DE2432809A1

DE2432809A1 - Gehaeuse fuer fluessigkristallzellen

Info

Publication number: DE2432809A1
Application number: DE2432809A
Authority: DE
Inventors: Herman Abraham Stern
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1973-07-18
Filing date: 1974-07-09
Publication date: 1975-02-06
Also published as: NL7409362A; CA1014254A; GB1453903A; AU7114774A; JPS5044846A; AU474692B2; CH580822A5; FR2237851A1; US3862830A; IT1015394B; BR7405738D0; FR2237851B1; SE7409185L

Description

Dipl.-lng. H. Sauerland · Dr.-lng. R. König · Dipl.-lng. K. Bergen

Patentanwälte · 4οαο Düsseldorf so · Cecilienallee 7B · Telefon 43273a

8. Juli 1974 29 424 B

RCA Corporation, 30 Rockefeiler Plaza,

New York. N.Y, 10020 (V.St.A.)

"Gehäuse für Flüssigkristallzellen"

Die Erfindung betrifft Flüssigkristallzellen und insbesondere die Herstellung der Gehäuse oder Umhüllungen solcher Zellen.

Bei einer Art von Flüssigkristallzellen besteht das Gehäuse aus einem Paar von ebenen Substraten, die gegenüberliegend mit gegenseitigem Abstand dicht miteinander verbunden sind. Das FlUssigkristallmaterial ist zwischen den Substraten angeordnet, und die Abdichtung aus Glas erfolgt entlang der Ränder der beiden Substrate und zwischen ihnen.

Der Abstand der beiden Substrate ist im allgemeinen sehr gering und liegt in der Größenordnung von etwa 25 Am und darunter; er muß sehr genau eingehalten werden, um das richtige Arbeiten der Zelle sicherzustellen. Ein bisher verwendetes Verfahren zur Einstellung der Abstände der Substrate ist die Verwendung von sehr kleinen Abstandsstücken, z.B. aus Glimmer, die zwischen den beiden Substraten eingelegt werden. Ein Problem dieses Verfahrens liegt darin, daß die notwendigerweise sehr geringe Abmessungen aufweisenden Abstandsstücke nur mit Schwierigkeiten genau ausgerichtet auf den Substraten angeordnet werden können und während des Herstellungsverfahrens häufig versetzt werden.

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Eine weitere bisher zur Einstellung des Abstandes verwendete Möglichkeit liegt in der Abdichtung selbst. Hierbei wird bei der Herstellung der Zelle ein Wulst aus entglasbarem Glas im Siebdruckverfahren auf die Substrate aufgebracht, wobei die Glasmenge des Wulstes und seine Zusammensetzung genau gesteuert werden. Die beiden Substrate werden bei einer vorgegebenen Temperatur und mit vorgewähltem Klemmdruck dicht miteinander verbunden. Bei Durchführung solch eines gesteuerten Verfahrens wird der Glaswulst vorgewählter Höhe um eine vorbestimmbare Größe zusammengedrückt und der die beiden Substrate hermetisch abdichtende Wulst dient somit auch zur Einstellung des Abstandes zwischen ihnen. Bei diesem Verfahren besteht jedoch die Schwierigkeit, daß eine Reihe von Problemen auftreten, wenn versucht wird, Bauelemente mit besonders geringen Abständen zwischen den Substraten, d.h. mit weniger als 25/^m herzustellen. So wurde beispielsweise gefunden, daß zur Herstellung einer mechanisch stabilen und absolut diohten Verbindung eine gewisse Minimalmenge an Glas pro Längeneinheit des Wulstes erforderlich ist. Dabei hat sich Jedoch herausgestellt, daß diese Minimalmenge an Glas nicht auf die erforderliche geringe Wulsthöhe zusammendrückbar ist. Das heißt, daß bei Verwendung der für die sichere Abdichtung der beiden Substrate gegeneinander als notwendig ermittelten Glasmenge der erreichbare Minimalabstand etwas größer als in bestimmten Fällen erforderlich ist. Es besteht also ein ungelöstes Problem darin, daß beide Anforderungen erfüllt werden müssen, nämlich geringe Abstände und mechanisch sowie bezüglich der Abdichtung zuverlässige Dichtverbindungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Flüssigkrietallzellen zu ermöglichen, welche die beiden vorgenannten Anforderungen erfüllen.

