DE4315935A1 - Reibvorrichtung und Reibverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Reibvorrichtung zur Reibbearbeitung eines die Ausrichtung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls steuernden Films in einem ferroelektrischen Flüssigkristallbauteil, das u. a. für Anzeigen verwendet wird, und auf ein Reibverfahren zur Nutzung der Reibvorrichtung.

Ein Flüssigkristallbauteil ist aus einem zwischen einem Substratpaar angeordneten Flüssigkristall aufgebaut, wobei auf jedem der Substrate eine transparente Elektrode und ein die Ausrichtung steuernder Film angebracht sind. Die die Ausrichtung steuernden Filme stehen in direktem Kontakt mit dem ferroelektrischen Flüssigkristall, um die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle zu steuern.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines derartigen beispielhaften ferroelektrischen Flüssigkristallbauteils.

Gemäß Fig. 1 weist das ferroelektrische Flüssigkristallbauteil eine Zellenstruktur auf, die aus einander gegenüber liegenden Glassubstraten 101 und 101a und einem Haftmittel 106 zur Abdichtung der Außenseiten der Glassubstrate 101 und 101a besteht. Zwischen den Glassubstraten 101 und 101a befindet sich ein durch Abstandshalter 104 festgelegter vorgeschriebener Zwischenraum. Des weiteren befindet sich auf dem Substrat 101 eine Elektrodengruppe (z. B. eine Elektrodengruppe zum Anlegen einer Abtastspannung einer Matrizenelektrodengruppe), die mehrere in einem vorgeschriebenen, z. B. streifenförmigen, Muster angeordnete transparente Elektroden 102 beinhaltet. Auf dem Substrat 101a ist eine weitere Elektrodengruppe angebracht (z. B. eine Elektrodengruppe zum Anlegen von Signalspannungen der Matrizenelektrodenstruktur), die aus mehreren quer zu den zuvor erwähnten Elektroden 102 angeordneten transparenten Elektroden 102a besteht. Zwischen den beiden Substraten 101 und 101a ist ein Flüssigkristall 103 eingefügt. Eine derartige Zellenstruktur ist zwischen einem Paar Polarisatoren 107 und 108 angebracht, so daß eine Flüssigkristallanzeige gebildet wird.

Die Elektroden 102 bzw. 102a sind zur Kurzschlußvermeidung mit Isolierschichten 109 bzw. 109a überzogen, auf die ferner die Ausrichtung steuernde Filme 105 und 105a angebracht sind. Die die Ausrichtung steuernden Filme 105 und 105a können als anorganische oder organische isolierende Filme ausgestaltet sein, die einer Bearbeitung zur Oberflächenausrichtung ausgesetzt sind.

Bisher wurde das Reibverfahren als Ausrichtungsverfahren verwendet, wobei derartige die Ausrichtung steuernde Filme eingesetzt wurden. Beim Reibverfahren wird ein Substrat mit einem mit Florfäden durchsetzten Stoff in eine Richtung gerieben, um die das Substrat kontaktierenden Flüssig­ kristallmoleküle in die Reibrichtung auszurichten. Dabei ist es notwendig, daß die gesamte Substratfläche gleichmäßig gerieben wird. Im Hinblick auf die Produktivität wird im allgemeinen das Reiben gemäß Fig. 5 durchgeführt.

Gemäß Fig. 5 ist ein mit Florfäden durchsetzter Reibstoff 302 um eine zylinderförmige Reibwalze 301 gewickelt, so daß ein Substrat 101 (oder 101a) kontaktiert wird. Die Reibwalze wird in eine Richtung A oder B gedreht, während das Substrat 101 (101a) oder die Reibwalze 301 parallel zueinander in eine Richtung C oder D verschoben wird, wodurch die gesamte Oberfläche des Substrats 101 (101a) einer Ausrichtungs­ bearbeitung unterzogen wird. Eine derartige Bearbeitung ist bekannt und wurde bereits angewendet.

Um eine gleichmäßige Ausrichtungsbearbeitung für die Massenproduktion zu erreichen, ist die Rotationsrichtung (A oder B) der Reibwalze 301 und die Verschiebungsrichtung (C oder D) des Substrats 101 oder der Reibwalze 301 festgelegt, um eine Reibungsbearbeitung einer großen Substratmenge durchführen zu können.

