DE2328345C3

DE2328345C3 - Flüssigkristallzelle

Info

Publication number: DE2328345C3
Application number: DE2328345A
Authority: DE
Inventors: Shigemasa Furuuchi; Ryujiro Muto; Hiromichi Nishimura; Katsuo Uchijima; Hiroshi Tokio Ukihashi; Kanagawa Yokohama
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1972-06-06
Filing date: 1973-06-04
Publication date: 1980-06-12
Also published as: DE2328345A1; FR2188188B1; FR2188188A1; GB1372819A; CH574615A5; DE2328345B2; JPS4917747A; US3871746A; JPS5225099B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Füissigkristallzelle mit einer kristallinen Flüssigkeit in einer durch zwei im Abstand voneinander angeordneten Platten gebildeten und am Rand mit Hilfe von Fluoräthylen- und Äthylen-Polymeren abgedichteten Zelle.

Bisher wurden Flüssigkristallzellen für optische Anzeigevorrichtungen oder Lichtventile od. dgl. verwendet. Die Zelle besteht aus zwei Platten, welche mit einem Abstandselement in einem vorbestimmten Abstand gehalten sind. Die Zelle ist mit einem Dichtungsmittel abgedichtet. Mindestens eine der Platten ist transparent. Es sind verschiedene Verfahren zum Abdichten von anorganischen Dichtungsmassen, z. B. mit niedrig schmelzender Glasfritte oder mit organischen Dichtungsmassen, z. B. mit Epoxy-Dichtungsmassen oder mit einer in der Hitze abdichtenden Folie bekanntgeworden. Hinsichtlich der Lebensdauer der Flüssigkristallzelle spielt die Dichtmasse eine wesentliche Rolle. Eine völlig befriedigende Dichtmasse zum Abdichten der Flüssigkristallzelle wurde noch nicht gefunden. Oft wird wegen der Mangel der Dichtmasse die praktische Verwendung als optische Anzeigevorrichtung oder als Lichtventil unmöglich gemacht. Wenn eine anorganische Dichtmasse verwendet wird, so wird die Lebensdauer der Flüssigkristallzelle weniger stark herabgesetzt als bei einer organischen Dichtmasse. Das Verfahren zum Dichten mit einer anorganischen Dichtmasse ist jedoch recht kompliziert. Daher unterliegt das Abdichten mit anorganischen Dichtmassen erheblichen Beschränkungen hinsichtlich der Anwendbarkeit. Wenn andererseits eine organische Dichtmasse verwendet wird, so ist zwar die Arbeitsweise vereinfacht, die kristalline Flüssigkeit wird jedoch durch die Berührung mit der Dichtmasse, z. B. mit einer Epoxy-Dichtmasse, nachteilig beeinflußt. Es kommt zu einer Verschlechterung oder Zersetzung der kristallinen Flüssigkeit. Es bilden sich Blasen und die kristalline Flüssigkeit verfärbt sich rasch. Es wurde bereits vorgeschlagen, eine in der Hitze abdichtende Folie zu verwenden, z. B. eine Nylonfolie, eine Epoxy-Folie, eine Butyral-Folie oder eine Polyäthylen-Folie. Aus der US-PS 3661444 ist die Verwendung eines Abstandselementes aus Teflon in Verbindung mit einer Polyäthylen-Folie als Bindemittel bekannt. Diese bekannten in der Hitze abdichtenden Folien zeigen jedoch allesamt den Nachteil einer hohen Feuchtigkeitsdurchlässigkeit, so daß der Feuchtigkeitsgehalt in der kristallinen Flüssigkeit bei längerem Gebrauch ansteigt. Hierdurch bilden sich Bläschen, und die kristalline Flüssigkeit wird zerstört.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flüssigkristallzelle mit einer Dichtmasse zu schaffen, welche chemisch, mechanisch und elektrisch stabil ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zelle mit einem Copolymeren von Tetrafluoräthylen und Äthylen oder von Chlortrifluoräthylen und Äthylen abgedichtet ist, und daß in diesem Copolymeren die Äthylenkomponente in einem Mengenverhältnis von 30-60 Mol-% vorliegt.

