DE2328345A1

DE2328345A1 - Fluessigkristallzelle

Info

Publication number: DE2328345A1
Application number: DE2328345A
Authority: DE
Inventors: Shigemasa Furuuchi; Ryujiro Muto; Hiromichi Nishimura; Katsuo Uchijima; Hiroshi Ukihashi; Kanagawa Yokohama
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1972-06-06
Filing date: 1973-06-04
Publication date: 1973-12-20
Also published as: DE2328345C3; FR2188188B1; US3871746A; JPS5225099B2; FR2188188A1; JPS4917747A; CH574615A5; GB1372819A; DE2328345B2

Description

A-107 ■
1A-510

ASAHI GLASS CO., LTD., Tokyo, Japan

Fliissigkristallzelle

Die Erfindung "betrifft eine Flüssigkristallzelle mit einer kristallinen Flüssigkeit in einer durch zwei im Abstand voneinander angeordnete Platten ^gebildeten und mit einem organischen Polymeren abgedichteten Zelle.

Bisher wurden Fliissigkristallzellen für optische Anzeigevorrichtungen oder Lichtventile oder dgl, verwendet. Die Zelle besteht aus zwei Platten, welche mit einem Abstandselement in einem vorbestimmten Abstand gehalten s"ind. Die Zelle ist mit einem Dichtungsmittel abgedichtet. Mindestenseine der Platten ist transparent. Es sind verschiedene Verfahren zum Abdichten mit anorganischen Dichtungsmassen, wie z. B. mit niedrig schmelzender Glasfritte oder mit organischen Dichtungsmassen, wie z. B. mit Epoxy-Dichtungsmassen oder mit in der Hitze abdichtendem PiIm bekannt geworden. Hinsichtlich der Lebensdauer der Pllissigkristallzelle spielt die Dichtemasse eine wesentliche Rolle. Eine völlig befriedigende Dichtmasse oder ein Verfahren zum Abdichten der Plüssigkristallzelle wurden noch nicht gefunden. Oft wird wegen der relativ schlechten Dichtmasse die praktische Verwendung als optische Anzeigevorrichtung oder als !lichtventil gestört oder unmöglich gemacht. Wenn eine anorganische Dichtmasse verwendet wird, so wird die Lebensdauer der Flüssigkristallzelle weniger stark herabgesetzt als bei einer organischen Diehtmasse. Die Arbeitsweise zum Dichten mit einer

309851/089S

anorganischen. Dichtmasse ist jedoch recht kompliziert. Daher unterliegt das Abdichten mit anorganischen Dichtmassen erhebr liehen Beschränkungen hinsichtlich der Anwendbarkeit; Wenn andererseits eine organische Dichtmasse verwendet wird, so ist zwar die Arbeitsweise vereinfacht, die kristalline Flüssigkeit wird jedoch durch die Berührung mit der Dichtmasse z. B. mit einer Epoxy-Dichtmasse, nachteilig beeinflusst. Es kommt zu einer Verschlechterung oder Zersetzung der kristallinen Flüssigkeit. Es bilden sich Blasen und die kristalline Flüssigkeit verfärbt rasch. Es wurde bereits vorgeschlagen, einen in der Hitze abdichtenden Film zu verwenden, wie z. B. einen ITylonfilm oder einen Epoxy-Film oder einen Butyral-Film oder einen Polyäthylen-Film. Die bekannten in der Hitze abdichtenden Filme zeigen jedoch allesamt den Nachteil, einer hohen Feuchtigkeitsdurchlässigkeit, so daß der Feuchtigkeitsgehalt in der kristallinen Flüssigkeit aufgrund von Feuchtigsdurchgang durch den Film steigt wenn die Flüssigkristallzelle während längerer Zeit in Gebrauch ist. Hierdurch bilden sich Bläschen und die kristalline Flüssigkeit wird zersetzt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flüssigkristallzelle mit einer Dichtmasse zu schaffen, welche chemisch, mechanisch und elektrisch stabil ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das organische Polymere, welches als Dichtmasse dient, ein Tetrafluoräthylen-Äthylen-Gopolymeres oder ein Chlortrifluoräthylen-Äthylen-Copolymeres ist.

Es ist bevorzugt, daß die Dichtmasse Abstandselemente enthält, welche zur Aufrechterhaltung des Abstands zwischen den beiden Platten dienen. Die erfindungsgemäße Flüssigkristallzelle ist hermetisch nach außen abgedichtet und der Abstand zwischen den beiden Platten ist äußerst gleichförmig.

