CH619645A5 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Baugruppen mit mindestens einer flächigen nichtleitenden, zwischen mindestens zwei flächigen elektrisch leitenden Schichten, wobei mindestens eine nichtleitende auf einer elektrisch leitenden Schicht aufgebracht wird, und nach diesem Verfahren hergestellte Baugruppen, wie etwa Flüssigkristallzellen oder Mehrschichtenleiter. The present invention relates to a method for producing electrical assemblies with at least one flat non-conductive layer, between at least two flat electrically conductive layers, at least one non-conductive layer being applied to an electrically conductive layer, and to assemblies produced using this method, such as liquid crystal cells or multilayer conductors.
Ein Verfahren der vorgenannten Art ist aus der DE-OS 2 613 924 bekannt. Die nach diesem Verfahren hergestellten elektrischen Baugruppen sind Flüssigkristallzellen mit einem zwischen auf zwei Trägerplatten aufgebrachten, flächigen und mit einer Oberflächenbeschichtung versehenen Elektroden befindlichen flüssigkristallinen Medium, bei denen durch Reiben der Oberflächenbeschichtung in einer Vorzugsrichtung eine einheitliche Orientierung der diese Beschichtung berührenden Moleküle des flüssigkristaliinen Mediums bewirkt wird. Hierbei ist es notwendig, dass diejenigen Bereiche der Elektroden, wo Durchkontaktierungen sowie Aussenanschlüsse vorgesehen sind, keine Oberflächenbeschichtung aufweisen dürfen. Entsprechendes gilt mitunter auch für diejenigen Bereiche der Trägerplatten und der Elektroden, wo ein die Trägerplatten fixierender und distanzierender sowie die Aussenbegrenzung eines (das flüssigkristalline Medium aufnehmenden) schicht-förmigen Hohlraums bildender Kleb- oder Lotsteg vorgesehen ist, da die Haftfestigkeit des Stegs und somit die Dichtigkeit des Hohlraums gegebenfalls durch die Oberflächenbeschichtung nachteilig beeinflusst werden. Ein Entfernen der Oberflächenbeschichtung von Teilen der Elektroden bzw. der Trägerplatten ist ohne Beschädigung dieser Teile kaum möglich. Ein selektives Aufbringen des Beschichtungsmaterials auf die Elektroden - etwa in einem Siebdruckverfahren — ist nicht durchführbar, da die Viskosität des Beschichtungsmaterials bei derartigen Verfahren viel zu hoch ist, um die erforderlich geringe Schichtdicke der Oberflächenbeschichtung zu erreichen. A method of the aforementioned type is known from DE-OS 2 613 924. The electrical assemblies produced by this method are liquid crystal cells with a liquid-crystalline medium located between electrodes which are applied to two support plates, flat and provided with a surface coating, in which a uniform orientation of the molecules of the liquid-crystalline medium touching this coating is brought about by rubbing the surface coating . It is necessary here that those areas of the electrodes where plated-through holes and external connections are provided must not have a surface coating. The same applies sometimes to those areas of the carrier plates and the electrodes where a layer-like cavity or adhesive web which fixes and distances the carrier plates and defines the outer boundary of a (the liquid-crystalline medium) cavity is provided, since the adhesive strength of the web and thus the Leak tightness of the cavity may be adversely affected by the surface coating. Removing the surface coating from parts of the electrodes or the carrier plates is hardly possible without damaging these parts. A selective application of the coating material to the electrodes - for example in a screen printing process - cannot be carried out, since the viscosity of the coating material in such processes is much too high to achieve the required low layer thickness of the surface coating.
In der schweizerischen Patentanmeldung 105 877 der Anmelderin wird ein Verfahren zur Herstellung von Flüssigkristallzellen vorgeschlagen, bei dem mit aktinischer Strahlung härtbare Zubereitungen als Klebsteg zum Verbinden beider Trägerplatten vorgesehen werden. Swiss patent application 105 877 by the applicant proposes a method for producing liquid crystal cells in which preparations curable with actinic radiation are provided as an adhesive web for connecting the two carrier plates.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem Baugruppen der vorgenanten Art, insbesondere Flüssigkristallzellen mit Reiborientierung — in einer für die Massenfertigung geeigneten, wirtschaftlichen Weise hergestellt werden können. It is an object of the invention to provide a method with which assemblies of the aforementioned type, in particular liquid crystal cells with friction orientation, can be produced in an economical manner suitable for mass production.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die elektrisch leitende Schicht mit einer Schicht einer durch aktinische Strahlung duroplatisch härtbaren Zubereitung versehen wird, dass diese Schicht mindestens teilweise durch Belichten mit aktinischer Strahlung gehärtet wird, und dass unbelichtete Bereiche der Schicht entfernt werden. The aforementioned object is achieved according to the invention in that the electrically conductive layer is provided with a layer of a preparation which is thermosetable by actinic radiation, that this layer is at least partially hardened by exposure to actinic radiation, and that unexposed areas of the layer are removed.
