Brevet FR2124368A1 — publié le 19720922

03^13 2124368 la présente invention se rapporte à une cellule dans laquelle un liquide cristallin est interposé entre deux plaquettes, réalisées en une matière inorganique, telles que du verre dont l'une, au moins, est transparente et est couverte, le cas 5 échéant, d'une mince couche transparente ou réfléchissante faisant fonction d'électrode. Par cellule à cristal liquide, on entend un dispositif ou un réflecteur commandé dont le fonctionnement est basé sur les propriétés de certains cristaux liquides entre leur état fluide 10 et leur état cristallisé. Lorsqu'une telle cellule est utilisée pour faire un dispositif photo-électrique, toutes les plaquettes et toutes les électrodes doivent être transparentes, tandis que dans le cas d'un réflecteur, il convient de prévoir, à côté des plaquettes et des électrodes transparentes, au moins une électro-15 cle réfléchissante dont le substrat peut être opaque. Pour produire des cellules à cristal liquide, on utilise, dans la pratique, principalement des liquides cristallins nématiques, la commande étant, de préférence, assurée par des champs électriques. Dans les applications pratiques, il est 20 nécessaire de produire des couches de liquide cristallin relativement minces, par exemple, dont l'épaisseur est de l'ordre 0 2 de 10 à 10 microns, notamment entre 5 30 microns. La pratique généralement adoptée jus zj. la longévité de ces cellules, qui n'est que d'environ 10 heures, est modeste, ceci étant, en premier lieu, dû au défaut d'herméticité de leur fermeture qui s'oppose insuffisamment à 72 03413 2 2124368 l'infiltration des vapeurs chimiques et à l'humidité atmosphérique. Le lecteur trouvera un exposé détaillé concernant les propriétés des liquides cristallins, par exemple, dans l'ouvrage 5 de A. Saupe 11 Neuere Ergebnisse auf dem Gebiet der flïïssigen Kristalle " (Nouveaux résultats dans le domaine des cristaux liquides), Zeitschrift fur Angewandte Chemie, 80ième année (1968) pages 99 à 115? ou dans l'ouvrage de H. Sachmann et Dr. Demus " Eigenschaften und Structuren thermotroper kristallinflïssiger 10 Zustande " (Propriétés et structures des cristaux liquides thermotropes), " Portschritte der Chemischen Porschung, 12ième année (1969) pages 34-9 à 386. Des applications pratiques de ces cristaux sont décrites, par exemple, dans les brevets Américains I°s 2.4-00.877, 2.524.286, 2.54-4.659, 3.135.207 et 3.322.4-85, ou 15 dans le périodique " Electronics " du 6 Juillet 1970 pages 64- à 70, ainsi que dans la revue " Electronic Design " du 13 Septembre 1970 pages 7.6 à 81. Le brevet Autrichien ÏT° 284-,361 décrit un procédé pour produire des éléments de verre à cavités multiples consistant à 20 souder des plaquettes le long de leurs bords en formant une barrette et à prévoir dans l'un des coins, au moins, un trou d'évacuation dans l'une des plaquettes, trou qui sera finalement fermé hermétiquement. Toutefois, pour la fabrication de cellules à cristal liquide de tels éléments ne sont pas utilisables car 25 pendant l'opération de soudage nécessaire pour les fabriquer les minces couches conductrices formant électrodes seraient détruite^ à quoi s'ajoute que l'étroit espacement libre requis ne peut pas être obtenu ou bien ne peut pas être obtenu avec toute la précision nécessaire. 30 Dans les brevets Autrichiens N°s 261.015 et 261.016 est décrite l'utilisation pratique de monocouches granulaires pour la fabrication d'un système d'électrodes mais les grains qui y sont utilisés ne servent pas à assurer un espacement étroit des plaquettes. 35 La. présente invention a pour but, tout en évitant les inconvénients mentionnés, de produire des cellules à cristal liquide qui sont mieux adaptées aux rudes conditions d'utilisation pratiques. Selon l'invention, l'espacement entre les plaquettes est 72 03413 3 2124368 réalisé par une couche de soudure de verre disposée dans des régions discrètes de celles-ci et contenant une monocouclie de grains qui déterminent l'espacement libre entre ces plaquettes, la matière constituant ces grains ayant une température 5 d'amollissement supérieure à celle de la matière constituant la soudure de verre. De préférence, la matière des grains présente, au point d'amollissement de la soudure de verre (10^'^ poises = n 4,5 • 10' poises), une ténacité qui est supérieure d'au moins 10 une puissance de dix à celle de la matière de la soudure de verre (par exemple, la ténacité de la matière des grains pouvant, au point d'amollissement de la matière de la soudure de verre, être