DE2934386A1

DE2934386A1 - Passive elektrooptische anzeigezelle und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2934386A1
Application number: DE19792934386
Authority: DE
Inventors: William Gordon Freer; John Charles Varney; John Hilton Williamson
Original assignee: Ebauches Electroniques SA
Current assignee: Ebauchesfabrik ETA AG
Priority date: 1979-05-04
Filing date: 1979-08-22
Publication date: 1980-11-13
Also published as: CH629002A5; GB2078388A; GB2078388B; DE2934386C2; US4391491A

Description

PATENTANWÄLTE

ferkörner<L Qi?ey

D-1 BERLIN-DAHLEM 33 ■ PODBIELSKIALLEE D-8 MÜNCHEN 22 · WIDENMAYERSTRASSE 4Θ

EBAUCHES ELECTRONIQUES S.A.

BERLIN: DIPL.-ING. R. MÜLLER-BÖRNER

MÜNCHEN: DIPL. ING. HANS-HEINRICH WEV DIPL.-INa. EKKEHARD KÖRNER

Berlin, den 22. August 1979

Passive elektrooptische Anzeigezelle und Verfahren zu ihrer

Herstellung

(Priorität: Schweiz, Nr. 4.197/79-0 vom 04. Mai 1979)

13 Seiten Beschreibung mit 9 Patentansprüchen 1 Blatt Zeichnung

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BERLIN: TELEFON (03O) 8312088 KABEL: PROPINDUS -TELEX OI 84O07 MÜNCHEN: TELEFON (08Θ) 22058S
KABEL: PROPINDUS · TELEX 05 24 24*

Die vorliegende Erfindung betrifft eine passive elektrooptische Anzeigezelle mit zwei durch einen zwischen ihnen eingesetzten Rahmen voneinander in Abstand gehaltenen Glasplatten, wodurch ein Raum geschaffen wird, in dem ein Flüssigkristall eingeschlossen ist, wobei diese Platten innen Steuerelektroden und jede eine Ausrichtungsschicht für die Moleküle des Aktivbestandteile aufweisen.

Zugleich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dieser Zelle.

Aufgabe^ der Erfindung ist es, die Probleme zu überwinden, die die Herstellung derartiger Anzeigezellen mit Flüssigkristall in großer Reihe mit sich bringt. Es stellen sich zwei Arten von Problemen, d.h. die, die mit einer Verringerung der für die Herstellung erforderlichen Arbeitsvorgänge verbunden sind, um die Produktivität zu erhöhen, und die, die sich auf die Qualität des erhaltenen Erzeugnisses, insbesondere seine Lebensdauer beziehen.

Die erste Art von Problemen wurde bereits behandelt, indem die Durchführung von Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung einer Reihe von Zellen vorgeschlagen wurde (Deutsche Patentanmeldung P 29 21 097.7). Die Erfindung zielt vor allem darauf ab, die zweite Art von Problemen zu lösen.

Es ist jedoch festzustellen, daß die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung darstellende Zelle ebenso wie ihr Herstellungsverfahren keinerlei Hindernis für eine Reihenfertigung bilden, ganz im Gegenteil. Auf diese Weise werden die verschiedenen von der Zelle umfaßten Schichten sämtlich auf große Flächen aufgebracht, was erlaubt, sie auf Glasplatten aufzubringen, deren Ausmaße die der Platten jeder Zelle übersteigen

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und die dann zur Trennung der auf diese Weise hergestellten Zellen zerbrochen werden.

Die häufig beobachteten Mangel der passiven elektrooptischen Anzeigezellen, die die vorliegende Erfindung zu vermeiden sucht oder wenigstens vermindern will, sind folgende:

- Bildung von Mikrobereichen in den Hintergrundzonen, die eine Verringerung des Kontrastes hervorrufen, und von Mikrobereichen in den Anzeigezonen (Segmenten), die das Phänomen des sogenannten "Inverskippens" (reverse tilt) erzeugen, das die Einheitlichkeit der aktivierten Segmente beeinträchtigt.

- Mit der Zeit sich ergebender Anstieg des zur Steuerung der Anzeige dienenden Stroms.

- Ausrichtungsverlust nach einer langen Funktionsperiode oder schneller, nach einem Betrieb unter erhöhten Temperaturen.

