Brevet FR2732124A1 — publié le 19960927

CF:L.LTT.E ET.CTRIOUE DU TYPF COMPRENANT DFUX TAMEFS OU SIJBSTRATS PARALLELES. NOTTAMMENT EN MATIERE PLAST!OUE. ECARrES T,'f/N nDE,'AUTRF PAR UN CADRER DE SCELTrFMNT La présente invention concerne une cellule électrique du type comprenant deux lames ou substrats parallèles réunis par un cadre de scellement, et plus particulièrement une telle cellule ayant des substrats flexibles en verre ou en plastique. De telles cellules électr-ques sont utilisées notamment pour réaliser des dispositifs d'affichage à cristaux liquides et des cellules de production d'énergie à partir du rayonnement solaire. Dans le cas d'une celluie d'affichage à cristaux liquides, un film de cristaux liquides est intercalé entre deux lames, généralement en verre mince, et des électrodes sont disposées sur la face de chacun des substrats situé en regard de l'autre substrat. Ces lames sont réunies l'une à, l'autre par un cadre de scellement disposé à la périphérie de ces dernières. Ce cadre de scellement, formé par une ligne de colle ayant une largeur de l'ordre de 0,5 mm, assure la oehésion des lames de la cellule et leur écartement (de l'ordre de 5 à 10 pm), définit une chambre étanche dans laquelle le film de cristaux liquides est emprisonné, et assure une isolation électriaue convenable entre les électrodes des deux lames. Le faible écartement mentionné ci-dessus est indispensable à un fonctionnement dynamique performant de la celilule en ce sens que l'écartement entre, les deux substrat détermine le volume du film de cristaux liquides et par là même les caractéristiques de transmission de la 'amière, la vitesse de commutation ainsi que la tension de fonctionnement de!a cellule. Cet écartement doit être nocalment maintenu aussi faible que possible pour obtenir une cellule ayant une vitesse de commutation élevée avec une faible tension de fonctionnement et une transmission élevée. Certaines applications de ces cellules, par exemple pour des visières à transmission variable pour casques, nécessitent l'utilisation de cellules comprenant des lames ou substrats flexibles. Ces substrats flexibles sont généralement formés de lames en matière plastique, par exemple en polycarbonate, de faible épaisseur, c'est-à-dire ayant des épaisseurs comprises entre 1 et 1,5 mm. De telles cellules présentent plusieurs problèmes tant à l'utilisation qu'à la fabrication. En effet, on a constaté qu'il apparaissait fréquemment un décollement des substrats qui tendait à séparer les substrats l'un de l'autre, notamment dans les zones de coins de la cellule, ce décollement conduisant à une dégradation irrémédiable de la cellule. Un tel phénomène apparaît par exemple lorsque le cadre de scellement est soumis à des contraintes mécaniques importantes par exemple au cours de l'opération de séparation des cellules unitaires fabriquées en lot par20 découpage mécanique des plaques formant les substrats, lorsque la cellule est pressée mécaniquement pour réaliser un contact électrique avec des moyens de contact ou encore lors du collage sur la cellule d'un polariseur par laminage. On explique ce décollement par la conjugaison de la faible surface de contact de la colle avec les substrats, et de la flexibilité des substrats, cette flexibilité induisant des contraintes mécaniques supplémentaires sur le cadre de scellement par rapport à une cellule "rigide". Une solution à ce problème de décollement pourrait consister à augmenter la largeur du cadre de scellement pour obtenir une résistance satisfaisante de celui-ci au décollement. Toutefois, des essais ont montré qu'il est nécessaire de multiplier au moins par 20 la largeur du35 cadre de scellement (qui est normalement de l'ordre de 1,5 mm) pour obtenir une résistance au décollement satisfaisante. Une telle solution est bien entendu inacceptable en ce qu'elle conduit à une réduction importante de la surface active de la cellule par rapport & sa surface totale. Une autre solution pourrait consister à augmenter l'épaisseur du cadre de scellement, toutefois cela conduirait à une augmentation correspondante de l'écartement entre les substrats avec les conséquences évoqués plus haut. Un autre problème, apparaissant à la fabrication de ce type de cellule, réside dans la difficulté de maîtriser l'épaisseur de la ligne de colle qui forme le cadre de scellement au moment de son dépôt, avant l'assemblage des substrats. Une variation d'écartement des substrats de 0,lpm environ engendre un défaut visible à l'oeil nu à la surface de la cellule, notamment à proximité du cadre de scellement. La non maîtrise de l'épaisseur du cadre de scellement est