DE112015005187T5

DE112015005187T5 - Verfahren zum Erzeugen einer flexiblen elektro-optischen Zelle

Info

Publication number: DE112015005187T5
Application number: DE112015005187.2T
Authority: DE
Inventors: Eui-yeul Park; Bahman Taheri; Christine Baker; Roy E. Miller; Ludmila Sukhomlinova; William Ryan
Original assignee: Alphamicron Inc
Current assignee: Alphamicron Inc
Priority date: 2014-11-17
Filing date: 2015-11-03
Publication date: 2017-08-24
Also published as: JP2017534083A; US20170329161A1; GB2546935B; JP7027165B2; WO2016081185A1; KR20170086579A; KR102413786B1; CN107111195A; GB2546935A; US10401690B2; CN117850105A; GB201707328D0; TW201624083A; TWI741970B

Abstract

Es ist ein Verfahren zum Erzeugen einer flexiblen Zelleneinheit vorgesehen, die durch eine Randdichtung eingeschlossen und mit einem elektro-optischen Material gefüllt ist. Die flexible Zelle enthält ein erstes und ein zweites Substrat, die durch einen geregelten Abstand getrennt sind, der durch Abstandhalter beibehalten wird. Das Verfahren beinhaltet das Vorsehen von zwei fortlaufenden Bahnen aus flexiblem Kunststoffmaterial zum Ausbilden des ersten und zweiten Substrats und das Ablagern eines elektro-optischen Materials auf mindestens einem Substrat. Das elektro-optische Material ist nicht verkapselt, nichtpolymer und enthält weniger als 1% polymerisierbares Material. Das Verfahren beinhaltet außerdem das Paaren des ersten und zweiten Substrats während des Walzfüllens der flexiblen Zelle mit dem elektro-optischen Material unter Benutzung von einer oder mehr Laminierwalzen, sodass das elektro-optische Material den geregelten Abstand zwischen dem ersten und zweiten Substrat völlig ausfüllt.

Description

STAND DER TECHNIK
Die meisten Flüssigkristall(LC)-Geräte sind aus einem Flüssigkristall-Sandwich zwischen zwei beabstandeten Glassubstraten, die mit einem transparenten Leiter beschichtet sind, hergestellt. Die Glassubstrate sind im Allgemeinen unter Verwendung einer epoxidbasierten Dichtung (Kantendichtung) an der Kante zu einem vorbestimmten Spalt zusammengehalten und werden als Tafel bezeichnet. Das Flüssigkristall wird entweder unter Verwendung eines Vakuumfüllprozesses oder eines Tropfenfüllprozesses in den Spalt der Tafel eingespritzt. Im Falle des Vakuumfüllprozesses ist die Dichtung um die Tafel nicht fortlaufend und weist eine Öffnung auf, die als „Füllloch“ bezeichnet wird. Die Tafel wird dann in einer Vakuumkammer zum Entleeren der Luft aus dem Inneren der Tafel angeordnet. Nach diesem Schritt, und während sie weiterhin unter Vakuum ist, wird Flüssigkristall in das Füllloch eingeleitet. Das Flüssigkristall füllt dann aufgrund der Kapillarkräfte den Spalt innerhalb der Tafel. Dies kann durch dadurch beschleunigt werden, dass die Tafel nach der Flüssigkristalleinleitung in das Füllloch auf atmosphärischen Druck gebracht wird. Der Prozess ist abgeschlossen, sobald das Flüssigkristall den Tafelspalt gefüllt hat. Um jedoch künftige Probleme (beispielsweise Schrumpfung, Blasenbildung usw.) zu vermeiden, beträgt die Menge von Flüssigkristall in der Tafel mehr als das antizipierte Volumen. Von daher werden die Tafeln dann gepresst, um das überschüssige Flüssigkristall durch einen Prozess, der als „Kaltpressen“ bezeichnet wird, zu beseitigen. Das Füllloch wird dann unter Verwendung eines sekundären Epoxids versiegelt, um zu verhindern, dass Luft in die Tafel eindringt.
Dieser Prozess ist bei Tafeln mit großer Fläche schwer auszuführen, da die Füllzeit proportional zur Tafelfläche ist, sodass sich die Wartezeit, die benötigt wird, bis das Füllen abgeschlossen ist, auf mehrere Stunden für jede Tafel belaufen kann. Dieser Prozess ist unwirtschaftlich, besonders mit der zusätzlichen Zeit, die zum Entleeren der Luft im Vakuumprozess erforderlich ist. Zudem wird die Zellenspaltsteuerung überaus schwierig.
Die Verwendung von flexiblen Substraten im herkömmlichen Vakuumprozess stellt eine weitere Schwierigkeit dar. Wenn Luft aus der Kammer entleert wird, bewirkt jegliche in der leeren Zelle eingeschlossene Luft, dass sich die leere Zelle ausdehnt, wie bei einem Ballon. Dies könnte zu Beschädigung der Zelle oder Zerbrechen der Zellendichtung führen. Zusätzliche Vorsichtsmaßnahmen sind erforderlich, wie etwa Einlegen der flexiblen Zelle zwischen zwei starren Materialien für den Vakuumfüllprozess, um die Ballonwirkung zu verhindern.
Um dies abzumildern, wurde ein neuer Prozess, als Ein-Tropfen-Füllung (ODF) bezeichnet, erfunden. In diesem Prozess wird das Glassubstrat beschichtet. Eine Dichtung wird um den gesamten Umfang des Glassubstrats abgelagert. Das Substrat wird dann in einer großen Vakuumkammer angeordnet. Ein zweites Glassubstrat wird ebenfalls in der Vakuumkammer angeordnet und über dem ursprünglichen Substrat gehalten. An diesem Punkt lagert eine Abgabevorrichtung die exakte Flüssigkristallmenge, die benötigt wird, auf dem unteren Glassubstrat ab. Wenn der Vakuumzustand erreicht ist, werden die zwei Substrate zusammengebracht. Die Epoxiddichtung wird gehärtet, wodurch ein versiegeltes System geschaffen wird. Das Flüssigkristall füllt diese Tafel durch Kapillarkräfte. Die Tafel kann auf atmosphärischen Druck gebracht werden, um den Füllprozess wie vorher zu beschleunigen. Der Vorteil des ODF-Verfahrens ist, dass der Kaltpressschritt ausgelassen wird. Zudem kann das System die Prozesszeit herabsetzen, besonders für großflächige Tafeln.
Ein erheblicher Aspekt dieser Prozessverfahren ist, dass die Endtafel als unter Unterdruck stehend betrachtet wird. Anders gesagt wird, da die Tafel unter Vakuum gefertigt wird, der Innendruck als niedriger als der atmosphärische Druck betrachtet. Das bedeutet, dass Luft die Tafel durchdringt, falls die Gelegenheit dazu gegeben ist. Daher führt ein Riss in der Dichtung zu katastrophalem Versagen der Tafel. Um dieses Problem zu vermeiden, sind die Dichtungen luftundurchlässig ausgelegt.
Glasbasierte Tafeln können nicht bei Anwendungen benutzt werden, bei denen Dauerhaftigkeit, Flexibilität oder leichtes Gewicht erheblich ist. Zu derartigen Anwendungen gehören Sehhilfen, Schutzschilde, Fenster/Displays mit großer Krümmung usw. Daher besteht ein Bedarf an flexiblen Kunststoff-LC-Geräten.
Die Herstellungsverfahren zur Flüssigkristalltafelfertigung sind nicht völlig mit Kunststoffsubstraten kompatibel. Zum einen ist Kunststoff flexibel wodurch die Handhabung von Kunststoffsubstraten in Fertigungsprozessen besonders schwierig wird. Die fehlende Flexibilität von Glas, die bei zahlreichen Anwendungen als Nachteil betrachtet wird, ist tatsächlich für die oben angegebenen Fertigungsprozesse notwendig. Obgleich einige kleinflächige Kunststoffzellen unter Anwendung der obigen herkömmlichen Prozesse hergestellt wurden, haben die niedrigen Erträge die Einführung begrenzt. Dies gründet hauptsächlich auf den strengen Bedingungen, die für jeglichen Vakuumfüllprozess erforderlich sind. Zudem weisen die kunststoffbasierten Geräte nach der Fertigung der Tafel eine erheblich niedrigere Nutzlebenszeit auf. Dies gründet auf der Tatsache, dass Kunststoffe durchlässige Materialien sind, die den Transfer von Gasen zulassen. Da die Tafeln unter Unterdruck gefertigt werden, dringt Luft schließlich in die Zelle ein. Dies hat die Einführung von kunststoffbasierten Flüssigkristallgeräten erheblich eingeschränkt. Obgleich zahlreiche Unternehmen (beispielsweise Teijin, DuPont, Mitsubishi usw.) an Hartbeschichtungen zum Verringern der Gasdurchlässigkeit von Kunststoffsubstraten arbeiten, haben sie die Werte noch nicht erreicht, die selbst das dünnste Glas bietet.
