DE69417124T2

DE69417124T2 - Flüssigkristallzelle mit distanzelementen und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE69417124T2
Application number: DE69417124T
Authority: DE
Inventors: John Erdmann; Philip Reif; Willis Smith
Original assignee: Hughes Electronics Corp
Current assignee: DirecTV Group Inc
Priority date: 1993-01-26
Filing date: 1994-01-14
Publication date: 1999-11-18
Anticipated expiration: 2014-01-15
Also published as: CA2132751A1; KR950701085A; AU671531B2; IL108348A; IL108348A0; NO943552L; TW269728B; NO943552D0; AU5994694A; JPH07507405A; WO1994017438A1; DE69417124D1; EP0641457B1; EP0641457A1; CA2132751C; US6049370A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft generell Flüssigkristalle und betrifft insbesondere eine verbesserte Konfiguration in einem Flüssigkristall-Lichtventil, einschließlich einer neuen Technik zur Beabstandung, um gleichförmige und steuerbare Schichtdicken des Flüssigkristalls zu erzielen.
Bei einer Art von elektrooptischer Flüssigkristall- Einrichtung ist die Konstruktion so, daß eine dünne Schicht aus Flüssigkristall zwischen zwei transparenten Platten oder zwischen einer transparenten Platte und einer verspiegelten Platte angeordnet ist, die an ihrer Innenfläche mit einer Schicht aus einem elektrischen Leiter beschichtet worden sind. Wenn zwischen den leitenden Schichten kein elektrisches Feld angelegt ist (Feld-AUS), befindet sich der Direktor des Flüssigkristalls in einem Zustand (der "Direktor" des Flüssigkristalls ist die makroskopische Richtung der molekularen Längsachse der Flüssigkristallmoleküle). Wenn ein elektrisches Feld angelegt ist (Feld-AN), orientiert sich der Direktor in einen anderen Zustand um. Da das Flüssigkristall doppeltbrechend ist, liegen in den zwei Zuständen unterschiedliche Brechungsindices vor. Die Bewegung des Direktors ruft eine Umorientierung der Polarisation hervor, wenn das Licht durch die Flüssigkristall-Schicht geht. Die auf ein angelegtes elektrisches Feld ansprechende Zustandsänderung ist die Grundlage für Flüssigkristall- Einrichtungen, die Licht steuern, wie Anzeigen und Projektoren.
Gewöhnlich ist ein Flüssigkristall-Lichtventil (LCEV) eine Einrichtung, die einen polarisierten Projektions-Lichtstrahl pixelweise polarisiert, wenn der Strahl durch eine Flüssigkristall-Schicht geht. Ein photoaktiviertes LCLV führt die pixelweise Modulierung mit einem Schreibstrahl durch, der gegen die Rückseite einer Flüssigkristall-Schicht im Reflexionsmodus gerichtet wird.
Eine vereinfachte Version eines photoaktivierten LCLV umfaßt ein transparentes Eingangssubstrat, das gewöhnlich Glas aufweist, auf dem eine transparente Elektrodenrückschicht ausgebildet ist, wie ein Indiumzinnoxid oder ein P&spplus;&spplus;-Halbleiter, sowie eine Schicht aus einem Photoleitermaterial wie Silizium oder Cadmiumsulfid. Eine Lichtsperrschicht wie SiO&sub2; oder CdTe verhindert, daß Licht, das in die Ausleseseite der Einrichtung eintritt, in den Photoleiter eintritt, während ein dielektrischer oder metallischer Matrixspiegel an der Ausleseseite der Lichtsperrschicht einen Auslesestrahl reflektiert. Eine Flüssigkristall-Schicht ist sandwichartig zwischen Ausrichtungsschichten an der Ausleseseite des Spiegels angeordnet, wobei eine Gegenelektroden-Schicht und ein vorderes transparentes Substrat wiederum an der Ausleseseite der Flüssigkristall-Zelle ausgebildet sind.
Eine Wechselspannungsquelle ist über der rückseitigen Elektrode und der Gegenelektrode angeschlossen, um eine Vorspannung einzurichten, die für das Flüssigkristall einen Betriebspunkt einstellt. Im Betrieb wird ein Eingangsbild von einer optischen Quelle wie einer Kathodenstrahlröhre (CRT), einem Abtastlaser oder dgl., an die Eingangsseite des LCLV angelegt, während ein linear polarisierter Auslesestrahl durch die LC- Zelle gesendet und von dem Spiegel durch einen Kreuzpolarisierer zurückreflektiert wird. Das Eingangsbild erzeugt eine ent sprechende räumliche Spannungsverteilung quer über der LC- Schicht, was die Ausrichtung des Flüssigkristalls in Übereinstimmung mit dem angelegten Spannungsmuster lokal ändert. Dies führt zu einer räumlichen Modulierung des Auslesestrahls, was einen Transfer von Information von dem Eingangsbild zu dem Auslesestrahl ermöglicht.
Der Betrieb dieses und anderer Arten von Flüssigkristall- Lichtventilen ist in größerer Genauigkeit in verschiedenen technischen Veröffentlichungen erörtert; siehe z. B. "Progress in Liquid Crystal Light Valves" von W. P. Bleha, in Laser Focus/-Electro-Optics, Oktober 1983, Seiten 111-120.
Frühere Versionen von Flüssigkristall-Lichtventilen (LCLVs) besaßen eine relativ schlechte Gleichförmigkeit der Schichtdicke des Flüssigkristalls, aufgrund des langsameren Ansprechverhaltens und aufgrund einer Dicke der Schichten aus Flüssigkristall (LC) von > 4 um erfüllten jedoch Abstandshalter bzw. Abstandskissen am Umfang der Anzeige die betriebsmäßigen Anforderungen.
