Brevet FR2755517A1 — publié le 19980507

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE CELLULE A CRISTAL LIQUIDE La présente invention concerne un procédé de fabrication de cellules à cristal liquide multi-domaine, et plus particulièrement un procédé simplifié de fabrication d'une cellule à cristal liquide à angle de vision large. Un afficheur à cristal liquide nématique croisé (TN LCD ou "twisted nematic liquid crystal display") présente un problème de contraste angulaire, c'est-à-dire que la transmittance dans chaque niveau de gris dépend de l'angle de visualisation. Cette dépendance angulaire du contraste, en particulier, est très importante vers le haut et vers le bas. Cette dépendance angulaire vers le haut et vers le bas est provoquée par la configuration du directeur électriquement induit dans le cristal liquide. Pour résoudre ce problème de dépendance angulaire, on a proposé des affi- cheurs à cristal liquide multidomaines, tels qu'un afficheur à cristal liquide néma- tique croisé à deux domaines (TDTN LCD) ou un afficheur à cristal liquide néma- tique croisé divisé en domaines (DDTN LCD). Dans l'afficheur à cristal liquide nématique croisé multidomaines, chaque pixel présente deux domaines de configu- ration de directeur, dans lesquels les deux directions de pré- inclinaison se trouvent dans des directions opposées. Lorsqu'on applique une tension de niveau de gris à cet afficheur à cristal liquide, les directeurs du cristal liquide dans les deux domaines sont inclinés dans des directions opposées. Ces configurations moyennent les trans- mittances vers le haut et vers le bas. Dans l'afficheur à cristal liquide nématique croisé à domaines divisés, des matériaux présentant des angles de préinclinaison différents, comme par exemple des matériaux organiques ou inorganiques, sont alternativement alignés dans chaque pixel. Lors du processus d'alignement, chaque surface alignée, c'est- à-dire chaque domaine, présente un angle de pré-inclinaison différent de celui du domaine voisin. Pour une cellule à cristal liquide multidomaines telle que celle décrite plus haut, la méthode d'alignement la plus utile est la méthode de frottement. Dans cette méthode de frottement, la couche d'alignement, une couche revêtue de polyimide, est mécaniquement frottée avec un tissu de frottement ou autre, de sorte à générer des micro-rainures sur la surface de la couche d'alignement. La périodicité de la topolo- gie des substrats d'afficheur à cristal liquide présentant des microrainures méca- niques minimise l'énergie de déformation élastique des cristaux liquides en forçant le directeur à s'aligner parallèlement aux micro-rainures. Dans cette méthode de frottement, toutefois, des défauts dans les micro-rainures provoquent des distorsions de phase aléatoires et des diffusions lumineuses aléatoires, de sorte à détériorer la qualité de l'image. En outre, le traitement de frottement génère des poussières et des charges sur la couche d'alignement, ce qui provoque des endommagements du substrat et des détériorations correspondantes du rendement. Afin de surmonter le problème d'endommagement du substrat, on a récemment proposé un procédé de photoalignement. La figure 1 montre un procédé de fabrication d'une cellule à double domaine (ou à deux domaines), utilisant un traitement de photoalignement. Sur la figure, la région hachurée du substrat indique la région bloquée par le masque opaque, et la flèche dans le substrat indique la direction de l'alignement. En outre, la flèche au- dessus du substrat, indique la direction d'irradiation de la lumière. Tout d'abord, le premier domaine I du substrat revêtu d'un matériau de photo- alignement est bloqué grâce au masque opaque, et ensuite le substrat est exposé sous incidence verticale par de la lumière polarisée linéairement présentant une première direction de polarisation de sorte à déterminer des premières directions d'alignement dégénérées dans le second domaine II, comme représenté sur la figure lA. Ensuite, le substrat est exposé sous incidence oblique par de la lumière polarisée linéairement présentant une seconde direction de polarisation qui est perpendiculaire à la première direction de polarisation de sorte à sélectionner une direction parmi les premières directions dégénérées. En conséquence, on forme une première direction d'alignement dans le second domaine II. Ensuite, le premier domaine I est découvert, et le second domaine II est bloqué par le masque. Le substrat est exposé sous incidence verticale par de la lumière pola- risée linéairement présentant une troisième direction de polarisation perpendiculaire à la première direction de