DE69824062T2

DE69824062T2 - Flüssigkristallanzeigevorrichtung und Herstellungsverfahren der Flüssigkristallanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69824062T2
Application number: DE69824062T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Ohta-ku Sekine; Shunsuke Ohta-ku Inoue; Hiroshi Ohta-ku Mizuno
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-03-10
Filing date: 1998-03-10
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2018-03-11
Also published as: DE69824062D1; US6476887B1; US6313894B1; KR100258822B1; EP0864902B1; CN1155851C; EP0864902A3; EP0864902A2; TW388801B; KR19980080065A; CN1204064A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeige(LCD)vorrichtung, die von einem mit einem Polymer gemischten Flüssigkristall gebildet wird, sowie einen Projektor, der von einer derartigen Flüssigkristallanzeigevorrichtung Gebrauch macht. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen LCD-Vorrichtung.
In den letzten Jahren sind Flüssigkristallanzeigevorrichtungen in verschiedenen Vorrichtungen eingesetzt worden, die durch eine Direktbildanzeige einer Diagonallänge von 254 mm (10 Zoll) oder mehr gekennzeichnet sind. Ferner hat durch die zunehmende Popularisierung von Computern ein Flüssigkristallprojektor mit hoher Auflösung und Helligkeit, der vergrößerte Bilder von einem Flüssigkristallpaneel in Kombination mit einem optischen System auf einen Schirm projiziert, begonnen, als praktisches Produkt den Markt zu erobern.
Die bei einem derartigen Flüssigkristallpaneel verwendeten Flüssigkristallmaterialien sind vom TN(verdrehten nemati schen)-Typ und ermöglichen ein rasches Ansprechvermögen und einen hohen Kontrast im Vergleich zum STN(superverdrehten nematischen)-Typ, der hauptsächlich bislang verwendet wurde, so dass Bilder mit höherer Qualität angezeigt werden können.
Eine Anzeigevorrichtung unter Verwendung eines TN-Flüssigkristalles hat jedoch nur eine begrenzte Helligkeit, da ein beträchtlicher Lichtverlust infolge der Polarisatoren auftritt, welcher Fehler besonders gravierend ist in einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom Projektortyp, die eine große Helligkeit benötigt.
Um dieses Problem zu lösen, wurde eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung unter Verwendung eines „Polymernetzwerkflüssigkristalles(PNCL)" vorgeschlagen, bei der ein TN-Flüssigkristallmaterial in einem Polymernetzwerk verteilt ist. Wenn bei dieser Vorrichtung eine elektrische Spannung angelegt wird, erhält das TN-Kristall einen Brechungsindex, der etwa dem des Polymernetzwerkes entspricht, so dass Licht mit hoher Durchlässigkeit hindurchdringt. Wenn keine elektrische Spannung angelegt wird, nimmt das TN-Kristall eine willkürliche Ausrichtung an und erhält einen Brechungsindex, der sich von dem des Polymernetzwerkes unterscheidet, so dass einfallendes Licht gestreut und schwarz angezeigt wird. Bei einer Anzeigevorrichtung, bei der ein „Polymernetzwerkflüssigkristall" Verwendung findet, werden keine Polarisatoren eingesetzt, so dass eine Anzeige mit höherer Lichteffizienz, d. h. eine hellere Anzeige, als bei der TN-Flüssigkristallanzeigevorrichtung erreicht wird.
Der in dieser Beschreibung verwendete Begriff „Polymernetzwerkflüssigkristall" kann auch bei Flüssigkristallen mit ähnlichen strukturellen Merkmalen Verwendung finden, beispielsweise einem in einem Polymer dispergierten Flüssigkristall (PDLC) und bei Flüssigkristallen einer schwammigen Struktur.
Um die hohe Lichteffizienz eines „Polymernetzwerkflüssigkristalles" weiter zu erhöhen, ist es wirksam, ein aktives Matrixsubstrat vom Reflexionstyp zu verwenden. Bei einem derartigen Substrat vom Reflexionstyp können nämlich aktive Elemente unter der reflektierenden Elektrode angeordnet werden, die auch als Abschirmung gegen Licht dienen können, so dass sich die Blende nahezu bis zu ihrem gesamten Bereich öffnen kann. Selbst wenn daher die Größe der Bildpunkte reduziert wird, besteht daher das Potential im Gegensatz zu einem Paneel vom Durchlässigkeitstyp, die gleiche Lichtausnutzungseffizienz aufrechtzuerhalten.
Wenn ein „Polymernetzwerkflüssigkristall" vom Reflexionstyp, eine „Polymer/Flüssigkristallverbund-Membran" oder ein „in einem Polymer dispergiertes Flüssigkristall" hergestellt wird, werden aktive Elemente unter die reflektierende Elektrode des reflektierenden aktiven Matrixsubstrates angeordnet und das Polymer sowie die Flüssigkristallmaterialien werden in den Raum zwischen dem Substrat und der transparenten Elektrode injiziert und dort eingeschlossen, wonach mit UV-Licht belichtet wird, um ein Flüssigkristallpaneel herzustellen.
Die vorstehend beschriebene Herstellung eines „in einem Polymer dispergierten Flüssigkristalles" ist in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 5-61016 beschrieben. Gemäß dieser Veröffentlichung werden eine Acrylatzusammensetzung, die unter UV-Bestrahlung polymerisieren kann (Dalocure 1116 von der Firma Merck wird als Photopolymerisationsinitiator verwendet), und eine Flüssigkristallzusammensetzung (E8 von der Firma BDH) bis zur Gleichmäßigkeit vermischt, und das Gemisch wird in eine Glaszelle mit ITO-Elektroden injiziert und einer UV-Bestrahlung (1 mW, 500 sec) ausgesetzt, um ein in einem Polymer dispergiertes Flüssigkristall (PDLC) herzustellen. Durch Veränderung des Anteiles der Flüssigkristallzusammensetzung im PDCL zwischen 65 und 75 Gew.-% relativ zum Gesamtgewicht der Polymermatrix und der Flüssigkristallzusammensetzung wurden Proben verschiedener Partikelgrößen hergestellt.
Ferner beschreibt die japanische Patentanmeldung 06281915 ein Flüssigkristallanzeigepaneel, das ein Paar von Substraten und ein dazwischen angeordnetes Flüssigkristall umfasst, wobei das Paar der Substrate mit Hilfe eines Dichtungsmittels miteinander verbunden ist, das einen Flüssigkristallbereich des Paneels umgrenzt. Dieser Flüssigkristallbereich besitzt einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich außerhalb des ersten Bereiches, wobei der erste und zweite Bereich Flüssigkristalle mit Polymernetzwerkstrukturen besitzen, die voneinander verschieden sind. Dieses Flüssigkristallpaneel weist sämtliche Merkmale der Oberbegriffe der Patentansprüche 1 und 4 in Kombination auf.
Es wurde jedoch festgestellt, dass das durch herkömmliche UV-Belichtung hergestellte Flüssigkristallpaneel oft eine ungleichmäßige Helligkeit aufweist. Insbesondere dann, wenn die gesamte Oberfläche des Flüssigkristallbereiches mit parallelem UV-Licht bestrahlt wird, wird in der Mitte und am Umfang des Flüssigkristallpaneels in einem konzentrischen Muster eine Verringerung der Intensität des reflektierten Lichtes oder der Lichtdurchlässigkeit beobachtet. Mit einem aus drei Platten bestehenden Flüssigkristallpaneel für eine Farbanzeige tritt eine konzentrische Ungleichmäßigkeit im Farbton auf. Dies wird auf eine ungleiche Polymerisation des Polymers oder eine ungleiche Größe der Flüssigkristallpartikel zurückgeführt, was durch während der Polymerisationsreaktion erzeugte Spannungen verursacht werden kann. Als weiterer Grund kann man an den Einfluss der Dichtung während der Polymerisationsreaktion denken, der in Abhängigkeit von der Entfernung von der Dichtung unterschiedlich groß sein kann.
Wenn eine Monomersubstanz in einem geschlossenen ebenen Bereich polymerisiert wird, tritt kaum eine gleichmäßige Initiierung der Polymerisation auf, obwohl die für die Polymerisationsinitiierung benötigte Energie gleichmäßig über den gesamten Bereich zur Verfügung gestellt wird, und es entwickeln sich unsteuerbare örtliche Unregelmäßigkeiten zumindest mikroskopisch infolge der Molekularniveaufluktuation der polymerisierbaren Materialien.
Hinzukommt, dass bei der Herstellung von Flüssigkristallanzeigepaneelen, wenn ein Flüssigkristall/Vorpolymergemisch in eine Zelle injiziert wird, die aus unterschiedlichen Materialien besteht, beispielsweise einem Si-Substrat, auf dem Elemente ausgebildet sind, einem gegenüberliegenden Glassubstrat und einem Dichtungsmittel, viele Faktoren einschließlich Prozessfaktoren die Gleichmäßigkeit stören und den Fortschritt der Polymerisation beeinflussen. Es ist daher sehr schwierig, eine gleichmäßige Netzwerkstruktur in dem Bereich in gleichmäßiger Weise und mit guter Reproduzierbarkeit auszubilden.
Des weiteren wurde festgestellt, dass das herkömmliche Flüssigkristallpaneel ein Problem hinsichtlich der Stabilität besitzt. Infolge des Vorhandenseins einer während der UV-Belichtung nicht reagierten Flüssigkristallphase wird das Paneel oft unstabil bzw. unbeständig.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Flüssigkristallanzeige zu schaffen, die frei von Anzeigeungleichmäßigkeiten und durch ein einfaches Herstellverfahren aus einem Flüssigkristallmaterial mit verbesserter Stabilität hergestellt ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Flüssigkristallanzeigepaneel zur Verfügung gestellt, das ein Paar von Substraten und ein dazwischen angeordnetes Flüssigkristall aufweist,
wobei das Paar der Substrate mit Hilfe eines Dichtungsmittels verbunden ist, das zwischen dem Paar der Substrate an einem Umfangsbereich des Paneels vorgesehen ist und einen Flüssigkristallbereich des mit dem Flüssigkristall versehenen Paneels umgibt, wobei dieser Flüssigkristallbereich einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich außerhalb des ersten Bereiches aufweist und das im ersten und zweiten Bereich angeordnete Flüssigkristall Polymernetzwerkstrukturen besitzt, die voneinander verschieden sind;
wobei der zweite Bereich ein Nichtanzeigebereich benachbart zum Umfangsbereich ist, der einen ersten Nichtanzeigebereich und einen zweiten Nichtanzeigebereich aufweist, wobei der erste Bereich ein vom Nichtanzeigebereich umgebener Anzeigebereich ist und das im Anzeigebereich, ersten Nichtanzeigebereich und zweiten Nichtanzeigebereich angeordnete Flüssigkristall Polymernetzwerkstrukturen enthält, die voneinander verschieden sind.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellverfahren für ein Flüssigkristallanzeigepaneel zur Verfügung gestellt, das die folgenden Schritte umfasst:
Vorsehen eines Gemisches aus einem Flüssigkristallmaterial und einem Vorpolymermaterial in einem Raum zwischen zwei Substraten, von denen mindestens eines transparent ist, und Bestrahlen des Vorpolymermateriales mit Licht, um eine Polymerisation des Vorpolymermateriales zu bewirken;
wobei der Bestrahlungsschritt das Abtasten eines ersten Bereiches und eines zweiten Bereiches außerhalb des ersten Bereiches mit einem Lichtstrahl umfasst;
wobei der erste Bereich ein Anzeigebereich und der zweite Bereich ein Nichtanzeigebereich ist, der den Anzeigebereich umgibt, und wobei der Bestrahlungsschritt das Bestrahlen von mindestens dem Anzeigebereich mit dem Licht eine Vielzahl von Malen umfasst.