de 10^ poises). Indépendamment du fait que le but visé est ainsi atteint, il 15 devient possible d'utiliser des plaquettes sensiblement plus minces qu'auparavant ce qui, en plus des économies de matière et d'encombrement qui en découlent, offre également la possibilité de développements avantageux de l'invention qui seront précisés ci-après. Par ailleurs, le procédé de l'invention facilite 20 considérablement la fabrication de cellules à cristal liquide de grande surface. Bien que, dans la pratique, on utilise principalement des liquides cristallins nématiques ou des mélanges dont un liquide cristallin nématique est le composant principal pour la fabrica-25 tion des cellules à cristal liquide, l'invention n'est nullement limitée à ces liquides mais envisage aussi la possibilité d'utiliser toutes sortes d'autres liquides ou mélanges présentant un caractère anisotrope. La couche de soudure de verre contenant les grains est, de 30 préférence, disposée, au moins, en partie le long de certaines régions marginales des plaquettes. On a effectivement constaté que par suite de phénomènes de capillarité, le liquide cristallin introduit entre les plaquettes se maintient pendant un certain temps entre celles-ci même quand 35 l'espace compris entre elles n'est pas complètement fermé. Selon une autre particularité de l'invention, on obtient une cellule à cristal liquide ayant une durée exceptionnelle en pourvoyant les zones marginales des plaquettes d'une couche de soudure de verre contenant les grains d'espacement à l'exception 72 03413 2124368 des ouvertures ménagées pour l'évacuation de l'air et pour l'introduction du liquide cristallin, ces ouvertures - étant ensuite fermées hermétiquement. Dans une application de l'invention, on utilise la cellule 5 à cristal liquide comme écran, par exemple, pour un oscillateur ou pour un récepteur de télévision, un dispositif connu en soi pouvant être prévu pour produire la trame de l'image. Pour réaliser un écran pour un récepteur de télévision en couleurs, il convient de prévoir un nombre de couches correspondant à celui 10 des couleurs fondamentales de l'image à produire en utilisant des liquides contenant des colorants appropriés. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre faite en regard du dessin annexé à titre d'exemple indicatif seulement, 15 sur lequel : la figure 1 est une vue en coupe effectuée suivant la ligne I-I de la figure 2 d'une cellule dont les plaquettes sont entièrement recouvertes avec des couches conductrices formant électrodes ; 20 La figure 2 est une vue en plan de la plaquette inférieure de la figure 1 ; La figure 3 est une vue, à plus grande échelle, d'un détail de la figure 1 ; Les figures 4 et 5 montrent des exemples de réalisation des 25 couches-électrodes ; La figure 6 est une vue en coupe transversale d'une cellule à cristal liquide à plusieurs couches. La cellule à cristal liquide représentée sur les figures 1 à 3 illustrent le principe qui est à la base de l'invention. Elle 30 se compose de deux plaquettes de verre 1, 2 dont pratiquement toute la face intérieure est couverte d'une mince couche conductrice 11, 12 faisant fonction d'électrode, tandis qu'entre les zones marginales 4, 5) 6 et 7 est interposée une couche de soudure de verre 8 qui renferme une monocouche de grains 3 35 déterminant l'espacement libre entre les plaquettes 1 et 2. De plus, pour augmenter la résistance à la compression, un îlot 38 est disposé dans l'espace libre S, cet îlot étant également constitué par une couche de verre 8 contenant des grains 3» Pour appliquer les couches de soudure de verre 8 avec les 72 03413 5 2124368 grains 3, on a, de préférence, recours à un procédé de sérigraphie et on opère, par exemple, sur la plaquette 2 déjà couverte de la couche-électrode 12. Ensuite, on place la-plaquette 1, également préalablement couverte de la couche-électrode 11, sur 5 la précédente puis on chauffe l'ensemble à la température d'emploi de la soudure de verre. Par un choix judicieux de la matière des grains 3 de façon que ceux-ci restent encore durs, comparativement à la soudure 8, à cette température d'emploi, on réalise un espacement précis entre les plaquettes pendant le 10 chauffage. Dans le cas de surfaces idéales, cet espacement est réalisé, en principe, par les trois grains 3 les plus grands mais, dans la pratique, il est déterminé par un nombre beaucoup plus grand de ces grains, cet espacement correspondant, toutefois, à la limite granulométrique supérieure de ceux-ci. Après le 15 refroidissement, l'espacement