Die drei vorgenannten Nachteile beruhen sämtlich auf der fortschreitenden Auflösung der Ausrichtungsschichten, insbesondere wenn diese Schichten organischer Natur sind,aufgrund der Lösungswirkung des Flüssigkristalls und auf dem Eindringen von verunreinigungen in das unzureichend geschützte Flüssigkristall, wobei diese Verunreinigungen aus dem Verschlußrahmen der Zelle, ihren Glasplatten oder den diese tragenden und sich durch Diffusion verschiebenden Schichten herrühren.

Ein weiterer Nachteil, den diese Anzeigezellen mit plastischem VerschIuerahmen häufig aufweisen, beruht auf der starken Zunahme des von ihnen verbrauchten Stroms, wenn sie sich

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aufgrund der schwachen Verbindung zwischen dem Verschlußrahmen und den Platten der Zelle in einer feuchten Atmosphäre befinden, was eine einfache Diffusion von Wassermolekülen im Inneren der Zelle ermöglicht.

Man stellt auch einen Spannungsverlust quer durch die Isolierschichten hindurch fest, die normalerweise die Elektrodennetze bedecken, um einen Schutz gegen den Gleichstrom zu bieten. Dieser Spannungsverlust hat einen negativen Einfluß auf das elektrooptische Verhalten der Zelle.

Schließlich sei auch die Bildung eines am Rande um die aktivierten Anzeigesegmente herum befindlichen Lichthofes erwähnt, der sich aus einem zu schwachen Neigungswinkel der Moleküle in bezug auf die Ausrichtungsschicht ergibt.

Mittels der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung wird die Gesamtheit dieser Nachteile vermindert oder vermieden.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben .

Einzelheiten, Vorteile und Anwendungen der Erfindung werden nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Die einzige Figur stellt einen Schnitt durch eine passive elektrooptische Anzeigezelle dar.

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Die dargestellte Zelle umfaßt zwei Glasplatten 1, die einander gegenüber liegen und voneinander durch einen Dichtungs- oder Verschlußrahmen 2 in Abstand gehalten werden, der aus polymerisierbarem Stoff, beispielsweise einem Phenol-Formaldehyd-Harz, besteht.

Die Flächen der beiden einander zugewandten Glasplatten 1 sind vollkommen durch eine Schutzschicht 3 bedeckt, die beispielsweise aus Siliziumdioxid besteht und eine Dicke von etwa 8OO hat, was insbesondere zur Folge hat, daß im Inneren der Zelle die Diffusion der von den Platten 1 herkommenden Ionen vermieden wird.

Die Elektroden 4, die beispielsweise aus Indiumoxid bestehen und eine Dicke von ungefähr 400 S haben, werden auf jeder der Schutzschichten 3 aufgebracht.

Diese Elektroden sind ihrerseits mit einer Verbindungsschicht aus einem durchsichtigen organischen Stoff, beispielsweise einem Organo-Silan, einem Organo-Aluminat oder einem Organo-Silikat bedeckt. Die Schichten 5 sind ihrerseits jeweils mit einer Ausrichtungsschicht 6 für die Moleküle des Flüssigkristalls 7 bedeckt, das zwischen den Platten 1 innerhalb des Rahmens 2 eingeschlossen ist. Die Ausrichtungsschichten 6 werden aus einem polymerisierbaren Stoff, beispielsweise einem Polyimid, hergestellt. Die Dicke der Schichten 5 und 6 zusammen liegt etwa zwischen 50 und 500 8.

Die Herstellung der beschriebenen und dargestellten Zelle findet entweder Stück für Stück statt oder auf einem Komplex von Stücken unter Verwendung von Glasplatten mit einem Ausmaß, das über dem der Platten der fertigen Zellen liegt, und zwar auf folgende Weise:

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Die Platten werden zuerst rait Hilfe eines Pulverisierungs- oder eines Verdampfungsverfahrens unter Vakuum mit der Schutzschicht 3 aus Siliziumdioxid bedeckt.

Diese Platten werden dann auf der gesamten Fläche ihrer Beschichtung mit einem dünnen, durchsichtigen Leiterfilm 4 versehen, den man mittels Verdampfung oder Pulverisation aufbringt. Der leitende Stoff wird photochemisch dort abgehoben, wo er nicht haften soll, wodurch auf jeder Platte das Netz der Elektroden (oder Gegenelektroden) und ihrer elektrischen Leiterbahnen geschaffen wird. Es ist zu bemerken, daß, wenn die Zelle nicht durch Multiplex gesteuert werden soll, ihre Gegenelektrode die gesamte Platte ohne Kontinuitätsunterbrechungen bedecken kann.

