DE3784597T2

DE3784597T2 - Fluessigkristallvorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung mit hilfe von abstandshaltern, die durch aufdrucken geformt werden.

Info

Publication number: DE3784597T2
Application number: DE8787112591T
Authority: DE
Inventors: Akira Mase; Hiroyuki Sakayori; Masahiko Sato; Shunpei Yamazaki
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1986-09-04
Filing date: 1987-08-28
Publication date: 1993-06-17
Anticipated expiration: 2007-08-29
Also published as: US4924243A; EP0258848B1; JPS6363020A; DE3784597D1; EP0258848A2; EP0258848A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Einrichtung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Eine fotoelektrische Einrichtung nach dem Stand der Technik mit Flüssigkristall ist in Fig. 1 dargestellt. Die Einrichtung, wie eine Flüssigkristallanzeige, umfaßt ein Paar Substrate 1 und 1', die miteinander mit einem geeigneten Abstand dazwischen verbunden sind, eine Flüssigkristall- Schicht 5, die zwischen dem Paar Substrate 1 und 1' angeordnet ist, gegenüberliegende Elektroden 2 und 2', die an den gegenüberliegenden Innenoberflächen der Substrate 1 und 1' in der Form einer Matrix gebildet sind, und eine ausgerichtete Beschichtung 3 und 3' an den gegenüberliegenden Innenseiten, die an die Flüssigkristall-Schicht 5 angrenzen. Durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden 2 und 2' werden die optischen Eigenschaften des Flüssigkristalls 5 bei dem elektrischen Feld geändert, das durch die angelegte Spannung hervorgerufen wird. Die Einrichtung kann nämlich durch Anlegen einer Spannung wahlweise an jedes Bildelement der Matrix gesteuert werden, eine Abbildung oder ein Bild anzuzeigen oder eine Information in Größen von codierten Signalen zu speichern.
Der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Substraten 1 und 1' ist ungefähr 10 um, während eine Einrichtung mit dem Abstand von 5 um nun entwickelt wird. Obgleich Einrichtungen mit verdrehtem, nematischem Flüssigkristall mit Abständen dieser Größe hergestellt werden können, wird von dem Abstand verlangt, daß er auf weniger als 3 um allgemein 2 ±0,5 um, verringert wird, wenn ein ferroelektrischer Flüssigkristall für die Einrichtung statt eines nematischen Flüssigkristalls verwendet wird.
Herkömmlicherweise wurde der Abstand aufrecht erhalten, indem Abstandsstücke 7 und 4 zwischen dem Paar von Substraten 1 und 1' angeordnet werden. In der Figur sind zwei Arten von Abstandsstücken dargestellt; eines ist mit einem Dichtungselement 6 vermischt und das andere ist zwischen den gegenüberliegenden Elektroden 2 und 2' angeordnet. Beispielsweise sind die Abstandsstücke 4 eine Mehrzahl sphärischer Teilchen aus einem organischen Kunststoff, wie Micro Pearl SP-210, die einen Durchschnittsdurchmesser von 10,0 ± 0,5 um aufweisen und aus einem überbrückten Polymer aus Divinylbenzen hergestellt sind. Die Abstandsstücke der Micro Pearl SP-210 sind vollkommene Kugeln. Die Abstandsstücke 4 verhindern die Substrate 1 und 1' an einer Berührung aufgrund der Unebenheit der Substrate oder wegen äußeren Drucks.
Jedoch stehen die Abstandsstücke 4 und die Elektroden 2 und 2' in Punktberührung, so daß die Elektoden 2 und 2' konzentriertem Druck ausgesetzt sind. In dem Fall, bei dem aktive Einrichtungen nahe den Elektroden 2 und 2' vorgesehen sind, kann der konzentrierte Druck die aktiven Einrichtungen zerstören oder die Elektrodenkreise unterbrechen und deshalb die Flüssigkristalleinrichtung fehlerhaft machen. Ferner ist es selbst mit den Abstandsstücken 7 und 4 sehr schwierig, einen konstanten Abstand zwischen den Substraten zu erhalten, da die Abstandsstücke, wenn sie zwischen den Substraten verteilt werden, dazu neigen, sich an örtlichen Stellen auf den Substraten zusammenzulagern, und weil die Durchmesser der Abstandsstücke nicht konstant sind. Selbst wenn eine gleichförmige Verteilung der Abstandsstücke zwischen den Substraten erhalten wird, wird die Verteilung während des Füllvorgangs des Flüssigkristalls gestört. Insbesondere, wenn ein ferroelektrischer Flüssigkristall zwischen den Substraten mit einem Abstand von 3um oder weniger angeordnet wird, wird der Flüssigkristall in den Abstand mittels der Kapillarwirkung von einer Öffnung, die in einem Bereich des abgedichteten Umfangs der Substrate vorgesehen ist, in der Weise eingebracht, daß der Einlaß in eine Flüssigkristallmenge in einem Vakuumzustand eingetaucht wird und dann der Druck erhöht wird, so daß an dem Flüssigkristall bewirkt wird, daß er in die Einrichtung durch die Öffnung wegen des den Druckunterschied eintritt. So neigt der Strom des Flüssigkristalls dazu, die verteilten Abstandselemente zu bewegen. Wegen der Ungleichförmigkeit des Abstandes tritt ein Farbschatten auf einer Anzeige mit einem ferroelektrischen Flüssigkristall auf, der Doppelbrechung verwendet. Der Fehler kann nur aufgrund von Außendruck auftreten, wie ein Druck mit einem Finger.
JP-A61 183 625 offenbart eine Flüssigkristall-Einrichtung, die eine Mehrzahl von Abstandselementen und ein Dichtungselement einschließt. Obgleich die Möglichkeit die Bildung der Abstandselemente und des Dichtungselementes durch Aufdrucken erwähnt ist, ist kein Hinweis auf die Art gegeben, wie das Aufdrucken durchgeführt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist deshalb eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung eine Flüssigkristall-Einrichtung ohne Farbschatten zu schaffen.
Es ist eine weitere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristall-Einrichtung mit hoher Ausbeute zu schaffen.
Es ist eine weitere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung eine Flüssigkristall-Einrichtung zu schaffen, die eine Widerstandsfähigkeit gegenüber einem äußeren Stoß aufweist.
Es ist eine noch weitere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristall-Einrichtung mit geringen Kosten zu schaffen.
Es ist wiederum eine noch weitere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, ein vereinfachtes Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristall-Einrichtung zu schaffen.
Diese Zielsetzungen werden mittels des Verfahrens erreicht, das im Anspruch 1 angegeben ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Flüssigkristall-Einrichtung nach dem Stand der Technik zeigt.
Fig. 2 ist eine Seitenansicht, die ein Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristall-Einrichtung gemäß der Erfindung zeigt.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Flüssigkristall-Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 4 ist ein graphisches Diagramm, das in Beziehung auf die Position des Substrats die Abstände zwischen Paaren von Substraten einer Flüssigkristall-Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und einer Flüssigkristall- Einrichtung nach dem Stand der Technik zeigt.
Fig. 5(A)u.(B) sind Quersichtsansichten, die Abänderungen der Einrichtungen gemäß der Erfindung zeigen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN IM EINZELNEN

