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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
Genauer gesagt, betrifft sie die Herstellung einer sogenannten Flüssigkristallanzeigevorrichtung
vom Typ mit aktiver Ansteuerung mit einem hervorragenden Spannungsbeibehaltungs-
Vermögen, welche als ihre Flüssigkristallzelle ein mit einer Schaltvorrichtung wie einem MIM-
Element (ein Metall-Isolator-Metall-Feldeffektelement), einem Dünnfilmtransistorelement vom
Feldeffekttyp (TFT-Element) oder dergleichen ausgestattetes Substrat verwendet.
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Als herkömmliche Anzeigevorrichtungen, die Flüssigkristalle verwenden, wurden im
allgemeinen Anzeigevorrichtungen mit verdrilltem nematischen Flüssigkristall verwendet, worin
ein Paar gegenüberliegender Elektrodensubstrate mit einem Ausrichtungsfilm auf jeder
Oberfläche so angeordnet sind, daß die Ausrichtungs-Richtungen der Filme einander unter einem
gegebenen Winkel schneiden, und Flüssigkristalle im Zustand der verdrillten Orientierung
zwischen die entgegengesetzten Substrate gefüllt werden. Eine Anzeigevorrichtung mit
verdrilltem nematischen Flüssigkristall, worin der verwendete Verdrillungswinkel der
Flüssigkristalle auf einen Winkel von 90º oder mehr eingestellt wird, ist auch als Anzeigevorrichtung
mit superverdrilltem nematischen Flüssigkristall bekannt. Ferner ist auch eine
Flüssigkristallanzeige vom sogenannten "Guest-Host"-Typ, die durch Zugabe von einem oder mehreren
Farbstoffen zu den Flüssigkristallen gebildet wird, bekannt. Derartige Anzeigearten werden
hier im folgenden als verdrillt nematische Flüssigkristallanzeigen bezeichnet.
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Als eine unter derartigen Vorrichtungen, gibt es eine Anzeigevorrichtung mit verdrilltem
nematischen Flüssigkristall für eine Matrixanzeige oder eine TV-Anzeige, worin viele
Pixelelektroden (welche gewöhnlich transparente Elektroden sind) und viele MIM-Elemente oder
TFT-Elemente zur An- und Abschaltung der Elektroden in den Elektrodensubstraten
eingebunden sind, was auch als Anzeigevorrichtung mit verdrilltem nematischen Flüssigkristall
vom aktiven Typ bekannt ist.
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Andererseits sind verschiedene anorganische oder organische Materialien für auf den
Elektrodensubstraten ausgeformte Ausrichtungsfilme in den obenstehend erwähnten
Flüssigkristallanzeigevorrichtungen verwendet worden. Spezifischerweise werden vollständig aromatische
Polyimide, die über eine aus einer aromatischen Tetracarbonsäure wie Pyromellitsäure (oder
ihrem Dianhydrid) und einem aromatischen Diamin abgeleitete Polyaminsäure hergestellt
werden, als ein geeignetes Material zur Bildung des Ausrichtungsfilmes unter dem
Gesichtspunkt verwendet, daß die Polyimide eine hervorragende chemische Stabilität und
Temperaturbeständigkeit besitzen.
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Um jedoch eine stabile und gute Anzeige in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom aktiven
Typ zu erreichen, ist es erforderlich, daß die zwischen jede der Pixelelektroden angelegte
Spannung für eine gegebene Zeitdauer ohne Verlust konstant bleibt. Es ist nämlich erwünscht,
daß der elektrische Widerstand zwischen den Pixelelektroden so hoch wie möglich ist. Für den
Zweck, die obengenannte Eigenschaft der Vorrichtungen zu bewerten, wird zum Beispiel das
Aufstellen des folgenden Verhältnisses vorgeschlagen, d.h. das Spannungsbeibehaltungs-
Verhältnis P = (Effektiver Wert der Drain-Spannung für 1/60 sec/Quellen- bzw. Source-
Spannung). Es zeigt das Ausmaß des Absinkens einer, durch das Anlegen einer Pulsspannung
an ein Gatter eines TFT in einer mit einem TFT-Element angesteuerten Flüssigkristallvorrichtung
erzeugten Drain-Spannung für 1/60 Sekunde an. Wenn dieses Verhältnis verwendet wird, ist es
erwünscht, daß es so hoch wie möglich sein sollte.
