DE2332208A1

DE2332208A1 - Fluessigkristallzelle

Info

Publication number: DE2332208A1
Application number: DE19732332208
Authority: DE
Inventors: Herman Abraham Stern
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1972-07-10
Filing date: 1973-06-25
Publication date: 1974-01-31
Also published as: JPS4953856A; AU466463B2; JPS53307B2; AU5756273A; GB1388243A; FR2192322B1; NL7309553A; DE2332208B2; HK14780A; IT990813B; CH566565A5; CA997847A; FR2192322A1

Description

7567-73;H/schä
RCA 65959

ü.S.Ser.No. 27ο,245
Filing Date: July 1o,1972

RCA Corporation, 3o Rockefeller Plaza, New York, N.Y. 1oo2o,V.St.A.

Flüssigkristallzelle

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallzelle mit zwei j einander im Abstand gegenüberliegenden Substaten, zwischen denen j sich ein Flüssigkristallmaterial befindet, mit einer ersten und einer zweiten elektrisch leitenden Schicht, die im Abstand ! voneinander auf der Innenfläche des ersten Substrates angeordnet sind, und mit einer auf der Innenfläche des zweiten Substrates J befindlichen dritten elektrisch leitenden Schicht, die sich mit \ der ersten Schicht überlappt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristallzelle. Insbesondere befasst sich die Erfindung mit der Anbringung elektrischer Anschlüsse an die Elektroden einer Flüssigkristallzelle der genannten Art.

Es ist eine Flüssigkristallzelle bekannt, die zwei einander im Abstand gegenüberliegende Substrate enthält, zwischen denen sich eine Flüssigkristallschicht befindet. Jedes Substrat hat auf seiner Innenfläche eine Elektrode. Durch Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden wird die Zelle eingeschaltet.

Zur Anbringung elektrischer Anschlüsse an jede Elektrode sind auf den Innenflächen der Substrate metallisierte Bahnen vorgesehen, die sich zwischen der betreffenden Elektrode und Randteilen des Substrates erstrecken, wo die Anschlüsse gebildet werden.

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Damit die Innenflächen der Substrate an deren Rändern zugänglich sind, ist es üblich, einen Randteil jedes Substrates über den entsprechenden Rand des anderen Substrates überstehen zu lassen. Wenn die Zelle beispielsweise ein oberes und ein unteres Substrat enthält, reicht das untere Substrat an der einen Seite der Zelle über den Rand des oberen Substrates hinaus, wodurch ein Teil der Innenfläche des unteren Substrates frei liegt, während an einer : anderen Seite der Zelle ein Randteil des oberen Substrates über den Rand des unteren Substrates reicht und dadurch einen ; Teil der Innenfläche des oberen Substrates entblößt. An den metallisierten Bahnen, die an den frei liegenden Teilen des Substrates auf den beiden Seiten der Zelle enden, können somit die gewünschten Anschlüsse angebracht werden.

Damit die Montage und die Fassung der Zelle erleichtert werden,- ist es jedoch in manchen Fällen zu bevorzugen, dass alle Anschlüsse nur auf einer einzigen Seite der Zelle und nur an einem der Substrate hergestellt werden. Zu diesem Zweck muß notwendigerweise zwischen dem Teil des einen Substrates, an welchem die Anschlussverbindungen angebracht werden und der Elektrode auf dem anderen Substrat eine elektrische Verbindung geschaffen werden.

Erfindungsgemäss wird also bei einer Flüssigkristallzelle der eingangs genannten Art der Raunt zwischen den beiden Substraten von einem elektrisch leitenden Verbindungsglied überbrückt, welches fest mit der zweiten Schicht und mit der ersten Schicht verbunden ist und diese beiden Schichten elektrisch miteinander verbindet.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargeste lit. Es zeigen:

Figur 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäss ausgebildete und hergestellte Flüssigkristallzelle;

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-3-
-Figur 2 einen Schnitt durch Fig. 1 längs der Ebene 2-2;

Figur 3 eine Draufsicht auf ein Substrat der in Fig. 1 und 2 dargestellten Zelle bei einer bestimmten Verfahrensstufe während der Herstellung der Zelle; und

