Brevet FR2272408A1 — publié le 19751219

La présente invention a pour objet un procédé de fabri cation d'une cellule à cristaux liquides. Elle trouve une appli cation dans la réalisation de dispositifs d'affichage. Une cellule à cristaux liquides est constituée géné ralement par un film de cristaux liquides intercalé entre deux lames de verre recouvertes de dépôts conducteurs transe parents au réfléchissants. Ces dépôts jouent le rôle d'élec trodes et permettent de définir les caractères alpha-numériques ou autres que lton-souhaite afficher. Une cale de faible épais seur (une dizaine de microns environ) placée entre les deux lames et autour des caractères assure, dtune part, un écartement convenable et un isolement entre les deux lames et, d'autre part, l'étanchéité de la cellule. La fabrication d'une telle cellule pose plusieurs problèmes a) la cale doit avoir une épaisseur constante pour maintenir un bon parallé-lisme entre les deux lames afin d'obtenir des performances électro-optiques correctes aussi bien en régime statique qu'en régime transitoire b) la technique de remplissage de la cellule par le cristal liquide doit être telle que toute pollution ou formation de bulles soit évitée ; c) le scellement doit être de bonne qualité pÔtr obtenir une étanchéité parfaite qui conditionne la durée de vie de la cellule. Dans les cellules à cristaux liquides connues, la cale est réalisée en un matériau du genre résine époxy qui se poly mérise vers 4003C. 0; dépose donc selon l'art connu, une fine couche de ce produit autour d'une des deux lames. Les deux parties de la cellule sont ensuite appliquées l'une sur l'autre et portées à une température suffisamment élevée pour que la résine se polymérise. Lé remplissage peut s'effectuer en chauf fant légèrement la cellule préalablement mise sous vide et en la trempant du côté d'une ouverture ménagée dans la couche de résine; Le scellement final consiste à boucher ltouverture par une colle appropriée. Ce procédé de fabrication présente plusieurs inconvénients dont les deux principaux sont de ne pas conduire à un procédé industriel de fabrication et de fournir des cellules dont les caractéristiques sont peu.reproductibles d'une cellule à l'autre, ce qui entraîne de grandes difficultés pour commander des cellules appartenant à un même panneau d'affichage. La présente invention a justement pour objet un procédé de fabrication d'une cellule à cristaux liquides qui ne présente pas ces inconvénients, notamment en ce qu'il comprend une suite d'opérations qui peuvent être aisément rendues entièrement automatiques, ce qui présente un grand intérêt industriel, et en ce que les cellules ainsi fabriquées sont d'une qualité telle quelles peuvent etre commandées aisément par multiplexage. A cette fin, l'invention propose un procédé de fabrication qui est essentiellement caractérisé en ce qu'on réalise notamment par évaporation sous vide un mur d'épaisseur sensiblement constante surmonté d'une mince couche d'un matériau à bas point de fusion permettant la soudure des deux lames sans élévation excessive de température. De façon plus précise, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une cellule à cristaux liquides comprenant un film de cristaux liquides intercalé entre une première lame recouverte d'un premier système d'électrodes et une seconde lame transparente recouverte d'un second système d'électrodes transparentes, caractérisé en ce que a) sur au moins une des lames préalablement recouverte de son système d'électrodes, on dépose, à travers un premier masque disposé à la périphérie de ladite lame, un mur d'épaissear contrôlée; b) on dépose ensuite à travers un second masque et sur au moins une des lames éventuellement traitée comme en a), un cordon d'un matériau à bas point de fusion, le long d'un périmètre correspondant audit mure c) on applique les deux lames l'une contre l'autre,de telle sorte que-ledit cordon soit appliqué sur le sommet du mur;; d) on soude les deux lames l'une sur l'autre en échauffant jusqu a fusion ledit matériau à bas point de fusion. Selon l'invention, on pet déposer un mur et un cordon sur ce mur et cela sur chaque lame. Mais on peut aussi déposer le mur sur une lame et le cordon sur l'autre ou un mur et un cordon sur une lame et un cordon seulement sur l'autre. De préférence, le mur et/ou le matériau à bas point de fusion sont déposés par évaporation sous vide. Ces deux opéra tions de dépôt peuvent être