Brevet FR2290720A1 — publié le 19760604

La présente invention a trait aux dispositifs à cristaux liquides, et en particulier au scellement des enceintes de tels dispositifs après remplissage de ces enceintes par un matériau à cristaux liquides. Un dispositif à cristaux liquides de type connu, utilisable par exemple pour afficher des nombres tels que ceux indiquant l'heure du jour, comprend une enceinte comportant une paire de substrats plats scellés l'un à l'autre en position de vis-à-vis avec faible écartement mutuel au moyen d'un joint ou scellement en verre s'étendant le long des bords des substrats. L'écartement entre les substrats est d'environ 0, 025 mm ou moins encore. Un matériau à cristaux liquides est placé à l'intérieur de l'enceinte. Dans un mode classique de fabrication de tels dispositifs, tel par exemple que celui décrit dans le brevet américain N" 3. 751. 137 , un vide est ménagé dans le joint périphérique par ailleurs complet de l'enceinte, et un matériau à cristaux liquides est introduit dans l'enceinte par ce vide ou ttorifice". Cet orifice est ensuite obturé par un bouchon approprié ou similaire. Dans une technique classique, l'orifice est fermé par soudure et, à cet effet, les bords des substrats sont revêtues, préalablement à leur assemblage pour former une enceinte, d'un métal facilement mouillable par la soudure. Les substrats sont ensuite scellés l'un à l'autre par le joint ou scellement en verre, l'orifice de remplissage traversant le joint étant situé immédiatement à l'op- posé des portions des substrats revêtues de métal. Après remplissage de l'enceinte par le matériau à cristaux liquides, une masse de soudure est appliquée aux surfaces revetues au niveau de l'orifice de remplissage, la soudure étant réunie par fusion aux surfaces revêtues et assurant ainsi le recouvrement et la fermeture de l'orifice. n s'est avéré toutefois que de tels orifices de remplissage à obturation par soudure ne sont pas hermétiques de façon adéquate ou régulière, et un besoin s'est fait sentir de perfectionner de telles techniques d'obturation. Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après à titre d'exemple en référence au dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est une vue latérale d'une enceinte de dispositif à cristaux liquide s; la figure 2 est une vue latérale d'une portion de l'enceinte après application d'une pellicule métallique à celle-ci; la figure 3 montre une vue en coupe prise suivant la ligne 3-3 de la figure 2 ainsi qu'un outil utilisé pour appliquer la pellicule métallique à l'enceinte; la figure 4 est une vue similaire à celle de 1 a figure 3, mais qui montre une forme modifiée de l'enceinte; la figure 5 est une vue de dessus d'une portion d'une enceinte, le substrat du dessus étant représenté avec arrachement partiel pour laisser voir un revêtement métallique déposé sur l'enceinte; et la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 5, mais qui montre une portion encore plus petite de l'enceinte ainsi qu'un bouchon de soudure réuni par fusion au revetement métallique. On se reportera à présent à la figure 1, qui montre l'enceinte 10 d'un dispositif à cristaux liquides, cette enceinte comportant une paire de substrats 12 et 14, usuellement en verre transparent, disposés face à. face et mutuellement scellés le long de leur pourtour au moyen d'un joint ou scellement en verre fritté 16. On ne donnera pas de plus amples détails descriptifs ou illustratifs sur le reste du dispositif, notamment quant aux électrodes et bornes de connexion d'électrodes prévues sur la face interne des substrats et aux moyens d'espacement destinés à établir un espacement prédéterminé entre les substrats, les dispositions correspondantes étant désormais bien connues. Telle que représentée sur la figure 1, l'enceinte 10 n'est pas encore remplie par un matériau à cristaux liquides. 