DE3338842C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Flüs­ sigkristall-Bauelements.

Eine Forderung bei der Herstellung von Flüssigkristall-Bau­ elementen besteht darin, die Bauelemente mit möglichst gleichförmiger Dicke herzustellen, um insbesondere das Be­ triebsverhalten des Bauelements zu verbessern.

Dazu ist es bekannt, Glasfasern oder feine Glasperlen eines definierten Durchmessers als innere Abstandshalter in Flüssig­ kristallzellen einzustreuen, um dadurch die Dicke des Bau­ elements abhängig vom Durchmesser der eingestreuten Teile festzulegen. Unbefriedigend bei dieser Maßnahme ist jedoch die Tatsache, daß bei kleinen Bauelementen deren Oberfläche wellig wird aufgrund der in dem Bauelement befindlichen Partikel. Dies steht der Forderung nach gleichförmiger Dicke entgegen. Bei den bekannten Verfahren entstehen einzelne Druckdomänen im Bauelement, die es zu vermeiden gilt.

In der DE-OS 23 36 855 ist beschrieben, ein Flüssigkristall- Bauelement mit dem Flüssigkristallmaterial dadurch zu füllen, daß das Bauelement in einer Vakuumkammer angeordnet wird, um die Flüssigkeit in das Bauelement hineinzusaugen. In der DE-OS 21 59 165 ist ein Flüssigkristall-Bauelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben, bei dem nach dem nicht näher erläuterten Einfüllen des Flüssig­ kristallmaterials in das Bauelement-Gehäuse letzteres mit einem Kleber verschlossen wird. Geeignete Kleber sind z. B. in der DE-OS 29 02 325 offenbart.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkristall-Bauelements anzugeben, das es ermöglicht, eine gleichförmige Bauelement-Dicke zu er­ reichen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfin­ dung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist das Einfüllen von Flüssigkristallmaterial in das Gehäuse, das Halten des Ge­ häuses in einer Presse bei Aufbringung von Wärme unter Druck auf das Gehäuse, wobei ein überschüssiger Anteil des Flüssig­ kristallmaterials aus dem Einfülloch entweicht, und das Auf­ bringen eines Klebstoffs und dessen Aushärtung während Auf­ rechterhaltung des Drucks. Derartige Merkmale sind bei den bekannten Verfahren nicht vorhanden. Die DE-OS 22 36 135 beschreibt ein Verfahren zum Abziehen eines Fluids aus einer Zelle entweder durch Zusammenquetschen von zwei Wänden einer eine Flüssigkeit enthaltenden Zelle oder durch Absaugen in einem Vakuum. Dabei kann möglicherweise noch Luft in der Zelle verbleiben. Dies ist aber bei Flüssigkristall-Bauele­ menten unerwünscht.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines auf bekanntem Wege hergestellten Flüssigkristall-Anzeigeelementes,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Presse zum unter Druck erfolgenden abdichtenden Verschließen, wie dieses beim erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen ist,

Fig. 3 eine Schnittansicht eines im erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Flüssigkristall-Anzeige­ elementes und

Fig. 4 eine Schnittansicht einer Vakuumkammer zur Füllung eines Gehäuses mit einem Flüssigkristallmaterial beim erfindungsgemäßen Verfahren.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens kann ein Flüssigkristall-Anzeigeelement durch folgen­ de Schritte aufgebaut werden.