ainsi réalisé est assuré par la couche de verre 8. Les plaquettes 1, 2 et la couche de soudure de verre 8 contenant les grains 3 déterminent les dimensions de la cavité 9, les plaquettes 1, 2 étant étroitement rapprochées, par exemple, à une distance de 20 microns. L'épaisseur des couch.es-20 électrodes 11, 12 s'élève, par exemple , à 0,5 microns. Le décalage des plaquettes 1,2a pour but de faciliter les connexions avec les couches-électrodes 11, 12. Dans la cavité 9 5 on introduit, par exemple, par l'ouverture de remplissage 13, ménagée à cette fin, un liquide cristallin 25 nématique 10 ou un mélange dont un tel liquide est le composant principal. L'ouverture 14 permet l'évacuation de l'air pendant cette opération. Après le remplissage de la cellule avec le liquide cristallin 10, on ferme celle-ci au moyen d'une résine époxyde (non représentée) de telle sorte que seules de petites 30 surfaces de cette résine viennent au contact du liquide cristallin 10, ce contact ayant lieu dans un " bras-mort Il va de soi que le nombre des ouvertures 13? 14- n'est nullement limité à deux et qu'il n'est également pas obligatoire que ces ouvertures soient diagonalement opposées mais le mode de réalisation 35 représenté s'est révélé particulièrement pratique. Le nombre des ouvertures de remplissage et d'évacuation d'air peut être réduit à une seule par cellule lorsque l'air est évacué avant l'introduction du liquide cristallin 10, à cet effet, on peut avantageusement utiliser un robinet à trois voiesi 72 03U3 6 2,24368 Gomme l'on sait, lorsqu'on applique une tension aux électrodes 11, 12, le liquide cristallin nématique 10 qui, auparavant, était transparent, devient opaque, son degré d'obscurcissement étant fonction de l'intensité du champ électrique appliqué. 5 C1 est la raison pour laquelle il est important de maintenir un espacement précis sur toute l'étendue des plaquettes 1, 2 et c'est cette fonction qui est assurée par le cadre 4, 5? 6, 7 et par l'îlot 38 qui sont formés par les couches de soudure de verre 8 contenant les grains 3- La commande peut aussi être 10 réalisée par un champ magnétique, auquel cas, les couches-électrodes 11, 12 sont superflues. Lorsque la cellule à cristal liquide est destinée à constituer un dispositif ou une barrière photo-électrique, les électrodes 11, 12 doivent être transparentes et peuvent , à 15 cette fin, être faites d'une mince couche d'oxyde d'étain ou d'oxyde d'indium. Lorsque la cellule à cristal liquide doit faire fonction de réflecteur commandé, l'électrode antérieure 11, par exemple, doit être transparente, tandis que l'électrode postérieure 12, par exemple, doit être réfléchissante ; à cette fin, 20 elle peut être en aluminium. Dans ce cas, la plaquette 2 peut être faite d'une matière opaque. Etant donné que la cellule à cristal liquide de l'invention est faite de matière stable tant du point de vue chimique que thermique tout en étant robuste et fermée hermétiquement, elle 25 convient, sans aucune mesure de protection particulière, pour toutes sortes de liquides cristallins, c'est-à-dire, non seulement pour des liquides dont le domaine d'.anisotropie se situe au voisinage de la température ambiante, mais aussi pour ceux où ce domaine est plus élevé ou plus bas. 30 II est connu de donner aux électrodes 11, 12 les formes les plus diverses et, notamment, la forme de signes, par exemple, de chiffres et de caractères. C'est ainsi que la plaquette de verre 15 représentée en plan sur la figure 4 comporte une configuration de couches-électrodes 16, 17? 18, 19, 20, 21, 22 permettant une 35 représentation classique de chiffres au moyen de sept segments de droite. Dans ce cas, l'îlot 38 de la figure 2 peut avantageusement être situé au milieu des champs rectangulaires de la figure formée par les segments. La plaquette de verre 23 représentée sur la figure 5 est également couverte d'une couche-électrode 24 72 03^13 7 2124368 pouvant servir de contre-électrode à celle représentée sur la figure 4. La figure 6 est une vue en coupe à travers une cellule à cristal liquide à plusieurs couches et, notamment, à trois 5 couches comme celles pouvant être utilisées, par exemple, pour réaliser l'écran d'un dispositif de réception pour la télévision en couleurs. Comme on le voit, quatre plaquettes de verre 25, 26, 27, 28 sont espacées et reliées au moyen de couches de soudure de verre 8 contenant des grains 3 disposées le long de leurs 10 bords. Pour pouvoir introduire le liquide cristallin voulu 35s 36, 37 dans les cavités, on a ménagé, comme sur la