La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pluralité de cellules électro-optiques ou photovoltaïques ayant au moins trois substrats et deux cavités remplies d'un liquide par exemple des cristaux liquides. Plus particulièrement l'invention concerne un procédé de fabrication collective d'un lot de telles cellules dans lequel l'étape de division du lot en cellules individuelles est facilitée.
Les doubles cellules à cristaux liquides sont bien connues dans l'état de la technique et sont destinées par exemple à former des dispositifs d'affichage d'images en couleur. Une telle double cellule, qui est par exemple décrite dans la demande de brevet WO 89/00 300, comprend trois substrats parallèles, deux substrats extérieurs et un substrat intercalaire reliés deux à deux au moyen de deux cadres de scellement. Les faces du substrat intercalaire et respectivement des substrats extérieurs qui se trouvent en regard l'une de l'autre portent un ensemble d'électrodes et les deux cavités définies respectivement entre le substrat intercalaire et les deux substrats extérieurs sont remplies de cristaux liquides.
La fabrication de ce type de cellule est couramment faite selon deux procédés.
Selon le premier procédé, on fabrique deux lots de cellules classiques, c'est-à-dire à deux substrats et une cavité, les cellules de chaque lot comprenant les cristaux liquides souhaités. Les deux lots sont divisés en cellules individuelles et les cellules individuelles d'un lot sont assemblées par collage à l'aide d'une matière adhésive appropriée avec les cellules individuelles de l'autre lot.
Pour réaliser chacun de ces lots on prépare deux grandes plaques de verre ou de matière synthétique, on réalise sur les faces en regard de ces plaques un réseau de jeux d'électrodes et de pistes conductrices, on dépose sur l'une d'elles de la matière de scellement en ménageant une ouverture de remplissage pour chaque cellule du lot, la matière de scellement s'étendant autour de chaque jeu d'électrodes. On assemble ensuite les deux plaques pour former un ensemble comprenant plusieurs rangées de cellules ouvertes. On divise alors cet ensemble en bandes rectilignes par des techniques de rayage et cassure du verre (voir par exemple US-A-4 224 093) ou par sciage suivant des droites parallèles.
Chaque cellule ayant une ouverture de remplissage le long d'un bord de la bande, on remplit alors les cellules et l'on scelle leurs ouvertures, puis on divise la bande en cellules individuelles rectangulaires suivant des droites perpendiculaires aux précédentes.
Un premier inconvénient de ce procédé réside dans le fait que la double cellule qui en résulte présente quatre substrats et par conséquent une épaisseur importante. Un autre inconvénient est l'augmentation de l'effet de parallaxe entre les deux couches de cristaux liquides en raison du doublement de l'épaisseur du substrat intercalaire qui est formé dans ce cas par deux plaques collées. Cela nuit donc de façon évidente à la qualité de l'image affichée. Par ailleurs ce procédé implique un grand nombre de manipulations, ce qui le rend laborieux et plus coûteux.
Selon le deuxième procédé, on fabrique des cellules à trois substrats une à une en raison de l'impossibilité de découper les trois substrats simultanément par les techniques traditionnelles de rayage et de sciage. Chaque étape de fabrication est donc à effectuer individuellement sur chaque cellule, ce qui rend la fabrication de ces cellules fastidieuse et naturellement plus coûteuse que si elle pouvait être faite par lots.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur susmentionné en fournissant un procédé de fabrication collective dans lequel on réalise en un seul lot une pluralité de cellules comprenant au moins trois substrats, ce lot pouvant ensuite être divisé en cellules individuelles de façon aisée, peu coûteuse et sans risque d'endommagement des cellules individuelles.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication collective d'une pluralité de cellules électro-optiques ou photovoltaïques individuelles multiples, chaque cellule comportant:
- au moins deux cavités remplies d'un liquide et délimitées chacune par un cadre de scellement disposé entre un substrat extérieur et un substrat intercalaire
- des électrodes ménagées sur la surface de chaque substrat tournée vers l'autre substrat,
le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes:
(a) se munir d'au moins une plaque intercalaire commune à toutes les cellules et dans laquelle le substrat intercalaire de chaque cellule sera formé, et de première et deuxième plaques extérieures également communes à toutes les cellules et dans lesquelles seront formés respectivement les deux substrats extérieurs, la plaque intercalaire et au moins la première ou la deuxième plaque extérieure étant transparentes;
(b) former sur les faces des première et deuxième plaques extérieures et de la plaque intercalaire destinées à venir en regard l'une de l'autre un réseau de jeux d'électrodes, chaque jeu d'électrodes étant associé à une cellule individuelle;
(c) déposer sur au moins une desdites faces destinées à venir en regard l'une de l'autre une matière de scellement pour former une pluralité de cadres de scellement, chacun d'eux étant associé à une cellule individuelle;
(d) réaliser une zone de moindre résistance le long du contour de chaque cellule individuelle dans la plaque intercalaire;
(e) combiner la plaque intercalaire à chacune des première et deuxième plaques extérieures de sorte que lesdits réseaux d'électrodes portés par les première et deuxième plaques extérieures coopèrent avec les réseaux d'électrodes portés par la plaque intercalaire;
(f) assujettir les première et deuxième plaques à la plaque intercalaire à l'aide de la matière de scellement;
(g) former des rayures délimitant le contour de chaque cellule individuelle sur la surface extérieure des première et deuxième plaques extérieures;
(h) diviser le lot en cellules individuelles par cassure des première et deuxième plaques extérieures et de la plaque intercalaire le long du contour de chaque cellule;
(i) remplir avec un liquide les cavités de chaque cellule individuelle, les cavités étant définies par les première et deuxième plaques, la plaque intercalaire et les cadres de scellement.
