CN85108232A - 光电显示元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种光电显示元件有在密封包装内与液体接触的一系列显示电极。该封装包括一个不渗透透明盖子和一个刚性结构壁部件。一个在盖子和壁部件之间的密封条和一个延伸在外部与内部之间的弹性合成材料塞子。元件是这样填充的：用空心针穿透塞子将液体注入预密封封装，针用于排除截留气体。针抽出后，针孔收缩从而自行密封该封装，但为了更完善，塞子被机械地钳住。很方便，密封条和塞子可以做成一个围绕着形成封装四壁框架部件的整体弹性合成材料模件，该框架部件则钳在盖子和一个分开的底座之间。

Description

本发明涉及这类光电显示元件：它们在密封包装内有一排接触液体的显示电极;并涉及制造这种元件的方法。

上述那种光电元件一般采用液晶或电染色材料去产生显示效果。在这两种情况下，要在工作寿命期内使显示工作正常，溶液的纯度是至关紧要的。杂质能对溶液的成分起化学反应，或对元件的工作起电化学干扰。

杂质控制不仅要求溶液初始成分要纯，而且还要求元件容器体在充入溶液、安装与密封之前要绝对清洁。例如，由于封接或大气中的成分。在充液与随后的密封元件的过程可能使溶液受到污染，许多封口过程的另一个缺点是由于固化，玻璃熔化回流或焊接的热量，可能使成分热分解或产生其他热损害。在填充过程时，暴露在大气中也可能使气体溶入溶液，后来就在元件内产生气泡。

在先有技术中描述了很多其他的填充、封接显示元件的方法。例如，英国专利1，531，479号提到一个电染色元件的密封背板上的一个填充孔。在填充以后，这个孔就用一个围绕填充孔、胶粘在背板上的盖板封住了。美国专利4，135，789提到一个液晶元件玻璃面板上的填充孔，这是用一个帽形玻璃栓用熔化的玻璃熔接物熔塞在孔内封住的。美国专利4，239，350号提到用玻璃栓和环氧树脂粘接板的组合方法。法国出版的专利申请书2，505，069号提到用聚乙烯与金属盘相结合，再用树脂粘住充液显示器玻璃盖板的填充孔。

此外，元件可以由边墙填充进去，如美国专利4，199，228号那样，这个专利提到一个电染色元件，它是用一个窄的玻璃边墙上的玻璃填充管去填充的。这个填充管用熔化外端的方法封住。美国专利4，188，095号提到一个显示元件，它有一个在环氧树脂形成的边墙上的填充口，后来再焊封住。

除开上面提到的那些封接材料以外，也知道有直接用树脂材料去封接填充孔的。在已出版的专利申请书GB-2，046，935A号，一个电染色元件是由双环氧树脂间隔板与密封剂形成的，内部与电液起化学反应而固化。同一密封剂也用来封装一个填充孔。在日本出版的专利申请书55-138723A号，电染色元件是由涂树脂的金属背板和玻璃罩形成的。背板上有一个孔，液体就由这个孔注入元件。这个孔用树脂贴边，填充后，就将周围的树脂熔化、再加些树脂封固。

人们还知道有用弹性合成材料密封的显示元件，其作用纯属机械性的。欧洲专利申请书出版物0003145-A1号提到一个夹馅式构造的含液显示器，它有两个填充孔，一个面板上一个。一个公用的弹性合成材料塞同时穿过这两孔来封住它们。也提到另一种单填充孔的安排，从面板外部一个槽形拉条中拉过一个密封塞来盖住填充孔。

欧洲专利申请书出版物0112945-A1号描述了另一种使用弹性合成材料封装的电染色显示器。这里用一个弹性合成材料隔膜放在已充满的元件的填充孔上，然后用一种方法夹定、使它能够自由屈曲以应付膨胀。

虽然在上面例举的先有技术中，采取了预防措施、用密封元件的办法来使元件最少受到沾污，采用的一些过程经常使溶液暴露那些可能起损害作用的密封材料或加热周期。即使在使用纯粹机械惰性封装的情况下，总有一个时期溶液是敞开在周围大气之中，至少在填充孔中如此。任何在这一点上溶解在溶液中的气体，不仅能产生例如氧化这类的化学问题，而且后来会形成气泡，而它们就可能干扰显示器的运用或美观。

