DE2332972A1

DE2332972A1 - Fluessigkristallzelle

Info

Publication number: DE2332972A1
Application number: DE19732332972
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Bayer
Original assignee: Electrovac AG
Current assignee: Electrovac AG
Priority date: 1972-07-04
Filing date: 1973-06-28
Publication date: 1974-01-17
Also published as: IT986611B; FR2191135A1; GB1381428A; FR2191135B3

Description

Patentanwalts DipL-litg. Leinwebtf DipJ.-fc»g. Ziff.in^cm» DfrL-tag. ϊ. We._t,κ y

8 München 2, Rosental 7

Tel. 2603889 '

28. Juni 1973

BIlBCTROVAC Fabrikation elektrotechnischer Spezialartikel Gesellschaft m.b.H. in Wien

Flüssigkristallzelle

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkriatallzelle mit zwischen Platten aus anorganischem Werkstoff, insbesondere Glas, eingebetteter kristalliner Flüssigkeit, wobei die Platten an ihren Randzonen vorzugsweise mittels Glaslotes hermetisch miteinander verbunden sind und mindestens eine zwecks Einfüllung der kristallinen Flüssigkeit^ zunächst freibleibende, nach Fertigstellung hermetisch verschlossene Füllbzw. Entlüftungsöffnung vorgesehen ist. Sie bezieht sich · auch auf Flüssigkristallzellen, die aus einem Plattenstapel gebildet sind, wobei sich die kristalline Flüssigkeit jeweils in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Platten befindet.

Wenn derartige Flüssigkristallzellen einer Erwärmung unterworfen werden, so ist die kristalline Flüssigkeit bestrebt, sich auszudehnen, wodurch auf die Platten ein derart großer Druck ausgeübt werden kann, daß die Zelle durch Brechen der Platten zerstört oder zumindest undicht wird, was die Zelle unbrauchbar macht.

Durch die OE-PS Hr.296 406 ist es bekannt geworden,

309883/1U7

diese Gefahr dadurch, zu vermeiden, daß die Platten zur Begrenzung der Flüssigkeitsschicht mit Rillen versehen sind, die u.a. bewirken, daß der kristallinen Flüssigkeit bei Brwärmung Platz zur Ausdehnung zur Verfügung steht. Insbesondere bei Flüesigkristallzellen mit dünnen Platten ist deren Heratellung mit Schwierigkeiten verbunden. Außerdem verbleibt bei einer auf eine Erwärmung folgenden Abkühlung meist ein Teil der Flüssigkeit in den Rillen, wodurch die Dicke der wirksamen Fläche zwischen den Platten im Laufe der Zeit immer mehr verringert wird. Innerhalb der wirksamen Fläche können im Laufe der Zeit von Flüssigkeit freie Bläschen auftreten, die die Zelle allmählich unbrauchbar machen.

Um die dargelegten Nachteile zu vermeiden, besteht die Möglichkeit, den Innenraum der Zelle nicht zur Gänze mit kristalliner Flüssigkeit zu füllen, so daß der frei bleibende Raum hinreichend Platz für eine Vergrößerung des Volumens der Flüssigkeit bietet. Hier bilden sich aber ebenfalls völlig unkontrollierbar von Flüssigkeit freie Bläsehen, die die Flüssigkristallzelle praktisch unbrauchbar machen können.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die dargelegten Nachteile zu vermeiden.

Brfindungsgemäß ist zur Aufnahme von von Flüssigkeit freien Bläschen insbesondere an der Füll- bzw. Entlüftungsöffnung ein mit dem wirksamen Raum der Flüssigkristalleelle in Verbindung stehender, von diesem jedoch separierter Kompensationsraum vorgesehen.

Vorteilhafterweise weist der Kompensationsraum einen sich nach außen konisch verengenden Querschnitt auf.

Der erfindungsgemäß vorgesehene Kompensationsraum enthält nur teilweise kristalline Flüssigkeit, wohingegen der wirksame Raum der Zelle zur Gänze mit dieser Flüssigkeit gefüllt ist, so daß alleine im Kompensationsraum ein von Flüssigkeit freier Raum gebildet wird, der unveränderlich

309883/1U7

an dieser Stelle verbleibt, weil der Spiegel der Flüssigkeit innerhalb des Kompensationsraumes unter der Kapillarwirkung stets in diesen hinein gezogen wird und so in Abhängigkeit von Tempieraturschwankungen im Kompensationsraum spielt. Das unkontrollierte Auftreten von von Flüssigkeit freien Bläschen innerhalb der wirksamen Arbeitsfläche der Zelle wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme ebenso vermieden wie die Gefahr von Zerstörungen durch Erwärmung der Zelle.

