DE2435422C2 - Flüssigkristallzelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallzelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Flüssigkristallzelle ist bekannt aus der DE-OS 22 42 389.

Das Anwendungsgebiet derartiger Flüssigkristallzellen liegt insbesondere in der elektronischen Technik. Hier dienen solche Flüssigkristallzellen zur Sichtbarma chung von Bildern und Daten. Diese Sichtbarmachung wird dadurch ermöglicht, daß der Flüssigkristall in Abhängigkeit von einem angelegten elektrischen Potential sein Licht-Durchlässigkeitsvermögen ändert Allerdings muß für eine zuverlässige Betriebsweise dafür gesorgt sein, daß die Tiefe des den Flüssigkristall aufnehmenden Zwischenraumes zwischen den Trägern und damit die Schichtdicke des Flüssigkristalls auch bei Änderungen der Umgebungsbedingungen möglichst konstant bleiben. Das hat sich als eine sehr schwer zu erfüllende Forderung erwiesen, und es wurde beobachtet, daß bei Änderungen der Zwischenraumtiefe unerwünschte Betriebsveränderungen und/oder auch Zerstörungen wie zum Beispiel eine allmähliche Zerstörung der Molekülausrichtung des Flüssigkristalls auftreten können.

Gemäß der zum Stande der Technik erwähnten DE-OS 22 42 389 ist versucht worden, eine gleichmäßige und gleichbleibende Schichtdicke des Flüssigkristalls dadurch zu gewährleisten, daß der eine Träger mit gekrümmter Form starr ausgeführt wird und der andere Träger flexibel ist Durch Druckausübung auf den Umfang des anderen Trägers wird dieser dann an die Form des erstgenannten Trägers angepaßt, und alsdann werden die beiden Träger am Umfang miteinander verklebt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer Flüssigkristallzelle der vorgenannten Art, Vorkehrungen zu treffen, um die Gleichmäßigkeit und Beständigkeit der Tiefe des Zwischenraumes zwischen den Trägern und damit der Schichtdicke des Flüssigkristalls zu verbessern. Der Einfluß der Oberflächenwelligkeit und/oder Rauheit der Ausgangsträger soll behoben sein, und die Zelle soll selbst unter mechanischen Beanspruchungen und/oder Wärmespannungen besseren Widerstand gegen eine Änderung der Tiefe des Zwischenraumes leisten.

Eine erste Lösung dieser Aufgabe ist in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 herausgestellt.

Bei dieser Lösung sind die beiden Träger bezogen auf die bekannten Flüssigkristallzellen als starr zu bezeichnen. Diese Ausgestaltung führt dazu, daß m den Trägern bei deren Zusammenfügung innere Spannungen erzeugt werden, die dazu führen, daß die unregelmäßig und unvorhersehbar verteilten Oberflächenunebenheiten beseitigt und ausgeglichen werden, so daß eine satte Berührung und Anlage an den Distanzstücken gewährleistet ist. Die in den beiden Trägern hervorgerufenen inneren Spannungen der Zelle führen im Falle einer auf die Träger einwirkenden Druckbeanspruchung zu einer Gegenwirkung, wobei überdies die ständige, den erwähnten Spannungen zuzuschreibende Zusammendrückung die Welligkeit der Träger schon ausgeglichen hat und die Rauheit mindestens in den Bereichen der gegenseitigen Berührung abgeflacht hält. Im Falle einer Zugbeanspruchung der Träger wirkt die erwähnte Zusammendrückung einer unerwünschten Verformung entgegen. Wird die Kantenverklebung der beiden Träger zerstört, dann nehmen die Träger wieder ihre gekrümmte Ausgangsform an.

Der Anspruch 3 kennzeichnet eine vorteilhafte Ausgestaltung der im Anspruch 1 gekennzeichneten Flüssigkristallzelle.

Die Eigenart der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-

zelle liegt in den Restspannungen, die in den Trägern im zusammengebauten Zustand aufrechterhalten bleiben.

Diese Eigenart und die Verwirklichung der erwähnten vorteilhaften Wirkungen der zuvor erwähnten Ausgestaltung einer Flüssigkristallzelle nach der Erfindung finden sich auch bei einer anderen Lösung der herausgestellten Aufgabe, die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 herausgestellt ist Bei dieser Ausgestaltung werden die für die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Flüssigkristaüzelle so vorteilhaften inneren Spannungen durch das eingeklemmte Zusatzmaterial erzeugt

Die vorliegende Erfindung hat somit zwei voneinander unabhängige Lösungen der zugrundeliegenden Aufgabenstellung erbracht

Beide erfindungsgemäßen Lösungen zeichnen sich im übrigen auch dadurch aus, daß die Flüssigkristallzellen mit niedrigen Kosten hergestellt werden können, wobei jedoch die Maßgenauigkeit und Maßbeständigkeit von überlegener Qualität sind.

Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand von Zeichnungen. Es zeigen

F i g. 1 und 2 schematische Ansichten von zwei Trägerplatten der erfindungsgemäßen Zelle, vor bzw. nach deren Zusammendrückung und luftdichten Verklebung,

F i g. 3 das die erfindungsgemäßen Zellen kennzeichnende Spannungs-Dehnungs-Diagramm, und

F i g. 4 und 5 Querschnitte verschiedenartiger, erfindungsgemäß hergestellter Zellen.

In Fig. 1 sind mit den Bezugsziffern 10 und 11 zwei, üblicherweise aus Glas bestehende Trägerplatten angegeben. Im Bereich der der anderen Platte 11 zugekehrten Oberfläche ist die Platte 10 mit einer von einem Umfangsvorsprung 14 umschlossenen Ausnehmung 12 versehen, die in der Zelle den Zwischenraum zur Aufnahme des flüssigen Kristalls bildet und in der auch Distanzstücke 13 vorgesehen sind. Sowohl die Ausnehmung 12 als auch die Distanzstücke 13 (welche gleichförmig verteilt sind) werden mittels der in anderen Gebieten bekannten Photograveurtechnik hergestellt, die jedoch nicht zur Herstellung von Zellen üblich ist, um durch ein Ätzmittel eine Schicht mit gewünschter Form und Abmessungen sowie mit durch diese Technik erreichbaren Toleranzen abzutragen.

In F i g. 1 ist deutlich die Krümmung der Platten 10 und 11 gezeigt, die mit ihrer Wölbung untereinander gegenüberliegend angeordnet sind.

Sobald die einzelnen Platten fertig bearbeitet sind, werden diese durch gegenseitige Annäherung mit einem zweckmäßigen, auf die divergierenden Ränder ausgeübten Druck zusammengefügt, bis beide Platten eine ebene Lage einnehmen, worauf sodann die Verklebung 30 längs des Umfanges ausgeführt wird (wodurch die in F i g. 2 dargestellte Zelle erhalten wird).

Die erfindungsgemäße Zelle ist überdies in den nutzbaren Bereichen durch Dehnungs-Spannungs-Diagramme nach der in F i g. 3 dargestellten Art gekennzeichnet, wobei senkrecht auf beide Oberflächen zwei gleiche und gegensinnige Kräfte F(Fig. 2) angewandt und die Änderungen L der Zwischenraumtiefe, beispielsweise mittels Interferenzverfahren oder Kapazitätsmessungen gemessen werden.

Die Eigenheit dieser Diagramme liegt darin, daß das Verhältnis zwischen Verformung und Kraft jenem einer Struktur entspricht, bei der die beiden Träger im Bereich der Distanzstücke und der Verklebungen untereinander fest verbunden sind, während in Anwe

senheit von Zugspannungen, das Verhältnis zwischen den Änderungen der Verformung und der Zugkraft jenem einer Struktur entspricht in aer die beiden Träger nur im Bereich der Verklebungen untereinander fest verbunden sind, wobei die gesamten erwähnten Verformungen elastischer und reversibler Art sind.

Um die obigen Ausführungen näher, jedoch nicht beschränkend zu erläutern, werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Fi g. 4,5 und 6 einige Strukturbeispiele beschrieben, in denen Innenspannungen nach der von der Erfindung vorgesehenen Art anwesend sind.

Bei der Konstruktion in Fig.4 kann die an der Innenkante der Platten 10,11 vorgesehene Verklebung 30 mechanisch als Scharnier angesehen werden. Diese Verklebung 30 ist seitens der Plattep 10,11 mittels Pfeile 15 dargestellten Zugkräften unterworfen, so daß die Platten selbst wenn sie freigelassen sind, dazu ausgerichtet sind, die in F i g. 1 gezeigten konvexen Formen anzunehmen. Die Außenschichten des Plattenmaterials sind durch Zugspannung, die sich im Bereich des Zwischenraumes befindlichen innenschichten durch Druckspannung beansprucht Im Bereich der Distanzstücke werden zwischen den beiden Platten die mittels Pfeile 16 dargestellten Druckkräfte ausgeübt, deren Resultierende jener der Zugkräfte 15 gleich und entgegengerichtet ist.

