DE2538525A1

DE2538525A1 - Fluessigkristall-anzeige- bzw. wiedergabezelle

Info

Publication number: DE2538525A1
Application number: DE19752538525
Authority: DE
Inventors: James N Yamasaki
Original assignee: Beckman Instruments Inc
Current assignee: Beckman Coulter Inc
Priority date: 1974-09-09
Filing date: 1975-08-29
Publication date: 1976-03-18
Also published as: CH600364A5; FR2284132A1; FR2284132B1; US3990782A

Description

Patentanwälte
Dipl. Ing. C. Wallach

Dipl. Ing. G. Koch 2 9. AUG. 19/Ö

Dr. T. Haibach

8 München 2

Ksufingerstr. 8. Tel. 240275

BECKMAN INSTRUMENTS, INC., Pullerton, CaI., USA

^lüssigkristall-Anzeige- bzw. Wiedergabezelle

Die Erfindung betrifft Flüssigkristall-Anzeige- bzw. Wiedergabezellen und im besonderen einen verbesserten Verschluß für die Einfüllöffnung derartiger Zellen.

Die derzeit bekannten Flüssigkristall-Anzeigezellen bestehen im allgemeinen aus zwei in Abstand voneinander angeordneten Glasplatten, die an ihren einander zugewandten Oberflächen transparente Elektroden tragen. Die Platten sind miteinander längs ihrem Umfang durch ein Dichtungsmaterial verbunden, wodurch ein Innenraum gebildet wird, der einen dünnen Film aus Flüssigkristal-Material umschliesst, das bei selektiver Adressierung durch an die transparenten Elektroden angelegte Spannungen zwischen lichtdurchlässigen und undurchsichtigen Zuständen variiert, zur Erzeugung eines Wiedergabebildes.

Bei der Herstellung derartiger Zellen wird gewöhnlich eine das FlUssigkristall-Material enthaltende geschlossene Zelle ausgeführt. Herstellungstechnisch kann dies in der Weise erfolgen, daß man eine verhältnismäßig kleine öffnung, vorzugsweise in der Dichtung, vorsieht, um die Zelle mit dem Flüssigkristall-Material füllen zu können. Nach dem EinführVorgang wird die Zelle mit einem Verschlußstopfen verschlossen, wofür verschiedene Arten von Stopfen verwendet wurden.

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Der Abschluß der Zelle bildet einen kritischen Schritt innerhalb des Herstellungsverfahrens, da die meisten bekannten Flüssigkristall-Materialien hochempfindlich gegenüber Beeinträchtigungen durch verschiedenartige Kontaminierungssubstanzen sind. Derartige Kontaminierungssubstanzen können beispielsweise aus der Atmosphäre herrühren und während der Herstellung oder ggfs. auch später durch die Zellabdichtung hindurch in die Zelle gelangen. Anderweitige Kontaminierungen können auch ihren Ursprung in dem Abdichtungsmaterial selbst besitzen.

Eine Hauptursache für Kontaminierungserscheinungen in den derzeit bekannten Flüssigkristallzellen dürfte jedoch in Wechselwirkungen zwischen dem Flüssigkristall-Material und dem für den Verschluß der Füllöffnungen verwendeten Material liegen. Eine Wirkung derartiger Kontaminationen in der Zelle besteht darin, daß die Funktion und das Ansprechverhalten der Zelle beeinträchtigt und hierdurch deren Nutzlebensdauer als Anzeigevorrichtung verringert werden.

Der Erfindung liegt daher als Aufgabe die Schaffung einer FlUssigkristall-Anzeige- -bzw. Wiedergabezelle zugrunde, bei welcher Funktionsstörungen bzw. -Ausfälle der Zelle infolge des Drucks von Kontaminierungssubstanzen weitgehend vermieden oder wenigstens erheblich verzögert sind, derart daß sich eine Verlängerung der Zellenlebensdauer ergibt. Des weiteren soll durch die Erfindung ein konstruktiv einfacher Aufbau für derartige Flüssigkristall-Anzeigezellen geschaffen werden, der in der Herstellung wirtschaftlich ist und die Anwendung billiger Herstellungstechniken zum Verschluß der Zelle gegeiliecken und Kontaminierung gestattet.