Einige Flüssigkristallgeräte auf Grundlage von Kunststoff sind auf dem Markt erschienen. Sie versuchen, diese Probleme durch Verarbeiten des Systems unter atmosphärischem Druck zu bewältigen. Ein Verfahren, dies zu erzielen, ist, die Dichtung wegzulassen und eine Walze zum Aufbringen des Flüssigkristalls auf die Substrate zu benutzen. Um jedoch zu vermeiden, dass das Flüssigkristall aufgrund der fehlenden Dichtung aus der Tafel austritt, leiten sie eine erhebliche Menge an Polymer in das Flüssigkristall ein. Bei diesem Verfahren wird das Flüssigkristallmaterial „verkapselt“, was bedeutet, dass eine Menge an Flüssigkristallmaterial in einem Verkapselungsmedium eingeschlossen oder enthalten wird. Derartige Mikroverkapselung verhindert, dass das Flüssigkristall „fließt“, wodurch die Fertigung von großen Displays ermöglicht wird. Das in Polymer verkapselte Flüssigkristall schafft „Mikrotafeln“ innerhalb der großen Tafel. Das Polymer hilft außerdem dabei, den Zellenspalt durch Anhaften an den zwei Substraten beizubehalten. Diese Materialien, die allgemein als Polymer Dispersed Liquid Crystal (PDLC), Nematic Curvilinear Aligned Phase (N-CAP), Polymer Stabilized Cholesteric Texture (PSCT), Polymer Encapsulated Liquid Crystal (PELC) und Polymer Network Liquid Crystal (PNLC) usw. bekannt sind, weisen dahingehend einen erheblichen Nachteil auf, dass sie keine optische Bildschärfe aufweisen und aufgrund von Lichtstreuung durch die verkapselten Flüssigkristallbereiche unscharf sind. Dies hat ihre Benutzung auf Privatsphärenanwendungen (beispielsweise Privatsphärenfenster usw.) beschränkt. Es ist zu beachten, dass diesen Systemen aufgrund des Nichtvorhandenseins der Dichtung die Stabilität der Glastafeln fehlt. Insbesondere dringen im Verlauf der Zeit Luft und Feuchtigkeit in die Tafel ein und lassen das Produkt funktionsunfähig werden. Von daher haben diese Systeme keine Marktgängigkeit erreicht. Um diese Einschränkung zu beseitigen, wurde die Verkapselungsgröße durch das Polymer erhöht. Zudem wurden gemusterte Mikrotafeln geschaffen, um den Fluss des Flüssigkristalls in der großen Endtafel zu begrenzen. Diese Zusatzstrukturen setzen jedoch das optische Leistungsvermögen der Zelle herab und erzeugen Zusatzwirkungen, wie etwa Diffraktion. Bei optischen Geräteanwendungen wird ein Gerät ohne das Vorhandensein dieser Polymerwände und -strukturen benötigt, um jegliche optische Fehler im Sichtbereich zu vermeiden.
Zu anderen vorgeschlagenen Lösungsansätzen gehört beispielsweise die US-Patentanmeldung 2009/0128771 unter dem Titel „Fabrication Methods for Liquid Crystal Display Devices” (Yang et al.), die ein Roll-to-Roll-Verfahren zum Fertigen von Zellen unter Benutzung einer „gemusterten Verkapselungsstruktur“ beschreibt, welche mehrere Streifen zum Aufteilen von Flüssigkristallen enthält. Ein anderes Verfahren nutzt gemusterte Mikropolymerabstandshalter zum Enthalten von LC-Material innerhalb kleiner geschlossener Räume. Beispielsweise werden bei einem Verfahren, das in Wen-Tuan Wu et al. „P-55: Cell filling of Flexible Liquid Crystal Displays Using One Line Filling and Tilted Roller Pressing”, SID 07 Digest, S. 393 (2007) beschrieben ist, Mikropolymerabstandshalter, die 10 µm breit × 170 µm lang × 3 µm hoch sind, auf einem Substrat ausgebildet, um das Flüssigkristallmaterial in kleinen, rechteckigen Räumen zu enthalten, wodurch die Fertigung einer großen Zelle ermöglicht ist. Zu anderen Beispielen von gemusterten Abstandshaltern gehört das Verfahren von Liang et al., US-Patent Nr. 7,850,867 unter dem Titel „Compositions for liquid crystal display.”
Andere Verfahren beinhalten das Vorsehen einer „Stützschicht“ aus einem Material, das zum Absorbieren oder Binden von LC-Material imstande ist, um die LC-Schicht in der Stärke dimensional stabil und mit genügender Stärke zur Leistungserzielung herzustellen. Siehe US-Patent Nr. 5,868,892 .
Während sich Kunststoffsubstrate zu einer Roll-to-Roll-Herstellung mit verringerten Kosten und erhöhter Herstellungseffizienz hergeben, waren vorherige Anstrengungen zum Implementieren eines fortlaufenden Roll-to-Roll-Herstellungsprozesses für verschiedene flexible Displays nicht erfolgreich. Die Herstellung von großflächigen Displays war insbesondere illusorisch. Ein Grund dafür ist, dass es bei Flüssigkristallgeräten, wie etwa Displays oder optischen Geräten, wesentlich ist, dass die Flüssigkristallschicht (d. h. das Flüssigkristallmaterial zusammen mit jeglichen eingemischten Farbstoffen) eine optimale einheitliche Stärke aufweisen muss, da Variationen der Stärke Variationen oder Abstufungen der optischen Eigenschaften des Flüssigkristallgeräts bewirken. Zudem bewirkt die variierende Stärke des Flüssigkristallmaterials entsprechende Variationen der elektrischen Eigenschaften des Flüssigkristallmaterials, wie etwa Kapazität und Impedanz, wodurch die Einheitlichkeit eines Flüssigkristallgeräts weiter herabgesetzt ist, besonders bei einem großformatigen. Die variierenden elektrischen Eigenschaften des Flüssigkristallmaterials können außerdem eine entsprechende Variation des wirksamen elektrischen Felds bewirken, das über dem Flüssigkristallmaterial anliegt. Zudem würden, in Reaktion auf ein konstantes elektrisches Feld, Bereiche des Flüssigkristalls, die eine andere Stärke aufweisen, anders reagieren. Daher sollte außerdem eine optimale Beabstandung der Elektroden vorliegen, um die das elektrische Feld auf das Flüssigkristallmaterial ausgeübt ist. Um derartige optimale Stärke und Beabstandung beizubehalten müssen ziemlich enge Toleranzen beibehalten werden. Zum Beibehalten von engen Toleranzen besteht eine Begrenzung bezüglich der Größe des Geräts, das derartige Flüssigkristalle benutzt, da es relativ schwer ist, enge Toleranzen über große Flächenbereiche beizubehalten. Zudem muss die Menge von Flüssigkristall gesteuert werden, wie es bei der vakuumbasierten Verarbeitung der Fall ist. Jedoch ist es aus den obenstehend angeführten Gründen am besten, das Vorhandensein von Vakuum in einem walzenbasierten Kunststoffprozess zu vermeiden.
Aus diesen Gründen wurden großformatige Einzelzellen-Flüssigkristallgeräte, wie etwa beispielsweise ein Schiebedach oder ein Fenster, nicht zufriedenstellend hergestellt, hauptsächlich wegen der Fluidität der Flüssigkristalle, d. h. der Neigung des Materials zum Fließen, wodurch Bereiche geschaffen werden, die unterschiedliche Materialstärken aufweisen, was zu nichteinheitlichen optischen und elektrischen Kennzeichen führt.
Im Allgemeinen wurde herkömmlicherweise angenommen, dass es ohne die Benutzung der verschiedenen, hier beschriebenen Verkapselungs-/Musterabstandshalterverfahren nicht möglich ist, eine flexible Zelle, die mit einer elektro-optischen Fluidmischung, wie etwa Flüssigkristall, gefüllt ist, unter Nutzung eines Roll-to-Roll-, Roll-to-Sheet-, Roll-to-Part- oder fortlaufenden Herstellungsprozesses (hier kollektiv als Roll-to-Roll bezeichnet) herzustellen. Dies liegt an der Schwierigkeit beim Arbeiten mit flexiblen Kunststoffen, wobei ein geregelter Abstand zwischen den zwei Substraten von ungefähr 5–20 µm mit einer Variation (Toleranz) von nur +/–1–2 µm beibehalten werden muss; der Präzision, die zum Füllen des geregelten Spalts zwischen dem oberen und unteren Substrat mit einer Flüssigkristallmenge, die zum Füllen des gesamten Spalts ohne Blasen- oder Defektbildung erforderlich ist; und der Fluidbeschaffenheit des Flüssigkristalls, die erfordert, entweder das LC unter Nutzung von Polymerisation oder Verkapselung stabilisieren zu müssen, und/oder Abstandhalter zu benutzen, die diskrete Muster ausbilden, wobei all dies zu „Unschärfe“ führt, die nicht erwünscht ist.
Daher besteht weiterhin Bedarf an einem effizienten Herstellungsverfahren für flexible, im Wesentlichen polymerfreie Kunststoff-Flüssigkristallgeräte.
KURZDARSTELLUNG
Hierin offenbart ist ein fortlaufendes Verfahren zum Erzeugen einer flexiblen Zelleneinheit, die durch eine rahmenartige Randdichtung eingefasst ist, wobei zwei flexible Substrate, die durch einen geregelten Abstand getrennt sind, welcher durch ungemusterte Abstandhalter beibehalten wird, zusammengebaut und mit einem elektro-optischen Material (EOM) während des fortlaufenden Produktionsprozesses walzgefüllt wird. Der hierin verwendete Begriff „walzgefüllt“ oder „Walzenfüllung“ bezeichnet das Füllen des Raums zwischen den flexiblen Substraten oder des Wirkbereichs der Zelle mit dem EOM unter Benutzung von einer oder mehr Laminierwalzen, sodass das elektro-optische Material den geregelten Abstand zwischen den Substraten vollständig füllt. In manchen Ausführungsformen wird das Walzfüllen ohne die Anwendung von Vakuum erzielt (vakuumloses Verfahren).
In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren: Vorsehen von zwei fortlaufenden Bahnen aus flexiblem Kunststoffmaterial zum Ausbilden eines ersten (beispielsweise unteren) Substrats und eines zweiten (beispielsweise oberen) Substrats; Ablagern eines elektro-optischen Materials auf dem ersten Substrat; Benutzen einer Laminierwalze zum Zusammenpassen des zweiten Substrats mit dem ersten Substrat und zum Walzfüllen der Zelle (oder der Bahn) mit dem elektro-optischen Material, sodass das elektro-optische Material den geregelten Abstand zwischen dem ersten und zweiten Substrat füllt. Das Randdichtungsmittel kann vor dem Schritt des Ablagerns des EOM oder nachdem das EOM abgelagert wurde aufgebracht werden.