Wird die Zelle nur mit einer Füllöffnung vorgesehen, so erfolgt das Einfüllen der Flüssigkeit unter Vakuum, wodurch eine völlig gleichmäßige Verteilung derselben erreicht werden kann. Soll das Einfüllen nicht unter Vakuum erfolgen, so wird zweckmäßig eine zweite, als Entlüftungsöffnung wirkende Öffnung vorgesehen, die bei rechteckigen oder quadratischen Zellen der Füllöffnung diagonal gegenüberliegt.

Obwohl der Kompensationsraum zweckmäßig an der Füll- und bzw. oder einer Entlüftungsöffnung angeordnet ist, kann er auch an einer anderen, die wirksame Fläche der Zelle nicht störenden Stelle angeordnet werden.

Vorteilhafterweise ist der Kompensationsraum durch eine das Innere der Flüssigkristallzelle mit außen verbindende Durchbrechung der die Randzonen hermetisch miteinander verbindenden Schicht, insbesondere aus Glaslot, gebildet.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der Zeichnung,-in der einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind.

Fig.1 zeigt eine erfindungsgemäße Flüssigkristallzelle im

Schnitt nach der Linie I-I der Fig.2, Fig.2 eine Ansicht nach der Linie II-II der Fig.1, Fig.3 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zwei Öffnungen, Fig.4 ein Ausführungsbeispiel mit einer an einer Schmalstirnseite angeordneten Öffnung, . ■ Fig..5 ein Ausführungsbeispiel mit einer an einer, Sicke ange- — ordneten Öffnung,

309883/1 U7

Fig.6 ein Ausführungsbeispiel, bei dem sich der Kompensationsraum an einer anderen Stelle als die Füllöffnung befindet. Die

Fig.7 "bis 9 zeigen weitere Ausführungsbeispiele mit sich nach außen verjüngendem Kompensationsraum.

In allen Ausführungsbeispielen sind die für den Betrieb der Flüssigkristallzellen erforderlichen Elektroden, die im allgemeinen als Dünnschichtelektroden ausgebildet werden, nicht dargestellt, da diese für die Erfindung nicht wesentlich sind.

Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, besteht die dargestellte Flüssigkristallzelle aus zwei Platten 1,2, die durch eine entlang der Ränder verlaufende Lotglasschicht 3, an deren Stelle auch eine Kunststoffschicht, keramische Schicht od.dgl. treten kann, in einem Abstand in

0 2
der Größenordnung von 10 bis 10 /Um voneinander distanziert sind. Diese Lotglasschicht 3 ist durch eine Füllöffnung 4 unterbrochen, durch die bei der Herstellung der Flüssigkristallzelle die kristalline Flüssigkeit 5 in den Raum zwischen der Grundplatte 1 und der Deckplatte 2 eingebracht werden kann. Die stirnseitigen Flächen der Platte 1, der Platte 2 und der Lotglasschicht 3 weisen die Füllöffnung 4 umgebend eine eingebrannte Metallisierung 6 auf, auf die nach Fertigstellung der Flüssigkristallzelle zum hermetischen Abschluß der Füllöffnung 4 ein Metallplättchen 7 aufgelötet ist. Der Verschluß der Füllöffnung 4 kann selbstverständlich auch auf andere bekannte Weise erfolgen.

Die Füllung der Flüssigkristallzelle mit der kristallinen Flüssigkeit 5 erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel unter einem Vakuum von beispielsweise 10 mm-Hg. Um zu vermeiden, daß im Falle der Erwärmung der verschlossenen Flüssigkristallzelle diese durch einen unter der Ausdehnung der kristallinen Flüssigkeit herbeigeführten übermäßigen Druck zerstört wird, wird der zwischen der Platte 1 und der Deckplatte 2 liegende Raum nicht zur Gänze mit kristalliner Flüs-

309883/1 U 7

sigkeit 5 gefüllt. Um nun den von kristalliner Flüssigkeit freien Raumteil an einer nicht störenden Stelle zu lokalisieren, ist an der Füllöffnung 4 ein Kompensationsraum 10 vorgesehen, der bei diesem Beispiel einen sich nach außen verjüngenden Querschnitt aufweist, wobei an die Lotglasschicht 3 eine Trennwand 8 angesetzt ist, die zusammen mit dem an der einen Stirnseite liegenden Lotglaerand 9, der Grundplatte und der Deckplätte 2 den Kompensationsraum 10 bildet, der bei gefüllter Plüssigkristallzelle teilweise frei von kristalliner Flüssigkeit bleibt.

