FR2537310A1 - Procede de realisation d'une cellule a cristaux liquides utilisant une pression interieure reduite pour realiser un ecartement uniforme - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES CELLULES D'AFFICHAGE A CRISTAUX LIQUIDES QUI COMPORTENT DEUX PLAQUES41, 44 SCELLEES A LEUR PERIPHERIE AU MOYEN D'UN JOINT ETANCHE45 ET DONT L'ECARTEMENT EST MAINTENU AU MOYEN D'ECARTEURS42. LE PROBLEME TECHNIQUE POSE EST DE REALISER UN ECARTEMENT UNIFORME SANS ENDOMMAGER LES ECARTEURS. SELON L'INVENTION, ON EXERCE UNE CHARGE UNIFORME SUR AU MOINS UNE DES PLAQUES; CETTE CHARGE PEUT ETRE CREEE PAR UNE DIFFERENCE DE PRESSION ENTRE L'ESPACE INTERIEUR DE LA CELLULE ET L'ATMOSPHERE AMBIANTE. APPLICATION EN PARTICULIER AUX CELLULES A CRISTAUX LIQUIDES FONCTIONNANT PAR TRANSMISSION.

Description

"Procédé de réalisation d'une cellule à cristaux liquides utilisant

une pression intérieure réduite pour réaliser un écartement unifor-

me".

La présente invention concerne des cellules d'affi-

chage à cristaux liquides (LCD) et leur construction, en particu-

lier des cellules LCD à espacement uniforme.

Une cellule LCD est réalisée à partir d'une paire

de plaques dont au moins une est transparente et normalement réa-

lisée en verre; ces deux plaques sont scellées à leur périphérie

de manière à contenir une couche mince de matériau à cristal liqui-.

de qui est disposé en sandwich entre les deux plaques De telles cellules supportent des électrodes sur leur surface opposée en vue d'appliquer des champs électriques selon des réseaux sélectionnés à travers la couche de matériau à cristal liquide; au moins une de

ces électrodes est disposée sur une plaque transparente et est elle-

même transparente Le champ électrique fait varier les caractéris-

tiques de transmission optique du matériau à cristal liquide, ce

qui permet la modulation de la lumière qui le traverse.

La vitesse avec laquelle le matériau à cristal li-

quide réagit aux variations du champ électrique appliqué, et par suite la vitesse avec laquelle il module la lumière qui le traverse, est inversement proportionnelle au carré de l'épaisseur de la couche de cristal liquide En outre, certaines caractéristiques optiques

de la cellule (telles que la valeur du décalage de phase ou du re-

tard de la lumière transmise) dépendent de manière critique de l'épaisseur de la cellule Selon l'utilisation qui est prévue pour la cellule LCD, l'épaisseur de la couche peut varier de 1 micron

à 100 microns.

Pour assurer que la cellule LCD présente des carac-

téristiques optiques et de modulation uniformes sur toute sa surface active, l'espacement entre les plaques constituant la cellule doit être constant Ceci peut poser un problème de fabrication important

dans le cas de dispositifs très minces pour des cellules dont l'é-

paisseur est de l'ordre de quelques microns qui sont destinées à un fonctionnement à vitesse élevée, des variations de l'épaisseur -2-

de la cellule de moins d'un micron peuvent entraîner une varia-

tion importante de la vitesse de modulation dans la zone o cette

variation se produit.

Dans la technique connue, l'uniformité de l'espace-

ment est maintenue entre une paire de plaques isolantes généralement par une ou la combinaison de deux méthodes: 1) les dimensions d'un joint périphérique joignant les plaques sont contrôlées précisément de telle manière que le joint agisse également en tant qu'écarteur, et 2) une structure d'écartement est déposée entre les

plaques à l'intérieur d'un joint périphérique.

Des exemples de la première métjpde sont décrits dans les brevets américains N 03 909 930 et N 03 995 941 Dans ce premier brevet, on réalise un joint périphérique d'écartement au

moment o l'on réalise la liaison d'une matière photopolymère dé-

posée sur la périphérie d'une plaque avec l'autre plaque en pressant

les plaques l'une contre l'autre et en les chauffant Dans le deu-

xième brevet, on utilise un verre à bas point de fusion pour réali-

ser un joint d'étanchéité-écarteur périphérique.

Des exemples de la seconde méthode sont décrits dans les brevets américains N 03 978 580, N 04 283 119, dans l'article de J ADDY et autres "Spaced Liquid Crystal Display" parue dans "IBM Technical Disclosure Bulletin',' Volume 23, N 05 d'octobre 1980, et dans la demande de brevet japonaise publiée sous le N'60 481/81 le 25 Mai i 981 Selon le brevet américain N 03 978 580, la structure

d'espacement interne comprend une grille à deux dimensions de ma-

tière diélectrique formée par un procédé photographique Les dis-

positifs d'écartement décrits dans le brevet américain N 04 283 119 comprennent deux filaments de fils fins qui sont disposés entre les plaques d'isolation Les dispositifs d'écartement intérieurs décrits dans l'article de ADDY comprennent également des matières formées par un procédé photographique Selon la demande de brevet japonaise précitée, les dispositifs d'écartement comprennent un

réseau de projections dont la hauteur est uniforme et qui sont dépo-

sés sur la surface de la plaque d'isolation par un procédé photo-

graphique.

25373 1 O

3-

Une cellule LCD qui combine les deux-méthodes d'es-

pacement par joint et par structure interne est décrite dans le brevet américain N 03 771 885 Le brevet américian N 04 158 485 enseigne l'ut Alisation d'éléments d'espacement incorporés dans un joint périphérique qui est utilisé pour le jointement d'une

paire de plaques en vue de la formation d'une cellule LCD.