avantageusement effectuées dans une même enceinte, selon des techniques connues d'évaporation sous vide. De préférence encore, le matériau déposé sur le mur est un métal pris dans le groupe qui contient l'indium, le plomb, l'étain, le sélénium et leurs alliages. Le matériau constituant le mur peut être un métal, mais il est avantageusement isolant et peut être par exemple en oxyde de silicium. Selon une disposition qui semble être la-plus avantageuse, le mur est en SiO et le métal à bas point de fusion est de l'indium. De toute manière, les caractéristiques et avantages du procédé de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit, qui se réfère à des dessins annexés sur lesquels - la figure I représente une coupe schématique de la plaque inférieure d'une cellule à cristaux liquides fabriquée selon l'invention - la figure 2 représente cette plaque inférieure en perspective avec ses connexions électriques - la figure 3 représente en coupe la plaque supérieure d'une cellule fabriquée selon l'invention - la figure 4 représente une vue en perspective de ladite plaque supérieure - la figure 5 illustre une forme particulière du mur. - Bien que l'invention ne se limite pas exclusivement à ces matériaux, on considérera dans la description qui suit le cas d'une cellule dont le mur est réalisé en oxyde de silicium SiO associé à un métal à bas point de fusion qui est l'indium. L'oxyde de silicium 5iD est un matériau particulièrement intéressant pour les dierses raisons exposées ci-après a) il possède des propriétés d'isolation électrique très suffisantes b) il assure une bonne étanchéité aux liquides c) il présente une bonne compatibilité avec les autres matériaux voisins, comme le verre et oxyde d'indium, ce qui évite l'apparition de craquelures; d) son dépôt en couches épaisses s'effectue sans donner naissance à des contraintes internes; e) son évaporation sous vide peut se faire à basse température,ce qui permet de se contenter d'un creuset de tungstène ou de molybdène et évite le recours à un canon à électrons (nécessaire par exemple dans le cas de matériaux tels que la silice ou l'alumine) ;; f) il se présente sous forme solide et massive et le reste en cours d'évaporation,ce qui évite toute pollution de l'enceinte. Dans ce cas particulier, les différentes étapes de réalisation de la cellule sont les suivantes 1) nettoyage des plaques de verre qui supportent les systèmes d'électrodes; 2) dépôt sur chaque plaque de verre de couches conductrices transparentes (par exemple en In203) ou réfléchissantes (Al, Cr, Au); 3) gravure des électrodes par des moyens ioniques ou chimiques pour définir le profil des caractères à afficher; 4) traitement éventuel de la surface des plaques pour qu'elles donnent une orientation appropriée aux molécules du cristal liquide. Ce traitement peut être par exemple, ainsi qu'il est connu, un dépôt de SiO effectué sous incidence oblique. Mais, cela peut être également un trempage dans un surfactant 5) dépôt, selon l'invention, d'un mur fermé ou muni d'une ouverture, en SíO sur les deux plaques ou sur l'une des deux selon que l'on désire réaliser deux demi-murs ou On seul 6) dépôt de matière fusible à basse temperature, par exemple d'indium, sur le sommet du mur et sur la plaque supérieure, ou sur les deux sommets des deux demi-murs. Dans le cas où le mur est muni d'une ouverture destinée au remplissage, les opérations ultérieures sont alors les suivantes Ta) positionnement des deux plaques l'une sur l'autre Ba) soudure des deux plaques par échauffement de la matière fusible jusqu'à fusion, soit en introduisant la cellule dans un four, soit en chauffant ladite matière fusible par des infrarouges ou par une radiofréquence ou par le rayonnement d'un laser ; 9a) introduction du cristal liquide dans la cellule préalablement chauffée et mise sous vide, puis plongée dans un bain de cristal liquide 10a) obstruction de l'ouverture du mur ayant servi au remplissage ; lia) éventuellement, nettoyage de la cellule et renfor cement de sa rigidité par un ruban de colle. Dans le cas où le mur est complètement fermé, le rem plissage et la fin des opérations St effectuent de la manière suivante 7b) dépôt du cristal liquide sur l'une des deux plaques 8b) positionnement des deux plaques l'une 'sur l'autre 90) soudure des deux plaques comme pour l'opération 8a), cette opération s'effectuant de préférence sous vide 1ûb) nettoyage et renforcement de la rigidité comme