DE3105855A1

DE3105855A1 - Liquid-crystal cell made from plastic, and method for producing it

Info

Publication number: DE3105855A1
Application number: DE19813105855
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr.rer.nat. 7000 Stuttgart Pottharst; Hans Dipl.-Phys. 7141 Schwieberdingen Volz
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1981-02-18
Filing date: 1981-02-18
Publication date: 1982-09-09

Abstract

In a liquid-crystal cell, the two plates enclosing the liquid crystal consist of an organic, fully synthetic plastic. At least one of the two plates is transparent and at least one of the two plates is provided on its entire circumference with a raised rim.

Description

I:lfissigkristallzellc aus Kunststoff und Verfahren zu ihrerI: Liquid crystal cells made of plastic and processes for their

llerstel lung Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallzelle aus Kunststoff für Flüssigkristall-Anzeigeelemente und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Flüssigkristallzelle. The invention relates to a liquid crystal cell Plastic for liquid crystal display elements and a method of manufacturing such a liquid crystal cell.

derartige Flüssigkristallzellen bestehen aus zwei planparallelen Platten, zwischen denen eine mittels eines elektrischen Feldes optisch beeinflußbare kristalline Flüssigkeit eingeschlossen ist und auf deren Innenseite mit anorganischen oder organischen Schichten bedeckte Elektroden vorhanden sind. Der optische Effekt solcher Flüssigkristallzellen ist schon seit längerer Zeit bekannt; sie finden vor allem Verwendung in optischen Anzeigevorrichtungen oder Lichtventilen als steuerbare Lichtschranken oder steuerbare Reflektoren. Iiisher wurden die parallel zueinander angeordneten Platten aus Glas hergestellt, bei einem Abstand von mehreren Mikron bis zu 10 Mikron. Die Einhaltung des Plattenabstandes erfolgt dabei z. B. mittels eines zwischen den beiden Platten am Rand eingeschmolzenen Claslotes, Klebemittels oder einer Klebefolie. Diese Verfahren besitzen aber den Nachteil, daß teilweise infolge eines längeren Wärmeprozesses Auswirkungen auf die kristalline Flüssigkeit als auch auf die Planität der Glasoberfläche oder die Wirkung der Orientierungsschichten auftreten können. Durch die anderen Verfahrensweisen ist nicht immer ein völlig befriedigendes Abdichten der beiden Glasplatten der Flüssigkristallzelle erreicht worden. Zusätzlich weist auch die Verwendung von Glas als Werkstoff für die Platten der Flüssigkristall zelle manchen Nachteil auf, so das relativ hohe Gewicht des Werkstoffes Glas, insbesondere bei größeren Anzeigevorrichtungen aus Plüssigkristalizellen, die Zerbrechlichkeit des Glases, die Kantenschärfe des Clases beim ierstellungsprozess der Flüssigkristallzellen und auch der Preis für die zu verwendeten qualitätsmäßig hochwertigen Glassorten. Außerdem besteht bei der Verwendung von Glas als Werkstoff für die Platten die Gefahr, daß nlkaliionen aus dem Glas in den Flüssigkristall hineindiffundieren und die elektrooptischen Eigenschaften des Flüssigkristalls verändern.Such liquid crystal cells consist of two plane-parallel plates, between which a crystalline which can be optically influenced by means of an electric field Liquid is enclosed and on the inside with inorganic or organic Layers covered electrodes are present. The optical effect of such liquid crystal cells has been known for a long time; they are mainly used in optical Display devices or light valves as controllable light barriers or controllable Reflectors. In the past, the parallel plates were made of glass manufactured at a distance of several microns up to 10 microns. Compliance the plate spacing takes place z. B. by means of one between the two plates claslotes, adhesive or an adhesive film melted at the edge. These procedures but have the disadvantage that partly as a result of a longer heating process Effects on the crystalline liquid as well as on the flatness of the glass surface or the effect of the orientation layers can occur. Through the others Procedures is not always a completely satisfactory sealing of the two Glass plates of the liquid crystal cell have been achieved. In addition, the Some use of glass as a material for the plates of the liquid crystal cell Disadvantage, so the relatively high weight of the material glass, especially with larger display devices made of plüssig crystal cells, the fragility of the Glass, the sharpness of the edges of the glass during the production process of the liquid crystal cells and also the price for the high quality glass types to be used. In addition, when using glass as the material for the panels, there is a risk of that nlkaliionen from the glass into the liquid crystal and the electro-optical Change the properties of the liquid crystal.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristallzelle zu schaffen, die die genannten Nachteile nicht aufweist und gleichzeitig ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Flüssigkristallzelle anzugeben.The invention is therefore based on the object of a liquid crystal cell to create that does not have the disadvantages mentioned and at the same time a process specify for the production of such a liquid crystal cell.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemSß dadurch gelöst, daß die beiden Platten der Flüssigkristaijzelle aus einem organischen vollsynthetischen Kunststoff bestehen, wobei mindestens die eine der beiden 1>latten transparent ist und mindestens die eine der beiden latte auf ihrem ganzen Umfang mit einem erhöhten Rand versehen ist.The object is achieved according to the invention in that the two plates of the liquid crystal cell from an organic fully synthetic Made of plastic, with at least one of the two 1> slats transparent and at least one of the two laths is raised over its entire circumference Edge is provided.