polarisation, de sorte à déterminer des secondes directions dégénérées comme représenté sur la figure 1C. Ensuite, à cet instant, les secondes directions d'alignement dégénérées sont perpendiculaires à la première direction d'alignement. Ensuite, le substrat est exposé sous incidence oblique à la lumière, pour sélectionner l'une des secondes directions dégénérées comme représenté sur la lumière 1D. La figure 1E est une vue représentant la cellule à deux domaines une fois que les directions d'alignement des domaines sont déterminées, après avoir enlevé le masque. Comme représenté sur la figure, les directions d'alignement dans les premier et second domaines sont perpendiculaires l'une à l'autre. Ce procédé est mis en oeuvre à nouveau pour l'autre substrat, et ensuite ces deux substrats sont assemblés pour former une cellule à cristal liquide à deux domaines. Dans ce traitement d'alignement des cellules multidomaines, telles que des cellules à deux domaines, du fait que le procédé implique huit traitements d'exposition et quatre traitements de masquage, il est compliqué et le coût est augmenté. 14866 DOC- 11 seple br 1""7 - 2/11) Un objet de la présente invention est de fournir un procédé de fabrication d'une cellule à cristal liquide à angle de vision important, dans lequel les domaines de la couche d'alignement absorbent des quantités différentes de l'énergie pendant une exposition unique de la couche d'alignement pour déterminer des directions d'alignement différentes dans chaque domaine. Pour atteindre cet objet, le procédé de fabrication de la présente invention comprend les étapes de blocage du substrat avec un masque divisé en une pluralité de régions présentant des transmittances différentes, et l'exposition du substrat à la lumière. Chaque domaine de la couche d'alignement correspondant à une région du I O masque absorbe une quantité d'énergie différente, de sorte que des angles de pré- inclinaison de valeurs différentes sont formées dans chaque domaine. Ensuite, les substrats supérieur et inférieur sont assemblés pour fabriquer la cellule à cristal liquide nématique croisée multi-domaines. Selon un mode de réalisation, le procédé de l'invention comprend les étapes de: - fourniture d'un substrat revêtu de matériaux de photoalignement, le substrat étant divisé en une pluralité de régions; exposition du substrat sous incidence verticale par de la lumière, de sorte que chaque région du substrat absorbe une énergie différente; et - exposition sous incidence oblique du substrat à la lumière. Selon un second mode de réalisation, les matériaux de photo-alignement comprennent des matériaux à base de polysiloxane. Selon un troisième mode de réalisation, la lumière comprend la lumière ultraviolette. Selon un autre mode de réalisation, l'étape d'exposition sous incidence verticale du substrat comprend les étapes de: - couverture des régions du substrat par un masque présentant une pluralité de régions ayant des transmittances différentes; et - exposition du substrat à la lumière. Selon encore un autre mode de réalisation, le procédé comprend les étapes de: - fourniture d'un premier et d'un second substrats revêtus d'un matériau de photo-alignement, les premier et second substrats étant respectivement divisés en une pluralité de régions; - couverture de chaque région des premier et second substrats avec un masque présentant des transmittances différentes; - exposition du substrat à la lumière sous incidence verticale; - exposition du substrat à la lumière sous influence oblique; et - assemblage des premier et second substrats. Selon encore un autre mode de réalisation. les matériaux de photoalignement comprennent des matériaux à base de polysiloxane. Avantageusement, la lumière comprend de la lumière ultraviolette. Le procédé peut comprendre les étapes de: - fourniture d'un substrat revêtu d'un matériau de photo-alignement, le substrat étant divisé en une pluralité de régions: - couverture du substrat par un masque, le masque comprenant une unité transparente, une unité semi-transparente, et une unité opaque l'unité semi- transparente permettant une transmission partielle de la lumière; exposition du substrat sous incidence verticale à une lumière polarisée dans une première direction de polarisation de sorte à déterminer les directions d'alignement dégénérées sur la région du substrat correspondant aux unités transparente et semi-transparente du masque; - exposition sous incidence oblique du substrat à la lumière, de sorte à sélection- ner une direction d'alignement parmi les directions d'alignement dégénérées; - couverture de nouveau du substrat par le masque, les régions dont les direc- tions