DE3937943A1

DE3937943A1 - Verfahren zum verkleben von substratplatten fuer fluessigkristallzellen

Info

Publication number: DE3937943A1
Application number: DE19893937943
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr Brosig; Helmut Thaler
Original assignee: Nokia Unterhaltungselektronik Deutschland GmbH
Current assignee: Nokia Deutschland GmbH
Priority date: 1989-11-15
Filing date: 1989-11-15
Publication date: 1991-05-16
Also published as: DE3937943C2

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verkleben zweier Sub stratplatten zum Herstellen einer Flüssigkristallzelle. Sub stratplatten für Flüssigkristallzellen tragen Elektroden und in der Regel noch weitere dünne Schichten, die unterschiedlichen Zwecken dienen, also z. B. als Diffusionsbarrieren oder Orien tierungsschichten wirken.

Stand der Technik

Zum Verkleben von Substratplatten für Flüssigkristallzellen wird typischerweise wie folgt vorgegangen:

- es wird ein Kleberstreifen entlang dem Rand mindestens einer der Platten aufgetragen, wobei eine Füllöffnung ausgespart wird,
- die Platten werden justiert aufeinandergesetzt und zusammen gepreßt, wobei ein Hohlraum gebildet wird, und
- der Kleber wird in zusammengepreßtem Zustand der Platten aus gehärtet.

Der Kleberstreifen wird in der Regel entweder durch Siebdruck oder durch Auftragen aus einer geführten Düse aufgebracht. Kleber für Siebdruck ist in der Regel höherviskos als Kleber zum Auf tragen aus einer Düse. Sind die Platten justiert aufeinanderge setzt und werden dann zusammengepreßt, benötigt es z. B. 5 Minu ten, bis ein siebgedruckter Kleberstreifen breitgedrückt ist, während es bei einem aus einer Düse aufgetragenen Kleberstreifen nur etwa 1/2 bis 1/5 dieser Zeit benötigt. Damit die Platten nicht ganz dicht aufeinandergepreßt werden, befinden sich im Kleber und/oder zwischen den Platten sogenannte Spacer. Dies sind Kügelchen oder Stäbchen aus Kunststoff, Glas oder einem harten Oxid. Der Durchmesser der Spacer bestimmt den Plattenab stand, der typischerweise zwischen 4 µm und 10 µm liegt, abhän gig vom Funktionsprinzip und der Anwendung einer jeweiligen Flüssigkristallzelle.

Es sind sowohl Kleber am Markt, die sich durch Wärme aushärten lassen, wie auch solche, die durch UV-Belichtung ausgehärtet werden. Zum Aushärten durch Wärme ist bei den meisten Klebern ein Aufheizen auf etwa 150°C für eine halbe bis eine ganze Stunde erforderlich. UV-aushärtende Kleber härten demgegen über in der Größenordnung einer Minute aus.

Fast während der gesamten Aushärtezeit des Klebers werden die Platten aufeinandergepreßt, typischerweise mit einem Druck, der etwa der Hälfte des äußeren Luftdrucks entspricht. Wenn der Kle ber bereits weitgehend ausgehärtet ist, kann der Anpreßdruck ab gesenkt werden. Pressen, die für den genannten Zweck verwendbar sind, weisen einen relativ komplizierten Aufbau auf. Es müssen nämlich an ihnen Justiereinrichtungen zum Justieren der aufein andergesetzten, zusammenzupressenden Platten vorhanden sein. Beim Verwenden UV-härtbarer Kleber ist es darüber hinaus erfor derlich, eine Belichtungseinrichtung an den Pressen anzuordnen. Für die Verwendung bei Platten, die über wärmehärtbare Kleber verbunden werden, existieren zwei Arten von Pressen. Die eine Art verfügt über eine Heizeinrichtung, die aus Energieersparnis gründen zweckmäßigerweise nur den Randbereich der Platten auf heizen sollte. Dies führt jedoch zu beschränkter Einsetzbarkeit der Presse. Bei der anderen Art von Pressen fehlt jede Heizein richtung. Diese Pressen sind mit den zusammengepreßten Substrat platten in ihnen in einen Ausheizofen einzusetzen. Diese Art von Pressen ist relativ einfach aufgebaut, da sie nur über Justier einrichtungen als zusätzliche Einrichtungen verfügen, jedoch wird viel Wärme benötigt, um die Pressen, die bei jedem Einsetzen neuer Substratplatten und beim Justieren derselben erheblich ab kühlen, immer wieder aufzuheizen.

