Brevet FR2743155A1 — publié le 19970704

i PROCEDE DE FABRICATION D'UN DISPOSITIF D'AFFICHAGE A CRISTAUX LIQUIDES A L'AIDE D'UN RAYONNEMENT LUMINEUX La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une cellule à cristaux liquides ou d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides, et plus particulièrement à un procédé de fabrication d'une cellule ou d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides du type nématiques en hélice en utilisant un rayonnement ultraviolet qui vient modifier une couche d'alignement afin d'obtenir deux domaines dans chaque pixel, c'est-à-dire que chaque domaine présente en conséquence une direction d'alignement différente; de la sorte, les angles de vision des domaines se compensent mutuellement de façon à assurer un angle de vision plus important sans inversion de l'échelle des gris. Dans la suite, on utilise les initiales TN pour désigner le type nématiques en hélice des cristaux liquides (pour les initiales de l'expression anglaise "twisted nematic") Il est bien connu que le dispositif d'affichage ou écran à cristaux liquides, qui est maintenant le plus communément employé, présente un angle de vision étroit et non-uniforme ce qui provoque un décalage de la transmittance des niveaux des gris. La figure la illustre la relation entre la transmittance de la cellule à cristaux liquides et une tension; la figure lb illustre la relation entre l'angle de vision dans la direction horizontale et la transmittance; et la figure lc illustre la relation entre l'angle de vision dans la direction verticale et la transmittance. Plus particulièrement, en se référant à ces figures, alors que la transmittance entre les angles de vision de droite et de gauche est symétrique, elle n'est pas symétrique entre les angles de vision supérieur et inférieur, de telle sorte que l'angle de vision tend à devenir plus étroit du fait de l'inversion des niveaux de gris entre l'angle de vision supérieur et l'angle de vision inférieur. Pour surmonter les problèmes posés par l'angle de vision étroit, on a ÀHY il septebre 1996 - 13 38 1/17 proposé deux approches principales, à savoir un écran à cristaux liquides TN à domaines multiples, par exemple à deux domaines, à domaines divisés et à quatre domaines, ainsi qu'un écran à cristaux liquides à compensation optique utilisant deux films retardateurs à biréfringences compensées. Si l'on se réfère à une structure de cellule à cristaux liquides telle que représentée dans la figure 2, chaque pixel présente une structure à deux axes directeurs dans des directions opposées. En conséquence, lorsque la cellule à cristaux liquides est soumise à une tension correspondant à un niveau de gris, les axes directeurs des cristaux liquides sont inclinés selon des directions opposées, de telle sorte qu'on obtient deux domaines. Ladite cellule à cristaux liquides TN à deux domaines est réalisée en appliquant les étapes suivantes: une couche d'alignement 2 dont est revêtu un substrat 1, est soumise à un frottement dans une première direction; on réalise un masque avec une résine photosensible pour bloquer un domaine; on frotte l'autre domaine dans une direction opposée à la première direction de frottement; puis on enlève la résine photosensible. De sorte, on obtient pour chaque pixel des axes directeurs des cristaux liquides qui présentent des directions opposées. Si l'on se réfère à une structure de cellule à cristaux liquides à domaines divisés, selon la figure 3, les couches d'alignement 12, 13 sont formées de deux matériaux ayant des angles de pré-inclinaison différents. La première couche d'alignement 12 est organique et la deuxième couche d'alignement est inorganique. Selon le procédé de frottement inverse de la figure 4, le substrat 21 revêtu de polyimide 22 est frotté dans une première direction de frottement (figures 4a et 4b). On forme ensuite un masque en résine photosensible 23 sur une partie de la surface du substrat 21. Le reste de la surface du substrat est frotté dans une direction opposée à la première direction de frottement (figure 4c), et enfin on enlève la résine photosensible (figure 4e). 