d'alignement sont déterminées étant recouvertes par les unités opaques du masque, les autres régions étant recouvertes par les unités transparentes et semi-transparentes; - exposition sous incidence verticale du substrat à une lumière polarisée dans une seconde direction de polarisation. de sorte à déterminer des directions d'alignement dégénérées sur les régions du substrat correspondant aux unités transparente et semi-transparente du masque; et - exposition sous incidence oblique du substrat à la lumière de sorte à sélection- ner une direction d'alignement parmi les directions d'alignement dégénérées. De façon avantageuse, la première direction de polarisation du procédé selon l'invention est différente de la seconde direction de polarisation. La première direction de polarisation peut être perpendiculaire à la seconde direction de polarisation. Les matériaux de photoalignement peuvent comprendre des matériaux à base de polysiloxane. La lumière peut comprendre la lumière ultraviolette. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la descrip- tion qui suit d'un mode de réalisation donné en référence aux figures qui montrent: - Figure 1, une représentation d'un procédé classique de fabrication d'une cellule à cristal liquide à deux domaines; 14866DOC I setei r I 197 - 4/ I ( - Figure 2, un graphique montrant la relation entre l'angle de préinclinaison et l'énergie d'absorption de la couche de préalignement selon la présente inven- tion; - Figure 3, une représentation d'un procédé de fabrication selon un premier mode de réalisation de la présente invention; et - Figure 4, une représentation d'un procédé de fabrication selon un second mode de réalisation de la présente invention. Dans la présente invention, on utilise des matériaux à base de polysiloxane en tant que couche d'alignement, alors que du polyvinylcinnamate est utilisé comme matériau d'alignement classique (voir le procédé HASHIMOTO, décrit dans SID 95 DIGEST, page 877). Dans le procédé HASHIMOTO, du fait que l'amplitude de l'angle de préinclinaison déterminé par l'exposition est d'environ 0,1 à 0,3 degré, ce qui est très faible, on ne peut pas obtenir la préinclinaison désirée. Pour le matériau d'alignement actuel, toutefois, l'amplitude de l'angle de préinclinaison dépend de l'énergie ultraviolette absorbée par la couche d'alignement, comme représenté sur la figure 2, de telle sorte que l'amplitude de l'angle de préinclinaison peut être contrôlée de façon appropriée. Dans la suite, un mode de réalisation de la présente invention est décrit en détail en référence aux dessins joints. La figure 3 est une vue montrant le premier mode de réalisation de la présente invention, utilisant un masque présentant une unité semitransparente pour cellule à cristal liquide, et en particulier pour cellule à cristal liquide nématique croisée à double domaine. Le masque semi-transparent 33 recouvre le premier domaine I de la couche d'alignement 32 sur le substrat 31, de sorte à le bloquer pendant le traitement d'exposition, comme représenté sur la figure 3A. En conséquence, le domaine I absorbe une partie de la lumière irradiée, tandis que le second domaine II qui n'est pas recouvert par le masque absorbe l'ensemble de la lumière irradiée, qui peut être de la lumière ultra-violette. Ceci signifie que les premier et second domaines absorbent respectivement des énergies différentes de lumière ultraviolette. L'amplitude de l'angle de préinclinaison dépend de l'énergie ultraviolette absorbée par la couche d'alignement comme représenté sur la figure 2. Par cette exposition, on génère des directions dégénérés dans le premier et le second domaines I et II. Ensuite, lorsque la couche d'alignement 32 est exposée sous incidence oblique à la lumière ultraviolette, une direction parmi les directions dégénérées est choisie, comme représenté sur la figure 3B. Ainsi, on forme des directions d'alignement présentant des directions parallèles et des angles de pré-inclinaison différents dans les premier et second domaines comme représenté sur la figure 3C. La figure 3D représente une cellule à cristal liquide nématique croisé à double domaine dans laquelle les substrats supérieur et inférieur fabriqués selon le présent procédé d'alignement sont assemblés. Dans la structure de la figure 3D, les directions d'alignement de chaque domaine sont parallèles, mais les amplitudes des angles de préinclinaison sont diffé- rentes. En conséquence, un domaine présentant un angle de préinclinaison important se trouve à côté d'un domaine présentant un angle de préinclinaison faible, de telle sorte que chacun des domaines compense l'angle de vision de l'autre