Figur 4 einen Schnitt durch Fig. 3 längs der Ebene 4-4. j

Die in Figur 1 und 2 dargestellte Flüssigkristallzelle 1o enthält j zwei einander paarweise gegenüberliegende Substrate 12 und 14 aus einem Isoliermaterial, bei dem es sich gewöhnlich um Glas handelt. Der Abstand zwischen ihnen wird durch eine Anzahl kleiner Zwischenstücke 16 eingehalten, die aus einem vorzugsweise anorganischen Material wie Glimmer bestehen und geringfügig innerhalb ; von den Rändern des Substrates 12 angeordnet sind. Zwischen den Substraten 12 und 14 befindet sich eine Schicht aus Flüssigkristallmaterial 18 einer der verschiedenen bekannten Arten. Der Abstand ι

zwischen den Substraten beträgt im allgemeinen grössenordnungs- '■

massig 13/u. Eine verschmolzene Glasverbindung 19, die sich zwi- .

sehen den Substraten längs des Randes des Substrates 12 befindet, ■ schafft eine hermetische Dichtung.

Wie dargestellt ist, reicht ein Rand 2o des Substrates 14 über den Rand 22 des Substrates 12 hinaus, so dass ein Flächenteil 24 der Fläche 26 des Substrates 14 frei liegt.

j Auf den inneren Flächen 28 und 26 jedes Substrates 12 bzw. 14 -\ befindet sich eine rechteckige leitende Schicht oder Elektrode.3o bzw. 32. Die Elektrode 32 ist etwas grosser und überlappt die Llektrode 3o, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Die Elektroden können aus verschiedenen, bei solchen Zellen üblichen Materialien wie Aluminium, Zinnoxid, Indiumoxid oder dergleichen bestehen. Auf der inneren Fläche 26 des Substrates 14 befinden sich leitende Bahnen 34 und 36. Die Bahn 34 erstreckt sich zwischen der Elektrode 32 und einer leitenden Kontaktfläche 38 auf dem frei-

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liegenden Flächenteil 24, während die Bahn 36 von einer leiten- : den Kontaktfläche 4o auf dem entblößten Flächenteil 24 bis

ί zu einem inneren Bahnende 42 recht, das einen Abstand von der ! Elektrode 32 hat. Auch auf der inneren Fläche 28 des Substrates

■ 12 befindet sich eine metallisierte Bahn 44, die an ihrem rechten

j Ende an die auf dem Substrat befindliche Elektrode 3o angeschlos-j

sen ist. Das linke Ende der Bahn 44 endet kurz vor dem Rand 22 i

■ des Substrates 12, überlappt jedoch das rechte Ende der metalli- j ι sierten Bahn 36 auf dem Substrat 14.

Die Bahnen 34 und 36 verlaufen unterhalb der Glasverbindung 19. Vorzugsweise bestehen die Bahnen 34 und 36 aus dem gleichen

! Material wie die Elektrode 32. Vorzugweise haben sie eine so ge- ; ringe Dicke/ gleich derjenigen der Elektrode 32), nämlich in der \ Grössenordnung von o,3/u , dass keine Probleme bei der hermetischen Abdichtung der Zelle auftreten, wie noch erläutert werden v/ird. [ Damit eine Zwischenverbindung zwischen den beiden metallischen Bahnen 36 und 44 geschaffen wird, befindet sich eine Masse aus leitendem Material in Form eines allgemein konischen Höckers i 5o zwischen den beiden Substraten 12 und 14 in Berührung mit den beiden Bahnen 36 und 44. Der Hocker 5o besteht aus einem Material wie z.B. Glas, das mit jeder der metallischen Bahnen 36 und 44 fest verbunden ist, und enthält eine ausreichende Menge metallischer Partikel, beispielsweise Silber, die den Hocker elektrisch leitend machen. Da das Flüssigkristallmaterial zwischen den Substraten 12 und 14 bekanntlich gewöhnlich eine hohe elektrische Impedanz hat, ist die Leitfähigkeit des Höckers 5o nicht kritisch und kann relativ hoch sein. Bei «iner speziellen Ausfuhrungsform beträgt beispielsweise der Widerstand des Flüssigkristallmaterials in dessen aktiven oder lichtstreuenden Zu-

stand ungefähr 5 χ Io Ohm, während der Widerstand des Höckers hierbei in der Grössenordnung von 5 χ Io Ohm liegt.

