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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Anzeigevorrichtung mit einem elektro-optischen Material
zwischen einem ersten Substrat und einem zweiten, flexiblen Substrat.
Allgemeiner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung mit
einer Vielzahl von (flexiblen) Schichten. Die Erfindung bezieht
sich auch auf ein Verfahren zur gegenseitigen Kopplung von (flexiblen)
Schichten.
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Beispiele
einer solchen Anzeigevorrichtung sind die TFT-LCDs oder AM-LCDs, die in Laptop-Computern
und in Organizern verwendet werden, die aber auch eine zunehmend
breitere Anwendung in GSM-Telefonen finden. Auch über die
Verwendung einer solchen Anzeigevorrichtung in dem, was „Weißes Papier"-Anwendungen genannt
wird, wird zunehmend nachgedacht. Die Anzeigevorrichtung hat dann
das Erscheinungsbild einer Zeitung. Da das Substrat (beispielsweise
ein Polymer) flexibel ist, kann sie völlig oder teilweise gebogen
werden. Diese Flexibilität
erlaubt auch ihre Verwendung darin, was „tragbare Anzeigen" genannt wird. Anstatt LCD-Vorrichtungen
können
beispielsweise (Polymer-) LED-Anzeigevorrichtungen oder Anzeigevorrichtungen,
die auf anderen Effekten basieren, verwendet werden.
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Zunehmender
Gebrauch solcher flexibler Substrate wird auch in anderen Elektronikgebieten gemacht.
In diesen Gebieten werden Transistoren und andere Komponenten aus
synthetischen Materialien gebildet. Etiketten, Kreditkarten und
andere Formen der Identifikationsmittel sind realisierbare Beispiele.
Die „Plastik-Elektronik" sollte normalerweise
in einem Gehäuse
mit annähernd
derselben oder einer größeren Flexibilität untergebracht
werden.
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Ein
anderer Vorteil, solche flexiblen Substrate zu verwenden, ist, dass
eine Vielzahl von Anzeigevorrichtungen gleichzeitig mithilfe kontinuierlicher Endlosbahn-Verarbeitung wie
beispielsweise „Reel to
Reel"-Verarbeitung
hergestellt werden können.
Alternativ ist die Herstellung einzelner oder mehrerer Anzeigevorrichtungen
durch Laminieren (großer) Substrate
möglich.
Abhängig
von der Breite der benutzten Rollen (reels) und der Länge und
Breite einer (Substrat-) Materialrolle können in diesen Prozessen sehr
viele separate (Anzeige-) Zellen oder (im Falle der „Plastik-Elektronik") separate (Halb-) Produkte hergestellt
werden. Solche Prozesse sind deshalb für die Massenproduktion der
genannten Anzeigevorrichtungen und (Halb-) Produkte sehr attraktiv.
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Beim
Herstellen von Anzeigevorrichtungen mithilfe kontinuierlicher Verarbeitung
von Endlosbahnen wie beispielsweise „Reel to Reel"-Verarbeitung gibt
es aber das Problem der gegenseitigen Ausrichtung des ersten und
des zweiten Substrats. Während diese
Ausrichtung auf Glassubstraten mithilfe von Justiermarken stattfindet,
ist ein solcher optischer Ausrichtschritt in einem kontinuierlichen
Endlosbahnen-Prozess normalerweise unmöglich. In diesen kontinuierlichen
Endlosbahnen-Prozessen werden oft breite Rollen flexiblen Materials
verwendet, die über
Führungslöcher an
ihren Rändern
(grob) in Bezug zueinander ausgerichtet werden. Folglich, und aufgrund
inhärenter
Dehnung, werden entsprechende Teile von zu bildenden Anzeigevorrichtungen
in Bezug zueinander verschoben.
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Aufgrund
der möglichen
Dehnung (oder Komprimierung) eines oder beider Substrate ist das Risiko
von Fehlausrichtung sogar in kleineren Substraten vorhanden.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eines oder mehrere der eingangs
erwähnten
Probleme so weit wie möglich
zu vermeiden. In einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung stehen
mindestens Teile von Außenseiten
der Ausrichtmittel auf dem einen Substrat in mechanischen Kontakt
mit mindestens Teilen von Außenseiten
der Ausrichtmittel auf dem anderen Substrat.