Bereits vorgeschlagene Flüssigkristall-Lichtventile, die bei Fernsehfrequenzen arbeiten, haben eine Dicke des Flüssigkristalls im Bereich von 3 bis 4 um. Der Wunsch, die Größe von LCLV-Projektoren zu verringern, führte zu hohen Temperaturen, was wiederum dazu führen kann, daß sich die Substrate des LCLV biegen. Aus diesen Gründen ist es notwendig geworden, Abstandselemente in der Flüssigkristallschicht verteilt über die Betrachtungsfläche der Anzeige anzuordnen. Für den Erfolg eines kommerziellen Einsatzes ist ein schnelles, kostengünstiges und zuverlässiges Verfahren zum Anordnen dieser Abstandselemente in der Anzeige ein wichtiger Faktor.
Derzeit werden Abstandspartikel wie Glasfasern oder Kugeln verwendet, siehe z. B. "Optical Display Cell of Even Thickness Using Adhesive Means and Separate Adhesion-Free Spacers" von K. Shimizu et al. im US-Patent 4,390,245, herausgegeben am 28.06.1983.
Die Abstandspartikel haben jedoch die Tendenz, zu klumpen, was zu einer Überbevölkerung in einigen Bereichen führt, was die aktive Fläche der Anzeige verringert, wohingegen andere Bereiche unterbevölkert bleiben, wodurch eine Dickenvariation der Anzeige möglich wird. Das Anordnen von Abstandspartikeln auf durchgängig gleichförmige Art und Weise kann außerordentlich teuer sein. Bei diesen Techniken werden ferner an der Substratfläche zusammen mit den Abstandspartikeln Staubpartikel eingefangen. Um schließlich eine gleichförmige Trennung zwischen zwei Substraten sicher aufrechtzuerhalten, werden häufig zu viele Abstandselemente abgeschieden, was zu einer Anzeige oder einer Einrichtung schlechter Qualität führt. Maschinen zum Durchführen dieser Aufgabe mit einer angemessenen Wiederholungsrate sind ebenfalls außerordentlich teuer.
Umfänglich angeordnete Abstandselemente, die im Stand der Technik verwendet worden sind, sind nicht hinreichend, um eine gleichförmige Separation aufrechtzuerhalten, wenn sich die Substrate biegen.
Das Dokument WO 86/05283 offenbart eine Flüssigkristall- Anzeige, bei die Zelle eine gleichförmige Dicke in der Größen ordnung von 1 um besitzt. Die gleichförmige Dicke der Zelle wird gesteuert mittels eines Arrays aus Pfeilern, die zwischen den Elektroden an der rückseitigen Glasplatte angeordnet sind. Die Pfeiler weisen ein Material auf (z. B. Polyimid), das an beiden Platten anhaftet, wodurch die Tendenz verringert wird, daß sich die Platten biegen. Die Pfeiler sind direkt an der Glasplatte abgestützt, wobei ein Muster aus leitenden Elementen zwischen den Pfeilern angeordnet ist. Ferner kann eine Ausrichtungsschicht vorgesehen sein, die nicht nur die Elektroden, sondern auch die Pfeiler überdeckt. Die Ausrichtungsschicht besteht aus einem Polyestermaterial und wird durch Dreh- Abscheidung aufgebracht.
Eine weitere Anzeigeeinheit ist aus der US-A-4,422,731 bekannt. Eine Schicht aus Flüssigkristall, dessen Doppelbrechung elektrisch gesteuert ist, ist zwischen zwei dünnen Glasplatten angeordnet, die transparente Elektroden tragen und miteinander verbunden sind durch Metallbolzen, die gleichmäßig über die gesamte brauchbare Fläche beabstandet voneinander angeordnet sind, um einen Spalt konstanter Dicke aufrechtzuerhalten. Die so aufgebaute Zelle wird von parallelem Licht beleuchtet und zwischen einem Kreuzpolarisierer und einem Analysator angeordnet. Um einen Kurzschluß der transparenten Elektroden zu vermeiden, sind die Metallbolzen, die mit einer der transparenten Elektroden verbunden sein können, die kontinuierlich auf der entsprechenden Glasplatte ausgebildet ist, von dem Muster der Elektroden beabstandet, die an der anderen Glasplatte vorgesehen sind.
Folglich besteht ein Bedarf nach kostengünstigen Mitteln zum Beabstanden der Substrate, die in Flüssigkristall- Anzeigezellen für ein Flüssigkristall-Lichtventil verwendet werden, und zwar mit einer festgelegten Distanz ohne die Anzeigeeigenschaften wesentlich zu stören.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß erzielt durch eine Flüssigkristall-Anzeigezelle für ein photoaktiviertes Flüssigkristall-Lichtventil, wobei die Zelle aufweist:
- ein erstes und ein zweites Substrat, die voneinander beabstandet sind;
- eine zwischen den zwei Substraten enthaltene Flüssigkristall-Mischung;
- einen Array aus Abstandshaltern, die einen vorab ausgewählten Abstand voneinander besitzen, wobei die Abstandshalter eine vorbestimmte Höhe besitzen, um einen vorgegebenen Abstand zwischen den Substraten beizubehalten, und einen vorab ausgewählten Querschnitt besitzen, der eine wesentliche Störung der Anzeigeeigenschaften der Flüssigkristall-Anzeigezelle vermeidet, und direkt auf einer Hauptoberfläche des ersten Substrats angeordnet sind;
- eine kontinuierliche Schicht aus elektrisch leitendem Material, das auf die Oberfläche des ersten Substrates, die nicht von dem Array aus Abstandselementen bedeckt ist, und auf die Oberseite von jedem der Abstandselemente als auch auf die gegenüberliegende Oberfläche des zweiten Substrats beschichtet ist; und
