DE3235275A1 - Fluessigkristallzelle mit kunststoff-traegerplatten - Google Patents

Description

• Flüssigkristallzelle mit Kunststoff-Trägerplatten.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristallanzeige gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Display wird beispielsweise in der offengelegten Euro-Anmeldung 25 457 beschrieben.
• Bei den bisher auf den Markt gebrachten Flüssigkristallzellen bestehen die Elektrodensubstrate durchwegs aus mehrere Zehntelmillimeter dicken, oberflächenvergüteten Glasplatten. Wurde man statt dessen flexible Kunststoff-Folien verwenden, so könnte man die Fertigung wesentlich rationeller organisieren und Displays der verschiedensten Formate kostengünstig herstellen. Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, ein Kunststoffmaterial zu finden, das in seinen optischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften mit Glas konkurrieren kann und überdies einfache Techniken für das Aufbringen der Leitschichten, für die Flüssigkristallorientierung und für die Randversiegelung gestattet. Wenn man bislang noch keine marktfähigen Eunststoff-Zellen hat entwickeln können, so hat dies unter anderem zwei Gründe: alle untersuchten Kunststoffe haben einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizientenx und sind gegenüber niedermolekularen Substanzen wie Wasser nicht sonderlich dicht. Der große SC -Wert macht es schwierig, die Elektroden einer Zelle in die richtige Lage zueinander zu bringen, weil die Folien bekanntlich unter erhöhten Temperaturen miteinander verfestigt werden müssen. Und das eindiffundierende Wasser greift den Flüssigkristall an, mit der Folge, daß sich die optischen Qualitäten des Displays mit der Zeit verschlechtern.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristallanzeige auf Kunststoffbasis konstruktiv so auszubilden, daß die geschilderten Justier- und Lebensdauerprobleme beseitigt sind, und zwar auch dann, wenn man die bereits bekannten Kunststoffe einsetzt. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Display mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.
• Bei der vorgeschlagenen Zelle erfüllen die von beiden Platten ausgehenden, sich berührenden Schichten mehrere Funktionen: Sie legen Form und Lage jedes Anzeigeelements fest; insofern kommt es weniger darauf an-, die Folien exakt zu positionieren und/oder die Elektroden in bestimmter Weise zu strukturieren. Außerdem tragen sie dazu bei, daß die Flüssigkristallsubstanz vor Atmosphärilien geschützt ist; denn sie befindet sich in Räumen, die von wirksamen Diffusionssperren - entweder einer üblichen Leitschicht oder der vorgeschlagenen Doppelschicht - allseitig umschlossen werden. Darüber hinaus ermöglicht die Doppelschicht eine relativ einfache und dabei recht genaue Foliendistanzierung; beide Schichten können nämlich Wegen ihrer geringen Dicke - die Werte liegen gewöhnlich unter 7fm - ohne weiteres in wohldefinierter Höhe hergestellt werden und werden anschließend nicht mehr verformt. Davon abgesehen liefert die Maskenschicht zugleich auch noch den dunklen Bildhintergrund.
• Die erfindungsgemäß vorgesehenen Zusatzschichten lassen sich mit herkömmlichen Verfahren aufbringen, beispielsweise mit einer Siebdrucktechnlk, einer Tauchtechnik oder durch Glimmpdymeristion. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß man zum Färben der Maskenschicht auch auf Substanzen wie Graphit zurückgreifen kann, die an sich gut einschwärzen, aber wegen ihrer elektrischen Leitfähigkeit nur in Ausnahmefällen in Frage kamen; in diesem Fall muß lediglich die Stützschicht aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen.
• Die Maßnahme, sämtliche Anzeigenelemente durch Öffnungen in einer schwarzen Blende vorzugeben, ist an sich bekannt (vgl. hierzu beispielsweise die deutsche Gebrauchsmusterschrift G 7922167). Es ist auch schon nicht mehr neu, die Zellenkammer bis auf die Anzeigenelemente vollständig durch eine Masse auszufüllen (DE-PS 21 60 469 oder US-PS 4235526). Überdies gehört zum Stand der Technik auch schon eine Displayausführung, deren Trägerplatten dadurch in einem bestimmten Abstand voneinander gehalten werden, daß die eine Platte außerhalb der schaltbaren Flüssigkristallbereiche beschichtet ist und auf dieser Schicht von der anderen Platte ausgehende Stützen ruhen (DE-PS 2805970). Die zitierten Literaturstellen behandeln allerdings keine Zellen mit Kunststoffträgern, so daß sich die vorliegenden Probleme dort überhaupt nicht stellen; sie könnten im übrigen mit den dort diskutierten Mitteln auch nicht bewältigt werden.
• Weitere vorteilhaft Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind GegenStand zusätzlicher Ansprüche.
• Der Lösungsvorschlag soll nun anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichem Bezugszeichen versehen. Es zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, in einem leicht schematisierten Seitenschnitt, und Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel in der gleichen Darstellungsweise.