Grâce à ces caractéristiques, la fabrication collective d'un lot de cellules comprenant une ou plusieurs plaques destinées à former des substrats intercalaires non accessibles depuis l'extérieur est rendue possible, l'étape de séparation du lot en cellules individuelles pouvant par ailleurs être réalisée de façon classique par les techniques de rayage et de cassure des plaques extérieures. En effet, l'application de la force sur les plaques extérieures pour les casser selon les lignes de rayage entraîne également la rupture de la plaque ou des plaques intercalaires dans la zone de moindre résistance de celles-ci et par conséquent la séparation du lot en cellules individuelles. Le cas échéant, les bords des substrats intercalaires des cellules pourront être ébavurés.
Selon un mode de réalisation avantageux, la zone de moindre résistance mécanique est formée par découpage d'une fente continue ou discontinue le long du contour de chaque cellule individuelle de sorte qu'une partie centrale formant le substrat intercalaire est reliée au reste de la plaque intercalaire par au moins un pont de matière et de préférence quatre ponts de matière.
La présence de ces ponts permet de réaliser un compromis entre la résistance mécanique nécessaire pour que la ou les plaques intercalaires puissent subir les différentes opérations de traitement et de manipulation préalables à l'assemblage et la fragilité nécessaire pour une séparation aisée du lot en cellules individuelles à l'étape de division.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description suivante d'un mode de réalisation préféré, présenté à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, dans lesquels:
la fig. 1 est une vue schématique partielle éclatée d'un lot de doubles cellules d'affichage à cristaux liquides (LCD) en cours de fabrication selon la présente invention,
la fig. 2 est une vue schématique en coupe transversale de la plaque intercalaire selon la ligne II-II de la fig. 1,
la fig. 3 est une vue partielle de dessus d'un lot après l'étape (g) de formation de rayures;
la fig. 4 et une vue schématique en plan d'une double cellule détachée du lot de la fig. 1 et partiellement arrachée dans ses deux coins supérieurs;
et
les fig. 5 et 6 sont des vues schématiques en coupe transversale d'une double cellule détachée du lot de la fig. 1 suivant respectivement les lignes V-V et VI-VI de la fig. 4.
En se référant notamment à la fig. 1, on voit un ensemble 1 de doubles cellules LCD 2 (fig. 4) en cours de fabrication, toutes ces cellules étant définies ensemble par trois plaques superposées, à savoir deux plaques extérieures 4 et 8 et une plaque intercalaire 6. Les plaques extérieures 4 et 8 sont communes à toutes les cellules 2 et sont destinées à former respectivement les substrats supérieurs et inférieurs 4a et 8a de chaque cellule individuelle. La plaque 6 est également commune à toutes les cellules 2 et est destinée à former le substrat intercalaire 6a de chaque cellule individuelle 2.
La plaque 6 et au moins la plaque 4 sont transparentes. Dans l'exemple illustré les trois plaques 4, 6, et 8 sont transparentes et sont formés par exemple des plaques de verre. Bien entendu d'autre matériaux tels que des matériaux synthétiques peuvent être envisagés.
En se référant aussi aux fig. 5 et 6 on voit que chaque double cellule 2 comporte deux cavités 10 et 12 destinées à contenir chacune un type de cristaux liquides. Ces deux cavités sont définies par les substrats 4a et 6a respectivement 6a et 8a et des cadres de scellement respectifs 14, 16 qui fixent les plaques 4 et 8 sur la plaque 6. Les cadres de scellement 14 et 16 suivent le contour extérieur de la surface active de chaque cellule 2 et dans l'ensemble représenté à la fig. 1, les cadres de scellement 14 et 16 ont une configuration rectangulaire. Ces cadres sont formés de façon classique par de la matière de scellement.
On voit également que des ouvertures de remplissage 18, 20 sont ménagées respectivement dans les cadres de scellement 14, 16 de chaque cellule 2 en regard d'une petite paroi 22 servant à bloquer le bouchon de colle utilisé pour sceller les ouvertures 18 et 20 après remplissage des cellules.
Comme cela sera décrit précisément ci-après et de manière à faciliter le remplissage des cellules 2, les ouvertures 18, 20 sont ménagées le long d'un même bord de chaque cellule 2 et dans des coins opposés.