- eine jeweilige Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht, die über der Schicht aus elektrisch leitendem Material gebildet ist, wobei die Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht auf der Oberseite des elektrisch leitenden Materials an den Abstandshaltern benachbart ist zu der Flüssigkristall- Ausrichtungsschicht, die über der Schicht aus elektrisch leitendem Material gebildet ist, die auf die Oberfläche des zweiten Substrats beschichtet ist.
Die obige Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristall-Anzeigezelle für ein photoaktiviertes Flüssigkristall-Lichtventil, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
(a) Bereitstellen eines ersten Substrates;
(b) entweder Beschichten einer kontinuierlichen Schicht aus elektrisch leitendem Material an einer Hauptoberfläche des ersten Substrates und Ausbilden eines Arrays aus Abstandselementen an dem leitenden Material oder Ausbilden eines Arrays aus Abstandselementen direkt auf einer Hauptoberfläche des ersten Substrates und Beschichten einer kontinuierlichen Schicht aus elektrisch leitendem Material auf der Hauptoberfläche und auf den jeweiligen Oberseiten der Abstandselemente;
(c) Bilden einer Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht an der kontinuierlichen Schicht aus elektrisch leitendem Material nach dem Schritt (b), wobei der Schritt des Bildens der Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht aufweist:
Vorbeibewegen des ersten Substrates an einer Quelle von Material für die Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht,
Abscheiden der Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht an dem leitenden Material aus der Quelle, wenn das erste Substrat an der Quelle während der Abscheidung vorbeibewegt wird, so daß die Schicht auch auf der Oberseite des Arrays aus Abstandselementen abgeschieden wird, und
Behandeln des ersten Substrates mit einem langkettigen Alkohol;
(d) Bereitstellen eines zweiten Substrates, das mit der kontinuierlichen Schicht aus elektrisch leitendem Material beschichtet ist, und mit einer Flüssigkristall- Ausrichtungsschicht auf einer Hauptoberfläche des zweiten Substrates, wobei der Schritt des Bildens der Flüssigkristall- Ausrichtungsschicht auf der Hauptoberfläche des zweiten Substrates die Schritte aufweist:
Vorbeibewegen des zweiten Substrates an der Quelle,
Abscheiden der Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht an dem leitenden Material aus der Quelle, wenn das zweite Substrat während der Abscheidung an der Quelle vorbeibewegt wird, und
Behandeln des zweiten Substrates mit einem langkettigen Alkohol;
(e) Zusammensetzen der zwei Substrate, so daß die beschichteten Oberflächen einander gegenüberliegen und durch die Abstandselemente voneinander entfernt gehalten werden, um einen Bereich bereitzustellen, der durch den Umfang der zwei Substrate begrenzt ist; und
(f) Abdichten des Umfangs der zwei Substrate und Füllen des Bereiches mit einer Flüssigkristall-Mischung, um die Anzeigezelle zu schaffen.
Generell umfaßt eine verbesserte Flüssigkristall- Anzeigezelle zwei Substrate, die voneinander beabstandet sind und eine Menge einer Flüssigkristall-Mischung zwischen sich enthalten, wobei die Substrate sich gegenüberliegende Flächen aufweisen, die mit einem kontinuierlichen, elektrisch leitenden Material beschichtet sind. Die Anzeigezelle ist versehen mit einem Array aus Abstandselementen bzw. -haltern, die einen vorab ausgewählten Abstand voneinander besitzen, eine vorab ausgewählte Höhe aufweisen, um einen vorgegebenen Abstand zwischen den Substraten aufrechtzuerhalten, und einen vorab ausgewählten Querschnitt besitzen, der Störungen der Anzeigeeigenschaften der Flüssigkristall-Anzeigezelle im wesentlichen vermeidet.
Die Vorteile von festgelegten Abstandselementen gegenüber Abstandspartikeln wie Glasfasern oder Kugeln sind beträchtlich. Die festgelegten Abstandselemente der vorliegenden Erfindung können in-line mit Techniken abgeschieden werden, die bei der Herstellung von Flüssigkristall-Lichtventilen bereits eingesetzt werden. Abstandselemente aus SiO&sub2; können abgeschieden werden unter Verwendung der Technik des Ionenstrahl-Sputterns in vorhandenen Vorrichtungen, die bereits kommerziell verfügbar sind. Ionenstrahl-Sputtern ist ein einfaches, kostengünstiges und vergleichsweise schnelles Verfahren. Die Abstandselemente können gleichfalls gebildet werden durch reaktive Ätztechniken, entweder chemisch oder mit Plasma, wie es gut bekannt ist. Die Abstandselemente, die bei dieser Erfindung von Interesse sind, reichen in der Höhe von 1 bis 25 um und besitzen einen Durchmesser von 1 bis 250 um. Der tatsächliche Durchmesser des Abstandselementes wird so bestimmt, daß er kleiner ist als die Auflösung bei der Anwendung der bestimmten Anzeige oder Einrichtung.