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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallzelle dadurch gelöst, daß wenigstens ein in seinen Abmessungen stabiles Abstandsstück mit einem Erweichungspunkt bei einer ersten Temperatur auf einen von zwei Gehäuseteilen der herzustellenden Zelle haftend aufgebracht wird, daß ein Wulst aus schmelzbarem Dichtungsmaterial mit einem Erweichungspunkt bei einer unterhalb der ersten Temperatur liegenden Temperatur auf einen der beiden Gehäuseteile haftend aufgebracht wird, daß die beiden Gehäuseteile in für das Gehäuse gewünschte Lage gebracht werden, wobei das oder die Abstandsstücke und der Wulst zwischen ihnen angeordnet werden, daß die so angeordneten Bauteile zur Erweichung des Wulstes auf eine unterhalb der ersten Temperatur liegende Temperatur erhitzt werden, daß die Gehäuseteile im erweichten Zustand des Wulstes aufeinander gepreßt werden, so daß der Wulst solange zusammengedrückt wird, bis ein weiteres Zusammendrücken durch Anlage des oder der Abstandsstücke am zweiten Gehäuseteil verhindert wird, und daß der Wulst abgekühlt und so eine dichte Verbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen geschaffen wird.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer in erfindungsgemäßer Weise hergestellten Flüssigkristallzelle;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Zelle entlang der Linie 2 - 2 in Fig. 1;

Fig. 3 und 4 jeweils eine Vorderansicht der beiden Substrate der Zelle vor deren abschließendem Zusammenbau; und

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Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5 - 5 in Fig. 4.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Flüssigkristallzelle 10 gezeigt, Die Zelle 10 weist ein Gehäuse bzw. eine Umhüllung einschließlich einem Paar gegenüberliegend angeordneter Substrate 12 und 14 aus isolierendem Material, üblicherweise Glas, auf, wobei die Substrate durch eine Anzahl kleiner Abstands- oder Ausgleichsstücke 16 aus einem entglasten Material, z.B. Keramikmaterial und vorzugsweise Glas, auf Abstand gehalten werden, die gegenüber den Rändern des Substrats 12 etwas nach innen versetzt angeordnet sind. Zwischen den Substraten 12 und 14 ist Flüssigkristallmaterial 18 beliebiger bekannter Art eingeschlossen. Der Abstand zwischen den Substraten liegt im allgemeinen in der Größenordnung zwischen 13 und 25 //m. Eine hermetische Dichtung wird durch eine zwischen den Substraten entlang ihren Rändern angeordnete Verbindung 19 aus geschmolzenem Glas gebildet.

Eine Kante 20 des Substrfets 14 steht über die Kante 21 des Substrats 12 vor, so daß ein Abschnitt 22 der Innenfläche 23 des Substrats 14 freiliegt; eine Kante 24 des Substrats 12 steht über die Kante 25 des Substrats 14 vor, so daß ein Abschnitt 26 der Innenfläche 28 des Substrats 12 freiliegt.

Auf den Innenflächen 28 und 23 jedes der Substrate 12 bzw. 14 ist eine rechteckige leitende Schicht oder Elektrode 30 vorgesehen, wobei die beiden Elektroden zueinander fluchtend angeordnet sind. Die Elektroden können aus verschiedenen, normalerweise in derartigen Zellen verwendeten Materialien, wie Aluminium, Zinnoxid, Indiumoxid od.dgl. bestehen. Auf der Innenfläche 23 und der Innenfläche 28 der Substrate 12 bzw. 14 ist eine Leitungsbahn 34 vorgesehen, die zwischen der zugehöri-

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gen Elektrode 30 und einem leitenden Anschlußabschnitt 38 auf den freiliegenden Abschnitten 22 und 26 der beiden Substrate verlaufen.