Erfindungsgemäß wird eine Flüssigkristallschicht durch das Photopolymerisieren eines Vorpolymers durch Abtasten mit einem Lichtstrahl (beispielsweise einem Schlitzstrahl oder Punktstrahl) ausgebildet, so dass Ungleichmäßigkeiten in der Helligkeit der Anzeige oder Ungleichmäßigkeiten im Farbton vermieden werden. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass während der Ausbildung eines Flüssigkristallnetzwerkes erzeugte Spannungen abgebaut werden, was zu einer gleichmäßigen Ausbildung des Netzwerkes im Anzeigeabschnitt beiträgt.
Erfindungsgemäß besteht der UV-Bestrahlungsprozess, bei dem ein Gemisch aus Flüssigkristall/Vorpolymer mit einer UV-Strahlung beaufschlagt wird, aus der Abtastung mit einem UV-Strahl, dessen Querschnittsform in geeigneter Weise modifiziert ist, über die gesamte Oberfläche der Zelle. Auf diese Weise können Unregelmäßigkeiten der Helligkeit im Paneel, die bei einer herkömmlichen Anzeige auftreten, auf erfolgreiche Weise vermieden werden, so dass die Anzeigeeigenschaften des Flüssigkristallanzeigepaneels vom Reflexionstyp signifikant verbessert werden.
Die vorliegende Erfindung ist sowohl bei einem Flüssigkristallanzeigepaneel vom Durchlässigkeitstyp als auch vom Reflexionstyp anwendbar.
Es folgt nunmehr eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen. Es zeigen:
1 ein schematisches Ausführungsbeispiel des Aufbaus einer Lichtbestrahlungsvorrichtung, die bei dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren der Flüssigkristallanzeigevorrichtung verwendbar ist;
2 ein schematisches Beispiel des Aufbaus einer Lichtbestrahlungsvorrichtung, die bei einem Herstellverfahren einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung anwendbar ist;
3 ein schematisches Beispiel des Aufbaus einer Lichtbestrahlungsvorrichtung, die bei dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren der Flüssigkeitskristallanzeigevorrichtung anwendbar ist;
4 ein schematisches Beispiel des Aufbaus eines Projektors gemäß der Erfindung;
5A und 5B eine Draufsicht und eine Schnittansicht einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung der Erfindung;
6 eine Draufsicht eines Flüssigkristallanzeigepaneels mit umgebenden Schaltungen;
7 eine Schnittansicht eines Flüssigkristall anzeigeelementes zur Verdeutlichung einer Halbleitervorrichtung in einer Antriebsschaltung; und
8 eine schematische Darstellung der Schnittstruktur einer Flüssigkristallschicht, die in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung der Erfindung Verwendung findet.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung für eine solche vom Direktbildtyp oder Projektionstyp unter Verwendung eines Paneels aus einem Polymernetzwerkflüssigkristall mit gleichmäßiger Helligkeit vor, die durch UV-Bestrahlung mit einem Schlitzstrahl oder einem Punktstrahl erhalten wird.
Wenn erfindungsgemäß die UV-Bestrahlung unter Verwendung eines schlitzförmigen oder punktförmigen Strahles durchgeführt wird, kann die Ausbildung eines Netzwerkes und die Beseitigung von restlichen Monomeren auf unabhängige Weise gesteuert werden, so dass die Eigenschaften des Polymernetzwerkflüssigkristalles von einem allgemeinen Standpunkt aus gesehen optimiert werden können.
Aufgrund dieses Vorteiles der Erfindung ist es möglich, Paneeleigenschaften mit einer geringeren Helligkeitsungleichmäßigkeit zu erzielen und einen guten Kontrast, eine gute Ansprechgeschwindigkeit, Hysterese etc. aufrechtzuerhalten. Daher ist es mit dieser Erfindung möglich, die Gesamtqualität von Bildern einer Anzeigevorrichtung zu verbessern.
Wenn bei herkömmlichen Vorrichtungen die gesamte Anzeigeoberfläche zu einem Zeitpunkt belichtet wird, resultiert eine ungleichmäßige Helligkeit der Anzeige, selbst wenn eine gleichmäßige Belichtung über die gesamte Anzeigeoberfläche durchgeführt wird. Beispielsweise in einem Zwischentonbereich werden oft der Umfang und die Mitte dunkler als in den andere Bereichen.
Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass bei der Ausbildung der Polymernetzwerkstruktur durch Belichtung die Polymerisationsreaktion nicht gleichmäßig fortschreitet, was von einer Stelle zur anderen zu einer unterschiedlichen Polymernetzwerkausbildung führt.
Erfindungsgemäß wird die Belichtung durchgeführt, indem die Oberfläche des Flüssigkristallpaneels nacheinander mit einem konvergierten Lichtstrahl abgetastet und nicht die gesamte Oberfläche zu einem Zeitpunkt belichtet wird. Auf diese Weise wird es möglich, die Richtung der Photopolymerisationsreaktion und somit die gleichmäßige Entwicklung der Polymernetzwerkstruktur zu steuern.
Wenn bei einem herkömmlichen Verfahren die Belichtung zu einem Zeitpunkt durchgeführt wird, besteht das Problem, dass die Steuerung der Polymernetzwerkflüssigkristallstruktur, die Verbesserung der Stabilität des Flüssigkristallmateriales und die Beseitigung von Restmonomeren miteinander inkompatibel sind.
Erfindungsgemäß wird die Belichtung zu einer Vielzahl von Zeitpunkten durchgeführt. Beispielsweise wird für die erste Belichtung Licht einer hohen Intensität verwendet, um die Polymernetzwerkstruktur festzulegen. Für die zweite Belichtung und die nachfolgenden Belichtungen wird Licht einer geringeren Intensität eingesetzt, um die Polymerisationsreaktionen des Vorpolymermateriales zu beenden und eine Zersetzung des Flüssigkristallmateriales zu verhindern. Daher ermöglicht die Erfindung die Steuerung der Polymernetzwerkstruktur, die Verbesserung der Stabilität des Flüssigkristallmateriales und die Beseitigung von Restmonomeren.
Ausführungsform des Flüssigkristallanzeigepaneels
6 ist eine Draufsicht einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung gemäß der Erfindung, wobei deren Aufbau dargestellt ist. In 6 sind mit 51 ein Dichtungsabschnitt, mit 52 ein Elektrodenanschluss, mit 53 eine Taktpufferschaltung und mit 54 Verstärker bezeichnet. Diese Verstärker 54 finden als Ausgangsverstärker Verwendung, wenn die Elektrizität des Paneels geprüft wird. Ein mit 55 bezeichneter Ag-Pastenabschnitt dient als Referenz für das Potential über die gegenüberliegenden Substrate. Mit 56 ist ein Anzeigeabschnitt bezeichnet, während mit 57 eine periphere, horizontale und vertikale Shift-Register (HSR und VSR) enthaltende Schaltung bezeichnet ist.
Wie in 6 gezeigt, besitzt dieses Beispiel Schaltungen außerhalb sowie innerhalb des Dichtungsabschnittes, um die Gesamtchipgröße zu minimieren. Bei diesem Beispiel ist der Anschluss auf einer Seite des Anzeigepaneels angeordnet. Er kann jedoch auch in zwei Abschnitte unterteilt sein, die auf den beiden langen Seiten des Anzeigepaneels angeordnet sind, oder in eine Vielzahl von Abschnitten, die auf unterschiedlichen Seiten des Anzeigepaneels vorgesehen sind. Die zuletzt genannte Anordnung ist zweckmäßig, wenn ein schneller Takt vorgesehen ist.
Wenn das erfindungsgemäße Paneel mit Halbleitersubstraten, wie Si-Substraten, mit Licht hoher Intensität belichtet wird, wie dies bei einer Anzeigevorrichtung vom Projektortyp der Fall ist, und Streulicht auf die Seitenwände des Substrates trifft, erfährt das Substratpotential eine Änderung und kann zu falschen Aktionen des Paneels führen. Angesichts dieser Tatsache sind die Seitenwände des Paneels und der periphere Schaltungsabschnitt, der den Anzeigebereich umgibt und die Oberseite des Paneels bildet, aus gegenüber Licht undurchlässigen Substrathaltern gefertigt. Des weiteren ist die Rückseite der Si-Substrate mit einer Haltereinheit versehen, die ein Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer (Cu), aufweist, das über einen Kleber mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit verbunden ist.
7 ist eine Schnittansicht eines Flüssigkristallelementes eines aktiven Matrixsubstrates oder eines der Strukturelemente einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom Reflexionstyp.
7 zeigt einen Pixelabschnitt, und es ist möglich, periphere Antriebsschaltungen, wie ein Shift-Register, zum Antreiben von Schalttransistoren eines Pixelabschnittes gleichzeitig mit der Ausbildung des Pixelabschnittes herzustellen. Diese Ausgestaltung wird nachfolgend in der Reihenfolge der Herstellprozesse beschrieben.
Ein Siliciumhalbleitersubstrat 201 vom n-Typ mit einer Verunreinigungskonzentration von 10¹⁵ cm^–3 oder weniger wird teilweise oxidiert, um ein LOGOS 202 zu bilden. Mit LOGOS 202 als Maske wird Bor mit einer Dosierung von 10¹² cm^–2 durch Ionenimplantation in das Substrat eingeführt, um PWL203 oder einen Verunreinigungsbereich vom p-Typ mit einer Verunreinigungskonzentration von etwa 10¹⁶ cm^–3 auszubilden. Dieses Substrat 201 wird wiederum einer Wärmebehandlung zur Oxidation unterzogen, um eine Gate-oxidierte Membran 204 mit einer Dicke von 100 nm (1.000 Å) oder weniger zu erhalten.
Eine Gate-Elektrode 205 wird hergestellt, die aus mit Phosphor in einer Konzentration von 10²⁰ cm^–3 dotiertem Polysilicium vom n-Typ besteht. Dann wird über die gesamte Oberfläche des Substrates 201 Phosphor in einer Dosierung von etwa 10¹² cm^–2 durch Ionenimplantation aufgebracht, um einen NLD 206, bei dem es sich um einen Verunreinigungsbereich vom n-Typ handelt, mit einer Verunreinigungskonzentration von 10¹⁶ cm^–3 auszubilden. Unmittelbar danach wird mit einem gemusterten Photoresist als Maske Phosphor mit einer Dosierung von etwa 10¹⁵ cm^–2 durch Ionenimplantation eingeführt, um Source- und Drain-Bereiche 207 und 207' mit einer jeweiligen Verunreinigungskonzentration von etwa 10¹⁹ cm^–3 auszubilden.