Fig. 1 ist eine vereinfachte Darstellung eines bekannten photoaktivierten Flüssigkristall-Lichtventils;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht einer Konfiguration der Flüssigkristall-Schicht in einem Flüssigkristall-Lichtventil, das eine Ausführungsform eines Abstandselementes der vorliegenden Erfindung einsetzt; und
Fig. 3 ist eine Seitenansicht einer weiteren Konfiguration der Flüssigkristall-Schicht in einem LCLV, das eine zweite Ausführungsform eines Abstandselementes der vorliegenden Erfindung einsetzt.
Eine vereinfachte Version eines photoaktivierten LCLV 6, wie es zuvor beschrieben worden ist, ist in Fig. 1 dargestellt und enthält ein transparentes Eingangssubstrat 8, das üblicherweise Glas aufweist, auf dem eine transparente Elektrodenrückschicht 10 ausgebildet ist, wie ein Indiumzinnoxid oder ein P&spplus;&spplus;-Halbleiter, und eine Schicht 12 aus einem Photoleitermaterial wie Silizium oder Cadmiumsulfid. Eine Lichtsperrschicht 14 wie SiO&sub2; oder CdTe verhindert, daß Licht, das in die Ausleseseite 6a der Einrichtung 6 eintritt, in den Photoleiter 12 eintritt, während ein dielektrischer oder metallischer Matrixspiegel 16 auf der Ausleseseite der Lichtsperrschicht 14 einen Auslesestrahl 32 reflektiert. Eine Flüssigkristallschicht 18 ist sandwichartig zwischen Ausrichtungsschichten 20a, 20b an der Ausleseseite 6a des Spiegels 16 vorgesehen, wobei eine Gegenelektrodenschicht 22 und ein vorderes transparentes Substrat 24 wiederum an der Ausleseseite der Flüssigkristall-Zelle 6 ausgebildet sind.
Eine Wechselspannungsquelle 26 ist über der Rückelektrode 10 und der Gegenelektrode 22 angeschlossen, um eine Vorspannung einzurichten, die für das Flüssigkristall einen Betriebspunkt einstellt. Im Betrieb wird ein Eingangsbild 28 von einer optischen Quelle 30 wie einer Kathodenstrahlröhre (CRT), einem Abtastlaser oder dgl., an die Eingangsseite 6b des LCLV 6 angelegt, während ein linear polarisierter Auslesestrahl 32 durch die LC-Zelle 18 gesendet und von dem Spiegel 16 durch einen (nicht gezeigten) Kreuzpolarisierer zurückreflektiert wird. Das Eingangsbild 28 erzeugt eine entsprechende räumliche Spannungsverteilung quer über der LC-Schicht 18, wobei die lokale Ausrichtung des Flüssigkristalls in Übereinstimmung mit dem angelegten Spannungsmuster geändert wird. Dies führt zu einer räumlichen Modulation des Auslesestrahls 32, was einen Transfer von Information von dem Eingangsbild 28 auf den Auslesestrahl gestattet.
In der vorliegenden Erfindung können Abstandselemente (vorliegend wird der Begriff "Abstandselement" auf jedes Objekt bezogen, das verwendet wird, um eine eingestellte Distanz zwi schen zwei Substraten aufrechtzuerhalten) oberhalb und unterhalb einer kontinuierlichen leitenden Schicht aus Indiumzinnoxid (ITO) und einer Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht angeordnet werden, wie es in den früheren Patenten offenbart ist, die auf denselben Anmelder wie in der vorliegenden Anmeldung herausgegeben worden sind. Diese Patente umfassen die US- Patente mit den Nummern 5,011,267; 4,464,134 und 4,030,997.
Bei einem bevorzugten Ausrichtungsprozeß wird ein Substrat vor dem Gebrauch behandelt, um eine nahezu senkrechte Orientierung des Flüssigkristall-Direktors relativ zu dem Substrat zu induzieren. Eine Schicht aus Siliziumdioxid wird auf der Substratoberfläche abgeschieden, z. B. durch in-line Magnetron- Sputtern, wenn das Substrat an dem Sputter-Target vorbei bewegt wird. Das mit Siliziumdioxid beschichtete Substrat wird darauffolgend mit einem langkettigen Alkohol behandelt. Das alkoholbehandelte Substrat wird dann abgedeckt mit einer Schicht aus Flüssigkristall, wobei der Direktor des Flüssigkristalls im Zustand Feld-AUS um etwa 1º bis 3º gegenüber der Senkrechten in Richtung auf eine Azimuthrichtung parallel zur Bewegungsrichtung des Substrates während der Abscheidung geneigt ist. Dieser Ansatz wird vorliegend als Ausrichtungsverfahren bei "Bewegungsabscheidung" ("moving deposition" (MD)) bezeichnet.
Die Abstandselemente in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung können in einem vorbestimmten Verteilungsmuster festgelegt werden, mit einer Dichte, die hinreichend ist, um die Trennentfernung beizubehalten, und dünn bzw. wenig dicht genug, um die Qualität der Anzeige oder der Einrichtung nicht zu verschlechtern. Die Abstandselemente können abgeschieden werden oder auf dem Substrat erzeugt werden, bevor die Ausrich tungsschicht abgeschieden wird, da es bei dem MD- Ausrichtungsverfahren möglich ist, Flüssigkristall (LC) auf gekrümmten, unebenen und gestuften Oberflächen gleichförmig auszurichten. Eine Isolationsschicht aus SiO&sub2; verhindert einen Kurzschluß zwischen den Substraten, wenn das Abstandselement sich unterhalb des ITO befindet oder wenn das Abstandselement aus einem leitenden Material besteht.
