Brevet FR2258643A1 — publié le 19750818

La présente invention se rapporte à des cellules à cristal liquide, et particulièrement à la fabrication des enceintes ou enveloppes de telles cellules. Dans un type de cellule à cristal liquidc, l'enceinte se compose de deux substrats plats, scellés ensemble en relation opposée ct espacée. Le cristal liquide est disposé entre les substrats, et le joint, en verre, est disposé. le long des bords des deux substrats et entre eux. En général, l'espace entre les deux substrats est assez petit, de l'ordre de 23 et moins, et il est généralement assez critique pour le bon fonctionnement des cellules. Un procédé utilisé jusqu'à maintenant pour contrôler l'espace entre les substrats1 consistait à utiliser des petites pièces d'espacement, par exemple en mica,- disposées entre les deux substrats. Mais il y a un problème avec ce procédé car les pièces d'espacement, nécessairement de petite dimension, sont quelque peu difficiles à placer avec précision sur le substrat, et elles sont fréquemment déplacées durant le procédé de fabrication. Un autre moyen utilisé jusqu'à maintenant pour contrôler l'espacement entre les substrats, est le joint luismême. Ainsi, dans la fabrication de la cellule, une goutte ou cordon de verre dévitrifiable est tamisée à la soie sur l'un des substrats, en contrôlant avec soin la quantité de verre dans la goutte et sa composition, et les deux substrats sont scellés ensemble à une température donnée, et avec une quantité présélectionnée de pression de serrage.En utilisant un tel procédé contrôle, la goutte de verre, d'une hauteur présélectionnée, est comprimée d'une quantité présélectionnée, et la goutte aui scelle hersné- tiqucnent les deux substrats ensemble, contrôle également 1' espace entre eux. Cependant, ce proche donne lieu à divers problèmes lorsque l'on essaye de créer des diuositifs avec des espacements entre substrats particulièrement petits.- Par exemple, pour obtenir un joint hermétique et mécaniquement fort, il est nécessaire d'utiliser au moins une quantité minimale de verre par longueur unitaire du cordon.Cependant, cette auantité mini male de verre ; sot révelee autre incompressible a la faible hauteur souhaite du cordon. En effet, en prévoyant la quantité dc verre pour le cordon, nécessaire pour bien sceller les deux substrats, l'espace minimum que l'on peut obtenir est quelque peu plus grand que celui qu'on souhaite quelquefois. Ainsi, il est nécessaire de satisfaire les deux nécessités ; c'est-à-dire des petits espacements et des joints mécaniquement et hermétiquement sûrs. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaltront mieux au cours de la description explicative qui va suivre en se reportant aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est une vue avant d'une cellule à cristal liquide faite selon la présente invention - la figure 2 est une vue en coupe transversale de la cellule, faite suivant la ligne 2-2 de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe transversale de l'un des substrats, avant l'assemblage final de la cellule. En se reportant aux figures 1 et 2, une cellule 10 à cristal liquide est illustrée. La cellule lo se compose d'une enceinte ou enveloppe comprenant deux substrats 12 et 14 disposés face à face, en un matériau isolant, habituellement du verre. Entre les substrats 12 et 14 est pris en sandwich un cristal liquide 18 de l'un des divers types connus. L'espace entre les substrats est généralement de l'ordre de 13 à 25 . On obtient un joint hermétique par un joint 19 de verre fondu, disposé entre les substrats le long de leurs bords. Pour maintenir les substrats 12 et 14 bien espacés, on dispose dans le joint 19, en contact tangentiel avec chacun des substrats, un certain nombre de billes d'espacement 16 et autres, faites en un verre ayant une température d'amollissement supérieure à celle du joint 19. Les billes 16 ont un diamètre correspondant à celui de l'espace entre les substrats,elles peuvent avoir, sans que cela soit nécessaire, un coefficient de dilatation thermique très près de celui du matériau du joint 19, et de préférence, elles