Pour obtenir un espacement uniforme en utilisant les méthodes de fabrication qui viennent d'être décrites, on doit

utiliser des plaques qui présentent des surfaces parfaitement pla-

es, sinon les dispositifs d'écartement qui sont incorporés dans la cellule ne peuvent être en contact avec les deux surfaces de la cellule et ils ne peuvent définir qu'une distance d'espacement minimale mais non une distance d'espacement maximale Alors que des plaques à surface extrêmement plane sont souhaitées en ce qui concerne la réalisation d'une uniformaité de l'écartement, elles sont difficiles et coûteuses à réaliser et leur utilisation dans une structure de cellule LCD doit invariablement augmenter les coûts de production de la cellule de manière significative Ce problème est particulièrement aigu dans la construction de cellules LCD de grande surface et à couche extrêmement fine parce que la

difficulté de réaliser une surface extrêmement plate est en rela-

tion directe avec la surface de la plaque et du fait que même des

déviations faibles de la rectitude de la surface de la plaque peu-

vent être importantes si on les compare avec l'épaisseur désirée pour la couche de cristal liquide contenue Dans les cas o l'on veut ou l'on doit utiliser des surfaces non planes pour réaliser

ces cellules, les méthodes et structures décrites dans les réfé-

rences décrites ci-dessus ne fourniront pas un écartement uniforme.

L'article de MALTESE et autres "Improved Construc-

tion of Liquid Crystal Cells" paru dans "Alta Frequenzia" N 09 Volume XLVII, 1978, décrit un procédé et une structure permettant d'éliminer ou d'aplanir des courbures de la plaque et de faire reposer la plaque contre une structure d'écartement intégrée dans une cellule LCD La plaque courbée est pressée et collée contre l'autre plaque de telle manière que la courbure soit aplatie et 25373 i O -4- que l'on règle des tensions internes de la cellule qui tendent à forcer les plaques l'une contre l'autre Mais ces forces ne sont pas distribuées avec une amplitude uniforme sur la surface intermédiaire entre les plaques et il en résulte que les plaques ne sont pas pressées l'une contre l'autre de manière uniforme. Une autre limite de cette tentative est que certaines

des tensions internes de la plaque agissent en opposition au scelle-

ment à collage, ce qui peut le forcer à se décoller dans des condi-

tions de contrainte thermiques ou électriques ou lorsqu'il s'est

affaibli du fait de son âge Finalement, le processus de place-

ment de la courbure initiale dans la plaque est un processus com-

plexe et lent et il peut introdure des contraintes indésirables qui interfèrent avec les caractéristiques optiques souhaitées du verre

à partir duquel la plaque est formée.

Par conséquent, il existe un besoin de procédés de

construction de cellules LCD qui fournissent une uniformité de l'é-

cartement entre des plaques qui ne sont pas parfaitement planes.

La présente invention couvre le besoin mentionné ci-

dessus en fournissant une structure de cellules LCD dans laquelle deux plaques sont maintenues par des écarteurs, qui sont placés sur une plaque, avec un écartement uniforme en appliquant une charge

uniforme au moins à une plaque avec une force qui soit distri-

buée de manière uniforme sur cette plaque dans une direction qui fait reposer cette plaque contre les écarteurs et adapte son contour

au contour de ltautre plaque.

Selon un premier mode de réalisation préféré de l'Unvention, une cellule à cristaux liquides comprend une première

plaque présentant une pluralité d'écarteurs portés par cette surface.

Une quantité de matériau à cristaux liquides est placée sur la sur-

face de la première plaque qui porte les écarteurs et on place une seconde plaque sur les écarteurs pour la positionner essentiellement

parallèlement à la première plaque, la seconde plaque ayant une ri-

gidité qui soit nettement inférieure à la rigidité de la première

plaque, la rigidité relative des plaques étant déterminée au préa-

lable par leur épaisseur relative La seconde plaque supporte un matériau souple sur sa surface supérieure Une plaque de pression -5- qui est plus rigide que la seconde plaque est placée sur cette

seconde plaque de telle manière qu'elle soit prise en sandwich en-

tre la plaque de pression et la première plaque et que le matériau souple soit pris en sandwich entre la plaque de pression et la seconde plaque La plaque de pression est bridée sur la première plaque de telle manière que la plaque de pression exerce une force qui soit distribuée de manière uniforme sur la seconde plaque par l'intermédiaire du matériau souple, cette force étant dirigée vers la première plaque, ce qui fait reposer la seconde plaque sur les

écarteurs et l'adapte au contour des deux autres plaques La pre-

mière plaque et la seconde plaque sont scellées à leur périphérie de telle manière que le matériau à cristaux liquides soit contenu

entre elles.

Selon un deuxième mode de réalisation de l'inven-

tion, une cellule à cristaux liquides comprend une première plaque comportant sur l'une de ses faces un rebord surélevé de matière

qui forme un motif fermé et une pluralité d'écarteurs dont la hau-

teur est essentiellement uniforme, qui sont disposés à l'intérieur

de la zone délimitée par le rebord surélevé et qui s'étendent au-

dessus de ce rebord On place une quantité mesurée de matériau à cristaux liquides sur la surface de la plaque dans la zone délimité

par le rebord surélevé et on place une seconde plaque-sur les écar-

teurs de telle manière qu'elle soit positionnée par rapport à la-

dite surface de la première plaque d'isolement et à une certaine distance de cette surface La tension superficielle du matériau à cristal liquide applique une charge uniforme sur la seconde plaque

d'isolement avec une force tendant à la tirer et à la faire repo-

ser sur les écarteurs Les première et seconde plaques d'isolement

sont scellées à leur périphérie.

