CH645994A5 - LIQUID CRYSTAL DISPLAY ELEMENT. - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Flüssigkristall-Anzeigeelement, mit einem zwischen zwei Elektroden angeordneten Flüssigkristallmaterial und elektrisch leitenden Mitteln. The present invention relates to a liquid crystal display element with a liquid crystal material arranged between two electrodes and electrically conductive means.
Die elektrisch leitenden Mittel, in der Regel eine Paste, dienen zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Elektroden und den Aussenanschlüssen. Dabei wird diese elektrisch leitende Paste in der Regel zusammen mit der Versiegelung unter Hitzeeinwirkung schmelzverbunden. Da eine zu grosse Hitzeeinwirkung die Schichten beeinträchtigt, ist es erwünscht, eine so niedrig als mögliche Schmelztemperatur anzuwenden, während die Paste andererseits chemisch stabil sein muss. The electrically conductive means, usually a paste, are used to establish an electrically conductive connection between the electrodes and the external connections. This electrically conductive paste is usually melt-bonded together with the seal under the influence of heat. Since excessive heat affects the layers, it is desirable to use as low a melting temperature as possible, while the paste must be chemically stable.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine elektrisch leitende Paste anzugeben, die bei ungefähr 430 °C oder darunter schmelzverbunden werden kann und die sowohl eine gute chemische und mechanische Beständigkeit, als auch eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweist. Ein Flüssigkristall-Anzeigeelement mit einer solchen elektrisch leitenden Paste ist im Anspruch 1 beschrieben. It is therefore an object of the present invention to provide an electrically conductive paste which can be melt bonded at about 430 ° C or below and which has both good chemical and mechanical resistance and good electrical conductivity. A liquid crystal display element with such an electrically conductive paste is described in claim 1.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Herstellungsbeispielen und einer beispielhaften Zeichnung erläutert werden. The invention will be explained below with reference to manufacturing examples and an exemplary drawing.
Fig. 1 zeigt, im Schnitt, den Aufbau eines Flüssigkristall-Anzeigeelementes und Fig. 1 shows, in section, the structure of a liquid crystal display element and
Fig. 2 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit des spezifischen Widerstandes von dem Mischungsverhältnis des elektrisch leitenden Materials und des niedrig schmelzenden Glases. 2 shows in a diagram the dependence of the specific resistance on the mixing ratio of the electrically conductive material and the low-melting glass.
In Fig. 1 erkennt man die beiden durchsichtigen Glassubstrate la und 1b, die Dichtungsmasse 2, mit welcher die Glassubstrate am Rand abgedichtet und zusammengehalten werden, sowie die obere, als Anzeige dienende Elektrode 3a und die untere Elektrode 3b, die aus einer durchsichtigen elektrisch leitenden Schicht besteht, während 3c einen Aussenan-schluss von der oberen Elektrode 3a bezeichnet. Auf den Elektroden 3a und 3b befinden sich Orientierungssteuerschichten 4a und 4b. Die Verbindungen zwischen der oberen Elektrode 3a und dem Aussenanschluss auf dem unteren Substrat wird durch eine leitende Verbindung 5 hergestellt. Im so gebildeten Raum befindet sich Flüssigkristallmaterial 6. Bekannterweise werden die Flüssigkristallmoleküle durch die Orientierungsteuerschichten in eine bestimme Orientierung gebracht, die durch ein elektrisches Feld zwischen den beiden Elektroden verändert werden kann, wodurch die Lichtdurchlässigkeit und Streuung geändert werden. In Fig. 1 you can see the two transparent glass substrates la and 1b, the sealant 2, with which the glass substrates are sealed and held together at the edge, as well as the upper electrode 3a serving as a display and the lower electrode 3b, which consist of a transparent electrically conductive Layer exists, while 3c designates an external connection from the upper electrode 3a. Orientation control layers 4a and 4b are located on the electrodes 3a and 3b. The connections between the upper electrode 3a and the external connection on the lower substrate are made by a conductive connection 5. Liquid crystal material 6 is located in the space formed in this way. As is known, the liquid crystal molecules are brought into a certain orientation by the orientation control layers, which orientation can be changed by an electric field between the two electrodes, as a result of which the light transmission and scattering are changed.
In herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigeelementen werden die inneren Elektroden 3a und 3b mittels Anschlüsse mit der Aussenseite verbunden. Um alle Anschlüsse auf einem Substrat zusammenzufassen ist es notwendig, elektrisch leitende Verbindungen zu benutzen, die diese mit Elektroden auf dem anderen Substrat verbinden. Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 werden diese Verbindungen durch eine elektrisch leitende Paste hergestellt. Wie eingangs erwähnt wurde bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Verbesserung einer solchen elektrisch leitenden Paste. In conventional liquid crystal display elements, the inner electrodes 3a and 3b are connected to the outside by means of connections. In order to combine all connections on one substrate, it is necessary to use electrically conductive connections that connect them to electrodes on the other substrate. In the exemplary embodiment according to FIG. 1, these connections are produced by an electrically conductive paste. As mentioned at the beginning, the present invention relates to the improvement of such an electrically conductive paste.
Die elektrisch leitende Paste kann dadurch hergestellt werden, dass feinkörniges, niedrig schmelzendes Glas und feinkörniges elektrisch leitendes Material aus Ag, Au oder Pd und ein herkömmliches Bindemittel wie Nitrozellulose, Äthylzellulose, Methylzellulose, usw. und ein herkömmliches Lösungsmittel wie a-Terpineol, Isoamylacetat, Carbitolacetat, Butylacetat, usw. verwendet wird. Es ist auch möglich ein oder mehrere Oberflächenaktive und/oder Dispersionsmittel zu verwenden. The electrically conductive paste can be produced by using fine-grained, low-melting glass and fine-grained electrically conductive material made of Ag, Au or Pd and a conventional binder such as nitrocellulose, ethyl cellulose, methyl cellulose, etc. and a conventional solvent such as a-terpineol, isoamyl acetate, Carbitol acetate, butyl acetate, etc. is used. It is also possible to use one or more surface-active agents and / or dispersants.
Niedrig schmelzendes Glas wird verwendet um das elektrisch leitende Material mittels Schmelzen zu verbinden und zu verstärken, um derart die chemische und mechanische Festigkeit zu erhöhen. Low-melting glass is used to fuse and strengthen the electrically conductive material in order to increase the chemical and mechanical strength.
Das Gewichtsverhältnis des niedrig schmelzenden Glases zum elektrisch leitenden Material kann in Abhängigkeit der gewünschten physikalischen Eigenschaften ermittelt werden, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Man ersieht daraus, dass die elektrische Leitfähigkeit in bemerkenswerter Weise erniedrigt wird, wenn das Verhältnis des Glases 70 Gew.-% übersteigt und das Verhältnis des elektrisch leitenden Materials unter 30 Gew.-% ist, wobei beide Anteile zusammen 100 Gew.-% ausmachen. Da der Wert des spezifischen Widerstands durch die Grösse und Form (sphärisch, nadelähnlich, usw.) der Körner des elektrisch leitenden Materials wesentlich verändert wird, präsentiert sich die Kurve in Fig. 2 als Band mit einer gewissen Breite. Unter Berücksichtigung dieser Umstände, liegt die vorteilhafteste Zusammensetzung der elektrisch leitenden Paste in einem Bereich von 70 Gew.-% oder weniger von niedrig schmelzendem Glas und 30 Gew.-% oder mehr des elektrisch leitenden Materials. Falls andererseits der Anteil des Glases unter 30 Gew.-% und der Anteil des elektrisch leitenden Materials über 70 Gew.-% liegt, ist die Tendenz die Luftundurchlässigkeit zu verlieren, festzustellen, wodurch Flüssigkeiten und Gase in das Innere der Zelle gelangen können und chemische Reaktionen hervorrufen, während die mechanische Festigkeit ebenfalls vermindert wird. Besonders vorteilhaft ist ein Bereich von 55 bis 65 Gew.-% Glas zu 45 bis 35 Gew.-% elektrisch leitendes Material. The weight ratio of the low-melting glass to the electrically conductive material can be determined as a function of the desired physical properties, as can be seen from FIG. 2. It can be seen that the electrical conductivity is remarkably lowered when the ratio of the glass exceeds 70% by weight and the ratio of the electrically conductive material is below 30% by weight, both parts together making up 100% by weight . Since the value of the specific resistance is significantly changed by the size and shape (spherical, needle-like, etc.) of the grains of the electrically conductive material, the curve in FIG. 2 presents itself as a band with a certain width. Taking these circumstances into account, the most advantageous composition of the electroconductive paste is in a range of 70 wt% or less of low-melting glass and 30 wt% or more of the electroconductive material. On the other hand, if the proportion of the glass is less than 30% by weight and the proportion of the electrically conductive material is more than 70% by weight, there is a tendency to lose the airtightness, whereby liquids and gases can get inside the cell and chemical Cause reactions while the mechanical strength is also reduced. A range from 55 to 65% by weight of glass to 45 to 35% by weight of electrically conductive material is particularly advantageous.
