WO2024012955A1 - Method for structuring an electrode layer of a functional element in the form of a film - Google Patents

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WO2024012955A1
WO2024012955A1 PCT/EP2023/068554 EP2023068554W WO2024012955A1 WO 2024012955 A1 WO2024012955 A1 WO 2024012955A1 EP 2023068554 W EP2023068554 W EP 2023068554W WO 2024012955 A1 WO2024012955 A1 WO 2024012955A1
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layer
electrode layer
functional layer
functional
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Li-Ya Yeh
Alexandre FESSEMAZ
Nadine HECKER
Florence JACQUES
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Saint-Gobain Glass France
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Definitions

  • the present invention lies in the technical field of electrically controllable functional elements and relates to a method for structuring an electrode layer of an electrically controllable functional element in film form, which has a functional layer based on a liquid crystal.
  • Composite panes usually consist of two individual panes, typically made of glass, which are firmly connected to one another via at least one thermoplastic intermediate layer.
  • Modern composite windows, especially windshields of motor vehicles, can have complex curvatures in the horizontal and/or vertical directions in order to meet aerodynamic requirements and design specifications of the automobile manufacturers. They increasingly also include electrically controllable functional elements that display information for the driver and/or front passenger, serve as lighting devices and/or can change the optical transparency of the window, for example in the manner of a sun visor. Electrically controllable functional elements in film form are advantageously integrated into the composite pane.
  • electro-optical functional elements in film form with a functional layer based on liquid crystal which are based on the so-called “guest-host” effect
  • electro-optical functional elements in film form with a liquid crystal-based functional layer which are based on the “guest host” effect
  • guest host films are referred to as “guest host films” for the sake of simplicity.
  • Guest-host films typically comprise a nematic liquid crystal (host) in unpolymerized form, which is provided with an additive (guest), with dichroic dye molecules, for example, which absorb light anisotropically being used as an additive.
  • the molecules of the additive have an elongated shape, their orientation can be controlled by the orientation of the molecules of the liquid crystal, ie host, which in practice is achieved by applying an electric field to the liquid crystal.
  • the optical transparency of the guest-host film can be controlled very precisely using an external electric field.
  • windshields can very advantageously be provided with an electrically switchable transparency in the manner of a sun visor.
  • Electrically controllable functional elements in film form include, in addition to the functional layer based on a liquid crystal, two electrode layers located on both sides of the functional layer, which serve as surface electrodes and can be used to electrically switch the functional layer.
  • the functional layer based on a liquid crystal is embedded in two plastic carrier films, on each of which one of the two electrode layers is deposited.
  • Such functional elements in film form form a prefabricated composite.
  • a surface electrode For more complex switching functions, in particular for switching individual areas of the electrically controllable functional element in film form, it is desirable for a surface electrode to be divided into several sections that can be controlled in a targeted manner. This represents a particular challenge with guest-host films, since such functional layers, due to their physical properties of being similar to a liquid, react very sensitively to locally different mechanical loads and heating. Basically, when structuring or electrically subdividing a surface electrode, there is a risk that undesirable local optical defects (e.g. cloudiness) will be generated in the functional layer.
  • undesirable local optical defects e.g. cloudiness
  • US2021/0141259 A1 shows a method in which surface electrodes of a functional layer based on a polymer network of liquid crystals are structured by a laser beam.
  • the object of the present invention is to provide an improved method for structuring a surface electrode of an electrically controllable functional element with a functional layer based on a liquid crystal in film form.
  • the functional element comprises a functional layer based on a liquid crystal.
  • the term “structuring” means the electrical division of the electrode layer into sections that are electrically insulated from one another and can be electrically applied separately.
  • the electrically controllable functional element in film form is used in or on a flat body, in particular a glass flat body.
  • the functional element in film form is preferably used for integration into a particularly glass composite pane.
  • the method according to the invention comprises the following steps, which are carried out in the order given according to the alphabetical name:
  • an electrically controllable functional element in film form which has a functional layer based on a liquid crystal, the functional layer being embedded between two transparent electrode layers, and a transparent plastic carrier film being arranged on each electrode layer on the side facing away from the functional layer.
  • the at least one electrically insulating dividing line in at least one electrode layer with a laser beam the laser beam being directed onto an outside of the plastic carrier film located on the same side of the functional layer as the electrode layer, facing away from the functional layer, the at least one electrically insulating dividing line having a predefinable (certain) path energy of the laser beam is generated in such a way that less than 20%, in particular less than 10%, of the path energy of the laser beam is absorbed by the plastic carrier film, and more than 40% of the path energy of the laser beam is absorbed by the electrode layer, and less than 20% of the laser beam energy is absorbed by the functional layer.
  • an electrically controllable functional element in film form, which has a functional layer based on a liquid crystal, the functional layer being embedded between two plastic films, and a transparent electrode layer being located between a respective plastic carrier film and the functional layer.
  • the transparent electrode layers serve as surface electrodes for electrically switching the functional layer.
  • At least one, in particular exactly one, electrode layer is structured, i.e. electrically divided into two or more sections, the sections each being separately subjected to an electrical voltage and serving as surface electrodes.
  • the sections are electrically isolated from each other.
  • at least one electrically insulating dividing line (isolation line) is introduced into the electrode layer to be structured using a laser beam.
  • the laser beam is directed from the external environment onto the functional element in film form and in particular onto the plastic carrier film which is located on the same side of the functional layer as the electrode layer that is to be structured. The laser beam therefore hits the outer surface of the plastic carrier film that faces the external environment (away from the functional layer).
  • the laser beam emerges from a terminal jet nozzle of a jet head.
  • the laser beam is designed in the form of a focused, rotationally symmetrical beam cone with a central beam axis.
  • the beam head serves to guide the laser beam so that it can be moved relative to the functional element in a typically horizontal plane parallel to the functional element, as well as in a perpendicular, typically vertical direction. From a local perspective, however, it is irrelevant whether the jet head or the functional element or both are moved. In this respect, it would be equally possible for the functional element to also be moved as an alternative to the moving jet head, or for both the jet head and the functional element to be moved.
  • the energy of the laser beam depends on the specific design of a laser source generating the laser beam and is typically specified in joules (J).
  • the power of the laser beam i.e. energy per time
  • J/s joules per second
  • W watts
  • Pulsed lasers are also characterized by their pulse energy, which is directly proportional to the average power and inversely proportional to the repetition rate of the laser.
  • the energy of the laser beam related to the irradiated area is referred to as “energy density”.
  • the energy density is measured, for example, in J/mm 2 .
  • the power of the laser beam related to the irradiated area is referred to as “power density”.
  • the power density is measured, for example, in W/mm 2 .
  • the travel speed of the beam head or laser beam i.e. the time period for how long a specific area of the electrode layer is irradiated by the laser beam. It is common to use the term “distribution energy” for this. This is the power of the laser beam absorbed by the electrode layer per speed of the beam head or laser beam, e.g. measured in watts/(mm/s). The speed of the beam head or laser beam is measured, for example, in “mm/s” (millimeters/second). If the power of the laser beam in watts (W) is given as joules per second (J/s), the distance energy is therefore measured in J/mm.
  • W watts
  • J/s joules per second
  • the path energy therefore depends on the speed of the laser beam, i.e. the travel speed of the beam head or cutting nozzle, also referred to as the “feed speed”.
  • the higher the feed speed the shorter a certain area of the functional element is irradiated, and vice versa.
  • the path energy of the laser beam is reduced, and vice versa. It is understood that the energy density and thus also the path energy can be changed by changing the power of the laser beam itself.
  • the distance energy of the laser beam is important, with the energy absorbed by the layer depending on the energy density.
  • the energy absorbed by the layer depends, for a certain power of the laser beam, on the size of the beam spot on the layer, corresponding to the beam diameter at the point where the laser beam hits the surface of the layer.
  • the beam diameter of the laser beam on the surface of the layer results from the focus position, ie the position of the focus of the laser beam relative to the layer (vertical shortest distance), in particular relative to the surface of the layer to which the laser beam is directed.
  • the layer is in the divergent region of the beam cone (focus above the surface of the layer on which the laser beam hits), increasing the distance between the focus and the layer can increase the beam diameter on the layer, and vice versa.
  • the steel intensity outside the focus is not constant relative to the cross section.
  • the power intensity is a Gaussian profile. In any case, the energy density towards the edge is relatively low, especially outside of focus.
  • the travel speed of the laser beam when structuring the electrode layer is constant, so that only the energy density of the laser beam is important when structuring the electrode layer.
  • the irradiated area of the functional element or the plastic carrier film is constant when structuring the electrode layer, so that only the energy of the laser beam is important when structuring the electrode layer.
  • the laser beam used to structure the electrode layer has such a distance energy that the least possible thermal damage to the functional layer occurs.
  • the insulation line is created, in a vertical view through the functional element, if the functional layer is heated excessively, increased bubble formation occurs in the functional layer. This bubble formation significantly impairs the optical quality of the functional layer, as it creates optical errors (e.g. local clouding).
  • the at least one electrically insulating dividing line of the electrode layer to be structured is generated with a specific, but predeterminable, path energy of the laser beam in such a way that less than 20% of the path energy of the laser beam is absorbed by the functional layer.
  • the at least one electrically insulating dividing line of the electrode layer to be structured is generated with a specific but predeterminable energy (i.e. energy density) of the laser beam related to the irradiated surface in such a way that less than 20% of the energy density of the laser beam comes from the functional layer is absorbed.
  • the at least one electrically insulating dividing line of the electrode layer to be structured is generated with a specific, but predeterminable, energy of the laser beam in such a way that less than 20% of the energy of the laser beam is absorbed by the functional layer.
  • the distance energy (or energy density or energy) of the laser beam is selected so that the following additional conditions for the plastic carrier film and the electrode layer are also met.
  • the laser beam used to structure the electrode layer hits the functional element, ie it hits the plastic carrier film arranged adjacent to the electrode layer and passes through it. It is therefore necessary that the plastic carrier film is damaged as little as possible.
  • the at least one electrically insulating dividing line of the electrode layer to be structured is generated with the specific (predeterminable) path energy of the laser beam in such a way that less than 20%, in particular less than 10%, of the path energy of the laser beam is absorbed by the plastic carrier film .
  • the at least one electrically insulating dividing line of the electrode layer to be structured is generated with the specific (predeterminable) energy density of the laser beam in such a way that less than 20%, in particular less than 10%, of the energy density of the laser beam is absorbed by the plastic carrier film becomes.
  • the at least one electrically insulating dividing line of the electrode layer to be structured is generated with the specific (predeterminable) energy of the laser beam in such a way that less than 20%, in particular less than 10%, of the energy density of the laser beam is absorbed by the plastic carrier film.
  • the electrode layer must be structured as effectively as possible by the laser beam. This is achieved by generating the at least one electrically insulating dividing line of the electrode layer to be structured with the specific (predeterminable) path energy of the laser beam in such a way that more than 40% of the path energy of the laser beam is absorbed by the electrode layer. With a constant travel speed of the laser beam, the at least one electrically insulating dividing line of the electrode layer to be structured is generated with the specific (predeterminable) energy density of the laser beam in such a way that more than 40% of the path energy of the laser beam is absorbed by the electrode layer.
  • the at least one electrically insulating dividing line of the electrode layer to be structured is generated with the specific (predeterminable) energy of the laser beam in such a way that more than 40% of the path energy of the laser beam is absorbed by the electrode layer.
  • the conflict of objectives is resolved by choosing the path energy or energy density or energy of the laser radiation so that, on the one hand, the functional layer based on a liquid crystal and the plastic carrier film are damaged as little as possible and, on the other hand, the electrode layer is structured efficiently and reliably.
  • the present invention therefore advantageously shows a way in which this conflict of objectives can be resolved in a satisfactory manner.
  • the width of the at least one dividing line with which the electrode layer is electrically divided is from 30 ⁇ m to 200 gm.
  • Such thin dividing lines allow safe and sufficiently high electrical insulation and at the same time do not or only slightly disturb the view through the electrode layer.