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Allerdings war es für eine Flüssigkristallvorrichtung, die einen Ausrichtungsfilm des
herkömmlichen vollständig aromatischen Polyimids, wie obenstehend erwähnt, verwendet,
schwierig, stabile und gute Anzeigemerkmale wie eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom
aktiven Typ aufzuzeigen, da sie ein niedriges Spannungsbeibehaltungs-Verhältnis P besaß,
selbst wenn andere Zustände geeignet sind.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter derartigen Umständen angefertigt und beabsichtigt,
eine Anzeigevorrichtung mit verdrilltem nematischem Flüssigkristall bereitzustellen, welche
insbesondere ein hohes Spannungsbeibehaltungs-Verhältnis aufweist und welche für eine
Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom aktiven Typ sehr geeignet ist.
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Es wurde nun festgestellt, daß eine hinsichtlich des Spannungsbeibehaltungs-Verhältnisses
bemerkenswert verbesserte und zur Hervorbringung einer stabilen und guten Anzeige fähige
Flüssigkristallanzeigevorrichtung erhalten werden kann, indem für den Ausrichtungsfilm ein
Polyimid verwendet wird, das eine alicyclische Komponente in der Hauptkette aufweist und
das von einer alicyclischen Tetracarbonsäure anstatt von dem herkömmlichen vollständig
aromatischen Polyamid abgeleitet ist.
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Die vorliegende Erfindung stellt nun ein Verfahren zur Herstellung einer Anzeigevorrichtung
mit verdrilltem nematischen Flüssigktistall zur Verfügung, das die folgenden Schritte umfaßt
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i) Herstellen eines Polyimids durch Polykondensation, in Abwesenheit eines Monoamins, eines
alicyclischen Tetracarbonsäuredianhydrids und eines Diamins, wobei das alicyclische
Tetracarbonsäuredianhydrid aus
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und
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gewahlt wird;
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ii) Bilden eines Ausrichtungsfilms aus dem Polyimid auf den Oberflächen zweier
Elektrodensubstrate; und
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iii) Anordnen der Elektrodensubstrate, so daß sich die Ausrichtungsfilme gegenüberliegen und
mit einem Flüssigkristallmaterial in verdrillter Orientierung zur Ausfüllung des Raums zwischen
den Elektrodensubstraten.
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Die durch das Veffahren der vorliegenden Erfindung hergestellte
Flüssigkristallanzeigevorrichtung kann aufgrund ihres höheren Spannungsbeibehaltungs-Verhältnisses eine stabile
und gute Anzeige ausführen, und insbesondere wenn sie als Anzeigevorrichtung vom aktiven
Typ verwendet wird, kann sie auch eine gleichförmige Anzeige hinsichtlich des Kontrastes
aufweisen.
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Die Erfindung wird lediglich beispielhaft unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
veranschaulicht, worin
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die Fig. 1A und 1B eine diagrammartige Seitenansicht bzw. diagrammartige Grundriß-Ansicht
einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigen;
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die Fig. 2A und 2B eine diagrammartige Grundriß-Ansicht sind, welche ein Muster eines
Glassubstrates zeigen, das verwendet wird, wenn eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung der
vorliegenden Erfindung hergestellt wird; und
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die Fig. 3 eine Abbildung eines Ersatzstromkreises ist, welcher verwendet wird, wenn ein
Spannungsbeibehaltungs-Verhältnis gemessen wird.