en 11a). L'opération de dépôt du SiO et de l'indium se fait a-vantageusement par évaporation sous vide, mais on ne sortirait pas du cadre de l'inssention en utilisant d'autres techniques comme la sérigraphie par exemple. Les figures I à 4 permettent de mieux comprendra les résultats auxquels on aboutit après les différentes phases du procédé de fabrication selon l'invention. Sur la figure 1, la référence 2 désigne la lame de-verre de la plaque inférieure de la cellule sur laquelle est déposée une couche conductrice 4, par exemple en In203, formant le système dtélectrodes de la plaque inférieure, puisune couche 6 de traitement de la sur face, par exemple au moyen d'un dépôt oblique de SiO suffisamment mince pour que la couche 4 ne soit pas complètemEnt isolée élec triquement du cristal liquide. Le mur porte la référence 8 et 1B 5321.3 RS il est surmonté d'un matériau 10 à bas point de fusion. Si le masque qui sert à réaliser le mur 8 est de bonne qualité, en particulier si les bords sont découpés avec précision, on peut utiliser pour déposer les matériaux 8 et 10, le même masque. Mais il est quelquefois préférable d'utiliser un second masque, plus étroit que le premier, pour déposer le matériau 10. Sur la figure 2, on retrouve les mêmes éléments que sur la figure 1 et qui portent, pour simplifier,les mêmes références avec, en plus, un caractère numérique 12 à sept segments reliés par des connexions 14 à des plots 16 permettant le raccordement de la cellule aux organes électroniques de commande non représentés. Sur la figure 2, figure également un plot de contact 18 obtenu par le même procédé de dépôt sous vide et qui est constitué par un plot isolant recouvert du matériau à bas point de fusion utilisé pour revêtir le mur. Ce plot 18 a pour but, comme on le comprendra mieux par la suite, de relier électriquement l'électrode de la plaque supérieure au plot de raccordement 20 disposé sur la plaque inférieure. La plaque supérieure de la cellule est représentée sur la figure 3. Cette plaque comprend une lame de verre 22 sur laquelle a été déposée une couche conductrice 24, par exemple en In203, puis une couche 26 destinée à orienter les molécules du cristal liquide, par exemple en SiO oblique, et enfin un cordon 28 en un corps à bas point de fusion, notamment en indium. Naturellement, comme il a été dit plus haut, on peut aussi déposer sur cette plaque supérieure un demi-mur en SiO analogue au mur 8 de la figure 1, puis un ruban d'indium. La figure 4 représente la plaque supérieure de la cellule en perspective sur laquelle on distingue la contre-électrode dont I'emplacement 30 correspond au caractère numérique 12 de la plaque inférieure. Cette contre-électrode se prolonge par une zone 32 qui, lorsque la cellule estmontée, vient au contact avec le plot 18 et assure ainsi la liaison électrique de la contre-électrode 30 avec la connexion 20. On choisit donc avantageusement le masque qui permet de déposer le métal sur le plot 18 suffisamment large pour que ledit métal recouvre entièrement-la partie isolante du plot. Il va de soi que cette façon de réaliser le contact avec la contre-électrode de la plaque supérieure est donnée ici à titre explicatif, et que l'on ne sortirait pas du cadre de l'invention en réalisant la connexion électrique de la contreélectrode 30 par une connexion située toute entière sur la plaque supérieure. Le mur qui assure l'étanchéité et ltépaisseur convenable de la cellule n'est pas nécessairement rectangulaire.I1 peut avoir des formes plus complexes qui peuvent améliorer l'opération de remplissage et éviter également la pollution éventuelle du cristal liquide par la colle qui vient obstruer l'ouverture pratiquée dans le mur. L'invention se prête justement bien à la réalisation de toute forme~de mur. A titre explicatif et nullement limitatif, la figure 5 représente une formeparticu- lière composée d'un mur principal 34 rectangulaire, associé à unmur auxiliaire 36 destiné à masquer partiellement l'ouverture 38 destinée au remplissage.Des plots 40 de contact sont prévus pour des contre-électrodes situées sur la plaque supérieure, trois dans l'exemple considéré pour un dispositif d'affichage qui comprend trois caractères numériques disposés côte à côte. Après cette description, on voit que le procédé de fabrication de l'invention, parce qu'il met en oeuvre des techniques comme l'évaporation sous vide et le masquage, permet d'obtenir des cales d'épaisseur