JP2564191B2 - 液晶セル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の背景〕 本発明は、特にスーパー捻れネマチツク（STN）型や
２色性、強誘電性、アナログ型の液晶セルであつて、例
えば温度変化などにより液晶の体積が大幅に変化した場
合に、セルの能動表面に気泡が形成されることを避ける
ように構成された気泡捕獲部（バブルトラツプ）を備え
た液晶セルに関する。

〔従来の技術〕

液晶セルは一般に２個のガラス板の間に液晶フイルム
を介在させて構成されており、両ガラス板の対向する側
が電極で覆われている。これらのガラス板はそれらの周
囲に沿つて延びるシールフレームにより互いに接合され
ている。シールフレームは、その内部に液晶フィルムを
封入する密閉室を形成し、又、（５〜９μｍ）の間隙な
らびに適当な絶縁部を両ガラス板の間に形成している。

この形式のセルには、製造中及び使用中の両方におい
て、数多くの問題がある。

第１の問題は、セルに液晶を充填するときに生じる。
充填作業は、ほこりや気泡などの一切の汚染物を回避す
る状態で実施しなければならない。

従来、セルを液晶に浸漬して充填が行われ、その場
合、セルは最初に、シールフレームに設けた開口の側か
ら高い真空状態にされる。ところが、この充填技術で
は、特に大型のセルの場合、気泡が形成されてセルに可
視的な欠陥が生じる。更に、いくつかの液晶混合物は揮
発性成分を含んでおり、それらが非常に低い圧力に晒さ
れてた時に蒸発するために、液晶セルの組成が変化す
る。従つてこの形式の混合物の場合、充填作業中にその
ような圧力を使用することは不可能であり、使用すると
気泡が形成される。

この不具合を解消するために、JP 59−156,947には、
内側フレームを付加した概ね矩形の液晶デイスプレイセ
ルが記載されており、その内側フレームはシールフレー
ムとともに、セルの能動表面を形成する主室の他に、副
室を形成している。これらの２個の室は、充填用開口に
対向する側に設けた単一の通路開口により互いに連通し
ている。副室は受動表面を形成しており、能動表面から
気泡を排除するために、充填作業中に生じる気泡を捕獲
するように構成されている。

ところがこの解決策は不充分である。液晶をセル内へ
充填用開口から流入させる際、液晶は流れの法則のため
に凸状の充填輪郭を示し、その結果、液晶が通路開口に
到達すると、ほぼ同時に、上述の開口の両側に位置する
主室の各角部に気体が残留し、それが、主室内で容易に
移動できる可視欠陥をセルの表面に生じさせる。更に、
液晶が副室に充満するまでの流路が長いために、この形
式のセルに充填するには長い時間がかかり、このこと
も、セルをこの方式で大量生産する場合の無視できない
不具合となつている。

別の問題が、セルノシールフレームに関して生じる。
シールフレームは２個のガラス板の間に間隙を形成する
が、欠陥のない能動表面を得るためには、一定の厚さに
して２個のガラス板の間に正確な平行度を維持する必要
がある。

これに関し、ガラス板間の間隙に約0.1μｍの狂いが
あると、裸眼で見えるような欠陥がセルの表面に生じ
る。

この問題を解決するために、特に大型のセルの場合に
は、特定の直径を有する複数の繊維又はボールからなる
スペーサーが一般に使用され、２個のガラス板の組み立
て前にスペーサーが所定位置に置かれる。ところが、セ
ルを広い温度範囲（−40℃〜＋80℃）で使用すると、液
晶セルの膨張係数がセルのガラス板の膨張係数よりも大
きいので、セルが膨張又は収縮し、間隙の変化や気泡形
成が生じる。

これについての直接的な解決策としては、表面の単位
面積当りのスペーサーの数を変えればよく、それによ
り、セルの体積を液晶の体積変化に概ね適合させ、気泡
を回避するか、又は、減少させればよい。ところが、セ
ルに振動や外部圧力が加わつた場合、２個のガラス板の
間の間隙が変化し、セルの表示品質が損なわれる。

