DE3782381T2

DE3782381T2 - Fluessigkristall-vorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung.

Info

Publication number: DE3782381T2
Application number: DE8787307065T
Authority: DE
Inventors: Akira Mase; Hiroyuki Sakayori; Shunpei Yamazaki
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1986-08-08
Filing date: 1987-08-10
Publication date: 1993-03-11
Anticipated expiration: 2007-08-11
Also published as: US4975145A; DE3782381D1; JPH0820638B2; EP0257902A1; US4854675A; CN87105511A; US4954217A; EP0257902B1; CN1014098B; JPS6341828A; US4974939A; US4927493A

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf Flüssigkristall-Vorrichtungen und Verfahren zum Herstellen derselben, und sie betrifft insbesondere Elektrodenanordnungen derartiger Vorrichtungen.
Flüssigkristall-Vorrichtungen, wie sie z. B. aus DE-A- 25 38 212 oder DE-A-30 39 713 bekannt sind, wurden als Anzeigevorrichtungen in Mikrocomputern, Wortprozessoren, Fernsehgeräten usw. verwendet. Eine derartige Anzeigevorrichtung weist üblicherweise ein Paar von Substraten mit einer zwischengefügten Flüssigkristallschicht und eine Elektrodenanordnung zum Anlegen eines elektrischen Feldes an die Flüssigkristallschicht auf. Die Elektrodenanordnung ist in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt, durch die Pixel der Anzeigevorrichtung festgelegt werden. Mit einer geeigneten Spannung, die an einen besonderen Abschnitt der Elektrodenanordnung gelegt wird, wird ein zugehöriger Teil der Flüssigkristallschicht einem elektrischen Feld unterworfen, und in Übereinstimmung mit der Richtung des elektrischen Feldes oder ob Spannung angelegt ist oder nicht, ändert der Flüssigkristall seine optischen Eigenschaften und ein Bild oder ein Zeichen wird dargestellt.
Die Elektrodenanordnung kann z. B. mehrere erste Elektrodenstreifen aufweisen, die in X-Richtung an der Innenfläche eines Substrats angeordnet sind, und eine Mehrzahl zweiter Elektrodenstreifen, die in der dazu rechtwinkligen Y-Richtung auf der gegenüberliegenden Innenfläche des anderen Substrates angeordnet sind. Die Streifen werden üblicherweise durch Photolithographie unter Verwendung von Masken und Photoresisttechniken hergestellt. Selbst wenn das Muster der Elektroden vergleichsweise einfach ist, muß der Photoätzvorgang mit besonderer Genauigkeit ausgeführt werden. Daher erfordert der Photolithographieablauf viele Schritte, und der Preis für eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ist entsprechend hoch.
Um die Unzulänglichkeiten der Photolithographieverfahren bei der Elektrodenherstellung zu vermeiden, hat die Anmelderin einen verbesserten Prozeß vorgeschlagen, bei dem ein Laserstrahl mit linearem Querschnitt auf einen durchsichtigen elektrisch leitenden Film gerichtet wird, der auf einer Substratoberfläche angebracht wurde, sich jedoch nicht bis zu ihrem Rand erstreckt. Die bestrahlten linearen Bereiche des Films werden durch Verdampfen entfernt, wodurch die verbleibenden Bereiche des leitfähigen Films Elektroden oder Anschlüsse festlegen. Bei Verwendung dieses Prozesses werden die vielen Schritte überflüssig, die zum Herstellen von Elektroden durch Photolithographie erforderlich sind, insbesondere ein Beschichtungsschritt, ein Vorbrennschritt, ein Belichtungsschritt, ein Entwicklungsschritt, ein Nachbrennschritt, ein Ätzschritt und ein Schritt des Entfernens des aufgebrachten Photoresists.