Les surfaces en regard des substrats 4a et 6a comprennent chacune un jeu d'électrodes transparentes parallèles E4a et E6a1, ces jeux étant orientés perpendiculairement l'un par rapport à l'autre. De même, les surfaces en regard des substrats 8a et 6a comprennent chacune un jeu d'électrodes transparentes parallèles E8a et E6a2, ces jeux orientés perpendiculairement l'un par rapport à l'autre. Pour des raisons les jeux E6a1 appliqués sur la face de la plaque 6 se trouvant en regard de la plaque 4 ont été omis à la fig. 1. Cet agencement croisé des électrodes permet de définir entre le substrat 4a et 6a, respectivement entre le substrat 6a et 8a, deux matrices de pixels dont les pixels sont situés au point de croisement des électrodes respectives de chacune de ces matrices.
En appliquant une tension de commande sur des électrodes croisées d'une même matrice il est possible de modifier les conditions optiques des cristaux liquides situés au point de croisement considéré, comme cela est bien connu de l'homme de métier. Chaque électrode est formée d'une bande conductrice déposée par les techniques classiques de photolithographie et est de préférence réalisée en oxyde d'indium-étain (ITO).
Dans les fig. 4, 5 et 6, on comprend également que chaque cellule 2 comporte trois bords rectilignes 24, 26, et 28 où les substrats 4a, 6a et 8a font respectivement saillie latéralement par rapport aux deux autres pour laisser apparaître près du bord une série de plages de contact PC4a, PC6a1, PC6a2 et PC8a formées par des prolongements des électrodes E4a, E6a1, E6a2 et E8a au-delà des cadres de scellement 14 et 16. Ces plages de contact servent de connexions extérieures pour ces électrodes. Le reste du contour extérieur de la cellule 2, un seul bord dans l'exemple représenté, est au même endroit pour les trois plaques de verre 4, 6 et 8.
On notera qu'à la fig. 4 le substrat 4a a été partiellement arraché dans le coin gauche pour laisser apparaître les électrodes E6a1. Les substrats 4a et 6a ont quant à eux été partiellement arraché dans le coin supérieur droit pour laisser apparaître les électrodes E8a.
La fabrication des cellules LCD 2 s'effectue de préférence de la manière suivante. Les plaques 4 et 8 sont revêtues de manière classique, chacune sur une de leurs faces, de leurs jeux d'électrodes E4a respectivement E8a chacun de ces jeux étant associé à une cellule individuelle. La plaque 6 est quant à elle revêtue sur ses deux faces de jeux d'électrodes E6a1 et E6a2. Les jeux d'électrodes E4a de la plaque 4 sont destinés à venir en regard des jeux d'électrodes E6a1 de la plaque 6, tandis que les jeux d'électrodes E8a de la plaque 8 sont destinés à venir en regard des jeux d'électrodes E6a2 de la plaque 6. Le cas échéant, des couches d'alignement ou d'autres éléments tels que des filtres ou couches diélectriques (non représentés) seront également déposés par-dessus ces jeux d'électrodes.
Les techniques de dépôt des électrodes et de ces couches sont bien connues de l'homme de métier et ne seront par conséquent pas décrites.
On comprendra également que les plages de contact évoquées plus haut sont réalisées en même temps que les électrodes.
La matière destinée à former les cadres de scellement 14 et 16 ainsi que les parois 22 est appliquée sur les faces des plaques 4 et 8 portant les électrodes. Il est bien évident que cette matière pourrait être appliquée uniquement sur les faces de la plaque 6 portant les jeux d'électrodes ou encore que cette matière soit appliquée partiellement sur chacune des faces en regard des plaques 4, 6 et 8.
Dans l'exemple représenté, on remarquera que les cadres de scellement 14 et 16 ne circonscrivent pas complètement les réseaux E4a, E6a1, E8a et E6a2 auxquels ils sont associés, et en particulier qu'ils sont ménagés pour qu'une portion PC4a, PC6a1, PC8a et PC6a2 des électrodes E4a, E6a1, E8a et E6a2 s'étende latéralement au-delà des cadres de scellement 14 et 16 et forment les plages de contact décrites plus haut.
Selon une étape du procédé de fabrication de l'invention, on réalise une ou plusieurs zones 30 de moindre résistance mécanique le long du contour de chaque cellule individuelle dans la plaque 6 dans laquelle seront formés les substrats intercalaires des cellules individuelles terminées. Les zones 30 sont formées selon un mode de réalisation par un découpage le long du contour de chaque cellule d'une ou plusieurs fentes 32 continues, de sorte que la partie centrale formant le substrat 6a est relié au reste de la plaque 6 par au moins un pont de matière 34, et de préférence quatre ponts 34 comme cela est représenté aux fig. 1 et 3. La largeur et longueur des ponts reliant les substrats 6a au reste de la plaque 6 dépendra essentiellement de l'épaisseur de la plaque 6.