Die Leitungsbahnen 34 laufen unter der Verbindung 19 aus Glas hindurch. Die Leitungsbahnen 34 sind vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Elektroden 30 und haben eine so geringe Dicke (gleich der Dicke der Elektrode 30) in der Größenordnung von 0,3 Ai, daß hinsichtlich der hermetischen Abdichtung der Zellen keinerlei Probleme auftreten, wie nachstehend noch ausgeführt wird.

Im Betrieb der Zelle wird zwischen den beiden Anschlußabschnitten 38 mittels geeigneter, nicht gezeigter Anschlüsse eine Spannung angelegt, wodurch zwischen den beiden Elektroden 30 ebenfalls eine Spannung angelegt ist. Die zwischen den Elektroden 30 liegende Spannung beeinflußt die Lichtübertragungseigenschaften des zwischen den Elektroden eingeschlossenen Flüssigkristallmaterials 18 in bekannter Weise.

Die Herstellung der Zelle 10 geschieht wie folgt:

Es wird von den beiden Substraten 12 und 14 ausgegangen, die üblicherweise aus Glas oder einem anderen geeigneten isolierenden Material bestehen, wobei ihre Innenflächen 28 und 23 auf bekannte Weise mit einer Schicht oder einem Material belegt werden, aus dem die Elektroden 30 und die metallischen Leitungsbahnen hergestellt werden, z.B. Indiumoxid, Zinnoxid, Aluminium, Chrom od.dgl. Danach werden die aufgetragenen Sohichten mittels bekannter photolithographischer Verfahren so begrenzt, daß die Elektroden und metallischen Leitungsbahnen entstehen.

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Mittels bekannter Verfahren, beispielsweise durch Drucken, Aufstreichen und vorzugsweise mittels Siebdruckverfahren wird ein Wulst 40 (Fig. 3) aus schmelzbarem Material, z.B. Glas, auf der Innenseite 23 des Substrats 14 nahe dreier Kanten des Substrats, Jedoch gegenüber der Kante 20 nach innen versetzt aufgebracht. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel dient der Wulst 40 nicht zur Einstellung des Abstandes der Substrate 12 und 14 voneinander, sondern er soll lediglich eine mechanisch stabile und undurchlässige Abdichtung zwischen ihnen erzeugen. Hierzu wird ein glasbildendes Material verwendet, das zunächst im schmelzflüssigen Zustand haftend auf dem Substrat 14 aufgebracht wird, so daß es seine Lage auf dem Substrat beibehält. Dieses Material wird dann zur Herstellung der abdichtenden Verbindung der Substrate wieder erweicht und erneut schmelzflüssig gemacht. Verschiedene, zur Versiegelung geeignete Gläser sind bekannt. So kann beispielsweise eine Glasfritte verwendet werden, bei der Glasteilchen aus einer Blei-Borsilikat-Verbindung in einem flüssigen Träger eines organischen Lösungsmittels und eines organischen Binders enthalten sind. Diese Pritte wird im Siebdruckverfahren auf das Substrat aufgebracht und dann erhitzt, so daß der Wulst eine Schmelzverbindung mit dem Glas eingeht.

Bei einem Ausführungsbeispiel wird beispielsweise eine Glasfritte verwendet, die von der Firma Owens Illinois Glass Company unter der Bezeichnung SG67 (01-01158) vertrieben wird. Diese breiförmige Glasfritte weist 73,4 Gewichtsprozent Glas, 4,2 Gew.-96 eines Äthyl-Zellulosebinders und 22,4 Gew.-# eines Butylcarbitol-Lösungsmittels auf. Für den "Siebdruck" wird ein Sieb aus korrosionsfestem Stahl mit einer Maschenweite 120 verwendet. Nach der Aufbringung wird der Wulst 40 bei einer

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Temperatur in der Größenordnung von 45O°C gebrannt, so daß er durch Schmelzverbindung auf dem Substrat 14 haftet. Der gebrannte Wulst 40 hat eine Höhe von etwa 62 Um und eine Basisbreite von etwa 875 m. Die dichte Verbindung des Wulstes 40 mildem Substrat 14 ist deshalb wesentlich, weil sie eine weitere Behandlung des Substrats ohne die Gefahr der Versetzung des Wulstes ermöglicht.

