Brevet FR2741460A1 — publié le 19970523

PROCEDE DE REMPLISSAGE ET DE SCELLEMENT D'UNE CELLULE COMPARTIMENTEE ET CELLULE AINSI OBTENUE La présente invention concerne un procédé de remplissage et de scellement d'une cellule compartimentée, permettant en une seule fois de remplir avec un matériau liquide actif les compartiments formés par des espaces compris entre les plaques de plusieurs cellules élémentaires contiguës situées dans un même plan, puis d'isoler les compartiments les uns des autres par une unique opération de scellement. Plus particulièrement, l'invention est relative à un tel procédé permettant de remplir, par exemple, des cellules photoélectrochimiques pouvant être mises en série, ou des cellules à cristaux liquides permettant d'obtenir sur un même affichage des contrastes, voire des couleurs différentes dans des zones bien délimitées, par exemple par application de tensions différentes aux électrodes de chaque cellule. L'invention concerne également des cellules compartimentées obtenues par ledit procédé, à des conditions économiquement avantageuses, en raison de la simplification de certaines d'étapes de fabrication. Des cellules transparentes comportant deux plaques en regard pourvues d'électrodes et d'un cadre d'assemblage délimitant un espace rempli d'une composition cristal liquide sont bien connues de l'art antérieur et plusieurs documents concernent leur fabrication selon des modes particuliers, comme indiqué ci-après Le brevet GB 2 039 679 divulgue un procédé de fabrication permettant de remplir en une seule opération un lot de cellules disposées sur un même support entouré d'un joint périphérique d'étanchéité, chaque cellule étant ensuite détachée du support et individuellement scellée. Dans le brevet EP 0 113 838, la cellule comporte plusieurs compartiments communiquant entre eux, et pouvant être remplis d'une composition de cristaux liquides au moyen d'un orifice unique dont le scellement permet de fermer la cellule dans son ensemble, sans pour autant isoler les compartiments les uns des autres. Dans le brevet GB 2 049 214, le procédé décrit permet le remplissage simultané d'un empilement de cellules à cristaux liquides destiné à améliorer la résolution de l'affichage. A cet effet, des trous sont pratiqués dans les plaques, puis alignés de façon à permettre en une seule opération leur remplissage et le scellement d'au moins un orifice extérieur, ce qui ne permet toutefois pas d'isoler les uns des autres les milieux actifs de chaque cellule. Le brevet GB 2 064 843 divulgue un procédé permettant d'obtenir un dispositif d'affichage de grande surface, en remplissant des cellules deux par deux, à travers une fente pratiquée dans l'un des substrats, ladite fente étant ensuite scellée par un cordon ou un ruban adhésif pour constituer un enchaînement de cellules isolées et situées dans un même plan. Comme on le comprend chaque opération de remplissage et de scellement ne peut concerner que deux cellules en même temps. De ce qui précède, il ressort que les procédés de l'art antérieur concernent essentiellement des cellules à cristaux liquides, soit pour une fabrication par lot, soit pour un remplissage simultané de plusieurs compartiments d'une même cellule ou d'un assemblage de cellules, dont au plus deux peuvent être séparées par l'opération de scellement, tout en restant sur le même support. L'invention a donc pour but principal de remédier aux inconvénients susmentionnés de l'art antérieur en fournissant un procédé dans lequel une cellule compartimentée en plusieurs cellules élémentaires est pourvue d'un orifice unique, le cadre d'assemblage et les ouvertures de chaque cellule élémentaire étant conformés de telle sorte qu'il soit possible de remplir en une seule fois toutes les cellules élémentaires d'une même substance liquide active et d'isoler les milieux liquides de chaque cellule élémentaire par une seule opération de scellement. L'invention concerne plus particulièrement un tel procédé pour le remplissage d'une cellule compartimentée constituée par au moins deux cellules élémentaires. L'invention concerne également une cellule obtenue par ledit procédé, et plus particulièrement une cellule dans laquelle les cellules élémentaires sont des cellules photoélectrochimiques pouvant être mises en série. La cellule ainsi obtenue ne comporte aucune limitation quant à sa surface, mais l'invention concerne encore plus particulièrement une telle cellule compartimentée destinée à former la glace ou le cadran d'une pièce d'horlogerie, et à fournir au mouvement la tension utile à son fonctionnement. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de remplissage avec un matériau liquide actif d'une cellule compartimentée en plusieurs cellules élémentaires et le scellement de ladite cellule au moyen d'un matériau d'obturation, dans lequel chaque cellule élémentaire pourvue d'une ouverture est délimitée, d'une part par un premier substrat plan et par un deuxième substrat parallèle au premier, l'un au moins des deux substrats étant transparent, d'autre part par un cadre d'assemblage formé de plusieurs portions reliées entre elles, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à - déposer sur un même premier substrat un moyen d'assemblage pour conformer le cadre d'assemblage de chaque cellule élémentaire en orientant leurs ouvertures respectives vers une chambre de distribution communiquant avec le milieu extérieur au moyen d'un unique orifice de remplissage; - fixer un deuxième substrat sur les faces supérieures des cadres de toutes les cellules élémentaires selon un procédé adapté au moyen d'assemblage utilisé; - remplir toutes les cellules élémentaires avec le matériau liquide actif par l'orifice de remplissage; - introduire dans la chambre de distribution le matériau d'obturation permettant de sceller en une seule fois toutes les ouvertures des cellules élémentaires. L'invention concerne également une cellule compartimentée en plusieurs cellules élémentaires, contenant un matériau liquide actif scellé par un matériau d'obturation, dans laquelle chaque cellule élémentaire pourvue d'une ouverture est délimitée d'une part par un premier substrat plan et par un deuxième substrat parallèle au premier, l'un au moins des deux substrats étant transparent, d'autre part par un cadre d'assemblage formé de plusieurs portions reliées entre elles, le cadre d'assemblage de chaque cellule élémentaire étant situé sur un même premier substrat, les ouvertures respectives de chaque cellule élémentaire débouchant dans une chambre de distribution en communication avec le milieu extérieur par un orifice, ladite chambre contenant le matériau d'obturation permettant d'isoler les cellules élémentaires les unes des autres et du milieu extérieur. A titre de matériau d'obturation on peut choisir parmi les matériaux polymérisables, thermofusibles et thermodurcissables bien connus de l'homme du métier dans les techniques de fabrication des cellules d'affichage. Quand au moyen d'assemblage il peut être choisi parmi une colle, un verre frittable et un matériau polymérisable, thermofusible ou thermodurcissable, ledit moyen d'assemblage pouvant incorporer des espaceurs (billes ou bâtonnets) dans sa composition, comme on pourrait de façon équivalente les incorporer dans le matériau liquide actif. Le dépôt du moyen d'assemblage sur le premier substrat est effectué selon deys procédés connus de l'homme du métier, par exemple par sérigraphie, tampographie ou par application au moyen d'un distributeur-doseur motorisé. La fixation du deuxième substrat sur le cadre d'assemblage est bien entendu fonction du moyen d'assemblage utilisé, et consistera, par exemple, dans le cas d'un matériau polymérisable à provoquer la polymérisation par irradiation, ou élévation de température. Le procédé selon l'invention permet ainsi de réduire le nombre d'opérations, et en conséquence les coûts de production lorsqu'on cherche à obtenir une cellule compartimentée lamellaire dans laquelle toutes les cellules élémentaires doivent coopérer en vue d'une même fonction dans un produit donné. Il en est par exemple ainsi pour une cellule photoélectrochimique, dans