Wesentliche Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens sind vor allem darin zu sehen, dass selbst Baugruppen mit komplex strukturierten nichtleitenden Schichten in äusserst s Significant advantages of the method according to the invention can be seen above all in the fact that even assemblies with complexly structured non-conductive layers can be found in extremely s
io io
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
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50 50
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3 3rd
619 645 619 645
einfacher Weise hergestellt werden können, und dass diese Herstellung wegen der raschen und ohne wesentliche Temperaturerhöhung erfolgenden Härtung der Zubereitungen auch bei mechanisch und chemisch leicht beeinflussbaren Baugruppen ohne negative Auswirkungen auf deren Wirkungsweise vorgenommen werden kann. can be produced in a simple manner, and that this production can also be carried out in the case of assemblies which can be easily influenced mechanically and chemically because of the rapid hardening of the preparations, which takes place without a significant increase in temperature, without negative effects on their mode of action.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des erfin-dungsgemässen Verfahrens wird die Zubereitung zur Herstellung von Mehrschichtenleitern zunächst auf die freiliegende Oberfläche einer auf einem Trägersubstrat befindlichen leitenden Schicht und nach dem Entfernen der unbelichteten Bereiche die zweite leitende Schicht auf die freiliegende Oberfläche der nichtleitenden sowie gegebenenfalls der leitenden Schicht aufgebracht. Auf diese Weise lassen sich überraschend einfach Mehrschichtenleiter mit beliebiger Anzahl an leitenden Schichten herstellen, wobei die Schichtdicken der duroplastischen Zwischenschichten entsprechend der an das Isoliervermögen gestellten Anforderungen gewählt werden können. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the preparation for producing multilayer conductors is first applied to the exposed surface of a conductive layer located on a carrier substrate and, after the unexposed areas have been removed, the second conductive layer to the exposed surface of the non-conductive and optionally the conductive layer upset. In this way, multilayer conductors with any number of conductive layers can be produced in a surprisingly simple manner, the layer thicknesses of the thermosetting intermediate layers being able to be selected in accordance with the requirements imposed on the insulating capacity.
Mit besonderem Vorteil lässt sich das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von reiborientierten Flüssigkristallzellen verwenden. Hierbei wird die Zubereitung auf die zumindest teilweise mit Elektroden versehene und der Flüssigkristallschicht zugewandte Fläche jeder Trägerplatte - vorzugsweise durch Tauchen in eine flüssige Zubereitung - aufgetragen. Mit dem Tauchverfahren kann besonders einfach erreicht werden, dass die Viskosität der Zubereitung durch Verdünnen mit einem Lösungsmittel und die Ziehgeschwindigkeit der Trägerplatte aus der Zubereitung derart bestimmt werden, The method according to the invention can be used with particular advantage for the production of friction-oriented liquid crystal cells. Here, the preparation is applied to the surface of each carrier plate, at least partially provided with electrodes and facing the liquid crystal layer, preferably by dipping into a liquid preparation. With the immersion method it can be achieved in a particularly simple manner that the viscosity of the preparation is determined by dilution with a solvent and the drawing speed of the carrier plate from the preparation is such that
dass die nichtleitende Schicht mindestens 0,01 um und höchstens 0,2 fim dick ist. Derart bemessene Flüssigkristallzellen weisen nicht nur gute optische Eigenschaften auf, sondern können darüber hinaus auch mit geringen Ansteuerspannungen betrieben werden. that the non-conductive layer is at least 0.01 µm and at most 0.2 µm thick. Liquid crystal cells of this type not only have good optical properties, but can also be operated with low drive voltages.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes vereinfacht wiedergegeben. An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is shown in simplified form in the drawing.
Die Figur zeigt einen Schnitt durch eine schematisch dargestellte und nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Flüssigkristallzelle. The figure shows a section through a schematically illustrated liquid crystal cell produced by the method according to the invention.