Dies wird erfindungsgemäf durch einen Zellaufbau erreicht, der eine im Inneren der Zelle erzeugte Trennvorrichtung aufweist, die mit ihrem einen Ende mit der Umfangsdichtung der Zelle benachbart der Einfüllöffnung verbunden ist und ein sich entlang der einen Seite der Zelle benachbart der Einfüllöffnung erstrek-

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kendes Teil aufweist, das einmKapilarkanal zwischen der Einfüllöffnung und dem Zelleninnenraum bildet. Der Kanal wird nach Beendigung der Füllung der Zelle mit dem Flüssigkristall-Material dicht verschlossen, indem man einen WachspSöpfen in den Kanal einbringt; anschliessend wird ein Verschlußstopfen aus einem Dichtungsmaterial wie beispielsweise einem Epoxid- oder einem Fluorkohlenstoff in die Einfüllöffnung in der Abdichtung eingebracht.

Die innere Trennvorrichtung dient einerseits dazu, die Verschluß-Abdichtmaterialien vor dem Flüssigkristall-Material zu schützen sowie jegliche Kontaminierungssubstanzen, welche während des Einfttllvorgangs in die Zelle eindringen können, in dem Kapilarkanal einzufangen. Hierdurch wird die Kontaminierung innerhalb des Anzeige- bzw. Wiedergabebereichs der Zelle verringert. Außerdem dient der Wachspftöpfen als Trennmittel zwischen dem Flüssigkristall-Material und dem Verschluß der Einfüllöffnung, wodurch das Flüssigkristall-Material gegenüber Substanzen, mit denen es reagieren kann, geschützt ist.

Im folgenden werden AusfUhrungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen

Fig. 1 in Seitenansicht im Schnitt eine Flüssigkristall-Anzeige- bzw. Wiedergabe-Vorrichtung gemäß der Erfindung

Fig. 2 in einer auseinander gezogenen perspektivischen Ansicht die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 1

Fig. 3 in schematischer Draufsicht im Schnitt die Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 1

Fig. h in scheeatischer Draufsicht im Schnitt eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung

Fig. 5 in schematischer Draufsicht im Schnitt eine weitere abgewandelte Ausführungsform der Erfindung.

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In den ^T?ig. 1 - 3 ist eine als ganzes mit 8 bezeichnete Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung dargestellt, welche aus zwei Flachglasplatten 13,14 besteht, auf deren einander zugewandten Hauptflächen transparente Elektroden nach Art der Elektroden 10, abgeschieden sind. Die Glasplatten sind miteinander mittels einer Dichtung 12 dichtschliessend verbunden, welche einerseits die Platten in Abstand voneinander hält und andererseits ein Tnnenvolumen bzw. eine Zelle für die Aufnahme des ^lüssigkristall-Materials 20 bildet. Es sei darauf hingewiesen, daß die Darstellung in der Zeichnung schematisch ist und daß die Dicke des Zgllenvolumens stark übertrieben dargestellt ist. Tn Wirklichkeit ist der Abstand der Platten in Abhängigkeit von den elektrischen Eigenschaften des Flüssigkristall-Materials und der speziellen Elektrodenform gewählt. In den meisten fällen besitzt das Zellvolumen eine Dicke im Bereich von 0,0003 und 0,0015 Zoll.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Dichtung 12 aus Glasfritte oder einem Epoxiddichtungsmaterial, das an dem mit der Elektrode überzogenen Glas haftet und mit diesem eine hermetisch schließende Dichtung bildet. Ggfs. können jedoch auch anderweitige geeignete Dichtungsmittel verwendet werden, je nach dem jeweiligen Plattenabstand, den Erfordernissen chemischer Kompatibilität bezüglich dem Flüssigkristall-Material sowie nach dem jeweils vorgesehenen Dichtungsverfahren. Das Dichtungsmaterial kann auf die Glasplatten nach beliebigen bekannten Verfahren aufgebracht werden, beispielsweise im Siebdruck, mittels Aufbürsten, Aufsprühen oder im Eintauchverfahren. Alternativ kann das Dichtungsprofil aus einer Folie des betreffenden Materials wie beispielsweise Polyäthylen ausgestanzt werden,wobei die Dichtung sodann unter Anwendung von Wärme oder einer anderweitigen Aushärtbehandlung hergestellt wird, nachdem das Dichtungsmaterial in seine Lage zwischen den Glasplatten gebracht wurde.

