Brevet FR2755255A1 — publié le 19980430

PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UNE CELLULE A CRISTAL LIQUIDE La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une cellule à cristal liquide et plus particulièrement un procédé simplifié de fabrication d'une cellule à cristal liquide à angle de vision important. Un afficheur à cristal à liquide ou LCD qui enregistre et traite une information optique comprend logiquement deux substrats, et un cristal liquide entre les deux. Dans un LCD, il est essentiel de prévoir un directeur de cristal liquide pour obtenir une luminosité uniforme et un taux de contraste élevé. La direction du directeur de cristal liquide est contrôlée par tout traitement après qu'une couche d'alignement a été formée, en déposant du polymère sur le substrat. Le vecteur n du directeur de cristal liquide nématique dans le système de coordomnnées cartésiennes de la figure 1 est contrôlé en définissant une direction d'alignement 0 et un angle de préinclinaison q dans la direction d'alignement, comme suit: n = (cosqcos0, cossinO0. sin4). Récemment, l'utilisation des LCD dans les télévisions portables ou dans des ordinateurs portables nécessite des tailles importantes. Un afficheur à cristal liquide nématique en hélice (TN-LCD. acronyme de l'anglais twisted nematic LCD) présente un angle de vision faible, c'est- à-dire que la transmittance de chaque niveau de gris dépend de l'angle de vision. Cette dépendance en angle de vision, en particulier est très forte en direction verticale. Cette dépendance angulaire dans la direction verticale est provoquée par la configuration du directeur du cristal liquide électriquement induit. La figure 2 est un dessin montrant la structure d'une cellule à cristal liquide présentant une chiralité induite pour la restriction d'alignement, dans et par laquelle les molécules de cristal liquide présentent une torsion tournant à droite. La cellule à cristal liquide nématique en hélice est caractérisé en ce que la transmittance de chaque niveau de gris dépend de l'angle de vision. La figure 3a est un graphique montrant la relation entre la transmittance et la tension, la figure 3b est un graphique montrant la relation entre la transmittance et l'angle de vision dans la direction X- X' (direction droite-gauche) de la figure 2, et la figure 3 est un graphique montrant la relation entre la transmittance et l'angle de vision dans la direction Y-Y' (direction verticale) de la figure 2. Cormme représenté sur les dessins, alors que la transmittance dans la direction X-X' est une fonction symétrique de l'angle de vision, la transmnittance dans la direction Y-Y' est une fonction non symétrique, de telle sorte qu'il n'est pas possible *.,)7- 1112 d'obtenir un angle de vision large, du fait de l'inversion des gris dans la direction Y- Y'. Pour résoudre le problème qui vient d'être discuté, un afficheur à cristal liquide multidomaine a été proposé, comme représenté sur les figures 4 et 5. La figure 4 est un dessin montrant la structure d'un afficheur à cristal liquide nématique en hélice à deux domaines (TDTN LCD acronyme de l'anglais: Two domain twisted nematic LCD). Deux alignements 26 présentant une pluralité d'angles de préinclinaison sont formés sur chaque substrat 21, 22. Lorsqu'une tension est appliquée à la cellule, l'angle de préinclinaison des directeurs de cristal liquide est opposé dans les deux domaines, de sorte que la dépendance de la transmittance de l'angle de vision soit compensée et que l'on obtienne unl angle de vision large. En outre, la figure 5 est un dessin montrant la structure d'un afficheur à cristal à liquide à nématique en hélice divisé en domaines (DDTN LCD, acronyme de l'anglais: Domain divided twisted nematic LCD). Une première couche d'alignement 27 et une seconde couche d'alignement 28 sont formées sur deux substrats 21. 