DE2934386C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
passiven elektrooptischen Anzeigezelle gemäß dem Oberbegriff
des vorstehenden Patentanspruches 1.
Für die Serienproduktion von Flüssigkristall-Anzeigezellen
war man bemüht, nicht nur zur Produktionssteigerung die Anzahl
der erforderlichen Arbeitsgänge zu verringern, sondern die
Qualität der erhaltenen Erzeugnisse, insbesondere ihre Lebens
dauer, zu verbessern. So wird eine verbesserte Serienproduktion
in der DE-OS 29 21 097 vorgeschlagen.
Bei den bekannten passiven elektrooptischen Anzeigezellen
sind häufig folgende Mängel festzustellen:
- - Bildung von Mikrobereichen in den Hintergrundzonen, die eine Verringerung des Konstrates hervorrufen, und von Mikroberei chen in den Anzeigezonen (Segmenten), die das Phänomen des sogenannten "Inverskippens" (reverse tilt) erzeugen, das die Einheitlichkeit der aktivierten Segmente beeinträchtigt,
- - mit der Zeit steigt der zur Steuerung der Anzeige dienende Strom an;
- - nach einer langen Funktionsperiode oder, noch schneller, nach einem Betrieb unter erhöhten Temperaturen geht die Ausrichtung verloren.
Die drei genannten Nachteile beruhen sämtlich auf der fort
schreitenden Auflösung der Ausrichtungsschichten, insbesondere
wenn diese Schichten organischer Natur sind, aufgrund der
Lösungswirkung des Flüssigkristalls und auf dem Eindringen
von Verunreinigungen in den unzureichend geschützten Flüssig
kristall, wobei dieser Verunreinigungen aus dem Verschlußrahmen
der Zelle, ihren Glasplatten oder den diese tragenden und sich
durch Diffusion verschiebenden Schichten herrühren.
Ein weiterer Nachteil, den diese Anzeigezellen mit plastischem
Verschlußrahmen häufig aufweisen, beruht auf der starken Zunahme
des von ihnen verbrauchten Stroms, wenn sie sich aufgrund der
schwachen Verbindung zwischen dem Verschlußrahmen und den
Platten der Zelle in einer feuchten Atmosphäre befinden, was
eine einfache Diffusion von Wassermolekülen ins Innere der
Zelle ermöglicht.
Man stellt auch einen Spannungsverlust quer durch die
Isolierschichten hindurch fest, die normalerweise die Elek
trodennetze bedecken, um einen Schutz gegen den Gleichstrom
zu bieten. Dieser Spannungsverlust hat einen negativen Einfluß
auf das elektrooptische Verhalten der Zelle.
Schließlich sei auch die Bildung eines am Rand um die akti
vierten Anzeigesegmente herum befindlichen Lichthofes erwähnt,
der sich aus einem zu schwachen Neigungswinkel der Moleküle
in bezug auf die Ausrichtungsschicht ergibt.
Aus der DE-OS 24 55 000 ist eine Flüssigkristallzelle bekannt,
bei der sowohl der Rahmen als auch die Ausrichtungsschichten
auf der Innenseite der Glasplatten aus polymerisierbaren
Stoffen bestehen. Diese beiden polymerisierbaren Elemente
werden jedoch nicht kopolymerisiert, sondern zu unterschied
lichen Zeitpunkten auspolymerisiert, so daß auch hier keine
ausdauernde und beständige Abdichtung zustande kommt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren
zur Herstellung einer passiven elektrooptischen Anzeigezelle
anzugeben, bei der der Flüssigkristall durch eine dauerhafte
und auch unter extremen Zeit- und Temperaturbedingungen
beständige Abdichtung gegen Eindringen von Verunreinigungen
und fortschreitende Auflösung der Ausrichtungsschichten ge
schützt ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Herstellungsverfahren der im
kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 bezeichneten Art
in vollem Umfang gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses
Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 8.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung werden somit die Reibung,
die dazu bestimmt ist, der Ausrichtungsschicht ihre Ausricht
eigenschaft zu verleihen, als auch die Ablagerung des Materials
des Rahmens als auch die Regulierung der Dicke der Zelle vor
der Polymerisation des Materials der Ausrichtungsschicht reali
siert, und die beiden Materialien werden gleichzeitig poly
merisiert, was ihre Kopolymerisation hervorruft. Außerdem ist
das Verfahren hervorragend für die Serienproduktion geeignet,
denn die verschiedenen, zu der Zelle gehörenden Schichten
werden sämtlich auf große Flächen aufgebracht. Sie können also
auf Glasplatten aufgebracht werden, deren Größe ein Mehrfaches
der Größe jeder Zelle beträgt, und zur Trennung der auf diese
Weise hergestellten Zellen wird die Glasplatte zerbrochen.
