DE2548743C2 - Verfahren zum Verschließen einer Flüssigkristallzelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen einer Flüssigkristallzelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Flüssigkristallzelle mit die Einfüllöffnung des Flüssigkristall-Hohlraums auf der Außenseite ringförmig umgebender, aufgedampfter oder durch Kathodenzerstäubung aufgebrachter Metallisierung wird in der DE-OS 23 31 567 beschrieben. Nach dem Befüllen des Flüssigkristall-Hohlraums wird die als Kanal ausgebildete Einfüllöffnung mit Hilfe eines Stopfens, z. B. aus Amalgam oder Kunststoff, verschlossen. Daraufhin wird der Bereich auf der Außenseite um die Einfüllöffnung herum durch Aufdampfen, Kathodenzerstäubung oder dergleichen metallisiert. Die die Einfüllöffnung ringförmig umgebende Metallisierung dient der Haftvermittlung für ein dem endgültigen Verschluß dienendes, aufzulötendes Metallstück.

Bei einem aus der DE-OS 23 42 022 bekannten Verfahren zum Verschließen einer Flüssigkristallzelle wird in die Einfüllöffnung des Flüssigkristall-Hohlraums zunächst ein Pfropfen aus dunklem Metall eingesetzt. Zum sicheren und dauerhaften Abdichten des Hohlraums werden die Außenseite des Pfropfens und die umgebenden Teile der Zelle außerdem mit einem abdichtenden Überzug verschlossen und versiegelt. Der abdichtende Überzug kann dadurch gebildet werden, daß die Öffnung durch Verlöten ihrer metallisierten unmittelbaren Umgebung zusätzlich mit einer Lotschicht üblichen Materials überdeckt wird.

Diese aufwendige, gewissermaßen doppelte Abdichtung war erforderlich, weil mit einem durch Kleben oder gar lediglich kraftschlüssig eingebrachten Stopfen eine dauerhafte Dichtheit nicht zu gewährleisten ist, so daß sich eine zusätzliche Versiegelung, insbesondere Verlötung, auf der Außenseite des Pfropfens als erforderlich erwiesen hat.

In einem weiteren Verfahren wird die Linfüllöffnung durch einen unmittelbar eingelöteten Lotstopfen verschlossen. Um ein Haftmittel für das Verlöten zu schaffen, werden die Kantenbereiche der Glasplatten vor dem Zusammensetzen zur Zelle mit einem Metall überzogen, das durch das Lot leicht zu benetzen ist. Nach dem Zusammenfügen der Glasplatten mit Hilfe des umlaufenden Glasstreifens ist dann die kanalförmige Einfüllöffnung des Flüssigkristall-Hohlraums zwar an den an die Glasplatten angrenzenden Flächen nicht jedoch im Bereich des dichtenden Glasstreifens metallisiert

Eine besonders schlechte Haftung ergibt sich an den in der Regel tief eingezogenen Nähten zwischen Glasplatten und dichtendem Glasstreifen. Der Lotstopfen wird daher im fertigen Bauelement zwar durch die gute Haftung an den Glasplatten festgehalten, er kann aber wegen der schlechten Benetzbarkeit im Bereich der Glasstreifen allein ebenfalls keine dauerhafte Abdichtung gewährleisten.

Für eine dichte Verlötung des Kanals der Einfüllöffnung mit Hilfe eines Lotstopfens wäre es erforderlich, die Kanalwände vollkommen umlaufend mit einer als Haftmittel für das abschließende Verlöten des Hohlraums erforderlichen Metallisierung zu versehen. Eine solche Metallisierung kann aber ersichtlich erst nach dem Zusammenbau der Zelle aufgebracht werden. Da jedoch bei dem entsprechenden Metallisieren Metallteilchen auf die Innenfläche des Hohlraums gelangen und zu einer Qualitätsverschlechterung der Zelle führen können, kam auch dieses Verfahrensweise nicht in Frage.