  • the laser beam used to structure the electrode layer has a wavelength whose transmission through the plastic carrier film is more than 80%, in particular more than 90%, and through the electrode layer is less than 60%, and through the functional layer more than 80%.
  • the laser beam preferably has a wavelength in the infrared wavelength range.
  • the laser beam particularly preferably has a wavelength of more than 800 nm, in particular more than 1000 nm.
  • the energy of the laser beam is absorbed relatively little by the functional layer based on a liquid crystal and the plastic carrier film (in particular made of polyethylene terephthalate), but relatively strongly by the electrode layer (in particular made of indium tin oxide), so that the The above-mentioned conflict of objectives can be resolved particularly well.
  • a continuous wave laser beam can be used.
  • a pulsed laser beam or pulse laser is preferably used, the pulse duration of a laser pulse advantageously being more than 200 femtoseconds (fs) and in particular less than 10 picoseconds (ps), in order to ensure, on the one hand, a sufficiently high energy absorption by the electrode layer and, on the other hand, to avoid disadvantageous damage the Avoid functional layer.
  • the travel speed of the laser beam and the irradiated surface of the functional element can be constant.
  • a power density of the laser beam is less than 1 kW/m 2 and is in particular in the range from 700 W/m 2 to less than 1 kW/m 2 . This measure allows the effects according to the invention to be achieved particularly well.
  • the functional layer based on a liquid crystal can in principle be of any design.
  • the method according to the invention can be used particularly advantageously for guest-host films with a functional layer made of a liquid-crystalline material with an embedded additive.
  • guest-host films are well known to those skilled in the art, so there is no need to go into them in more detail here.
  • Guest-host films are commercially available, for example under the term “Light Control Film”, for example from Dai Nippon Printing Co., Ltd., Japan, under the product name LCF005(EU).
  • the functional layer is preferably formed on the basis of a non-polymerized liquid-crystalline material, i.e. the functional layer is liquid or flowable, which is typically the case with guest-host films.
  • the method according to the invention can be used particularly advantageously for guest-host films with a functional layer made of a non-polymerized, liquid-crystalline material with an embedded additive.
  • the optically transparent electrode layers can in principle be of any design, as long as they can be electrically contacted in order to electrically control the functional layer.
  • Suitable electrode materials are, for example, indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (SnO2:F) or aluminum-doped zinc oxide (ZnO:Al), with indium tin oxide (ITO) being preferred.
  • the electrode layers are preferably deposited onto a carrier material, preferably onto one of the two plastic films, by one or more deposition processes.
  • the plastic films can in principle consist of any plastic, for example polyimide (PI) or polyethylene terephthalate (PET), with plastic films made of polyethylene terephthalate (PET) being preferred.
  • PI polyimide
  • PET polyethylene terephthalate
  • “transparent” means a transmission in the visible spectral range (light) of more than 70% and in particular more than 75%. Accordingly, “opaque” means a transmission in the visible spectral range (light) of less than 15%, preferably less than 5%, in particular 0%.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of an exemplary electrically controllable functional element
  • Fig. 2 is a diagram to illustrate the transmission (%) of a guest-host film as a function of the wavelength (nm);
  • FIG 3 is a diagram to illustrate the transmission (%) of an ITO electrode layer as a function of the wavelength (nm);
  • Fig. 4 is a diagram to illustrate the transmission (%) of a PET plastic film as a function of the wavelength (nm);
  • Fig. 5 is a flow chart of the method according to the invention.
  • the Functional element comprises a functional layer 2 based on a typically non-polymerized liquid crystal with embedded additive (guest host effect).
  • the functional layer 2 is embedded between an optically transparent first electrode layer 3 and an optically transparent second electrode layer 4.
  • the functional layer 3 and the two electrode layers 3, 4 are embedded between an optically transparent first plastic carrier film 5 and an optically transparent second plastic carrier film 6.
  • the first plastic carrier film 5 is arranged on the side of the first electrode layer 3 facing away from the functional layer 2.
  • the second plastic carrier film 6 is arranged on the side of the second electrode layer 4 facing away from the functional layer 2.
  • the first electrode layer 3 is located on the (inner) surface of the first plastic carrier film 5 facing the functional layer 2 and is deposited on this surface by a PVD process, in particular sputtering.
  • the second electrode layer 4 is located on the (inner) surface of the second plastic carrier film 6 facing the functional layer 2 and is deposited on this surface by a PVD process, in particular sputtering. It is also possible for the two electrode layers 3, 4 to be applied to the respective plastic carrier film 5, 6 using a roll-to-roll process.
  • the functional layer 2 is applied to a carrier film, which is not shown in more detail in Figure 1.
  • a size (height) of the functional layer 2, which is measured perpendicular to the extent of the functional layer 2, can be precisely adjusted.
  • the optical properties of the functional layer 2 depend heavily on a uniform (constant) height of the functional layer 2.
  • the two electrode layers 3, 4 can be used to switch optical properties of the functional layer 2, in particular its transparency.
  • the functional layer 2 is based on a liquid crystal and has an additive for the guest-host effect.
  • the two electrode layers 3, 4 are indium tin oxide (ITO) layers.
  • the two plastic carrier films 5, 6 are polyethylene terephthalate (PET) films.
  • At least one electrically insulating dividing line 8 (insulation line) is introduced into the first electrode layer 3.
  • the dividing line 8 divides the first electrode layer 3 into two electrically insulated sections 9, 9 ', each of which can be separately supplied with an electrical voltage and serve as surface electrodes for controlling the functional layer 2.
  • the dividing line 8, for example, has a closed, in particular circular, course. However, it is also conceivable, for example, that the dividing line 8 has a straight or curved course and completely divides the first electrode layer 3.
  • the course of the dividing line 8 is basically arbitrary as long as it is ensured that the first electrode layer 3 is divided into at least two electrically separated sections.
  • the at least one dividing line 8 enables selective switching in different designs.
  • the arrangement of the at least one dividing line 8 depends on the design selected, although in principle many different designs can be realized.
  • the at least one dividing line 8 is generated by a laser beam 10, as illustrated schematically in FIG.
  • the laser beam 10 is directed onto the surface of the first plastic carrier film 5 facing away from the functional layer 2.
  • the laser beam 10 penetrates the first plastic carrier film 5 and serves to structure the first electrode layer 3.
  • FIG. 2 shows a diagram in which the transmission (%) of an exemplary guest-host film is plotted against the wavelength (nm).
  • the percentage of the transmitted radiation e.g. light intensity
  • the transmission of the guest-host film is shown when switched off (OFF), ie without applied voltage, and when switched on (ON), ie with applied voltage.
  • the abscissa shows the wavelength in nanometers (nm) and the ordinate shows the corresponding transmission value in % (percent).
  • applying a voltage significantly increases the transmission of the guest-host film in the visible spectral range (approx. 400 nm to approx. 800 nm).
  • the visible spectral range at least no significant difference between applied and non-applied voltage can be seen.
  • the transmission values increase from less than a few percent to values of over 30%. In this way, a viewer can easily switch between an opaque and a transparent operating state of the guest-host film.
  • a particularly high transmission occurs at wavelengths in the infrared wavelength range.
  • a local maximum of transmission in the infrared range can be seen at around 1030 nm and is marked by the vertical line in the diagram. The transmission there is around 85%, with the transmission in the infrared being significantly more than 80%. This means that infrared radiation can pass through the guest-host film very easily without there being a high absorption of the radiation energy.
  • FIG. 3 shows a diagram in which the transmission (%) of a glass pane coated with an indium-tin oxide layer is plotted against the wavelength (nm).
  • the transmission of an uncoated glass pane is also shown as a reference.
  • the wavelength in nanometers (nm) is given on the abscissa and the corresponding transmission in % (percent) is given on the ordinate.
  • applying an ITO layer changes the transmission depending on the wavelength. Starting with the infrared wavelength range, the transmission drops significantly, i.e. the absorption increases accordingly. From a wavelength of around 1000 nm, the transmission is a maximum of around 70% and decreases continuously. This means that radiation with a wavelength in the infrared can only pass through the ITO layer with difficulty, i.e. there is high absorption. This applies, for example, to wavelengths of approximately 1000 nm, 9.6 pm or 10.6 pm.
  • FIG. 4 A diagram is shown in Figure 4, in which different transmission spectra are shown.
  • the wavelength in nanometers (nm) is given on the abscissa and the corresponding transmission in % (percent) is given on the ordinate.
  • the transmission spectrum of a PET layer is shown in particular. From a wavelength of around 300 nm, the transmission is constantly high and amounts to more than 80%. This means that radiation with a wavelength in the visible spectral range and in the infrared can easily pass through the PET layer without high absorption.
  • the first electrode layer 3 of the functional element 1 of Figure 1 was structured with a pulsed laser beam with a wavelength of 1030 nm. This made it possible, on the one hand, to achieve good absorption in the ITO electrode layer 3 (transmission approx. 40%), and on the other hand, good transmission in the functional layer 2 (>80%) and in the first PET plastic carrier film 5 (>80%) , so that the ITO electrode layer 3 could be structured well without damaging the functional layer 2 and the first PET plastic carrier film 5.
  • the focus diameter was 58 pm and the repetition rate (pulse frequency) was 100 kHz.
  • the overlap of the laser pulses was 50%.
  • the travel speed was 2.9 m/s.
  • the Laser power was 1 -2 W.
  • the inventors were able to show that only slight bubble formation occurred in the functional layer 2, but the bubbles disappeared again after some time and the functional layer 2 showed no optical damage.
  • the travel speed of the laser beam 10 was constant.
  • the irradiated area of the functional element 1 was constant. The parameters mentioned are only to be understood as examples.
  • Figure 5 the method according to the invention is illustrated again using a flow chart. It includes the following steps in this order: a) providing an electrically controllable functional element 1 in film form, which has a functional layer 2 based on a non-polymerized liquid crystal, the functional layer being embedded between two transparent electrode layers 3, 4, and on each Electrode layer 3, 4, a transparent plastic carrier film 5, 6 is arranged on the side facing away from the functional layer.
  • the at least one electrically insulating dividing line 8 is generated with a predeterminable (determined) path energy of the laser beam 10 in such a way that less than 20%, in particular less than 10%, of the path energy of the laser beam 10 is absorbed by the plastic carrier film 5, and more than 40% of the path energy of the laser beam 10 is absorbed by the electrode layer 3, and less than 20% of the path energy of the laser beam 10 is absorbed by the functional layer 2.
  • the laser beam 10 advantageously has a wavelength of more than 800 nm, with a pulsed laser beam 10 being advantageously used, in which a pulse duration of a laser pulse is more than 200 femtoseconds and less than 10 picoseconds.
  • the travel speed and the irradiated surface of the functional element 1 are advantageously constant.
  • the invention provides an improved method for structuring an electrically controllable functional element in film form, in which the laser beam used to structure the electrode layer has such a distance energy has that an electrode layer can be structured reliably, with no or at most tolerable, very little damage to the functional layer occurring.

Abstract

The invention relates to a method for structuring an electrode layer (3) of an electrically controllable functional element (1) in the form of a film, comprising the following steps: a) providing an electrically controllable functional element (1) in the form of a film, which has a liquid crystal-based functional layer (2), wherein the functional layer (2) is embedded between two transparent electrode layers (3, 4) and wherein a transparent plastics carrier film (5, 6) is arranged on the side of each electrode layer (3, 4) facing away from the functional layer (2), b) creating at least one electrically insulating separation line (8) in at least one electrode layer (3) using a laser beam (10), wherein the laser beam (10) is directed at an outer side, which faces away from the functional layer (2), of the plastics carrier film (5) situated on the same side of the functional layer (2) as the electrode layer (3) and wherein the at least one electrically insulating separation line (10) is created with a specifiable energy per unit length of the laser beam such that – less than 20%, more particularly less than 10%, of the energy per unit length of the laser beam (10) is absorbed by the plastics carrier film (5), and – more than 40% of the energy per unit length of the laser beam (10) is absorbed by the electrode layer (3), and – less than 20% of the energy per unit length of the laser beam (10) is absorbed by the functional layer (2).