Der Wulst 40 verläuft über die Leitungsbahn 34 auf dem Substrat 14, jedoch treten wegen der Dünne der Leitungsbahn 34 keine Spalten oder Poren zwischen dem aufgeschmolzenen Wulst 40 und dem Substrat an der Kreuzungsstelle auf.

In ähnlicher Weise werden die verschiedenen Abstandsoder Ausgleichsstücke 16 im Siebdruckverfahren auf geeignete Stellen der Innenfläche 28 des Substrats 12 (Fig. 4 und 5) aufgebracht. Zum Unterschied von dem Material des Wulstes 40, das später erweicht und wieder erschmolzen wird, werden die Abstandsstücke 16 aus einem entglasbaren Material, vorzugsweise Glas, gebildet, so daß sich nach dem Einbrennen ihre Abmessungen bei dem nachfolgenden Verbinden der Substrate nicht mehr ändern. Das entglasbare Glas kann beispielsweise ein Glasmaterial wie das oben erwähnte Blei-Borsilikat-Glas mit einem in ihm enthaltenden Kristallisationsmittel sein. Andere verwendbare entglasbare Glaszusammensetzungen sind erhältlich; deren spezielle Zusammensetzungen sind im allgemeinen nur den Lieferanten bekannt und nicht veröffentlicht.

Bei einem AusfUhrungsbeispiel wird beispielsweise eine von der Firma Corning Glass Works unter der Bezeichnung 7575 vertriebene Glasfritte als entglasendes Verbin-

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dungsglas verwendet, wobei die Glasfritte 73,4 Gew.-% Glas, 4,2 Gew.-# eines Äthyl-Zellulosebinders und 22,4 Gew.-# eines Butylcarbitol-Lösungsmittels enthält. Ein korrosionsbeständiges Sieb mit der Maschenweite 120 wird für den "Siebdruck" verwendet. Nach dem Brennen bei einer Temperatur in der Größenordnung von 450 C sind die Abstandsstücke im allgemeinen abgerundet und haben konische Form, wobei die Höhe etwa 23 Ij m - 5 M m und der Basisdurchmesser etwa 1500 jUm beträgt. Die Höhe der Abstandsstücke 16 1st etwas geringer als die des Wulstes 40 auf dem Substrat 14 (Fig. 3). Das Brennen der Abstandsstücke bestimmt deren Höhe uriL damit den Abstand zwischen den Substraten, wie nachstehend noch beschrieben wird, und fixiert oder verbindet die Abstandsstücke 16 haftend mit dem Substrat 12. Dies ist ein wichtiges Merkmal, da hierdurch eine Versetzung der Abstandsstücke während der nachfolgenden Behandlung .des Substrats 12 verhindert wird.

Vorstehend wurde zwar beschrieben, daß die Abstandsstücke 16 und der Wulst 40 auf verschiedenen Substraten vorgesehen sind, jedoch können sie auch beide auf dem gleichen Substrat angeordnet werden.

Die beiden Substrate 12 und 14 werden dann mit den einander zugeordneten Seiten aufeinandergelegt und so ausgerichtet, daß die Elektroden 30 auf beiden Substraten miteinander fluchten, wobei der Wulst 40 gerade innerhalb der Kanten und in Berührung mit der Innenfläche 2B des Substrats 12 liegt.

Danach wird eine geeignete Klemmvorrichtung oder Gewichte angebracht, mit denen eine Druckkraft auf die beiden Substrate 12 und 14 ausgeübt wird; die Zelle wird dann