Dans un troisème mode de réalisation de l Pnvention,

on fabrique une cellule LCD en préparant une première plaque en for-

mant une pluralité d'écarteurs sur l'une de ses surfaces Ensuite, on place une seconde plaque sur des écarteurs et on la positionne demanière essentiellement parallèle à la première plaque et la

périphérie des plaques est scellée de manière hermétique à l'excep-

-6 tion d'une ou plusieurs ouvertures On introduit le matériau à cristal liquide dans l'intérieur de la cellule entre les plaques et on ferme toutes les ouvertures à l'exception d'une Ensuite, on pompe une quantité du matériau à cristal liquide à partir de l'intérieur rendu étanche par l'intermédiaire de l'ouverture qui

n'a pas été fermée Ensuite, on scelle cette ouverture L'évacua-

tion partielle du matériau à cristal liquide crée une différence

de pression entre l'intérieur fermé de la cellule à cristaux liqui-

des et l'atmosphère ambiante, ce qui crée une force tendant à faire

reposer la seconde plaque sur les écarteurs en l'adaptant à la pre-

mière plaque et en réalisant un écartement uniforme des plaques.

C'est donc un objet principal de la présente inven-

tion de fournir une cellule destinée à contenir un matériau à cristal

liquide entre deux plaques en réalisant un écartement uniforme en-

tre les deux plaques, sous l'effet d'une charge uniforme appliquée

aux plaques; l'invention concerne également des procédés de cons-

truction de cette cellule C'est encore un autre objet de l'inven-

tion de fournir une cellule dans laquelle la charge uniforme d'une plaque est réalisée en utilisant une couche d'un matériau souple

de manière à réaliser une dissolution de force essentiellement uni-

forme sur toute la surface de la plaque C'est encore un autre ob-

jet del'invention de fournir une cellule dans laquelle la charge uniforme est obtenue en employant la tension superficielle entre

les plaques et le matériau à cristaux liquides pour forcer les pla-

ques l'une vers l'autre.

C'est encore un autre objet de l'invention de fournir

une cellule dans laquelle la charge uniforme est obtenue en scel-

lant de manière hermétique l'espace entre lesdites plaques et en

réduisant la pression à l'intérieur.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-

tion ressortiront de la description qui suit, faite en se référant

aux dessins ci-annexés sur lesquels la fig 1 est une vue en coupe partielle d'une cellule d'affichage à cristaux liquides de type classique; la fig 2 est une vue en coupe partielle d'une -7-

cellule à cristaux liquides montrant l'effet d'une plaque à confor-

mation imparfaite; la fig 3 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation d'une cellule d'affichage à cristal liquide selon l'invention; la fig 4 est une vue en coupe d'un second mode de réalisation d'une cellule selon l'invention; la fig 5 est une vue en coupe d'un troisième mode de réalisation partiellement fabriqué d'une cellule conforme à l'invention, avec l'appareil destiné à sa fabrication, et la fig 6 est une autre vue en coupe du troisème mode de réalisation d'une cellule à cristaux liquides partiellement

fabriquée, avec l'appareil pour sa fabrication.

La fig 1 représente une cellule d'affichage à cristat

liquides I désignée ci-après par cellule LCD) qui comporte des écar-

teurs dont l'épaisseur est essentiellement uniforme et qui sont in-

corporés dans la structure de la cellule La cellule LCD 10 comprend une première plaque de verre 12 et une seconde plaque de verre 14

qui sont maintenues avec un écartement uniforme au moyen d'une plu-

ralité d'écarteurs 20 qui sont réalisés sous forme d'un réseau qui est déterminé par l'usage prévu pour la cellule O A titre illustratif mais non limitatif, une pluralité d'électrodes transparentes sont

placées sur les surfaces en opposition des plaques 12 et 14, la pla-

que 14 portant une pluralité d'électrodes 16 en forme de bandes dis-

posées en alignement perpendiculaire à une pluralité d'électrodes

18 en forme de bandes portées par la plaque 12 Une quantité de ma-

tériau à cristal liquide 22 est contenue entre les plaques 12 et 14 au moyen d'un joint d'étanchéité approprié qui n'est pas représenté

et qui s'étend le long de la périphérie des plaques 12 et 14.

Les écarteurs 20 comprennent de préférence un maté-

riau diélectrique, tel qu'une résine photorésistante, qui ne se dissoudra pas dans le matériau à cristal liquide 22 ou qui ne réagira pas avec lui Les écarteurs peuvent être formés sur la surface de la plaque par l'une quelconque des différentes méthodes de dépôt qui sont bien connues dans la technique de la fabrication

des cellules à cristaux liquides Un exemple de fabrication d'écar-

teurs pour les cellules LCD est décrit dans l'article cité ci-

dessus de la revue "Alta Frequenzia" et également dans la demande

de brevet japonaise publiée citée ci-dessus.

Cela peut être le cas que les plaques formant la cellule LCD soient parfaitement planes comme cela est représenté

à la fig 1 Mais, le cas est beaucoup plus fréquent que leur sur-

face dévie d'une planéité parfaite et produit des effets dans

la fabrication de la cellule LCD qui sont décrits dans la fig 2.

La non-planéité de la plaque 30 entraine une variation de l'espa-

cement entre cette plaque et la plaque 32, espacement dont le main-

tien est le but des écarteurs 33,34 et 35 Selon les principes constituant la base des procédés selon la présente invention, la forme de la plaque 30 peut être adaptée à la forme de la plaque 32 par l'application d'une pression distribuée de manière uniforme et qui résulte d'une différence entre la cavité formée entre les plaques et les surfaces extérieures de ces dernières, la pression exercée sur les faces extérieures étant plus grande que la pression à l'intérieur de la cavité Cette pression différentielle va faire

reposer la plaque 30 sur les écarteurs 33 à 35 en renforçantl'uniformi-

té de l'écartement entre les plaques et en adaptant la forme de

la plaque 30 à la forme de plaque 32.

