DE69805300T2

DE69805300T2 - Substrat mit gerichteter leitfähigkeit senkrecht zu seiner oberfläche, vorrichtungen mit einem solchen substrat und verfahren zur herstellung eines solchen substrates

Info

Publication number: DE69805300T2
Application number: DE69805300T
Authority: DE
Inventors: Hendrik-Jan Brouwer; Georges Hadziioannou; Christiaan Ruiter; Maarten Terlouw
Original assignee: PAPYRON BV
Current assignee: Papyron Bv Groningen Nl
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 2003-01-23
Anticipated expiration: 2018-06-13
Also published as: EP0988576B1; WO1998057226A2; JP2002504240A; AU8132098A; DK0988576T3; EP0988576A2; CA2292671A1; ATE217424T1; HK1027169A1; WO1998057226A3; US6365949B1; AU736219B2; DE69805300D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anzeigen von Informationen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1, und Verfahren zur Herstellung solcher Vorrichtungen.
Solch eine Vorrichtung ist aus der WO-A-96/04585 bekannt, die ein LCD mit einer aktiven Matrix aus elektronischen Bauteilen, wie z. B. Dünnschicht-Transistoren und Dünnschicht-Dioden, die auf der Außenoberfläche des LCD-Zellsubstrats aufgebracht sind, offenbart.
Es sollte zum Zweck der vorliegenden Erfindung darauf geachtet werden, dass der Ausdruck "ausschließlich in einer Richtung senkrecht zu ..." beabsichtigt, Abweichungen einzuschließen, die wegen des angewendeten Herstellungsprozesses inhärent sind. Überdies unterscheiden sich die ersten und zweiten Leitfähigkeiten mindestens um einen Faktor 1000, bevorzugt um sehr viel mehr, z. B. um einen Faktor 10&sup5;.
Die Offenbarung des US-Patents 4,613,351 beschreibt ein Glasmaterial, auf das parallele Leiterbahnen in einer vorbestimmten Richtung aufgetragen sind. Die Bahnen werden dazu verwendet, elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen weniger als 0,1 um und 1 mm abzulenken und zu detektieren.
Die Beschreibung des US-Patents 5,438,223 beschreibt eine Art Nietsystem zum Verbinden der Grenzfläche einer Isolierschicht mit einem elektrisch leitenden Material. Die elektrisch leitenden Teile werden in transversal durch die Schicht verlaufende Löcher eingebracht und anschließend thermisch vernietet.
Die japanische Patentanmeldung JP-A-08/143677 beschreibt die Herstellung einer Schicht durch Abscheiden von gasförmigem Material an einer Elektrode. Die elektrische Leitfähigkeit in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der Schicht ist sehr viel größer als die elektrische Leitfähigkeit in einer Richtung parallel zur Oberfläche der Schicht. Die Leitfähigkeit in der Richtung senkrecht zur Oberfläche beträgt jedoch ungefähr 106 S/cm, was sehr gering ist und im Halbleiterbereich liegt.
Die Beschreibung des US-Patents 5,272,217 beschreibt die Verwendung von anisotropischen Polymeren in einer Schicht. Die Leitfähigkeit parallel zur Oberfläche der Schicht des Polymers ist sehr viel höher als die Leitfähigkeit in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der Schicht. Der Tetrathiotetracen-Komplex wird als eines der verwendeten Polymere erwähnt. Eine "Stapelorientierung" wird verwendet, in der Elemente mit sehr kleinen Abmessungen derart gruppiert werden, so dass die Vorderseite eines Elements an die Rückseite des anderen Elements sich anschließt ("head-to-tail").
Die Beschreibung des US-Patents 5,556,706 beschreibt Partikel mit sehr kleinen Abmessungen, die Vorderseite-an-Rückseite in einer Richtung parallel zur Oberfläche einer Polymerschicht orientiert sind. Die Schicht wird durch Abscheiden eines gasförmigen Materials an einer Elektrode hergestellt. Hier wiederum ist nach dem Herstellungsprozess die Leitfähigkeit in einer Richtung parallel zur Oberfläche der Schicht größer als in einer Richtung senkrecht hierzu.
Die Beschreibung des US-Patents 5,229,635 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Orientieren von sehr kleinen Elementen in einer Vorderseite-an-Rückseite-Anordnung unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes. Die Patentbeschreibung zielt darauf ab, eine elektrische Leitfähigkeit in einer vorbestimmten Richtung parallel zur Oberfläche der Schicht zu erzielen. Einfallendes Licht kann mit der Schicht in elektrische Energie umgewandelt werden.
Die japanische Patentanmeldung 08/007658 beschreibt einen adhäsiven Film, der mit kleinen leitenden Partikeln versehen ist. Vor dem Gebrauch ist der Film nicht leitfähig, da die leitenden Partikel nicht in Kontakt miteinander sind. Der Film wird dazu verwendet, eine Verbindung zwischen den Anschlussstiften eines ICs und eines Substrats herzustellen. Da die Anschlussstifte des ICs fest in die Richtung des Substrats gedrückt werden, werden elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Anschlussstiften des ICs und den leitenden Partikeln des Films erzeugt. Als Folge des ausreichenden Drückens der Anschlussstifte gegen das Substrat wird eine leitende Verbindung zwischen den Anschlussstiften und den erwünschten elektrisch leitenden Bahnen auf dem Substrat erzeugt. An denjenigen Punkten, an denen keine IC-Anschlussstifte vorhanden sind, bleibt der Film nicht leitend. Ähnliche adhäsive Filme sind in der Beschreibung des US- Patents 5,213,715 und der japanischen Patentanmeldung 57/111366 und 05/011265 offenbart.
Fig. 1 zeigt auf sehr schematische Weise die Struktur einer herkömmlichen LCD. Die mittlere der drei gezeigten Schichten, die durch das Bezugszeichen 3 angezeigt ist, ist gleich der optischen Schicht. Diese ist auf beiden Seiten durch zwei Kontrollschichten 2, 2' umgeben. Die Kontrollschichten 2, 2' müssen sich so nahe wie möglich an der optischen Schicht befinden. Im Wesentlichen gibt es zwei Arten von optischen Schichten: Flüssigkristalle, die sich selbst unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes ausrichten, und lichtemittierende Schichten, die Licht unter dem Einfluss eines elektrischen Stromes emittieren. Lichtemittierende Schichten dissipieren Energie während des Betriebs, während Flüssigkristalle Energie lediglich zum Zwecke der Orientierung dissipieren. Lichtemittierende Materialien sind z. B. LEDs, Laserdioden und elektrolumineszierende Materialien.
Polarisationsfilter sind in der Praxis bei der Verwendung von polarisiertem Licht ebenso notwendig. Die Polarisationsfilter und andere Korrekturfilter werden hier nicht im Detail beschrieben, da sie von keiner großen Bedeutung für die vorliegende Erfindung sind. Falls notwendig, können sie in der Tat jedoch verwendet werden.
Die optische Schicht 3 umfasst im Allgemeinen drei Schichten 4, 6, 4', wie in Fig. 2 gezeigt ist. Zusätzlich befinden sich Trägerschichten 1, 1' an der Außenseite der Kontrollschichten 2, 2'. Die mittig angeordnete Schicht 6 umfasst eine Flüssigkristallschicht, in der Abstandselemente 5 in gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Abständen sich befinden, um die zwei Isolierschichten 4, 4' in einem vorbestimmten Abstand voneinander zu halten. Die primäre Funktion der Schichten 4, 4' ist es, die Orientierung der Flüssigkristalle in der gleichen Richtung zu erleichtern. Des Weiteren sind sie wichtig, um die Flüssigkristalle vor einer Kontaminierung durch Ionenwanderung, wie z. B. Zinn und Indium, aus den Leitermustern 2, 2' zu schützen. Schließlich sehen die Schichten 4, 4' eine Isolierfunktion vor.