Unabhängig davon, wie die Elektroden ausgebildet werden, ist es beim Stand der Technik erforderlich, ein Paar Substrate gegeneinander auszurichten und Elektrodenanschlußflecken mit hoher besonderer Genauigkeit auszubilden, um eine Anschluß fläche für einen externen flexiblen Verbinder einer gedruckten Leiterplatte herzustellen. Aus diesem Grund wurde herkömmlicherweise ein besonderer Rand neben der abgedichteten Kante einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vorgesehen, wie dies unter Bezugnahme auf Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen beschrieben wird.
Fig. 1 ist ein Querschnitt, der eine bekannte Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zeigt. Die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ist mit mehreren ersten Elektrodenstreifen 2', die sich rechtwinklig zum Zeichenblatt erstrecken, einer Mehrzahl zweiter Elektrodenstreifen 2, die sich in Querrichtung in der Ebene des Zeichenblatts erstrecken, und einer Flüssigkristallschicht 5 versehen, die zwischen einem Paar von Substraten 1 und 1' angeordnet ist. Zwischen der Elektrodenanordnung 2 und 2' und einem am Rand der Anzeigevorrichtung vorhandenen Kunststoffdichtungsteil 6 ist ein Toleranzabstand 9 vorhanden, damit sich das Dichtungsteil 6 nicht auf die Elektrodenstreifen 2 und 2' erstreckt. Wenn das Teil die Elektrodenstreifen teilweise abdecken würde, könnte das Flüssigkristallmaterial den zugehörigen Teil des Panels nicht erreichen, und demgemäß würde dieser zugehörige Teil der Anzeigevorrichtung nicht arbeiten. Die Breite des Toleranzrandes 9 kann z. B. 3 bis 5 mm sein. Der Toleranzrand 9 weist jedoch beim fertiggestellten Produkt keine Anzeigefunktion auf, und er erhöht lediglich die Größe der Anzeigevorrichtung im Vergleich zur Nutzanzeigefläche des Flüssigkristallpanels.
Da die Elektrodenstreifen des externen flexiblen Verbinders voneinander um Abstände von nur etwa einigen 100 Mikrometern entfernt sind, müssen darüber hinaus die zwei Substrate einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gegeneinander mit großem Geschick und besonderer Sorgfalt ausgerichtet werden. Dies führt zu einem hohen Preis des Produktes auch wegen verringerten Wirkungsgrades der Herstellung.

Aufgaben und Zusammenfassung der Erfindung

Um die vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden oder zumindest wesentlich zu verringern, gibt die vorliegende Erfindung in einer ihrer Erscheinungsformen ein Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung an, bei dem ein Flüssigkristallmaterial innerhalb einer Zelle abgedichtet wird, die durch ein erstes und zweites Substrat festgelegt ist, und deren einander gegenüberstehende Oberflächen voneinander beabstandet sind, jeweils mehrere voneinander beabstandete langgestreckte Elektroden auf jeder der beiden gegenüberstehenden Flächen aufgebracht werden und die Elektroden auf einer der Oberflächen quer in bezug auf die Elektroden auf der anderen Oberfläche aufgebracht werden, um Anzeigepixel an den Überkreuzungsstellen der jeweiligen mehreren Elektroden festzulegen wie z. B. aus DE-A-25 38 212 bekannt, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß das Abdichten mit einem Material erfolgt, das zwischen die einander gegenüberstehenden Oberflächen der Substrate entlang den Umfangskanten der Anzeigevorrichtung eingefügt wird und einige der Elektroden über ihre gesamte Länge abdeckt, und daß derartige überlagerte Elektroden nicht zum Festlegen von Anzeigepixeln verwendet werden.