Um beim Betrieb der Flüssigkristallzelle Schattenfehler und Parallaxenwirkungen zu vermeiden, kann es dabei von Vorteil sein, daß die rückseitige Plätte aus einem nichttransparenten, lichtstreuenden oder lichtreflektierenden Kunststoff besteht; z.B.To avoid shadow errors and parallax effects when operating the liquid crystal cell to avoid, it can be advantageous that the back plate from one consists of non-transparent, light-diffusing or light-reflecting plastic; e.g.

aus einem ansonsten transparenten Kunststoff, der Titandioxid als weiße Füllmasse enthält.made of an otherwise transparent plastic called titanium dioxide Contains white filler.

In der Praxis hat sich dabei herausgestellt, daß vorteilhafterweise als Werkstoff Polymethacrylat verwendet wird. Derartige Polymethacrylate sind unzerbrechlich, besitzen eine hervorragende llärte und sind splitterfrei.In practice it has been found that this is advantageous Polymethacrylate is used as the material. Such polymethacrylates are unbreakable, have an excellent hardness and are splinter-free.

Desgleichen kann man vorteilhaft als Werkstoff ein Polykarbonat mit einem mittleren Molekulargewicht von 25 000 bis 50 000 für die beiden Platten verwenden. Derartige Polykarbonate besitzen eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Sonnenlicht und Witterungseinflüssen.Likewise, a polycarbonate can advantageously be used as the material Use an average molecular weight of 25,000 to 50,000 for the two plates. Such polycarbonates have excellent resistance to sunlight and weather conditions.

Auf der Innenseite der beiden Platten sind die zur Erzeugung des elektrischen Feldes notwendigen, elektrisch leitfähigen Elektrodenschichten aus dünnen Schichten oxidische halbleiter wie z.B. Indiumoxid, Zinkoxid, Cadmiumoxid oder hevorzugterweise Indium-Zinn-Oxid aufgebracht.On the inside of the two plates are the ones used to generate the electrical Field necessary, electrically conductive electrode layers made of thin layers oxide semiconductors such as indium oxide, zinc oxide, cadmium oxide or preferably Indium tin oxide applied.

darauf befindet sich eine Beschichtung aus einem anorganischen oder organischen Material als Orientierungsschicht für die Moleküle des Flüssigkristalls, wobei sich in der Praxis eine Beschichtung aus POIyvinylalkohol als besonders geeignet erwiesen hat. Die entsprechende Molekülorientierung wird dabei bekannterweise durch ein entsprechendes Reihen oder Bürsten der so behandelten Platteninnenseiten erzielt. Die Dicke dieser Orientierungsschicht liegt nach den Erfordernissen der Praxis unter 1 um.there is a coating of an inorganic or organic material as an orientation layer for the molecules of the liquid crystal, a coating of polyvinyl alcohol proving to be particularly suitable in practice has proven. The corresponding molecule orientation is known by a corresponding row or brushing of the panels treated in this way is achieved. The thickness of this orientation layer depends on the requirements of practice 1 um.

