-
Glasschichtstrukturen und Verfahren zu deren Herstellung Die vorliegende
Erfindung betrifft das Verbinden von Oberflächen und insbesondere das Verbinden
von Oberflächen von Glasteilen mit vorgeformten dazwischenliegenden Schichten thermoplastischen
Materials.
-
Die Herstellung von Fltissigkeitskristall-Bildgeräten (im englischen
liquid crystal display devices n genannt) erfordert z. B.
-
die Bildung einer Verbindung entlang dem Umfang zweier Glassubstrate.
Die bisher bekannten Verfahren zur Herstellung dieser Verbindung umfassen das Imprägnieren
eines dünnen Papiers mit einer geeigneten Epoxyverbindung und das Einklemmen des
feuchten Papiers
zwischen den Glasplatten. Die Epoxyverbindung wird
dann durch Erhitzen vernetzt und die Verbindung ist hergestellt. Das dünne Papier
wird als Abstandshalter zwischen den Glasplatten verwendet, um einen gleichmäßigen
Spalt zwischen den Platten zu erzeugen, und der Spalt wird dann mit dem Flüssigkeitskristall-Material
gefüllt. Unglücklicherweise ist die Handhabung großer Papierabdichtungen, die mit
einer Epoxyverbindung benetzt wurden, sehr problematisch. Auch imprägniert nur eine
kleine Menge der Epoxyverbindung das Papier und führt so nur zu einer mittelmäßigen
Adhäsion. Ist nicht die gesamte Epoxyverbindung vernetzt, wird außerdem das Flüssigkeitskristall-Material
verunreinigt.
-
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verbindungen
zwischen zwei Glasoberflächen mit vorgeformten Zwischenschichten aus einem thermoplastischen
Material herzustellen.
-
Gemäß einer weiteren Aufgabe der vorliegenden Erfindung sollen diese
Verbindungen und die Verfahren zu deren Herstellung für die Fabrikation von Flüssigkeitskristall-Bildgeräten
brauchbar sein Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Zwischenschicht aus einem
hitzehärtbaren thermoplastischen Material verwendet, welches die Oberflächen der
miteinander zu verbindenden Glasteile benetzt und nach dem Abkühlen eine gute Verbindung
zwischen diesen bildet. Sollen die Glasplatten anschließend in einem Flüssigkeitskristall-Bildgerät
verwendet werden, dann sollten die verwendeten thermoplastischen Materialien vorzugsweise
im wesentlichen in dem Flüssigkeitskristall-Material unlöslich sein, um dessen Verunreinigung
zu vermeiden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, daß zahlreiche
thermoplastische Materialien für diesen Zweck verwendet werden können, und daß Verbindungen
nach der vorliegenden Erfindung hergestellt
werden können, die ausgezeichnete
dielektrische und Adhäsionseigenschaften aufweisen. Durch die Verwendung der thermoplastischen
Materialien kann die Verbindung zwischen den Glasteilen, wenn es gewünscht ist,
durch bloßes Wiedererhitzen der Schichtstruktur über den Schmelzpunkt des thermoplastischen
Materials getrennt werden.
-
Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung brauchbaren thermoplastischen
Materialien schließen Polycarbonate, Polyester aromatischer Dicarbonsäuren mit Glycolen
oder zweiwertigen Phenolen, Polyurethane und Acrylverbindungen ein. So wird z. B.
-
aus den thermoplastischen Materialien gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine Dichtung oder eine andere geeignete Struktur für
die Schichtbildung hergestelllt und diese dann zwischen den Glasteilen oder -platten
angeordnet und das Ganze einem Druck und einer erhöhten Temperatur ausgesetzt, die
das thermoplastische Material viskos macht, so daß dieses die benachbarten Oberflächen
der Glasplatten benetzt und nach dem Abkühlen unter Herstellung einer festen Verbindung
zwischen den Glasplatten eine Schichtstruktur bildet.
-
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher erläutert. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Paar Glasplatten,
die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung miteinander verbunden
sind, und Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Paar Glasplatten, die gemäß einer anderen
Aus führungs form der vorliegenden Erfindung miteinander verbunden sind.
-
Fig.lgibt einen Querschnitt einer Schichtstruktur 10 wieder, die für
die Herstellung von Flüssigkeitskristall-Bildgeräten
brauchbar ist.