Eine interlaminare Membran PSG208 wird über der gesamten Oberfläche des Substrates 201 ausgebildet. Es ist möglich, diese PSG208 durch NSG (nichtdotiertes Silicatglas)/BPSG (Borphosphorsilicatglas) oder TEOS (Tetraetoxysilan) zu ersetzen. Über der PSG208, die gerade die Source- und Drain-Bereiche 207 und 207' überlagert, wird ein Muster von Kontaktlöchern ausgebildet, auf dem Al durch Sputtern abgeschieden wird, um ein Muster zu erhalten. Auf diese Weise werden Al-Elektroden 209 gebildet. Um die ohmschen Kontakteigenschaften der Al-Elektrode 209 mit Source- und Drain-Bereich 207 und 207' zu verbessern, wird vorzugsweise ein Sperrmetall aus Ti/TiN o. ä. zwischen die Al-Elektrode 209 und die Source- und Drain-Bereiche 207 und 207' eingesetzt.
Über der gesamten Oberfläche des Substrates 201 werden eine Membran aus Plasma SiN210 mit einer Dicke von etwa 300 nm (3.000 Å) und dann eine andere Membran von PSG211 mit einer Dicke von etwa 100 nm (10.000 Å) nacheinander ausgebildet.
Ein Muster wird auf dem Plasma SiN210 ausgebildet, um als Trockenätzstoppschicht zu wirken, so dass PSG211 nach dem Ätzen nur im Intervall zwischen benachbarten Pixels verbleibt. Danach wird ein anderes Muster durch Trockenätzen ausgebildet, um unmittelbar über der Al-Elektrode ein Durchgangsloch 212 zu erhalten, das mit dem Drain-Bereich 207' in Kontakt steht.
Eine Membran der Pixelelektrode 213 mit einer Dicke von 100 nm (10.000 Å) wird durch Sputtern oder durch EB(Elektronenstrahl)-Abscheidung auf das Substrat 201 aufgebracht. Bei der Pixelelektrode kann es sich um eine Membran handeln, die aus einem Metall, wie Al, Ti, Ta, W etc., oder dessen Verbindungen besteht.
Die Oberfläche der Pixelelektrode 213 wird durch CMP (chemisch-mechanisches Polieren) poliert. Wenn PSG211 und die Pixelelektrode eine Dicke von 1.000 nm (10.000 Å) und 0,x nm (x Å) besitzen, sollte die geeignete Poliertiefe weniger als 0,x + 1.000 nm (x + 10.000 Å) betragen.
Das durch das obige Verfahren erhaltene aktive Matrixsubstrat wird mit einem gegenüberliegenden Substrat mit einem Abstandshalter (hier nicht dargestellt) dazwischen verbunden, und in den Raum zwischen den beiden Substraten wird ein Flüssigkristall 214 gegossen, um ein Flüssigkristallelement herzustellen. Bei diesem Beispiel besteht das gegenüberliegende Substrat aus einem transparenten Substrat 220, auf dem eine Fluoreszenzschicht 221, die jede Farbe emittiert, schwarze Streifen 222 zum Erhöhen des Kontrastes und eine gemeinsame Elektrode 223 aus ITO o. ä. ausgebildet sind.
Ein Farbfilter kann hinzugefügt werden, so lange dieser den Durchtritt von UV-Strahlen zulässt.
Antriebsverfahren des Flüssigkristallanzeigeelementes
Das Antriebsverfahren des Flüssigkristallanzeigeelementes dieses Beispieles wird nachfolgend erläutert. Ein Signalpotential wird über eine periphere Schaltung, die ein Shift-Register umfasst, das on-Chip auf dem Substrat 201 ausgebildet ist, an den Source-Bereich 207 gelegt. Gleichzeitig wird ein Gate-Potential an die Gate-Elektrode 205 gelegt, um den Schalttransistor des Pixels in Betrieb zu nehmen und den Drain-Bereich 207' mit einer Signalladung zu versehen. Die Signalladung akkumuliert in einem am pn-Übergang zwischen dem Drain-Bereich 207' und PWL203 ausgebildeten vakanten Kondensator, und das entstandene Potential führt zum Anlegen eines Potentiales an die Pixel-Elektrode 213 über die Al-Elektrode 209. Wenn das Potential der Pixel-Elektrode 213 ein gewünschtes Niveau erreicht, wird die Potentialzufuhr zur Gate-Elektrode 205 unterbrochen, um den Schalttransistor des Pixels auszuschalten. Da die Signalladung im Kondensator am vorstehend erwähnten pn-Übergang akkumuliert ist, wird das Potential der Pixel-Elektrode 213 stabilisiert, bis der Schalttransistor des Pixels das nächste Mal aktiviert wird. Dieses stabilisierte Potential der Pixel-Elektrode 213 treibt das zwischen dem Substrat 201 und dem gegenüberliegenden Substrat 220 eingeschlossene Flüssigkristall 214 an, wie in 7 gezeigt.
Ausführungsform 1
Ausbildung des Flüssigkristallpaneels
5A ist eine innere Draufsicht und 5B eine Schnittansicht des Flüssigkristallpaneels der ersten Ausführungsform der Erfindung. In den 5A und 5B ist mit 11 ein aktives Matrixsubstrat, mit 12 ein gegenüberliegendes Glas als transparentes Substrat, mit 13 ein Hauptdichtungsmittel, mit 14 ein Abstandshalter, mit 15 ein Anzeigebereich, mit 16 eine Injektionsöffnung für das Flüssigkristall, mit 17 eine Polymernetzwerkflüssigkristallschicht, mit 18 ein Bereich zwischen dem Dichtungsbereich 13 und dem Anzeigebereich 15 und mit 19 ein Bereich zwischen einem anderen Dichtungsbereich 13 und dem Anzeigebereich 15 bezeichnet.
Ferner ist in den 5A und 5B mit 11 ein aktives Matrixsubstrat bezeichnet, das durch Halbleiterbearbeitung hergestellt wurde und eine reflektierende Elektrode auf seiner Oberseite besitzt. Diese reflektierende Elektrode sollte vorzugsweise eine große Ebenheit besitzen und einen hohen Reflexionskoeffizienten gegenüber sichtbaren Strahlen aufweisen. Beispielsweise wurde bei dieser Ausführungsform die Elektrode aus Aluminium oder aus Aluminium, das Spurenmengen (0,5 bis 3,0%) von anderen Atomen (wie Silicium, Kupfer, Titan etc.) enthielt, hergestellt. Da bei dieser Ausführungsform die Substratoberfläche in Kontakt mit der Flüssigkristallschicht praktisch vollständig eben war, wurde ein ungleichmäßiges Anzeigeverhalten infolge einer ungleichmäßigen Dicke der Flüssigkristallschicht oder eine ungleichmäßigen Injektion des Flüssigkristalles infolge der Bildung von Vertiefungen vermieden.
An jede Pixel-Elektrode ist der Drain-Abschnitt des Schaltelementes geschaltet. Das Schaltelement umfasst vorzugsweise Vorrichtungen mit zwei Anschlüssen, wie MIM-Schalter oder Diodenschalter, oder Vorrichtungen mit drei Anschlüssen, wie Dünnmembrantransistoren oder Einkristallsilicium transistoren auf der Basis der Verwendung von Bulk-Silicium.
In bekannter Weise kann der Dünnmembrantransistor Transistoren aus amorphem Silicium, Transistoren aus Polysilicium, SOI(Silicium auf Isolator)-Monokristalltransistoren etc. umfassen. Die vorliegende Erfindung kann mit jedem beliebigen Schaltelement verwirklicht werden. Bei dieser Ausführungsform findet ein Monokristallsiliciumtransistor auf Basis der Verwendung von Bulk-Silicium als Schaltelement Anwendung.
Des weiteren wird eine Lichtabschirmschicht (die beispielsweise aus Titan besteht) zwischen dem Schaltelement und der reflektierenden Elektrode gebildet, um zu verhindern, dass Streulicht die richtige Funktionsweise des Elementes beeinträchtigt.
Des weiteren umfasst das aktive Matrixsubstrat eine Antriebsschaltung einschließlich on-Chip horizontaler und vertikaler Shift-Register und ermöglicht somit die Handhabung eines Hochgeschwindigkeitssignales mit geringen Kosten, um eine Anzeige mit hoher Auflösung vor einem Multipixelhintergrund zu erreichen.
Obwohl ein aktives Matrixsubstrat vom Reflexionstyp bei dieser Ausführungsform verwendet wurde, kann erfindungsgemäß mit der gleichen Wirkung auch ein aktives Matrixsubstrat vom Durchlässigkeitstyp eingesetzt werden.
In den 5A und 5B ist mit 12 eine gegenüberliegende Glaslage als transparentes Substrat bezeichnet. Diese gegenüberliegende Glaslage besitzt eine Dicke von etwa 0,5 bis 3,0 mm und hat vorzugsweise eine hohe Ebenheit und eine Wärmeausdehnungsrate, die der des aktiven Matrixsubstrates entspricht. Beispielsweise handelt es sich bei der gegenüberliegenden Glaslage bei dieser Ausführungsform um ein Stück aus alkalifreiem Glas (NH-35, NH Techno Glass) mit einer Dicke von 1,0 mm.
Für das Flüssigkristallpaneel vom Reflexionstyp ist die Lichtreflexion an der Oberseite der gegenüberliegenden Glaslage und an der Grenzfläche zwischen dem Flüssigkristall und dem Glas ein Faktor, der zu einer Kontrastreduzierung führt. Um dieses Problem zu vermeiden, wird bei dieser Ausführungsform nicht nur auf die Außenfläche der gegenüberliegenden Glaslage ein reflexionssicherer Überzug aufgebracht, sondern auch die Innenfläche der dem Flüssigkristall gegenüberliegenden Glaslage wird mit einer Membran einer sorgfältig ausgewählten Konstitution beschichtet. Mit anderen Worten, eine transparente Membran, die einen niedrigeren Brechungsindex als das Glas oder ITO besitzt (beispielsweise eine Membran aus MgF₂ mit einem Brechungsindex von 1,38), wird zwischen der transparenten Elektrode aus ITO (Indium-Zinn-Oxid), die mit der Flüssigkristallfläche in Kontakt steht, und dem Glas ausgebildet. Die Dicke dieser Membran wird so ausgewählt, dass sie unter Berücksichtigung der Wellenlänge der einfallenden Strahlen die geringstmögliche Reflexion liefert.
Dieses Flüssigkristallpaneel kann auch als Teil einer Farbanzeigevorrichtung verwendet werden, wenn ein Farbfilter on-Chip auf dem aktiven Matrixsubstrat verwirklicht wird. Um dieses Flüssigkristallpaneel als Dreiplatten-Anzeige vom Projektionstyp zu verwenden, sollte vorzugsweise eine reflexionssichere Einrichtung vorgesehen werden, mit der die entsprechenden Wellenlängen der R-, G- und B-Strahlen gehandhabt werden können.
Mit 13 ist ein Hauptdichtungsmittel bezeichnet, das dazu dient, das gegenüberliegende Glas und die aktive Matrix parallel und im Abstand zwischen beiden konstant zu halten. Dieses Hauptdichtungsmittel kann hitzehärtende Harze, UV-ausgehärtete Harze und doppeltaktive Harze, die in Gegenwart von UV-Strahlen sowie durch Erhitzen aushärten können, umfassen.