309851/0891

Im folg"enden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. .

Es zeigen:

Pig. 1 eine Draufsicht einer Platte der erfindungsgemäßen Plüssigkrlstallzelle mit der Dichtmasse;

Pig. 2 eine Draufsicht der P-lüssigkristallzelle und Pig. 3 einen Schnitt entlang der Linie Ä-A der Pig. 2.

Das Tetrafluoräthylen-Äthylen-Copolymefe (im folgenden als C P.-CpEL-Copolymeres "bezeichnet) und das Chlortrifluoräthylen-lthylen-Copolymere (im folgenden als CpClP^-C„IL-Copolymeres "bezeichnet) haben keine Reaktivität in Bezug auf die kristalline Plüssigkeit und die Peuchtigkeitsdurchlässigkeit ist sehr gering. Außerdem ha"ben diese Polymere ausgezeichnete chemische, mechanische und elektrische Eigenschaften, wie z. B. dielektrische Eigenschaften. Darüber hinaus ist die Pormbarkeit zufriedenstellend und auch die Haftung der Platten wird durch Verwendung dieser Copolymeren verbessert.

Ein optimales C^P.-CJEL-Copolymeres oder C meres weist 60 bis 30 Molprozent der CpEL-Componente im Copolymeren auf und besitzt eine (weiter unten definierte)

3^V volumetrische Strömungsgeschwindigkeit von 30 - 300 mm /see Im folgenden soll der Begriff "volumetrische Strömungsgeschwindigkeit" definiert werden:

1g einer Probe wird bei einer vorbestimmten Temperatur aus einer Düse mit 1 mm Durchmesser und 2 mm Rand unter einem Druck von 30 kg/cm extrudiert. Das Volumen des geschmolzenen Polymeren, welches pro Sekunde extrudiert wird, wird als volumetrische Strömungsgeschwindigkeit definiert. Diese hat die Einheit mm /see. ι

Die Werte werden mit einem "Strömungsmesser "bestimmt.

Die vorbestimmte Temperatur liegt im Bereich solcher Temperaturen, bei denen das Polymere formbar ist (zwischen der Temperatur, bei der die Fließfähigkeit beginnt und der thermischen Zersetzungstemperatur), Vorzugsweise wird eine Temperatur nahe der Temperatur, bei welcher die Fließfähigkeit beginnt, gewählt. Die Temperatur liegt vorzugsweise im Bereich von 260 - 360 ⁰C für das C₃P.-C^-Copolymere und im Bereich von 240 - 320 ⁰C für das C₂GlF^-C₂H₄-Copolymere. Die Temperatur sollte nicht höher als die thermische Zersetz'ungs temperatur sein.

Die erfindungsgemäße Flüssigkristallzelle hat ausgezeichnete chemische, mechanische und elektrische Eigenschaften und insbesondere eine geringe Feuchtigkeitsdurchlässigkeit. Daher ist die Flüssigkristallzelle äußerst zuverlässig. Die Dichtmasse hat eine ausgezeichnete Verformbarkeit und Haftfähigkeit, Erfindungsgemäß gelingt die hermetische Abdichtung von Flüssigkristallzellen beliebiger Gestalt und Größe auf einfache Weise durch Hitzeabdiehtung. Die Arbeitsweise ist einfach und praktisch.

Es ist bevorzugt, daß die Äthylen-Komponente in dem C„F.-CJI.-Copolymeren oder in dem C-CIF^-CJE^-Copolymeren 30 60 Molprozent beträgt. Wenn der Tetrafluoräthylen-Gehalt oder der Chlorfluoräthylen-Gehalt in dem Copolymeren zu gering ist, so sind die chemische Widerstandsfähigkeit und die thermische Stabilität nicht groß genug, während bei einem zu hohen Gehalt an Tetrafluoräthylen oder an Chlorfluoräthylen die Formbarkeit und die Haftfestigkeit herabgesetzt sind. Es ist insbesondere bevorzugt, ein Copolymeres mit 40 - 55 Molprozent der Äthylen-Komponente zu wählen.