A titre d'exemple pour une plaque 6 ayant une épaisseur d'environ 0,3 à 1 mm, la longueur totale des ponts, c'est-à-dire la distance entre les extrémités de fentes consécutives est comprise entre 0,3 mm et 2 mm et leur largeur est de W mm.
On réalise le découpage de ces fentes de préférence en une seule étape de travail au moyen d'une machine de découpage à jet d'eau à très haute pression, de préférence à commande automatique. Le jet d'eau et la buse qui le produit sont de préférence stationnaires, tandis que la machine déplace la plaque 6 dans un plan de façon que le jet suive la trajectoire à découper sur le lot. Toutefois des techniques employant un jet mobile sont aussi utilisables. Il va de soi que d'autres moyens peuvent être mis en Öuvre pour réaliser ces fentes, on pourra par exemple utiliser des machines de découpage à jet de sable ou au laser (CO2 ou excimer).
Dans le cas où les fentes sont réalisées après le dépôt des jeux d'électrodes sur la plaque 6, on protégera, le cas échéant, les deux surfaces de cette plaque par exemple par une couche de résine photosensible déposée et éliminée classiquement.
Selon une variante de réalisation non représentée, la zone de moindre résistance est formée par découpage, le long du contour de chaque cellule, d'une pluralité de fentes faiblement espacées les unes des autres à la façon de pointillés. Il est bien entendu que l'on peut envisager tout type de forme ménageant une zone de faible résistance mécanique le long du contour de la cellule. On pourra par exemple également prévoir de graver sur une ou les deux faces de la plaque 6 des rainures suivant le contour de la cellule de sorte que les substrats 6a soient retenus au reste de la plaque 6 par une paroi de très faible épaisseur, cette dernière étant juste suffisante pour subir les contraintes imposées à la plaque au cours des étapes de traitement préliminaires sans se casser.
Une fois les zones 30 de moindre résistance mécanique réalisées, la plaque 6 est combinée à chacune des plaques 4 et 8 de sorte que les jeux d'électrodes portés par les plaques 4 et 8 s'alignent ou coopèrent avec les jeux d'électrodes qui leur sont associés, portés par la plaque 6. Les plaques 4 et 8 sont alors assujetties à la plaque 6 à l'aide de la matière de scellement formant les cadres 14 et 16.
Selon un mode de réalisation, on divise ensuite l'ensemble 1 en cellules individuelles 2. Pour ce faire, on forme des rayures parallèles délimitant le contour de chaque cellule individuelle sur la surface extérieure des plaques 4 et 8. Plus particulièrement, on forme sur la plaque 4 une première série de rayures parallèles suivant des lignes désignées respectivement Lsup1a et Lsup1b et une deuxième série de rayures parallèles suivant des lignes Lsup2a et Lsup2b perpendiculaires aux lignes Lsup1a. On forme également sur la plaque 8 une troisième série de rayures parallèles suivant des lignes Linf1a et Linf1b et une deuxième série de rayures parallèles suivant des lignes Linf2a et Linf2b perpendiculaires aux lignes Linf1a.
Dans l'exemple illustré, ces lignes sont parallèles deux à deux aux côtés des cadres de scellement 14 et 16 et s'étendent bien entendu en dehors des limites des cadres de scellement auxquels elles sont associées. Toutes ces lignes sont représentées par des traits mixtes à la fig. 3.
Les lignes Lsup1a s'étendent sensiblement au-dessus des fentes 32 de la plaque 6, tandis que les lignes Lsup1b sont sensiblement décalées latéralement vers l'extérieur des cellules (vers la droite à la fig. 3) par rapport aux fentes 32 afin de ménager le bord rectiligne 24 où la plaque 4 fait saillie latéralement par rapport aux deux autres plaques 6 et 8.
Les lignes Lsup2a et Linf2a s'étendent respectivement sensiblement au-dessus des fentes 32 dans les plaques 6 et 8, tandis que les lignes Lsup2b et Linf2b sont respectivement sensiblement décalées latéralement vers l'intérieur des cellules par rapport aux fentes 32 afin de dégager le bord rectiligne 26 où la plaque 6 fait saillie latéralement par rapport aux deux autres plaques 4 et 8.
Les lignes Linf1a sont sensiblement décalées latéralement par rapport aux fentes 32 vers l'extérieur des cellules pour ménager le bord rectiligne 28 où la plaque 8 fait saillie latéralement par rapport au deux autres plaques 4 et 6, tandis que les lignes Linf1b s'étendent sensiblement au-dessus des fentes 32 dans la plaque 8.
Le traçage de ces lignes de rupture sur les plaques 4 et 8 est réalisé de façon classique, par exemple au moyen d'un outil au diamant.
Après cette étape de formation des rayures, le lot peut être aisément divisé en cellules individuelles par cassure des plaques 4 et 8 selon les lignes Lsup1a, Lsup1b, Lsup2a et Lsup2b et respectivement selon les lignes Linf1a, Linf1b, Linf2a et Linf2b. Simultanément, les zones de moindre résistance 30 de la plaque 6 se brisent, ce qui libère les cellules 2 du reste de la plaque 6.