In manchen Ausführungsformen wird ein Randdichtungsmittel vor dem Walzfüllschritt aufgebracht, sodass das Verfahren den Schritt des Aufbringens eines Randdichtungsmittels auf das erste und/oder das zweite oder beide Substrate vor dem Ablagern des EOM und einen Schritt des Härtens des Randdichtungsmittels zum Ausbilden der Randdichtung vor oder nach dem Walzfüllschritt beinhaltet. Bei diesem Verfahren kann das elektro-optische Material auf einem Bereich außerhalb des Umfangs des Randdichtungsmittels abgelagert werden (3A). Alternativ kann das elektro-optische Material innerhalb des Umfangs der Randdichtung abgelagert werden (3B). In anderen Ausführungsformen kann das EOM sowohl außerhalb als auch innerhalb des Umfangs, der durch das Randdichtmittel ausgebildet ist, abgelagert werden, in einer oder verschiedenen Formen (3C–F). Dieses Verfahren kann einen weiteren Schritt des Ausschneidens der flexiblen Zelleneinheit aus den zwei fortlaufenden Bahnen aus flexiblem Kunststoffmaterial unter Benutzung eines mechanischen Schneidgeräts (beispielsweise eines xy-Schneidgeräts oder einer Stanze) oder eines Laserschneidgeräts oder einer Kombination davon oder jeglicher anderen, im Fachgebiet bekannten Schneid-/Trenntechnik aufweisen.
Es kann in manchen Fällen vorteilhaft sein, das Randdichtungsmittel sowohl auf das obere als auch das untere Substrat zu drucken. In dieser Ausführungsform fließt EOM während des Walzfüllprozesses zwischen dem oberen und unteren Randdichtungsmittel statt strikt über dem unteren Randdichtungsmittel. Dies gewährleistet, dass das Randdichtungsmittel zu jeder Substratfläche Kontakt aufweist. Dies fördert Adhäsion und Stabilität der Dichtung.
In manchen Fällen kann mehr als ein Randdichtungsmittel aufgebracht werden, beispielsweise können zwei oder mehr Arten von Haftstoffen zum Vorsehen der Randdichtungsmittel eingesetzt werden, wobei jeder Haftstoff eine andere Funktionalität vorsieht, beispielsweise eine Haftfunktion gegenüber einer nicht interagierenden Funktion.
In anderen Ausführungsformen wird zunächst das EOM aufgebracht, dann wird das Randdichtungsmittel aufgebracht und die Zelle walzgefüllt. In einer Ausführungsform wird das Randdichtungsmittel vor dem Walzfüllschritt gehärtet. In einer anderen Ausführungsform wird das Randdichtungsmittel nach dem Walzfüllschritt gehärtet.
Wenn ein Randdichtungsmittel vorhanden ist, weist es eine Viskosität > 1000 Zentipoise (cP), > 2000 cP, > 3000 cP, > 4000 cP oder > 5000 cP auf. In manchen Ausführungsformen liegt die Viskosität unter 10.000 cP, 20.000 cP, 30.000 cP, 40.000 cP, 50.000 cP, 60.000 cP oder 70.000 cP. In manchen Ausführungsformen ist das Verhältnis der Randdichtungsmittelviskosität zur EOM-Viskosität größer als 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40 oder 50.
In manchen Ausführungsformen dieses Verfahrens interagiert das elektro-optische Material nicht chemisch oder interagiert nur minimal mit dem Randdichtungsmittel. In manchen Beispielen können mehrere (d. h. mehr als ein) Randdichtungsmittel auf ein oder beide Substrate aufgebracht werden.
In einer anderen Ausführungsform wird eine Randdichtung nach dem Walzfüllschritt unter Benutzung eines Lasers oder Heizelements oder eines ähnlichen Schweißverfahrens, das zum Abdichten um die walzgefüllte Zelle angewendet wird, geschaffen. Der Laser ist dazu imstande, das obere und untere Substrat miteinander zu verschmelzen, um eine fortlaufende Dichtung um einen Wirkbereich auszubilden. Der Laser kann außerdem zum simultanen Schneiden einer individuellen Zelle aus einer Bahn, während er eine Dichtung erzeugt, konfiguriert sein. Die Schritte in diesem Verfahren beinhalten: Vorsehen von zwei fortlaufenden Bahnen aus flexiblem Kunststoffmaterial zum Ausbilden des ersten (unteren) Substrats und des zweiten (oberen) Substrats; Ablagern eines elektro-optischen Materials auf dem ersten (oder zweiten) Substrat; Benutzen einer Laminierwalze zum Zusammenpassen des zweiten Substrats mit dem ersten Substrat zum Ausbilden einer Zelle, die mit dem elektro-optischen Material gefüllt ist und einen geregelten Abstand, durch ungemusterte Abstandhalter beibehalten, aufweist; dann Laserschneiden einer Form zum Ausbilden einer Randdichtung und zum Trennen der flexiblen Zelleneinheit von den zwei fortlaufenden Bahnen aus flexiblem Kunststoff. In diesem Verfahren wird ein Randdichtungsmittel nicht vor dem Walzfüllschritt aufgebracht. Stattdessen wird die Randdichtung nach dem Walzfüllschritt geschaffen.
In jeglichen der oben beschriebenen Verfahren können die Bahnen aus flexiblem Kunststoff mit ungemusterten Abstandhaltern vorbeschichtet sein, oder der Prozess kann ferner einen Schritt beinhalten, bei dem die ungemusterten Abstandhalter auf das erste Substrat oder das zweite Substrat oder beide aufgebracht werden. In wiederum anderen Ausführungsformen können die Abstandhalter innerhalb des elektro-optischen Materials abgelagert werden. Oder die Abstandhalter können alternativ innerhalb einer Ausrichtungsschicht auf dem ersten Substrat, dem zweiten Substrat oder beiden abgelagert werden.
In manchen Beispielen können die Abstandhalter auf ein oder beide Substrate gedruckt werden. Die Verteilung der Abstandhalter muss derart sein, dass sie nur minimale oder keine Diffraktionsmuster erzeugen. Daher bezieht sich der Begriff „ungemusterte Abstandhalter“ auf Abstandhalter mit einem willkürlichen oder keine Diffraktion erzeugenden Muster.
Zudem ist in den meisten hierin beschriebenen Beispielen die Abstandhalterzahl (oder Dichte der Abstandhalter) auf > 80 pro Quadratmillimeter gehalten.
In jeglichen der oben beschriebenen Ausführungsformen können die Substrate eine leitfähige Schicht (beispielsweise Indiumzinnoxid oder ITO) zur Ausübung einer Spannung oder eines elektrischen Stroms auf das elektro-optische Material enthalten. Dementsprechend können die Bahnen aus flexiblem Kunststoff mit einer leitfähigen Schicht vorbeschichtet sein, oder der Prozess kann ferner einen Schritt beinhalten, in dem eine leitfähige Schicht auf dem ersten und zweiten Substrat aufgebracht wird.
Das erste und zweite Substrat können außerdem eine Ausrichtungsschicht zum Unterstützen bei der Ausrichtung der EOM-Moleküle enthalten. Die Ausrichtungsschicht kann bereits auf den fortlaufenden Bahnen aus flexiblem Kunststoffmaterial vorhanden sein (Vorbeschichtung). Alternativ kann das Verfahren einen Schritt des Ablagerns der Ausrichtungsschicht auf dem ersten Substrat, dem zweiten Substrat oder beiden beinhalten. Die Ausrichtungsschicht kann auf die gesamte Oberfläche der ersten oder zweiten Substratbahn aufgebracht werden oder selektiv auf einen ausgewählten Wirkbereich von einem oder beiden des ersten und zweiten Substrats aufgebracht werden. Wirkbereich bezeichnet den Bereich auf dem Substrat, der durch das elektro-optische Material gefüllt und durch die Randdichtung begrenzt werden soll. Selektive Aufbringung kann unter Anwendung verschiedener Techniken erzielt werden, beispielsweise Siebdrucken, Tintenstrahldrucken, Flächenbeschichten, Walzpressen, Wärmepressen, Phasentrennung aus einer Mischung oder andere, im Fachgebiet bekannte Verfahren. In manchen Fällen ist dies eine selbstbauende Monoschicht, die eine erwünschte Ausrichtung erzeugen kann.
In manchen Ausführungsformen kann die Ausrichtungsschicht Abstandhalter enthalten, die den geregelten Abstand zwischen den Substraten beibehalten.
Das elektro-optische Material beinhaltet jegliches Material, das durch die Ausübung eines elektrischen Stroms oder einer Spannung verändert werden kann. Beispiele beinhalten Flüssigkristalle, elektrochrome Materialien, SPD usw.
In manchen Ausführungsformen ist das elektro-optische Material als Ganzes nicht polymerisierbar und nicht verkapselt oder enthält nicht mehr als 1%, 2%, 3%, 4%, 5% polymerisierbares Material. In manchen Beispielen enthält das elektro-optische Material ein nicht polymerisierbares, nicht verkapseltes Flüssigkristall oder eine Flüssigkristall/Färbemittel-Mischung. In manchen Beispielen ist das elektro-optische Material eine Guest/Host-dichroitisches-Färbemittel/Flüssigkristall-Mischung. In manchen Beispielen ist das EOM nicht diskret. In anderen Beispielen, besonders wenn die flexible Zelle groß ist, kann das EOM durch Aufbringung von Trennwänden zusätzlich zu den ungemusterten Abstandhaltern in diskrete Bereiche unterteilt/aufgeteilt sein, um beim Beibehalten des geregelten Abstands zwischen den Substraten zu unterstützen.
Das elektro-optische Material kann in Tropfen, Linien oder Formen oder fortlaufenden Folienbahnen unter Anwendung jeglicher im Fachgebiet bekannter Ablagerungsmittel auf dem ersten Substrat abgelagert werden (3–5).
Wenn das EOM eine Flüssigkristallmischung enthält, können die Substrate mit einer Ausrichtungsschicht beschichtet werden, und das Verfahren kann einen Schritt des Behandelns der Ausrichtungsschicht zum Ermöglichen einer zweckdienlichen Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen (und/oder Färbemittel) an den Substraten beinhalten. „Behandelt“, wie hierin verwendet, beinhaltet jegliche im Fachgebiet bekannte Arten und Weisen zum Erzeugen einer erwünschten Ausrichtung des Flüssigkristalls. Beispielsweise könnte das Ausrichtungsschichtpolyimid (PI) physikalisch mit einem weichen Tuch abgerieben werden. Alternativ könnte das PI mit Luftstrahlen ausgerichtet werden, während es trocknet. Außerdem sind durch Licht ausrichtbare Ausrichtungsschichten bekannt, die Ausrichtung mit UV-Licht usw. einleiten.