laquelle les cellules élémentaires sont destinées à être mises en série pour obtenir une tension suffisante pour l'alimentation du mouvement d'une pièce d'horlogerie.Dans ce cas, chaque cellule élémentaire aura, par exemple, la configuration décrite dans le document US 5 441 827, dans laquelle deux substrats transparents comportent une électrode transparente, le deuxième substrat étant alors revêtu d'une couche nanostructurée d'un oxyde semiconducteur photoélectrochimiquement actif, le matériau liquide actif remplissant la cellule étant un électrolyte. Lorsque la cellule compartimentée est destinée à un affichage, chaque cellule élémentaire est formée de façon connue par deux substrats pourvus d'électrodes structurées, le matériau liquide actif étant alors une composition de cristaux liquides. De façon avantageuse, les cadres d'assemblage des cellules élémentaires ont des portions communes de façon à conférer à la cellule compartimentée un contour géométrique défini, tel qu'un cercle, une ellipse, un carré ou un rectangle. Selon la forme de ce contour géométrique et le procédé de fabrication unitaire ou par lot, il pourra être utile, pour parfaire ce contour, d'effectuer une opération supplémentaire d'usinage le long dudit contour extérieur du cadre d'assemblage, et en particulier au niveau de l'orifice de remplissage. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture détaillée de la description de cellules compartimentées photoélectrochimiques, données à titre d'exemples non limitatifs en liaison avec les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente une vue en perspective, partiellement arrachée d'un premier mode de réalisation avant l'opération de remplissage, de scellement et de finition; - les figures 2 à 4 représentent schématiquement les différentes phases du procédé selon l'invention; - la figure 5 représente une vue de dessus partiellement arrachée d'un deuxième mode de réalisation, et - la figure 6 représente une vue de dessus d'un troisième mode de réalisation. En se référant à la figure 1, on a représenté une cellule photoélectrochimique 1 en forme de disque, compartimentée en trois cellules élémentaires 7, 8, 9 de surface sensiblement égale, lesdites cellules élémentaires étant destinées à être mises en série. Dans l'exemple décrit, la cellule 1 est destinée à former la glace ou le cadran d'une pièce d'horlogerie. Elle est donc de petite dimension et peut être fabriquée par lot à partir de substrats communs à plusieurs cellules compartimentées. Chaque cellule est ensuite découpée selon des lignes géométriques, avant les opérations de remplissage et de scellement, comme représenté schématiquement sur la figure 1 sous forme d'un carré en traits mixtes. Le volume intérieur de chaque cellule est délimité d'une part par un premier substrat 2 commun aux trois cellules élémentaires et par un deuxième substrat 3 parallèle au premier, d'autre part par un cadre d'assemblage formé de plusieurs portions 4, 5, 6 reliées entre elles. La portion 4 est disposée entre les substrats 2 et 3, sous forme d'un anneau ouvert au niveau d'un orifice 21.Une portion 5, en forme d'arc de cercle joignant une zone 4a de la portion 4 et une zone sensiblement diamétralement opposée, définit avec la portion 4 le volume d'une première cellule élémentaire 7 et son ouverture 7a qui débouche dans une chambre de distribution 20, dans la zone diamétralement opposée à la zone 4a. De façon analogue, une portion 6, en arc de cercle, symétrique de la portion 5, délimite avec la portion 4 le volume intérieur d'une deuxième cellule élémentaire 9 et son ouverture 9a. Les portions 5 et 6 délimitent alors le volume intérieur d'une troisième cellule élémentaire 8 et son ouverture 8a. Comme on le voit, l'ensemble de ces trois cellules élémentaires est conçu de telle sorte que leurs ouvertures respectives 7a, 8a, 9a débouchent toutes dans une même chambre 20, en communication avec le milieu extérieur au moyen de l'orifice 21. Sur la figure 1, la chambre 20 présente une extension 22 formée par un prolongement du