Die zweckmäßigste Ausführung von Pressen, die beim Verkleben von Substratplatten für Flüssigkristallzellen eingesetzt werden, ist demgemäß ein Problem, das die Fachwelt seit langem beschäf tigt.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung löst das geschilderte Problem der zweckmäßigsten Ausgestaltung von Pressen der genannten Art nicht durch eine neue Pressenkonstruktion, sondern durch eine neue Art der Ver fahrensführung, die das Einsetzen jeglicher Pressen erübrigt. Es werden nämlich die Platten dadurch zusammengepreßt, daß durch die eingangs genannte Füllöffnung Luft aus dem Hohlraum abge saugt wird, während das Zelläußere dem Umgebungsdruck ausgesetzt ist. Bei diesem Verfahren muß nur ein Vakuumanschlußstück an die Füllöffnung angesetzt werden, was verschiedene Vorteile mit sich bringt. Ein erster Vorteil ist der, daß praktisch die gesamte Plattenfläche für den Eingriff von Justiereinrichtungen frei zu gänglich ist. Diese freie Zugänglichkeit ist auch von Vorteil, wenn der Kleber durch UV-Bestrahlung ausgehärtet wird. Ein zwei ter Vorteil liegt darin, daß die Anschlußstücke wegen ihres kleinen Volumens nur geringe Wärmekapazität aufweisen, so daß zu ihrem Erhitzen, wenn der Kleber durch Wärme ausgehärtet wird, nur wenig Energie einzusetzen ist.

Vorzugsweise wird als Anschlußstück ein tütenförmiges verwendet, das selbstdichtend ausgebildet ist. Es wird über einen Eckbereich der Substratplatten geschoben, und zwar einen solchen, in dem eine Füllöffnung ausgebildet ist. Ein derartiges Anschlußstück, das aus einer dünnen Kunststoff- oder Gummifolie gebildet ist, weist eine extrem geringe Wärmekapazität auf. Die Handhabung ist außerordentlich einfach.

Ganz besondere Vorteile ergeben sich, wenn ein Kleberstreifen mit besonderer Ausgestaltung aufgebracht wird, nämlich so, daß er von der Füllöffnung ausgehend über eine vorgegebene Länge, z. B. einige Millimeter, einen Kanal bildet, von dessen hohl raumseitigem Ende aus die Kleber-Kanalränder zum jeweils benach barten Rand der Platten laufen. Bevor die Platten zusammenge setzt werden, von denen mindestens eine mit einem Kleberstreifen der genannten Art versehen ist, wird viskoser Flüssigkristall in derjenigen Menge auf mindestens eine der Platten aufgetragen, die erforderlich ist, um den Hohlraum der Zelle auszufüllen. Falls der Flüssigkristall bei Zimmertemperatur relativ dünn flüssig ist, wird er gekühlt, um eine solche Viskosität zu er halten, daß er beim Zusammenpressen der Platten nicht bis zur Füllöffnung läuft. Sind die Platten zusammengesetzt, wird durch den genannten Kanal Luft aus dem Hohlraum so gut wie möglich ab gesaugt. Dann wird der Kleber im Kanalbereich so weit erwärmt, daß er solche Maße aufweist, daß die Kanalränder so weit gegen einander gedrückt werden, daß der Kanal verschlossen wird. Han delt es sich beim verwendeten Kleber um einen wärmehärtbaren, muß das genannte Aufheizen so schnell erfolgen, daß der Kanal verschlossen ist, bevor der Kleber durch den Beginn des Aushär tens zu zähflüssig wird. Sobald der Kanal verschlossen ist, und der Kleber im Kanalbereich so hochviskos geworden ist, daß er dem äußeren Luftdruck standhalten kann, kann das Anlegen von Unterdruck beendet werden. Die zusammengesetzten Platten können nun frei transportiert werden, also ohne jede Behinderung durch eine Presse in eine UV-Belichtungseinrichtung oder in einen Ofen eingesetzt werden. Beim Erwärmen der Zelle verteilt sich der zuvor viskose Flüssigkristall im gesamten evakuierten Hohlraum.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 schematische perspektivische Ansicht zweier zu verkle bender Substratplatten, von denen die eine einen Kle berstreifen und Spacer trägt;

