NL8304194A

NL8304194A - LIQUID CRYSTAL CELL USING A REDUCED INTERNAL PRESSURE TO OBTAIN AN EQUAL DISTANCE AND METHOD OF MANUFACTURING THAT.

Info

Publication number: NL8304194A
Application number: NL8304194A
Authority: NL
Original assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1982-12-06
Filing date: 1983-12-06
Publication date: 1984-07-02
Also published as: GB2131568A; GB8330164D0; FR2537310A1; JPS59116720A; IT8349425A0; IT1169346B; DE3343746A1

Description

' ' . t » <''. t »<

833151/AA/vB833151 / AA / vB

Korte aanduiding: Vloeibare kristalcel waarbij een verminderde inwendige druk wordt toegepast ter verkrijging van een gelijkmatige afstand en werkwijze ter vervaardiging daarvan.Brief designation: Liquid crystal cell in which a reduced internal pressure is used to obtain an even distance and method of manufacturing it.

De uitvinding heeft betrekking op vloeibare kristal-weergeef-cellen (LCD-cellen) en hun vervaardiging, en in het bijzonder op uniform- ^^“^tcD-cellen.The invention relates to liquid crystal display cells (LCD cells) and their manufacture, and in particular to uniform TCD cells.

Een LCD-cel bestaat uit een paar platen waarvan er tenminste 5 één doorschijnend is en typisch uit glas bestaat, en die via hun randen met elkaar afdichtend verbonden zijn voor het opnemen van een dunne laag vloeibaar kristalmateriaal dat daartussen geklemd is. Dergelijke cellen hebben op hun zichtoppervlakken elektroden voor het aanleggen van elektrische velden in geselecteerde patronen over de 10 laag van vloeibaar kristalmateriaal, waarbij tenminste één elektrode aangebracht is op een doorschijnende plaat en zelf doorschijnend is.An LCD cell consists of a pair of plates, at least one of which is translucent and typically consists of glass, and which are sealingly bonded together at their edges to receive a thin layer of liquid crystal material sandwiched therebetween. Such cells have electrodes on their viewing surfaces for applying electric fields in selected patterns over the layer of liquid crystal material, at least one electrode being applied to a translucent plate and self-translucent.

Het elektrische veld verandert de optische transmissie-eigenschappen van het vloeibare kristalmateriaal, waardoor modulatie van het licht dat erdoor gaat mogelijk gemaakt wordt.The electric field changes the optical transmission properties of the liquid crystal material, allowing modulation of the light passing through it.

15 De snelheid waarmee het vloeibare kristalmateriaal reageert op de veranderingen in het aangelegde elektrische veld, en dus de snelheid waarmee het het er door passerende licht moduleert, is omgekeerd gerelateerd aan het kwadraat van de dikte van de vloeibare kristallaag. Bovendien zijn bepaalde optische eigenschappen van de 20 cel (zoals de mate van faseverschuiving of vertraging van doorgelaten licht) kritisch afhankelijk van de dikte van de cel. Afhankelijk van het gebruik waarvoor de LCD-cel bedoeld is, kan de dikte van de laag variëren van 1 micrometer tot 100 micrometer.The speed at which the liquid crystal material responds to the changes in the applied electric field, and thus the speed at which it modulates it through passing light, is inversely related to the square of the thickness of the liquid crystal layer. In addition, certain optical properties of the cell (such as the degree of phase shift or delay of transmitted light) are critically dependent on the thickness of the cell. Depending on the use for which the LCD cell is intended, the thickness of the layer can vary from 1 μm to 100 μm.

Ter verzekering dat de LCD-cel uniforme optische eigenschappen 25 en modulatie eigenschappen over haar gehele aktieve oppervlak vertoont, moet de afstand tussen de de platen vormende cel constant zijn. Dit kan een belangrijk fabrikageprobleem vormen in het geval van zeer dunne eenheden: voor cellen met een dikte in de orde van enkele micrometers, die bedoeld zijn voor zeer snelle werking.To ensure that the LCD cell exhibits uniform optical properties and modulation properties over its entire active surface, the distance between the cell forming the plates must be constant. This can be a major manufacturing problem in the case of very thin units: for cells with a thickness of the order of a few micrometers, which are intended for very fast operation.

8304194 --- --—t- .....— - 2 - , ( kunnen variaties in de celdikte van minder dan 1 micrometer resulteren in een significante verandering van de modulatiesnelheid in het gebied waar de variatie optreedt.8304194 --- --— t- .....— - 2 -, (variations in the cell thickness of less than 1 micron can result in a significant change in the modulation rate in the region where the variation occurs.

Het is op zich bekend dat de scheidingsuniformiteit tussen een 5 paar isolatieplaten in het algemeen gehandhaafd wordt door middel van één of een combinatie van twee methoden: (1) De afmetingen van een omtreksverbinding, die platen verbinden, worden nauwkeurig beheerst, zodat de verbinding tevens functioneert als scheider; en (2) een scheidingsstructuur wordt tussen de platen binnen een om-10 treksverbinding aangebracht. Voorbeelden van de eerste methode zijn bekend uit het Amerikaans octrooischrift 3.909.930 van Gurtler en het Amerikaans octrooischrift 3.995.941 van Nagahara et al. Volgens het eerste octrooischrift wordt een scheidings-omtreksverbinding gevormd wanneer een op de omtrek van een plaat aangebracht fotopoly-15 merisch materiaal gebonden wordt aan de andere plaat door het tegen ' elkaar drukken van de platen en het verwarmen ervan. In het octrooi schrift is voorgesteld een glas met een laag smeltpunt te gebruiken voor het vormen van een verbindend omtreksscheidingsstuk.It is known per se that the separation uniformity between a pair of insulating boards is generally maintained by one or a combination of two methods: (1) The dimensions of a circumferential connection joining plates are carefully controlled so that the connection is also functions as a separator; and (2) a separating structure is placed between the plates within a circumferential connection. Examples of the first method are known from Gurtler U.S. Patent 3,909,930 and Nagahara et al. U.S. Patent No. 3. Meric material is bonded to the other plate by pressing the plates together and heating them. It has been proposed in the patent to use a low melting point glass to form a bonding peripheral separator.

Voorbeelden van de tweede werkwijze zijn bekend uit het Ameri-20 kaans octrooischrift 3.978.580 van Leupp et al., het Amerikaans octrooischrift 4.283.119 van Hofmann, het artikel "Spaced Liquid Crystal Display" uit IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol, 23,Examples of the second method are known from U.S. Pat. No. 3,978,580 to Leupp et al., U.S. Patent No. 4,283,119 to Hofmann, the article "Spaced Liquid Crystal Display" from IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 23,

No. 5, oktober 1980 door J. Addy et al., en de op 4 oktober 1979 ingediende Amerikaanse octrooiaanvrage 81,757 van Arneson et al.No. October 5, 1980 by J. Addy et al., And U.S. Patent Application 81,757 to Arneson et al., Filed October 4, 1979.

25 Volgens het octrooischrift van Leupp et al. bestaat de inwendige scheidingsstructuur uit een tweedimensionaal rooster van fotografisch gevormd dielektrisch materiaal. De schelders of afstandstuk-ken volgens Hofmann omvatten dunne draadvezels die tussen de isolatieplaten aangebracht zijn. De inwendige afstandstukken volgens het 30 artikel van Addy et al. omvatten ook fotografisch gevormde materialen. Volgens de octrooiaanvrage van Arneson omvatten de afstandstukken een verzameling uitsteeksels met uniforme hoogte, die door mid- 8304194 «- 4 - 3 - del van een fotografisch patroon vormend proces op het oppervlak van een isolatieplaat aangebracht zijn.According to the Leupp et al. Patent, the internal separation structure consists of a two-dimensional grid of photographically formed dielectric material. Hofmann's basements or spacers comprise thin wire fibers that are placed between the insulation plates. The internal spacers of the Addy et al. Article also include photographically formed materials. According to the Arneson patent application, the spacers comprise a set of protrusions of uniform height which are applied to the surface of an insulating plate by means of a photographic patterning process.

Een LCD-cel waarin de scheidingsmethode met omtreksafdichting en die met de inwendige structuur gecombineerd zijn is bekend uit 5 het Amerikaans octrooischrift 3.771.855 van Burns. Uit het Amerikaans octrooischrift 4.158,585 van Mueller et al. is het gebruik bekend van scheidingselementen die opgenomen zijn in een omtreksver-binding welke gebruikt wordt voor het verbinden van een paar platen ter vorming van een LCD-cel.An LCD cell in which the circumferential seal separation method and those with the internal structure are combined is known from Burns U.S. Patent 3,771,855. U.S. Pat. No. 4,158,585 to Mueller et al. Discloses the use of separators incorporated into a circumferential joint used to join a pair of plates to form an LCD cell.