Das Abstandsmittel 14 zum Steuern der Dicke der Polymernetzwerkflüssigkristallschicht wird mit dem Hauptdichtungsmittel bis auf Gleichmäßigkeit vermischt, und es wird ein gleichmäßiger Druck darauf aufgebracht, so dass eine gleichmäßige Anzeigecharakteristik im Paneel erhalten wird. Bei dem Material des Abstandshalters kann es sich um Siliciumdioxid oder Harze handeln. Der Abstandshalter kann auch die Form einer Säule, Kugel o. ä. besitzen, wobei die gleichen Wirkungen erzielt werden. Um bei dieser Ausführungsform einen präzisen Spalt zu erhalten, wurden säulenförmige Abstandshalter aus Siliciumdioxid verwendet, wobei besondere Aufmerksamkeit darauf gerichtet wurde, die Lagerwände nicht zu beschädigen. Der Dichtungsbereich wurde um den Anzeigebereich 15 herum mit einem ausreichenden Grenzbe reich dazwischen hergestellt. Dies deswegen, weil das Flüssigkristall benachbart zum Dichtungsbereich geringfügig andere Eigenschaften besitzt als das Flüssigkristall in der Mitte der Anzeige. Durch die Einführung eines derartigen Raumes wird daher zur Verhinderung der Entwicklung einer ungleichmäßigen Helligkeit der Anzeige beigetragen.
Mit 16 ist eine Injektionsöffnung für das Flüssigkristall bezeichnet. Diese Injektionsöffnung ist mit einer Enddichtung geschlossen. Die Enddichtung kann aus Allylharzen, modifizierten Epoxidharzen, Epoxyacrylat o. ä. bestehen.
Mit 17 ist eine Polymernetzwerkflüssigkristallschicht bezeichnet. Das Polymer und das Flüssigkristall bestanden aus den folgenden Materialien.
Polymer und Flüssigkristallmaterialien
Das Vorpolymermaterial kann beispielsweise Polyacrylat, Polymethacrylat o. ä. umfassen. Polyacrylat wird bevorzugt.
Ferner kann das Flüssigkristallmaterial beispielsweise Flüssigkristallzusammensetzungen aus Biphenyl, Phenylbenzoat und Phenylcyclohexan o. ä. aufweisen.
Das Polymernetzwerkflüssigkristall dieser Erfindung wird mit dem „Schlitzbestrahlungsverfahren" dieser Erfindung hergestellt und besitzt ausgezeichnete Eigenschaften, wie Kontrast, Ansprechgeschwindigkeit, Hysterese, thermisches Ansprechen, Reaktivität gegenüber der Antriebsspannung, Spannungsretention etc. Des weiteren kann mit diesem Polymernetzwerkflüssigkristall eine ungleichmäßige Helligkeit im Paneel minimiert werden.
Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom Projektionstyp
Eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom Projektionstyp mit großer Helligkeit und hoher Auflösung und Qualität kann hergestellt werden, indem drei R-, G- und B-Paneele im optischen System angeordnet werden, wobei jedes Paneel als erfindungsgemäßes Flüssigkristallpaneel ausgebildet ist.
4 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau einer Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp zeigt, in welcher ein erfindungsgemäß hergestelltes Flüssigkristallpaneel angeordnet ist. Die Merkmale dieser Erfindung werden aufgrund von mit dieser Vorrichtung durchgeführten Messungen ausgewertet.
In 4 sind mit 71 eine Lichtquelle, wie eine Halogenlampe, mit 72 eine Sammellinse zum Konvergieren des Lichtquellenbildes, mit 73 und 75 Planare konvexe Fresnel-Linsen und mit 74 ein optisches Element zur Farbtrennung zur Trennung der R-, G- und B-Komponenten, bei dem es sich um einen dichroitischen Spiegel oder ein Beugungsgitter handeln kann, bezeichnet.
Mit 76 sind Spiegel bezeichnet, die die in der vorstehend beschriebenen Weise getrennten R-, G- und B-Strahlen auf R-, G- und B-Paneele verteilen. Mit 77 ist eine Abbildungslinse bezeichnet, die einen konvergierten Lichtstrahl in parallele Strahlen umwandelt und diese auf ein Flüssigkristallpaneel vom Projektionstyp lenkt. Ferner sind mit 78 ein Flüssigkristallelement vom Projektionstyp und mit 79 eine Membran bezeichnet.
Mit 80 ist eine Projektionslinse und mit 81 eine Leinwand bezeichnet. Wenn die Projektionslinse aus zwei Platten, d. h. einer Fresnel-Linse zur Umwandlung des projizierten Lichtes in Parallelstrahlen, und einer Lenticularlinse, um das einfallende Licht zu expandieren und sowohl in Vertikalrichtung als auch in Horizontalrichtung einen Weitwinkel zu erhalten, besteht, wird ein klares und helles Bild mit hohem Kontrast erzielt.
In der Darstellung der 4, die den Aufbau der Vorrichtung kennzeichnet, ist nur ein Paneel gezeigt. Die Vorrichtung, die das optische Farbtrennelement 74 für die Membran 79 bildet, wird für die drei Farbkomponenten separat hergestellt, so dass auf diese Weise ein Dreiplattenpaneel verwirklicht wird. Es versteht sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung nicht nur bei einem Dreiplattensystem, sondern auch bei einem Einplattensystem Anwendung finden kann, nachdem eine Mikrolinsenanordnung auf der Oberfläche des Flüssigkristallpaneels vom Projektionstyp vorgesehen wurde, um unterschiedliche einfallende Lichtstrahlen auf unterschiedliche Pixelbereiche zu richten. Eine Spannung wird an ein Flüssigkristall in einer Flüssigkristallschicht gelegt, damit Strahlen von einzelnen Pixeln reflektiert werden können, die durch die mit 79 bezeichnete Blende dringen, um auf eine Leinwand bzw. einen Schirm projiziert zu werden.
Wenn im Gegensatz dazu keine Spannung anliegt und die Flüssigkristallschicht zu einem isotropen Körper wird, streut das auf das Flüssigkristallelement vom Projektionstyp treffende Licht in alle Richtungen. Dieses Streulicht dringt nicht in die Projektionslinse ein, mit Ausnahme des Teiles, der sich in dem Winkel befindet, der von der Öffnung der mit 79 bezeichneten Blende projiziert wird. Unter diesen Bedingungen wird daher Schwarz angezeigt.
In 4 beträgt der F-Wert des optischen Projektionssystems 8,0. Licht von der Lichtquelle 71 wird vom Flüssigkristall 78 moduliert/reflektiert, von einer Projektionslinse 80 vergrößert und auf eine Leinwand bzw. einen Schirm 81 projiziert. Die Auswertung des Systems wurde durchgeführt, während eine Metallhalogenidlampe von 250 W als Lichtquelle verwendet wurde. Um dieses System als Anzeigesystem zu verwenden, ist es natürlich auch möglich, eine Hochdruckquecksilberlampe, Xenonlampe o. ä. einzusetzen. Die erforderliche Ausgangsleistung ist nicht auf den vorstehend angegebenen Wert beschränkt. Die Auswertung des Systems wird nur über den G-Kanal, durch den Strahlen mit einer mittleren Wellenlänge von 550 nm dringen, durchgeführt, wenn nicht anders angegeben.
Um die R-, G- und B-Platten zur Ausbildung eines Anzeigesystems zu kombinieren, ist es nur erforderlich, die einfallenden Strahlen durch einen dichroitischen Spiegel o. ä. in drei Farbkomponenten zu trennen und Flüssigkristall paneele entsprechend den jeweiligen Farbkomponenten so in einem Raum anzuordnen, dass sich die entsprechenden Farbbilder auf einer Leinwand bzw. einem Schirm überlappen.
Herstellung des Flüssigkristallpaneels
Es wird nunmehr das Verfahren zur Herstellung des Flüssigkristallpaneels beschrieben.
Substratverbindungsprozess
Als erstes wurden aktive Matrixsubstrate, die in Anpassung an entsprechende Paneele zurechtgeschnitten wurden, und gegenüberliegende Glasplatten für die Substrate hergestellt. Diese wurden in einer reinen Umgebung gewaschen, um nicht durch Fremdpartikel und Stäube verunreinigt zu sein. Es war wirksam, die Teile in entionisiertem ultrareinen Wasser, das mit eine oberflächenaktiven Mittel versehen war und mit Kohlendioxid durchblasen wurde, oder in ultrareinem Wasser, das Ultraschallwellen ausgesetzt wurde, zu waschen. Die reflektierende Elektrode kann erforderlichenfalls auf ihrer Oberfläche einen dünnen Schutzüberzug aufweisen, da sie gegenüber Korrosion durch chemische Substanzen sehr empfindlich ist. Wenn sie aus Aluminium besteht, kann sie auch eine Membran auf ihrer Oberfläche aufweisen, die sich über irgendwelche Mittel infolge einer spontanen Oxidation entwickeln kann.
Nach gründlichem Spülen ließ man die Teile in IPA-Papier trocknen, wonach eine erneute Trocknung folgte.
Dann wurde das mit einem Abstandsmittel ergänzte Hauptdichtungsmittel so auf die aktive Matrixsubstanz aufgebracht, um eine gewünschte Konfiguration zu erhalten. Als Hauptdichtungsmittel wurde das von der Firma Kyoritsu Chemical Industry Co. hergestellte World Lock 706 verwendet, das in Gegenwart von UV-Strahlen oder Wärme aushärtet. Eine Schicht aus einem Polymernetzwerkflüssigkristall kann eine Dicke von 5 bis 20 μm haben. Die entsprechende Schicht dieser Ausführungsform besaß eine Dicke von 13 μm. Um diese Bedingung zu erfüllen, wurde ein Abstandshalter mit einer Länge von 13 μm verwendet.
Um den Durchgang von Elektrizität zwischen dem aktiven Matrixsubstrat und der auf dem gegenüberliegenden Glas hergestellten transparenten ITO-Elektrode zu ermöglichen, wurde Silberpaste auf spezielle Stellen aufgebracht.
Dann wurden das aktive Matrixsubstrat und das gegenüberliegende Glas mit einer Verbindungsmaschine verbunden. Während des Verbindens wurde ein Druck praktisch parallel zum Substrat aufgebracht, so dass der Durchmesser des Abstandsmittels eine Dicke besaß, die der des Flüssigkristalles an der Vorderfläche des Paneels entsprach.
Das bei dieser Ausführungsform verwendete Hauptdichtungsmittel wurde mit UV-Strahlen bestrahlt, um das Hauptdichtungsmittel auszuhärten, und als Nachhärtung wurde eine thermische Behandlung durchgeführt, die aus einem Erhitzen auf 120°C über 60 Minuten bestand, um das Aushärten des Hauptdichtungsmittels zu beenden. Wenn ein UV-härtender Härter verwendet wird, sollten die UV-Strahlen in diesem Stadium aufgebracht werden, um das Hauptdichtungsmittel auszuhärten.
Wenn alternativ dazu ein hitzehärtendes Mittel verwendet wird, kann die Dicke des Spaltes infolge von Kontraktionen und Expansionen, die der Härter während der Hitzehärtung erfährt, sehr leicht variieren. Um dies zu vermeiden, war es wirksam, auf eine thermische Behandlung zurückzugreifen, während das Paneel mit einem geeigneten Druck beaufschlagt wurde. Um ferner auf wirksame Weise Gase und flüchtige Komponenten, die im Hauptdichtungsmittel eingefangen sind, zu entfernen, ist es wirksam, das in Rede stehende Mittel nach der Hitzehärtung zu evakuieren, um derartige restliche Gase zu entfernen.