In der Praxis werden daher die Einfüllöffnungen des Hohlraums von Flüssigkristallzellen normalerweise mit Kunststoffpfropfen oder dergleichen verschlossen. Ein solches Verfahren wird in der US-PS 37 99 649 beschrieben. Um der üblicherweise bestehenden Gefahr des Herausdrückens des Pfropfens aus dem Pfropfenkanal durch den Druck der Flüssigkeit zu begegnen, soll nach dem Bekannten innerhalb des Hohlraums mit Abstand von der Innenseite der Einfüllöffnung bzw. des Pfropfenkanals eine Barriere vorgesehen werden, die bei noch geöffnetem Loch ein Füllen des Hohlraums mit der Kristallflüssigkeit ermöglicht und zugleich ein Widerlager zum Abstützen des Pfropfens auf der Innenseite des Hohlraums bildet. Der Pfropfen wird so weit in den Hohlraum eingeschoben, daß er auf der Hohlrauminnenseite einen gegen die Barriere abzustützenden Bauch bildet. Dadurch wird erreicht, daß der Druck der im Hohlraum befindlichen Flüssigkeit nicht mehr in Richtung des Pfropfenkanals sondern nur noch senkrecht dazu wirken kann. Die Barriere verhindert auch ein Eindringen von Teilchen des Pfropfens in den größeren Teil des Hohlraums der Flüssigkristallzelle. Bei dem

so bekannten Bauelement wird jedoch — jedenfalls im Bereich des Pfropfenkanals — nicht gelötet, d. h. es wird kein Lotstopfen oder dergleichen vorgesehen. Ein Vorbehandeln der Innenwand des Stopfenlochs ist daher nicht erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Flüssigkristallzelle so auszubilden, daß deren Einfüllöffnung nahtfrei umlaufend im montierten aber geöffneten Zustand durch Aufdampfen, Aufsprühen oder dergleichen zu metallisieren ist, ohne die Innenflächen der Zelle in

bo störendem Maße zu schädigen.

Die erfindungsgemäße Lösung wird im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben.

Das Wesen der Erfindung ist also darin zu sehen, daß bei Verwendung einer den Hohlraum auf der Innenseite

b^r> des Kanals der Einfüllöffnung abschirmenden Barriere nicht nur die Außenbereiche um die Einfüllöffnung herum sondern auch die Kanalwände der öffnung mit Metall bedampft oder besprüht werden, so daß die lötbare

Fläche vergrößert und eine entsprechend gute und dauerhafte Dichtung civ.ielt wird.

Der auch als Blende oder Abdeckung bezeichnete Schirm soll innerhalb des Hohlraums der Flüssigkristallzelle direkt hinter der Einfüllöffnung in solchem Abstand vorgesehen werden, daß die Einfüllöffnung nicht vom übrigen Hohlraum getrennt bzw. abgeschlossen ist, daß aber beim Metallisieren Metallteilchen nicht in den Hohlraum gelangen. Vorzugsweise kann der Schirm ähnlich dem als umlaufende Dichtung dienenden Glasstreifen zwischen den Glasplatten auf Ober- und Unterseite der Zelle verschmolzen und so lang sein, daß er die Einfüllöffnung auf den Seiten überlappt

Unter der Voraussetzung des erfindungsgemäß auf der Hohlraumseite der Einfüllöffnung angeordneten Schirms kann der Kanal der Einfüllöffnung umlaufend bei an sich noch offenem Zugang zum Hohlrauminneren durch Aufsprühen oder Aufdampfen völlig gleichmäßig und nahtlos ein- oder mehrschichtig so metallisiert werden, daß sich eine gute Haftung zwischen dem aufzubringender, Lot und den Glassubstraten ergibt. Vorzugsweise wird eine dreischichtige Metallisierung vorgesehen, wobei als Außenschicht Gold, als Mittelschicht Platin und gemäß weiterer Erfindung als unmittelbar auf das Glas aufzubringende Grundschicht Titan vorgesehen werden kann.

Anhand der Zeichnung bevorzugter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Verkapselung einer Flüssigkristallzeile in Seitenansicht;

F i g. 2 einen Teil der in F i g. 1 dargestellten Seitenansicht nach dem Aufbringen einer Metallisierung;

F i g. 3 eine Draufsicht auf eine teilweise dargestellte Flüssigkristallzelle mit teilweise weggebrochener oberer Glasplatte nach dem Aufbringen einer Metallisierung; und

F i g. 4 die metallisierte Einfüllöffnung der Zelle nach F i g. 3 nach dem Einlöten eines Stopfens.

