DE3546676C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallzelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die sich unter Ausnutzung des elektrooptischen oder thermooptischen Effekts als Anzeigeeinrichtung oder optische Modulationseinrichtung eignet.

Es sind Verfahren zur Einstellung der Dicke der Flüssigkristallschicht in einer Flüssigkristallzelle bekannt, bei denen ein zur Bildung eines Spaltes zwischen zwei einander gegenüberliegenden Substraten der Zelle dienendes Abstandsmaterial einem Klebstoff, durch den die Substrate an ihrem Umfang miteinander verbunden werden, zugesetzt oder in dem Flüssigkristall dispergiert wird. Durch dieses Verfahren kann bei einer Flüssigkristallzelle mit kleiner Fläche eine Flüssigkristallschicht mit einer Dicke von 6 µm oder mehr gebildet werden. Bei einer Flüssigkristallzelle mit großer Fläche läßt sich jedoch im Fall der Anwendung dieser Verfahren eine auf Wellungen oder Krümmungen der Substrate zurückzuführende Unregelmäßigkeit der Dicke der Flüssigkristallschicht nicht vollständig vermeiden. Wenn eine Flüssigkristallzelle unter Verwendung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls hergestellt wird, beträgt die optimale Dicke der Flüssigkristallschicht im Hinblick auf das Betriebsverhalten der Zelle als Flüssigkristall-Einrichtung oft nicht mehr als 3 µm. Es ist fast unmöglich, eine so dünne Flüssigkristallschicht mit gleichmäßiger Dicke herzustellen.

Es sind verschiedene Anzeigeeinrichtungen mit einer hohen Dichte der Bildelemente bekannt, die z. B. eine Passivmatrix-Elektrodenstruktur oder eine Aktivmatrix-Elektrodenstruktur haben. Bei den meisten dieser Anzeigeeinrichtungen wird die elektrooptische Modulationsfunktion von TN-Flüssigkristallen, d. h. verdrillten nematischen Flüssigkristallen, ausgenutzt.

Eine Anzeigeeinrichtung mit einer Passivmatrix-Elektrodenstruktur zeigt jedoch mehrere Probleme, beispielsweise das Auftreten von Kreuzmodulation oder Kontrastminderung infolge Abnahme der Arbeitsphase mit zunehmender Anzahl der Abtastzeilen. Andererseits ist eine Anzeigeeinrichtung mit einer Aktivmatrix-Elektrodenstruktur bekannt, bei der mit jedem Bildelement ein Schaltelement (z. B. ein Dünnfilm- Transistor) verbunden ist. Eine solche Anzeigeeinrichtung erfordert jedoch komplizierte Schritte zur Herstellung des Schaltelements; außerdem ist es schwierig, eine solche Anzeigeeinrichtung mit großer Fläche auszubilden.

Als Einrichtung zur Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme wurde jüngst von Clark u. a. (US-PS 43 67 924) eine ferroelektrische Flüssigkristallzelle beschrieben, die Beachtung gefunden hat. Bekanntlich hat die ferroelektrische Flüssigkristallzelle eine Speicherfunktion, wenn man dafür sorgt, daß eine Flüssigkristallschicht mit einer Dicke von 0,1 bis 3 µm gebildet wird.

Wenn jedoch die Flüssigkristallschicht der vorstehend beschriebenen ferroelektrischen Flüssigkristallzelle mit Speicherfunktion eine unregelmäßige Dicke aufweist, entsteht nach Untersuchungen der Erfinder eine beträchtliche Unregelmäßigkeit im Betriebsverhalten, z. B. beim Schwellenwert und der Ansprechgeschwindigkeit. Bei den Untersuchungen der Erfinder wurde insbesondere beobachtet, daß bei einer Flüssigkristallschicht mit einer Dicke von z. B. 1 µm die zulässige Dickenabweichung höchstens 10% betragen darf.

Demgegenüber ist bei einer Flüssigkristallzelle, die mit einem TN-Flüssigkristall betrieben wird, die Spalthöhe zwischen den die Zelle bildenden Substraten relativ groß, z. B. 6 bis 10 µm, und das Betriebsverhalten, z. B. Schwellenwert und Ansprechgeschwindigkeit, der TN-Flüssigkristallzelle ändern sich selbst dann nicht wesentlich, wenn in der Spalthöhe eine gewisse Ungleichmäßigkeit auftritt. Demgemäß ist bei der herkömmlichen Methode des Zellenaufbaus, die hauptsächlich für die TN-Flüssigkristallzelle entwickelt wurde, die Montage der vorstehend beschriebenen Zellenstruktur, bei der eine sehr dünne Flüssigkristallschicht mit gleichmäßiger Dicke gefordert wird, nicht in Betracht gezogen worden. Insbesondere kann die vorstehend erwähnte, von Clark beschriebene ferroelektrische Flüssigkristallzelle mit Speicherfunktion als Anzeigeeinrichtung mit großer Fläche (Diagonale: z. B. 30,5 cm oder mehr) angewandt werden. Der Zusammenbau einer solchen Zelle, die bei einem Zellenspalt von z. B. 1 µm und einer zulässigen Abweichung davon von 10% oder weniger ein großes Bild liefert, bringt eigene Probleme mit sich, die nach der herkömmlichen Methode des Zellenaufbaus nicht gelöst werden können.