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Der Ausrichtungsfilm der vorliegenden Erfindung kann durch Polykondensation eines
alicyclischen Tetracarbonsäuredianhydrids und eines Diamins, Bildung eines alicyclischen
Polyimid-Films auf einem Substrat und Reiben der Oberfläche des Films gebildet werden.
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Im besonderen kann
der alicyclische Polyimid-Film durch Lösen des alicyclischen
Tetracarbonsäuredianhydrids und des Diamins, oder der Polyaminsäure oder des Polyimids, welche(s)
durch Polykondensation des alicyclischen Tetracarbonsäuredianhydrids und des Diamins
hergestellt wurde, in einem polaren Lösungsmittel wie Dimethylacetamid (DMAC),
γ-Butyrolacton oder N-Methylpyrrolidon (NMP), Aufbringen der resultierenden Lösung auf
die Oberfläche eines vorgegebenen Elektrodensubstrates durch ein Schleuderverfahren, ein
Eintauchverfahren oder dergleichen und Wärmebehandlung des Substrates gebildet werden.
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Die obengenannte Wärmebehandlung wird geeigneterweise bei etwa 150 bis 220ºC und
vorzugsweise bei 200ºC ± 20ºC durchgeführt. Die Dicke des letztlich gebildeten Films liegt im
allgemeinen geeigneterweise im Bereich von etwa 30 bis 150 nm (300 bis 1500 Å) und kann
durch Regelung der Menge der Beschichtung passend eingestellt werden. Eine Filmdicke von
weniger als 30 nm (300 Å) vermindert die Ausrichtungsstabilität, und eine von mehr als
150 nm (1500 Å) ergibt Ungleichmaßigkeiten im Kontrast. Daher ist dies beides unerwunscht.
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Die bei der Herstellung der Polyimide verwendeten Diamine schließen zum Beispiel
Verbindungen der folgenden Formel ein:
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worin B für ein Sauerstoffatom oder eine Niederalkylengruppe steht.
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Ferner kann die Flüssigkristallanzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung nicht nur eine
Anzeigevorrichtung mit verdrilltem nematischen Flüssigkristall vom aktiven Typ sein, sondern
auch eine herkömmliche Flüssigkristallanzeigevorrichtung, welche eine Segmentanzeige
durchführt, und eine Anzeigevorrichtung mit superverdrilltem nematischen Flüssigkristall.
Insbesondere die Vorrichtungen vom aktiven Typ werden bevorzugt, weil der obengenannte
Effekt bei einem derartigen Typ am wirkungsvollsten herbeigeführt wird. Diese
Flüssigkristallanzeigevorrichtungen können durch Verwendung des angegebenen Paares von Substraten mit
den speziellen Ausrichtungsfilmen wie vorstehend beschrieben, Ausfüllen des Raumes
zwischen den Substraten mit einem Flüssigkristall auf eine herkömmliche Weise und
geeignetem Installieren von Ausstattungen wie einem Filter für polarisiertes Licht und
dergleichen hergestellt werden. In der Vorrichtung vom aktiven Typ werden die
Elektrodensubstrate, an welchen viele MIM-Elemente oder TFT-Elemente angebracht sind, in geeigneter
Weise verwendet, und insbesondere wird es bevorzugt, die durch integrales Ausbilden eines
amorphes Silicium umfassenden TFT-Elementes auf den Oberflächen der Glassubstrate
hergestellten Elektrodensubstrate zu verwenden.
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Bei der vorliegenden Erfindung weist ein, einen Film aus alicyclischem Polyimid umfassender
Ausrichtungsfilm eine Wirkung auf, welche das Spannungsbeibehaltungs-Verhältnis der
Anzeigevorrichtungen mit verdrilltem nematischen Flüssigkristall erhöht. Obwohl der Grund
dafür, warum die obengenannte Wirkung entsteht, unklar ist, zieht man in Betracht, daß die
besagte Wirkung aufgrund der Tatsache entsteht, daß ein derartiger Polyimidfilm ein geringeres
Absorptionsvermögen und eine geringere Störstellen-Retention im Vergleich zu
herkömmlichen Polyimidfilmen aufweist, so daß er einen höheren elektrischen Widerstand besitzt.