Das niedrig schmelzende Glas sollte eine Zusammensetzung von The low melting glass should have a composition of
70 bis 90 Gew.-% PbO, 70 to 90% by weight of PbO,
5 bis 15 Gew.-% B2Q3, 5 to 15% by weight B2Q3,
10 Gew.-% oder weniger und mehr als 0 Gew.-% ZnO, 0,1 bis 3 Gew.-% CuO, 10% by weight or less and more than 0% by weight of ZnO, 0.1 to 3% by weight of CuO,
0,1 bis 3 Gew.-% BÌ2O3, 0.1 to 3% by weight of BÌ2O3,
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
o5 o5
0,5 bis 3 Gew.-% SÌO2 und 0,5 bis 3 Gew.-% AI2O3, 0.5 to 3 wt% SÌO2 and 0.5 to 3 wt% AI2O3,
aufweisen. Falls der Anteil PbO unter 70 Gew.-% fällt, wird der Schmelzpunkt erhöht, während eine Erhöhung des Anteils von PbO über 90 Gew.-% eine Erhöhung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten (a) zur Folge hat, wodurch die Festigkeit erniedrigt wird. Bei einem Anteil von B2O3 unter 5 Gew.-% wird der thermische Ausdehnungskoeffizient erhöht und die chemische Festigkeit erniedrigt, während ein grösserer Anteil 15 Gew.-% eine Schmelzpunkterhöhung zur Folge hat. Falls kein ZnO beigegeben wird, kann der thermische Ausdehnungskoeffizient nicht eingestellt werden, während ein grösserer Anteil als 10 Gew.-% eine Erhöhung des Schmelzpunktes zur Folge hat und dadurch eine Tendenz zur Entglasung entsteht. Um den Schmelzpunkt und den thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu erniedrigen und um eine Entglasung zu verhindern, werden 0,1 bis 3 Gew.-% CuO und BÌ2O3 beigegeben. Die Zugabe von SÌO2 und AI2O3 im angegebenen Bereich bewirkt eine Erhöhung der chemischen Festigkeit und verhindert die Entglasung. Eine vorteilhafte Glaszusammensetzung ist die folgende: exhibit. If the proportion of PbO falls below 70% by weight, the melting point is increased, whereas an increase in the proportion of PbO above 90% by weight results in an increase in the coefficient of thermal expansion (a), which lowers the strength. With a proportion of B2O3 below 5% by weight, the coefficient of thermal expansion is increased and the chemical strength is reduced, while a larger proportion of 15% by weight results in an increase in the melting point. If no ZnO is added, the thermal expansion coefficient cannot be set, while a proportion greater than 10% by weight results in an increase in the melting point and a tendency towards devitrification. In order to lower the melting point and the coefficient of thermal expansion and to prevent devitrification, 0.1 to 3% by weight of CuO and BÌ2O3 are added. The addition of SÌO2 and AI2O3 in the specified range increases the chemical strength and prevents devitrification. An advantageous glass composition is the following:
79-83 Gew.-% PbO 9-13 Gew.-% B2O3 2-5 Gew.-% Zno 1,5-2,5 Gew.-% CuO 2,0-2,8 Gew.-% BÌ2O3 1,0-2,5 Gew.-% SÌO2 1,0-2,5 Gew.-°/o AI2O3 79-83% by weight PbO 9-13% by weight B2O3 2-5% by weight Zno 1.5-2.5% by weight CuO 2.0-2.8% by weight BÌ2O3 1, 0-2.5 wt% SÌO2 1.0-2.5 wt% AI2O3
Als elektrisch leitendes Material kann ein Pulver aus Ag, Au oder Pd benutzt werden, da diese Materialien einen niedrigen spezifischen Widerstand und eine erhebliche chemische Beständigkeit aufweisen. A powder of Ag, Au or Pd can be used as the electrically conductive material, since these materials have a low specific resistance and a considerable chemical resistance.