Die Kontrollschichten 2, 2' umfassen z. B. ein transparentes Material, das ein Muster aus z. B. parallelen, ebenso transparenten Leitern enthält. Die parallelen Leiter in der Kontrollschicht 2 werden anschließend z. B. senkrecht zu den transparenten, parallelen Leitern in der Kontrollschicht 2' angeordnet. Werden solche Muster verwendet, so können elektrische Felder an erwünschten Stellen transversal oder unter einem Winkel zu der Flüssigkristallschicht 6 erzeugt werden, als Folge derer die Kristalle in der Flüssigkristallschicht 6 sich orientieren. An Punkten, wo dies auftritt, wird die Flüssigkristallschicht 6 undurchlässig für einfallendes Licht.
In dem herkömmlichen Aufbau einer in Fig. 2 gezeigten LCD befinden sich die Kontrollschichten 2, 2' innerhalb der Trägerschichten 1, 1'. Solche LCDs können nur dann transportiert werden, wenn die Trägerschichten aufgetragen worden sind. Ohne die Trägerschichten 1, 1' wäre der LCD-Aufbau zu leicht zu beschädigen. Folglich ist es unmöglich, Veränderungen und/oder Korrekturen der Kontrollschichten 2, 2' nach Herstellung der LCD vorzunehmen.
Zusätzlich ist es unmöglich, den einwandfreien Betrieb der Flüssigkristallschicht 6 zu überprüfen, bevor die Kontrollschichten 2, 2' aufgetragen worden sind.
Überdies ist die Ausbeute der LCDs bei der Herstellung gemäß diesem bekannten Aufbau sehr gering. Ein hoher Prozentsatz, gelegentlich mehr als 70%, erfüllt nicht die Erfordernisse und kann nicht verkauft werden.
Ein Standardverfahren zum Orientieren des Materials der Isolierschichten 4, 4' in horizontaler Richtung ist das sogenannte "Rubbing" oder die Reibungsbehandlung. Da die Kontrollschichten 2, 2' in der herkömmlichen Anordnung neben den Isolierschichten 4, 4' aufgetragen werden, besteht jedoch ein hohes Risiko, die Kontrollschichten 2, 2' während des Rubbing zu beschädigen. Dies ergibt sich sowohl aus der Entladung als Folge statischer Elektrizität als auch als Folge von anderen Arten der Beschädigung.
Die Kontrollschichten 2, 2' weisen im Allgemeinen Indium/Zinnoxidstrukturen und/oder Dünnschicht-Transistoren und/oder Metall/Isolier/Metallstrukturen und/oder Dioden auf. Polyimid wird häufig als Isolierschicht 4, 4' verwendet. Hohe Temperaturen werden beim Auftragen der zuletzt genannten Schicht verwendet, was ein zusätzliches Risiko für den zufriedenstellenden Betrieb der Dünnschicht-Transistoren, der Metall/Isolier/Metallstrukturen und/oder Dioden darstellt.
Die Vorrichtungen, die in der WO-A-96/04585, auf die oben hingewiesen wurde, offenbart sind, und die mit aktiven Matrizen an den Außenoberflächen der LCD-Zellsubstrate versehen sind, lösen zumindest teilweise die im Zusammenhang mit dem herkömmlichen LCD-Design stehenden Probleme. Es wird jedoch immer noch ein Muster aus individuellen, transparenten Elektroden an der Innenoberfläche des LCD-Zellsubstrats gemäß diesem Dokument aus dem Stand der Technik aufgetragen. Diese internen Elektroden werden mit der aktiven Matrix an der Außenseite der Oberfläche mittels von dünnen, leitenden Drähten bzw. Bahnen verbunden. Jede interne Elektrode wird mit einem einzigen, dünnen leitenden Draht verbunden, wobei jeder der dünnen leitenden Drähte ebenso mit einem aus einer Serie von leitenden Drähten, die an der Außenoberfläche des LCD-Zellsubstrats aufgebracht sind und mit der aktiven Matrix in Kontakt stehen, verbunden wird.
Keine Details bezüglich der Herstellung in Bezug auf das Herstellen der dünnen leitenden Drähte in dem LCD-Substrat sind gegeben. Es wird auch auf keine anderen Herstellungsverfahren ausser der Vakuumtechnologie mit mehreren Maskenschritten im Allgemeinen hierzu verwiesen. Deshalb umfasst das vorgeschlagene Verfahren zum Herstellen der Vorrichtungen der WO-A- 96/04585 notwendigerweise extrem schwierige Ausrichtungsschritte zum korrekten Ausrichten der dünnen leitfähigen Drähte durch das LCD-Substrat mit den internen transparenten Elektroden und den externen leitfähigen Drähten. Es erscheint besonders schwierig, wenn nicht sogar unmöglich, nicht fertiggestellte LCDs zu einem Kunden auszuliefern, ohne eine aktive Matrix an der Außenoberfläche des LCD-Substrats zu haben und es dem Kunden zu überlassen, die aktive Matrix an der Außenoberfläche des LCD-Substrats entsprechend seinen Bedürfnissen aufzutragen. Ohne unnötige Kosten werden Kunden nicht in der Lage sein, ihre erwünschte aktive Matrix in korrekter Ausrichtung mit den dünnen leitfähigen Drähten durch das Substrat aufzutragen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Anzeigen von Informationen vorzusehen, z. B. eine LCD, die zu Kunden ausgeliefert werden kann, ohne dass das Muster der Kontrollschichten notwendigerweise bereits auf das Substrat aufgetragen worden ist, und um Kunden die Möglichkeit zu bieten, das Muster der Kontrollschichten an von ihnen erwünschten Stellen ohne unnötige Kosten und Schwierigkeiten aufzutragen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Ausbeute bei der Herstellung solcher Vorrichtungen zu erhöhen.
Bis dahin betrifft die Erfindung ebenso eine Vorrichtung zum Anzeigen von Informationen, die mindestens umfasst:
- eine erste Schicht, die sich in einer Ebene erstreckt und die ein Material aufweist, dessen optische Eigenschaften unter dem Einfluss eines externen elektrischen Kontrollsystems derart variieren, dass entweder die Lichtdurchlässigkeit für darauf einfallendes Licht von mit dem elektrischen Kontrollsystem ausgewählten Bereichen der ersten Schicht variiert oder die mit dem elektrischen Kontrollsystem ausgewählten Bereichen der ersten Schicht Licht emittieren;
- eine zweite und eine dritte Schicht, die sich im Wesentlichen parallel zu der Ebene erstrecken, sich auf beiden Seiten der ersten Schicht befinden und der Vorrichtung eine bestimmte erwünschte Festigkeit verleihen, wobei zumindest eine der zweiten und dritten Schicht eine erste Leitfähigkeit besitzt und mit mindestens einer Elektrode und mit elektrisch leitenden Kanälen versehen ist, die sich ausschließlich in einer Richtung senkrecht zu der Ebene erstrecken, und die Kanäle eine zweite Leitfähigkeit besitzen, die im Wesentlichen größer als die erste Leitfähigkeit ist, und die mindestens eine Elektrode mit mindestens einem der Kanäle elektrisch in Verbindung steht, und die mindestens eine Elektrode eine vorbestimmte Minimalabmessung in einem Kontaktbereich mit der mindestens einen der zweiten und dritten Schicht besitzt, und die gegenseitigen Abstände zwischen mindestens einigen benachbarten der Mehrzahl der Kanäle geringer ist als die Minimalabmessung der mindestens einen Elektrode,
dadurch gekennzeichnet, dass die maximalen gegenseitigen Abstände zwischen allen benachbarten der Mehrzahl der Kanäle geringer ist als der Minimalabstand der mindestens einen Elektrode.
