EP0000109B1 - Procédé de fabrication d'une cellule d'affichage à film liquide et une cellule obtenue par ce procédé - Google Patents
Procédé de fabrication d'une cellule d'affichage à film liquide et une cellule obtenue par ce procédé Download PDFInfo
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- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
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Definitions
- the present invention relates to a method of manufacturing a liquid film display cell and a cell obtained by this method.
- the technical field to which the invention relates is the display of alphanumeric or analog characters.
- a liquid film display cell consists of a first insulating strip coated with an electrode, a second transparent insulating strip coated with a semi-transparent electrode and a wall located between said strips and at their periphery and being made of a first material chemically inert with respect to said film.
- Display cells of this kind which use a liquid crystal film to which an electric field of well-defined amplitude and frequency is applied. Under the influence of said field, the liquid crystal molecules acquire particular orientations, which makes it possible, using appropriate lighting, to reveal the desired signs.
- the order of difficulties is reversed: obtaining a constant thickness is less critical, but sealing is a key issue.
- the solvents used in the composition of the electrolytic film are, in general, volatile products at room temperature, which have a high coefficient of expansion, which are extremely fluid and which are capable of reacting chemically with numerous organic compounds. This is particularly the case for acetonitrile and methyl alcohol which are widely used in electrolytic display cells.
- Some quick-setting cements are made up of mineral compounds chemically inert towards the electrolyte; they are however porous and, therefore, incapable of ensuring correct sealing in the long term.
- the object of the present invention is precisely a method of manufacturing a display cell which makes it possible to obtain perfect sealing, even in the long term, for cells with an electrolytic film. Naturally, this process also applies, and a fortiori, to liquid crystal cells;
- the method of the invention provides a second one which is that of facilitating the filling operation thanks to the presence of at least one tube disposed across the peripheral wall, the end of which can be easily sealed by fusion under the action of rapid and localized heating: this heating has no effect on the holding of the cell due to the distance between the point hot and the cell.
- the present invention also relates to a liquid film display cell obtained by the manufacturing process which has just been defined.
- the cell shown in the figure comprises two parallel blades 2 and 4, held in place by a peripheral wall 6 forming a shim and ensuring the tightness of the cell.
- the blade 2 is transparent and coated with a semi-transparent conductive deposit 8 forming an electrode; the wall 4 is covered with a counter-electrode 10.
- a liquid film 12 is interposed between the blades 2 and 4.
- a layer 14 of insulating material makes it possible to draw on the blade 2 alphanumeric or other characters.
- the cell shown also comprises a tube 18, thin or capillary, for example of a fraction of a millimeter of internal diameter, passing right through the wall 6 and serving to fill the cell.
- This tube is closed by fusion at its outer end.
- the cell may also include a screen 20 which masks the counter-electrode 10.
- the electrode 8 and the counter electrode 10 are connected to a DC voltage source 22 through a double switch 24 which makes it possible to reverse the polarities of the applied voltages.
- Electrochemical oxidation-reduction reactions cause the deposition or dissolution (depending on its polarity) on the electrode 8 of a layer 26, which can for example be an absorbent or reflective metallic layer.
- the device is illuminated by a source 28 and the observation is made at 30.
- the wall 6 is formed according to the invention by a fusible glass so as to allow its assembly with the two blades 2 and 4.
- the tube 18 is then preferably also made of glass but with a melting point located beyond the melting point of the glass constituting the wall 6.
- the thin tube 18 is advantageously located in a plane parallel to the blades 2 and 4, but it could be inclined or bent.
- the outer end of the tube extends a few millimeters beyond the edge of the blades 2 and 4. It can be protected mechanically by using it in a drop of quick-setting glue, or in any other protective material.
- said tube is emptied of the liquid which it contains in the following manner: the temperature of the cell is slightly raised to cause the liquid to expand; this has the effect of driving a few drops of liquid through the tube; the cell is then allowed to cool; the liquid shrinks and collects inside the cell, leaving the tube empty.