Es stellte sich jedoch bei diesem bekannten Reibverfahren mit festgelegter Rotationsrichtung einer Reibwalze heraus, daß die im Reibstoff eingesetzten Florfäden stark abgenutzt werden, da die Substrate nur von einer Seite der Florfäden gerieben werden. Außerdem werden allmählich die aus dem Reibstoff hervorstehenden Florfäden in eine Richtung geneigt, so daß die auf das Substrat übertragene Ausrichtungs-Steuerkraft allmählich schwächer wird und eine größere Anzahl an Ausrichtungsbearbeitungsvorgängen nötig ist, wodurch eine gleichmäßige Ausrichtung der Flüssigkristalle nicht möglich ist.

Demzufolge muß der Reibstoff nach kurzer Zeit erneuert werden.

Aus diesem Grund wurde ein Reibverfahren vorgeschlagen, bei dem ein Substrat mit einer Seite der Florfäden, ein nachfolgendes Substrat mit der anderen Seite der Florfäden und die folgenden Substrate abwechselnd mit der einen oder der anderen Seite der Florfäden gerieben werden. Gemäß diesem Verfahren wird vermieden, daß die Florfäden fortwährend in eine Richtung schräggestellt werden, so daß eine größere Substratanzahl ohne Abnahme der übertragenen Ausrichtungs-Steuerkraft durch Reiben bearbeitet werden kann.

Bei dem beschriebenen Reibverfahren besteht jedoch weiterhin das Problem von Schwankungen oder Unregelmäßigkeiten der resultierenden Ausrichtungs-Steuerkraft. Bei Untersuchungen stellte sich heraus, daß dieses Problem der anfänglichen Schrägstellung der Florfäden des Reibstoffes zugeschrieben werden kann, bevor es bei der Reibungsbearbeitung eingesetzt wird. Bei dem erwähnten Reibverfahren werden vor der Reibungsbearbeitung vorzugsweise die Florfäden aufrecht (senkrecht) in den Reibstoff eingesetzt. Angesichts des Herstellungsvorgangs eines derartigen mit Florfäden durchsetzten Reibstoffes ist jedoch die Schrägstellung der Florfäden auf dem Reibstoff schwer zu vermeiden. Beispielsweise wird ein derartiger mit Florfäden durchsetzter Reibstoff in langen Stücken aufgerollt gelagert, ehe er geschnitten und um eine Reibwalze gewickelt wird. Während der Lagerung im aufgerollten Zustand werden die Florfäden auf dem Reibstoff wahrscheinlich oder sogar unausweichlich in die aufgerollte Richtung geneigt. Wurde ein derartiger Reibstoff mit bereits anfänglich schräggestellten Florfäden zum Reiben verwendet, so stellte sich heraus, daß abhängig von der Seite des Florfäden, mit der ein Substrat gerieben wurde, unterschiedliche Ausrichtungs-Steuerkräfte auftraten. Das war auch anzunehmen, da aufgrund der anfanglichen Neigung der Florfaden unterschiedliche Reibkräfte zwischen den Florfäden und dem Substrat (bzw. dem die Ausrichtung steuernden Film) abhängig von der unterschiedlichen Rotationsrichtung der Reibwalze entstehen. Demzufolge titt das Problem auf, daß auf ein derartig bearbeitetes Substratpaar unterschiedliche einachsige Ausrichtungs-Steuerkräfte übertragen werden, wodurch eine gleichmäßige Ausrichtung oder Bistabilität des gesamten entstandenen Flüssigkristallfelds nicht gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Reibvorrichtung und ein Reibverfahren zu schaffen, die derart ausgestaltet sind, daß eine größere Substratanzahl bearbeitet werden kann, wobei gleichmäßigere einachsige Ausrichtungs- Steuerkräfte auf ein Substratpaar übertragen werden und ohne daß die einachsige Ausrichtungs-Steuerkraft geschwächt wird.

Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Reibvorrichtung zur Übertragung einer Ausrichtungs-Steuerkraft auf einen die Ausrichtung steuernden Film eines ferroelektrischen Flüssigkristallbauteils gelöst, bestehend aus einer geraden Anzahl mindestens zweier zylinderförmiger Reibwalzen, die sich in die gleiche Richtung drehen, wobei um jede Reibwalze ein mit Florfäden durchsetzter Reibstoff gewickelt ist. Die Florfäden stehen parallel zur Rotationsrichtung der Reibwalzen geneigt vom Reibstoff ab und eine Hälfte der geraden Anzahl von Reibwalzen weist eine Neigungsrichtung des Florfäden entgegengesetzt zur anderen Hälfte der geraden Anzahl von Reibwalzen auf.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Aufgabe durch ein Reibverfahren gelöst, bei dem die Reibvorrichtung derart genutzt wird, daß mehrere Substrate nacheinander durch Reiben bearbeitet werden, während die Rotationsrichtung der Reibwalzen nach einer vorgeschriebenen Substratanzahl geändert wird, insbesondere nach jedem Substrat.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines ferroelektrischen Flüssigkristallbauteils, das durch ein durch Reibungsbear­ beitung erhaltenes Substratpaar gebildet wird,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht zur Verdeutlichung der Reibvorrichtung und des Reibverfahrens,

Fig. 3 eine seitliche Teilansicht eines Reibwalzenpaars, die die Neigung von Florfäden in der Vorrichtung verdeutlicht,

Fig. 4 eine seitliche Teilansicht eines Reibwalzenpaars, das die Neigung von Florfäden in einem Vergleichsbeispiel verdeutlicht, und

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines bekannten Reibungs­ verfahrens.

Fig. 2 zeigt den entscheidenen Teil einer Reibvorrichtung mit zwei Walzen. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 sind eine erste und zweite Reibwalze 201 und 202 so angeordnet, daß sie gemeinsam in eine Richtung A oder B drehbar sind. Drehen sich die Reibwalzen 201 und 202 in die Richtung A, so wird ein Substrat 101 in eine Richtung C bewegt. Drehen sich die Reibwalzen 201 und 202 andererseits in die Richtung B, so wird das Substrat 101 in eine Richtung D bewegt. Fig. 3 zeigt eine seitliche Teilansicht dieser Reibwalzen, wobei Reibstoffe auf der ersten und zweiten Reibwalze 201 und 202 so angebracht sind, daß die Abstandsrichtungen (Neigungen) der eingesetzten Florfäden 31 gegensätzlich sind.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Reiben derart durchgeführt, daß ein erstes Substrat gerieben wird, während es in die Richtung C bewegt wird, ein zweites Substrat, während es in die Richtung D bewegt wird, ein drittes Substrat, während es in die Richtung C bewegt wird, und die folgenden Substrate, während sie in jeweils abwechselnde Richtungen bewegt und die Rotationsrichtungen der Walzen 201 und 202 jeweils abwechselnd geändert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Es wurden Substrate (Elektrodenscheiben) gefertigt, die jeweils eine Struktur gemäß Fig. 1 aufwiesen. Zuerst wurde eine 1,1 mm dicke Glasscheibe bereitgestellt, auf die ITO (Indium-Zinn- Oxid)-Streifenelektroden angebracht wurden, die wiederum mit einer 60 nm dicken SiO₂-Schicht als Isolierschicht zur Kurzschlußvermeidung bedeckt wurden. Diese Vorrichtung wurde anschließend mit einer Polyamidsäure übergossen, um Polyamide (mit einem Molekulargewicht von ca. 10⁴-10⁶) zu gewinnen, die aus sich wiederholenden Einheiten gemäß folgender Formel aufgebaut sind.

Diese Vorrichtung wurde dann ungefähr eine Stunde lang bei 300°C zur Ausbildung eines 20 nm dicken die Ausrichtung steuernden Films ausgebacken.

Auf diese Weise wurden 100 Substratscheiben (Elektrodenscheiben) gefertigt. Mit Nylon-Florfäden durch­ setzte Reibstoffe wurden um ein Walzenpaar gemäß Fig. 2 gewickelt, so daß gemäß Fig. 3 die Neigung der von den beiden Walzen abstehenden Florfäden gegensätzlich war. Gemäß Fig. 2 wurden anschließend 100 Substrate nacheinander von den Reibwalzen 201 und 202 so bearbeitet, daß die ungeradzahligen Substrate 10 gerieben wurden, während sich die Reibwalzen 201 und 202 in die Richtung A drehten und die Substrate in die Richtung C bewegt wurden, und die geradzahligen Substrate 101 gerieben wurden, während sich die Reibwalzen 201 und 202 in die Richtung B drehten und die Substrate in die Richtung D bewegt wurden. Daraus resultierte, daß gemäß Fig. 3 die ungeradzahligen Substrate von den Seiten F und H der Florfäden gerieben wurden, während die geradzahligen Substrate von den entgegengesetzten Seiten E und G der Florfäden gerieben wurden.

