DE10132114A1

DE10132114A1 - Production of a liquid crystal display used for optical switches and displays comprises using an anodic bonding step to form a temperature resistant adhesion frame, and structuring the adhesion frame to produce an equalization chamber

Info

Publication number: DE10132114A1
Application number: DE2001132114
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Cornelius; Andreas Kragge
Original assignee: Codixx AG
Current assignee: Codixx AG
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2003-01-23
Anticipated expiration: 2021-06-29
Also published as: DE10132114B4

Abstract

Production of a liquid crystal display comprises using an anodic bonding step to form a temperature resistant adhesion frame (4); and structuring the adhesion frame to produce an equalization chamber (3) via which the pressure in the cell can be equalized. Glass polarizers are used in the process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von LC- Zellen für einen erweiterten Temperaturbereich gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a method for producing LC Cells for an extended temperature range according to the Preamble of claim 1.

Der mechanische Aufbau von Flüssigkristall-Zellen besteht im wesentlichen aus zwei parallel angeordneten Glassubstraten (Peter M. Knoll, "Displays", Dr. Alfred Hüthig Verlag Heidelberg, 1986). The mechanical structure of liquid crystal cells consists in essentially of two glass substrates arranged in parallel (Peter M. Knoll, "Displays", Dr. Alfred Hüthig Verlag Heidelberg, 1986).

Der Abstand der Glassubstrate zueinander wird über eingestreute Abstandhalter vorgegeben. Im Bereich des Randes sind die Glassubstrate über einen aus einem Glaskleber bestehenden schmalen geschlossenen Kleberahmen miteinander verbunden. Die Zelle ist damit hermetisch versiegelt. Der Zwischenraum zwischen den Substraten ist vollständig mit Flüssigkristall ausgefüllt. The distance between the glass substrates is about interspersed spacers specified. In the area of the edge are the glass substrates over one made of a glass glue existing narrow closed adhesive frame with each other connected. The cell is hermetically sealed. The Gap between the substrates is completely with Liquid crystal filled.

Um die doppelbrechenden Eigenschaften des Flüssigkristalls für optische Schalter oder optische Anzeigen auszunutzen, werden die Zellen auf beiden Substratflächen mit Polarisatoren versehen. Verschiedene Hersteller bieten hierfür Polarisatoren auf der Basis von gereckten Kunststofffolien an. Dieser Aufbau der LC-Zellen ist für einen Arbeitstemperaturbereich von -40°C bis maximal +90°C geeignet (NITTO DENKO CORPORATION, "Films for Liquid Crystal Displays", Product Information). To the birefringent properties of the liquid crystal for to use optical switches or optical displays the cells on both substrate surfaces with polarizers Mistake. Various manufacturers offer polarizers for this on the basis of stretched plastic films. This structure The LC cells are for a working temperature range of -40 ° C suitable up to a maximum of + 90 ° C (NITTO DENKO CORPORATION, "Films for Liquid Crystal Displays ", Product Information).

Es gibt im wesentlichen drei Faktoren, die den Arbeitstemperaturbereich einschränken. There are essentially three factors that affect the Restrict the working temperature range.

Der erste Faktor ist der auf Kunststofffolien basierende Polarisator. Bei Arbeitstemperaturen über 100°C geht die eingefrorene Reckung zurück und die Folien verlieren die für die LC-Bauelemente wichtigen Polarisationseigenschaften. The first factor is that based on plastic films Polarizer. At working temperatures above 100 ° C frozen stretching back and the films lose the for the LC components have important polarization properties.

Der zweite Faktor ist der Flüssigkristall. Die flüssigkristalline Phase liegt nur in einem begrenzten Temperaturbereich vor. Reine Flüssigkristallsubstanzen sind im allgemeinen nur in einem sehr engen Temperaturbereich flüssigkristallin und sind daher für die allgemeine Anwendung, z. B. in der Anzeigentechnik, nicht einsetzbar. Die flüssigkristaline Phase kann jedoch in hohen Temperaturbereichen auftreten. Um einen weiten Arbeitstemperaturbereich, z. B. von Raumtemperatur bis +130°C, einzustellen, werden Mischungen verwendet. Zur Zeit ist eine Mischung mit einem Arbeitstemperaturbereich von -20°C bis +130°C erhältlich. The second factor is the liquid crystal. The liquid crystalline phase is only in a limited Temperature range. Pure liquid crystal substances are in the generally only in a very narrow temperature range liquid crystalline and are therefore for general use, z. B. in display technology, not usable. The However, liquid crystalline phase can be in high Temperature ranges occur. Around a wide working temperature range, z. B. from room temperature to + 130 ° C, set Mixtures used. Currently is a mix with one Working temperature range from -20 ° C to + 130 ° C available.

