DE3435132C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeige-Kunststoffzellenstruktur mit zwei Zellsubstraten, von denen jedes eine polarisierende Platte aufweist, die jeweils aus einem Polarisator besteht, auf dessen beide Oberflächen eine einachsig gereckter Film auflaminiert ist, wobei die polarisierenden Platten mit senkrecht zueinander verlaufenden Polarisationsachsen angeordnet sind, sowie mit einem Elektrodenmuster auf den einander zugewandten Oberflächen und einer zwischen den zwei Zellsubstraten eingeschlossenen Flüssigkristallmaterialschicht.

In den letzten Jahren wurden Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen in großem Umfang verwendet in Taschenrechnern, elektronischen Uhren, Instrumenten und dergl. Aufgrund dieser weit verbreiteten Verwendung sind folgende weiteren Eigenschaften erwünscht:
Herabsetzung des Gewichts und der Dicke der Einrichtungen, leichte Ablesbarkeit, niedrige Produk­ tionskosten und dgl.

Unter diesen Umständen wurden bereits verschiedene Versu­ che gemacht, um die konventionellen Flüssigkristallanzeige- Glaszellen, in denen eine Glasplatte verwendet wird, durch Kunststoffzellen, in denen ein Kunststoffilm oder eine Kunststoffolie verwendet wird, zu ersetzen.

Eine solche Kunststoffzelle wird hergestellt durch Vereini­ gung einer Vielzahl von Zellsubstraten mit einer polarisie­ renden Platte, die einen Polarisator und einen Kunststoff­ film oder eine Kuntstoffolie, der (die) auf beide Oberflä­ chen des Polarisators auflaminiert ist, umfaßt, und einem Elektrodenmuster, das auf der Oberfläche der polarisieren­ den Platte angeordnet ist, in der Weise, daß die Rich­ tungen der Absorptionsachsen der Polarisatoren rechtwink­ lig zueinander sind und daß die Elektrodenmuster mit ein­ ander gegenüberliegenden Oberflächen exakt angeordnet sind, und anschließendes Einführen eines Flüssigkristalls zwi­ schen die Zellsubstrate.

Die mit dem Flüssigkristall in Kontakt kommenden Kunststoff­ filme müssen eine chemische Beständigkeit (Beständigkeit gegenüber Flüssigkristallen) und gute physikalische Eigen­ schaften haben. Die im Handelt erhältlichen biaxial gereck­ ten Filme sind in bezug auf ihre optischen Eigenschaften nicht zufriedenstellend, obgleich sie den obigen Anforde­ rungen genügen. Andererseits sind ungereckte Filme in be­ zug auf die optischen Eigenschaften zufriedenstellend, sie erfüllen jedoch nicht die oben angegebenen Anforderungen.

Als ein Kunststoffilm, der beiden Anforderungen genügt, wird derzeit ein monoaxial gereckter Film untersucht. Da es jedoch wesentlich ist, daß die Kunststoffilme im Ver­ laufe der Herstellung der Zellsubstrate Feuchtigkeit ab­ sorbierende Trocknungsstufen durchlaufen, konnte eine zu­ friedenstellende Flüssigkristallanzeige-Kunststoffzelle unter Verwendung eines solchen monoaxial gereckten Films bisher nicht entwickelt werden.

Ein Zellsubstrat wird hergestellt durch Auflaminieren ei­ nes monoaxial gereckten Films auf beide Oberflächen eines Polarisators unter Anwendung von Bindungsverfahren, bei­ spielsweise unter Verwendung eines Klebstoffes oder durch Schmelzadhäsion, um dadurch eine polarisierende Platte zu erzeugen, und anschließendes Aufbringen eines Elektroden­ musters auf die Oberfläche der polarisierenden Platte. Während der Erzeugung eines solchen Elektrodenmusters auf der polarisierenden Platte werden Trocknungs- und Feuchtig­ keitsabsorptions-Behandlungen angewendet, was zu einer Ver­ formung des Zellsubstrats führt. Aus diesem Grunde sind in einer Flüssigkristallanzeige-Kunststoffzelle, die durch Vereinigen der Zellsubstrate in der Weise, daß die Ab­ sorptionsachsen der Polarisatoren rechtwinklig zueinander verlaufen, hergestellt werden, die Elektrodenmuster der Zellsubstrate nicht genau mit der Vorderseite einander gegenüberliegend angeordnet, d. h. sie weichen in ihrer Posi­ tion voneinander ab und es kann keine scharfe Anzeige er­ zielt werden.