10 Voor het verkrijgen van een uniforme afstand met gebruikmaking van de hiervoor besproken constructiewerkwijzen, moeten platen met perfect vlakke oppervlakken gebruikt worden, omdat anders de in de cel aangebrachte scheidingsdelen niet beide celoppervlakken kunnen raken en slechts een minimale maar geen maximale scheidingsafstand 15 kunnen bepalen. Hoewel, gezien vanuit het standpunt voor het bereiken van een uniforme scheidingsafstand, perfect vlakke platen gewenst zijn, zijn zij moeilijk en slechts tegen hoge kosten te vervaardigen en leidt hun gebruik bij de vervaardiging van LCD-cellen onveranderlijk tot belangrijke verhoging in de kosten voor het 20 vervaardigen van een cel. Dit probleem is in het bijzonder nijpend bij de vervaardiging van met een dunne film voorziene LCD-cellen met een groot oppervlak omdat de moeilijkheid bij het vervaardigen van een perfect vlakke plaat direct gerelateerd is aan de grootte van het oppervlak van de plaat, en omdat zelfs kleine afwijkingen 25 van de vlakheid van het oppervlak van de plaat belangrijk kan zijn in vergelijking met de gewenste dikte van de begrensde vloeibare kristallaag. In gevallen waarbij niet-vlakke platen gebruikt zullen of moeten worden voor het vervaardigen van cellen, verschaffen de uit de hierboven genoemde documenten bekende werkwijzen en structu-30 ren geen uniforme scheiding.In order to obtain a uniform distance using the construction methods discussed above, plates with perfectly flat surfaces must be used, otherwise the separators arranged in the cell cannot touch both cell surfaces and determine only a minimum but no maximum separation distance. While perfectly flat plates are desirable from the standpoint of achieving a uniform separation distance, they are difficult and expensive to manufacture and their use in the manufacture of LCD cells invariably leads to significant increases in the cost of 20 manufacturing a cell. This problem is particularly acute in the manufacture of large area thin film LCD cells because the difficulty in producing a perfectly flat plate is directly related to the size of the surface of the plate, and because even small deviations from the flatness of the surface of the plate can be important compared to the desired thickness of the bounded liquid crystal layer. In cases where non-planar plates will or should be used to make cells, the methods and structures known from the above documents do not provide uniform separation.

Een werkwijze en structuur voor het wegnemen of afvlakken van plaatkrommingen en het tegen een geïntegreerd afstandstukstructuur 8304194 ___é - 4 -A method and structure for removing or flattening sheet metal curves and joining an integrated spacer structure 8304194 ___ é - 4 -

4 V4 V.

» t in een LCD-cel plaatsen van de plaat is bekend uit het artikel "Improved Construction of Liquid Crystal Cells", Alta Frequenzia No. 9, Vol. XLVII, 1978 door Maltese et al. Volgens de werkwijze van Maltese wordt een plaat gevormd met een geringe buitenwaarts 5 gerichte kromming uit een bijbehorende plaat. De gekromde plaat wordt tegen de andere plaat gedrukt en daarmee verkit, zodat de kromming afgevlakt wordt en inwendige spanningen van de cel optreden, die de neiging hebben de platen bij elkaar te brengen. De daarbij optredende krachten zijn echter niet met uniforme grootte verdeeld 10 over het oppervlak tussen de platen, met het resultaat, dat de platen niet uniform samengedrukt worden. Een andere beperking van deze benadering is, dat iets van de inwendige spanning tegengesteld op de kitafdichting inwerkt, waardoor het van elkaar gedwongen kan worden in situaties met thermische of elektrische spanningen of wanneer het 15 door veroudering verzwakt is. Tenslotte geldt, dat het aanbrengen van de initiële kromming in de plaat een complexe en langzame ver-vaardigingsstap is en ongewenste spanningen kunnen introduceren die nadelig inwerken op de gewenste optische eigenschappen van het glas waaruit de plaat gevormd is.Placing the plate in an LCD cell is known from the article "Improved Construction of Liquid Crystal Cells", Alta Frequenzia No. 9, Vol. XLVII, 1978 by Maltese et al. According to the Maltese method, a plate is formed with a slight outward curvature from an associated plate. The curved plate is pressed against the other plate and thereby adhered so that the curvature is flattened and internal stresses of the cell occur which tend to bring the plates together. However, the forces occurring therewith are not uniformly distributed over the surface between the plates, with the result that the plates are not compressed uniformly. Another limitation of this approach is that some of the internal stress acts oppositely on the sealant, allowing it to be forced apart in situations with thermal or electrical stresses or when it is weakened by aging. Finally, applying the initial curvature to the plate is a complex and slow manufacturing step and can introduce unwanted stresses that adversely affect the desired optical properties of the glass from which the plate is formed.

20 Er is daarom behoefte aan vervaardigingswerkwijzen voor LCD- cellen waarmee een uniforme scheiding tussen niet-perfect vlakke platen verkregen kan worden.Therefore, there is a need for LCD cell manufacturing methods that can achieve a uniform separation between imperfectly flat plates.

De uitvinding bevredigt die behoefte en voorziet in een LCD-cel structuur waarin twee platen door scheidingsstukken, die op een 25 plaat geplaatst zijn, in een uniform afstandsrelatie gehandhaafd worden door het uniform belasten van tenminste de andere plaat met een kracht die uniform daarover verdeeld wordt in een richting, die die plaat tegen de afstandsstukken plaatst en haar omtrek in overeenstemming brengt met de omtrek van de ene plaat.The invention satisfies that need and provides an LCD cell structure in which two plates by spacers placed on one plate are maintained in a uniform spacing relationship by uniformly loading at least the other plate with a force uniformly distributed thereon in a direction that places that plate against the spacers and aligns its circumference with the circumference of one plate.

30 Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding omvat een vloeibare kristalcel een eerste plaat met een aantal op een oppervlak gedragen afstandsstukken. Een hoeveelheid vloeibaar kristal- P 1 0 L· I Q 4 t » - 5 - materiaal is op het oppervlak van de eerste plaat dat de afstand-stukken draagt aangebracht en een tweede plaat is op de afstandstuk-ken geplaatst om in hoofdzaak parallel aan de eerste plaat gepositioneerd te worden, waarbij de tweede plaat en duidelijk kleinere 5 stijfheid heeft dan de stijfheid van de eerste plaat ®n waarbij de relatieve stijfheid van de platen primair bepaald wordt door hun relatieve dikte. De tweede plaat draagt een veerkrachtig materiaal op haar bovenoppervlak. Een aandrukplaat, die stijver is dan de tweede plaat, is over de tweede plaat geplaatst, zodat de tweede plaat tus-10 sen de aandrukplaat en de eerste plaat gedrukt wordt en het veerkrachtig materiaal tussen de aandrukplaat en de tweede plaat gedrukt wordt. De aandrukplaat wordt aan de eerste plaat geklemd, zodat de drukplaat via het veerkrachtig materiaal een uniform over de tweede plaat verdeelde kracht uitoefent, welke kracht naar de eerste plaat 15 gericht is, waarbij de tweede plaat op de afstandstukken geplaatst wordt en de omtrekken van de twee platen in overeenstemming met elkaar brengt. De eerste plaat en de tweede plaat zijn met hun omtrekken verbonden, zodat het vloeibare kristalmateriaal daartussen wordt vastgehouden.According to a preferred embodiment of the invention, a liquid crystal cell comprises a first plate with a number of spacers carried on a surface. An amount of liquid crystal material is applied to the surface of the first plate carrying the spacers and a second plate is placed on the spacers to be substantially parallel to the first plate to be positioned, the second plate having a significantly smaller stiffness than the stiffness of the first plates, the relative stiffness of the plates being primarily determined by their relative thickness. The second plate carries a resilient material on its top surface. A pressing plate, which is stiffer than the second plate, is placed over the second plate, so that the second plate is pressed between the pressing plate and the first plate and the resilient material is pressed between the pressing plate and the second plate. The pressure plate is clamped to the first plate, so that the pressure plate exerts a force distributed uniformly over the second plate via the resilient material, which force is directed towards the first plate, the second plate being placed on the spacers and the circumferences of the aligns two plates. The first plate and the second plate are connected at their peripheries so that the liquid crystal material is retained between them.