Le contour de chaque cellule individuelle 2 est ébavuré de préférence au moins dans la zone de rupture 30 du substrat intermédiaire.
Ensuite, chaque cellule 2 est traitée séparément pour effectuer de façon classique, le remplissage de ses deux cavités par du cristal liquide, puis le scellement des ouvertures de remplissage 18, 20.
Selon une caractéristique intéressante de l'invention, les deux ouvertures de remplissage 18, 20 sont réalisées sur un même bord de chaque cellule 2 et sont espacées latéralement, si bien qu'il est possible de remplir les deux cavités 10, 12 simultanément avec des cristaux liquides de natures différentes. Pour ce faire, on crée un vide dans chacune des deux cavités 10, 12 puis on dispose le bord de la cellule 2 comportant les ouvertures de remplissage 18, 20 dans bacs remplis de cristaux liquides. Les cavités 10, 12 se remplissent alors par capillarité à partir des bacs.
Selon une variante non représentée de réalisation du procédé de l'invention, l'étape de division du lot 1 de cellules 2 peut comprendre une étape intermédiaire au cours de laquelle le lot 1 est divisé en plusieurs sous-ensembles en forme de bandes rectilignes. Chaque sous-ensemble peut comprendre une ou deux rangées de cellules 2 de sorte que chaque cellule 2 comporte au moins un bord rectiligne formé par un bord de la bande. En ménageant les ouvertures de remplissage 18, 20 des cellules de la seconde rangée sur le côté opposé à celles de la première rangée, il est possible de réaliser le remplissage simultané d'une pluralité de cellules 2 de chaque rangée avant de séparer les cellules de façon définitive.
Dans le cadre de la présente invention, on entend englober aussi le cas où les cellules 2 comprennent plus d'un substrat intercalaire. Dans ce cas chaque plaque dans laquelle sont réalisés les substrats intercalaires est préparée conformément à la plaque 6 décrite ci-dessus.
Dans le cadre de la présente invention, on entend en outre englober aussi le cas où l'on fabrique un ensemble de cellules photovoltaïques, par exemple du type électrochimique à au moins trois substrats. Des cellules de ce genre à deux substrats sont décrites par exemple dans les publications WO 91/16 719 et WO 95/18 456. Par conséquent, il est possible de fabriquer entièrement un lot de cellules remplies par les méthodes connues, puis de diviser le lot comme cela vient d'être décrit ci-dessus.
On pourra également envisager de fabriquer un ensemble de cellules multiples tel que défini ci-dessus, chaque cellule individuelle comprenant une première cavité remplie de cristaux liquides et une deuxième cavité comprenant un système physico-chimique capable d'absorber de la lumière et d'engendrer aux bornes des électrodes auquel il est associé une tension électrique. Un tel système est décrit par exemple dans les publications WO 91/16 719 et WO 95/18 456.
The present invention relates to a method of manufacturing a plurality of electro-optical or photovoltaic cells having at least three substrates and two cavities filled with a liquid, for example liquid crystals. More particularly, the invention relates to a process for the collective production of a batch of such cells in which the step of dividing the batch into individual cells is facilitated.
Double liquid crystal cells are well known in the art and are intended, for example, to form color image display devices. Such a double cell, which is for example described in patent application WO 89/00300, comprises three parallel substrates, two external substrates and an intermediate substrate connected two by two by means of two sealing frames. The faces of the intermediate substrate and respectively of the external substrates which lie opposite one another carry a set of electrodes and the two cavities defined respectively between the intermediate substrate and the two external substrates are filled with liquid crystals.
The manufacture of this type of cell is commonly done according to two methods.
According to the first method, two batches of conventional cells are made, that is to say with two substrates and a cavity, the cells of each batch comprising the desired liquid crystals. The two batches are divided into individual cells and the individual cells of one batch are assembled by gluing using an appropriate adhesive material with the individual cells of the other batch.
To make each of these batches, two large plates of glass or synthetic material are prepared, a network of sets of electrodes and conductive tracks is produced on the facing faces of these plates, and one of them is deposited on the sealing material by providing a filling opening for each cell in the batch, the sealing material extending around each set of electrodes. The two plates are then assembled to form an assembly comprising several rows of open cells. This assembly is then divided into rectilinear bands by scratching and breaking glass techniques (see for example US-A-4,224,093) or by sawing along parallel lines.
Each cell having a filling opening along one edge of the strip, the cells are then filled and their openings are sealed, then the strip is divided into individual rectangular cells along lines perpendicular to the previous ones.
A first drawback of this process lies in the fact that the double cell which results therefrom has four substrates and therefore a considerable thickness. Another drawback is the increase in the parallax effect between the two layers of liquid crystal due to the doubling of the thickness of the intermediate substrate which is formed in this case by two bonded plates. This therefore obviously affects the quality of the image displayed. Furthermore, this process involves a large number of manipulations, which makes it laborious and more expensive.