Somit ist es naheliegend, daß ein wichtiges Merkmal der gemäß der bevorzugten Ausführung der Fig. 1 und 2 hergestellten Zellen darin liegt daß bei Zerstörung der Verklebung die beiden Platten dazu ausgerichtet sind, die ursprüngliche Krümmung anzunehmen.

Bei der in F i g. 5 gezeigten Konstruktion würden bei Freilassung der Platten 10, 11, die mittleren Plattenflächen nicht ihre Gestalt ändern. Die Platten 10, 11 sind nämlich mittels der Schichten 22 untereinander verklebt und weisen mit Material 23 gefüllte Rillen auf, so daß dieses Material auf die Außenschichten der Platte Druckkräfte 24 ausübt. Dadurch ergeben sich die Druckkräfte 26 im Bereich der Distanzstücke 13 und die Ausgleichskräfte 25 und 27.

Gemäß dem Herstellungsverfahren der Zellen, geht man von Trägern mit mindestens zwei gegenüberzustellenden Oberflächen aus. An einer der beiden Oberflächen (oder an beiden bzw. an mehreren) werden die geeigneten Distanzstücke angebracht und Ausnehmungen mit der gewünschten Tiefe eingraviert, die gegebenenfalls veränderlich ist, falls eine unveränderliche Zwischenraumtiefe wünschenswert sein sollte. Diese Ausnehmungen (insbesondere wenn sie eine große Ausdehnung gegenüber der Stärke des dünneren Trägers aufweisen) können auch Vorsprünge umfassen, die als Distanzstücke dienen.

Dieses Verfahren sieht vor, daß nach den obigen Vorgängen, die beiden Oberflächen durch Ausübung eines Druckes bzw. einer Streckung bzw. durch Anwendung eines in Zusammenhang mit den Ausgangsoberflächenformen geeigneten Kräftesystems derart zusammengefügt werden, daß die Träger sich elastisch verformen und die Oberflächen über die Distanzstücke untereinander in Berührung kommen, worauf die Kanten und/oder andere vorbestimmte Stellen verklebt werden, so daß nach Entfernen des abgewandten Kräftesystems die Oberflächen über die Distanzstücke untereinander in Berührung bleiben und innerhalb der Träger und des Materials solche Spannungen aufrecht erhalten bleiben, daß ein zusammengedrückter Zustand der gegenüberliegenden Oberflächen über die Distanzstücke gegeben ist. Diese Verklebungen können auch

die Aufgabe übernehmen, den Zwischenraum luftdicht abzuschließen.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die erforderlichen Innenspannungen der Struktur zur Gänze oder teilweise, nach oder während der Verklebung durch Gleitungserscheinungen der Gesamtheit oder eines Teils der die Träger bildenden Werkstoffe hervorgerufen werden, wobei diese Gleitung durch mechanische und/oder Wärmebeanspruchungen verursacht wird, die auf diese Werkstoffe angewandt werden. to

Die zu verwendenden Träger sollen aus Werkstoffen, wie beispielsweise Glas bestehen, die solche mechanische Eigenschaften aufweisen, daß sie bei den Betriebsbedingungen und für eine angemessene Lebensdauer der Zelle belastet werden können und die inneren :s Spannungen beibehalten ohne sich während dieser Lebensdauer weiter zu verformen, zu brechen oder andersweitig beschädigt zu werden.

Die Distanzstücke können aus den verschiedenartigsten Stoffen bestehen. Sie müssen solche Dicken, Verformbarkeit und Verteilung aufweisen, daß dadurch die Bildung des gewünschten Zwischenraumes gegeben ist. Sie können beispielsweise dadurch erhalten werden, daß auf mindestens einer Oberfläche Glaskugeln gleichmäßigen Durchmessers zerstreut werden. Sie können jedoch auch beispielsweise wie schon erwähnt, in demselben Trägerwerkstoff erzielt werden, wobei einige Bereiche vor der Materialabtragung geschützt werden, die auf der restlichen Oberfläche mit einer zweckmäßigen Technik vorgenommen wird. jo

Gegebenenfalls können in den die Zellenwände bildenden Flächen Löcher, Kanäle usw. zur Füllung der Zelle selbst ausgenommen werden.

Die Zellen gemäß der Erfindung finden besondere, jedoch nicht ausschließende Verwendung in der J5 elektronischen Technik.

Um die obigen Ausführungen näher, jedoch nicht beschränkend zu erklären, werden nachstehend einige Ausführungsbeispiele des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zellen beschrieben.

