DE3922781A1 - Verfahren zur befuellung eines eine homeotrope randorientierung aufweisenden fluessigkristalldisplays - Google Patents

Verfahren zur befuellung eines eine homeotrope randorientierung aufweisenden fluessigkristalldisplays

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DE3922781A1
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Bernhard Dr Rieger
Ulrich Dipl Phys Finkenzeller
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    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befüllung eines eine homeotrope Randorientierung aufweisenden Flüssig­ kristalldisplays mit einem flüssigkristallinen Medium.
Aus dem in B. Bahadur, Mol. Cryst. Lig. Cryst., 109 (1984), 3-98 gezeigten Fabrikationsschema für Flüssig­ kristalldisplays (S. 35, Fig. 7; S. 36, 4. Abs.) geht hervor, daß deren Befüllung mit flüssigkristallinen Medien üblicherweise erfolgt, nachdem die planparallelen Träger­ platten, die im allgemeinen aus Glas gefertigt sind, mit Elektroden und Orientierungsschichten versehen sind und jeweils zwei Glasplatten durch Zwischenfügen von Spacern zu Zellen oder Zell-Arrays definierter Dicke zusammen­ gefaßt und mit dichtenden Umrandungen (z.B. aus Epoxid­ harz) versehen sind, die allerdings noch Einfüllöffnungen aufweisen. Diese Zellen oder Zell-Arrays werden dann i.a. in eine Vakuumkammer gebracht (bis zu 10-2 bis 10-3 Torr) und dort durch einfaches Eintauchen der Zellen in einen Behälter mit flüssigkristallinem Medium oder aber auch durch Zuleiten des Mediums durch geeignete Röhren oder Kanäle oder andere Verfahren befüllt.
Die Befüllung stellt einen relativ zeitaufwendigen Pro­ duktionsschritt dar. Dies trifft insbesondere für eine homeotrope Randorientierung aufweisende Flüssigkristall­ displays zu. Als Beispiele können auf dem ECB- (electric­ ally controlled birefingence) oder auch DAP-Prinzip (Deformation aufgerichteter Phasen) basierende Displays oder auch Guest-Host Displays mit positivem Kontrast genannt werden. Der Füllprozeß für derartige Zellen läuft wesentlich langsamer ab als der für Displays mit homogener Orientierung des flüssigkristallinen Mediums, die z.B. bei TN- (twisted nematic) oder STN-Displays (super-twisted nematic) vorliegt. Dies führt insbesondere für solche Displays mit homeotroper Randorientierung, die eine relativ kleine Schichtdicke aufweisen und/oder großflächig sind, zu einer deutlichen Verteuerung der Produktions­ kosten, da die Verweildauer in der Füllstation erheblich zur Gesamtproduktionsdauer beiträgt.
Es bestand daher ein dringendes Bedürfnis nach Füllver­ fahren für eine homeotrope Randorientierung auf­ weisende Flüssigkristalldisplays mit deutlich kürzeren Füllzeiten.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Verfahren zur Befüllung von eine homeotrope Randorientierung aufweisen­ den Flüssigkristalldisplays zu finden, die sich im Ver­ gleich zu herkömmlichen Verfahren durch deutlich kürzere Füllzeiten auszeichnen.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß diese Aufgabe durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst werden kann.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Befüllung eines eine homeotrope Randorientierung auf­ weisenden Flüssigkristalldisplays mit einem flüssig­ kristallinen Medium, wobei bei der Befüllung ein elektrisches oder magnetisches Feld angelegt wird.
Die Verwendung eines elektrischen Wechselfeldes ist bevorzugt.
Die Frequenz des elektrischen Wechselfeldes beträgt bevorzugt zwischen 10 Hz und 20 kHz. Weiter bevorzugt sind elektrische Wechselfelder, deren Amplitude zwischen 1×103 V/cm und 5×106 V/cm liegt.
Die nach diesem Verfahren befüllten Displays weisen bevor­ zugt eine Schichtdicke zwischen 1 µm und 10 µm auf.
Gegenstand der Erfindung ist weiter eine Apparatur zur Befüllung eines eine homeotrope Randorientierung auf­ weisenden Flüssigkristalldisplays mit einem flüssig­ kristallinen Medium auf der Basis einer üblichen Füll­ station, wobei die Füllstation zusätzlich eine Vorrich­ tung zum Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Feldes enthält.
Gegenstand der Erfindung sind weiter eine homeotrope Randorientierung aufweisende Flüssigkristalldisplays, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren befüllt sind.
Die Füllzeit für ein eine homeotrope Randorientierung aufweisendes Flüssigkristalldisplay kann durch Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Feldes bei der Befüllung deutlich gegenüber herkömmlichen Füllverfahren verkürzt werden.
Dabei ist die spezielle Technik der Befüllung unerheb­ lich. So kann z.B. durch die Anlegung eines Feldes eine Beschleunigung des Füllvorgangs erreicht werden, wenn dieser durch die Ausnutzung des Kapillareffekts erfolgt, oder wenn die evakuierte Zelle durch Eintauchen in ein Reservoir mit flüssigkristallinem Medium über Füllöcher befüllt wird oder aber auch, wenn das flüssigkristalline Medium der evakuierten Zelle durch speziell geformte kleine Kanäle oder Röhren zugeführt wird oder als Aerosol injiziert wird. Das gleiche gilt für andere, hier nicht näher erwähnte Fülltechniken.
Zur Unterstützung und Verkürzung des Füllvorgangs können sowohl elektrische als auch magnetische Felder angelegt werden, wobei die Verwendung von Wechselfeldern bevor­ zugt ist.