Es ist bevorzugt, daß die Dichtmasse Abstandselemente enthält, welche zur Aufrechterhaltung des Abstands zwischen den beiden Platten dienen. Die erfindungsger.iäße Flüssigkristallzelle ist hermetisch nach außen abgedichtet und der Abstand zwischen den beiden Platten ist äußerst gleichförmig.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht einer Platte der Flüssigkristallzelle mit der Dichtmasse,

Fig. 2 eine Draufsicht der Flüssigkristallzelle, und

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 2.

Das Tetrafluoräthylen-Äthylen-Copolymere (im folgenden als C₂F₄-C₂H₄-Copolymeres bezeichnet) und das Chlortrifluoräthylen-Äthylen-Copolymere (im folgenden als C₂CIF₃-C₂H₄-Copolymeres bezeichnet) haben keine Reaktivität in bezug auf die kristalline Flüssigkeit, und die Feuchtigkeitsdurchlässigkeit ist sehr gering. Außerdem haben diese Polymere ausgezeichnete chemische, mechanische und elektrische Eigenschaften, wie z. B. dielektrische Eigenschaften. Darüber hinaus ist die Formbarkeit zufriedenstellend und auch die Haftung der Platten wird durch Verwendung dieser Copolymeren verbessert.

Ein optimales C₂F₄-C₂H₄-Copolymeres oder C₂C1F₃-C₂H₄-Copolymeresweist6()bis30 Mol-% der C₂H₄-Komponente im Copolymeren auf und besitzt eine (weiter unten definierte) volumetrische Strömungsgeschwindigkeit von 30-300 mnrVsec. Im folgenden soll der Begriff »volumetrische Strömungsgeschwindigkeit« definiert werden:

1 geiner Probe wird bei einer vorbestimmten Temperatur aus einer Düse mit 1 mm Durchmesser und 2 mm Rand unter einem Druck von 30 kg/cm² extrudierf. Das Volumen des geschmolzenen Polymeren, welches pro Sekunde extrudiert wird, wird als volumetrische Strömungsgeschwindigkeit definiert. Diese hat die Einheit mmVsec.

Die Werte werden mit einem Strömungsmesser be-■ inmt.

Die vorbestimmte Temperatur liegt im Bereich solcher Temperaturen, bei denen das Polymere formbar ist (zwischen der Temperatur, bei der die Fließfähig-

keit beginnt und der thermischen Zersetzungstemperatur). Vorzugsweise wird eine Temperatur nahe der Temperatur, bei welcher die Fließfähigkeit beginnt, gewählt. Die Temperatur liegt vorzugsweise im Bereich von 260-360 ° C für das C₂F₄-C₂H₄-Copolymere ■> und im Bereich von 240-320° C für das C₂ClF₃-C₂H₄-Copolymere. Die Temperatur sollte nicht höher als die thermische Zersetzungstemperatur sein.

Die erfiniiungsgemäße Flüssigkristallzelie hat ausgezeichnete chemische, mechanische und elektrische '<> Eigenschaften und insbesondere eine geringe Feuchtigkeitsdurchlässigkeit. Daher ist die Flüssigkristallzelie äußerst zuverlässig. Die Dichtmasse hat eine ausgezeichnete Verformbarkeit und Haftfähigkeit. Die hermetische Abdichtung von Flüssigkristallzellen '· > beliebiger Gestalt und Größe gelingt auf einfache Weise durch Hitzeabdichtung. Die Arbeitsweise ist einfach und praktisch.

Es ist bevorzugt, daß die Äthylen-Komponente in dem C₂F₄-C₂H₄-Copolymeren oder in dem C₂ClF₃- -¹» C₂H₄-Copolymeren 30-60 Mol-% beträgt. Wenn der Tetrafluoräthylen-Gehalt oder der Chlorfluoräthylen-Gehalt in dem Copolymeren zu gering ist, so sind die chemische Widerstandsfähigkeit und die thermische Stabilität nicht groß genug, während bei einem zu hohen Gehalt an Tetrafluoräthylen oder an Chlorfluoräthylen die Formbarkeit und die Haftfestigkeit herabgesetzt sind. Es ist insbesondere bevorzugt, ein Copolymeres mit 40—55 Mol-% der Äthylen-Komponente zu wählen. μ

Die volumetrische Strömungsgeschwindigkeit des Copolym?ren unterliegt in einigen Fällen im Hinblick auf die Formbarkeit einer Beschränkung. Gewöhnlich wird die volumeirische Strömungsgeschwindigkeit im Bereich von 30-300 mmVsec und insbesondere .on r> 40-160 mmVsec gewählt. Wenn die volumetrische Strömungsgeschwindigkeit außerhalb dieses Bereiches liegt, so sind die Formbarkeit, die Haftfestigkeit, die mechanische Festigkeit, die Dielektrizitätskonstante und die thermische Stabilität od dgl. herabgesetzt.