JP 61−100,587に記載のセルでは、上述の問題を解決
することが試みられている。

この解決策では、液晶セルに２個の隣接する障害物を
充填用開口の直前に配置した状態で設け、それらの障害
物により、セルの主室と連通する空間を形成している。
セルの充填作業中に気泡が緩やかに封入され、この気泡
の体積は、セルが非常に低温になつた場合に変化して、
セルに封入された液晶の体積変化を補償するようになつ
ている。ところが、気泡の捕獲を確実に行うことはでき
ず、体積が大幅に変化した場合、気泡が空間を離れてセ
ルの主室内へ移動する可能性が高い。その場合、気泡を
制御することは不可能である。

更に、JP 54−107,752に記載された液晶セルには、付
加的に設けた矩形のフレームで気泡捕獲部が形成されて
おり、該フレームがシールフレームとともに副室を形成
し、主室がセルの能動表面により形成されている。これ
らの２個の室は、内側フレームの直径方向に対向する２
個の角部に配置した２個の通路開口を介して互いに連通
している。この文献に記載されたセルは充填用開口を備
えておらず、従つて、所定量の液晶をガラス板上に滴下
させて、該ガラス板上に他方のガラス板を配置して密封
することにより充填が行われる。

この充填方法でも、内側フレームの２個の対向する角
部は副室への通路開口を有しておらず、その角部に気泡
が生じる。更に、副室で気泡を捕獲しても、その気泡は
副室内を自由に移動するので、大幅な温度変化が生じた
場合には、副室から逃げる可能性がある。

〔発明の目的〕

従つて本発明の主要な目的は、上記従来技術の不具合
を解決するために、光学的品質が広範囲の温度及び外部
圧力に対して一定のままであり、しかも、大幅な振動に
晒されるような構造に容易に使用できる液晶セルを提供
することにある。そのような構造の例としては、自動車
のバツクミラーがある。

〔発明の要旨〕

従つて本発明は、少なくとも１個の透明な前部板と、
後部板と、両板の間に介装されるシールフレームとを備
え、それらの組立体により液晶フイルムが封入される密
閉空間が形成され、上記液晶フイルムを所定の現象に晒
した時にその１つの光学的特徴を変化させることがで
き、上記空間が少なくとも１個の分離壁部により、能動
表面を形成する主室と、受動表面を形成してセルの全周
にわたつて延びる副室とに分割されており、上記副室に
液晶及び気体が部分的に満たされており、主室が副室に
対して分離壁部に設けた複数の開口により連通している
液晶セルを対象としている。

本発明によると、副室は複数の区画室に分割されてお
り、各区画室が上記開口の少なくとも１つを介して主室
と連通している。

この様に区画室を設け、各区画室を少なくとも１個の
通路開口により主室と連通させたことにより、気泡は区
画室の端部で永久的に捕獲され、そのために、それらの
気泡の無秩序な運動が大幅に減少され、捕獲された気泡
が区画室から主室へ移動する危険性が排除される。

更に、主室に封入された液晶の副室に対する移動進路
長さが大幅に減少され、液晶が循環し易くなる。これに
より、セルの充填作業中、及び、液晶の体積が変化した
時の両方において、主室に気泡が形成されることを効果
的に回避できる。このことは、所要の付加的要素（電極
や鏡等）を付加することのあるこの種のセルを自動車用
バツクミラーに利用する場合に、特に重要である。

本発明の図示の実施例では、これらの区画室がほぼ均
一な体積を有している。

本発明のその他の特徴及び効果について、添付図面に
示す実施例により以下に説明する。

〔実施例〕

以下に本発明の液晶セルを、自動車用バツクミラー及
び自動車のダツシユボード用インジケータに適用した場
合を例に取つて詳細に説明する。

無論本発明は、以下に記載又は提案する用途や実施例
に限定されるものではない。例えば、本発明のセルは、
一般的な方法でインジケータとして使用でき、又、電極
を設けない状態で、コレステリツク型の液晶では温度計
として使用することもできる。

