DE7729857U1

DE7729857U1 - Fluessigkristallzelle

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Publication number: DE7729857U1
Application number: DE19777729857U
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1977-09-06
Filing date: 1977-09-27
Publication date: 1979-08-23
Also published as: CH622358A5; US4252415A; JPS5450346A; GB1601563A; DE2743321A1; ATA445878A

Description

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Ka/dh 73/77

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Flüssigkristallzelle und Verfahren zu deren Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallzelle mit zwei ebenen parallel und in einem bestimmten Abstand zueinander ausgerichteten Glasplatten, einem zwischen den Glasplatten vorgesehenen Steg aus niedrigschmelzendem Glaslot, einer in dem durch die Glasplatten und den Glaslotsteg gebildeten Innenraum vorgesehenen Flüssigkristallsubstanz und mit an den einander zugewandten Flächen der Glasplatten aufgebrachten Elektroden, deren Anschlüsse aus dem Innenraum über den Glaslotsteg hinaus nach aussen geführt sind, und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Flüssigkristallzelle.

Eine Flüssigkristallzelle der vorgenannten Art ist aus der ÜS-PS 3 995 9^1 bekannt. Derartige Zellen werden heutzutage vor allem als optische Polarisationsmodulatoren mit einer verdrillten nematischen Flüssigkristallsubstanz, so

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wie dies etwa in der DT-OS 2 I58 563 angegeben ist, gefertigt, bei der serienmässigen Fertigung solcher Drehkristallzellen werden die mit den Elektroden versehenen Glasplatten randseitig vorzugsweise mit einer ein Bleiboratlot und ein orga- f ί nisches Bindemittel enthaltender Lötpaste bedruckt und nach

Ausrichten der Glasplatten gegeneinander bei ca. 500⁰C verlötet.

Durch verschiedene, dem Fachmann bekannte Verfahren, wie Reiben, Schrägaufdampfen werden die an der Glasplatte anliegenden Flüssigkristallmoleküle in einer Vorzugsrichtung ausgerichtet. Für die meisten Anwendungen ist ein kleiner Anstellwinkel, d.h. Winkel zwischen der Achse des stäbchenförmigen Flüssigkristallmoleküls und deren Projektion auf die Plattenoberfläche, von Vorteil. Unter allen Umständen ist zu vermeiden, dass der Anstellwinkel über die Fläche der Zelle, z.B. zwischen elektrodenbedeckten und nichtelektrodenbedeckten Stellen variiert.

Derartige Zellen zeigen vorallem bei nichtsenkrechter Betrachtung einen inhomogenen Hintergrund resp. sichtbare Elektroden auch im elektrisch nicht angesteuerten Zustand.

In nach dem Stand der Technik gefertigten Zellen tritt es häufig auf, dass der Anstellwinkel auf den elektrodenbeschichteten Teilen der Glasplatte höher ist als auf den

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unbeschichteten. Dies führt zu unakzeptablen optischen Eigenschaften und einer verkürzten Lebensdauer solcher Zellen. Im Prinzip kann der Effekt vermindert werden durch eine Beschichtung der Glasplatte und der Elektroden mit einer hochqualitativen Schutzschicht, z.B. 2000 2 SiO , aufgebracht durch Elektronenstrahlverdampfung in sehr gutem Vakuum. Derartige Schutzschichten sind jedoch preislich aufwendig und es besteht bedarf nach einem billigeren Verfahren.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Flüssigkristallzelle der vorgenannten Art zu schaffen, bei der der Wert des Anstellwinkels der Flüssigkristallmoleküle kleiner als ein vorgegebene!¹· Toleranzwert ist und bei der durch den Toleranzwert des Anstellwinkels eine in Hinblick auf Kontrast und Lebensdauer für praktische Anwendungen geeignete Flüssigkristallzelle bestimmt ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und vom bisher verwendeten Fertigungsverfahren nur geringfügig abweichenden Verfahren anzugeben, durch welches eine derartige Flüssigkristallzelle herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Glaslotsteg und/oder die Elektroden ein zumindest teilweise reduziertes Oxidationsmittel enthalten, welches durch Reduktion eines Oxidationsmittels während des Glaslötens der Flüssigkristallzelle gebildet wird.

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Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel mit Glaslot vermischt wird, und dass eine dieses Gemisch und einen organischen Binder aufweisende Glaslotpaste in an sich bekannter Weise auf mindestens eine der beiden mit Elektroden versehenen Glaslotplatten aufgebracht wird, die Glasplatten in an sich bekannter Weise gegeneinander ausgerichtet und verlötet werden und der durch die Glasplatten und den Glaslotsteg gebildete Innenraum in an sich bekannter Weise mit der Flüssigkristallsubstanz gefüllt wird.