Die Herstellung der Flüssigkristallzelle geht dabei in der Weise vor sich, daß zuerst die beiden Platten in einem Gießverfahren jede für sich hergestellt wird, wobei mindestens die eine der beiden Platten auf ihrem ganzen Umfang mit einem Rand von 5 - 10 um Höhe versehen ist. In der Praxis hat sich dabei ein Spritzgußverfahren für die herstellung der beiden Platten als besonders vorteilhaft erwiesen. Die Platten können aber auch in der Weise hergestellt werden, daß mindestens bei einer der im Gießverfahren vorgeformten Kunststoffplatten mittels einer Metallmatrix ein vertiefter Innenraum eingepreßt wird.The production of the liquid crystal cell proceeds in the same way that the two plates are first produced individually in a casting process is, with at least one of the two plates on its entire circumference with a Edge of 5 - 10 µm in height is provided. In practice this has proven to be an injection molding process proved to be particularly advantageous for the production of the two panels. The plates but can also be prepared in such a way that at least one of the im Casting process preformed plastic sheets by means of a metal matrix a recessed Interior is pressed in.

Die für die Erzeugung des elektrischen Feldes notwendigen, elektrischen leätfähigen Elektrodenschichten werden auf die beiden Innenseiten der Kunststoffplatten mittels eines Kathodenzerstäubungsverfahrens aufgebracht. Anschließend werden dann diese l'latteninnenseiten mit einer Belegungsschicht beschichtet, die vorteilhaft - wegen des verwendeten Kunststoftes für die Platten - aus einem polymeren organischen Material, vorzugsweise Polyvinyalkohol besteht. Das Aufbringen dieser Belegungsschickt kann dabei durch Aufsciileudern der I:lssigkeit auf die Platten, eintauchen der Platten in die Flüssigkeit oder durch gleichmäßiges Besprühen der Platteninnenseiten mit der Flüssigkeit erfolgen. Für die spätere Molekiilorientierung wird dann diese Schicht durch Reiben oder Bürsten noch entsprechend behandelt.The electric ones necessary for the generation of the electric field Conductive electrode layers are placed on the two inner sides of the plastic plates applied by means of a sputtering process. Subsequently, then these lath insides are coated with a covering layer, which is advantageous - because of the plastic used for the plates - from an organic polymer Material, preferably polyvinyl alcohol. Applying this allocation sends can be immersed by pouring the liquid onto the plates Plates in the liquid or by evenly spraying the inside of the plates done with the liquid. This is then used for the later molecular orientation Layer treated accordingly by rubbing or brushing.

Anschließend wird dann die untere, mit erhöhtem Rand versehene Kunststoffplatte mit der kristallinen Flüssigkeit gefüllt. Darauf wird die obere Platte auf die untere Platte gesetzt und an ihren Auflegestellen mit dem umlaufenden Rand der unteren Platte durch kurzzeitiges Erhitzen verschweißt. Hin kurzzeitiges Erhitzen ist dabei deswegen wichtig, damit eine Schädigung der kristallinen Flüssigkeit durch den Wärmeprozess nicht eintreten kann. ür diesen kurzzeitigen Verschweißungsvorgang hat sich dabei die Verwendung von Laserstrahlen oder ein induktives Erhitzen oder eine IR-Bestrahlung als besonders vorteilhaft erwiesen; die Temperatur für den lokalen Verschweißungsbereich liegt dabei zwischen 250 und 350°C.Then the lower plastic plate with a raised edge is then placed filled with the crystalline liquid. Then the top plate is placed on top of the bottom Plate set and at their support points with the surrounding edge of the lower Plate welded by brief heating. Brief heating is involved It is therefore important to prevent damage to the crystalline liquid from the heating process cannot occur. This short-term welding process has been used the use of laser beams or inductive heating or IR radiation Proven to be particularly beneficial; the temperature for the local weld area is between 250 and 350 ° C.

Die Erfindung wird anhand der beiden nachfolgenden Figuren noch näher erläutert: Fig. 1 zeigt in Aufsicht eine Flüssigkristallzelle.The invention is illustrated in more detail by means of the two following figures explains: Fig. 1 shows a top view of a liquid crystal cell.

Fig. 2 zeigt im Schnitt die beiden Kunststoffplatten vor dem Einfüllen der kristallinen Flüssigkeit und vor dem Verschweißungsvorgang.Fig. 2 shows in section the two plastic plates before filling the crystalline liquid and before the welding process.

In Fig. 1 bedeutet dabei 1 die Flüssigkristallzelle, 2 die Rand- bzw. Verschweißungsfläche, 3 bis 9 sind die Elektrodenkonfigurationen.In Fig. 1, 1 denotes the liquid crystal cell, 2 the edge or Welding area, 3 through 9 are the electrode configurations.

