DE2934386C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer passiven elektrooptischen Anzeigezelle gemäß dem Oberbegriff des vorstehenden Patentanspruches 1.

Für die Serienproduktion von Flüssigkristall-Anzeigezellen war man bemüht, nicht nur zur Produktionssteigerung die Anzahl der erforderlichen Arbeitsgänge zu verringern, sondern die Qualität der erhaltenen Erzeugnisse, insbesondere ihre Lebens­ dauer, zu verbessern. So wird eine verbesserte Serienproduktion in der DE-OS 29 21 097 vorgeschlagen.

Bei den bekannten passiven elektrooptischen Anzeigezellen sind häufig folgende Mängel festzustellen:

• - Bildung von Mikrobereichen in den Hintergrundzonen, die eine Verringerung des Konstrates hervorrufen, und von Mikroberei­ chen in den Anzeigezonen (Segmenten), die das Phänomen des sogenannten "Inverskippens" (reverse tilt) erzeugen, das die Einheitlichkeit der aktivierten Segmente beeinträchtigt,
• - mit der Zeit steigt der zur Steuerung der Anzeige dienende Strom an;
• - nach einer langen Funktionsperiode oder, noch schneller, nach einem Betrieb unter erhöhten Temperaturen geht die Ausrichtung verloren.

Die drei genannten Nachteile beruhen sämtlich auf der fort­ schreitenden Auflösung der Ausrichtungsschichten, insbesondere wenn diese Schichten organischer Natur sind, aufgrund der Lösungswirkung des Flüssigkristalls und auf dem Eindringen von Verunreinigungen in den unzureichend geschützten Flüssig­ kristall, wobei dieser 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 Verschlußrahmen häufig aufweisen, beruht auf der starken Zunahme des von ihnen verbrauchten Stroms, wenn sie sich aufgrund der schwachen Verbindung zwischen dem Verschlußrahmen und den Platten der Zelle in einer feuchten Atmosphäre befinden, was eine einfache Diffusion von Wassermolekülen ins Innere der Zelle ermöglicht.

Man stellt auch einen Spannungsverlust quer durch die Isolierschichten hindurch fest, die normalerweise die Elek­ trodennetze 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 Rand um die akti­ vierten Anzeigesegmente herum befindlichen Lichthofes erwähnt, der sich aus einem zu schwachen Neigungswinkel der Moleküle in bezug auf die Ausrichtungsschicht ergibt.

Aus der DE-OS 24 55 000 ist eine Flüssigkristallzelle bekannt, bei der sowohl der Rahmen als auch die Ausrichtungsschichten auf der Innenseite der Glasplatten aus polymerisierbaren Stoffen bestehen. Diese beiden polymerisierbaren Elemente werden jedoch nicht kopolymerisiert, sondern zu unterschied­ lichen Zeitpunkten auspolymerisiert, so daß auch hier keine ausdauernde und beständige Abdichtung zustande kommt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren zur Herstellung einer passiven elektrooptischen Anzeigezelle anzugeben, bei der der Flüssigkristall durch eine dauerhafte und auch unter extremen Zeit- und Temperaturbedingungen beständige Abdichtung gegen Eindringen von Verunreinigungen und fortschreitende Auflösung der Ausrichtungsschichten ge­ schützt ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Herstellungsverfahren der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 bezeichneten Art in vollem Umfang gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 8.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung werden somit die Reibung, die dazu bestimmt ist, der Ausrichtungsschicht ihre Ausricht­ eigenschaft zu verleihen, als auch die Ablagerung des Materials des Rahmens als auch die Regulierung der Dicke der Zelle vor der Polymerisation des Materials der Ausrichtungsschicht reali­ siert, und die beiden Materialien werden gleichzeitig poly­ merisiert, was ihre Kopolymerisation hervorruft. Außerdem ist das Verfahren hervorragend für die Serienproduktion geeignet, denn die verschiedenen, zu der Zelle gehörenden Schichten werden sämtlich auf große Flächen aufgebracht. Sie können also auf Glasplatten aufgebracht werden, deren Größe ein Mehrfaches der Größe jeder Zelle beträgt, und zur Trennung der auf diese Weise hergestellten Zellen wird die Glasplatte zerbrochen.

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

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

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

Die Flächen der beiden einander zugewandten Glasplatten 1 sind vollkommen von einer Schutzschicht 3 bedeckt, die beispiels­ weise aus Siliciumdioxid besteht und eine Dicke von etwa 80 nm hat, was insbesondere zur Folge hat, daß die Diffusion von Ionen von den Platten 1 her in das Zelleninnere vermieden wird.

Die Elektroden 4, die beispielsweise aus Indiumoxid bestehen und eine Dicke von ungefähr 40 nm haben, werden auf jeder der Schutzschichten 3 aufgebracht.

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

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:

Die Platten werden zuerst mit Hilfe eines Pulverisierungs- oder eines Verdampfungsverfahrens unter Vakuum mit der Schutz­ schicht 3 aus Siliciumdioxid bedeckt.

Diese Platten werden dann auf der gesamten Fläche ihrer Be­ schichtung mit einem dünnen, durchsichtigen Leiterfilm 4 ver­ sehen, 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 Leiter­ züge 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 Verbindungs­ schicht 5 bilden, werden in Lösung aufgebracht, was keinerlei Schwierigkeiten macht, und zwar beispielsweise durch Zentri­ fugieren, 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 richtung der Moleküle des Flüssigkristalls zu erzeugen. Es wird darauf geachtet, daß diese Reibung für jede der Platten so durchgeführt wird, daß, wenn die Platten zu­ sammengefügt sind, um die Zelle zu bilden, die beiden Reibungs­ richtungen senkrecht zueinander verlaufen.