Es wird nun auf die Fig. 3 bezug genommen, in der eine Flüssigkristall-Einrichtung geinäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. In der Figur umfaßt die Flüssigkristall- Einrichtung ein Paar transparenter Substrate 1 und 1', die im Abstand von 3um, das heißt 2,2 ± 0,5 um zueinander gepaßt sind, eine Mehrzahl erster Elektrodenstreifen 2 und eine Mehrzahl zweiter Elektrodenstreifen 2', die beide aus leitenden, transparenten Oxyden, wie Indiumzinnoxyd, SnO&sub2; oder ähnlichem hergestellt sind und in orthogonalen Richtungen verlaufen, um eine Matrix zu bilden, eine Mehrzahl Säulen 9 als Abstandselemente und ein Dichtungselement 9', die beide aus einem Klebemittel gemacht sind, beispielsweise einem Epoxidharz, wie "UV-307" das von Grace Japan Ltd. vertrieben wird, und eine Flüssigkristall-Schicht, die zwischen den Substraten 1 und 1' angeordnet ist. Die Innenoberflächen der Substrate 1 und 1' sind mit einer 500 Å dicken, ausgerichteten dünnen Schicht 3 aus Polyimid auf den ersten und zweiten Elektrodenstreifen 2 bzw. 2' beschichtet. Den ausgerichteten Schichten wird eine Reibebehandlung verleihen.
Als nächstes wird das Verfahren einer Flüssigkristall-Einrichtung unter Verwendung einer Siebdruckmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Fig. 2 umfaßt die Aufdruck-Druckmaschine einen mit einem Epoxidharzklebemittel gefüllten Behälter 12, einen Zylinder 13, dessen Oberfläche gemäß einem vorgegebenen Muster 14 geritzt ist, eine Rakel 15, eine Druckwalze 11, die mit dem Zylinder 13 in Eingriff steht, und eine Gegenwalze 10, die unmittelbar unter der Druckwalze 11 mit einem geeigneten Zwischenraum zwischen ihnen vorgesehen ist. Das Klebemittel in dem Behälter 12 ist mit einem Verdünnungsmittel auf 200 Centipoise bis 100 Poise (1 Poise = 0,1 Nm&supmin;² s) verdünnt. Ein Substrat 1 wurde mit ersten Elektrodenstreifen versehen und eine ausgerichtete Schicht ist zwischen der Aufdruckwalze 11 und der Gegenwalze 10 angeordnet und bewegt sich zur rechten Seite, wenn sich die zwei Walzen drehen. Beim Drehen um ihre Achsen gelangt die Oberfläche des Zylinders 13 durch das Klebemittel in dem Behälter 12 hindurch und nimmt es darauf auf. Das Klebemittel auf der Oberfläche des Zylinders 13 wird durch die Rakel 15 abgestrichen, wobei die Bereiche zu dem eingekratzten Muster 14 zurückbleiben. Die Aufdruckwalze 11 nimmt das Klebemittel in dem Muster 14 auf, da sie an dem Zylinder 13 eingreift. Die Oberfläche des Substrats 1 wird mit dem Klebemittel gemäß dem Muster 14 aufgedruckt. Das auf gedruckte Klebemittel wird zu den Pfosten 9 und dem Dichtungselement 9', die in Fig. 2 gezeigt sind.
Die Höhe der Pfosten 9 beträgt ungefähr 20 um, wenn sie auf das Substrat aufgedruckt werden, was in Abhängigkeit von dem Durchmesser der Pfosten gesteuert werden kann. Das Dichtungselement 9' ist mit einer Öffnung zum Einbringen eines Flüssigkristalls durch sie hindurch in die Flüssigkristall-Einrichtung ausgebildet. Die Pfosten 9 auf dem Elektrodenstreifen 2 besitzen einen Querschnitt von 20 um x 20 um mit jeweils Zwischenräumen von 400 um dazwischen. Das mit der Dichtungsharzschicht 9' und den Pfosten 9 versehene Substrat wird im Vakuum an ein gegenüberliegendes Substrat 1' angepaßt, das mit einer Mehrzahl zweiter, transparenter Elektrodenstreifen ausgebildet ist, die sich in der Richtung senkrecht zu den ersten Elektrodenstreifen 2 auf dem Substrat 1 erstrecken, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Die aneinanderangepaßten Substrate 1 und 1' werden durch