第１図〜第３図に全体を符号１で示す自動車用バツク
ミラーは、本発明の液晶セル２を備えている。一例とし
て、セルは形状が概ね矩形である。

セル２はフレーム３に取り付けてあり、フレーム３は
接着剤により、バツクミラー１のハウジング４に固定さ
れている。

特に第３図から明らかなように、セル２には、反射防
止処理が施された透明な前部板５と、後部板６とがシー
ルフレーム７で互いに接合された状態で公知の如く設け
てあり、それにより形成された密封空間内に、ネマチツ
ク液晶及び２色性染料からなる混合物８が封入されてい
る。

前部板５の内側表面には、例えばインジウム／錫酸化
物の混合物からなる透明電極９が全面にわたつて延びる
状態で設けてあり、又、配向層（図示せず）が設けてあ
る。

又、後部板６には、その内側表面全体にわたつて、対
向電極10、及び、電極を構成できる反射層と、配向層
（図示せず）が設けてある。

更に、セルは充填用開口11aが設けてある。開口11a
は、セル内に液晶を充填した後に、接着剤12（第２図）
のシームにより閉鎖されている。電気的制御ハウジング
13は、例えばバツテリーにより給電されるようになつて
おり、光電変換器14に接続する入力部を備えている。こ
のハウジングは、変換器で受け取られた光の強度を表す
制御信号を電極９及び対向電極10に接続する２個の出力
部にそれぞれ送り、それにより、セル２の吸収度を制御
するようになつている。

図面では、上述の如く形成された組立体の正確な厚さ
は表されておらず、説明のために、その厚さは大幅に誇
張されている。実際には、２個の電極の間の距離は５〜
９μｍである。

本発明によると、上記密封空間は主室15と副室16とに
分割されており、主室15全体には液晶が満たされ、副室
16には液晶が部分的に満たされるとともに、例えば窒素
などの気体が複数の気泡17の形態で満たされている。主
室15はセルの能動表面、すなわち、使用者が見るための
表面を形成しており、その様な表面は、気泡や色むらな
どの可視的欠陥を完全に排除しておかねばならない。一
方、副室は受動表面を形成しており、その様な表面は、
セルをベースに取り付けた状態では、通常は見えない。

副室16は片側がシールフレーム７により囲まれ、他方
の側が内側フレーム18を形成する分離壁部により囲まれ
ている。内側フレーム18は、シールフレーム７から僅か
な距離を隔てて該フレーム７の内周に沿つて延びてい
る。この副室は溝を形成しており、その幅は気泡17が充
填作業中に毛細管現象により捕獲されるように選択され
ている。例えば、寸法が150×100mmのセルでは、上記距
離は約3mmである。このようにして主室15の表面の境界
は内側フレーム18の周縁により形成されている。

これに関し、内側フレーム18はシームフレーム７と同
時に製造することが、レイアウトの面から効果的であ
り、更に、この内側フレームがセルの剛性を高めるとい
う面から、特に大形のセルについては効果的である。

第１図及び第２図から明らかなように、副室16は複数
の区画室19に分割されており、各区画室19は主室に対し
て少なくとも１個の通路開口20で連通して液晶の循環を
許容するようになつている。これらの通路開口はセルの
板５、６の間の間隙よりも寸法が実質的に大きく、その
ために、セル充填作業中、種々の区画室19への流入が急
速かつ均等に行われる。開口が小さすぎると、流れが分
断されることになる。

副室16の区画室、ならびに、種々の通路開口20の位置
は、シールフレーム７の幾何学的形状に応じて決定し、
充填作業中、少なくとも１個の気泡17が各区画室19に捕
獲されるようにすることが好ましい。

図示の実施例では、通路開口20は区画室19の中間部分
に開口しており、そのために、気泡17は各区画室の最も
奥の部分で捕獲され、又、形状が矩形であることを考慮
して内側フレーム18の各角部にも開口が設けてある。無
論、通路開口20を区画室の一方の端部に設けた場合、単
一の気泡が充填作業中に区画室に生じることになる。