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Indem
man die Ausrichtmittel mechanischen Kontakt herstellen lässt, werden
erwünschte
Teile der Substrate (oder flexiblen Schichten) auf eine solche Weise
zueinander ausgerichtet, dass mögliche
Versetzungen am Start des kontinuierlichen Endlosbahnen-Prozesses
an einer späteren
Stufe (durch Verwenden oder Nichtverwenden von spontan oder absichtlich
eingebrachter Dehnung (oder Entspannung)) korrigiert werden können. In
diesem Fall gleiten die Ausrichtmittel sozusagen aneinander entlang. Genannte
Ausrichtung ist deshalb mit Ausrichtmitteln, die ineinander passen,
wie beispielsweise in USP 4.653.864 beschriebene Abstandshalter,
in denen eine Vertiefung auf dem einen Substrat ein vorstehendes
Teil auf dem anderen Substrat umschließt, unmöglich.
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Die
Substrate müssen
nicht notwendigerweise beide flexibel sein. Auch müssen nicht
alle Ausrichtmittel auf einem Substrat notwendigerweise in Kontakt
mit Ausrichtmitteln auf dem anderen Substrat stehen. Für eine zufriedenstellende
Ausrichtung reicht es oft aus, dass ein Teil der Ausrichtmittel
auf einem Substrat in Kontakt mit Ausrichtmitteln auf dem anderen
Substrat steht.
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Die
erfindungsgemäße Ausrichtung
wird vorteilhaft mit einer Kontaktfläche zwischen Ausrichtmitteln
erreicht, wobei die Kontaktfläche
sich in Bezug auf die Substrate unter einem Winkel ausbreitet. Die Ausrichtmittel
können
in verschiedener Art profiliert sein.
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In
einer ersten Ausführungsform
sind die Ausrichtmittel, in einer Ebene senkrecht zu den einander
zugewandten Seiten der Substrate gesehen, mit konisch verlaufenden
Wänden
versehen. Wenn die Substrate in einem kontinuierlichen Verarbeitungsprozess
von Endlosbahnen wie beispielsweise einem „Reel to Reel"-Prozess zusammengefügt werden,
gleiten die (konisch verlaufenden) Wände aneinander entlang, sodass
dabei die Ausrichtmittel gegeneinander angeordnet werden können.
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In
einer anderen Ausführungsform
hat mindestens ein Substrat Teile von Außenseiten von Ausrichtmitteln,
die sich, in einer Ebene parallel zu den Substraten gesehen, in
einem spitzen Winkel in Bezug zueinander befinden. Die Außenseiten
von unter einem spitzen Winkel angeordneten, beispielsweise, konisch
verlaufenden Wänden
gleiten aneinander entlang in die gewünschte Position, insbesondere, wenn
eins der Substrate vorher leicht gestreckt wurde oder die Substrate
quer zueinander versetzt sind.
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Die
Wände von
Ausrichtmitteln für
zwei ineinander greifende Seiten der Ausrichtmittel auf verschiedenen
Substraten sind vorzugsweise nicht parallel, sondern umfassen teilweise
komplementäre Strukturen.
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Die
Ausrichtmittel auf einem oder beiden Substraten können alternativ
mit einer Klebeschicht versehen werden.
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Die
beschriebene Kopplung kann auch für das Ausrichten weiterer Schichten
in einer Anzeigevorrichtung (Farbfilter, cholesterische Schichten, PDLC-Schichten
usw.) verwendet werden.
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Allgemeiner
bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung mit einer Vielzahl
von flexiblen Schichten mit Ausrichtmitteln auf mindestens einer Seite,
in denen mindestens zwei Schichten auf einander zugewandten Seiten
mit Ausrichtmitteln versehen sind, in denen mindestens Teile von
Außenseiten der
Ausrichtmittel auf der einen Schicht in mechanischen Kontakt mit
mindestens Teilen von Außenseiten
von Ausrichtmittel auf der anderen flexiblen Schicht stehen.