Die Erfindung geht von der Beobachtung aus, dass zu grosse_/ oberhalb eines Toleranzwertes liegende Anstellwinkel der Flüssigkristallmoleküle auf die Bereiche der Elektroden beschränkt sind, dass die dadurch bedingten Störungen an Elektroden auftreten, deren Zuführungen eine gemeinsame Fläche mit dem Glaslotsteg aufweisen, und dass die Wirksamkeit dieser Störungen mit steigender Löttemperatur zunimmt und durch auf die Elektroden aufgebrachte Schutzschichten gegebenenfalls erheblich vermindert werden kann.

Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, dass diese Störungen dadurch verursacht werden, dass bei der Löttemperatur noch nicht der gesamte organische Binder der Glaslotpaste verbrannt ist, so dass im Glaslot und inbesondere an der Grenzfläche zur Elektrode reduzierende Bedingungen ent-

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stehen, die das elektrochemische Potential der Elektrode in dem unter dem Glaslotsteg liegenden Teil je nach Elektrodenzusammensetzung absenken. Bei den üblicherweise in der Fertigung von Flüssigkristallzellen verwendeten Indium -und/oder Zinnoxidelektroden liegt diese Absenkung bei ca. O₃5 Volt. Da bei der ca. 500 C betragenden Löttemperatur das üblicherweise in der Fertigung verwendete Natrium-Silikatglas ein recht guter Elektrolyt ist, wirken der reduzierte und der unreduzierte Teil der Elektrode als Lokalelement und verursachen elektrochemische Korrosionseffekte, durch welche, gegebenenfalls durch Na -Diffusion aus der Glasplatte in die Elektrode, die zu grossen Anstellwinkel der Flüssigkristallmoleküle im Bereich der Elektroden bewirkt werden.

Ausgehend von dieser Erkenntnis kamen die Erfinder zu der Folgerung, dass es geboten ist, das Absinken der Sauerstoffaktivität im Glaslot und damit auch an der Grenzfläche Glaslot-Elektrode während des Glaslötens der Flüssigkristallzelle zu verhindern. Um dieses Ziel zu erreichen, haben sie dem Glaslot ein Oxidationsmittel zugesetzt, welches während des Glaslötens der Flüssigkristallzelle die nicht verbrannten

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Reste des organischen Binders/Glaslotpaste oxidiert und dabei selber zumindest teilweise reduziert wird, so dass eine derart verlötete Flüssigkristallzelle im Glaslotsteg und/oder in den Elektroden neben den gegebenenfalls nicht reduzierten Teilen des Oxidationsmittels ein reduziertes Oxidationsmittel

enthält.

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Als Oxidationsmittel sind mit Vorteil Substanzen zu verwenden, die bei hoher Temperatur Sauerstoff abgeben, wie etwa Antimonpentoxid (Sb₀O₁.) , Wismut (III) oxid (Bi₀O-J, Uran(VI)

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oxid (UO₃), Nickeloxid (Ni 0 ), Bleidioxid (PbO₂), Mangandioxid (MnO₂)/Chromate und Bichromate.

Besonders geeignet sind Substanzen, deren Sauerstoffaktivität bei der Löttemperatur grosser als -400 (mV), vorzugsweise grosser als -200 (mV) ist. Bei 500⁰C entspricht dies einem zwischen 3 · 10 ^J bzw. 6 · 10 (Bar) liegenden Sauerstoffzersetzungsdruck.

Die erfindungsgemässen Zellen zeichnen sich auch bei Ablesung unter grossen Winkeln zur Normalen durch eine hohe Kontraststärke sowie eine lange Lebensdauer aus. In der Fertigung treten keine Probleme mit Zellen auf, deren An-Stellwinkel oberhalb eines Toleranzwinkels liegen oder deren Anstellwinkel über der nutzbaren Zellenfläche variieren, so dass die Ausschussquote in bezug auf derartige Störungen praktisch vernachlässigb'ar ist und eine erhebliche Verbilligung und Verbesserung der Plüssigkristallzellen erzielt wird.

Wird ein Oxidationsmittel gewählt, dessen Sauerstoffpartial druck im Temperaturintervall zwischen Erweichungstemperatur des Glaslotes und der während des Glaslötens auftretenden

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maximalen Temperatur höchstens gleich dem Druck der umgebenden Atmosphäre, vorzugsweise höchstens 0,2 Bar, ist, so kann eine im Lotsteg einsetzende Blasenbildung vermieden und eine besonders geringe Ausfallquote erreicht werden.