Aus der US-PS 43 67 924 ist ein Verfahren zur Herstellung einer als elektrooptische Einrichtung dienenden Flüssigkristallzelle mit matrixförmig angeordneten Elektroden bekannt, bei dem ein Flüssigkristall mit einer chiralen, smektischen Phase verwendet wird, die durch Abkühlen von einer höheren Temperatur erhalten wird. Die Flüssigkristall-Molekularschichten können hierbei zwar parallel zueinander ausgerichtet werden, so daß sich zwei verschiedene stabile Orientierungszustände einstellen, jedoch weist die nach diesem bekannten Verfahren hergestellte Flüssigkristallzelle eine unregelmäßige Dicke der Flüssigkristallschicht auf, so daß Unregelmäßigkeiten im Betriebsverhalten, z. B. beim Schwellenwert und bei der Ansprechgeschwindigkeit, auftreten.

Aus der DE-OS 33 43 746 ist eine Flüssigkristallzelle bekannt, die zwischen ihren zwei Substraten Abstandselemente aufweist, wobei zur Erzielung einer gleichmäßigen Spalthöhe zwischen den Substraten im Inneren der Zelle durch Abpumpen einer bestimmten Menge des Flüssigkristalls aus dem vollständig gefüllten Raum zwischen den Substraten ein Unterdruck eingestellt wird, um ein Substrat gegen die Abstandselemente zu drücken. Dabei hängt die gleichmäßige Verteilung der Kraft, die die beiden Substrate zusammendrückt und ein Substrat gegen die Abstandselemente drückt, von den Abmessungen der Abstandselemente sowie von dem Elastizitätsmodul des Substrats ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallzelle der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art mit hoher Produktivität bereitzustellen, bei dem dünne elastische Substrate mit großer Fläche verwendet werden können und bei dem der chirale, smektische Flüssigkristall besonders gleichmäßig ausgerichtet werden kann und hierbei eine befriedigende Bistabilität entwickelt, wobei die Spalthöhe sehr gering ist und nur geringe Schwankungen zeigt.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1, 2A und 3 sind Schnittzeichnungen von Ausführungsformen einer durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Flüssigkristallzelle parallel zu den Substraten;

Fig. 2B ist eine Schnittzeichnung entlang der Linie B-B der Fig. 2A, gesehen in Pfeilrichtung;

Fig. 4A ist eine schematische Zeichnung, die zur Erläuterung einer anderen Ausführungsform einer durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Flüssigkristallzelle dient;

Fig. 4B ist eine Schnittzeichnung entlang der Linie A-A der Fig. 4A;

Fig. 5 und 6 sind erläuternde Darstellungen zur Veranschaulichung einer Treiber-Schaltung die bei einer durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Flüssigkristallzelle verwendet wird, und

Fig. 7 und 8 sind schematische perspektivische Zeichnungen, die das Arbeitsprinzip einer durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Flüssigkristallzelle erläutern.

Fig. 1 ist eine Schnittzeichnung einer ersten Ausführungsform einer durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Flüssigkristallzelle, wobei der Schnitt parallel zu den Substraten geführt ist, um das Innere zu zeigen. Ein Substrat 11 ist beispielsweise aus einer Glasplatte oder einer starren oder flexiblen Kunststoffplatte hergestellt, längs deren Umfang ein Klebstoffkörper 12 zur Verbindung mit dem anderen gegenüberliegenden flexiblen Substrat (nicht dargestellt) gebildet ist. Auf dem Mittelteil des Substrats 11, das von dem Klebstoffkörper 12 umgeben ist, sind Abstandselemente 13 so angeordnet, daß sie die Dicke der Flüssigkristallschicht bestimmen. Die Abstandselemente 13 werden in einem gewünschten Muster ausgebildet, z. B. dadurch, daß man ein Polyimid in einer festgelegten Dicke als Beschichtung aufbringt und einer Photoätzung unterzieht. Das Substrat 11 kann auch selbst in einem Muster geätzt werden, so daß die Abstandselemente 13 stehenbleiben. Eine Behandlung zur einachsigen Ausrichtung, z. B. eine Reibungsbehandlung, wird an einem oder an beiden Substraten vorgenommen, um den chiralen, smektischen Flüssigkristall wunschgemäß auszurichten. Eine Flüssigkristallschicht 14 wird so ausgebildet, daß sie durch die Abstandselemente 13 begrenzt ist und durch eine Grenzfläche 15 mit einem Unterdruck-Raum 16 verbunden oder diesem benachbart ist. Eine solche Flüssigkristallschicht 14 kann dadurch gebildet werden, daß man durch eine Flüssigkristall-Einführungsöffnung 17 einen Flüssigkristall einführt und die Öffnung mit einem Dichtungsmittel 18 abdichtet. Als chiraler, smektischer Flüssigkristall kann z. B. DOBAMBC verwendet werden. Die erforderliche Ausrichtung des Flüssigkristalls wird dadurch erreicht, daß man ihn allmählich von einer höheren Temperatur, z. B. aus seiner isotropen Phase, auf einen Temperaturbereich, der eine chirale, smektische Phase, z. B. die chirale, smektische C-Phase (SmC*-Phase), ergibt, abkühlt. Wenn die Flüssigkristallzelle als elektrooptische Einrichtung dient, werden auf dem Substrat 11 Elektroden gebildet; diese sind in der Figur der Einfachheit wegen nicht dargestellt.