joint périphérique 4 entre les substrats 2 et 3. Une telle configuration permet de faciliter, voire d'automatiser, les opérations de remplissage et de scellement qui seront expliquées plus loin, mais n'est pas absolument nécessaire, comme on le verra dans les autres modes de réalisation. Pour réaliser une telle cellule photoélectrochimique compartimentée, il convient d'utiliser des substrats 2, 3 transparents revêtus d'électrodes transparentes structurées pour être isolées les unes des autres au niveau des portions 5 et 6, du cadre d'assemblage, communes à deux cellules élémentaires contiguës. Les électrodes supportées par le substrat 2, ou de façon équivalente par le substrat 3, ont à leur surface une couche nanostructurée d'un oxyde semi-conducteur photoélectrochiniquement actif.La mise en série des trois cellules s'effectue selon des modes connus, par des reprises de contacts d'électrodes de chaque cellule, soit à la périphérie, par exemple au niveau de la zone 4a, soit au niveau des portions 5, 6 communes à deux cellules élémentaires au moyen d'une connexion anisotrope d'une portion d'électrode sur un substrat avec une portion d'électrode en regard sur l'autre substrat.De façon équivalente, les connexions électriques permettant de mettre en série les trois cellules peuvent être obtenues en déposant sur toute la surface du substrat 2 une électrode structurée uniquement au niveau de la portion 5, c'est-à-dire en isolant électriquement l'une des électrodes de la cellule 7 par rapport aux électrodes des cellules 8, 9, et inversement en déposant sur le substrat 3 une électrode structurée uniquement au niveau de la portion 6, c'est-à-dire isolant électriquement l'une des électrodes de la cellule 9 par rapport aux électrodes des cellules 7, 8, le matériau photoélectrochimiquement actif étant alors déposé sur les électrodes 7 et 9 portées par le substrat 2 et sur l'électrode 8 portée par le substrat 3, ou inversement. La cellule compartimentée qui vient d'être décrite peut être réalisée par des procédés connus de l'homme de l'art, tant en ce qui concerne le choix des matériaux (substrat, moyen d'assemblage, matériau d'obturation, électrodes, matériau électrochimiquement actif, etc.), qu'en ce qui concerne la mise en oeuvre desdits matériaux. Par contre, cette description permet de comprendre le rôle essentiel joué par la disposition des ouvertures de chaque cellule qui sont en communication, non pas directement avec le milieu extérieur, mais avec un espace intermédiaire, la chambre 20 qui est seule en communication avec le milieu extérieur par l'intermédiaire de l'orifice 21. Ce rôle sera mieux compris en référence aux figures 2 à 4 qui représentent schématiquement une vue de dessus la partie arrachée de la figure 1 au cours des différentes phases du procédé. La figure 2 représente la phase de remplissage à travers un orifice 21 de la chambre 20 avec un électrolyte 23 qui est distribué dans les cellules élémentaires 7, 8 et 9 à travers leurs ouvertures respectives 7a, 8a et 9a. La figure 3 représente la phase de scellement avec le matériau d'obturation 24, par exemple du silicone, qui permet d'obturer à la fois l'orifice de remplissage 21 et les ouvertures 7a, 8a et 9a, en isolant en même temps les milieux électrolytiques de chaque cellule les uns des autres. Le contrôle de l'avancement du matériau 24 à travers les ouvertures 7a, 8a et 9a peut être effectué simplement en ajustant la quantité de silicone injectée au volume de la chambre 20 à remplir. Lorsqu'on utilise un autre matériau d'obturation, par exemple une substance photopolymérisable, on pourra par exemple faire appel à une irradiation sélective des ouvertures permettant d'accélérer à cet endroit la polymérisation du matériau formant le bouchon. A la figure 4, on a représenté l'étape additionnelle consistant à découper les substrats 2 et 3 le long de la portion périphérique 4 du cadre d'assemblage en éliminant l'extension 22 et la partie correspondante du bouchon, de façon à améliorer l'aspect final de la cellule compartimentée ainsi obtenue, ou à