forment une proportion relativement faible du volume du joint 19. Comme illustré, un bord 20 du substrat 14 s'étend au-delà du bord 21 du substrat 12, ce qui expose une partie 22 de la surface interne 23 du substrat 14, et un bord 24 du substrat 12 s'étend au-delà du bord 25 du substrat 14, ce qui expose une partie 26 de la surface interne 28 u substrat 12. Sur les surfaces internes 23 et 23 de chaque substrat 12 et 14, respectivement, est disposée une coucne conductrice rectangulaire ou électrode 30, les deux électrodes correspondant l'une avec l'autre. Les électrodes peuvent être en divers matériaux nonaalement utilisés dans ae telles cellules, comme de l'aluminium, de l'oxyde d'étain, e l'ocvde- d'indium ou analogue. Un trajet conducteur 34~ (figure 1) est disposé sur les surfaces internes 28 et 23 de chaque substrat 12 et 14, chaque trajet 34 s' étendant entre 17électrode 30 et un plot terminal conducteur 38 sur les parties 22 et 26 des surfaces exposées des deux substrats. Les trajets 34 s'étendent en-dessous du joint en verre 19. De préférence, les trajets 34 sont de la même matière que les électrodes 30, et ont une épaisseur si faible (égale à celle de l'électrode 30), de l'ordre de 0,3 p, qu'ils ne posent aucun problème concernant, soit l'étanchéité hermétique de la cellule, ou 1 'espace souhaité entre les substrats comme on le décrira ci-apres. Lors du fonctionnement du dispositif, une tension est appliquée entre les deux plots 38 par une borne appropriée, non représentée, ainsi une tension est imprimée entre les deux électrodes 30. D'unie façon connue, la tension entre les électrodes 30 affecte les caractéristiques de transmission lumineuse du cristal liquide 18 entre les électrodes. La fabrication de la cellule 10 est la suivante. En partant de deux substrats 12 et 14, généralement en verre ou autre matériau isolant approprié, leurs surfaces 23 et 28 sont enduites, par des moyens connus, d'une couche d'un matériau, par exemple de 1' oxyde d' indium, de l'oxyde stanneux, de l'aluminium, du chrome ou analogue, dont les électrodes 30 et les trajets métalliques 34 doivent être formés. Ensuite, les couches enduites sont délimitées par des techniques photo lithSographiques connues, pour former ces électrodes et ces trajets métalliques. Pour former le joint 19 (figure 2) entre les deux substrats 12 et 14, on prépare une bouillie se composant du matériau du joint 19 plus des billes d'espacement 16. Selon un procédé Cie la présente invention, un cordon 40 (figure 3) de la bouillie estdisposé sur la surface interne 23 du substrat 14, très près de ses bords, mais espacé vers l'intérieur du bord 20. On peut utiliser des techniques connues, comme 1'impression, la peinture et de préférence le tamisage à la soie. Cor; e illustré, le cor- don 40 a des dimensions considérablement plus importantes que les billes d'espacement 16, qui y sont disposées au hasard. Le cordon 40 a pour objet de former le matériau du joint 19, ainsi que de mettre les billes d'espacement 16 en place avant de sceller les deux substrats 12 et 14, et il sert de moyen pour coller les billes aux substrats après les avoir scellés. A cette fin, on utilise de préférence un matériau vitreux pour le joint, qui peut d'abord être scellé par fusion au substrat 14 pour le maintenir, ainsi que les billes d'espacement 16 qui y sont dispersées, en place sur le substrat, et qui peut ensuite être amolli, reformé et refondu pour donner le joint 19 du substrat. Par exemple, on peut utiliser une fritte de verre comprenant des particules de verre d'un composé au borosilicate de plomb. Des bouillies de fritte de verre appropriées dans lesquelles les billes d'espacement 16 peuvent être disposées sont disponibles dans le commerce. Parmi de nombreuses bouillies disponibles, on peut nommer la bouillie 4017C, de la firme Electro Science Labs., Pennsauken, New Jersey, Etats-Unis d > Amérique. Les billes d'espacement 16 sont de préférence en un maté riau qui ne -se déforme pas d'une façon importante durant l'ope- ration de scellement et qui, par contact avec les substrats 12 et 14, détermine l'espace entre