• Die Flüssigkristallanzeige der Fig. 1 enthält im einzelnen zwei Folien (Vorderfolie 1, Rückfolie 2), die durch einen Rahmen 3 dicht miteinander verbunden sind. Die Vorderfolie trägt auf ihrer vom Rahmen umschlossenen Innenfläche jeweils mehrere getrennt ansteuerbare Elektroden (Vorderelektroden 4) sowie eine schwarze Masken- schicht 6. Diese Schicht bedeckt, wie der Figur zu entnehmen ist, die gesamte von den Vorderelektroden nicht eingenommene Fläche und darüber hinaus auch noch die Elektrodenränder. Die Folie 2 ist auf ihrer Innenfläche mit einer durchgehenden Rückelektrode 7 und einer Stützschicht 8 versehen. Auch die Stützschicht deckt alle elektrodenfreien Teile der sie tragenden Folie ab und überlappt die Rückelektrode, und zwar so, daß sie mit der Maskenschicht, an der sie anschlägt, deckungsgleich ist. Die von den beiden Schichten 6 und 8 freigelassenen Hohlräume sind jeweils mit einem Flussigkristallgemisch9 gefüllt. Diese Mischung enthält einen pleochroitischen Farbstoff und wird zwischen einem lichtsperrenden Zustand mit fokal-konischer Molekülorientierung und einem transparenten Zustand mit homöotrop-nematischer Textur geschaltet.
• Die Zelle läßt sich folgendermaßen in einer Großnutzentechnik herstellen: Zunächst versieht man zwei durchsichtige Bahnen, die höchstens 0,1mm dick sind und zweckmäßigerweise aus einem Polyester, Polycarbonat oder Polyuretan bestehen, mit transparenten Leitschichten. Diese Schichten, üblicherweise dotierte Legierungen auf Indium/Zinnoxid-Basis, werden dabei in einer Durchrolltechnik aufgetragen, bei der die Kunststoffbahn ihre Schicht innerhalb eines ortsfesten Fensters erhält, unter dem sie mit konstanter Geschwindigkeit vorbeigeführt wird. Dann arbeitet man aus den Leitschichten eine Vielzahl von Vorderfolien- bzw.
• Rückfolien-Elektrodenmuster heraus, appliziert die übrigen Schichten und bedruckt die eine Bahn auch noch mit den Rahmen. Die Orientierungsschichten, die etwa aus einem Polyimid bestehen könnten, werden am besten durch Tauchen, Roller-Coating oder durch eine Glimmpolymerisation erzeugt und anschließend gerieben. Für die Maskenschicht, die Stützschicht und den Rahmen eignen sich vor allem Kunstharzkleber, die sich einwandfrei siebdrukken lassen und bei mäßigen Temperaturen aushärten. Der Einfachheit halber nimmt man dabei für alle drei Teile die gleiche Klebermischung, die gegebenenfalls noch mit Graphit versetzt wird; ein geeignetes Phenolharzgemisch wird in der älteren Patentanmeldung P 3215827.0 beschrieben. Die beschichteten und bedruckten Bahnen werden anschließend zusammengeführt und dann - nachdem man den Flüssigkristall in die sich bildenden Hohlräume injiziert hat - miteinander fixiert. Dabeiarbeitet man, je nach Beschaffenheit des Rahmenklebers, mit Druck, Wärme oder (W-)Bestrahlung. Aus der so erhaltenen Einheit werden schließlich die einzelnen Zellen abgetrennt.
• Da die Zellwände aus einem Kunststoff bestehen, bieten sie eiiiDihkeiti, ein sogenanntes Hybrid-Display zu schaffen, das heißt, auf einer der beiden Folien auch noch die Ansteuereinheit unterzubringen. Zwei Varianten sind besonders elegant: Bei der einen baut man die Ansteuerschaltung auf einer separaten Kunststoffunterlage, etwa einer Kaptonfolle, auf, bedruckt die Zellenanschlüsse mit einem Leitkleber und verbindet dann das Schaltungssubstrat mit dem Anschlußträger, gegebenenfalls unter Druck, Wärme oder (UV-) Licht. Die Kontaktierung wird dabei besonders zuverlässig, wenn man einen lötfähigen Leitkleber verwendet und die beiden miteinander zu verbindenden Folin tauchverzinnt und anschließend verlötet, beispielsweise in einem Bügellötverfahren oder durch punktuelles Erhitzen mit einem abtastenden Laserstrahl.
• Bei der zweiten Variante realisiert man die Schaltkreise unmittelbar auf einer der beiden Zellenfolien, und zwar nach Art einer sogenannten SICUFOL#-Schaltung, die beispielsweise in "bauteile-report" 16 (t978) 91 näher beschrieben wird. Hierbei überzieht man die Folie mit einem ITO-/NiCr-/Cu-Schichtensystem und legt dann durch selektives Ätzen ein bestimmtes Muster aus Elektroden (ITO), Widerständen (ITO oder ITO-NiCr) und lötfähigen Stellen (ITO-NiCr-Cu) frei. Bei Bedarf könnte man dabei auch mehrere dieser Metallschichtensysteme übereinandersetzen; benachbarte Systeme sollten dann jeweils durch eine photostrukturierbare Schicht voneinander isoliert sein, in der Durchkontaktierungen einbelichtet sind.
