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DE19637924A1 - Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristallzelle mit gekippt aufgereihten Flüssigkristallmolekülen unter Verwendung von Licht - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristallzelle mit gekippt aufgereihten Flüssigkristallmolekülen unter Verwendung von Licht

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DE19637924A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristallzelle und insbesondere auf ein Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristallzelle mit gekippt aufgereihten (bend aligned) Flüssigkristallmolekülen unter Verwendung von Licht, wobei dieses Verfahren einfacher durchzuführen ist als das herkömmliche Reibverfahren. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristallzelle mit gekippt aufgereihten Flüssigkristallmolekülen mit großem Betrachtungswinkel.
Für herkömmliche Flüssigkristallanzeigeanordnungen wird hauptsächlich ein verdrillt nematischer Flüssigkristall (TN- LCD: twisted nematic liquid crystal display) verwendet. Solche Flüssigkristallanzeigen haben die Eigenschaft, daß sich ihre Lichttransmission bei jeder Graustufe in Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel ändert. Fig. 4a zeigt den Zusammenhang zwischen der Lichttransmission und einer an der Flüssigkristallzelle mit verdrillt nematischem Flüssigkristall angelegten Spannung, Fig. 4b zeigt den Zusammenhang zwischen der Lichttransmission und dem Betrachtungswinkel in der Horizontalrichtung, und Fig. 4c zeigt den Zusammenhang zwischen der Lichttransmission und dem Betrachtungswinkel in der Vertikalrichtung. Auf diese Fig. 4a bis 4c Bezug nehmend ist erkennbar, daß die Lichttransmission hinsichtlich der Betrachtungswinkel in Horizontalrichtung relativ zur der vertikalen Mittellinie der Flüssigkristallanzeige, nicht aber hinsichtlich der Betrachtungswinkel in Vertikalrichtung relativ zu der horizontalen Mittellinie der Flüssigkristallanzeige symmetrisch ist, so daß der Betrachtungswinkel in Vertikalrichtung kleiner ist, da zwischen einem oberen und einem unteren Betrachtungsstandpunkt eine Helligkeitsinversion des Bildes eintritt. Demzufolge ist der Betrachtungswinkel sehr begrenzt.
Zur Lösung dieses Problems werden im Allgemeinen Mehrbereichs- Flüssigkristallzellen mit verdrillt nematischem Flüssigkristall vorgeschlagen. Fig. 5 zeigt den Aufbau einer 2-Bereichs-Zelle mit verdrillt nematischem Flüssigkristall (TDTN: two domain twisted nematic), wobei jedes Pixel (Bildpunkt) zwei Richtungskonfigurations-Bereiche aufweist, in denen die Kipprichtungen zueinander entgegengesetzt sind, so daß die Flüssigkristall-Direktoren in den zwei Bereichen in zueinander entgegengesetzte Richtungen gekippt werden, sobald eine Graustufenspannung an die Zelle angelegt wird.
Fig. 6 zeigt den Aufbau einer bereichsgeteilten Flüssigkristallzelle mit verdrillt nematischem Flüssigkristall (DDTN: domain divided twisted nematic), bei der die Orientierungsschicht 3 und die Orientierungsschicht 4 Materialien mit unterschiedlichen Kippwinkeln aufweisen. Die erste Orientierungsschicht 3 weist ein organisches Material auf, und die zweite Orientierungsschicht 4 weist ein anorganisches Material auf, so daß die Größen der durchschnittlichen Kippwinkel auf den beiden Orientierungsschichten voneinander verschieden sind, so daß die durchschnittlichen Orientierungen in voneinander verschiedene Richtungen weisen.
Die 2-Bereichs-TN-Flüssigkristallanzeige oder die bereichsgeteilte TN-Flüssigkristallanzeige wird in folgenden Schritten hergestellt: Reiben der auf das Substrat aufgebrachten Orientierungsschicht, z. B. Polyimid, Abdecken gewisser Bereiche mit einem Phororesistüberzug, Reiben der anderen, nicht abgedeckten Bereiche in einer zu der ersten Reibrichtung entgegengesetzten Richtung und Entfernen des Photoresistüberzuges. Weil das Verfahren sehr aufwendig ist, sind die Verfahrenskosten hoch.