Backen bei 150ºC während einer Stunde unter Druck aneinander befestigt, der von beiden Außenseiten der aneinanderanpaßten Substrate angewendet wird. Durch dieses Brennen wird die Dicke auf weniger als 3 um, das heißt 2 ± 0,5 um verringert, die für eine ferroelektrische Flüssigkristalleinrichtung geeignet ist. In diesem Zusammenhang wird, wenn wenigstens ein Substrat einige Biegbarkeit aufweist, der Abstand zwischen den Substraten selbst dann konstant gehalten, wenn das Substrat etwas verwunden wird die Pfosten, die dieselbe Höhe aufweisen, die Substrate zwingen, einander auszugleichen. Zwischen den angepaßten Substraten wird mit einem bestehenden Verfahren ferroelektrischer Flüssigkristall angeordnet.
Versuchsmäßig wurde der Abstand zwischen Substraten von 200 mm x 300 mm gemessen, die gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden waren. Neun Meßpunkte wurden auf den diagonalen Linien der Substrate mit einem Abstand von 40 mm genommen. 18 bezeichnet die Ergebnisse in Fig. 3. Als Bezug bezeichnet 17 die entsprechenden Abstände einer Einrichtung, die gemäß einem Verfahren nach dem Stand der Technik hergestellt worden ist, wobei die Abstandselemente aus Siliziumoxyd einen-Durchmesser von 2,0 ± 0,3 um besaßen, die in Methylalkohol verteilt waren. Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, ist der Abstand gemäß der Erfindung in hohem Maße konstant, während der Abstand gemäß dem Stand der Technik im wesentlichen streut, und besonders in der Mittelposition groß ist. Im Fall der vorliegenden Erfindung wird der Abstand im wesentlichen nicht verändert, selbst wenn mit einem Finger gedrückt wird. Die Schwankung betrug nur ± 0,5 um. Wenn die Erfindung bei einer Flüssigkristall-Tafel von 20 cm x 30 cm angewendet wird, die mit einer aktiven Matrixstruktur mit 400 x 1920 Bildelementen gebildet wird, wurde der Abstand zwischen einem Paar von Substraten auch konstant gehalten.
Demgemäß kann eine Endbearbeitung der Oberfläche eines Substrats durch das Vorsehen von Pfosten, wie es oben beschrieben wurde, fortgelassen werden. Die Kosten zur Endbearbeitung sind höher als der Preis eines Substrats für eine Flüssigkristall-Einrichtung, so daß der Preis um einen Faktor 2 bis 5 gesenkt werden kann. Auch werden gemäß der Erfindung der Dichtungsvorgang und der Abstandelemente-Verteilungsvorgang gleichzeitig durchgeführt. Ferner werden Abstandselemente mit einem Abstand von 400 um hergestellt, der dem Abstand zwischen benachbarten Bildelementen entspricht, so daß die mit den Abstandelementen konstruierte Einrichtung eine Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren Stößen aufweist.
Fig. 5(A) und 5(B) sind Querschnitte, die eine zweite und eine dritte Ausführungsform der Erfindung zeigen. In Fig. 5(A) sind Pfosten mit Kugeln 19 und Klebemittel 20 gebildet, das auf die Kugeln angewendet wird, um eine Lageänderung der Kugeln auf den Substraten 1 und 1' zu verhindern. Das Klebemittel 20 kann fortgelassen werden. Beispielsweise werden, nachdem die Kugeln aus einem Epoxidharz zwischen den Substraten verteilt worden sind, die Kugeln 19 zwischen den Substraten 1 und 1' bei einer hohen Temperatur gedrückt und schmelzen an ihren Berührungsbereichen mit den Substraten. Die Kugel 19 und die Substrate werden durch Erwärmen verschmolzen. Fig. 5(B) ist hauptsächlich vorbereitet worden, um zu zeigen, daß die Pfosten 14 zwischen benachbarten Bildelementen vorgesehen sein können.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristall-Einrichtung mit den Schritten:

Bilden einer Elektrodenanordnung auf den inneren Oberflächen eines Paares von Substraten (1, 1');

Drucken eines vorgeschriebenen Musters eines Materials zum Bilden von Pfosten (9) und eines Dichtgliedes (9') auf der inneren Oberfläche eines (l) der Substrate (1, 1');

Zusammenfügen und Vereinigen des Paares von Substraten (1, 1'), und Anordnen eines Flüssigkristall-Materials zwischen dem Paar von Substraten (1, 1'); dadurch gekennzeichnet, daß

das Drucken von einer Druckerpresse ausgeführt wird, die einen Behälter (12), der das Material enthält, einen Zylinder (13), der drehbar ist und das Material auf seiner Oberfläche erhält, wobei der Zylinder (13) mit den Mustern entsprechenden Einschnitten ausgebildet ist, einen Abstreifer (15) zum Abstreifen des Materials, das nicht in dem Muster (14) festgehalten ist, und eine Druckerrolle (11) umfaßt, die mit dem Zylinder (13) im Eingriff ist und das Material in Form des vorgeschriebenen Musters (14) erhält, wobei

die Druckerrolle (11) mit dem einen Substrat (1) in Eingriff bringbar ist, um das Muster (14) von der genannten Oberfläche auf eine Oberfläche des Substrats (1) zu übertragen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Flüssigkristall-Material ferroelektrisch ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Druckerpresse außerdem eine neben der Druckerrolle (11) mit einem geeigneten Intervall angeordnete Begleitrolle (10) aufweist, die sich mit der Druckerrolle (11) dreht, so daß ein Substrat (1) zwischen diesen transportiert werden kann.

4. Verfahren einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Material ein Harz ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Harz ein Epoxy-Klebstoff ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Abstand zwischen dem Paar von Substraten (1, 1') weniger als 3 um ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Flüssigkristall ein ferroelektrisches Flüssigkristall ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Abstand 2,2 ± 0,5 um ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche l bis 8, das außerdem einen Schritt zum Backen der Substrate (1, 1') aufweist, die durch den Vereinigungsschritt vereinigt sind.