各区画室に封入される気体及び液晶の量は、液晶の最
大体積に変化が生じても、充分な量の液晶が区画室に残
留して気泡をそこに捕獲したままとなるように設定して
ある。

例えば寸法が150×100mmで、許容温度変化範囲が−40
℃〜＋85℃であるセルの場合、区画室に封入される気泡
の体積と液晶の体積との比は、セルの形状に応じて、1/
100〜1/1000の範囲で変えることができる。

更に第２図から明らかなように、本発明によると、充
填用開口11bを備えた区画室21は主室15に対して充填用
開口の両側に配置された２個の通路開口20a、20bを介し
て連通しており、従つて、充填作業中に液晶８は２個の
別々の点から同時に流入する。この形式の構造では、特
に、液晶充填工程の最後において上記区画室に気泡22を
自動的に形成できるという利点がある。気泡は、充填用
開口を密封する接着剤12のシームに対向して配置される
ので、接着剤が液晶セルを汚染するという可能性を完全
に排除できる。

次に第４図及び第５図を参照すると、それらの図に
は、本発明によるセルの２つの異なる実施例が示されて
おり、又、上述の要素と同一の要素には同一の符号が付
してある。

第４図及び第５図に示すセル２は、例えば、自動車の
ダツシユボードにはめ込むように設計されたSTN型のマ
トリツクスデイスプレイセルであり、例えば、速度計を
形成している。

セル２は、液晶を全く含まない領域23を中央部分に備
えている。この領域には中央孔が針24を通すために設け
てある。針24はステツピングモータにより駆動され、
又、セルの裏側には、歯車機構が設けてあり、それらに
より、液晶セルの適当な制御部により形成した目盛りに
沿つて針が移動し、例えば速度を表すようになつてい
る。この形式の液晶セルはフランス特許出願FR−88−02
591に詳細に記載されている。

この実施例では、セルは別の副室25を領域23の周囲に
沿つて備えている。この室25は環状で、３個の区画室26
に分割されており、各区画室26が主室に対して通路開口
27を介して連通しているとともに、それぞれ、部分的に
液晶で満たされ、又、少なくとも１個の気泡を含んでい
る。これらの通路開口27は区画室の中間部分（第４図）
又は区画室の端部（第５図）に設けることができる。

第４図の実施例から明らかなように、主室に連通する
開口20は少なくともセルの各角部に設けてあり、更に、
充填用開口11aは副室に直接的に開口している。シール
フレーム７と内側フレーム18はこの開口点で接合されて
いる。但し、同一の温度範囲又は圧力範囲で使用する場
合、副室に封入されている液晶の体積に対する気泡の体
積は、各実施例において概ね等しい。

本発明によると、セル（第２図）の充填作業が以下の
ように行われる。

液晶は充填孔に対向する側の区画室へ入り、その各端
部に気泡を捕獲し、次に、液晶は２個の通路開口から主
室に入る。２個の開口は、そこから液晶が主室へ徐々に
流入する点状流入源を構成している。液晶流は２つの凸
状形状を形成し、両者は徐々に接合して単一の凸状形状
となる。液晶よりも前に、主室に存在する気体は押しや
られて、通路開口を経て副室の種々の区画室を満たし、
それにより気体は気泡の形態となつて各区画室で捕獲さ
れる。

本発明による複数の通路開口は、特に、内側フレーム
の各角部に位置する通路開口がこれらの臨界箇所での気
泡形成を防止する。従つて、主室は液晶により完全に満
たされ、その結果、欠陥のない能動表面が生じる。

更に、本発明によるセルは広い温度範囲にわたつて使
用できる。温度が急激に低下した場合、液晶が収縮し、
一方、主室及び副室の体積は概ね変化しない。ところ
が、主室が副室に対して複数の通路開口を介して連通し
ているので、主室に封入された液晶の体積変化を副室に
封入された液晶により補償することができ、その場合に
は、副室に封入された気泡の体積が増加する。