donc préjudiciable à la qualité de l'affichage de la cellule. Les cellules électriques à substrats flexibles présentent donc d'importants problèmes de fiabilité qu'il convient de réduire, voire d'éliminer. L'invention a donc pour but principal de remédier aux inconvénients susmentionnés de l'art antérieur en fournissant une cellule électrique du type comprenant deux lames ou substrats réunis par un cadre de scellement qui est simple et économique à assembler et dans laquelle le risque de dégradation par décollement des substrats lorsque la cellule est soumise à des contraintes d'utilisation normales est considérablement réduit ou supprimé, ces buts étant atteints sans altérer les performances de fonctionnement de la cellule, notamment sans augmenter l'écartement entre les substrats et sans diminuer la surface active de la cellule. A cet effet, l'invention a donc pour objet une cellule électrique du type comprenant un premier et un deuxième substrats parallèles flexibles, écartés l'un de l'autre, portant des électrodes sur leurs faces en regard, ces substrats enfermant entre eux une couche de matière sensible qui peut changer de propriété physique, notamment optique, sous l'effet d'une tension appliquée aux électrodes, ou changer de propriétés électriques sous l'effet d'une contrainte ou d'un rayonnement traversant l'un des substrats, ladite matière sensible étant protégée du contact de l'atmosphère par un cadre de scellement reliant entre elles, de façon étanche, les parties périphériques desdits substrats, caractérisée en ce qu'au moins le premier substrat comprend sur sa face en regard du deuxième substrat au moins une première rainure périphérique continue dans laquelle s'étend au moins une partie dudit cadre de scellement. Grâce à ces caractéristiques, on augmente de façon importante la surface des substrats en contact avec la colle, et donc la résistance au décollement des substrats sans augmenter ni la largeur de cadre de scellement ni l'écartement entre les substrats. Par ailleurs on notera que cette augmentation de la surface de contact de la colle avec les substrats augmente le volume de colle ce qui contribue également à la diminution des risque de fuite de la matière active. La structure de la cellule selon l'invention supprime également de façon avantageuse la nécessité du contrôle délicat du dépôt d'un très faible volume colle pour former le cadre de scellement comme cela était le cas dans l'art antérieur puisque désormais le volume de colle déposée dans le fond de la ou des rainures est plus important d'une part et présente un volume d'expansion important avant de pénétrer dans la zone active de la cellule. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la cellule comprend dans la zone intérieure délimitée par le cadre de scellement et entre les substrats des entretoises déterminants l'écartement des substrats. Ainsi, l'écartement précis des substrats est assuré par la dimension des entretoises qui peuvent avoir la forme de billes ou de fibres. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif et non limitatif en liaison avec le dessin annexé dans lequel: - les figures 1 à 7 sont des coupes partielles de différents modes et variantes de réalisation d'une cellule électrique conforme à l'invention, et - la figure 8 est une vue de dessus d'un des substrats de la cellule représentée à la figure 2. La description détaillée de l'invention qui va suivre va être faite dans le cadre d'une application à une cellule électrique de type à affichage à cristaux liquides, mais il est bien entendu que l'invention n'est aucunement limitée à cette application et que les principes de l'invention sont notamment applicables à d'autre type de cellule électrique telle que par exemple à des cellules électriques pour la production d'énergie électrique à partir du rayonnement solaire. En se référant tout d'abord à la figure 1, on voit un premier mode de réalisation d'une cellule à cristaux liquides selon l'invention qui est désignée par la référence générale numérique 1. La cellule 1, dont seule une partie périphérique est représentée en coupe au dessin, comprend de manière connue un substrat supérieur 2 et un substrat inférieur 4, les substrats 2 et 4 étant réalisés en un matériau flexible par exemple en matière plastique, tel qu'un polycarbonate. Le substrat supérieur 2 et le substrat inférieur 4 sont réunis par l'intermédiaire d'un cadre de scellement 6, formé par exemple à l'aide d'une colle polymérisable. La cadre de scellement dessine un contour fermé le long des bords des substrats 2 et 4 et délimite la zone active de la cellule 1. Le cadre de scellement 6 