Ist nun die Plüssigkristallzelle nach Fertigstellung zur Gänze hermetisch verschlossen, so reicht die kristalline Flüssigkeit im Normalzustand beispielsweise bis zum Niveau 11. Wird die Plüssigkristallzelle bzw. die kristalline Flüssigkeit 5 erwärmt, so steht für die Ausdehnung der kristallinen Flüssigkeit der Kompensationsraum 10 zur Verfügung, wobei z.B. das strichliert dargestellte Niveau 12 erreicht wird. Bei Abkühlung hingegen, stellt sich beispielsweise das Niveau 13 ein.

Der relativ luftleere Kompensationsraum ermöglicht es der kristallinen Flüssigkeit, sich ohne wesentliche Veränderung des Innendruckes unter dem Einfluß von Temperaturveränderungen frei auszudehnen und zusammenzuziehen, ohne daß die Gefahr einer Zerstörung der Flüssigkristallzelle besteht. Außerdem ist der Kompensationsraum 10 an der Füllöffnung lokalisiert, so daß ein unkontrolliertes Wandern des von Flüssigkeit nicht erfüllten Raumes mit Sicherheit vermieden wird.

Bei dem in Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind eine Füllöffnung 14 und eine Entlüftungsöffnung 15 vorgesehen, so daß die Möglichkeit besteht, die kristalline Flüssigkeit 5 unter Druck oder durch Kapillarwirkung einfließen zu lassen. Hier ist sowohl die Füllöffnung 14 als auch die Entlüftungsöffnung 15 mit gleichbleibendem

309883/1147

Querschnitt ausgebildet, wobei die beiden stirnseitigen Lotglasränder 16,17 breiter ausgeführt sind, als die Lotglasränder an den Längsseiten. Die flüssigkeit 5 reicht bis zu den Niveaus 20,21. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden durch den Lotglasrand 3 und die Metallplättchen 7 zwei Kompensationsräume 22,23 geschaffen, in denen das Niveau 20,21 temperaturabhängig spielen kann, wobei die von kristalliner Flüssigkeit freien Raumteile in diesen Kompensationsräumen 22,23 lokalisiert sind.

Soll die Flüssigkristallzelle nach Fig.3 unter Vakuum gefüllt werden, so kann die Entlüftungsöffnung 15 fortgelassen werden.

Eine weitere, unter Vakuum zu füllende Flüssigkristallzelle ist in Fig.4 dargestellt, bei der die Lotglasschicht 3 nur an einer Schmalseite der Zelle in Form des Lotglasrandes 24 breiter ausgebildet ist als an den übrigen Seiten. Etwa in der Mitte ist der Lotglasrand 24 durchbrochen. Diese Durchbrechung bildet wieder einen konisch verlaufenden Kompensationsraum 25» jedoch mit sich nach außen vergrößerndem Querschnitt, in dem je nach Temperatur die kristalline Flüssigkeit 5 ein beliebiges Niveau 26,27,28 einnehmen kann. Auch hier ist die Füllöffnung 4 durch ein auf eine eingebrannte Metallisierung 6 aufgelötetes Metallplättchen 7 verschlossen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.5 ist die Füllöffnung 4 an einer Ecke der rechteckigen Flüssigkristallzelle angeordnet, wobei der Kompensationsraum 29 dadurch gebildet ist, daß sich von der Lotglasschicht 3 eine schräg verlaufende Wand 33 in das Zelleninnere erstreckt, wobei sich der Querschnitt des Kompensationsraumes 29 gegen die Füllöffnung hin erweitert.

