtern wurden optische Veränderungen festgestellt. Bei diesen im Einsatz befindlichen cholesterischen Flüssigkristallzellen handelt es sich um Flüssigkristallzellen, bei denen ein thermisch aushärtbares Polyimid als Flüssigkristall-Orientierungsschicht eingesetzt wurde. Diese Flüssigkristall-Orientierungsschicht wurde thermisch ausgehärtet, um so eine senkrechte Orientierung der Flüssigkristalle zu erreichen. Nach derzeitigem Wissensstand ergibt sich für cholesterische Flüssigkristall-Zellen eine gewisse Reflektivität, die von den thermischen Aushärtebedingungen und der Schichtdicke der Flüssigkristall-Orientierungsschicht abhängt.
- Bei der Analyse der optischen Veränderungen der im Feldeinsatz befindlichen Flüssigkristall-Anzeigen und den in diesem Zusammenhang durchgeführten Versuchen hat sich gezeigt, dass sich bei Nachbehandlung von thermisch ausgehärteten Flüssigkristall-Orientierungsschichten mittels unpolarisiertem UV-Licht eine um 20% höhere Reflektivität der Flüssigkristallanzeige ergibt, wobei die Winkelverteilung der Ausrichtung der Flüssigkristalle nahezu unverändert blieb. Diese Versuche führten zu der überraschenden Einsicht, dass die Reflektivität einer cholesterischen FlüssigkristallZelle nicht nur durch Variieren der thermischen Aushärtebedingungen und der Schichtdicke der Flüssigkristall-Orientierungsschicht, sondern auch durch eine etwaige Nachbearbeitung der ausgehärteten Flüssigkristall-Orientierungsschicht mit unpolarisiertem UV-Licht beeinflusst werden kann.
- Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren zur Herstellung von cholesterischen Flüssigkristall-Anzeigen eine auf einem Substrat angeordnete, thermisch ausgehärtete Flüssigkristall-Orientierungsschicht nach dem thermischen Aushärten durch Bestrahlung mit unpolarisiertem UV-Licht nachbearbeitet. Durch diese Bestrahlung mit unpolarisiertem UV-Licht wird die Oberflächenrauigkeit der Flüssigkristall-Orientierungsschicht verringert. Da unpolarisiertes UV-Licht bei der Bestrahlung verwendet wird, ändert sich die Winkelverteilung der Ausrichtung der Flüssigkristalle nicht.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Flüssigkristall-Orientierungsschicht eine thermisch ausgehärtete Polyimidschicht. Hierbei kann die Polyimidschicht aus nur einem Polyimid, aber auch aus einer Mischung mehrerer Polyimide bestehen.
- Nach der Bestrahlung der Flüssigkristall-Orientierungsschicht mit unpolarisiertem UV-Licht liegt deren durchschnittliche Oberflächenrauigkeit (bzw. die durchschnittliche Höhe einer Erhebung der Oberfläche über die Ebene der Oberfläche) in einem Bereich zwischen 1nm und 0,2 nm, vorzugsweise zwischen 0,8 nm und 0,2 nm, besonders bevorzugt zwischen 0,7 nm und 0,2 nm, insbesondere zwischen 0,6 nm und 0,3 nm.
- Die durchschnittliche Oberflächenrauigkeit einer derart nachbearbeiteten Flüssigkristall- Orientierungsschicht ist im Vergleich zu einer nicht nachbearbeiteten vergleichbaren Schicht deutlich verringert. Durch die Bestrahlung mit unpolarisiertem UV-Licht werden die Seitenketten der Polymerschicht aufgebrochen und lagern sich in den Vertiefungen der Oberfläche der Flüssigkristall- Orientierungsschicht an, wodurch sich der Höhenunterschied zwischen der Ebene der Orientierungsschicht und den darüber aufragenden Erhebungen (d.h. die Profiltiefe) verringert. Die so geschaffene ebenere und einheitlichere Oberflächenstruktur der Flüssigkristall- Orientierungsschicht ermöglicht eine einheitlichere Anordnung der Flüssigkristalle auf der Orientierungsschicht, sodass im Durchschnitt mehr Flüssigkristalldomänen zur Reflexion in Richtung des Betrachters beitragen als dies bei herkömmlichen, nicht UVbestrahlten Flüssigkristall- Orientierungsschichten der Fall ist. Zudem ist die derart bestrahlte Flüssigkristall- Orientierungsschicht härter als eine vergleichbare nicht bestrahlte Flüssigkristall- Orientierungsschicht.
- Eine erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeige weist einen zwischen zwei Substraten eingeschlossenen Flüssigkristall auf, wobei die einander und dem Flüssigkristall zugewandten Seiten der Substrate jeweils eine thermisch ausgehärtete Flüssigkristall- Orientierungsschicht aufweisen. Hierbei sind die auf die zwei Substrate aufgebrachten Flüssigkristall- Orientierungsschichten jeweils mit unpolarisiertem UV-Licht nachbearbeitet, um die jeweilige Oberflächenrauigkeit einer jeden Flüssigkristall-Orientierungsschicht zu verringern.
- Die durchschnittliche Oberflächenrauigkeit einer jeweiligen Flüssigkristall-Orientierungsschicht der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige liegt nach der Nachbearbeitung mit unpolarisiertem UV-Licht in einem Bereich zwischen 1nm und 0,2 nm, vorzugsweise zwischen 0,8 nm und 0,2 nm, besonders bevorzugt zwischen 0,7 nm und 0,2 nm, insbesondere zwischen 0,6 nm und 0,3 nm.
- Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige sind die beiden Flüssigkristall- Orientierungsschichten jeweils eine thermisch ausgehärtete Polyimidschicht.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren.
-
1 zeigt eine Rasterkraftmikroskopie-Aufnahme (AFM-Aufnahme) einer thermisch ausgehärteten Polyimidschicht vor der Nachbearbeitung mit unpolarisiertem UV-Licht mit einer gemäß der Norm ISO 4287 gemessenen Oberflächenrauigkeit Ra = 1,61 nm. -
2 zeigt eine Rasterkraftmikroskopie-Aufnahme einer thermisch ausgehärteten Polyimidschicht nach der Nachbearbeitung mit unpolarisiertem UV-Licht gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer nach ISO 4287 gemessenen Oberflächenrauigkeit Ra = 0,55 nm. - Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird zuerst eine ITO-Elektrode auf einem Substrat aus Kalk-Natron-Glas aufgebracht. Darauffolgend wird die ITO-Elektrode mit einer Isolationsschicht aus SiO2 bedeckt. Auf diese Isolationsschicht aus SiO2 wird daraufhin ein herkömmliches Polyimid als Orientierungsschicht aufgebracht. Nach dem Verdampfen der Lösungsmittel und der thermischen Aushärtung der Polyimidschicht weist diese die in
1 gezeigte raue Oberflächenstruktur auf.1 ist ein Rasterkraftmikrograph der Polyimidschicht (PI-Schicht) vor der Nachbearbeitung mit unpolarisiertem UV- Licht. Bei der Vermessung der Oberflächenstruktur gemäß der Norm ISO 4287 ergibt sich eine durchschnittliche Oberflächenrauigkeit von Ra = 1,61 nm). - Zur Verringerung der durchschnittlichen Oberflächenrauigkeit Ra wird die in
1 gezeigte Polyimidschicht durch Bestrahlung mit unpolarisiertem UV-Licht nachbearbeitet. Hierbei wird die PI-Schicht bei 40°C für ca. 1000 Stunden von einem Atlas Suntester mit einer Leistung von 850 W/m2 bestrahlt. - Ein Rasterkraftmikrograph einer derartig bestrahlten PI-Schicht ist in
2 zu sehen. Bei einer Vermessung der Oberflächenstruktur der bestrahlten PI-Schicht gemäß der Norm ISO 4287 ergibt sich eine geringere durchschnittliche Oberflächenrauigkeit von Ra = 0, 55nm, die im Vergleich zu der unbestrahlten PI-Schicht geringer ist. Durch die Nachbearbeitung konnte somit die durchschnittliche Oberflächenrauigkeit Ra von 1,61 nm bei der unbestrahlten PI-Schicht (siehe1 ) auf 0,55 nm bei der nachbearbeiteten PI-Schicht (siehe2 ) verringert werden. Dies bedeutet, dass die Oberfläche der PI-Schicht nach der Bestrahlung mit unpolarisiertem UV-Licht in ihrer Gesamtheit glatter und einheitlicher ist.
Claims (8)
- Verfahren zum Nachbearbeiten einer auf einem Substrat für eine Flüssigkristallanzeige mit cholesterischem Flüssigkristall angeordneten und thermisch ausgehärteten Flüssigkristall-Orientierungsschicht zur senkrechten Ausrichtung des cholesterischen Flüssigkristalls, wobei die Flüssigkristall-Orientierungsschicht nach dem thermischen Aushärten mit unpolarisiertem UV-Licht bestrahlt wird, um die Oberflächenrauigkeit der Flüssigkristall-Orientierungsschicht zu verringern.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristall-Orientierungsschicht eine thermisch ausgehärtete Polyimidschicht ist. - Verfahren nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Polyimidschicht aus einer Mischung einer Anzahl an Polyimiden besteht. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristall-Orientierungsschicht auf ihrer dem Substrat abgewandten Oberfläche eine durchschnittliche Rauigkeit (Roughness Ra) zwischen 1 nm und 0,2 nm aufweist.
- Verfahren nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristall-Orientierungsschicht auf ihrer dem Substrat abgewandten Oberfläche eine durchschnittliche Rauigkeit (Roughness Ra) zwischen 0,8 nm und 0,2 nm aufweist. - Verfahren nach
Anspruch 4 oder5 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristall-Orientierungsschicht auf ihrer dem Substrat abgewandten Oberfläche eine durchschnittliche Rauigkeit (Roughness Ra) zwischen 0,7 nm und 0,2 nm aufweist. - Verfahren nach
Anspruch 4 ,5 oder6 dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristall-Orientierungsschicht auf ihrer dem Substrat abgewandten Oberfläche eine durchschnittliche Rauigkeit (Roughness Ra),< zwischen 0,6 nm und 0,3 nm aufweist. - Flüssigkristallanzeige mit einem zwischen zwei Substraten eingeschlossenen cholesterischen Flüssigkristall, wobei die einander zugewandten Seiten der Substrate mit einer thermisch ausgehärteten Flüssigkristall-Orientierungsschicht versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristall-Orientierungsschicht durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 1 bis7 nachbearbeitet ist.
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