Bei polarisierenden Platten mit der vorstehend beschrie­ benen Struktur ist der Feuchtigkeit absorbierende Expansions­ koeffizient in einer Richtung A, in der der monoaxial ge­ reckte Film gereckt ist, unterschiedlich von demjenigen in einer Richtung B senkrecht zur Richtung A. Das heißt, der Feuchtigkeitsabsorptionsexpansionskoeffizient in der Rich­ tung B ist größer als in der Richtung A. Dies bedeutet, daß die polarisierende Platte in bezug auf den Feuchtig­ keitsabsorptionsexpansionskoeffizienten anisotrop ist.

Es ist wesentlich für Zellsubstrate, die eine Flüssigkri­ stallanzeigezelle aufbauen, daß die Absorptionsachsen der Polarisatoren, welche die oberen und unteren Zellsubstrate darstellen, rechtwinklig zueinander verlaufen. Wenn eine Flüssigkristallanzeigezelle hergestellt wird durch Vereini­ gen der Zellsubstrate mit einer polarisierenden Platte und einem darauf aufgebrachten Elektrodenmuster, wobei die polarisierende Platte hergestellt wird durch Auflaminie­ ren von monoaxial gereckten Filmen auf einen Polarisa­ tor in der Weise, daß die Absorptionsachse des Polarisators parallel zur Reckungsrichtung des monoaxial gereckten Films, d. h. in einer Richtung, in der der Film gereckt wor­ den ist, verläuft, sind die Reckungsrichtungen der monoaxial gereckten Filme, welche die oberen und unteren Zellsub­ strate darstellen, rechtwinklig zueinander.

Bei der Erzeugung eines Elektrodenmusters auf einer pola­ risierenden Platte wird eine transparente elektrisch lei­ tende Schicht auf der Oberfläche der polarisierenden Platte gebildet durch Abscheidung eines transparenten dünnen schichtbildenden Materials, wie z. B. Indiumoxid, das Zinnoxid enthält, oder Zinnoxid, das Antimon enthält, unter Anwendung von beispielsweise Vakuumabscheidungs-, Zerstäubungs- oder Ionenplattierungsverfahren, ein licht­ empfindliches Harz wird in Form einer Schicht auf die transparente, elektrisch leitende Schicht in dem gewünsch­ ten Muster aufgebracht, Licht ausgesetzt und dann ver­ schiedenen Behandlungen, wie z. B. einer chemischen Ätzung mit Säuren oder Alkalien, unterworfen und gespült, wobei man das gewünschte Elektrodenmuster erhält. Da, wie vor­ stehend angegeben, eine Polarisationsplatte in bezug auf den Feuchtigkeitsabsorptions-Expansionskoeffizienten an­ sitrop ist, wird ein Zellsubstrat, das die Stufen der Schichtabscheidung und der Anfeuchtung (beispielsweise durch Spülen) passiert, unvermeidlich verformt. Aus die­ sem Grunde weichen dann, wenn eine Flüssigkristallanzeige­ zelle hergestellt wird durch Anordnung solcher verform­ ter Zellsubstrate in der Weise, daß die Absorptionsach­ sen der Polarisatoren rechtwinklig zueinander verlaufen, die Elektrodenmuster der oberen und unteren Zellstubstrate voneinander ab. Es kann daher keine zufriedenstellende Anzeige erzielt werden.

Nach umfangreichen Untersuchungen zur Entwicklung eines Verfahrens zur Verhinderung der Abweichung der Position der Elektrodenmuster, wodurch die Elektrodenmuster genau miteinander gegenüberliegenden Vorderseiten positioniert werden können oder selbst wenn sie voneinander abweichen, dies nur in einem solchen Ausmaß erfolgt, daß es nicht feststellbar ist, wurde gefunden, daß dieses Ziel erfin­ dungsgemäß erreicht werden kann durch Änderung der Struktur der polarisierenden Platten, die eine Flüssigkristallanzeigezelle aufbauen, und auch durch Modifizierung des Systems des Zusammenbaus der Flüssigkristallanzeigezelle.