In Fig.6 ist ein Ausführungsbsispiel dargestellt, bei dem sich der Kompensationsraum 30 nicht an der Füllöffnung 4, sondern in der dieser diagonal gegen-

309883/1147

iiberliegenden Ecke der Zelle befindet. Hiebei wird der Kompensationsraum 30 einerseits durch die "beiden Platten, zwischen denen sich die kristalline Flüssigkeit 5 befindet, anderseits durch die Innenseite des Lotglasrandes 31 und eine Trennwand 32 gebildet, durch die ein Kompensationsraum 30 geschaffen wird, dessen Querschnitt in der Bewegungsrichtung des Flüssigkeitsspiegels wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig.3 konstant ist.

Die Fig.7 bis 9 zeigen Ausführungsbeispiele mit sich nach außen konisch verjüngendem Kompensationsraum, wobei das Ausführungsbeispiel nach Fig.7 dem Beispiel nach Fig.4 entspricht, mit dem Unterschied, daß beim Ausführungsbeispiel nach Fig.7 der Kompensationsraum 34 einen Querschnitt aufweist, der gegen die Füllöffnung 4 hin kleiner wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.8 ist die Füllöffnung 4 an einer Ecke der rechteckigen Flüssigkristallzelle angeordnet, wobei der Kompensationsraum 35' unmittelbar durch die an die Füllöffnung 4 anschließenden Teile der die Randzonen hermetisch verschließenden Lotglasschicht 3 gebildet ist.

Es ist ersichtlich, daß die Größe des Winkels zwischen den konisch verlaufenden Flächen von der Viskosität der verwendeten kristallinen Flüssigkeit abhängt. Der Winkel kann umsogrößer sein, je größer die Viskosität ist. Das Ausführungsbeispiel nach Fig.8, bei dem der Winkel 90° beträgt, eignet sich demnach praktisch nur für hochviskose Flüssigkeiten.

Das Beispiel nach Fig.9 entspricht wieder dem Beispiel nach Fig.6, jedoch mit einem durch die schräg verlaufende Trennwand 36 gebildeten Kompensationsraum 37, dessen Querschnitt nach außen kleiner wird.

309883/1U7

Claims

Patentansprüche

Flüssigkristallzelle mit zwischen Platten aus anorganischem Werkstoff, insbesondere Glas, eingebetteter kristalliner Flüssigkeit, wobei die Platten an ihren Randzonen vorzugsweise mittels Glaslotes hermetisch miteinander verbunden sind und mindestens eine zwecks Einfüllung der kristallinen Flüssigkeit zunächst freibleibende, nach Fertigstellung hermetisch verschlossene Füll- bzw. Entlüftungsöffnung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet , daß zur Aufnahme von von Flüssigkeit freien Bläschen insbesondere an der Füll- bzw. Entlüftungsöffnung (4,14,15) ein mit dem wirksamen Raum der Flüssigkristallzelle in Verbindung stehender, von diesem jedoch separierter Kompensationsraum (10,22,23,25,29,30,34,35,37) vorgesehen ist.
2. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationsraum (10,34,35,37) einen sich nach außen konisch verengenden Querschnitt aufweist.
3. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationsraum (10,22,23,25,29,34,35) durch eine das Innere der Flüssigkristallzelle mit außen verbindende Durchbrechung der die Randzonen hermetisch miteinander verbindenden Schicht (3), insbesondere aus Glaslot, gebildet ist.
4. Flüssxgkristallzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Randzonen miteinander verbindende Schicht (3) mindestens eine in das Innere der Zelle reichende Trennwand (8,32,33,36) aufweist, die gemeinsam mit den beiden, die kristalline Flüssigkeit aufnehmenden Platten (1,2) und einer an einem Rand der Zelle angeordneten

309883/1U7

Randschicht (9,31) oder der Fläche einer zweiten Trennwand den Kompensationsraum (10,29,30,37) bildet.
5. Plüssigkristallzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (8,32,36) parallel zu einem Rand (9,31) der Zelle angeordnet ist.
6. · Plüssigkristallzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Füll- (4) bzw. Entlüftungsöffnung an einer Ecke einer insbesondere rechteckförmigen Zelle angeordnet ist und der Kompensationsraum (33) unmittelbar durch die an die Füll- bzw. Entlüftungsöffnung anschließenden Teile der die Randzonen hermetisch verechliessenden Schicht (3) gebildet iet.

309883/1147

Leerseite