Gemäß einer zweiten Erscheinungsform gibt die Erfindung eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung an, mit einem Flüssigkristallmaterial, das innerhalb einer Zelle abgedichtet ist, die durch ein erstes und ein zweites Substrat festgelegt wird, deren einander gegenüberstehende Oberflächen voneinander beabstandet sind, wobei jeweils mehrere voneinander beabstandete langgestreckte Elektroden auf jeder der einander gegenüberstehenden Oberfläche angebracht sind und die Elektroden auf einer der Oberflächen quer in bezug auf die Elektroden auf der anderen der Oberflächen angebracht sind, um Anzeigepixel an den Überkreuzungsstellen der jeweils mehreren Elektroden festzulegen, und mit einem peripheren Schaltungssystem, das an die Elektroden angeschlossen ist, wie ebenfalls aus DE-A-25 38 212 bekannt, welche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Abdichtmaterial, das zwischen die einander gegenüberstehenden Oberflächen der Substrate an den Umfangsrändern der Anzeigevorrichtung eingefügt ist, einige der Elektroden über ihre ganze Länge abdeckt, und daß derartige abgedeckte Elektroden nicht zum Festlegen von Anzeigepixeln verwendet werden und keinen Anschluß an das periphere Schaltsystem aufweisen.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, bei dem langgestreckte Elektrodenstreifen auf den Oberflächen eines ersten und eines zweiten Substrates dadurch hergestellt werden, daß auf ihnen aufgebrachte leitfähige Schichten mit Hilfe eines Excimerlasers beschrieben werden. Die Substrate werden dann aufeinandergelegt, wobei sich die Elektroden auf der einen Substratoberfläche in einer ersten X-Richtung und die Elektroden auf der anderen Substratoberfläche in der dazu querliegenden Y-Richtung erstrecken, wobei der Raum zwischen den Substratoberflächen mit Flüssigkristallmaterial gefüllt wird und der Umfangsrand der so festgelegten Flüssigkristall-Vorrichtung mit einem Kunststoffmaterial abgedichtet wird, das zwischen die Substratoberflächen eindringt und einige der Elektroden in den Außengebieten der Vorrichtung über ihre ganze Länge abdeckt. Beim Ausführen der vorliegenden Erfindung wird keine Anstrengung dahingehend unternommen, das Eindringen des abdichtenden Kunststoffmaterials auf die Elektroden zu begrenzen, und es wird kein besonderer Abstand bei der Anordnung der Elektroden eingehalten, um die Anzeigefläche vom Abdichtmaterial zu trennen; eher wird beim Ausführen der vorliegenden Erfindung so vorgegangen, daß Elektroden auf den Substraten über deren ganze Breite aufgebracht werden, daß keine besonderen Schritte unternommen werden, um die zwei Substrate gegeneinander in besonderer Anordnung aus zurichten, und daß bei der fertiggestellten Vorrichtung bestimmt wird, welche Elektroden Anzeigepixel bilden können, und daß nur diese Elektroden beim Erzeugen eines Bildes verwendet werden, welcher Feststellvorgang Elektroden aus der Anzeigefläche ausschließt, die über ihre ganze Länge vom Abdichtmaterial abgedeckt werden. Auf diese Weise stellt die Erfindung deutliche Kostenvorteile gegenüber dem Stand der Technik sicher.
Weitere Merkmale der Erfindung werden ausführlich in den beigefügten Ansprüchen dargelegt und werden unter Berücksichtigung der folgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele deutlich, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Querschnitt, der eine bekannte Flüssigkristall-Vorrichtung zeigt;
Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Herstellung einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Vorrichtung veranschaulicht;
Fig. 3(A) bis 3(E) sind erläuternde Diagramme, die Querschnitte eines Laserstrahls zeigen; und
