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Flüssigkristalltechnologie

Flüssigkristalle

TN-Display mit organischen Elektroden

Biegsames TN-Display mit organischen Elektroden

PDLC-Display

OTFT-PDLC-Display

Smartcard mit FLC-Display

Smartcard mitFLC-Display

Verschiedene Arten von Flüssigkristallen werden am Institut für Großflächige Mikroelektronik verwendet, um Flüssigkristallanzeigen (LC-Displays, liquid crystal displays) zu bauen. Dazu gehören vor allem die thermotropen Flüssigkristalle. Die kristalline Phase der thermotropen Flüssigkristalle ist abhängig von der Temperatur. Die gebräuchlichsten thermotropen Flüssigkristalle in der Displaytechnik sind die nematischen Flüssigkristalle. Sie werden vor allem zum Bau von TN (twisted nematic) Displays oder VA (vertically aligned) Displays verwendet.

Daneben gibt es noch den FLC (ferroelectric liquid crystal), mit dem sich bistabile Displays herstellen lassen: Nachdem die Information einmal eingeschrieben ist, benötigen FLC-Displays keine weitere Spannungsversorgung mehr, um die Information anzuzeigen. Ein Beispiel dafür ist die Smartcard mit integriertem FLC-Display, die am Institut für Großflächige Mikroelektronik entwickelt wurde.

Weiterhin können mit PDLC (polymer dispersed liquid crystal) sehr einfach Displays realisiert werden, die ohne Polarisatoren und Orientierungsschicht auskommen. Je nachdem, welche Spannung angelegt wurde, sorgen in einem Polymer eingeschlossene LC-Tröpfchen für eine unterschiedliche Streuung des Lichts. Neuartige Transistortechnologien wie OTFT (organic thin film transistor) lassen sich mit diesem Flüssigkristalltyp sehr schnell in einem Display umsetzen.

Neben den genannten thermotropen Flüssigkristallen gibt es noch lyotrope Flüssigkristalle, deren kristalline Phase von der Anwesenheit eines Lösungsmittels abhängt. Solch ein LLC (lyotropic liquid crystal) kann dazu verwendet werden, im Nassbeschichtungsverfahren sehr dünne Polarisatoren zu erzeugen. Nachdem das Lösungsmittel verdunstet ist, behalten die Moleküle ihre Ausrichtung bei und sorgen so für eine Polarisierung des Lichts.

Orientierungsschicht

Die meisten Arten von LC-Displays benötigen Orientierungsschichten, damit sich der Flüssigkristall in gewünschter Weise ausrichtet. Üblicherweise wird dazu eine Polyimidschicht aufgebracht, die in einer bestimmten Richtung gerieben wird (siehe die abgebildete Reibeanlage). Dies legt fest, in welcher Richtung und in welchem Winkel sich der Flüssigkristall daran orientiert.

Am Institut für Großflächige Mikroelektronik wurde eine weitere Möglichkeit entwickelt, den Flüssigkristalls auszurichten. Eine Schicht aus Siliziumdioxid (SiO2) wird schief aufgesputtert, was dem anlagernden Flüssigkristall seine Ausrichtung vorgibt. Diese Technologie eignet sich insbesondere für VA-Displays, bei der die Flüssigkristallmoleküle homöotrop orientiert sein müssen.

Reibeanlage

Reibeanlage

Schief gesputtertes SiO2

Schiefgesputtertes SiO2 als Orientierungsschicht für VA-Displays

Spacertechnologie

Spaceranlage

Spacersprühanlage

Als Abstandshalter für den Zwischenraum in einem LC-Display werden Spacer benötigt. Meist handelt es sich dabei um Kunststoff- oder Glaskügelchen. Am Institut für Großflächige Mikroelektronik stehen zum Aufbringen der Spacer verschiedene Verfahren zur Verfügung:

  • Aufschleudern eines Lösungsmittel-Spacer-Gemischs
  • Aufsprühen eines Lösungsmittel-Spacer-Gemischs
  • Trockenes Aufsprühen durch elektrische Felder mit Hilfe der abgebildeten Spacersprühanlage

Daneben ist es auch möglich, Spacer so aufzubringen, dass sie auf dem Substrat haften. Insbesondere bei biegsamen Displays wird so verhindert, dass sich die Spacer bewegen. Dem gleichen Zweck dienen die sogenannten Photospacer. Am Institut für Großflächige Mikroelektronik wurde dazu ein fotolithografischer Prozess entwickelt, um Spacer direkt auf einem Substrat abscheiden zu können.

Aktuelle Forschungsgebiete

Derzeit wird in einem Projekt, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird, der Einsatz von LLC als Polarisator in schaltbaren Verglasungen untersucht. Der Vorteil liegt hier in der Möglichkeit, die Polarisatoren in die Flüssigkristallzelle zu integrieren. Dadurch wird der LLC vor Umwelteinflüssen geschützt. Ein konventionell außen aufgebrachter Folienpolarisator degradiert durch Sonneneinstrahlung, Temperatur und Feuchtigkeit sehr schnell.