In manchen Ausführungsformen ist die flexible Zelleneinheit ein optisches Gerät. Ein „optisches Gerät“ bezieht sich auf ein Gerät mit optischen Eigenschaften, die dazu geeignet sind, dass ein Benutzer durch dieses Gerät ohne erhebliche Verzerrung des Bilds, das durch das Gerät gesehen wird, schauen kann. Ein optisches Gerät unterscheidet sich daher von einem herkömmlichen Display, da ein Benutzer typischerweise nicht durch ein Display ein Bild anschaut. Zu Beispielen von optischen Geräten gehören Brillen, Korbbrillen, Visiere, Schutzbrillen, Schiebedächer, Fenster, Befensterungen usw. In manchen Beispielen weist das optische Gerät einen Unschärfewert von unter 15%, 10%, 7%, 5%, 3%, 2% oder 1% auf.
In manchen Beispielen ist die flexible Zelleneinheit ein optisches Gerät, das eine Flüssigkristall/dichroitische Färbemittel-Mischung enthält, die dazu imstande ist, mit dem Anlegen verschiedener Spannungen zwischen einem hochdurchlässigen „klaren“ Zustand und einem schwachdurchlässigen „dunklen“ Zustand umzuschalten. Derartige Guest/Host-Flüssigkristall/Färbemittel-Mischungen sind wegen der verhältnismäßig höheren Toleranz der Zelle für Variationen des Zellenspalts für das hierin offenbarte Herstellungsverfahren gut geeignet.
Einer der zahlreichen Vorteile des hierin beschriebenen erfinderischen Verfahrens ist, dass es als vakuumfreies Verfahren ausgeführt werden kann. Es kann, falls erforderlich, jedoch auch unter Vakuum ausgeführt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Querschnittansicht einer flexiblen Zelleneinheit.
2 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Walzfüllungsfertigungsverfahrens einer flexiblen Zelleneinheit, wobei das Randdichtungsmittel vor dem Walzfüllschritt aufgebracht wird.
3A–E sind schematische Ansichten von verschiedenen Beispielen der Anordnung des EOM bezüglich der Randdichtung während eines Walzfüllprozesses, die Beispiele von verschiedenen EOM-Ablagerungsmustern zeigen.
4 ist eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines Walzfüllverfahrens, wobei die Randdichtung nach dem Walzfüllschritt geschaffen wird.
5 zeigt Beispiele von verschiedenen EOM-Ablagerungsmustern, die mit dem Verfahren benutzt werden können, das in 4 gezeigt ist.
6 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels eines Einzelwalzen-Walzfüllverfahrens.
7 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels eines Doppelwalzen-Walzfüllverfahrens.
8 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels eines vertikalen Walzfüllverfahrens.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Hierin offenbart ist ein Verfahren zum Erzeugen einer flexiblen Zelleneinheit, die durch eine Randdichtung eingeschlossen (kantenversiegelt) ist und mit einem elektro-optischen Material (EOM) gefüllt ist. Im Allgemeinen beinhaltet das Verfahren das Vorsehen von zwei fortlaufenden Bahnen aus flexiblem Kunststoffmaterial zum Ausbilden des ersten (beispielsweise unteren) Substrats und des zweiten (beispielsweise oberen) Substrats; Ablagern oder Abgeben einer Menge eines elektro-optischen Materials auf das erste Substrat; und Benutzen einer Laminierwalze zum a) Zusammenpassen des zweiten Substrats mit dem ersten Substrat und b) Walzfüllen der Zelle mit dem elektro-optischen Material, sodass das elektro-optische Material einen geregelten Abstand zwischen dem ersten und zweiten Substrat füllt.
1 ist ein schematisches Diagramm einer flexiblen Zelleneinheit 10. Die Zelle 10 enthält jeweils obere und untere flexible Kunststoffsubstrate 12, 14. Abhängig von der Anwendung können die Substrate mit einer leitfähigen Schicht 16 beschichtet sein. Optisch klare leitfähige Schichten beinhalten Indiumzinnoxid (ITO), leitfähige Polymere, leitfähige Nanodrähte und dergleichen. Alternativ oder zusätzlich können die Substrate außerdem mit einer Ausrichtungsschicht 18 beschichtet sein, wie etwa Polyimid oder dergleichen.
Die flexiblen Substrate 12, 14 sind aus klarem flexiblem Kunststoff hergestellt, der zum Bauen von flexiblen Zelleneinheiten geeignet ist, wie etwa Polycarbonat (PC), Polycarbonat- und Copolymermischungen, Polyethersulfon (PES), Polyethylenterephthalat (PET), Cellulosetriacetat (TAC), Polyamid, p-Nitrophenylbutyrat (PNB), ein Polyetheretherketon (PEEK), ein Polyethylenenapthalat (PEN), Polyetherimid (PEI), Polyarylat (PAR); oder dergleichen, wie im Fachgebiet bekannt. Zahlreiche dieser Substrate sind beispielsweise von Mitsubishi Plastics oder Teijin DuPont Films kommerziell erhältlich und werden standardmäßig mit verschiedenen Beschichtungen, wie etwa Hartbeschichtungen, vertrieben.
Die flexiblen Substrate 12, 14 sind durch einen geregelten Spalt oder Abstand getrennt, der durch Abstandhalter 24 beibehalten wird. Das Volumen zwischen den Substraten ist durch ein elektro-optisches Material 26 gefüllt.
Die Abstandhalter 24 werden zum Beibehalten eines geregelten Abstands oder Spalts zwischen den Substraten benutzt. In manchen Ausführungsformen beträgt die Größe des geregelten Spalts 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 oder 100 µm. In manchen Beispielen beträgt die Größe des geregelten Spalts vorzugsweise 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 µm. Ein „geregelter“ Spalt oder Abstand bedeutet, dass die Variation des Abstands zwischen den Substraten auf einem Mittelwert von unter 30% des Abstandhalterdurchmessers (der den geregelten Spalt bestimmt) verbleiben sollte. In manchen Beispielen liegt die Variation unter 25%, 20%, 15%, 10% oder 5% des Abstandhalterdurchmessers.
Im Allgemeinen werden zwei Arten von Abstandhaltern zum Beibehalten eines geregelten Abstands zwischen Substraten benutzt. Eine Kategorie sind „gemusterte Abstandhalter“, die Abstandhalter sind, welche entweder gezielt zum Ausbilden eines bestimmten Musters mit wiederholter Geometrie auf einem Substrat angeordnet oder geschaffen werden, oder welche unter Anwendung eines Photolithographie-/Polymerisations-Verfahrens oder ähnlichen im Fachgebiet bekannten Verfahrens geschaffen werden und ein Diffraktionsmuster erzeugen. Zu Beispielen gehören Polymerwände. Zu anderen Beispielen gehören die gemusterten Abstandhalter, die in Wen-Tuan Wu et al. “P-55: Cell filling of Flexible Liquid Crystal Displays Using One Line Filling and Tilted Roller Pressing”, SID 07 Digest, S. 393 (2007) benutzt werden. Wu et al. nutzen eine Photolithographietechnik zum Ausbilden von gemusterten Mikropolymerabstandhaltern (10 µm breit × 170 µm lang), die gestreckt sind, um lange Reihen von Flüssigkristall zu schaffen. Typischerweise weisen diese Abstandhalter eine Länge und Breite auf, die größer als der Zellenspalt sind, d. h. sie weisen ein Seitenverhältnis der langen Seite zum Zellenspalt auf, das > 20 in einem Muster ist, das sichtbare Muster im Gerät erzeugen kann.
Im Gegensatz zu Obenstehendem nutzt das vorliegende Verfahren „ungemusterte Abstandhalter“ zum Beibehalten des geregelten Abstands zwischen den Substraten. „Ungemusterte Abstandhalter“, wie hierin definiert, sind Abstandhalter, die willkürlich angeordnet (beispielsweise aufgesprüht) oder gedruckt werden, wobei sie derart angeordnet sind, dass sie keine optischen Aberrationen erzeugen, wie etwa Diffraktionsmuster usw. Die ungemusterten Abstandhalter der vorliegenden Anmeldung können kugelförmig sein, oder sie können länglich sein, mit einem Seitenverhältnis (Länge/Breite) unter 10/1 oder 5/1, 4/1 oder 3/1. Die Abstandhalter werden zum Beibehalten eines Abstands zwischen den Substraten von 3–100 µm, vorzugsweise 4–20 µm benutzt.
Ein weiterer Unterschied des hier beschriebenen Verfahrens ist die Abstandhalterzahl oder -dichte. Das Verfahren funktioniert gut, wenn die Substrate mit einer größeren Dichte von kleineren Abstandhaltern bedeckt sind, als wenn lange gemusterte Abstandhalter an ausgewählten Stellen angeordnet werden. Beispielsweise ist in manchen Ausführungsformen die Abstandhalterzahl auf > 80 pro Quadratmillimeter (mm²) gehalten.
In manchen Ausführungsformen können die Abstandhalter 24 vorab auf den Substraten aufgebracht sein (d. h., die fortlaufenden Bahnen sind mit Abstandhaltern vorbeschichtet), oder sie können während des Roll-to-Roll-Prozesses auf die Substrate aufgebracht werden, beispielsweise aufgesprüht oder in einer Schicht aufgebracht, in der die Abstandhalter willkürlich angeordnet sind oder in einem Muster angeordnet sind, das keine Diffraktion erzeugt. Sie können unter Anwendung eines im Fachgebiet bekannten Nass- oder Trockenverfahrens dispergiert werden. Sie können außerdem innerhalb der Ausrichtungsschicht angeordnet werden, während eines Vorbeschichtungsprozesses oder während des Roll-to-Roll-Fertigungsprozesses. Die Abstandhalter können außerdem mit einer Haftschicht beschichtet sein.
Kugelförmige Abstandhalter unterscheiden sich von den kugelförmigen verkapselten Flüssigkristallen wie jenen, die in FERGASON, Patentanmeldung PCT/US1982/001240 ( WO/1983/001016 ) unter dem Titel: “Encapsulated Liquid Crystal and Method” beschrieben sind, da sie keinerlei Volumen des EOM verkapseln.