Das Verfahren zum Aufrechterhalten einer gleichförmigen Trennung zwischen zwei Substraten, das im Rahmen dieser Erfindung beschrieben ist, ist kostengünstig und verläßlich. Es wird die Trennung aufrechterhalten, selbst wenn sich die Substrate aufgrund von extremen Temperaturveränderungen oder aufgrund eines anderen spannungsinduzierenden Prozesses biegen. Die Prozedur kann auf leichte Weise in die Herstellungsprozesse von LCLVs auf genommen werden.
Zwei Beispiele der Konfiguration dieser Erfindung sind in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Fig. 2 zeigt die Abstandshalter bzw. Abstandskissen, die auf dem Substrat angeordnet sind, wobei darüber kontinuierliche Schichten aus ITO und eine LC- Ausrichtungsschicht abgeschieden sind, die auf SiO&sub2; basiert. Fig. 3 zeigt die Abstandshalter in einer Anordnung zwischen den kontinuierlichen Schichten aus ITO und SiO&sub2;.
In Fig. 2 und 3 enthält eine Flüssigkristall-Anzeigezelle 34 zwei Glassubstrate 108, 124. An der Oberfläche 124' des Substrates 124 ist eine elektrisch leitende Schicht 36 ausgebildet, z. B. aus Indiumzinnoxid (ITO). Eine ähnliche, elektrisch leitende Schicht 38 ist auf der Oberfläche 108' des Substrates 108 ausgebildet. Eine Schicht aus Siliziumdioxid (Silica) 20a ist auf der ITO-Schicht 36 ausgebildet. Eine ähnliche Schicht aus Siliziumdioxid 20b ist auf der ITO-Schicht 38 ausgebildet. Diese Ausbildung der Siliziumdioxidschichten wird in den oben erwähnten Patenten und Patentanmeldungen gelehrt und wird dazu verwendet, das Flüssigkristall (das in den Figuren nicht gezeigt ist) zu orientieren, wie es dort beschrieben ist.
In Übereinstimmung mit der Erfindung ist eine Vielzahl von Abstandshaltern 40 auf der Oberfläche 124' des Substrates 124 ausgebildet. Während die Fig. 2 und 3 nur eine Reihe von solchen Abstandshaltern 40 zeigen, versteht sich, daß die Abstandshalter tatsächlich einen zweidimensionalen Array quer über die Oberfläche des Substrates 124 bilden.
Die Abstandshalter 40 können direkt auf der Oberfläche 124' ausgebildet sein, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, oder können auf der ITO-Schicht 36 ausgebildet sein, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. In jedem Fall kann das obere Substrat 108 auf der Oberseite der Abstandshalter angeordnet werden, sobald die Abstandshalter 40 ausgebildet worden sind, so daß die Siliziumdioxidschicht 20b die Oberseiten der Abstandshalter kontaktiert. Die Kanten um den Umfang bzw. Perimeter der zwei Substrate 108 und 124 herum werden dann abgedichtet und der Raum zwischen den Substraten wird mit dem Flüssigkristall gefüllt (das in den Fig. 2 und 3 nicht gezeigt ist, jedoch in Fig. 1), wie es in den oben erwähnten Patenten und Patentanmeldungen gelehrt wird, um die Flüssigkristall-Anzeigezelle 34 zu bilden.
Die Abstandshalter 40 können gebildet sein mit Höhen im Bereich von etwa 1 bis 50 um, und mit Querschnitten, die einen Bereich von etwa 1 bis 250 um abdecken, wobei die Querschnittsform der Abstandshalter unwesentlich ist, diese kann bspw. kreis- oder rechteckförmig sein. Der Abstand zwischen den Abstandshaltern 40 reicht von etwa 0,010 bis 2,5 cm.
Die Größe der Abstandshalter 40 und der Abstand zwischen den Abstandshaltern wird von der gewünschten Anwendung vorgegeben. Wenn die Einrichtung 34 klein ist oder wenn es erforderlich ist, ein schnelles Ansprechen bereitzustellen, dann sollten die Abstandshalter 40 relativ eng zueinander beabstandet sein. Wenn die Geschwindigkeit der Einrichtung nicht entscheidend ist, dann können die Abstandshalter 40 größer ausgebildet sein und weiter voneinander beabstandet werden. Beispielsweise kann bei einem Flüssigkristall-Lichtventil die Abmessung des Querschnittes etwa 3 bis 4 um betragen und der Abstand kann von Mitte zu Mitte etwa 500 um betragen, während bei einer Viertelwellenlängenplatte (außerhalb der Brennpunktebene der Einrichtung) die Abmessung des Querschnitts etwas größer als bei dem LCLV sein kann und der Abstand etwa 1 cm von Mitte zu Mitte betragen kann.
Eine Vielzahl von Materialien kann dazu verwendet werden, um die Abstandshalter 40 zu bilden, einschließlich von Oxiden wie Siliziumdioxid oder Indiumzinnoxid, einem Metall wie Chrom, Aluminium oder Gold, und Polymeren wie Polyimiden oder Photoresist-Materialien. Die Abstandshalter 40 werden ausgebildet, indem eine Schicht aus einem der vorstehenden Materialien auf die gewünschte Dicke abgeschieden wird, wie bspw. durch Sputtern oder Aufdampfen oder einen anderen herkömmlichen Abscheidungs prozeß, oder indem herkömmliche photolithographische Techniken der Musterbildung, des Belichtens und des Entwickelns verwendet werden, wobei das unerwünschte Material entfernt wird, so daß die Abstandshalter der gewünschten Abmessung im Querschnitt und mit den gewünschten Abständen verbleiben.
Sowohl Fig. 2 als auch Fig. 3 zeigen jeweils eine Schicht (ITO- 36 und Siliziumdioxidschicht 20a in Fig. 2; Siliziumdioxidschicht 20a in Fig. 3) auf der Oberseite der Abstandshalter 40. Dies ergibt sich aus der Deck-Abscheidung dieser Materialien auf der Oberfläche 124' des Substrates 124 und spielt für den Betrieb der Einrichtung keine Rolle.