Gemäß der Erfindung ist ein Kapilarkanal 21 als Verbindung zwischen einer in der Abdichtung vorgesehenen Einfüllöffnung 23 und

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dem Zelleninneren vorgesehen. Ein Zweck des Kapilarkanals besteht darin, daß er jegliche Kontaminierungssubstanzen, welche durch Oberflächenspannung während der Füllung der Zelle in die Zelle eintreten können, auffängt und danach festhält. Auf diese Weise wird der Kontakt zwischen der Kontaminierung und dem Flüssigkristall-Material verhindert oder zumindest hinausgezögert. Ein weiterer Zweck des Kanals besteht darin, daß er einen Wachspfropfen 22, der als Trennvorrichtung zwischen dem Flüssigkristall-Material und einer zum Verschluß der Einfüllöffnung 23 dienenden äußeren Abdichtung 25 dient, in einem halb-isolierten Zustand hält.

Der Kapilarkanal kann verschiedene physikalische Formen annehmen, wie in den Pig. 2-5 dargestellt, vorausgesetzt, daß er die vorstehend angeführten Punktionen erfüllt.

Vorzugsweise wird jedoch der Kapilarkanal durch ein Segment nach Art des Segments 27 gebildet, das an der einen S-ite der Einfüllöffnung befestigt ist oder mit der Dichtung einstückig ausgebildet ist. Des weiteren wird der Kanal 21 durch einen Segmentabschnitt 28 begrenzt, der sich entlang dem Zellenrand im wesentlichen parallel zu dem betreffenden Randabschnitt der Dichtung 12 erstreckt.

Palis erwünscht kann der Kapilarkanal mittels zusätzlicher Abschnitte nach Art des Abschnitts 29 in Pig, 5 bzw. der Abschnitte 30, 31 in Pig. 4 entlang dem Zellenumfang fortgesetzt werden, derart daß sich der Kanal verlängert. Dies gewährleistet eine weitere Isolation zwischen der Einfüllöffnung und dem Inhalt in dem Anzeige- bzw. Wiedergabebereich der Zelle, was für bestimmte Zwecke vorteilhaft ist. ^Tedoch ist die zusätzliche Anbringung derartiger weiterer Segmente für bestimmte Materialien nicht erforderlichj in diesem Falle ergibt die Verwendung eines kürzeren Kapilarkanals eine ähnliche Zellenkonstruktion.

Der Wachspfropfen ist vorzugsweise so gewählt, daß er weder mit dem Flüssigkristallmaterial noch mit dem für den äußeren Verschluß 25 verwendeten Material reagiert. Auf diese Weise wird

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jegliche Kontamination innerhalb der fertiger. Zelle infolge chemischer Reaktionen soweit als möglich herabgesetzt,

Es hat pich ergeben, daß ein Wachs aus'einem hochmolekularer: Kohlenv^Tasperstoff eine wirksame Wachs-Trennbarriere für die meisten.Flüssigkristall-Materialien darstellt. Vorzugsweise soll das Wachs einen Schmelzpunkt oberhalb I50 Grad ^ besitzen, damit die Anzeigevorrichtung bei Temperaturen nahe dieser Temperatur betriebsfähig ist. Ein für diesen Zweck geeignetes Wachs ist das von der Bareco Division der 7a, Petrolite Corporation, Tulsa, Oklahoma, hergestellte und vertriebene Microcrystalline Wax 195·

Bei der Herstellung der Zelle besteht ein Verfahren zum Einbringen des Wachspfropfens darin, daß man eine kleine Wachsmenge in die Mündung der Einfüllöffnung einbringt und sodann das Wachs durch lokalisierte Wärmeanwendung beispielsweise mittels eines kleinen Lötkolbens auf seine Schmelztemperatur erhitzt. Das geschmolzene Wachs wird sodann durch die Kapilarwirkung in den Kanal hineingezogen, bis die Wärmezufuhr abgeschaltet wird, wonach das Wachs erstarrt und einen wirksamen Trennpfropfen bildet.

Als abschliessender Schritt des Verfahrens zum Verschluß der Vorrichtung wird sodann eine kleine Menge ein= s Verschlußmaterials von außen auf die öffnung aufgebracht, um den Abschluß

25 zu bilden. Wie erwähnt haben sich Epoxid-Materialien allgemein für diesen Zweck als am besten geeignet erwiesen; sie können nach verschiedenen Verfahren wie beispielsweise Auftropfen, Auftupfen, Eintauchen und-dergleichen aufgebracht werden.