001333; 1 - 25 sep- eabre 1996 - 13 38 - 2/17 Pour la double vaporisation oblique du SiOx, figure , on vaporise le SiOx sur le substrat avec un certain angle, puis on divise un pixel en utilisant une résine photosensible. On vaporise ensuite le SiOx dans une direction opposée à la direction de vaporisation précédente sur le substrat 21; on enlève ensuite la résine photosensible 23 utilisée comme masque. On obtient ainsi deux domaines ayant des angles de pré- inclinaison différents. Cependant, comme le dispositif d'affichage à cristaux liquides TN à deux domaines et le dispositif d'affichage à cristaux liquides TN à domaines divisés sont fabriqués par frottement d'une couche d'alignement et par photolithographie, le procédé devient très compliqué; en outre, on engendre également de la poussière et des charges électrostatiques lors du frottement. En conséquence, la productivité est réduite ou la cellule à cristaux liquides est facilement endommagée. Un objet de la présente invention est d'améliorer l'étroitesse de l'angle de vision des cellules TN, et notamment de proposer un procédé de fabrication de cellules TN à domaines multiples utilisant la lumière ultraviolette. Un autre objet de la présente invention consiste à proposer un procédé de fabrication d'écrans à cristaux liquides TN permettant d'éviter l'endommagement de la cellule à cristaux liquides, et de réduire le nombre des traitements grâce à un photo-alignement de la couche d'alignement. A cet effet, selon l'invention le procédé de fabrication d'un écran à cristaux liquides en utilisant de la lumière, comprend les étapes de formation de l'angle de préinclinaison en irradiant par du rayonnement UV les couches d'alignement, et d'injection des cristaux liquides entre les couches d'alignement. Plus précisément, dans un premier mode de mise en oeuvre, l'invention propose un procédé de fabrication d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides di. D-C - 5 septe-zre 1996 - 13 38 - 3/17 nématiques en hélice comprenant une première couche d'alignement disposée sur un premier substrat et une deuxième couche d'alignement disposée sur un second substrat, ladite méthode comprenant les étapes de: - irradiation de ladite première couche d'alignement avec une première lumière ultraviolette polarisée pour imposer une première orientation à ladite première couche d'alignement, ladite première orientation formant un premier angle l01 par rapport à une direction de référence; - irradiation de ladite seconde couche d'alignement avec une seconde lumière ultraviolette polarisée pour imposer une seconde orientation à ladite seconde couche d'alignement, ladite seconde orientation formant un second angle 02 par rapport à ladite direction de référence; et - placement des cristaux liquides entre lesdites premier et second substrats. Les première et seconde couches d'alignement peuvent comprendre des matériaux à base de polysiloxane ou du polyvinylfluorocinnamate. Dans un mode de mise en oeuvre, 90 O Dans un autre mode de mise en oeuvre, 0 et -90 Avantageusement, ledit dispositif d'affichage à cristaux liquides comprend une première face et une seconde face opposée à ladite première face, et ladite étape de placement comprend l'étape d'injection desdits cristaux liquides dans une direction allant de la première face à la seconde face. Dans un second mode de mise en oeuvre, l'invention propose un procédé de fabrication d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides nématiques en hélice comprenant une première couche d'alignement disposée sur un premier substrat, et une seconde couche d'alignement disposée sur un second substrat, ledit procédé comprenant les étapes de: R,1380ú 336 DOC - septe bre 19)96 - 13 38 - 4/17 - irradiation d'un premier domaine de ladite première couche d'alignement avec une première lumière ultraviolette polarisée afin d'imposer une première orientation audit premier domaine de ladite première couche d'alignement, ladite première orientation formant un premier angle 01 par rapport à une direction de référence; irradiation d'un premier domaine de ladite seconde couche d'alignement avec une seconde lumière ultraviolette polarisée afin d'imposer une seconde orientation audit premier domaine de ladite seconde couche d'alignement, ladite seconde orientation formant un angle 02 par rapport à ladite direction de référence; - irradiation d'un second domaine de ladite première couche d'alignement avec une troisième lumière ultraviolette polarisée pour imposer une troisième orientation audit second domaine de ladite première couche d'alignement, ladite troisième orientation formant un troisième angle 03 par rapport à ladite direction de référence; irradiation d'un second domaine de ladite seconde couche d'alignement avec une quatrième lumière ultraviolette polarisée pour