BEISPIELE

Beispiel 1:

Es wurde ein Experiment durchgeführt, um zu zeigen, daß sich die Erfindung in der Praxis realisieren läßt. Das Experiment sollte auch bestimmen, ob die SiO&sub2;-Schicht einen Kurzschluß zwischen dem oberen Substrat und dem ITO auf der Oberseite (oder in) den Abstandshaltern verhindern würde und ob die Abstandshalter die LC-Ausrichtung stören würden, indem die Ausrichtungsschicht beeinflußt wird oder indem Streufeldlinien während des Spannung-EIN-Zustandes der Einrichtung erzeugt werden. Die hergestellte Einrichtung war jener ähnlich, die in Fig. 2 gezeigt ist.
Die Testzelle wurde aus zwei optischen 1/4-λ-Flachstücken aus BK7A-Glas zusammengesetzt. Die Abmessungen der Substrate betrugen 1,24 Zoll · 1,75 Zoll · 0,5 Zoll (3,15 cm · 4,45 cm · 1,27 cm). Es wurden Abstandselemente aus SiO&sub2; mit einer Höhe von 2,5 um und einem Durchmesser von 250 um durch Elektronenstrahl-Sputtern abgeschieden. Als nächstes wurde eine kontinuierliche Schicht aus ITO mit einer Dicke von 400 A über dem gesamten Substrat abgeschieden. Als nächstes wurde eine Schicht aus SiO&sub2; mit einer Dicke von 1,300 Å für die MD-Ausrichtung und zum elektrischen Isolieren der zwei Substrate abgeschieden. Als nächstes wurde das Substrat mit einem Alkohol behandelt, um eine geneigt-senkrechte Ausrichtung der Flüssigkristalle zu induzieren. Schließlich wurde die Testzelle zunächst abgedichtet und unter Vakuum mit einem negativen dielektrischen anisotropen Flüssigkristall-Material gefüllt.
Die Testzelle hatte eine sehr niedrige Transmission, wenn keine Spannung angelegt war, und zwar wenn sie betrachtet wurde zwischen Kreuzpolarisierern. Dieses Ergebnis zeigte, daß die MD-Ausrichtungsschicht aufgebracht werden konnte, nachdem die Abstandselemente ausgebildet waren, ohne Verzerrungen bzw. Störungen hervorzurufen. An die Substrate der Testzelle wurde eine Wechselspannung mit 10 kHz angelegt, die Transmission der Zelle stieg gleichförmig auf ein Maximum bei etwa 7 Vrms an. Es gab um die Abstandselemente herum keine zu beobachtende Fehlausrichtung. Dieses Ergebnis ist signifikant, wenn sich die Abstandselemente in der Betrachtungsfläche der Anzeige oder Einrichtung befinden.