Es ist vorteilhaft, Glaspulver mit einer mittleren Korngrösse von ungefähr 3 bis 8 [im und elektrisch leitendes metallisches Pulver mit einer mittleren Korngrösse von ungefähr 0,8 bis 5 um zu verwenden. It is advantageous to use glass powder with an average grain size of approximately 3 to 8 μm and electrically conductive metallic powder with an average grain size of approximately 0.8 to 5 μm.
Die elektrisch leitende Paste kann dadurch hergestellt werden, dass zu einer Mischung aus dem pulverförmigen Glas und elektrisch leitendem Material eines der erwähnten Bindemittel und der erwähnten Lösungsmittel und falls erforderlich eines oder mehrere Benetzungsmittel oder Dispersionsmittel beigegeben werden und diese Masse gemischt wird um eine Paste zu ergeben. Diese wird auf der vorgegebenen Fläche mittels eines Siebdruckverfahrens oder eines Abtropfverfahrens mit einem Spender oder einem ähnlichen Verfahren aufgebracht. Die aufgebrachte Paste wird gleichzeitig mit der Dichtungsmasse bei ungefähr 400 °C während 30 Minuten kalziniert. Der Rest der Flüssigkristallzelle wird nach herkömmlicher Weise hergestellt. The electroconductive paste can be prepared by adding to a mixture of the powdered glass and electroconductive material one of the mentioned binders and the mentioned solvents and if necessary one or more wetting or dispersing agents and mixing this mass to give a paste . This is applied to the specified area by means of a screen printing process or a dripping process with a dispenser or a similar process. The applied paste is calcined simultaneously with the sealant at approximately 400 ° C for 30 minutes. The rest of the liquid crystal cell is manufactured in a conventional manner.
Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele angegeben, worin alle % als Gew.-% zu verstehen sind, falls nicht anders angegeben. Some exemplary embodiments are given below, in which all% are to be understood as% by weight, unless stated otherwise.