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

Man fügt die beiden Platten zusammen, wobei sich der Rahmen 2 zwischen ihnen befindet. Man erhitzt das Ganze beispielsweise auf eine Temperatur von etwa 100 bis 150°C, um den Stoff des Rahmens 2 zu schmelzen, und sobald dieser geschmolzen ist, übt man einen Druck auf die beiden Platten aus dergestalt, daß der zwichen 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 µm.

Die zum Schmelzen des Kunststoffs des Rahmens 2, im vor­ liegenden Fall Phenol-Formaldehyd-Harz, angewandten Temperaturen beeinträchtigen in keiner Weise die Ausrichtungsschichten 6 aus Polyimid.

Sobald der Verschließungsvorgang durchgeführt worden ist, wird die Zelle während einer längeren Zeitdauer, beispiels­ weise eine Stunde lang, auf eine erhöhte Temperatur von 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 Polymerisationstemperaturen nicht zu weit voneinander entfernt liegen, denn es muß selbstverständlich eine Erhitzung auf die der höchsten Poly­ merisationstemperatur 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 den Flüssigkristall 7 bilden, die ihn 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 wird.

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 Kupplungs- und Ausrichtungsschichten auf der gesamten Oberfläche des Glases aufgebracht sind und damit die Elektroden bedecken, ist es erforderlich, in einem weiteren Vorgang diese beiden Schichten durch Gravierung auf der die Ausgänge der Elektroden tragenden Außenfläche zu entfernen.

Dank der Tatsache, daß man das Material der Verbindungs­ schichten 5 freier auswählen kann als dies hinsichtlich der Ausrichtungsschichten möglich ist, kann man eine gute chemische Verbindung zwischen jeder dieser Verbindungs­ schichten 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 Ver­ bindungsschicht 5 und andererseits zwischen dieser letzteren und der Schutzschicht 3. Diese Verbindung und die chemische Verbindung zwischen dem Verschlußrahmen 2 und der Ausrichtungs­ schicht 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 den Flüsigkristall eine Erhöhung des Ver­ brauchs des Steuerungsstroms der Zelle zur Folge hat. Außerdem kann sie einen Verlust an Ausrichtung der Moleküle des Flüssig­ kristalls verursachen.

Weiter ist hervorzuheben, daß die Übereinanderlagerung der Ausrichtungsschichten 6 und der Verbindungs- oder Haft­ schichten 5 zu einem guten Schutz des Flüssigkristalls der Zelle gegenüber Gleichströmen führt, die aufgrund der Tat­ sache 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 Spannungs­ abfall zu erzeugen.

Ebenfalls zu bemerken ist, daß die Umhüllung, die die Aus­ richtungsschichten 6 und der Verschlußrahmen 2 bilden, auf­ grund 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 diesen darstellt.

Dank der vorliegenden Anordnung kann man eine Anzeigezelle verwirklichen, deren Verschlußrahmen aus Kunststoff besteht, was 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 ausbreiten, wobei die Vorteile des gesinterten Glases gegenüber dem Kunststoff erhalten bleibten die im wesentlichen in einer besseren Dichte und Zuverlässigkeit bestehen.

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.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung einer passiven elektrooptischen Anzeigezelle, bei dem man zur Bildung eines die Elektroden und ihre elektrischen Leiterzüge darstellenden Netzes auf zwei Glasplatten einen Film aus elektrisch leitendem Material aufbringt und wahlweise auf photochemischem Weg einen Teil des leitenden Films auf mindestens einer der beiden Platten abhebt, zur Bildung einer Ausrichtungsschicht für die Mole­ küle des Flüssigkristalls auf jeder Platte eine Schicht eines ersten polymerisierbaren Kunststoffes aufbringt, eine Reibung der beiden Schichten in einer vorgegebenen Richtung vornimmt und die Polymerisation des Kunststoffes der beiden Schichten bewirkt, und zum dichten Verschließen der Zelle auf einer der beiden Platten einen Rahmen aus einem zweiten polymerisierbaren Kunststoff anbringt, die beiden Platten aneinanderfügt, das Ganze auf eine erste, den zweiten Kunst­ stoff erweichende Temperatur erhitzt, nach dem Erweichen des zweiten Kunststoffes den gewünschten Plattenabstand einstellt und den zweiten Kunststoff polymerisiert, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reibung jeder Schicht vor der Polymerisation des Kunststoffes der jeweiligen Schicht vor­ nimmt, daß man den Rahmen aus dem zweiten Kunststoff auf die eine der beiden Platten nach der Reibung der auf diese Platte aufgebrachten Schicht und vor der Polymerisation des Kunststoffes dieser Schicht aufbringt, und daß man das Ganze nach Einstellung des Abstandes der beiden Platten zum Kopoly­ merisieren des Kunststoffes der Schichten mit dem des Rahmens auf eine Temperatur, die höher ist als die erste Temperatur, erhitzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine ein chemisches Anhaften einerseits mit der Ausrichtungs­ schicht und andererseits mit der Platte bewirkende Verbin­ dungsschicht aus durchsichtigem organischem Material zwischen jeder Platte und der entsprechenden Schicht des ersten Kunststoffes einfügt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kunststoff ein Polyimid ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen jeder Platte und den Elektroden eine das Diffundieren von von den Platten dieser Zelle ausgehenden Ionen in das Innere der Zelle hinein verhindernde Schutzschicht aus durchsich­ tigem anorganischem Material vorsieht.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Verbindungsschichten aus einem organischen Silan besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Verbindungsschichten aus einem organischen Aluminat besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Verbindungsschichten aus einem organischen Silikat besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ausrichtungs- und Verbindungsschichten zusammen eine Dicke zwischen 5 und 50 nm aufweisen.