DE69307389T2

DE69307389T2 - Verfahren zum Einfüllen eines ferroelektrischen Flüssigkristalls

Info

Publication number: DE69307389T2
Application number: DE69307389T
Authority: DE
Inventors: Mutsuo Mitsui
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-05-11
Filing date: 1993-05-10
Publication date: 1997-06-26
Anticipated expiration: 2013-05-11
Also published as: DE69307389D1; KR930023754A; ATE147867T1; EP0570804A1; KR970004605B1; US5355236A; JP2704809B2; JPH05313110A; EP0570804B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND IN BEZIEHUNG STEHENDER STAND DER TECHNIK

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einfüllen bzw. Injizieren eines ferroelektrischen Flüssigkristalls in eine Flüssigkristallzelle in einem Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung.
Bislang erfolgte das Einfüllen eines Flüssigkristalls in eine Flüssigkristallzelle durch die Zufuhr eines Flüssigkristallmaterials, das im allgemeinen auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt wurde, um eine verringerte Viskosität zu erhalten, zu einer Einfüllöffnung einer leeren Zelle, die unter Vakuum auf einen reduzierten Druck von ungefähr 10&supmin;² Torr evakuiert worden war, und das Wiederherstellen des Normaldrucks in der Zellumgebung.
Ferner erfolgte mit der Vergrößerung der Zellgröße ein Einfüllen des Flüssigkristalls unter einem vorgegebenen Druck (z.B. 1540 Torr) oberhalb des Atmosphärendrucks, um die Einfülldauer zu verkürzen.
In dem herkömmlichen Verfahren zum Einfüllen eines Flüssigkristalls, das bei konstanter Temperatur und konstantem Druck erfolgt, unterscheidet sich jedoch der Widerstand, der dem Flüssigkristall entgegengebracht wird, der sich in der leeren Zelle bewegt, und der von der Innenfläche (Ausrichtungsfilmfläche) der Zelle herrührt, in Abhängigkeit von dem Abstand der Bewegungsfront des Flüssigkristalls von der Einfüllöffnung. Aus diesem Grund variiert, insbesondere in einer ferroelektrischen Flüssigkristallzelle mit einem Zellzwischenraum (in der Größenordnung von 1 µm), der kleiner als derjenige eines verdrehten nematischen Flüssigkristalls ist, die Bewegungsgeschwindigkeit des Flüssigkristalls innerhalb der Zelle während des Einfüllens des Flüssigkristalls, so daß die nachstehenden Probleme auftraten:
(1) es kommt aufgrund des Unterschieds in der Bewegungsgeschwindigkeit des Flüssigkristalls zu einem lokalen Unterschied im Ausrichtungszustand, wodurch die Tendenz auftritt, daß keine gleichbleibende Anzeigequalität über die gesamte Fläche zur verfügung gestellt wird, und
(2) aufgrund der abrupten Bewegung des Flüssigkristalls auf der Anfangsstufe des Einfüllens tritt die Tendenz zu einem lokalen Einfülldefekt auf.
Ferner neigt der ferroelektrische Flüssigkristall dazu, oxidiert und gelb zu werden, wenn er unter reduziertem Druck erhitzt wird und mit der in dem Flüssigkristall-Einfüllschritt eingeleiteten Luft in Kontakt kommt.

ZUSAMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Angesichts der vorstehend erwähnten Probleme im Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Einfüllen eines ferroelektrischen Flüssigkristalls zur Verfügung zu stellen, das für eine Bildanzeigefläche mit gleichbleibend hoher Qualität über den gesamten Zellbereich, der frei von einem lokalen Einfülldefekt ist, geeignet ist.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Einfüllen eines ferroelektrischen Flüssigkristalls in eine Flüssigkristallzelle zur Verfügung gestellt, die ein Substratpaar umfaßt, mit jeweils mindestens einer Elektrode auf dem Substrat, wobei zwischen den Substraten ein Dichtstoff angeordnet ist, damit zwischen ihnen eine vorgegeben Lücke entsteht, wie in Anspruch 1 definiert ist.
Als Ergebnis ist es möglich, das Auftreten eines lokalen Einfülldefekts, wie ein ungenügendes Einfüllen des Flüssigkristalls, zu verhindern und eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einem gleichförmigen Ausrichtungszustand über die gesamte Anzeigefläche zur Verfügung zu stellen, wodurch eine gleichförmige Anzeige von hoher Qualität geliefert wird.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die Betrachtung der nachstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine Graphik, die ein erfindungsgemäßes Beispiel einer programmierten Veränderung des Drucks und der Temperatur mit der Zeit zeigt.
Fig. 2 ist eine Graphik, die die Beziehung zwischen dem prozentualen Anteil in bezug auf das Ende des Einfüllens und der Einfüllzeit gemäß einem Verfahren der Erfindung und einem herkömmlichen Verfahren zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFÜHRUNGSFORMEN