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In
einem erfindungsgemäßen Verfahren
werden mindestens zwei Substrate, die beide mit Ausrichtmitteln
versehen sind, über
einen Zufuhrmechanismus zusammengefügt und Teile von Außenseiten der
Ausrichtmittel auf einem ersten Substrat mit mindes tens Teilen von
Außenseiten
von Ausrichtmittel eines zweiten, flexiblen Substrats zu dem Zweck
des Ausrichtens in mechanischen Kontakt gebracht.
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Mindestens
eines der Substrate wird vorzugsweise gestreckt, bevor es in mechanischen
Kontakt mit dem anderen Substrat gebracht wird (und die Baugruppe
der Substrate wird einem Entspannungsschritt ausgesetzt, nachdem
die Substrate in einer Richtung senkrecht zu den Schichten in mechanischen
Kontakt miteinander gebracht worden sind, während ein Druck ausgeübt wird).
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Wie
schon erwähnt,
kann der Prozess des Ausrichtens und der Kopplung kontinuierlich
(beispielsweise in einem „Reel
to Reel"-Prozess)
ausgeführt
werden. Ausführungsformen
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgen näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Draufsicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung;
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2, 3 und 4 an den Linien II-II, III-III, IV-IV in 1 gemachte
Querschnitte, jeweils während der
Herstellung und in einer vollständigen
Anzeigevorrichtung;
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5 eine
schematische Draufsicht eines Teils eines Substrats einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung;
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6 eine
schematische Draufsicht eines Teils einer Anzeigevorrichtung, die
mithilfe des Substrats von 5 erzielt
wurde;
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7 eine
Draufsicht auf einen Teil einer Anzeigezelle;
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8, 9 eine
Variante von 5;
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10 und 11 weiter
Ausrichtmittel;
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12 schematisch
ein erfindungsgemäßes Verfahren;
und
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13 und 14 eine
andere erfindungsgemäße Vorrichtung.
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Die
Zeichnung ist rein schematisch und nicht maßstabsgetreu; entsprechende
Teile haben in den verschiedenen Ausführungsformen im Allgemeinen gleiche
Bezugszeichen.
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1 ist
eine schematische Draufsicht und 2, 3 und 4 sind
Querschnitte eines Teils einer Anzeigevorrichtung 1 mit
einem Flüssigkristallmaterial 2,
das sich zwischen zwei Substraten 3, 4 eines elastischen
Materials, beispielsweise synthetischen Harzmaterials, befindet
und mit Elektroden 5, 6 versehen ist. Die Substrate 2, 3 umfassen
außerdem Ausrichtelemente 7, 8.
Die Ausrichtelemente 7 auf Substrat 3 und die
Ausrichtelemente 8 auf Substrat 4 haben im Wesentlichen
komplementäre
Abschnitte, wie in den Querschnitten in 2, 3, 4 zu sehen
ist. 2a, 3a und 4a zeigen
die Substrate 3, 4, bevor sie zusammengefügt werden.
In 2a ist die Abweichung des Ausrichtelements 8 in
Bezug auf die Öffnung
in der komplementären
Struktur des Ausrichtelements 7 übertrieben dargestellt.
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In
der vollständigen
Vorrichtung (2b, 3b und 4b)
stehen Teile der Außenseiten der
Ausrichtmittel 7 auf dem Substrat 3 in mechanischem
Kontakt mit Teilen der Außenwände der
Ausrichtmittel 8 auf dem anderen Substrat 4.
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Weil
die Ausrichtmittel in mechanischem Kontakt stehen, werden die erwünschten
Teile der Substrate auf eine solche Weise zueinander ausgerichtet,
dass mögliche
Versetzungen am Start kontinuierlicher Endlosbahnen-Prozesse (wie
absichtlich in 2a gezeigt) an einer späteren Stufe
(durch Verwenden oder Nichtverwenden von spontan oder absichtlich
eingebrachter Dehnung (oder Entspannung)) korrigiert werden können. Sozusagen
gleiten die Ausrichtmittel in diesem Fall aneinander entlang.