Einzelheiten, Vorteile und Anwendungen der Erfindung werden
nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Aus
führungsbeispiels erläutert.
Die einzige Figur stelle einen Schnitt durch eine passive
elektrooptische Anzeigezelle dar.
Die dargestellte Zelle umfaßt zwei Glasplatten 1, die einander
gegenüberliegen und voneinander durch einen Dichtungs- oder
Verschlußrahmen 2 in Abstand gehalten werden, der aus poly
merisierbarem Stoff, beispielsweise einem Phenol-Formaldehyd-
Harz, besteht.
Die Flächen der beiden einander zugewandten Glasplatten 1 sind
vollkommen von einer Schutzschicht 3 bedeckt, die beispiels
weise aus Siliciumdioxid besteht und eine Dicke von etwa 80 nm
hat, was insbesondere zur Folge hat, daß die Diffusion von
Ionen von den Platten 1 her in das Zelleninnere vermieden wird.
Die Elektroden 4, die beispielsweise aus Indiumoxid bestehen
und eine Dicke von ungefähr 40 nm haben, werden auf jeder der
Schutzschichten 3 aufgebracht.
Diese Elektroden sind ihrerseits mit einer Verbindungsschicht 5
aus einem durchsichtigen organischen Stoff, beispielsweise
einem Organosilan, einem Organoaluminat oder einem Organosilikat,
bedeckt. Die Schichten 5 sind ihrerseits jeweils mit einer
Ausrichtungsschicht 6 für die Moleküle des Flüssigkristalls 7
bedeckt, der zwischen den Platten 1 innerhalb des Rahmens 2
eingeschlossen ist. Diese Ausrichtungsschichten 6 werden aus
einem polymerisierbaren Stoff, beispielsweise einem Polyimid,
hergestellt. Die Dicke der Schichten 5 und 6 zusammen liegt
etwa zwischen 5 und 50 nm.
Die Herstellung der beschriebenen und dargestellten Zelle findet
entweder Stück für Stück statt oder auf einem Komplex von
Stücken unter Verwendung von Glasplatten mit einem Ausmaß, das
über dem der Platten der fertigen Zellen liegt, und zwar auf
folgende Weise:
Die Platten werden zuerst mit Hilfe eines Pulverisierungs-
oder eines Verdampfungsverfahrens unter Vakuum mit der Schutz
schicht 3 aus Siliciumdioxid bedeckt.
Diese Platten werden dann auf der gesamten Fläche ihrer Be
schichtung mit einem dünnen, durchsichtigen Leiterfilm 4 ver
sehen, den man mittels Verdampfung oder Pulverisation aufbringt.
Der leitende Stoff wird photochemisch dort abgehoben, wo er
nicht haften soll, wodurch auf jeder Platte das Netz der
Elektroden (oder Gegenelektroden) und ihrer elektrischen Leiter
züge geschaffen wird. Es ist zu bemerken, daß, wenn die Zelle
nicht durch Multiplex gesteuert werden soll, ihre Gegenelektrode
die gesamte Platte ohne Kontinuitätsunterbrechungen bedecken
kann.