• 1. Es wird ein Klebstoff (eine Mischung eines Epoxyharzes und eines Amin-Härters), der Glasfasern oder Glasperlen eines definierten Durchmessers (6-20 µm) enthält, im Siebdruck in einer Breite von etwa 0,1-5 mm auf das Umfangsgebiet der elektrodentragenden Seite einer Elektrodenplatte (die aus einer Elektrode und einem Glas- oder Kunststoffsubstrat aufgebaut ist), ausgenommen eines Gebietsteils, wo ein Ein­ fülloch zur Einführung eines Flüssigkristallmaterials vorge­ sehen ist, bedruckt.
• 2. Glasfasern, Aluminiumoxidpartikel oder Glasperlen eines de­ finierten Durchmessers (6-20 µm) werden auf die gesamte Fläche der elektrodentragenden Seite der Gegenelektroden­ platte aufgestreut. Hierbei kann das Aufstreuen bewerkstelligt werden durch Eintauchen der Elektrodenplatte in eine alkoholi­ sche Dispersion der obigen Glasfasern oder Glasperlen und Verdampfenlassen des Alkohols.
• 3. Die in den Schritten 1) und 2) hergestellten Elektrodenplatten werden übereinander gelegt und mit einem Druck von etwa 5 N/cm² (0,5 kg/cm²) unter für eine Härtung des Klebstoffs geeigneten Bedingungen (etwa 30 Minuten bis 2 Stunden lang bei etwa 70 bis etwa 100°C) zusammengepreßt. Nach Entfernung des Drucks wird die Härtung 1-2 Stunden lang bei einer höheren Tempe­ ratur von etwa 120-150°C fortgesetzt, um ein Gehäuse für ein Flüssigkristall-Anzeigeelement mit einem Abstand von 6 bis 20 µm zwischen den Elektroden zu erhalten.
• 4. Das Gehäuse wird in eine Vakuumkammer verbracht. Nach deren Evakuierung wird das Einfülloch mit einem Tröpfchen eines Flüssigkristallmaterials bedeckt. Sodann wird der Kammer­ druck wieder auf Atmosphärendruck erhöht, um das Flüssig­ kristallmaterial in das Gehäuse mit Hilfe der Druckdiffe­ renz zwischen Gehäuseinnerem und -äußerem einzufüllen.
• 5. Das mit dem Flüssigkristallmaterial gefüllt Gehäuse wird in eine Presse (Fig. 2) verbracht und bei einem Druck P (5- 20 N/cm² (0,5-2 kg/cm²), vorzugsweise 10 N/cm³ (1,0 kg/cm²)) und einer Temperatur von 40-60°C, vorzugsweise etwa 50°C, gepreßt. Nach Herausquetschen von überflüssigem Flüssigkristallmaterial aus dem Einfülloch, wird ein Ab­ dichtungsmittel auf das Loch aufgebracht und gehärtet, während­ dessen der Druck aufrecht erhalten wird.

Das solcherart hergestellte Flüssigkristall-Anzeigeelement hat eine gleichförmige Dicke (s. Fig. 3), entwickelt keine Druck­ domäne, selbst dann, wenn auf die Zelle im Anzeigezustand mit dem Finger gedrückt wird, und besitzt gute Betriebseigenschaf­ ten.

Wenn andererseits das Einfülloch wie in den vorstehend erwähn­ ten Schritten, jedoch ohne Druckanwendung in Schritt 5) (Fig. 2), dann ist das resultierende Element unbefriedigend und hat ein Aussehen ähnlich wie das in Fig. 1 dargestellte. Ein solches Flüssigkristall-Anzeigeelement hat wellige Elektrodenplatten 11 und 12, obgleich die Umfangsbereiche des Spaltes zwischen den Elektrodenplatten 11 und 12 mit einem Abdichtungsmittel 13 verschlossen sind und Glasfasern oder Glasperlen als innere Ab­ standshalter 14 verteilt worden sind, um den Abstand zwischen den Elektrodenplatten 11 und 12 gleichförmig zu machen. Demgemäß wird sich eine gleichförmige Monodomäne in der Flüssigkristall­ schicht 15 nur mit Schwierigkeit ausbilden.