为了避免这些问题，目前的发明提供了一种制造将接触液体的将显示电极布置在密封包装内的光电显示元件的方法，它具有下列步骤：

用一种不渗透的覆盖装置构成一个预密封封装的方法，包括：一个透明窗口，一个部分形成封装壁的刚性结构部件，一个覆盖装置与结构部件之间的密封条和一个延伸在封装的外部与内部之间的弹性合成材料塞。

用一个空针器件穿透塞子去填充元件，再去掉截留在封装内的气体，并用空针器件将上述液体引入包装内;

用退出空针器件并至少在全长的一部分内收缩空针器件形成的穿孔或几个穿孔、或让它们自己收缩等办法，重新密封封装。

以此方式用弹性合成材料来预封元件容器，元件能抽真空并用针填充而不会将溶液暴露于大气中。虽然一般说塞子上的针孔会收缩而形成一个合适的自密封封装，最好还是在将空针器件抽出时将塞子机械地夹住，以保证这些穿孔的收缩。

这个空针器件最好包括两根分开的针头，一根排气针作排除截留气体用，一个填充针作引入前述液体用。于是可在液体注入后、填充针拔出前将排气针退出。这样，机械钳夹就分两步进行，第一步、在拔出排气针后夹住排气针的穿孔，第二步、在随后拔填充针时再夹住填充针的穿孔。当然可以设想另外的针结构，例如用两个同心管，不过这样穿孔就会大一些，较难封装。在较好的双针方法中，填充针可以保持着压力，在两根针全部拔出前就夹住塞子上的两个针孔。当然，拔针可用两种方法完成，或者拔空针本身，或者将针固定而移去封装。

当然，为了具有实际用途，封装部件一开始就必须严格地清洁，而且最好将封装抽真空后，接着就用惰性气体去消除一下，再抽真空，然后填充。另一种方法就是使元件的装配在惰性气体中进行，元件内的气只要抽空就可填充。在准备和填充的时候，较好的元件方位是将塞子放在封装的最高点上，这样，气体就容易跑出而不会留下气泡。

根据本发明的一个光电显示原件包括在密封封装内与液体接触的一组显示电极，具有带透明窗的不渗透覆盖装置的封装包括：一个形成部分封装壁的刚性结构部件，一个在覆盖装置与结构部件之间的密封条，以及一个延伸在包装外部与内部之间的弹性合成材料塞子，塞子至少通过一个填充穿孔，这个孔至少在它的部分长度中收缩，使该封装完全密封。

在显示元件的较佳形式中，结构部件是形成封装边壁的框架并有一个塞子穿过它，包装还包括一个支持显示电极的底座结构，和另外一个在底座结构与框架之间的密封条，这两个密封条都是挤压式的，元件有夹钳设备将覆盖装置、框架和底座夹在一起。

当然可能有其他的元件结构，其中塞子可以位于覆盖板部分上，或放在底座结构上，底座结构也可以跟边壁结合在一起。

虽然塞子可以是一个分开的部件，密封条和塞子最好是围绕框架部件的整体浇铸的弹性合成材料。这种材料可以很方便地延伸出去至少盖住与液体接触的框架内表面，这样做才可以使用金属框架，因为否则金属可能跟液体起反应。

最好框架使元件有一个明确的顶点，塞子就放在那里。正象前面说的，当元件摆正了要填充的时候，这能帮助气体逸出。

正象已经说过的那样，塞子部分最好机械地钳住以保证穿孔的收缩。在较佳的元件结构中，塞子有由排气针和填充针造成的两个穿孔，夹钳是由装在底板上的两个螺丝完成的，每个螺丝都挤压塞子以保证各自穿孔的收缩。

整体的弹性合成材料模件既用于密封与填充这个元件，也能用来容纳元件中液体的膨胀。在框架上装了一个比框架的边壁部低的横条，框架内的面积就分成为一个显示电极区和一个膨胀区，弹性合成材料铸件能延伸跨过膨胀区来形成一个能容纳膨胀与收缩的隔膜。

整体模件的另一个优点可从下列显示元件看出，这种元件有一个在上面形成了显示电极的半导体片，和这个片的一个分开的支体。底座结构与框架之间的密封条，最好这样排列、使框架跟片密封，液体就限制在片的表面。这就有使片的面积保持最小，同时片的损害危险最小，有比O环型的密封条更好的优越性。