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solange einer Temperatur in der Größenordnung von 52O⁰C ausgesetzt, bis der Wulst 40 erweicht. Wie erwähnt, erweichen die Abstandsstücke 16 während dieses Erhitzungsvorganges nicht. Die Druckkraft schiebt die beiden Substrate 12 und 14 solange aufeinander zu, bis eine weitere Verschiebung durch Berührung des Substrats 14 mit den Abstandsstücken 16 des Substrats 12 verhindert wird. Die Verschiebung der Substrate 12 und 14 aufeinander zu verursacht eine seitliche Ausbreitung des erweichten Wulstes 40. Der Erweichungsvorgang des Wulstes 40 wird vorzugsweise nur so durchgeführt, daß lediglich die erforderliche seitliche Verschiebung erfolgt. Naoh dem Abkühlen bildet der Wulst 40 die Verbindung 19 (Fig. 1) zwischen den beiden Substraten 12 und 14.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht im Vergleich zu den bekannten Verfahren, bei denen der Verbindungswulst selbst zur Einstellung des Abstandes zwischen den Substraten verwendet wird, darin, daß die Menge und Zusammensetzung des für den Verbindungswulst. verwendeten Glases unabhängig vom erforderlichen Abstand der Substrate ist. Das bedeutet, daß beim Stande der Technik ein entglasbares Glas verwendet wurde, da% wie erwähnt, auf den erforderlichen Substratabstand zusammengedrückt werden mußte. Dies gab Anlaß zu den erwähnten Problemen. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Verwendung eines glasbildenden bzw. glasartigen Materials, das bis zu einer sehr geringen Zähigkeit erweicht werden kann, für den Verbindungswulst, kann dieser auf praktisch jede gewünscht geringe Dicke zusammengepreßt werden, während andererseits genügend Glas für eine gute mechanische und dichte Verbindung der Substrate miteinander zur Verfügung steht. Umgekehrt hat die Verwendung kleiner Abstandsstücke 16 aus einem eriglasbaren Material die Folge, daß die Abstandsstücke nicht zum Zusammenhalt der Substrate

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dienen, so daß diese Abstandsstücke ohne Schwierigkeiten so klein wie erforderlich gemacht werden können und dennoch eine hohe Genauigkeit erzielt wird.

Zur Fertigstellung der Zelle wird mit nicht gezeigten, bekannten Mitteln das FlUssigkristallmaterial in den von den Substraten 12 und 14 und der Verbindung 19 begrenzten Zwischenraum eingebracht.

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Claims

RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza,

New York. N.Y. 10020 (V.St.A.)

Patentansprüche;

(i. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallzelle, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens ein in seinen Abmessungen stabiles Abstandsstück mit einem Erweichungspunkt bei einer ersten Temperatur auf einen von zwei Gehäuseteilen der herzustellenden Zelle haftend aufgebracht wird, daß ein Wulst aus schmelzbarem Dichtungsmaterial mit einem Erweichungspunkt bei einer unterhalb der ersten Temperatur liegenden Temperatur auf einen der beiden Gehäuseteile haftend aufgebracht wird, daß die beiden Gehäuseteile in für das Gehäuse gewünschte relative Lage zueinander gebracht werden, wobei das oder die AbstandsstUcke und der Wulst zwischen ihnen liegen, daß die so angeordneten Bauteile zur Erweichung des Wulstes auf eine unterhalb der ersten Temperatur liegende Temperatur erhitzt werden, daß die Gehäuseteile im erweichten Zustand des Wulstes aufeinandergepreßt werden, so daß der Wulst solange zusammengedrückt wird, bis ein weiteres Zusammendrücken durch Anlage des oder der AbstandsstUcke am zweiten Gehäuseteil verhindert wird, und daß der Wulst abgekühlt und so eine dichte Verbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen geschaffen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Wulst bei der Aufbringung auf den einen Gehäuseteil mit größerer Höhe als das oder die Abstandsstücke aufgebracht wird.

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— Λα. —ι
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine wesentlich größere Materialmenge für den Wulst als für das oder die Abstandsstück? verwendet wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das oder die Abstandsstücke aus einem entglasten Material und das Verbindungsmaterial aus einem verglasenden Material gewählt werden,,
5. Flüssigkristallzelle mit einem Paar Gehäuseteilen, g e kennzeichnet durch Abstandsstücke (16) aus einem formstabilen, auf einem der Gehäuseteile (12 oder 14) haftend aufgebrachten Material, welche den Abstand zwischen den Gehäuseteilen bestimmen, und durch eine hermetische Verbindung (19) aus schmelzbarem Material zwischen den Gehäuseteilen (12; 14).
6. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstandsstücke (16) aus einem entglasten Material und das schmelzbare Material aus verglasendem Glas bestehen.

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