BEISPIELE
Beispiel 1 (Messung des Spannungsbeibehaltungs-Verhältnisses)
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Die nachfolgend gezeigten Verbindungen A-1 bis A-7 wurden als alicyclische
Tetracarbonsäuredianhydride zur Herstellung von Ausrichtungsfilmen verwendet. Diese Verbindungen
wurden von Herstellern von Polyimid-Material erhalten.
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Ferner wurden die nachfolgend gezeigten aromatischen Verbindungen C-1 bis C-3 als
Vergleichs-Tetracarbonsäuredianhydride verwendet.
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Die nachfolgend gezeigten Verbindungen B-1 und B-2 und D-1 bis D-4 wurden als alicyclische
Diamine bzw. aromatische Diamine verwendet.
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Jedes der aus einem Tetracarbonsäuredianhydrid und einem Diamin aus den verschiedenen
obenstehend erwähnten Säuredianhydriden und Diaminen hergestellten Polymere wurde in
DMAC, NMP oder γ-Butyrolacton gelöst, um eine Beschichtungslösung mit 8 Gew.-% des
Polymeren zu erhalten.
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Die transparente ITO-Elektrode mit einem vorherbestimmten Muster wurde auf jeder
Oberfläche der zwei Scheiben der Glassubstrate (30 x 30 x 1,0 mm) durch das Sputter-
Verfahren ausgeformt. Dieses Muster ist in den Fig. 2A und 2B gezeigt, worin die Ziffern 1
und 2 für ein Glassubstrat bzw. eine transparente ITO-Elektrode stehen.
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Ein Beschichtungsfilm von etwa 100 ± 10 nm (1000 ± 100 Å) Dicke wurde auf der Oberfläche
jedes der Substrate durch Schleuderbeschichtung einer spezifischen, wie obenstehend
beschrieben hergestellten Beschichtungslösung gebildet, und dieser wurde eine Stunde lang der
Wärmebehandlung bei 200ºC unterzogen, um zu einem Polyimidfilm umgewandelt zu werden,
wohingegen die Vergleichs-Testbeispiele eine Stunde lang bei 250ºC wärmebehandelt wurden.
Die Oberfläche des Polyimidfilms wurde in einer Richtung gerieben, um einen Ausrichtungsfilm
auf der Oberfläche zu erhalten. Die Oberflächen der Polyimidfilme der zwei Substrate wurden
in einer Weise gerieben, daß die Reiberichtung des Ausrichtungsfilms des einen Substrates sich
unter einem Winkel von 90º mit derjenigen des anderen Substrates kreuzt.
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Die beiden Substrate (das Substrat mit dem Muster A und das Substrat mit dem Muster B)
wurden auf eine Weise angeordnet, daß ihre Ausrichtungsfilme sich parallel gegenüberliegen,
wobei ein gegebener Abstand mit einem zwischen den Filmen vorgesehenen Abstandshalter aus
einer einzelnen Glasfaser von 5,0 µm Durchmesser eingehalten wird, und sie werden an ihren
Rändern mit wärmehärtbarem Epoxyklebstoff angeklebt.
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Der nematische Flüssigkristall (eine PCH-Flüssigkristallmischung von Merck & Co., Inc.)
wurde mittels eines Vakuum-Imprägnierungsverfahrens zwischen die beiden Substrate imprägniert,
und die Imprägnieröffnung wurde mit einem UV-härtbaren Harz versiegelt, um eine
Flüssigkristallzelle zu erhalten, wie in der Fig. 1A und 1B gezeigt. In den obengenannten Figuren
zeigen die Ziffern 3, 4, 5 und 6 ein Versiegelungsmuster, einen Polyimid-Ausrichtungsfilm,
einen Flüssigkristall bzw. eine Versiegelungsverbindung.