domaine. La figure 4 est une vue montrant un second mode de réalisation de la présente invention. Dans ce mode de réalisation, la cellule à cristal liquide est une cellule à cristal liquide à quatre domaines. Dans cette figure, la partie hachurée en traits obliques, la partie hachurée en croix et la partie non hachurée représentent respecti- vement une unité semi-transparente 33b, une unité opaque 33c et une unité transpa- rente 33a du masque 33. Tout d'abord, le substrat est recouvert du masque 33. Le premier domaine I est recouvert de l'unité semi-transparente 33b du masque, le second domaine II est recouvert de l'unité transparente 33a, les troisième et quatrième domaines III et IV sont recouverts de l'unité opaque 33c, comme représenté sur la figure 4A. La trans- mittance de l'unité semi-transparente 33b est d'environ 30 à 80 %. Ensuite, le substrat est exposé sous incidence verticale avec de la lumière polarisée, par exemple de la lumière ultraviolette, présentant une première direction de polarisation de sorte à déterminer des premières directions d'alignement dégénérées. Comme représenté sur la figure 4B, le substrat est ensuite exposé sous incidence oblique par de la lumière polarisée présentant une seconde polarisation de direction perpendiculaire à la première direction de polarisation, de sorte à sélectiomnner une direction parmi les premières directions dégénérées, qui est sensiblement parallèle à la direction d'exposition de la lumière. A cet instant, on peut utiliser de la lumière non polarisée. La figure 4C montre les directions d'alignement des premier et second domaines après le premier traitement d'exposition. Dans les premier et second domaines, des directions d'alignement perpendiculaires à la première direction de polarisation sont formées. Toutefois, du fait que les troisième et quatrième domaines sont recouverts de l'unité opaque 33c, il n'y a pas de formation de direction d'alignement. Les directions d'alignement des premier et second domaines sont parallèles l'une à l'autre, mais les angles de préinclinaison sont différents du fait de la différence dans l'absorption de l'énergie. C'est dire que l'angle de préinclinaison est plus faible que celui du premier domaine. Ensuite, les premier et second domaines I et II sur lesquels les directions d'alignement sont déjà formées sont bloqués par l'unité opaque 33c du masque 33. les troisième et quatrième domaines III et IV sont respectivement recouverts par les 14866.DOC - I 9 sp1enillbre 1997 - l O10 unités semitransparente 33b et transparente 33a. Lorsque le substrat est exposé par de la lumière polarisée sous incidence verticale, présentant une troisième direction de polarisation parallèle à la première direction de polarisation du premier traitement d'exposition, on forme des secondes directions d'alignement dégénérées perpendicu- laires à la direction de polarisation. Ensuite, le substrat est exposé sous incidence oblique par de la lumière polarisée présentant une quatrième direction de polarisation de sorte à choisir une direction parmi les secondes directions dégénérées, parallèle à la direction d'exposition de la lumière. Grâce à ce second traitement d'exposition, on forme des directions d'alignement dans les troisième et quatrième domaines III et IV, comme représenté sur la figure 4E. Comme les directions d'alignement des premier et second domaines I et II, les directions d'alignement des troisième et quatrième domaines III et IV sont parallèles, mais leurs angles de pré-inclinaison sont différents. L'angle de pré-inclinaison du quatrième domaine IV est plus petit que celui du troisième domaine III du fait de la différence dans l'absorption d'énergie. La figure 4F est une vue représentant la cellule à cristal liquide à quatre domaines de la présente invention. Comme représenté sur cette figure, les directions d'alignement des premier et second domaines I et II présentant des angles de pré- inclinaison différents sont parallèles, et les directions des troisième et quatrième domaines III et IV présentant des angles de pré-inclinaison différents sont aussi parallèles. En outre, les directions d'alignement des premier et second domaines I et II sont perpendiculaires à celles à des troisième et quatrième domaines III et IV. Ce substrat au direction d'alignement déterminé est utilisé comme substrats supérieur et inférieur, de sorte à obtenir une cellule à cristal liquide à quatre domaines. Dans le procédé décrit ci- dessus, on fabrique une cellule à cristal liquide nématique à double domaine avec quatre traitements d'exposition et deux étapes de masque. En outre, on fabrique une cellule à cristal liquide à quatre domaines avec huit traitements d'exposition et quatre traitements de masquage. Ainsi, on peut fabri- quer une cellule à cristal liquide à angle de vision large, avec un traitement simplifié et un coût plus faible. Bien que seul un mode de réalisation préféré de la présente invention ait été décrit, des variations et modifications apparaîtront à l'homme du métier sans s'écarter de l'esprit de l'invention. 