Beim Betrieb der Vorrichtung v/ird zwischen den beiden Kontaktflächen 38 und 4o mittels einer (nicht dargestellten) geeigneten

3 Π 9 8 ß 5 / O 9 L f,

Fassung eine Spannung angelegt, Die somit zwischen den beiden

Elektroden 3o und 32 herrschende Spannung beeinflußt in bekannter Weise das Lichtdurchlaßverhalten des Flüssigkristallmaterials 18 zwischen den Elektroden.

Die Zelle 1o wird in folgender Weise hergestellt. Ausgehend
von den beiden Substraten 12 und 14, die vorzugsweise aus
Glas oder einem anderen geeigneten Isoliermaterial bestehen,
werden deren innere Flächen 26 und 28 in einer bekannten Weise
mit einem Material wie z.B. Indiumoxid, Zinnoxid, Aluminium,
Chrom oder dergleichen beschichtet, woraus danach die Elektroden i 3o und 32 und die metallischen Bahnen 34, 36 und 44 gebildet werden, was durch bekannte photolitographische Methoden geschieht.
In ebenfalls an sich bekannter Weise, etwa durch ein Siebdruckverfahren, wird auf der inneren Fläche 26 des Substrates 14
längs dreier Ränder dieses Substrates und innerhalb vom Rand 2o ί ein Randwulst 6o (siehe Fig. 3 und 4) aus einer Glasmasse be- j

kannter Art angebracht, d.h. aus einer Suspension von Glas- |

partikeln in einem flüssigen Träger aus einem organischen ;

Lösungsmittel und einem organischen Binder. Wegen der gewähl- '

ten geringen Dicke der metallischen Bahnen 34 und 36 ist nicht ί damit zu rechnen, dass zwischen dem Randwulst 6o und dem Substrat 14 an den Stellen, wo er die Bahnen 34 und 36 kreuzt, Zwischenräume oder Lücken offen bleiben.

Anschliessend wird das Substrat 14 bei einer Temperatur von ι

etwa 48o°C erhitzt, damit der Randwulst 6o an die innere Fläche j

26 des Substrates 14 und an die Oberfläche der Bahnen 34 und ^! 36 angeschmolzen und dadurch fest mit ihnen verbunden wird.

Ein Punkt oder Fleck 62 (Fig. 3 und 4) aus leitfähiger Farbe : (Leittinte) wird nun auf dem Substrat 14 direkt auf die _: Oberseite der Bahn 36 angrenzend an deren inneres Ende 42 aufge-j bracht. Die Zusammensetzung des Fleckes 62 ist nicht kritisch, ; doch ist ein Material zu bevorzugen, welches am Substrat 14
befestigt werden kann, damit eine Verschiebung während nach-

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folgender Verfahrensschritte vermieden wird. Eine bevorzugte Farbe für den Fleck enthält eine Suspension aus Lötglas (d.h. einem bei niedriger Temperatur schmelzenden Glas wie z.B. Bleiglas) in einem geeignete Binde- und Lösungsmittel enthaltenden flüssigen Träger sowie metallische Partikel, die den Fleck J bis zu einem gewünschten Maß elektrisch leitfähig machen.

Leitende Farben dieser Art sind allgemein bekannt und handels- ! üblich.