Diese Flüssigkristallzelle besteht aus zwei Trägerplatten 11, 12, welche vorzugsweise aus Glas sind und von denen zumindest eine transparent ist, auf deren einander zugewandten Oberflächen schichtförmige transparente Elektroden 21, 22 aus Indium- und/oder Zinnoxid aufgebracht sind. Die Elektroden sind zumindest teilweise mit elektrisch nichtleitenden Oberflächenbeschichtungen 31, 32 versehen. Zwischen diesen Schichten 31, 32 befindet sich ein schichtförmiges flüssigkristallines Medium 40, dessen mit den Beschichtungen 31, 32 in Berührung stehende Flüssigkristallmoleküle einheitlich ausgerichtet sind. Diese einheitliche Ausrichtung wird vor dem Zusammenbau der Zelle durch Reiben der Oberflächenbeschichtungen 31, 32 mit einem Poliertuch in einer Vorzugsrichtung bewirkt. Eine etwa für eine Drehkristallzelle nach Schadt-Helf-rich erforderliche spiralförmige Verdrillung der einzelnen Flüssigkristallmoleküle gegeneinander kann vor der Fixierung der beiden Trägerplatten 11,12 durch eine Verdrehung beider Platten gegeneinander erfolgen. Ein Lotsteg 50 von ca. 10 h m Dicke aus einer duroplastischen Masse, etwa einem Epoxy-oder Acrylharz, fixiert beide Trägerplatten 11, 12 und bildet gleichzeitig einen schichtförmigen Hohlraum, in dem der Flüssigkristall 40 untergebracht ist. Zur elektrischen Verbindung der auf der Innenseite der Trägerplatte 12 aufgebrachten Elektrode 22 mit der auf der Innenseite der Trägerplatte 11 angebrachten Elektrode 21 bzw. mit dem Aussenanschluss 70 ist als Durchkontaktierung 60 ein elektrisch leitfähiges Material vorgesehen, welches gegebenenfalls auch unmittelbar Teil des Lotsteges 50 sein kann. This liquid crystal cell consists of two carrier plates 11, 12, which are preferably made of glass and at least one of which is transparent, on the mutually facing surfaces of which layer-shaped transparent electrodes 21, 22 made of indium and / or tin oxide are applied. The electrodes are at least partially provided with electrically non-conductive surface coatings 31, 32. Between these layers 31, 32 there is a layer-like liquid-crystalline medium 40, the liquid-crystal molecules in contact with the coatings 31, 32 are uniformly aligned. This uniform alignment is effected before the cell is assembled by rubbing the surface coatings 31, 32 with a polishing cloth in a preferred direction. A spiral twisting of the individual liquid crystal molecules with respect to one another, for example, for a rotary crystal cell according to Schadt-Helf-rich, can take place before the two carrier plates 11, 12 are fixed by twisting the two plates against one another. A solder bridge 50 of approximately 10 hm thick made of a thermosetting compound, for example an epoxy or acrylic resin, fixes both carrier plates 11, 12 and at the same time forms a layered cavity in which the liquid crystal 40 is accommodated. For the electrical connection of the electrode 22 applied on the inside of the carrier plate 12 to the electrode 21 attached to the inside of the carrier plate 11 or to the external connection 70, an electrically conductive material is provided as a via 60, which can optionally also be part of the solder bridge 50 .
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens werden als Ausgangsmaterial für die Oberflächenbeschichtungen 31, 32 durch aktinische Strahlung duroplastisch härtbare Zubereitungen verwendet, etwa eine der erhältlichen, durch UV-Strahlung härtbare Zubereitungen auf der Basis von modifizierten Acryl- und Epoxyharzen oder von ungesättigten Polyesterharzen. Unter den zahlreichen im Handel unter den Markenbezeichnungen erhältlichen Produkten seien hier als Beispiele «Dynacure SM 15» (Dynachem Corp., USA) und «Soldermask 1301» (Minnesota Mining & Manufacturing Co. USA) genannt. To carry out the process according to the invention, thermosetting preparations curable by actinic radiation are used as the starting material for the surface coatings 31, 32, for example one of the available UV-curable preparations based on modified acrylic and epoxy resins or unsaturated polyester resins. Among the numerous products commercially available under the brand names, examples include “Dynacure SM 15” (Dynachem Corp., USA) and “Soldermask 1301” (Minnesota Mining & Manufacturing Co. USA).