Solch eine Struktur weist ausreichend Festigkeit auf, so dass sie zu Kunden ausgeliefert werden kann, ohne dass die letztendlich notwendigen Leitermuster bereits aufgetragen sein müssen. Die Leitermuster können von dem Kunden selbst an der Außenseite der zweiten und/oder dritten Schicht aufgetragen werden. Die Leiterbahnen in der zweiten und/oder dritten Schicht gewährleisten anschließend, dass eine elektrische Spannung und/oder Strom, dessen Positionen durch das Muster der Leiter bestimmt sind, auf die erste Schicht übertragen wird. Je schmäler die kleinen Kanäle und je näher diese zusammen angeordnet sind, desto größer wird die Auflösung sein.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, falls das Muster der Leiter nicht korrekt auf die so bestimmte Struktur aufgetragen ist, kann das Muster auf einfache Weise entfernt werden, ohne dass die Vorrichtung als Ganzes weggeworfen werden muss. Nach dem Entfernen kann das Muster wieder aufgetragen werden. Dies führt zu einer nennenswerten Erhöhung der Herstellungsausbeute.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann eine Komponente einer LCD sein, in der die erste Schicht eine Flüssigkristallschicht ist, die mit Abstandselementen versehen ist und in der zwischen einer der zweiten und dritten Schicht und der ersten Schicht sich eine vierte Schicht befindet, die aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist. Die Flüssigkristallschicht kann von der Sorte einer nematischen oder smektischen sein, abhängig von der erwünschten Verwendung. Nematische Flüssigkristallschichten erfordern eine kontinuierliche Spannung, um in der Lage zu sein, eine Speicherfunktion zu besitzen. Dies erfordert eine geeignete Elektronik, umfassend z. B. Metall/Isolier/Metallstrukturen, Dünnschichttransistoren, Dioden und Leiter. Smektische Flüssigkristallschichten besitzen eine spontane Speicherfunktion.
Als Alternative kann eine solche LCD ein Polymer aufweisen, das in der Flüssigkristallschicht als erste Schicht dispergiert ist, eine vierte Schicht, die aus einem elektrischen Isoliermaterial, das sich zwischen einer der zweiten und dritten Schicht und der ersten Schicht befindet, hergestellt ist.
Als weitere Alternative kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung derart gestaltet sein, so dass die erste Schicht Licht unter dem Einfluss eines elektrischen Stromes emittiert.
Die Vorrichtung entsprechend dem Hauptanspruch dieser Erfindung, die auf diese Weise bestimmt ist, und entsprechend den erwähnten Varianten derselben bildet eine nicht fertiggestellte Materialplatte, die anschließend durch den Verwender mit den notwendigen anwendungsabhängigen Leiterbahnen und der Elektronik versehen werden kann. Solch eine nicht fertiggestellte Vorrichtung kann deshalb als Standard und nicht auf anwendungsabhängige Weise hergestellt sein. Dies erhöht die Flexibilität der möglichen Anwendungen.
In einigen Anwendungen besitzt nicht nur die eine der zweiten und dritten Schicht, sondern auch die andere ein Muster aus elektrischen Leitern, das derart ist, dass die elektrische Leitfähigkeit der Leiter ausschließlich in einer Richtung senkrecht zu der Ebene gerichtet ist.
Bei einer der Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist auf eine der zweiten und dritten Schicht eine lichtleitende Schicht aufgetragen, an dessen Außenseite eine transparente elektrisch leitende Schicht aufgetragen worden ist. Solch eine Vorrichtung kann als elektronisches Papier verwendet werden.
In dem Fall der zuletzt genannten Vorrichtung kann eine Lichtquelle, wie z. B. ein Laser, vorgesehen sein, um einen Lichtstrahl zum Belichten vorbestimmter Stellen in der lichtleitenden Schicht zu erzeugen. Solch eine Vorrichtung bildet eine Laserstrahlanzeige.
Die oben bestimmte Vorrichtung, die mit einer lichtleitenden Schicht versehen ist, an dessen Außenseite eine transparente, elektrisch leitende Schicht aufgetragen worden ist, kann mit einem Laser zum Herstellen einer Maske für fotolithografische Zwecke verwendet werden. Der Vorteil einer solchen Maske ist es, dass die Stellen, die lichtdurchlässig oder lichtundurchlässig sind, jederzeit wieder bestimmt werden können, ohne die Position der Vorrichtung zu ändern. Solch eine Maske kann deshalb vorteilhafterweise in fotolithografischen Verfahren eingesetzt werden, da die Maske nicht bewegt werden muss, was der Genauigkeit zugute kommt.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann auf einfache Weise mit Farben auf einer der Oberflächen durch Auftragen einer lichtempfindlichen Schicht auf die Seite der Vorrichtung, an der die andere der zweiten und dritten Schicht sich befindet, versehen werden. An Stellen, an denen die Schicht als Farbschicht bestehen bleiben soll, und an denen, an denen sie entfernt werden muss, können auf einfache Weise mit Hilfe von Belichtungsverfahren und chemischen Entwicklungsverfahren bestimmt werden.
Ansprüche 16 bis 19 bestimmen Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Anzeigen von Informationen entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Es wird darauf hingewiesen, dass die EP-A-0 478 368 ein Verfahren zum Herstellen einer Schicht beschreibt, die sich in einer Ebene erstreckt und die mit einem Muster aus elektrischen Leitern versehen ist, die sich senkrecht zu der Ebene erstrecken, wobei das Verfahren die Schritte des Auswählens eines Materials für die Schicht, das eine vorbestimmte ursprüngliche Leitfähigkeit besitzt, die durch Beleuchten dieser mit Strahlung vorbestimmter Wellenlänge verändert werden kann, das Vorsehen einer Maske auf der Schicht, wobei die Maske eine Mehrzahl von Bereichen aufweist, welche nicht lichtdurchlässig bezüglich der Strahlung sind, das Beleuchten der Maske mit der Strahlung, das Beenden der Bestrahlung und das Entfernen der Maske umfasst. Die Maske muss jedoch genauestens mit den elektrischen Leitern ausgerichtet sein, um eine gute Verbindung vorzusehen.
Die vorliegende Erfindung wird im Anschluss unter Bezugnahme auf einige der Figuren im Detail erklärt, die dazu dienen, die Erfindung darzustellen und nicht den Schutzbereich zu beschränken.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer herkömmlichen LCD;
Fig. 2 zeigt den Schichtaufbau einer herkömmlichen LCD im Detail;
Fig. 3 zeigt eine LCD mit einer Schichtstruktur entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 zeigt eine alternative Struktur für die Schichtstruktur der Fig. 3;
Fig. 5 zeigt die Anwendung einer lichtemittierenden Schicht in der Vorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 6a und 6b zeigen alternative Ausführungsformen einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, die als elektronisches Papier und ebenso als Laserstrahlanzeige verwendet werden kann;
Fig. 7 zeigt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, auf die eine Farbschicht aufgetragen worden ist;
Fig. 8a, 8b und 8c zeigen schematisch den Aufbau einer Elektrode und einer Schicht, die mit einem Leitermuster versehen ist, wobei die Leiter sich ausschließlich in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche der Schicht erstrecken;