Il ressort à l'évidence de la fig 2 que si on applique une force à distribution non uniforme sur la plaque 30 dans la direction indiquée par la flèche, cette force va se concentrer et

écraser un écarteur si l'intensité de cette force est suffisante.

Ainsi, si l'on applique une force suffisante pour éliminer une courbure de la plaque en bridant les plaques ensemble à leurs bords, cette force va se concentrer et risque de briser l'écarteur central

34 On peut réduire la possibilité de dommages sur l'écarteur con-

formément aux principes qui sont à la base des procédés et des structures de la présente invention, si l'on applique une pression

différentielle à distribution uniforme qui charge de manière unifor-

me la plaque 30 en vue de l'aplatir et de la faire reposer sur

les écarteurs.

253731 i O

Le calcul de la force produite par la pression dif-

férentielle que l'on doit appliquer sur la plaque d'isolement

doit prendre en considération la déformation maximale q'un écar-

teur peut subir sans dépasser sa limite élastique Ceci peut être déterminé à partir d'un modèle approximatif représentant une section de plaque entre deux espaceurs sous la forme d'une poutre simple supportée à ses deux extrémités et en appliquant l'équation bien connue pour le calcul d'une force à distribution uniforme qui

presse la poutre sur les supports La force est donnée par la for-

mule 6,4 (y) Ywt 3 max

F = ( 1)

L 4

dans laquelle y max est la variation maximale pré-

vue de planéité de la surface de la plaque, Y, le module de Young de la matière constituant la plaque (généralement du verre), W est la largeur de la plaque, t est l'épaisseur de la plaque et L la longueur du segment de plaque A titre d'exemple, si l'on suppose que W et L sont égaux à 2,54 cm ( 1 pouce), que t égal 1,5 875 mm ( 1/16 de pouce), que y Max est égal à 2 -microns et que Y égal à

9,8 livres /pouce, la charge requise pour redresser la déforma-

tion est de 1, 21 livres/pouce Si l'on suppose également que toute cette force est distribuée sur un écarteur carré de 0,254 mm ( 0,01

pouce) de côté, il faudrait appliquer une contrainte de 1,2 x 104.

On calcule ensuite la tension sur l'écarteur pour s'assurer qu'il

n'est pas déformé au-delà de sa limite d'élasticité Selon la for-

mule bien connue, déformation = (contrainte/module de Young), pour un écarteur réalisé, par exemple, en une matière polyimide qui présente un module de Young égal à 29,6 102 mégapascals ( 4,3 105 livres/pouce ou psi) la tension sera de 0,028, ce qui est

bien dans la limite élastique du matériau.

Pour imposer l'uniformité désirée de l'écartement, il est important que la force exerce une charge uniforme sur la

plaque, c'est-à-dire que son amplitude ne varie pas de manière si-

gnificative de sa valeur moyenne en fonction de la position sur la plaque Sans charge uniforme, il serait beaucoup plus difficile - de réaliser un écartement uniforme et un fonctionnement optimal

de la cellule.

Un autre facteur qu'il faut considérer lorsque l'on utilise une force pour imposer un écartement uniforme est la force d'attraction électrostatique qui a tendance à pousser les plaques l'une vers l'autre- lorsque la cellule fonctionne Cette force peut

être calculée selon les méthodes connues et doit être prise en comp-

te pour le calcul de la contrainte sur un écarteur, elle va effec-

tivement limiter l'amplitude de la force uniforme d'espacement Il faut également tenir compte de l'effet de flexion que la force va introduire dans les parties qui étaient déjà planes de la plaque

soumise à la charge Mais, le calcul de force fournie par l'équa-

tion ( 1) montre que la densité des écarteurs peut servir à dimi-

nuer cet effet Si les écarteurs sont placés dans des positions choi-

sies, par exemple s'ils sont séparés de 6,35 mm ( 0,25 pouce); la force appliquée qui est appropriée pour éliminer la courbure de la section carrée de 25,4 mm ( 1 pouce) de côté qui a été citée plus haut produiraune déviation réduite de ( 0,25)3 dans la section de

6,35 mm de côté ( 0,25 pouce) ou, inférieure à 0,1 micron.

Il est évident de ce qui précède que l'on peut réa-

liser un perfectionnement utile dans la fabrication des cellules LCD en appliquant une force distribuée sur l'une ou sur les deux plaques à partir desquelles la cellule est fabriquée, cette force

effectuant une charge uniforme sur la plaque et pressant l'une d'en-

tre elles contre des écarteurs montés sur la plaque opposée afin d'imposer une séparation uniforme entre les plaques Comme cela a été démontré ci-dessus, l'amplitude de la force sera déterminée par la composition et l'épaisseur de la ou des plaques contre laquelle ou lesquelles elle est appliquée, la valeur maximale de défaut de planéité attendu dans la surface de la plaque et la composition, les dimensions et les emplacements sélectifs des écarteurs Comme cela est parfois le cas, que les dimensions et la distance mutuelle

des écarteurs sont déterminés par d'autres facteurs de construc-

tion, tels que la visibilité des écarteurs et leur emplacement dans

un réseau désiré, les rapports faits pour incorporer la force d'es-

pacement uniforme affecteront la composition et l'épaisseur, c'est-

11 -

à-dire la rigidité de la plaque contre laquelle la force est appli-

quée. Si l'on se réfère maintenant à la fig 3, qui n'est

pas à l'échelle, on voit une cellule LCD indiquée de manière géné-

rale par la référence 40 et dont la structure comprend une force de charge uniforme; cette cellule comprend une première plaque 41