Prozess der Flüssigkristallinjektion
Die durch Verbinden hergestellte Zelle wurde dann einem Flüssigkristallinjektionsprozess unterzogen, gemäß dem ein Flüssigkristall injiziert wurde. Die Injektion eines Flüssigkristalles wurde durchgeführt, nachdem die Zelle und eine mit einem Gemisch aus Flüssigkristall/Vorpolymer gefüllte Spritze in einer Flüssigkristallinjektionsvorrichtung angeordnet wurden, und das das Flüssigkristall/Vorpolymer aufweisende Gemisch wurde durch die Injektionsöffnung der Zelle in die Zelle eingetropft, um das Gemisch aus dem Flüssigkristall/Vorpolymer zu injizieren. Das bei dieser Ausführungsform verwendete Gemisch aus Flüssigkristall/Vorpolymer war eine Lösung, die durch Mischen einer Flüssigkristallkomponente, einer Vorpolymerkomponente und eines Photoinitiators bis zur Gleichmäßigkeit erhalten wurde.
Polymermaterial und Flüssigkristallmaterial
Wie bereits erwähnt, umfasst das Material des Vorpolymers beispielsweise Polyacrylat, Polymethacrylat o. ä., wobei Polyacrylat das beste Material ist. Das Material für das Flüssigkristall kann beispielsweise Flüssigkristallzusammensetzungen aus Biphenyl, Phenylbenzoat oder Phenylcyclohexan umfassen. Bei dem Photoinitiator kann es sich um Benzyldimethylketal oder 2-Chloro-9H-thioxanthene-9-eins handeln.
Der Flüssigkristallinjektionsprozess wird nachfolgend im einzelnen beschrieben.
Die Flüssigkristallinjektionsvorrichtung besteht aus einer Entgasungskammer, in der eine Entgasung des Gemisches aus Flüssigkristall/Vorpolymer erreicht wird, und einer Zellenkammer, in der die Injektion eines Flüssigkristalles durchgeführt wird. Zuerst wird das Gemisch aus Flüssigkristall/ Vorpolymer 30 Minuten lang in einem Ofen erhitzt, der auf 50°C gehalten wurde, und dann über eine Minute gerührt, um eine homogene Masse zu erhalten. Die entstandene gleichmäßige Lösung wird in eine Spritze in der Entgasungskammer gefüllt, um das Flüssigkristall/Vorpolymer zu injizieren.
Die mit dem Gemisch aus dem Flüssigkristall/Vorpolymer gefüllte Spritze wird in der Entgasungskammer angeordnet, die Einheit wird in einer Zellenhaltekassette angeordnet, und die Kassette wird in einer speziellen Position in der Zelle positioniert.
Die Flüssigkristallinjektionsvorrichtung wird richtig eingestellt, um eine Entgasung des Gemisches aus dem Flüssigkristall/Vorpolymer, eine Evakuierung des Zelleninneren, ein Erhitzen der Zelle, eine Drucksteuerung der Zelle und der Entgasungskammer, ein Öffnen/Schließen der Ventile, ein Injizieren des Gemisches aus dem Flüssigkristall/Vorpolymer aus der Spritze in die Zelle und eine Evakuierung der Zelle nach der Injektion auf sequentielle und automatische Weise durchzuführen.
Um während des Flüssigkristallinjektionsprozesses eine Veränderung der Zusammensetzung des Gemisches aus Flüssigkristall/Vorpolymer zu vermeiden, die infolge des Dampfdruckunterschiedes unter den Komponenten des Gemisches des Flüssigkristall/Vorpolymers auftreten kann, so dass diese Komponenten auf unterschiedliche Weise verdampfen, wird der Unterdruck in der Entgasungskammer vorzugsweise auf 1,3 Pa bis 1,3 × 10³ Pa (0,01 bis 10 Torr) gehalten. Bei dieser Ausführungsform fanden 65 Pa (0,5 Torr) Anwendung. Die Entgasungszeit beträgt vorzugsweise eine Minute bis 100 Minuten. Bei dieser Ausführungsform fanden zehn Minuten Anwendung.
Um den Eintritt von Verunreinigungen in die Zelle während der Evakuierung zu verhindern oder Spurenmengen von Verun reinigungen vom Hauptdichtungsmittel zu eliminieren, kann ein Erhitzen der Zelle wirksam sein. Ein Erhitzen der Zelle auf eine Temperatur über Raumtemperatur und unter dem Zersetzungspunkt des Hauptdichtungsmittels ist wirksam. Bei dieser Ausführungsform wurde die Zelle auf 100°C erhitzt. Eine intensive Evakuierung mit einem Unterdruck von 1,3 × 10³ Pa (10 Torr) oder weniger, der über eine lange Zeitdauer aufrechterhalten wird, ist wirksam. Bei dieser Ausführungsform wurde eine Evakuierung mit einem Unterdruck von 0,13 Pa (0,001 Torr) über eine Stunde durchgeführt.
Nach der Evakuierung wurde eine Spurenmenge von Stickstoff in das Innere der Zelle eingeführt, um den dort befindlichen Unterdruck zu reduzieren und auf diese Weise Veränderungen in der Zusammensetzung des Gemisches des Flüssigkristall/Vorpolymers so viel wie möglich einzuschränken, während das Gemisch von der Spritze in die Zelle injiziert wurde. Bei dieser Ausführungsform wurde der Unterdruck während der Injektion des Gemisches auf 65 Pa (0,5 Torr) gehalten.
Ferner wurde vor dem tropfenweisen Einführen des Gemisches aus dem Flüssigkristall/Vorpolymer durch die Injektionsöffnung eine Leerabgabe ohne Probleme durchgeführt. Auf diese Weise wurde das Eindringen des Gemisches aus dem Flüssigkristall/Vorpolymer, das sich an der Spitze der Spritze befand und einer Qualitätsverschlechterung ausgesetzt worden sein kann, vermieden.
Die Injektion des Gemisches aus dem Flüssigkristall/Vorpolymer wurde in etwa 15 Minuten beendet, gerechnet vom Fall des ersten Tropfens des Gemisches aus dem Flüssigkristall/Vorpolymer in die Injektionsöffnung der Zelle.
Obwohl bei dieser Ausführungsform das Verfahren zur Flüssigkristallinjektion aus dem tropfenweisen Einführen eines Gemisches des Flüssigkristall/Vorpolymers in die Injektionsöffnung der Zelle bestand, wurde festgestellt, dass auch andere Verfahren, wie das Kontaktieren der Injektionsöffnung der Zelle mit dem Auslass eines Behälters, der ein Gemisch aus dem Flüssigkristall/Vorpolymer in der Zelle umgibt, die tropfenweise Einführung eines Gemisches des Flüssigkristall/Vorpolymers in die Injektionsöffnung der Zelle unter normalem atmosphärischen Druck und das Kontaktieren der Injektionsöffnung der Zelle mit dem Auslass eines Behälters, der ein Flüssigkristall/Vorpolymer unter normalem atmosphärischen Druck enthält, alle eine normale Injektion des Gemisches ermöglichen.
Während des Flüssigkristallinjektionsprozesses und des UV-Bestrahlungsprozesses oder einer Nachbehandlung nach dem Flüssigkristallinjektionsprozess ist es erforderlich, genau darauf zu achten, die Temperatur des Gemisches des Flüssigkristall/Vorpolymers über dem Temperaturpunkt zu halten, bei dem die Komponenten des Gemisches beginnen, sich in unterschiedliche Phasen zu trennen, bis die UV-Bestrahlung beginnt. Wenn die entsprechende Temperatur unter den Temperaturpunkt fällt, bei dem sich die Komponenten des Gemisches voneinander trennen, wird niemals eine normale Polymernetzwerkstruktur, die in späteren Prozessen auszubilden ist, erhalten, so dass eine qualitativ verschlechterte Anzeige resultiert.
Bis die UV-Bestrahlung auf die Zellenoberfläche des später beschriebenen Flüssigkristallpaneels aufgebracht wird, ist es erforderlich, so weit wie möglich Faktoren zu eliminieren, die Polymerisationsreaktionen fördern können, wie eine UV-Bestrahlung des Gemisches aus dem Flüssigkristall/ Vorpolymer, ein Temperaturanstieg und überflüssige Zeit bei der Herstellung.
Belichtungsprozess
Nach dem Entfernen des Gemisches des Flüssigkristall/Vorpolymers und von an der Zellenoberfläche des Flüssigkristallpaneels haftenden Fremdpartikeln wurde die Zellenoberfläche mit UV-Licht bestrahlt.
Diese UV-Bestrahlung der Zellenoberfläche hat zwei Aufgaben: Zum einen soll UV-Licht in einem Wellenlängenbereich aufgebracht werden, in dem die Vorpolymerkomponente im Flüssigkristall/Polymergemisch in der Zelle polymerisationsempfindlich ist, und zum anderen soll die Phasenseparation zwischen den Flüssigkristall- und Vorpolymerkomponenten gefördert werden, um dadurch eine Polymernetzwerkstruktur zu bilden, die von einem UV-härtenden Harz und einer Flüssigkristallkomponente in der Zelle gebildet wird.
Die Parameter während der UV-Bestrahlung umfassen den Modus der UV-Bestrahlung (Einschrittbestrahlung, Zweischrittbestrahlung etc.), die UV-Wellenlänge, die Bestrahlungszeit, die Zellentemperatur, die Standzeitbedingungen zwischen aufeinanderfolgenden Bestrahlungsschritten bei der Zweischrittbestrahlung oder Mehrschrittbestrahlung, die Zeitlänge und die Umgebung.
Bei dieser Ausführungsform wurden der UV-Bestrahlungsmodus, die UV-Bestrahlungsintensität und die UV-Bestrahlungszeit als notwendige Parameter, die während der UV-Bestrahlung zu prüfen sind, untersucht.
Lichtbestrahlungsvorrichtung
Eine UV-Bestrahlungsvorrichtung, die bei dieser Ausführungsform verwendet wurde, besaß eine 4 kW Ultrahochspannungs-Quecksilberlampe als Lichtquelle. Diese UV-Bestrahlungsvorrichtung war ferner mit einem optischen Filter 6 zum Ausfiltern von UV-Strahlen mit kurzen Wellenlängen unter 350 nm versehen, um eine Desintegration des Gemisches aus dem Flüssigkristall/Vorpolymer und der nach der UV-Bestrahlung zu bildenden Polymernetzwerkstruktur zu verhindern.
Während der UV-Bestrahlung ließ man die Zelle auf einer Temperatur von 19,0°C. Die Temperatursteuerung der Zelle wurde durchgeführt, indem die Zelle auf einem X-Y-Tisch 8 mit Temperatursteuervermögen (thermal chuck (TC 2800) von der Firma Trio-Tec Co.) anordnete und die Temperatur der Zelle mit einem Thermoelement überwachte, das mit dem X-Y-Tisch 8 mit Temperatursteuervermögen in Kontakt gebracht wurde. Die Stabilität über der Zeit des X-Y-Tisches mit Temperatursteuerfähigkeit betrug ±0,2°C oder weniger.