imposer une quatrième orientation audit second domaine de ladite seconde couche d'alignement, ladite quatrième orientation formant un quatrième angle 04 par rapport à ladite direction de référence; et - placement des cristaux liquides entre lesdits premier et second substrats. Les première et seconde couches d'alignement peuvent comprendre du polysiloxane, des matériaux à base de polysiloxane ou du polyvinylfluorocinnamate. Il est possible de prévoir que 0 02 On peut aussi avoir 0 1800 Dans ce second mode de mise en oeuvre, les énergies d'ancrage desdits premier et second domaines de ladite ze nbre 1996 - i 38 - 5,1- première couche d'alignement peuvent être respectivement différentes des énergies d'ancrage des énergies d'ancrage desdits premier et second domaines de ladite seconde couche d'alignement. Il est aussi possible que ledit dispositif d'affichage à cristaux liquides comprend une première face et une seconde face opposée à ladite première face, et que l'étape de placement comprenne l'étape d'injection desdits cristaux liquides dans une direction allant de ladite première face à ladite seconde face. On peut aussi prévoir que 900 03, et 04 Dans ce cas, on peut prévoir en outre une étape d'ajustement des intensités desdites première, seconde, troisième et quatrième lumières ultraviolettes polarisées afin de fixer les valeurs des angles de préinclinaison desdits premier et second domaines de ladite première couche d'alignement ainsi que desdits premier et second domaines de ladite seconde couche d'alignement. Le dispositif d'affichage à cristaux liquides peut comprendre une première face et une seconde face opposée à ladite première face, et l'étape de placement peut comprendre l'étape d'injection desdits cristaux liquides dans une direction allant de ladite première face à ladite seconde face. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description des divers modes de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif en regard des dessins annexés dans lesquels: - la figure la est un graphique montrant la relation entre la tension et la transmittance d'une cellule classique à cristaux liquides du type nématiques en hélice; - la figure lb est un graphique montrant la transmittance dans la direction de vision à droite et à gauche d'une cellule classique à cristaux liquides du type nématiques en hélice; R:13S0- '-3 D3 ' '' ' 25 epEe r 1996 - 13 - - 6/5 ' - la figure lc est un graphique montrant la transmittance concernant la direction de vision supérieure et inférieure d'une cellule classique à cristaux liquides du type nématiques en hélice. - la figure 2 est une vue illustrant la structure d'une cellule à deux domaines à cristaux liquides du type nématiques en hélice; - la figure 3 est une vue illustrant la structure d'une cellule à domaines divisés du type nématiques en hélice; - la figure 4 est une vue illustrant un procédé de frottement inverse d'une cellule à deux domaines à cristaux liquides du type nématiques en hélice; - la figure 5 montre un procédé de double vaporisation de SiOx pour cellule à deux domaines à cristaux liquides du type nématiques en hélice; - les figures 6a et 6b montrent la structure d'une cellule à cristaux liquides du type nématiques en hélice formée par photo-alignement selon la présente invention. - les figures 7a et 7b sont des vues illustrant la structure d'une cellule à deux domaines à cristaux liquides du type nématiques en hélice, formée par photo- alignement selon la présente invention; - la figure 8 est une vue illustrant la structure d'une cellule à domaines divisés à cristaux liquides du type nématiques en hélice formée par photo-alignement selon l'invention. Selon le procédé classique d'alignement par insolation ou photo-alignement utilisant de la lumière ultraviolette suggéré par Kobayashi et col., (SIDGS DIGEST 877), le substrat revêtu de matériaux à base de PVCN (polyvinylcinnamate) permet d'obtenir un angle de pré-inclinaison en adoptant un procédé de photo- irradiation à double exposition. Ceci signifie que la direction d'alignement est orientée par la première irradiation ultraviolette, et la seconde irradiation inclinée avec des angles de 30 degrés, de 45 degrés et de degrés forme un angle de pré-inclinaison. Cependant, t3a. i_ 2sppembre 1996 - 13 38 - 17 l'angle de pré-inclinaison formé par ce procédé n'est pas approprié car les angles de pré-inclinaison ainsi obtenus n'atteignent que 0,1 à 0,3 degré. Afin d'obtenir un angle de