Die Struktur 10 umfaßt ein Paar Glasplatten 11 und 12 mit leitenden Schichten 13
auf den benachbarten Oberflächen. Die leitenden Schichten 13 können z. B. solche
Materialien wie Zinnoxyd, Aluminium oder Chrom einschließen. Wo im wesentlichen
transparente leitende Schichten gewünscht werden, ist Zinnoxyd bevorzugt. Die Schichtstruktur
10 weist auch eine periphere Abdichtung 14 auf, die gemäß der vorliegenden Erfindung
ein thermoplastisches Material umfaßt, das entweder an den leitenden Schichten haftet,
wo solche verwendet werden, oder an den Glasplatten, wenn nur Glasplatten angewendet
werden.
-
Es wurde in der Erfindung erkannt, daß bestimmte thermoplastische
Materialien beim Erhitzen auf Temperaturen in der Nähe ihrer Schmelzpunkte ausreichend
viskos werden, um sich der Kontur der Glasplatten anzupassen und weiter die Oberflächen
entweder der Glasplatten oder vorhandener leitender Schichten zu benetzen und nach
dem Abkühlen eine feste Verbindung zwischen den Glasplatten zu bilden.
-
Thermoplastische Materialien, die brauchbare Verbindungen nach der
vorliegenden Erfindung bilden, schließen Polyester von Dicarbonsäuren mit Glycolen
oder zweiwertigen Phenolen, Polycarbonate, Polyurethane und Acrylverbindungen ein.
Beispiele von Polyestern aromatischer Dicarbonsäuren mit Glycolen sind Poly(äthylenterephthalat),
das unter der Bezeichnung Mylar"A" als Produkt der E.I. duPont de Nemours und Company
und als Vitel PE-2OO/Produkt der Goodyear Tire and Rubber Company bekannt ist, sowie
Poly(butylenterephthalat), das unter der Bezeichnung Valox als Produkt der General
Electric Company bekannt ist. Beispiele brauchbarer Polyester aromatischer Dicarbonsäuren
mit zweiwertigen Phenolen sind in den US-Patentschriften 3 036 990, 3 036 991, 3
036 992 und 3 160 602 bis 3 160 605 beschrieben.
-
Ein Beispiel eines brauchbaren Polycarbonats ist 4,4'-Isopropylidendiphenol,
das unter der Eezeichnung Lexan als Produkt der General Electric Company bekannt
ist. Andere brauchbare
Polycarbonate sind in der US-Patentschrift
3 030 335 beschrieben.
-
Ein Beispiel einer brauchbaren Acrylverbindung ist Poly(methylmethacrylat),
das unter der Bezeichnung Plexiglas A-100 als Produkt von Röhm und Haas bekannt
ist. Beispiele für brauchbare Polyurethane sind in dem Buch "Polyurethanes" von
B. A.
-
Dombrow, Reinhold Publishing Corporation, 1965, beschrieben.
-
Ein Verfahren zum Herstellen der Schichtstrukturen nach der vorliegenden
Erfindung schließt das Verteilen einer Anzahl von Pellets des gewünschten thermoplastischen
Materials auf einer teflonbeschichteten Presse ein, gefolgt vom Erhitzen der Presse
bis zum Erweichungspunkt des thermoplastischen Materials, während die Pellets gleichzeitig
einem Druck ausgesetzt sind, so daß eine gleichmäßig dünne Folie des thermoplastischen
Materials hergestellt wird. Die Dicke des thermoplastischen Materials, kann durch
die Einstellung der Presse von einem Bruchteil von etwa 0,025 mm bis zu einem Mehrfachen
dieses Wertes variiert werden. Nach dem Herstellen einer thermoplastischen Folie
der gewünschten Dicke von z. Bb einem Bruchteil von 0,025 mm bis zu etwa 1 mm (entsprechend
1/1000 - 1/25 Zoll) oder mehr wird die Folie in für die entsprechende Anwendung
geeignete Dichtungen geschnitten. Für die Herstellung von Plüssigkeitskristall-Bildzellen
ist es z. B. erwünscht, eine periphere Abdichtung für dieses Gerät zu haben. In
solchen Fällen wUrde die Einlage so zu schneiden sein, daß sie den äußeren Dimensionen
der Bildzelle entspricht und eine Breite aufweist, die der gewünschten Abdichtungsfläche
der Zelle angemessen ist.