Beispiel 2:

Ein ähnliches Experiment zu dem in Beispiel 1 beschriebenen Experiment wurde durchgeführt. Bei diesem Experiment wurde eine Testzelle zusammengesetzt aus zwei optischen 1/4-AN- Flachstückungen aus BK7A-Glas. Die Abmessungen der Substrate betrugen 1,24 Zoll · 1,75 Zoll · 0,5 Zoll (3,15 cm · 4,45 cm · 1,27 cm). Es wurden mittels eines chemischen Ätzprozesses Abstandselemente aus Aluminium ausgebildet. Die sich ergebenden Abstandselemente hatten eine Höhe von 3 um mit einem rechteckigen Querschnitt von 3,3 · 3,3 um. Auf dieselbe Weise wie oben erwähnt wurden das ITO und die MD-Ausrichtungsschicht abgeschieden. Die Testzelle wurde mit einem anderen Flüssigkristall-Material gefüllt. Auch diese Testzelle führte zu positiven Ergebnissen. Fehlausrichtungsbereiche um die Abstandselemente mit einer Breite von 3,3 um konnten bei einer Vergrößerung von 200 · weder im Spannungs-EIN- noch im Spannungs-AUS- Zustand erfaßt werden.
Folglich ist eine Flüssigkristall-Anzeigezelle offenbart worden, die zwei Substrate aufweist, die voneinander mittels eines zweidimensionalen Arrays aus Abstandselementen beabstandet sind. Es versteht sich für Fachleute, daß verschiedene Veränderungen und Modifikationen naheliegender Natur vorgenommen werden können und daß sämtliche derartigen Veränderungen und Modifikationen in den durch die beigefügten Patentansprüche definierten Schutzbereich der Erfindung fallen sollen.

Claims

1. Flüssigkristall-Anzeigezelle (34) für ein photoaktiviertes Flüssigkristall-Lichtventil, wobei die Zelle (34) aufweist:

- ein erstes und ein zweites Substrat (108, 124), die voneinander beabstandet sind;

- eine zwischen den zwei Substraten enthaltene Flüssigkristall-Mischung (18);

- einen Array aus Abstandshaltern (40), die einen vorab ausgewählten Abstand voneinander besitzen, wobei die Abstandshalter (40) eine vorbestimmte Höhe besitzen, um einen vorgegebenen Abstand zwischen den Substraten (108, 124) beizubehalten, und einen vorab ausgewählten Querschnitt besitzen, der eine wesentliche Störung der Anzeigeeigenschaften der Flüssigkristall-Anzeigezelle (34) vermeidet, und direkt auf einer Hauptoberfläche (124') des ersten Substrats (124) angeordnet sind;

- eine kontinuierliche Schicht aus elektrisch leitendem Material (38, 36), das auf die Oberfläche (124') des ersten Substrates (124), die nicht von dem Array aus Abstandselementen (40) bedeckt ist, und auf die Oberseite von jedem der Abstandselemente (40) als auch auf die gegenüberliegende Oberfläche (108') des zweiten Substrats (108) beschichtet ist; und

- eine jeweilige Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht (20a, 20b), die über der Schicht aus elektrisch leitendem Material (38, 36) gebildet ist, wobei die Flüssigkristall- Ausrichtungsschicht (20a) auf der Oberseite des elektrisch leitenden Materials (36) an den Abstandshaltern (40) benachbart ist zu der Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht (20b), die über der Schicht aus elektrisch leitendem Material (38) gebildet ist, die auf die Oberfläche (108') des zweiten Substrats (108) beschichtet ist.

2. Flüssigkristall-Anzeigezelle (34) nach Anspruch 1, wobei die Abstandselemente (40) ein Material aufweisen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Oxiden, Metallen und Polymeren besteht.

3. Flüssigkristall-Anzeigezelle (34) nach Anspruch 2, wobei die Oxide ausgewählt sind aus der Gruppe, die aus Siliziumoxid und Indiumzinnoxid besteht, wobei die Metalle ausgewählt sind aus der Gruppe, die aus Chrom, Aluminium und Gold besteht, und wobei die Polymere ausgewählt sind aus der Gruppe, die aus Polyimiden und Photoresists besteht.