Fig. 9a, 9b, 9c, 10 und einschließlich 11 zeigen alternative Verfahren zum Bilden einer Schicht, wie z. B. derjenigen, die in den Fig. 8a bis 8c gezeigt ist;
Fig. 12 zeigt die Verwendung einer in den Fig. 8a bis 8c gezeigten Schicht als Leiterplatte (pcb).
Fig. 3 zeigt eine LCD in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. In der Schichtstruktur gemäß der Fig. 3 sind die Kontrollschichten 2, 2' noch nicht direkt auf die Isolierschichten 4, 4' aufgetragen worden, es befindet sich aber eine zusätzliche Schicht 7, 7' dazwischen. Diese zusätzliche Schicht ist aus einem Material gebildet, in der Leiter vorhanden sind, die ausschließlich in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der Schichten 7, 7' gerichtet sind. Solch eine Schicht 7 ist schematisch in den Fig. 8a und 8b gezeigt. Die Schicht 7 besteht deshalb aus einem Isoliermaterial 20, das kleine Leitungskanäle 21 enthält, die sich ausschließlich in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche der Schicht erstrecken. Vorzugsweise sind sowohl die Isolierschicht 20 als auch die kleinen Leitungskanäle 21 lichtdurchlässig. Der Querschnitt der kleinen Kanäle 21 und der gegenseitige Abstand der kleinen Kanäle 21 bestimmen die Auflösung der Vorrichtung, in der die Schicht 7 verwendet wird.
Fig. 8a zeigt eine perspektivische Ansicht einer Isolierschicht 20 mit Kanälen 21 und einer Elektrode 42, die mit der Schicht 20 an einer vorbestimmten Stelle verbunden werden soll. Die Fig. 8b zeigt die Elektrode an der vorbestimmten Stelle. Die Elektrode 42 kann eine beliebige Form aufweisen. In Übereinstimmung mit der Erfindung gibt es jedoch eine Beziehung zwischen der Abmessung der Elektrode 42 und dem gegenseitigen Abstand zwischen benachbarten Kanälen 21, so dass unabhängig davon, wo die Elektrode 42 mit der Schicht 20 in Kontakt ist, die Elektrode immer mindestens mit einem Kanal 21 in Kontakt ist. Dies reduziert bedeutsam jedwede Ausrichtungsprobleme.
Im Fall, dass die Elektrode 42 eine rechtwinklige Form aufweist, wie dies in der Fig. 8a gezeigt ist, mit einer Breite D und einer Länge L, wobei L > D ist, so wird diese Bedingung erfüllt, wenn der gegenseitige Abstand zwischen benachbarten Kanälen 21 < D ist. Um sicher zu stellen, dass ein guter elektrischer Kontakt zwischen der Elektrode 42 um mindestens einen Kanal 21 besteht, beträgt vorzugsweise der gegenseitige Abstand höchstens 1/2D. Noch bevorzugter beträgt der gegenseitige Abstand höchstens 1/10D.
In der Anordnung gemäß der Fig. 3 stellt die Schicht 7 Support sicher, der in der Anordnung gemäß der Fig. 2 durch die Schicht 1 gegeben war. Mit anderen Worten, in der Anordnung gemäß der Fig. 3 befinden sich die Kontrollschichten 2, 2' an der Außenseite der Vorrichtung. Die Kontrollschichten 2, 2' werden deshalb später als die Isolierschichten 4, 4' aufgetragen. Die hohen Temperaturen, die während des Auftragens der Isolierschichten 4, 4' auftreten, und die hohen elektrostatischen Spannungen, die als Folge des "Rubbing"-Verfahrens der Isolierschichten 4, 4' auftreten, haben deshalb nicht länger einen Einfluss auf die Kontrollschichten 2, 2'.
Die Elektroden des Leitermusters innerhalb der Kontrollschicht 2 werden mit den kleinen Kanälen 21 innerhalb der Schicht 7 verbunden.
Die Fig. 8c stellt ferner dies dar. Die Fig. 8c zeigt einen Querschnitt durch die Isolierschicht 20 mit den Leitungskanälen 21 oberhalb der Flüssigkristallschicht 6. Hier ist der gegenseitige Abstand zwischen den Kanälen 21 sehr viel geringer als die Abmessung D der Elektrode 42. Eine auf die Elektrode 42 angelegte Spannung wird senkrecht übertragen in der Richtung der Flüssigkristallschicht 6 und ist an den Anschlussbereichen der Kanäle 21 an der Grenzfläche zwischen der Schicht 7 und der Schicht 6 vorhanden. Deshalb stellen in einem Bereich, der durch "A" in Fig. 8c angedeutet ist, eine Mehrzahl von Kanälen eine elektrische Spannung an die Flüssigkristallschicht 6 dar, was so eine Art von virtueller Elektrode bildet. Deshalb besteht keine Notwendigkeit, eine zusätzliche Elektrode in dem Bereich A vorzusehen, um die Spannung an die Flüssigkristallschicht 6 zu liefern. Dies erleichtert den Herstellungsprozess der Flüssigkristallanzeigevorrichtungen. Überdies sind Stellen, an denen Spannungen an die Flüssigkristallschicht 6 angelegt werden müssen, lediglich durch die Stelle der Elektroden 42 an der Außenoberfläche der Schicht 7 bestimmt, was das Erzielen einer erwünschten Auflösung vereinfacht. Die Anzahl der Kanäle und deren gegenseitige Abstände, genauso wie die Größe der Elektroden 42, bestimmen die eigentlich erhaltene Auflösung.
Die Vorrichtung entsprechend der Fig. 3 kann vermarktet werden ohne das Vorhandensein der Kontrollschichten 2, 2'. Solch eine Vorrichtung umfasst so lediglich die Schichten 7, 4, 6, 4', 7' und bietet immer noch eine universell mögliche Anwendung. Ein beliebiger Verwender kann das Leitermuster, welches er wünscht, mittels der Kontrollschichten 2, 2' auftragen.
Es ist ebenso möglich, eine Struktur zu vermerken, in der lediglich eine der Schichten 7, 7' aufgetragen ist. Die Schicht 7' ist z. B. dann weggelassen. An dem Punkt, wo die Schicht 7' sich befindet, kann ein Verwender ein transparentes Leitermuster entsprechend seinem eigenen Design auftragen.
Fig. 4 zeigt eine Alternative zu solch einer nicht fertiggestellten LCD-Struktur. Anstelle der Flüssigkristallschicht 6 mit den Abstandselementen 5 ist die Vorrichtung entsprechend der Fig. 4 mit einem Polymer, das in der Flüssigkristallschicht 8 dispergiert ist, versehen.
Es ist einleuchtend, dass eine der beiden Schichten 7, 7' durch eine transparente, vollständig elektrisch leitende Schicht ebenso in der Anordnung entsprechend der Fig. 4 ersetzt werden kann.
Die Vorrichtungen entsprechend der Fig. 3 und 4 oder deren Varianten, die oben angezeigt sind, können an einer Seite derselben mit einer lichtreflektierenden Schicht versehen sein. Dies erzeugt lichtreflektierende LCDs. Lichtreflektierende LCDs sehen eine eher natürliche Anzeigecharakteristik vor, sind weniger ermüdend und sind bezüglich herkömmlichen Anzeigebildschirmen in dem Fall, dass der Beleuchtungspegel erhöht wird, überlegen. Information, die durch lichtreflektierende LCDs dargestellt wird, wird einfacher von dem Betrachter absorbiert als Information, die durch transparente LCDs und/oder lichtemittierende LCDs dargestellt wird.
Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung entsprechend der Erfindung, in der eine lichtemittierende Schicht 11 anstelle einer Flüssigkristallschicht 6 mit Abstandselementen 5 oder einer Flüssigkristallschicht 8 aufgetragen ist. Die lichtemittierende Schicht 11 weist die Eigenschaft auf, dass sie Licht an denjenigen Stellen emittiert, an denen eine elektrische Spannung senkrecht zu der Oberfläche der lichtemittierenden Schicht 11 angelegt ist.