Grundsätzlich liegt die Ursache für den kleinen Betrachtungswinkel darin, daß Flüssigkristall infolge seiner inhärenten Eigenschaften ein anisotropes Material ist. Deshalb wurde in jüngerer Zeit eine Flüssigkristallzelle mit gekippt aufgereihten (bend aligned) Flüssigkristallmolekülen vorgeschlagen. Fig. 7 zeigt den Aufbau einer Flüssigkristallzelle mit gekippt aufgereihtem Flüssigkristall, bei der eine entsprechende Flüssigkristallzelle 5 und eine optisch einachsige Schicht 6 mit optischer Kompensation zur Ausschaltung von Doppelbrechungserscheinungen der Flüssigkristallzelle 5 zwischen zwei gekreuzten (parallelen) Polarisatoren 7 eingefügt sind. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, steht ein Molekül der Flüssigkristallzelle 5 nahe bei der einen Orientierungsschicht in einem spitzen Kippwinkel zu dieser, mit zunehmender Annäherung an die Mittelebene zwischen den beiden Orientierungsschichten wird der Kippwinkel größer, nämlich bis zu 90 Grad, und mit der Annäherung an die gegenüberliegende Orientierungsschicht wird der Winkel wieder zunehmend spitzer (symmetrisch zur Mittelebene zwischen den beiden Orientierungsschichten), womit insgesamt der Betrachtungswinkel verbessert wird. Die gekippte Aufreihung des Flüssigkristalls, mit einem Winkel von 90 Grad zwischen den Molekülen des Flüssigkristalls und der Orientierungsschicht, wird durch Reiben der Orientierungsschichten und dadurch gebildet, daß der Flüssigkristall derart in einer bestimmten Richtung eingespritzt wird, daß der zuvor eingestellte Kippwinkel aufrechterhalten wird. Wenn dann das elektrische Feld an die Zelle mit dem gekippt aufgereihten Flüssigkristall angelegt wird, ändert sich die Lichttransmission infolge einer Änderung des wirksamen Brechungsindexes, die von der vom elektrischen Feld erzeugten Änderung der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle hervorgerufen wird.
Fig. 8a veranschaulicht den Zusammenhang zwischen der an der Flüssigkristallzelle 5 angelegten Spannung und der Lichttransmission, wobei T0 den Punkt darstellt, an dem die Lichttransmission 0% beträgt, T50 den Punkt darstellt, an dem die Lichttransmission 50% beträgt, und T100 den Punkt darstellt, an dem die Lichttransmission 100% beträgt. Fig. 8b veranschaulicht den Zusammenhang zwischen der Lichttransmission und dem Betrachtungswinkel in Horizontalrichtung. Die beim Betrachtungswinkel Null 0%, 50% bzw. 100% betragende Lichttransmission ist eine symmetrischere Funktion des Betrachtungswinkels in Horizontalrichtung als bei der TN-LC- Anzeigeanordnung nach Fig. 4b. Fig. 8c zeigt den Zusammenhang zwischen der Lichttransmission und dem Betrachtungswinkel in Vertikalrichtung. Wie aus Fig. 8c ersichtlich, ist außerdem die Lichttransmission hinsichtlich des Betrachtungswinkels in Vertikalrichtung sowohl für T0 als auch für T50 und T100 stets symmetrisch, wohingegen das Bild der verdrillt nematischen Flüssigkristallzelle bei horizontalen Betrachtungswinkeln gemäß der Kurve T50 bezüglich der Helligkeit invertiert wird. Deshalb wird der Betrachtungswinkel einer Flüssigkristallanzeigeanordnung, für welche die Flüssigkristallzelle 5 mit gekippt aufgereihtem Flüssigkristall verwendet wird, gegenüber der verdrillt nematischen Flüssigkristallzelle sowohl in Horizontal- als auch in Vertikalrichtung in hohem Maße verbessert.
Da jedoch die Orientierungsschicht auch in derjenigen Flüssigkristallzelle 5, welche gekippt aufgereihten Flüssigkristall aufweist, vor der Einspritzung des Flüssigkristalls gerieben werden muß, um in der Orientierungsschicht einen Kippwinkel auszubilden, besteht nach wie vor ein Problem darin, daß auf der Orientierungsschicht infolge der Reibbehandlung Staub und elektrostatische Ladung entstehen. Insbesondere die elektrostatische Ladung stellt ein großes Problem dar, weil sie zu einer Beschädigung der Flüssigkristallzelle führen kann.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe eines einfach durchführbaren Verfahrens zum Herstellen einer Flüssigkristallzelle mit gekippt aufgereihtem Flüssigkristall und großem Betrachtungswinkel.