Fig. 2 schematische Ansicht eines Eckbereichs zusammengesetz ter Substratplatten mit angesetztem selbstdichtendem, tütenförmigem Anschlußstück zum Ansetzen von Unter druck;

Fig. 3 schematische perspektivische Darstellung eines Abpump blocks mit einer Mehrzahl von Anschlußstücken;

Fig. 4 Draufsicht auf den Eckbereich zusammengesetzter Sub stratplatten, mit kanalförmig ausgebildetem Kleber streifen; und

Fig. 5 schematische Draufsicht auf eine Flüssigkristallzelle nach dem Verschließen des in Fig. 4 erkennbaren Kleber streifenkanals.

Wege zum Ausführen der Erfindung

In Fig. 1 sind eine obere Substratplatte 10.o und eine untere Substratplatte 10.u in noch nicht zusammengesetztem Zustand dar gestellt. Die untere Substratplatte 10.u trägt entlang ihrem Rand einen Kleberstreifen, der jedoch nicht um alle vier Ränder geschlossen umläuft, sondern der an einem Eck eine Füllöffnung 12 aufweist. Sowohl im Kleberstreifen, wie auch auf der restlichen Fläche der unteren Substratplatte 10.u sind Spacer in üblicher Weise aufgebracht. Die obere Substratplatte 10.o und die untere Substratplatte 10.u werden mit einem beliebigen Justierverfahren so gegeneinander angebracht, daß die gewünschte Deckung zwischen Elektroden auf den beiden Platten erreicht ist.

Anschließend wird an das Eck mit der Füllöffnung 12 ein tüten förmiges selbstdichtendes Anschlußstück 14 angesetzt, wie in Fig. 2 dargestellt, dessen enges Ende über eine Absaugleitung 15 an eine Pumpe angeschlossen wird. Über dieses Anschlußstück 14 wird Luft aus dem durch die beiden Substratplatten 10.o und 10.u und den Kleberstreifen 11 gebildeten Hohlraum abgesaugt, und zwar so lange, bis ein gewünschter Unterdruck eingestellt ist, typischerweise etwa die Hälfte des äußeren Luftdrucks. Auf das Zelläußere, also auf das Äußere der beiden Substratplatten 10.o und 10.u, wirkt dauernd der äußere Luftdruck. Aufgrund des Druck unterschieds zwischen dem Hohlraum und dem Zelläußeren werden die beiden Substratplatten 10.o und 10.u bis auf den durch den Durchmesser der Spacer 13 vorgegebenen Abstand zusammengedrückt. Dabei wird der Kleberstreifen 11 breitgedrückt. Dieses Breit drücken nimmt je nach Viskosität des verwendeten Klebers einige Minuten in Anspruch, typischerweise etwa 1-5 Minuten. Das Breitdrücken des Klebers erfolgt so lange, bis auch im Kleber bereich die beiden Substratplatten nur noch um den Spacerdurch messer voneinander beabstandet sind. Sobald dies der Fall ist, wird mit dem Aushärten des Klebers begonnen, entweder durch UV- Bestrahlung oder durch Erwärmen, je nach Art des verwendeten Klebers. Wird mit Wärme ausgehärtet, muß ein ausreichend tempe raturfestes Anschlußstück 14 verwendet werden. Dies ist jedoch unproblematisch, da bei den typischen Aushärtetemperaturen von etwa 150°C zahlreiche Kunststoffe ausreichend wärmebeständig sind. Wird mit UV-Licht ausgehärtet, ist es zweckmäßig, das An schlußstück 14 kleiner auszubilden als in Fig. 2 dargestellt, nämlich nur so groß, daß es die Enden 11.e des Kleberstreifens 11 gerade abdeckt. Dies, weil Kunststoffe in der Regel kaum UV- durchlässig sind und somit das Verwenden eines größeren Anschluß stückes, das längere Bereiche des Kleberstreifens 11 abdeckt, zur Folge hätte, daß der Kleberstreifen im abgedeckten Bereich nicht ausreichend aushärten würde. Ein größeres Anschlußstück kann aber dann eingesetzt werden, wenn statt eines UV-härtenden Klebers ein solcher verwendet wird, der bei Belichten mit blauem Licht aus härtet, z. B. der Kleber DELO PHOTOBOND VP5.