20 Volgens een tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat een vloeibare kristalcel een eerste plaat met op een oppervlak daarvan een verhoogde rand van materiaal dat een gesloten patroon vormt en een aantal afstandstukken met in hoofdzaak uniforme hoogte binnen het door de verhoogde rand begrensde gebied, waarbij de afstandstuk-25 ken boven de rand uitsteken. Een afgemeten hoeveelheid kristalmateriaal is op het oppervlak van de plaat binnen het door de verhoogde rand begrensde gebied aangebracht en een tweede plaat is op de afstandstukken geplaatst, zodat het ten opzichte van het ene oppervlak van de tweede isolatieplaat wordt gepositioneerd en daarvan 30 afgehouden wordt. De oppervlaktespanning van het vloeibare kristalmateriaal belast uniform de eerste isolatieplaat met een kracht waardoor het tegen de afstandstukken getrokken en gesteund «wordt.According to a second embodiment of the invention, a liquid crystal cell comprises a first plate having on its surface a raised edge of material forming a closed pattern and a number of spacers of substantially uniform height within the area defined by the raised edge, the spacers above the edge. A measured amount of crystal material is applied to the surface of the plate within the area bounded by the raised edge, and a second plate is placed on the spacers so that it is positioned relative to one surface of the second insulating plate and kept away from it. The surface tension of the liquid crystal material uniformly loads the first insulating sheet with a force to pull and support it against the spacers.

3 ï i4 i Ö A3 ï i4 i Ö A

> V *ï i V' *1 - 6 - * κ> V * ï i V '* 1 - 6 - * κ

r Ir I

tt

De eerste en tweede isolatieplaten worden met hun omtrekken verbonden.The first and second insulation boards are joined with their perimeters.

Volgens een derde uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een LCD-cel vervaardigd door het voorbereiden van een eerste plaat door 5 het vormen van een aantal scheidingstukken op een van haar oppervlakken. Daarna wordt een tweede plaat op de scheidingstukken geplaatst en in hoofdzaak parallel aan de eerste plaat gepositioneerd, en worden de omtrekken van de platen met uitzondering van een of meer ope-ningen hermetisch verbonden. Er wordt vloeibaar kristalmateriaal 10 binnen de cel, tussen de platen, gebracht en alle openingen op één na worden afgedicht. Daarna wordt een hoeveelheid vloeibaar kristalmateriaal via de ene opening uit het afgedichte binnenste van de cel gepompt. Daarna wordt de opening afgedicht. De gedeeltelijke evacuatie van vloeibaar kristalmateriaal vormt een drukverschil tussen het 15 gesloten binnenste van de LCD-cel en de omgevende atmosfeer, wat een kracht levert waardoor de tweede plaat op de scheidingstukken zal steunen, waardoor het in overeenstemming met de eerste plaat gebracht wordt en de platen uniform scheidt.According to a third embodiment of the invention, an LCD cell is manufactured by preparing a first plate by forming a number of separators on one of its surfaces. Thereafter, a second plate is placed on the dividers and positioned substantially parallel to the first plate, and the peripheries of the plates except one or more openings are hermetically joined. Liquid crystal material 10 is placed inside the cell, between the plates, and all but one of the openings are sealed. An amount of liquid crystal material is then pumped out of the sealed interior of the cell through one opening. The opening is then sealed. The partial evacuation of liquid crystal material creates a pressure difference between the closed interior of the LCD cell and the surrounding atmosphere, providing a force whereby the second plate will rest on the dividers, bringing it into alignment with the first plate and plates uniformly separates.

Het is daarom een hoofddoel van de uitvinding om te voorzien 20 in een cel voor het bevatten van vloeibaar kristalmateriaal tussen twee platen, waarbij een uniforme scheiding tussen de twee platen bewerkstelligd wordt door het uniform belasten van de platen, en werkwijzen voor het vervaardigen ervan.It is therefore a primary object of the invention to provide a cell for containing liquid crystal material between two plates, whereby a uniform separation between the two plates is achieved by uniform loading of the plates, and methods for their manufacture.

Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een 25 dergelijke cel, waarbij de uniforme belasting van een plaat bewerkstelligd wordt door gebruik van een laag van veerkrachtig materiaal voor het in hoofdzaak uniform over het oppervlak van de plaat verdelen van de kracht.Another object of the invention is to provide such a cell, wherein the uniform loading of a plate is accomplished by using a layer of resilient material to distribute the force substantially uniformly over the surface of the plate.

Weer een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van 30 een dergelijke cel, waarbij een uniforme belasting verkregen wordt door het toepassen van oppervlaktespanning tussen de platen en het vloeibare kristalmateriaal om de platen naar elkaar te dwingen.Yet another object of the invention is to provide such a cell, whereby a uniform load is obtained by applying surface tension between the plates and the liquid crystal material to force the plates together.

83 0 4 1 9 4 - 7 -83 0 4 1 9 4 - 7 -

Een andere doelstelling van de uitvinding is het verschaffen van een dergelijke cel waarbij een uniforme belasting bewerkstelligd wordt door het hermetisch afdichten van de ruimte tussen de platen en het verlagen van de druk daarin.Another object of the invention is to provide such a cell wherein a uniform load is achieved by hermetically sealing the space between the plates and reducing the pressure therein.

5 De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening.The invention is elucidated with reference to the drawing.

In de tekening toont:In the drawing shows:

Fig. 1 een gedeeltelijke dwarsdoorsnede van een typische vloei-bare-kristalweergeefcel;Fig. 1 is a partial cross-section of a typical liquid crystal display cell;

Fig. 2 een gedeeltelijke dwarsdoorsnede van een vloeibare-kris-10 talcel waarin het effect van een onvolmaakt in overeenstemming gebrachte plaat getoond is;Fig. 2 is a partial cross section of a liquid crystal cell showing the effect of an imperfectly matched plate;

Fig. 3 een dwarsdoorsnede van een eerste uitvoeringsvorm van een vloeibare-kristalweergeefcel;Fig. 3 is a cross section of a first embodiment of a liquid crystal display cell;

Fig. 4 een dwarsdoorsnede van een tweede uitvoeringsvorm van 15 een vloeibare-kristalcel;Fig. 4 is a cross section of a second embodiment of a liquid crystal cell;

Fig. 5 een dwarsdoorsnede van een gedeeltelijk vervaardigde derde uitvoeringsvorm van een vloeibare kristalcel tezamen met een inrichting voor de vervaardiging ervan, enFig. 5 is a cross-sectional view of a partially fabricated third embodiment of a liquid crystal cell together with an apparatus for its manufacture, and

Fig. 6 een andere dwarsdoorsnede van de derde uitvoeringsvorm 20 van een, gedeeltelijk vervaardigde, vloeibare kristalcel, tezamen met een inrichting voor het vervaardigen ervan.Fig. 6 is another cross-sectional view of the third embodiment 20 of a partially fabricated liquid crystal cell, together with an apparatus for its manufacture.

In fig. 1 is een typische vloeibare-kristalweergeefcel, hierna aangeduid als LCD-cel, getoond met afstandstukken met in hoofdzaak uniforme dikte in de constructie ervan getoond. De LCD-cel 10 omvat 25 eerste en tweede glazen platen 14, die in een uniforme afstandsrela-tie tot elkaar gehouden worden door middel van een aantal scheiding-stukken 20, die gevormd zijn in een patroon, dat bepaald wordt door het beoogde gebruik van de cel. Ter illustratie, maar niet als beperking, is een aantal doorschijnende elektroden geplaatst op tegen-30 overliggende oppervlakken van de platen 12 en 14 getoond, waarbij de plaat 14 een aantal stripelektroden 16 draagt, die loodrecht gericht zijn cp een aantal door de plaat 12 gedragen stripelektroden 18. Een S i ; 4 1 9 4 ____.X'"*" — 4 V.In Fig. 1, a typical liquid crystal display cell, hereinafter referred to as LCD cell, is shown with spacers of substantially uniform thickness in its construction. The LCD cell 10 includes first and second glass plates 14, which are held in a uniform spacing relationship to each other by a plurality of spacers 20 formed in a pattern determined by the intended use of the cell. For illustrative, but not limiting, a number of translucent electrodes placed on opposing surfaces of the plates 12 and 14 are shown, the plate 14 carrying a plurality of stripping electrodes 16 oriented perpendicularly and a number supported by the plate 12 stripping electrodes 18. An S i; 4 1 9 4 ____. X '"*" - 4 V.

; ! - 8 - hoeveelheid vloeibaar kristalmateriaal 22 is tussen de platen 12 en 14 opgenomen door middel van een geschikte, niet getoonde, afdichting, die zich om de omtrek van de platen 12 en 14 uitstrekt.; ! An amount of liquid crystal material 22 is interposed between the plates 12 and 14 by means of a suitable seal, not shown, which extends around the circumference of the plates 12 and 14.

