DE2613924C3

DE2613924C3 - Verfahren zur Herstellung einer Feldeffekt-Flüssigkristallanzeigezelle

Info

Publication number: DE2613924C3
Application number: DE2613924A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kyoto Kuwagaki
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1975-03-31
Filing date: 1976-03-31
Publication date: 1986-07-10
Also published as: JPS5947287B2; DE2613924A1; US4083099A; JPS51114146A; DE2613924B2; CH607076A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Feideffekt-Flüssigkristallanzeigezelle gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Flüssigkristallanzeigezellen der genannten Art werden üblicherweise nach einem der folgenden kurz geschilderten Verfahren hergestellt:

1. Mittels einer Verdampfungstechnik wird auf einem mit transparenten Elektroden versehenen Glassubstrat ein lichtdurchlässiger, also transparenter Film erzeugt, um die Oberflächenhärte des Glassubstrats zu vereinheitlichen und die Transparentelektroden gegen Umgebungseinflüsse zu schützen. Sodann wird die Oberfläche des transparenten isolierenden Films unter Verwendung eines Poliertuchs gerieben, um in einer bestimmten Richtung ausgerichtete Mikrorillen zu erzeugen. Zwei solcherart vorbereitete Glassubstrate werden dann unter Einhaltung eines Abstandes von etwa 10 μΐη so gegeneinander gesetzt, daß die Ausricht-Richtungen auf dem jeweiligen Glassubstrat zueinander orthogonal stehen. Die Versiegelung erfolgt unter Verwendung eines Epoxyharzes und in den Zwischenraum wird eine Flüssigkristallzusammensetzung eingefüllt.

2. Mittels einer Verdampfungstechnik wird auf einem mit transparenten Elektroden versehenen Glassubstrat ein transparenter isolierender Film erzeugt, um eine gleichmäßige Oberflächenhärte des Glassubstrats zu erreichen und die Transparentelektroden gegen Umgebungseinflüsse zu schützen. Sodann werden unter Anwendung von Siliciumoxid in einer schräg stehenden oder geneigten Verdampfungstechnik, bei dem also das Glassubstrat schräg zur Auftreffrichtung des Siliciumoxids steht, ausgerichtete Mikrorillen erzeugt. Zwei in dieser Weise vorbereitete Glassubstrate werden sodann unter Einhaltung eines gegenseitigen Abstands von etwa ΙΟμπι so gegeneinander gesetzt, daß die Ausricht-Richtungen der beiden Glassubstrate orthogonal zueinander stehen. Danach erfolgt die Versiegelung unter Verwendung eines niedrig-schmelzenden Versiegelungsglases und in den Zwischenraum werden Flüssigkristallzusammensetzungen eingefüllt

Die hermetische Abdichtung unter Verwendung von niedrigschmelzendem Siegelglas ist dem Versiegelungsverfahren bei Verwendung von Epoxyharz überlegen, da sich ein wesentlich besserer Schutz gegen Eindringen von Feuchtigkeit ergibt Eindringende Feuchtigkeit erhöht die Leitfähigkeit der Flüssigkristallzusammensetzung und verursacht deren chemische Zersetzung oder mindestens Verschlechterung.

Das Reib- oder Polierverfahren ist der in Schrägstellung erfolgenden Verdampfungstechnik mit Siliciumoxidauftrag überlegen, insbesondere deshalb, weil sich die letztere Technik nicht für die Massenherstellung eignet, da es äußerst schwierig ist, Verdampferquellen ausreichend großer Abmessungen einzusetzen.

Andererseits bringt die Verwendung der Glaspaste, die als niedrig-schmelzendes Siegelglas üblicherweise verwendet wird, während des Heißsiegelvorgangs dadurch Probleme mit sich, daß die entweichenden organischen Substanzen die auf dem transparenten isolierenden Film bereits vorhandene Ausrichtung durch Oberflächenhaftung stören oder beseitigen, insbesondere wenn der Ausrichtvorgang durch das mechanische Reibverfahren erfolgte. Daher wurde für die erwähnte Ausrichtung bisher die schräge Siliciumoxid-Verdampfertechnik dann angewendet, wenn niedrig-schmelzendes Siegelglas für die Versiegelung von Feldeffekt-Flüssigkristall-Anzeigezellen mit verdrehter nematischer Phase vorgesehen wurde.