Bei einem Flüssigkristall-Anzeigeelement nach Fig. 3 kann der Ab­ stand zwischen den Elektrodenplatten 11 und 12 auf etwa ±0,1 µm genau gleichförmig gemacht werden, es kann daher eine gleichförmi­ ge Monodomäne ausgebildet werden. Außerdem entsteht keine Druck­ domäne auch dann, wenn auf einen Flächenteil des Anzeigeelementes gedrückt wird.

Die Presse für das unter Druck erfolgende Verschließen ist, wie in Fig. 2 dargestellt, aufgebaut aus

• 1. einer Bühne 24 mit einer Tragplatte 21 aus Metall wie rost­ freiem Stahl oder Aluminium, einem hiervon getragenen Heizer 22 und einem den Heizer 22 abdeckenden Material 23, z.B. einem Schaumstoff, und
• 2. aus einem Druckstempel 28 mit einer Druckplatte 25 aus Metall wie rostfreiem Stahl oder Aluminium, einem hiervon getragenen Heizer 26 und einem den Heizer 26 abdeckenden Material 27, z.B. einem Schaumstoff. Wenn das Einfülloch (nicht dargestellt) einer Flüssigkristallzelle 20 verschlossen wird, dann wird ein Druck P auf den Druckstempel 28 ausgeübt, und das Einfülloch kann dann mit einem Verschlußmittel 29 verschlossen werden.

Zu den hier in Frage kommenden Verschlußmittel gehören Kleb­ stoffe auf der Basis organischer Harze, beispielsweise Epoxy­ harze und anorganische Klebstoffe wie Lot.

Zum Aufbringen des Klebstoffs auf das Umfangsgebiet einer der Elektrodenplatte kann im üblichen Siebdruckverfahren gearbei­ tet werden, wobei die Platte aus rostfreiem Stahl, Glas oder Kunststoff mit Maschen oder Perforationen in vorgeschriebenen Bereichen als Sieb benützt werden kann. Die Form der Perforation kann je nach Wunsch gewählt werden, beispielsweise kreisförmig, elliptisch, dreieckig, viereckig etc. sein. Der Klebstoff wird vorzugsweise auf die Elektrodenplatte durch die Perforationen eines solchen Siebes unter Verwendung einer geeigneten Beschichtungs vorrichtung wie eine Walze, eine Bürste oder ein Tuch aufgebracht. Die solcherart mit dem Klebstoff beschichtete Elektrodenplatte wird der Gegenelektrodenplatte gegenübergestellt, sodann wird der Abstand zwischen den Elektrodenplatten auf einem definier­ ten Wert durch eine geeignete Presse gehalten, und der Klebstoff wird durch Erwärmen zur Vervollständigung des abdichtenden Ver­ schließens gehärtet. Beim Aufbringen des Klebstoffs muß darauf geachtet werden, daß nicht auch das Gebiet, wo das Einfülloch vorgesehen wird, mit Klebstoff beschichtet wird. Der Klebstoff kann auch auf die vorgeschriebenen Gebiete der Gegenelektrode im selben Siebdruckverfahren aufgebracht werden.

Dem für dieses abdichtende verschließen benutzten Klebstoff kann ein geeignetes Abstandshalter-Material, z.B. Glasfasern, Glasper­ len oder Aluminiumoxidpartikel, beigemischt werden. Dieses ist günstig, weil gleichzeitig der Abstand eingehalten und das ab­ dichtende Verschließen vorgenommen werden kann.

Als Flüssigmaterial, das elektro-optische Änderungen zu zeigen vermag, kann statt eines Flüssigkristallmaterials auch ein elektrochromes Flüssigmaterial verwendet werden.