Der dritte Faktor ist der mechanische Aufbau der Zelle. Bei Änderung der Umgebungstemperatur können sich auf die Glassubstrate hohe Druckunterschiede ergeben, da der Ausdehnungskoeffizient des Füssigkristalls nahezu um den Faktor 100 mal höher ist als der des Glases. The third factor is the mechanical structure of the cell. at Change in ambient temperature can affect the Glass substrates result in high pressure differences because of the Expansion coefficient of the liquid crystal almost by Factor is 100 times higher than that of glass.

Erfolgt der Füllvorgang und das Verschließen der Zelle bei einer vorgegebenen Temperatur, so wird der Innendruck im Betrieb bei höheren Temperaturen steigen. Bei niedrigeren Betriebstemperaturen wird sich ein Unterdruck einstellen. The filling process takes place and the cell is closed a predetermined temperature, the internal pressure in the Operation at higher temperatures increase. At lower ones Operating temperatures will create a negative pressure.

Die Druckunterschiede führen zu Deformationen der Zelle, die sich in einem Aufblähen der Zelle bzw. in einem Einbeulen der Zelle widerspiegeln. Die damit verbundene Volumenänderung reduziert zwar den entstandenen Innendruck geringfügig, hohe Druckkräfte auf die Substrate bleiben jedoch erhalten. The pressure differences lead to deformations of the cell swelling of the cell or bulging of the Reflect cell. The associated change in volume reduces the resulting internal pressure slightly, high However, compressive forces on the substrates are retained.

Im Falle der Druckerhöhung müssen die Kräfte durch die Verbindungstechnik des Kleberahmens gehalten werden. In the event of an increase in pressure, the forces must pass through the Connection technology of the adhesive frame are held.

Bei Druckerniedrigung ist ein Einbeulen im allgemeinen nicht möglich, da die eingestreuten Spacer dieses verhindern. Hier besteht die Gefahr, dass bei zu niedrigen Arbeitstemperaturen sich aus dem Flüssigkristall flüchtige Bestandteile abscheiden und Blasen bilden, die ein Ausfall der Bauelemente bedeuten. When the pressure is reduced, denting is generally not possible because the interspersed spacers prevent this. Here there is a risk that if the working temperature is too low volatile constituents separate from the liquid crystal and form bubbles, which mean a failure of the components.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von LC-Zellen zu entwickeln, mit dem die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und mit dem LC-Zellen zur Verfügung gestellt werden, die für einen Einsatz in höheren Temperaturbereichen als nach dem Stand der Technik bekannt ist, zur Verfügung stehen. The object of the invention is a method for the production to develop from LC cells with the disadvantages of the state the technology can be avoided and with the LC cells Be made available for use in higher Temperature ranges as known in the art is available.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. This task is accomplished by the method with the features Claim 1 solved.

Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass für die Herstellung temperaturbeständiger Verschlussrahmen das Verfahren des "Anodic Bonding" verwendet wird, dass der Verschlussraum so gestaltet wird, dass ein Ausgleichsraum geschaffen wird, über den der Druck in der Zelle weitestgehend ausgeglichen werden kann, dass Glaspolarisatoren verwendet werden. The method according to the invention is characterized in that that for making temperature-resistant Closure frame the method of "anodic bonding" is used that the lock space is designed so that a Compensation space is created, through which the pressure in the Cell can be largely compensated for that Glass polarizers are used.

Damit werden die Hindernisse für eine Anwendung der LC- Elemente, zum Beispiel als Anzeigebauelemente, in Temperaturbereichen über +100°C beseitigt und eine Anwendung bis zu Bereichen von +130°C ermöglicht. The obstacles to the application of the LC Elements, for example as display components, in Temperature ranges above + 100 ° C eliminated and an application up to Allows ranges from + 130 ° C.

Zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims described.

Das Verfahren nach der Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der einzigen Fig. 1 näher erläutert. The method according to the invention is explained in more detail in an exemplary embodiment with reference to the single FIG .