eux. ii cette fin, les billes 16sont de préférence en un matériau ayant une température d'amollissement supérieure à la température utilisée pour le scelle ment des substrats. Un matériau approprié pour les billes 16, à utiliser avec la fritte de verre au borosilicate de plomb cidessus mentionnée, est un verre à base de chaux et de soude. On peut utiliser d'autres matériaux comme le saphir, la céramique et des verres dévitrifiés. Des petites billes de verre sont généralement disponibles dans le commerce , de telles billes, connues comme "verre en perles tX (shot glass), sont faites, par exemple, par des techniques connues de "jet de flamme ", et sont utilisées, par exemple, dans les peintures réfléchissantes. Pour obtenir des billes d'un diamètre uniforme, on peut utiliser des techniques de triage connues, par exemple le tamisage et la classifi- cation à l'air'2. Une source de billes de verre à base de soude est la Cataphote Corp., Microbeads Division, Jackson, taiss. Etats-Unis d'Amérique. Les coefficients de dilatation thermique du verre au borosilicate de plomb du joint 19, et du verre à base de chaux et de soude des billes 16, sont relativement proches. Tandis que cela est généralement souhaitable, car cela diminue la possibilité de problèmes de contrainte thermique dans le joint 19, on peut tolérer un manque de correspondance important des coefficients de dilatation thermique des billes 16 et du matériau du joint 19, à condition que la proportion du volume ou du poids des billes et du matériau du joint soit faible. De plus, comme les billes 16 n'ont aucune fonction d'étanchéité, on utilise de préférence la proportion la plus faible possible de volume ou de poids des billes et du matériau du joint, pour ne pas interférer avec les propriétés hermétiques du joint. On a obtenu de bons résultats pour des joints mécaniquement forts et hermétiquement sûrs, avec les matériaux ci-dessus mentionnés, en utilisant de 0,1 à 1% en poids de billes d'espacement pour le matériau du joint. Cependant, la faible proportion des billes par rapport au matériau du joint n'implique pas qu'un petit nombre de billes 16 est présent. En fait, il peut y avoir des centaines de billes par centimètre du joint. De ce point de vue, le dessin n'est que schématique. L'espace entre les substrats 12 et 14 est exagéré pour la clarté, et les billes 16 sont illustrées avec des diamètres considérablement agrandis et nécessairement en un nombre plus faible que dans la réalité. Après avoir été déposé, le cordon 40 de verre au borosili- cate de plomb ci-dessus mentionné est chauffé à une température de l'ordre de 3750C pour le sceller par fusion, au substrat 14, ainsi que les billes 16 qui y sont dispersées, le cordon 40 chauffé ayant une hauteur de tordre de 63 Zu et une largeur à la base de l'ordre de 890 p. Le scellement du cordon 40 au substrat 14 est important parce qu'il permet une manipulation du substrat sans danger d'un déplacement du cordon ou des billes 16. Les deux substrats 12 et 14 sont alors disposés face à face, et alignés de façon que les électrodes 30 sur les deux substrats soient bien alignées l'une avec l'autre, et le cordon 40 est disposé juste vers 11intérieur des bords et en contact avec la surface interne 28 du substrat 12. Ensuite, on prévoit des moyens de serrage ou des poids appropriés, pour appliquer une pression de compression entre les deux substrats 12 et 14, et la cellule est exposée à une température de l'ordre de 4500C durant un temps suffisant pour amollir le cordon 40 à une viscosité relativement élevée, en condition fluide. La pression de compression force les deux substrats 12 et 14 l'un vers l'autre, provoquant un étalement latéral du cordon amolli, et un mouvement des billes 16 dans le matériau du cordon.Le mouvement de compression des substrats 12 et 14 continue jusqu ce que les billes 16 soient forcées dans une couché de l'épaisseur d'une bille, diverses billes formant un contact avec les deux substrats et fixant l'espace entre eux. Etant donné la proportion relativement faible des billes 16 dans le cordon 40, la couche de billes est discontinue, bien que