Das erfindungsgemäß hergestellte Flüssigkristall-Anzeigeelement kann für jede Anzeigebetriebsart ausgelegt werden.Ein Beispiel hierfür ist die Ausnutzung des dynamischen Streuphänomens, d.h. der Tatsache, daß ein nematisches Flüssigkristallmaterial mit negativer dielektrischer Anisotropie Licht bei angelegtem elektri­ schen Feld streut. Ein weiteres Beispiel ist die Ausübung einer optischen Drehkraft auf eine nematische Flüssigkristallsubstanz mit positiver dielektrischer Anisotropie dadurch daß das Mate­ rial veranlaßt wird, eine horizontal verdrillte Orientierung anzunehmen und daß die optische Drehkraft durch die Einwirkung eines geeigneten elektrischen Feldes geändert wird. Neben diesen nematischen Flüssigkristallen können auch smectische oder chole­ sterinische Flüssigkristalle oder auch Mischungen hiervon benutzt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, einen ver­ drillten nematischen Flüssigkristall (TN-Typ) zu verwenden, wie dieser in der Arbeit "Voltage-Dependent Optical Activity of Twisted Nematic Liquid Crystal" von M. Schadt und W. Helfrich in Applied Physics Letters, Band 18, Heft 4 vom 15. Februar 1971, Seiten 127-128 beschrieben ist. Bei der Anzeigebetriebsart, bei der ein solcher Flüssigkristalltyp benutzt wird, nehmen die Moleküle eines nematischen Flüssigkristalls mit positiver dielek­ trischer Anisotropie eine verdrillte Struktur (Wendelstruktur) an, wenn kein elektrisches Feld angelegt wird. Wird ein elektri­ sches Feld angelegt, dann orientieren sich die Flüssigkristall­ moleküle in Richtung des elektrischen Feldes, wodurch eine opti­ sche Änderung verursacht wird.

Als Beispiel der im vorliegenden Verfahren brauchbaren Elektroden sei eine Dünnschicht aus Zinnoxid oder Indiumoxid genannt, die auf einer Seite eines Substrats entweder teilweise oder als Vollflächenbeschichter im Vakuum niedergeschlagen oder anderwei­ tig aufgebracht wird. Das Substrat ist beispielsweise eine trans­ parente Glasplatte oder eine Kunststoffolie. Wenn es sich um ein Anzeigeelement auf der Grundlage einer nematischen Flüssigkristall­ substanz mit positiver dielektrischer Anisotropie handelt, ist es insbesondere wünschenswert,daß die Elektrode aus einer leitenden Zinnoxid- oder Indiumoxidschicht mit einer isolierenden Schicht aus Polyimid, Siliciumoxid, Polybenzoxazol, Polybenzothiazol, Polybenzothiadiazol, Poly-p-xylylol oder dergleichen beschichtet wird, gefolgt von einem Reiben mit einem Tuch oder dergleichen zur Orientierungssteuerung. Lichtundurchlässige leitende Schich­ ten, die sich für die vorliegenden Zwecke eignen, sind beispiels­ weise Schichten aus Aluminium, Gold, Silber, Kupfer und Blei.

Es ergeben sich u.a. folgende Vorteile. Man kann eine Flüssig­ kristallzelle gleichförmiger Dicke erhalten, da das Einfülloch verschlossen wird, während ein äußerer Druck auf die mit Flüssig­ kristallmaterial gefüllte Zelle ausgeübt wird, wodurch die Innen­ seiten der Elektrodenplatten in innigen Kontakt mit den inneren Abstandshalterpartikeln gebracht werden. Da weiterhin das Zell­ innere unter verringertem Druck steht, wenn der Druck nach Ver­ vollständigung des abdichtenden Verschließens entfernt wird, wird der Abstand zwischen den Elektrodenplatten genau auf dem Durch­ messer der inneren Abstandshalterpartikel als Folge der Druck­ differenz zwischen Zellinnerem und Zelläußerem gehalten. Außer­ dem wird, wenn ein Tastenfeld aus Polyäthylenterephthalat oder dergleichen hergestellt und auf der oberen Glasplatte eines Flüssigkristall-Anzeigeelementes vorgesehen wird und dann eine Bildanzeige durch Niederdrücken der Tasten erzeugt wird, dann entsteht keine Verbiegung der Glasplatte durch diese Druckaus­ übung auch dann, wenn der Druck soweit wie die Flüssigkristall­ zelle reicht. Die Instabilität der Anzeige, d.h. eine Ausbil­ dung einer Druckdomäne, wird verhindert.