Da die Zellen oder Zell-Arrays schon vor der Befüllung mit Elektrodenstrukturen versehen werden, ist die Anle­ gung eines elektrischen Wechselfeldes aus Praktikabili­ tätsgründen bevorzugt.
Das elektrische Wechselfeld weist bevorzugt eine Frequenz zwischen 10 Hz und 20 kHz, insbesondere jedoch zwischen 10 Hz und 10 kHz und ganz besonders zwischen 10 Hz und 1 kHz auf. Die Amplitude des elektrischen Wechselfeldes in der Zelle liegt bevorzugt zwischen 1×103 V/cm und 5×106 V/cm und ganz besonders zwischen 5×103 V/cm und 5×105 V/cm.
Die Schichtdicke des Flüssigkristalldisplays kann in einem weiten Bereich variieren und liegt besonders bevor­ zugt zwischen 1 µm und 10 µm. Eine besonders deutliche Reduzierung der Füllzeit wird für dünne und/oder groß­ flächige Displays mit d ≦ 6 µm beobachtet.
Die Befüllung kann in herkömmlichen Füllstationen erfol­ gen, die zusätzlich mit einer Vorrichtung zum Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Feldes ausgerüstet sind. Besonders bevorzugt sind Füllstationen, bei denen ein elektrisches Feld zur Unterstützung des Füllvorgangs benutzt wird, da z.B. die Vakuumkammer lediglich mit zwei zusätzlichen elektrischen Durchführungen ausgestattet werden muß, die kommerziell verfügbar sind. Daneben kön­ nen jedoch auch andere, hier nicht beschriebene Appara­ turen zur feldunterstützten Befüllung von elektrooptischen Systemen benutzt werden.
Das beschriebene Verfahren zur feldunterstützten Befüllung von Flüssigkristalldisplays führt zu einer deutlichen Verkürzung der Füllzeit und damit der Gesamtproduktions­ zeit und ist daher von erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung.
Die nachstehenden Beispiele sollen die Erfindung erläu­ tern, ohne sie jedoch zu begrenzen. Dabei sind Konzen­ trationen als Massenprozente angegeben.
Vergleichsbeispiel 1
Ein Flüssigkristalldisplay aus zwei Glasplatten, die mit Elektrodenschichten und homeotropen, antiparallel zueinander geriebenen Orientierungsschichten versehen sind, wird unter Ausnutzung des Kapillareffekts mit einer Flüssigkristallmischung befüllt, die folgende Zusammensetzung aufweist:
10% trans-4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-trans-1-cyanopropylcyclohexyl
20% 4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-1-methoxybenzol
17% 4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-1-ethoxybenzol
 7% 4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-1-butoxybenzol
 3% 2-Fluoro-4-(trans-4-propylcyclohexyl)-4′-(trans-4- propylcyclohexyl)-biphenyl
 3% 2-Fluoro-4-(trans-4-pentylcyclohexyl)-4′-(trans-4- propylcyclohexyl)-biphenyl
 3% 2-Fluoro-4-(trans-4-propylcyclohexyl)-4′-(trans-4- pentylcyclohexyl)-biphenyl
 5% 4-Propyl-4′-butyltolan
 5% 4-Propyl-4′-pentyltolan
 5% 4-Methyl-4′-ethoxytolan
 4% 4-Ethyl-4′-methoxytolan
 6% 4-(trans-4-propylcyclohexyl)-4′-methoxytolan
 5% 4-(trans-4-propylcyclohexyl)-4′-ethoxytolan
 7% 4-(trans-4-propylcyclohexyl)-4′-propoxytolan
Dabei wird in Versuch 1a eine sinusförmige elektrische Wechselspannung an die Elektroden gelegt mit einer Effek­ tivspannung Ueff = 13 V und einer Frequenz von v = 50 Hz, während in Versuch 1b kein Feld angelegt wird. In beiden Versuchen 1a und 1b wird die Zeit bestimmt, die zur Erzielung eines 2,5 cm hohen Füllstands (Höhe des flüssig­ kristallinen Mediums in der Zelle, bezogen auf das Niveau im Vorratsgefäß) erforderlich ist. Verwendet wurde ein Flüssigkristalldisplay mit einer Fläche A = 3 cm2.
Tabelle
Durch die Anlegung eines elektrischen Wechselfeldes konnte eine Verkürzung der Füllzeit, bezogen auf die für eine nichtfeldunterstützte Füllung benötigte Zeit, von 63% erzielt werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Befüllung eines eine homeotrope Rand­ orientierung aufweisenden Flüssigkristalldisplays mit einem flüssigkristallinen Medium, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Befüllung ein elektri­ sches oder magnetisches Feld angelegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches Wechselfeld angelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des elektrischen Wechselfeldes zwischen 10 Hz und 20 kHz beträgt.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des elek­ trischen Wechselfeldes zwischen 1×103 V/cm und 5×106 V/cm beträgt.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke des Flüssigkristalldisplays zwischen 1 µm und 10 µm beträgt.
6. Apparatur zur Befüllung eines eine homeotrope Rand­ orientierung aufweisenden Flüssigkristalldisplays mit einem flüssigkristallinen Medium auf der Basis einer üblichen Füllstation, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstation zusätzlich eine Vorrichtung zum Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Feldes enthält.
7. Ein eine homeotrope Randorientierung aufweisendes Flüssigkristalldisplay, das nach einem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-5 befüllt ist.
DE3922781A 1989-07-11 1989-07-11 Verfahren zur befuellung eines eine homeotrope randorientierung aufweisenden fluessigkristalldisplays Withdrawn DE3922781A1 (de)

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