22. chaque couche d'alignement pouvant être une couche d'alignement organique ou inorganique, et chaque couche d'alignement présentant un angle de préinclinaison différent, de sorte à diviser chaque pixel en domaines et à obtenir ainsi un angle die vision large. En outre, un LCD à nématique en hélice à quatre domaines utilisant la méthode de division du pixel assure un angle de vision amélioré. - Un procédé de frottement inversé, comme représenté sur la figure 6, a été couramment utilisé pour obtenir une cellule à cristal liquide multidomaine. Premièrement, un domaine unique est réalisé comme représenté sur la figure 6b en frottant un substrat 21 sur lequel un polyimide 22 est déposé, comme représenté sur la figure 6a. Après avoir bloqué un domaine à l'aide d'un agent photosensible. comme représenté sur la figure 6c, on effectue un frottement en direction opposée, de sorte à former une direction d'alignement opposée, comme représenté sur la figure 6d. Ensuite, l'agent photosensible 23 est enlevé. En conséquence. comme représenté sur la figure 6e, le substrat 21 est divisé en deux domaines, chacun des domaines présentant un angle de préinclinaison différent. Par ailleurs, la figure 7 montre un procédé de photoalignement. Premièrement. une première direction d'alignement est imposée par irradiation sous incidence verticale d'une lumière polarisée linéairement, présentant une première direction de polarisation. sur un substrat revêtu d'un matériau de photoalignement, comme représenté sur la figure 7a. Un premier angle de préinclinaison est imposé par irradiation sous incidence oblique de lumière polarisée linéairement, comme représenté sur la figure 7b. Après avoir enlevé un masque, pour imposer Lunei ]4900 14964 C1)-)(' 2> IL I''? 1 -2 direction d'angle de préinclinaison sur le domaine bloqué de la figure 7a. le domaine présentant le première angle de préinclinaison est bloqué avec un masque. Une seconde direction d'alignement est imposée par irradiation sous incidence verticale de lumière présentant une polarisation perpendiculaire à la première direction de polarisation, comme représenté sur la figure 7d. Un second angle de préinclinaison est imposé par irradiation sous incidence oblique de lumière polarisée linéairement, de sorte à imposer une direction d'angle de préinclinaison dans la seconde direction d'alignement. Lorsque l'on enlève l'agent photosensible, il est possible d'obtenir un substrat divisé en deux domaines, comme représenté sur la figure 7f. Dans l'art antérieur, toutefois, une pluralité de procédés compliqués sont nécessaires. Aussi, afin de fournir une cellule à cristal liquide à quatre domaines, un redoublement du procédé est nécessaire. Plus précisément, dans le procédé d'alignement d'une cellule multidomaine, telle qu'une cellule à deux domaines, du fait que huit traitements d'exposition et quatre traitements de masquage sont nécessaires, le procédé est complique et le coût augmente. L'objet de la présente invention est de fournir un procédé de fabrication d'une cellule à cristal liquide à angle de vision large, dans lequel la cellule à cristal liquide est formée de la façon suivante: après avoir formé une préinclinaison, comprenant une direction d'alignement, une direction d'angle de préinclinaison, un angle de préinclinaison sur le premier substrat, une couche de cristal liquide est formée entre le premier substrat et le second substrat, sans imposer une préinclinaison sur le second substrat. Un autre objet de la présente invention est d'appliquer le procédé discuté ci- dessus à une cellule à cristal liquide à quatre domaines. Afin d'atteindre ces objets, le procédé de fabrication de la présente invention comprend les étapes de: - formation d'une première couche d'alignement et d'une seconde couche d'alignement sur -u premier substrat et un second substrat, formation d'une préinclinaison comprenant une direction d'alignement, une direction d'angle de préinclinaison et un angle de préinclinaison sur une couche d'alignement du premier substrat, et formation d'une couche de cristal liquide entre le premier substrat et le second substrat. Grâce à ce procédé il est possible de fournir une cellule de cristal liquide sans imposer de préinclinaison sur le second substrat, grâce à la force de contrôle de l'alignement de la préinclinaison sur le premier substrat. L'application de cette méthode pour une cellule à cristal liquide à domaines multiples comprend les étapes de formation d'une première couche d'alignement et d'une seconde couche d'alignement sur un premier substrat et un second substrat, la formation d'une préinclinaison multidomaine sur une couche d'alignement du I I" 111,. 