-
Wird beispielsweise eine periphere Abdichtung zwischen zwei Glasplatten
gewünscht, die Jede in etwa 3 mm dick sind und wobei der Abstand zwischen den Zellen
etwa 0,013 mm <5/1000 Zoll) betragen soll, dann wird eine Dichtung aus einer
etwa 0,025 mm dicken thermoplastischen Folie mit den gleichen äußeren Dimensionen
der Glasplatten und einer inneren Dimension von etwa 6 mm (1/4 Zoll) weniger als
der äußeren Dimension hergestellt, wodurch
man eine Dichtung mit
einer Breite von etwa 3 mm erhält. Diese Dichtung wird dann zwischen den Glasplatten
angeordnet und ein geeigneter Druck von etwa 4,5 kg/cm2 (entsprechend 64 US-Pfund/
Zoll2) angewendet unter gleichzeitigem Erhitzen von Glasplatten und Dichtung bis
auf eine Temperatur, bei der das thermoplastische Material ausreichend viskos wird,
um die Glasplatten zu benetzen und bis zu einer Breite von etwa 6 mm zu fließen.
-
Dann läßt man die Glasplatten abkühlen, wobei sie miteinander verbunden
werden. Die Glasplatten befinden sich im Abstand von etwa 0,013 mm voneinander,
was der Dicke der Dichtung nach der Deformation durch Hitze und Drucken entspricht.
-
Figur 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der der
Abstand der Glasplatten genauer durch Verwenden von Abstandshaltern bekannter Dimensionen
zwischen den Glasplatten eingestellt wird. Figur 2 gibt die Glasplatten 15 und 16
mit einen thermoplastischen Material 17 dazwischen wieder. Im Bereich der thermoplastischen
Dichtung befindet sich außerdem ein Abstand halter 18, üer während des Erwärmens
starr bleibt. Ged Z te Abstandshalter sind z. B. Glasperlen, Glimmer und Metallscheiben
oder andere geeignete Materialien, die bei den Temperaturen, die notwendig sind
für eine Benetzung der Glasoberflächen durch das thermoplastische Material, ihre
strukturelle Integrität bewahren. Glasperlen sind für die Herstellung von Flüssigkeitskristall-Bildzellen
besonders brauchbar, da sie ihre strukturelle Integrität beibehalten, im wesentlichen
transparent, nicht leitend und leicht in verschiedenen Größen erhältlich sind. Die
Abstandshalter werden vorteilhafterweise so verwendet, daß man sie entlang der Oberfläche
der thermoplastischen Folie verteilt oder anordnet, bevor man Druck und Hitze anwendet.
Während des Erhitzens hindern die Abstandshalter 18 das thermoplastische Material1
bis zu einer Dicke zu zerfließen, die geringer ist als die des Abstandshalters.
Auf diese Weise werden durch die Verwendung solcher Abstandshalter gleichmäßigere
Abstände zwischen den Glasplatten erzielt.
-
Ein weiterer Vorteil der Verwendung thermoplastischer Materialien
zur Herstellung von Verbindung zwischen Glasplatten oder von Glasplatten mit einer
leitenden Oberfläche darauf ist die glichkeit, die Schichtstruktur durch bloßes
Erhitzen der Struktur auf den Schmelzpunkt des thermoplastischen Materials wieder
auseinandernehmen zu können. Diese Möglichkeit stellt eine wesentliche Verbesserung
gegenüber den bekannten Verfahren zum Verbinden von Glasplatten dar, bei denen Epoxyverbindungen
oder andere Klebstoffe verwendet wurden, die sich nach dem Aushärten nicht mehr
erweichen ließen oder die auch nicht in anderer Weise die Trennung der verbundenen
Glasplatten gestatteten.
-
Verschiedene thermosplatische Materialien, die zur Bildung der peripheren
Abdichtung für die Herstellung von Flüssigkeitskristall-Bildgeräten nach der vorliegenden
Erfindung verwendet wurden, erzeugen zwar brauchbare Verbindungen, reagieren Jedoch
unerwünschterweise mit dem Flüssigkeitskristall-Material und ändern auf diese Weise
dessen Eigenschaften. Für die Herstellung peripherer Verbindungen für Flüssigkeitskristall-Bildgeräte
ist es daher bevorzugt, ein thermoplastisches Material zu verwenden, das gegenüber
dem Flüssigkeitskristall-Material im wesentlichen inert ist. Beispiele thermoplastischer
Materialien, die für diesen Zweck verwendet werden können, sind Lexan, Mylar "A"
und Vitel PE-200. Der Fachmann wird aufgrund der obigen Angaben weitere inerte thermoplastische
Materialien finden können.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.