comportant une pluralité d'écarteurs individuels 42 dont l'épais-

seur est essentiellement uniforme et qui sont formés sur sa face intérieure 41 a Les écarteurs maintiennent une séparation minimale entre la première plaque 41 et une seconde plaque 44 qui est moins rigide que la première; cette seconde plaque a une épaisseur qui est déterminée' en fonction des considérations qui ontété indiquées ci-dessus et elle présente une surface intérieure 44 a et une surfac E extérieure 44 b La cellule comprend en outre un joint d'étanchéité 45 qui s'étend autour de la périphérique des plaques de manière à contenir un matériau 46 à cristal liquide qui est pris en sandwich entre les deux plaques Une plaque de pression 47 qui est plus rigi de que la seconde plaque 44 est disposée de manière adjacente à la surface extérieure 44 b de la seconde plaque 44 de telle manière que

la seconde plaque soit prise en sandwich entre la plaque de pres-

sion 47 et la première plaque 41, un élastomère souple transparent

48 étant pris en sandwich entre la plaque de pression 47 et la sur-

face extérieure 44 b de la seconde plaque 44 La structure qu'on a

décrite comprend également une pluralité de brides 49 qui sont pré-

contraintes' sous forme de ressorts dans une direction qui les force à exercer une action de compression entre la plaque de pression 47

et la première plaque 41.

Dans la cellule assemblée, les brides 49 développent une force qui presse la plaque de pression 47 et la première plaque 41 l'une contre l'autre La force est transférée de la plaque de

pression 47 par l'intermédiaire de l'élastomère souple 48 qui l'éga-

lise et l'applique de manière uniforme sur la surface extérieure 44 b de la seconde plaque 44 afin de faire reposer cette dernière

sur les écarteurs 42 On peut augmenter la force d'un degré en sou-

mettant la plaque de pression à une précontrainte afin de produire 12 une surface convexe qui est placée contre l'élastomère 48 et aplanie

par les brides 49.

Les première et seconde plaques et la plaque de pres-

sion peuvent être réalisées de manière classique en un matériau transparent, de préférence, mais non nécessairement, du verre De manière alternative, la seconde plaque 44 peut comprendre d'autres matériels, d'autres structures ou d'autres combinaisons des deux

qui répondent à la force d'adaptation imposée par la plaque de pres-

sion 47 de la manière et selon les considérations indiquées ci-dessus.

L'une des deux plaques 41 et 44 ou les deux peuvent comporter des électrodes (non représentées) sur leurs faces qui s'opposent Alors

que les plaques doivent être toutes réalisées en matériau transpa-

rent en vue de produire une cellule LCD du type à transmission, une

seule plaque doit être transparente pour un affichage du type à ré-

flexion En outre, alors que les plaques doivent être ordinairement faites de matériau isolant au point de vue électrique, il se peut qu'il ne soit pas nécessaire qu'elles le soient en fonction de la

manière dont on doit produire le réseau de champ électrique.

Les écarteurs-peuvent être déposés et positionnés de manière sélective par un procédé classique de photolithographie

sur la surface 41 a de la première plaque 41 qui fait face à la se-

conde plaque 44 Le joint d'étanchéité 45 est réalisé à partir d'un composé époxy ou de tout autre produit d'étanchéité convenable qui

est appliqué et vulcanisé par toute méthode bien connue L'élasto-

eère 48 comprend tout matériau usuel clair présentant de bonnes propriétés d'élasticité; il peut être constitué, par exemple, d'un composé de caoutchouc de silicone clair tel que celui vendu sous la désignation commerciale "SILGAR Dt', marque de la Société DU PONT DE

NEMOURS =

La cellule LCD 40 qui est représentée fig 3 est fa-

briquée en prévoyant des écarteurs à des emplacements multiples sur la surface 41 a de la première plaque 41 On place un matériau

46 à cristal liquide sur la surface 41 a et on place une seconde pla-

* que 44 sur les écarteurs 42 qui alignent substantiellement la se-

conde plaque avec la première La région périphérique entre la pre- 13 - mière et la seconde plaque est fermée par un joint d'étanchéité 45

qui contient le matériau à cristal liquide entre les plaques Une ouverture, non représentée, est prévue dans le joint d'étanchéité pour permettre au matériau à cristal liquide de couler après la fixation de la plaque de pression 47 Ensuite, une couche d'élasto- mère transparent 48, de préférence un composé de caoutchouc de silicone clair, est disposé sur la surface extérieure 44 b de la

seconde plaque 44 Une plaque de pression 47 est placée sur le ma-

tériau résilient 48 de telle manière que ce dernier soit pris en

sandwich entre la plaque de pression et la seconde plaque 44 En-

suite la plaque de pression est bridée au moyen des brides 49 sur

la première plaque 41 La plaque de pression 47 peut subir une pré-

contrainte de manière à former une surface convexe qui est placée contre l'élastomère 48 et aplatie par les brides 49 Dans une étape

finale, l'ouverture aménagée dans le joint d'étanchéité 45 est fer-

mée ce qui fournit une barrière continue ininterrompue pour retenir

le matériau à cristal liquide dans la cellule.