Fig. 5 zeigt wiederum eine nicht vollendete Basisstruktur. Die Basisstruktur kann von dem Kunden durch Aufbringen der Kontrollschichten 2, 2' in der Form, wie er sie wünscht, aufgebracht werden. Eine der beiden Schichten 7, 7' kann ebenso, falls erforderlich, durch eine Schicht, die vollständig transparent und vollständig elektrisch leitend ist, ersetzt werden. Als weitere Alternative kann eine lichtreflektierende Schicht auf eine der beiden Außenseiten der Schichten 7, 7' aufgebracht werden, so dass die Vorrichtung gemäß der Fig. 5 Licht lediglich zu einer Seite emittieren wird.
Die Fig. 6a und 6b zeigen Vorrichtungen, die als elektronisches Papier oder als Laserstrahlanzeige verwendet werden können.
Die Bezugszeichen in der Vorrichtung gemäß den Fig. 6a und 6b bedeuten das Gleiche wie in den vorangegangenen Figuren. Eine lichtempfindliche Schicht 9 ist auf die Schicht 7 aufgebracht worden. Eine transparente, elektrisch leitende Schicht 10 befindet sich an der Außenseite der lichtempfindlichen Schicht 9.
Die Vorrichtung gemäß der Fig. 6a funktioniert wie folgt. Die Vorrichtung wird mit Licht 13 belichtet, das auf die lichtempfindliche Schicht 9 über die elektrisch leitende Schicht 10 einfällt. An den Punkten, wo Licht auf die fotoempfindliche Schicht einfällt, wird diese leitend. An denjenigen Punkten, wo kein Licht einfällt, bleibt die fotoempfindliche Schicht 9 isolierend. An denjenigen Punkten, wo Licht zuerst einfällt und unterbrochen wird, wird der Isolierzustand wieder hergestellt. Die elektrischen Verbindungen zwischen den Leitern 21 und der Schicht 7 und der elektrisch leitenden Schicht 10 werden so bestimmt, wie es bereits der Fall war, mittels der fotoempfindlichen Schicht 9. Ein erwünschtes elektrisches Feldmuster in der Flüssiganzeigeschicht 6 kann so deshalb ebenso bestimmt werden durch Anlegen einer Spannung an die elektrisch leitende Schicht 10 und die Schicht 7. Falls die Flüssigkristallschicht 6 von der smektischen (ferroelektrischen) Sorte ist, wird das so aufgenommene Bild beibehalten, da smektische LCDs eine Speicherfunktion besitzen, selbst wenn die Spannung abgeschalten wird. Falls nematische LCDs verwendet werden, so ist die Anwendung von geeigneten elektronischen Bauelementen notwendig, um die Speicherfunktion zu erzielen.
Eine lichtreflektierende Schicht kann wiederum auf die Unterseite der Vorrichtung gemäß der Fig. 6a aufgebracht werden. Die Schicht 7' selbst kann aus lichtreflektierendem Material hergestellt sein. Die Schicht 7 kann durch eine Schicht ersetzt werden, die vollständig elektrisch leitend ist und wahlweise reflektierend oder transparent ist.
Die transparente Sorte kann verwendet werden, z. B. als transparente Folie, die in dem Fall von Dias für Tageslichtprojektoren verwendet wird.
Der Vorteil von "elektronischem Papier" gemäß der Fig. 6a ist derjenige, dass das darin aufgenommene Bild durch ein weiteres Bild als Folge des vorher erwähnten Verfahrens ersetzt werden kann.
Die Fig. 6b zeigt eine Alternative zu der Vorrichtung gemäß der Fig. 6a. Der einzige Unterschied zwischen den Schichtstrukturen gemäß den Fig. 6a und 6b ist derjenige, dass in der Fig. 6b ein Polymer, das in der Flüssigkristallschicht 8 dispergiert ist, anstelle der Flüssigkristallschicht 6 mit den Abstandselementen 5 verwendet wird.
Ein weiterer Unterschied zwischen den Fig. 6a und 6b als ein Ganzes ist derjenige, dass ein Laser 12, der einen Laserstrahl 14 in der Richtung der fotoempfindlichen Schicht 9 emittiert, in der Fig. 6b gezeigt ist. Da der Querschnitt des Laserstrahls 14 eingeschränkt werden kann, kann ein Bild auf sehr genaue Weise in der lichtempfindlichen Schicht 9 mit dem Laser 12 geschrieben werden. Dies nutzt der gesamten Auflösung. An denjenigen Punkten, wo der Laserstrahl die fotoempfindliche Schicht 9 berührt, wird diese leitend. An denjenigen Punkten, an denen der Laserstrahl nicht einfällt, bleibt die fotoempfindliche Schicht 9 isolierend. Elektronisches Papier kann so auf die gleiche Weise wie in der Vorrichtung gemäß der Fig. 6a bestimmt werden.
Eine interessante Anwendung der Schichtstruktur gemäß der Fig. 6a oder 6b mit dem Laser 12 ist diejenige einer Laserstrahlanzeige. Der Laserstrahl 14, der durch den Laser 12 erzeugt wird, kann ein Bild, das aus verschiedenen Bildpunkten in der fotoempfindlichen Schicht 9 besteht, eigens schreiben, wobei die Bildpunkte nacheinander auf die Flüssigkristallschicht 6 oder die Flüssigkristallschicht 8, in der das Polymer dispergiert ist, zu dem Zeitpunkt übertragen werden, zu dem die Spannung zwischen den Schichten 10 und 7' angelegt wird. Jeder Bildpunkt kann zu jedem Zeitpunkt durch einen nachfolgenden Bildpunkt ersetzt werden, indem ein Bildpunkt immer wieder in der lichtleitenden Schicht 9 mit Hilfe des Laserstrahls 14 geschrieben wird und anschließend auf die Flüssigkristallschicht 6 oder die Flüssigkristallschicht 8, in der das Polymer dispergiert ist, übertragen wird. Die Auflösung eines solchen Bildschirms ist besonders hoch und lediglich durch den Querschnitt der kleinen Kanäle 21 in der Schicht 7 (oder 7') und ihren gegenseitigen Abstand beschränkt.
Eine lichtemittierende Schicht 11 kann wiederum ebenfalls anstelle der Flüssigkristallschicht 6 mit den Abstandselementen 5 und der Flüssigkristallschicht 8, in der das Polymer dispergiert ist (nicht gezeigt) verwendet werden. Solch eine lichtemittierende Schicht kann Licht lediglich einer Farbe emittieren. Als Alternative kann die lichtemittierende Schicht jedoch derart aufgebaut sein, dass Farbbilder angezeigt werden können, genauso wie in dem Fall von herkömmlichen Farbbildröhren.
Die Anzeigen, die auf diese Weise hergestellt sind, besitzen überall die gleiche Struktur, und folglich sind sie gegenüber Variationen bezüglich der Positionierung des Laserstrahls unempfindlich, was nicht der Fall ist bei herkömmlichen Bildröhren.
Die Auflösung solcher Laserstrahlanzeigen ist besonders hoch.
Die Vorrichtungen gemäß den Fig. 6a und 6b können vorteilhafterweise als Maske in fotolithografischen Verfahren verwendet werden. Ein erwünschtes Muster aus lichtundurchlässigen und lichtdurchlässigen Bereichen kann in der Flüssigkristallschicht 6 oder der Flüssigkristallschicht 8, in der das Polymer dispergiert ist, mit Hilfe des Laserstrahls 14 bestimmt werden. Falls solch eine Vorrichtung, dessen Muster auf diese Weise in der Flüssigkristallschicht 6 oder der Flüssigkristallschicht 8, in der das Polymer dispergiert ist, dem Muster einer gewissen fotolithografischen Maske entspricht, oberhalb einer Halbleitervorrichtung platziert wird, die mit einer Fotolackschicht versehen ist, wobei die Fotolackschicht belichtet werden kann, indem ein unterschiedlicher Lichtstrahl verwendet wird. Dieser unterschiedliche Lichtstrahl wird anschließend das in der Schicht 6 oder 8 aufgenommene Muster auf die Fotolackschicht auf dem Halbleiter übertragen. Die Fotolackschicht kann anschließend entwickelt und auf bekannte Weise behandelt werden. Strukturen können auf diese Art und Weise auf die Halbleitervorrichtung übertragen werden, indem eine Maske verwendet wird, deren Position grundsätzlich nicht verändert werden muss. Das auf der Maske auf diese Weise gebildete Muster kann einfach verändert werden, indem ein neues Muster in der lichtempfindlichen Schicht 9 unter Verwendung des Laserstrahls 14 geschrieben und auf die Schicht 6, 8 übertragen wird, indem eine korrekte Spannung zwischen die Schichten 10 und 7' angelegt wird. Auf diese Weise müssen keine neuen Masken in jedem der nachfolgenden fotolithografischen Schritte verwendet werden. Nach alledem kann in der Vorrichtung eine neue Maske immer ohne Verändern der Position der letzteren bestimmt werden. Dies kommt der Genauigkeit zugute.