1 l W - 21 to te 19)7 - 3 premier substrat, et la formation d'une couche de cristal liquide entre le premier substrat et le second substrat. Grâce à ce procédé, il est possible de fournir une cellule à cristal liquide sans imposer de préinclinaison sur le second substrat, grâce à la force de contrôle de d'alignement de l'inclinaison du premier substrat. Selon la présente invention, il est possible de fournir une cellule à cristal liquide sans imposer de préinclinaison sur le second substrat par la force de contrôle de l'alignement de la préinclinaison sur le premier substrat, ou de la force de torsion des dopants chiraux compris dans le cristal liquide. En conséquence, le procédé de production est réduit de moitié. En outre, dans une cellule à cristal liquide multidomaine selon la présente invention, il est possible de fournir une cellule à cristal liquide multidomaine sans traiter l'inclinaison multiple du second substrat. par la force de contrôle de l'alignement de la préinclinaison multiple sur le premier substrat, ou par contrôle de la force de torsion des dopants chiraux compris dans le cristal liquide. En conséquence, le traitement de fabrication est réduit de moitié. Dans le procédé dont on vient de parler, on peut utiliser de nombreux procédés de formation de l'alignement, tel que photoalignement, frottement, ou dépôt oblique. En outre, les dopants chiraux peuvent être lévogyres ou dextrogyres, et leur proportion est de préférence de 0,1-0,5% en poids du cristal liquide. La figure 1 est un dessin montrant le vecteur n du directeur du cristal liquide dans un repaire cartésien. La figure 2 est une vue en coupe d'une cellule en cristal liquide nématique en hélice. La figure 3 montre les caractéristiques de la cellule à cristal liquide nématique en hélice; la figure 3a est un graphique montrant la relation entre la transmittance et la tension; la figure 3b est un graphique montrant la relation entre la transmittance et l'angle de vision dans une direction droite-gauche, la figure 3c est un graphique montrant la relation entre la transmittance et l'angle de vision, dans la direction verticale. La figure 4 est une représentation de la structure d'un LCD nématique en hélice à deux domaines. La figure 5 est un dessin de la structure d'un LCD nématique en hélice divisé en domaines. La figure 6 présente un procédé de frottement inverse permettant d'obtenir une préinclinaison à deux domaines. La figure 7 montre mun procédé de photoalignement permettant d'obtenir une préinclinaison à deux domaines. La figure 8 montre un procédé de photoalignement pour une cellule à cristal liquide nématique en hélice selon la présente invention. 1\490t)19\I464DOC( - 29) octol)e 1)97 - 4. La figure 9 montre unl procédé de photoalignement pour une cellule à cristal liquide nématique en hélice à deux domaines selon la présente invention. La figure 10 représente un procédé de frottement pour une cellule à cristal liquide nématique en hélice à deux domaines selon la présente invention. La figure 11 représente unl procédé de fabrication d'une cellule à cristal liquide à quatre domaines d'un mode de réalisation de la présente invention. Il est maintenant fait référence aux modes de réalisation préférés de la présente invention, dont les procédé de contrôle de direction d'alignement d'une cellule à cristal liquide multidomaine, sont illustrés dans les dessins joints. La figure 8 est une représentation d'un traitement de photoalignement selon la présente invention. Tout d'abord, une préinclinaison présentant deux directions d'angle de préinclinaison 0, -0, cornne représenté sur la figure 8b, est imposée par irradiation sous incidence verticale d'une lumière polarisée linéairement sur une couche de photoalignement 15 formée sur un second substrat 12, comme représenté sur la figure 8a. Ensuite, une première préinclinaison est définie, sous une direction d'angle de préinclinaison 0, par irradiation sous incidence oblique de lumière polarisée linéairement, comme représenté sur la figure 8c. Le cristal liquide 13 comprenant des dopants chiraux est injecté entre le second substrat 12, présentant la première préinclinaison, et le premier substrat 11, présentant une première couche d'alignement 14, comme représenté sur la figure 8b. Dans le procédé discuté ci-dessus, il est possible d'obtenir la cellule à cristal liquide nématique en hélice représentée sur la figure 8e, du fait que la préinclinaison du premier substrat 11 est définie par la force de contrôle de l'alignement de la première préinclinaison