Die Art und Weise der luftdichten Einschließung des Flüssigkristalls wird nun im einzelnen erläutert. Ein Substrat 11 mit darauf ausgebildeten Abstandselementen 13 und ein flexibles Substrat, d. h., eine Glasplatte oder eine uniaxial gereckte Polyesterfolie, werden z. B. mit einem Klebstoff 12 des Epoxy-Typs, unter Bildung einer leeren Zelle miteinander verbunden. Dann wird die Zelle in einen Vakuumbehälter gebracht, um die Luft aus der Zelle in genügendem Maße zu evakuieren, und die Einführungsöffnung 17 der Zelle wird in einen chiralen, smektischen Flüssigkristall eingetaucht. Ein Inertgas, z. B. N₂, wird in den Vakuumbehälter eingelassen, um den Druck außerhalb der Zelle zu erhöhen und dadurch Flüssigkristall unter Druck in die Zelle einzuführen. Wenn ein festgelegter Bereich 19, z. B. ein Bildbereich in der Größe von etwa 100 mm × 100 mm, mit Flüssigkristall gefüllt ist, wird die Einführung beendet und die Einführungsöffnung 17 abgedichtet. Die so gebildete Flüssigkristallzelle ist wegen des in ihr verbliebenen Unterdruck-Raums 16 einer ausreichenden Kompressionskraft ausgesetzt, wenn sie in eine Umgebung unter Atmosphärendruck gebracht wird. Infolgedessen kommt das flexible Substrat (nicht dargestellt) in unmittelbare Berührung mit den Abstandselementen 13, und es wird auf einer großen Fläche eine gleichmäßige Dicke der Flüssigkristallschicht erzielt, obwohl diese Dicke sehr gering ist, d. h. 0,1 µm bis 3 µm beträgt. Durch die Bildung einer Flüssigkristallschicht mit einer Dicke von 0,1 µm bis 3 µm erhält man eine chirale, smektische Phase mit einer nicht-schraubenförmigen Textur, wie nachfolgend beschrieben wird. Der Unterdruck-Raum hat auch die Funktion, örtliche Änderungen der Spalthöhe, die auf eine Wärmeausdehnung oder -schrumpfung des Flüssigkristalls zurückzuführen sind, zu verhindern, wenn die Flüssigkristallzelle unter sich ändernden Umgebungsbedingungen arbeitet.

Das Volumen des Unterdruck-Raums beträgt vorzugsweise wenigstens 1/1000, insbesondere wenigstens 1/100 des Volumens der Flüssigkristallschicht. Die Obergrenze des Volumens des Unterdruck-Raums sollte so beschränkt sein, daß die effektive Anzeigefläche der Flüssigkristallzelle nicht wesentlich verringert wird. Der Druck in dem Unterdruck-Raum liegt zweckmäßigerweise in der Größenordnung von 10 bis 50,7 kPa.

Fig. 2A und 2B zeigen eine zweite, weiter verbesserte Ausführungsform einer durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Flüssigkristallzelle. Fig. 2A ist eine Schnittzeichnung entsprechend Fig. 1 der Ausführungsform, und Fig. 2B ist eine Schnittzeichnung entlang der Linie B-B der Fig. 2A. Bei dieser Ausführungsform wird ein Substrat 21 durch Ätzen seiner Innenseite mit einem Unterdruck-Raum 26 in Form einer Nut versehen und mit einem flexiblen Substrat verbunden. Der nutförmige Unterdruck-Raum 26 liefert bei einer kleinen Substratfläche ein größeres Volumen und läßt daher genügend Zeit für die Auswahl des Augenblicks, in dem die Einführung des Flüssigkristalls beendet wird. Diese Ausbildung ist daher zweckmäßig, wenn man die Produktivität steigern will.

Fig. 3 zeigt eine Schnittzeichnung einer dritten Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform ist ein enges Verbindungsteil 35 zwischen der Flüssigkristallschicht 34 und dem Unterdruck- Raum 36 vorgesehen, so daß die Länge des Weges zwischen dem Verbindungsteil 35 und der Einführungsöffnung 37 gleich der maximalen Weglänge in der Flüssigkristallschicht 34 von der Einführungsöffnung 37 ausgehend ist. Durch diese Anordnung wird das Problem ausgeschaltet, daß Flüssigkristall während seiner Einführung in den gewünschten Bereich auch in den Unterdruck-Raum gelangt.

An dem Verbindungsteil 35 kann zur weiteren Verengung des Kanals ein eine Einschnürung bildender Körper 40 ausgebildet sein, so daß die in dem Unterdruck-Raum 36 in höherem oder geringerem Maße verbliebene Luft bei der Anwendung der Zelle daran gehindert wird, in die Flüssigkristallschicht einzudringen. Der die Einschnürung bildende Körper 40 kann zugleich mit den Abstandselementen 33 und aus dem gleichen Material wie diese gebildet werden.

Es ist erwünscht, ein anderes geeignetes Gas, z. B. ein Inertgas, wie N₂, CO₂, Ar oder Ne, anstelle von Luft in den vorstehend erwähnten Unterdruck-Raum 16, 26 oder 36 einzubringen. Zu diesem Zweck wird das Innere der Zelle evakuiert, dann das gewünschte Gas bis zu einem festgelegten Druck von vorzugsweise 100 Pa bis 10 kPa in die Zelle eingeführt und dann Flüssigkristall eingebracht, um den Zelleninnendruck bis auf einen festgelegten Druck unterhalb des Atmosphärendruckes, z. B. 10 bis 50,7 kPa, anzuheben. Die Zelle wird dann abgedichtet, und der die Zelle umgebende Druck wird auf Normaldruck angehoben.

Wie vorstehend beschrieben, wird durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Flüssigkristallzelle mit einem darin befindlichen Unterdruck-Raum, hergestellt, der mit einer Flüssigkristallschicht in Verbindung ist, wobei die Dicke der Flüssigkristallschicht bzw. die Spalthöhe durch Anordnung von Abstandselementen in der Flüssigkristallschicht eingehalten wird. Im Ergebnis werden die zwei Substrate eng an die Abstandselemente anliegend gehalten, wodurch eine Flüssigkristallzelle mit ausgezeichneten Eigenschaften entsteht, so daß die Dicke der Flüssigkristallschicht konstant ist und selbst dann nicht z. B. durch Temperaturänderungen beeinflußt wird, wenn die Zelle eine große Fläche hat, obwohl wenigstens ein Substrat flexibel ist.