pré-inclinaison plus important, selon la présente invention, la couche d'alignement comprend un matériau à base de polysiloxane ou de PVCN-F (polyvinylfluorocinnamate) qui provoque le décalage de l'angle de pré-inclinaison en fonction de l'énergie ultraviolette, de telle façon qu'il soit possible d'obtenir un angle de pré-inclinaison supérieur à 45 degrés. La figure 6 représente la structure d'une cellule à cristaux liquides TN formée par irradiation ou insolation ultraviolette; le rayonnement ultraviolet à polarisation linéaire vient irradier un photopolymère dont est revêtu le substrat afin de former la direction de l'alignement et ensuite on injecte les cristaux liquides pour former l'angle de préinclinaison par un effet d'écoulement des cristaux liquides. Sur la figure, la ligne en tiret indique la direction d'alignement ou orientation de la couche supérieure, et la ligne en trait plein indique la direction d'alignement ou orientation de la couche inférieure. L'angle entre la direction d'alignement de la couche supérieure et l'horizontale est indiqué par la référence 01, et l'angle entre la direction d'alignement de la couche inférieure et l'horizontale est indiqué par la référence 02. La différence entre l01 et 02 est d'environ 90 . Sur la figure 6a, l'angle d'alignement de la couche supérieure l01 satisfait à la relation 900 Les cristaux liquides TN mélangés à un dopant lévogyre, tel que le S- 811, s'orientent par rapport à l'angle d'alignement, et on injecte les cristaux liquides entre la couche supérieure et la couche inférieure de sorte à choisir la direction d'alignement et l'angle P1388O:: - '25seç ebIr.' I' 1333'- d'alignement. Bien que dans l'ensemble, l'angle de pré- inclinaison soit uniforme du fait de l'effet d'écoulement des cristaux liquides, l'uniformité peut ne pas être totale. En conséquence, on peut former une structure à cristaux liquides uniforme en appliquant un champ électrique ou bien un champ de fixation thermique. Dans le cas o l'angle de pré-inclinaison est fixé uniquement par l'effet d'écoulement des cristaux liquides, comme à la figure 6b, la direction de pré- inclinaison de la couche inférieure n'est pas uniforme à l'origine. Malgré cela, la direction de l'angle de pré-inclinaison de la couche inférieure peut être déterminé par l'énergie d'ancrage de la couche supérieure, qui est plus importante que celle de la couche inférieure, et par le pouvoir rotatoire du dopant chiral mélangé aux cristaux liquides. La valeur de l'angle de pré-inclinaison est fonction de l'intensité de la lumière UV polarisée incidente. Sur les figures 7a et 7b, les angles 01, 02, 03 et 04 représentent les angles entre l'horizontale et la direction d'alignement de la couche supérieure du premier domaine, la direction d'alignement de la couche inférieure du premier domaine, la direction d'alignement de la couche supérieure du second domaine, la direction d'alignement de la couche inférieure du second domaine. L'angle de vision principal est indiqué par un cercle. La figure 7a représente le premier mode de réalisation du procédé de fabrication d'un écran à cristaux liquides TN à deux domaines, en utilisant un rayonnement lumineux; les angles 01, 02, 03 et 04 satisfont aux relations suivantes: 0 02 L'énergie d'ancrage de la couche supérieure du premier domaine et de la couche inférieure du second domaine est rendue supérieure à l'énergie d'ancrage de la couche inférieure du premier domaine et de la couche supérieure du second domaine; on injecte ensuite les cristaux P I18Ur,:i " -' 5 septembre 1996 - 13 38 - 9/1- liquides dans la cellule dans la direction indiquée sur la figure 7a. La figure 7b représente le second mode de réalisation de la cellule à cristaux liquides TN à deux domaines, dans le premier domaine, l'angle d'alignement de la couche supérieure 01 satisfait à la relation 0o les deux couches. Dans le mode de réalisation de la figure 7a, dans la couche supérieure comme dans la couche inférieure, la direction d'alignement du premier domaine est parallèle à celle du second domaine, mais les énergies d'ancrage de la couche supérieure du premier domaine et de la couche inférieure du second domaine sont fixées de sorte à être plus importantes que les énergies d'ancrage de la couche inférieure du premier domaine et de la couche supérieure du second domaine. Lorsque les molécules de cristaux liquides sont injectées entre les couches, les directions des angles de pré-inclinaison sont déterminées par