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Das Spannungsbeibehaltungs-Verhältnis der obengenannten Flüssigkristallzelle wurde durch
Anlegen einer Pulsspannung an die Zelle unter Verwendung des in der Fig. 3 gezeigten
Modellstromkreises auf eine solche Weise gemessen, daß die Spannung zwischen den ITO-
Elektroden auf den beiden obenstehend erwähnten Substraten mit einem digitalen Speicher-
Meßgerät überwacht und Veränderungen der Spannung zwischen den ITO-Elektroden
gemessen wurden. Die Meßbedingungen sind wie folgt. Das Gattersignal mit einer Spannung
von 10 V und einer Pulsbreite von 30 Mikrosekunden und das Quellsignal mit einer Frequenz
von 30 Hz und einer Spannung von ±5 V wurden zwischen dem Gatter G und der Quelle S im
Modellstromkreis eingebracht. Die Veränderung der Drain-Spannung (VD) wird gemessen, um
den Effektivwert der Wellenform auf dem Meßgerät bzw. Oszilloskop zu erhalten. Das
Spannungsbeibehaltungs-Verhältnis wurde nach dem folgenden Ausdruck berechnet.
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Spannungsbeibehaltungs-Verhäitnis = Effektivwert der Entnahme-
Wellenform (V)/ 5 (V) x 100 (%).
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Die Messungen des Spannungsbeibehaltungs-Verhältnisses der Flüssigkristallzellen mit
verschiedenen Polyimid-Ausrichtungsfilmen, und die Materialien, aus denen die Filme hergestellt
wurden, sind in der Tabelle 1 gezeigt. Die Messungen sind die Mittelwerte von Originaldaten,
welche einen Streuungsbereich von etwa ± 2% aufweisen.
Tabelle 1
Test Nr.
Tetracarbonsäure
Diamin
Spannungsbeibehaltungs-Verhältnis (%)
Tabelle 1 (Fortsetzung)
Test Nr.
Tetracarbonsäure
Diamin
Spannungsbeibehaltungs-Verhältnis (%)
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Diese Messungen in den Tests in Beispiel 1 veränderten sich nicht, selbst wenn der unter den
Wärmebehandlungsbedingungen von 1 Stunde und bei 250ºC oder 2 Stunden und bei 180ºC
hergestellte Polyimidfilm in einer Flüssigkristallzelle verwendet wird.
Diskussion
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Bei den Flüssigkristallzellen der vorliegenden Erfindung (Test Nr. 1 bis 42), welche die
Elektrodensubstrate mit dem Ausrichtungsfilm aus Polyimid, welches aus einem alicyclischen
Tetracarbonsäuredianhydrid gebildet wurde, aufweisen, hat sich herausgestellt, daß sie
bemerkenswert hinsichtlich des Spannungsbeibehaltungs-Verhältnisses verbessert sind im Vergleich zu
den Flüssigkristallzellen, worin der Ausrichtungsfilm ein herkömmliches vollständig
aromatisches Polyimid oder ein aus einem aromatischen Dicarbonsäuredianhydrid gebildetes Polyimid
ist (Vergleichstests A bis N).
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Die durch Einstufung der Daten in Tabelle 1 nach den Klassen der für den Ausrichtungsfilm
verwendeten Tetracarbonsäure und des verwendeten Diamins zusammengefaßten Ergebnisse
sind in der Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2
Klasse
Typ der cycloaliphatischen oder aromatischen Gruppe in der Tetracarbonsäure
Typ der cycloaliphatischen oder aromatischen Gruppe im Diamin
Entsprechende Test-Nr. in Tabelle 1
Spannungsbeibehaltungs-Verhältnis der Vorrichtung (%)
Cyclopentan/Cyclohexan
Bicyclooctan
Cyclohexen
Cyclohexan
Benzol
Vgl.-Tests H bis N
Vgl.-Tests A bis G
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Wie in der Tabelle 2 zu sehen, wiesen die Zellen der Klasse (a), worin der Ausrichtungsfilm
verwendet wird, welcher aus einer Tetracarbonsäure und einem Diamin hergestellt ist, die
beide eine oder mehrere Cyclohexankomponenten oder Cyclopentan- und
Cyclohexankomponenten beinhalten, den besten Wert des Spannungsbeibehaltungs-Verhältnisses von 99,0 %
auf Eine oder mehrere alicyclische Gruppen in der Tetracarbonsäure zeigten eine große
Wirkung.