Besonders vorteilhaft ist Mangandioxid als Oxidationsmittel,

j da es erst bei 535°C, also oberhalb der bei ca. 500 C liegen

den Löttemperatur, an die Umgebungsluft molekularen Sauerstoff abgibt, bei der Löttemperatur somit noch nicht zu

j Blasenbildung neigt, bei dieser Temperatur aber eine zur

10 Verhinderung der Ausbildung von Lokalelementen an den Elektroden ausreichen«" hohe Sauerstoffaktivität aufweist und ] darüber hinaus aber auch durch eine in Punktion von der

Temperatur flache Sauerstoff-Aktivitätskurve gekennzeichnet ! ist. Mangandioxid löst sich zudem praktisch nicht im Glas-

Ϊ 15 lot, so dass die bisherigen Lctparameter des verwendeten S Glaslotes nicht geändert werden müssen.

! Es ist zu empfehlen, 0,1-20, vorzugsweise 1-5, Gewichts-

; prozent Oxidationsmittel, bezoger auf die Menge des Glaslotes, dem Glaslot zuzugeben und -Glaslot und Oxidationsmittel gleichmässig miteinander zu vermischen, da hierdurch mit Sicherheit erreicht wird, dass das Oxidationsmittel an allen störanfälligen Stellen seine oxidierende Wirkung entfalten kann.

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Es ist vorteilhaft ein pulverförmiges Oxidationsmittel mit einer höchstens dem Plattenabstand, entsprechenden Korngrösse zu verwenden, da dann keine Probleme mit der Dichtigkeit der verlöteten Flüssigkrxstallzelle auftreten können.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Hierbei zeigt

Fig. 1 einen nicht massstabsgetreuen Schnitt durch den Glaslotsteg einer elektrisch ansteuerbaren Flüssigkristallzelle gemäss dem Stand der Technik und

Fig. 2 Spannungs-Temperaturkurven von Elektrodenanordnungen entsprechend der Flüssigkristallzelle nach Fig. 1 sowie erfinaungsgemässe Flüssigkristalizellen, Vielehe unter Zugabe unterschiedlicher Anteile an Mangandioxid als Oxidationsmittel zum Glaslot hergestellt wurden.

In Fig. 1 beziehen sich die Bezugsziffern 11 und 12 auf zwei ebene, parallel und in einem Abstand von ca. 7 um ausgerichtete Glasplatten, auf denen zwei transparente Elektroden 21 und 22 aus Indium (In OJ und/oder Zinnoxid (SnO₂) aufgetragen sind, welche gegebenenfalls mit Schutz-

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schichten 51 und 52 aus inertem und transparentem Material,

wie etwa Quarz, versehen sind. Der durch die Glasplatten

11, 12 und einen Glaslotsteg k gebildete Innenraum ist mit s einer nematischen Plüssigkristallsubstanz 3 gefüllt. Hier- {

bei sind die stäbchenförmigen Moleküle der Flüssigkristallsubstanz 3 im spannungsfreien Zustand der Zelle derart angeordnet, dass die die Oberfläche 21 bzw. 51 der Glasplatte
11 berührenden Moleküle 31 in der Zeichenebene liegen, während die zwischen den Glasplatten 11, 12 befindliche Molekül- \

schicht 32 bereits um einen bestimmten Winkel aus der Zeichen- f

ebene herausgedreht ist und die die Oberfläche 22 bzw. 52

der Glasplatte 12 berührenden Moleküle 33 bis zu 90° gegen- , über den ersten, an der Platte H anliegenden Molekülen 31 \

verdreht sind. Die Plüssigkristallsubstanz 3 weist daher | im spannungsfreien Zustand der Zelle eine schraubenförmig |

verdrillte Struktur auf. Diese Struktur wird beispielsweise -g

durch Reiben der Plattenoberflächen 21, 22 bzw. 51, 52 mit %

einem Baumwolltuch in einer Vorzugsrichtung erreicht, da |

ν die Moleküle 31, 33 der Plüssigkristallsubstanz 3 bestrebt |

sind, sich längs dieser Vorzugsrichtung anzuordnen. 1

Nun hat es sich aber gezeigt, dass die Moleküle je nach
Fertigungsparametern einen mehr oder weniger grossen Anstellwinkel dO aufweisen, d.h., dass die Moleküle 31 bzw.
33 nicht in ihrer ganzen Länge an den Oberflächen 21, 22
bzw. 51, 52 der Glasplatten 11, 12 haften, sondern dass

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die Moleküle mit der Längsachse einen WinkeleC mit ihrer Projektion auf die Plattenoberfläche bilden. Variiert dieser Anstellwinkel <*Cum mehr als einen vorgegebenen Wert AdC; so wird die Darstellung der durch die Flüssigkristallzelle angezeigten Information mangelhaft.