La fig 4 représente un deuxième mode de réalisation d'une cellule LCD utilisant une force d'espacement uniforme (cette figure n'est pas à l'échelle) La cellule, quiest indiquée de manière

générale par la référence 50, comprend une première plaque 51 pré-

sentant sur sa face supérieure 5 ia un rebord surélevé 53 qui forme un réseau fermé qui délimite une surface *e qui a de préférence, mais

non nécessairement, la forme d'un carré ou d'un rectangle, une plura-

lité d'écarteurs 54 d'épaisseur uniforme déposés sous forme d'un réseau ouvert:sur ladite face-supérieure à l'intérieur de la dite sur face délimitée et faisant saillie au-dessus du rebord surélevé pour maintenir une séparation minimale entre la première plaque 51 et une seonde plaque 55, une quantité mesurée de matériau à cristal liquide qui est pris en sandwich avec contact entre les première

et seconde plaques 51 et 55 dans un espace défini par ladite surface.

délimitée par le rebord surélevé 53, et un joint d'étanchéité 5 & qui ferme l'espace périphérique entre la première plaque d'isolement

et la seconde plaque d'isolement pour éviter la fuite ou la cozitami-

nation du matériau à cristal liquide 57.

-14 - La tension superficielle de la quantité mesurée du matériau 57 à cristal liquide fournit la force qui attire la

surface intérieure 55 a de la seconde plaque vers la première pla-

que 51 et fait reposer cette seconde plaque 55 sur les écarteurs 54 Dans le cas o la cellule est verticale lorsqu'elle a été rem-

plie, l'amplitude de la force est donnée par la relation bien con-

nue force-tension superficielle t wh P x ( 2) l O

o F est la force calculée, t la tension superfi-

cielle du matériau à cristal liquide, W la largeur de la zone de la plaque en contact avec le liquide, h la hauteur de la colonne de liquide et x l'écartement entre les plaques Dans le cas o la cellule est plate, on a la relation 2 t wzh

F = ( 3)

x Dans les équations ( 2) et ( 3) la quantité (wh)/x peut être remplacée par V/X 2 dans laquelle V = whx est le volume du matériau à cristal L Uquide nécessaire pour engendrer la force désirée par tension superficielle Ainsi, la quantité mesurée de matériau à cristal liquide est déterminée par V Cette configuration en elle-même est suffisante pour calculer une q 2 antité nécessaire de matériau qui doit ensuite prise en sandwich entre les plaques

sans prévoir de rebard 53.

si l'on suppose qu'il y-a une humidification appro-

priée des deux plaques pour permettre la circulation du cristal li-

3 G quide entre elles, la tension superficielle entre les plaques et le matériau -a changer de manière uniforme les plaques avec la force calculée par l'équation

2) ou 3).

Dans le mode de réalisation représenté à la fig 4 le volume nécessaire de matériau à cristal liquide est contenu dans l'espace compris entre les plaques qui est défini par la surface délimitée par le rebord surélevé 53 et l'épaisseur des écarteurs 54 et cette quantité détermine donc les dimensions de cet espace La

relation entre le volume V et les dimensions est telle qu'elle per-

mette la formation d'un ménisque 59 dans l'espace compris entre le

rebord 53 et la urface intérieure 55 a de la seconde plaque 55.

_ 15 _

Un des effets du rebord surélevé 53 est de confiner la quantité mesurée de matériau à cristal liquide à l'intérieur de l'espace défini par la surface délimitée Un autre aspect est d'augmenter l'amplitude de la force agissant entre le rebord 53 et la surface intérieure 55 a en diminuant l'espacement (x) dans les équations ( 2) et ( 3) Mais, il est évident que, dans le cas le plus général, la cellule LCD à tension superficielle représentée à la fig 4 sera

fonctionnelle sans le rebord 53 Le bord du matériau à cristal li-

quide sera irrégulier'mais la tension superficielle créera toujours la force désirée Dans la fabrication de la cellule LCD représentée à la fig 4, les plaques d'isolement et les écarteurs sont construitl avec des matériaux et selon des méthodes qui sont spécifiés pour les parties correspondantes de la cellule LCD représentée à la fig.

En outre, à l'instant o les écarteurs 54 sont déposés sur la sur-

face 5 ia de la première plaque 51, on forme le rebord surélevé 53 en tant qu'étape supplémentaire dans le même procédé Dès que le

rebord et les écarteurs sont formés, on place une quantité détermi-

née, comme expliqué ci-dessus, de matériau 57 à cristal liquide sur la surface de la face 5 ia de la première plaque 51, surface qui est délimitée par le rebord surélevé 53 Ensuite, on place la seconde plaque sur les écarteurs 54 qui l orientent de manière générale

parallèlement à la première plaque 51 Après avoir attendu une pé-

riode suffisante pour permettre au matériau à cristal liquide de se stabiliser et de s'accumuler à l'intérieur de l'espace entre les plaques qui est défini par la surface délimitée, les plaques sont scellées à leur périphérie comme cela est décrit ci-dessus pour la

cellule LCD représentée à la fig 3.

Selon une variante du procédé de construction de la cellule LCD 50 représentée à la fig 3, le dépÈt et la stabilisation du matériau à cristal liquide peut être réalisé sous vide, le vide

étant obtenu par des moyens classiques Ceci éliminera les gaz en-

fermés dans le matériau qui pourraient autrement se rassembler

sur les faces de contact entre les plaques d'isolement et le ma-

téri&u et créer de ce fait, des valeurs différencielles localisées dans la force produite par la tension superficielle et compromettre

l'uniformité -de l'espacement.

16 -

Une cellule LCD du type représenté à la fig 3 pour-

ra également être fabriquée sous forme d Dun dispositif à couches

multiples, chaque couche fonctionnant indépendamment de l'autre.

Da i ce cas, la seconde plaque d'une première couche pourrait cons-

tituer la première plaque de la couche suivante, et ainsi de suite-.

Chaque couche serait alors construite essentiellement comme cela 7-

a été décrit ci-dessus.