Das C₂F₄-C₂H₄-Copolymere beginnt bei einer Temperatur von etwa 260-300° C zu fließen und zersetzt sich bei einer Temperatur von etwa 340-360° C. Ein optimales C,F₄-C₂H₄-Copolymeres beginnt bei -n 270-290° C zu fließen und hat eine thermische Zersetzungstemperarur von 345-355° C.

Die Temperatur, welche für den Abdichtungsvorgang gewählt wird, liegt vorzugsweise im Bereich zwischen der Temperatur, bei welcher der Fließzustand ><> beginnt und der thermischen Zersetzungstemperatur und insbesondere im Bereich von 260-360° C und speziell im Bereich von 270-345° C. Das C₂CIF₃-C₂H₄-Copolymere, welches verwendet wird, hat eine Temperatur, bei welcher die Fließfähigkeit beginnt, « von etwa 240-270° C und eine thermische Zersetzungstemperatur von 310-340° C. Das optimale C₂CIF₃-C₂H₄-Copolymere für die vorliegende Erfindung hat eine Temperatur, bei welcher das Fließen beginnt, von etwa 250-265° C <n.d eine thermische t>o Zersetzungstemperatur von 320-335° C. Für den Abdichtungsvorgang wird gewöhnlich eine Temperatur im Bereich von 240-340° C und insbesondere von 250-320° C gewählt.

Das C₂F₄-C₂H₄-Copolymere oder das C₂CIf₃- t» CjHj-Copolymere können nach verschiedenen Polymerisationsverfahren hergestellt werden, wie ι. B. durch katalytische Emulsionspolymerisation, durch Suspensionspolymerisation, durch katalytische Lösungspolymerisation, durch eine Polymerisation, weiche durch Bestrahlung induziert wird usw. Das Verhältnis der Tetrafluoräthylenkomponente zur Äthylenkomponente oder das Verhältnis der Chlortrifluoräthylenkomponente zur Äthylenkomponente kann im obengenannten Bereich ausgewählt werden. Es ist möglich, eine geringe Menge eines anderen Comonomeren, wie z. B. Propylen, Isobutylen, Vinylfluorid, Hexafluorpropylen, Perfluorvinyläther oder ein Modifiziermittel bei der Polymerisation und insbesondere bei der Polymerisation von Tetrafluoräthylen und Äthylen zuzusetzen.