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Der
Erklärung
der Erfindung zuliebe zeigt der Querschnitt von 2 nur
die Ausrichtmittel 7, 8 und zeigt nicht das Flüssigkristallmaterial.
In der Draufsicht von 1 ist dieses Flüssigkristallmaterial
in den offenen Räumen
zwischen den Ausrichtmitteln vorhanden (mit Kreisen 2 in 1 gekennzeichnet).
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In
der in 2, 3 gezeigten
Ausführungsform
sind die Ausrichtmittel in einer Ebenen senkrecht zu den einander
zugewandten Seiten der Substrate mit konisch verlaufenden Wänden versehen. Wenn
die Substrate in einem kontinuierlichen Endlosbahnen-Prozess wie beispielsweise
einem „Reel to
Reel"-Prozess zusammengefügt werden,
gleiten die Wände
(die in diesem Beispiel konisch verlaufen) aneinander entlang, sodass
dabei die Ausrichtmittel gegeneinander angeordnet werden können. Es
ist ausreichend, wenn der Kontakt von Ausrichtelementen 7 nur
auf einer Seite stattfindet, wie in 2b mithilfe
gestrichelter Linien 8' gezeigt
ist. Es ist auch nicht notwendig, dass alle Ausrichtelemente 7 von Substrat 3 in
mechanischem Kontakt zu Ausrichtelementen 8 auf Substrat 4 stehen.
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5 ist
eine Drausicht der Ausrichtelemente 7 auf Substrat 3,
angeordnet zwischen ITO-Elektroden 5. Der Abstand untereinander
zwischen zwei Ausrichtelementen 7, die zu einer und derselben
Reihe gehören,
ist b (siehe Einlage in 5), während die Ausrichtelement eine
Breite w haben. Wenn w < b,
können
zwei solche Substrate um 90° gegeneinander
gedreht werden und bilden, nachdem sie zusammengefügt wurden,
die kom plette Anzeigevorrichtung von 6. In dieser
Vorrichtung bilden die Ausrichtelemente 7, 8 ein
Fach um eine Kreuzung von Elektroden (die in einer passiven Anzeigevorrichtung ein
Anzeigeelement oder Pixel definieren) herum, wobei die Fächer über Löcher miteinander
kommunizieren. In diesem Fall kann sich das Flüssigkristallmaterial durch
die Anzeigevorrichtung bewegen (beispielsweise während des Füllens). Um die Substrate zu
dem Zweck einer ausreichenden gegenseitigen Haftung gegeneinander
anzuordnen, sind die zueinander gewandten Seiten der Ausrichtelemente 7, 8 mit,
beispielsweise, einer Klebeschicht (17 in 3) versehen.
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Für einen
guten elektrooptischen Effekt ist es wünschenswert, dass die Dicke
der Flüssigkristallmaterialschicht
so gleichmäßig wie
möglich
ist. Obwohl die Elemente 7 oft eine zufriedenstellende
Gleichmäßigkeit
sicherstellen, ist es vorteilhaft, vor allem für größere Pixel oder für eine Vielzahl
von Pixeln pro Fach, gleichzeitig mit den Ausrichtelementen 7, 8 Abstandshalter
auf die Substrate aufzubringen, wobei die Abstandshalter dieselbe
Höhe haben
wie die Ausrichtelemente. 7 zeigt
schematisch, wie dies mit Abstandshaltern 10 auf Substrat 3 und
Abstandshaltern 11 auf Substrat 4 realisiert wurde.
Wenn gewünscht,
sind die Abdichtkanten der zu bildenden Anzeigevorrichtung schon
auf eine ähnliche
Weise auf die Substrate (eines der Substrate) oder die Folien (eine
der Folien) aufgebracht worden.