1 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau des Systems zeigt, wobei UV-Strahlen in der Form eines Bandes auf gewünschte Bereiche der Zellenoberfläche des Flüssigkristallpaneels aufgebracht werden, während ein Bereich nach dem anderen abgetastet wird. In 1 sind mit 1 eine UV-Bestrahlungsquelle, mit 2 UV-Strahlen, mit 3 eine Stahlplatte mit einem Schlitz, mit 4 das Flüssigkristallpaneel und mit 5 der Schlitz bezeichnet.
Ein UV-Strahl-Scanner ist in der Lage, eine Stahlplatte, die 1 mm über der Zellenoberfläche des Flüssigkristallpaneels 4 angeordnet ist, mit einem Schlitz von 1 mm Breite und 30 mm Länge versehen ist, mit schwarzem Zink plattierte, den Schlitz umgebende Flächen aufweist und eine Dicke von 0,3 mm besitzt, zu lagern und die Stahlplatte 3 über die Zellenoberfläche in der Richtung des Schlitzes mit einer speziellen Geschwindigkeit zu bewegen, um die Zellenoberfläche mit den Strahlen abzutasten.
Der UV-Scanner wurde an der UV-Bestrahlungsvorrichtung montiert, die Zelle (Flüssigkristallpaneel 4) wurde auf dem X-Y-Tisch 8 mit Temperatursteuermöglichkeit angeordnet, und man ließ den UV-Strahl auf die gesamte Oberfläche der Zelle fallen, wenn die Stahlplatte die Zellenoberfläche nicht so abgedeckt hatte, um die Oberfläche gegenüber einer Bestrahlung zu schützen. Dann wurde die Stahlplatte in Richtung der Breite des Schlitzes bewegt, damit die UV-Strahlen die Zellenoberfläche abtasten konnten.
Als die Zellenoberfläche den UV-Strahlen ausgesetzt war, wurde das Flüssigkristallmaterial innerhalb von wenigen Sekunden getrennt, um ein Fortschreiten der Polymerisationsreaktion zu ermöglichen, und das Innere der Zelle, das vor der UV-Bestrahlung transparent war, wurde nach der UV-Bestrahlung infolge der Ausbildung der Polymernetzwerkstruktur milchigweiß.
Bei Durchführung einer anderen UV-Bestrahlung (Zweischrittbestrahlung) wurden die Beleuchtungsintensität und die Dauer der UV-Bestrahlung in der gleichen Weise wie oben verändert. Bei der zweiten UV-Bestrahlung wurde die Betonung auf einen Vergleich zwischen dem Ergebnis, das aus der Gesamtbestrahlung der Zellenoberfläche erhalten wurde, und dem Ergebnis, das aus der aufeinanderfolgenden Bestrahlung durch einen Schlitz erhalten wurde, gelegt.
Endabdichtungsprozess
Nach der Belichtung mit UV-Licht wurde die Injektionsöffnung der Zelle abgedichtet.
Das verwendete Endabdichtungsmittel war ein UV-härtendes Epoxyacrylatharz mit der Bezeichnung 30Y-195B von der Firma Three Bond Co. Das Endabdichtungsmittel wurde auf die Injektionsöffnung der Zelle aufgebracht, das Flüssigkristalldisplay der Zelle wurde gegen Licht abgeschirmt, und dann wurde UV-Strahlung auf das Endabdichtungsmittel aufgebracht, um ein Aushärten desselben und eine Beendigung der Endabdichtung zu erreichen. Endabdichtungsmittel, wie ein UV-härtendes Acrylharz A704 von der Firma Sekisui Fine Chemicals Co. oder ähnliche Chemikalien von der Firma Kyoritsu Chemical Industry Co., führten zu den gleichen Ergebnissen.
Nachdem an der Zellenoberfläche haftende Fremdpartikel entfernt worden waren, wurde die Zelle als nächstes mit einem Halter zum Montieren von optischen Systemen verbunden. Dann wurden Elemente auf einem flexiblen gedruckten Substrat am Halter, die in die Übertragung von Bildsignalen involviert waren, angeschlossen, und der Elektrodenanschluss des Substrates der aktiven Matrix wurde durch Verdrahten an das flexible Substrat angeschlossen, um das Flüssigkristallanzeigepaneel zu vervollständigen.
UV-Bestrahlungsbedingungen für diese Ausführungsform

Die UV-Bestrahlungsbedingungen bei den Untersuchungen dieser Ausführungsform sind nachfolgend angegeben. (1) Für Einschritt-UV-Bestrahlung

Beleuchtungsintensität der UV-Bestrahlung:	20 bis 150 mW/cm²
Schlitzbreite:	0,5 bis 100 mm
Bewegungsgeschwindigkeit des Schlitzes:	1 bis 100 mm/s

(2) Für Zweistufen-UV-Bestrahlung

Bestrahlung erste Stufe
Beleuchtungsintensität der UV-Bestrahlung:	20 bis 150 mW/cm²
Schlitzbreite:	0,5 bis 100 mm
Bewegungsgeschwindigkeit des Schlitzes:	1 bis 100 mm/s
Zweite Stufe (für gesamte Einschrittbelichtung)
Intensität der UV-Bestrahlung:	1 bis 20 mW/cm²
Dauer der Bestrahlung:	10 bis 3.000 sec
Zweite Stufe (für Bestrahlung Bit um Bit durch Schlitz)
Intensität der UV-Bestrahlung:	1 bis 20 mW/cm²
Schlitzbreite:	0,5 bis 100 mm
Bewegungsgeschwindigkeit des Schlitzes:	0,1 bis 100 mm/s

Anstelle der Abtastung der Oberfläche des LCD-Paneels 4 mit einem von einem Schlitz 5 definierten UV-Strahl wurde die UV-Belichtung durchgeführt, indem die Paneele unter dem fixierten UV-Strahl bewegt wurden. Auch hier wurden zufriedenstellende Ergebnisse erzielt.
Es wurden Untersuchungen durchgeführt, während die Temperatur der Zelle während der Bestrahlung über dem Punkt gehalten wurde, bei dem die Komponenten, die das Gemisch aus dem Flüssigkristall/Vorpolymer umfassen, damit beginnen, sich durch Phasendifferenz voneinander zu trennen, wobei jedoch ein geringeres Niveau als 30°C über diesem Punkt angewendet wurde.
Durch die Untersuchung des Bildungsprozesses einer milchigen Polymernetzwerkstruktur, die durch Bestrahlen mit einem schlitzdefinierten UV-Strahl im einzelnen gebildet wurde, wurde festgestellt, dass die Bildungsgeschwindigkeit der Polymerstruktur im Paneel nicht gleichmäßig ist.
Die Bildungsgeschwindigkeit ist über den gesamten Bildanzeigebereich relativ gleichmäßig, unterscheidet sich jedoch, wenn UV-Licht die Grenze zwischen dem Belichtungsbereich und dem Flüssigkristall/Vorpolymerbereich passiert, d. h. wenn sich UV-Licht vom Dichtungsbereich in den Flüssigkristall/Vorpolymerbereich und vom Flüssigkristall/Vorpolymerbereich in den Dichtungsbereich bewegt.
Dies wird speziell anhand der 5A und 5B erläutert. Als sich ein UV-Strahl in Richtung des Pfeiles bewegte, war die Polymerbildungsgeschwindigkeit am geringsten bei dem Teil, bei dem der UV-Strahl den Dichtungsbereich 13, der aus dem Abstandshalter 14 und der diesen bedeckenden Hauptdichtung 13 bestand, passierte und in den das Flüssigkristall/Vorpolymergemisch enthaltenden Bereich 18 eindrang. Die Geschwindigkeit wurde größer im Bildanzeigebereich 15 und noch größer bei einem Teil, bei dem der UV-Strahl den Bereich 19 passierte und in den Dichtungsbereich 13 eindrang. Nach der Polymerisation waren in den Bereichen 18 und 19 Bereiche von Polymernetzwerkstrukturen vorhanden, die sich vom Bildanzeigebereich 15 unterschieden.
Die Polymernetzwerkstruktur des Bildanzeigebereiches 15 und bestimmte Teile der Bereiche 18 und 19, in denen die Polymernetzwerkbildungsgeschwindigkeit unterschiedlich war, wurden im einzelnen untersucht, und es wurden strukturelle Unterschiede festgestellt. 8 ist eine schematische Darstellung, die einen Abschnitt eines Flüssigkristall/Polymers zeigt, der durch Rasterelektronenmikroskopie beobachtet wurde. Mit A ist hierbei der Polymerteil und mit B der Flüssigkristallteil bezeichnet, und der Polymerteil besitzt eine Netzwerkstruktur. Obwohl der Unterschied der Struktur in Abhängigkeit von der Intensität des UV-Lichtes, der Abtastgeschwindigkeit des Schlitzes, der Schlitzbreite und der Distanz zwischen dem Schlitz und dem Paneel variierte, wurde ein signifikanter Unterschied im durchschnittlichen Durchmesser der Netzwerkporen, der durchschnittlichen Dicke des Netzwerkes, der Form der Netzwerkstruktur zwischen diesen Teilen der Bereiche 18 und 19 und des gesamten Anzeigebereiches 15 beobachtet. Die beiden rechten und linken Bereiche des Bildanzeigebereiches 15 waren sym metrisch und besaßen keinerlei Unterschied in der Polymernetzwerkstruktur. Tabelle 1 zeigt das Ergebnis.
Tabelle 1
Es wird davon ausgegangen, dass dieser Strukturunterschied durch die Spannung, die in Richtung auf eine Veränderung des Volumens während der Polymerisationsreaktionsausbildung der Polymernetzwerkstruktur entwickelt wird, oder durch den Einfluss des Dichtungsbereiches auf die Polymerisationsreaktion verursacht wird. Es wird davon ausgegangen, dass die Unregelmäßigkeit des angezeigten Bildes aus einer ungleichmäßigen Netzwerkstruktur infolge von nicht künstlich steuerbaren Reaktionsumständen oder Phänomenen, die den Fortschritt der Polymerisationsreaktion begleiten, herrührt. Andererseits ermöglicht der Einsatz einer Abtastung mit einem UV-Strahl für eine Polymerisationsreaktion eine Steuerung der Initiierung, des Fortschrittes und der Beendigung der Polymerisationsreaktion, so dass im Anzeigebereich, in dem die Polymerisationsreaktion gleichmäßig fortschreitet, der Einfluss der verschiedenen Phänomene, die die Polymerisationsreaktion begleiten, gleichmäßig gemacht wird, um eine gleichmäßige Polymernetzwerkstruktur zu bilden.
Als Kompensation für eine gleichmäßige Netzwerkstruktur im Bildanzeigebereich wird eine ungleichmäßige Netzwerkstruktur in Bereichen gebildet, in denen die Polymerisationsreaktion beginnt und endet. Genauer gesagt, der letztgenannte Bereich ist derjenige, bei dem das Wachstum der Polymernetzwerkstruktur durch das Vorhandensein des Dichtungsmittels zwangsweise beendet wird.
Bei einer Bestrahlung mit einem UV-Strahl durch einen Schlitz ist die gebildete Netzwerkstruktur der Bereiche, in denen die Polymerisationsreaktion beginnt und endet, nicht nur gegenüber der des Bildanzeigebereiches, sondern auch voneinander verschieden. Es wird angenommen, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass die Netzwerkbildung zu Beginn und bei Beendigung der Polymerisationsreaktion unterschiedlich beeinflusst wird.