Bei einer Anzeigeeinrichtung mit einem Zellenaufbau, bei dem eines der die Zelle bildenden zwei Substrate flexibel ist und das flexible Substrat an die Abstandselemente dicht anliegend gehalten wird, und einer Passivmatrix-Elektrodenstruktur, kann eine Störung der elektrischen Verbindung eintreten, wenn die elektrische Verbindung einer äußeren Steuerschaltung mit den auf dem flexiblen Substrat ausgebildeten Elektroden durch ein anisotropes Leitermaterial erfolgt. Insbesondere, wenn ein Druck von außen auf die Anzeigeeinrichtung einwirkt, wird das flexible Substrat verformt, wodurch die Anschlußleitung zu der äußeren Schaltung abblättern und/oder ein Bruch der Anschlußleitung eintreten kann. Da insbesondere die Zahl der Anschlußleitungen wächst und die Zahl der Anschlüsse je Längeneinheit zunimmt, weil die Bildelemente in höherer Dichte angeordnet werden, nimmt die Möglichkeit eines mangelhaften elektrischen Anschlusses und/oder eines Leiterbruches zu.

Zur Überwindung des vorstehend erwähnten Problems, weist eine besondere Ausgestaltung der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Flüssigkristallzelle ein nicht-flexibles, erstes Substrat, das mit einer ersten Elektrodengruppe, einer an die erste Elektrodengruppe angeschlossenen ersten Treiber-Schaltung und einer zweiten Treiber-Schaltung versehen ist, ein flexibles zweites Substrat, das mit einer zweiten Elektrodengruppe versehen ist, und einen zwischen dem ersten und zweiten Substrat angeordneten chiralen, smektischen Flüssigkristall auf, wobei die zweite Elektrodengruppe an die zweite Treiberschaltung angeschlossen ist und die erste und zweite Schaltung jeweils an eine äußere Schaltung angeschlossen sind.

Fig. 4A und 4B zeigen eine Flüssigkristallzelle mit einer (leeren) Zellenkonstruktion 100 und einem in der Zellenkonstruktion dicht eingeschlossenen chiralen, smektischen Flüssigkristall 113, wobei die Zellenkonstruktion 100 die Substrate 101 und 102, einen zwischen den Substraten befindlichen Spalt und Abstandselemente 111 für die Aufrechterhaltung dieses Spalts aufweist. Der zwischen den Substraten 101 und 102 ausgebildete Spalt ist unter Bildung einer luftdicht abgeschlossenen Konstruktion durch die Dichtungselemente 110 abgedichtet. Das Substrat 101 sollte gewünschtenfalls durchsichtig und optisch anisotrop sein und eine genügende Festigkeit haben, um der Zellenkonstruktion 100 ein Eigenstehvermögen zu geben. Das Substrat 101 kann zweckmäßigerweise eine Glasplatte mit einer von ihrer Fläche abhängigen Dicke von etwa 1 bis 5 mm, vorzugsweise etwa 0,3 bis 2 mm, sein. Auf dem Substrat 101 sind ein transparenter Leitfähigkeitsfilm aus z. B. Zinnoxid, Indiumoxid oder ITO (Indium-Zinn-Oxid) in Form von Streifen sowie ferner Abstandselemente 111 mit einer Höhe in der Größenordnung von 0,1 µm bis 3 µm ausgebildet. Die Abstandselemente 111 können in der Weise gebildet werden, daß man zuerst einen Film aus filmbildendem Material, z. B. einem Harz oder Photoresist, wie z. B. Polyimid, Polyamid oder Polyvinylalkohol, oder einem anorganischen isolierenden Material, wie SiO₂ oder TiO₂, das durch Aufdampfen einen Film mit einer Dicke von 0,1 µm bis 3 µm bilden kann, herstellt und dann den Film nach einer festgelegten photolithographischen Methode in der gewünschten Form, wie etwa Streifen, Gitter, Kreuzstreifen oder Punkte, ätzt. Es ist vorteilhaft, bei der Herstellung der Abstandselemente 111 als filmbildendes Material ein photohärtendes Harz zu verwenden, da daraus ohne besondere Verwendung eines Photoresists direkt Abstandselemente 111 gebildet werden kann.

Im Fall der Verwendung einer Glasplatte mit einer Dicke von 0,2 mm oder weniger als flexibles Substrat wird der Abstand zwischen benachbarten Abstandselementen auf 2 mm oder weniger, vorzugsweise 800 µm oder weniger, festgelegt. Insbesondere haben bei in Form von parallelen Streifen angeordneten Abstandselementen benachbarte Streifen einen gegenseitigen Abstand voneinander von 2 mm oder weniger, vorzugsweise 800 µm oder weniger. Bei in Gitterform angeordneten Abstandselementen beträgt die längere Seitenlänge einer Gittereinheit 2 mm oder weniger, vorzugsweise 800 µm oder weniger. Bei in Form von Punkten angeordneten Abstandselementen beträgt der gegenseitige Abstand der Punkte 2 mm oder weniger, vorzugsweise 800 µm oder weniger.