1l est prévu au moins un orifice ou vide de remplissage 18 qui communique avec l'intérieur de l'enceinte en traversant le joint périphérique 16. Dans un exemple de réalisation, le vide 18 présente une largeur de 0, 25 mm, une longueur de 1,5 mm (qui correspond à la largeur du joint 16, comme visible sur la figure 5) et une hauteur de 0, 01 mm (qui correspond à l'espacement entre les substrats 12 et 14). Les substrats 12 et 14 mesurent environ 25 mm sur 12, 5 mm, et chacun d'eux a une épaisseur d'environ 1 mm. Jusqu'au stade illustré sur la figure 1, la fabrication de l'enceinte 10 peut être effectuée par des procédés très classiques. Cependant, il est important de noter que contrairement aux dispositions des techniques antérieures décrites plus haut, les substrats 12 et 14 n'ont besoin ni l'un ni l'autre d'être déjà pourvus - dans le présent mode de réalisation, ils ne le sont effectivement pas encore - d'un revêtement mouillable par la soudure, c'est-à-dire d'un revêtement auquel peut être réuni par fusion un bouchon de soudure obturant hermétiquement le vide 18. Selon la présente invention, un tel revêtement mouillable par la soudure (c'est-à-dire soudable) est formé sur l'enceinte 10 après scellement mutuel des substrats 12 et 14. Ainsi comme visible sur les figures 2 et 3, un revêtement 22 est appliqué à l'enceinte 10 sous forme de bande continue entourant complètement les bords du vide 18, c'est-à-dire située tant sur les substrats 12 et 14 que sur le joint 16. Dans les dispositifs de l'art antS- rieur, il n'est pas prévu de revêtement soudable appliqué au joint entre les substrats, ni par conséquent de bande continue formée par un tel revêtement sur tout le pourtour du vide. L'importance de ceci sera indiquée plus loin. Le matériau dont est formé le revetement 22 n'est pas critique. L'important est qu'il adhère bien au matériau des substrats 12 et 14 et du joint 16, et qu'il soit facilement mouillable par de la soudure pour établir un bouchon hermétique et mécaniquement solide pour boucher l'orifice de remplissage 18. Dans un exemple de réalisation dans lequel les substrats 12 et 14, de meme que le joint 16, sont en verre (comme il est d'usage dans les dispositifs à cristaux liquides), le revêtement 22 est formé d'un matériau malléable et mou tel que l'indium, seul ou en association avec un ou plusieurs autres matériaux pour former une soudure à l'indium classique (formée par exemple, en poids, de 90 % d'indium et de 10 % d'argent), ou bien de l'une des diverses soudures plomb-étain (contenant par exemple, en poids, 50 %. de plomb et 50 % d'étain). Comme indiqué plus haut, il est important que le revêtement 22 forme une bande continue entourant complètement les bords de l'orifice de remplissage 18. L'expérience a montré que, pour les géométries particulières intervenant ici, la façon dont ceci peut être facilement réalisé n'est pas évidente. Dans la fabrication de l'enceinte, par exemple, il ést de pratique classique d'effectuer l'apport du matériau du joint en verre 16 sous forme d'un cordon de fritte de verre le long des bords de l'un des substrats. En raison des variations de dimensions, le cordon est généralement disposé au moins légèrement en retrait vers l'intérieur par rapport aux bords du substrat pour éviter que le joint vienne à former un renflement trop proéminent par rapport aux bords du substrat après l'opération de scellement de l'enceinte, une telle opération comprenant un chauffage du cordon en vue de le ramollir ainsi qu'une compression et qu'un écrasement de celui-ci entre les deux substrats.Un résultat fréquent de cette opération de scellement, comme illustré sur les figures 1 et 4, est d'amener la surface externe du joint 16 au moins partiellement en retrait vers l'intérieur par rapport aux bords 24 des substrats. Ceci a pour effet que des portions au moins de la surface du joint se trouvent masquées par les bords 24 des substrats, ce qui rend difficile d'accéder à ces portions masquées lorsqu'il s'agit de leur appliquer un revêtement. Un mode d'application du revêtement 22 sous forme de bande continue autour de l'orifice de remplissage 18 consiste à faire appel à une technique d'abrasion mécanique. Par exemple, on presse, tout en le faisant tourner, un outil abrasif rotatif 26 (figure 3) tel qu'une meule à l'émeri ou à brosse métallique