According to the second method, cells with three substrates are manufactured one by one because of the impossibility of cutting the three substrates simultaneously by traditional striping and sawing techniques. Each manufacturing step is therefore to be carried out individually on each cell, which makes the manufacture of these cells tedious and naturally more expensive than if it could be done in batches.
The object of the present invention is to remedy the drawbacks of the aforementioned prior art by providing a collective manufacturing process in which a plurality of cells comprising at least three substrates are produced in a single batch, this batch then being able to be divided into individual cells. easily, inexpensively and without risk of damage to individual cells.
To this end, the subject of the invention is a process for the collective production of a plurality of multiple individual electro-optical or photovoltaic cells, each cell comprising:
- at least two cavities filled with a liquid and each delimited by a sealing frame disposed between an external substrate and an intermediate substrate
- electrodes formed on the surface of each substrate facing the other substrate,
the method being characterized in that it comprises at least the following steps:
(a) provide at least one intermediate plate common to all the cells and in which the intermediate substrate of each cell will be formed, and first and second outer plates also common to all the cells and in which the two will be formed respectively external substrates, the intermediate plate and at least the first or the second external plate being transparent;
(b) forming on the faces of the first and second outer plates and of the intermediate plate intended to come opposite one another a network of sets of electrodes, each set of electrodes being associated with an individual cell;
(c) depositing on at least one of said faces intended to come opposite one another a sealing material to form a plurality of sealing frames, each of them being associated with an individual cell;
(d) providing a zone of least resistance along the outline of each individual cell in the interlayers;
(e) combining the intermediate plate with each of the first and second external plates so that said electrode networks carried by the first and second external plates cooperate with the electrode networks carried by the intermediate plate;
(f) securing the first and second plates to the intermediate plate using the sealing material;
(g) forming stripes delimiting the outline of each individual cell on the outer surface of the first and second outer plates;
(h) dividing the batch into individual cells by breaking the first and second outer plates and the intermediate plate along the outline of each cell;
(i) filling the cavities of each individual cell with a liquid, the cavities being defined by the first and second plates, the intermediate plate and the sealing frames.
Thanks to these characteristics, the collective production of a batch of cells comprising one or more plates intended to form intermediate substrates not accessible from the outside is made possible, the step of separating the batch into individual cells can also be carried out. conventionally by scratching and breaking techniques on the outer plates. In fact, the application of force on the outer plates to break them along the striping lines also leads to the rupture of the plate or of the intermediate plates in the zone of least resistance thereof and consequently the separation of the batch into individual cells. If necessary, the edges of the interlayer substrates of the cells may be deburred.
According to an advantageous embodiment, the zone of least mechanical resistance is formed by cutting a continuous or discontinuous slit along the outline of each individual cell so that a central part forming the intermediate substrate is connected to the rest of the plate intercalated by at least one material bridge and preferably four material bridges.
The presence of these bridges makes it possible to achieve a compromise between the mechanical strength necessary for the intermediate plate or plates to be able to undergo the various processing and handling operations prior to assembly and the fragility necessary for easy separation of the batch into individual cells. at the division stage.
Other characteristics and advantages of the present invention will appear in the following description of a preferred embodiment, presented by way of nonlimiting example with reference to the appended drawings, in which:
fig. 1 is a partial schematic exploded view of a batch of double liquid crystal display (LCD) cells during manufacture according to the present invention,
fig. 2 is a schematic cross-sectional view of the intermediate plate according to line II-II of FIG. 1,
fig. 3 is a partial top view of a batch after step (g) of forming scratches;
fig. 4 and a schematic plan view of a double cell detached from the batch of FIG. 1 and partially torn off in its two upper corners;
and
fig. 5 and 6 are schematic cross-sectional views of a double cell detached from the batch of FIG. 1 along lines V-V and VI-VI of FIG. 4.
Referring in particular to FIG. 1, we see a set 1 of double LCD cells 2 (fig. 4) during manufacture, all these cells being defined together by three superimposed plates, namely two outer plates 4 and 8 and an intermediate plate 6. The outer plates 4 and 8 are common to all cells 2 and are intended to form respectively the upper and lower substrates 4a and 8a of each individual cell. The plate 6 is also common to all the cells 2 and is intended to form the intermediate substrate 6a of each individual cell 2.
The plate 6 and at least the plate 4 are transparent. In the example illustrated, the three plates 4, 6, and 8 are transparent and are formed, for example, of glass plates. Of course, other materials such as synthetic materials can be envisaged.
Referring also to Figs. 5 and 6 we see that each double cell 2 has two cavities 10 and 12 each intended to contain a type of liquid crystal. These two cavities are defined by the substrates 4a and 6a respectively 6a and 8a and respective sealing frames 14, 16 which fix the plates 4 and 8 to the plate 6. The sealing frames 14 and 16 follow the outer contour of the surface active of each cell 2 and in the assembly represented in FIG. 1, the sealing frames 14 and 16 have a rectangular configuration. These frames are conventionally formed by sealing material.