Fig. 7 zeigt eine Vorrichtung, in der die Bezugszeichen, die den Bezugszeichen in den vorhergehenden Figuren entsprechen, die gleiche Bedeutung besitzen.
Die Vorrichtung ist mit einer Unterschicht 52 versehen, die gleich einer lichtempfindlichen Abdeckschicht ist. Ein gewisses Muster von Positionen, die lichtundurchlässig oder lichtdurchlässig sind, wird in der Schicht 6, 8 auf die oben beschriebene Weise aufgenommen. Das Licht 13 belichtet danach die fotoempfindliche Abdeckschicht 52 lediglich an denjenigen Punkten, wo die Schicht 6, 8 lichtdurchlässig ist. Folglich wird eine Kopie des Musters in der Schicht 6, 8 auf der fotoempfindlichen Abdeckschicht 52 erzeugt. Die fotoempfindliche Abdeckschicht 52 kann anschließend auf bekannte chemische Weise entwickelt werden, so dass eine Kopie des Bildes erzeugt wird.
Die nicht belichteten Bereiche der Abdeckschicht 52 können mit Hilfe von ausgewählten Ätzverfahren entfernt werden. Dem Durchschnittsfachmann ist bekannt, als eine spezielle Alternative, dass der belichtete Bereich der Abdeckschicht 52 mit Hilfe von ausgewählten Ätzverfahren entfernt werden kann.
Ein oder mehrere Farbschichten können ebenso, wie erwünscht, auf die Punkte aufgebracht werden, wo die Schicht 52 entfernt worden ist. Ferner können Metall/Isolier/Metallstrukturen Dünnschicht-Transistoren, Dioden und/oder Leiter auf diese Weise aufgebracht werden.
Die Fig. 9a und 9b zeigen ein mögliches Verfahren zur Herstellung einer in den Fig. 8a bis 8c gezeigten Schicht.
Eine Schicht 7 aus einem Material, das eine vorbestimmte Anfangsleitfähigkeit besitzt, ist vorgesehen. Die Leitfähigkeit des ausgewählten Materials kann jedoch deutlich verändert werden, indem das Material mit Strahlung von vorbestimmter Wellenlänge belichtet wird.
In einem ersten Schritt ist eine Maske 23 auf der Schicht 7 vorgesehen. Die Maske 23 ist mit einer Mehrzahl von Bereichen 24, die nicht bezüglich der Strahlung der vorbestimmten Wellenlänge durchlässig ist, versehen. Anschließend wird die Maske 23 und die Schicht 7 mit Strahlung 22 von vorbestimmter Wellenlänge belichtet. Die Strahlung 22 ist auf die Maske im Wesentlichen senkrecht zu ihrer Oberfläche gerichtet.
Diejenigen Bereiche der Schicht 7, die durch die Strahlung 22 belichtet sind, erhalten eine im Wesentlichen geringere Leitfähigkeit als die Anfangsleitfähigkeit, im Gegensatz dazu werden diejenigen Bereiche, die durch das Bezugszeichen 21 angezeigt sind, und die nicht belichtet worden sind, ihre Anfangsleitfähigkeit beibehalten. Indem die Bereiche 24 in der Maske 23 mit geeigneter Größe und geeigneten gegenseitigen Abständen vorgesehen werden, kann ein erwünschtes Muster an leitenden Kanälen 21 in der Schicht mit einer erwünschten Kanalbreite und gegenseitigen Abständen hergestellt werden.
In einem ersten Beispiel wurden reine PANi/CSA-(camphor sulphonic acid)-Filme als Schicht 7 verwendet. Unterschiedliche Filme aus PANi/CSA wurden über 1, 2 bzw. 14 Stunden mit UV-Licht 22 belichtet. Die Ursprungsfilme hatten eine Leitfähigkeit von ±40 S/cm. Die Filme wurden über 1, 2 bzw. 14 Stunden belichtet und zeigten Leitfähigkeiten von 3, 1 bzw. 10&supmin;&sup4; S/cm. Die Leitfähigkeit der Filme wurde anhand eines Zwei-Proben- Verfahrens gemessen.
Dies zeigt, dass eine einigermaßen hohe Anisotropie der Leitfähigkeit durch die UV-Belichtung erhalten werden kann. Wahrscheinlich wird der PANi/CSA teilweise durch das UV-Licht in nicht leitende Emeraldinbase umgewandelt.
Eine Testschicht 7 wurde ebenfalls hergestellt, in der die Bereiche 24 transparent gegenüber UV-Licht 22 waren, wobei der verbleibende Bereich der Maske 23 nicht transparent gegenüber UV-Licht 22 war. In diesem Experiment wurden die Kanäle 21 so nicht leitend. Die auf diese Weise erhaltene Probe wurde bezüglich der Erscheinung von topologischen Veränderungen überprüft (verursacht durch Ablation), sowohl durch AFM als auch SEM. Die SEM- Messungen, die ohne Goldbeschichtung durchgeführt wurden, zeigten keine topologischen Unregelmäßigkeiten, was ein Hinweis darauf ist, dass keine bedeutende Ablation auftrat. Die AFM-Messungen zeigten jedoch geringfügige topologische Veränderungen. Diese Veränderungen sind in der Fig. 9b gezeigt, das ein AFM-Bild (Kontaktmessung) eines Bereichs eines PANi/CSA- Films zeigt, der über 14 Stunden mit UV-Licht durch eine Maske belichtet wurde, die Löcher mit einem Durchmesser von ±1 Mikrometer mit gegenseitigen Abständen von 3,5 Mikrometer aufweist.
Kleine Punkte 25, die hellgraue Farbe in Fig. 9b besitzen, mit ungefähr dem Durchmesser der Maskenlöcher, sind in Fig. 9b sichtbar, die eine Durchschnittshöhe von 50-100 Nanometer aufweisen, und die höchstwahrscheinlich durch wärmeinduziertes Oberflächenanschwellen verursacht wurden. Warum dies nicht in den SEM-Messungen beobachtet wurde, ist zu diesem Zeitpunkt noch unklar. Höchstwahrscheinlich führte die fehlende dünne Goldbeschichtung (um Leitfähigkeit zu verleihen) auf der Oberseite der Probe zu einer schlechten Bildgebung der nicht leitenden Phase. Die großen weißen Punkte 26 in Fig. 9b wurden von Glaspartikeln verursacht, die von einem Diamantschneider stammen, der zum Schneiden verwendet wurde, um die Probe in einen AFM-Probenhalter einzupassen.
Ein zweites Experiment wurde mit dem sogenannten ORMECON®-Lack von Zipperling durchgeführt. Dieses komplizierte Lacksystem basiert auf einer Dispersion aus PANi/DBSA (Dodecylbenzolsulfonsäure) in höchstwahrscheinlich p-Xylen und anderen Co-Lösungsmitteln. Ein dünner Film des Lacks wurde drehgeformt bei einer Geschwindigkeit von 3500 rpm auf einer Glasplatte. Dies führte zu einem grünen Film mit einer Dicke von ungefähr 100 Mikrometer und einem Widerstand von 7 kΩ. Messungen wurden mit einem einfachen Spannungsmessgerät und zwei Punktproben durchgeführt. Ein Film konnte auf einfache Weise von der Glasoberfläche abgezogen werden und zeigte gute mechanische Eigenschaften. Der Film wurde mit UV-Licht über ungefähr 1 1/2 Stunden belichtet, was zu einer Farbänderung von Grün auf Schwarz/Blau führte. Kein Oberflächenwiderstand konnte mit dem einfachen Spannungsmessgerät festgestellt werden, was ein Hinweis darauf ist, dass die Leitfähigkeit deutlich verringert war, d. h. der Widerstand größer 20 MΩ. Leitfähigkeitsmessungen mit verdampften Goldkontakten sind geplant, um exakte Leitfähigkeitswerte vorzusehen.