Auswahl und Zusammensetzung geeigneter Zubereitungen liegen im Bereich des fachmännischen Wissens. Im allgemeinen werden Zubereitungen verwendet, die überwiegend eine oder mehrere durch aktinische Strahlung, vorzugsweise UV-Licht von 200-500 nm Wellenlänge, bei Zimmertemperatur innerhalb höchstens einiger Sekunden duroplastisch härtbare Komponenten und gegebenenfalls einen üblichen Photosensibilisa-tor aufweisen. Gegebenenfalls empfiehlt es sich, die Zubereitung mit einem Lösungsmittel zu verdünnen. The selection and composition of suitable preparations are in the area of professional knowledge. In general, preparations are used which predominantly have one or more components curable by actinic radiation, preferably UV light of 200-500 nm wavelength, at room temperature within a few seconds at most, and optionally a conventional photosensitizer. If necessary, it is recommended to dilute the preparation with a solvent.
Zur Herstellung der Oberflächenbeschichtungen 31, 32 werden beide Trägerplatten 11,12 vorzugsweise in eine flüssige Zubereitung geringer Viskosität eingetaucht und danach vorsichtig mit annähernd konstanter Geschwindigkeit herausgezogen. Es ist vorteilhaft, sowohl die Viskosität der Zubereitung. etwa durch Zugabe eines Lösungsmittels wie Aceton oder Dichlormethan, als auch die Ziehgeschwindigkeit derart zu bestimmen, dass die Oberflächenbeschichtungen eine zwischen 0,01 und 0,2 um liegende Dicke aufweisen. Dies lässt sich beispielsweise bei Einstellung einer etwa der des Wassers entsprechenden Viskosität und bei einer Ziehgeschwindigkeit von 20-60 cm/min erreichen. Eine zwischen 0,01 und 0,2/.im liegende Dicke der Beschichtungen 31, 32 hat sich als besond-ders günstig herausgestellt, da dickere Schichten eine zu niedrige Kapazität aufweisen und somit eine zu hohe Ansteuerspannung der Zelle erfordern, während dünnere Schichten im ■ allgemeinen ein einheitliches Ausrichten der Flüssigkristallmoleküle erschweren. To produce the surface coatings 31, 32, both carrier plates 11, 12 are preferably immersed in a liquid preparation of low viscosity and then carefully pulled out at an approximately constant speed. It is advantageous both the viscosity of the preparation. for example by adding a solvent such as acetone or dichloromethane, and also to determine the drawing speed in such a way that the surface coatings have a thickness of between 0.01 and 0.2 μm. This can be achieved, for example, by setting a viscosity approximately corresponding to that of water and at a drawing speed of 20-60 cm / min. A thickness of the coatings 31, 32 between 0.01 and 0.2 / .im has proven to be particularly favorable, since thicker layers have a capacity which is too low and thus require an excessively high control voltage of the cell, while thinner layers in the ■ generally make it difficult to align the liquid crystal molecules uniformly.
Das Auftragen der Schichten 31, 32 kann gegebenenfalls auch durch Aufschleudern, Aufrakeln oder Aufwalzen erfolgen. The layers 31, 32 can optionally also be applied by spin coating, knife coating or rolling on.
Die zunächst mit den ungehärteten Beschichtungen 31, 32 versehenen Trägerplatten 11,12 können mit den die Elektroden 21, 33 aufweisenden Innenflächen nach unten auf einen horizontal ausgerichteten Rahmen plaziert werden. Diejenigen Bereiche der ungehärteten Schichten 31, 32, welche wieder entfernt werden sollen, werden sodann durch körperliche, gegebenenfalls am Rahmen montierte Masken oder durch projizierte Blenden derart abgedeckt, dass das Auftreffen von Lichtstrahlen einer im Abstand von 20 cm unterhalb der Trägerplatten 11,12 angeordneten und mit einer Leistung von beispielsweise 200-300 Watt ausgestatteten UV-Strahlenquel-le, etwa einer Quecksilberdampflampe, vermieden wird. Abzudeckende Bereiche liegen vor allem dort, wo die Durchkontaktierung 60 von der Elektrode 22 der einen Trägerplatte 12 zur Elektrode 21 der anderen Trägerplatte 11, die Aussenanschlüsse 70 und der Lotsteg 50 vorgesehen sind. The carrier plates 11, 12 initially provided with the uncured coatings 31, 32 can be placed with the inner surfaces having the electrodes 21, 33 downward on a horizontally oriented frame. Those areas of the uncured layers 31, 32 which are to be removed are then covered by physical masks, optionally mounted on the frame, or by projected screens in such a way that the incidence of light rays is arranged 20 cm below the carrier plates 11, 12 and with a power of, for example, 200-300 watts of UV radiation sources, such as a mercury vapor lamp, is avoided. Areas to be covered are located above all where the plated-through hole 60 from the electrode 22 of one carrier plate 12 to the electrode 21 of the other carrier plate 11, the external connections 70 and the solder bridge 50 are provided.
