WO1991001016A1 - Verfahren zur befüllung eines eine homeotrope randorientierung aufweisenden flüssigkristalldisplays - Google Patents

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Bernhard Rieger
Ulrich Finkenzeller
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MERCK Patent Gesellschaft mit beschränkter Haftung
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    • G—PHYSICS
    • 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
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1341—Filling or closing of cells

Definitions

  • the invention relates to a method for filling a liquid crystal display having a homeotropic edge orientation with a liquid crystalline medium.
  • REPLACEMENT LEAF Filling is a relatively time-consuming production step. This is particularly true for liquid crystal displays with a homeotropic edge orientation. Examples can be based on the ECB (electrically controlled birefingence) or DAP principle
  • the invention was based on the object of finding processes for filling liquid crystal displays which have a homeotropic edge orientation and which, in comparison to conventional processes, are distinguished by significantly shorter filling times.
  • T Z B LATT The invention thus relates to a method for filling a liquid crystal display having a homeotropic edge orientation with a liquid crystalline medium, an electric or magnetic field being applied during the filling.
  • the frequency of the alternating electrical field is preferably between 10 Hz and 20 kHz. Alternating electrical fields are further preferred, the amplitude of which lies between 1 ⁇ 10 3 V / cm and 5 ⁇ 10 6 V / cm.
  • the displays filled by this method preferably have a layer thickness between 1 ⁇ and 10 ⁇ m.
  • the invention further relates to an apparatus for filling a liquid crystal display having a homeotropic edge orientation with a liquid crystalline medium based on a conventional filling station, the filling station additionally containing a device for applying an electrical or magnetic field.
  • the invention further relates to liquid crystal displays which have a homeotropic edge orientation and which are filled by the method according to the invention.
  • the filling time for a liquid crystal display with a homeotropic edge orientation can be shortened significantly by comparison with conventional filling methods by applying an electric or magnetic field during filling.
  • the special technique of filling is irrelevant. For example, by creating a field, the filling process can be accelerated if this takes place through the use of the capillary effect, or if the evacuated cell is filled by immersion in a reservoir with liquid-crystalline medium via filling holes, or if the liquid-crystalline medium is evacuated cell is supplied through specially shaped small channels or tubes or injected as an aerosol. The same applies to other filling techniques not mentioned here.
  • the cells or cell arrays are provided with electrode structures even before filling, the application of an alternating electric field is preferred for reasons of practicality.
  • the alternating electrical field preferably has a frequency between 10 Hz and 20 kHz, but in particular between
  • 3 in the cell is preferably between 1 x 10 V / cm and 5 x 10 6 V / cm and very particularly between 5 x 103 V / cm and 5 x 10 V / cm.
  • the layer thickness of the liquid crystal display can vary within a wide range and is particularly preferably between 1 ⁇ m and 10 ⁇ m. A particularly significant reduction in the filling time is observed for thin and / or large-area displays with d 6 6 ⁇ m.
  • the filling can take place in conventional filling stations which are additionally equipped with a device for applying an electrical or magnetic field. Filling stations in which an electric field is used to support the filling process are particularly preferred, since, for example, the vacuum chamber only has to be equipped with two additional electrical feedthroughs that are commercially available. In addition, however, other apparatuses, not described here, can also be used for field-assisted filling of electro-optical systems.
  • a liquid crystal display consisting of two glass plates, which are provided with electrode layers and homeotropic orientation layers rubbed antiparallel to each other, is filled with a liquid crystal mixture which has the following composition using the capillary effect:
  • U -_ 13 V
  • v 50 Hz
  • experiment 1b no field is applied.
  • the time required to achieve a 2.5 cm high fill level (height of the liquid-crystalline medium in the cell, based on the level in the storage vessel) is determined.
  • a liquid crystal display with an area A 3 cm was used.
  • the filling time could be reduced by 63% in relation to the time required for a non-field-supported filling.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befüllung eines eine homeotrope Randorientierung aufweisenden Flüssigkristalldisplays mit einem flüssigkristallinen Medium, wobei bei der Befüllung ein elektrisches oder magnetisches Feld angelegt wird.

Description

Verfahren zur Befüllung eines eine homeotrope Rand¬ orientierung aufweisenden Flüssigkristalldisplayε
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befüllung eines eine homeotrope Randorientierung aufweisenden Flüssig- ristalldisplays mit einem flüssigkristallinen Medium.
Aus dem in B. Bahadur, Mol. Cryst. Liq. Cryst. , 109 (1984), 3-98 gezeigten Fabrikationsschema für Flüssig- kristalidisplays (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.
ERSATZBLATT Die Befüllung stellt einen relativ zeitaufwendigen Pro¬ duktionsschritt dar. Dies trifft insbesondere für eine homeotrope Randorientierung aufweisende Flüssigkriεtall¬ 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 Füllεtation erheblich zur Gesamtproduktionsdauer beiträgt.
Es bestand daher ein dringendes Bedürfnis nach Füllver¬ fahren für eine homeotrope Randorientierung auf- weisende Flüssigkriεtalldiεplays 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.
TZBLATT 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 x 103 V/cm und 5 x 106 V/cm liegt.
Die nach diesem Verfahren befüllten Displays weisen bevor¬ zugt eine Schichtdicke zwischen 1 μ 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 flüssigkriεtallinem Medium über Füllδcher 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 Wechselfeidern 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 bevorzug 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
3 in der Zelle liegt bevorzugt zwischen 1 x 10 V/cm und 5 x 10 6 V/cm und ganz besonders zwischen 5 x 103 V/cm und 5 x 10 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 gro߬ 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 Elektrödenschichten 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-l-cyano- propylcyclohexyl 20 % 4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-l-methoxybenzol 17 % 4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-l-ethoxybenzol 7 % 4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-l-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 1 a eine sinusförmige elektrische Wechselspannung an die Elektroden gelegt mit einer Effek- tivspannung U -_ = 13 V und einer Frequenz von v = 50 Hz, während in Versuch 1 b kein Feld angelegt wird. In beiden Versuchen 1 a und 1 b 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 cm .
Figure imgf000008_0001
Durch die Anlegung eines el rrischen Wechselfeldes konnte eine Verkürzung der Füllzeit, bezogen auf die für eine nichtfeidunterstützte Füllung benötigte Zeit, von 63 % erzielt werden.
ERSATZBLATT

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Befüllung eines eine homeotrope Rand¬ orientierung aufweisenden Flüssigkristalldiεplays 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 Wechεelfeld 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 . 10 3 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.
ERSATZBLATT
6. Apparatur zur Befüllung eines eine homeotrope Rand¬ orientierung aufweisenden Flüssigkristalldiεplayε mit einem flüssigkriεtallinen 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.
ERSATZBLATT
PCT/EP1990/001117 1988-10-04 1990-07-10 Verfahren zur befüllung eines eine homeotrope randorientierung aufweisenden flüssigkristalldisplays WO1991001016A1 (de)

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PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Band 12, Nr. 97 (P-682) (2944), 30. Marz 1988, P JP, A, 62231213 (Stanley Electric Co., Ltd) 9. Oktober 1987 siehe Zusammenfassung *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Band 6, Nr. 171 (P-140) (1049), 4. September 1982, & JP, A, 5789722 (Sharp K.K.) 4. Juni 1982 siehe Zusammenfassung *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Band 7, Nr 256 (P-236) (1401), 15. November 1983, & JP, A, 58139115 (Tokyo Shibaura Denki K.K.) 18. August 1983 siehe Zusammenfassung *

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