l'effet d'écoulement des molécules de cristaux liquides. Les directions de pré-inclinaison de la couche supérieure du premier domaine et de la couche inférieure du second domaine présentant des énergies d'ancrage plus importantes provoquent des directions de pré-inclinaison opposées dans les domaines correspondants. De la sorte, l'angle de vision principal est réglé dans des directions opposées dans les premier et second domaines. Dans le second mode de réalisation de la figure 7b, les directions d'alignement des couches supérieures 01, R 5 1383eDl,-25septebre19,.; 3e10/17 03 et des couches inférieures, 02 et 04 sont opposées et non plus parallèles; en outre, les énergies d'ancrage des couches supérieures sont identiques, et les énergies d'ancrage des couches inférieures sont identiques, mais l'énergie d'ancrage des couches supérieures sont plus importantes que les énergies d'ancrage des couches inférieures. Ensuite on injecte les cristaux liquides entre les couches, de telle sorte que les molécules de cristaux liquides sont alignées dans des directions opposées. La figure 8 illustre la structure d'une cellule à cristaux liquides selon l'invention, à domaines divisés, et à cristaux liquides du type nématique en hélice. La lumière ultraviolette polarisée linéairement est irradiée sur l'ensemble de la couche d'alignement pour créer une direction d'alignement, puis ensuite le premier domaine de la couche d'alignement est bloqué par un masque, et la lumière ultraviolette polarisée linéairement est irradiée sur le second domaine de sorte à créer la même direction d'alignement que la direction d'alignement précédente; ensuite on enlève le masque. De cette façon, en contrôlant l'intensité d'irradiation par la lumière ultraviolette polarisée linéairement, on peut contrôler les valeurs d'angle de pré-inclinaison formées sur la couche d'alignement. De la sorte, on peut obtenir une couche divisée en domaines présentant un angle de pré- inclinaison différent dans chaque domaine. L'angle entre la direction d'alignement de la couche supérieure du premier domaine et une direction de référence ou une ligne horizontale du substrat est noté 01, et l'angle entre la direction d'alignement de la couche inférieure du premier domaine et une ligne horizontale du substrat est noté 02, l'angle entre la direction d'alignement de la couche supérieure du second domaine et une ligne horizontale du substrat est noté 03, et l'angle entre la direction d'alignement d'une couche inférieure du second domaine et la ligne horizontale du substrat est noté 04. Les angles formés par les =septenbre1996-!338- 11 - directions d'alignement satisfont respectivement les relations 900 dans la couche inférieure (02, 04), des angles de pré- inclinaison différents sont obtenus dans les domaines. Ensuite, lorsque les cristaux liquides sont injectés dans la cellule à cristaux liquides, la direction de pré- inclinaison est sélectionnée par l'effet d'écoulement des cristaux liquides. En conséquence, d'un domaine à l'autre, les angles de vision principaux sont opposés, de telle sorte à se compenser. Le point au-dessus de la flèche indique la direction de l'angle de vision principal. La présente invention propose des dispositifs d'affichage à cristaux liquides du type nématique en hélice, dans lesquels l'angle de vision est plus important, en composant une pluralité de domaines présentant les uns par rapport aux autres une direction d'alignement différente lorsqu'ils sont irradiés par de la lumière ultraviolette; en outre, le nombre de traitements est réduit, de sorte à faire décroître les coûts de fabrication, et on évite d'endommager les cellules à cristaux liquides du fait de traitements de frottement. Bien que l'invention ait été décrite en référence à des modes de réalisation préférés, cette description ne doit pas être comprise comme une limitation à la portée de la présente invention. R.13d83_3S3DCC-5sepre re199613 38 - 12/17 REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides nématiques en hélice comprenant une première couche d'alignement disposée sur un premier substrat et une deuxième couche d'alignement disposée sur un second substrat, ladite méthode comprenant les étapes de: - irradiation de ladite première couche d'alignement avec une première lumière ultraviolette polarisée pour imposer une première orientation à ladite première couche d'alignement, ladite première orientation formant un premier angle 01 par rapport à une direction de référence; - irradiation de ladite seconde couche d'alignement avec une seconde lumière ultraviolette polarisée pour imposer une seconde orientation à ladite seconde couche d'alignement, ladite seconde orientation formant un second angle 02 par rapport à ladite direction de référence; et - placement des cristaux liquides entre lesdites premier et second substrats. 