De afstandstukken 20 bestaan bij voorkeur uit een dielektrisch 5 materiaal, zoals fotobeschermingsmateriaal, dat niet zal oplossen in het vloeibare kristalmateriaal 22 of daarmee zal reageren. De afstandstukken kunnen gevormd zijn op het oppervlak van de plaat 12 door een willekeurige werkwijze van een verscheidenheid van bekende aanbrengingswerkwijzen op het gebied van de vervaardiging van vloei-10 bare kristalcellen. Een voorbeeld van een scheidingstukconstructie voor LCD-cellen is gegeven in het hiervoor genoemde artikel "Alta Frequenzia" en ook in de actueel in behandeling zijnde op 4 oktober 1979 ingediende Amerikaanse octrooiaanvrage 81,757 van Arneson et al.The spacers 20 preferably consist of a dielectric material, such as photo-protection material, which will not dissolve or react with the liquid crystal material 22. The spacers may be formed on the surface of the plate 12 by any method of a variety of known application methods in the manufacture of liquid crystal cells. An example of an LCD cell spacer construction is given in the aforementioned article "Alta Frequenzia" and also in the currently pending U.S. Patent Application No. 81,757 to Arneson et al. Filed October 4, 1979.

Het is mogelijk dat, zoals getoond in fig. 1, de platen van de 15 LCD-cel volmaakt vlak zijn. Het is echter vaker het geval dat hun oppervlakken afwijken van volmaakte vlakheid en aanleiding geven tot effecten in de constructie van de LCD-cel als getoond in fig. 2. Onvlakheid van de plaat 30 resulteert in een afwijking van de scheiding tussen deze plaat en de plaat 32, waarbij het handhaven van de-20 ze scheiding het doel is van de afstandstukken 33, 34 en 35. In overeenstemming met de principes die ten grondslag liggen aan de uitvinding, kan de vorm van de plaat 30 in overeenstemming gebracht worden met de vorm van de plaat 32 door het uitoefenen van een uniform verdeelde differentiële druk tussen de tussen de platen en de buiten-25 oppervlakken van de platen gevormd holte, waarbij de druk op het buitenoppervlak groter is dan de druk binnen de holte. Het drukverschil zal de plaat 30 tegen de afstandstukken 33-35 plaatsen, waarbij de uniformiteit van de scheiding tussen de platen tot stand gebracht wordt en de vorm van de plaat 30 in overeenstemming met de vorm van 30 de plaat 32 gebracht wordt.It is possible that, as shown in Fig. 1, the plates of the LCD cell are perfectly flat. However, it is more often the case that their surfaces deviate from perfect flatness and give rise to effects in the construction of the LCD cell as shown in Fig. 2. Flatness of the plate 30 results in a deviation of the separation between this plate and the plate 32, the maintenance of this separation being the object of spacers 33, 34 and 35. In accordance with the principles underlying the invention, the shape of plate 30 can be conformed to the shape the plate 32 by applying a uniformly distributed differential pressure between the cavity formed between the plates and the outer surfaces of the plates, the pressure on the outer surface being greater than the pressure within the cavity. The pressure difference will place the plate 30 against the spacers 33-35, achieving the uniformity of the separation between the plates and aligning the shape of the plate 30 with the shape of the plate 32.

fig. 2 blijkt dat, wanneer een niet-verdeelde kracht op de plaal/in de door middel van de pijl getoonde richting uitgeoefend wordt, de kracht zich kan concentreren en een afstandstuk kan breken 3304194Fig. 2 shows that when an undivided force is applied to the slab / in the direction shown by the arrow, the force can concentrate and break a spacer 3304194

* J* J

I » - 9 - wanneer de kracht voldoende groot is. Dus, wanneer door het samenklemmen van de platen bij hun randen een kracht uitgeoefend zou worden die voldoende is voor het wegnemen van een kromming in de plaat, dan zou het zich concentreren en zou het het middelste af-5 standstuk 34 kunnen breken. De mogelijkheid van beschadiging van het afstandstuk kan volgens de aan de uitvinding ten grondslag liggende principes verkleind worden wanneer een verdeeld drukverschil uitgeoefend wordt, dat de plaat 30 uniform belast voor het afvlakken ervan en het plaatsen ervan op de afstandstukken.I »- 9 - when the force is sufficiently great. Thus, if clamping the plates together at their edges would exert a force sufficient to remove a curvature in the plate, it would concentrate and break the middle spacer 34. The possibility of damage to the spacer can be reduced according to the principles underlying the invention when a distributed pressure differential is applied, which uniformly loads the plate 30 for flattening and placing it on the spacers.

10 Bij de berekening van de kracht die geleverd wordt door het de isolatieplaat uit te oefenen drukverschil moet rekening gehouden worden met de maximale vervorming die een afstandstuk zonder overschrijding van haar elasticiteitsgrens kan ondergaan. Dit kan vastgesteld worden door uit te gaan van een benaderingsmodel met een 15 plaatsectie tussen twee afstandstukken als een eenvoudige ligger die aan beide uiteinden ondersteund wordt, en het toepassen van de bekende vergelijking voor de_berekening van een uniform verdeelde kracht die de ligger tegen de ondersteuningen drukt. De kracht wordt gegeven door 20 f. 6,4 (Ymox)Ywt3 (1) L4 waarin Y de maximaal verwachte afwijking van de vlakheid van het max J 3 oppervlak van de plaat is, Y de Young modulus is van het materiaal dat de plaat vormt (typisch glas),w de breedte van de plaat, t de 25 dikte van de plaat, en L de lengte van het plaatsegment is. Indien bijvoorbeeld aangenomen wordt dat w = 1", L = 1", t = 0,0625", Y =2 micrometer en Y = 9,8x10^ lbs/in., bedraagt de belasting max die nodig is voor het strekken van de buiging 1,21 Ib/in. Wanneer ook aangenomen wordt dat deze gehele kracht verdeeld wordt over een 30 vierkant afstandstuk met een ribbe van 0,01", zou een totale span- ‘ 4 ning van 1,2x10 uitgeoefend worden. De vervorming van ('strain on'^ 8 3 0 4 1 9 4 ; l - 10 - het afstandstuk wordt vervolgens berekend ter verzekering dat het niet boven haar elasticiteitsgrens vervormd wordt. Volgens een op zich bekende formule geldt dat vervorming = (spanning/Young modulus). Voor een bijvoorbeeld uit polyemide materiaal, met een Young modulus 5 van 4,3x10 lbs/in. vervaardigd afstandstuk zou de specifieke vervorming 0,028 bedragen, wat ruim binnen de elasticiteitsgrens van het materiaal is.10 When calculating the force supplied by the differential pressure to be applied to the insulation board, account must be taken of the maximum deformation that a spacer can undergo without exceeding its elastic limit. This can be determined by assuming an approximation model with a plate section between two spacers as a simple beam supported at both ends, and applying the known equation for the calculation of a uniformly distributed force pressing the beam against the supports . The power is given by 20 f. 6.4 (Ymox) Ywt3 (1) L4 where Y is the maximum expected deviation from the flatness of the max J 3 surface of the slab, Y is the Young modulus of the material forming the slab (typical glass), w the width of the slab, t is the thickness of the slab, and L is the length of the slab segment. For example, if it is assumed that w = 1 ", L = 1", t = 0.0625 ", Y = 2 micrometers and Y = 9.8x10 ^ lbs / in., The load is required to stretch the bending 1.21 lb / in. Assuming that this entire force is also distributed over a square spacer with a 0.01 "rib, a total stress of 1.2x10 would be applied. The deformation of ('strain on' ^ 8 3 0 4 1 9 4; 1 - 10 - the spacer is then calculated to ensure that it is not deformed above its elastic limit. According to a known formula, deformation = (stress / Young modulus) For a spacer made, for example, of polyemide material, with a Young modulus 5 of 4.3 x 10 lbs / in., The specific deformation would be 0.028, which is well within the elasticity limit of the material.

Ter verkrijging van de gewenste uniformiteit van de scheiding is het belangrijk, dat de kracht de plaat uniform belast, d.w.z.In order to obtain the desired uniformity of the separation, it is important that the force uniformly loads the plate, i.e.

10 dat haar grootte niet belangrijk mag afwijken van haar gemiddelde waarde als funktie van de locatie op de plaat. Zonder uniforme belasting zou het veel moeilijker zijn om een uniforme scheiding en optimale werking van de cel te verkrijgen.10 that its size should not deviate significantly from its average value as a function of the location on the plate. Without uniform loading it would be much more difficult to achieve uniform separation and optimal cell function.