Die volumetrische Strömungsgeschwindigkeit des Copolymeren unterliegt in einigen Fällen im Hinblick auf die Formbarkeit

309851/08 9 8

- 5 einer Beschränkung·. Gewöhnlich wird die volumetrische Strö-

•z

mungsgeschwindigkeit im Bereich von 30 - 300 mm /see und insbesondere von 40 - 160 mm /see gewählt. Wenn die volumetrische Strömungsgeschwindigkeit außerhalb dieses Bereiches liegt, so sind die Formbarkeit, die Haftfestigkeit, die mechanische Festigkeit, die Dielektrizitätskonstante und die thermische Stabilität oder dgl. herabgesetzt.

Bas OpP.-C₂H.-Copolymere beginnt bei einer Temperatur von etwa 260 - 300 ⁰C zu fließen und zersetzt süi bei einer Temperatur von etwa 340 - 360 ⁰C. Ein optimales C₂F,-C₂H,-Copolymeres beginnt bei 270 - 290 ⁰C zu fließen und hat eine thermische Zersetzungstemperatur von 345 - 355 ⁰C.

Die Temperatur, welche für den Abdichtungsvorgang gewählt wird, liegt vorzugsweise im-Bereich zwischen der Temperatur, bei welcher der Fließzustand beginnt und⁴ der thermischen Zersetzungstemperatur und insbesondere im Bereich von 260 - 360 ⁰C und speziell im Bereich von 270 - 345 ⁰C. Das C₂ClF₅-C₂H.-Copolymere, welches erfindungsgemäß verwendet wird, hat eine Temperatur, bei welcher die Fließfähigkeit beginnt, von etwa 240 - 270 ⁰C und eine thermische Zersetzuhgstemperatur von 310 - 340 ⁰C. Das optimale C₂ClF₅-C₂H.-Copolymere für die vorliegende Erfindung hat eine Temperatur, bei welcher das Fließen beginnt, von etwa 250 - 265 ⁰C-und eine thermische Zersetzungstemperatür von 320 - 335 ⁰C, Für den Abdichtvorgang wird gewöhnlich eine Temperatur im Bereich von 240 - 340 ⁰C und insbesondere von 250 - 320 ⁰C gewählt.

Das C₂F.-C₂H^-Copolymere oder das C₂ClF₅-C₂H.-Copolymere

können nach verschiedenen Polymerisationsverfahren hergestellt werden, wie z. B. durch katalytische Emulsionspolymerisation, durch Suspensionspolymerisation, durch katalytisohe Lösungspolymerisation, durch eine Polymerieation,

309851/0898

welche durch Bestrahlung induziert wird usw. Das Verhältnis der Tetrafluoräthylenlcomponente zur Äthylenkomponente oder das Verhältnis der Chlortrifluoräthylenkomponente zur' Äthylenkomponente kann im oben genannten Bereich ausgewählt werden. Es ist möglich, eine geringe Menge eines anderen Gomonomeren, wie z. B. Propylen, Isobutylen, Vinylfluorid, Hexafluorpropylen, Perfluorvinyläther oder ein Modifiziermittel bei 'der Polymerisation und insbesondere bei der Polymerisation von Tetrafluoräthylen und Äthylen zuzusetzen.

Die Platten der Pllissigkristallzelle können aus anorganischem, Material, wie Glas, Keramik, Metall oder aus organischem Material, wie Kunststoffen bestehen. Die Frontplatte besteht gewöhnlich aus einem transparenten Material wie Glas und die rlickwärtige Platte kann ebenfalls aus einem transparenten oder aus einem undurchsichtigen Material bestehen. Wenn ein Flüssigkristallmaterial mit einem Feldeffekt eingefüllt wird, so wird die Platte gewöhnlich mit einem elektrisch leitfähigen Film beschichtet und vorzugsweise mit einem transparenten elektrisch leitfähigen Film wie SnOp und/oder In₂O,. Dies geschieht durch Vakuumabscheidung. Es ist möglich, die Platte mit einem undurchsichtigen elektrisch leitfähigen Film, wie Aluminium zu beschichten. Der elektrisch leitfähige Film kann im Ganzen auf.die Platte aufgetragen werden oder in einem geeigneten Muster, wie z. B. in Form von Zahlen oder in Form einer X-Y- Matrix zur Anzeige von Buchstaben, Figuren und Bilder oder dgl. Die erfindungsgemäße Flüssigkristallzelle kann alle herkömmlichen Platten umfassen.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Flüssigkristalle wird das C₉F--G₀H.-Copolymere oder das C₉C1F,-C₉H_A-Copolymere

C. Qf (L *t (L j (L τ·

an einer geeigneten Abdichtstelle, wie z. B. den peripheren Bereichen der Platte, in geeigneter Dicke undGestalt aufge-