In bestimmten Ausführungsformen können die Abstandhalter 24 innerhalb oder als Teil der Ausrichtungsschicht abgelagert sein, sodass sie aufgebracht werden, wenn die Ausrichtungsschicht auf ein oder beide Substrate aufgebracht wird. In anderen Ausführungsformen können die kugelförmigen Abstandhalter 24 im elektro-optischen Material eingegliedert sein, das auf den Substraten abgelagert wird.
Die Zelle 10 enthält ferner eine Randdichtung (Kantendichtung) 27/28, die das EOM innerhalb der Zelle hält und eine Sperre zwischen der Außenumgebung und dem EOM ausbildet, die verhindert, dass das EOM aus der Zelle fließt, sowie verhindert, dass Umgebungsfaktoren (Luft, Feuchtigkeit, Trümmer) in die Zelle eindringen. In manchen Beispielen wird die Randdichtung durch Aufbringen eines Randdichtungsmittels auf eines oder beide der Substrate ausgebildet, die, wenn sie zusammengeführt und gehärtet sind, die Randdichtung um das elektro-optische Material herum ausbilden, das innerhalb der Zelle enthalten ist. 1 zeigt die Variation der Randdichtung abhängig von den verschiedenen Beschichtungen auf den Substraten, wenn das Randdichtungsmittel aufgebracht ist. In 1 dichtet das Randdichtungsmittel 27 auf einer Seite die flexiblen Substrate 12, 14 aneinander ab. Alternativ kann die Randdichtungsanordnung wie auf der anderen Seite der Zelle dargestellt sein, wo das Randdichtungsmittel 28 den Spalt zwischen der Ausrichtungs- und/oder leitfähigen Schicht abdichtet. Die bestimmte Anordnung hängt vom Timing und Verfahren der Randdichtungsmittelaufbringung ab.
In manchen Ausführungsformen weist das Randdichtungsmittel während des Walzfüllprozesses eine Viskosität unter 70.000 cP und über 1000 Zentipoise (cP), 2000 cP, 3000 cP, 4000 cP oder 5000 cP auf. Dies beinhaltet thermische Haftstoffe, deren Viskosität abnimmt, wenn Wärme zum Unterstützen der Bindung angewendet wird, sowie thixotrope Haftstoffe, die die Viskosität in Reaktion auf Druck ändern. In manchen Ausführungsformen ist das Verhältnis der Randdichtungsviskosität zur EOM-Viskosität größer als 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40 oder 50. In manchen Beispielen wurde eine Randdichtung mit einer Viskosität von 6000 cP erfolgreich benutzt. Die Viskosität des Randdichtungsmittels wirkt sich auf die Unversehrtheit der Zelle aus, da es sich, wenn die Viskosität des Randdichtungsmittels zu niedrig ist, mit dem EOM während der Verarbeitung vermischen kann, wodurch eine chemische Wechselwirkung gefördert wird, oder es während des Walzfüllprozesses mit dem Flüssigkristall fließt und sich auf der Oberfläche des Substrats an unerwünschten Stellen ablagert. Wenn das Randdichtungsmittel zu viskös ist, ist der geregelte Spalt oder Abstand um die und nahe der Randdichtung nicht einheitlich.
In manchen Beispielen ist es vorteilhaft, wenn das Randdichtungsmittelmaterial minimale oder keine chemische Wechselwirkung mit dem elektro-optischen Material 26 über einen langen Zeitraum hinweg erfährt, typischerweise mehr als 6 Monate, mehr als 1 Jahr, mehr als 2 Jahre usw. Wir haben beispielsweise herausgefunden, dass das Dichtungsmittel im Zeitverlauf (beispielsweise sechs Monate oder länger) schlechter werden oder mit dem elektro-optischen Material (beispielsweise Flüssigkristall) innerhalb der Zelle zum Ausbilden von Mikroporen interagieren kann, die ermöglichen, dass Luft in die Zelle kriecht, wodurch Blasen oder Mängel gebildet werden. In manchen Beispielen ist es vorteilhaft, wenn das Randdichtungsmittel zum EOM oder seinen Komponenten unporös ist. Wir haben beispielsweise herausgefunden, dass poröse Randdichtungsmittel durch Absorbieren von einigen der EOM-Komponenten die Nutzlebensdauer des Geräts herabsetzen. Manche Randdichtungsmittel zeigten chemische Wechselwirkung in der Form von unerwünschter Verfärbung des Flüssigkristalls nahe der Randdichtung. In manchen Fällen von chemischer Wechselwirkung verfärbt sich das Randdichtungsmittel selbst. Diese Wechselwirkungen sind unerwünscht.
Das Randdichtungsmittel kann unter Anwendung jeglicher, im Fachgebiet bekannten Technik aufgebracht werden, wie etwa beispielsweise unter Benutzung von Pinseln, Walzen, Folien oder Pellets, Spritzpistolen, Applikatorpistolen, Siebdrucken, Tintenstrahldrucken, Flexodruck, Flächenbeschichten, Walzpressen, Wärmepressen usw. Dies kann alles manuell oder automatisiert in einer Maschine oder durch eine Kombination davon erfolgen. Das Randdichtungsmittel kann ein geeigneter Haftstoff (UV, thermisch, chemisch, Druck, mehrteilige Epoxide und/oder strahlungsgehärtet), polyisobutylen- oder acrylatbasierte Dichtungsmittel usw. oder ein druckempfindlicher Haftstoff, ein zweiteiliger Haftstoff, ein Feuchtigkeitshärtungshaftstoff usw. sein. Andere Arten von Rand-(Kanten-)Dichtung können aus metallisierter Folie oder anderer Sperrfolie, die über der Kante der Zelle angehaftet ist, gebildet sein. Es hat sich herausgestellt, dass hybride Strahlungs- und Wärmehärtungsdichtungsmittel (d. h. UV-härtbar mit thermischer Nachbehandlung) bestimmte Vorteile bieten. Beispielsweise ist das Material Threebond 30Y-491 (von Threebond Corporation, Cincinnati, Ohio, USA) aufgrund seiner günstigen Wasserdampfsperreigenschaften, niedrigen Viskosität bei höheren Temperaturen zum leichten Ablagern des Kantendichtungsmaterials, guten Nässeigenschaften und überschaubaren Härtungseigenschaften besonders nützlich. Der mit fortschrittlichen Dichtungsmitteln vertraute Fachmann wird andere Dichtungsmittel bezeichnen können, die vergleichbare Leistung bieten.
Die Zelle 10 ist mit einem elektro-optischen Material (EOM) gefüllt. Das elektro-optische Material kann jegliches Material sein, das auf ein elektrisches Feld anspricht, welches über die Zelle hinweg angelegt ist, um erwünschte, für das Gerät ausgelegte Betriebskennzeichen aufzuweisen, und enthält jegliches Material, das durch die Ausübung eines elektrischen Stroms oder einer Spannung darauf verändert werden kann. Beispielsweise kann das EOM eines von oder eine Kombination von einem Flüssigkristallmaterial, einem elektrochromen Material, einem Partikelsuspensionsgerät (SPD) mit anderen Zusatzstoffen wie etwa Färbemitteln (dichroitische Färbemittel, pleochroitische Färbemittel usw.) und dergleichen sein, wobei das elektro-optische Material durch die Ausübung eines elektrischen Stroms oder einer Spannung darauf verändert werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das EOM eine Guest/Host-Flüssigkristall/dichroitisches Färbemittel-Mischung.
In manchen Ausführungsformen ist das elektro-optische Material als Ganzes nicht polymerisierbar, nicht verkapselt und nicht diskret. Daher schließt das EOM-Material polymere oder verkapselte Flüssigkristallzusammensetzungen wie etwa PDLC, PELC, PSCT, PNLC, NCAP usw. aus.
Wie hierin gebraucht, meint „nicht polymerisierbar“ eine EOM-Zusammensetzung, die keinerlei chemische Komponenten (beispielsweise Polymer) in einer Menge enthält, die zum dimensionalen Stabilisieren der EOM-Schicht durch Ändern der Phase des Materials zu einem Feststoff, einem Halbfeststoff oder einem Gel usw. notwendig ist.
„Nicht diskret” meint ein EOM, das nicht in diskrete, separate Abteilungen durch Verkapselung, Polymerwände, Polymernetze, gemusterte Abstandhalter oder dergleichen aufgeteilt ist.
„Nicht verkapselt” meint ein EOM, das nicht innerhalb der Begrenzungen oder des Innenvolumens einer Kapsel enthalten ist. Eine Kapsel bezieht sich auf ein Einschlussgerät oder -medium, das eine Menge eines EOM-Materials, wie etwa ein Flüssigkristall, einschließt, sodass ein „verkapseltes EOM“ eine Menge von EOM ist, das in einem Verkapselungsmedium, beispielsweise einer Polymerkapsel, eingeschlossen oder enthalten ist. Die Kapseln können eine Kugelform aufweisen oder jegliche andere geeignete Form aufweisen. Verkapseltes EOM (beispielsweise verkapselte Flüssigkristalle) werden hergestellt, um zu verhindern, dass sie fließen. Zu Beispielen von verkapselten elektro-optischen Materialien gehören: polymerdispergierte Flüssigkristalle (PDLCs), die aus Tröpfchen von Flüssigkristallen innerhalb eines Polymernetzes bestehen.
„Roll-to-Roll-Prozess” meint den gesamten Prozess, dem die Substrate unterzogen werden, vom Abwickeln von ihrer entsprechenden Rolle bis zum Herstellen einer Zelle.