Description

Verfahren zum Strukturieren einer Elektrodenschicht eines Funktionselements in Folienform Method for structuring an electrode layer of a functional element in film form
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der elektrisch steuerbaren Funktionselemente und betrifft ein Verfahren zum Strukturieren einer Elektrodenschicht eines elektrisch steuerbaren Funktionselements in Folienform, welches eine Funktionsschicht auf Basis eines Flüssigkristalls aufweist. The present invention lies in the technical field of electrically controllable functional elements and relates to a method for structuring an electrode layer of an electrically controllable functional element in film form, which has a functional layer based on a liquid crystal.
Verbundscheiben bestehen in aller Regel aus zwei Einzelscheiben, typischer Weise aus Glas, die über mindestens eine thermoplastische Zwischenschicht fest miteinander verbunden sind. Moderne Verbundscheiben, insbesondere Windschutzscheiben von Kraftfahrzeugen, können in horizontaler und/oder vertikaler Richtung komplexe Krümmungen aufweisen, um aerodynamische Anforderungen und Designvorgaben der Automobilhersteller zu erfüllen. Sie umfassen zunehmend auch elektrisch steuerbare Funktionselemente, die Informationen für den Fahrer und/oder Beifahrer anzeigen, als Leuchtmittel dienen und/oder die optische Transparenz der Scheibe beispielsweise in Art einer Sonnenblende ändern können. Vorteilhaft werden elektrisch steuerbare Funktionselemente in Folienform in die Verbundscheibe integriert. So stellen insbesondere elektro-optische Funktionselemente in Folienform mit einer Funktionsschicht auf Flüssigkristallbasis, welche auf dem so genannten “Guest-Host“-Effekt basieren, eine interessante Möglichkeit dar, um eine elektro-optische Schaltfunktion in einer Verbundscheibe in einfacher Weise platzsparend, kostengünstig und zuverlässig in der Anwendung zu realisieren. Hier und im Weiteren werden elektro-optische Funktionselemente in Folienform mit einer Funktionsschicht auf Flüssigkristallbasis, welche auf dem “Guest-Host“-Effekt basieren, der Einfachheit halber als "Guest-Host-Folien" bezeichnet. Composite panes usually consist of two individual panes, typically made of glass, which are firmly connected to one another via at least one thermoplastic intermediate layer. Modern composite windows, especially windshields of motor vehicles, can have complex curvatures in the horizontal and/or vertical directions in order to meet aerodynamic requirements and design specifications of the automobile manufacturers. They increasingly also include electrically controllable functional elements that display information for the driver and/or front passenger, serve as lighting devices and/or can change the optical transparency of the window, for example in the manner of a sun visor. Electrically controllable functional elements in film form are advantageously integrated into the composite pane. In particular, electro-optical functional elements in film form with a functional layer based on liquid crystal, which are based on the so-called “guest-host” effect, represent an interesting possibility to implement an electro-optical switching function in a composite pane in a simple, space-saving, cost-effective and to be implemented reliably in the application. Here and below, electro-optical functional elements in film form with a liquid crystal-based functional layer, which are based on the “guest host” effect, are referred to as “guest host films” for the sake of simplicity.
Guest-Host-Folien umfassen typischer Weise einen nematischen Flüssigkristall (Host) in nichtpolymerisierter Form, der mit einem Additiv (Guest) versehen ist, wobei als Additiv beispielsweise dichroitische Farbstoff-Moleküle eingesetzt werden, welche Licht anisotrop absorbieren. Da die Moleküle des Additivs eine längliche Form haben, kann deren Orientierung durch die Orientierung der Moleküle des Flüssigkristalls, d.h. Host, kontrolliert werden, was in der Praxis durch Anlegen eines elektrischen Felds an den Flüssigkristall erreicht wird. Auf diese Weise kann beispielsweise die optische Transparenz der Guest-Host-Folie durch ein externes elektrisches Feld sehr genau gesteuert werden. Beispielsweise können Windschutzscheiben hierdurch sehr vorteilhaft mit einer elektrisch schaltbaren Transparenz in der Art einer Sonnenblende versehen werden. Elektrisch steuerbare Funktionselemente in Folienform umfassen neben der Funktionsschicht auf Basis eines Flüssigkristalls zwei beidseits der Funktionsschicht befindliche Elektrodenschichten, die als Flächenelektroden dienen und zum elektrischen Schalten der Funktionsschicht eingesetzt werden können. Typischerweise ist die Funktionsschicht auf Basis eines Flüssigkristalls in zwei Kunststoff-Trägerfolien eingebettet, auf denen jeweils eine der beiden Elektrodenschichten abgeschieden ist. Derartige Funktionselemente in Folienform bilden einen vorkonfektionierten Verbund. Guest-host films typically comprise a nematic liquid crystal (host) in unpolymerized form, which is provided with an additive (guest), with dichroic dye molecules, for example, which absorb light anisotropically being used as an additive. Since the molecules of the additive have an elongated shape, their orientation can be controlled by the orientation of the molecules of the liquid crystal, ie host, which in practice is achieved by applying an electric field to the liquid crystal. In this way, for example, the optical transparency of the guest-host film can be controlled very precisely using an external electric field. For example, windshields can very advantageously be provided with an electrically switchable transparency in the manner of a sun visor. Electrically controllable functional elements in film form include, in addition to the functional layer based on a liquid crystal, two electrode layers located on both sides of the functional layer, which serve as surface electrodes and can be used to electrically switch the functional layer. Typically, the functional layer based on a liquid crystal is embedded in two plastic carrier films, on each of which one of the two electrode layers is deposited. Such functional elements in film form form a prefabricated composite.
Für komplexere Schaltfunktionen, insbesondere zum Schalten einzelner Bereiche des elektrisch steuerbaren Funktionselements in Folienform ist es wünschenswert, dass eine Flächenelektrode in mehrere Abschnitte unterteilt wird, die gezielt ansteuerbar sind. Dies stellt bei Guest-Host- Folien eine besondere Herausforderung dar, da derartige Funktionsschichten, aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaft einer Flüssigkeit zu gleichen, sehr empfindlich auf lokal unterschiedliche mechanische Belastungen und Erwärmung reagieren. Grundsätzlich besteht bei der Strukturierung bzw. elektrischen Unterteilung einer Flächenelektrode die Gefahr, dass unerwünschte lokale optische Defekte (z.B. Trübungen) in der Funktionsschicht erzeugt werden. For more complex switching functions, in particular for switching individual areas of the electrically controllable functional element in film form, it is desirable for a surface electrode to be divided into several sections that can be controlled in a targeted manner. This represents a particular challenge with guest-host films, since such functional layers, due to their physical properties of being similar to a liquid, react very sensitively to locally different mechanical loads and heating. Basically, when structuring or electrically subdividing a surface electrode, there is a risk that undesirable local optical defects (e.g. cloudiness) will be generated in the functional layer.
Das Strukturieren von Elektrodenschichten mittels Laserschreiben ("Laser Scribing"), wobei Gräben erzeugt werden, ist dem Fachmann wohlbekannt und beispielsweise in WO 2011/101427 beschrieben. Gewöhnliches Laserschreiben eignet sich allerdings nicht zum Strukturieren von Elektrodenschichten von Funktionsschichten auf Basis von Flüssigkristallen. Structuring electrode layers using laser writing, whereby trenches are created, is well known to those skilled in the art and is described, for example, in WO 2011/101427. However, ordinary laser writing is not suitable for structuring electrode layers of functional layers based on liquid crystals.
US2021/0141259 A1 zeigt ein Verfahren, bei dem Flächenelektroden einer Funktionsschicht auf Basis eines polymeren Netzwerks von Flüssigkristallen durch einen Laserstrahl strukturiert werden. US2021/0141259 A1 shows a method in which surface electrodes of a functional layer based on a polymer network of liquid crystals are structured by a laser beam.
Bislang ist im Stand der Technik allerdings kein Verfahren zum Strukturieren von Flächenelektroden von elektrisch schaltbaren Funktionselementen in Folienform bekannt, durch das die Strukturierung von Flächenelektroden von Funktionsschichten auf Basis eines Flüssigkristalls, insbesondere Guest-Host-Folien, in brauchbarer optischer Güte möglich ist. To date, however, there is no known method in the prior art for structuring surface electrodes of electrically switchable functional elements in film form, through which the structuring of surface electrodes of functional layers based on a liquid crystal, in particular guest-host films, with usable optical quality is possible.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren zum Strukturieren einer Flächenelektrode eines elektrisch steuerbaren Funktionselements mit einer Funktionsschicht auf Basis eines Flüssigkristalls in Folienform zur Verfügung stellen. Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch ein Verfahren zum Strukturieren einer Elektrodenschicht eines elektrisch steuerbaren Funktionselements in Folienform gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. In contrast, the object of the present invention is to provide an improved method for structuring a surface electrode of an electrically controllable functional element with a functional layer based on a liquid crystal in film form. These and other tasks are solved according to the proposal of the invention by a method for structuring an electrode layer of an electrically controllable functional element in film form according to the independent patent claim. Advantageous embodiments of the invention result from the subclaims.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Strukturieren einer Elektrodenschicht eines elektrisch steuerbaren Funktionselements in Folienform gezeigt. Das Funktionselement umfasst eine Funktionsschicht auf Basis eines Flüssigkristalls. Unter dem Begriff "Strukturieren" ist im Sinne der Erfindung das elektrische Unterteilen der Elektrodenschicht in voneinander elektrisch isolierte Abschnitte zu verstehen, die separat elektrisch beaufschlagt werden können. Das elektrisch steuerbare Funktionselement in Folienform dient zur Verwendung in oder an einem Flächenkörper, insbesondere einem gläsernen Flächenkörper. Vorzugsweise dient das Funktionselement in Folienform zur Integration in eine insbesondere gläserne Verbundscheibe. According to the invention, a method for structuring an electrode layer of an electrically controllable functional element in film form is shown. The functional element comprises a functional layer based on a liquid crystal. For the purposes of the invention, the term “structuring” means the electrical division of the electrode layer into sections that are electrically insulated from one another and can be electrically applied separately. The electrically controllable functional element in film form is used in or on a flat body, in particular a glass flat body. The functional element in film form is preferably used for integration into a particularly glass composite pane.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte, welche in der angegebenen Reihenfolge gemäß alphabetischer Bezeichnung durchgeführt werden: The method according to the invention comprises the following steps, which are carried out in the order given according to the alphabetical name:
Schritt a) Step a)
Bereitstellen eines elektrisch steuerbaren Funktionselements in Folienform, welches eine Funktionsschicht auf Basis eines Flüssigkristalls aufweist, wobei die Funktionsschicht zwischen zwei transparente Elektrodenschichten eingebettet ist, und wobei auf jeder Elektrodenschicht auf der von der Funktionsschicht abgewandten Seite eine transparente Kunststoff-Trägerfolie angeordnet ist. Providing an electrically controllable functional element in film form, which has a functional layer based on a liquid crystal, the functional layer being embedded between two transparent electrode layers, and a transparent plastic carrier film being arranged on each electrode layer on the side facing away from the functional layer.
Schritt b) step b)
Erzeugen mindestens einer elektrisch isolierenden Trennlinie in mindestens einer Elektrodenschicht mit einem Laserstrahl, wobei der Laserstrahl auf eine von der Funktionsschicht abgewandte Außenseite der auf derselben Seite der Funktionsschicht wie die Elektrodenschicht befindlichen Kunststoff-Trägerfolie gerichtet wird, wobei die mindestens eine elektrisch isolierende Trennlinie mit einer vorgebbaren (bestimmten) Streckenenergie des Laserstrahls so erzeugt wird, dass weniger als 20%, insbesondere weniger als 10%, der Streckenenergie des Laserstrahls von der Kunststoff-Trägerfolie absorbiert wird, und mehr als 40% der Streckenenergie des Laserstrahls von der Elektrodenschicht absorbiert wird, und weniger als 20% der Streckenenergie des Laserstrahls von der Funktionsschicht absorbiert wird. Generating at least one electrically insulating dividing line in at least one electrode layer with a laser beam, the laser beam being directed onto an outside of the plastic carrier film located on the same side of the functional layer as the electrode layer, facing away from the functional layer, the at least one electrically insulating dividing line having a predefinable (certain) path energy of the laser beam is generated in such a way that less than 20%, in particular less than 10%, of the path energy of the laser beam is absorbed by the plastic carrier film, and more than 40% of the path energy of the laser beam is absorbed by the electrode layer, and less than 20% of the laser beam energy is absorbed by the functional layer.