303851/0898

tragen und die andere Platte-wird darauf gelegt und das Ganze wird auf 240 - 360 ⁰C erhitzt und unter Druck abgedichtet, so daß eine abgedichtete Flüssigkristallzelle erhalten wird. Wenn erfindungsgemäß die Platten in der Hitze unter Verwendung eines copolymeren Films mit 50 u. abgedichtet werden, so erhält man eine Zelle mit einem Zwischenraum im Bereich von 15 - 20 p. Um den Abstand der Platten der Plüssigkristallzelle gleichförmig und in vorbestimmter Weise auszubilden, werden gewöhnlich Abstandsmaterialien dem C_?F.-CpH,-Copolymeren oder dem CpClF-Z-C„H.-Copolymeren einverleibt. Die Dicke der Zelle kann leicht durch das Copolymere, welches die Abstandselemente enthält, festgelegt werden, wenn die Abstandselemente einen vorbestimmten Durchmesser oder eine vorbestimmte Dicke aufweisen. Da das Copolymere und die Abstandselemente einstückig ausgebildet sind kommt die Flüssigkristallzelle mit dem Abstandselement nicht in Berührung, so daß das Flüssigkristallmaterial nicht beeinträchtigt wird. Die Verarbeitbarkeit der Dichtmasse ist gut und erlaubt eine Massenproduktion der erfindungsgemäßen Flüssigkristallzelle. Par die Einverleibung in das Copolymere eignen sich erfindungsgemäß Abstandselemente in körniger Form, wie z. B. Glaskugeln aus Natron-Kalk-Silkat-Glas oder Keramikkugeln aus Aluminiumoxyd, Metallkugeln, Plastikkugeln, Glasfas-ern, Metallfasern, Borsten oder andere faserige Elemente sowie feine Keramikbruchstiicke oder dergleichen.

Vom Standpunkt der Verarbeitbarkeit sind körnige Abstands-'elemente bevorzugt und insbesondere Glaskügelchen oder Keramikkligelchen mit· einem Durchmesser von 5 - 50 n.

Wenn der Copolymer-Film im peripheren Bereich der Platfe angeordnet wird, so werden die auf derjenigen Diagonale liegenden Ecken, an der keine Einlaßöffnungen vorgesehen sind, relativ breit mit dem Copolymer-Film bedeckt oder an diesen Stellen wird ein kleines Stück des Copolymer-Films in die

3 0 9 f" 51/089 B

Ecke gesetzt; nach dem Abdichten in der Hitze wird die Kontur der Ecke teilkreisförmig. Somit ist es möglich, zu verhindern, daß in der Ecke Bläschen verbleiben, wenn das Flüssigkristalliflaterial in die Zelle eingefüllt wird. Solche Bläschen wlirden die' Lebensdauer der kristallinen -Flüssigkeit herabsetzen. 'Erfindungsgemäß wird der Verbleib derartiger Bläschen vermieden, so daß eine weitgehend ideale Flüssigkristallzelle geschaffen wird.

Die Zeichnung zeigt schematisch verschiedene Ansichten einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkristallzelle. Fig. 1 zeigt eine Draufsicht einer Frontplatte (1) mit einem Film (4) aus dem CpF,-CpEL-Copolymeren oder dem CpClI^-CpH.-Copolymeren in den peripheren Bereichen.

Pig. 2 .zeigt eine Draufsicht einer Flüssigkristallzelle, welche dadurch hergestellt wurde, daß eine rückwärtige Platte 7 auf die mit dem PiIm (4) versehene Frontplatte (1) gemäß Pig. 1 aufgelegt und mit einer Klemme oder Zwinge aufgepreßt wurde, wobei 20 min auf 330 ⁰C erhitzt wurde.

Pig. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A der Pig. 2.

Bei dieser Ausführungsform bestehen die Prontplatte (1) und die rückwärtige Platte (7).aus.Glas..Sie sind mit einem elektrisch leitfähigen PiIm (3) bedeckt und das Flüssigkristallmaterial (6) wurde durch einen Einlaß (5) in der rückwärtigen Platte (7) eingefüllt. Wenn der PiIm (4) aus Cpi\-OpH.-Copolvmerem oder aus CpGlF^-CpH.-Copolymerem in den peripheren Bereichen der Prontplatte angeordnet wird, so legt man in die Ecken einer Diagonale kleine Filmstückchen (8). Bei dem Abdichten in der Hitze nehmen diese Ecken eine teilkreisförmige Kontur an. Es ist so möglich, das Flüssigkristallmaterial einzufüllen, ohne daß Bläschen in den Ecken verbleiben.