It can also be seen that filling openings 18, 20 are provided respectively in the sealing frames 14, 16 of each cell 2 opposite a small wall 22 serving to block the glue plug used to seal the openings 18 and 20 after filling cells.
As will be described precisely below and in order to facilitate the filling of cells 2, the openings 18, 20 are formed along the same edge of each cell 2 and in opposite corners.
The facing surfaces of the substrates 4a and 6a each comprise a set of parallel transparent electrodes E4a and E6a1, these sets being oriented perpendicular to one another. Similarly, the facing surfaces of the substrates 8a and 6a each comprise a set of parallel transparent electrodes E8a and E6a2, these sets oriented perpendicularly to one another. For reasons, the clearances E6a1 applied to the face of the plate 6 located opposite the plate 4 have been omitted in FIG. 1. This crossed arrangement of the electrodes makes it possible to define between the substrate 4a and 6a, respectively between the substrate 6a and 8a, two arrays of pixels whose pixels are located at the point of intersection of the respective electrodes of each of these arrays.
By applying a control voltage to crossed electrodes of the same matrix it is possible to modify the optical conditions of the liquid crystals located at the point of crossover considered, as is well known to those skilled in the art. Each electrode is formed of a conductive strip deposited by conventional photolithography techniques and is preferably made of indium tin oxide (ITO).
In fig. 4, 5 and 6, it is also understood that each cell 2 has three straight edges 24, 26, and 28 where the substrates 4a, 6a and 8a respectively protrude laterally relative to the other two to reveal a series of areas near the edge of contact PC4a, PC6a1, PC6a2 and PC8a formed by extensions of the electrodes E4a, E6a1, E6a2 and E8a beyond the sealing frames 14 and 16. These contact pads serve as external connections for these electrodes. The rest of the outer contour of cell 2, a single edge in the example shown, is in the same place for the three glass plates 4, 6 and 8.
Note that in fig. 4 the substrate 4a has been partially torn off in the left corner to reveal the electrodes E6a1. As for the substrates 4a and 6a, they were partially torn off in the upper right corner to reveal the electrodes E8a.
The manufacture of the LCD cells 2 is preferably carried out as follows. The plates 4 and 8 are coated in a conventional manner, each on one of their faces, with their sets of electrodes E4a respectively E8a each of these sets being associated with an individual cell. The plate 6 is in turn coated on its two faces with sets of electrodes E6a1 and E6a2. The sets of electrodes E4a of the plate 4 are intended to come opposite the sets of electrodes E6a1 of the plate 6, while the sets of electrodes E8a of the plate 8 are intended to come opposite the sets of electrodes E6a2 of the plate 6. If necessary, alignment layers or other elements such as filters or dielectric layers (not shown) will also be deposited over these sets of electrodes.
The techniques for depositing the electrodes and these layers are well known to those skilled in the art and will therefore not be described.
It will also be understood that the contact pads mentioned above are produced at the same time as the electrodes.
The material intended to form the sealing frames 14 and 16 as well as the walls 22 is applied to the faces of the plates 4 and 8 carrying the electrodes. It is obvious that this material could be applied only to the faces of the plate 6 carrying the sets of electrodes or that this material is partially applied to each of the opposite faces of the plates 4, 6 and 8.
In the example shown, it will be noted that the sealing frames 14 and 16 do not completely circumscribe the networks E4a, E6a1, E8a and E6a2 with which they are associated, and in particular that they are arranged so that a portion PC4a, PC6a1 , PC8a and PC6a2 of the electrodes E4a, E6a1, E8a and E6a2 extends laterally beyond the sealing frames 14 and 16 and form the contact pads described above.
According to a step of the manufacturing process of the invention, one or more zones 30 of less mechanical resistance are produced along the contour of each individual cell in the plate 6 in which the intermediate substrates of the completed individual cells will be formed. The zones 30 are formed according to one embodiment by cutting along the contour of each cell of one or more continuous slots 32, so that the central part forming the substrate 6a is connected to the rest of the plate 6 by at least a material bridge 34, and preferably four bridges 34 as shown in FIGS. 1 and 3. The width and length of the bridges connecting the substrates 6a to the rest of the plate 6 will essentially depend on the thickness of the plate 6.
By way of example for a plate 6 having a thickness of approximately 0.3 to 1 mm, the total length of the bridges, that is to say the distance between the ends of consecutive slots is between 0.3 mm and 2 mm and their width is W mm.
These slots are preferably cut in a single working step by means of a very high pressure water jet cutting machine, preferably with automatic control. The water jet and the nozzle which produces it are preferably stationary, while the machine moves the plate 6 in a plane so that the jet follows the path to be cut on the batch. However, techniques employing a mobile jet are also usable. It goes without saying that other means can be used to make these slots, for example it is possible to use sandblasting or laser cutting machines (CO2 or excimer).
In the case where the slots are made after depositing the sets of electrodes on the plate 6, the two surfaces of this plate will be protected, if necessary, for example by a layer of photosensitive resin deposited and conventionally eliminated.