Auf dem Substrat 101 sind ferner eine Treiber-Schaltung 105 für die Zuführung von Treiber-Signalen zu den Elektroden 103 sowie eine Treiber-Schaltung 106 für die Zuführung von Informationssignalen zu den Elektroden 104 angeordnet, die nachfolgend beschrieben werden. Die Treiber-Schaltungen 105 und 106 können aus Dünnfilm-Transistoren bestehen, die Halbleiter-Elemente aus z. B. amorphem Silicium, polykristallinem Silicium oder Cadmiumselenid aufweisen. Die Source-Leitungen und Gate-Leitungen für die Treiber-Schaltungen 105 und 106 sind an die Anschlüsse 108 bzw. 109 angeschlossen, die auf dem Substrat 101 konvergierend angebracht sind.

Nachdem auf dem Substrat 101 die vorstehend erwähnten Elektroden 103 und Abstandselemente 111 gebildet worden sind, wird dem Substrat 101 eine Ausrichtungsfunktion für einen mit dem Substrat in Berührung kommenden chiralen, smektischen Flüssigkristall verliehen. Dies geschieht dadurch, daß man einen Film aus z. B. Polyimid oder Polyvinylalkohol bildet und die Filmoberfläche reibt oder durch Dampfschrägabscheidung einen SiO₂-Film bildet. Das Substrat 101 kann wie vorstehend beschrieben aus einer nicht-flexiblen Glasplatte bestehen, oder es kann eine flexible Glasplatte oder Polyesterfolie sein, wie sie für das flexible Substrat 102 verwendet wird.

Das flexible Substrat 102 kann z. B. aus einer dünnen Glasplatte mit einer Dicke von 20 bis 200 µm oder einer uniaxial gereckten Polyesterfolie bestehen. Die auf dem flexiblen Substrat 102 angeordneten Elektroden 104 sind durch einen anisotropen Leiter (ein thermoplastisches Harz, das nur in vertikaler Richtung elektrische Leitfähigkeit besitzt, wie "CP1030" von Sony Chemical K. K., oder ein anisotropisch leitfähiger Klebstoffilm, wie "Hitaserumu" von Hitachi Kasai K. K.) an die auf dem Substrat 101 gebildete Treiber-Schaltung 106 elektrisch leitend angeschlossen und dann mit den Anschlüssen 109 verbunden, so daß sie weiter an eine äußere Steuerschaltung (nicht dargestellt) anschließbar sind.

Das Substrat 101 ist mit der Treiber-Schaltung 105 für die Zuführung von Treibersignalen zu den auf dem Substrat befindlichen Elektroden 103 und mit Anschlüssen 108 für die Zuführung von Steuersignalen aus einer äußeren Steuerschaltung (nicht dargestellt) zu der Treiber-Schaltung 105 versehen.

Die den chiralen, smektischen Flüssigkristall 113 enthaltende Zellenkonstruktion hat einen durch die Abstandselemente 111 zwischen dem Substrat 101 und dem flexiblen Substrat 102 aufrechterhaltenen Spalt, die Substrate 101 und 102 sind am Umfang mit einem Dichtungsmittel 110, z. B. einem Epoxy-Klebstoff, abgedichtet. Der chirale, smektische Flüssigkristall 113 ist unter Bildung einer Monodomäne ausgerichtet. Ein derartiges Ausrichtvermögen wurde durch den reinigungsbehandelten Polyimidfilm oder Polyvinylalkoholfilm oder durch den durch Dampf-Schrägabscheidung erhaltenen SiO₂-Film erzielt.

Auf den beiden Seiten der vorstehend beschriebenen Flüssigkristallzelle sind ein Polarisator 112 bzw. ein Analysator 114 in Form gekreuzter Nicols angeordnet, so daß durch die Orientierungsmodulation des chiralen, smektischen Flüssigkristalls 113 eine optische Modulation bewirkt wird.

Wie vorstehend beschrieben, ist es zur Herstellung einer Flüssigkristall-Einrichtung mit Speicherfunktion erforderlich, eine sehr dünne Flüssigkristallschicht mit einer Dicke von 0,1 bis 3 µm zu bilden und die Schwankung dieser Dicke, d. h., die Schwankung der Spalthöhe, auf 10% oder weniger, z. B. bei einer Dicke von 1 µm auf 0,1 µm oder weniger, zu begrenzen. Dies wird durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine gleichmäßige Flüssigkristallschicht dadurch geschaffen, daß man eine flexible Glasplatte oder Polyesterfolie als flexibles Substrat 102 einsetzt und - wie in Fig. 3 dargestellt - in der Zellenkonstruktion 100 einen Unterdruck-Raum bildet und dadurch bewirkt, daß sich das flexible Substrat 102 dicht an die Abstandshalter 111 anlegt. Wenn das Substrat 102 zu flexibel ist, kann die Abnahme der Schichtdicke in den Mittelpunkten zwischen benachbarten Abstandselementen problematisch werden. Wenn das Substrat 102 andererseits zu starr ist, kann es sich nicht in einem zur Kompensation der Abweichung des Substrats 101 von der Ebenheit ausreichenden Maße verformen. Wenn eine uniaxial gereckte Polyesterfolie als flexibles Substrat 102 dient, kann die Verformung in der Mitte zwischen den Abstandselementen problematisch sein. Wenn jedoch der Abstand zwischen den Abstandselementen 0,1 mm beträgt, liegt die Verformung bei einer Foliendicke von 25 µm in der Größenordnung von 0,1 µm (bei Einwirkung von Atmosphärendruck), was innerhalb des praktisch akzeptierbaren Bereichs liegt. Wenn weiter eine Polyesterfolie mit einer Dicke in der Größenordnung von 100 µm verwendet wird, liegt die Verformung selbst dann in der Größenordnung von 0,1 µm, wenn zwischen den Abstandselementen 111 ein Abstand von 0,5 mm liegt, so daß man eine ausreichend genaue Dicke der Flüssigkristallschicht erhält, wenn der Abstand zwischen den Abstandselementen auf 0,5 mm oder weniger begrenzt ist. Wenn eine Glasplatte als flexibles Substrat 102 dient, sollte diese genügend dünn sein, damit sie sich entsprechend der Ebenheit des Substrats 101 verformen kann. Wenn eine gewöhnliche, unpolierte Glasplatte als Substrat 101 verwendet wird, hat sie bei einer Ausdehnung von 100 mm eine Abweichung von der vollkommenen Ebenheit in der Größenordnung von 10 µm. Wenn andererseits eine 0,1 mm dicke Glasplatte als flexibles Substrat 102 dient, ist ihre Verformung unter Atmosphärendruck bei Berührung von in einem Abstand von 100 mm voneinander befindlichen Abstandselementen 111 viel größer als 10 µm. Daher ist verständlich, daß die Spannweite, in der die Verformung des Substrats erfolgt, d. h. der Abstand zwischen benachbarten Abstandselementen 111, kleiner als 100 mm sein sollte. Eine Verformung von 0,1 µm ist gegeben bei einem Abstand von 1 bis 2 mm zwischen den Abstandselementen 111. Für diesen Spannweitenbereich beträgt die Ebenheitsabweichung des Substrats 101 weniger als 0,1 µm, so daß eine genügende Genauigkeit der Dicke der Flüssigkristallschicht erzielt werden kann. Um eine genügende Verformung mit einer Glasplatte zu erhalten, so daß diese, wie vorstehend beschrieben, dem Substrat 101 folgt, sollte die Dicke der Glasplatte höchstens 0,2 mm betragen, wenn auch die Schwankung der Ebenheit des Substrats 101 und die Druckschwankung während der Einführung und Abdichtung des Flüssigkristalls berücksichtigt werden.