Demnach wird im erfindungsgemäßen Verfahren ein elektrisch steuerbares Funktionselement in Folienform bereitgestellt, welches eine Funktionsschicht auf Basis eines Flüssigkristalls aufweist, wobei die Funktionsschicht zwischen zwei Kunststoff-Folien eingebettet ist, und wobei sich zwischen einer jeweiligen Kunststoff-Trägerfolie und der Funktionsschicht eine transparente Elektrodenschicht befindet. Die transparenten Elektrodenschichten dienen als Flächenelektroden zum elektrischen Schalten der Funktionsschicht. Accordingly, in the method according to the invention, an electrically controllable functional element is provided in film form, which has a functional layer based on a liquid crystal, the functional layer being embedded between two plastic films, and a transparent electrode layer being located between a respective plastic carrier film and the functional layer. The transparent electrode layers serve as surface electrodes for electrically switching the functional layer.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird mindestens eine, insbesondere genau eine, Elektrodenschicht strukturiert, d.h. in zwei oder mehrere Abschnitte elektrisch unterteilt, wobei die Abschnitte jeweils separat mit einer elektrischen Spannung beaufschlagbar sind und als Flächenelektroden dienen. Die Abschnitte sind elektrisch voneinander isoliert. Zu diesem Zweck wird durch einen Laserstrahl mindestens eine elektrisch isolierende Trennlinie (Isolationslinie) in die zu strukturierende Elektrodenschicht eingebracht. Der Laserstrahl wird von der äußeren Umgebung her auf das Funktionselement in Folienform und insbesondere auf jene Kunststoff-Trägerfolie gerichtet, die sich auf derselben Seite der Funktionsschicht befindet wie die Elektrodenschicht, die zu strukturieren ist. Mithin trifft der Laserstrahl auf die der äußeren Umgebung zugewandte (von der Funktionsschicht abgewandte) Außenfläche der Kunststoff-Trägerfolie. By means of the method according to the invention, at least one, in particular exactly one, electrode layer is structured, i.e. electrically divided into two or more sections, the sections each being separately subjected to an electrical voltage and serving as surface electrodes. The sections are electrically isolated from each other. For this purpose, at least one electrically insulating dividing line (isolation line) is introduced into the electrode layer to be structured using a laser beam. The laser beam is directed from the external environment onto the functional element in film form and in particular onto the plastic carrier film which is located on the same side of the functional layer as the electrode layer that is to be structured. The laser beam therefore hits the outer surface of the plastic carrier film that faces the external environment (away from the functional layer).
Der Laserstrahl tritt an einer endständigen Strahldüse eines Strahlkopfes aus. Der Laserstrahl ist wie üblich in Form eines fokussierten, rotationssymmetrischen Strahlkegels mit einer zentrischen Strahlachse ausgebildet. Der Strahlkopf dient zur Führung des Laserstrahls, sodass dieser relativ zum Funktionselement in einer typischerweise horizontalen Ebene parallel zum Funktionselement, sowie in einer hierzu senkrechten, typischerweise vertikalen Richtung bewegt werden kann. Lokal betrachtet ist es jedoch unerheblich, ob der Strahlkopf oder das Funktionselement oder beide bewegt werden. Insofern wäre es gleichermaßen möglich, dass alternativ zum bewegten Strahlkopf auch das Funktionselement bewegt wird oder sowohl der Strahlkopf als auch das Funktionselement bewegt werden. The laser beam emerges from a terminal jet nozzle of a jet head. As usual, the laser beam is designed in the form of a focused, rotationally symmetrical beam cone with a central beam axis. The beam head serves to guide the laser beam so that it can be moved relative to the functional element in a typically horizontal plane parallel to the functional element, as well as in a perpendicular, typically vertical direction. From a local perspective, however, it is irrelevant whether the jet head or the functional element or both are moved. In this respect, it would be equally possible for the functional element to also be moved as an alternative to the moving jet head, or for both the jet head and the functional element to be moved.
Die Energie des Laserstrahls hängt von der konkreten Auslegung einer den Laserstrahl erzeugenden Laserquelle ab und wird typischerweise in Joule (J) angegeben. Die Leistung des Laserstrahls (d.h. Energie pro Zeit), typischerweise in Joule pro Sekunde (J/s) bzw. in Watt (W) gemessen, beschreibt die optische Ausgangsleistung eines Dauerstrichlasers (CW) bzw. die mittlere Leistung eines gepulsten Lasers bzw. Pulslasers. Pulslaser werden auch über ihre Pulsenergie charakterisiert, die direkt proportional zur mittleren Leistung und umgekehrt proportional zur Wiederholungsrate des Lasers ist. Als "Energiedichte" wird die auf die bestrahlte Fläche bezogene Energie des Laserstrahls bezeichnet. Die Energiedichte bemisst sich beispielsweise in J/mm2. Als "Leistungsdichte" wird die auf die bestrahlte Fläche bezogene Leistung des Laserstrahls bezeichnet. Die Leistungsdichte bemisst sich beispielsweise in W/mm2. The energy of the laser beam depends on the specific design of a laser source generating the laser beam and is typically specified in joules (J). The power of the laser beam (i.e. energy per time), typically measured in joules per second (J/s) or in watts (W), describes the optical output power of a continuous wave (CW) laser or the average power of a pulsed laser or pulsed laser. Pulsed lasers are also characterized by their pulse energy, which is directly proportional to the average power and inversely proportional to the repetition rate of the laser. The energy of the laser beam related to the irradiated area is referred to as “energy density”. The energy density is measured, for example, in J/mm 2 . The power of the laser beam related to the irradiated area is referred to as “power density”. The power density is measured, for example, in W/mm 2 .
Wichtig für die Laserstrahlbearbeitung einer Elektrodenschicht ist, neben der Energiedichte bzw. Leistungsdichte, die Verfahrgeschwindigkeit des Strahlkopfs bzw. Laserstrahls, d.h. die Zeitspanne, wie lange eine bestimmte Fläche der Elektrodenschicht durch den Laserstrahl bestrahlt wird. Üblich ist es, hierfür den Begriff "Streckenenergie" zu verwenden. Dies ist die von der Elektrodenschicht absorbierte Leistung des Laserstrahls pro Geschwindigkeit des Strahlkopfs bzw. Laserstrahls, z.B. bemessen in Watt/(mm/s). Die Geschwindigkeit des Strahlkopfs bzw. Laserstrahls wird beispielsweise in "mm/s" (Millimeter/Sekunde) gemessen. Wird die Leistung des Laserstrahls Watt (W) als Joule pro Sekunde (J/s) angegeben, so bemisst sich die Streckenenergie demzufolge in J/mm. Die Streckenenergie hängt demnach von der Geschwindigkeit des Laserstrahls, d.h. der Verfahrgeschwindigkeit des Strahlkopfs bzw. Schneiddüse, auch als "Vorschubgeschwindigkeit" bezeichnet, ab. Je größer die Vorschubgeschwindigkeit, desto kürzer wird eine bestimmte Fläche des Funktionselements bestrahlt, und umgekehrt. Somit wird mit einer Vergrößerung der Vorschubgeschwindigkeit die Streckenenergie des Laserstrahls verringert, und umgekehrt. Es versteht sich, dass die Energiedichte und damit auch die Streckenenergie durch eine Änderung der Leistung des Laserstrahls selbst verändert werden kann. In addition to the energy density or power density, what is important for the laser beam processing of an electrode layer is the travel speed of the beam head or laser beam, i.e. the time period for how long a specific area of the electrode layer is irradiated by the laser beam. It is common to use the term “distribution energy” for this. This is the power of the laser beam absorbed by the electrode layer per speed of the beam head or laser beam, e.g. measured in watts/(mm/s). The speed of the beam head or laser beam is measured, for example, in “mm/s” (millimeters/second). If the power of the laser beam in watts (W) is given as joules per second (J/s), the distance energy is therefore measured in J/mm. The path energy therefore depends on the speed of the laser beam, i.e. the travel speed of the beam head or cutting nozzle, also referred to as the “feed speed”. The higher the feed speed, the shorter a certain area of the functional element is irradiated, and vice versa. Thus, with an increase in the feed speed, the path energy of the laser beam is reduced, and vice versa. It is understood that the energy density and thus also the path energy can be changed by changing the power of the laser beam itself.
Generell gilt, dass es bei der Laserstrahlbearbeitung einer Schicht auf die Streckenenergie des Laserstrahls ankommt, wobei die von der Schicht absorbierte Energie von der Energiedichte abhängt. Die von der Schicht absorbierte Energie hängt, bei einer bestimmten Leistung des Laserstrahls, von der Größe des Strahlflecks auf der Schicht ab, entsprechend dem Strahldurchmesser an der Stelle, an der der Laserstrahl auf die Oberfläche der Schicht trifft. Der Strahldurchmesser des Laserstrahls auf der Oberfläche der Schicht ergibt sich durch die Fokuslage, d.h. die Position des Fokus des Laserstrahls relativ zur Schicht (senkrechter kürzester Abstand), insbesondere relativ zur Oberfläche der Schicht, auf welche der Laserstrahl gerichtet ist. Wenn sich die Schicht im divergenten Bereich des Strahlkegels befindet (Fokus oberhalb der Oberfläche der Schicht, auf welche der Laserstrahl trifft), kann durch eine Vergrößerung des Abstands zwischen Fokus und Schicht der Strahldurchmesser auf der Schicht vergrößert werden, und umgekehrt. Je größer der Strahldurchmesser auf der Schicht, desto kleiner ist die von der Schicht absorbierte Energie, und umgekehrt. Bei einem Laser ist die Stahlintensität außerhalb des Fokus, bezogen auf den Querschnitt, nicht konstant. Idealerweise ist die Leistungsintensität ein Gauß-Profil. Auf jeden Fall ist die Energiedichte zum Rand hin relativ gering, insbesondere außerhalb des Fokus. In general, when laser beam processing a layer, the distance energy of the laser beam is important, with the energy absorbed by the layer depending on the energy density. The energy absorbed by the layer depends, for a certain power of the laser beam, on the size of the beam spot on the layer, corresponding to the beam diameter at the point where the laser beam hits the surface of the layer. The beam diameter of the laser beam on the surface of the layer results from the focus position, ie the position of the focus of the laser beam relative to the layer (vertical shortest distance), in particular relative to the surface of the layer to which the laser beam is directed. If the layer is in the divergent region of the beam cone (focus above the surface of the layer on which the laser beam hits), increasing the distance between the focus and the layer can increase the beam diameter on the layer, and vice versa. The larger the beam diameter on the layer, the smaller the energy absorbed by the layer, and vice versa. With a laser, the steel intensity outside the focus is not constant relative to the cross section. Ideally the power intensity is a Gaussian profile. In any case, the energy density towards the edge is relatively low, especially outside of focus.
Vorzugsweise ist die Verfahrgeschwindigkeit des Laserstrahls bei der Strukturierung der Elektrodenschicht konstant, so dass es bei der Strukturierung der Elektrodenschicht lediglich auf die Energiedichte des Laserstrahls ankommt. Vorzugsweise ist die bestrahlte Fläche des Funktionselements bzw. der Kunststoff-Trägerfolie bei der Strukturierung der Elektrodenschicht konstant, so dass es bei der Strukturierung der Elektrodenschicht lediglich auf die Energie des Laserstrahls ankommt. Preferably, the travel speed of the laser beam when structuring the electrode layer is constant, so that only the energy density of the laser beam is important when structuring the electrode layer. Preferably, the irradiated area of the functional element or the plastic carrier film is constant when structuring the electrode layer, so that only the energy of the laser beam is important when structuring the electrode layer.