sur le second substrat 12 et la force de torsion des dopants chiraux. Si l'on injecte entre les substrats un cristal liquide sans dopants chiraux, on obtient une cellule à cristal liquide à alignement parallèle, comme représenté sur la figure 8f. La figure 9 est un dessin montrant un procédé de fabrication pour une cellule à cristal liquide nématique en hélice à deux domaines, par la méthode de photoalignement de la figure 8. Alors que les flèches en traits continus représentent une direction d'alignement du premier substrat 11, les flèches en traits pointillés représentent une direction d'alignement du second substrat 12, et les points représentent une direction principale de l'angle de vision sur la figure 9e. Tout d'abord une direction d'alignement, perpendiculaire à une direction de polarisation d'une lumière irradiée sur le premier substrat, est imposée, la direction d'alignement comprenant des directions d'angle de préinclinaison 01, 0 2, comme représenté sur la figure 9b et 9c. Afin de former deux domaines sur le substrat présentant la direction R I I'-l) 1 I-d IU l( - 21 -Cltlle 1 9J7 - 5. d'alignement, une direction d'angle de préinclinaison 01 est définie par irradiation sous incidence oblique de lumière polarisée linéairement sur un premier domaine I, après blocage d'un second domaine II, comme représenté sur la figure 9b, de sorte à imposer tune première préinclinaison sur le premier domaine I. Sur la figure 9c, le premier substrat 11 est divisé en deux domaines, et on impose une direction d'angle de préinclinaison 02, à 180 de la première préinclinaison. Pour cela, on enlève le masque recouvrant le deuxième domaine sur la figure 9b, et on bloque à l'aide du masque le premier domaine présentant la première préinclinaison. Puis on enlève le masque du premier domaine. La figure 9d montre l'étape d'injection du cristal liquide et des dopants chiraux entre le premier substrat 11 et le second substrat 12, après les avoir scellés. Un premier domaine I et un second domaine II du substrat 12 sont définis à 900 sur la gauche par rapport au premier substrat 11 par la force de contrôle de l'alignement des premier et seconde préinclinaison sur le premier substrat, et par la force de torsion des dopants chiraux lévogyres, comme représenté sur la figure 9e. Les principales directions d'angle de vision, formées par le procédé discuté ci-dessus, sont de sens opposée, de sorte à assurer une caractéristique d'angle de vision large. La proportion en poids des dopants chiraux est de préférence de 0,1 - 0,5% en poids du cristal liquide. Si l'on injecte du cristal liquide sans dopant entre les substrats, on obtient une cellule à cristal liquide, telle que représentée sur la figure 9f. Dans une cellule à cristal liquide réalisée à l'aide du procédé décrit ci-dessus, du fait que la préinclinaison du second substrat est déterminée par les deux préinclinaisons du premier substrat sans aucun traitement d'alignement, le nombre d'étapes de fabrication est réduit et le coût est diminué. Dans le procédé décrit ci-dessus, on peut utiliser de nombreux traitements d'alignement, tels que procédé de photo-alignement, procédé de frottement, ou procédé de déposition sous incidence oblique. La figure 10 montre un procédé de fabrication utilisant un procédé de frottement au lieu d'un procédé de photo-alignement. Des flèches en traits pleins représentent la direction d'alignement du premier substrat 11, et des flèches en traits pointillés représentent la direction d'alignement du second substrat 12, et les points représentent sur la figure 1 Oc la direction de l'angle de vision principale. Comme représenté sur la figure 1 Oa, la première préinclinaison 01 est imposée par le premier frottement sur le premier domaine I du premier substrat 11, le second domaine II étant bloqué avec un masque. Ensuite, comme représenté sur la figure 1 Ob, la seconde préinclinaison selon 0 2 est déterminée par un frottement en direction opposée du second domaine II du premier substrat 11, le premier domaine I étant bloqué par un masque. Après avoir imposé les préinclinaisons des deux \1491i) 14964 DO( 2)oclobre 1997 - 6 domaines des premiers substrats 11, comme représenté sur la figure 10c, on injecte du cristal liquide et les dopants chiraux entre le premier substrat 11 et le second substrat 12, après les avoir scellés; un premier