On a découvert qu'une cellule LCD qui comprend une force d'adaptation à distribution uniforme agissant sur l'une de-ses plaques peut être fabriquée comme représenté aux fig 5 et 6 (quiene sont pas à l'échelle) Dans la fabrication de la cellule LCD, qui est indiquée de manière générale par la référence 60, on prépare une première plaque 61 en déposant une pluralité d'écarteurs 62 d'épaisseur uniforme à différents emplacements sur l'une de ses faces 61 a comme décrit ci-dessus Une seconde plaque 64 est placéee sur les écarteurs 62 de telle-manière qu'elle soit essentiellement alignée avec la première plaque avec un certain espacement Les -f plaques sont scellées hermétiquement à leur périphérie avec une ou plusieurs ouvertures dont une est représentée sous la référencer

65 pour former un passage à travers le joint d'étanchéité 66.

La fig 5 représente un procédé-de formation d'un joint d'étanchéité hermétique 66 entre les plaques 61 et 64 Tout d'abord, on place un composé thermo-durcissable tel que de l'époxy le long de la périphérie entre les plaques en une quantité suffisante poul"

venir en contact avec ces dernières et former un joint étanche en-

tre elles Pour former un orifice, on peut omettre une partie de la matière epoxy de telle manière que lorsque cette matière époxy,

est vulcanisée, il se produise un intervalle dans le joint d'étandhéi-

té a l'endroit o l'on a fait cette omission Ensuite, on place les

plaques avec le composé thermodurcissable dans une enceinte 67 sou-

ple et résistante à la chaleur, telle qu'une enveloppe, dans laquélle

on a fait le vide par l'intermédiaire d'une pompe à vide (non repré-

sentée) Le vide dans l'enceinte flexible produit une forte compres-

sion qui est distribuée de manière égale sur les plaques et sur le composé d'étanchéité Ensuite, on scelle le sac pour maintenir le vide et on le place dans un four chauffé 68 La combinaison de la:

17 2

température et de la pression entraine le durcissement du composé d'étanchéité thermodurcissable pour former un joint d'étanchéité

dimensionné de manière uniforme et qui comprend les orifices men-

tionnés ci-dessus le long de la périphérie entre les plaques et qui met les plaques suivant un alignement généralement parallèle à leurs bords et à espacement uniforme Ensuite, l'enveloppe et les plaques scellées sont retirées du four 68 et les plaques scellées

sont retirées de l'enveloppe.

Ensuite, on introduit par une ouverture dans l'es-

pace aménage entre les plaques une quantité de matériau à cristal liquide qui est suffisante pour remplir essentiellement l'espace entre les plaques La force d'adaptation est ensuite engendrée en fermant de manière hermétique tous sauf un des orifices aménagés dans le joint d'étanchéité hermétique et en extrayant ensuite par cette couverture une quantité de matériau à cristal liquide ou d'air ou des deux, cette quantité étant suffisante pour créer une différence de pression entre l'intérieur de la celulle LCD 60 et l'atmosphère ambiante qui l'entoure; ensỉite,on scelle de manière

hermétique l'ouverture qui reste de telle manière que cette diffé-

rence de pression soit maintenue.

La fig 6 représente un procédé pour la création d'une différence de pression entre l'intérieur de la cellule LCD et l'atmosphère ambiante Un ou plusieurs tubes de remplissage, dont

l'un est représenté en 69, sont fixés à étanchéité au joint d'étan-

chéité 66 en communication avec les orifices dont l'un est repré -

senté en 65 L'assemblage comprenant les plaques d'isolement scellées et le ou les tubes de remplissage est placé dans un appareil à vide tel qu'une cloche en verre L'espace extérieur et intérieur des plaques, du joint d'étanchéité et des tubes de remplissage est mis sous vide par l'intermédiaire de la vanne pneumatique 71 et de la pompe à vide 72, le vide étant introduit dans l'espace hermétiquement scellé entre les plaques par l'intermédiaire des tubes de remplissage Après que le vide ait été réalisé, les extrémités des tubes de remplissage qui s'étendent à l'extérieur de l'espace

fermé de manière hermétique sont engagés dans un ou plusieurs réci-

pients, dont l'un est représenté est 73, qui sont placés à l'inté-

rieur de l'espace sous vide et qui contiennent une quantité de -18 matériau à cristal liquide Ensuite, on élimine le vide dans l'espace entourant les plaques en pompant un gaz, par exemple de l'azote, par l'intermédiaire de la vanne pneumatique 74 dans la direction représentée La décompression du vide à l'intérieur du l'appareil à vide 70 crée une différence de pression par rapport à l'espace scellé hermétiquement entre les plaques d'isolement et cette différence de pression fait passer une quantité du matériau à cristal liquide contenu dans le récipient 73 à travers les tubes de remplissage, cette quantité étant suffisante pour remplir l'espace fermé de manière hermétique Lorsque l'espace compris entre les plaques est rempli, on enlève la cellule LCD de l'appareil à vide pour la mettre dans un environnement à la pression ambiante et

on éiîmine par pompage une quantité de matériau à cristal li-

quide par des moyens usuels par l'intermédiaire des tubes de rem-

plissage L'évacuation du matériau à cristal liquide de l'espace fermé hermétiquement crée une différence de pression entre cet espace et la pression ambiante de l'environnement entourant la cellule LCD La force de cette pression presse les plaques 61 et 64

l'une contre l'autret la seconde plaque 64 reposant sur les écar-

teurs 62 et produisant de ce fait un espacement uniforme entre les deux plaques comme décrit ci-dessus L'amplitude de la force peut être contrôlée en mesurant la quantité relative de matériau à cristal liquide évacué de l'espace clos de manière hermétique ou par mesure directe de la différence de pression par l'intermédiaire du tube 69 Ensuite, tous les tubes sont enlevés et les ouvertures sont scellées pour maintenir la différence de pression et la force d'adaptation.