Jede Platte wird dann mit ihrer Verbindungsschicht 5 versehen, die die Grenzschicht zwischen der Ausrichtungsschicht 6 und dem Substrat gewährleistet. Das organische Silan oder organische Aluminat oder auch das organische Silikat, die die Verbindungsschicht 5 bilden, werden in Lösung aufgebracht, was keinerlei Schwierigkeiten macht, und zwar beispielsweise durch Zentrifugation, wobei dann das Lösungsmittel durch Trocknung verdampft wird.

Die Ausrichtungsschicht 6 aus Polyimid wird dann auf gleiche Weise auf jeder Platte in nicht polymerisiertem Zustand aus einer Lösung aufgebracht, die nach Trocknung unpolymerisiert bleibt.

Die beiden Ausrichtungsschichten 6 werden dann einseitig gerichtet mit Hilfe eines weichen Tuches gerieben, so daß sie ihre Funktion gewährleisten können, die darin besteht, die gewünschte Aus-

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richtung der Moleküle des Flüssigkristalls zu erzeugen. Die Durchführung dieser Reibung wird für jede der Platten in einer Richtung derart überwacht, daß, wenn die Platten zusammengefügt sind, um die Zelle zu bilden, die beiden Reibungsrichtungen senkrecht zueinander verlaufen.

Dann bringt man durch Serigraphie den Rahmen 2 aus in einem Lösungsmittel auf der einen der Platten verdünntem Kunststoff an, wobei dem derart aufgebrachten Stoff nach Trocknung eine Dicke von etwa 15 Mikron gegeben wird.

Man fügt die beiden Platten zusammen und setzt den Rahmen 2 zwischen ihnen ein. Man erhitzt das Ganze beispielsweise auf eine Temperatur von etwa lOO bis 150°C, um den Stoff des Rahmens 2 zu schmelzen und, wenn dieser geschmolzen ist, übt man einen Druck auf die beiden Platten aus dergestalt, daß der zwischen diesen entstehende Abstand genau dem gewünschten Abstand entspricht. Man kann den Stoff des Rahmens 2 auch mit Abstandselementen versehen, beispielsweise Kugeln, die unter Einwirkung der Hitze nicht erweichen und somit den die Platten trennenden Abstand begrenzen. Dieser Abstand liegt in der Praxis bei etwa 8 Mikron.

Die zum Schmelzen des Kunststoffs des Rahmens 2, im vorliegenden Fall Phenol-Formaldehyd-Harz, verwendeten Temperaturen beeinträchtigen in keiner Waise die Ausrichtungsschichten 6 aus Polyiraid.

Sobald der Verschließungsvorgang durchgeführt worden ist, wird die Zelle während einer längeren Zeitdauer, beispielsweise eine Stunde lang, auf eine erhöhte Temperatur von

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beispielsweise etwa 250 C erhitzt, wodurch gleichzeitig das Harz des Rahmens 2 und die Ausrichtungsschichten aus Polyimid 6 polymerisiert werden. Es wird darauf geachtet, daß zwei Stoffe verwendet werden, deren Polymerisationstemperatüren nicht zu weit voneinander entfernt liegen, denn es muß selbstverständlich eine Erhitzung auf die der höchsten PoIymerisationstemperatur entsprechende Temperatur stattfinden.

Dieser Erhitzungsvorgang ist sehr wichtig, weil er eine Kopolymerisation zwischen dem Verschlußrahmen 2 und den Ausrichtungsschichten 6 erzeugt, was eine chemische Verbindung zwischen diesen Elementen nach sich zieht, die dann eine echte Umhüllung für das Flüssigkristall 7 bilden, eine Umhüllung, die es vollständig gegen jede Verunreinigung und jeden äußeren Einfluß schützt.

