DE19921133B4

DE19921133B4 - Verfahren zur Herstellung einer bistabilen, flexiblen Flüssigkristallanzeige

Info

Publication number: DE19921133B4
Application number: DE1999121133
Authority: DE
Inventors: Martin Randler; Volker Frey; Ernst LÜDER
Original assignee: Universitaet Stuttgart
Current assignee: Universitaet Stuttgart
Priority date: 1999-05-07
Filing date: 1999-05-07
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2019-05-08
Also published as: DE19921133A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer bistabilen, flexiblen Flüssigkristallanzeige (10) mit den Schritten:
– Aufbringen einer leitfähigen, transparenten Schicht (13) auf ein Foliensubstrat (11, 20);
– Aufbringen einer Orientierungsschicht (14) zur Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle;
– Aufbringen von Abstandshaltern (16, 21);
– Erwärmen des Foliensubstrats (11, 20) auf eine Temperatur oberhalb des Klärpunktes des Flüssigkristalls (15, 25);
– Verteilung des Flüssigkristalls (15, 25) in den Zwischenräumen zwischen den Abstandshaltern (16, 21) durch ein Rakel (26) mit einem vorgegebenen Druck (P), wobei sich das Rakel (26) auf den Abstandshaltern (16, 21) abstützt;
– Auflaminieren eines Decksubstrats (29, 12).

Description

Flexible Flüssigkristallanzeigen auf Foliensubstraten sind beispielsweise aus der DE 196 49 761 A1 bereits bekannt. Diese Anzeigen werden seither so gefertigt, dass zunächst ein Foliensubstrat beschichtet und strukturiert, dann mit Abstandshaltern versehen und anschließend mit einem Foliendecksubstrat verklebt wird. Danach wird in den Hohlraum zwischen den beiden Foliensubstraten der Flüssigkristall eingefüllt. Dies kann durch einen Kapillarfüllvorgang oder durch Fluß des Flüssigkristalls in das evakuierte Display erfolgen. Diese Verfahren sind jedoch zeitaufwendig und für eine Massenproduktion nicht geeignet.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Fertigungsverfahren für ein bistabiles, flexibles Flüssigkristalldisplay vorzuschlagen, das auch eine Serienproduktion der Anzeigen ermöglicht und dabei das bistabile Schaltverhalten der Anzeigen gewährleistet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Herstellung einer bistabilen, flexiblen Flüssigkristallanzeige mit den folgenden Schritten gelöst:

– Aufbringen einer leitfähigen, transparenten Schicht auf ein Foliensubstrat;
– Aufbringen einer Orientierungsschicht zur Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle;
– Aufbringen von ortsfesten Abstandshaltern;
– Erwärmen des Substrats vorzugsweise auf eine Temperatur oberhalb des Klärpunktes des Flüssigkristalls;
– Verteilung des Flüssigkristalls in den Zwischenräumen zwischen den Abstandshaltern durch ein Rakel mit einem vorgegebenen Druck, wobei sich das Rakel auf den Abstandshaltern abstützt;
– Auflaminieren eines Decksubstrats.