Erfindungsgemäß weist der zur Strukturierung der Elektrodenschicht eingesetzte Laserstrahl eine solche Streckenenergie auf, dass eine möglichst geringe thermische Schädigung der Funktionsschicht auftritt. Wie Versuche der Erfinder gezeigt haben, tritt dort, wo die Isolationslinie erzeugt wird, in senkrechtet Sicht durch das Funktionselement, bei einer übermäßigen Erwärmung der Funktionsschicht eine vermehrte Blasenbildung in der Funktionsschicht auf. Durch diese Blasenbildung wird die optische Qualität der Funktionsschicht erheblich beeinträchtigt, da hierdurch optische Fehler (z.B. lokale Trübungen) erzeugt werden. Um dies zu vermeiden, wird die mindestens eine elektrisch isolierende Trennlinie der zu strukturierenden Elektrodenschicht mit einer bestimmten, aber vorgebbaren, Streckenenergie des Laserstrahls so erzeugt, dass weniger als 20% der Streckenenergie des Laserstrahls von der Funktionsschicht absorbiert wird. Bei konstanter Verfahrgeschwindigkeit des Laserstrahls wird die mindestens eine elektrisch isolierende Trennlinie der zu strukturierenden Elektrodenschicht mit einer bestimmten, aber vorgebbaren, auf die bestrahlte Fläche bezogenen Energie (d.h. Energiedichte) des Laserstrahls so erzeugt, dass weniger als 20% der Energiedichte des Laserstrahls von der Funktionsschicht absorbiert wird. Bei konstanter Verfahrgeschwindigkeit des Laserstrahls und konstanter bestrahlter Fläche des Funktionselements wird die mindestens eine elektrisch isolierende Trennlinie der zu strukturierenden Elektrodenschicht mit einer bestimmten, aber vorgebbaren, Energie des Laserstrahls so erzeugt, dass weniger als 20% der Energie des Laserstrahls von der Funktionsschicht absorbiert wird. According to the invention, the laser beam used to structure the electrode layer has such a distance energy that the least possible thermal damage to the functional layer occurs. As experiments by the inventors have shown, where the insulation line is created, in a vertical view through the functional element, if the functional layer is heated excessively, increased bubble formation occurs in the functional layer. This bubble formation significantly impairs the optical quality of the functional layer, as it creates optical errors (e.g. local clouding). In order to avoid this, the at least one electrically insulating dividing line of the electrode layer to be structured is generated with a specific, but predeterminable, path energy of the laser beam in such a way that less than 20% of the path energy of the laser beam is absorbed by the functional layer. With a constant travel speed of the laser beam, the at least one electrically insulating dividing line of the electrode layer to be structured is generated with a specific but predeterminable energy (i.e. energy density) of the laser beam related to the irradiated surface in such a way that less than 20% of the energy density of the laser beam comes from the functional layer is absorbed. With a constant travel speed of the laser beam and a constant irradiated area of the functional element, the at least one electrically insulating dividing line of the electrode layer to be structured is generated with a specific, but predeterminable, energy of the laser beam in such a way that less than 20% of the energy of the laser beam is absorbed by the functional layer.
Die Streckenenergie (bzw. Energiedichte oder Energie) des Laserstrahls ist so gewählt, dass die nachstehenden weiteren Bedingungen für die Kunststoff-Trägerfolie und die Elektrodenschicht auch erfüllt sind. Der zur Strukturierung der Elektrodenschicht eingesetzte Laserstrahl trifft auf das Funktionselement, d.h. er trifft auf die benachbart zur Elektrodenschicht angeordnete Kunststoff-Trägerfolie und tritt durch diese hindurch. Mithin ist es erforderlich, dass auch die Kunststoff-Trägerfolie möglichst wenig beschädigt wird. Zu diesem Zweck wird die mindestens eine elektrisch isolierende T rennlinie der zu strukturierenden Elektrodenschicht mit der bestimmten (vorgebbaren) Streckenenergie des Laserstrahls so erzeugt, dass weniger als 20%, insbesondere weniger als 10%, der Streckenenergie des Laserstrahls von der Kunststoff-Trägerfolie absorbiert wird. Bei konstanter Verfahrgeschwindigkeit des Laserstrahls wird die mindestens eine elektrisch isolierende Trennlinie der zu strukturierenden Elektrodenschicht mit der bestimmten (vorgebbaren) Energiedichte des Laserstrahls so erzeugt, dass weniger als 20%, insbesondere weniger als 10%, der Energiedichte des Laserstrahls von der Kunststoff-Trägerfolie absorbiert wird. Bei konstanter Verfahrgeschwindigkeit des Laserstrahls und konstanter bestrahlter Fläche des Funktionselements wird die mindestens eine elektrisch isolierende Trennlinie der zu strukturierenden Elektrodenschicht mit der bestimmten (vorgebbaren) Energie des Laserstrahls so erzeugt, dass weniger als 20%, insbesondere weniger als 10%, der Energiedichte des Laserstrahls von der Kunststoff-Trägerfolie absorbiert wird. The distance energy (or energy density or energy) of the laser beam is selected so that the following additional conditions for the plastic carrier film and the electrode layer are also met. The laser beam used to structure the electrode layer hits the functional element, ie it hits the plastic carrier film arranged adjacent to the electrode layer and passes through it. It is therefore necessary that the plastic carrier film is damaged as little as possible. For this purpose, the at least one electrically insulating dividing line of the electrode layer to be structured is generated with the specific (predeterminable) path energy of the laser beam in such a way that less than 20%, in particular less than 10%, of the path energy of the laser beam is absorbed by the plastic carrier film . With a constant travel speed of the laser beam, the at least one electrically insulating dividing line of the electrode layer to be structured is generated with the specific (predeterminable) energy density of the laser beam in such a way that less than 20%, in particular less than 10%, of the energy density of the laser beam is absorbed by the plastic carrier film becomes. With a constant travel speed of the laser beam and a constant irradiated area of the functional element, the at least one electrically insulating dividing line of the electrode layer to be structured is generated with the specific (predeterminable) energy of the laser beam in such a way that less than 20%, in particular less than 10%, of the energy density of the laser beam is absorbed by the plastic carrier film.
Andererseits muss die Elektrodenschicht möglichst effektiv durch den Laserstrahl strukturiert werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die mindestens eine elektrisch isolierende Trennlinie der zu strukturierenden Elektrodenschicht mit der bestimmten (vorgebbaren) Streckenenergie Laserstrahls so erzeugt wird, dass mehr als 40% der Streckenenergie des Laserstrahls von der Elektrodenschicht absorbiert wird. Bei konstanter Verfahrgeschwindigkeit des Laserstrahls wird die mindestens eine elektrisch isolierende Trennlinie der zu strukturierenden Elektrodenschicht mit der bestimmten (vorgebbaren) Energiedichte des Laserstrahls so erzeugt, dass mehr als 40% der Streckenenergie des Laserstrahls von der Elektrodenschicht absorbiert wird. Bei konstanter Verfahrgeschwindigkeit des Laserstrahls und konstanter bestrahlter Fläche des Funktionselements wird die mindestens eine elektrisch isolierende Trennlinie der zu strukturierenden Elektrodenschicht mit der bestimmten (vorgebbaren) Energie des Laserstrahls so erzeugt, dass mehr als 40% der Streckenenergie des Laserstrahls von der Elektrodenschicht absorbiert wird. On the other hand, the electrode layer must be structured as effectively as possible by the laser beam. This is achieved by generating the at least one electrically insulating dividing line of the electrode layer to be structured with the specific (predeterminable) path energy of the laser beam in such a way that more than 40% of the path energy of the laser beam is absorbed by the electrode layer. With a constant travel speed of the laser beam, the at least one electrically insulating dividing line of the electrode layer to be structured is generated with the specific (predeterminable) energy density of the laser beam in such a way that more than 40% of the path energy of the laser beam is absorbed by the electrode layer. With a constant travel speed of the laser beam and a constant irradiated area of the functional element, the at least one electrically insulating dividing line of the electrode layer to be structured is generated with the specific (predeterminable) energy of the laser beam in such a way that more than 40% of the path energy of the laser beam is absorbed by the electrode layer.
Aus obigen Ausführungen ergibt sich, dass bei konstanter Verfahrgeschwindigkeit des Laserstrahls die Energiedichte des Laserstrahls und, ergänzend bei konstanter Strahlfläche, die Energie des Laserstrahls betrachtet werden kann. Erfindungsgemäß wird somit durch die Wahl der Streckenenergie oder Energiedichte oder Energie der Laserstrahlung der Zielkonflikt gelöst, dass einerseits die Funktionsschicht auf Basis eines Flüssigkristalls und die Kunststoff-Trägerfolie möglichst wenig geschädigt werden und andererseits die Elektrodenschicht effizient und zuverlässig strukturiert wird. Die vorliegende Erfindung zeigt demnach in vorteilhafter Weise einen Weg auf, wie dieser Zielkonflikt in zufriedenstellender Weise gelöst werden kann. From the above explanations it follows that with a constant travel speed of the laser beam, the energy density of the laser beam and, additionally, with a constant beam area, the energy of the laser beam can be considered. According to the invention, the conflict of objectives is resolved by choosing the path energy or energy density or energy of the laser radiation so that, on the one hand, the functional layer based on a liquid crystal and the plastic carrier film are damaged as little as possible and, on the other hand, the electrode layer is structured efficiently and reliably. The present invention therefore advantageously shows a way in which this conflict of objectives can be resolved in a satisfactory manner.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung beträgt eine Breite der mindestens eine Trennlinie mit der die Elektrodenschicht elektrisch unterteilt wird von 30 pm bis 200 gm. Derartig dünne Trennlinien erlauben eine sichere und ausreichend hohe elektrische Isolierung und stören gleichzeitig die Durchsicht durch die Elektrodenschicht nicht oder nur geringfügig. In an advantageous embodiment, the width of the at least one dividing line with which the electrode layer is electrically divided is from 30 μm to 200 gm. Such thin dividing lines allow safe and sufficiently high electrical insulation and at the same time do not or only slightly disturb the view through the electrode layer.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der zum Strukturieren der Elektrodenschicht eingesetzte Laserstrahl eine Wellenlänge auf, deren Transmission durch die Kunststoff-Trägerfolie mehr als 80%, insbesondere mehr als 90%, und durch die Elektrodenschicht weniger als 60%, und durch die Funktionsschicht mehr als 80%, beträgt. According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, the laser beam used to structure the electrode layer has a wavelength whose transmission through the plastic carrier film is more than 80%, in particular more than 90%, and through the electrode layer is less than 60%, and through the functional layer more than 80%.