后一方面本身是有创造性的，这与所用填充方法无关，广泛地说，它提供一个光电显示是元件，包括一种溶液和在半导体片上形成的一个显示电极阵列，这个半导体片上有运用这些电极去显示图象的集成电路，此外、这个元件还包括一个刚性的半导体片的支撑体，一个带透明窗的覆盖板，一个安装显示电极阵列的金属框架结构，一个惰性弹性合成材料涂层、至少涂满了框架内侧、顶面与底面，一个夹钳装置去将框架、覆盖板和支撑体夹在一起形成液体的封装，从而使框架底面的涂层对半导体片密封、以限制导体溶液到它的顶面。

膨胀设置的另一方面也自有其创造性，并与填充方法无关，它最广泛地提供一个充液光电显示元件，它有一系列显示图象的显示电极和一个密封显示电极在液体内的密封封装，这个封装有一个至少带一个小孔的刚性壁结构，一个封住小孔并能屈折以适应液体膨胀与收缩的隔膜，以及一个不渗透的充气室，从外面封住这个隔膜并封结在壁结构上。在较佳的元件结构中，可以这样来做到：在底座结构对着膨胀隔膜的地方开一个盲孔，给弹性合成材料模件制作另一个围绕膨胀隔膜的密封表面、并围绕盲孔封结在底座结构上的封接面，用以形成这样的一个腔室。

现在将举例说明本发明，该实例是本发明的一个最佳实施方案，如附图所示。

图1表示一个按本发明制出的光电显示元件的分解等角视图;

图2表示图1中的元件装配之后的情况;

图3表示形成图1、图2显示元件的边壁的顶视图;

图4表示按图3虚线的侧截面图;

图5表示图3、图4中框架的底平面视图;

图6是图1、图2的元件一部分的切开透视图，表明按照本发明填充元件的方法;以及

图7是用于填充此元件的填充工具草图。

图1、图2示出按照本发明制出的光电元件的分解形式和装成形式。图中的元件是电染色型的，采用凡阿洛瑾（Viologen）的水溶液作为电染色材料。凡阿洛瑾是1，1′二庚基4，4′二吡啶鎓磷酸盐及其次磷酸盐的混合物。这个溶液的成份，内有起催化作用的金属离子，在欧洲专利申请书出版物0083668-A1号上有说明。

显示元件的中心是在硅片11的上表面上形成的可单独寻址的银显示电极（图1中未分别画上）的长方形矩阵10。矩阵中每一个电极都接到下层场效应晶体三极管矩阵中的一个晶体三极管，它们是用集成电路技术形成的。这个电极/晶体三极管矩阵是用薄膜制造技术制成的，这在欧洲专利申请书出版物0112417-A1号中有进一步的说明，可从那里找到细节。整个硅片11的上表面，在银电极之间并围绕这些电极的地方，都用双层聚酰亚胺钝化了，只除开硅片边沿几个垫片12。这些垫片是为用桥式连接器（未画出）连接外部柔软带状电缆中的一个刚性电路板部分13用的。

硅片10和刚性电缆部分13支在一个铝块15上，铝块被浮雕以精确地安置这两个部件。一个热槽与加热器的组合栓在铝块15的下部，它们控制着显示器的工作温度。

显示元件的边壁由弹性合成材料涂敷的金属框架结构17形成，它提供了显示器的密封条、填充设备和膨胀设备，这将详述于下。元件的最后主要部件就是一个玻璃盖板18，在它上面沉淀了对立电极19。对立电极具有沉淀在钛/金层上的用丙烯酸粘合剂粘住的铂黑弥散体。这个导电层一直延伸到盖板的边沿，那里它接触上一个可压缩的导体20，这是在一块硅酮树脂表面上附着金属叠层那种型式的。导体20通过框架结构17上一个孔，被盖板18压接于刚性电缆头13中导体之一上。

四个大螺丝将盖板钳在铝块15上，在它们之间不仅压紧了导体20，也压紧了弹性合成材料涂敷的框架结构17。电染色溶液密封在盖板18，框架结构17的内壁与硅片11形成的容体里。

描述完了元件的基本结构以后，现在再参照图3到图5较详细地叙述一下框架结构17。从这些图中可以看出，框架结构17的刚性部分是一个基本上是长方形的金属副框架30。这个副框架是用转移浇铸过程在差不多整个表面上涂敷了惰性氟炭弹性合成材料树脂31。唯一没有涂敷的部分只有接受夹钳螺栓21的膛孔32。