Bei diesem Verfahren, das kein Druckverfahren ist, wird eine Orientierung der Flüssigkristallmoleküle durch das Rakeln erreicht. Eine korrekte Anlagerung der Moleküle ist bei allen Temperaturen gewährleistet, bei denen der Flüssigkristall flüssig ist.
Bei einem alternativen Verfahren wird der Flüssigkristall in einem Druckverfahren durch ein Klischee einer Druckwalze aufgetragen. Abstandshalter können bei diesem Verfahren beispielsweise durch Kugeln realisiert werden. Aber auch das Aufbringen ortsfester Abstandshalter wie beim Rakelverfahren ist selbstverständlich möglich.
Bereits während des Aufbringens des Flüssigkristalls wird bei diesen Verfahren eine korrekte Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle an der Orientierungsschicht erreicht, wobei sowohl organische als auch anorganische Orientierungsschichten aufgebracht werden können. Damit ist das bistabile elektrooptische Verhalten der Flüssigkristallanzeige garantiert. Dies ist insbesondere bei der Verwendung von organischen Orientierungsschichten von Bedeutung, da eine falsche Anlagerung der Flüssigkristallmoleküle an einer solchen Orientierungsschicht aufgrund der hohen Verankerungskräfte später nicht mehr korrigiert werden kann.
Vorzugsweise können das Rakel oder das Klischee auf die gleiche Temperatur wie das Substrat erwärmt werden, damit sich möglichst gleichmäßige Verhältnisse beim Auftragen des Flüssigkristalls ergeben. Die Verfahren können dabei prinzipiell bei allen Temperaturen durchgeführt werden, bei denen der Flüssigkristall in flüssiger Form vorliegt. Vorzugsweise wird jedoch eine Temperatur oberhalb des Klärpunktes des Flüssigkristalls gewählt.
Der Druck P, mit dem das Rakel den Flüssigkristall aufträgt, kann entsprechend der Viskosität des Flüssigkristalls eingestellt werden. Beim Auftrag mit einem Rakel kann außerdem die Geschwindigkeit des Rakels variiert werden.
Die ortsfesten Abstandshalter, die die Dicke der Flüssigkristallzellen bestimmen, wirken bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als Abstützpunkte für das Rakel und garantieren so, dass die geforderte Schichtdicke des Flüssigkristalls in Höhe der Abstandshalter eingehalten wird.
Vor dem Auflaminieren des Decksubstrats kann ein Kleberahmen auf dem Grundsubstrat aufgebracht werden, wozu beispielsweise ein Dispens-, ein Hochdruck- oder Tintenstrahl-Druckverfahren eingesetzt werden kann. Der Kleber lässt sich anschließend beispielsweise durch UV-Licht oder auch thermisch härten.
Auch auf das Decksubstrat wird vor dem Auflaminieren eine transparente leitfähige Schicht und eine Orientierungsschicht aufgebracht. Außerdem kann auch auf das Decksubstrat ein Flüssigkristall nach einem erfindungsgemäßen Verfahren aufgetragen werden.
Für die Serienfertigung eignet sich insbesondere das Aufbringen des Flüssigkristalls mittels eines auf einer Druckwalze aufgebrachten Klischees. Der Flüssigkristall kann dabei mittels einer vorzugsweise beheizten Rasterwalze auf das Klischee aufgetragen werden.
Mit den erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich prinzipiell alle bistabilen Flüssigkristalle verarbeiten, insbesondere jedoch ferroelektrische bistabile Flüssigkristalle.
Nachfolgend werden anhand der Zeichnung zwei erfindungsgemäße Verfahren sowie ein nach diesen Verfahren hergestelltes Display näher beschrieben.
Im Einzelnen zeigen:
1 einen Querschnitt durch eine flexible Flüssigkristallanzeige;
2a–2d eine Prinzipdarstellung eines ersten Verfahrens zum Auftragen eines Flüssigkristalls auf ein beschichtetes Foliensubstrat;
3 eine Prinzipdarstellung eines zweiten Verfahrens zum Auftrag eines Flüssigkristalls auf ein Foliensubstrat;
4 eine Prinzipdarstellung des Auflaminierens eines Decksubstrats auf ein Grundsubstrat einer Flüssigkristallanzeige.
Die Flüssigkristallanzeige 10 nach 1 weist zwei Foliensubstrate 11 und 12 auf, die zunächst mit einer leitfähigen elektrischen Schicht 13 versehen worden sind, aus denen die Elektroden und Leiterbahnen der Anzeige 10 strukturiert werden. Als Elektrodenmaterial kommt beispielsweise ITO in Frage. Anschließend wurden Orientierungsschichten 14 aufgebracht, die beispielsweise aus Polyimid oder aus SiO₂ bestehen können. Das SiO₂ kann dabei schräg aufgedampft werden, um eine entsprechende Anlagerung der Moleküle eines Flüssigkristalls 15 zu bewirken, der zwischen die beiden Orientierungsschichten 14 eingefüllt wird. Die Dicke der Flüssigkristallbereiche 15 wird dabei von Abstandshaltern definiert, die gleichzeitig die Flüssigkristallanzeige 10 gegen Druck stabilisieren.