Durch diese Maßnahme können die erfindungsgemäß beanspruchten Absorptionen der verschiedenen Schichten des Funktionselements in Folienform in besonders einfacher Weise erreicht werden. Vorzugsweise weist der Laserstrahl zu diesem Zweck eine Wellenlänge im infraroten Wellenlängenbereich auf. Besonders bevorzugt weist der Laserstrahl eine Wellenlänge von mehr als 800 nm insbesondere mehr 1000 nm, auf. Wie die Erfinder festgestellt haben, wird die Energie des Laserstrahls relativ wenig von der Funktionsschicht auf Basis eines Flüssigkristalls und der Kunststoff-Trägerfolie (insbesondere aus Polyethylenterephthalat), jedoch relativ stark von der Elektrodenschicht (insbesondere aus Indium-Zinn-Oxid) absorbiert, sodass der vorstehend genannte Zielkonflikt besonders gut gelöst werden kann. Through this measure, the absorptions claimed according to the invention of the various layers of the functional element in film form can be achieved in a particularly simple manner. For this purpose, the laser beam preferably has a wavelength in the infrared wavelength range. The laser beam particularly preferably has a wavelength of more than 800 nm, in particular more than 1000 nm. As the inventors have found, the energy of the laser beam is absorbed relatively little by the functional layer based on a liquid crystal and the plastic carrier film (in particular made of polyethylene terephthalate), but relatively strongly by the electrode layer (in particular made of indium tin oxide), so that the The above-mentioned conflict of objectives can be resolved particularly well.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Laserstrahl im Dauerstrich eingesetzt werden. Vorzugsweise wird ein gepulst betriebener Laserstrahl bzw. Pulslaser eingesetzt, wobei die Pulsdauer eines Laserpulses vorteilhaft mehr als 200 Femtosekunden (fs) und insbesondere weniger als 10 Pikosekunden (ps) beträgt, um einerseits eine hinreichend hohe Energieaufnahme durch die Elektrodenschicht sicherzustellen und andererseits eine nachteilige Schädigung der Funktionsschicht zu vermeiden. Insbesondere können hierbei die Verfahrgeschwindigkeit des Laserstrahls und die die bestrahlte Fläche des Funktionselements konstant sein. Wie Versuche der Erfinder gezeigt haben, können diese vorteilhaften Effekte durch eine Pulsdauer im angegebenen Bereich zuverlässig und sicher erreicht werden. In the method according to the invention, a continuous wave laser beam can be used. A pulsed laser beam or pulse laser is preferably used, the pulse duration of a laser pulse advantageously being more than 200 femtoseconds (fs) and in particular less than 10 picoseconds (ps), in order to ensure, on the one hand, a sufficiently high energy absorption by the electrode layer and, on the other hand, to avoid disadvantageous damage the Avoid functional layer. In particular, the travel speed of the laser beam and the irradiated surface of the functional element can be constant. As experiments by the inventors have shown, these advantageous effects can be achieved reliably and safely using a pulse duration in the specified range.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt eine Leistungsdichte des Laserstrahls weniger als 1 kW/m2 und liegt insbesondere im Bereich von 700 W/m2 bis weniger als 1 kW/m2. Durch diese Maßnahme können die erfindungsgemäßen Effekte besonders gut erreicht werden. According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, a power density of the laser beam is less than 1 kW/m 2 and is in particular in the range from 700 W/m 2 to less than 1 kW/m 2 . This measure allows the effects according to the invention to be achieved particularly well.
Die Funktionsschicht auf Basis eines Flüssigkristalls kann grundsätzlich beliebig ausgebildet sein. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft bei Guest-Host-Folien mit einer Funktionsschicht aus einem flüssigkristallinen Material mit einem eingelagerten Additiv einsetzbar. Auf die vorstehenden Ausführungen zu Guest-Host-Folien wird Bezug genommen. Dem Fachmann sind Guest-Host-Folien als solche wohlbekannt, so dass hier nicht näher darauf eingegangen werden muss. Im Handel sind Guest-Host-Folien beispielsweise unter dem Begriff "Lichtkontrollfolien" (Light Control Film) verfügbar, beispielsweise von Dai Nippon Printing Co., Ltd., Japan, unter dem Produktnamen LCF005(EU). The functional layer based on a liquid crystal can in principle be of any design. The method according to the invention can be used particularly advantageously for guest-host films with a functional layer made of a liquid-crystalline material with an embedded additive. Reference is made to the above statements regarding guest-host slides. Guest-host foils as such are well known to those skilled in the art, so there is no need to go into them in more detail here. Guest-host films are commercially available, for example under the term “Light Control Film”, for example from Dai Nippon Printing Co., Ltd., Japan, under the product name LCF005(EU).
Erfindungsgemäß bevorzugt ist die Funktionsschicht auf Basis eines nicht-polymerisierten flüssigkristallinen Materials ausgebildet, d.h. die Funktionsschicht ist flüssig bzw. fließfähig, was bei Guest-Host-Folien typischerweise der Fall ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft bei Guest-Host-Folien mit einer Funktionsschicht aus einem nicht-polymerisierten, flüssigkristallinen Material mit einem eingelagerten Additiv einsetzbar. According to the invention, the functional layer is preferably formed on the basis of a non-polymerized liquid-crystalline material, i.e. the functional layer is liquid or flowable, which is typically the case with guest-host films. The method according to the invention can be used particularly advantageously for guest-host films with a functional layer made of a non-polymerized, liquid-crystalline material with an embedded additive.
Die optisch transparenten Elektrodenschichten können grundsätzlich beliebig ausgebildet sein, solange sie elektrisch kontaktierbar sind, um die Funktionsschicht elektrisch zu steuern. Bevorzugt handelt es sich um transparente leitfähige Oxidschichten (TCO = Transparent Conductive Oxide). Geeignete Elektrodenmaterialien sind beispielsweise Indium-Zinnoxid (ITO), fluordotiertes Zinnoxid (SnO2:F) oder aluminiumdotiertes Zinkoxid (ZnO:AI), wobei Indium-Zinnoxid (ITO) bevorzugt ist. The optically transparent electrode layers can in principle be of any design, as long as they can be electrically contacted in order to electrically control the functional layer. These are preferably transparent conductive oxide layers (TCO = Transparent Conductive Oxide). Suitable electrode materials are, for example, indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (SnO2:F) or aluminum-doped zinc oxide (ZnO:Al), with indium tin oxide (ITO) being preferred.
Die Elektrodenschichten werden vorzugsweise durch einen oder mehrere Abscheidevorgänge auf ein Trägermaterial, vorzugweise jeweils auf eine der beiden Kunststoff-Folien, abgeschieden. Das Abscheiden der Elektrodenschichten wird vorteilhaft durch Vakuumverfahren wie Vakuumverdampfung oder PVD-Verfahren (PVD = Physical Vapour Deposition) wie die magnetfeldgestützte Kathodenzerstäubung, insbesondere Sputtern, oder CVD-Verfahren (CVD = Chemical Vapour Deposition) durchgeführt. The electrode layers are preferably deposited onto a carrier material, preferably onto one of the two plastic films, by one or more deposition processes. The electrode layers are advantageously deposited using vacuum processes such as Vacuum evaporation or PVD processes (PVD = Physical Vapor Deposition) such as magnetic field-assisted cathode sputtering, in particular sputtering, or CVD processes (CVD = Chemical Vapor Deposition).
Die Kunststoff-Folien können grundsätzlich aus einem beliebigen Kunststoff bestehen, beispielsweise Polyimid (PI) oder Polyethylenterephthalat (PET), wobei Kunststoff-Folien aus Polyethylen- terephthalat (PET) bevorzugt sind. The plastic films can in principle consist of any plastic, for example polyimide (PI) or polyethylene terephthalate (PET), with plastic films made of polyethylene terephthalate (PET) being preferred.
Im Sinne vorliegender Erfindung bedeutet "transparent" eine Transmission im sichtbaren Spektralbereich (Licht) von mehr als 70% und insbesondere von mehr als 75%. Entsprechend bedeutet "opak" eine Transmission im sichtbaren Spektralbereich (Licht) von weniger als 15%, vorzugsweise weniger als 5%, insbesondere 0%. For the purposes of the present invention, “transparent” means a transmission in the visible spectral range (light) of more than 70% and in particular more than 75%. Accordingly, “opaque” means a transmission in the visible spectral range (light) of less than 15%, preferably less than 5%, in particular 0%.
Die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung können einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein. Insbesondere sind die vorstehend genannten und nachstehend erläuterten Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. The various embodiments of the invention can be implemented individually or in any combination. In particular, the features mentioned above and explained below can be used not only in the specified combinations, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstabsgetreuer Darstellung: The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments, with reference being made to the attached figures. It shows in a simplified, not true-to-scale representation:
Fig. 1 eine Querschnittansicht eines beispielhaften elektrisch steuerbaren Funktionselements; 1 shows a cross-sectional view of an exemplary electrically controllable functional element;
Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Transmission (%) einer Guest-Host-Folie in Abhängigkeit der Wellenlänge (nm); Fig. 2 is a diagram to illustrate the transmission (%) of a guest-host film as a function of the wavelength (nm);
Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Transmission (%) einer ITO-Elektrodenschicht in Abhängigkeit der Wellenlänge (nm); 3 is a diagram to illustrate the transmission (%) of an ITO electrode layer as a function of the wavelength (nm);
Fig. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Transmission (%) einer PET-Kunststoff-Folie in Abhängigkeit der Wellenlänge (nm); Fig. 4 is a diagram to illustrate the transmission (%) of a PET plastic film as a function of the wavelength (nm);
Fig. 5 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 5 is a flow chart of the method according to the invention.
Sei zunächst Figur 1 betrachtet, worin anhand einer schematischen Querschnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines elektrisch steuerbaren Funktionselements 1 in Folienform gezeigt ist. Das Funktionselement umfasst eine Funktionsschicht 2 auf Basis eines typischerweise nicht-polyme- risierten Flüssigkristalls mit eingelagertem Additiv (Guest-Host-Effekt). Die Funktionsschicht 2 ist zwischen einer optisch transparenten ersten Elektrodenschicht 3 und einer optisch transparenten zweiten Elektrodenschicht 4 eingebettet. Die Funktionsschicht 3 und die beiden Elektrodenschichten 3, 4 sind zwischen einer optisch transparenten ersten Kunststoff-T rägerfolie 5 und einer optisch transparenten zweiten Kunststoff-Trägerfolie 6 eingebettet. Die erste Kunststoff-Trägerfolie 5 ist auf der von der Funktionsschicht 2 abgewandten Seite der ersten Elektrodenschicht 3 angeordnet. Die zweite Kunststoff-T rägerfolie 6 ist auf der von der Funktionsschicht 2 abgewandten Seite der zweiten Elektrodenschicht 4 angeordnet. Die erste Elektrodenschicht 3 befindet sich auf der der Funktionsschicht 2 zugewandten (innenliegenden) Oberfläche der ersten Kunststoff- Trägerfolie 5 und ist auf dieser Oberfläche durch ein PVD-Verfahren, insbesondere Sputtern, abgeschieden. In entsprechender Weise befindet sich die zweite Elektrodenschicht 4 auf der der Funktionsschicht 2 zugewandten (innenliegenden) Oberfläche der zweiten Kunststoff-Trägerfolie 6 und ist auf dieser Oberfläche durch ein PVD-Verfahren, insbesondere Sputtern, abgeschieden. Möglich ist auch, dass die beiden Elektrodenschichten 3, 4 durch ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf die jeweilige Kunststoff-Trägerfolie 5, 6 aufgebracht sind. First, consider Figure 1, in which an exemplary embodiment of an electrically controllable functional element 1 is shown in film form using a schematic cross-sectional representation. The Functional element comprises a functional layer 2 based on a typically non-polymerized liquid crystal with embedded additive (guest host effect). The functional layer 2 is embedded between an optically transparent first electrode layer 3 and an optically transparent second electrode layer 4. The functional layer 3 and the two electrode layers 3, 4 are embedded between an optically transparent first plastic carrier film 5 and an optically transparent second plastic carrier film 6. The first plastic carrier film 5 is arranged on the side of the first electrode layer 3 facing away from the functional layer 2. The second plastic carrier film 6 is arranged on the side of the second electrode layer 4 facing away from the functional layer 2. The first electrode layer 3 is located on the (inner) surface of the first plastic carrier film 5 facing the functional layer 2 and is deposited on this surface by a PVD process, in particular sputtering. In a corresponding manner, the second electrode layer 4 is located on the (inner) surface of the second plastic carrier film 6 facing the functional layer 2 and is deposited on this surface by a PVD process, in particular sputtering. It is also possible for the two electrode layers 3, 4 to be applied to the respective plastic carrier film 5, 6 using a roll-to-roll process.