• Beide Alternativen haben ihre spezifischen Vorteile.
• Bei getrennter Herstellung kann man beide Teile einzeln prüfen, ehe man sie zusammensetzt. Ist die Schaltung in die Zelle integriert, so braucht man nicht eigens zu kontaktieren und erhält zudem eine sehr kompakte Bauform.
• Das Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist gegenüber dem Beispiel der Figur 1 in folgenden Punkten modifiziert: Die Stützschicht 8 fluchtet nicht mehr mit der Maskenschicht 6; sie bildet zugleich auch den Rahmen und hat ansonsten die Form von miteinander.verbundenen Trennwänden. Die Trennwände schaffen zwischen den beiden Folien 1, 2 relativ großvolumige Hohlräume, die jeweils mit einer eigenen Füllöffnung 11 versehen sind. Diese Öffnungen befinden sich in der Rückfolie; und zwar jeweils an einer von der Maskenschicht 6 verdeckten Stelle. So hat man die Möglichkeit, für verschiedene Anzeigeelemente bzw. Elementegruppen unterschiedliche Flüssigkristallmischungen zu nehmen und aüf diese Weise zu mehrfarbigen Darstellungen zu kommen.
• Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die detailliert geschilderten Ausführungsformen. So kann der Fachmann einzelne Merkmale durchaus noch abwandeln, sofern die Gesamtwirkung, das heißt, die wesentlichen Funktionen der Doppelschicht, erhalten bleiben. Dementsprechend werden beispielsweise folgende Modifikationen noch vom Lö sungsvo rschlag erfaßt: Die Trägerfolien sind zwar bei Raumtemperaturen relativ formstabil, lassen sich aber bei erhöhten Temperaturen um etwa 1000C biegen. Die Maskenschicht und die Stützschicht haben verschiedene Dicken; die Differenz kann dabei bis zu 50%, bezogen auf den größeren Wert, betragen. Beide Schichten sind miteinander verfestigt oder/und enthalten zusätzliche Distanzierelemente. Eine oder auch beide Schichten überdecken die leitschichtfreie Fläche zwar zu einem wesentlichen Teil, aber nicht ganz vollständig.
• 9 Patentansprüche 2 Figuren Leerseite

Claims (9)

1. Patentansprüche 1. Flüssigkristallzelle, zur Darstellung von hellen Bildern auf dunklem Grund, mit 1) zwei zueinander parallelen, aus einem flexiblen Kunststoff bestehenden Folien (Vorderfolie1 Rückfolie), die 2) auf ihren einander zugewandten Flächen (Innenflächen) mehrere getrennt voneinander ansteuerbare Dunnschichtelektroden (Vorderelektroden, Ptückelektroden) aufweisen, 3) durch einen Rahmen in einem vorgegebenen Abstand dicht miteinander verbunden sind und 4) eine Flüssigkristallschicht zwischen sich einschließen, die bereichsweise zwischen optisch verschiedenen Zuständen geschaltet werden kann, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß 5) beide Folien (1, 2) auf-ihren Innenflächen jeweils etwa gleich dicke schichten (6,8) tragen, die sich großflächig berühren, 6) beide Schichten (6, 8) sich außerhalb der schaltbaren Flüssigkristallbereiche ("Anzeigeelemente") befinden und dabei innerhalb der vom Rahmen (3) umschlossenen Fläche zumindest die elektrodenfreien Bereiche der sie jeweils tragenden Folie (1, 2) bedecken und 7) die Schicht der einen Folie (Maskenschicht~E') dunkel gefärbt ist und die Grenzen der einzelnen Anzeigeelemente definiert.
2. 2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnest, daß zumindest die Maskenschicht (6) die Elektroden (4) der sie tragenden Folie (1) allseitig überlappt.
3. 3. Zelle nach den Ansprüchen 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß beide Schichten (6,8) deckungsgleich sind.
4. 4. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dad u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die WIaskenschicht (6) von der Vorderfolie (1) getragen wird.
5. 5. Zelle nach Anspruch 4, d a durch g ek en n z ei chn e t, daß die Schicht der anderen Folie (Stützschicht8) eine Anzahl von miteinander verbundenen Trennwänden enthält und daß die durch die Trennwände voneinander separierten Zellenhohlräume jeweils mit einer von der Maskenschicht (6) verdeckten, in der Rückfolie (2) befindlichen Füllöffnung (11) versehen sind.
6. 6. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d urch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schicht der anderen Folie (Stützschicht 8) aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.
7. 7. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a durch g e k e n n z e i c h n e t, daß beide Schichten (6, 8) aus gehärteten Kunststoffklebern bestehen.
8. 8. Zelle nach Anspruch 7, d a durch gekennzeichn e t, daß die Maskenschicht (S) aus dem gleichen, mit einem schwarzen Farbstoff, insbesondere Graphit vermischten Kleber wie die Stützschicht (8) besteht.
9. 9. Zelle nach den Ansprüchen 7 oder 8, d a du r c h gek e n n z e i c h ne t, daß der Rahmen (3) ein Bestandteil einer der beiden Schichten (6, 8) ist.