- the display cell shown in the figure may include, as indicated above, a screen 20 whose role is to mask the counter-electrode 10 and improve the appearance of the displayed patterns.
- This screen must have sufficient ionic conduction and be chemically inert with respect to the electrolyte.
- the use of such a screen is known and mentioned for example in the publications FR-A-2 170525 and FR-A-2 297 471.
- the manufacturing method according to the invention poses a particular problem with regard to this screen due to the rise in temperature caused, during the sealing of the peripheral wall on the blades and on the filling tube. .
- the invention provides a particular embodiment of this screen.
- the material constituting the screen is composed of two constituents: a powder of controlled particle size ensuring a suitable porosity and an inorganic binder which, after drying, ensures the cohesion of the powder.
- This binder can be, for example, hydrated silica or a fusible glass.
- one or more colored oxides can be added to the initial mixture provided that they are stable up to a temperature of about 500 ° C. which is the temperature at which the cell slides are welded.
- the powder is a titanium oxide powder (Ti0 2 ) whose refractive index, greater than 2.5, ensures very good opacity.
- the binder is hydrated silica.
- the proportions of the constituents can be (in volume before drying): Ti0 2 : 70%, hydrated silica: 30%
- the powder is alumina (AI 2 0 3 ).
- the binder is hydrated silica.
- the pigment is a chromium oxide Cr z 0 3 .
- the proportions of the constituents can be (by volume before drying):
- this screen it can be deposited by screen printing on the counter-electrode before depositing the fuse glass bead or fitting fusible glass rods.
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Description
- La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'une cellule d'affichage à film liquide et une cellule obtenue par ce procédé.
- Le domaine technique auquel se rapporte l'invention est l'affichage de caractères alphanumériques ou analogiques.
- Une cellule d'affichage à film liquide est constituée d'une première lame isolante revêtue d'une électrode, d'une seconde lame isolante transparente revêtue d'une électrode semi-transparente et d'une paroi se trouvant entre lesdites lames et à leur périphérie et étant faite en un premier matériau chimiquement inerte vis-à-vis dudit film. Une telle cellule est décrite notamment dans l'article de la revue "IBM Technical Disclosure Bulletin" vol. 16, n° 2, Juillet 1973, pages 395-396. Différents moyens sont prévus pour faire varier l'aspect que présentent certaines zones de la cellule, de telle manière qu'on puisse faire apparaître et disparaître à volonté des caractères alphanumériques ou autres.
- On connaît des cellules d'affichage de ce genre qui utilisent un film de cristal liquide auquel on applique un champ électrique d'amplitude et de fréquence bien déterminées. Sous l'influence dudit champ, les molécules de cristal liquide acquièrent des orientations particulières, ce qui permet, à l'aide d'un éclairage approprié, de faire apparaître les signes désirés.
- On connaît aussi des cellules d'affichage qui utilisent un film électrolytique. Les réactions électrochimiques qui apparaissent au voisinage d'une des électrodes permettent de déposer et de dissoudre des couches réfléchissantes ou absorbantes. On pourra consulter à ce sujet, et par exemple, l'article de Salomon Zaromb intitulé "Theory and Design Principles of the Reversible Electroplating Light Modulator", publié dans la revue "Journal of the Electrochemical Society" d'octobre 1962, page 903.
- De tels dispositifs posent de nombreux problèmes de réalisation. Pour les cellules à cristal liquide, il s'agit avant tout d'obtenir une épaisseur constante du film liquide car le champ électrique appliqué en dépend. A cette fin, on utilise des cales d'épaisseur sur lesquelles viennent s'appuyer les deux lames. L'étanchéité de la cellule à cristal liquide ne pose pas un problème aussi difficile et elle peut être obtenue aisément par un joint périphérique appliqué autour de la cellule. A propos de cette technique, on pourra consulter par exemple, la publication FR - A - 2 163 858.