est lié de façon35 étanche aux substrats 2 et 4 et définit avec ces derniers un volume étanche dans lequel est emprisonné un film de cristaux liquides 8. Les substrats 2 et 4 portent respectivement sur leurs faces en regard 10, 12 des électrodes supérieure 14 et inférieure 16 ayant une configuration prédéterminée. Ces électrodes sont réalisées en matière conductrice, par exemple en matière conductrice transparente du type FITOU (oxyde d'indium et d'étain). Les électrodes 14 et 16 sont reliés respectivement à des contacts extérieurs (non représentés) nécessaires au fonctionnement de la cellule d'une manière bien connue de l'homne de métier. La cellule 1 comprend, en outre, des entretoises E ayant la forme de billes ou de fibres disposées entre les substrats dans la zone active de la cellule, ces dernières qui sont mises en place avant l'assemblage des substrats 2 et 4 déterminent 1 'écartement entre les faces en regard 10 et 12 des substrats. On notera à ce propos que le dessin ne reflète pas l'épaisseur exacte des différents éléments de la cellule et que les épaisseurs sont fortement exagérées pour plus de clarté. Pour fixer les idées, la distances entre le faces 0 et 12 est de l'ordre de 5 à 12 pm, et l'épaisseur des substrats 2 et 4 est de l'ordre de 0,8 à 2 mm. Selon le premier mode de réalisation de l'invention et en se référant aux figures 1 et 8, le substrat inférieur 4 comprend, gravée dans sa face 12, une rainure périphérique 18 continue dans laquelle pénètre le cadre de scellement 6 tandis que le substrat supérieur 2 présente une surface plane dans la zone en regard de la rainure 18. La rainure 18 présente de préférence des parois latérales 20 en dépouille positive ou en d'autre termes qui s'évasent vers l'extérieur. L'évasement des parois latérales 20 permet une préorientation de l'écoulement de la colle lors de l'assemblage des substrats et limite l'effet de pincement qui tend à déplacer brusquement la colle sur les côtés de la rainure et notamment dans la zone active ou encore vers l'intérieur de la cellule lors de 1l'assemblage des substrats 2 et 4. Le profil du fond 22 de la rainure peut quant à lui être d'une forme quelconque. On remarquera à propos que la matière qui forme le cadre de scellement ne remplit pas toute la rainure et ne déborde pas sur les côtés de celle-ci. La largeur de cette rainure est de préférence sensiblement égale à celle des cadres de scellement des cellules de l'art antérieur mais pourrait, le cas échéant, être inférieure si l'on augmente de façon approprié la profondeur de la rainure. A titre d'exemple la rainure la largeur de la rainure est comprise de préférence entre 0,5 et 1 mm et la profondeur de la rainure est comprise entre 0,15 et 0,2 mm. La présence de cette rainure permet donc d'augmenter la surface du cadre de scellement en contact avec les substrats et ainsi d'augmenter par là même l'adhérence de ces derniers au cadre. Cette rainure permet également d'augmenter de volume du cadre de scellement et ainsi d'augmenter la tenue cohésive des substrats. Ces deux augmentations n'affectent pas la largeur du cadre de scellement. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les parois latérales 20 et de fond 22 de la rainure 18 sont traitées à l'aide d'un plasma à l'oxygène, à l'azote ou d'un mélange de tétrafluorure de carbone et d'oxygène pour augmenter leur mouillabilité et ainsi faciliter l'écoulement de la colle le long des surfaces des parois latérales et du fond lors de l'assemblage des substrats. La rainure 18 peut être obtenue directement par injection lorsque l'on utilise des substrats réalisés en matière plastique ou encore par gravage classique lorsque l'on utilise des substrats en verre. Aux figures 2 à 8 on a représenté d'autres variantes et modes de réalisation d'une cellule selon l'invention dans lesquels on a désigné les éléments identiques à ceux décrits en liaison avec la figure 1 par les mêmes références numériques. En particulier la figure 2 montre une variante de la cellule montrée à la figure 1 dans laquelle le substrat supérieur 2 comprend également un rainure 18 identique à celle ménagée dans le substrat inférieur 4, et ménagée sensiblement en regard de cette dernière. Ainsi, lorsque les substrats sont assemblés, les rainures 18 respectivement de chacun des substrats définissent un canal C dans lequel pénètre le cadre de scellement 6. On notera que ce mode de réalisation offre de manière avantageuse une surface de contact deux fois plus importante des substrats 2 et 4 avec la colle qui forme le cadre de scellement 6 que dans le cas du premier mode de réalisation ce qui augmente bien