In diesen Beispielen sind alle angegebenen Teile Gewichtsteile, sofern nichts anderes
ausgeführt ist.
-
Beispiel 1 Auf einer Teflon-beschichteten Presse wurden etwa 10 g
Vitel PE-200 angeordnet und unter Druck von etwa 7 kg/cm2 (100 US-Pfund/Zoll auf
eine Temperatur von etwa 2000C erhitzt. Nach etwa 5 Minuten war ein etwa 0,025 mm
dicker Film aus dem genannten Poly (äthylenterephthalat) entstanden. Eine Dichtung
mit äußeren
DimensIonen von etwa 5 x 5 cm (2 x 2 Zoll) und einer
Breite von etwa 3 mm (1/8 Zoll) wurde aus dem Film herausgeschnitten.
-
Diese Dichtung ordnete man dann zwischen zwei Glasplatten an, die
Je eine Dicke von etwa 3 mm aufwiesen, und setzte das Ganze einem Druck von etwa
4,5 kg/cm aus. Die Platten mit dem Dicke tungsring dazwischen wurden dann etwa 15
Minuten in einem Ofen einer Temperatur von 200°C ausgesetzt. Danach nahm man die
Schichtstruktur aus dem Ofen heraus und ließ sie abkühlen. Die Glasplatten waren
im Abstand von etwa 0,013 mm voneinander durch den PE-200-Film fest miteinander
verbunden.
-
Beispiel 2 Etwa 10 g des RC-XUO-50-Polyurethans der Hooker Chemical
Corporation wurden auf einer Teflon-beschichteten Presse angeordnet und unter einem
Druck von etwa 7 kg/cm² auf eine Temperatur von etwa 125° C erhitzt. Nach etwa 5
Minuten hatte sich ein etwa 0,025 mm dicker Film des genannten Polyurethans gebildet.
Aus diesem Film wurde ein Dichtungsring mit äußeren Dimensionen von 5 x 5 cm und
einer Breite von etwa 3 mm herausgeschnitten. Den Dichtung ring ordnete man zwischen
zwei Glasplatten, die Je eine Dicke von etwa 3 mm aufwiesen, an und setzte das Ganze
unter Druck von etwa 2,8 kg/cm2 (40 US-Pfund/Zoll2). Die Platten mit dem Dichtungsring
dazwischen wurden dann für etwa 5 Minuten in einem Ofen bei einer Temperatur von
200 0C angeordnet. Danach nahm man die Schichtstruktur aus dem Ofen heraus und ließ
sie sich abkühlen. Die Glasplatten waren in einem Abstand von etwa 0,013 mm fest
durch den Polyurethanfilm miteinander verbunden.
-
Beispiel 3 Etwa 10 g Poly( butylenterephthalat), das unter der Bezeichnung
Valox als Produkt der General Electric Company bekannt ist, wurden auf einer Teflon-beschichteten
Presse angeordnet und unter unter einem Druck von etwa 7 kg/cm auf eine Temperatur
von
etwa 265°C erhitzt. Nach etwa 5 Minuten hatte sich ein etwa
0,025 mm dicker Film des Poly( autylenterephthalats) gebildet.
-
in Dichtungsring mit den äußeren Dimensionen von 5 x 5 cm und einer
Breite von etwa 3 mm wurde aus dem Film geschnitten Den Dichtungsring ordnete man
dann zwischen zwei Glasplatten an, die Je eine-Dicke von etwa 3 mm hatten und leitende
Schichten von Zinnoxyd aufwiesen. Die Platten wurden einem Druck von etwa 4,2 kg/cm2
( 60 US-Pfund/Zoll2) ausgesetzt und mit den Dichtungsring dazwischen 15 Minuten
in einem Ofen bei einer Temperatur von 2650c angeordnet. Dann nahm man die Schichtstruktur
aus dem Ofen heraus und ließ sie sich abkühlen. Die Glasplatten mit ihren leitenden
Beschichtungen waren im Abstand von etwa 0,013 mm fest durch den Valoxfilm miteinander
verbunden.