Ein drittes Experiment wurde ebenfalls mit dem ORMECON®-Lack durchgeführt. Eine Struktur ähnlich der Struktur der Fig. 3 wurde auf folgende Weise hergestellt. Eine dünne Elektrode wurde auf ein Glassubstrat aufgebracht. Auf der dünnen (Aluminium) Elektrode wurde eine Schicht aus ORMECON®-Lack aufgetragen, wobei der ORMECON®-Lack auf eine Weise bemustert wird, die in dem vorhergehenden Absatz angedeutet wurde. Auf dieser ORMECON®-Lackschicht wurde eine Schicht mit Abstandselementen und einem Flüssigkristall, in dem Polymer dispergiert ist, aufgetragen. Ein lTO wurde auf die letzte Schicht aufgebracht. Schließlich wurde eine Glasschicht auf die ITO-Schicht aufgebracht. Mittels eines optischen Mikroskopes wurde ein Bild von der so erhaltenen Anordnung erzeugt. Fig. 9c zeigt das Ergebnis. Die Fig. 9c zeigt ein Muster der leitenden Kanäle (hellgraue Farbe), das umgeben ist von einem Isoliermaterial (dunkelgraue Farbe).
Die oben genannten vorübergehenden Ergebnisse stellen heraus, dass der nicht leitende PANi-Zustand für den Lack sehr viel effizienter gebildet wird als für PANi/CSA. Der wichtigste Unterschied zwischen dem Lack und PANi/CSA ist die Tatsache, dass in dem Lack DBSA als Dotiermittel verwendet wird. Höchstwahrscheinlich zerstört oder verdampft das UV-Licht 22 das Dotiermittel und erzeugt die nicht leitende Emeraldinbase, eher als es das leitende Polymer selbst zerstört.
Die Intensität des verwendeten UV-Lichtes 22 betrug ungefähr 40 mW/cm².
Fig. 10 zeigt ein alternatives Verfahren zum Bilden einer Schicht 7.
Ein Gemisch aus Matrixmaterial, das mit einem Lösungsmittel und einem Leiteradditiv 34 versehen ist, wird auf ein Substrat 32 aufgebracht. Zu Beginn des Verfahrens ist das Gemisch in der flüssigen Form.
Das Matrixmaterial kann z. B. Polycarbonat sein. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Das Leiteradditiv 34 kann z. B. ein Tetraselenotetracen-Komplex (TSeT) sein. Andere Materialien sind jedoch zu diesem Zweck möglich.
Eine Schicht wird gebildet, indem die Flüssigkeit auf das Substrat 32 gegossen ("geformt") wird. Ein elektrisches Feld senkrecht zur Oberfläche des Substrats 32 wird an einer vorbestimmten Stelle unter Verwendung einer Kondensatorplatte 33 gegenüberliegend dem leitenden Substrat 32 erzeugt. Das Substrat 32 wird, wie durch den Pfeil in Fig. 10 angezeigt ist, bewegt, so dass das flüssige Matrixmaterial 31 in das elektrische Feld eingeführt wird.
Das Lösungsmittel in dem Matrixmaterial 31 verdampft anschließend, und folglich härtet die Struktur aus. Anstelle von spontanem Aushärten kann erzwungenes Aushärten ebenfalls verwendet werden, z. B. mit Hilfe von ultraviolettem Licht. Zwei-Komponenten-Aushärten kann ebenso verwendet werden.
In dem flüssigen Matrixmaterial 31 sind leitende Partikel des Additivs 34 erzeugt, die unter dem Einfluss des erzeugten elektrischen Feldes 30 eine positive Ladung an der Seite annehmen, die nächstgelegen der negativen Seite des elektrischen Feldes ist, und eine negative Ladung an der Seite annehmen, die nächstgelegen zur positiven Seite des elektrischen Feldes ist. Folglich orientieren sich die Partikel 34 von selbst und bilden lange Ketten 35 mit Vorderseite-nach-Rückseite-Bindungen. Die Ketten erstrecken sich parallel zu dem elektrischen Feld als Folge des anliegenden elektrischen Feldes 30. Ein regelmäßiger Zwischenabstand zwischen den Ketten 35 wird zusätzlich erzeugt als Folge der gegenseitigen Abstoßung der Ketten. Dies führt schließlich zu einer großen Anzahl von parallelen Leitern, die keine gegenseitige Verbindung besitzen, so dass Kanäle 21 (siehe Fig. 8) in der Schicht erzeugt werden. Auf dem Substrat 32 wird auf diese Weise die erwünschte Schicht 7 erzeugt, welche von dem Träger 32 mit Hilfe von bekannten Verfahren entfernt werden kann. Der Abstand zwischen den Ketten 35 hängt von dem Mischverhältnis zwischen dem Matrixmaterial und dem Leiteradditiv ab. Der Querschnitt der Ketten 35, die letztendlich gebildet sind und die die kleinen Kanäle 21 bilden, hängt von dem gewählten Leiteradditiv ab. Da die Ketten auf molekularer Ebene gebildet sind, kann der Querschnitt jedoch besonders gering sein. Die gegenseitigen Abstände können ebenfalls sehr gering sein, was zu einem Anstieg der Auflösung der Vorrichtungen, die damit ausgestattet sind, führt. Falls der Querschnitt der Ketten 35 und ihre gegenseitigen Abstände sehr gering ist, ist es weniger wichtig, ob alle Ketten 35 vollständig korrekt, d. h. ob alle vollständig leitend sind, gebildet sind. Ein kleiner Prozentsatz von Ausfällen kann akzeptiert werden, da viele Ketten, die zusammen in direkter Nachbarschaft gruppiert sind, nichts desto weniger verwendet werden für die letztendlichen Anwendungen. Ein Pixel (Bildpunkt), der durch das Leitermuster 2, 2' auf der Oberseite der Schicht 7 in z. B. der Ausführungsform der Fig. 3 bestimmt ist, wird in der Praxis auf die Flüssigkristallschicht 6 durch viele parallele Ketten 35 übertragen.
Fig. 11 zeigt ein drittes Verfahren der Herstellung der Schicht 7. Ein Muster einer Flüssigkeit, die aus einem Matrixmaterial besteht, das ein Lösungsmittel und ein Leiteradditiv 34 enthält, wird auf ein Substrat 32 an vorbestimmten Punkten gedruckt. Die für diesen Zweck verwendeten Materialien können die gleichen sein wie die zuvor erwähnten in Bezug auf die Fig. 10. Punkte werden auf diese Weise mit einem minimalen Abstand zueinander mit einem minimalen Querschnitt gedruckt. Die Punkte werden durch Verdampfen des Lösungsmittels getrocknet. In diesem Verfahren z. B. kann zusätzliche Wärme zugeführt werden. Nach dem Trocknen sind die Punkte vollständig leitend. In diesem Fall wird deshalb kein Gebrauch gemacht von einem externen elektrischen Feld.
Die Lücke zwischen den Punkten wird anschließend mit einem Isoliermaterial 36 gefüllt. Polycarbonat z. B. kann zu diesem Zweck verwendet werden. Dies kann ebenso unter bekannten Druckverfahren durchgeführt werden. Das Isoliermaterial wird anschließend getrocknet. Die erwünschte Schicht 7, die von dem Träger 32 mit Hilfe von jeglichen bekannten Verfahren entfernt werden kann, wird auf diese Weise auf dem Substrat 32 erzeugt. Auch dieses Verfahren entsprechend der Fig. 11 ermöglicht, dass die Querschnitte der Kanäle 21 und ihre gegenseitigen Abstände sehr gering sind.
Die durch die oben umschriebenen Verfahren erhaltene Schicht 7 kann nicht nur für die oben beschriebenen Vorrichtungen verwendet werden. Falls die Schicht 7 ausreichend dick ist und sie fest genug ist, um separat behandelt werden zu können, so kann sie, wie in Fig. 12 gezeigt, verwendet werden, z. B., als Substrat für elektronische Komponenten, wie z. B. Chips 41. Solche Komponenten können anschließend auf beide Seiten des Substrats aufgebracht werden und gegenseitig an erwünschten Stellen verbunden werden mit Hilfe von kleinen leitenden Kanälen 21 und Leitermustern 42, die auf das Substrat aufgetragen sind. Chips 41 mit ihren Anschlüssen 43 können auf die Schicht 7 oder auf die Leitermuster 42 mit Hilfe von Leiterpaste, die nach Anwendung aushärtet, angebracht werden.
Dem Durchschnittsfachmann ist klar, dass die oben gegebene Beschreibung lediglich beispielhaft ist und dass der Schutzbereich der Erfindung lediglich durch die Definition der Ansprüche beschränkt ist.