entendu la résistance de l'assemblage des substrats. A titre indicatif, l'assemblage des substrats 2 et 4 des modes de réalisation décrits ci-dessus peut être réaliser par le simple dépôt d'une quantité appropriée de colle dans la rainure 18 d'un ou des substrats 2 et 4 et par l'application classique d'un des substrats sur l'autre en s'assurant dans le cas de la variante décrite à la figure 2, que les rainures soient sensiblement en regard l'une de l'autre, les espaceurs ayant été préalablement été disposés sur un des substrats. En se référant maintenant à la figure 3 on a représenté un deuxième mode de réalisation dans lequel le substrat supérieur est identique au substrat supérieur représenté de la cellule à la figure 1 et dans lequel le substrat inférieur 4 comprend deux rainures 18 périphériques continues ayant des contours sensiblement parallèles. Dans ce mode de réalisation, les rainures 18 sont séparées l'une de l'autre par une portion plane ou bande 24 de la face 12, cette bande 20 se trouvant sensiblement au même niveau que la face 12 du substrat 4. Comme cela ressort de la figure, le cadre de scellement 6 pénètre dans ce cas à la fois dans les rainures 18 et dans l'espace délimité entre la bande 24 et la partie de la face 12 du substrat supérieur qui se trouve en regard. De préférence, et pour assurer un assemblage résistant des substrats, le cadre de scellement 6 s'étend de façon continue dans ces espaces et les remplit complètement. On notera que de manière avantageuse, les rainures 18 et la bande 24 présentent sensiblement une largeur identique, et de préférence, la somme des largeurs respectives des rainures et de la bande est environ égale à la largeur des cadres de scellement des cellules de l'art antérieur. La figure 4 montre une variante de la cellule montrée à la figure 3 dans laquelle le substrat supérieur 2 est identique au substrat inférieur et comprend donc deux rainures 18 ménagées respectivement sensiblement en regard de celles du substrat inférieur 4. Ainsi, lorsque les substrats 2 et 4 sont assemblés, les paires de rainures 18 des substrats inférieur et supérieur définissent deux à deux canaux C1 et C2 dans lesquels pénètrent le cadre de scellement 6. Cette variante de réalisation permet d'augmenter davantage la surface de contact des substrats avec le cadre de scellement et donc la résistance de l'assemblage de ces derniers sans pour cela devoir augmenter la largeur du cadre de scellement 6. Dans les modes de réalisation des figure 3 et 4, l'assemblage est réalisé de préférence en déposant la quantité appropriée de colle sur la bande 24 de l'un ou des deux substrats selon le cas et les substrats sont appliqués classiquement l'un l'autre en s'assurant dans le cas de la variante décrite à la figure 4, que les rainures soient sensiblement en regard l'une de l'autre, les espaceurs ayant bien entendu été préalablement disposés sur un des substrats. Une fois les substrats 2 et 4 assemblés, la colle remplit l'ensemble des volumes délimités par les rainures 18. A la figure 5 est représentée une cellule selon un troisième mode de réalisation de l'invention dans lequel le substrat supérieur 2 est identique au substrat supérieur 2 représenté à la figure 1 et dans lequel le substrat inférieur 4 comprend trois rainures 18 périphériques continues contiguês ayant des contours respectifs sensiblement parallèles. Ces rainures 18 présentent toutes la même section droite et sont donc séparées les unes des autres par des nervures 26 à section triangulaire. La figure 6 montre une variante du mode de réalisation de la figure 5 dans laquelle le substrat supérieur 2 est identique au substrat inférieur 4, les rainures 18 du substrat supérieur 2 étant ménagées sensiblement en regard de celles du substrat inférieur 4. L'assemblage des substrats 2 et 4 des modes de réalisation des figures 5 et 6 est identique à celui décrite en liaison avec les figures 3 et 4 à la différence que la colle est déposée dans la ou les rainures centrales. Il va de soi que pour obtenir un assemblage des substrats ayant une résistance optimale le volume de colle formant le cadre de scellement 6 doit être tel qu'il rempliisse la totalité du volume défini par les rainures 18 sans toutefois déborder dans la surface active de la cellule. A la figure 7 est représenté un quatrième mode de réalisation de l'invention dans lequel les deux substrats 2 et 4 comprennent chacun deux rainures 18, 28 périphériques continues superposées la rainure 26 la moins profonde ayant une largeur supérieure à celle de la rainure la plus profonde 18, les rainures d'un substrat 2 étant disposées en regard des