! Gemäss einem bevorzugten Beispiel kann die leitende Farbe : fein gemahlene Partikel aus Bleiglas enthalten, die so fein sind, dass sie durch ein Sieb mit einer Mascheinweite von 25oMesh ; passieren; ferner flockenartige Silberpartikel; einen organischen \ Binder wie Polyrnethylmethacrylat ("lucite" oder "Plexiglas") , Nitrocellulose, Methylcellulose; sowie ein Lösungsmittel wie Amylacetat, Toluol , Butylcarbotol oder Methylethylketon, wobei in dem jeweils verwendeten speziellen Lösungsmittel der verwendete Binder lösbar sein soll. Die Silberflocken haben eine Grosse von weniger als 1 ^u und bilden 7o Gewichtsprozent, der festen Bestandteile der Farbe, also des Silber- und Glasanteils. Es können auch andere leitende Partikel wie Gold oder aus einem anderen Edelmetall verwendet werden. V7elche Mengen an Lösungs- und Bindemitteln benutzt werden, hängt von der gewünschten Viskosität der Farbe ab, die ihrer seits von der zum Auftragen der Farbe benutzten Einrichtung abhängig ist. Zum Auftragen der Farbe können sich Druckverfahren, eine Schreibspitze oder Feder oder auch ein Siebdruckverfahren eignen. Einrichtungen zum Herstellen und Auftragen solcher Farben sind bekannt.

Anschliessend wird der Fleck 62 aus der leitenden Farbe bei einer relativ niedrigen Temperatur von grössenordnungsmässig 15o°C getrocknet, damit der größte Teil des Lösungsmittels entfernt wird, ohne dass das Bindemittel wegbrennt oder der Glasbestandteil des Fleckes schmilzt. Dank der Anwesenheit des Bindemittels bleibt der Fleck ziemlich sicher am Substrat haften und kann während dessen anschliessende Handhabung kaum

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herunterfallen.

Wie in Fig. 4 dargestellt ist, werden sodann die Zwischenstücke
16 aus Glimmer innerhalb des Randwulstes 6o auf das Substrat
14 gelegt. Darstellungsgemäss ist die Höhe der Zwischenstücke | 16 etwas kleiner als diejenige des Randwulstes 6o und des Flecket

62. Bei einer speziellen Ausführungsform haben die Zwischenstücke

i 16 beispielsweise eine Höhe von 13 ₍u, während die Höhe sowohl

des Randwulstes 6o als auch des Fleckes 62 etwa 38 fu beträgt.

Nun werden die beiden Substrate 12 und 14 einander Vorderseite
gegen Vorderseite so gegenübergelegt, dass die Elektroden 3o

und 32 in der richtigen Weise miteinander fluchten und der j Fleck 32 mit einem Endteil der metallischen Bahn 44 auf dem Sub-: strat 12 ausgerichtet wird. Die Ränder des Substrates 12 ■ berühren hierbei die obere Fläche des Randwulstes 6o. ι

Danach werden die-beiden Substrate 12 und 14 mit einer Klemm- | einrichtung oder durch Gewichte zusammengepreßt und die Zelle ; für eine zum Erweichen des Randwulstes 6o und des Fleckes 62 ' ausreichende Zeitdauer einer Temperatur von ungefähr 52o°C
ausgesetzt. Durch die Druckkraft werden die beiden Substrate
12 und 14 zueinander hin-gezwungen, bis durch Berührung des
Substrates 12 nit den Zwischenstücken 16 keine weitere
Bewegung mehr möglich i±. Durch die Bewegung der Substrate
12 und 14 aufeinander zu erfolgt eine seitliche Verbreiterung j des erweichten Randwulstes 6o und des erweichten Fleckes 62. ^! Vorzugsweise ist die Erweichung des Randwulstes 6o und des
Fleckes 62 nicht so gross, dass ihre Seitwärtsbewegung grosser
sein könnte, als notwendig ist, ihre Masse zwischen den beiden ! Substraten 12 und 14 und in Berührung hiermit zu halten. Um ein
Beispiel zu nennen: Im Falle eines Randwulstes 6o mit einer
Anfangsdicke von o,5 uun (in der Zeichnung ist der vertikale
Haßstab zur Verdeutlichung der Zeichnung stark übertrieben) beträgt seine Endaicke ungefähr 1 rom. Ähnlich kann der Fleck 6? :

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der bei seiner anfänglichen Aufbringung einen Durchmesser von etwa o,25 nun haben kann, bis zu einem Durchmesser von etwa o,5 nun verbreitert werden.

Nach Vollendung der Erhitzung und Abkühlung der Zelle bildet der gläserne Randwulst 60 eine hermetische Dichtung zwischen den Substraten 12 und 14, und der Fleck 62, der nun zum Hocker 5o gemäss Fig. 2 geworden ist, ist an die beiden metallischen Bahnen 36 und 44 angeschmolzen.