Nachstehend wird die Erfindung detaillierter anhand eines Beispiels beschrieben.
Fig. 1 ist eine Graphik, die ein Beispiel für die erfindungsgemäße programmierte Veränderung des Drucks und der Temperatur der Umgebung der Flüssigkristallzelle mit der Zeit zeigt; genauer gesagt wurden eine Temperaturschaltuhr und eine Druckschaltuhr, die in einer Einfüllapparatur für das Einfüllen eines ferroelektrischen Flüssigkristalls in eine Zelle mit A4-Größe untergebracht worden waren, mit einem Temperaturänderungsprogramm (Diagramm) und einem Druckänderungsprogramm (Diagramm) ausgestattet.
Die Einfüllschritte werden unter Bezugnahme auf die Figur 1 beschrieben. Zuerst erfolgt auf der Anfangsstufe des Einfüllens (z.B. bei einem Eindringen von bis zu 10 cm des Flüssigkristallmaterials) zur Verhinderung des Auftretens eines lokalen Einfülldefekts, der aufgrund der abrupten Vorwärtsbewegung des Flüssigkristalls leicht um dis Einfüllöffnung herum auftritt, das Einfüllen hauptsächlich dadurch, daß ein Erwärmen unter Vakuum bei einem Druck von ungefähr 10&supmin;² Torr erfolgt, um auf diese Weise die Vorwärtsbewegung des Flüssigkristalls zu unterdrücken (A-B auf dem Druckprogramm, a-b auf dem Temperaturprogramm).
Auf einer mittleren Stufe des Einfüllens (z.B. zwischen einem Eindringen von ungefähr 10 cm und einem nahezu vollständigen Einfüllen des Flüssigkristallmaterials) wird der Druck allmählich erhöht, um eine nahezu gleichbleibende Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung des Flüssigkristalls durch die Kompensation der Abnahme der Geschwindigkeit bei der Vorwärtsbewegung des Flüssigkristalls, wie sie mit zunehmenden Grad der Einfüllung des Flüssigkristalls einhergeht, zur Verfügung zu stellen. (B-F auf dem Druckprogramm). Im Verlauf der Druckerhöhung wird der Druck für vorgegebene Zeiten auf konstante Werte gehalten, um eine Kompensation zwischen der Druckzunahme in dem Programm und der Veränderung des gerade an den Flüssigkristall angelegten Drucks in bezug auf die beiden nachstehenden Faktoren zu bewirken. Das heißt der tatsächlich an den Flüssigkristall anliegende Druck kann dem Druckanstieg in dem Programm aufgrund der Viskosität des Flüssigkristalls nicht genau folgen, und der tatsächliche Druckanstieg ist kleiner als der des Programms; und sogar wenn in dem Druckprogramm eine gleichbleibende Druckperiode vorgesehen ist, kann der tatsächlich an den Flüssigkristall angelegte Druck aufgrund einer Art Trägheit zunehmen, ohne auf zuhören dem Programm zu folgen. Das Ansteigen des Drucks über den Normaldruck (entlang des Wegs C-F in dem Druckprogramm) erfolgt durch das Einleiten eines Inertgases, wie N&sub2;, in eine Umgebung oder eine Kammer, in der die Zelle plaziert ist.
Bis zur mittleren Stufe kann das Flüssigkristallmaterial innerhalb und um die Zelle bevorzugt auf eine konstante Temperatur gehalten werden. Um dies zu erreichen, ist es bevorzugt, angesichts der Zunahme der Wärmekapazität der Umgebung aufgrund einer Zunahme des Umgebungsdrucks, die Umgebungstemperatur auf der Anfangsstufe etwas höher und die Umgebungstemperatur während der mittleren Stufe etwas tiefer einzustellen, wie aus der Kurve a - d in dem in Figur 1 gezeigten Temperaturprogramm ersichtlich ist.
Auf der Endstufe des Einfüllens wird die Temperatur erniedrigt, wobei ein Druckzustand aufrechterhalten wird, um einen aufgrund eines Unterschieds der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Zellsubstraten (üblicherweise Glas) und dem Flüssigkristallmaterial (F-G in dem Druckprogramm, d-e in dem Temperaturprogramm) entstandenen Bereich ohne Einfüllung (oder einen lokalen Einfülldefekt) zu beseitigen. Dann, nach der Beendigung des Einfüllens des Flüssigkristalls, wird in der Umgebung wieder die normale Temperatur und der Normaldruck hergestellt. Danach wird die Einfüllöffnung abgedichtet und nach dem Härten des Dichtungsmittels kann die Zelle auf eine isotrope oder cholesterische Phasentemperatur (von z.B. ungefähr 95 ºC) erwärmt und allmählich auf eine chirale smektische Temperatur (z.B. ungefähr 50 ºC) abgekühlt werden, um eine Neuausrichtung des Flüssigkristallmaterials in der Zelle zu bewirken, um eine ferroelektrische Flüssigkristallzelle zu erhalten, die für eine Ansteuerung geeignet ist.
Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen dem prozentualen Anteil in bezug auf das Ende des Einfüllens und der Einfülldauer für den Fall des Einfüllens unter Umgebungsbedingungen der Flüssigkristallzelle gemäß dem in Figur 1 gezeigten Programm und für den Fall des herkömmlichen Einfüllverfahrens, das bei konstanten Temperatur- und Druckbedingungen (100 ºC, 760 Torr) erfolgt. Die Neigung einer jeden Kurve in Figur 2 stellt die Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung des Flüssigkristalls dar und somit liefert das herkömmliche Einfüllverfahren, das unter konstanten Bedingungen erfolgt, auf der Anfangsstufe des Einfüllens eine größere Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung und mit dem Fortschreiten des Einfüllens eine nach und nach langsamere Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung.
Andererseits wird gemäß dem Einfüllverfahren der Erfindung die Anfangsgeschwindigkeit der Vorwärtsbewegung unterdrückt und danach die Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung im wesentlichen konstant gehalten, so daß die Gesamteinfülldauer wesentlich verkürzt wird.
In einem speziellen Beispiel wurde eine auf Pyrimidin beruhende ferroelektrische Flüssigkristallmischung, die die nachstehende Reihe an Phasenübergängen zeigte, unter die Flüssigkristallzelle umgebenden Temperatur- und Druckbedingungen, die dem in Figur 1 gezeigten Programm entsprechen, in eine freie Zelle mit A4-Größe und einem Zellabstand von 1,5 µm eingefüllt, wodurch eine Anzeigetafel mit einem gleichformigen Ausrichtungszustand über der gesamten Anzeigefläche erhalten wurde. Krist. SmC* SmA Ch. Iso.
Andererseits war eine Anzeigetafel, die durch das Einfüllen der vorstehenden, auf Pyrimidin beruhenden ferroelektrischen Flüssigkristallmischung in eine identische leere Zelle wie vorstehend, unter konstanten Temperatur- und Druckbedingungen von 100 ºC und 760 ºC, erhalten wurde, mit Ausrichtungsunregelmäßigkeiten behaftet, die auf einer Änderung der Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung des Flüssigkristallmaterials im Laufe seiner Einfüllung zurückgeführt wurden.
In der Erfindung sind die Temperatur- und Druckbedingungen der Umgebung der Flüssigkristallzelle für das Einfüllen nicht auf diejenigen Bedingungen beschränkt, die in Figur 1 gezeigt sind, und es ist ebenfalls möglich lediglich durch die Veränderung des Drucks, um die Einfüllgeschwindigkeit bei einer konstanten Temperatur zu steuern, einen gleichförmigen Ausrichtungszustand zu erhalten.
Wie vorstehend beschrieben wird die Einfüllgeschwindigkeit des Flüssigkristalls erfindungsgemäß durch die Veränderung des Drucks oder des Drucks und der Temperatur zur Zeit des Einfüllens des Flüssigkristalls so gesteuert, so daß die Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung des Flüssigkristalls auf der Anfangsstufe des Einfüllens unterdrückt bzw. gehemmt wird, um einen lokalen Einfülldefekt zu vermeiden, der leicht um die Einfüllöffnung entsteht, wobei die Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung auf der mittleren Stufe des Einfüllens im wesentlichen konstant gehalten wird, um einen gleichförmigen Ausrichtungszustand zur Verfügung zu stellen, und die Temperatur unter Druck in der Endstufe des Einfüllens erniedrigt wird, um ein Wiederauftreten eines lokalen Einfülldefekts, der aufgrund eines Unterschieds der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Substraten und dem Flüssigkristallmaterial leicht entsteht, zu vermeiden. Ferner ist es ebenfalls möglich die Einfülldauer durch Anlegen eines erhöhten Drucks, der in Abhängigkeit von der Zunahme der Einfüllmenge des Flüssigkristalls variiert, wesentlich zu verkürzen.