La description ci-dessus d'exemples de réalisation

n'a été fournie qu'à titre illustratif et nullement limitatif et il est évident pour les spécialistes que l'on peut y apporter des modifications ou variantes en adaptant le principe de conformation à d'autres structures de cellules LCD qui comportent des moyens d'écartement comparables à ceux qui sont décrits dans les brevets

et articles cités dans l'introduction de la description.

19 _ Les termes et expressions qui ontété employés dans

la description ci-dessus l'ont été en tant que termes de descrip-

tion et de manière non limitative; l'utilisation de ces termes

et expressions a été faite sans intention d'exclure des équiva-

lents des caractéristiques représentées et décrites. -

Claims (4)

REVENDICATIONS

1 ) Procédé de fabrication d'une cellule à cristaux liquides, caractérisé en ce qu'elle comprend les étapes suivantes

a) placer un matériau d'espacement ( 42; 54; 62) d'épais-

seur substantiellement uniforme sur une face ( 41 a; 51 a; 61 a) d'une

première plaque ( 41; 51; 61) en de multiples endroits.

b) placer une face ( 44 a; 55 a) d'une seconde plaque ( 44; 55; 64) de manière adjacente audit matériau d'espacement ( 42; 54; 62);

c) sceller de manière hermétique l'espace entre la-

dite première plaque ( 41; 51; 61) et ladite seconde plaque ( 44; 55; 64)

le long de leur périmètre, à l'exception d'une ou plusieurs ouver-

tures ( 65}; d) remplir de manière substantielle l'espace entre ladite première plaque ( 41; 51; 61) et ladite seconde plaque ( 44; 55; 64) avec un matériau à cristal liquide ( 46; 57),

e) ensuite extraire par pompage à partir dudit es-

pace une quantité de matériau ( 57) suffisante pour forcer ladite seconde plaque ( 44; 55; 64) à reposer sur ledit matériau d'espacement ( 42; 54; 62 Y, et

f) ensuite fermer en scellant lesditespuvertures ( 65).

2 ) Procédé selon la revendication T 1, caractérisé en ce quêil comporte l'étape supplémentaire de fourniture de tubes

de remplissage ( 69)-fixés de manière étanche à chacune des ouvertu-

res ( 651 en faisant saillie à partir de ladite ouverture et en com-

muniquant avec l'espace compris entre ladite première plaque ( 41; 51; 61} et ladite seconde plaque ( 44; 55; 64), et en ce que ladite étape de remplissage comprend, après l'étape c) la mise sous vide de l'espace intérieur auxdites première ( 41; 51; 61) et seconde ( 44; 55; 64) plaques et auxdits tubes ( 69) et de l'espace constituant l'entourage immédiat desdits plaques et desdits tubes, ensuite la mise en place de l'extrémité de;dits tubes ( 69) qui fait saillie extérieurement dans un réservoir ( 73) de matériau à cristal liquide, et ensuite, l'augmentation de la pression sur ledit matériau à cristal liquide par rapport à la pression dans l'espace 21 - intérieur auxdites plaques ( 41; 51; 61; 44; 55; 64;) de telle manière

que ledit matériau à cristal liquide soit obligé de traverser les-

dits tubes de remplissage ( 59) pour parvenir dans ledit espace

intérieur auxdites plaques et remplir ledit espace, lesdites ou-

vertures ( 65) étant rendues étanches par fermeture à étanchéité

desdits tubes ( 69) de remplissage -

3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape c) comprend en outre -préalablement à l'étape b) la mise en plaque d'une

matière époxy ( 45; 66) sur ladite surface ( 41 a; 51 a; 61 a) de ladite pre-

mière plaque ( 41; 51; 61) le long de la périphérie de cette dernière, après l'étape b), la mise en place de l'ensemble résultant de ladite première plaque ( 41; 51; 61) et de ladite seconde plaque ( 44; 55; 64) dans un récipient ( 67) flexible et extensible et la mise sous vide de ce récipient ( 67); pendant que ledit récipient ( 67) est mis sous vide, le chauffage dudit ensemble pour vulcaniser ladite matière époxy et, après que la dite matière époxy ait été vulcanisée l'enlèvement dudit dispositif dudit récipient ( 67} pour procéder

aux étapes d), e) et f).

4 ) Cellule à cristal liquide, caractérisée en ce qu'elle comprend: a) une première plaque ( 41; 51; 61), b) des écarteurs ( 42; 54; 62) dont l'épaisseur est essentiellement uniforme et qui sont disposés sur une surface ( 41 a; 51 a; 61 a) de ladite première plaque ( 41; 51; 61) à des emplacements sélectionnés pour maintenir une séparation minimale entre ladite première plaque ( 41,51; 61) et une seconde plaque ( 44; 55; 64),

c) une seconde plaque ( 44; 55; 64) présentant une sur-

face disposée en regard desdits écarteurs ( 42; 54; 62), d) des moyens ( 45; 58; 66) pour sceller de manière hermétique l'espace entre lesdites première ( 41; 51; 61) et seconde ( 44; 55; 64) plaques le long de leur périmètre, et _ e) un matériau à cristal liquide ( 44; 57) disposé à l'intérieur d E 22 - de l'espace scellé hermétiquement entre lesdites première ( 41; 51; 61) et seconde ( 44; 55; 64) plaques, la pression du dit matériau

à cristal liquide étant inférieure à la pression ambiante.