2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel lesdites première et seconde couches d'alignement comprennent des matériaux à base de polysiloxane. 3.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel lesdites première et seconde couches d'alignement comprennent du polyvinylfluorocinnamate. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel 900 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel 0 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à , dans lequel ledit dispositif d'affichage à cristaux inqL 3836--25septe bre1996-1338-13 -: liquides comprend une première face et une seconde face opposée à ladite première face, dans lequel ladite étape de placement comprend l'étape d'injection desdits cristaux liquides dans une direction allant de la première face à la seconde face. 7.- Procédé de fabrication d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides nématiques en hélice comprenant une première couche d'alignement disposée sur un premier substrat, et une seconde couche d'alignement disposée sur un second substrat, ledit procédé comprenant les étapes de: - irradiation d'un premier domaine de ladite première couche d'alignement avec une première lumière ultraviolette polarisée afin d'imposer une première orientation audit premier domaine de ladite première couche d'alignement, ladite première orientation formant un premier angle 01 par rapport à une direction de référence; - irradiation d'un premier domaine de ladite seconde couche d'alignement avec une seconde lumière ultraviolette polarisée afin d'imposer une seconde orientation audit premier domaine de ladite seconde couche d'alignement, ladite seconde orientation formant un angle 02 par rapport à ladite direction de référence; - irradiation d'un second domaine de ladite première couche d'alignement avec une troisième lumière ultraviolette polarisée pour imposer une troisième orientation audit second domaine de ladite première couche d'alignement, ladite troisième orientation formant un troisième angle 03 par rapport à ladite direction de référence; - irradiation d'un second domaine de ladite seconde couche d'alignement avec une quatrième lumière ultraviolette polarisée pour imposer une quatrième orientation audit second domaine de ladite seconde couche d'alignement, ladite quatrième orientation formant un R i]38R, 1383 C - 25 septembre 1996 -:3 38 14 1- quatrième angle 04 par rapport à ladite direction de référence; et placement des cristaux liquides entre lesdits premier et second substrats. 8.- Procédé selon la revendication 7, dans lequel lesdites première et seconde couches d'alignement comprennent du polysiloxane. 9.- Procédé selon la revendication 7, dans lequel lesdites première et seconde couches d'alignement comprennent du polyvinylfluorocinnamate. 10.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel 0 03 11.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel 0 03 12.- Procédé selon une quelconque des revendications 7 à 11, dans lequel les énergies d'ancrage desdits premier et second domaines de ladite première couche d'alignement sont respectivement différentes des énergies d'ancrage des énergies d'ancrage desdits premier et second domaines de ladite seconde couche d'alignement. 13.- Procédé selon une quelconque des revendications 7 à 12, dans lequel ledit dispositif d'affichage à cristaux liquides comprend une première face et une seconde face opposée à ladite première face, et dans lequel l'étape de placement comprend l'étape d'injection desdits cristaux liquides dans une direction allant de ladite première face à ladite seconde face. 14.- Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, dans lequel 90 couche d'alignement. 16.- Procédé selon la revendication 14 ou 15, dans lequel ledit dispositif d'affichage à cristaux liquides comprend une première face et une seconde face opposée à ladite première face, et dans lequel l'étape de placement comprend l'étape d'injection desdits cristaux liquides dans une direction allant de ladite première face à ladite seconde face. R \138C0\13836 DCC - 25 septenbre 1996 - 13 38 - 16 1-