多数の通路開口を設けることにより、副室に副室に封
入された液晶が移動して、体積変化を補償する場合の進
路長さが短くなつている。この結果、補償動作を高い信
頼性で速やかに行うことができ、主室での気泡形成を防
止できる。

温度が上昇した場合、逆の現象が生じる。すなわち、
液晶が膨張し、その体積変化が、副室に封じ込められた
気泡の圧縮により補償される。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、それぞれ、光反射率が調整可能な
自動車用バツクミラーに適用された本発明の液晶セルの
下面の略図、第３図は第１図のIII−III線に沿う液晶セ
ルの断面図、第４図及び第５図は、それぞれ、自動車の
ダツシユボード用のマトリツクスデイスプレイに適用さ
れた本発明の液晶セルを上方から見た略図である。 ２……液晶セル、５……前部板、６……後部板、７……
シールフレーム、８……液晶、15……主室、16……副
室、17……気泡、18……内側フレーム、19……区画室、
20……通路開口。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも１個の透明な前部板と、後部板
   と、両板の間に介装されるシールフレームとを備え、そ
   れらの組立体により液晶フィルムが封入される密閉空間
   が形成され、上記液晶フィルムを所定の現象に晒した時
   にその少なくとも１つの光学的特性を変化させることが
   でき、上記空間が少なくとも１個の分離壁部により、能
   動表面を形成する主室と、受動表面を形成してセルの全
   周にわたって延びる副室とに分割されており、上記副室
   は、上記シールフレームと、上記主室を囲む矩形状の内
   側フレームを形成する上記分離壁部とによって定めら
   れ、上記内側フレームには、少なくともその角部に開口
   が設けられ、主室は副室に対して上記内側フレームに設
   けた上記複数の開口により連通し、副室は複数の区画室
   に分割されており、上記各区画室が上記複数の開口の少
   なくとも１つを介して主室と連通し、上記各区画室はト
   ラップされた気体を含むことある液晶で満たされてい
   る、ことを特徴とする液晶セル。
2. 【請求項２】上記複数の開口は、それぞれ各区画室の中
   央部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載
   の液晶セル。
3. 【請求項３】上記シールフレームを貫通する充填開口を
   備え、上記充填開口はその両側において上記内側フレー
   ムに並設された２つの開口を有する区画室と連通してい
   ることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶セ
   ル。
4. 【請求項４】液晶を含まない領域を有し、この領域の周
   囲にも上記副室が複数の区画室に分割されて設けられて
   いることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか
   に記載の液晶セル。
5. 【請求項５】少なくとも１個の透明な前部板と、反射コ
   ーティングが施された後部板と、両板の間に介装される
   シールフレームとを備え、それらの組立体により液晶フ
   ィルムが封入される密閉空間が形成され、上記液晶フィ
   ルムを所定の現象に晒した時にその少なくとも１つの光
   学的特性を変化させることができ、上記空間が少なくと
   も１個の分離壁部により、能動表面を形成する主室と、
   受動表面を形成してセルの全周にわたって延びる副室と
   に分割されており、上記副室は、上記シールフレーム
   と、上記主室を囲む矩形状の内側フレームを形成する上
   記分離壁部とによって定められ、上記内側フレームに
   は、少なくともその角部に開口が設けられ、主室は副室
   に対して上記内側フレームに設けた上記複数の開口によ
   り連通し、副室は複数の区画室に分割されており、上記
   各区画室が上記複数の開口の少なくとも１つを介して主
   室と連通し、上記各区画室はトラップされた気体を含む
   ことある液晶で満たされており、さらに、上記前部板お
   よび後部板それぞれの対向する表面に設けられて電気制
   御装置に接続される電極を備えた液晶セルと、 受光した光の強度を表す信号を発生する少なくとも１つ
   の素子と を備え、 上記電気的制御装置は上記の信号に応答して上記液晶セ
   ルの透明度を制御することを特徴とする自動車用バック
   ミラー。