Claims

1. Verfahren zum Einfüllen eines ferroelektrischen Flüssigkristalls in eine Flüssigkristallzelle, die ein Substratpaar umfaßt, mit jeweils mindestens einer Elektrode auf dem Substrat, wobei zwischen den Substraten ein Dichtstoff angeordnet ist, damit zwischen ihnen eine vorgegeben Lücke entsteht, wobei das Verfahren die nachstehenden Schritte umfaßt:

(a) eine Anfangsstufe des Einfüllens, in der der Druck der Umgebung, der die Flüssigkristallzelle umgibt, auf einen Wert von unterhalb 760 Torr reduziert wird und die Temperatur erhöht wird, so daß der Flüssigkristall verglichen mit der Einfüllgeschwindigkeit bei 760 Torr und 100 ºC mit einer verringerten Geschwindigkeit eingefüllt wird;

(b) eine mittlere Stufe des Einfüllens, in der der Druck durch die Einleitung eines Inertgases in die Umgebung angehoben wird, um den Umgebungsdruck auf einen Druck anzuheben, der den Normaldruck von 760 Torr übersteigt, so daß die Front des in die Zelle eingefüllten Flüssigkristalls sich mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit fortbewegt, und

(c) eine Endstufe des Einfüllens, in der die Temperatur der Umgebung so erniedrigt wird, daß der Flüssigkristall unter Druck abgekühlt wird, um das Auftreten eines lokalen Defekts beim Einfüllen des Flüssigristalls aufgrund eines Unterschieds der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Flüssigkristall und den Substraten zu vermeiden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, in dem der Druck auf der Anfangsstufe des Einfüllens im wesentlichen konstant gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, in dem der Druck auf der mittleren Stufe des Einfüllens allgemein angehoben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, in dem der Druck während der mittleren Stufe des Einfüllens eine vorgegebene Zeit lang konstant gehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, in dem der Druck auf der Endstufe des Einfüllens im wesentlichen konstant gehalten wird.