Unter Bezugnahme auf F i g. 4 kann eine gemäß der wie folgt beschriebenen Art schematisierte Konstruktion erzielt werden. Ausgegangen wird von flachen Glasplatten mit einer Stärke von 3 mm, die gegenüberliegende Oberflächen mit innerhalb 2 Mikron liegenden Welligkeiten aufweisen und derart gestaltet sind, daß an jeder Stelle und gemäß jedem zu den Oberflächen senkrechten Querschnitt Krümmungen unter 0,1 μ/cm² vorliegen.

Diese mit 10· 10 cm bemessenen Platten werden einer derartigen Wärmebehandlung unterzogen, daß in ihnen eine nahezu· gleichförmige Krümmung von 1 Mikron/cm² erzeugt wird, die weit größer ist als die durch die anfangs anwesenden Welligkeiten gegebenen Krümmungen.

Auf der konvexen Oberfläche einer der beiden Platten, wird mittels Photograveurverfahren die Eingravierung einer quadratischen Ausnehmung von 9 · 9 cm, 3 Mikron tief, mit Vorsprüngen vorgenommen, die vom Boden der Ausnehmung selbst ausgehen und eine Höhe aufweisen, die gleich der Tiefe der Ausnehmung ist und die eine zylinderförmige Gestalt und einen Durchmesser von 0,1 mm besitzen, wobei diese Vorsprünge auf den Eckpunkten einer idealen Netzanordnung von 5 · 5 mm angeordnet sind, das innerhalb der Ausnehmung umrissen ist

Auf den konvexen Oberflächen werden darauffolgend, gegebenenfalls dünne elektrisch und chemisch wirksame Schichten mittels Verfahren aufgebracht, die keine weiteren Verformungen der Glasplatten hervorrufen, wobei in den Schichten die erstrebten Gestaltungen verwirklicht werden.

Daraufhin werden die beiden konvexen Oberflächen zusammengefügt und mittels eines gleichförmigen Druckes von 1 kg/cm² alle Distanzstücke untereinander in Berührung gebracht.

Von den Kanten aus wird gegen das Innere eine kleine Menge epoxydischen Harzes eingebracht, das vollständig polymerisiert wird, um darauffolgende Verschiebungen zu vermeiden,

Bei Wegnahme des auf die Platten angewandten Druckes bleiben die inneren Oberflächen innerhalb der Größenordnung von 0,1 Mikron untereinander parallel. Dasselbe Ergebnis wird erzielt, indem ein Druck von 2 kg/cm² vor und während der Verklebung nur im Bereich eines 5 mm breiten Streifens längs des gesamten Zellenumfanges angewandt wird.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Konstruktion nach F i g. 4 wird wie folgt beschrieben.

Außer dem Arbeitsgang zur Krümmung werden dieselben wie oben beschriebenen Arbeitsgänge vorgenommen, wobei jedoch für die Verklebung statt epoxydisches Harz, eine bei etwa 550° c schmelzende glasige Paste verwendet wird.

Während des zur Verklebung der Glasplatten erforderlichen Wärmevorganges wird die Zelle im Bereich der gesamten Oberfläche einem Druck und gleichzeitig Kräften unterworfen, die dazu ausgerichtet sind, die Außenschichten der Glasplatten zusammenzuziehen. Diese Kräfte werden erzielt, indem auf den Außenschichten der Zelle zwei abgeflachte, starre Metallblöcke angebracht werden, die einen größeren Ausdehnungskoeffizienten besitzen, als die Glasplatten. Diese Blöcke werden gegen die Glasplatten bei 57O⁰C gedrückt, bis auf 440⁰C abgekühlt und auf dieser Temperatur 18 Minuten lang gehalten, wobei der auf die Zelle ausgeübte Druck von 2 kg/cm² beibehalten wird. Somit wird eine Gleitung des Plattenglases hervorgerufen, wodurch mittels Abkühlung die Innenspannungen gemäß Fig.4 und die Gleichförmigkeit selbst der Zwischenraumtiefe des vorhergehenden Ausführungsbeispiels gegeben sind.

Die Ausführung der Konstruktion nach F i g. 5 kann gemäß dem folgenden Beispiel erzielt werden. Ausgegangen wird von flachen Glasplatten derselben Stärke und derselben Oberflächenbeschaffenheit wie in den vorhergehenden Beispielen.

Um eine mit 53 - 73 cm bemessene Zelle zu erhalten, werden Platten mit solcher. Abmessungen beschnitten und auf einer derselben wird eine 3 Mikron tiefe, 50 · 70 cm bemessene Ausnehmung mit in den Eckpunkten einer idealen Netzanordnung von 5 mm angeordneten Vorsprüngen, wie bei den vorhergehen den Beispielen eingraviert.