Fig. 4(A) bis 4(D) sind Teilschnitte, die beispielhaft eine erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zeigen.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird die Musterherstellung für die Elektrodenanordnung gemäß der Erfindung erläutert. Ein Substrat 1, z. B. ein Glassubstrat, mit einem auf einer Oberfläche ausgebildeten durchsichtigen, elektrisch leitfähigen Film 2, z. B. aus SnO&sub2; (Energie = 3,5 ev), wird auf einer Grundplatte 19 angebracht. Dem Substrat 1 gegenüberliegend ist ein optisches System näherungsweise auf einer Linie rechtwinklig zur Oberfläche des zu bearbeitenden Substrats angeordnet. Das Substrat wird mit einem Laserstrahl von 248 nm Wellenlänge und 5,0 ev Photonenenergie bestrahlt, der von einem Excimerlaser 17 mit KrF (von Questec Inc. vertrieben) abgestrahlt wird. Der Laserstrahl wird in einer Richtung mit Hilfe eines Strahlaufweiters 16 aufgeweitet, durch eine konvexe Zylinderlinse 14 aus künstlichem Quarz verengt und durch eine Maske 13 geformt. Der Laserstrahl weist im allgemeinen rechteckigen Querschnitt auf, wenn er von einem Excimerlaser abgestrahlt wird. Unter Annahme eines Wirkungsgrades von 3 % beträgt die Energie des Laserstrahls vom Laser 17 350 mJ/sec. Die Maske besteht aus einer Quarzscheibe, deren Rückseite teilweise mit einem sperrenden Material beschichtet ist, um einen Schlitz zu bilden, mit dem der Laserstrahl geformt werden kann. Das sperrende Material ist vorzugsweise ein hitzebeständiges Material wie Chrom, MoSi&sub2; oder dergleichen. Der zunächst erzeugte Laserstrahl weist einen rechteckigen Querschnitt von 16 nm·300 nm auf und wird durch die konvexe Linse 14 auf 16 mm·300 mm aufgeweitet. Die Leistungsdichte des Laserstrahls an der konvexen Linse 14 beträgt 7,3·10&supmin;² mJ/mm. Da die optische Energielücke 5,0 ev ist, kann der lichtdurchlässige Film 2 die Photonenenergie ausreichend absorbieren und selektiv entfernt werden.
Wenn der Laserstrahl durch die Konvexlinse geht, wird er in solchem Maße konvergiert, daß, wenn die Maske 13 nicht vorhanden wäre, die kürzere Längsseite des rechteckigen Querschnitts des Strahls auf dem Substrat 100 um wäre. Durch die Maske wird der Laserstrahl so geformt, daß er einen rechteckigen Querschnitt aufweist, der auf dem Substrat 30 cm lang und 20 um breit ist. Der Laserstrahl wird intermittierend mit einer Pulsbreite von 20 ns von 1 bis 100 Hz, z. B. mit 10 Hz abgestrahlt. Nach dem Belichten mit dem gepulsten Strahl werden die belichteten Bereiche des lichtdurchlässigen Films 2 milchig weiß und in ein feines Pulver umgewandelt, das durch Ultraschallreinigen (mit einer Frequenz von z. B. 29 kHz) für 1 bis 10 Minuten in einer wäßrigen Acetonlösung vom Substrat entfernt werden kann. Gemäß der experimentellen Beobachtung wurde bei diesem Prozeß keine Beschädigung am darunterliegenden Substrat festgestellt.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 3(A) bis 3(E) wird die Formung des Laserstrahls weiter erläutert. Der vom Laser abgestrahlte Laserstrahl weist rechteckigen Querschnitt auf, wie in Fig. 3(A) dargestellt, und er wird in Längsrichtung aufgeweitet, wie dies in Fig. 3(B) dargestellt ist. Der Umfang 12-1 des aufgeweiteten Laserstrahls wird durch die Maske 13 ausgeblendet, um den gewünschten Querschnitt 12-2 zu erhalten, mit dem der leitende Film ein Muster erhält, wie in Fig. 3(C) dargestellt. Die Breite des auf die Maske 13 auftreffenden Laserstrahls 12-1 beträgt 100 um, und die Maske verringert die Breite des Laserstrahls 12-1 auf 20 um. Alternativ kann der Laserstrahl geformt werden, wie dies in Fig. 3(D) dargestellt wird, indem der Strahl an einer Stelle, die einem seiner Enden entspricht, nicht markiert wird, und eine ähnliche Konfiguration des Laserstrahls kann auch dadurch erhalten werden, daß der gesamte Umfang des aufgeweiteten Laserstrahls ausgeblendet wird, wie in Fig. 3(E) dargestellt. Fig. 3(E) ist im Vergleich zu den Fig. 3(C) und 3(D) vergrößert gezeichnet.
