Brevet FR2297815A1 — publié le 19760813

La présente invention est relative à un procédé pour obturer et sceller un orifice ou passage de remplissage dans une enceinte en verre et en particulier pour obturer ltorifice ou passage de remplissage d'un dispositif d'affichage à cristal liquide. Pour assembler les dispositifs d'affi- chage électrooptiques tels que des dispositifs d'affichage à cristal liquide, on dispose deux plaques de verre de manière qu'elles soient parallèles et écartées d'une certaine distance et on les scelle ensemble à leur périphérie de manière à laisser une cavité mince entre les plaques. Le joint périphérique, composé d'une fritte de verre, est réalisé en ramollissant le verre à une température supérieure à 5000C, juste avant que les plaques soient rapprochées et ensuite maintenues ensemble. En vue d'introduire le matériau électro-optique tel qu'un cristal liquide dans la cavité mince laissée entre les plaques, un orifice de remplissage de faible dimension est formé dans le joint périphérique, à l'une des extrémités de la cellule. Lorsque la cavité a été remplie, il faut obturer et sceller l'orifice.Cette opération soulevait des problèmes jusqu'à ce jour parce que les procédés d'obturation de l'ori- fice de remplissage connus dans la technique antérieure n'étaient pas strs et durables. Ainsi, il se produisait souvent une fuite de la cellule qui provoquait une dégradation chimique rapide de la matière enfermée, en particulier dans les dispositifs à cristal liquide. Le fonctionnement de la cellule se trouvait ainsi affecté, et la cellule pouvait même devenir complètement défectueuse. En outre, les procédés de la technique antérieure pour obturer l'orifice de remplissage sont relativement motteux et longs. La présente invention permet de résoudre les problèmes précités. Selon la présente invention, le scellement de l'orifice de remplissage dans un dispositif à cristal liquide est accompli en utilisant un faisceau laser qui traverse des composants optiques. Le faisceau laser est dirigé sur l'orifice ou passage de remplissage de manière à chauffer sélectivement le verre qui entoure l'orifice ou passage et à faire fluer ce verre qui, ce faisant assure l'étanchéité de la cavité par rapport au milieu ambiant. Dans une variante de l'invention , le faisceau laser est envoyé sur une certaine quantité de matériau de scellement pouvant couler, compatible avec le verre qui a été disposé au préalable sur l'orifice de remplissage. L'étendue du spot du faisceau laser produisant une radiation infrarouge est supérieure au diamètre de l'orifice de sorte que ce faisceau frappe le verre qui entoure l'orifice ou passage ou qui s'étend sur celui-ci. Ce verre est chauffé au-dessus de sa température de fluage en raison de sa tendance à absorber les radiations infrarouges.On évite un cnoc thermique en contrôlant le flux des radiations de manière que l'absorption effective des radiations infrarouges soit maintenue à un taux efficace jusqu a ce que le fluage du verre se produise. Ensuite, le. fluage doit être diminué lentement mais de façon continue. Bien que la puissance laser puisse autre appliquée sous forme d'une impulsion unique, comme décrit, on peut également obtenir de bons résultats en utilisant une série d'impulsions plus courtes ou bien en concentrant le faisceau laser , puis en élargissant le spot de ce faisceau pendant une période de temps. La présente invention a donc pour objet un procédé perfectionné pour obturer et sceller un orifice ou passage d'une enceinte en verre contenant un liquide sensible tel qu'un cristal liquide dans des dispositifs d'affichage. Selon la présente invention, on a également conçu un procédé pour obturer un orifice ou passage de remplissage ménagé dans des dispositifs d'affichage électrooptiques, procédé qui donne un joint plus sflr et plus durable que ceux qu'on pouvait obtenir jusqu'ici. Selon une autre caractéristique de la présente invention, on a conçu un procédé de scellement de dispositifs d'affichage électro-optiques tels que des dispositifs d'affichage à cristal liquide qui est plus économique pour une production en volume plus grande. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparattront facilement à la lecture de la description détaillée qui va suivre et qu'on a faite en se référant au dessin annexé sur lequel la figure 1 est une vue schématique d'un appareil servant à sceller un dispositif d'affichage à cristal liquide selon les moyens généraux de la présente invention;; la figure 2 est une vue agrandie en coupe transversale montrant l'orifice de remplissage d'un dispositif dttaffichage avant son obturation la figure 3 est une vue agrandie en coupe transversale montrant l'orifice de remplissage de la figure 2 après qu'il a été obturé selon l'invention la figure 4 est un diagramme montrant l'application d'une puissance laser(en watts, en ordonnée) en fonction du temps (en secondes, en abscisses) dans le procédé de la présente invention la figure 5 est un diagramme montrant la variation typique de la puissance laser atteinte pendant un cycle de scellement d'un orifice quand on concentre et qu'on élargit périodiquement le spot du faisceau laser selon l'invention ; la distance du point focal , en mm, étant portée en ordonnée et le temps, en secondes, en abscisse la figure 6 est une vue schématique illustrant le procédé de la présente invention dans lequel on concentre et on élargit périodiquement le spot du faisceau laser dirigé sur l'orifice en cours de scellement la figure 7 est une vue en plan schématique d'un dispositif d'affichage à cristal liquide comportant un elément d'arrêt interne la figure 8 est une vue en coupe à grande échelle montrant une partie de l'une des extrémités d'un dispositif d'affichage à cristal liquide tel que celui de la figure 6 après que le canal initialement formé par un élément d'arrêt interne a été obturé selon la présente invention la figure 9 est une vue en plan d'une autre forme d'un dispositif d'affichage à cristal liquide en cours de remplissage avec un cristal liquide la figure 10 est une vue en coupe fragmentaire à grande échelle montrant l'orifice de remplissage du dispositif de la figure 1 qui est recouvert de matériau la figure 11 est une vue latérale du dispositif faite par 11-11 de la figure 10 la figure 12 est une vue fragmentaire à grande échelle similaire à la figure 10 montrant l'orifice de remplissage après qu'il a été soumis à une puissance laser. Sur la figure 1 du dessin annexé, on a représenté schématiquement un appareil 10 permettant d'exécuter les opérations du procédé selon la présente invention. Un dispositif 12 à cristal liquide devant être scellé est mainteru en position verticale par une monture appropriée (non représentée). Un tel dispositif comprend généralement deux plaques de verre 14 et 16 qui sont parallèles et écartées l'une de l'autre et qui sont maintenues ensemble par un joint périphérique 18 obtenu à l'aide d'une fritte de verre. Lorsque les plaques de la cellule ont été assemblées, un orifice 20 doit être prévu à un certain endroit approprié en vue de remplir la cavité formée entre les plaques dans les limites de la jonction, constituée par la fritte de verre, avec le cristal liquide.Un emplacement approprié pour un tel orifice, où il est le moins susceptible d'altérer l'aspect de la cellule , se trouve à l'extrémité de cette dernière, entre les plaques. Ainsi, l'orifice 20 peut être formé par une ouverture ménagée dans le joint en fritte de verre à l'extrémité de la cellule quand les deux plaques sont assemblées à l'aide de la fritte de verre. La largeur de l'orifice 20 est généralement comprise entre 0,127 et 1,27 mm, ce qui est suffisant pour permettre le remplissage avec le cristal liquide. Quand ce remplissage est terminé, il faut alors fermer l'orifice et le sceller de façon permanente. Toujours en considérant la figure 1, on constate que la cellule contenant le cristal liquide est maintenue verticalement, de manière que l'orifice soit exposé à la manière d'une cible à l'action d'un faisceau laser 22 Ce faisceau laser peut être engendré par une source appropriée telle qu'un système laser 24 à l'anhydride carbonique, d'un type qui est connu et disponible. Par exemple, un système de ce genre fabriqué par Coherent Radiation Inc. est appelé laser modèle roc2 . Afin que le faisceau le-#r puisse être dirigé horizontalement et que l'installation de l'appareil soit alors appropriée, on peut utiliser un miroir 26 ou un prisme pour dévier le faisceau dans une direction verticale orientée vers le bas. Le faisceau vertical est projeté à travers une lentille convexe 28 qui contrtle le faisceau. A l'orifice, le faisceau laser possède un diamètre qui est un peu supérieur à la largeur de l'orifice, de sorte que le faisceau frappe le verre entourant immédiatement l'orifice (voir figure 2). A ce point, l'énergie laser absorbée élève rapidement la température du verre jusqu'à son point de fluage et provoque le fluage des parois de l'orifice vers l'intérieur et le soudage de ces parois, ce qui a pour effet d'obturer l'orifice (figure 3). La demanderesse a constaté que le faisceau laser peut etre appliqué sous forme d'une onde continue pendant une impulsion unique de durée relativement longue ou autre appliqué sous forme d'impulsions relativement courtes et espacées les unes des autres. Lors de la mise en oeuvre réelle du procédé selon la présente invention, on utilise un système laser à