In Fig. 2 bedeutet 1 die obere und 2 die untere Platte mit dem erhöhten Rand 3. Die transparenten Elektroden sind mit 4 und die Orientierungsschicht mit 5 bezeichnet. I)er f)urchmesser der einzelnen Platten beträgt etwa 1 mm, die frhöhiing des Randes ist etwa 10 jum.In Fig. 2, 1 means the upper and 2 the lower plate with the raised one Edge 3. The transparent electrodes are with 4 and the orientation layer with 5 designated. I) the diameter of the individual plates is about 1 mm, the early the edge is about 10 jum.

Das Blockdiagramm gemäß Jig. 3 soll ds erfindungsgemäße Verfahren zur 11erstellung der llüssigkristallzellç noch näher erläutern.The block diagram according to Jig. 3 is intended to ds the method according to the invention explain in more detail about the production of the liquid crystal cell.

Die mit dem Einsatz von Kunststoffplatten anstelle von Glasplatten bei einer Flüssigkristallzelle erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Kunststoffplatten im Gewicht leichter und bruchsicherer sind und keine großen Kantenschärfen aufweisen. Andererseits werden durch die Kunststoffplatten die gestellten Anforderungen in optischer, chemischer und technischer hinsicht voll erfüllt. Dies gilt auch für die Toleranz, d.h. die Rauhigkeit bzw. Welligkeit der Platten aus Kunststoff die unter 1 µm liegt, bei einer Anforderung von 1 bis 2 µm.The one with the use of plastic sheets instead of glass sheets Advantages achieved in a liquid crystal cell are in particular that the plastic sheets are lighter and more unbreakable in weight and not large Have sharp edges. On the other hand, the plastic plates make the Requirements in optical, chemical and technical terms fully met. this also applies to the tolerance, i.e. the roughness or waviness of the panels Plastic that is less than 1 µm, with a requirement of 1 to 2 µm.

Die Herstellungsweise - wie sie auch aus dem Blockdiagramm ersichtlich ist - eignet sich dabei auch besonders für ein vollautomatisches Herstellungsverfahren.The manufacturing method - as can also be seen from the block diagram is - is also particularly suitable for a fully automated manufacturing process.

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Claims

Claims: / 1Liquid crystal cell, consisting of two plane-parallel Plates, between which one can be optically influenced by means of an electric field Liquid is enclosed and on the inside with inorganic or organic Layers covered transparent electrodes are present, d u r c h e k e k e n n z e i c h n e t that the two plates of the liquid crystal cell are made of one organic fully synthetic plastic, with at least one of the both plates is transparent and at least one of the two plates is on top of it the entire circumference is provided with a raised edge.

2) Liquid crystal cell according to claim 1, d a d u r c h e k e n n notices that the back plate is made of a non-transparent, light-diffusing or light reflective plastic material.

3) Liquid crystal cell according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e it is not stated that the plastic is a polymethacrylate acts.

4) Liquid crystal cell according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e it is not stated that the plastic is a polycarbonate with an average molecular weight of 25,000 to 50,000.

5) Liquid crystal cell according to claims 1 to 4, d a d u r c h it is not noted that those present on the inside of the two panels transparent electrodes made of indium tin oxide.

6) Liquid crystal cell according to claims 1 to 5, d a d u r c h it is not noted that the one covering the inside of the two plates Orientation layer consists of polyvinyl alcohol.

7) Method of manufacturing a liquid crystal cell according to a of claims 1 to 6, J a d u r c h g e n n n z e i c h n e t that the two Plates made of an organic fully synthetic plastic individually by means of a Casting process are produced, the transparent electrodes by means of cathode sputtering be applied to the inside of the two panels and the two panels welded to one another at their edge surfaces by means of brief local heating will.

8) A method for producing a liquid crystal cell according to claim 7, that the two plastic plates can be produced individually by means of an injection molding process.

9) Method for making a liquid crystal cell according to claim 7, d u r g e k e n n n z e i c h n e t that at least one of the in one Casting process preformed plastic sheets by means of a metal matrix a recessed Interior is pressed.

10) Method of manufacturing a liquid crystal cell according to a of claims 7 to 9, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the weld of the two plastic plates is carried out on their edge surfaces by means of laser beams.

11) Method of manufacturing a liquid crystal cell according to a of claims 7 to 9, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the weld of the two plastic plates on their edge surfaces by means of a brief inductive l heating takes place.

12) Method of manufacturing a liquid crystal cell according to a of claims 7 to 9, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the weld of the two plastic plates on their edge surfaces by means of brief infrared radiation he follows.