Fig. 5 zeigt ein Schaltungsdiagramm, in dem die Schaltungen 105 bzw. 106 aus Dünnfilm-Transistoren mit Halbleitern aus polykristallinem Silicium, amorphem Silicium oder Cadmiumselenid bestehen. SW₁₁-SW_n4 sind aus Dünnfilm-Transistoren gebildete Teil- Schaltelemente, und E(1) - E(n) sind Teilungsblockansteuerungsleitungen zur Steuerung der an die Tore (Gate) angeschlossenen Teilschaltelemente. Da bei dieser Ausführungsform die Anzahl der gemeinsamen Leitungen 4 beträgt, ist n gleich N/4. P₁-P_N sind aus Dünnfilm-Transistoren gebildete Entladeschaltelemente, während I eine Entladesteuerleitung und J eine Entladepotentialleitung sind. Eine Abtastleitung- Treiberschaltung 201 ist vorgesehen als äußere Steuerschaltung für die an die gemeinsamen Leitungen A, B, C und D angeschlossenen Treiber-Abtastleitungen und durch die Anschlüsse 202 mit dem Schaltungssubstrat verbunden.

Um die Anzeigeeinrichtung 203 anzutreiben, werden wiederholt Impulse auf die gemeinsamen Leitungen A, B, C und D gegeben, und die Teilungsblockansteuerungsleitungen E(1) - E(n) werden logisch fortlaufend EIN/AUS geschaltet. Ferner wird ein Impuls auf die Entladesteuerleitung I gegeben, um das Potential der Leitungen G₁ - G_N durch P₁ - P_N in der ansteuerungsfreien Zeit auf -V Volt zu halten.

Während vorstehend eine Ausführungsform mit N Abtastleitungen und 4 gemeinsamen Leitungen erläutert wurde, sind natürlich andere Kombinationen möglich. Wenn z. B. 480 Abtastleitungen und 24 gemeinsame Leitungen benutzt werden, sind 20 Teilungsblockansteuerungssignale erforderlich, und die Anzahl der Gesamtanschlüsse an die äußere Steuerschaltung verringert sich unter Einschluß von zwei Anschlüssen für eine Entladesteuerleitung und eine Entladepotentialleitung auf 46, so daß sich eine Reduzierung der Anschlüsse von etwa 90% ergibt.

Die Treiber-Schaltung 106 umfaßt die Schaltelemente SW₁ - SW_m, die jeweils aus einem Dünnfilm-Transistor bestehen. Die Bildinformationssignale werden von einer äußeren Steuerschaltung auf ein Schieberegister 204 übergeben, und dann wird der an die Tore von SW₁ - SW_m angeschlossene Anschluß 205 abgeschaltet, wodurch das Schieberegister 204 in dem Zustand zu dieser Zeit gesperrt wird und die entsprechenden Signale auf die an die Quellen angeschlossenen Datenleitungen D₁ - D_m gegeben werden. Das Schieberegister 204 hat einen Taktanschluß 206 und einen Dateneingabeanschluß 207. Das gleiche Signal wird als Datenlevel AUS auf den Anschluß 208 gegeben.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Flüssigkristallzelle. Bei dieser Ausführungsform sind die transparenten Elektroden auf dem Substrat in Form von Streifen für den Matrixbetrieb ausgebildet und an eine äußere Treiber-Schaltung angeschlossen, aber in der Figur nicht dargestellt.

Es wurden gemäß dieser Ausführungsform mehrere Flüssigkristallzellen mit verschiedenen Dicken t (mm) der als flexible Substrate dienenden dünnen Glasplatten und mit unterschiedlichen Abständen a (mm) zwischen den Abstandselementstreifen hergestellt und die Abweichung W (Maximum-Minimum) in der Dicke der Flüssigkristallschicht sowie die Bildqualität bestimmt. Hierbei wurde die Höhe der Abstandselemente mit 2 µm angesetzt. Die Ergebnisse der Bestimmung sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.