certaines billes puissent occasionnellement se toucher et chaque bille (à l'exception de celles qui pourraient être aux surfaces du cordon), est presque totalement entourée par le matériau du cordon. Cependant, le matériau du cordon est pressé vers l'exterieur et sort de l'espace entre les billes 16 et les substrats, c'est-à-dire que les billes sont en contact direct avec les substrats La mise en place des billes 16 dans le joint 19 est assez irrégulière. Cela n'est pas illustré sur les dessins, mais certaines des billes 16 sont disposées entre la surface d'un substrat et le contact d'électrode, tandis que d'autres billes 16, comme illustré, sont directement en contact avec les surfaces des deux substrats. Cependant, étant donné le nombre relativement important de billes présentes, de l'ordre de centaines par centimètre linéaire de joint, et l'épaisseur relativement faible des contacts, cette différence de contact des billes d'espacement n'a pas d'effet remarquaole sur l'herméti- cité du joint de la cellule ou sur le parallèlisme des deux substrats . De préférence, l'amollissement du cordon 40 n'est pas assez important pour permettre plus de mouvement latéral que ce qui est nécessaire pour permettre la disposition en couche des billes d'espacement, l'étalement latéral du cordon s'arrêtant de préférence lorsque le moment de compression des substrats s'arrête. Lors du refroidissement, le cordon 40 forme le joint 19 (figure 1) entre les deux substrats 12 et 14. On utilise, pour terminer la cellule, des moyens connus, non représentés, pour injecter le cristal liquide dans l'espace défini par les substrats 12 et 14 et le joint 19. Tandis que les billes 16 sont décrites comme étant disposées dans le joint 19 utilisé pour sceller les substrats, dans un autre mode de réalisation, qui n'est pas illustré, les billes peuvent être disposées dans un autre cordon ou dans des It saillirt séparés du cordon 40. Cela sépare les fonctions d'étanchéité et d'espacement obtenues par les divers cordons ou saillies. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui na été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVnEDIGtGIONo 1. Dispositif à cristal liquide du type comprenant : deux éléments espacés, un cristal liquide disposé entre lesdits éléments, et caractérisé par un moyen pour contrôler l'espace entre lesdits éléments (12 et i4), comprenant un certain nombre de-silles (16) d'un diamètre uniforme, disposées entre lesdits éléments (12 et 14) et cc;llées a eux en une couche ayant l'épaisseur d'une bille. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de liaison (19) entourant sensiblement les billes (16) précitées, et les fixant aux éléments (12 et 14) précités. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de liaison (19) précité scelle de plus ensemble les deux éléments (12 et 14) précités. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de liaison (19) précité forme un joint hermétique entre les deux éléments (12 et 14) précités, la proportion des billes (16) précitées et dudit moyen (19) dans ledit joint étant faible. 5. Procédé de fabrication d'un dispositif à cristal liquide, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : préparer un moyen de liaison contenant un certain nombre de billes d'espacement d'un diamètre uniforme ; disposer un corps dudit milieu entre deux éléments , et comprimer ledit corps entre lesdits éléments, pour presser lesdites billes d'espacement en une couche de l'épaisseur d'une bille, le contact de diverses billes de ladite couche avec chacun desdits éléments déterminant l'espace entre eux. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de liaison précité comprend un matériau vitreux, les billes d'espacement précitées ayant une température d'amollissement supérieure à celle dudit matériau vitreux, et en ce qu'vil comprend les étapes de : chauffer le corps précité durant l'étape de compression précitée à une température supérieure à la température d'amollissement dudit matériau vitreux, mais inférieure à celle desdites billes d'espacement, puis refroidir ledit corps pour le lier par fusion-auxdits éléments.