Auf den Platten werden, wenn erforderlich, dünne Schichten, ohne sie zu verformen, aufgebracht

Auf eine der beiden Platten wird eine 3 Mikron dicke Schicht epoxydischen Harzes im Bereich eines 1,5 cm breiten Streifens längs der Kanten und in 2 mm breiten Streifen aufgebracht, die ein eine 10 cm Seite aufweisendes Netz auf der gesamten Oberfläche, wobei einige Unterbrechungen belassen werden, um die 10 · 10 cm Felder, durch die der Zwischenraum aufgeteilt ist miteinander in Verbindung zu setzen.

Die Platten werden zusammengefügt und einem Druck von 2 kg/cm² unterworfen, während das Harz

vollständig polymerisiert wird.

Die so hergestellte Zelle ist bei Wegnahme des Druckes ungleichförmig, da nur wenige Distanzstücke in Berührung kommen.

Mit einer Diamantenrolle werden im Bereich der Verklebungen, auf beiden Platten U-förmige Kerben mit 1,2 mm Tiefe und 1 mm Breite eingraviert.

Innerhalb dieser Kerben wird ein Aluminiumdraht

festgeklemmt, der darauffolgend in die Kerben mittels einer Presse eingequetscht wird. Der Restdruck des Aluminiumdrahtes ist solchen Ausmaßes, daß das mit Bezugnahme auf F i g. 5 beschriebene Belastungssystem erzeugt und eine innerhalb 0,1 Mikron liegende Gleichförmigkeit der Zwischenraumtiefe auf der gesamten Oberfläche erreicht wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Flüssigkristallzelle mit mindestens einem Paar von flachen, gegenseitig längs der Kanten verklebten Trägern, zwischen welchen ein Zwischenraum zur Aufnahme des Flüssigkristalls ausgebildet ist und mit einer Mehrzahl von Distanzstücken, deren Höhe gleich der Stärke des Zwischenraumes ist und die in einer vorbestimmten Verteilung zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen der bei- in den Träger angeordnet sind, wobei an der zusammengebauten Zelle Spannmittel vorgesehen sind, um die einander gegenüberliegenden Oberflä chen der Träger elastisch gegeneinander gedruckt zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß r, mindestens einer der Träger im unverspannten AusgangsEustand eine konvex gekrümmte Formgebung aufweist, die im zusammengebauten Zustand der Zelle seitens der als Spannmittel wirkenden Randverklebung derart unter Bildung innerer Spannungen elastisch verformt ist, daß die einander gegenüberliegenden Oberflächen beider Träger zueinander parallel und über die Distanzstücke und die Randverklebung miteinander in Berührung gehalten sind.

2. Flüssigkristallzelle mit mindestens einem Paar von flachen gegenseitig längs der Kanten verklebten Trägern, zwischen welchen ein Zwischenraum zur Aufnahme des Flüssigkristalls ausgebildet ist und mit einer Mehrzahl von Distanzstücken, deren Höhe gleich der Stärke des Zwischenraumes ist und die in einer vorbestimmten Verteilung zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen der beiden Träger angeordnet sind, wobei an der zusammengebauten Zelle Spannmittel vorgesehen r> sind, um die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Träger elastisch gegeneinander gedrückt zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Träger in ihren von den einander gegenüberliegenden Oberflächen abgekehrten freien Außenflächen w Kerben aufweisen, in welche im zusammengebauten Zustand der Zelle ein als Spannmittel dienendes Zusatzmaterial eingeklemmt ist, das unter Bildung innerer Spannungen auf die den Außenflächen der Träger benachbarten Bereiche Druckkräfte ausübt, 4^r> so daß die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Träger zueinander parallel und über die Distanzstücke und die Randverklebung miteinander in Berührung gehalten sind.

3. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1, dadurch >o gekennzeichnet, daß beide Träger im unverspannten Ausgangszustand eine konvex gekrümmte Formgebung aufweisen, so daß der Zwischenraum zwischen den Trägern in diesem Zustand die Form einer bikonkaven Linse besitzt, wobei die Differenz zwischen den Krümmungen der beiden, den Zwischenraum begrenzenden, in der gleichen Schnittebene liegenden Oberflächen der Träger größer als ΙΟ-³ Mikron/cm² und/oder die Differenz zwischen der größten und kleinsten Stärke des t>o Zwischenraumes größer als 3 Mikron ist.