domaine I et Uln second domaine II sont déterminés sur le substrat 12, par la force de contrôle de l'alignement des première et seconde préinclinaison sur le premier substrat, et par la force de torsion des dopants chiraux. Dans ce cas, les directions principales de l'angle de vision formées par le procédé ci-dessus sont disposés dans des directions opposées, de sorte à assurer un angle de vision large. La proportion en poids des dopants chiraux est de préférence de 0,1-0,5% du poids du cristal liquide. Si du cristal liquide sans dopant est injecté entre les substrats, on obtient une cellule à cristal liquide du type représenté sur la figure 10e. Dans la cellule à cristal liquide fabriquée selon le procédé décrit cidessus, du fait que la préinclinaison du second substrat est imposée par les deux préinclinaisons du premier substrat, sans traitement d'alignement, sur le second substrat, le nombre d'étapes de fabrication est réduit et le coût est diminué. Dans le procédé décrit ci-dessus, de nombreux procédés d'alignement, tels qu'un procédé de photoalignement, un procédé de frottement, ou un procédé de déposition sous incidence oblique peut être utilisé. La figure 11 représente unl procédé de fabrication pour une cellule à cristal liquide à quatre domaines, par tm procédé de photoalignement. Des flèches en traits pleins représentant la direction d'alignement du premier substrat 11, et des flèches en traits pointillés représentent l'alignement du second substrat 12, et des points représentent, sur la figure I lc, la principale direction de l'angle de vision. En outre, coumme représenté sur la figure 1 la, des préinclinaisons selon 01, 02, 03, et 04 d'un premier domaine I, d'un second domaine II, d'un troisième domaine III et d'un quatrième domaine IV du premier substrat 11 sont déterminés par le procédé de la figure 9 ou de la figure 10. Si l'on injecte un cristal liquide et un dopant chiral entre le premier substrat 11 et le second substrat 12, après les avoir scellés, on définit dans le second substrat 12, un premier domaine I, un second domaine II, un troisième domaine III et un quatrième domaine IV, par le contrôle des forces d'alignement des préinclinaisons du premier substrat et par la force de torsion des dopants chiraux. Dans ce cas, les directions principales d'angle de vision formées par le procédé sont disposées dans des directions opposés, de sorte à assurer un angle de vision large. La proportion en poids des dopants chiiaux est préférablement de 0,1-0,5% du poids du cristal liquide. Si on injecte entre les substrats un cristal liquide sans dopant, on forme une cellule à cristal liquide du type de celle de la cellule 11 c. Dans une cellule à cristal liquide fabriquée selon le procédé décrit cidessus. du fait que les quatre préinclinaisons du second substrat sont déterminées par les préinclinaisons du premier substrat, sans traitement d'alignement du second substrat, le nombre d'étapes du procédé de fabrication est réduit et le coût est diminué. Dans le procédé décrit cidessus, de nombreux procédés d'alignement, tels que photoalignement, le procédé de frottement et le procédé de dépôt sous incidence oblique peuvent être utilisés. La première couche d'alignement peut comprendre du polysiloxane ou du polyvinylfluorocinnamate. Le procédé décrit ci- dessus peut également comprendre l'étape de fourniture d'un film de compensation optique sur le premier substrat ou le second substrat. Du fait que la préinclinaison du substrat est définie par la force de contrôle d'alignement des préinclinaisons des premiers substrats ou par la force de torsion est dopants chiraux, il est possible de réduire de moitié le nombre d'étapes de fabrication. En outre, il est possible de former une cellule à cristal multidomaine en utilisant le procédé décrit ci-dessus. Bien que le mode de réalisation préféré de la présente invention ait été décrite, il est évident que des modifications peuvent être apportées par l'homme du métier, sans que l'on s'éloigne de la portée de l'invention. R:\14900\14964.DOC - 15 décembre 1997 - 8/12 REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'une cellule à cristal liquide, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: - formation d'une première couche d'alignement, suivie d'une seconde couche d'alignement sur un premier substrat (11) et un second substrat (12); - formation d'une préinclinaison sur la première couche d'alignement (11); et - formation d'une couche de cristal liquide entre le premier substrat présentant la préinclinaison et le second substrat. 