Durch bis zu mehreren Sekunden langes Belichten mit der UV-Strahlungsquelle werden die angestrahlten Bereiche der als schichtförmig aufgetragenen Zubereitung gehärtet. Eine Härtung der auf der Aussenseite der Trägerplatten befindlichen Zubereitung kann durch Verwendung eines das UV-Licht absorbierenden - etwa stark bleihaltigen - Glases vermieden werden. By exposure to the UV radiation source for up to several seconds, the illuminated areas of the preparation applied as a layer are hardened. Hardening of the preparation located on the outside of the carrier plates can be avoided by using a glass which absorbs UV light - for example, which contains a lot of lead.
Die unbelichteten und daher nicht gehärteten Bereiche der Zubereitung können in einem Lösungsmittel - etwa Aceton oder Dichlormethan - abgewaschen werden, so dass die Trägerplatten nunmehr lediglich die in der Figur dargestellten Beschichtungen 31, 32 aus duroplastischem Material aufweisen. The unexposed and therefore not hardened areas of the preparation can be washed off in a solvent - such as acetone or dichloromethane - so that the carrier plates now only have the coatings 31, 32 made of thermosetting material shown in the figure.
5 5
10 10th
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20 20th
25 25th
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4 4th
Besonders harte und daher besonders vorteilhaft reibbare Beschichtungen können durch eine Nachhärtung bei erhöhter Temperatur hergestellt werden. Hierbei haben sich im allgemeinen bei Temperaturen bis zu 200° C Aushärtezeiten von einigen Stunden bewährt. Particularly hard and therefore particularly advantageous coatings that can be rubbed can be produced by post-curing at elevated temperature. In general, curing times of a few hours have proven successful at temperatures of up to 200.degree.
Derart hergestellte Oberflächenbeschichtungen lassen sich durch übliche Reibverfahren, beispielsweise in einer mit einer Walze versehenen Reibmaschine oder mit einem Reibtuch, ohne weiteres mit einer Vorzugsorientierung versehen. Die geriebenen Trägerplatten können sodann mit dem Lotsteg 50 \ ersehen und nach der üblichen Justierung in bekannten Verfahrensschritten, wie Verlöten oder Verkleben, Füllen mit flüssigkristallinem Medium und Verschliessen der Einfüllöffnung, zur fertigen Zelle zusammengefügt werden. Surface coatings produced in this way can easily be provided with a preferred orientation by conventional rubbing processes, for example in a rubbing machine provided with a roller or with a rubbing cloth. The rubbed carrier plates can then be seen with the plumb line 50 and, after the customary adjustment in known process steps, such as soldering or gluing, filling with liquid-crystalline medium and closing the filler opening, can be joined to form the finished cell.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist aber nicht nur auf Flüssigkristallzellen beschränkt. Es lassen sich danach auch andere Baugruppen in vorteilhafter Weise, wie etwa Mehrschichtleiter, herstellen. Bei einem Mehrschichtleiter kann mit Vorteil eine erste leitende, auf einem Trägersubstrat befindliche und mit Hilfe eines aus der Halbleitertechnologie bekann-s ten, photolithographischen Verfahrens strukturierte Schicht etwa im Tauchverfahren vollständig mit einer je nach Anforderungen mehr oder weniger dicken Schicht der Zubereitung versehen werden. Diese Schicht wird entsprechend der Schicht bei der Herstellung der Flüssigkristallzelle nach Abdecken der io Bereiche, in denen die Durchkontaktierung zu einer zweiten leitfähigen Schicht vorgesehen ist, durch Belichten gehärtet, und werden die unbelichteten Bereiche sodann entfernt. Anschliessend lassen sich sodann die zweite leitfähige Schicht und in entsprechender Weise weitere leitfähige Schichten aufbrin-is gen. However, the method according to the invention is not only limited to liquid crystal cells. Other assemblies, such as multilayer conductors, can then also be produced in an advantageous manner. In the case of a multilayer conductor, a first conductive layer located on a carrier substrate and structured with the aid of a photolithographic method known from semiconductor technology, for example in the immersion method, can be completely provided with a layer of the preparation that is more or less thick depending on the requirements. This layer is hardened by exposure corresponding to the layer in the production of the liquid crystal cell after covering the io regions in which the through-connection to a second conductive layer is provided, and the unexposed regions are then removed. Then the second conductive layer and, in a corresponding manner, further conductive layers can be applied.
s s
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