Die Platten der Flüssigkristallzelle können aus anorganischem Material, wie Glas, Keramik, Metall oder aus organischem Material, wie Kunststoffen bestehen. Die Frontplatte besteht gewöhnlich aus einem transparenten Material wie Glas und die rückwärtige Platte kann ebenfalls aus einem transparenten oder aus einem undurchsichtigen Material bestehen. Wenn ein Flüssigkristallmaterial mit einem Feldeffekt eingefüllt wird, so wird die Platte gewöhnlich mit einem elektrisch leitfähigen Film beschichtet und vorzugsweise mit einem transparenten elektrisch leitfähigen Film wie SnO₂ und/oder In₂O₃. Dies geschieht durch Vakuumabscheiduiig. Es ist möglich, die Platte mit einem undurchsichtigen elektrisch leitfähigen Film wie Aluminium zu beschichten. Der elektrisch leitfähige Film kann im Ganzen auf die Platte aufgetragen werden oder in einem geeigneten Muster, wie z. B. in Form von Zahlen oder in Form einer A'-y-Matrix zur Anzeige von Buchstaben, Figuren und Bildern od. dgl. Die erfindungsgemäße Flüssigkristallzelle kann alle herkömmlichen Platten umfassen.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Flüssigkristalle wird das C₂F₄-C₂H₄-Copolymere oder das C₂C1F₃-C₂H₄-Copolymere an einer geeigneten Abdichtstelle, wie z. B. den peripheren Bereichen der Platte, in geeigneter Dicke und Gestall aufgetragen, und die andere Platte wird darauf gelegt und das Ganze wird auf 240-360° C erhitzt und unter Druck abgedichtet, so daß eine abgedichtete Flüssigkristallzelie erhalten wird. Wenn die Platten in der Hitze unter Verwendung eines copolymere!! Films mit 50 μ abgedichtet werden, so erhält man eine Zelle mit einem Zwischenraum im Bereich von 15-20 μ. Um den Abstand der Platten der Flüssigkristallzelle gleichförmig und in vorbestimmter Weise auszubilden, werden gewöhnlich Abstandsmaterialien dem C₂F₄-C₂H₄-Copolymeren oder dem C₂C1F₃-C₂H₄-Copolymeren einverleibt. Die Dicke der Zelle kann leicht durch das Copolymere, welches die Abstandselemente enthält, festgelegt werden, wenn die Abstandselemente einen vorbestimmten Durchmesser oder eine vorbestimmte Dicke aufweisen. Da das Copolymere und die Abstandselemente einstückig ausgebildet sind, kommt die Flüssigkristallzelle mit dem Abstandselement nicht in Berührung, so daß das Flüssigkristallmaterial nicht beeinträchtigt wird. Die Verarbeitbarkeit der Dichtmasse ist gut und erlaubt eine Massenproduktion der erfindungsgemäßen Flüssigkristallzelie. Für die Einverleibung in das Copolymere eignen sich Abstandclemente in körniger Form, wie z. B. Glaskugeln aus Natron-Kalk-Silikat-Glas oder Keramikkugeln aus Aluminiumoxyd, Metallkugeln, Plastikkugeln, Glasfasern, Metallfasern, Borsten oder andere faserige Elemente sowie feine Kcramikbruchstückc od. dgl.

Vom Standpunkt der Verarbeitbarkeit sind körnige Abstandselemente bevorzugt und insbesondere Glaskügelchen oder Keramikkügelchen mit einem Durchmesser von 5-50 μ.

Wenn der Copolymer-Film im peripheren Bereich "> der Platte angeordnet wird, so werden die auf derjenigen Diagonale liegenden Ecken, and er keine Einlaßöffnungen vorgesehen sind, relativ breit mit dem Copolymer-Film bedeckt oder an diesen Stellen wird ein kleines Stück des Copolymer-Films in die Ecke ge- ι» setzt; nach dem Abdichten in der Hitze wird die Kontur der Ecke teilkreisförmig. Somit ist es möglich, zu verhindern, daß in der Ecke Bläschen verbleiben, wenn das Flüssigkristallmaterial in die Zelle eingefüllt wird. Solche Bläschen würden die Lebensdauer der kristallinen Flüssigkeit herabsetzen. Der Verbleib derartiger Bläschen wird vermieden, so daß eine weitgehend ideale Flüssigkristallzelle geschaffen wird.

Die Zeichnung zeigt schematisch verschiedene Ansichten einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkristallzelle.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht einer Frontplatte (1) mit einem Film (4) aus dem C₂F₄-C₂H₄-Copolymeren oder dem C₂C1F₃-C₂H₄-Copolymeren in den peripheren Bereichen;

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht einer Flüssigkristallzelle, welche dadurch hergestellt wurde, daß eine rückwärtige Platte (7) auf die mit dem Film (4) versehene Frontplatte (1) gemäß Fig. 1 aufgelegt und mit einer Klemme oder Zwinge aufgepreßt wurde, wobei so 20 min auf 330° C erhitzt wurde;

Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 2.