pouvoir l'intégrer plus facilement dans un produit fini, à savoir dans l'exemple décrit, en tant que glace ou cadran d'une pièce d'horlogerie. La figure 5 représente, en vue de dessus partiellement arrachée un autre exemple de cellule compartimentée ayant quatre cellules élémentaires 7, 8, 9 et 10 disposées sur un support rectangulaire, avec des ouvertures 7a, 8a, 9a et 10a débouchant dans une chambre 20 en communication avec le milieu extérieur par l'intermédiaire de l'orifice 21 permettant le remplissage et le scellement de ladite cellule. Comme on le voit, la forme rectangulaire permet de faire l'économie de l'extension 22 représentée à la figure 1. Dans les deux exemples précédents (figures 1 et 5), les ouvertures de chaque cellule élémentaire et l'orifice unique de remplissage sont situés dans un même plan, c'est-à-dire que les axes d'injection du matériau liquide actif, à travers la chambre 20, dans chaque cellule élémentaire, puis du matériau d'obturation dans la chambre 20 sont sensiblement parallèles au plan des substrats 2, 3. En d'autres termes l'orifice 21 et les ouvertures de chaque cellule élémentaire sont ménagés dans ou entre les portions du cadre d'assemblage. A la figure 6, on a au contraire représenté une cellule compartimentée dont les quatre cellules élémentaires 7, 8, 9, 10 sont disposées en étoiles sur un support carré, dans laquelle l'axe d'injection de l'orifice 21 est situé dans un plan perpendiculaire au plan dans lequel sont situés les axes d'injection des ouvertures 7a, 8a, 9a et 10a de chaque cellule élémentaire. En d'autres termes, la chambre 20 occupe une position centrale et l'orifice 21 est ménagé à travers l'un des substrats 2 ou 3. Sans sortir du cadre de l'invention, l'homme du métier est en mesure de choisir d'autres formes pour le support de l'assemblage ou pour la chambre de distribution du matériau liquide actif, de même qu'il peut choisir de réaliser des assemblages avec des cellules de volumes différents, le nombre de cellules n'étant limité que par les contraintes techniques rendant possible l'orientation de toutes les ouvertures vers une même chambre de distribution. REVENDICATIONS 1. Procédé de remplissage avec un matériau liquide actif (23) d'une cellule compartimentée (1) en plusieurs cellules élémentaires (7, 8, 9) et de scellement de ladite cellule au moyen d'un matériau d'obturation (24) dans lequel chaque cellule élémentaire pourvue d'une ouverture (7a, 8a, 9a) est délimitée, d'une part par un premier substrat (2) plan et par un deuxième substrat (3) parallèle au premier, l'un au moins des deux substrats (2 ou 3) étant transparent, d'autre part par un cadre d'assemblage formé de plusieurs portions (4, 5, 6) reliées entre elles, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à - déposer sur un même premier substrat (2) un moyen d'assemblage pour conformer le cadre d'assemblage de chaque cellule élémentaire en orientant leurs ouvertures respectives (7a, 8a, 9a) vers une chambre de distribution (20) communiquant avec le milieu extérieur au moyen d'un unique orifice de remplissage (21); - fixer un deuxième substrat (3) sur les faces supérieures des cadres (4, 5, 6) de toutes les cellules élémentaires (7, 8, 9) selon un procédé adapté au moyen d'assemblage utilisé; - remplir toutes les cellules élémentaires avec le matériau liquide actif (23) par l'orifice de remplissage (21); et - introduire dans la chambre de distribution (20) le matériau d'obturation permettant de sceller en une seule fois toutes les ouvertures (7a, 8a, 9a) des cellules élémentaires (7, 8, 9). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le remplissage des cellules (7, 8, 9) en matériau liquide actif (23) et de la chambre de distribution en matériau d'obturation (24) est effectué à travers les ouvertures (7a, 8a, 9a) et l'orifice (21) selon des axes d'injection sensiblement parallèles au plan des substrats (2, 3). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le remplissage des cellules (7, 8, 9) en matériau liquide actif (23) et de la chambre de distribution (20) en matériau d'obturation (24) est effectué à travers l'orifice (21) selon un axe d'injection situé dans un plan sensiblement perpendiculaire au plan des substrats (2, 3) et aux axes d'injection à travers les ouvertures (7a, 8a, 9a). 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau d'obturation est choisi parmi les matériaux polymérisables, thermofusibles et thermodurcissables. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'assemblage est choisi parmi une colle, un verre frittable et un matériau polymérisable et en ce que le dépôt dudit moyen d'assemblage est effectué par un procédé choisi parmi la sérigraphie, la tampographie et l'application par un distributeur-doseur motorisé. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il permet le remplissage d'une cellule compartimentée composée d'au moins deux cellules élémentaires ayant en commun des portions (5, 6) du cadre d'assemblage, ladite cellule compartimentée étant isolée du milieu extérieur par une portion périphérique (4) du cadre d'assemblage délimitant la forme géométrique de ladite cellule. 7. Cellule compartimentée en plusieurs cellules élémentaires (7, 8, 9) contenant un matériau liquide actif (23) scellée par un matériau d'obturation (24), dans laquelle chaque cellule élémentaire pourvue d'une ouverture (7a, 8a, 9a) est délimitée d'une part par un premier substrat (2) plan et par un deuxième substrat (3) parallèle au premier, l'un au moins des deux substrats (2 ou 3) étant transparent, d'autre part par un cadre d'assemblage formé de plusieurs portions (4, 5, 6) reliées entre elles, caractérisé en ce que le cadre d'assemblage de chaque cellule élémentaire est situé sur un même premier substrat (2), les ouvertures respectives (7a, 8a, 9a) de chaque cellule élémentaire débouchant dans une chambre de distribution (20) en communication avec le milieu extérieur par un orifice (21), ladite chambre contenant le matériau d'obturation (24) permettant d'isoler les cellules élémentaires(7, 8, 9) les unes des autres et du milieu extérieur. 8. Cellule compartimentée selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'orifice (21) et les ouvertures (7a, 8a, 9a) sont ménagés dans ou entre les portions (4, 5, 6) du cadre d'assemblage. 9. Cellule compartimentée selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'orifice (21) est pratiqué dans l'un des substrats (2 ou 3), au niveau de la chambre de distribution (20) et que les ouvertures (7a, 8a, 9a) sont pratiquées dans des portions du cadre d'assemblage formant les parois de ladite chambre de distribution. 10. Cellule compartimentée selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que des portions (5, 6) du cadre d'assemblage sont communes à deux cellules élémentaires contiguës, et en ce qu'une portion périphérique (4) du cadre d'assemblage isole les cellules élémentaires du milieu extérieur et délimite la forme géométrique de ladite cellule compartimentée. 11. Cellule compartimentée selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisée en ce que chaque cellule élémentaire est une cellule photoélectrochimique dans laquelle chaque substrat est revêtu d'une électrode transparente, l'une des électrodes comportant une couche d'un matériau semi-conducteur électrochimiquement actif, et dans laquelle le matériau liquide actif est un électrolyte, les électrodes desdites cellules élémentaires étant isolées les unes des autres et pouvant être connectées en série. 12. Cellule compartimentée selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisée en ce que chaque cellule élémentaire est une cellule d'affichage dans laquelle chaque substrat est revêtu d'une électrode, l'une au moins des électrodes étant structurée et dans laquelle le matériau liquide actif est une composition cristal liquide, les électrodes structurées desdites cellules élémentaires étant isolées les unes des autres et pouvant être excitées selon des modes différents. 13. Cellule compartimentée selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que ladite cellule constitue la glace ou le cadran d'une pièce d'horlogerie.