Ein Mikroverkapselungsverfahren ist beispielsweise von FERGASON in Pat.-Nr. 4,435,047 unter dem Titel “Encapsulated liquid crystal and method” (1984) und in der Patentanmeldung PCT/US1982/001240 ( WO/1983/001016 ) unter dem Titel “Encapsulated Liquid Crystal and Method” beschrieben. In diesem Verfahren wird ein Harzmaterial zum Verkapseln des Flüssigkristall-(LC-)Materials zum Ausbilden von gekrümmten, kugelförmigen Kapseln benutzt, die diskrete Mengen von LC-Material enthalten. Diese werden durch Vermischen von LC-Material und einem Verkapselungsmedium (beispielsweise Harz) hergestellt, in dem sich das LC-Material nicht löst und das die Ausbildung von diskreten Kapseln ermöglicht, die LC-Material enthalten. Bei der Mikroverkapselung wird das Flüssigkristall mit einem in Wasser gelösten Polymer vermischt. Wenn das Wasser verdampft ist, ist das Flüssigkristall vom Polymer umgeben. Eine große Anzahl von winzigen „Kapseln“ wird erzeugt und durch das Bulk-Polymer verteilt. Durch Verkapselung hergestellte Materialien werden als NCAP oder nematische krummlinige ausgerichtete Phase bezeichnet.
Es gibt andere Verfahren zum Erzeugen von PDLCs, PSCTs, PNLC, wie etwa Phasentrennung, beispielsweise Polymerization Induced Phase Separation (PIPS). Bei PIPS werden LC-Tröpfchen über Phasentrennung aus dem Bulk ausgeschlossen, während die Polymerketten an Molekulargewicht zunehmen – das LC wird durch feste Polymerwände in Tröpfchen von Mikrongröße verkapselt. Sobald es verkapselt ist, kann das Flüssigkristall nicht zwischen den Substraten fließen oder auslecken, wenn die Substrate geschnitten werden. Dieses Verfahren ist beispielsweise in Schneider et al., SID Int. Symp. Digest Tech. Papers, Ausgabe. 36, S. 1568 (2005) und Schneider t. “New Developments in Flexible Cholesteric Liquid Crystal Displays” Emerging Liquid Crystal Technologies II, Proc. of SPIE, Vol.6487, 64870J (2007) beschrieben.
Wenn das elektro-optische Material eine „Guest/Host“-Flüssigkristall/Färbemittel-Mischung beinhaltet, enthält die Mischung eine Menge von einem oder mehr dichroitischen Färbemittel-„Guests“, die in einer Flüssigkristall-„Host“-Lösung vermischt sind. Die Flüssigkristall-„Host“-Moleküle weisen eine Ausrichtungsachse auf, die durch Einstellung einer Spannung veränderbar ist, welche über den Substraten anliegt. Die „Guest“-Färbemittelmischung enthält ein oder mehr dichroitische Färbemittel, die innerhalb des Flüssigkristall-Hosts gelöst sind, sich an der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle ausrichten und deren Absorption von polarisiertem Licht stark von der Richtung der Polarisation bezüglich des Absorptionsdipols im Färbemittelmolekül abhängt. Eine angelegte Spannung führt zum Wechseln zwischen einem ersten Zustand, in dem die Guest/Host-Ausrichtung maximale Lichtdurchlässigkeit ermöglicht, hier als der „klare Zustand“ bezeichnet, und einem zweiten Zustand, in dem die Guest/Host-Ausrichtung minimale Lichtdurchlässigkeit ermöglicht, hierin als der „dunkle Zustand“ bezeichnet, und einer Kombination von zwischenliegenden Zuständen zwischen dem vollständig klaren und vollständig dunklen Zustand. Abhängig von der Zusammensetzung der Guest/Host-Mischung kann der klare Zustand bei null Spannung (Aus-Zustand) auftreten. Alternativ kann die Mischung derart formuliert sein, dass null Spannung (Aus-Zustand) einem dunklen (minimal durchlässigen) Zustand entspricht.
Zellen, die Guest/Host-Flüssigkristall/Färbemittel-Mischungen enthalten, sind zur Herstellung gemäß den hierin beschriebenen Verfahren wegen ihrer größeren Toleranz für Variation innerhalb des Zellenspalts besonders gut geeignet, d. h., die Zelle ist verträglicher und kann selbst dann gut funktionieren, wenn der Zellenspalt geringfügige Variationen (innerhalb annehmbarer Grenzen wie etwa +/–5%, 10%, 15%, 20%, 25% oder sogar 30%) im Vergleich mit Zellen aufweist, die sich auf Phasenverzögerung stützen, wie etwa Polarisator-LC-Geräte, bei denen die Toleranz oder Variation des Zellenspalts auf < 1% gehalten werden muss.
In manchen Ausführungsformen werden die oben beschriebenen Guest/Host-Flüssigkristall/Färbemittel-Mischungen zum Dämpfen von Licht in einem optischen Gerät benutzt. Ein „optisches Gerät“ bezieht sich auf eine Zelle, die ein hauptsächlich durchlässiges Gerät ist, durch die ein Benutzer Gegenstände sehen kann (beispielsweise eine Brille, eine Schutzbrille, ein Visier oder ein Fenster).
Ein Gerät mit einem klaren (maximal durchlässigen) Zustand bei null Spannung (Aus-Zustand) kann beispielsweise erzielt werden, wenn die Guest/Host-Flüssigkristall/Färbemittel-Mischung eine homeotrope Ausrichtung (d. h. senkrechtstehend zu den Substraten) aufweist, wenn keine Spannung anliegt, wobei der Flüssigkristall-Host negative dielektrische Anisotropie aufweist und die dichroitischen Färbemittel positiven Dichroismus aufweisen (d. h. maximale Absorption aufweisen, wenn die Polarisation parallel zur langen Molekularachse des Färbemittelmoleküls ist, und eine minimale Absorption, wenn die Polarisation senkrechtstehend zur langen Achse ist). Bei einem derartigen Gerät nimmt beim Anlegen einer Spannung (Ein-Zustand) die Guest/Host-Mischung eine planare oder homogene Ausrichtung ein (d. h. parallel zu den Substraten) und wird maximal lichtabsorbierend (dunkel). Eine derartige Anordnung kann beispielsweise bei Brillen, Augenschutz, Visieren usw. benutzt werden, wenn es erwünscht sein kann, das Gerät in Reaktion auf eine Spannung, die bei hellem Licht angelegt wird, zu „verdunkeln“. Andere Anwendungen beinhalten Fenster (Fahrzeuge, Gebäude, Luftfahrzeuge usw.) und Schiebedächer usw.
In anderen Beispielen kann die umgekehrte Anwendung implementiert werden, sodass die Guest/Host-Flüssigkristall/Färbemittel-Mischung eine planare Ausrichtung (homogen) in einem dunklen Zustand aufweisen kann, wenn die angelegte Spannung AUS ist, und eine homeotrope Ausrichtung im klaren Zustand, wenn die Spannung angelegt ist. Dies kann durch Anwendung einer planaren Oberflächenbehandlung für die Ausrichtungsschichten in Verbindung mit einem Färbemittel mit positivem Dichroismus und einem Flüssigkristallmaterial mit positiver dielektrischer Anisotropie erzielt werden. Eine derartige Anordnung kann beispielsweise bei einem Fenster oder Schiebedach benutzt werden, wo es erwünscht ist, dass das Gerät normalerweise in einem „dunklen“ Zustand ist, jedoch dazu imstande ist, durch Anlegen einer Spannung zu einem klaren Zustand zu wechseln.
Abschließend kann die Zelle 10 mit einem Steuerkreis 30 zum Anlegen eines elektrischen Felds oder einer Spannung über die Zelle hinweg verbunden sein. Die Spannungsquelle kann entweder WS oder GS sein.
Ein Beispiel eines Walzfüllverfahrens zum Herstellen einer Zelle 10 ist in 2 dargestellt. In diesem Beispiel werden zwei Rollen flexibler Kunststoff 100, 102 zum Ausbilden eines oberen Substrats 104 bzw. unteren Substrats 106 benutzt. Die fortlaufenden Kunststoffbahnen werden auf einem Satz Rollen (108) angeordnet, die sich drehen und die Kunststoffbahnen zu einem Satz Laminierwalzen 110, 110’ hin bewegen. In diesem Beispiel wird jede fortlaufende Bahn aus flexiblem Kunststoff vorher mit einer leitfähigen ITO-Schicht beschichtet. Ein Satz Applikatoren 112, 112’ wird zum Aufbringen einer Polyimid-Ausrichtungsschicht 116, 116’ auf das obere bzw. untere Substrat 104, 106 benutzt. Ein Sprühapplikator 117 wird zum Aufbringen einer Schicht von kugelförmigen Abstandhaltern 118 auf das untere Substrat 106 benutzt.
2 zeigt, wie die Abstandhalter am unteren Substrat aufgebracht sind, wobei die Abstandhalter in anderen Beispielen jedoch auch am oberen Substrat oder sowohl am oberen als auch am unteren Substrat aufgebracht sein können. Abstandhalter können vor dem Roll-to-Roll-Prozess auf eine einzelne oder beide Substratrollen aufgebracht werden. Die Abstandhalter 18 können außerdem während des Roll-to-Roll-Prozesses aufgebracht werden, unter Anwendung eines jeglichen im Fachgebiet bekannten Verfahrens, darunter Nass- oder Trockensprühen, Vernebeln, Drucken oder Nassbeschichten in Lösung.
In manchen Beispielen können die Abstandhalter in der Ausrichtungsschicht eingebettet sein und als Teil von dieser aufgebracht werden. In wiederum anderen Beispielen können die Abstandhalter im EOM eingebettet sein und als Teil von diesem aufgebracht werden, wenn das EOM auf einem Substrat abgelagert wird.
Ein Siebdrucker 119 druckt ein Randdichtungsmittelmuster 120 auf das untere Substrat 106, wenn das Substrat in Richtung A rollt. In manchen Ausführungsformen ist der Siebdrucker ein Drehsiebdrucker, und das obere Substrat, das untere Substrat oder sowohl oberes als auch unteres Substrat werden mit einem Randdichtungsmittel bedruckt.
Ein Streifen oder eine Linie eines EOM, wie etwa eine Flüssigkristall/Färbemittel-Mischung 124, wird auf dem unteren Substrat (106) nahe dem, jedoch außerhalb des Bereichs, der durch das Randdichtungsmittel 120 ausgebildet ist, unter Benutzung einer Ablagerungsnadel 125 abgelagert. Außerdem ist hierin ein Verfahren berücksichtigt, bei dem das EOM 124 vor dem Randdichtungsmittel 120 abgelagert wird.