Een andere factor die in overweging genomen moet worden bij het 15 uitoefenen van een kracht ter verkrijging van een uniforme scheiding is de elektrostatische aantrekkingskracht die de neiging heeft de platen naar elkaar te trekken wanneer de cel in bedrijf is. Deze kracht kan volgens bekende methoden berekend worden en moet in rekening gebracht worden bij de berekening van de vervorming op een 20 afstandstuk en zal de grootte van de uniforme scheidingskracht effectief beperken. Er dient ook gelet te worden op het buigeffect, welke de kracht in de reeds vlakke secties van de belaste plaat zal introduceren. De berekening van de kracht van vergelijking (1) toont echter dat de afstandstukdichtheid werkzaam kan zijn voor het ver-25 minderen van dit effect. Wanneer de afstandstukken in geselecteerde locaties geplaatst zijn, bijvoorbeeld 0,25 inches van elkaar, dan zal de uitgeoefende kracht, die geschikt is voor het wegnemen van de kromming uit de hierboven veronderstelde vierkante sectie met 3 ribben van 1 inch, een afbuiging geven die verkleind wordt met (0,25) 30 in de 0,25 inch sectie, of, minder dan 0,1 micrometer.Another factor to consider when applying a force to achieve uniform separation is the electrostatic attraction which tends to pull the plates together when the cell is operating. This force can be calculated according to known methods and must be taken into account when calculating the distortion on a spacer and will effectively limit the size of the uniform separation force. Attention should also be paid to the bending effect, which will introduce the force into the already flat sections of the loaded sheet. However, the calculation of the force of equation (1) shows that the spacer density may be effective in reducing this effect. When the spacers are placed in selected locations, for example 0.25 inches apart, the applied force, which is suitable for removing the curvature from the above assumed square section with 3 ribs of 1 inch, will give a deflection that is reduced with (0.25) 30 in the 0.25 inch section, or, less than 0.1 µm.

Uit het voorgaande is het duidelijk dat een nuttige verbetering in de constructie van LCD-cellen gerealiseerd kan worden door het 8304194 - 11 - toepassen van een verdeelde kracht op één of beide platen waaruit de cel is opgebouwd, waarbij de kracht de plaat uniform belast en een van hen tegen op de tegenover liggende plaat bevestigde afstand-stukken drukt voor het verkrijgen van een uniforme scheiding tussen 5 de platen. Zoals hierboven aangetoond, zal de grootte van de kracht bepaald worden door de samenstelling en de dikte van de plaat of platen waarop het uitgeoefend wordt; de maximaal verwachte onvlakheid in het oppervlak van de plaat, en door de samenstelling, afmetingen en selectieve plaatsing van de afstandstukken. Daar het soms het ge-10 val is dat de afmetingen en de scheiding van de afstandstukken bepaald worden door andere ontwerpfactoren, zoals de zichtbaarheid van de afstandstukken en hun plaatsing in een gewenst patroon, zullen de voor het verkrijgen van een uniforme afstandskracht gemaakte inspanningen (" tradeoffs") de samenstelling en de dikte, d.w.z. de 15 stijfheid, van de plaat waartegen de kracht wordt uitgeoefend, beïnvloeden.From the foregoing it is clear that a useful improvement in the construction of LCD cells can be realized by applying a distributed force to one or both plates from which the cell is built, whereby the force uniformly loads the plate and one of them presses spacers mounted on the opposite plate to obtain a uniform separation between the plates. As shown above, the magnitude of the force will be determined by the composition and thickness of the plate or plates on which it is applied; the maximum expected unevenness in the surface of the plate, and the composition, dimensions and selective placement of the spacers. Since it is sometimes the case that the dimensions and spacing of the spacers are determined by other design factors, such as the visibility of the spacers and their placement in a desired pattern, the efforts made to obtain a uniform spacing force ( "tradeoffs") affect the composition and thickness, ie the stiffness, of the plate against which the force is applied.

_ Fig. 3 toont, niet op schaal, een in haar geheel met verwijzings-cijfer 40 aangegeven LCD-cel, waarvan de structuur een uniforme be-lastingskracht verschaft, omvattende een eerste plaat 41 met een 20 aantal afzonderlijke scheidingstukken 42 met in hoofdzaak uniforme dikte gevormd op het binnenoppervlak 41a ervan. De afstandstukken handhaven een minimum scheiding tussen de eerste plaat 41 en een tweede plaat 44, die minder stijf is dan de eerste, waarbij de tweede plaat een dikte heeft die bepaald wordt door de hierboven gestel-25 de overwegingen en een binnenoppervlak 44a en een buitenoppervlak 44b heeft. De cel omvat bovendien een verzegeling 45 die zich uitstrekt langs de omtrek van de platen voor het tussen de platen opnemen van een vloeibaar kristalmateriaal 46. Een drukplaat 47, die stijver is dan de tweede plaat 44, is in de buurt van het buiten-30 oppervlak 44b van de tweede plaat 44 aangebracht, zodat de tweede plaat tussen de drukplaat 47 en de eerste plaat 41 gedrukt wordt en waarbij een doorschijnend veerkrachtig elastomeer 48 tussen de druk- 8304194 I ' - 12 - plaat 47 en het buitenoppervlak 44b van de tweede plaat 44 gedrukt wordt. De structuur omvat ook een aantal klampen 49 die voorgespannen zijn in één richting zodat zij een compressiedruk tussen de drukplaat 47 en de eerste plaat 41 uitoefenen.FIG. 3 shows, not to scale, an LCD cell indicated in its entirety by reference numeral 40, the structure of which provides a uniform loading force, comprising a first plate 41 having a plurality of separate separators 42 of substantially uniform thickness formed on its inner surface 41a. The spacers maintain a minimum separation between the first plate 41 and a second plate 44, which is less rigid than the first, the second plate having a thickness determined by the above considerations and an inner surface 44a and an outer surface 44b. The cell additionally includes a seal 45 that extends along the periphery of the plates to receive a liquid crystal material 46 between the plates. A pressure plate 47, which is stiffer than the second plate 44, is near the outer side. surface 44b of the second plate 44 is applied so that the second plate is pressed between the pressure plate 47 and the first plate 41 and a translucent resilient elastomer 48 between the pressure plate 304194 I '- 12 plate 47 and the outer surface 44b of the second plate 44 is pressed. The structure also includes a plurality of cleats 49 biased in one direction so that they apply a compression pressure between the pressure plate 47 and the first plate 41.

5 In de samengestelde cel leveren de klampen 49 een kracht die de drukplaat 47 en de eerste plaat 41 naar elkaar drukken. De kracht wordt overgedragen vanaf de drukplaat 47 via het veerkrachtig elastomeer 48, dat het egaliseert en uniform over het buitenoppervlak 44b van de tweede plaat 44 levert om het tegen de afstandstuk-10 ken 42 te plaatsen. De kracht kan in zekere mate vergroot worden door het voorspannen van de drukplaat ter verkrijging van een bol oppervlak, dat tegen het elastomeer 48 geplaatst wordt en afgevlakt wordt door de klampen 49.In the assembled cell, the cleats 49 apply a force that presses the pressure plate 47 and the first plate 41 together. The force is transferred from the pressure plate 47 via the resilient elastomer 48, which equalizes and delivers uniformly over the outer surface 44b of the second plate 44 to place it against the spacers 42. The force can be increased to some extent by biasing the pressure plate to provide a convex surface which is placed against elastomer 48 and flattened by cleats 49.

De eerste en tweede platen en de drukplaat zullen typisch uit 15 doorschijnend materiaal vervaardigd worden, dat bij voorkeur maar niet noodzakelijkerwijs glas kan zijn. Als alternatief kan de tweede plaat 44 andere materialen, structuren of combinaties van beide om-vatten, die reageren op de conformerende kracht die door de drukplaat 47 op de wijze volgens de hierboven gestelde overwegingen uit-20 geoefend wordt. Een of beide van de platen 41 en 44 kan voorzien zijn van, niet getoonde, elektroden op een tegenoverliggend oppervlak. Hoewel de platen geheel uit doorschijnend materiaal kunnen bestaan voor het verkrijgen van een LCD-cel van de transmissiesoort, zal slechts één plaat doorschijnend kunnen zijn voor een weergeefeenheid 25 van de reflectiesoort. Bovendien, hoewel de platen gewoonlijk uit elektrisch isolerend materiaal bestaan, behoeven zij dat niet te zijn, afhankelijk van de wijze waarop het elektrische veldpatroon opgewekt wordt,The first and second plates and the printing plate will typically be made of translucent material, which may preferably but not necessarily be glass. Alternatively, the second plate 44 may include other materials, structures, or combinations of both that respond to the conforming force exerted by the printing plate 47 in the manner described above. One or both of the plates 41 and 44 may include electrodes (not shown) on an opposite surface. Although the plates may be entirely of translucent material to obtain a transmission type LCD cell, only one plate may be transparent to a reflective type display unit 25. Moreover, although the plates usually consist of electrically insulating material, they need not be, depending on how the electric field pattern is generated,

De afstandstukken kunnen aangebracht en selectief gelocaliseerd 30 zijn door middel van een conventioneel fotolithografisch proces op het oppervlak 41a van de eerste plaat 41 dat naar de tweede plaat 44 gekeerd is. De verbinding 45 bestaat uit een epoxymengsel of 8304194 » · * - 13 - ander geschikt verzegelingsmateriaal dat volgens enig willekeurige wijze toegevoerd en gehard is. Het elastomeer 48 omvat enig conventioneel schoon materiaal met goede veerkracht-eigenschappen; het kan bijvoorbeeld bestaan uit een schoon siliconen-rubber mengsel 5 zoals die welke onder het handelsmerk SILGARD in de handel gebracht wordt door E. I. Dupont deNemours & Company.The spacers may be applied and selectively located 30 by a conventional photolithographic process on the surface 41a of the first plate 41 facing the second plate 44. The compound 45 consists of an epoxy mixture or other suitable sealing material which has been fed and cured in any arbitrary manner. The elastomer 48 includes some conventionally clean material with good resilience properties; it may for example consist of a clean silicone-rubber mixture 5 such as that sold under the trademark SILGARD by E. I. Dupont deNemours & Company.