Die Funktionsschicht 2 ist auf einer T rägerfolie aufgebracht, was in Figur 1 nicht näher dargestellt ist. In der Funktionsschicht 2 befinden sich Abstandshalter 7, durch die eine sich senkrecht zur Ausdehnung der Funktionsschicht 2 bemessende Größe (Höhe) der Funktionsschicht 2 genau einstellbar ist. Die optischen Eigenschaften der Funktionsschicht 2 hängen stark von einer gleichmäßigen (konstanten) Höhe der Funktionsschicht 2 ab. Es gibt einen definierten Arbeitsabstand und die Aufgabe der Abstandshalter 7 besteht darin, diesen Arbeitsabstand optimal zu halten. Durch die beiden Elektrodenschichten 3, 4 können optische Eigenschaften der Funktionsschicht 2, insbesondere deren Transparenz, geschaltet werden. The functional layer 2 is applied to a carrier film, which is not shown in more detail in Figure 1. In the functional layer 2 there are spacers 7, through which a size (height) of the functional layer 2, which is measured perpendicular to the extent of the functional layer 2, can be precisely adjusted. The optical properties of the functional layer 2 depend heavily on a uniform (constant) height of the functional layer 2. There is a defined working distance and the task of the spacers 7 is to optimally maintain this working distance. The two electrode layers 3, 4 can be used to switch optical properties of the functional layer 2, in particular its transparency.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel basiert die Funktionsschicht 2 auf einem Flüssigkristall und weist ein Additiv für den Guest-Host-Effekt auf. Die beiden Elektrodenschichten 3, 4 sind Indium- Zinnoxid (ITO)-Schichten. Die beiden Kunststoff-Trägerfolien 5, 6 sind Polyethylenterephthalat (PET)-Folien. In the present exemplary embodiment, the functional layer 2 is based on a liquid crystal and has an additive for the guest-host effect. The two electrode layers 3, 4 are indium tin oxide (ITO) layers. The two plastic carrier films 5, 6 are polyethylene terephthalate (PET) films.
Um die elektrische Steuerbarkeit der Funktionsschicht 2 zu verbessern, wird mindestens eine elektrisch isolierende Trennlinie 8 (Isolationslinie) in die erste Elektrodenschicht 3 eingebracht. Die Trennlinie 8 unterteilt die erste Elektrodenschicht 3 in zwei elektrisch voneinander isolierte Abschnitte 9, 9', welche jeweils separat mit einer elektrischen Spannung beaufschlagbar sind und als Flächenelektroden zum Steuern der Funktionsschicht 2 dienen. Die Trennlinie 8 hat beispielsweise einen geschlossenen, insbesondere kreisförmigen, Verlauf. Denkbar ist aber beispielsweise auch, dass die Trennlinie 8 einen geraden oder gekrümmten Verlauf hat und die erste Elektrodenschicht 3 komplett unterteilt. Der Verlauf der Trennlinie 8 ist grundsätzlich beliebig, solange gewährleistet ist, dass die erste Elektrodenschicht 3 in mindestens zwei elektrisch voneinander getrennte Abschnitte unterteilt wird. Durch die mindestens eine Trennlinie 8 wird bei verschiedenen Designs ein selektives Schalten ermöglicht. Die Anordnung der mindestens einen Trennlinie 8 hängt vom gewählten Design ab, wobei grundsätzlich viele verschiedene Designs realisiert werden können. In order to improve the electrical controllability of the functional layer 2, at least one electrically insulating dividing line 8 (insulation line) is introduced into the first electrode layer 3. The dividing line 8 divides the first electrode layer 3 into two electrically insulated sections 9, 9 ', each of which can be separately supplied with an electrical voltage and serve as surface electrodes for controlling the functional layer 2. The dividing line 8, for example, has a closed, in particular circular, course. However, it is also conceivable, for example, that the dividing line 8 has a straight or curved course and completely divides the first electrode layer 3. The course of the dividing line 8 is basically arbitrary as long as it is ensured that the first electrode layer 3 is divided into at least two electrically separated sections. The at least one dividing line 8 enables selective switching in different designs. The arrangement of the at least one dividing line 8 depends on the design selected, although in principle many different designs can be realized.
Die Erzeugung der mindestens einen Trennlinie 8 erfolgt durch einen Laserstrahl 10, wie in Figur 1 in schematischer Weise veranschaulicht ist. Der Laserstrahl 10 ist auf die von der Funktionsschicht 2 abgewandte Oberfläche der ersten Kunststoff-Trägerfolie 5 gerichtet. Der Laserstrahl 10 durchdringt die erste Kunststoff-Trägerfolie 5 und dient zur Strukturierung der ersten Elektrodenschicht 3. The at least one dividing line 8 is generated by a laser beam 10, as illustrated schematically in FIG. The laser beam 10 is directed onto the surface of the first plastic carrier film 5 facing away from the functional layer 2. The laser beam 10 penetrates the first plastic carrier film 5 and serves to structure the first electrode layer 3.
Zur Erläuterung der Wellenlänge des bei der Strukturierung eingesetzten Laserstrahls 10 wird auf die Diagramme der Figuren 2, 3 und 4 Bezug genommen. To explain the wavelength of the laser beam 10 used in the structuring, reference is made to the diagrams in FIGS. 2, 3 and 4.
In Figur 2 ist ein Diagramm gezeigt, in dem die Transmission (%) einer beispielhaften Guest- Host-Folie gegen die Wellenlänge (nm) aufgetragen ist. Für die Bestimmung der Transmission wird in üblicher Weise der prozentuale Anteil der transmittierten Strahlung (z.B. Lichtintensität), bezogen auf die einfallende Strahlung (z.B. Lichtintensität), angegeben. Die Transmission der Guest-Host-Folie ist im ausgeschalteten Betrieb (OFF), d.h. ohne angelegte Spannung, und im eingeschalteten Betrieb (ON), d.h. mit angelegter Spannung, dargestellt. Im Diagramm ist auf der Abszisse die Wellenlänge in Nanometern (nm) und auf der Ordinate der entsprechende Wert der Transmission in % (Prozent) angegeben. Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, erhöht das Anlegen einer Spannung die Transmission der Guest-Host-Folie in wesentlicher Weise im sichtbaren Spektralbereich (ca. 400 nm bis ca. 800 nm). Oberhalb des sichtbaren Spektralbereichs ist zumindest kein wesentlicher Unterschied zwischen angelegter und nicht angelegter Spannung erkennbar. Im sichtbaren Spektralbereich ist deutlich erkennbar, dass durch das Beaufschlagen mit einer Betriebsspannung die Werte der Transmission von weniger als ein paar Prozent auf Werte von über 30% ansteigen. Auf diese Weise kann ein Betrachter in einfacher Weise zwischen einem opaken und einem transparenten Betriebszustand der Guest-Host-Folie wechseln. Eine besonders hohe Transmission ist bei Wellenlängen im infraroten Wellenlängenbereich gegeben. Ein lokales Maximum der Transmission im infraroten Bereich ist bei etwa 1030 nm zu erkennen und wird durch den senkrechten Strich im Diagramm markiert. Die Transmission beträgt dort in etwa 85%, wobei die Transmission im Infraroten deutlich mehr als 80% beträgt. Somit kann infrarote Strahlung die Guest-Host-Folie sehr gut passieren, ohne dass eine hohe Absorption der Strahlungsenergie vorliegt. 2 shows a diagram in which the transmission (%) of an exemplary guest-host film is plotted against the wavelength (nm). To determine the transmission, the percentage of the transmitted radiation (e.g. light intensity) based on the incident radiation (e.g. light intensity) is stated in the usual way. The transmission of the guest-host film is shown when switched off (OFF), ie without applied voltage, and when switched on (ON), ie with applied voltage. In the diagram, the abscissa shows the wavelength in nanometers (nm) and the ordinate shows the corresponding transmission value in % (percent). As can be seen from the diagram, applying a voltage significantly increases the transmission of the guest-host film in the visible spectral range (approx. 400 nm to approx. 800 nm). Above the visible spectral range, at least no significant difference between applied and non-applied voltage can be seen. In the visible spectral range it is clearly visible that when an operating voltage is applied, the transmission values increase from less than a few percent to values of over 30%. In this way, a viewer can easily switch between an opaque and a transparent operating state of the guest-host film. A particularly high transmission occurs at wavelengths in the infrared wavelength range. A local maximum of transmission in the infrared range can be seen at around 1030 nm and is marked by the vertical line in the diagram. The transmission there is around 85%, with the transmission in the infrared being significantly more than 80%. This means that infrared radiation can pass through the guest-host film very easily without there being a high absorption of the radiation energy.
In Figur 3 ist ein Diagramm gezeigt, in dem die Transmission (%) einer mit einer Indium-Zinno- xidschicht beschichteten Glasscheibe gegen die Wellenlänge (nm) aufgetragen ist. Als Referenz ist auch die Transmission einer unbeschichteten Glasscheibe dargestellt. Im Diagramm von Figur 3 ist analog zu Figur 2 auf der Abszisse die Wellenlänge in Nanometern (nm) und auf der Ordinate die entsprechende Transmission in % (Prozent) angegeben. Wie in dem Diagramm zu erkennen ist, verändert das Aufbringen einer ITO-Schicht die Transmission in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Beginnend mit dem infraroten Wellenlängenbereich sinkt die Transmission deutlich ab, d.h. die Absorption nimmt entsprechend zu. Ab einer Wellenlänge von etwa 1000 nm beträgt die Transmission maximal ca. 70% und nimmt kontinuierlich ab. Dies bedeutet, dass Strahlung mit einer Wellenlänge im Infraroten die ITO-Schicht nur schlecht passieren kann, d.h. dass eine hohe Absorption vorliegt. Die gilt beispielsweise für Wellenlängen von ca. 1000 nm, 9,6 pm oder 10,6 pm. 3 shows a diagram in which the transmission (%) of a glass pane coated with an indium-tin oxide layer is plotted against the wavelength (nm). The transmission of an uncoated glass pane is also shown as a reference. In the diagram of Figure 3, analogous to Figure 2, the wavelength in nanometers (nm) is given on the abscissa and the corresponding transmission in % (percent) is given on the ordinate. As can be seen in the diagram, applying an ITO layer changes the transmission depending on the wavelength. Starting with the infrared wavelength range, the transmission drops significantly, i.e. the absorption increases accordingly. From a wavelength of around 1000 nm, the transmission is a maximum of around 70% and decreases continuously. This means that radiation with a wavelength in the infrared can only pass through the ITO layer with difficulty, i.e. there is high absorption. This applies, for example, to wavelengths of approximately 1000 nm, 9.6 pm or 10.6 pm.
In Figur 4 ist ein Diagramm gezeigt, in dem verschiedene Transmissionsspektren gezeigt sind. Im Diagramm von Figur 4 ist analog zu Figur 2 auf der Abszisse die Wellenlänge in Nanometern (nm) und auf der Ordinate die entsprechende Transmission in % (Prozent) angegeben. Gemäß der Legende ist insbesondere das Transmissionsspektrum einer PET-Schicht gezeigt. Ab einer Wellenlänge von etwa 300 nm ist die T ransmission konstant hoch und beträgt mehr als 80%. Dies bedeutet, dass Strahlung mit einer Wellenlänge im sichtbaren Spektralbereich und im Infraroten die PET-Schicht gut passieren kann, ohne dass eine hohe Absorption vorliegt. A diagram is shown in Figure 4, in which different transmission spectra are shown. In the diagram of Figure 4, analogous to Figure 2, the wavelength in nanometers (nm) is given on the abscissa and the corresponding transmission in % (percent) is given on the ordinate. According to the legend, the transmission spectrum of a PET layer is shown in particular. From a wavelength of around 300 nm, the transmission is constantly high and amounts to more than 80%. This means that radiation with a wavelength in the visible spectral range and in the infrared can easily pass through the PET layer without high absorption.