contre une masse d'indium (non représentée), la surface de l'outil rotatif se trouvant ainsi revêtue ou "chargée" de l'indium. L'outil abrasif ainsi chargé est ensuite pressé contre les surfaces à revêtir de l'enceinte tout en étant maintenu en rotation rapide. Les effets combiné-s de la chaleur de frottement engendrée par la meule 26 en rotation et de l'abrasion des surfaces par la meule permettent d'implanter solidement et de faire adhérer le matériau de revêtement porté parl'outil abrasif sur les surfacés de l'enceinte qui sont en contact avec l'outil. Quoique la certitude n'en soit pas acquise, il semble que le matériau ainsi appliqué diffuse au moins légèrement dans les surfaces de l'enceinte. Comme schématisé par l'utilisation de lignes en pointillé sur la figure 2, le revêtement 22, au moins lorsqu'il est appliqué au moyen d'une brosse métallique, s'étend généralement en partie vers l'intérieur de l'orifice 18 le long des parois de celui-ci. Un avantage de la technique d'abrasion ci-dessus décrite est que, au cours du processus d'application du revêtement, il se produit une certaine abrasion des surfaces en contact. Ainsi,- comme visible sur la figure 3, si le dépassement latéral des bords des substrats par rapport au joint 16 n'est pas excessif, les bords des substrats se trouvent suffisamment rognés par l'outil abrasif 26 pour dresser les substrats et le joint suivant une surface relativement lisse et continue, c'est-à-dire une surface dont le profil n'évolue que de façon relativement graduelle. Ceci favorise l'obtention du revêtement 22 sous forme de couche continue et ininterrompue entourant l'orifice de remplissage 18.De plus, l'utilisation d'un outil relativement flexible, brosse métallique par exemple, permet d'effectuer le dépôt du matériau de revete- ment sur des portions superficielles situées en renfoncement qui resteraient inaccessibles sans cela, ceci grâce à la "flexion" de l'outil autour des bords masquant, le résultat obtenu étant par exemple conforme à celui représenté sur la figure 4. Un autre avantage de la technique de transfert abrasif est que le revêtement 22 n'est appliqué que là où l'enceinte est en contact avec l'outil abrasif. n est de ce fait superflu de faire appel à des techniques de masquage pour assigner au matériau de revetement l'emplacement voulu sur la pièce à revetir. Une technique préférentielle d'établissement du revetement 22 est de déposer le revetement par un procédé de dépit en phase vapeur, tel par exemple qu'un procédé d'évaporation ou de pulvérisation cathodique classique, à travers un masque approprié. Par procédé de déport par "évaporation", on entend d'une façon générale un procédé consistant à chauffer dans une chambre à vide, par exemple par résistance électrique, une masse du matériau à déposer afin d'en vaporiser des parties superficielles, les particules vaporisées étant dirigées vers la surface à revêtir.Par procédé de dépôt par "pulvérisa- tion cathodique", on entend d'une façon générale un procédé consistant à bombarder une cible formée du matériau à déposer par des ions d'un plasma, des ions argon par exemple, des particule s de la cible se trouvant ainsi détachées de celle-ci par "pulvérisation" et étant dirigées vers la surface à revêtir. Entre un procédé de dépôt par évaporation et un procédé de dépôt par pulvérisation cathodique, le second est en général préféré. En effet, et comme connu en soi, étant donné la valeur relativement faible du libre parcours moyen des particules pulvérisées à travers le plasma, les particules arrivent sur la pièce à traiter sous forme d'un "nuage" de particules se déplaçant suivant des directions aléatoires. Ainsi, les particules atteignent, en s'y déposant, des régions superficielles qui resteraient masquées par rapport à la cible si le trajet des particules à partir de celle-ci était rectiligne. Et aussi, comme visible sur la figure 5, le revetement 22 tend à pénétrer profondément à l'intérieur de l'orifice 18 le long des parois de celui-ci. Un problème associé à la mise en oeuvre d'un procédé de dépôt en phase vapeur est celui d'empêcher