De in fig. 3 getoonde LCD-cel is vervaardigd door het aanbrengen van afstandstukken 42 in een aantal locaties op het oppervlak 41a van de eerste plaat 41. Een vloeibaar kristalmateriaal 46 is op 10 het oppervlak 41a gebracht, en een tweede plaat 44 is geplaatst op de afstandstukken 42, die de tweede plaat in hoofdzaak met de eerste uitrichten. Het omtreksgebied tussen de eerste en de tweede platen is gesloten door middel van een afdichtingsverbinding 45, welke het vloeibaar kristalmateriaal tussen de platen houdt. Een, niet getoon-15 de, opening is in de verzegeling 45 aanwezig om het vloeibaar kristalmateriaal na bevestiging van de drukplaat 47 te kunnen laten vloeien. Daarna wordt een laag van een transparant elastomeer 48, bij voorkeur een schoon siliconen rubbermengsel, op het buitenoppervlak 44b van de tweede plaat 44 geplaatst. Een drukplaat 47 wordt op 20 het veerkrachtig materiaal 48 geplaatst, zodat het materiaal tussen de drukplaat en de tweede plaat 44 wordt gebracht. Daarna wordt de drukplaat 47 door middel van klampen 49 aan de eerste drukplaat 41 geklemd. De drukplaat 47 kan voorgespannen zijn voor het vormen van een bol oppervlak dat tegen het elastomeer 48 geplaatst is en afge-25 vlakt wordt door de klampen 49. In een laatste stap wordt de opening in de verzegeling 45 gesloten, waardoor een continu, ononderbroken barrière verkregen wordt voor het vasthouden van het vloeibare kristalmateriaal in de cel.The LCD cell shown in Fig. 3 is manufactured by arranging spacers 42 in a number of locations on the surface 41a of the first plate 41. A liquid crystal material 46 is applied to the surface 41a, and a second plate 44 is placed to the spacers 42 which align the second plate substantially with the first. The peripheral area between the first and second plates is closed by means of a sealing connection 45, which holds the liquid crystal material between the plates. An opening, not shown, is present in the seal 45 to allow the liquid crystal material to flow after attachment of the printing plate 47. Thereafter, a layer of a transparent elastomer 48, preferably a clean silicone rubber mixture, is placed on the outer surface 44b of the second plate 44. A printing plate 47 is placed on the resilient material 48 so that the material is placed between the printing plate and the second plate 44. The printing plate 47 is then clamped to the first printing plate 41 by means of clamps 49. The pressure plate 47 may be biased to form a convex surface which is placed against the elastomer 48 and flattened by the cleats 49. In a final step, the opening in the seal 45 is closed, creating a continuous, uninterrupted barrier is obtained for retaining the liquid crystal material in the cell.

Een tweede uitvoeringsvorm van een LCD-cel waarin een uniforme 30 scheidingkracht wordt toegepast is getoond in fig. 4 (niet op schaal). De in haar geheel met het verwijzingscijfer 50 aangegeven cel omvat een eerste plaat 51 die op haar bovenoppervlak 51a een 3304194 __„ iuMcT_ f t - 14 - verhoogde rand 53 heeft die een gesloten patroon vormt, dat een gebied begrenst dat, bij voorkeur maar niet noodzakelijkerwijs, de vorm heeft van een vierkant of rechthoek, terwijl een aantal af-standstukken 54 met uniforme dikte in een open patroon op het zicht-5 oppervlak binnen het begrensde gebied aangebracht zijn en boven de verhoogde rand steken die een minimum scheiding tussen de eerste plaat 51 en een tweede plaat 55 handhaven, waarbij een afgemeten hoeveelheid vloeibaar kristalmateriaal 57 tussen en in aanraking met de eerste en tweede plaat 51 en 55 gebracht is in een ruimte 10 die bepaald wordt door het door de rand 53 begrensde gebied, en een verzegeling 58 die de omtrekspleet tussen de eerste en tweede isolatieplaten afsluit om het ontsnappen of vervuilen van het vloeibare kristalmateriaal 57 tegen te gaan.A second embodiment of an LCD cell in which a uniform separation force is applied is shown in Figure 4 (not to scale). The cell, designated in its entirety by reference numeral 50, includes a first plate 51 which has on its top surface 51a a 3304194 raised micron raised edge 53 that defines an area defining an area that is preferably, but not necessarily, , is in the shape of a square or rectangle, while a number of spacers 54 of uniform thickness are arranged in an open pattern on the visible surface within the confined area and project above the raised edge which provides a minimum separation between the first plate 51 and a second plate 55, wherein a measured amount of liquid crystal material 57 is placed between and in contact with the first and second plates 51 and 55 in a space 10 defined by the area bounded by the rim 53, and a seal 58 which closes the circumferential gap between the first and second insulating plates to prevent escape or contamination of the liquid crystal material 57.

De oppervlaktespanning van de afgemeten hoeveelheid vloeibaar 15 kristalmateriaal 57 levert de kracht die het binnenoppervlak 55a van de tweede plaat 55 naar de eerste plaat 51 trekt en het óp de afstandstukken 54 plaatst. In het geval waarin de cel verticaal is wanneer het gevuld wordt, wordt de grootte van de kracht gegeven door de op zich bekende relatie voor de oppervlaktespanning-kracht: 2° F = * ÉL (2)The surface tension of the measured amount of liquid crystal material 57 provides the force that pulls the inner surface 55a from the second plate 55 towards the first plate 51 and places it on the spacers 54. In the case where the cell is vertical when filled, the magnitude of the force is given by the surface tension force per se known relationship: 2 ° F = * ÉL (2)

XX

waarin F de berekende kracht is, t de oppervlaktespanning van het vloeibare kristalmateriaal, w de breedte van het plaatgebied in contact met de vloeistof, h de hoogte van de vloeistofkolom, en x 25 de afstand tussen de platen. In het geval waarin de cel vlak is geldt: F = 2t ^ (3)where F is the calculated force, t is the surface tension of the liquid crystal material, w is the width of the plate area in contact with the liquid, h is the height of the liquid column, and x is the distance between the plates. In case the cell is flat holds: F = 2t ^ (3)

In vergelijkingen (2) en (3) kan de grootheid (wh)/x vervangen 2 worden door V/x , waarbij V = whx het volume van het vloeibaar 30 kristalmateriaal is dat nodig is voor het opwekken van de gewenste kracht door de oppervlaktespanning. De afgemeten hoeveelheid vloei- 8304194 3 - 15 - baar kristalmateriaal wordt dus bepaald door V. Deze overweging alleen is onvoldoende voor het berekenen van een benodigde hoeveelheid materiaal dat tussen de platen gebracht kan worden zonder de voorziening van de rand 53, Indien voldoende bevochtiging veronder-5 stelt wordt van beide platen voor het daartussen kunnen laten vloeien van het vloeibaar kristal, zal de oppervlaktespanning tussen de platen en het materiaal de platen uniform met de in de vergelijking (2) of (3) berekende kracht belasten.In equations (2) and (3), the quantity (wh) / x can be replaced by 2 / V, where V = whx is the volume of the liquid crystal material needed to generate the desired force by the surface tension . The measured amount of liquid crystal material 8304194 3-15 is thus determined by V. This consideration alone is insufficient for calculating a required amount of material that can be introduced between the plates without provision of the rim 53, if sufficient wetting is assumed. If both plates are allowed to flow between the liquid crystal, the surface tension between the plates and the material will load the plates uniformly with the force calculated in equation (2) or (3).