Die Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine LC- Zelle 1 als ein Anzeigeelement mit einem Sichtfeld 2 mit einem doppelten Kleberahmen 4 zur Realisierung eines Ausgleichraumes 3. Der Ausgleichsraum 3 ist nur teilweise mit Flüssigkristall gefüllt. Fig. 1 shows a schematic view of a LC cell 1 as a display element having a field of 2 with a double adhesive frame 4 for realizing a compensation chamber 3. The compensation chamber 3 is only partially filled with liquid crystal.

Für den Einsatz von LC-Zellen in höheren Temperaturbereichen müssen der Arbeitsbereich des Flüssigkristalls erweitert und der thermische Einsatzbereich der Polarisatoren erhöht werden. For the use of LC cells in higher temperature ranges the working area of the liquid crystal must be expanded and the thermal application range of the polarizers can be increased.

Gleichzeitig muss durch geeignete konstruktive Maßnahmen der durch die Ausdehnung des Flüssigkristalls entstehende Innendruck reduziert werden. At the same time, the arising from the expansion of the liquid crystal Internal pressure can be reduced.

Dabei muss gewährleistet werden, dass die für die Substrate verwendete Verbindungstechnik für den geforderten Arbeitstemperaturbereich ausgelegt ist. It must be ensured that the substrates used connection technology for the required Working temperature range is designed.

Die derzeit verwendeten Verbindungstechniken bestehen aus Kleben mit thermisch aushärtbaren Epoxy-Klebern oder UV- aushärtbaren Klebern. Die Kleber sind zwar entsprechend den Herstellerangaben bis ca. 180°C einsetzbar, weisen aber bei wenig über 100°C bereits eine stark verringerte Klebekraft auf und schränken damit ebenfalls den Arbeitstemperaturbereich stark ein. The connection technologies currently used consist of Gluing with thermally curable epoxy glue or UV curable adhesives. The adhesives are in accordance with the Manufacturer information can be used up to approx. 180 ° C, but they do a little less than 100 ° C already shows a greatly reduced adhesive force and thus also limit the working temperature range strong one.

Um den Arbeitstemperaturbereich von LC-Zellen zu erhöhen, werden in Bezug auf die notwendigen Polarisatoren entsprechend der Erfindung entweder

- anstelle der Folienpolarisatoren polarisierende Gläser als die die Substrate ergänzenden Polarisatoren oder
- mit Funktionsschichten ergänzte polarisierende Gläser direkt als Substrate eingesetzt.

In order to increase the working temperature range of LC cells, either with respect to the necessary polarizers according to the invention

- Instead of the film polarizers, polarizing glasses as the polarizers or complementing the substrates
- Polarizing glasses supplemented with functional layers are used directly as substrates.

Die entsprechend der Erfindung eingesetzten Polarisatoren weisen einen Arbeitstemperaturbereich von -40°C bis +450°C auf und können in dieser Hinsicht den Einsatzbereich von LC-Zellen erheblich erweitern. The polarizers used according to the invention have a working temperature range of -40 ° C to + 450 ° C and can be used in this area of LC cells expand significantly.

Zur Druckminderung bei hohen Temperaturänderungen wird der Zellenaufbau erfindungsgemäß verändert, indem der Ausgleichsraum 3 geschaffen wird, der bei einer Temperaturerhöhung den sich ausdehnenden Flüssigkristall aufnimmt. In order to reduce the pressure in the event of high temperature changes, the cell structure is changed according to the invention by creating the compensation space 3 which receives the expanding liquid crystal when the temperature rises.

Bei Temperaturerniedrigung wird der im Raum des Anzeigenbereichs (Sichtfeld 2, Fig. 1) sich vermindernde Anteil des Flüssigkristalls durch den im Ausgleichsraum 3 vorhandenen Flüssigkristall ergänzt. When the temperature drops, the portion of the liquid crystal that decreases in the area of the display area (field of view 2 , FIG. 1) is supplemented by the liquid crystal present in the compensation space 3 .

Hierzu wird z. B. der doppelter Kleberahmen 4 entsprechend Fig. 1 eingeführt. Der entstehende langgestreckte Hohlraum wird in seinem Querschnitt so verändert, dass die Kapillarkräfte des angrenzenden Anzeigenraums höher sind als die Kapillarkräfte im Ausgleichsraum 3. For this, z. B. the double adhesive frame 4 according to FIG. 1 is introduced. The resulting elongated cavity is changed in its cross section so that the capillary forces of the adjacent display space are higher than the capillary forces in the compensation space 3 .