Bei einer anderen Ausführungsform wurden gitterförmig angeordnete Abstandselemente mit Säulen von 10 µm Durchmesser an den Gitterpunkten verwendet, und die Versuche wurden im übrigen in der gleichen Weise wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform durchgeführt. Dabei wurden hinsichtlich der Verhältnisse der Parameter a, w und t und der Bildqualität ähnliche Ergebnisse erzielt.

Das Ausmaß der Verformung eines flexiblen Substrats in der Mitte zwischen benachbarten Abstandselementen ist proportional zu a⁴/Et³, worin E den Elastizitätsmodul des Substrats bezeichnet. Der Elastizitätsmodul von Glas beträgt etwa 68,6 kN/mm², und der Wert von a⁴/Et³ sollte unter 0,0326 liegen, damit die Maximalverformung unter 0,1 µm herabgesetzt wird. Die vorstehend angegebenen Versuchsergebnisse sind in Übereinstimmung mit dieser Abschätzung.

Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform einer durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten, als Anzeigeeinrichtung dienenden Flüssigkristallzelle, bei der die Teile mit den gleichen Bezugszahlen wie in den Fig. 4 und 5 bezeichnet sind.

Die in Fig. 6 dargestellte Anzeigeeinrichtung ist gleich der in Fig. 4 gezeigten, wobei aber die Anschlüsse 109 der Elektroden 104 in die Anschlüsse 109a und 109b unterteilt sind. Im Ergebnis sind bei dieser Ausführungsform zwei anisotrope Leiter 107a und 107b mit den zugehörigen Anschlüssen 109a bzw. 109b und den Treiber-Schaltungen 106a bzw. 106b elektrisch leitend verbunden.

Bei dieser Anzeigeeinrichtung sind die Anschlüsse 109a und 109b in einer geringeren, auf die Längeneinheit bezogenen Dichte angeordnet, und sie können an äußere Steuerschaltungen elektrisch leitend angeschlossen werden, ohne daß zwischen den Anschlüssen Kurzschluß entsteht.

Wie vorstehend beschrieben, wird die zur Herstellung einer Flüssigkristallzelle erforderliche Genauigkeit der Dicke der Flüssigkristallschicht auf einer großen Fläche dadurch erzielt, daß man ein flexibles Substrat verwendet und den Flüssigkristall unter vermindertem Druck in Gegenwart von Abstandselementen abdichtet. Weiter wird eine Anzeigeeinrichtung mit großer Fläche, die eine hohe Bildelementdichte hat, dadurch hergestellt, daß man nur Streifenelektroden auf dem flexiblen Substrat anordnet und sie mit Dünnfilm- Transistoren aufweisenden Treiberelementen verbindet, die auf dem anderen Substrat angeordnet sind, so daß man eine große Zahl von Elektroden leicht elektrisch anschließen kann.

Als chirale, smektische Flüssigkristalle werden zweckmäßigerweise jene mit einer chiralen, smektischen C-Phase (SmC*), H-Phase (SmH*), I-Phase (SmI*), J-Phase (SmJ*), K-Phase (SmK*), F-Phase (SmF*) und G-Phase (SmG*) eingesetzt. Diese chiralen, smektischen Flüssigkristalle sind beispielsweise beschrieben in "LE JOURNAL DE PHYSIQUE LETTERS" 36 (L-69), 1975 "Ferroelectric Liquid Crystals"; "APPLIED PHYSICS LETTERS" 36 (11) 1980, "Submicro Second Bistable Electrooptic Switching in Liquid Crystals" und "SOLID STATE PHYSICS" 16 (141) 1981, "Liquid Crystals". Die in diesen Veröffentlichungen beschriebenen chiralen, smektischen Flüssigkristalle können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden.

Beispiele für chirale, smektische Flüssigkristalle, die insbesondere bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können, sind Decyloxybenzyliden-p′-amino-2-methylbutylcinnamat (DOBAMBC), Hexyloxybenzyliden-p′-amino-2-chlorpropyl- cinnamat (HOBACPC) und 4-o-(2-Methyl)-butylresorciliden-4′-octylanilin (MBRA8).

Wenn eine Flüssigkristallzelle bzw. Flüssigkristall-Einrichtung unter Anwendung dieser Flüssigkristalle aufgebaut wird, kann sie auf einem Block aus z. B. Kupfer gelagert sein, in dem ein Heizkörper eingebettet ist, damit eine Temperatur eingestellt werden kann, bei der der Flüssigkristall die smektische Phase, wie z. B. SmC*, SmH*, SmI*, SmJ*, SmK*, SmF* und SmG*, annimmt.