-
Beispiel 14 Etwa 10 G Poly(methylmethacrylat)-Perlen (unter der Bezeichnung
Plexiglas A-100 als Produkt von Röhm und Haas bekannt) wurden auf einer Teflon-beschichteten
Presse angeordnet und unter einem 2 175°C erhitzt. Nach eta 0 Druck von 7 kg/cm
auf etwa 175 erhitzt. Nach etwa 5 Minuten hatte sich aus dem Plexiglas ein etwa
0,025 mm dicker Film gebildet. Aus diesem Fim wurde ein Dichtungsring mit den äußeren
Dimensionen von etwa 12>5 x 12,5 cm (5 x 5 Zoll) und einer Breite von etwa 3
mm geschnitten. Diesen Dichtungsring ordnete man zwischen zwei Glasplatten an, die
Je eine Dicke von etwa 3 mm aufwiesen und setzte das Ganze einem Druck von etwa
4,2 kg/ct.2 des Dichtungsringes aus. Die Platten mit dem Dichtungsring wurden dann
etwa 5 Minuten in einem Ofen bei einer Temperatur von etwa 2000C angeordnet. Danach
nahm man die Schichtstruktur aus dem Ofen heraus und ließ sie sich abkühlen. Die
Glasplatten waren in einem Abstand von etwa 0,013 mm fest durch den Plexiglas film
miteinander verbunden.
-
Beispiel 5 Ein Dichtungsring mit den äußeren Dimensionen von etwa
5 x 5 cm
und einer Breite von etwa 3 mm wurde aus einem etwa 0,05
mm (2/1000 Zoll) dicken Film von ylar "A" geschnitten. Diesen Dichtungsring ordnete
man dann zwischen zwei Glasplatten tin, die jede eine Dicke von etwa 3 mm hatten,
und setzte das Ganze einem Druck von etwa 4,5 kg/cm2 (entsprechend 65 US-fund/Zoll2)
des Dichtungsringes aus. Die Platten mit dem Dichtungsring dazwischen wurden dann
für etwa 15 Minuten in einem Ofen bei einer Temperatur von 20000 angeordnet. Dann
nahm man die Schichtstruktur aus dem Ofen heraus und ließ sie sich abkühlen. Die
in einem Abstand von etwa 0,025 mm voneinander gehaltenen Platten waren durch den
Mylar "At ilm fest miteinander verbunden.
-
Beispiel 6 Eine Dichtung r.t den äußeren Dimensionen von etwa 17,5
x 17>5 c (7 x 7 Zoll) und einer Breite von etwa 3 mm wurde von einem etwa 0,025
mm dicken Film aus dem Polycarbonat Lexan geschnitten. Diese Dichtung ordnete man
zwischen zwei Glasplatten an, die Je eine Dicke von etwa 3 mm hatten und leitende
Beschichtungen aus Zinnoxyd trugen. Glasperlen mit Durchmessern von etwa 0,013 mm
wurden im Abstand von etwa 2,5 cm entlang der Dichtung angeordnet. Auf die Platten
wurde ein Druck von etwa 5 kg/cm2 (entsprechend 70 US-Pfund/Zoll2) ausgeübt. Die
Platten mit der Dichtung und den Perlen darauf wurden dann etwa 15 Minuten bei einer
Temperatur von 20000 in einem Ofen angeordnet. Danach nahm man die Schichtstruktur
aus dem Ofen heraus und ließ sie sich abkühlen. Die in einem Abstand von etwa 0,013
mm gehaltenden Platten waren durch den Polycarbonatfilm fest miteinander verbunden.
-
Obwohl die obigen Beispiele zahlreiche Variationen der Erfindung wiedergeben,
ist es klar, daß noch andere modifikationen möglich sind. So können z. B. auch andere
thermoplastische Materialien verwendet werden und es sind noch andere Konfigurationen
für die Verbundstrukturen möglich. Auch kann die Dicke
der in der
vorliegenden Erfindung brauchbaren thermoplastischen Matterialien von einem Bruchteil
der Dicke von 0,025 mm bis zum mehreren Zehnfachen dieses Wertes von 0,025 mm variieren.
Auch kann der während des Erhitzens auf die Schichtstruktur ausgeute Druck von etwa
2,8 bis etwa 7 kg/cm2 (entsprechend etwa 40 -100 US-Pfund/Zoll2) variieren, und
zwar im allgemeinen umgekehrt zur Temperatur des Ofens.