- Pour les cellules à film électrolytique, l'ordre des difficultés est inversé: l'obtention d'une épaisseur constante est moins critique, mais l'étanchéité est une question primordiale. En effet, les solvants entrant dans la composition du film électrolytique sont, en général, des produits volatils à la température ambiante, qui présentent un coefficient de dilatation important, qui sont extrêmement fluides et qui sont susceptibles de réagir chimiquement avec de nombreux composés organiques. C'est le cas notamment de l'acétonitrile et de l'alcool méthylique qui sont largement utilisés dans les cellules d'affichage électrolytique.
- Dans ces conditions, il est difficile d'obtenir une étanchéité parfaite pour ce type de cellule et cela pendant une très longue durée. On peut dire que ce problème n'a pas été résolu de façon satisfaisante dans l'art antérieur.
- En effet, les solutions proposées jusqu'à ce jour, pour les cellules d'affichage électrolytique. sont essentiellement des transpositions des solutions utilisables dans d'autres cellules de visualisation, à cristaux liquides par exemple. Elles sont les suivants:
- a) étanchéité par bouchons:
- Ils peuvent être de deux types:
- les bouchons métalliques: le procédé consiste à écraser, dans un trou pratiqué dans l'une des parois de la cellule, un métal mou tel que l'indium, le plomb ou t'étain: mais ces métaux sont dissous dans l'électrolyte, ce qui modifie la composition de la solution;
- les bouchons en polychlorure de vinyle ou en téflon: ils résistent bien à l'action chimique de l'électrolyte et de ses vapeurs, mais ils sont chassés sous l'effet des augmentations de pression dans la cellule, qui peuvent intervenir lors de son échauffement.
- b) étanchéité par colles:
- Ces colles sont le plus souvent constituées par des composés organiques qui sont, eux aussi, dissous par l'électrolyte. L'utilisation de ces corps présente en outre l'inconvénient de nécessiter, à la température ambiante, des temps de séchage ou de polymérisation très longs qui sont incompatibles avec la vitesse d'évaporation du solvant de l'électrolyte;
- Certains ciments, à prise rapide, sont constitués de composés minéraux inertes chimiquement vis-à-vis de l'électrolyte; ils sont cependant poreux et, de ce fait, incapables d'assurer une étanchéité correcte à long terme.
- La présente invention a justement pour objet un procédé de fabrication d'une cellule d'affichage qui permet d'obtenir une étanchéité parfaite, même à long terme, pour les cellules à film électrolytique. Naturellement, ce procédé s'applique aussi, et a fortiori, aux cellules à cristal liquide;
- A cette fin, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une cellule d'affichage à film liquide constituée d'une première lame isolante revêtue d'une électrode, d'une seconde lame isolante transparente revêtue d'une électrode semi-transparente et d'une paroi se trouvant entre lesdites lames et à leur périphérie et étant faite en un premier matériau chimiquement inerte vis-à-vis dudit film et fusible à une première température, caractérisé en ce que:
- a) on place sur et en travers de ladite paroi au moins un tube de remplissage constitué d'un second matériau ayant une température de fusion supérieure à ladite première température,
- b) on scelle le tube dans ladite paroi et les première et seconde lames sur la paroi en portant les éléments de la cellule à une température au moins égale à ladite première température et inférieure à la température de fusion du second matériau.
- c) on laisse refroidir les éléments de la cellule,
- d) on effectue enfin une opération de remplissage de la cellule à travers ledit tube.
- En plus de l'avantage relatif à l'amélioration de l'étanchéité de la cellule, le procédé de l'invention en procure un second qui est celui de faciliter l'opération de remplissage grâce à la présence d'au moins un tube disposé en travers de la paroi périphérique dont l'extrémité peut être facilement scellée par fusion sous l'action d'un échauffement rapide et localisé: cet échauffement n'a aucune action sur la tenue de la cellule du fait de l'éloignement entre le point chaud et la cellule.
- La présente invention a àgalement pour objet une cellule d'affichage à film liquide obtenue par le procédé de fabrication qui vient d'être défini.