645 994 645 994
Beispiel 1: Example 1:
Niedrig schmelzendes Glas mit einer Zusammensetzung aus 80% PbO, 13% B2O3,3% ZnO, 1% CuO, 1 BÌ2O3,1% SÌO2 und 1% AI2O3 mit einer mittleren Korngrösse von ungefähr 6 |xm und einem Anteil von 60% und ein Goldpulver mit späri-schen Körnern mit einer mittleren Korngrösse von ungefähr 3 Jim mit einem Anteil von 40% wurden in einem Mörser gemischt. Zu dieser Mischung wurden 0,3% Nitrozellulose und 15% N-Butylkarbitolacetat bezogen auf das Gewicht der Mischung, beigegeben und zu einer Paste vermischt. Die Paste wurde tupfenweise auf die innere Oberfläche eines Elektrodensubstrates aufgegeben. Das derart behandelte Elektrodensubstrat wurde mittels einer Dichtungsmasse mit dem anderen Elektrodensubstrat verbunden und bei ungefähr 410 °C ungefähr 30 Minuten kalziniert, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen den Elektroden auf beiden Substraten hergestellt wurde. Die elektrische Leitfähigkeit zwischen den oberen und unteren Elektroden war am Anfang sehr gut und selbst nach zweihundertfacher Wiederholung des Kühl- und Heiz- und Feuchtigkeitzszyklus (Kühlen bei -25 °C und Heizen bei 70 °C, bei einer relativen Feuchtigkeit von 90% und einer Dauer von 6 Stunden für ein Zyklus) blieb die elektrische Leitfähigkeit sehr gut und es wurde auch eine sehr gute chemische und mechanische Beständigkeit erhalten. Low-melting glass with a composition of 80% PbO, 13% B2O3.3% ZnO, 1% CuO, 1 BÌ2O3.1% SÌO2 and 1% AI2O3 with an average grain size of approximately 6 | xm and a proportion of 60% and a Gold powder with spherical grains with an average grain size of approximately 3 Jim with a share of 40% was mixed in a mortar. To this mixture, 0.3% nitrocellulose and 15% N-butyl carbitol acetate based on the weight of the mixture were added and mixed into a paste. The paste was applied in spots to the inner surface of an electrode substrate. The electrode substrate thus treated was bonded to the other electrode substrate by a sealant and calcined at about 410 ° C for about 30 minutes, thereby making an electrical connection between the electrodes on both substrates. The electrical conductivity between the upper and lower electrodes was very good at the beginning and even after repeating the cooling and heating and humidity cycle two hundred times (cooling at -25 ° C and heating at 70 ° C, at a relative humidity of 90% and one 6 hours for one cycle), the electrical conductivity remained very good and a very good chemical and mechanical resistance was also obtained.
Beispiel 2: Example 2:
Eine elektrisch leitende Paste wurde mit der gleichen Glaszusammensetzung wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei Silberpulver mit gleichem Anteil wie in Beispiel 1 und einer mittleren Korngrösse von 0.8 (im verwendet wurde und 0.3% Nitrozellulose und 20% N-Butylkarbitolacetat wie in Beispiel 1 beigegeben wurde. Die Paste wurde wie gemäss Beispiel 1 aufgetragen, und erzielte die gleichen guten Ergebnisse wie beim Beispiel 1. An electrically conductive paste was produced with the same glass composition as in Example 1, silver powder with the same proportion as in Example 1 and an average grain size of 0.8 (µm) being used and 0.3% nitrocellulose and 20% N-butyl carbitol acetate being added as in Example 1 The paste was applied as in Example 1 and achieved the same good results as in Example 1.
Bei der Herstellung einer elektrisch leitenden Paste wie gemäss Beispiel 2, mit der Ausnahme, dass das Verhältnis von Glas zu Silberpulver 10 zu 90% betrug, wurde festgestellt dass die leitende Verbindung sich nach 5 Zyklen ablöste. When producing an electrically conductive paste as in Example 2, with the exception that the ratio of glass to silver powder was 10 to 90%, it was found that the conductive connection came off after 5 cycles.
Eine gemäss der Erfindung zusammengesetzte Paste kann bei 430° Celsius oder niedriger mittels Schmelzen verbunden werden und weist eine gute elektrische Leitfähigkeit und eine chemische und mechanische Beständigkeit auf. Dadurch kann die Zuverlässigkeit von Flüssigkristall-Anzeigeelementen wesentlich erhöht werden. Dadurch, dass die Paste bei ungefähr 430° oder niedriger kalziniert werden kann, werden Veränderungen der Eigenschaften der Schichten oder von Teilen des Elementes verhindert, wodurch verschiedene Eigenschaften des Flüssigkristallelementes wesentlich verbessert werden. A paste composed according to the invention can be melt-bonded at 430 ° Celsius or lower and has good electrical conductivity and chemical and mechanical resistance. This can significantly increase the reliability of liquid crystal display elements. The fact that the paste can be calcined at approximately 430 ° or lower prevents changes in the properties of the layers or parts of the element, which significantly improves various properties of the liquid crystal element.
3 3rd
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
G G
1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
Claims (4)
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