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Wenn
man von zwei Substraten mit Ausrichtrichtelementen 7 startet,
wie in 8 gezeigt, wird nach dem Zusammenfügen die
vollständige
Anzeigevorrichtung von 9 erzielt. Hier bilden die Ausrichtelemente 7 nach
dem Zusammenfügen
geschlossene Fächer 12.
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Wo
die Ausrichtelemente entlang Strukturen aneinander grenzen, die,
quer zu dem Substrat gesehen, in den oben beschriebenen Beispielen
komplementär
sind, haben die Strukturen der Ausrichtelemente 7, 8 in 10 und 11a in
einer Ebene parallel zu den Substraten konisch verlaufende Wände 13.
Auch wenn es nicht streng notwendig ist, haben die Elemente 7, 8 auch
schiefe Wände.
Während
des Ausrichtens werden die Substrate zueinander versetzt oder eins
der beiden Substrate wird, beispielsweise, in die Richtung der zwei
Pfeile 14, 15 in gewissem Maß gedehnt, wonach während der
Entspannung sich die Elemente 7, 8 zueinander
bewegen und in der Vorrichtung von 11a sozusagen
ein Schnappverschluss erreicht wird. Diese Verbindung kann sogar
noch starrer gemacht werden, indem man den Seiten 13 ein
Profil 16 gibt (beispielsweise ein Schwalbenschwanzpro fil),
wie in 11a gezeigt ist. Alternativ
können
nicht-komplementäre
Profile verwendet werden, wie in 11b gezeigt
ist.
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12 zeigt,
wie zwei Folien 3, 4, die mit den erforderlichen
Elektroden, Orientierungsschichten und (Teilen von) Abdichtkanten,
und, wenn notwendig, Transistoren und weiteren üblichen Elementen, wie auch
den beschriebenen Ausrichtelementen versehen sind, über Rollen
(Zylinder) 18, 19 in einem (kontinuierlichen)
Endlosbahnenprozess zugeführt werden.
Die Substrate 3, 4 haben eine Breite von beispielsweise
0,3 bis 2,5 Meter, während
eine Rolle Folie oder Substratmaterial eine Länge von beispielsweise 30 bis
50 Meter hat. Da die Rollen (Zylinder) 18, 19 während des
Zuführens
normalerweise zueinander über
Führungslöchern an
ihren Rändern
(grob) ausgerichtet werden, sind entsprechende Teile von zu bildenden
Anzeigevorrichtungen oft bis zu einem gewissen Grad zueinander versetzt.
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Das
Substrat 3 wird zwischen der Rolle 18 und der
Rolle 20 etwas gestreckt. Dies hat einen ähnlichen
Effekt wie den mit Bezug auf 10 mithilfe der
Pfeile 14, 15 beschriebenen. Nachdem die Folien auf
einem Zufuhrmechanismus (Rollen 18, 19, 20, 21)
zu dem Zweck der gegenseitigen Kopplung zusammengebracht worden
sind und in dem Bereich der Rollen 20, 21 in mechanischen
Kontakt gebracht worden sind, werden die Folien oder Substrate gegeneinander
ausgerichtet. Wie oben beschrieben, kann dies mithilfe des Einpassens
der Ausrichtelemente ineinander in der vertikalen Richtung (1 bis 9)
oder in der horizontalen Richtung (10, 11) geschehen.
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Nachdem
die Substrate (unter Druck) in einer Richtung senkrecht zu den Schichten
in mechanischen Kontakt miteinander gebracht worden sind, wird die
Baugruppe der Schichten am Ort der Rollen 20', 21' einem (thermischen und/oder mechanischen) Entspannungsschritt
ausgesetzt. Die Baugruppe fertiger Substrate wird dann über die
Rollen 20'', 21'' weitertransportiert. Die separaten
Anzeigevorrichtungen werden dann erzielt, indem sie beispielsweise aus
diesen fertigen Substraten geschnitten oder gestanzt werden. Abhängig von
der Struktur der Ausrichtmittel kann eine Schicht aus Flüssigkristallmaterial
vor dem Zusammenfügen
der Substrate (Folien) auf eine oder beide Schichten aufgebracht
werden, besonders wenn geschlossenen Strukturen wie in 8, 9 gezeigt
betroffen sind.