Gemäss der Erfindung wird einem Glaslotpulver der Korngrösse <C 7 Mm beispielsweise eine Menge von ca. 2,5 Gew.% pulverförmiges Mangandioxid der Korngrösse<.7 um beigemischt. Lotpulver und Mangandioxid werden gleichmässig miteinander vermischt und nach Suspendieren in einem organischen Binder randseitig als Lotsteg 4 auf die Glasplatten 11, 12 gedruckt. Der Lotsteg ¹I liegt je nach Elektrodenstruktur auf den Elektroden 21, 22 und/oder den Glasplatten 11, 12 selber oder lediglich auf den Schutzschichten 51, 52 auf. Nach Ausrichten der Glasplatten 11, 12 wird die Flüssigkristallzelle bei ca. 500⁰C glasverlötet. Hierbei wirkt das Mangandioxid als Oxidationsmittel und verhindert die Reduktion der In₂O- und/oder Sn0_?- Elektroden durch nicht verbrannten organischen Binder und somit die Ausbildung von Lokalelementen an den Elektroden, so dass nach Füllen der glasverlöteten Flüssigkristallzelle mit einer Flüssigkristallsubstanz durch eine im Glaslotsteg 4 verbleibende EinfüllÖffnung die Variation des Anstellviinkels JZ unterhalb eines vorgegebenen Wertes Δ (C bleibt.

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Anhand aer Spannungs-Temperaturkurven der Pig, 2 lässt sich die Verhinderung der Lokalelementbildung in erfindungsgemässen Flüssigkristallzellen besonders gut erkennen und ist es möglich, den optimalen Zusatz an Oxidationsmittel zum Glaslotpulvc-i' zu bestimmen. Bei diesen Kurven wird die Spannung zwischen einer freien und einer mit Glaslot bedeckten Elektrode, welche beide auf einer Glasplatte angeordnet sind, gemessen. Beide Elektroden stehen sich in eine:n Abstand von ca. 1 mm mit einer Kantenlänge von 10 mm gegenüber. Die zwischen beiden Elektroden als Punktion der Temperatur T ( C) auftretende Spannung V (mV) ist nun ein Mass für das durch das Glaslöten bewirkte Auftreten der die Vergrösserung der Anstellwinkelc£ bewirkenden Lokalelemente. Den Spannungs-Temperatur-Kurven ist zu entnehmen, dass eino Beimengung von mehr als 2,5 Gewichtsprozent Mangandioxid das Aufkommen von schädlichen negativen Korrosionsspannung weitgehend verhindert.

Claims

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* j 857.8 73/77 Plüssigkrxstallzelle mit zwei ebenen, parallel und in !
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j Ka/Ca einem bestimmten Abstand zueinander ausgerichteten 17.5.79 Glasplatten, einem zwischen den Glasplatten vorgesehe 1. nen Steg aus niedrigschmelzendem Glaslot, einer in dem durch die Glasplatten und dem Glaslotsteg gebildeten Innenraum vorgesehenen Flüssigkristallsubstanz und mit an den einander zugewandten Flächen der Glasplatten auf- 5 georachten Elektroden, deren Anschlüsse aus dem Innen raum über den Glaslotsteg hinaus nach aussen geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaslotsteg (4) und/oder die Elektroden (21, 22) ein zumindest teil weise reduziertes Oxidationsmittel enthalten. 10 Plüssigkrxstallzelle nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Oxidationsmittel Antimonpentoxid (Sb₂O₁₁), Wismut(III)oxid (Bi₃O₃), Uran(VI)oxid (UO₃), 2. Nickel(III)oxid (Ni₃O₃), Bleidioxid (PbO₃), Mangandi oxid (MnO₃), Chromate und/oder Bichromate vorgesehen 15 sind. Plüssigkrxstallzelle nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Anteil des Oxidationsmittels 0,1 - 20 Gewichtsprozent der Menge des Glaslotes beträgt.
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4. Plüssigkristallzelle nach Anspruch 3₅ dadurch gekennzeichnet j dass der Anteil des Oxidationsmittels 1 - 5₃ vorzugsweise mehr als 2,5 Gewichtsprozent, der Menge des Glaslotes beträgt.

5. Plüssigkristallzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dar. Oxidationsmittel eine höchstens dem Abstand der Zellenplatten (11, 12) entsprechende Korngrösse aufweist.