rainures 18, 28 de l'autre substrat 4. Comme dans les autre modes de réalisation, le cadre de scellement 6 s'étend dans ces rainures 18, 28. De façon avantageuse, le volume supplémentaire créé par la rainure 28 constitue un volume d'expansion dans lequel, le cas échéant le surplus de colle formant le cadre de scellement 6 peut s'écouler lors de l'assemblage des substrats 2 et 4. Cela évite ainsi que la zone active soit polluée par la colle dans le cas du dépôt d'un volume de colle trop important dans la rainure 18. On notera, de manière avantageuse, que les modes de réalisation représentés aux figures 2 à 7 offrent une grande surface de contact des substrats 2 et 4 avec la colle qui forme le cadre de scellement 6. De manière idéale, et pour tous les modes et/ou variantes de réalisation qui viennent d'être décrits, le volume total de colle déposé dans l'une et/ou l'autre des rainures 18 est déterminé de sorte qu'une fois les substrats assemblés le volume des rainures 18 soit totalement rempli sans toutefois que la colle ne déborde15 dans la zone active de la cellule 1. REVENICATIONS 1. Cellule électrique du type comprenant un premier et un deuxième substrats parallèles flexibles, écartés l'un de l'autre, portant des électrodes sur leurs faces en regard, ces substrats enfermant entre eux une couche de matière sensible qui peut changer de propriété physique, notamment optique, sous l'effet d'une tension appliquée aux électrode, ou changer de propriétés électriques sous l'effet d'une contrainte ou d'un rayonnement traversant l'un de celui-ci, ladite matière sensible étant protégée du contact de l'atmosphère par un cadre de scellement reliant entre eux, de façon étanche, caractérisée en ce qu'au moins le premier substrat comprend sur sa face en regard du deuxième substrat au moins une première rainure périphérique continue dans laquelle pénètre au moins une partie dudit cadre de scellement. 2. Cellule électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend dans la zone intérieure délimitée par le cadre de scellement et entre les substrats des entretoises déterminants l'écartement des faces en regard des substrats. 3. Cellule électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le premier substrat comprend au moins une deuxième rainure périphérique continue ayant un contour parallèle à celui de la première rainure, ladite deuxième rainure étant ménagée au voisinage de ladite première rainure et en ce qu'une partie dudit cadre de scellement pénètre dans ladite deuxième rainure. 4. Cellule électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le premier substrat comprend une deuxième rainure périphérique continue ayant un contour parallèle à celui de la première rainure, ladite deuxième rainure ayant une largeur supérieure à celle de la première rainure et étant superposée à ladite première rainure et en ce qu'une partie dudit cadre de scellement35 pénètre dans ladite deuxième rainure. 5. Cellule électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le deuxième substrat comprend une rainure ménagée sensiblement en regard de ladite première rainure, et dans laquelle pénètre également au moins une partie dudit cadre de scellement. 6. Cellule électrique selon la revendication 3, caractérisée en ce que le deuxième substrat comprend au moins deux rainures ménagées respectivement sensiblement en regard desdites au moins première et deuxième rainures et dans lesquelles pénètre au moins une partie dudit cadre scellement. 7. Cellule électrique selon la revendication 4, caractérisée en ce que le deuxième substrat comprend deux rainures périphériques continues superposées, une des rainures ayant une largeur supérieure à celle de l'autre, ces deux rainures s'étendant en regard desdites première et deuxième rainures et en ce qu'une partie dudit cadre de scellement pénètre dans les deux rainures. 8. Cellule électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la ou les rainures comprennent des parois latérales en dépouille positive. 9. Cellule électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les parois intérieures des rainures sont traitées à l'aide d'un plasma à l'oxygène, à l'azote ou au CF4 02. 10. Cellule électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la profondeur des rainures est comprise entre 0,15 et 0,2 mm. 11. Cellule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'écartement entre les faces en regard des substrats est compris entre 5 et 12 pm. 12. Cellule selon l'une quelconque des revendication précédentes, caractérisée en ce que les substrats ont une épaisseur comprise entre 0,8 et 2 mm et de préférence entre 1 et 1,5 mm.