In de uitvoeringsvorm van fig. 4 is het benodigde volume vloei-10 baar kristalmateriaal opgesloten in de ruimte, waarvan het daarom de afmetingen bepaald, tussen de platen die gedefinieerd wordt door het gebied dat begrensd wordt door de verhoogde rand 53 en de dikte van de afstandstukken 54. De relatie tussen het volume V en de afmetingen zijn zodanig dat de vorming van een meniscus 59 in de 15 ruimte tussen de rand 53 en het binnenoppervlak 55a van de tweede plaat 55 mogelijk gemaakt wordt. Een effect van de verhoogde rand 53 is het begrenzen van de afgemeten hoeveelheid vloeibaar kristalmateriaal binnen de door het begrensde gebied bepaalde ruimte. Een ander effect is het vergroten van de tussen de rand 53 en het binnenopper-20 vlak 55a werkende kracht door verkleining van de afstand, x, in de vergelijkingen (2) en (3). Het is echter duidelijk dat in het algemene geval de oppervlaktespanning van de in fig. 4 getoonde LCD-cel zonder de rand 53 kan werken. De rand van het vloeibaar kristalmateriaal zal onregelmatig zijn maar de oppervlaktespanning zal toch nog 25 de gewenste kracht leveren.In the embodiment of Fig. 4, the required volume of liquid crystal material is enclosed in the space, the dimensions of which it therefore determines, between the plates defined by the area defined by the raised edge 53 and the thickness of the spacers 54. The relationship between the volume V and the dimensions is such that the formation of a meniscus 59 in the space between the rim 53 and the inner surface 55a of the second plate 55 is enabled. An effect of the raised rim 53 is to limit the measured amount of liquid crystal material within the space defined by the bounded area. Another effect is to increase the force acting between the rim 53 and the inner surface 55a by decreasing the distance, x, in equations (2) and (3). It is clear, however, that in the general case the surface tension of the LCD cell shown in Fig. 4 can operate without the rim 53. The edge of the liquid crystal material will be irregular, but the surface tension will still provide the desired force.

Bij de in fig. 4 getoonde uitvoering van de LCD-cel zijn de isolatieplaten en de afstandstukken vervaardigd in overeenstemming met de materialen en werkwijzen die gespecificeerd zijn voor overeenkomende delen van de in fig. 3 getoonde LCD-cel. Bovendien geldt, 30 dat op het moment dat de afstandstukken 54 op het oppervlak 52 van de eerste plaat 51 aangebracht worden, de verhoogde rand 53 gevormd wordt als een toegevoegde stap in hetzelfde proces. Zodra de rand en 8304194 ____ , » - 16 - de afstandstukken gevormd zijn wordt een vloeibaar kristalmateriaal 57 in een door het hierboven gestelde hoeveelheid op het oppervlak-tegebied van de eerste plaat 51 begrensd door de verhoogde rand 53 gebracht. Vervolgens wordt de tweede plaat geplaatst op de afstand-5 stukken 54, die het in het algemeen parallel aan de eerste plaat 51 oriënteren. Na verloop van een periode die voldoende is om het vloeibare kristalmateriaal te laten stabiliseren en accumuleren binnen de ruimte tussen de platen die bepaald wordt door het begrensde gebied, worden de platen bij hun omtrek op de hiervoor beschreven 10 wijze voor de in fig. 3 getoonde LCD-cel verzegeld.In the embodiment of the LCD cell shown in Figure 4, the insulating plates and spacers are manufactured in accordance with the materials and methods specified for corresponding parts of the LCD cell shown in Figure 3. In addition, when the spacers 54 are applied to the surface 52 of the first plate 51, the raised edge 53 is formed as an additional step in the same process. Once the rim and spacers have been formed, a liquid crystal material 57 is introduced into the surface area of the first plate 51 bounded by the raised rim 53 in an amount specified above. Then, the second plate is placed on the spacer pieces 54, which orient it generally parallel to the first plate 51. After a period of time sufficient for the liquid crystal material to stabilize and accumulate within the space between the plates defined by the bounded area, the plates are circumferentially circumscribed in the manner described above in Figure 3. LCD cell sealed.

Als variatie op de vervaardigingswerkwijze van de in fig. 3 getoonde LCD-cel 50 kan het aanbrengen en het stabiliseren van het vloeibare kristalmateriaal uitgevoerd worden in een door middel van op zich bekende middelen verkregen vacuüm. Hierdoor zullen in het 15 materiaal gevangen gassen verwijderd worden, welke gassen anders verzameld zouden kunnen worden bij dé overgang tussen de isolatieplaten en het materiaal en daarbij locale verschillen in de door de oppervlaktespanning geleverde kracht veroorzaken en de afstandsuni-formiteit benadelen.As a variation of the manufacturing method of the LCD cell 50 shown in Figure 3, the application and stabilization of the liquid crystal material can be performed in a vacuum obtained by known means. As a result, gases trapped in the material will be removed, which gases could otherwise be collected at the transition between the insulation plates and the material, thereby causing local differences in the force supplied by the surface tension and impairing the distance uniformity.

20 EenLCD-cel als getoond in fig. 3 kan ook vervaardigd worden als een meerlaagseenheid, waarbij elke laag onafhankelijk van de andere werkzaam is. In dit geval zou de tweede plaat van een eerste laag de eerste plaat van de volgende laag kunnen vormen, enzovoort. Elke laag zou in hoofdzaak op de hiervoor beschreven wijze vervaar-25 digd worden.An LCD cell as shown in Figure 3 can also be manufactured as a multilayer unit, each layer acting independently of the others. In this case, the second plate of a first layer could form the first plate of the next layer, and so on. Each layer would be manufactured essentially in the manner described above.

Het is gebleken, dat een LCD-cel waarin een uniform verdeelde conformeringskracht werkzaam is op een van haar platen vervaardigd kan worden op een wijze als aangegeven in de figuren 5 en 6 (niet op schaal). Bij de vervaardiging van de, in haar geheel met verwij-30 zingscijfer 60 aangegeven, LCD-cel wordt een eerste plaat 61 voorbereid door het aanbrengen van een aantal afstandstukken 62 met een uniforme dikte in verschillende locaties op een van haar oppervlak- 8304194 ; v - 17 - ken 6Τα zoals hierboven beschreven. Een tweede plaat 64 wordt op de afstandstukken 62 geplaatst, zodat het in hoofdzaak volgens een afstandsrelatie uitgericht is met de eerste plaat. De platen worden bij hun omtrek hermetisch verzegeld met een of meer openingen, 5 waarvan er een bij het verwijzingscijfer 65 getoond is, die doorgangen in dë verzegeling 66 vormen.It has been found that an LCD cell in which a uniformly distributed conforming force acts on one of its plates can be manufactured in a manner as shown in Figures 5 and 6 (not to scale). In the manufacture of the LCD cell, denoted in its entirety by reference number 60, a first plate 61 is prepared by arranging a number of spacers 62 of uniform thickness in different locations on one of its surface 8304194; v - 17 - ken 6Τα as described above. A second plate 64 is placed on the spacers 62 so that it is aligned with the first plate substantially in a spacing relationship. The plates are hermetically sealed at their circumference with one or more openings, one of which is shown at reference 65, which form passages in the seal 66.

Fig. 5 toont een werkwijze voor het vormen van een hermetische verzegeling 66 tussen de platen 61 en 64. Een eerste thermohardend mengsel zoals een epoxy is langs de omtrek tussen de platen aange-10 bracht in een hoeveelheid welke voldoende is om hen te raken en voor het vormen van een verzegeling daartussen. Voor het vormen van een doorgang kan een gedeelte van het epoxy weggelaten worden, zodat wanneer het epoxy gehard wordt op de plaats waar de weglating plaatsvond een spleet in de verzegeling zal optreden. Daarna worden de pla-15 ten met het thermohardend mengsel in een buigzame, hittebestendige behuizing 67, zoals een zak waarin door middel van een, niet getoonde, vacuümpomp vacuüm gezogen wordt, geplaats. Het vacuüm in het buigzame omhulsel verschaft een samendrukkende kracht, die gelijkmatig over de platen en het verzegelingsmengsel wordt verdeeld.Fig. 5 shows a method of forming a hermetic seal 66 between the plates 61 and 64. A first thermosetting mixture such as an epoxy is applied circumferentially between the plates in an amount sufficient to touch them and to forming a seal between them. To form a passage, a portion of the epoxy can be omitted, so that when the epoxy is cured at the place of the omission, a gap in the seal will occur. Thereafter, the plates with the thermosetting mixture are placed in a flexible, heat-resistant housing 67, such as a bag in which vacuum is drawn by means of a vacuum pump, not shown. The vacuum in the flexible shell provides a compressive force that is evenly distributed between the plates and the sealing mixture.