la pénétration des particules dans l'en- ceinte par l'orifice de remplissage 18. A l'intérieur de l'enceinte, les particules sont susceptibles de provoquer un court-circuit électrique des électrodes situées dans celle-ci, de former des taches visibles à l'affichage, etc.. Afin d'empêcher une telle pénétration, un écran ou -barrière est disposé à l'intérieur de l'enceinte directement en arrière de l'orifice 18, mais sans que cet écran sépare complètement l'orifice du reste de l'intérieur de l'enceinte. On peut prévoir par exemple à cet effet un écran 28 (figure 5) formé par une paroi identique au joint 16, à ceci près qu'elle en est espacée et qu'elle déborde de chaque côté de l'orifice 18. Si l'on donne au débordement correspondant une largeur suffisante, par exemple de 0, 25 mm, audelà de chaque coté de l'orifice 18 (dont la largeur est de 0, 25 mm dans le présent mode de réalisation), il n'y a que peu ou pas de particules qui contournent l'écran et pénètrent dans l'enceinte.Dans la fabrication du dispositif, l'écran ou paroi 28 peut etre formé de la meme façon et en meme temps que le joint 16, l'écran 28, de même que le joint 16, s'étendant entre les substrats 12 et 14 et étant scellé à ceux-ci par fusion. Dans un exemple de réalisation dans lequel un revetement 22 est déposé sur l'enceinte par pulvérisation cathodique, ce revêtement (figure 5) est formé de trois couches superposées, à savoir une première couche 30 de titane située en contact direct avec la surface des substrats et du joint, une deuxième couche 32 en platine déposée par-dessus la couche 30, et une troisième couche 34 en or déposée par-dessus la couche 32. Les épaisseurs des différentes couches ne sont pas critiques. Ces épaisseurs peuvent par O O exemple etre d'environ 2000 A pour la couche de titane 30, d'environ 7000 A pour la couche de platine 32 et d'environ 4000 A pour la couche d'or 34. Le titane est utilisé en raison de sa forte adhérence aux surfaces des corps dont un constituant principal est un oxyde, à savoir ici l'oxyde de silicium du verre. Le platine est utilisé en raison de sa grande mouillabilité par des soudures relativement peu coûteuses et faciles à se procurer, et par exemple par une soudure à 60 % d'étain et 40 % de plomb. L'or est utilisé en raison de son inertie chimique, et il sert à empêcher la contamination ou l'oxydation de la couche de platine 32. Au cours de l'opération ultérieure de soudage, l'or agit en quelque sorte comme un décapant étant donné qu'il se dissout en grande partie dans le bouchon de soudure formé. D'autres matériaux propres à remplir, seuls ou en diverses combinaisons, les fonctions ci-dessus indiquées peuvent être utilisés pour réaliser le revêtement 22. Comme autres métaux adhérant fortement au verre et aux matériaux apparentés, on peut citer par exemple le zirconium, le hafnium, le niobium, le vanadium et le tantale. Comme autres métaux facilement mouillables par les soudures classiques (c'est-à-dire soudables) figurent le palladium, l'argent, le nickel, le cobalt et le cuivre. On peut également faire appel à divers alliages de ces matériaux, Une fois formé le revêtement soudable 22 autour de l'orifice de remplissage 18, l'enceinte est remplie d'un matériau à cristaux liquides.Ceci peut titre effectué par des techniques classiques de remplissage sous vide dans lesquelles, par exemple, l'enceinte et un bain de matériau à cristaux liquides étant placés sous une cloche, on fait le vide dans la cloche, et par conséquent dans l'enceinte. On immerge ensuite l'enceinte dans le bain, et on laisse pénétrer l'air dans la cloche. La pression atmosphérique force le matériau à cristaux liquides à pénétrer dans l'enceinte. Ensuite, après avoir enlevé de la cloche l'enceinte remplie, on bouche hermétiquement l'orifice de remplissage 18 en soudant un élément obturateur au revêtement 22 par-dessus l'orifice. L'élément obturateur peut par exemple être formé par une plaque de cuivre plate et de faible épaisseur (par exemple de 0, 1 mm), qui est facile à souder au revetement 22. Cependant, l'élément obturateur est formé de préférence