309851/08 9

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Beispiel 1

Ein. Film aus einem Tetrafluoräthylen-Äthylen-Copolymerem (Cp¹V^:C2^A = 53 .: 47; volumetrische Fließgeschwindigkeit = 80 mm^/sec bei 300 ⁰C) mit 50 u Dicke wird im peripheren Bereich einer Frontplatte angeordnet und eine rückwärtige Platte darauf gelegt und die beiden werden mit einer Klemme unter einem Druck von 1·- 2 kg/cm zusammengepreßt und während 20 min auf 330 -⁰O erhitzt, wobei eine Zelle erhalten wird, welche im peripheren Bereich abgedichtet ist. Die Dicke der Zelle beträgt 15 - 20 ji.

Beispiel 2 '

Ein PiIm aus Chlortrifuloräthylen-Äthylen-Copolymerem (C₀ClI¹,:C₃H. = 51 : 49; volumetrische Fließgeschwindigkeit = 75 mm /see bei 280 C) mit einer Dicke von 50 ti wird im peripheren Bereich einer Frontplatte angeordnet und eine rückwärtige Platte wird darauf gelegt und die beiden werden

mit einer Klemme unter einem Druck von 1-2 kg/cm zusammengedrückt und während 15 min auf 280 ⁰C erhitzt. Man erhält eine im peripheren Bereich abgedichtete Zelle. Die Dicke der Zelle beträgt 15-2Op.

Beispiel 3

2 kg Tetrafluoräthylen-Äthylen-Copolymeres gemäß Beispiel "1 werden mit 1 g Glaskügelchen von einem Durchmesser von 15 --1Ou. vermischt und die Mischung wird in Form einer Faser mit einem Durchmesser von 200 ti extrudier't. Das faserige Material .wird im peripheren Bereich einer Frontplatte angeordnet und· die rückwärtige Platte wird darauf gelegt und das Ganze wird in der Hitze abgedichtet. Man erhält eine Zelle mit einer Dicke

309851/0888 ·

- ίο -

Beispiel 4

Eine kristalline Flüssigkeit (p-Methoxy-benzyliden-p-nbutylanilin und p-Äthoxy-benzyliden-p-n-butylanilin = 1:1) wird in eine Zelle einfüllt, welche am Rand gemäß Beispiel 1 oder Gemäß Beispiel 2 abgedichtet ist.

Eine Gleichspannung von 30 Volt wird ständig an die Zelle angelegt um die Lebensdauer festzustellen. Nach 5 000 Stunden ist der Betrieb immer noch normal. Zum Vergleich wird ein Nylonfilm als Dichtmaterial verwendet und die gleiche kristalline Flüssigkeit wird eingefüllt. Man legt eine Gleichspannung von 30 Volt ständig an. die Flüssigkristallzelle an, um die Lebensdauer zu bestimmen. Nach 600 Stunden erscheinen Bläschen in der Zelle.

309851/0898

Claims

PA TEITAN SPRÜCHE

1. Pliissigkristallzelle mit .einer kristallinen Flüssigkeit in einer durch, zwei im Abstand voneinander angeordnete Platten gebildeten und am Rand mit einem Polymeren abgedichteten Zelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle mit einem Polymeren vom Typ Tetrafluoräthylen-Äthylen-Copolymeres oder vom Typ Chlortrifluoräthylen-Äthylen-Copolymeres abgedichtet

- ist.

2. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymere ein Molverhältnis der Tetrafluoräthylen-Komponente zur Äthylen-Komponente von 40/60 - 70/30 und eine volumetrische Fließgeschwindigkeit von 30 - 300 mm /see aufweist. '.-"-.

3. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymere ein Morrerhältnis der Chlortrifluoräthylen-Komponente zur Äthylen-Komponente von 40/60 70/30 und eine volumetrische Fließgeschwindigkeit von 30 300 mm /see aufweist.

4. Flüssigkristallzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Abstandselement in dem Copolymeren«

5. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Abstandselemente in Form von Glaskügelchen,;
Keramikkügelchen, Metallkügelchen oder Kunststoffkugelchen
mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 5 - 50 ρ vorgesehen sind.

3098 5 1/0898

Leerseite