框架结构17的中部被打开，用来划出一个盛电染色溶液的小室。一根较低的横条33将小室分成一个主显示室34和一个膨胀与填充室35。主显示室34的底部是打开的，用来框住显示电极矩阵10。小室35处于计数电极19的作用件附近，底部被膨胀隔膜36盖住。

在小室35的顶点37，副框架被部分切除，剩余的壁厚由弹性合成材料的塞子38补充。用穿透这个塞子的办法来填充元件，这在谈到图6时将作较详细的解释。

在图3的顶视图及图4的截面图中看得最清楚，浇铸的弹性合成材料涂层31提供靠着盖板18密封的脊型密封条39与40。一个宽的内密封条39围绕着小室34与35，另外一个附加密封条40延伸到框架的四周和螺栓孔32。

在框架17的反面，见图5，一个宽的脊型密封条围绕着显示窗，并密封压住在硅片11上。再一次，一个较细的附加脊型密封条围住框架17的尽边上和螺栓孔32延伸着。最后，另有一个附加密封条围绕着隔膜36。这些附加密封条42和43密封贴压在元件支撑体15和刚性电缆头13上。

膨胀隔膜36的位置正对着一个在支撑架上的一个盲孔50，密封条43就围绕着它。由较薄的隔膜36渗透过来的蒸汽将包含在密封条与盲孔50之间。蒸汽陷阱内蒸汽的积累最后将阻止更多的侵入。

现在将特别参照图6与图7来叙述一下显示元件装配和填充的方法。

在装配元件之间，所有图1到图5画出的部件都要用合适的溶剂彻底清洗，而且如果适当的话，在去离子的水里清一下，然后用氮气吹干。至于硅片本身，酸清洗，抗光敏物质的清除和喷溅蚀刻也都用上。

部件于是就在一个净室（100级）中按下列次序装配起来。将铝块15放在一个合适的夹具中，并将带状电缆刚性头片13用螺丝装定。然后将硅片11放在铝块15的匹配槽中，偏向于定位边。将框架结构17放在硅片上，并将对立电极接线插入框架角上的孔内。带着沉淀了对立电极19的盖板18于是就放在框架结构的顶上。最后将四根螺丝21插入盖板、框架结构和铝块准直了的夹钳孔，并同时拧紧到预先规定的力矩。

在这个阶段，预密封元件包装已经完成，可以拿到净室外来了。在填充开始之前，这个装配件要翻过来，并将两个小紧头夹钳螺丝51旋入铝块15的螺孔52中。

元件于是在一个专用的填充装置（见图7的草图）中垂直放正，顶端37朝上。应该注意的是，为了便于描画，在图6中元件是横放着的。在填充装置中有两根注射针60和61。注射针60是填充针，它是可选择地或者经过填充阀62和63接到电液贮存器64，在那里、加压下的电液可以用泵65打入，或者经过阀门67接到加压的氩或其他惰性气体源66。针头61是排气与抽空针，它可以由两条路接到真空泵68，或者经过阀门69直接过去，或者经过阀门71和72由密封的溢出槽70过去。在接触元件之前，填充针要用氩气清洗以排除前一次运用时留下的任何残渣。

针头60和61都放在面对弹性合成材料塞38的位置，塞子从元件外部延伸到填充室35，两根针分开一个小角度安置着。草绘为73的元件封装，安在一个可按箭头75的方向垂直移动的支架74上。填充针60是固定的，封装以受控制的方式向它推去，直到它在副框架切去部分之下穿透塞子38，穿入小室35。于是排气针61按箭头76的方向独立地移动，穿透塞子38，并刚刚正在顶点37穿入小室35。

在静止状态中，泵65不断地在运行，但只打开旁路阀77以便液体循环。在旁路阀77打开时，维持了一个部分加压状态。从这个初始状态开始，元件封装73首先打开阀门69、通过排气针60抽空到40Pa（Pa指10^-12乘标准大气压）。抽空后，关掉阀门69，通过阀门67从气源66取氩气来清洗封装。抽空与清洗周期再重复一次，跟着最后一次抽空。