- De toute façon, les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux après la description qui suit, d'un exemple de réalisation donné à titre explicatif et nullement limitatif, en référence à la figure unique annexée qui représente une coupe schématique d'une cellule à film liquide obtenue selon le procédé de l'invention.
- La cellule représentée sur la figure comprend deux lames parallèles 2 et 4, maintenues en place par une paroi périphérique 6 formant cale d'épaisseur et assurant l'étanchéité de la cellule. La lame 2 est transparente et revêtue d'un dépôt conducteur semi-transparent 8 formant électrode; la paroi 4 est recouverte d'une contre-électrode 10. Un film liquide 12 est intercalé entre les lames 2 et 4. Une couche 14 de matériau isolant permet de dessiner sur la lame 2 des caractères alphanumériques ou autres.
- La cellule représentée comprend en outre un tube 18, fin ou capillaire, par exemple d'une fraction de millimètre de diamètre intérieur, traversant de part en part la paroi 6 et servant au remplissage de la cellule. Ce tube est obturé par fusion à son extrémité extérieure.
- La cellule peut comprendre en outre un écran 20 qui masque la contre-électrode 10.
- L'électrode 8 et la contre-électrode 10 sont reliées à une source de tension continue 22 à travers un double commutateur 24 qui permet d'inverser les polarités des tensions appliquées.
- Des réactions électrochimiques d'oxydoréduction entraînent le dépôt ou la dissolution (selon sa polarité) sur l'électrode 8 d'une couche 26, qui peute être par exemple une couche métallique absorbante ou réfléchissante.
- Le dispositif est éclairé par une source 28 et l'observation s'effectue en 30.
- De préférence, la paroi 6 est constituée selon l'invention par un verre fusible de façon à permettre son assemblage avec les deux lames 2 et 4. Le tube 18 est alors de préférence, lui aussi, en verre mais avec un point de fusion situé au-delà du point de fusion du verre constituant la paroi 6.
- Il va de soi qu'on pourrait n'utiliser qu'une zone fusible d'étendue limitée dans la lame 6 ou dans l'une des lames 2 et 4, au lieu de réaliser la totalité de la paroi 6 dans ledit matériau fusible comme représenté sur la figure.
- Le tube fin 18 est avantageusement situé dans un plan parallèle aux lames 2 et 4, mais il pourraît être incliné ou coudé. De préférence, l'extrémité extérieure du tube dépasse de quelques millimètres le bord des lames 2 et 4. Elle peut être protégée mécaniquement en la moyant dans une goutte de colle à prise rapide, ou dans tout autre matériau de protection.
- A titre explicatif, pour obtenir une telle cellule, on opère par exemple de la manière suivante:
- on part d'une lame inférieure sur laquelle a été déposée une contre-électrode par exemple d'argent;
- on dépose un cordon de verre fusible destiné à former la paroi latérale; ce cordon se présente sous la forme d'une pâte molle;
- on place sur ce cordon, et perpendiculairement à lui, un tube fin de remplissage en verre ordinaire, de manière à ce qu'il pénètre dans ce cordon et à ce qu'il dépasse sur une longueur suffisante vers l'extérieur de la cellule;
- on recuit l'ensemble de manière à produire l'évaporation du liant utilisé pour le dépôt du cordon (une demiheure à 300-350°C);
- on porte l'ensemble à la température de fusion du premier verre fusible (500 à 550°C), de manière à assurer le scellement avec le tube fin;
- on pose une lame supérieure revêtue d'une électrode sur l'ensemble et on chauffe à la température de fusion du premier verre fusible (500 à 550°C) pendant un quart d'heure environ pour assurer le scellement paroi-ame supérieure;
- on laisse refroidir et on remplit d'électrolyte;
- on réalise un chauffage intense, bref et localisé de l'extrémité extérieure du tube fin (température de l'ordre de 700°C) pour obturer ce tube: il n'y a ainsi aucune élévation de température appréciable de la paroi latérale en verre fusible donc pas de détérioration de l'étanchéité ni des composants de la cellule.