par une simple masse de soudure 36 (figure 6). La soudure peut par exemple être appliquée en mettant en contact une pointe de fer à souder couverte d'une pellicule de soudure avec le revêtement métallique 22 adjacent à l'orifice de remplissage. La soudure passe sur la pellicule métallique 22 et elle la couvre généralement de façon complète. La couche d' or 34 n'est pas représentée sur la figure 6 en raison de la solubilité déjà indiquée de l'or dans la soudure. Etant donné la taille relativement petite de l'ouverture de l'orifice de remplissage (qui mesure par exemple 0, 25 mm sur 0, 013 mm), la soudure s'étale facilement et ferme celle-ci. n est d'une grande importance que, le revêtement 22 ceinturant com plètement l'orifice de remplissage~ (figure 2), le bouchon de soudure se trouve ainsi scellé (réunion par fusion) de façon solide et hermétique sur tout le pourtour de l'orifice en formant avec l'enceinte un scellement ou joint continu et ininterrompu. Dans les dispositifs de l'art antérieur, où le bouchon de soudure était en contact avec adhérence plus ou moins grande avec le joint ou scellement de verre entre les substrats, l'adhérence de la soudure au joint non métallisé ne présentait pas une herméticité fiable et uniforme d'un dispositif à l'autre. En fait, les seuls dispositifs de l'art antérieur faisant appel à des bouchons soudés par-dessus un orifice de remplissage de joint latéral qui sont disponibles dans le commerce à l'heure actuelle comportent une couche de résine époxy recouvrant le bouchon en vue d'établir une obturation véritablement hermétique. En plus du court supplémentaire ainsi introduit, il apparaît que même lorsqu'on fait appel à un tel élément obturateur de renforcement en résine époxy, on n'obtient pas de façon fiable et uniforme une herméticité adéquate. REVENDICATIONS I) Dispositif à cristaux liquides comportant deux plaques de verre faiblement écartées dont les faces situées en regard sont pourvues d'une couche conductrice et maintenues espacées par un joint pour définir entre celles-ci une enceinte, ladite enceinte étant remplie d'une composition à cristaux liquides, ledit joint comprenant une bande de verre comportant une interruption et une portion formant écran située en arrière de ladite interruption le long du pourtour desdites plaques de verre, caractérisé en ce qu'il comporte un revêtement métallique à trois constituants situé dans ladite interruption mais ne l'obturant pas, ledit revêtement étant formé en déposant successivement par pulvérisation une première, une deuxième et une troisième couches respectivement en titane, en platine et en or, ladite interruption étant recouverte complètement par une couche de soudure, 2) Procédé pour la fabrication d'une cellule à cristaux liquides comprenant les opérations consistant à appliquer une bande de fritte de verre le long du pourtour d'une plaque de verre sur laquelle est prévu un revêtement conducteur transparent par-dessus ledit revetement conducteur en ménageant une petite interruption ainsi qu'une portion formant écran derrière ladite interruption, à disposer au-dessus une seconde plaque de verre sur laquelle est prévue une couche conductrice de telle façon que ses bords s'étendent au moins jusqu'au bord externe de ladite bande de fritte de verre et que lesdites couches conductrices se trouvent placées en vis-à-vis, et à chauffer ensemble lesdites plaques de verre sous pression pour faire fondre la fritte de verre et définir un faible espacement entre lesdites plaques, ledit procédé étant caractérisé par le dépôt de titane par pulvérisation pour former une mince couche dans ladite interruption, le dépot par pulvérisation d'une deuxième couche en platine par-dessus ladite couche de titane, le dépôt par pulvérisation d'une troisième couche en or par-dessus ladite deuxième couche mais sans fermer ladite interruption, la mise sous vide de l'enceinte formée par lesdites plaques, le remplissage de ladite enceinte avec une composition à cristaux liquides, et l'obturation de ladite interruption par fusion au moyen d'un matériau d'obturation métallique.