Zur Lösung der Aufgabe weist das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristallzelle mit gekippt aufgereihten Flüssigkristallmolekülen folgende Schritte auf: Eine Kipprichtung wird eingestellt, indem die auf einem Glasmaterial ausgebildete Orientierungsschicht durch einen Polarisator hindurch mit linear polarisiertem Licht bestrahlt wird, und dann der Flüssigkristall in den Spalt zwischen den Substraten eingespritzt wird.
Fig. 1 zeigt eine UV-Bestrahlungsvorrichtung.
Fig. 2 zeigt einen durch Bestrahlen mit ultraviolettem Licht gebildeten Kippwinkel einer Orientierungsschicht.
Fig. 3 zeigt eine gekippt aufgereihte Struktur einer erfindungsgemäß hergestellten Flüssigkristallzelle.
Fig. 4a zeigt den Zusammenhang zwischen Spannung und Lichttransmission bei einer herkömmlichen Flüssigkristallzelle mit verdrillt nematischem Flüssigkristall.
Fig. 4b zeigt den Zusammenhang zwischen der Lichttransmission und dem Betrachtungswinkel in Horizontalrichtung bei einer herkömmlichen Flüssigkristallzelle mit verdrillt nematischem Flüssigkristall.
Fig. 4c zeigt den Zusammenhang zwischen der Lichttransmission und dem Betrachtungswinkel in Vertikalrichtung bei einer herkömmlichen Flüssigkristallzelle mit verdrillt nematischem Flüssigkristall.
Fig. 5 zeigt den Aufbau einer herkömmlichen 2-Bereichs-Zelle mit verdrillt nematischem Flüssigkristall.
Fig. 6 zeigt den Aufbau einer herkömmlichen bereichsgeteilten Flüssigkristallzelle mit verdrillt nematischem Flüssigkristall.
Fig. 7 zeigt den Aufbau einer herkömmlichen Flüssigkristallzelle mit gekippt aufgereihten Flüssigkristallmolekülen.
Fig. 8a zeigt den Zusammenhang zwischen Spannung und Lichttransmission bei einer herkömmlichen Flüssigkristallzelle mit gekippt aufgereihten Flüssigkristallmolekülen.
Fig. 8b zeigt den Zusammenhang zwischen der Lichttransmission und dem Betrachtungswinkel in Horizontalrichtung bei einer herkömmlichen Flüssigkristallzelle mit gekippt aufgereihten Flüssigkristallmolekülen.
Fig. 8c zeigt den Zusammenhang zwischen der Lichttransmission und dem Betrachtungswinkel in Vertikalrichtung bei einer herkömmlichen Flüssigkristallzelle mit gekippt aufgereihten Flüssigkristallmolekülen.
Eine herkömmliche unter Verwendung von UV-Licht photoorientierbare Orientierungsschicht enthält ein Polymer aus Polyvinylzimtsäureester (PVCN) und wird zur photopolymerisierten Orientierungsschicht, indem zwischen Polymerbestandteilen eine Vernetzung entsteht, wenn die Orientierungsschicht mit linear polarisiertem ultravioletten Licht bestrahlt wird. Die Orientierungsrichtung des Photopolymers verläuft senkrecht zur Polarisationsrichtung des linear polarisierten UV-Lichtes. Die Kipprichtung der Orientierungsschicht wird entsprechend der Orientierung des Photopolymers festgelegt. Der Kippwinkel der Orientierungsschicht ist eine Funktion der Einstrahlenergie und der Einstrahlrichtung des eingestrahlten ultravioletten Lichts. Das heißt, die Orientierungsrichtung und der Kippwinkel der Orientierungsschicht hängen von der Polarisationsrichtung und der Einstrahlintensität des auf die Orientierungsschicht eingestrahlten ultravioletten Lichts ab.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum erfindungsgemäßen Ausbilden einer Orientierungsschicht unter Verwendung von Licht. Ein mit einer Orientierungsschicht 11 beschichtetes Glassubstrat 1 wird mit polarisiertem ultravioletten Licht bestrahlt. Das ultraviolette Licht wird von einer Lampe 8 erzeugt und tritt durch einen Polarisator 10 hindurch. Die Lampe ist vorzugsweise eine Quecksilberdampflampe, und das Licht von der Quecksilberdampflampe ist nach dem Durchgang durch den Polarisator 10 linear polarisiert. Das linear polarisierte Licht wird senkrecht auf die auf dem Glassubstrat 1 aufgebrachte Orientierungsschicht eingestrahlt.