- Dans une variante de ce procédé:
- on remplace le dépôt du cordon de verre fusible par la mise en place de baguettes de verre fusible selon la configuration désirée:
- on pose le tube fin sur la baguette;
- on porte directement l'ensemble à la température de fusion du verre fusible (450°C) pour incorporer le tube fin dans la baguette de verre fusible et assurer le scellement paroi latérale-tube fin.
- En ce qui concerne l'opération de remplissage de la cellule, on peut s'y prendre comme suit:
- la cellule étant munie d'un seul tube de remplissage, on la dispose dans un bac contenant l'électrolyte;
- on place l'ensemble dans une enceinte à vide pour évacuer à travers l'électrolyte le gaz contenu dans la cellule:
- on coupe le vide et on remonte à la pression normale; le liquide rentre dans la cellule.
- Dans une variante de ce procédé de remplissage:
- la cellule étant munie de deux tubes fins de remplissage, on introduit le premier dans un bac contentant l'électrolyte;
- le tube et la cellule étant en régime de capillarité, l'électrolyte pénètre dans la cellule.
- Une fois la cellule remplie et avant fusion de l'extrémité du tube 18, ledit tube est vidé du liquide qu'il contient de la manière suivante: on élève légèrement la température de la cellule pour provoquer une dilatation du liquide; ceci a pour effet de chasser quelques gouttes de liquide par le tube; on laisse ensuite la cellule refroidir; le liquide se rétracte et se rassemble à l'intérieur de la cellule, ce qui laisse le tube vide.
- En ce qui concerne le verre fusible constituant la paroi périphérique 6, on peut utiliser par exemple:
- pour les dépôts de cordon, les verres fabriqués par Electro Science Laboratories qui portent la référence 4011 C;
- pour les baguettes fusibles, les verres fabriqués par Corning Glass qui portent la référence 7555 (température de scellement 450°C, temps de scellement 15 minutes).
- La cellule d'affichage représentée sur la figure peut comprendre, comme indiqué plus haut, un écran 20 dont le rôle est de masquer la contre-électrode 10 et d'améliorer l'aspect des motifs affichés. Cet écran doit posséder une conduction ionique suffisante et être chimiquement inerte vis-à-vis de l'ëlectrolyte. L'utilisation d'un tel écran est connue et mentionnée par exemple dans les publications FR-A-2 170525 et FR-A-2 297 471.
- Or, la mise en oeuvre du procédé de fabrication selon l'invention pose un problème particulier en ce qui concerne cet écran du fait de l'élévation de température provoquée, lors du scellement de la paroi périphérique sur les lames et sur le tube de remplissage. Pour résoudre cette difficulté, l'invention prévoit un mode de réalisation particulier de cet écran. Selon l'invention, le matériau constituant l'écran est composé de deux constituants: une poudre de granulométrie contrôlée assurant une porosité convenable et un liant inorganique qui, après séchage, assure la cohésion de la poudre. Ce liant peut être, par exemple, la silice hydratée ou un verre fusible.
- Si la couleur de la poudre assurant la porosité n'est pas celle qui est désirée, on peut ajouter dans le mélange initial un ou plusieurs oxydes colorés sous réserve qu'ils soients stables jusqu'à une température d'eviron 500°C qui est la température à laquelle on soude les lames de la cellule.
- Deux exemples peuvent être donnés pour illustrer la composition du revêtement:
- La poudre est une poudre d'oxyde de titane (Ti02) dont l'indice de réfraction, supérieur à 2,5 assure une très bonne opacité.
- Le liant est une silice hydratée.
- Les proportions des constituants peuvent être (en volume avant séchage): Ti02: 70%, silice hydratée: 30%
- La poudre est de l'alumine (AI203).
- Le liant est de la silice hydratée.
- Le pigment est un oxyde de chrome Crz03.
-
- En ce qui concerne la réalisation de cet écran, il peut être déposé par sérigraphie sur la contre-électrode avant dépôt du cordon de verre fusible ou mise en place des baguettes de verre fusible.
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