Die Luminanzgleichmäßigkeit des auf diese Weise hergestellten Flüssigkristallpaneels wurde ausgewertet, indem ein Potential an die gegenüberliegende Glasplatte gelegt wurde. Als die Luminanz über dem gesamten Paneelbereich einschließlich des Bildanzeigebereiches 15 geprüft wurde, wurde ein Unterschied in der Luminanz an den Bereichen festgestellt, die eine unterschiedliche Polymernetzwerkstruktur besaßen. Dies wird speziell in Verbindung mit den 5A und 5B erläutert. Gemäß den 5A und 5B ist die Luminanz in den Bereichen 18 und 19, deren Netzwerkstruktur von der des Bildanzeigebereiches 15 verschieden ist, um etwa 10 bis 20% höher als im Bildanzeigebereich 15. Bei einem Vergleich der Ausgestaltung der Bereiche 18, 15 und 19 in mehreren Proben wurde festgestellt, dass die Bereiche 18 und 19 in bezug auf die Ausbildung asymmetrisch waren. Das zeigt, dass die Umstände der Fortentwicklung zwischen dem Reaktionsinitiierungsteil und dem Reaktionsbeendungsteil verschieden sind und dass die Bereiche 18 und 19 eine unterschiedliche Funktion als Dummypolymerisationsbereich zum Verringern der Luminanzungleichmäßigkeit besitzen.
Aus den obigen Ergebnissen wird gefolgert, dass die Unregelmäßigkeit der Anzeige durch die Phänomene verursacht wird, die den Fortschritt der Polymerisationsreaktion begleiten, wie eine Volumenänderung. Da es unmöglich ist, eine Polymerisation eines Flüssigkristall/Vorpolymergemisches insgesamt auf einmal im Paneel durchzuführen, wurde festgestellt, dass es wichtig ist, einen anderen Pufferbereich als den Bildanzeigebereich im Paneel vorzusehen, um den Einfluss dieser Phänomene zu absorbieren, und dass es wichtig ist, die UV-Belichtung durch Abtastung mit einem UV-Strahl als ein Mittel zur Durchführung auszuführen.
Wie der Fachmann erkennen kann, kann bei Bestrahlung des Paneels mit einem UV-Strahl in Richtung des Pfeiles der 5A und 5B ein Flüssigkristallpaneel mit ausgezeichnetem Anzeigevermögen erhalten werden, indem das Paneel mit dem UV-Strahl vom Polymerisationsinitiierungspunkt bis zur Grenze des Anzeigebereiches mit einer langsameren Geschwindigkeit abgetastet wird und der Anzeigebereich mit einer gewünschten Geschwindigkeit abgetastet wird.
Wenn alternativ dazu das Paneel mit einem UV-Strahl mit einer konstanten Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles der 5A und 5B abgetastet wird, kann ein Flüssigkristallpaneel mit ausgezeichnetem Anzeigevermögen erhalten werden, indem das Paneel vom Polymerisationsinitiierungspunkt bis zum Anzeigbereich mit der höchsten Intensität und der Anzeigebereich mit einer gewünschten Intensität bestrahlt wird, um eine gleichmäßige Flüssigkristallschicht auszubilden.
Wie aus den obigen Ergebnissen hervorgeht, kann eine Anzeigeungleichmäßigkeit entsprechend der Abtastrichtung des UV-Lichtes in inhärenter Weise auftreten. Wenn die Einstellung der UV-Belichtungsbedingungen unzureichend war, wurde selbst im Anzeigebereich eine Anzeigeungleichmäßigkeit entsprechend der Abtastrichtung beobachtet. Daher ist eine sorgfältige Einstellung der UV-Belichtungsbedingungen einschließlich der Form des UV-Strahles und der Abtastbedingungen erforderlich.
Die auf diese Weise erhaltenen Reflexions/Spannungseigenschaften des Flüssigkristallpaneels wurden in ihrer Gleichmäßigkeit über die gesamte Paneeloberfläche merklich verbessert, und eine ungleichmäßige Helligkeit auf der Anzeige wurde in ausreichender Weise, um in die Praxis umgesetzt zu werden, ausgeschaltet.
Als beispielsweise eine Einschritt-UV-Bestrahlung mit einer Intensität der UV-Bestrahlung von 40 mW/cm², einer Schlitzbreite von 12 mm und einer Bewegungsgeschwindigkeit des Schlitzes von 0,2 mm/s aufgebracht wurde, wurde die Ungleichmäßigkeit der Helligkeit über die Paneeloberfläche auf ±5% oder weniger gehalten. Als eine Zweischritt-UV-Bestrahlung, bei der die erste Bestrahlung eine Intensität von 50 mW/cm², eine Schlitzbreite von 5 mm und eine Bewegungsgeschwindigkeit des Schlitzes von 1 mm/s und die zweite Bestrahlung eine Intensität von 5 mJ/cm² und eine UV-Strahlungsdauer von 430 sec besaß, aufgebracht wurde, wurde die Ungleichmäßigkeit der Helligkeit über der Paneeloberfläche auf ±5% oder weniger gehalten. Das gleiche Paneel führte des weiteren zu besseren Ergebnissen im Kontrast, der Hysterese und der Ansprechgeschwindigkeit als herkömmliche Paneele.
Nachdem R-, G- und B-Paneele hergestellt worden waren, um optimale Strahlungsbedingungen zu erhalten, und jedes Paneel diese optimalen Bedingungen wiedergab, wurden die Paneele in einem Dreiplattenprojektor montiert. Es wurde dann festgestellt, dass die Helligkeit über die Paneel- Oberfläche in signifikanter Weise verbessert und die Bildqualität merklich erhöht wurde.
Vergleichsbeispiel
In Ausführungsform 1 wurde eine UV-Bestrahlungsvorrichtung verwendet, die mit einem Schlitz versehen war, der unmittelbar über der Zelle angeordnet war, um die Zelle abzutasten. Alternativ dazu wurde ein gutes Ergebnis auch erhalten, als UV-Strahlen unter Verwendung einer Lichtabschirmmaske und eines optischen Projektionssystems zu einem Strahl vereinigt wurden und die Zelle danach mit dem Strahl abgetastet wurde.
2 ist ein Diagramm, das den Aufbau des Lichtbestrahlungssystems des Vergleichsbeispieles zeigt.
In 2 ist mit 1 eine Lichtquelle, mit 3 eine Lichtabschirmmaske, mit 4 ein Flüssigkristallpaneel, mit 5 ein Schlitz, mit 6 ein optisches Filter, mit 7 eine Sammellinse und mit 8 ein X-Y-Tisch mit Temperatursteuerfähigkeit bezeichnet.
Bei diesem Vergleichsbeispiel wurde ein Gemisch aus Flüssigkristall/Vorpolymer von 4 : 1 unter üblichem Druck in eine Zelle injiziert, die durch das Verbinden eines Glassubstrates mit einer aktiven Matrix vom Reflexionstyp in einem Paneel 4 mit Hilfe eines Dichtungsmittels und eines dazwischen angeordneten Abstandshalters hergestellt worden war.
Bei diesem Vergleichsbeispiel wurde das UV-Licht mit einem Peak einer Wellenlänge bei 350 bis 400 nm, das aus einer Lichtquelle abgegeben wurde, mit einer Lichtabschirmmaske geformt und mit einem optischen Filter (Bandpassfilter), der nur Strahlen einer Wellenlänge von 350 bis 400 nm durchlässt, gefiltert. Der Strahl wurde dann unter Verwendung einer Linse auf eine gewünschte Größe reduziert und zur Abtastung des Flüssigkristallpaneels verwendet, das auf dem X-Y-Tisch 8, der mit einer Temperatursteuervorrichtung versehen war, angeordnet war.
Bei diesem System kann die Belichtungsposition mit dem X-Y-Tisch 8 fein eingestellt werden, so dass daher der Belichtungsbereich des Flüssigkristalls fein gesteuert werden kann.
Des weiteren kann die Belichtungszeit verändert werden, indem die Position der Lichtabschirmmaske 3 während der Bestrahlung verändert wird, und der Abschirmbereich kann durch Veränderung der Form der Lichtabschirmmaske 3 verändert werden. Somit ermöglicht eine Vorrichtung eine Mehrstufen-UV-Belichtung (beispielsweise eine Zweistufenbelichtung) zu einem Zeitpunkt, wodurch die Produktivität verbessert wird.
Entsprechende Untersuchungen wurden durchgeführt, während die Bedingungen für die UV-Bestrahlung mit denen von Ausführungsform 1 gleichgestellt wurden.
Die Reflexions/Spannungseigenschaften des auf diese Weise erhaltenen Flüssigkristallpaneels waren hinsichtlich der Gleichmäßigkeit über die gesamte Paneeloberfläche wie bei Ausführungsform 1 im Vergleich zu herkömmlichen Paneelen merklich verbessert, und es wurde eine ungleiche Helligkeit auf der Anzeige vermieden.
Das gleiche Paneel führte des weiteren zu besseren Ergebnissen in bezug auf Kontrast, Hysterese und Ansprechgeschwindigkeit als herkömmliche Paneele.
Ausführungsform 2
Es ist möglich, mit der Erfindung die gleichen guten Ergebnisse zu erzielen, indem ein optisches System bewegt wird und dadurch ein Flüssigkristallpaneel mit einem Strahl abgetastet wird.
3 zeigt den Aufbau eines Systems zum Emittieren eines Lichtstrahles. In 3 ist mit 1 eine Lichtquelle, wie ein UV-Laser, und mit 2 ein Lichtstrahl bezeichnet, der von einem optischen System (nicht gezeigt), mit dem ein Flüssigkristallpaneel 4 abgetastet wird, zu einem Punktstrahl geformt wurde. Des weiteren ist mit 10 eine Lichtmodulationseinheit zum Einschalten und Ausschalten des Lichtstrahles und mit 9 eine Strahlabtastvorrichtung zum Abtasten des Flüssigkristallpaneels 4 mit dem Lichtstrahl unter Verwendung eines optischen Mechanismus bezeichnet. Dieses System kann in einfacher Weise hergestellt werden, nachdem ein computergesteuertes Antriebsystem eines bekannten Typs in geeigneter Weise modifiziert wurde. Auch bei dieser Aus führungsform kann ein X-Y-Tisch 8, wie vorstehend beschrieben, Verwendung finden.
Bei dieser Ausführungsform wurde das Flüssigkristallpaneel oder ein zweidimensionaler Raum mit einem Lichtstrahl abgetastet, während dieser unter der Wirkung der Lichtmodulationsvorrichtung und der Strahlabtastvorrichtung ein- und ausgeschaltet wurde, um auf diese Weise das Polymerisieren und Aushärten des Vorpolymermateriales zu bewirken. Bei diesem System ist es daher ziemlich einfach, eine Lichtbestrahlung durch Abtasten der gleichen Stelle mit einer Vielzahl von Strahlen nur dadurch zu verwirklichen, dass die Parameter des Systems in geeigneter Weise verändert werden.