According to an alternative embodiment, not shown, the zone of least resistance is formed by cutting, along the contour of each cell, a plurality of slots spaced apart from one another in a dotted fashion. It is understood that one can envisage any type of shape providing an area of low mechanical resistance along the contour of the cell. It is also possible, for example, to provide for etching on one or both sides of the plate 6 grooves along the contour of the cell so that the substrates 6a are retained from the rest of the plate 6 by a very thin wall, the latter being just sufficient to withstand the stresses imposed on the plate during the preliminary treatment steps without breaking.
Once the zones 30 of less mechanical resistance have been produced, the plate 6 is combined with each of the plates 4 and 8 so that the sets of electrodes carried by the plates 4 and 8 align or cooperate with the sets of electrodes which associated with them, carried by the plate 6. The plates 4 and 8 are then secured to the plate 6 using the sealing material forming the frames 14 and 16.
According to one embodiment, the assembly 1 is then divided into individual cells 2. To do this, parallel stripes are formed delimiting the outline of each individual cell on the exterior surface of the plates 4 and 8. More particularly, we form on the plate 4 a first series of parallel stripes along lines designated respectively Lsup1a and Lsup1b and a second series of parallel stripes along lines Lsup2a and Lsup2b perpendicular to the lines Lsup1a. Also formed on the plate 8 is a third series of parallel stripes along lines Linf1a and Linf1b and a second series of parallel stripes along lines Linf2a and Linf2b perpendicular to the lines Linf1a.
In the example illustrated, these lines are parallel two by two alongside the sealing frames 14 and 16 and of course extend outside the limits of the sealing frames with which they are associated. All these lines are represented by dashed lines in FIG. 3.
The lines Lsup1a extend substantially above the slots 32 of the plate 6, while the lines Lsup1b are substantially offset laterally towards the outside of the cells (to the right in FIG. 3) relative to the slots 32 in order to providing the straight edge 24 where the plate 4 projects laterally with respect to the other two plates 6 and 8.
The lines Lsup2a and Linf2a respectively extend substantially above the slots 32 in the plates 6 and 8, while the lines Lsup2b and Linf2b are respectively substantially offset laterally towards the inside of the cells with respect to the slots 32 in order to release the straight edge 26 where the plate 6 projects laterally with respect to the other two plates 4 and 8.
The Linf1a lines are substantially offset laterally relative to the slots 32 towards the outside of the cells to provide the straight edge 28 where the plate 8 projects laterally relative to the other two plates 4 and 6, while the Linf1b lines extend substantially above the slots 32 in the plate 8.
The tracing of these rupture lines on the plates 4 and 8 is carried out in a conventional manner, for example by means of a diamond tool.
After this scratch formation step, the batch can be easily divided into individual cells by breaking plates 4 and 8 along the lines Lsup1a, Lsup1b, Lsup2a and Lsup2b and respectively along the lines Linf1a, Linf1b, Linf2a and Linf2b. Simultaneously, the zones of least resistance 30 of the plate 6 break, which frees the cells 2 from the rest of the plate 6.
The outline of each individual cell 2 is preferably deburred at least in the rupture zone 30 of the intermediate substrate.
Then, each cell 2 is treated separately to carry out in a conventional manner, the filling of its two cavities with liquid crystal, then the sealing of the filling openings 18, 20.
According to an advantageous characteristic of the invention, the two filling openings 18, 20 are formed on the same edge of each cell 2 and are spaced laterally, so that it is possible to fill the two cavities 10, 12 simultaneously with liquid crystals of different natures. To do this, a vacuum is created in each of the two cavities 10, 12 and then the edge of the cell 2 is placed, comprising the filling openings 18, 20 in tanks filled with liquid crystals. The cavities 10, 12 are then filled by capillarity from the tanks.
According to a variant of the process of the invention not shown, the step of dividing lot 1 of cells 2 may include an intermediate step during which lot 1 is divided into several sub-assemblies in the form of rectilinear bands. Each sub-assembly may include one or two rows of cells 2 so that each cell 2 has at least one straight edge formed by an edge of the strip. By providing the filling openings 18, 20 of the cells of the second row on the opposite side to those of the first row, it is possible to simultaneously fill a plurality of cells 2 of each row before separating the cells from definitively.
In the context of the present invention, it is also intended to encompass the case where cells 2 comprise more than one intermediate substrate. In this case, each plate in which the intermediate substrates are made is prepared in accordance with plate 6 described above.
In the context of the present invention, it is also intended to also encompass the case where a set of photovoltaic cells, for example of the electrochemical type, is produced with at least three substrates. Cells of this kind with two substrates are described for example in the publications WO 91/16719 and WO 95/18456. Consequently, it is possible to entirely manufacture a batch of cells filled by the known methods, and then to divide the lot as just described above.
We could also consider manufacturing a set of multiple cells as defined above, each individual cell comprising a first cavity filled with liquid crystals and a second cavity comprising a physicochemical system capable of absorbing light and generating across the electrodes with which an electrical voltage is associated. Such a system is described for example in the publications WO 91/16719 and WO 95/18456.