Der flüssigkristallfreie Bereich des Ausgleichsraumes 3 ist vorzugsweise mit einem Gas mit einer im Flüssigkristall geringen Löslichkeit mit geringem Druck zu füllen. Für organische Flüssigkristallsubstanzen ist hier bevorzugt Helium einzusetzen. The liquid crystal-free area of the compensation chamber 3 is preferably to be filled with a gas with a low solubility in the liquid crystal at low pressure. Helium should preferably be used for organic liquid crystal substances.

Ergänzend werden die Wände des Ausgleichsraumes 3 mit Substanzen beschichtet, die die Randanbindungskräfte zwischen Flüssigkristall und Wand erheblich reduzieren. Ein solches Material ist z. B. Teflon. Dieses verhindert, dass ungewollt Flüssigkristall aus dem Anzeigenraum abfließt und dort Bereiche ohne Flüssigkristall entstehen lässt. In addition, the walls of the compensation chamber 3 are coated with substances that significantly reduce the edge binding forces between the liquid crystal and the wall. Such a material is e.g. B. Teflon. This prevents unwanted liquid crystal from flowing out of the display room and creating areas without liquid crystal.

Da die LC-Zellen in ihren Abmessungen, die eingesetzten LC- Substanzen und die LC-Schichtdicken sowie die Arbeitstemperaturbereiche stark variieren, ist eine geometrisch optimierte Auslegung des Ausgleichsraums 3 für jeden Zellentyp erforderlich. Since the dimensions of the LC cells, the LC substances used and the LC layer thicknesses and the working temperature ranges vary widely, a geometrically optimized design of the compensation space 3 is required for each cell type.

Für die Verbindung der Substrate wird eine für den LC- Bauelementebereich neue Verbindungstechnik angewendet, das "Anodic Bonding". Hierzu wird mit Hilfe des reaktiven Sputterns der "Kleberahmen" in der Höhe der zu erzeugenden LC- Schichtdicke aufgebracht. For the connection of the substrates one for the LC Components area applied new connection technology, the "Anodic Bonding". To do this, use the reactive Sputtering the "adhesive frame" at the level of the LC to be generated Layer thickness applied.

Die Substrate werden anschließend über das "Niedrigtemperatur- Anodic-Bonding" bei ca. 300°C miteinander verbunden. The substrates are then over the "low temperature Anodic bonding "at about 300 ° C.

Die Verbindung weist eine hohe Haftfestigkeit bis zu hohen Temperaturen von 400°C auf und hebt damit die durch die zuvor erwähnten Kleber bedingten Einschränkungen der Arbeitstemperaturen auf. Bezugszeichenliste 1 LC-Zelle
2 Sichtfeld
3 Ausgleichsraum
4 Doppelter Kleberahmen
The connection has a high adhesive strength up to high temperatures of 400 ° C and thus eliminates the limitations of the working temperatures caused by the aforementioned adhesive. Reference Signs List 1 LC cell
2 field of view
3 compensation room
4 Double adhesive frame

Claims

1. A process for the production of liquid crystal displays for an extended temperature range using suitable liquid crystal substances, with glass substrates, characterized in that
that the method of "anodic bonding" is used for the production of temperature-resistant closure frames ( 4 ),
that the sealing space is designed in such a way that a compensation space ( 3 ) is created, via which the pressure in the cell can be largely compensated,
that glass polarizers are used.

2. The method according to claim 1, characterized by that TN, STN, FLC components and modifications of these Components can be realized with it.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the liquid crystal-free area of the compensation space ( 3 ) is filled with a gas of low solubility in the liquid crystal such as helium at low pressure.

4. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the boundary walls in the compensation space ( 3 ) are coated with substances such as Teflon, which reduce the edge binding forces between the liquid crystal and the wall area.

5. The method according to claim 1, characterized in that that for the polarizers dichroic glass polarizers be used.

6. The method according to claim 5, characterized in that that the dichroic glass polarizers cover the entire surface High temperature adhesives can be glued to the substrates.

7. The method according to claim 5, characterized in that that instead of the glass substrates dichroic Glass polarizers are used.