Aus der DE-OS 31 29 162 ist ein polarisierender Film bekannt. Es wird in dieser Entgegenhaltung besonders darauf hingewiesen, daß es bevorzugt wird, wenn die polarisierende Substanz und der Film so verbunden sind daß deren Orientierungsrichtung miteinander übereinstimmt. Es ist dort ferner ausgeführt, daß der Winkel zwischen der Orientierungsachse der polarisierenden Substanz und derjenigen des Films weniger als 5° betragen soll, um zufriedenstellende Ergebnisse zu erhalten. Aus der nachveröffentlichten DE-OS 32 35 275 gehört eine Flüssigkristallzelle mit Kunststoffträgerplatten zum Stand der Technik, wobei dort zwar darauf hingewiesen wird, daß die Elektroden positionsgerecht aufzubringen sind, über die Anordnung von Polarisatoren wird dort jedoch nichts ausgesagt.

Aus der DE-PS 31 38 518 ist eine Flüssigkristallanzeigezelle bekannt, bei der die äußersten Elemente Linearpolisatoren sind, die mit senkrecht zueinander verlaufenden Polarisationsachsen angeordnet sind. Diese Linearpolarisatoren sind auf der Außenfläche von Trägerplatten angeordnet. Die Flüssigkristallsubstanz nahe den Elemeten des Rahmens steht in unmittelbarer Berührung mit den zueinanderweisenden Oberflächen der Trägerplatten. Es sind Orientierungsschichten vorhanden, die eine spezifische Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle bezüglich der Normalen der Trägerplatten erreichen sollen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Flüssigkristallanzeige-Kunststoffzellstruktur gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß im wesentlichen keine Lageabweichung der Elektrodenmuster auftritt.

Bei einer Flüssigkristallanzeige-Kunststoffzellenstruktur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wird dies dadurch erreicht, daß bei einer der Polarisatorplatten die Polarisationsachse parallel zu der Reckungsachse des auflaminierten Filmes und bei der anderen Polarisatorplatte die Polarisationsachse senkrecht zu der Reckungsachse des auflaminierten Filmes verläuft, so daß die Reckungsachse des Filmes bei der einen Polarisatorplatte parallel zu der Reckungsachse des Filmes bei der anderen Polarisatorplatte verläuft.

Bei der erfindungsgemäßen Struktur können die Elektroden­ muster der oberen und unteren Zellsubstrate, welche die Flüssigkristallanzeigezelle darstellen, ohne Abweichung positioniert werden oder selbst wenn sie voneinander ab­ weichen, hat diese nur einen solchen Umfang, daß sie nicht festgestellt werden kann. Auf diese Weise kann eine Flüssig­ kristallanzeige-Kunststoffzelle erhalten werden, die eine gute Anzeige erlaubt.

Zu Beispielen für Polarisatoren, die erfindungsgemäß ver­ wendet werden können, gehören Polarisatoren auf Jod- und/ oder dichroitischer Farbstoff-Basis, die hergestellt wer­ den durch Adsorbieren von Jod und/oder eines dichromati­ schen Farbstoffes an einem hydrophilen Polymerfilm, bei­ spielsweise einem Polyvinylalkoholfilm, einem teilweise formalierten Polyvinylalkoholfilm oder einem verseiften Film eines Ethylen/Vinylacetat-Copolymeren, und Recken des Films; Polarisatoren auf Polyen-Basis, die hergestellt werden durch Filmdehydratisierung eines Films auf Polyvinyl­ alkoholbasis unter Bildung eines Polymeren und Recken der Polyenfilme; sowie Polarisatoren auf Polyen-Basis, die her­ gestellt werden durch Dehydrochlorierung eines Films auf Polyvinylchloridbasis unter Bildung eines Polyenfilms und Recken des Films, sowie Polarisatoren mit einer Einzel­ platten-Parallelachsen-Durchlässigkeit von 10 bis 50% und einer Einzelplatten-Querachsen-Durchlässigkeit von 0,1 bis 25%.