Bei dieser Ausführungsform bestehen die Frontplatte (1) und die rückwärtige Platte (7) aus Glas. Sie sind mit einem elektrisch leitfähigen Film (3) bedeckt, und das Flüssigkristallmaterial (6) wurde durch einen Einlaß (5) in der rückwärtigen Platte (7) eingefüllt. Wenn der Film (4) aus CJ^-CjH^Copolymerem oder aus C₂C1F₃-C₂H₄-Copolymerem in den peripheren Bereichen der Frontplatte angeordnet wird, so legt man in die Ecken einer Diagonale kleine Filmstückchen (8). Bei dem Abdichten in der Hitze nehmen diese Ecken eine teilkreisförmige Kontur an. Es ist so möglich, das Flüssigkristallmaterial einzufüllen, ohne daß Bläschen in den Ecken verbleiben.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Beispiel 1

Ein Film aus einem Tetrafluoräthylcn-Äthylen-Copolymerem (C₂F₄:C₂H₄ = 53:47; volumetrische Fließgeschwindigkeit = 80 mmVsec bei 300° C) mit 50 μ Dicke wird im peripheren Bereich einer Frontplatte angeordnet und eine rückwärtige Platte darauf gelegt, und die beiden werden mit einer Klemme unter einem Druck von 1-2 kg/cm² zusammengepreßt und während 20 min auf 330° C erhitzt, wobei eine Zelle erhalten wird, weiche im peripheren Bereich abgedichtet ist. Die Dicke der Zelle beträgt 15-20 μ.

Beispiel 2

Ein Film aus Chlortrifluoräthylen-Äthylen-Copolymerem (C₂ClF₃: C₂H₄ = 51:49; volumetrische Fließgeschwindigkeit = 75 mmVsec bei 280" C) mit einer Dicke von 50 μ wird im peripheren Bereich einer Frontplatte angeordnet, und eine rückwärtige Platte wird darauf gelegt und die beiden werden mit einer Klemme unter einem Druck von 1-2 kg/cm² zusammengedrückt und während 15 min auf 280° C erhitzt. Man erhält eine im peripheren Bereich abgedichtete Zelle. Die Dicke der Zelle beträgt 15-20 μ.

Beispiel 3

2 kg Tetrafluoräthylen-Äthylen-Copolymeres gemäß Beispiel 1 werden mit 1 g Glaskügelchen von einem Durchmesser von 15-10 μ vermischt und die Mischung wird in Form einer Faser mit einem Durchmesser von 200 μ extrudiert. Das faserige Material wird im peripheren Bereich einer Frontplatte angeordnet, und die rückwärtige Platte wird darauf gelegt und das Ganze wird in der Hitze abgedichtet. Man erhält eine Zelle mit einer Dicke von 16 μ ± 1 μ.

Beispiel 4

Eine kristalline Flüssigkeit (p-Methoxy-benzyliden-p-n-butylanilin und p-Äthoxy-benzyliden-p-nbutylanilin = 1:1) wird in eine Zelle eingefüllt, welche am Rand gemäß Beispiel 1 oder gemäß Beispiel 2 abgedichtet ist.

Eine Gleichspannung von 30 Volt wird ständig an die Zelle angelegt, um die Lebensdauer festzustellen. Nach 5000 Stunden ist der Betrieb immer noch normal. Zum Vergleich wird ein Nylonfilm als Dichtmaterial verwendet und die gleiche kristalline Flüssigkeit wird eingefüllt. Man legt eine Gleichspannung von 30 Volt ständig an die Flüssigkristallzelle an, um die Lebensdauer zu bestimmen. Nach 600 Stunden erscheinen Bläschen in der Zelle.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssigkristallzelle mit einer kristallinen Flüssigkeit in einer durch zwei im Abstand voneinander angeordneten Platten gebildeten und am Rand mit Hilfe von Fluoräthylen- und Äthylen-Polymeren abgedichteten Zelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle mit einem Copolymeren von Tetrafluoräthylen und Äthylen oder von Chlortrifluoräthylen und Äthylen abgedichtet ist, und daß in diesem Copolymeren die Äthylenkomponente in einem Mengenverhältnis von 30 bis 60 Mol-% vorliegt.

2. Füissigkristallzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymere eine volumetrische Fließgeschwindigkeit von 30 bis 300 mmVs aufweist.

3. Flüssigkristallzelle nach einem der Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Abstandselement in dem Copolymeren.

4. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Abstandselemente in Form von Glaskügelchen, Keramikkügelchen, Metallkügelchen oder Kunststoffkügelchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 5 bis 50 μ vorgesehen sind.