C02 de 50 W avec une lentille 28 ayant une longueur focale de 3,8 cm. Dans un mode de fonctionnement tel que représenté schématiquement sur la figure 4, la puissance du faisceau laser est dirigée sur un dispositif d'affichage à cristal liquide comportant un orifice dont les dimensions en section transversale sont d'environ 0,0127 x 0,635 mm . La lentille concentre le faisceau laser jusqu'à un diamètre d'environ 0,127 mm, ce qui lui permet de recouvrir complètement l'orifice, comme représenté sur la figure 2.La densité du faisceau est augmentée linéairement, comme indiqué par la droite 30, en une période d'environ 5 sec. et passe de zéro watt à environ 10 watts, après quoi elle est ramenée linéairement à zéro, et elle est ensuite diminuée linéairement pendant les 5 secondes suivantes. A la fin de l'augmentation de puissance d'une durée de 5 secondes, le verre qui entoure l'orifice commence à fluer, étant donné que sa température a atteint le niveau de ramollissement (c'est-à-dire 500 - 700oC). Pendant les 5 secondes restantes, la température du verre diminue lentement à mesure que le verre autour de l'orifice se soude pour obturer cet orifice, ce qui constitue une jonction verre à verre, qui peut être vue comme représenté sur la figure 3. On peut répéter le processus avec d'autres enceintes d'affichage en verre de type similaire. Dans un autre mode de mise en oeuvre du procédé selon la présente invention, comme représenté schéma tiquement sur la figure 6, on utilise une énergie laser à im pulsion continue et on modifie continuellement l'intensité de l'énergie laser tombant sur l'orifice d'affichage 22 en fai sant varier la distance entre la lentille 28 et le dispositif d'affichage 12 et, de ce fait, le diamètre du spot du faisceau laser tombant sur l'orifice.Cette variation du spot peut titre accomplie ou bien en déplaçant la lentille ou bien en d6- plaçant le dispositif d'affichage lui-même (comme indiqué par la flèche 32), de manière que la distance entre le dispositif d'affichage et le point focal 34 de la lentille et, de ce fait, l'intensité du faisceau laser sur l'orifice, varient constam ment. La variation précitée peut avoir lieu pendant une pé riode de temps relativement courte (par exemple 10 secondes) tandis que la puissance du laser est maintenue constante (par exemple 10 W).Dans un autre mode de mise en oeuvre encore du procédé selon la présente invention, on peut envoyer des im pulsions du faisceau laser 22 par intermittence pour obtenir une puissance moyenne de même amplitude. Comme représenté sur la figure 5, qui concerne un autre essai typique du procédé selon la présente inventions on fait varier la distance entre le point focal de la lentille et l'orifice d'affiche entre des valeurs de 12,7 et 17,78 mm en utilisant une lentille ayant une longueur focale de 3,8 cm. On a constaté qu'en utilisant le type d'énergie laser å impulsions, on peut obtenir une pé nétration plus profonde de l'énergie dans le verre en une pé riode de temps plus courte, ce qui peut Outre désirable pour certaines configurations d'enceintes d'affichage.Toutefois, pour que l'énorgie laser soit continue ou à impulsions, le méthode de variation de la concentration du faisceau peut as- surer une fermeture effective de l'orifice de remplissage dans une enceinte d'affichage & cristal liquide. Danss une autre forme courante de dispo situé d'affichage à cristal liquide, représentée par la r férence 12a sur la figure 79 on a prévu un élément dwarrat interne 36 à l'une des extrémités du dispositif d'aSiichate entre les plaques de verre espacées. Cet élémentd'#rSts'étendà partir de l'une des parois latérales 38 du Joint périphérique for mé par la fritte de verre et est écarté de la paroi terminale adjacente 40 de ce joint tout en étant parallèle à cette paroi dans laquelle est situé l'orifice de remplissage 20.L'élément d'arrêt constitue ainsi un canal 42 dont la largeur est généralement comprise entre 0,127 et 1,27 mm,l'orifice de remplissage communique avec le canal près de son extrémité, à l endroit où l'écément d'arret s'étend à partir de la paroi latérale en fritte de verre. Ainsi,dans cet agencement, on peut obtenir un scellement effectif de la cavité en bloquant le canal avec une portion de la paroi terminale 40 en un point approprié quelconque sur sa longueur. Le procédé conforme à la présente invention est également applicable pour assurer un blocage du canal effectif qui réalise le scellement du dispositif d'affichage sans obturer l'orifice ou trou de remplissage 20. Ce blocage du canal est accompli en dirigeant le faisceau laser 22 sur la paroi terminale 40 en fritte de verre, au voisinage de l'élément d'arrêt interne 36,pour chauffer ainsi le verre qui St frappé