Bei der Anbringung des Rahmens 2 durch Serigraphie hat man einen querverlaufenden Durchgang angebracht, der es ermöglicht, den inneren Behälter mittels an sich bekannter Techniken mit Flüssigkristall 7 zu füllen, wobei danach dieser Durchgang ebenfalls mittels an sich bekannter Techniken verschlossen

Um eine elektrische Speisung der zelle zu ermöglichen, konstruiert man diese, indem man eine der Glasplatten größer als die andere vorsieht, so daß die Elektroden von außen her erreichbar sind. Da während des Verfahrens die Kupplungsund Ausrichtungsschichten auf der gesamten Oberfläche des Glases aufgebracht sind und damit die Elektroden bedecken, ist es erforderlich, in einem weiteren Vorgang diese beiden

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Schichten durch Gravierung auf der die Ausgänge der Elektroden tragenden Außenfläche zu entfernen.

Dank der Tatsache, daß man das Material der Verbindungsschichten 5 freier auswählen kann als dies hinsichtlich der Ausrichtungsschichten möglich ist, kann man eine gute chemische Verbindung zwischen jeder dieser Verbindungsschichten 5 und der Ausrichtungsschicht 6 gewährleisten, mit der sie in Berührung steht. Auf diese Weise erreicht man eine perfekte chemische Verbindung einerseits zwischen jeder der Ausrichtungsschichten 6 und der entsprechenden Verbindungsschicht 5 und andererseits zwischen dieser letzteren und der Schutzschicht 3. Diese Verbindung und die chemische Verbindung zwischen dem Verschlußrahmen 2 und der Ausrichtungsschicht 6 sind so geartet, daß bei der Serienfertigung mit Hilfe von Platten, die die gleichzeitige Herstellung vieler Zellen ermöglichen, diese Verbindungen nicht gefährdet sind, wenn man die Glasplatten zerbricht, um die zellen voneinander zu trennen.

Die Qualität dieser Verbindungen ist besonders wichtig, wenn die Zelle harten klimatischen Bedingungen, insbesondere der Feuchtigkeit, unterworfen ist, damit sie aufrechterhalten bleibt, so daß der Schutz des Flüssigkristalls gewährleistet bleibt. Es wird daran erinnert, daß die Wirkungen der Feuchtigkeit auf das Flüssigkristall eine Erhöhung des Verbrauchs des Steuerungsstroms der zelle zur Folge hat. Außerdem kann sie einen Verlust an Ausrichtung der Moleküle des Flüssigkristalls verursachen.

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Weiter ist hervorzuheben, daß die Übereinanderlagerung der Ausrichtungsschichten 6 und der Verbindungs- oder Haftschichten 5 zu einem guten Schutz des Flüssigkristalls der Zelle gegenüber Gleichströmen führt, die aufgrund der Tatsache entstehen, daß die Summe der positiven und negativen Steuerimpulse der Zelle niemals genau gleich Null ist und daß stets ein positiver oder negativer Rest verbleibt. Dieser Schutz gegenüber Gleichströmen beruht auf der Tatsache, daß die Schichten 5 und 6 zusammen eine Kapazität bilden, die von ausreichend geringer Impedanz ist, um keinen Spannungsabfall zu erzeugen.

Ebenfalls zu bemerken ist, daß die Umhüllung, die die Ausrichtungsschichten 6 und der Verschlußrahmen 2 bilden, aufgrund der perfekten Polymerisation der Stoffe dieser drei Elemente absolut neutral gegenüber dem Flüssigkristall 7 ist, während das für die Ausrichtungsschichten verwendete plastische Material als solches niemals gegenüber dem Flüssigkristall neutral ist, das ein Lösungsmittel für dieses darstellt.

Dank der vorliegenden Anordnung kann man eine Anzeigezelle verwirklichen, deren Verschlußrahmen aus Kunststoff besteht, das den Vorteil hat, in Vergleich mit den Verschlußrahmen aus gesintertem Glas (GLASSFRIT) keine relativ hohe Erhitzung der Zelle zu erfordern, die die Diffusion von Ionen aus dem Glas der Platten verursacht sowie von Verunreinigungen, die sich aus dem Stoff des Rahmens als solchem ausbreiten, wobei die Vorteile des gesinterten Glases gegenüber dem Kunststoff erhalten bleiben, die im wesentlichen in einer besseren Dichte und Zuverlässigkeit bestehen.