Vorzugsweise soll eine unter der Schmelztemperatur des Wachses liegende Aushärttemperatur zum Aushärten des äußeren Verschlußes verwendet werden, um eine Störung des Wachs trennpfropf ens zu vermeiden. Dies stellt bei der Herstellung der Zelle kein besonderes

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Problem dar, da viele Epoxid-Materialien bei normaler Zimmertemperatur zufriedenstellend aushärten. Ein derartigeis Material ist beispielsweise das von ?a. Baeon Industries, Inc. hergestellte und vertriebene Allaco 20-20 Epoxy.

Die vorstehend beschriebene Zelle mit einem Kapilarkanal besitzt verschiedene Vorteile gegenüber den bisher bekannten 71üssigkristallzellen. So verringern sieh in einer derartigen Zelle mit einer Waehs-Trennstelle in einem Kapilarkanal die Verunreinigungen infolge weitgehender Ausschaltung elektrochemischer Reaktionen zwischen dem Flüssigkristall-Material und dem Spoxidverschlußstopfen. Ausserdem werden .jegliche Kontaminationen, die während des Einfüllvorgangs in die Zelle hereingezogen werden, in dem Kapilarkanal zurückgehalten, derart daß eine Kontamination des Anzeige- bzw. Wiedergabeteils der Zelle weitgehend verringert oder zumindest in erheblichem Maße verzögert wird.

Zusammenfassung:

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeige- bzw. Wiedergabezelle mit zwei gegenüberliegend angeordneten Glasplatten, •Teiche auf ihren einander zugewandten Oberflächen transparente leitende Elektroden tragen; die Glasplatten sind längs ihres Außenumfangs durch ein Dichtungsmaterial miteinander verbunden; in dem Dichtungsmaterial ist eine kleine öffnung zum Einfüllen eines Flüssigkristall-Materials in den Innenraum vorgesehen. Innerhalb der Zelle ist eine Trennstelle vorgesehen, die an ihrem einen Ende mit dem Dichtungsmaterial benachbart der einen Seite der Einfüllöffnung verbunden ist und an ihrem anderen Ende sich über die Füllöffnung hinaus parallel zu :uoq linen Rand bzw. der einen Seite der Anzeigezelle erstreckt. Diese Trennvorrichtung erstreckt sich zwischen den Glasplatten und ist mit diesen dicht verbunden; sie ist zum Innenraum der Zelle offen und bildet einen

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

"'1./ Plüssigkristall-Anzeige- bzw. Wiedergabezelle aus zwei gegenüberliegend angeordneten Glasplatten, die an ihren einander zugewandten Oberflächen mit transparenten leitenden Elektroden versehen sind, wobei die Glasplatten entlang ihrem Aussenumfang durch ein Abdichtmaterial miteinander verbunden sind, in welchem eine kleine Einfüllöffnung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Zelle eine innere Trennstelle bzw. Trennvorrichtung (21,22) vorgesehen ist, die an ihrem einen Ende (bei 27) mit der Dichtung (12) im Bereich des einen Endes der Einfüllöffnung (25) verbunden ist und sich an ihrem anderen Ende (28) über die Füllöffnung (25) hinaus parallel zu wenigstens der einen Seite bzw. Randkante der Wiedergabezelle erstreckt, daß die Trennvorrichtung sich zwischen den Glasplatten (15,14) erstreckt und mit diesen dicht verbunden ist, derart daß ein Kapilarkanal (21) zwischen der Einfüllöffnung (25) und dem Innenraum der Zelle gebildet wird, und daß in dem Kanal (21) ein Wachspfropfen (22) vorgesehen ist und in der Einfüllöffnung (25) ein Verschlußorgan(25) angebracht ist.

2. Flüssigkristall-Anzeige- bzw. Wiedergabezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wachspftopfen (22) aus einem hochmolekularen Kohlenwasserstoff-Wachs besteht, das mit nematischen Flüssigkristallstoffen im wesentlichen nicht reagiert.

5. Flüssigkristall-Anzeige- bzw. Wiedergabezelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wachspflopfen (22) einen Schmelflipunkt von mehr als 150 Grad F be-

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sitzt.

4. Flüssigkristall-Anzeige- bzw. Wiedergabezelle nach einem

oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfüllöffnung (2j5) durch einen Epoxidstopfen (25) verschlossen ist.

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