In Fig. 7 ist schematisch ein Beispiel einer Flüssigkristallzelle dargestellt, um ihre Arbeitsweise zu erläutern. Die Bezugszahlen 71a und 71b bezeichnen die Substrate (Glasplatten), auf denen eine durchsichtige Elektrode aus beispielsweise In₂O₃, SnO₂ oder ITO (Indium-Zinn-Oxid) angeordnet ist. Ein Flüssigkristall aus z. B. einer SmC*-Phase, in der die Flüssigkristall- Molekularschichten 72 senkrecht zu den Oberflächen der Glasplatten ausgerichtet sind, ist luftdicht zwischen den Glasplatten angeordnet. Die ausgezogene Linie 73 zeigt die Flüssigkristall-Moleküle. Jedes Flüssigkristall-Molekül 73 hat ein Dipolmoment (P_⟂) 74 in einer zur Molekülachse senkrechten Richtung. Wenn an die auf den Substraten 71a und 71b ausgebildeten Elektroden eine Spannung angelegt wird, die größer als ein bestimmter Schwellenwert ist, wird die Schraubenstruktur der Flüssigkristall-Moleküle 73 unter Änderung der Ausrichtung der betreffenden Flüssigkristall-Moleküle 73 gelockert oder "abgewickelt", so daß die Dipolmomente (P_⟂) 74 alle in die Richtung des elektrischen Feldes gerichtet sind. Die Flüssigkristall-Moleküle 73 haben eine längliche Gestalt und zeigen Brechungsanisotropie zwischen ihrer langen Achse und ihrer kurzen Achse. Wenn daher z. B. im Verhältnis gekreuzter Nicols, d. h. bei sich kreuzenden Polarisationsrichtungen, angeordnete Polarisatoren auf der oberen und unteren Oberfläche der Glasplatten angeordnet werden, wirkt die so ausgebildete Flüssigkristallzelle als optische Flüssigkristall-Modulationseinrichtung, deren optische Eigenschaften in Abhängigkeit von der Polarität der angelegten Spannung variieren. Wenn ferner die Dicke der Flüssigkristallschicht klein genug ist (z. B. 1 µm), wird die Schraubenstruktur der Flüssigkristall-Moleküle bei Abwesenheit eines elektrischen Feldes gelockert, wobei das Dipolmoment einen von zwei Zuständen annimmt, nämlich Pa in Richtung nach oben 84a oder Pb in Richtung nach unten 84b, wie es in Fig. 8 dargestellt ist. Wenn elektrische Felder Ea oder Eb, die stärker als ein bestimmter Schwellenwert und in der Polarität - wie in Fig. 8 gezeigt - voneinander verschieden sind, an eine Flüssigkristallzelle mit den vorstehend erwähnten Merkmalen angelegt werden, wird das Dipolmoment je nach dem Vektor des elektrischen Feldes Ea oder Eb in die obere Richtung 84a oder die untere Richtung 84b gerichtet. Dementsprechend werden die Flüssigkristall- Moleküle in einen ersten stabilen Zustand 83a (heller Zustand) oder einen zweiten stabilen Zustand 83b (dunkler Zustand) orientiert.

Durch die Verwendung der vorstehend erwähnten Flüssigkristallzelle als optische Modulationseinrichtung ist es möglich, zwei Vorteile zu erzielen. Der erste besteht darin, daß die Ansprechgeschwindigkeit sehr hoch ist. Der zweite liegt darin, daß die Ausrichtung des Flüssigkristalls Bistabilität zeigt. Der zweite Vorteil wird z. B. an Hand der Fig. 9 näher erläutert. Wenn das elektrische Feld Ea an die Flüssigkristall-Moleküle angelegt wird, werden diese in den ersten stabilen Zustand 83a orientiert. Dieser Zustand bleibt auch stabil erhalten, wenn das elektrische Feld verschwindet. Wenn dagegen das elektrische Feld Eb angelegt wird, dessen Richtung der Richtung des Feldes Ea entgegengesetzt ist, werden die Flüssigkristall-Moleküle in den zweiten stabilen Zustand 83b orientiert, wodurch sich die Molekülrichtungen ändern. Auch dieser Zustand bleibt stabil, wenn das elektrische Feld verschwindet. Solange die Größe des anliegenden elektrischen Feldes Ea oder Eb nicht über einem bestimmten Schwellenwert liegt, befinden sich die Flüssigkristall- Moleküle in ihren Orientierungszuständen. Um in wirksamer Weise eine hohe Ansprechgeschwindigkeit und Bistabilität zu erzielen, beträgt die Spalthöhe, d. h., die Dicke der Flüssigkristallschicht, im allgemeinen 0,1 bis 3 µm. Eine elektrooptische Flüssigkristall-Einrichtung mit einer Matrixelektrodenstruktur, in der ein derartiger ferroelektrischer Flüssigkristall eingesetzt ist, wird z. B. von Clark und Lagerwall in der US-PS 43 67 924 beschrieben.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallzelle mit einem Paar von Substraten, zwischen denen ein Spalt angeordnet ist, und einem in der Zellenkonstruktion eingeschlossenen chiralen, smektischen Flüssigkristall, wobei wenigstens eines der Substrate einer Ausrichtungsbehandlung unterzogen wird und der in der Zelle eingeschlossene Flüssigkristall von einer höheren Temperatur auf einen Temperaturbereich, der eine chirale, smektische Phase ergibt, abgekühlt wird, so daß der Flüssigkristall in Abwesenheit eines elektrischen Feldes eine nicht schraubenförmige Textur annimmt, wobei eine Vielzahl von Flüssigkristall- Molekularschichten parallel zueinander ausgerichtet werden, so daß zwei verschiedene stabile Orientierungszustände erhalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von zwischen den Substraten zur Einhaltung des Spaltes angeordneten Abstandselementen mit einer Höhe von 0,1 µm bis 3 µm verwendet wird, die in einem Abstand a (mm) voneinander angeordnet sind, der der Beziehung genügt, in der E den Elastizitätsmodul (N/mm²) und t die Dicke (mm) des flexiblen Substrates bezeichnen, mit der Maßgabe, daß als flexibles Substrat (102) entweder eine Glasplatte mit einer Dicke t (mm) von 0,2 oder weniger verwendet wird, wenn a (mm) 2 oder weniger beträgt, oder eine uniaxial gereckte Polyesterfolie mit einer Dicke t (mm) von 0,025 oder mehr verwendet wird, wenn a (mm) 0,5 oder weniger beträgt, so daß die Schwankung der Spalthöhe auf 10% oder weniger eingestellt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Glasplatte a (mm) 0,8 oder weniger beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Glasplatte a (mm) 0,5 oder weniger beträgt.