Die Polarisatoren auf Jodbasis, auf Farbstoffbasis und auf Polyenbasis sind beispielsweise in den US-PS 22 37 567, 23 28 219 und 23 06 108 beschrieben.

Zu Beispielen für monoaxial gereckte Filme, die vewendet werden können, gehören Filme mit einer optischen Transpa­ renz, wie z. B. ein Polyesterfilm, ein Polycarbonatfilm, ein Polysulfonfilm, ein Polyäthylensulfonfilm und ein Poly­ amidfilm, die um mindestens 30%, vorzugsweise um 50 bis 800%, insbesondere um 100 bis 500%, in Längsrichtung oder in seitlicher Richtung gereckt worden sind. Ein monoaxial gereckter Polyesterfilm wird beispielsweise vom Standpunkt der chemischen Beständigkeit aus betrachtet bevorzugt wer­ den. Besonders bevorzugte Filme sind monoaxial gereckte Filme, in denen, wenn sie 30 min lang auf 150°C erhitzt werden, der Wärmeschrumpfungskoeffizient 3% oder weniger, vorzugsweise 1% oder weniger, insbesondere 0,5% oder we­ niger in der Reckungsrichtung (MD) und 3% oder weniger, vorzugsweise 1% oder weniger, insbesondere 0,5% oder weniger in der Richtung senkrecht zur Reckungsrichtung (TD) beträgt; das Verhältnis des Wärmeschrumpfungskoeffi­ zienten in der Richtung TD zu demjenigen in der Richtung MD darf das 3,5fache, vorzugsweise das 2,5fache nicht übersteigen; und die Trübung bei einer Dicke von 100 µm beträgt 10% oder weniger, vorzugsweise 4,8% oder weniger, insbesondere 3% oder weniger.

Eine härtbare Harzschicht, wie z. B. eine durch ultraviolet­ te Strahlung härtbare Urethanacrylatschicht kann auf eine Oberfläche dieser Filme aufgebracht sein, um eine Beein­ trächtigung (Verschlechterung) zum Zeitpunkt der Bildung eines Elektrodenmusters zu verhindern.

Unter Verwendung des Polarisators und eines monoaxial ge­ recktenFilms, wie er vorstehend beschrieben ist, wird eine polarisierende Platte hergestellt. Erfindungsgemäß werden zwei Typen von polarisierenden Platten hergestellt:

Ein Typ der polarisierenden Platten wird hergestellt durch Verbinden eines monoaxial gestreckten Films mit beiden Oberflächen eines Polarisators unter Anwendung von Klebe­ techniken, wie z. B. durch Verwendung eines Klebstoffs auf Polyesterbasis in der Weise, daß die Absorptionsachse des Polarisators parallel zur Reckungsachse des monoaxial ge­ reckten Films verläuft. Der andere Typ von polarisieren­ den Platten wird hergestellt durch Verbinden eines mono­ axial gereckten Films mit beiden Oberflächen eines Polari­ sators unter Anwendung von Klebetechniken, beispielsweise unter Verwendung eines Klebstoffes auf Polyesterbasis, wie vorstehend beschrieben, in der Weise, daß die Ab­ sorptionsachse des Polarisators rechtwinklig zu der Rec­ kungsachse des monoaxial gereckten Films verläuft.

Auf einer Oberfläche der so hergestellten polarisierenden Platte wird ein transparentes dünnes filmbildendes, elek­ trisch leitendes Material, wie z. B. Indiumoxid, das Zinn­ oxid enthält, oder Zinnoxid, das Antimon enthält, abge­ schieden unter Anwendung von geeigneten Verfahren, bei­ spielsweise durch Vakuumabscheidung, Aufsprühen oder Ionen­ plattierung, unter Bildung einer transparenten, elektrisch leitenden Schicht mit einer Dicke von 100 bis 2000 Å.