Jede Platte wird dann mit ihrer Verbindungsschicht 5 versehen,
die die Grenzschicht zwischen der Ausrichtungsschicht 6 und
dem Substrat gewährleistet. Das organische Silan oder organische
Aluminat oder auch das organische Silikat, die die Verbindungs
schicht 5 bilden, werden in Lösung aufgebracht, was keinerlei
Schwierigkeiten macht, und zwar beispielsweise durch Zentri
fugieren, wobei dann das Lösungsmittel durch Trocknung verdampft
wird.
Die Ausrichtungsschicht 6 aus Polyimid wird dann auf gleiche
Weise auf jeder Platte in nicht polymerisiertem Zustand aus
einer Lösung aufgebracht, die nach Trocknung unpolymerisiert
bleibt.
Die beiden Ausrichtungsschichten 6 werden dann einseitig gerichtet
mit Hilfe eines weichen Tuches gerieben, so daß sie ihre Funktion
gewährleisten können, die darin besteht, die gewünschte Aus
richtung der Moleküle des Flüssigkristalls zu erzeugen.
Es wird darauf geachtet, daß diese Reibung für jede der
Platten so durchgeführt wird, daß, wenn die Platten zu
sammengefügt sind, um die Zelle zu bilden, die beiden Reibungs
richtungen senkrecht zueinander verlaufen.
Dann bringt man auf der einen der Platten durch Serigraphie
den Rahmen 2 aus in einem Lösungsmittel verdünnten Kunststoff
an, wobei dem derart aufgebrachten Stoff nach Trocknung eine
Dicke von etwa 15 µm gegeben wird.
Man fügt die beiden Platten zusammen, wobei sich der Rahmen 2
zwischen ihnen befindet. Man erhitzt das Ganze beispielsweise auf
eine Temperatur von etwa 100 bis 150°C, um den Stoff des
Rahmens 2 zu schmelzen, und sobald dieser geschmolzen ist, übt
man einen Druck auf die beiden Platten aus dergestalt, daß
der zwichen diesen entstehende Abstand genau dem gewünschten
Abstand entspricht. Man kann den Stoff des Rahmens 2 auch mit
Abstandselementen versehen, beispielsweise Kugeln, die unter
Einwirkung der Hitze nicht erweichen und somit den die Platten
trennenden Abstand begrenzen. Dieser Abstand liegt in der
Praxis bei etwa 8 µm.
Die zum Schmelzen des Kunststoffs des Rahmens 2, im vor
liegenden Fall Phenol-Formaldehyd-Harz, angewandten Temperaturen
beeinträchtigen in keiner Weise die Ausrichtungsschichten 6
aus Polyimid.
Sobald der Verschließungsvorgang durchgeführt worden ist,
wird die Zelle während einer längeren Zeitdauer, beispiels
weise eine Stunde lang, auf eine erhöhte Temperatur von
beispielsweise etwa 250°C erhitzt, wodurch gleichzeitig das
Harz des Rahmens 2 und die Ausrichtungsschichten aus Polyimid
6 polymerisiert werden. Es wird darauf geachtet, daß zwei
Stoffe verwendet werden, deren Polymerisationstemperaturen
nicht zu weit voneinander entfernt liegen, denn es muß
selbstverständlich eine Erhitzung auf die der höchsten Poly
merisationstemperatur entsprechende Temperatur stattfinden.
Dieser Erhitzungsvorgang ist sehr wichtig, weil er eine
Kopolymerisation zwischen dem Verschlußrahmen 2 und den
Ausrichtungsschichten 6 erzeugt, was eine chemische Verbindung
zwischen diesen Elementen nach sich zieht, die dann eine echte
Umhüllung für den Flüssigkristall 7 bilden,
die ihn vollständig gegen jede Verunreinigung und jeden äußeren
Einfluß schützt.
Bei der Anbringung des Rahmens 2 durch Serigraphie hat man
einen querverlaufenden Durchgang angebracht, der es ermöglicht,
den inneren Behälter mittels an sich bekannter Techniken
mit Flüssigkristall 7 zu füllen, wobei danach dieser Durchgang
ebenfalls mittels an sich bekannter Techniken verschlossen
wird.