In Fig. 3 ist ein Absaugblock 16 dargestellt, mit einer Mehrzahl von Anschlußstücken 14, zum gleichzeitigen Absaugen mehrerer justiert zusammengesetzter Substratplatten.

Im bisherigen wurde davon ausgegangen, daß die Füllöffnung 12 wie bei herkömmlichen Verfahren zum Verkleben von Substratplatten für Flüssigkristallzellen ausgebildet ist. Von besonderem Vor teil in Verbindung mit dem beschriebenen Verpreßverfahren mit Hilfe von Unterdruck in der Zelle ist jedoch eine Ausgestaltung der Füllöffnung, wie sie im Beispiel von Fig. 4 dargestellt ist. Von einer Ecke der Substratplatten 10.o + 10.u verläuft nämlich der Kleberstreifen 11 so, daß er ausgehend von seinen beiden Enden 11.e einen Kanal bildet. Von dessen raumseitigem Ende aus verläuft der Kleberstreifen zum jeweils benachbarten Rand der Platten. Wird nun mit Hilfe eines an die in der genannten Ecke endenden Füllöffnung 12 ein Anschlußstück 14 angesetzt, und wird über dieses der Hohlraum zwischen den Substratplatten und dem Kleberstreifen evakuiert, wirkt der äußere Luftdruck in Richtung von Luftdruckpfeilen 18 auf die Kanalränder. Sobald der Hohlraum so weit wie möglich evakuiert ist, wird der Kleberstreifen im Bereich des Kanals 17 so weit erwärmt, daß er in solchem Maße aufweicht, daß die Kanalränder 17.r so weit gegeneinander ge drückt werden, daß der Kanal verschlossen wird. Die zusammenge flossenen Kanalränder 17.r sind in Fig. 5 erkennbar. Sobald der Kleberstreifen im erwärmten, zusammengeflossenen Kanalbereich so hochviskos ist, daß er dem äußeren Luftdruck standhalten kann, wird der Unterdruck vom Anschlußstück 14 abgenommen und dieses wird abgezogen. Die genannte ausreichende Festigkeit des Kleber streifens wird beim Verwenden eines wärmehärtbaren Klebers durch weiteres Zuführen von Wärme erhalten. Beim Verwenden eines UV- härtbaren Klebers wird die Festigkeit durch das Abschalten der Wärmezufuhr und damit ein Abkühlen des Klebers und ggf. durch zusätzliches Einwirken von UV-Licht erhalten.

Da der Hohlraum der zusammengesetzten Substratplatten bereits kurz nach dem Justieren abgesaugt und dann verschlossen wird, kann er nicht in üblicher Weise befüllt werden, wenn der Vorgang des Verklebens der Substratplatten einschließlich des Aushärtens des Klebers abgeschlossen ist. Die zum Befüllen des Hohlraums erforderliche Menge an Flüssigkristall ist daher bereits vor dem Zusammensetzen der Substratplatten aufzubringen. Dies erfolgt beim Ausführungsbeispiel dadurch, daß in die Mitte der unteren Substratplatte die erforderliche Menge an Flüssigkristall 19 in hochviskoser Form aufgebracht wird. Der Flüssigkristall 19 muß so viskos sein, daß er beim Evakuieren des Hohlraums durch den Kanal 17 nicht bis in den Kanal 17 vordringt. Beim Verwenden eines smektischen Flüssigkristalls liegt ausreichend hohe Vis kosität bei Umgebungstemperatur vor. Wird dagegen ein typischer nematischer Flüssigkristall verwendet, ist dieser in gekühlter Form aufzutragen. Handelt es sich um einen bei Zimmertemperatur ziemlich dünnflüssigen Flüssigkristall erfolgt das Auftragen des gekühlten Flüssigkristalls zweckmäßigerweise auf einen gekühlten Bereich einer Substratplatte, die zudem hin vorteilhafterweise möglichst weit vom Kanal 17 entfernt liegt.