Die UV-Bestrahlungsbedingungen, die bei den Untersuchungen dieser Ausführungsform zur Anwendung gelangten, werden nachfolgend beschrieben. (1) Für einstufige UV-Bestrahlung

Intensität der UV-Bestrahlung:	20 bis 150 mW/cm²
Energie der UV-Bestrahlung:	0,2 bis 10 J/cm²

(2) Für zweistufige UV-Bestrahlung

Bestrahlung der ersten Stufe
Intensität der UV-Bestrahlung:	20 bis 150 mW/cm²
Energie der UV-Bestrahlung:	0,1 bis 1,5 J/cm²
Zweite Stufe
Intensität der UV-Bestrahlung:	1 bis 20 mW/cm²
Energie der UV-Bestrahlung:	0,2 bis 10 J/cm²

Es wurden Untersuchungen durchgeführt, während die Temperatur der Zelle während der Bestrahlung über dem Punkt gehalten wurde, bei dem die das Gemisch aus dem Flüssigkristall/Vorpolymer umfassenden Komponenten beginnen, sich durch Phasendifferenz voneinander zu trennen, jedoch unter einem Niveau, das um 30°C über diesem Punkt liegt.
Die Reflexions/Spannungseigenschaften des auf diese Weise erhaltenen Flüssigkristallpaneels waren in bezug auf die Gleichmäßigkeit über die gesamte Paneeloberfläche merklich verbessert, und eine ungleichmäßige Helligkeit auf der Anzeige war in ausreichender Weise für einen praktischen Einsatz ausgeschaltet.
Als beispielsweise eine einstufige UV-Bestrahlung mit einer Intensität von 40 mW/cm² und einer Energie der UV-Bestrahlung von 2,4 J/cm² durchgeführt wurde, wurde eine gleichmäßige Helligkeit über die Paneeloberfläche von ±5% oder weniger aufrechterhalten. Als eine zweistufige UV-Bestrahlung mit einer ersten Bestrahlung von 50 mW/cm² der UV-Intensität und einer UV-Bestrahlungsenergie von 0,25 J/cm² und eine zweite Bestrahlung von 5 mW/cm² Intensität sowie 2,2 J/cm² UV-Bestrahlungsenergie durchgeführt wurde, wurde eine gleichmäßige Helligkeit über der Paneeloberfläche von ±5% oder weniger aufrechterhalten. Das gleiche Paneel führte des weiteren zu besseren Ergebnissen in bezug auf Kontrast, Hysterese und Ansprechgeschwindigkeit als herkömmliche Paneele.
Selbst als bei der zweistufigen Bestrahlung die zweite Bestrahlung aus einer gleichzeitigen Gesamtbestrahlung anstelle der Einzelstrahlen bestand, wurden die gleichen Ergebnisse erhalten. Auch bei einer fünfstufigen Bestrahlung, bei der die Intensität der zweiten und nachfolgenden Bestrahlungen gleich und geringer als die der ersten Bestrahlung gehalten wurde, wurden die gleichen Ergebnisse wie oben erhalten.
Um die größten Vorteile bei dem bei dieser Ausführungsform verwirklichten Lichtstrahlabtastmodus zu erreichen, wurde die erste Bestrahlung auf einen Bereich einschließlich des Anzeigebereiches des Flüssigkristallpaneels und die zweite Bestrahlung auf einen Bereich außerhalb des Anzeigebereiches aufgebracht. Das Ergebnis wurde mit dem Ergebnis verglichen, das erreicht wird, wenn die Paneeloberfläche gleichmäßig mit einem Lichtstrahl abgetastet wird. Es wurde festgestellt, dass im ersten Fall die Ungleichmäßigkeit der Helligkeit über der Paneeloberfläche im Vergleich zum letztgenannten Fall weiter reduziert wurde. Dieser zusätzliche Effekt ist wahrscheinlich auf die folgenden Tatsachen zurückzuführen: Der in Rede stehende Bestrahlungsmodus ermöglicht die Steuerung des Fortschreitens der Polymerisationsreaktionen, und periphere Bereiche, die nicht der ersten Bestrahlung ausgesetzt sind, wirken als Puffer, um Spannungen zu absorbieren, die in Verbindung mit der Polymerisation und dem Aushärten der Vorpolymerkomponente, die der ersten Strahlung ausgesetzt ist, entwickelt werden. Die gleichen Ergebnisse wurden aus einer zweistufigen Bestrahlung erhalten, bei der die zweite Bestrahlung aus Abtastungen der Flüssigkristalloberfläche mit Einzelstrahlen oder aus einer gleichzeitigen Gesamtbestrahlung derselben bestand.
Nachdem die R-, G- und B-Paneele hergestellt worden waren, um optimale Bestrahlungsbedingungen zu erhalten, und jedes Paneel so fabriziert worden war, um diese optimalen Bedingungen zu reproduzieren, wurden die Paneele in einen Dreiplattenprojektor montiert. Es wurde dann festgestellt, dass Ungleichmäßigkeiten der Helligkeit über der Paneeloberfläche signifikant reduziert wurden und die Bildqualität merklich verbessert wurde.
Obwohl bei dieser Ausführungsform UV-Strahlen eingesetzt wurden, ist es auch möglich, den gleichen Effekt dieser Erfindung zu erhalten, indem eine Flüssigkristallpaneeloberfläche, die ein hitzehärtendes Vorpolymermaterial aufweist, mit einem Laserstrahl abgetastet wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann eine Lichtbestrahlung eine Vielzahl von Malen durchgeführt werden.
Des weiteren kann die Bestrahlung aus einer ersten Bestrahlung und einer zweiten und nachfolgenden Bestrahlungen mit einer schwächeren Intensität bestehen.
Ferner kann eine Bestrahlung über die gesamte Oberfläche des Substrates durchgeführt werden, nachdem eine solche selektiv auf den Bereich aufgebracht wurde, der mindestens den Bildanzeigebereich der Substratoberfläche umfasst.
Ferner kann die Bestrahlung aus einer ersten Bestrahlung selektiv auf den Bereich, der mindestens den Bildanzeigebereich der Substratoberfläche umfasst, und einer zweiten Bestrahlung auf den Bereich, der mindestens Bereiche umfasst, die nicht mit der ersten Bestrahlung beaufschlagt wurden und außerhalb des vorstehend erwähnten Bildanzeigebereiches liegen, bestehen.
Auch kann die vorstehend erwähnte Bestrahlung aus einer ersten Bestrahlung selektiv auf den Bereich, der mindestens den Bildanzeigebereich der Substratoberfläche umfasst, und einer zweiten Bestrahlung auf den Bereich, der mindestens Bereiche aufweist, die nicht der ersten Bestrahlung ausgesetzt waren und außerhalb des obigen Bildanzeigebereiches liegen, und einer dritten Bestrahlung auf der gesamten Substratoberfläche bestehen.

Claims

Flüssigkristallanzeigepaneel mit einem Paar von Substraten (201, 220; 11, 12) und einem dazwischen angeordneten Flüssigkristall (214, 17), wobei das Paar der Substrate mit Hilfe eines Dichtungsmittels (13) verbunden ist, das zwischen dem Paar der Substrate an einem Umfangsbereich (51; 13) des Paneels vorgesehen ist und einen Flüssigkristallbereich des mit dem Flüssigkristall (214, 17) versehenen Paneeles umgibt, wobei dieser Flüssigkristallbereich einen ersten Bereich (56, 15), bei dem es sich um einen Anzeigebereich handelt, und einen zweiten Bereich (18, 19) außerhalb des ersten Bereiches umfaßt und das im ersten und zweiten Bereich (56, 15; 18, 19) angeordnete Flüssigkristall voneinander verschiedene Polymernetzwerkstrukturen enthält; dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem zweiten Bereich (18, 19) um einen Nichtanzeigebereich benachbart zum Umfangsbereich (51, 13) handelt, der einen ersten Nichtanzeigebereich (18) und einen zweiten Nichtanzeigebereich (19) umfaßt, wobei der erste Bereich (56, 15) vom Nichtanzeigebereich (18, 19) umgeben ist, und daß das im Anzeigebereich (56, 15), ersten Nichtanzeigebereich (18) und zweiten Nichtanzeigebereich (19) angeordnete Flüssigkristall Polymernetzwerkstrukturen enthält, die voneinander verschieden sind.
Flüssigkristallanzeigepaneel nach Anspruch 1, bei dem der Nichtanzeigebereich (18, 19) eine höhere Durchlässigkeit besitzt als der Anzeigebereich (56, 15).
Flüssigkristallanzeigepaneel nach Anspruch 1, bei dem die Polymernetzwerkstrukturen im durchschnittlichen Porendurchmesser des Polymernetzwerkes, ermittelt durch Beobachtung eines Abschnittes des Bereiches, oder in der durchschnittlichen Dicke des Polymernetzwerkes verschieden sind.
Herstellverfahren für ein Flüssigkristallanzeigepaneel (78) mit den folgenden Schritten: Vorsehen eines Gemisches aus einem Flüssigkristallmaterial und einem Vorpolymermaterial in einem Raum zwischen zwei Substraten (201; 220; 11; 12), von denen mindestens eines transparent ist, und Bestrahlen des Vorpolymermaterials mit Licht (2), um eine Polymerisation des Vorpolymermaterials zu bewirken; wobei der Bestrahlungsschritt das Abtasten eines ersten Bereiches (56, 15), bei dem es sich um einen Anzeigebereich handelt, und eines zweiten Bereiches (18, 19) außerhalb des ersten Bereiches (56, 15) mit einem Lichtstrahl umfaßt; dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bereich (18, 19) ein Nichtanzeigebereich ist, der den Anzeigebereich umgibt, und daß der Bestrahlungsschritt das Bestrahlen von mindestens dem Anzeigebereich (56, 15) mit dem Licht eine Vielzahl von Malen umfaßt.
Herstellverfahren für eine Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 4, bei dem die Lichtintensität einer früheren Bestrahlung stärker ist als die einer späteren Bestrahlung aus der Vielzahl der Bestrahlungen.
Herstellverfahren für ein Flüssigkristallanzeigepaneel nach Anspruch 4, bei dem zuerst der Anzeigebereich (56, 15) selektiv bestrahlt wird und dann der Anzeigebereich (56, 15) und Nichtanzeigebereich (18, 19) bestrahlt werden.
Herstellverfahren für ein Flüssigkristallanzeigepaneel nach Anspruch 4, bei dem der Nichtanzeigebereich einen ersten Nichtanzeigebereich und zweiten Nichtanzeigebereich umfaßt und die Abtastung in der Reihenfolge des ersten Nichtanzeigebereiches (18), des Anzeigebereiches (15) und des zweiten Nichtanzeigebereiches (19) unter Verwendung eines durch einen Schlitz (5) gebildeten bandförmigen Strahles durchgeführt wird.
Herstellverfahren für ein Flüssigkristallanzeigepaneel nach Anspruch 4, bei dem die Abtastung unter Verwendung einer lichtemittierenden Vorrichtung durchgeführt wird.
Flüssigkristallprojektor zum Anzeigen eines Bildes durch Bestrahlen eines Füssigkristallanzeigepaneeles (78) mit Licht von einer Lichtquelle (71) und zum Projizieren einer Reflektion vom Flüssigkristallanzeigepaneel (78) auf eine Projektionsleinwand/einen Projektionsschirm (81), wobei der Projektor ein Flüssigkristallanzeigepaneel nach Anspruch 1 aufweist.