1406 DI)OC ( - I o.t emlcl 1997 - 7/10 REVENDICATIONS 1.- Un procédé de fabrication d'une cellule à cristal liquide multidomaines, le procédé comprenant les étapes de: - fourniture d'un substrat (31) revêtu de matériaux (32) de photo-alignement, le substrat étant divisé en une pluralité de régions (I, II); - exposition du substrat sous incidence verticale par de la lumière, de sorte que chaque région du substrat absorbe une énergie différente; et - exposition sous incidence oblique du substrat à la lumière. 2.- Le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les matériaux de photo-alignement comprennent des matériaux à base de polysiloxane. 3.- Le procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la lumière comprend la lumière ultraviolette. 4.- Le procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel l'étape d'exposition sous incidence verticale du substrat comprend les étapes de: - couverture des régions du substrat par un masque (33) présentant une pluralité de régions ayant des transmittances différentes; et - exposition du substrat à la lumière. 5.- Un procédé de fabrication d'une cellule à cristal liquide multidomaines. le procédé comprenant les étapes de: - fourniture d'un premier et d'un second substrats revêtus d'un matériau de photo-alignement (32), les premier et second substrats (31) étant respectivement divisés en une pluralité de régions; - couverture de chaque région des premier et second substrats avec un masque (33) présentant des transmittances différentes; exposition du substrat à la lumière sous incidence verticale - exposition du substrat à la lumière sous influence oblique; et - assemblage des premier et second substrats. 6.- Le procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les matériaux de photo-alignement comprennent des matériaux à base de polysiloxane. 7.- Le procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la lumière comprend de la lumière ultraviolette. 14866 DOC - [ 1 scpleit-re I97 /10 8.- Un procédé de fabrication d'une cellule à cristal liquide multi-domaines, le procédé comprenant les étapes de: - fourniture d'un substrat (31) revêtu d'un matériau (32) de photo-alignement, le substrat étant divisé en une pluralité de régions (I, II, III, IV); - couverture du substrat par un masque, le masque (33) comprenant une unité transparente (33a), une unité semi- transparente (33b), et une unité opaque (33c), l'unité semi-transparente permettant une transmission partielle de la lumière; - exposition du substrat sous incidence verticale à une lumière polarisée dans une première direction de polarisation de sorte à déterminer les directions d'alignement dégénérées sur la région du substrat correspondant aux unités transparente et semi-transparente du masque; - exposition sous incidence oblique du substrat à la lumière, de sorte à sélection- ner une direction d'alignement parmi les directions d'alignement dégénérées; - couverture de nouveau du substrat par le masque, les régions dont les direc- tions d'alignement sont déterminées étant recouvertes par les unités opaques du masque, les autres régions étant recouvertes par les unités transparentes et semi-transparentes; - exposition sous incidence verticale du substrat à une lumière polarisée dans une seconde direction de polarisation, de sorte à déterminer des directions d'alignement dégénérées sur les régions du substrat correspondant aux unités transparente et semi-transparente du masque; et - exposition sous incidence oblique du substrat à la lumière de sorte à sélection- ner une direction d'alignement parmi les directions d'alignement dégénérées. 9.- Le procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première direction de polarisation est différente de la seconde direction de polarisation. O10.- Le procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la première direction de polarisation est perpendiculaire à la seconde direction de polarisation. 11.- Le procédé selon la revendication 8, 9 ou 10. caractérisé en ce que les matériaux de photoalignement comprennent des matériaux à base de polysiloxane. 12.- Le procédé selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que la lumière comprend la lumière ultraviolette. 148 h()' H - lU) tlcmbre 19)97- 9/10