Die Vorrichtungen der Klasse (d), worin eine oder mehrere Cyclohexangruppen in der
Tetracarbonsäure enthalten waren, wiesen den Wert von 97,9 % für das
Spannungsbeibehaltungs-Verhaltnis auf, wohingegen die Zellen der Klasse (h), worin eine oder mehrere
Benzolgruppen in sowohl der Tetracarbonsäure als auch dem Diamin enthalten waren, den Wert
77,9 % aufwiesen. Die in die Verbindungen eingeführten alicyclischen Gruppen zeigten ein
besseres Spannungsbeibehaltungs-Verhältnis in der Reihenfolge Cyclopentan/Cyclohexan-
Reihe > Bicyclooctan-Reihe > Cyclohexen-Reihe.
Beispiel 2
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Kombinationen von Tetracarbonsäure und Diamin, d.h. A-1/D-2, A-2/D-1, A-3/D-1, A-4/D-4,
A-2/B-1 und A-7/D-2, entsprechend zu Test Nr. 2, 7, 11, 13, 22 und 38 in Beispiel 1, wurden
ausgewählt, und die Elektrodensubstrate wurden unter Verwendung der Kombinationen
hergestellt. Die -Dünnfilmtransistor-Anzeigevorrichtungen vom Feldeffekt-Typ mit verdrilltem
nematischen Flüssigkristall (TFT-TNLCD, "thin film transisitor twisted nematic liquid crystal
display") für eine TV-Anzeige wurden danach unter Verwendung der obengenannten
Elektrodensubstrate hergestellt. Die obengenannten Anzeigevorrichtungen wurden auf die
folgende Weise hergestellt.
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Zuerst wurde auf einer Oberfläche von einem aus einem Paar von Glassubstraten ein amorpher
Silicium-TFT für jeden Pixel durch ein herkömmliches Verfahren gebildet. Die Anzahl der
Pixel betrug 240 x 384. Auf einer Oberfläche des anderen wurden R.G.B.-Farbfilter-Pixel
durch das Färbeverfahren unter Verwendung von Gelatine gebildet, und über den Pixeln wurde
ein transparenter und elektrisch leitfähiger I.T.O.-Film durch das Sputterverfahren gebildet.
Auf die so erhaltenen Substrate wurde jeweils auf die Oberfläche eines von den sechs
obenstehend beschriebenen Polyimid-Materialien mittels eines Offset-Druckverfahrens aufgebracht,
und unter Verwendung des Resultates daraus wurde eine Flüssigkristallanzeigezelle mittels
eines herkömmlichen Verfahrens hergestellt. Die Dicke des Films betrug 60 nm (600 Å), und
der Polyimidfilm wurde 1 Stunde lang bei 200ºC gebildet. Die Dicke der Zelle war 5,0 µm, und
es wurde eine Flüssigkristallmischung der PCH-Serie von Merck & Co., Inc., verwendet.
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Als TV-Bilder unter Einsatz der obengenannten Flüssigkristallzelle angezeigt wurden, wurde
Spannung in ausreichendem Maße an jeden der Pixel angelegt, um eine hervorragende Anzeige
zu erhalten, aber die unter Verwendung eines herkömmlichen Polyimides für den
Ausrichtungsfilm des Substrates hergestellte, herkömmliche Flüssigkristallzelle kann lediglich zu
einer Anzeige mit großer Unregelmaßigkeit im Kontrast führen. Insbesondere wenn ein
spezifischer Kondensator in der Flüssigkristallzelle nicht gebildet wird, war der obengenannte
Unterschied in der Anzeige größer.