Nachstehend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Bei­ spieles im einzelnen beschrieben.

Beispiel

Eine polyimidbildende Lösung (eine Lösung von Polyimidisoindo­ lochinazolindion (PIQ) der Hitachi Kasei Co., Ltd., mit einem Anteil an nichtflüchtiger Substand von 14,5 Gewichtsprozent) wurde 10 Sekunden lang im Schleuderverfahren bei 3000 min^-1 auf ein 0,4 mm-dickes Glassubstrat aufgebracht, auf dem eine Streifenmusterelektrode aus ITO (Indiumzinnoxid) ausgebildet war. Das Ganze wurde dann 30 Minuten lang bei 120°C zum Er­ halt einer 2 µm dicken Beschichtung erhitzt. Diese Beschichtung wurde dann mit Samt in eine Richtung parallel zu den Streifen der Streifenmusterelektrode gerieben.

Auf diese Weise wurden zwei Elektrodenplatten hergestellt. Dann wurde das Umfangsgebiet (0,3 mm breit) einer der Elektroden­ platten, ausgenommen des Teilgebietes, wo das Flüssigkristall- Einfülloch vorgesehen war, im Siebdruckverfahren bedruckt mit einem Epoxy-Klebstoff (eine Mischung von PC-401 der Haven Chem. Corp. und Diaminodiphenylmethan), der Glasfasern (F-6 der Nippon Denki Glass Co., Ltd.) enthielt.

Dieselben Glasfasern wurden auf die gesamte Oberfläche der ande­ ren Elektrodenplatte(Gegenelektrodenplatte) aufgestreut. Die erstere Elektrodenplatte wurde auf die letztere so aufgelegt, daß die Streifen der Elektroden (und demgemäß die Reibrichtungen) einander rechtwinklich überkreuzten.

Die aufeinandergelegten Elektrodenplatten wurden eine Stunde lang bei 80°C bei gleichzeitiger Ausübung eines Druckes von 5 N/cm² (0,5 kg/cm²) auf die gesamte Plattenfläche erhitzt, gefolgt von einer 90 Minuten langen Erhitzung bei 130°C ohne Druckeinwirkung, um den Epoxy-Klebstoff zu härten.

Das so hergestellte Gehäuse wurde in eine Vakuumkammer ver­ bracht, deren Schnittansicht in Fig. 4 dargestellt ist. In Fig. 4 ist das Gehäuse mit 401 bezeichnet und war mit einer an das Einfülloch 402 angeschlossenen Glaskapillare 403 (Innen­ durchmesser 2 mm, Länge 5 mm) versehen. Das Gehäuse 403 wurde durch eine nicht dargestellte Haltevorrichtung mit nach unten gerichteter Kapillare gehalten. In der Vakuumkammer 409 war vorher ein Schiffchen 404 aus rostfreiem Stahl untergebracht, das eine nematische Flüssigkristallzusammensetzung 405 (ZLI 1694 der Merck & Co.) mit positiver dielektrischer Anisotropie enthielt.

Sodann wurde die Kammer 409 geschlossen und evakuiert auf ein Vakuum von 0,13 mbar (0,1 Torr), und dieses geschah durch Schlie­ ßen eines Lüftungsventils 406 und Öffnen eines Vakuumventils 407. Sodann wurde das Gehäuse 401 in eine Stellung abgesenkt, um mit der Kapillare in die Flüssigkristallsubstanz einzutau­ chen. Unter dem Einfluß der Kapillarwirkung füllte sich die Kapillare 403 mit dem Flüssigkristallmaterial bis zum oberen Ende. Danach wurde durch Schließen des Vakuumventils 407 und Öffnen des Lüftungsventils 406 Luft in die Vakuumkammer 409 eingelassen, wordurch die nematische Flüssigkristallsubstanz durch das Loch 402 in das Gehäuse 401 eindrang und dieses nach 5 Minuten vollständig füllte.