Dementsprechend wurde die erste Elektrodenschicht 3 des Funktionselements 1 von Figur 1 mit einem gepulsten Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1030 nm strukturiert. Hierdurch konnte einerseits eine gute Absorption in der ITO-Elektrodenschicht 3 (Transmission ca. 40%), andererseits eine gute Transmission in der Funktionsschicht 2 (> 80%) und in der ersten PET- Kunststoff- Trägerfolie 5 (> 80%) erreicht werden, sodass die ITO-Elektrodenschicht 3 gut strukturiert werden konnte, ohne hierbei die Funktionsschicht 2 und die erste PET-Kunststoff-Trägerfolie 5 zu schädigen. Der Fokusdurchmesser betrug 58 pm, die Wiederholungsrate (Pulsfrequenz) 100 kHz. Der Überlapp der Laserpulse betrug 50%. Die Verfahrgeschwindigkeit betrug 2,9 m/s. Die Laserleistung betrug 1 -2 W. Die Erfinder konnten zeigen, dass eine nur geringe Blasenbildung in der Funktionsschicht 2 auftrat, wobei die Blasen jedoch nach einiger Zeit wieder verschwanden und die Funktionsschicht 2 keine optischen Schäden aufwies. Die Verfahrgeschwindigkeit des Laserstrahls 10 war konstant. Gleichermaßen war die bestrahlte Fläche des Funktionselements 1 konstant. Die genannten Parameter sind nur als beispielhaft zu verstehen. Accordingly, the first electrode layer 3 of the functional element 1 of Figure 1 was structured with a pulsed laser beam with a wavelength of 1030 nm. This made it possible, on the one hand, to achieve good absorption in the ITO electrode layer 3 (transmission approx. 40%), and on the other hand, good transmission in the functional layer 2 (>80%) and in the first PET plastic carrier film 5 (>80%) , so that the ITO electrode layer 3 could be structured well without damaging the functional layer 2 and the first PET plastic carrier film 5. The focus diameter was 58 pm and the repetition rate (pulse frequency) was 100 kHz. The overlap of the laser pulses was 50%. The travel speed was 2.9 m/s. The Laser power was 1 -2 W. The inventors were able to show that only slight bubble formation occurred in the functional layer 2, but the bubbles disappeared again after some time and the functional layer 2 showed no optical damage. The travel speed of the laser beam 10 was constant. Likewise, the irradiated area of the functional element 1 was constant. The parameters mentioned are only to be understood as examples.
In Figur 5 ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ablaufdiagramms nochmals veranschaulicht. Es umfasst die folgenden Schritte in dieser Reihenfolge: a) Bereitstellen eines elektrisch steuerbaren Funktionselements 1 in Folienform, welches eine Funktionsschicht 2 auf Basis eines nicht-polymerisierten Flüssigkristalls aufweist, wobei die Funktionsschicht zwischen zwei transparente Elektrodenschichten 3, 4 eingebettet ist, und wobei auf jeder Elektrodenschicht 3, 4 auf der von der Funktionsschicht abgewandten Seite eine transparente Kunststoff-Trägerfolie 5, 6 angeordnet ist. b) Erzeugen mindestens einer elektrisch isolierenden Trennlinie 8 in mindestens einer Elektrodenschicht 3 mit einem Laserstrahl 10, wobei der Laserstrahl 10 auf eine von der Funktionsschicht 2 abgewandte Außenseite der auf derselben Seite der Funktionsschicht 2 wie die Elektrodenschicht 3 befindlichen Kunststoff-Trägerfolie 5 gerichtet wird, wobei die mindestens eine elektrisch isolierende Trennlinie 8 mit einer vorgebbaren (bestimmten) Streckenenergie des Laserstrahls 10 so erzeugt wird, dass weniger als 20%, insbesondere weniger als 10%, der Streckenenergie des Laserstrahls 10 von der Kunststoff-Trägerfolie 5 absorbiert wird, und mehr als 40% der Streckenenergie des Laserstrahls 10 von der Elektrodenschicht 3 absorbiert wird, und weniger als 20% der Streckenenergie des Laserstrahls 10 von der Funktionsschicht 2 absorbiert wird. In Figure 5, the method according to the invention is illustrated again using a flow chart. It includes the following steps in this order: a) providing an electrically controllable functional element 1 in film form, which has a functional layer 2 based on a non-polymerized liquid crystal, the functional layer being embedded between two transparent electrode layers 3, 4, and on each Electrode layer 3, 4, a transparent plastic carrier film 5, 6 is arranged on the side facing away from the functional layer. b) generating at least one electrically insulating dividing line 8 in at least one electrode layer 3 with a laser beam 10, the laser beam 10 being directed onto an outside of the plastic carrier film 5 located on the same side of the functional layer 2 as the electrode layer 3, facing away from the functional layer 2, wherein the at least one electrically insulating dividing line 8 is generated with a predeterminable (determined) path energy of the laser beam 10 in such a way that less than 20%, in particular less than 10%, of the path energy of the laser beam 10 is absorbed by the plastic carrier film 5, and more than 40% of the path energy of the laser beam 10 is absorbed by the electrode layer 3, and less than 20% of the path energy of the laser beam 10 is absorbed by the functional layer 2.
Vorteilhaft weist der Laserstrahl 10 eine Wellenlänge von mehr als 800 nm auf, wobei vorteilhaft ein gepulst betriebener Laserstrahl 10 eingesetzt wird, bei welchem eine Pulsdauer eines Laserpulses mehr als 200 Femtosekunden und weniger als 10 Pikosekunden beträgt. Die Verfahrgeschwindigkeit und die die bestrahlte Fläche des Funktionselements 1 sind vorteilhaft konstant. The laser beam 10 advantageously has a wavelength of more than 800 nm, with a pulsed laser beam 10 being advantageously used, in which a pulse duration of a laser pulse is more than 200 femtoseconds and less than 10 picoseconds. The travel speed and the irradiated surface of the functional element 1 are advantageously constant.
Aus obigen Ausführungen ergibt sich, dass die Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Strukturierung eines elektrisch steuerbaren Funktionselements in Folienform bereitstellt, bei dem der zur Strukturierung der Elektrodenschicht eingesetzte Laserstrahl eine solche Streckenenergie aufweist, dass eine Elektrodenschicht zuverlässig strukturiert werden kann, wobei keine oder allenfalls eine tolerierbare, sehr geringe Schädigung der Funktionsschicht auftritt. From the above statements it follows that the invention provides an improved method for structuring an electrically controllable functional element in film form, in which the laser beam used to structure the electrode layer has such a distance energy has that an electrode layer can be structured reliably, with no or at most tolerable, very little damage to the functional layer occurring.
Bezugszeichenliste Reference symbol list
1 Funktionselement 1 functional element
2 Funktionsschicht 3 erste Elektrodenschicht 2 functional layer 3 first electrode layer
4 zweite Elektrodenschicht4 second electrode layer
5 erste Kunststoff-Trägerfolie5 first plastic carrier film
6 zweite Kunststoff-Trägerfolie6 second plastic carrier film
7 Abstandshalter 8 Trennlinie 7 spacers 8 dividing line
9, 9' Abschnitt 9, 9' section
10 Laserstrahl 10 laser beam

Claims

Patentansprüche Patent claims
1 . Verfahren zum Strukturieren einer Elektrodenschicht (3) eines elektrisch steuerbaren Funktionselements (1 ) in Folienform, welches die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines elektrisch steuerbaren Funktionselements (1 ) in Folienform, welches eine Funktionsschicht (2) auf Basis eines Flüssigkristalls aufweist, wobei die Funktionsschicht (2) zwischen zwei transparente Elektrodenschichten (3, 4) eingebettet ist, und wobei auf jeder Elektrodenschicht (3, 4) auf der von der Funktionsschicht (2) abgewandten Seite eine transparente Kunststoff-Trägerfolie (5, 6) angeordnet ist, b) Erzeugen mindestens einer elektrisch isolierenden Trennlinie (8) in mindestens einer Elektrodenschicht (3) mit einem Laserstrahl (10), wobei der Laserstrahl (10) auf eine von der Funktionsschicht (2) abgewandte Außenseite der auf derselben Seite der Funktionsschicht (2) wie die Elektrodenschicht (3) befindlichen Kunststoff-Trägerfolie (5) gerichtet wird, und wobei die mindestens eine elektrisch isolierende T rennlinie (10) mit einer vorgebbaren Streckenenergie des Laserstrahls so erzeugt wird, dass weniger als 20%, insbesondere weniger als 10%, der Streckenenergie des Laserstrahls (10) von der Kunststoff-Trägerfolie (5) absorbiert wird, und mehr als 40% der Streckenenergie des Laserstrahls (10) von der Elektrodenschicht (3) absorbiert wird, und weniger als 20% der Streckenenergie des Laserstrahls (10) von der Funktionsschicht (2) absorbiert wird. 1 . Method for structuring an electrode layer (3) of an electrically controllable functional element (1) in film form, which comprises the following steps: a) providing an electrically controllable functional element (1) in film form, which has a functional layer (2) based on a liquid crystal, wherein the functional layer (2) is embedded between two transparent electrode layers (3, 4), and a transparent plastic carrier film (5, 6) is arranged on each electrode layer (3, 4) on the side facing away from the functional layer (2), b) generating at least one electrically insulating dividing line (8) in at least one electrode layer (3) with a laser beam (10), the laser beam (10) being directed onto an outside facing away from the functional layer (2) on the same side of the functional layer (2). how the electrode layer (3) is aligned with the plastic carrier film (5), and the at least one electrically insulating dividing line (10) is generated with a predeterminable path energy of the laser beam in such a way that less than 20%, in particular less than 10%, the path energy of the laser beam (10) is absorbed by the plastic carrier film (5), and more than 40% of the path energy of the laser beam (10) is absorbed by the electrode layer (3), and less than 20% of the path energy of the laser beam (10 ) is absorbed by the functional layer (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei welchem der Laserstrahl (10) eine Wellenlänge aufweist, deren Transmission durch die Kunststoff-Trägerfolie (5) mehr als 80%, insbesondere mehr als 90%, und durch die Elektrodenschicht (3) weniger als 60%, und durch die Funktionsschicht (2) mehr als 80%, beträgt. 2. The method according to claim 1, in which the laser beam (10) has a wavelength whose transmission through the plastic carrier film (5) is more than 80%, in particular more than 90%, and through the electrode layer (3) less than 60% , and through the functional layer (2) is more than 80%.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Laserstrahl (10) eine Wellenlänge im infraroten Wellenlängenbereich aufweist. 3. The method according to claim 1 or 2, in which the laser beam (10) has a wavelength in the infrared wavelength range.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem der Laserstrahl (10) eine Wellenlänge von mehr als 800 nm, insbesondere mehr als 1000 nm, aufweist. 4. The method according to claim 3, in which the laser beam (10) has a wavelength of more than 800 nm, in particular more than 1000 nm.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem ein gepulst betriebener Laserstrahl (10) eingesetzt wird. 5. Method according to one of claims 1 to 4, in which a pulsed laser beam (10) is used.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem eine Pulsdauer eines Laserpulses mehr als 200 Femtosekunden und insbesondere weniger als 10 Pikosekunden beträgt. 6. The method according to claim 5, in which a pulse duration of a laser pulse is more than 200 femtoseconds and in particular less than 10 picoseconds.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem eine Leistungsdichte des Laserstrahls (10) weniger als 1 kW/m2 beträgt und insbesondere im Bereich von 700 W/m2 bis weniger als 1 kW/m2 liegt. 7. Method according to one of claims 1 to 6, in which a power density of the laser beam (10) is less than 1 kW/m 2 and is in particular in the range from 700 W/m 2 to less than 1 kW/m 2 .
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem das elektrisch steuerbare Funktionselement (1 ) eine Funktionsschicht (2) auf Basis eines Flüssigkristalls mit einem eingelagerten Additiv umfasst. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, in which the electrically controllable functional element (1) comprises a functional layer (2) based on a liquid crystal with an embedded additive.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem das elektrisch steuerbare Funktionselement (1 ) eine Funktionsschicht (2) auf Basis eines nicht-polymerisierten Flüssigkristalls umfasst. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, in which the electrically controllable functional element (1) comprises a functional layer (2) based on a non-polymerized liquid crystal.
10. Verfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem die Elektrodenschichten (3, 4) jeweils in Form einer transparenten, leitfähigen Oxidschicht (TCO), insbesondere eine Indium-Zinnoxid-Schicht, ausgebildet sind. 10. The method according to claim one of claims 1 to 9, in which the electrode layers (3, 4) are each designed in the form of a transparent, conductive oxide layer (TCO), in particular an indium-tin oxide layer.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem die Elektrodenschichten (3, 4) jeweils auf eine der Kunststoff-Folien (5, 6) aufgebracht sind, beispielsweise im Rolle-zu-Rolle- Verfahren. 1 1 . Method according to one of claims 1 to 10, in which the electrode layers (3, 4) are each applied to one of the plastic films (5, 6), for example in the roll-to-roll process.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , bei welchem die Kunststoff-Folien (5, 6) aus Polyethylenterephthalat (PET) bestehen. 12. The method according to any one of claims 1 to 11, in which the plastic films (5, 6) consist of polyethylene terephthalate (PET).
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