Nachstehend wird das Verfahren zum Herstellen der Flüssigkristallzelle beschrieben. Zuerst wird die Orientierungsschicht auf dem Glassubstrat ausgebildet, und dann wird die Orientierungsschicht unter Verwendung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung mit ultraviolettem Licht bestrahlt. Die auf dem Substrat 1 ausgebildete Orientierungsschicht 11 ist aus einem Material auf der Basis von Polysiloxan oder aus PVCN-F (Polyvinylfluorzimtsäureester). Der in der Orientierungsschicht ausgebildete Kippwinkel ist mittels der Intensität des senkrecht eingestrahlten ultravioletten Lichtes steuerbar, so daß es möglich ist, einen Kippwinkel zu erzielen, der größer als 45 Grad ist. Im Allgemeinen werden beim Bestrahlen der auf dem Substrat 1 ausgebildeten Orientierungsschicht 11 zwei Orientierungen mit gleichem Kippwinkel ausgebildet, wie aus Fig. 2 ersichtlich. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, wird von den beiden zueinander entgegengesetzten Orientierungen beim Einspritzen des Flüssigkristalls in den Spalt zwischen den beiden Substraten in einer bestimmten Richtung eine Orientierung ausgewählt.
Zum Beispiel haben PVCN-F und Polysiloxanzimtsäureester folgende Strukturformeln:
PVCN-F:
n = 300-6000, wobei es mittels der Reaktion von Polyvinylalkohol (PVA) mit 4- Fluorzimtsäure hergestellt werden kann.
Polysiloxanzimtsäureester I:
wobei Z aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus OH, CH₃ oder einer Mischung aus OH und CH₃ besteht,
m = 10-100,
l = 1-11,
L = 0 oder 1,
K = 0 oder 1,
X, X₁, X₂, Y aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus H, F, Cl, CN, CF₃, CnH2n+1, OCnH2n+₁ oder aus einer Mischung davon besteht, wobei n 1 bis 10 betragen kann.
Polysiloxanzimtsäureester II:
wobei Z aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus OH, CH₃ oder einer Mischung aus OH und CH₃ besteht,
m = 10-100,
l = 1-11,
L = 0 oder 1,
K = 0 oder 1,
X, X₁, X₂, Y aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus H, F, Cl, CN, CF₃, CnH2n+1, OCnH2n+₁ oder aus einer Mischung davon besteht, wobei n 1 bis 10 betragen kann.
Dementsprechend wird der Flüssigkristall 12 von der linken Seite des Glassubstrats 1 parallel zur Orientierungsrichtung der Orientierungsschicht und insbesondere parallel zu den Orientierungsschichten eingespritzt. Die Kipprichtung des Flüssigkristalls, die sich zwischen den Orientierungsschichten 11 aufgrund der Fließwirkung des Flüssigkristalls, wie aus Fig. 3 ersichtlich, ausbildet, entspricht im wesentlichen der Fließrichtung des Flüssigkristalls. Wenn der Kippwinkel der Orientierungsschicht 11 größer als 45 Grad ist, ist es außerdem möglich, eine gekippte Aufreihung zu bilden, ohne ein elektrisches Feld anzulegen; wenn also der Flüssigkristall eingespritzt wird, nachdem der Kippwinkel der Orientierungsschicht 11 auf einen Wert über 45 Grad eingestellt wurde, indem die eingestrahlte UV-Lichtenergie entsprechend gesteuert wird, dann werden die Moleküle des Flüssigkristalls 12 durch die Fließwirkung des Flüssigkristalls symmetrisch zwischen dem oberen und dem unteren Substrat verteilt, so daß die Asymmetrieerscheinungen bei Betrachten der Flüssigkristallanzeige sowohl in Vertikal- als auch in Horizontalrichtung zum Verschwinden gebracht werden. Deshalb ist der Betrachtungswinkel, wie aus Fig. 8 ersichtlich, größer als bei der herkömmlichen Flüssigkristallzelle mit verdrillt nematischem Flüssigkristall.