Claims

1. Vorrichtung zum Anzeigen von Information, umfassend mindestens:

eine erste Schicht (6; 8; 11), die sich in einer Ebene erstreckt und die ein Material aufweist, dessen optische Eigenschaften unter dem Einfluss eines externen elektrischen Kontrollsystems derart variieren, dass entweder die Lichtdurchlässigkeit für darauf einfallendes Licht von mit dem elektrischen Kontrollsystem ausgewählten Bereichen der ersten Schicht variiert oder die mit dem elektrischen Kontrollsystem ausgewählten Bereichen der ersten Schicht Licht emittieren;

eine zweite und eine dritte Schicht (7, 7'; 7, 10), die sich im Wesentlichen parallel zu der Ebene erstrecken, sich auf beiden Seiten der ersten Schicht (6, 8, 11) befinden und der Vorrichtung eine bestimmte erwünschte Festigkeit verleihen, wobei zumindest eine (7) der zweiten und dritten Schicht eine erste Leitfähigkeit besitzt und mit mindestens einer Elektrode (42) und mit elektrisch leitenden Kanälen (21) versehen ist, die sich ausschließlich in einer Richtung senkrecht zu der Ebene erstrecken, und die Kanäle eine zweite Leitfähigkeit besitzen, die im Wesentlichen größer als die erste Leitfähigkeit ist, und die mindestens eine Elektrode (42) mit mindestens einem der Kanäle (21) elektrisch in Verbindung steht, und die mindestens eine Elektrode (42) eine vorbestimmte Minimalabmessung (D) in einem Kontaktbereich mit der mindestens einen (7) der zweiten und dritten Schicht besitzt, und die gegenseitigen Abstände zwischen mindestens einigen benachbarten der Mehrzahl der Kanäle (21) geringer ist als die Minimalabmessung (D) der mindestens einen Elektrode (42), dadurch gekennzeichnet, dass die maximalen gegenseitigen Abstände zwischen allen benachbarten der Mehrzahl der Kanäle (21) geringer ist als der Minimalabstand (D) der mindestens einen Elektrode (42)

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht eine Flüssigkristallschicht (6) ist, die mit Abstandselementen (5) versehen ist, und dass eine vierte Schicht (4), die aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist, sich zwischen einer (7) der zweiten und dritten Schicht und der ersten Schicht (6) befindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht eine polymer dispergierte Flüssigkristallschicht (8) ist, und dass eine vierte Schicht (4), die aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist, sich zwischen einer (7) der zweiten und dritten Schicht und der ersten Schicht (8) befindet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht eine Schicht (11) ist, die Licht unter dem Einfluss eines elektrischen Stroms emittiert.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine fünfte Schicht (2) auf einer (7) der zweiten und dritten Schicht auf der fern gelegenen Seite von der ersten Schicht aufgetragen ist, und die mit einem vorbestimmten Muster von elektrischen Leitern parallel zu der Ebene versehen ist, wobei die Leiter an vorbestimmten Punkten mit vorausgewählten Leitern von einer (7) der zweiten und dritten Schicht verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster von elektrischen Leitern der anderen Schicht (7') der zweiten und dritten Schicht ebenfalls derart ist, dass es eine elektrische Leitfähigkeit ausschließlich in einer Richtung senkrecht zu der Ebene besitzt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine sechste Schicht (4'), die aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist, sich zwischen der anderen Schicht (7') der zweiten und dritten Schicht und der ersten Schicht befindet.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine siebte Schicht (2') auf die andere Schicht (7') der zweiten und dritten Schicht an der fern gelegenen Seite von der ersten Schicht aufgetragen ist, und die mit einem vorbestimmten Muster von elektrischen Leitern parallel zu der Ebene versehen ist, wobei die Leiter an vorbestimmten Punkten mit vorausgewählten Leitern der anderen Schicht (7') der zweiten und dritten Schicht verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine achte Schicht (9) auf eine (7) der zweiten und dritten Schicht aufgetragen ist, die aus einem photoleitenden Material hergestellt ist, und dass eine neunte Schicht (10), die aus einem lichtdurchlässigen, elektrisch leitenden Material hergestellt ist, auf die achte Schicht (9) aufgetragen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Schicht (7') der zweiten und dritten Schicht mit elektrischen Leitern versehen ist, die sich ausschließlich in einer Richtung senkrecht zu der Ebene erstrecken.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine sechste Schicht (4'), die aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist, sich zwischen der anderen Schicht (7) der zweiten und dritten Schicht und der ersten Schicht befindet.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie überdies mit einer Lichtquelle, z. B. einem Laser (12), versehen ist zum Erzeugen eines Lichtstrahles zum Belichten vorbestimmter Stellen der achten Schicht (9).

13. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 12 zum Bestimmen einer Maske für photolithografische Zwecke, indem die Lichtdurchlässigkeit der ersten Schicht (6) variiert wird.

14. Verwendung der Maske nach Anspruch 13 in einem photolithografischen Prozess.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine lichtempfindliche Schicht (52) auf die Seite der Vorrichtung aufgetragen ist, an der sich die andere Schicht (7', 10') der zweiten und dritten Schicht befindet.

16. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend die folgenden Schritte:

a) Auswählen einer Schicht (7) aus einem Material, das eine vorbestimmte ursprüngliche Leitfähigkeit besitzt, aber die im Wesentlichen durch Beleuchten mit einer Strahlung mit einer vorbestimmten Wellenlänge verändert werden kann;

b) Vorsehen einer Maske (23) auf der Schicht (7), wobei die Maske mit einer Mehrzahl von Bereichen (24) versehen ist, die nicht für die Strahlung mit der vorbestimmten Wellenlänge durchlässig sind, und die Abstände zwischen der Mehrzahl der Bereiche (24) den gegenseitigen Abständen zwischen benachbarten der Mehrzahl der Kanäle (21) entsprechen;

c) Beleuchten der Maske (23) mit Strahlung (22) der vorbestimmten Wellenlänge, was zu den elektrisch leitenden Kanälen (21) führt;

d) Beenden der Beleuchtung und Entfernen der Maske;

e) Anbringen der Schicht (7) an die erste Schicht (6, 8, 11);

f) Bilden von mindestens einer Elektrode (42), die in Kontakt mit der ersten Schicht (7) ist, wobei die maximalen gegenseitigen Abstände zwischen allen benachbarten Kanälen (21) geringer ist als eine Minimalabmessung (D) der mindestens einen Elektrode (42).

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Material entweder PANi/CSA oder PANi/DBSA aufweist.

18. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend die folgenden Schritte:

a) Auftragen eines ein Lösungsmittel und ein Leiteradditiv (34) enthaltenden Matrixmaterials (31) auf ein Substrat (32);

b) Anlegen eines elektrischen Feldes senkrecht zu dem Substrat und praktisch gleichzeitiges Verdampfen des Lösungsmittels, so dass das Matrixmaterial (31) eine feste Struktur annimmt und das Leiteradditiv (34) leitende molekulare Strukturen in einer Richtung mindestens praktisch parallel zu dem elektrischen Feld bildet, und dadurch die Schicht (7) mit den leitenden Kanälen bildet;

c) Entfernen des Substrats (32)

d) Anbringen der Schicht (7) an die erste Schicht (6, 8, 11);

e) Bilden von mindestens einer Elektrode (42), die in Kontakt mit der Schicht (7) ist, wobei die maximalen gegenseitigen Abstände zwischen allen benachbarten Kanälen (21) geringer ist als eine Minimalabmessung (D) der mindestens einen Elektrode (42).

19. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend die folgenden Schritte:

a) Drucken eines ein Lösungsmittel und ein Leiteradditiv (34) enthaltenden Matrixmaterials (31) an vorbestimmten Stellen eines Substrats (32);

b) Verdampfen des Lösungsmittels, so dass das Matrixmaterial (31) eine elektrisch leitende, feste Struktur annimmt;

c) Drucken von Isoliermaterial (36), das ein weiteres Lösungsmittel enthält, auf das Substrat (32) an Stellen, die sich außerhalb der vorbestimmten Stellen befinden;

d) Verdampfen des weiteren Lösungsmittels, so dass das Isoliermaterial (36) eine elektrisch leitende, feste Struktur annimmt, und dadurch die Schicht (7) mit den leitenden Kanälen bildet;

e) Entfernen des Substrats (32);

f) Anbringen der Schicht (7) an die erste Schicht (6; 8; 11);

g) Bilden von mindestens einer Elektrode (42), die in Kontakt mit der Schicht (7) ist, wobei die maximalen gegenseitigen Abstände zwischen allen benachbarten Kanälen (21) geringer ist als eine Minimalabmessung (D) der mindestens einen Elektrode (42).