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Wie
eingangs geäußert kann
die beschriebene Kopplung zum Ausrichten weiterer Schichten in einer
Anzeigevorrichtung (Farbfilter, cholesterische Schichten, PDLC-Schichten,
usw.) verwendet werden.
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13 zeigt
beispielsweise eine Anzeigevorrichtung mit einem elektrooptischen
Material 2 zwischen den Substraten 3, 4,
die für
den Zweck der gegenseitigen Ausrichtung mit Elementen 7, 8,
aber auch mit Ausrichtelementen 7', 8' auf der anderen Seite, wie es
beispielsweise in 10, 11 gezeigt
ist, versehen sind. Die Ausrichtelemente 7' werden verwendet, um beispielsweise
eine Schicht cholesterischen Materials 22 mit beispielsweise
einem Farbfilter auf einem Substrat 26 an der gewünschten
Position auf dem Substrat 3 zu versehen. Ähnlich werden die
Ausrichtelemente 8' verwendet,
eine Polarisationsschicht 23 auf einem Substrat 27 an
der gewünschten
Position auf dem Substrat 4 aufzubringen.
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14 zeigt,
wie eine Folie 30, die mit Leiternbahnen 31 versehen
ist, über
beispielsweise Ausrichtelemente 7, 8, wie in 10, 11 gezeigt, ausgerichtet
wird und dann mithilfe derselben Technik fixiert wird. Die Leiterbahnen 31 stellen
Kontakt (außerhalb
der Ebene der Zeichnung) mit Elektroden 5 auf der Anzeigevorrichtung
her.
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Die
Erfindung ist natürlich
nicht auf die gezeigten Ausführungsformen
beschränkt,
sondern verschiedene Variationen sind im Rahmen der Erfindung möglich. Beispielsweise
ist die Erfindung auch auf verschiedene Arten von Anzeigen wie organische LEDs
anwendbar, aber auch für
das Koppeln von Substraten aus synthetischem Material (Plastik)
für elektronische
Schaltungen. Ähnlich
wie in 14 gezeigt, können eine
Folie 30, die mit Leiterbahnen 31 versehen ist,
und ein Plastiksubstrat zusammengekoppelt werden. Ähnlich wie
in 13 kann eine Vielzahl von cholesterischen Schichten
für beispielsweise
cholesterische Farbanzeigen (gestapelte Farb-CTLC) gestapelt werden
oder ein Stapel von elektrooptischen Elementen, beispielsweise eine Doppelschicht-Super-Twisted-Nematic-LCD mit oder ohne
Kompensations- oder Retardierungsschichten.
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Obwohl
in dem Vorangegangenen hauptsächlich
Bezug auf synthetisches Material (Plastik) genommen wurde, können auch
Glassubstrate abhängig
von Dicke und Oberfläche
ausreichend flexibel sein, um in dem beschriebenen Verfahren verwendet
zu werden. Die trifft insbesondere zu, wenn ein zu beleuchtendes
(flexibles) Substrat in einem Produktionsschritt in Bezug auf eine
Ebene in einer Beleuchtungsvorrichtung ausgerichtet wird.
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Wenn
gewünscht,
können
die Ausrichtmittel auch als Abstandshalter dienen.
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Der
Schutzumfang der Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen
begrenzt. Die Erfindung wohnt in jedem einzelnen neuartigen charakteristischen
Kennzeichen und jeder einzelnen Kombination charakteristischer Kennzeichen
inne.
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Bezugszeichen
in den Ansprüchen
beschränken
deren Schutzumfang nicht. Die Verwendung des Wortes "umfassen" und seiner Konjugationen
schließt
das Vorhandensein von anderen als in den Ansprüchen erwähnten Elementen nicht aus.
Die Verwendung des Wortes "ein" oder "eine" vor einem Element
schließt
das Vorhandensein einer Vielzahl derartiger Elemente nicht aus.