Anschließend wurden fünf Zellen (Platten) hergestellt, indem das erste und zweite Substrat, das neunte und zehnte Substrat, das 29ste und 30ste Substrat, das 59ste und 60ste Substrat bzw. das 99ste und 100ste Substrat mit einem jeweils dazwischen angeordneten Quarzkügelchen von 1,5 µm Durchmesser aufein­ andergelegt wurden, so daß die durch das Reiben der entsprechenden Substratpaare geschaffenen, einachsigen Ausrich­ tungsachsen größtenteils zueinander parallel verliefen. Dann wurden die entsprechenden Zellen mit einer auf Phenylpyrimidin basierenden Flüssigkristallmischung ("CS-1014", hergestellt von Chisso K.K.) gefüllt, um die Bistabilität der Zellen zu bewerten, wobei folgende Phasenübergangsreihe durchlaufen wurde:

Iso.: isotrope Phase
Ch.: cholesterische Phase
SmA: smektische A Phase
SmC*: chiralische smektische C Phase

Die Bistabilität jeder Zelle wurde bewertet, indem rechteckige 20 V-Spannungsimpulse einer Polarität an die zwischen ein Paar Cross Nicolsche Polarisatoren geschichtete Zelle angelegt wurden, wobei die Impulsbreite der Spannungsimpulse verändert wurde, um einen Schwellenwert (Impulsbreite) für den Übergang von Weiß (W) nach Schwarz (B) zu messen. Anschließend wurden rechteckige 20 V-Spannungsimpulse der entgegengesetzten Polarität an die Zelle angelegt, wobei die Impulsbreite der Spannungsimpulse verändert wurde, um einen Schwellenwert (Impulsbreite) für den Übergang von Schwarz (B) nach Weiß (W) zu messen. Ein kleinerer Unterschied der beiden Schwellenwerte kennzeichnet eine bessere Bistabilität. Die gemessenen Schwel­ lenwerte der fünf Zellen sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.

Tabelle 1

Auf die gleiche Art wie bei den zuvor genannten Mustern wurden 100 weitere Substratscheiben (Elektrodenscheiben) gefertigt. Dann wurden die 100 Substratscheiben nacheinander einer Reibbearbeitung in gleicher Art und Weise wie die Musterscheiben unterzogen, mit der Ausnahme, daß die Reibwalzen wie die Reibwalzen des vorhergehenden Beispiels durch Umwickeln mit von Nylon-Florfäden durchsetzten Reibstoffen derart gefertigt wurden, daß die Neigungsrichtung der von den Reibwalzen hervorstehenden Florfäden für beide Reibwalzen gemäß Fig. 4 gleich war. Die Rotationsrichtungen der beiden Walzen und die Bewegungsrichtungen des Substrats waren die gleichen wie im vorhergehenden Beispiel. Das bedeutet, daß gemäß Fig. 2 die 100 Substratscheiben nacheinander von den Reibwalzen so gerieben wurden, daß die ungeradzahligen Substrate 101 von den sich in die Richtung A drehenden Reibwalzen gerieben wurden, während das Substrat horizontal in die Richtung C bewegt wurde, und daß die geradzahligen Substrate 101 von den sich in die Richtung B drehenden Reibwalzen gerieben wurden, während das Substrat in die Richtung D bewegt wurde. Daraus resultierte, daß gemäß Fig. 4 die ungeradzahligen Substrate von den Seiten J und L der Florfäden gerieben wurden, während die geradzahligen Substrate von den entgegengesetzten Seiten I und K der Florfäden gerieben wurden.

Anschließend wurden fünf Zellen (Platten) hergestellt, indem das erste und zweite Substrat, das neunte und zehnte Substrat, das 29ste und 30ste Substrat, das 59ste und 60ste Substrat bzw. das 99ste und 100ste Substrat mit einem jeweils dazwischen angeordneten Quarzkügelchen von 1,5 µm Durchmesser aufeinander­ gelegt wurden, so daß die durch das Reiben der entsprechenden Substratpaare geschaffenen, einachsigen Ausrichtungsachsen größtenteils zueinander parallel verliefen. Dann wurden die entsprechenden Zellen mit derselben Flüssigkristallmischung wie obige Muster gefüllt, um die Bistabilität der Zellen zu bewerten. Die gemessenen Schwellenwerte der fünf Zellen sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.