Um eine elektrische Speisung der Zelle zu ermöglichen,
konstruiert man diese, indem man eine der Glasplatten größer
als die andere vorsieht, so daß die Elektroden von außen
her erreichbar sind. Da während des Verfahrens die Kupplungs-
und Ausrichtungsschichten auf der gesamten Oberfläche des
Glases aufgebracht sind und damit die Elektroden bedecken,
ist es erforderlich, in einem weiteren Vorgang diese beiden
Schichten durch Gravierung auf der die Ausgänge der
Elektroden tragenden Außenfläche zu entfernen.
Dank der Tatsache, daß man das Material der Verbindungs
schichten 5 freier auswählen kann als dies hinsichtlich
der Ausrichtungsschichten möglich ist, kann man eine gute
chemische Verbindung zwischen jeder dieser Verbindungs
schichten 5 und der Ausrichtungsschicht 6 gewährleisten, mit
der sie in Berührung steht. Auf diese Weise erreicht man
eine perfekte chemische Verbindung einerseits zwischen jeder
der Ausrichtungsschichten 6 und der entsprechenden Ver
bindungsschicht 5 und andererseits zwischen dieser letzteren
und der Schutzschicht 3. Diese Verbindung und die chemische
Verbindung zwischen dem Verschlußrahmen 2 und der Ausrichtungs
schicht 6 sind so geartet, daß bei der Serienfertigung mit
Hilfe von Platten, die die gleichzeitige Herstellung vieler
Zellen ermöglichen, diese Verbindungen nicht gefährdet sind,
wenn man die Glasplatten zerbricht, um die Zellen voneinander
zu trennen.
Die Qualität dieser Verbindungen ist besonders wichtig, wenn
die Zelle harten klimatischen Bedingungen, insbesondere der
Feuchtigkeit, unterworfen ist, damit sie aufrechterhalten
bleibt, so daß der Schutz des Flüssigkristalls gewährleistet
bleibt. Es wird daran erinnert, daß die Wirkungen der
Feuchtigkeit auf den Flüsigkristall eine Erhöhung des Ver
brauchs des Steuerungsstroms der Zelle zur Folge hat. Außerdem
kann sie einen Verlust an Ausrichtung der Moleküle des Flüssig
kristalls verursachen.
Weiter ist hervorzuheben, daß die Übereinanderlagerung der
Ausrichtungsschichten 6 und der Verbindungs- oder Haft
schichten 5 zu einem guten Schutz des Flüssigkristalls der
Zelle gegenüber Gleichströmen führt, die aufgrund der Tat
sache entstehen, daß die Summe der positiven und negativen
Steuerimpulse der Zelle niemals genau gleich Null ist und
daß stets ein positiver oder negativer Rest verbleibt. Dieser
Schutz gegenüber Gleichströmen beruht auf der Tatsache, daß
die Schichten 5 und 6 zusammen eine Kapazität bilden, die
von ausreichend geringer Impedanz ist, um keinen Spannungs
abfall zu erzeugen.
Ebenfalls zu bemerken ist, daß die Umhüllung, die die Aus
richtungsschichten 6 und der Verschlußrahmen 2 bilden, auf
grund der perfekten Polymerisation der Stoffe dieser drei
Elemente absolut neutral gegenüber dem Flüssigkristall 7 ist,
während das für die Ausrichtungsschichten verwendete plastische
Material als solches niemals gegenüber dem Flüssigkristall
neutral ist, das ein Lösungsmittel für diesen darstellt.
Dank der vorliegenden Anordnung kann man eine Anzeigezelle
verwirklichen, deren Verschlußrahmen aus Kunststoff besteht,
was den Vorteil hat, in Vergleich mit den Verschlußrahmen
aus gesintertem Glas (GLASSFRIT) keine relativ hohe Erhitzung
der Zelle zu erfordern, die die Diffusion von Ionen aus dem
Glas der Platten verursacht sowie von Verunreinigungen, die
sich aus dem Stoff des Rahmens ausbreiten, wobei
die Vorteile des gesinterten Glases gegenüber dem Kunststoff
erhalten bleibten die im wesentlichen in einer besseren Dichte
und Zuverlässigkeit bestehen.