20 Vervolgens wordt de zak afgedicht voor het behouden van het vacuüm en wordt het in een verhitte oven 68 geplaatst. De combinatie van temperatuur en druk veroorzaakt dat het thermohardende verzegelingsmengsel gehard wordt tot een verzegeling met uniforme afmetingen met de hierboven genoemde doorgangen langs de omtrek tussen de pla-25 ten op uniforme gescheiden afstand houdt met hun randen in het algemeen parallel uitgericht. Vervolgens worden de zak en de verzegelde platen uit de oven 68 gehaald en worden de verzegelde platen uit de zak verwijderd.The bag is then sealed to maintain the vacuum and placed in a heated oven 68. The combination of temperature and pressure causes the thermosetting sealing mixture to cure to a uniformly sized seal having the above-mentioned circumferential passages between the plates uniformly spaced with their edges generally parallel aligned. Then, the bag and the sealed plates are taken out of the oven 68 and the sealed plates are removed from the bag.

Vervolgens wordt een hoeveelheid vloeibaar kristalmateriaal, 30 dat voldoende is voor het in hoofdzaak vullen van de ruimte tussen de platen, via een opening in de ruimte gebracht. De conformerende kracht wordt dan opgewekt door het op één na sluiten van de ope- ----^ S 5 0 4 1 9 4 Λ * - 18 - ningen in de hermetische verzegeling en het daarna via de opening uitnemen van een hoeveelheid vloeibaar kristalmateriaal, of lucht, of beide, welke voldoende is voor het vormen van een drukverschil tussen het inwendige van de LCD-cel 60 en de omgevingsatmosfeer dat 5 het omgeeft, en het daarna hermetisch verzegelen van de resterende opening, zodat het drukverschil behouden blijft.Then, an amount of liquid crystal material, which is sufficient for substantially filling the space between the plates, is introduced into the space through an opening. The conforming force is then generated by closing all but one of the openings in the hermetic seal 5 0 4 1 9 4 Λ * - 18 - and then removing a quantity of liquid crystal material through the opening , or air, or both, which is sufficient to form a pressure difference between the interior of the LCD cell 60 and the surrounding atmosphere surrounding it, and then hermetically seal the remaining opening so that the pressure difference is maintained.

Met fig. 6 is een werkwijze voor het verkrijgen van een drukverschil tussen het inwendige van de LCD-cel en de omgevingsatmosfeer geïllustreerd. Een of meer vulbuizen, waarvan er één bij het 10 verwijzingscijfer 69 getoond is, zijn op afdichtende wijze verbonden met de verzegeling 66 en staat in verbinding met de openingen waarvan er één bij het verwijzingscijfer 65 getoond is. Het stelsel omvattende de verzegelde isolatieplaten en de vulbuis wordt in een vacuüminrichting 70 zoals een klokbeker, geplaatst. De omringende 15 ruimte en die binnen de platen, verzegeling en vulbuizen wordt via de pneumatische klep 71 en de vacuumpomp 72 geëvacueerd, waarbij het vacuüm in de hermetische verzegelde ruimte tussen de platen via de vulbuizen geïntroduceerd wordt.Fig. 6 illustrates a method of obtaining a pressure difference between the interior of the LCD cell and the ambient atmosphere. One or more filler tubes, one of which is shown at reference number 69, is sealingly connected to the seal 66 and communicates with the orifices, one of which is shown at reference number 65. The system comprising the sealed insulating plates and the filler tube is placed in a vacuum device 70 such as a bell cup. The surrounding space and that within the plates, seal and filler tubes is evacuated through the pneumatic valve 71 and the vacuum pump 72, introducing the vacuum into the hermetically sealed space between the plates through the filler tubes.

Nadat het vacuüm tot stand gebracht is worden de uiteinden van 20 de vulbuizen die zich tot buiten de hermetisch gesloten ruimte uitstrekken in een of meer vaten gestoken, waarvan er één getoond is bij het verwijzingscijfer 73, en die binnen de geëvacueerde ruimte geplaatst zijn en die een hoeveelheid vloeibaar kristalmateriaal bevatten. Daarna wordt het vacuüm in de ruimte die de platen omgeeft 25 opgeheven door het via de pneumatische klep 64 in de aangegeven richting pompen van een gas, dat bijvoorbeeld stikstof kan zijn.After the vacuum is established, the ends of the filler tubes extending beyond the hermetically sealed space are inserted into one or more vessels, one of which is shown at reference 73, and which are located within the evacuated space and which contain an amount of liquid crystal material. Thereafter, the vacuum in the space surrounding the plates is released by pumping a gas, which may, for example, be nitrogen, via the pneumatic valve 64 in the indicated direction.

Het opheffen van het vacuüm binnen de vacuüminrichting 70 veroorzaakt een drukverschil ten opzichte van de hermetisch verzegelde ruimte tussen de isolatieplaat, wat een hoeveelheid van het vloei-30 baar kristalmateriaal binnen het vat 73 via de vulbuizen dwingt, welke hoeveelheid voldoende is om de hermetisch gesloten ruimte te vullen.Wanneer de ruimte tussen de platen gevuld is wordt de LCD-cel 8304194 * < * - 19 - uit de vacuüminrichting 70 verwijderd en in een omgeving met omge-vingsdruk geplaatst en wordt een hoeveelheid vloeibaar kristalma-teriaal door middel van conventionele middelen uit de vulbuizen gepompt. De evacuatie van vloeibaar kristalmateriaal uit de herme-5 tisch gesloten ruimte veroorzaakt een drukverschil tussen die ruimte en de omgevingslucht van de ruimte buiten de LCD-cel. De kracht van de druk dwingt de platen 61 en 64 naar elkaar, waarbij de tweede plaat 64 op de afstandstukken 62 geplaatst wordt en daarbij zoals hiervoor toegelicht, een uniforme afstand tussen de twee platen 10 levert. De grootte van de kracht kan bewaard worden door meting van de relatieve hoeveelheid vloeibaar kristalmateriaal dat uit de hermetisch gesloten ruimte geëvacueerd wordt, of door directe meting van het drukverschil via de buis 69. Daarna worden alle buizen verwijderd en worden de openingen afgedicht voor het handhaven van het 15 drukverschil en de conformerende kracht.The release of the vacuum within the vacuum device 70 causes a pressure difference from the hermetically sealed space between the insulating plate, forcing an amount of the liquid crystal material within the vessel 73 through the filler tubes, which amount is sufficient to ensure the hermetically closed When the space between the plates is filled, the LCD cell 8304194 * <* - 19 - is removed from the vacuum device 70 and placed in an ambient pressure environment and an amount of liquid crystal material is used by conventional pumped from the filler tubes. The evacuation of liquid crystal material from the hermetically closed space creates a pressure difference between that space and the ambient air from the space outside the LCD cell. The force of the pressure forces the plates 61 and 64 towards each other, the second plate 64 being placed on the spacers 62, thereby providing a uniform distance between the two plates 10 as explained above. The magnitude of the force can be preserved by measuring the relative amount of liquid crystal material evacuated from the hermetically closed space, or by directly measuring the differential pressure through the tube 69. Then all tubes are removed and the openings sealed to maintain of the differential pressure and the conforming force.

- conclusies - _ — 33 0 4 1 9 4- conclusions - - 33 0 4 1 9 4

Claims

A method of manufacturing a liquid crystal cell, characterized by: (a) Placing spacer material of substantially uniform thickness on a surface of a first plate in a number of 5 locations; (b) Placing a surface of a second plate near the spacer material; (c) Hermetically sealing the space between the first and second plates along their circumference except for one or more selected openings; (d) Substantially filling the space between the first and second plates with liquid crystal material; (e) Subsequently pumping an amount of material out of space sufficient to place the second plate on the spacer material 15; and (f) Subsequently sealing the openings.

2, A method according to claim 1, characterized by applying filler tube means which are sealingly attached to and extend from each opening and communicate with the space between the first and second plates; and wherein the filling step after step (c) comprises evacuating the space within and immediately around the first and second plates and the filling tube means and then placing the outwardly extending end of the filling tube means into a container 25 of liquid crystal material, and then increasing the pressure on the liquid crystal material relative to the pressure in the space within the plates, so that the liquid crystal material is forced into the space within the plates through the filler tube means and the space is filled, the passages being sealed by the 8 3 0 4 1 9 4 * V JJF '- H * - 21 - sealing the filler pipe means.

Method according to claim 1, characterized in that the step (c), prior to the step (b), places an epoxy on a surface of the first sheet along its periphery with the exception of selected locations for the openings, placing the resulting system of the first plate and the second plate in a flexible, fillable container after step (b) and evacuating the container, heating the curing system during evacuation of the container of the epoxy and, after curing the epoxy, removing the system from the container and then performing steps (d), (e) and (f).

Liquid crystal cell characterized by: (a) a first plate; (B) spacers of substantially uniform thickness applied to a surface of the first plate in selected locations to maintain a minimum separation between the first plate and a second plate; (c) a second plate, a surface of which is placed against the spacers; (d) means for hermetically sealing the space between the first and second plates along their periphery; and (e) liquid crystal material placed within the hermetically sealed space between the first and second plates, the pressure of the liquid crystal material being less than the ambient pressure. ___ ^ 9304194