Nach Fig. 1 besteht eine bevorzugte Verkapselung bzw. Flüssigkristallzelle 10 aus zwei mit Abstand voneinander angeordneten Substraten bzw. Glasplatten 12 und 14: vorzugsweise wird für die Platten 12 und 14 transparentes Glas verwendet.

Die Glasplatten 13 und 14 werden mit Hilfe eines Glasstreifens 16 dichtend miteinander verbunden. Als Material des Glasstreifens 16 kann beispielsweise Glasfritte eingesetzt werden. Weitere Einzelheiten des Bauelements, wie beispielsweise Elektroden und deren Anschlüsse auf den Innenseiten der Glasplatten 12 und 14 sowie Abstandhalter, können in üblicher Weise ausgestaltet werden.

Die Flüssigkristallzelle 10 nach F i g. 1 befindet sich in einem Zustand vor dem Einbringen der Kristallflüssigkeit. Zumindest ein Spalt bzw, eine Einfüllöffnung 18 wird vorgesehen, die eine Verbindung zwischen dem Außenraum und dem Hohlraum der Zelle durch den Glasstreifen 16 hindurch bildet. In einem Ausführungsbeispiel besitzt die Einfüllöffnung 18 folgende Abmessungen: Breite 0,25 mm, Länge 1,5 mm (entsprechend der Breite des Glasstreifens 16) (vgl. Fig.3) und Höhe 0,01 mm (entsprechend dem Abstand zwischen den Glasplatten 12 und 14). Bei einer Dicke von 1 mm der Glasplatten 12 und 14 betragen deren Länge und Breite z. 1?. 25 mm bzw. 12,5 mm.

Die Vcrkapselutiji -lcr Flussigkrisiull/.elle 10 bis zu dem in Fig. 1 dargestellten Zustand kann in bekannter Weise hergestellt wC'den. In diesem Zusammenhang muß jedoch darauf hingewiesen werden, daß ein wichtiger Unterschied gegenüber der eingangs erläuterten, bekannten Art der Herstellung von Flüssigkristallzellen darin besteht, daß bis zu diesem Herstellungsstadium weder die Glasplatte 12 noch die Glasplatte 14 mit einem mit Lösungsmittel gut benetzbaren Überzug versehen werden mußten und nach F i g. 1 auch noch nicht entsprechend behandelt worden sind.

Erfindungsgemäß wird ein mit Lot benetzbarer, d. h.

ίο lötbarer Überzug der Verkapselung der Flüssigkristallzelle 10 erst vorgesehen, nachdem die Glasplatten 12 und 14 mit Hilfe der Dichtungsstreifen bzw. Glasstreifen 16 miteinander verbunden worden sind. Hierzu wird gemäß F i g. 2 ein Überzug 22 als kontinuierlich durchlaufendes, die Wände der Einfüllöffnung 18 vollständig umgebendes Band sowohl auf den entsprechenden Bereichen der Glasplatten 12 und 14 als auch des Glasstreifens 16 an der Verkapselung angebracht. Die besondere Bedeutung dieser neuen Maßnahme wird nachfolgend näher erläutert.

Die Art des Materials, aus dem die Metallisierung 22 besteht, ist nicht kritisch. Das Material muß lediglich an den Glasplatten 12 bzw. 14 und an den Glasstreifen 16 haften sowie leicht mit einem Lot zum Bilden eines hermetisch dicntenden, mechanisch widerstandsfähigen Stopfens zum Verschließen der Einfüllöffnung 18 benetzbar sein. Bei einem Ausführungsbeispiel besteht die Metallisierung aus einem weichen, verformbaren Material, wie Indium, entweder in reiner Form oder in Kombination mit einem oder mehreren anderen Materialien in Form eines bekannten Indium-Lots, z. B. 90 Gew.-% Indium und 1OGew.-°/o Silber, oder aus einem der verschiedenen bekannten Blei-Zinn-Lote, z. B. mit 50 Gew.-% Blei und 50 Gew.-% Zinn.