figure 2, des ouvertures de remplissage et d'évacuation d'air 13, 14 dans deux coins opposés de chaque couche, les ouvertures de la couche centrale étant, de préférence, décalées de 90° par rapport à 15 celles de la première et de la troisième couches. Ces ouvertures peuvent être produites en ménageant un intervalle approprié au moment de l'application, de préférence, par sérigraphie de la soudure de verre 8. Chaque couche de liquide cristallin 35» 36, 37 est entièrement séparée des autres. D'autre part, il est 20 également possible de faire en sorte que les couches-électrodes 29, 30, 315 32, 335 34 soient isolées les unes des autres permettant ainsi une commande électrique entièrement indépendante. Il est clair que dans ces conditions, chaque couche 35? 36, 37 de liquide cristallin est indépendante des autres et peut, par 25 conséquent, être constituée par un liquide cristallin différent ou dopée avec des substances étrangères différentes, par exemple, avec des colorants et, en particulier, avec des liquides dichroïques différents. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être 30 apportées aux exemples représentés et décrits sans sortir pour autant du cadre de l'invention. C'est ainsi que, dans le cas de cellules à cristal liquide de petites surfaces, l'îlot 38 de la figure 2 pourrait être supprimé. 72 03413 e 2124368 REVENDICATIONS 1 - Cellule à cristal liquide comportant deux plaquettes de matière inorganique, notamment, de verre entre lesquelles est interposé un liquide cristallin, l'une de ces plaquettes, au moins, étant transparente et comportant une mince couche 5 transparente ou réfléchissante faisant fonction d'électrode, caractérisée en ce qu'entre certaines régions discrètes de ces plaquettes est interposée une couche de soudure de verre contenant une monocouche de grains qui déterminent l'espacement libre entre les .dites plaquettes, la matière constituant ces grains 10 ayant une température d'amollissement plus élevée que celle de la matière de la soudure de verre. 2 - Cellule à cristal liquide, selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au point d'amollissement de la matière de la soudure de verre (10^'^ poises _ 4^^q7 p0xses) , la matière 15 des grains a une ténacité qui est supérieure d'au moins une puissance de 10 à celle de la matière de la soudure de verre (la ténacité de la matière des grains peut être, par exemple, de 10^ poises au point d'amollissement de la soudure de verre). 3 - Cellule à cristal liquide,selon chacune des revendica-20 tions 1 et 2, caractérisée en ce que la couche de soudure de verre contenant les grains s'étend, au moins, au-dessus de certaines régions marginales des plaquettes. 4 - Cellule à cristal liquide, selon la revendication 35 caractérisée en ce que la couche de soudure de verre contenant 25 les grains s'étend sur toute la longueur des zones marginales des plaquettes sauf au-dessus des ouvertures ménagées aux fins de remplissage avec le liquide cristallin et d'évacuation de l'air, ces ouvertures étant ensuite fermées hermétiquement. 5 - Cellule à cristal liquide, selon chacune des revendica-30 tions 3 et 4, caractérisée en ce que la couche de soudure de verre contenant les grains s'étend sous la forme d'un cadre le long des zones marginales des plaquettes et aussi sous la forme, d'au moins, un îlot situé à l'intérieur de la cavité entourée par le dit cadre. 35 6 - Cellule à cristal liquide, selon chacune des revendica tions 1 à 5? caractérisée en ce qu'elle comprend un certain nombre de plaquettes formant une pile, les intervalles entre ces plaquettes étant rempli avec un liquide cristallin. 72 03413 9 2124368 7 - Cellule à cristal liquide, selon la revendication 6, caractérisée en ce que les différentes couches de liquide cristallin sont constituées par des liquides cristallins différents ou par des liquides cristallins dopés avec des 5 substances étrangères différentes. 8 - Cellule à cristal liquide, selon chacune des revendications 1 à 7j caractérisée en ce qu'elle constitue l'écran d'un oscillateur ou d'un récepteur de télévision, un dispositif connu en soi étant prévu pour engendrer la trame de l'image. 10 9 - Cellule à cristal liquide, selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle constitue l'écran d'un récepteur de télévision en couleurs et comporte un nombre de couches cristallines égales à celui des couleurs fondamentales nécessaires pour reproduire l'image en couleurs, ces couches étant constituées par 15 des liquides dopés avec des substances colorantes appropriées.