Ein lichtempfindliches Harz wird in Form eines Schaltungs­ musters auf die elektrisch leitende Schicht oder auf die gesamte Oberfläche der elektrisch leitenden Schicht aufge­ bracht, durch Erhitzen getrocknet und dann Licht ausge­ setzt (belichtet). Im ersteren Falle wird die lichtempfind­ liche Harzschicht ohne Verwendung einer Photomaske Licht ausgesetzt (belichtet), während im letzteren Falle die Schicht durch eine Photomaske, auf die das gleiche Muster wie oben aufgebracht ist, Licht ausgesetzt (belichtet) wird. Danach werden zusätzliche Behandlungen, beispiels­ weise eine chemische Ätzung und ein Waschen mit Wasser, angewendet, wobei man ein Zellsubstrat mit dem gewünsch­ ten Elektrodenmuster erhält.

Die so hergestellten zwei Zellsubstrate werden so zusammen­ gebaut, daß die Elektrodenmuster der Substrate genau mit ihrer Vorderseite einander gegenüberliegend angeordnet sind, und die Peripherie der Anordnung wird versiegelt. Gleichzeitig mit dieser Versiegelung wird ein Flüssigkri­ stall zwischen die Zellsubstrate eingeführt, so daß man eine Flüssigkristallanzeige-Kunststoffzelle erhält. Beim Zusammenbau der Zellsubstrate gemäß der vorliegenden Er­ findung müssen sie so angeordnet sein, daß die Reckungs­ achsen der monoaxial gereckten Filme parallel zueinander verlaufen.

Vorzugsweise beträgt der Unterschied des Feuchtigkeit absorbierenden Expansionskoeffizienten zwischen den bei­ den Zellsubstraten 0,00 bis 0,15%, insbesondere 0,00 bis 0,01% in der Reckungsachse des monoaxial gereckten Films (MD) und 0,15% oder weniger, insbesondere 0,05% oder weniger, in einer Richtung senkrecht zur Reckungs­ achse (TD).

Der Feuchtigkeitsabsorptions-Expansionskoeffizient wird bestimmt durch Konditionieren einer Probe bei einer Tem­ peratur von 40°C und einer relativen Feuchtigkeit (RH) von 92% 24 h lang und anschließendes Trocknen derselben im Vakuum (2 bis 3 Torr) 24 h lang bei 60°C.

Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel näher er­ läutert.

Beispiel

Ein um 300% in einer monoaxialen Richtung gereckter 100 µm dicker Polyethylenterephthalatfilm wurde mit beiden Oberflächen eines Polarisators auf Jodbasis, hergestellt durch Absorption und Dehnung eines polarisierenden Elements auf Jodbasis auf konventionelle Weise, mittels eines Kleb­ stoffes auf Polyester-Basis in der Weise verbunden, daß die Absorptionsachse des Polarisators parallel zur Rec­ kungsachse des Films verlief, unter Bildung einer polari­ sierenden Platte.

Auf einer Oberfläche der so hergestellten polarisierenden Platte wurde Indiumoxid, das Zinnoxid enthielt, unter An­ wendung eines Vakuumabscheidungsverfahrens abgeschieden unter Bildung einer 400 Å dicken, transparenten, elektrisch leitenden Schicht. Ein lichtempfindliches Harz wurde in Form einer Schicht auf die elektrisch leitende Schicht aufgebracht und dann bei etwa 60 bis 80°C getrocknet. Eine Photomaske mit einem gewünschten Muster wurde auf die vorstehend gebildete Harzschicht aufgelegt. Die Harzschicht wurde durch die Photomaske hindurch belichtet, geätzt und dann mit Wasser gewaschen und einer Abtrennung unterworfen, wobei man ein Zellensubstrat (A) mit dem gewünschten Elektrodenmuster erhielt.

Das gleiche Verfahren wie oben wurde wiederholt, wobei diesmal jedoch der Polyesterfilm in der Weise gebunden wurde, daß die Absorptionsachse des Polarisators recht­ winklig zur Reckungsachse des Films verlief, wobei man ein Zellsubstrat (B) erhielt.

Die Zellsubstrate (A) und (B) wurden miteinander verei­ nigt, so daß die Elektrodenmuster genau mit der Vorder­ seite einander gegenüberliegend angeordnet waren und auch die Reckungsachsen der Polyesterfilme der Zellen (A) und (B) parallel zueinander verliefen, unter Verwendung des Zellsubstrats (A) als obere Platte und des Zellsubstrats (B) als untere Platte und unter Verwendung eines wärme­ härtbaren Versiegelungsmittels, wobei man eine Flüssig­ kristallanzeige-Kunststoffzelle erhielt.