Das mit dem Flüssigkristall gefüllte Gehäuse wurde auf die Büh­ ne 24 der Presse (Fig. 2) gelegt und bei 50°C mit einem Druck von 10 N/cm² (1 kg/cm²) gepreßt. Hierbei wurde etwas Flüssig­ kristallmaterial aus dem Einfülloch heraus gedrückt. Danach wurde, während der Restdruck aufrecht erhalten wurde, ein Epoxy- Klebstoff (eine Mischung von PC-401 der Haven Chem. Corp. und Diaminodiphenylmethan) auf das Einfülloch aufgebracht, um dieses zu verschließen, und 90 Minunten lang bei 130°C der Aushärtung überlassen, um das abdichtende Verschließen zu vervollständigen.

Die so erhaltene Flüssigkristallzelle hatte eine 7,5 µm±0,1 µm dicke Flüssigkristallschicht. Die Dickenmessung erfolgte dabei mit einem Interferenzfilmdickenmeßgerät. Weiterhin wurde gefunden, daß dieses Flüssigkristall-Anzeige­ element beim Drücken mit einem Finger auf die Elektrodenplatte keine Druckdomäne erzeugte. Der Betrieb des Elementes durch An­ legen einer Wechselspannung von 3,0 V an die gemusterten Elektro­ den ergab ein gutes Anzeigemuster.

Claims (7)

1. Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkristall-Bauelements, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• a) Aufbringen eines Klebstoffs auf das Umfangsgebiet der elektrodentragenden Seite einer ersten Elektrodenplatte, mit Ausnahme des Gebiets, wo ein Einfülloch zum Ein­ füllen eines Flüssigkristallmaterials vorgesehen ist, wobei der Klebstoff Abstandshalter wie Glasfasern, Glasperlen oder Aluminiumpartikel enthält,
• b) Aufstreuen von Glasfasern, Glasperlen oder Aluminium­ oxidpartikeln über die gesamte Oberfläche der elektro­ dentragenden Seite einer zweiten Elektrodenplatte,
• c) Übereinanderlegen der beiden nach den Schritten a) und
• b) vorbereiteten Elektrodenplatten und Härten des im Schritt a) aufgebrachten Klebstoffs, um ein Gehäuse für das Bauelement zu bilden,
• d) Füllen des Gehäuses mit einem Flüssigkristallmaterial durch das Einfülloch,
• e) Aufbringen eines Klebstoffs auf das Einfülloch des mit dem Flüssigkristallmaterial gefüllten Gehäuses, während in einer Presse auf das Gehäuse Wärme und Druck ausge­ übt wird, und
• f) Härten des im Schritt e) aufgebrachten Klebstoffs, wäh­ rend der Druck aufrechterhalten bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide Elektrodenplatten einer Reibbehandlung un­ terzogen worden sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Schritt a) verwendete Klebstoff ein Epoxyharz und einen Aminhärter enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Schritt e) verwendete Klebstoff ein Epoxyharz und einen Aminhärter oder ein Lot enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Erwärmungstemperatur im Schritt e) zwischen 40°C und 80°C liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Presse im Schritt e) Druck von 0,5 kg/cm² bis 2 kg/cm² auf die gesamte Oberfläche der Elektrodenplatten des Gehäuses aufgebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt d) das Gehäuse in einer Vakuumkammer evakuiert wird, Flüssigkristallmaterial auf das Einfülloch des Gehäuses gebracht wird und dann der Druck in der Vakuum­ kammer wieder auf Atmosphärendruck gebracht wird, um das Flüssigkristallmaterial in das Gehäuse einzufüllen.