Die 2 und 3 zeigen nun zwei verschiedene erfindungsgemäße Varianten zum Auftragen eines Flüssigkristalls auf ein Substrat. In den 2a bis 2d ist das Auftragen eines Flüssigkristalls 25 mittels eines Rakels 26 gezeigt. Zunächst wird jedoch ein Substrat 20, das mit Abstandshaltern 21 versehen ist, auf einem beheizbaren Substrattisch 22 aufgeheizt, vorzugsweise auf eine Temperatur oberhalb des Klärpunktes des Flüssigkristalls 25, der gemäß 2b beispielsweise mittels eines Nadeldispensers 27 an einer Ecke des Substrats 20 aufgetropft wird. Anschließend wird mit dem Rakel 26 gemäß 2c der Flüssigkristall 25 auf dem Substrat 20 verteilt. Das Rakel 26 stützt sich dabei auf den Abstandshaltern 21 ab, sodass hier eine definierte Schichtdicke entsteht. Der Druck P, mit dem das Rakel 26 den Flüssigkristall aufbringt, wird nach der Viskosität des Flüssigkristalls 25 eingestellt. Die Geschwindigkeit v, mit der das Rakel 26 über das Substrat 20 bewegt wird, ist variabel. Nach dem gleichmäßigen Verteilen des Flüssigkristalls 25 auf dem Substrat 20 wird die Anordnung abgekühlt (2d) und anschließend zunächst mit einem Kleberahmen 28 versehen, bevor ein Decksubstrat 29 auflaminiert wird, wie in 4 gezeigt ist. Der Laminiervorgang erfolgt durch zwei vorzugsweise beheizte Druckwalzen 41 und optional durch zwei nicht beheizte kleinere Druckwalzen 42. Auch das Decksubstrat 29 kann mit einem Flüssigkristall beschichtet sein, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist.
3 zeigt eine alternative Möglichkeit des Aufbringens eines Flüssigkristalls 25 auf ein Substrat 20. Hierzu wird eine Druckwalze 30 verwendet, die mit einem Klischee 31 versehen ist. Die Druckwalze 30 kann vorzugsweise mit einer Klischeeheizung 32 versehen sein. Auch für das Substrat 20 ist eine Heizeinrichtung 33 vorgesehen. Der Flüssigkristallauftrag auf das Klischee 31 erfolgt mittels einer Rasterwalze 34, auf die mit einem Rakel 35 der Flüssigkristall 25 aufgetragen wird. Auch die Rasterwalze 34 kann beheizt werden.
Bei dem in 3 dargestellten Verfahren können die für die Stabilität der Anzeige notwendigen Abstandshalter beispielsweise durch dem Flüssigkristall beigemengte Kugeln realisiert werden. Die Dicke der Flüssigkristallschicht hängt in erster Linie vom Schöpfvolumen der Rasterwalze 34 ab.
Nach dem Aufbringen des Flüssigkristalls wird auch beim Verfahren nach 3 ein Decksubstrat 29 auflaminiert, wie in 4 gezeigt ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer bistabilen, flexiblen Flüssigkristallanzeige (10) mit den Schritten: – Aufbringen einer leitfähigen, transparenten Schicht (13) auf ein Foliensubstrat (11, 20); – Aufbringen einer Orientierungsschicht (14) zur Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle; – Aufbringen von Abstandshaltern (16, 21); – Erwärmen des Foliensubstrats (11, 20) auf eine Temperatur oberhalb des Klärpunktes des Flüssigkristalls (15, 25); – Verteilung des Flüssigkristalls (15, 25) in den Zwischenräumen zwischen den Abstandshaltern (16, 21) durch ein Rakel (26) mit einem vorgegebenen Druck (P), wobei sich das Rakel (26) auf den Abstandshaltern (16, 21) abstützt; – Auflaminieren eines Decksubstrats (29, 12).
Verfahren zur Herstellung einer bistabilen, flexiblen Flüssigkristallanzeige (10) mit den Schritten: – Aufbringen einer leitfähigen, transparenten Schicht (13) auf ein Foliensubstrat (11, 20); – Aufbringen einer Orientierungsschicht (14) zur Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle; – Erwärmen des Foliensubstrats (11, 20) auf eine Temperatur oberhalb des Klärpunktes des Flüssigkristalls (15, 25); – Aufbringen des Flüssigkristalls (15, 25) durch ein Klischee (31) einer Druckwalze (30) mit einem vorgegebenen Druck (P), – Auflaminieren eines Decksubstrats (29, 12).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rakel (26) oder das Klischee (31) auf die gleiche Temperatur wie das Foliensubstrat (11, 20) erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (P) in Abhängigkeit von der Viskosität des Flüssigkristalls (15, 25) gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Auflaminieren des Decksubstrats (29, 12 ein Kleberahmen (28) auf das Foliensubstrat (11, 20) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Decksubstrat (29, 12) vor dem Auflaminieren mit einer transparenten leitfähigen Schicht (13) und einer Orientierungsschicht (14) beschichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine organische oder eine anorganische Orientierungsschicht (14) auf eines oder beide der Substrate (11, 12, 20, 29) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkristall (15, 25) mittels einer Rasterwalze (34) auf das Klischee (31) auf der Druckwalze (30) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rasterwalze (34) beheizt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein ferroelektrischer Flüssigkristall (15, 25) aufgetragen wird.