然后关掉除旁路阀77以外的所有阀门。于是正式填充操作开始，先打开溢出阀门71及72，跟着再打开阀门62及63。关掉旁路阀77使压力加到最大，元件就通过针头60被填充。元件充满后，关掉溢出阀71，再开旁路阀77以减少压力。在这个阶段，部分地抽出排气针61，绞紧相应的夹钳螺丝51使塞子30压紧在排气针穿孔上。再将排气针全部抽出，并使元件73随支架74下降使部分地离开填充针60。绞紧第二个夹钳螺丝使填充孔收缩。关闭阀门62与63，切断溶液到填充针的通路，这时，元件可以全部降落并移出填充装置。最后，短暂地打开一下阀门67，吹去填充针内的多余溶液。

将热槽和加热器组合16（图1）用螺栓拴住在铝块15的底部，于是显示元件的装配全部完成。

这样，在整个填充操作进行中，溶液没有暴露在大气，没有密封剂污染和热量。由于凡阿洛瑾（Viologen）的强反应性质，这个制造元件的方法可观地提高了成品率与寿命。不过这个方法当然同样可用于其他型类的、采用其他电染色、电泳或液晶材料的充液显示器。

Claims (12)

1、一种光电显示元件，有在密封封装内接触液体的一系列显示电极，它的特点在于上述封装包括：

带透明窗的不浸透覆盖装置，一个形成部分封装壁的刚性结构部件，一个在覆盖装置与结构部件之间的密封条，和一个延伸在包装外部与内部之间的弹性合成材料塞子，这个塞子至少有一个填充穿孔穿过它，这个穿孔至少在它长度的一部分上可以收缩，使封装完全密封。

2、一种如权利要求1所述的显示元件，它另外的特点在于这个结构部件是一个形成封装边壁的一个框架，塞子通过它，这个封装另外还包括一个支持显示电极的底座结构，另外还有一个在底座结构与框架之间的密封条，这两个密封条都是挤压密封条，元件还包括夹钳设备以便将覆盖装置、框架和底座结构夹钳在一起。

3、一种如权利要求2所述的显示元件，它另外的特点在于这两个密封条和塞子是围绕框架部件的弹性合成材料的整体浇铸的，这个材料延伸出去至少盖住与液体接触的框架内表面。

4、一种如权利要求2或3所述的显示元件，它另外的特点在于这个框架确定了封装的一个顶点，塞子就安装在这个顶点上。

5、一种如任何上列权利要求所述的显示元件，它另外的特点在于塞子钳夹装置，这个装置钳住了塞子以保证至少收缩了一个穿孔。

6、一种制造具有在密封包装内与液体接触的一系列显示电极的光电显示元件的方法，它的特点在于下列步骤：

从一个不渗透覆盖装置形成的密封封装包括：一个透明窗，一个形成部分封装壁的刚性结构部件，一个在覆盖装置和结构部件之间的密封条，和一个在封装外部与内部之间延伸的弹性合成材料塞子;

用一个空心针装置穿透塞子，从封装内排去截留的气体，并用上述针装置将液体注入封装，这样来填充元件;以及

抽出针装置并在由针装置形成的一个或几个穿孔的至少全长的一部分上使之收缩或任其自行收缩，这样来重新密封封装。

7、一种如权利要求6所述的方法，它另外的特点在于塞子在针装置退出后就被机械地钳住以保证上述一个或几个穿孔的收缩。

8、一种如权利要求7所述的方法，它另外的特点在于这个针装置包括一个排气针以去掉截留的气体和一个填充针以注入前述液体，排气针在上述液体注入步骤后，填充针移去之前拔出，机械夹钳步骤包括：第一步，在排气针至少部分抽出时在提升针穿孔上夹住塞子;第二步，在抽出填充针后在填充针穿孔上夹住塞子。

9、一种如权利要求8所述的方法，它另外的特点在于跨过针孔钳住塞子是在针头未完全抽出、加压液体仍在供应填充针时进行的。

10、一种如权利要求7到9中任何一个所述的方法，它另外的特点在于下列这些步骤：用针装置抽空封装，通过针装置用惰性气体去清洗封装，通过针装置去将封装重新抽空，并且最后，通过针装置将前述液体注入封装。

11、一种如权利要求7到10中任何一个所述的方法，它另外的特点在于在上述填充步骤中，元件的方位是将塞子放在包装的最高点。

12、一种如权利要求7到11中任何一个所述的方法，它另外的特点在于密封条是挤压密封条，而且形成预密封封装的步骤中包括将覆盖装置、结构部件和密封条机械地夹钳在一起的步骤。

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