par le faisceau jusqu'à ce qu'une petite portion 44 de ce verre flue vers l'intérieur où elle se soude avec l'élément d'arrêt et bloque le canal comme représenté sur la figure 8. Le faisceau peut être dirigé sur le dispositif d'affichage comme représenté sur la figure 7 et être contrôlé de la manière décrite ci-dessus en ce qui concerne l'obturation de l'orifice 20. L'utilisation du processus précité de blocage du canal par le procédé selon la présente invention présente l'avantage que, pour certains dispositifs d'affichage, il y a moins de risque qu'une partie du cristal liquide se trouve brûlée sous l'effet du faisceau laser à l'intérieur du dispositif d'affichage. On peut habituellement éviter cet inconvénient en contrôlant et en orientant de façon appropriée le faisceau laser mais, quand il se produit par inadvertance, il en résulte un changement de couleur indésirable de la zone autour de l'orifice. Dans certaines applications, il peut etre désirable d'utiliser un matériau de scellement supplémentaire pour obturer un orifice de remplissage à l'aide de la puissance laser dans une enceinte d'affichage,en particulier si l'orifice est relativement grand.Un avantage évident d'un orifice de remplissEge de plus gr de dimension est que le processus CL# remplissage du dispositif d'af- fichage avec le cristal liquide peut avoir lieu plus rapidement et plus efficacement.Sur la figure9,on a représenté une vue en plan d'un dispositif d'affichage 12b à cristal liquide,de structure typique,qui comprend deux plaques de verre 46 qui sont écartées l'une de l'autreet maintenues ensemble par un joint périphérique 48 en fritte de verre, indiqué en traits interrompus.Les extrémités du joint sont espacées l'une de l'autre et constituent ainsi un orifice de remplissage- 20b. Dans ce mode de réalisation, tel que représenté sur les figures lu et 11, une quantité de matériau de scellement-50 est placéesur le bord du dispositif 12b, sur 11 orifice de remplissage 20b, après qué le dispositif a été rempli de cristal liquide. Le matériau 50 peut titre une fritte de verre ou bien une matière plastique thermodurcissable. Une forme de fritte de verre qui s'est avérée particulièrement satisfaisante est une combinaison de poudre de verre et de liant constituant une patte dont la consistance est analogue à celle du mastic , de sorte qu'elle conserve sa forme.Par exemple, une poudre de verre dont les particules ont une dimension de 5 à 10 microns environ et qui est mélangée avec une matière pour cristal liquide convient parfaitement. Un exemple d'une matière thermoplastique convenant parfaitement est la résine Epon 1007 fabriquée par Shell Chemical Company. D'autres substances, telles qu'une résine époxy solide du type épichlorhydrine/bisphénoî ou une matière plastique préformée, découpées sous forme appropriée et placées sur orifice de remplissage 20b peuvent être utilisées. Quand on fait appel au matériau supplémentaire 50, on peut utiliser un faisceau laser 22b ayant une intensité moindre que le faisceau 22 pour assurer une obturation appropriée de l'orifice de remplissage. Par exemple, le faisceau laser 22b peut fournir une puissance à onde continue de 2 à 5 watts qui# est appliquée pendant environ 10 secondes, ou dans l'intervalle de 5 à 20 secondes, selon la dimension de l'orifice de remplissage et, de ce fait, selon la quantité de matériau de scellement ajouté 50.Comme représenté sur la figure 12, le matériau 50, quand il est ramolli par lténergie laser, coule au moins partiellement dans l'orifice de remplissage 20b pour constituer une portion de blocage 52 analogue à un bouchon tout en entourant également les bords extérieurs de 11 orifice, ce qui donne un joint extrêmement efficace et de longue durée. Si on le désire, le matériau 50 peut être rendu plus lisse et plus uniforme en assurant un mouvement de va-et-vient du dispositif d'affichage à travers le faisceau laser à une cadence lente (par exemple~2 à 4 fois en 10 à 30 secondes). On peut faire varier l'importance et, de ce fait, la variation de l'intensité laser, pour satisfaire les exigences imposées par la dimension de l'orifice de remplissage et la quantité de matériau de scellement ajouté. Il ressort de ce qui précède que la présente invention apporte une solution unique au problème de l'obturation des enceintes d'affichage à cristal liquide et éventuellement d'autres enceintes en verre ou en matière plastique. Le procédé est extr#mement facile à contrôler et très précis et il convient particulièrement bien pour une production automatisée et, de ce fait, pour une production en masse à des cadences élevées. Il est bien évident qu'on peut apporter de nombreuses modifications à la description qui précède sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour obturer une ouverture débouchant dans une cavité ménagée dans une structure en verre, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'il consiste à envoyer un faisceau d'énergie laser sur la structure de verre entourant l'orifice, de manière que cette structure reçoive et absorbe l'énergie laser, et à maintenir l'énergie laser sur le verre jusqu'à ce que la température du verre atteigne son point de fluage et qu'il soit amené à couler et à obturer 1 'ouverture. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on fait passer le faisceau laser à travers un système optique comprenant au moins une lentille convexe pour concentrer le faisceau. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on fait varier l'intensité du faisceau laser en concentrant et en élargissant périodiquement le spot de ce faisceau en vue de modifier son intensité à l'endroit où il frappe la structure. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on applique la puissance laser à une cadence continue à environ 10 watts. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la puissance laser est émise par impulsions allant de O à 10 watts pendant environ 10 secondes. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il consiste à disposer un matériau thermosensible sur l'ouverture frappée par le faisceau laser, de manière que ce matériau s'écoule au moins partiellement dans 1' ouverture et adhère à la structure environnante. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le matériau sensible à la chaleur est une pâte formée d'une poudre de verre dans un liant constitué par un cristal liquide. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le matériau thermosensible est une matière plastique thermodurcissable. 9. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la structure précitée est une enceinte contenant un cristal liquide et comportant deux plaques en verre maintenues ensemble par ure fritte de verre, l'ouverture précitée étant un orifice de remplissage ménagé dans la fritte le long d'une des faces de l'enceinte et constituant un passage aboutissant dans l'espace compris entre lesdites plaques, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'il consiste à maintenir l'enceinte dans une position choisie et à diriger le faisceau d'énergie laser sur la fritte de manière à chauffer le verre autour de l'orifice et à l'amener à fluer et à obturer ledit passage. 10. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la structure précitée est une enceinte contenant un cristal liquide et comprenant deux plaques de verre maintenues ensemble par une fritte de verre et un élément d'arr8t interne s'tendant entre les plaques de verre et constituant un canal étroit, l'une des parois d'extrémité de la fritte précitée étant munie d'un orifice de remplissage constituant ladite ouverture, le procédé étant caractérisé par le fait qu'il consiste à diriger le faisceau laser sur ladite paroi d'extrémité, près dudit orifice, jusqu'à ce que le verre flue vers l'intérieur et s'agglomère avec l'élément formant barrière pour obturer ainsi le canal précité de façon permanente. 11. Dispositif d'affichage à cristal liquide comprenant deux plaques de verre maintenues de manière qu'elles soient parallèles et écartées l'une de l'autre par une fritte de verre périphérique entourant une cavité étroite ménagée entre les plaques, un matériau constitué par un cristal liquide situé dans la cavité précitée, et un orifice de remplissage ménagé dans la fritte entre lesdites plaques à l'une des extrémités du dispositif, cet orifice étant con çu pour constituer un passage initial pour remplir la cavité précitée de cristal liquide et une partie de la fritte étant fondue de manière à obturer de façon permanente le passage précité. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que ladite portion de la fritte fondue constitue initialement les parois d'un orifice de remplissage. 13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait qu'il comprend un élément d'arrêt interne écarté de l'une des parois d'extrémité de ladite fritte de manière à constituer le passage précité partant de l'ori- fice de remplissage et s'étendant le long de l'une des parois d'extrémité de la fritte pour aboutir à ladite cavité, la portion fondue assurant l'obturation s'étendant entre la paroi d'extrémité de la fritte et ledit élément d'arrêt, 14. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait que la portion fondue de la fritte comprend une portion externe faite d'un matériau thermosensible dont l'étendue est supérieure à celle de l'orifice et une portion intégrante formant bouchon qui s'étend dans ledit orifice à partir de la partie extérieure précitée.