Wie bereits erwähnt, ist es wichtig, daß der Überzug bzw. die Metallisierung 22 ein die Einfüllöffnung 18 vollständig umgebendes, durchgehendes Band bildet. Dieses Ergebnis ist erfahrungsgemäß wegen der durch das vorhergehende Zusammenschmelzen von Glasplatten und Glasstreifen vorliegenden Geometrie der Einfüllöffnung nicht ohne weiteres zu erreichen.

Vorzugsweise wird die Metallisierung 22 durch Niederschlagen aus der Dampfphase hergestellt, z. B. mit Hilfe eines Verdampfungs- oder Sprühverfahrens durch eine Maske. Unter »Verdampfung« wird grundsätzlich das Erwärmen, z. B. durch elektrisches Widerstandsheizen, eines in einer Vakuumkammer nach dem Verdampfen niederzuschlagenden bzw. aufzubringenden Materials verstanden. Innerhalb der Vakuumkammer werden die verdampften Partikel der zu beschichtenden Oberfläche zugeleitet. Unter »Sprühverfahren« wird allgemein ein Vorgang verstanden, bei dem eine aus dem aufzusprühenden Material bestehende Aufprallplatte einem Bombardement von Plasmaionen, z. B. Argonionen, ausgesetzt wird, wodurch Partikel der Aufprallfläche aus dieser herausgeschlagen bzw. versprüht und in Richtung auf die zu beschichtende Oberfläche gelenkt werden.

Das Sprühverfahren wird dem Verdampfen bzw. Auf-

bo dampfen im allgemeinen vorgezogen, da — wie an sich bekannt — wegen der relativ kurzen mittleren freien Wegiänge der Sprühpartikel im Plasma die Partikel das jeweilige Werkstück als Wolke von sich in zufälligen Richtungen bewegenden Teilchen erreichen. Auf diese

b^r> Weise treffen die Partikel auch Bereiche des jeweiligen Substrats und schlagen sich dort nieder, die bei gradlinig verlaufendem Weg von der Aufprallfläche aus »im Schalten lägen«. Außerdem neigt der entstehende Me-

tallüberzug in diesem Falle dazu, sich entlang der Wände.bis hinein in die Einfüllöffnung 18 zu erstrecken, wie dies in F i g. 3 dargestellt wird.

Ein mit dem Aufdampfverfahren verbundenes Problem besteht darin, den Eingriff der Partikel durch die Einfüllöffnung 18 in den Hohlraum der Flüssigkristallzelle 10 zu verhindern. Innerhalb des Hohlraums können die Partikel elektrische Kurzschlüsse /wischen den Elektroden hervorrufen, sichtbare Fehler in der Anzeige bewirken oder zu anderen Störungen führen.

Um einen Eintritt von Metallpartikeln in den Hohlraum der Zelle hinein zu verhindern, wird ein auch als Blende oder Abdeckung bezeichneter Schirm 28 innerhalb des Hohlraums direkt hinter der Einfüllöffnung 18 in einem solchen Abstand vorgesehen, daß die Einfüllöffnung nicht vom übrigen Innenraum getrennt wird. So kann z. B. ein Schirm 28 vorgesehen werden, der ansonsten dem Glasstreifen 16 ähnlich ist, von diesem jedoch mit Abstand angeordnet wird und eine solche Länge aufweist, daß er die Seitenkanten der Einfüllöffnung 18 (vgl. Fi g. 3) überragt. Wenn das Maß dieses Überragens bzw. Überlappens hinreichend groß gewählt wird, gelangen, wenn überhaupt, nur wenige Partikel um den Schirm 28 herum in das Innere der Zelle. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 reichen für das Überlappen des Schirms 28 über die Seitenkanten der Einfüllöffnung 18 an jeder Seite 0,25 mm. Der Schirm 28 kann in derselben Weise und zugleich mit dem Glasstreifen 16 hergestellt werden. Der Schirm 28 soll sich ebenso wie der Glasstreifen 16 zwischen den beiden Glasplatten 12 und 14 erstrecken und mit den Platten verschmolzen werden.

Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Metallisierung 22 durch Sprühen hergestellt und besteht nach Fig. 3 aus drei übereinanderliegenden Schichten und zwar einer ersten Schicht 30 aus Titan in direktem Kontakt mit den Oberflächen von Glasstreifen und Glasplatten, einer zweiten Schicht 32 aus Platin auf der ersten Schicht 30 sowie einer dritten Schicht 34 aus Gold auf der zweiten Schicht 32. Die Schichidicken sind nicht kritisch. Beispielsweise kann die Titanschicht 30 etwa 200 nm dick sein, während die Dicken der Platinschicht 32 und der Goldschicht 34 etwa 700 bis 400 nm betragen können.

Titan wird verwendet, weil es sehr stark an Oberflächen von Körpern haftet, die aus einem Stoff bestehen, dessen Hauptbestandteil ein Oxid, im vorliegenden Fall Siliziumoxid von Glas, ist. Außer dem bevorzugten Titan können auch andere an Glas oder verwandten Materialien fe^thaftende Metalle, wie Zirkon. Hafnium. Niob, Vanadium oder Tantal, eingesetzt werden. Platin und Gold sind ebenso wie beispielsweise Paladium, Silber. Nickel Kobald und Kupfer sowie Legierungen dieser Stoffe, für Metallisierungen beim Löten häufig eingesetzte Materialien.

Nachdem die lötbare Metallisierung 22 um die Einfüllöffnung 18 herum angebracht worden ist. wird die Zelle 10 mit dem Flüssigkristall gefüllt. Hierzu können bekannte Vakuumfüllverfahren angewendet werden. Nach dem Füllen des Innenraums der Zelle wird die Einfüllöffnung 18 vorzugsweise hermetisch dadurch verschlossen, daß ein Verschlußstück mit der Metallisierung 22 verlötet wird. Vorzugsweise besteht das Verschlußstück aus einem Stück Lot 36 gemäß F i g. 4. Das Lot kann in einfacher Weise dadurch an der gewünschten Stelle angebracht werden, daß die mit einem Lotfilm überzogene Spitze eines Lötkolbens mit der Metallisierung 22 in der Nähe der Einfüllöffnung 18 in Berührung gebracht wird. Das Lot verteilt sich über die Metallisierung 22 und bedeckt diese im allgemeinen vollständig. Die äußere Schicht 34, z. B. aus Gold, der Metallisierung 22 wird in F i g. 4 nicht dargestellt, da sich diese Schicht beim Verlöten im Lot auflöst. Wegen der relativ kleinen Abmessungen der Einfüllöffnung 18, z. B. 0,25 mm · 0,013 mm, überzieht und verschließt das Lot die öffnung sehr leicht.

Von besonderer Bedeutung ist, daß, da die Metallisierung 22 die Einfüllöffnung 18 vollständig umgibt, der Lotstopfen 36 fest und hermetisch vollständig um die öffnung 18 herum mit der Zelle verbunden ist. Es entsteht dabei eine Schmelzverbindung mit einer durchgehenden und ununterbrochenen Lötverbindung zwischen Stopfen und Zelle.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verschließen einer Flüssigkeitskristallzelle, bei dem der zwischen zwei auf sich einander zugewandten Flächen je eine leitende Schicht aufweisenden, auf geringen gegenseitigen Abstand gesetzten Glasplatten (12, 14) gebildete Flüssigkristall-Hohlraum mit einem entlang der Peripherie der Glasplatten angeordneten Glasstreifen (16) abgedichtet, im Glasstreifen eine Einfüllöffnung (18) gebildet eine ringförmig um die Einfüllöffnung umlaufende, mehrschichtige Metallisierung vorgesehen und die Einfüllöffnung mit einem Lotstück (36) vollständig verschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines hinter der Eirrfüllöffnung (18) innerhalb des Hohlraums angeordneten Schirms (28) die Einfüllöffnung sowohl auf den Glasplatten (12, 14) als auch auf dem Glasstreifen (16) vollständig umlaufend mit Metall bedampft oder besprüht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Metallisieren als erste Schicht (30) Titan aufgebracht wird.