Die Verwendung von Schutzschichten wie den Schichten 3, die
die Diffusion von Ionen vermeiden sollen, die schädlich für
die Ausrichtung der Moleküle des Flüssigkristalls sind, ist
als solche bekannt, aber bisher wurden diese Schichten über
den Elektroden angeordnet und nicht unmittelbar auf den die
Substrate bildenden Platten. Auf den Elektroden angeordnet
erzeugen die Schutzschichten aber auf jeder Platte eine Impedanz,
die Spannungsverluste verursacht, die die Kurve Kontrast/
Spannung ungünstig verändern, wobei diese Kurve dazu neigt,
abzuflachen. Es ist aber erforderlich, daß diese Kurve einen
sehr abrupten Bereich aufweist, insbesondere in dem Fall, wo
die Zelle durch Multiplex gesteuert wird.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung einer passiven elektrooptischen
Anzeigezelle, bei dem man zur Bildung eines die Elektroden
und ihre elektrischen Leiterzüge darstellenden Netzes auf
zwei Glasplatten einen Film aus elektrisch leitendem Material
aufbringt und wahlweise auf photochemischem Weg einen Teil
des leitenden Films auf mindestens einer der beiden Platten
abhebt, zur Bildung einer Ausrichtungsschicht für die Mole
küle des Flüssigkristalls auf jeder Platte eine Schicht
eines ersten polymerisierbaren Kunststoffes aufbringt, eine
Reibung der beiden Schichten in einer vorgegebenen Richtung
vornimmt und die Polymerisation des Kunststoffes der beiden
Schichten bewirkt, und zum dichten Verschließen der Zelle
auf einer der beiden Platten einen Rahmen aus einem zweiten
polymerisierbaren Kunststoff anbringt, die beiden Platten
aneinanderfügt, das Ganze auf eine erste, den zweiten Kunst
stoff erweichende Temperatur erhitzt, nach dem Erweichen
des zweiten Kunststoffes den gewünschten Plattenabstand
einstellt und den zweiten Kunststoff polymerisiert, dadurch
gekennzeichnet, daß man die Reibung jeder Schicht vor der
Polymerisation des Kunststoffes der jeweiligen Schicht vor
nimmt, daß man den Rahmen aus dem zweiten Kunststoff auf
die eine der beiden Platten nach der Reibung der auf diese
Platte aufgebrachten Schicht und vor der Polymerisation des
Kunststoffes dieser Schicht aufbringt, und daß man das Ganze
nach Einstellung des Abstandes der beiden Platten zum Kopoly
merisieren des Kunststoffes der Schichten mit dem des Rahmens
auf eine Temperatur, die höher ist als die erste Temperatur,
erhitzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
eine ein chemisches Anhaften einerseits mit der Ausrichtungs
schicht und andererseits mit der Platte bewirkende Verbin
dungsschicht aus durchsichtigem organischem Material zwischen
jeder Platte und der entsprechenden Schicht des ersten
Kunststoffes einfügt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
erste Kunststoff ein Polyimid ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
zwischen jeder Platte und den Elektroden eine das Diffundieren
von von den Platten dieser Zelle ausgehenden Ionen in das
Innere der Zelle hinein verhindernde Schutzschicht aus durchsich
tigem anorganischem Material vorsieht.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede
der Verbindungsschichten aus einem organischen Silan besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede
der beiden Verbindungsschichten aus einem organischen Aluminat
besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede
der beiden Verbindungsschichten aus einem organischen Silikat
besteht.
8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
beiden Ausrichtungs- und Verbindungsschichten zusammen eine
Dicke zwischen 5 und 50 nm aufweisen.
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