Nach der Erfindung wird eine Flüssigkristallzelle mit gekippt aufgereihten Flüssigkristallmolekülen hergestellt, indem die Orientierungsschicht mit UV-Licht bestrahlt wird, so daß der Betrachtungswinkel größer wird, eine reibungsbedingte Beschädigung der Orientierungsschicht vermieden wird und die Anzahl von Herstellungsschritten verringert werden kann. Durch das Bestrahlen mit linear polarisiertem UV-Licht werden in den Orientierungsschichten zwei Orientierungen ausgebildet, die den gleichen Kippwinkel aufweisen und deren Projektionen auf die Substratebenen zueinander entgegengesetzt sind. Durch die Fließwirkung des Flüssigkristalls beim Einspritzen zwischen die beiden Substrate in einer bestimmten Richtung kann dann eine der beiden Orientierungen ausgewählt werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristallzelle mit gekippt aufgereihtem Flüssigkristall unter Verwendung von Licht mit den Schritten:
Bestrahlen einer ersten Orientierungsschicht mit erstem polarisierten ultravioletten Licht, um in der ersten Orientierungsschicht einen ersten Kippwinkel auszubilden,
Bestrahlen einer zweiten Orientierungsschicht mit zweitem polarisierten ultravioletten Licht, um in einer zweiten Orientierungsschicht einen zweiten Kippwinkel auszubilden,
Einspritzen von Flüssigkristall zwischen die erste Orientierungsschicht und die zweite Orientierungsschicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Orientierungsrichtung der ersten Orientierungsschicht mit der Orientierungsrichtung der zweiten Orientierungsschicht übereinstimmt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Orientierungsschicht und die zweite Orientierungsschicht auf Polysiloxan basierende Materialien aufweisen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Orientierungsschicht und die zweite Orientierungsschicht Polyvinylfluorzimtsäureester aufweisen.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt des Bestrahlens der ersten Orientierungsschicht die erste Orientierungsschicht in einer Richtung bestrahlt wird, die im wesentlichen senkrecht zur ersten Orientierungsschicht ist, und einen zweiten Schritt des Bestrahlens der zweiten Orientierungsrichtung aufweist, in dem die zweite Orientierungsschicht in einer Richtung bestrahlt wird, die im wesentlichen senkrecht zur zweiten Orientierungsschicht ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, das einen Schritt aufweist, in dem der erste Kippwinkel und der zweite Kippwinkel durch Einstellen der Energie des ersten polarisierten ultravioletten Lichtes bzw. des zweiten polarisierten ultravioletten Lichtes eingestellt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Schritt des Einspritzens das Flüssigkristallmaterial zwischen die erste Orientierungsschicht und die zweite Orientierungsschicht in einer zu der Orientierungsrichtung der ersten Orientierungsschicht und zu der Orientierungsrichtung der zweiten Orientierungsschicht entsprechenden Richtung eingespritzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste polarisierte ultraviolette Licht linear polarisiert ist.
9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in den Schritten des Bestrahlens der ersten Orientierungsschicht bzw. des Bestrahlens der zweiten Orientierungsschicht die Energie des ersten polarisierten Lichtes bzw. des zweiten polarisierten Lichtes derart eingestellt werden, daß ein erster Kippwinkel und ein zweiter Kippwinkel ausgebildet werden, die jeweils größer als 45° sind.
10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei durch den Schritt des Bestrahlens der ersten Orientierungsschicht eine Mehrzahl von Kipprichtungen ausgebildet werden, und das Verfahren einen Schritt aufweist, in dem das Flüssigkristallmaterial zwischen die erste Orientierungsschicht und die zweite Orientierungsschicht derart eingespritzt wird, daß die eine Kipprichtung von den Orientierungsrichtungen ausgewählt wird.
DE19637924A 1995-12-08 1996-09-17 Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristallzelle mit bogenförmig ausgerichteten Flüssigkristallmolekülen unter Verwendung von Licht Expired - Fee Related DE19637924B4 (de)

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