Um die Zelle zu vollenden, führt man in einer bekannten (nicht dargestellten) Weise das Flüssigkristä-lmaterial in den von den Substraten 12 und 14 und den Randwulst 60 gebildeten Raum ein. Ein geeignetes Verfahren zum Füllen von Flüssigkristallzellen ist beispielsweise in der US-PS 3 7o1 368 beschrieben.

Gemäss einem anderen Äusführungsbeispiel der Erfindung, das nicht dargestellt ist, wird praktisch die gesamte innere Fläche 28 des Substrates 12 mit einem leitenden Elektrodenmaterial beschichtet. Bei diesem /iusführungsbeispiel wird der Hocker 5o an dieser leitenden Schicht oder Elektrode befestigt, ohne dass eine gesonderte leitende Bahn wie die Bahn 44 auf dem Substrat 12 gemäss Fig. 2 notwendig ist.

8S /0:1 A f,

Claims

-9-Patentansprüche

Flüssigkristallzelle mit zwei einander im Abstand gegenüberliegenden Substraten, zwischen denen sich ein Flüssigkristallmaterial befindet, mit einer ersten und einer zweiten elektrisch leitenden Schicht, die im Abstand voneinander auf der Innenfläche des ersten Substrates angeordnet sind, und mit einer auf der Innenfläche des zweiten Substrates befindlichen dritten elektrisch leitenden Schicht, die sich mit der ersten Schicht überlappt, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum zwischen den beiden Substraten (12,14) von einem elektrisch leitenden Verbindungsglied (5o) überbrückt wird, welches fest mit der zweiten Schicht (36) und mit der dritten Schicht (3o) verbunden ist und diese beiden Schichten (3o,36) elektrisch miteinander verbindet.
2. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsglied (5o) aus Glas besteht, in das Metallpartikel gemischt sind.
3. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Rand (2o) des ersten Substrates (14) über den gegenüberliegend angeordneten Rand

(22) des zweiten Substrates (12) hinaus erstreckt und dadurch ein Teil (24) der inneren Fläche des ersten Substrates freiliegt, und dass die erste und die zweite leitende Schicht (32,36) bis auf den freiliegenden Oberflächenteil reichen.
4.Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristallzelle, wobei auf einer Fläche eines ersten Substrates im Abstand voneinander zwei elektrisch leitende Schichten und auf einer Fläche eines zweiten Substrates eine dritte leitende Schicht gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Teil (42) der zweiten Schicht (36) eine Masse (62) aus schmelzbarem, elektrisch leitende Partikel enthaltenden Material in Form eines Höckers aufgebracht wird, dass die beiden

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Substräte (14,12) einander derart gegenübergelegt werden, dass die erste Schicht (32) und die dritte Schicht (3o) einander mit gegenseitigem Abstand überlappen und der Hocker mit einem Teil (44) der dritten Schicht ausgerichtet wird, und dass der Hocker durch Verschmelzung mit der zweiten und mit der dritten Schicht fest verbunden wird und zwischen ihnen eine elektrische Verbindung herstellt.
5.Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hocker aus einer breiartigen Glasmasse gebildet wird, in welche die elektrisch leitenden Partikel gemischt worden sind.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die beiden Substrate, bevor sie einander gegenübergelegt werden, ein Abstandselement (16) gebracht wird, dessen Höhe kleiner als diejenige des Höckers (62) gewählt wird, und dass die Substrate während des Verschmelzungsschrittes aufeinander zu bewegt werden, bis das Abstandselement eine weitere Eusammenführungsbewegung verhindert.
7. Verfahren nach Anspruch6, dass auf eines der beiden Substrate, bevor sie einander gegenübergelegt werden, angrenzend an dessen Rand ein gläserner Randwulst (6o) aufgebracht wird, dessen Höhe grosser als diejenige des Abstandelementes (16) gewählt wird, und dass der Randwulst gleichzeitig mit der Anschmelzung des Höckers an die Schichten mit dem anderen Substrat verschmolzen wird.

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