Aus der DE-OS 23 36 855 ist ein Verfahren zur Herstellung von Flüssigkristallanzeigezellen bekannt, gemäß dem die mit den transparenten Elektroden versehenen Glassubstrate durch schräges Niederschlagen von dünnen Filmen aus Siliciummonoxid, Chrom oder Aluminium oder durch Ausbilden von kleinen Nuten mit Hilfe einer Diamantpaste mit einer Orientierungsschicht versehen und anschließend mit einer niedrigschmelzenden Glasmasse zu den gewünschten Flüssigkristallanzeigezellen vereinigt werden. Diese Maßnahmen der Ausbildung der Rillen sind aufwendig und kostspielig, so daß sie sich für eine großindustrielle Serienfertigung nicht anbieten.
In der DE-OS 22 46 250 sind Feldeffekt-Flüssigkri-Stallanzeigezellen beschrieben, die aus zwei Glassubstraten bestehen, die mit transparenten Elektroden vergehen sind, auf die ein transparenter isolierender Film aus einem anorganischen Material, wie Siliciummonoxid oder Siliciumdioxid aufgebracht ist, der durch Reiben mit einem Poliertuch orientiert wird. Die in dieser Weise vorbehandelten Glassubstrate werden dann mit Hilfe eines Äthylen/Acrylsäure-Copolymeren zu der gewünschten Feldeffekt-Flüssigkristallanzeigezelle verklebt. Das elektrisch isolierende anorganische Material soll in diesem Fall dazu dienen, den Stromfluß zwischen den beiden elektrisch leitfähigen Schichten auf den Glassubstraten zu verhindern.

Nach der DE-OS 24 37 636 soll die Trübung der Flüssigkristalle von Flüssigkristallanzeigezellen auf der

«,5 Grundlage von Glassubstraten aus Natronglas dadurch verhindert werden, daß wenigstens die mit der dünnen Flüssigkristallschicht in Berührung stehende Oberfläche der aus transparentem oder halbtransparentem Mate-

rial bestehender Elektroden in ihrer chemischen Zusammensetzung nicht mehr als 7% Alkalimetalloxid enthält, was dadurch erreicht wird, daß man diese Oberfläche mit Polytetrafluoräthylen, Siliciumdioxid, Siliciummonoxid oder dergleichen beschichtet Ober die Art und Weise der Verbindung der in dieser Weise vorbehandelten Glassubstrate läßt sich dieser Entgegenhaltung nichts entnehmen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein für die Massenproduktion geeignetes Verfahren zur Herstellung von Feldeffekt-Flüssigkristallanzeigezellen anzugeben, mit dem es gelingt, die Vorteile der hermetischen Versiegelung der Glassubstrate mit Hilfe einer Glasmasse mit denen des mechanischen Reibverfahrens zur Ausbildung der den Flüssigkristall orientierenden Rillenstruktur in optimaler Weise zu kombinieren, so daß die Rfllenstruktur beim Verschmelzen der Glasmasse nicht beeinträchtigt wird und keine aufwendigen oder kostspieligen Vorrichtungen und Materialien für die Ausbildung der Rillenstruktur notwendig sind.

Diese Aufgabe wird nun durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Die Unteransprüche 2 bis 3 betreffen besonders bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also auf einem bereits mit transparenten Elektroden versehenen Glassubstrat ein transparenter isolierender Siliciumdioxidfilm abgeschieden, der ein geringes Absorptionsvermögen für organische Substanzen aufweist Die Oberfläche dieses Siliciumdioxidfilms wird dann mit einem Poliertuch oder einem Filz allein gerieben, um in einer bestimmten Richtung ausgerichtete Mikrorillen zu erzeugen. Die während des Versiegelungsvorganges aus der verwendeten Glasmasse austretenden organischen Substanzen haften dabei praktisch nicht an der Oberfläche des Siliciumdioxidfilms, so daß die orientierende Rillenstruktur nicht beeinträchtigt wird.

Die Erfindung sei im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Die

einzige Figur der Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung den Schnitt durch eine erfindungsgemäße Feldeffekt-Flüssigkristallanzeigezelle, die Flüssigkristalle mit verdrehter nematischer Phase enthält

Unter Anwendung eines herkömmlichen Verfahrens, etwa des als Zinn/Indium-Überzugsmethode bekannten Verfahrens werden auf einem Glassubstrat 1 transparente Elektroden 2 erzeugt Dann wird ein transparenter isolierender Film 3 aus Siliciumdioxid beispielsweise mittels Elektronenstrahl-Verdampfungstechnik unter Anwendung eines Gasdrucks von etwa 6,7 mbar auf das mit den transparenten Elektroden 2 versehene Glassubstrat aufgebracht Die Oberfläche des transparenten isolierenden Siliciumdioxidfilms 3 wird mechanisch mittels eines Poliertuchs gerieben, um die erwähnten, in einer bestimmten Richtung ausgerichteten Mikrorillen zu erzeugen.

Dann wird auf dem Glassubstrat 1 eine niedrigschmelzende Glasmasse oder Glasfritte 4 so niedergeschlagen, daß der transparente isolierende SiliciumdioxidfUm 3 eingerahmt ist Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines herkömmlichen Siebdnickverfabrens erfolgen. Die in dieser Weise vorbereiteten Glassubstrate ί werden dann unter Einhaltung eines Absuds von etwa 10 um in der Weise gegeneinandergesetz*,. daß die Ausricht-Richtungen auf den jeweiligen Glassubstraten 1 senkrecht aufeinander stehen, wie dies auch nach dem Stand der Technik bekannt ist Dann wird die Flüssigkrist^lanzeigezelle durch Erhitzen während 30 Minuten auf eine Temperatur von 550⁰C versiegelt, worauf Flüssigkristalle 6 auf der Grundlage von Schiffschen Basen, die etwa der nachstehenden allgemeinen Formel

RO-< O

= N-X O

RO-< O V-CH=N-< O

entsprechen, worin R für Alkylgruppen, beispielsweise CH₃-, C₂H₅- bzw. QHs-Gruppen bedeuten, zwischen die beiden Glassubstrate 1 eingefüllt werden. Diese Flüssigkristalle 6 besitzen die gewünschte verdrehte nematische Phase, die für eine ausreichend lange Zeitdauer aufrechterhalten bleibt

Die nachfolgende Tabelle gibt verschiedene Bedingungen für die Herstellung des transparenten isolierenden Siliciumdioxidfilms 3 an.