Die so hergestellte Flüssigkristallanzeige-Kunststoffzelle wies nahezu keine Abweichung in bezug auf die Position der Elektrodenmuster auf und es wurde eine zufriedenstel­ lende Anzeige erzielt.

Die Differenz (H ₁) in bezug auf den Feuchtigkeitsabsorp­ tionskoeffizienten in Richtung der Filmreckungsachse zwi­ schen den Substraten (A) und (B) betrug 0,00% und die Differenz (H ₂) in bezug auf den Feuchtigkeistabsorptions­ koeffizienten in einer Richtung senkrecht zur Filmrec­ kungsachse betrug 0,02%.

Das gleiche Verfahren wie oben wurde wiederholt, wobei diesmal jedoch der monoaxial gereckte Polyesterfilm durch verschiedene Filme ersetzt wurde, beispielsweise einen monoaxial gereckten Polycarbonatfilm ((H ₁) : 0,00%; (H ₂) : 0,01%), einen monoaxial gereckten Polyäthersulfon­ film und einen monoaxial gereckten Polyamidfilm (Rec­ kungsverhältnis: 150 bis 350% in allen Fällen), oder der Polarisator auf Jodbasis wurde ersetzt durch einen Polari­ sator auf Polyenbasis, hergestellt durch Dehydrochlorierung eines Polyvinylchloridfilms. In allen Fällen wurde eine zufriedenstellende Flüssigkristallanzeige-Kunststoffzelle erhalten, in der die Elektrodenmuster genau mit der Vorder­ seite einander gegenüberliegend angeordnet war.

Zum Vergleich wurde eine Flüssigkristallanzeigezelle her­ gestellt unter Verwendung nur des Substrats (A) oder (B) unter Anwendung eines konventionellen Verfahrens. In allen Fällen waren die Umrisse der Anzeigeflächen nicht scharf. (H ₁) und (H ₂) in den beiden Substraten (A) betrugen je­ weils 0,20% und (H ₁) und (H ₂) in den beiden Substraten (B) betrugen jeweils 0,18%.

In entsprechender Weise wurde eine Flüssigkristallanzeige­ zelle hergestellt unter Verwendung nur eines Substrats (A′) oder (B′), hergestellt unter Verwendung eines mono­ axial gereckten Polycarbonatfilms. In dieser Zelle waren die Umrisse nicht scharf. (H ₁) und (H ₂) in den beiden Substraten (A′) betrugen jeweils 0,18% und (H ₁) und (H ₂) in den beiden Substraten (B′) betrugen jeweils 0,17%.

Claims (3)

1. Flüssigkristallanzeige-Kunststoffzellenstruk­ tur mit zwei Zellsubstraten, von denen jedes eine pola­ risierende Platte aufweist, die jeweils aus einem Pola­ risator besteht, auf dessen beide Oberflächen ein ein­ achsig gereckter Film auflaminiert ist, wobei die po­ larisierenden Platten mit senkrecht zueinander verlaufen­ den Polarisationsachsen angeordnet sind, sowie mit einem Elektrodenmuster auf den einander zugewandten Oberflä­ chen und einer zwischen den zwei Zellsubstraten einge­ schlossenen Flüssigkristallmaterialschicht, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer der Polari­ satorplatten die Polarisationsachse parallel zu der Reckungsachse des auflaminierten Filmes und bei der ande­ ren Polarisatorplatte die Polarisationsachse senkrecht zu der Reckungsachse des auflaminierten Filmes ver­ läuft, so daß die Reckungsachse des Filmes bei der einen Polarisatorplatte parallel zu der Reckungsachse des Films bei der anderen Polarisatorplatte verläuft.

2. Flüssigkristallanzeige-Kunststoffzellenstruktur nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einachsig gereckte Film ein um 50 bis 800% gereckter Polyesterfilm ist.

3. Flüssigkristallanzeige-Kunststoffzellenstruktur nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenmuster aus einer auf die jeweils polarisierende Platte aufgebrachten, transparenten Metallschicht herausge­ ätzt ist.