Fig. 5 stellt den Zustand dar, in dem der Kleberkanal 17 auf die beschriebene Art und Weise bereits verschlossen ist, sich der Flüssigkristall 19 jedoch noch nicht über den gesamten Hohlraum zwischen den Substratplatten 10.o und 10.u und dem Kleberstrei fen 11 verteilt hat. Wird die Flüssigkristallzelle so, wie sie in Fig. 5 dargestellt wird, mit UV-Licht bestrahlt, falls ein UV-härtbarer Kleber vorliegt, oder wird sie in einen Ofen einge setzt, falls ein wärmehärtbarer Kleber vorliegt, verteilt sich der Flüssigkristall 19 über dessen gesamten evakuierten Hohl raum. Wie unmittelbar erkennbar, läßt sich die Zelle problemlos erwärmen oder belichten, da keine Presseneinrichtung mehr auf sie einwirkt.

Die zweckmäßigsten Abmessungen des Kleberkanals 17 hängen vom Anwendungsfall ab. Zweckmäßig ist es, den Kanal so eng wie mög lich auszubilden, damit er schnell und einfach verschlossen wer den kann. Ist jedoch ein großer Hohlraum auszupumpen, wird man bestrebt sein, den Kanal möglichst breit zu halten, um zu kurzen Evakuierzeiten zu gelangen. Hier ist somit die Abmessung des Kleberkanals 17 im Hinblick auf kurze Evakuierzeit einerseits und schnelles und sicheres Verschließen des Kanals andererseits zu optimieren. Typischerweise wird der Kanal einige Millimeter Breite und einige Millimeter Länge aufweisen, wobei die Länge typischerweise, jedoch nicht notwendigerweise größer ist als die Breite. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Kleber streifen 11 über seine gesamte Länge, also auch im Bereich der Kanalränder 17.r, gleichmäßige Breite auf. ln der Regel ist es aber zweckmäßig, den Kleberstreifen im Bereich der Kanalränder breiter auszugestalten, um dadurch zu gewährleisten, daß beim Fließen des Klebers zum Verschließen des Kleberkanals 17 nicht eine so dünne Kleberstreifenstelle entsteht, daß an dieser Stelle durch den äußeren Luftdruck ein Loch in den Kleberstreifen ge drückt wird.

Claims

1. Verfahren zum Verkleben von Substratplatten für Flüssigkri stallzellen, bei dem

- ein Kleberstreifen entlang dem Rand mindestens einer der Platten aufgetragen wird, wobei eine Füllöffnung ausgespart wird,
- die Platten justiert aufeinandergesetzt und zusammengepreßt werden, wobei ein Hohlraum gebildet wird, und
- der Kleber im zusammengepreßten Zustand der Platten ausge härtet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Platten dadurch zusammengepreßt werden, daß durch die Füllöffnung Luft aus dem Hohlraum abgesaugt wird, während das Äußere der Platten dem Umgebungsdruck ausgesetzt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Anpreßkraft auf den Kleberstreifen mit Hilfe des Unterdrucks im Hohlraum eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Füllöffnung in einer Ecke der Zelle ausge spart wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß ein selbstdichtendes, tütenförmiges Anschlußstück über den Eckbereich mit der Füllöffnung geschoben wird, an welches Anschlußstück Unterdruck angelegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß

- hochviskoser Flüssigkristall auf mindestens eine der Sub stratplatten vor dem Zusammensetzen derselben aufgetragen wird,
- der Kleberstreifen so aufgebracht wird, daß er von der Füll öffnung aus gesehen über eine vorgegebene Länge einen Kanal bildet, von dessen hohlraumseitigem Ende aus die Kleber- Kanalränder zum jeweils benachbarten Rand der Platten lau fen, und
- nach dem Absaugen der Luft aus dem Zellraum, jedoch vor dem Aushärten des Klebers, der Kleberstreifen im Kanalbereich so weit erwärmt wird, daß er in solchem Maße aufweicht, daß die Kanalränder so weit gegeneinander gedrückt werden, daß der Kanal verschlossen wird.