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Die Verwendung von Schutzschichten wie den Schichten 3, die die Diffusion von Ionen vermeiden sollen, die schädlich für die Ausrichtung der Moleküle des Flüssigkristalls sind, ist als solche bekannt, aber bisher wurden diese Schichten über den Elektroden angeordnet und nicht unmittelbar auf den die Substrate bildenden Platten. Auf den Elektroden angeordnet erzeugen die Schutzschichten aber auf jeder Platte eine Impedanz, die Spannungsverluste verursacht, die die Kurve Kontrast/ Spannung ungünstig verändern, wobei diese Kurve dazu neigt, abzuflachen. Es ist aber erforderlich, daß diese Kurve einen sehr abrupten Bereich aufweist, insbesondere in dem Fall, wo die Zelle durch Multiplex gesteuert wird.

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Claims

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Patentansprüche

\l.j Passive elektrooptische Anzeigezelle mit zwei durch einen zwischen ihnen eingesetzten Rahmen voneinander in Abstand gehaltenen Glasplatten, wodurch ein Raum geschaffen wird, in dem ein Flüssigkristall eingeschlossen ist, wobei diese Platten innen Steuerelektroden und jede eine Ausrichtungsschicht für die Moleküle des Aktivbestandteils aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen sowie die Ausrichtungsschichten aus polymerisierbaren Stoffen bestehen dergestalt, daß ihre Polymerisation in Form einer Kopolymerisation stattfindet, die eine breite chemische Verbindung der Ausrichtungsschichten und des Rahmens gewährleistet, die dann gemeinsam einen Behälter bilden, der das Flüssigkristall völlig umschließt und es vor jeglichem Einfluß von außen schützt.
2. Anzeigezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindungsschicht aus durchsichtigem organischen Stoff zwischen jeder Platte und der entsprechenden Ausrichtungsschicht eingefügt ist, wobei die Verbindungsschicht ein chemisches Anhaften einerseits mit der Ausrichtungsschicht und andererseits mit der Platte bewirkt.
3. Anzeigezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Ausrichtungsschichten aus einem Polyimid besteht.

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ORIGINAL INSPECTED
4. Anzeigezelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Verbindungsschichten aus einem organischen Silan besteht.
5. Anzeigezelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Verbindungsschichten aus e,inera organischen Aluminat besteht.
6. Anzeigezelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Verbindungsschichten aus einem organischen Silikat besteht.
7. Anzeigezelle nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ausrichtungs- und Verbindungsschichten zusammen eine Dicke zwischen 50 und 5OO $ aufweisen.
8. Anzeigezelle nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß eine Schutzschicht aus durchsichtigem anorganischen Stoff zwischen jeder Platte und den Elektroden dieser eingefügt wird, wobei diese Schutzschicht im Inneren der zelle die Diffusion von Ionen verhindern soll, die von den Platten dieser Zelle ausgehen.
9. Verfahren zur Herstellung der Anzeigezelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man auf jeder der beiden Glasplatten eine Schutzschicht aufbringt; auf dieser Schutzschicht einen Film aus elektrisch leitendem Stoff anbringt; wahlweise auf photochemischem Weg einen Teil der leitenden Schicht auf mindestens einer der beiden Platten abhebt, wobei ein die Elektroden und ihre elektrischen Leiterbahnen darstellendes Netz erhalten bleibt; auf jeder der derart

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behandelten Platten eine Verbindungsschicht aus einem durchsichtigen organischen Stoff aufbringt; auf der Verbindungsschicht jeder Platte eine Ausrichtungsschicht für die Moleküle des Flüssigkristalle der aus einem polymerisierbaren Stoff hergestellten Zelle aufbringt; eine Reibung jeder der Ausrichtungsschichten bewirkt, wobei die Richtung dieser Reibungen so geartet ist, daß die beiden Richtungen senkrecht zueinander verlaufen, wenn die Platten zusammengefügt sind; auf der einen der Platten einen Rahmen aus polymerisierbarem Kunststoff anbringt, wobei man in diesen Rahmen einen querverlaufenden Durchgang einbringt; die beiden Platten gegeneinander fügt; das Ganze so erhitzt, daß der Stoff des Rahmens erweicht wird; den Abstand der beiden Platten reguliert, wenn der Stoff des Rahmens erweicht ist; dann das Ganze auf eine höhere Temperatur erhitzt, um eine Kopolymerisation des Stoffes der Ausrichtungsschichten und des Rahmens zu erzeugen, wodurch eine dichte verschlossene Umhüllung entsteht; den Innenraum dieser Umhüllung mit Flüssigkristall mittels des Durchgangs, der vorher in den Rahmen eingebracht wurde, füllt und schließlich diesen Durchgang auf dichte Weise verschließt.

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