Die Laminierwalzen 110, 110’ werden dann benutzt, um das obere Substrat 104 und das untere Substrat 106 zusammenzuführen und „zusammenzupassen“, während der Druck von den Walzen das EOM 124 zum Laufen über die Randdichtung 120 und in den „aktiven“ Bereich innerhalb des Umfangs des Randdichtungsmittels 120 drückt, wodurch eine Zelle 130 ausgebildet wird, die mit dem EOM 124 gefüllt ist. Das „Zusammenpassen“ des oberen und unteren Substrats bringt das obere Substrat 104 in Kontakt mit dem Randdichtungsmittel 120 und in Kontakt mit den Abstandhaltern 118, die das obere und untere Substrat durch die Breite der Abstandhalter trennen. Die Abstandhalter 118 behalten einen geregelten Abstand oder „Spalt“ zwischen dem oberen und unteren Substrat bei, der seinerseits mit dem EOM 124 gefüllt ist.
Abschließend wird das Randdichtungsmittel 120 durch eine Härtungsvorrichtung 128 gehärtet, und die Zelle 130 wird ausgeschnitten und von den laufenden Kunststoffbahnen entfernt. Es ist jedoch möglich, erst die Zelle auszuschneiden und abzutrennen und dann die Randdichtung unter Benutzung von UV-Licht, Wärme, Druck, chemischer Wechselwirkung, Feuchtigkeit oder einer Kombination davon oder jeglicher Mittel zum Härten des Randdichtungsmittels zu härten. Abschnitte von zusammengepassten Substraten, die Zellen enthalten, können dann zu zellenhaltigen Bahnen geschnitten werden. Die Zellen können dann entweder mechanisch oder optisch durch andere Verfahren ausgeschnitten werden. Mechanische Mittel beinhalten Ausstanzen, Ausschneiden mit einer x/y-Klinge oder Scheren usw. Optisches Schneiden beinhaltet Laserschneiden usw.
Das elektro-optische Material kann dann entweder auf der Innenseite oder der Außenseite des Umfangs der Randdichtung abgelagert werden, wie in 3A–3B gezeigt. In anderen Beispielen kann das EOM in verschiedenen Bereichen sowohl innerhalb als auch außerhalb des Randdichtungsmittels abgelagert werden (3C–3F). Das elektro-optische Material kann wahlweise in Tropfen, Linien oder Formen abgelagert werden, wie in 3 gezeigt.
Wenn ein Teil oder die Gesamtheit des EOM außerhalb des Randdichtungsmittelumfangs abgelagert wird, bewirkt Druck von der Laminierwalze, dass das EOM über das Randdichtungsmittel läuft, um den Zellenwirkbereich zu füllen. Daher ist es bevorzugt, minimale Wechselwirkung zwischen der elektro-optischen Mischung und dem Dichtungsmittel aufzuweisen, damit das eine nicht mit der Funktion des anderen interferiert.
RANDLOSES VERARBEITEN
In einer anderen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens, die in 4 gezeigt ist, wird keine Randdichtung vor dem Walzfüllschritt aufgebracht. Stattdessen wird eine Menge eines EOM 270 auf ein Substrat 272 aufgebracht, wonach die zwei Substrate 272, 274, die nach Wunsch vorbeschichtet wurden, zusammengeführt und mit dem EOM walzgefüllt werden, wobei ihre Trennung durch Abstandhalter auf einem oder beiden Substraten beibehalten wird. Der Schritt des Walzfüllens kann durch eine Einzelwalze oder durch Doppelwalzen ausgeführt werden.
Eine Kantendichtung 278 wird durch eine Laserschneid- oder Laserschweißvorrichtung 279 geschaffen, die zum Schneiden einer Form und zum Schaffen einer Randdichtung zur selben Zeit wirkt, und eine mit EOM gefüllte, flexible Zelleneinheit 280 wird geschaffen und vom Rest der fortlaufenden Kunststoffbahn abgetrennt. Alternativ kann ein Zweistufenverfahren eingesetzt werden, bei dem die Substrate zuerst miteinander verschweißt werden, ohne die Zelle von den zusammengepassten Substraten zu trennen, und die Zelle dann vom Rest der Bahn abgeschnitten und/oder getrennt wird. Der Schweißschritt kann mit einem Laser, Hitze oder einer Kombination von beidem ausgeführt werden.
5 zeigt verschiedene EOM-Ablagerungsmuster im randlosen Verfahren, das in 4 gezeigt ist. Wie ersichtlich, wird das EOM in diskreten Mustern oder als eine „Bahn“ abgelagert, die den größten Teil von einem (oder beiden) Substrat(en) abdeckt.
Jegliches der hierin beschrieben Verfahren kann zum Herstellen von großflächigen Geräten verwendet werden, d. h. Geräte mit einer Fläche über 30 cm², 40 cm² oder 50 cm² oder jegliche Zelle mit einer Länge über 10 cm.
In manchen Ausführungsformen wird der Prozess ohne Verwendung eines „Folienführers“ ausgeführt. Ein „Folienführer“ ist eine starre Bahn, die zum Führen, gewöhnlich der oberen Substrate, in die sachgemäße Ausrichtung benutzt wird. Ein derartiger oberer Folienführer ist in Wu et al. “P-55: Cell filling of Flexible Liquid Crystal Displays Using One Line Filling and Tilted Roller Pressing”, SID 07 Digest, S. 393 (2007) beschrieben. Seine Benutzung hat jedoch den Nachteil, dass ein derartiger „Führer“ das obere Substrat leicht berühren und schaben kann und es dadurch zerkratzt oder Beschichtungen abschabt, wie etwa die leitfähige Schicht und/oder die Ausrichtungsschicht.
Das hierin beschriebene Verfahren kann außerdem ohne die Benutzung einer „Platte“ zum Tragen von einem oder beiden Substraten implementiert werden. Beispielsweise ist bei Wu et al. das untere Substrat auf einer „Plattform“ oder Platte befestigt. Diese Platte kann der Begrenzungsfaktor der Größe der hergestellten Zelle sein. Zum Erzeugen einer großen Zelle (beispielsweise Display, Fenster) ist eine große Platte vonnöten. Dies beansprucht wertvollen Platz in einer Reinraumumgebung. Zudem würde jede unterschiedlich bemessene Zelle eine unterschiedlich bemessene Platte erfordern. Darüber hinaus ist die Benutzung einer Plattform zum Bewegen des Substrats bei der Herstellung von großen flexiblen Zellen problematisch, da der Spalt zwischen den Substraten konstant gehalten werden muss, mit einer niedrigen Variation (beispielsweise Toleranz von +/–15% oder 1–3 µm), damit die Zelle korrekt arbeitet. Jedoch ist die Plattform selbst häufig nicht völlig flach, weswegen es bei größeren Zellen zunehmend schwierig wird, eine derart niedrige Toleranz beizubehalten.
Wenn bei dem hier beschriebenen Walzfüllverfahren keine Platte oder Plattform benutzt wird, wird die Bewegung der Kunststoffsubstrate durch die Bewegung der Walzen ermöglicht. Daher kann das Verfahren zum schnellen und leichten Erzeugen von Zellen verschiedener Größe angepasst werden. Beispielsweise kann eine Zelle mit einer Länge hergestellt werden, und die unmittelbar nächste Zelle kann eine andere Länge aufweisen, ohne Umrüstungsschritte und ohne Materialverschwendung.
Der Zusammenpassungs-(Laminierungs-)Schritt zwischen den zwei Substraten kann unter Benutzung von einer oder zwei Walzen erzielt werden. Wenn zwei Walzen benutzt werden, wird der Druck und/oder Spalt zwischen den zwei Walzen zum Laminieren der zwei Substrate benutzt. Die Walzen können aus Kautschuk, Metall oder einer Kombination davon hergestellt sein, wobei eine Walze beispielsweise eine Außenschicht aus Kautschuk aufweist und die andere Walze eine Metallaußenschicht aufweist. Es ist im Fach allgemein bekannt, dass bei der Roll-to-Roll-Fertigung der Durchmesser der Walze und die plastische Festigkeit abgestimmt sein müssen, um Beschädigung zu vermeiden.
Wenn die Laminierung unter Benutzung einer einzelnen Walze erzielt wird, ist die Spannung in der Bahn die primäre Druckquelle. In einem Beispiel wird es den beiden Substraten ermöglicht, jeweils um eine Walze zu laufen, und der Laminierungsdruck wird aufgrund der Spannung auf der Walze erzielt.
Die Substrate können zu einer Schutzfolie zum Schutz gegen Kratzer aus dem Prozess oder zum Erhöhen ihrer Stärke oder zum Verändern der Zugfestigkeit vorlaminiert werden. Ferner können die Substrate durch funktionelle Beschichtungen wie etwa Antischleier-, Antireflexionsbeschichtungen, Hartbeschichtungen, Gleitschichten usw. vorbehandelt werden.
In den untenstehenden Beispielen beschreiben wir, wie eine flexible Flüssigkristallzelle gemäß dem hierin beschriebenen Verfahren hergestellt wird.
BEISPIEL 1

• Zwei Substrate, mit ITO- und Ausrichtungsschicht vorbeschichtet, werden auf einem Satz Walzen angeordnet, eine zum Ausbilden eines oberen Substrats und die andere zum Ausbilden eines unteren Substrats
• Das untere Substrat wird mit ungemusterten Abstandhaltern besprüht
• Ein Randdichtungsmittel wird auf das untere Substrat gedruckt
• Eine Linie Flüssigkristall/Färbemittel-Mischung wird außerhalb des Umfangs des Randdichtungsmittels abgelagert
• Eine Walze wird benutzt, um das obere und untere Substrat zusammenzuführen und den Wirkbereich innerhalb des Umfangs des Randdichtungsmittels mit der Flüssigkristall/Färbemittel-Mischung zu füllen
• Das Randdichtungsmittel wird zum Ausbilden einer Kantendichtung UV-gehärtet

BEISPIEL 2 – EINZELWALZE
In einem anderen Beispiel, das in 6 gezeigt ist, kann das untere Substrat auf einer beweglichen Platte 150 angeordnet und befestigt werden und eine Einzelwalze (110’) zum Walzfüllen der Zellen 120 benutzt werden. In diesem Beispiel kann entweder die sich bewegende Walze 110’ die Bewegung der Platte und/oder des unteren Substrats in Richtung A bewirken, oder die bewegliche Platte 150 bewegt das untere Substrat und bewirkt, dass die Walze in Richtung B rollt, wodurch die Substrate gepaart werden und die Zelle walzgefüllt wird.