2.- Le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de formation d'une préinclinaison sur la première couche d'alignement est effectuée par un procédé de frottement. 3.- Le procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la première couche d'alignement comprend du polyimide. 4.- Le procédé selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que l'étape de formation d'une préinclinaison dans la première couche d'alignement est effectuée par un procédé de photoalignement. 5.- Le procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la première couche d'alignement comprend du polysiloxane. 6.- Le procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la première couche d'alignement comprend du polyvinylfluorocinnamate. 7.- Le procédé selon l'une des revendications 1 ou 3 à 6, caractérisé en ce que l'étape de formation d'une préinclinaison sur la première couche d'alignement est effectuée par une méthode de dépôt sous incidence oblique. 8.- Le procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la cellule de cristal liquide comprend des dopants chiraux. 9.- Le procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la proportion en poids des dopants chiraux est de 0,1 à 0,5% du poids du cristal liquide. 10.- Le procédé selon la revendication 8, ou 9, caractérisé en ce que les dopants chiraux sont des dopants chiraux lévogyres. 11.- Le procédé selon la revendication 8, ou 9, caractérisé en ce que les dopants chiraux sont des dopants chiraux dextrogyres. 12.- Un procédé de fabrication d'une cellule à cristal liquide, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: - formation d'une première couche d'alignement et d'une seconde couche d'alignement sur un premier substrat 11 et un second substrat 12; - formation d'une première préinclinaison sur une région de la première couche d'alignement; formation d'une seconde préinclinaison sur une autre région de la première couche d'alignement; et - formation d'une couche de cristal liquide entre le premier substrat (11) et le second substrat (12). 13.- Le procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'étape de formation d'une première préinclinaison et d'une seconde préinclinaison sur la première couche d'alignement est effectuée par un procédé de frottement. 14.- Le procédé selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que la première couche d'alignement comprend du polyimide. 15.- Le procédé selon la revendication 12 ou 14, caractérisé en ce que les étapes de formation d'une première préinclinaison et d'une seconde préinclinaison sur la première couche d'alignement sont effectuées par un procédé de photoalignement. 16.- Le procédé selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que la première couche d'alignement comprend du polysiloxane. 17.- Le procédé selon l'une des revendications 12 à 16, caractérisé en ce que la première couche d'alignement comprend du polyvinylfluorocinnamate; 18.- Le procédé selon l'une des revendications 12 à 17, caractérisé en ce que l'étape de formation d'une première préinclinaison et d'une seconde préinclinaison R\14900\14964 DO( -2octobrec 1997- 1[ sur une première couche d'alignement est effectuée par un procédé de dépôt sous incidence oblique. 19.- Le procédé selon l'une des revendications 12 à 18, caractérisé en ce que la couche de cristal liquide comprend des dopants chiraux. 20.- Le procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que la proportion en poids des dopants chiraux est comprise entre 0,1 et 0,5% du poids du cristal liquide. 21.- Le procédé selon l'une des revendications 12 à 20, caractérisé en ce que le premier substrat est divisé en régions par un masque. 22.- Le procédé selon l'une des revendications 19 à 21, caractérisé en ce que les dopants chiraux sont lévogyres. 23.- Le procédé selon l'une des revendications 19 à 22, caractérisé en ce que les dopants chiraux sont dextrogyres. 24.- Le procédé selon l'une des revendications 12 à 23, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape de fourniture d'un film de compensation optique sur le premier substrat ou le second substrat. R:\14900\14964DOC - 30 octobre 1997 - 11/12