Tabelle 2

Wie aus dem Vergleich der Resultate der beiden Tabellen ersichtlich ist, zeigten die Zellen der Vergleichsmuster grundlegende Unterschiede zwischen den Schwellenwerten beim Übergang von Weiß → Schwarz und den Schwellenwerten beim Übergang von Schwarz → Weiß, während die Zellen der vorhergehenden Muster nahezu keine Unterschiede zwischen diesen Schwellenwerten aufwiesen.

Wie zuvor beschrieben, wird eine Menge von Substraten der Reibvorrichtung und dem Reibverfahren entsprechend durch mehrere Reibwalzen gerieben, die unterschiedliche Neigungs­ richtungen der hervorstehenden Florfäden aufweisen, so daß ferroelektrischen Flüssigkristallbauteile bereitgestellt werden können, auf die eine zufriedenstellende Ausrichtungs- Steuerkraft übertragen wird und die eine gute Bistabilitat aufweisen. Da die Rotationsrichtung der Reibwalzen nach einer vorgeschriebenen Substratanzahl, vorzugsweise nach jedem Substrat, geändert wird, wird des weiteren eine Schrägstellung der Florfäden während der Reibbearbeitung vermieden und die Reibwalzen können länger verwendet werden. Demzufolge ist es möglich, gleichartige ferroelektrische Flüssigkristallbauteile mit herausragenden Eigenschaften herzustellen.

Ein Reibvorrichtung ist mit einer geraden Anzahl, beispielsweise zwei, Reibwalzen 201 und 202 ausgestattet. Die zwei Reibwalzen 201 und 202 sind mit Reibstoffen umwickelt und jeder Stoff mit Florfäden 31 derart durchsetzt, daß die Neigungsrichtung der hervorstehenden Florfäden 31 parallel zur Rotationsrichtung und jeweils wechselseitig entgegengesetzt ist. Mehrere Substrate 101, auf die jeweils ein die Ausrichtung steuernder Film 105 aufgebracht ist, werden von den Reibwalzen 201 und 202 gerieben, während die Rotationsrichtung der Reibwalzen 201 und 202 für jedes Substrat 101 geändert wird. Demzufolge werden auf die Substrate 101 gleichmäßige Ausrichtungskräfte ohne Unregelmäßigkeiten übertragen. Gleich­ zeitig wird die Schrägstellung der Florfäden 31 während der Reibungsbearbeitung vermieden, so daß der Reibstoff länger verwendet werden kann.

Claims (4)

1. Reibvorrichtung zur Übertragung einer Ausrichtungs- Steuerkraft auf einen die Ausrichtung steuernden Film (105) eines ferroelektrischen Flüssigkristallbauteils, gekennzeichnet durch eine gerade Anzahl von mindestens zwei sich in gleicher Richtung drehenden zylinderförmigen Reibwalzen (201 und 202), wobei jede Reibwalze (201 und 202) mit einem Reibstoff umwickelt ist, in den Florfäden (31) eingesetzt sind, die vom Reibstoff parallel zur Rotationsrichtung der Reibwalzen (201 und 202) geneigt hervorstehen, und wobei die Neigungsrichtung der Florfäden (31) der Hälfte der geraden Anzahl von Reibwalzen (201 und 202) entgegengesetzt zur Neigungsrichtung der Florfäden (31) der anderen Hälfte der geraden Anzahl von Reibwalzen (201 und 202) ist.

2. Reibverfahren zur Übertragung einer Ausrichtungs-Steuerkraft auf einen auf mehreren Substraten (101) befindlichen die Ausrichtung steuernden Film (105), dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Substrate (101) nacheinander von den Reibwalzen (201 und 202) gerieben werden, während für jede vorgeschriebene Substratanzahl die Rotationsrichtung der Reibwalzen (201 und 202) geändert wird.

3. Reibverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibrichtung der Reibwalzen (201 und 202) für jedes Substrat (101) geändert wird.

4. Reibverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Substrat (101) gerieben wird, während es in die Richtung der Umfangsbewegung der sich drehenden Reibwalzen (201 und 202), die das Substrat (101) durch Reiben bearbeiten, bewegt wird.