BEISPIEL 3 – DOPPELWALZEN (Oben und unten)
In diesem Beispiel (7) wird ein Satz von oberen und unteren Walzen 200, 202 zum Zusammenpassen oder Paaren des oberen flexiblen Substrats 204 mit dem unteren flexiblen Substrat 206 benutzt. Ein Randdichtungsmittel 208 wird auf das untere Substrat 206 aufgebracht. Die Walzen 200, 202 ziehen die flexiblen Substrate durch die Walzen in der Bahnrichtung A. Während des Rollens füllt die abgelagerte elektro-optische Mischung 210 simultan den geregelten Spalt, der zwischen den zwei Substraten 204, 206 geschaffen wird, während sie gepaart werden.
Dieses Verfahren kann in einem fortlaufenden Roll-to-Roll-Prozess angewendet werden. Die Menge von EOM, die auf den Substraten abgelagert wird, muss nicht so sorgfältig abgemessen werden, da der Prozess auch dann funktioniert, wenn mehr EOM benutzt wird, was darin resultiert, dass eine Menge von EOM während des Walzfüllschritts über die Randdichtung fließt. Dies ist ein Vorteil gegenüber früheren Herstellungsverfahren, die die Ablagerung einer sehr präzisen Menge von EOM erfordern, das zum Füllen der Zelle erforderlich ist, sodass die Zelle vollständig gefüllt wird, das Randdichtungsmittel das LC jedoch nur minimal berührt.
BEISPIEL 4 – DOPPELWALZEN (Links und rechts)
In diesem Beispiel wird ein Satz von linken und rechten Walzen 250, 252 zum Paaren des flexiblen Substrats 254 mit dem flexiblen Substrat 256 benutzt, während die Substrate in einer vertikalen Abwärtsrichtung bewegt werden (8).
Im Wesentlichen sind die oberen und unteren Walzen aus dem vorher beschriebenen Verfahren nun nebeneinander angeordnet. Der Unterschied ist, dass bei dieser neuen Anordnung die Substrate 254, 256 nun aus zwei verschiedenen horizontalen Richtungen E bzw. F zusammenkommen. Die Walzen ziehen die flexiblen Substrate über die Walzen in der Bahnrichtung G, die vertikal abwärts verläuft. Während des Walzens füllt das abgelagerte EOM simultan den geregelten Spalt, der zwischen den zwei Substraten geschaffen wird, während sie gepaart werden, wie vorher beschrieben. Dieser Aufbau würde es leichter machen, jegliche Ausrichtungsschicht auf die Substrate zu drucken oder zu mustern, und/oder es ermöglichen, dass zusätzliche Verfahrensschritte auf einer/m oder beiden Kunststoffbahnen/Substraten ausgeführt werden.
BEISPIEL 5
In einem anderen Beispiel werden zwei Rollen Substrat jeweils auf Walzen angeordnet. Jede Rolle ist 3 mil PET Kunststoff von Mitsubishi. Die Substratrollen sind mit einer leitfähigen Schicht, ITO, von Materion, vorbeschichtet. Die ITO-beschichteten Substrate werden dann mit einer Polyimid-Ausrichtungsschicht, 5661 von Nissan Chemicals, beschichtet. Shinshikyu EW-Kunststoffkugeln mit 6 Mikron Durchmesser (Hiko Industrial Ltd, Hong Kong) werden während des Beschichtungsprozesses in das Polyimid gemischt und sind in mindestens einer der Substratrollen vorhanden. Die Walzen wickeln die Substratrollen während des Roll-to-Roll-Prozesses ab. Eine abgewickelte Rolle wird das obere Substrat, die zweite wird das untere Substrat. Die Substrate bewegen sich durch den Roll-to-Roll-Prozess mit einer Bahngeschwindigkeit von ungefähr 0,5 Inch pro Sekunde bis ungefähr 10 Inch pro Sekunde. Jedes Substrat weist einen entsprechenden Randdichtungsmitteldrucker auf. In diesem Falle sind diese Drucker Drehsiebdrucker. Die Drehsiebdrucker drucken das Randdichtungsmittel, Loctite 3108, auf jede der Wirkflächen des oberen und unteren Substrats. Wirkflächen sind die Flächen, die in der fertiggestellten Zelle mit dem EOM in Kontakt sind. Ein Drehdrucker druckt ein Randdichtungsmittel auf einer Höhe von ungefähr 5 Mikron bis ungefähr 100 Mikron, vorzugsweise von ungefähr 5 Mikron bis ungefähr 40 Mikron. Nach dem Drehdrucken wird EOM durch eine Spritze-/Nadel-Abgabevorrichtung auf der Wirkfläche des unteren Substrats abgelagert. Das EOM ist eine Guest/Host-dichroitisches-Färbemittel/Flüssigkristall-Mischung, AMI 577. Ein Satz von oberen und unteren Laminierwalzen passt das obere und untere Substrat zusammen, sodass das obere Randdichtungsmittel am unteren Randdichtungsmittel ausgerichtet ist und das EOM sowohl mit der oberen als auch der unteren Wirkfläche Kontakt herstellt und durch den Walzfüllprozess den gesamten inneren Randdichtungsmittelbereich füllt. Die Laminierwalzen sind als Druckwalzen konfiguriert, die während der Laminierung konstanten Druck über das Substrat hinweg ausüben, oder sie sind als Walzen mit eingestelltem Spalt konfiguriert, wobei die obere Laminierwalze in einem eingestellten Abstand von der unteren Laminierwalze beabstandet ist und ermöglicht, dass das obere und untere Substrat zusammengepasst werden, ohne den geregelten Spalt und die Abstandhalter zwischen dem oberen und unteren Substrat zu komprimieren. Die zusammengepassten Substrate werden nach der Laminierung durch UV-Strahlung, Hitze oder einer Kombination aus UV und Wärmehärtung gehärtet. Die gehärteten Substrate werden dann zur zusätzlichen Verarbeitung aus der Rolle zu Bahnen geschnitten.

Claims

Verfahren zum Erzeugen einer flexiblen Zelleneinheit, die durch eine Randdichtung eingeschlossen und mit einem elektro-optischen Material gefüllt ist, wobei die flexible Zelle ein erstes und ein zweites Substrat aufweist, die um einen geregelten Abstand getrennt sind, der durch Abstandhalter beibehalten wird, das Verfahren aufweisend: Vorsehen von zwei fortlaufenden Bahnen aus flexiblem Kunststoffmaterial zum Ausbilden des ersten und zweiten Substrats, Ablagern eines elektro-optischen Materials auf mindestens einem Substrat, wobei das elektro-optische Material nicht verkapselt und nichtpolymer ist und weniger als 1% polymerisierbares Material enthält; Paaren des ersten und zweiten Substrats während des Walzfüllens der flexiblen Zelle mit dem elektro-optischen Material unter Benutzung von einer oder mehr Laminierwalzen, sodass das elektro-optische Material den geregelten Abstand zwischen dem ersten und zweiten Substrat völlig ausfüllt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner das Aufbringen eines Randdichtungsmittels auf das erste oder zweite oder beide Substrate vor dem Walzfüllschritt und das Härten des Randdichtungsmittels zum Ausbilden der Randdichtung nach dem Walzfüllschritt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das elektro-optische Material auf einem Bereich außerhalb des Umfangs des Randdichtungsmittels, einem Bereich innerhalb des Umfangs des Randdichtungsmittels oder einem oder mehr Bereichen sowohl innerhalb als auch außerhalb des Umfangs des Randdichtungsmittels abgelagert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei während des Walzfüllschritts das Verhältnis von Randdichtungsmittelviskosität zur Viskosität des elektro-optischen Materials größer als 10 ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Verfahren das Aufbringen von mehreren Randdichtungsmitteln auf dem ersten oder dem zweiten oder beiden Substraten aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das Verfahren ferner das Ausschneiden der flexiblen Zelleneinheit aus den zwei fortlaufenden Bahnen aus flexiblem Kunststoffmaterial unter Benutzung einer mechanischen Stanze oder einer Laserschneidvorrichtung oder einer Kombination davon aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend das Ausschneiden einer Form zum Ausbilden einer Randdichtung und zum Trennen der flexiblen Zelleneinheit von den zwei fortlaufenden Bahnen aus flexiblem Kunststoff nach dem Walzfüllschritt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren ferner das Ablagern der Abstandhalter auf dem ersten Substrat, auf dem zweiten Substrat, innerhalb des elektro-optischen Materials oder eine Kombination davon aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abstandhalter ungemustert sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren ferner das Aufbringen einer Ausrichtungsschicht auf dem ersten Substrat, dem zweiten Substrat oder beiden aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren ferner das Ablagern der ungemusterten Abstandhalter innerhalb der Ausrichtungsschicht aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren ferner das Hinzufügen von Trennwänden zu einem oder beiden Substraten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Ausrichtungsschicht durch Drucken der Ausrichtungsschicht auf einen ausgewählten Wirkbereich von einem oder beiden des ersten und zweiten Substrats abgelagert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Ausrichtungsschicht durch Drucken der Ausrichtungsschicht auf den gesamten Wirkbereich von einem oder beiden des ersten und zweiten Substrats abgelagert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektro-optische Material ein nicht diskretes Flüssigkristall oder eine nicht diskrete Flüssigkristall/Färbemittel-Mischung aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die flexible Zelle ein optisches Gerät mit einem Unschärfewert von unter 8% ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren vakuumfrei ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ungemusterten Abstandhalter kugelförmig sind und eine Größe von 3–100 µm aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektro-optische Material wahlweise in Tropfen, Linien oder Formen auf dem ersten Substrat abgelagert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektro-optische Material eine Guest/Host-dichroitisches-Färbemittel/Flüssigkristall-Mischung ist.