contrôlée avec une grande précision, et cela par des procédés qui sont susceptibles d'être automatiques. L'invention contribue donc à abaisser sensiblement le prix de revient des dispositifs d'affichage à cristaux liquides. Selon une autre conséquence de la précision avec laquelle on peut, selon l'invention, réaliser de telles cellules, il devient aisé de commander-plusieurs cellules disposées dans un même ensemble d'affichage, par exemple par des signaux séquentiels, ce qui n'était pas le cas avec les procédés de l'art antérieur qui conduisaient à des dispersions inacceptables dans les performances des différentes cellules, en particulier à cause des inégalités dans l'épaisseur des cellules. Il résulta de cette possibilité de multiplexer 4es cellules une diminution du nombre des connexions électriques de commande d'un groupe de cellules. De façon plus précise, si l ! on désire commander n cellules à sept segments par un procédé de multiplexage, il est possible de n' utiliser que sept connexions véhiculant le signal de sensibilisation plus une connexion par cellule reliée à la contre-électrode de la plaque supérieure, ces électrodes étant séquentiellement sensibilisées. On obtient conc dans ce cas un nombre de connexions égal à 7 + n. Au contraire, si le multiplexage est impossible, chaque cellule doit être commandée indépendamment par sept connexions, ce qui conduit au total à 7 n connexions, plus une connexion pour commander simultanément les n contre-électrodes des plaques supérieures. La différence entre 7 + n et 7 n + 1 peut devenir considérable lorsque le nombre de caractères à afficher dépasse 3 ou 4. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une cellule à cristaux liquides comprenant un film de cristaux liquides intercalé entre une première lame recouverte d'un premier système d'électrodes et une seconde lame transparente recouverte d'un second système d'électrodes transparentes, caractérisé en ce que a) sur au moins une des lames préalablement recouverte de son système d'électrodes, on dépose, à travers un premier masque disposé à la périphérie de ladite lame, un mur d'épaisseur contrôlée, b) on-dépose ensuite à travers un second masque et sur au moins une des lames éventuellement traitée comme en a, un cordon d'un matériau à bas point de fusion, le long d'un périmètre correspondant audit mur, c) on applique les deux lames l'une contra l'autre de telle sorte que ledit cordon soit appliqué sur le sommet dudit mur, d) on soude les deux lames l'une sur l'autre en échauffant jusqu'à fusion ledit matériau à bas point de fusion. 2. Procédé selon la revendication f, caractérisé en ce qu'on. dépose ledit mur par évaporation sous vide du matériau qui doit le constituer, dans une enceinte contenant ladite lame revêtue dudit premier masque. 3. Procédé selon la -fevendication 1, caractérisé en ce qu'on dépose par évaporation sous vide ledit matériau à bas point de fusion, à travers ledit second masque appliqué sur ledit mur. 4. Procédé selon les revendications 2 et 3, dans lequel lesdits dépôts par évaporation sous vide sont réalisés dans la même enceinte. 5, Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau à bas point de fusion est un métal pris dans le groupe qui contient l'indium, le plomb, l'étain, le sélénium et leurs alliages. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, qaractérisé en ce que lemur est en un matériau isolant. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le mur est en oxyde de silicium SiO. N B. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que Le remplissage de la cellule par les cristaux liquides s'effectue en déposant sur la lame traitée selon les opérations a et b, une goutte de cristaux liquides, puis en fermant la cellule par les opérations c et d. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le remplissage de la cellule par les cristaux liquides steffectue après l'opération d à travers une ouverture ménagée dans ledit mur en mettant la cellule sous vide et en immergeant ladite ouverture dans un bain de cristaux liquides. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on forme en outre sur ladite lame et à l'intérieur du périmètre défini par le mur un plot de contact électrique de même hauteur que ledit mur, en déposant à travers un masque muni d'une ouverture appropriée, le même matériau que celui du mur, et en recouvrant complètement ledit plot de métal identique à celui qui recouvre le mur.