4. Flüssigkristall-Anzeigezelle (34) nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die Abstandselemente (40) voneinander um eine Entfernung beabstandet sind, die von etwa 0,010 bis 2,5 cm reicht.

5. Flüssigkristall-Anzeigezelle (34) nach einem der Ansprüche 1-4, wobei die Abstandselemente (40) einen Durchmesser im Bereich von etwa 1 bis 250 um aufweisen.

6. Flüssigkristall-Anzeigezelle (34) nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die Abstandselemente (40) eine Höhe im Bereich von etwa 1 bis 50 um aufweisen.

7. Flüssigkristall-Anzeigezelle (34) nach einem der Ansprüche 1-6, wobei die Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht (20a, 20b) an dem leitenden Material (38, 36) Siliziumoxid aufweist.

8. Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristall- Anzeigezelle (34) für ein photoaktiviertes Flüssigkristall- Lichtventil, wobei das Verfahren die Schritte aufweist

(a) Bereitstellen eines ersten Substrates (124);

(b) entweder Beschichten einer kontinuierlichen Schicht aus elektrisch leitendem Material (36) an einer Hauptoberfläche (124') des ersten Substrates (124) und Ausbilden eines Arrays aus Abstandselementen (40) an dem leitenden Material (36) oder Bilden eines Arrays aus Abstandselementen (40) direkt auf einer Hauptoberfläche (124') des ersten Substrates (124) und Beschichten einer kontinuierlichen Schicht aus elektrisch leitendem Material (36) auf der Hauptoberfläche (124') und auf den jeweiligen Oberseiten der Abstandselemente (40);

(c) Bilden einer Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht (20a) an der kontinuierlichen Schicht aus elektrisch leitendem Material (36) nach dem Schritt (b), wobei der Schritt des Bildens der Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht (20a) aufweist:

Vorbeibewegen des ersten Substrates (124) an einer Quelle von Material für die Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht (20a),

Abscheiden der Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht (20a) an dem leitenden Material (36) aus der Quelle, wenn das erste Substrat (124) an der Quelle während der Abscheidung vorbeibewegt wird, so daß die Schicht (20a) auch auf der Oberseite des Arrays aus Abstandselementen (40) abgeschieden wird, und

Behandeln des ersten Substrates (124) mit einem langkettigen Alkohol;

(d) Bereitstellen eines zweiten Substrates (108), das mit der kontinuierlichen Schicht aus elektrisch leitendem Material (38) beschichtet ist, und mit einer Flüssigkristall- Ausrichtungsschicht (20b) auf einer Hauptoberfläche (108') des zweiten Substrates, wobei der Schritt des Bildens der Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht (20b) auf der Hauptoberfläche (108') des zweiten Substrates (108) die Schritte aufweist:

Vorbeibewegen des zweiten Substrates (108) an der Quelle;

Abscheiden der Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht (20b) an dem leitenden Material (38) aus der Quelle, wenn das zweite Substrat (108) während der Abscheidung an der Quelle vorbeibewegt wird; und

Behandeln des zweiten Substrates (108) mit einem langkettigen Alkohol;

(e) Zusammensetzen der zwei Substrate (108, 124), so daß die beschichteten Oberflächen (108', 124') einander gegenüberliegen und durch die Abstandselemente (40) voneinander entfernt gehalten werden, um einen Bereich bereitzustellen, der durch den Umfang der zwei Substrate (108, 124) begrenzt ist; und

(f) Abdichten des Umfangs der zwei Substrate (108, 124) und Füllen des Bereichs mit einer Flüssigkristall-Mischung (18), um die Anzeigezelle (34) zu schaffen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Abstandselemente (40) ein Material aufweisen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Oxiden, Metallen und Polymeren besteht.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Oxide ausgewählt sind aus der Gruppe, die aus Siliziumoxid und Indiumzinnoxid besteht, wobei die Metalle ausgewählt sind aus der Gruppe, die aus Chrom, Aluminium und Gold besteht, und wobei die Polymere ausgewählt sind aus der Gruppe, die aus Polyimiden und Photoresists besteht.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Abstandselemente (40) voneinander um eine Entfernung beabstandet sind, die von etwa 0,010 bis 2,5 cm reicht.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8-11, wobei die Abstandselemente (40) einen Durchmesser im Bereich von etwa 1 bis 250 um aufweisen.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8-12, wobei die Abstandselemente (40) eine Höhe im Bereich von etwa 1 bis 50 um aufweisen.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8-13, wobei die Abstandselemente (40) direkt auf einer Hauptoberfläche (124') des ersten Substrates (124) gebildet sind.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8-13, wobei die Abstandselemente (40) auf der Oberfläche des leitenden Materials (36) gebildet sind, das auf eine Hauptoberfläche des ersten Substrates (124) beschichtet ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8-15, wobei die Flüssigkristall-Ausrichtungsschichten (20a, 20b), die auf den elektrisch leitenden Elektrodenschichten (38, 36) gebildet sind, Siliziumoxid aufweisen.