Tabelle

Erzeugung des lichtdurchlässigen isolierenden Films aus Siliciumdioxid unter Anwendung von Elektronenstrahl Verdampfung

Filmtliekc	Verdampfungs geschwindigkeit	Substrat temperatur	Gasdruck	Widerstand zwischen den Elektroden	Ausrichtung
(nm)	i nm/s)	(in C)	(mbar)	(Ohm)
100	=0,3	300	6,7 X 10"⁵	= 10'	X
100	=0,3	300	1,3 X 10 ⁴CO₂)		X
100	=0,3	300	4,0 X 10"⁴CO₂)		X
100	=0,3	300	6,7 x 10"⁴CO₂)		X
100	=0,3	150	1,3 X 10"⁴CO₂)		κ
100	=0,3	150	4,0 X 10"⁴CO₂)		O
100	=0,3	150	6,7 X 10"⁴CO₂)	= 10"	®
inn	=0.3	150	9,3 X 10'⁴(O₂)		©

Fortsetzung

Filmdicke

Verdampfungsgeschwindigkeit

(nm/s)

Substraitcmperatur

fin Q

Gasdruck

(mbar)

Widerstand
zwischen den
Elektroden

(Ohm)

A.'jsrichlung

="0.3 ~0,3 =0,3

Raumtemp.
Raumtemp.
Raumtemp.

Die in dieser Weise gebildeten Flüssigkristallanzeigezellen wurden bei einer Dicke der Flüssigkristallschicht von 9 μπι untersucht

Der durch die Flüssigkristallzusammensetzung fließende elektrische Strom änderte sich nicht, nachdem die Flüssigkristallanzeigezelle in einem auf Raumtemperatur stehenden dunklen Raum während 60 Stunden gehalten wurde. Es wurde auch keine Änderung des elektrischen Stromflusses durch die Flüssigkristallzusammensetzung beobachtet, nachdem die Anzeigezelle bei 40° C während 60 Stunden in einem dunklen Raum gehalten wurde. Der elektrische Stromfluß durch die Flüssigkristallzusammensetzung stieg um 20% an, nachdem die Anzeigczelle während 10 Minuten einer Ultraviolettbestrahlung ausgesetzt worden war.

Das Ergebnis des CYCLE-Tests MIL-202 für 15 Zyklen ergab sich wie folgt:

1.3 x 10~\O,)
4,0 X lO'-'f.Oj)
6,7 X 10"⁴(O_:)

O ©

1. Die Ausrichtung und die Versiegelung waren nicht beeinträchtigt oder beschädigt;

2. der elektrische Strom stieg auf das l,05fache des mittleren Werts an;

3. die Schwellenspannung (32-Hz-Sinuswelle) verblieb bei ί ,5+0,! Yrms.

Es ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren es in sehr einfacher Weise ermöglicht, die Vorteile der Glasversiegelung mit den einfachen Maßnahmen des Reibens zur Herstellung der Mikrorillen zu vereinigen, wobei in sehr einfacher und kostengünstiger Weise und damit auch in großindustriellem Maßstab Feldeffekt-Flüssigkristallanzeigezellen hergestellt werden könjvtn, die sehr gute Eigenschaften und Lebensdauern besitzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnuncen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Feldeffekt-Flüssigkristallanzeigezelle mit einem Flüssigkristall in verdrehter nematischer Phase, bei welchem auf zwei Glassubstrate jeweils transparente Elektroden aufgebracht und eine den Flüssigkristall orientierende RiI-lenstrukturderOberflächedurch Reiben erzeugt wird und bei welchem die Glassubstrate unter Verwendung einer Glasmasse unter Anwendung von Wärme zur Bildung eines Aufnahmeraums für den Flüssigkristall in gegenseitigem Abstand miteinander dicht verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die die Elektroden aufweisenden Glassubstratoberflächen jeweils mittels Elektronenstrahl-Verdampfungstechnik mit einem transparenten SiOrFiIm überdeckt werden und dessen Oberfläche zur Erzeugung der in bestimmter Richtung ausgerichteten Mikrorillen allein mit einem Poliertuch oder Filz geriebenwird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahl-Verdampfung unter einem Gasdruck von etwa 6,7 χ 10~⁴ mbar erfolgt

3. Verfahren nach Anspruch ΐ, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasmasse mittels Siebdruck aufgebrachtwird.