Die Fig. 4(A) bis 4(D) veranschaulichen eine beispielhafte Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung. In den Figuren weist die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ein Paar Glassubstrate 1 und 1', mehrere erste Elektrodenstreifen 2', die sich in X-Richtung erstrecken und voneinander in Y-Richtung beabstandet sind, mehrere zweite Elektrodenstreifen 2, die sich in Y-Richtung erstrecken und voneinander in X-Richtung beabstandet sind, orientierte Polarisierfilme 3 und 3', die an den Innenflächen der Substrate angebracht sind, eine Flüssigkristallschicht 5 und eine Kunststoffdichtung 6 auf. Die Elektrodenstreifen 2 und 2' sind auf den Substraten 1 bzw. 1', wie in Fig. 4(A) und 4(B) dargestellt, dadurch aufgebracht, daß von einem gepulsten Laserstrahl Gebrauch gemacht wird, wie in Zusammenhang mit den Fig. 3(A) bis 3(E) erläutert. Die Substrate 1 und 1' werden in solcher Weise zusammengefügt, daß die Dichtung den Umfangsteil der Elektrodenanordnung 2 und 2' abdeckt, wie in Fig. 4(C) dargestellt. Gemäß dieser Figur können der zweite Elektrodenstreifen 31-3 und der erste Elektrodenstreifen 30-3 zum Randbereich gehören, wodurch sie zum selben Zweck wie der Toleranzabstand 9 in Fig. 1 dienen, wodurch die effektiven Elektrodenstreifen der Anzeigevorrichtung diejenigen sind, die in Fig. 4(D) mit 30' und 31' bezeichnet sind. Wegen der ungenauen Verbindung der Elektrodenstreifen mit einer peripheren Schaltung arbeiten der erste Elektrodenstreifen 31-3 und der zweite Elektrodenstreifen 30-3 in der Anzeigevorrichtung unter Umständen nicht. Die Anzahl solcher nichtarbeitender Elektrodenstreifen kann größer sein, oder es kann auch kein nichtarbeitender Streifen vorhanden sein. In jedem Fall macht es die vorliegende Erfindung überflüssig, die Substrate in genauer Übereinstimmung zusammenzusetzen. Daher kann die Anzeigevorrichtung billig und mit einem einfacheren Herstellprozeß erzeugt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde in Zusammenhang mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben, jedoch ist zu beachten, daß die Erfindung nicht auf das besondere, hier beschriebene Beispiel beschränkt ist und daß der Fachmann viele Änderungen und Variationen vornehmen kann, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er durch die beigefügten Ansprüche festgelegt ist. Z. B. kann der erste oder der zweite Satz von Elektrodenstreifen reflektierend ausgebildet sein, während der andere Satz von Elektrodenstreifen durchsichtig ist, obwohl das Ausführungsbeispiel mit einem Paar transparenter Substrate versehen ist. In diesem Fall würde die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nur eine Polarisatorplatte benötigen, wodurch die Vorrichtung billiger wäre. Weiterhin können Farbfilter an der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vorhanden sein, um eine Farbanzeigevorrichtung zu bilden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, bei dem ein Flüssigkristallmaterial innerhalb einer Zelle abgedichtet wird, die durch ein erstes und zweites Substrat (1, 1') festgelegt ist, und deren einander gegenüberstehende Oberflächen voneinander beabstandet sind, jeweils mehrere voneinander beabstandete langgestreckte Elektroden (2, 2') auf jeder der beiden gegenüberstehenden Flächen aufgebracht werden, wobei die Elektroden auf einer der Oberflächen quer in bezug auf die Elektroden auf der anderen Oberfläche aufgebracht werden, um Anzeigepixel an den Überkreuzungsstellen der jeweiligen mehreren Elektroden festzulegen, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß das Abdichten mit einem Material (6) erfolgt, das zwischen die einander gegenüberstehenden Oberflächen der Substrate (1, 1') entlang den Umfangskanten der Anzeigevorrichtung eingefügt wird und einige der Elektroden (30-1, 30-2; 31-1, 31-2) über ihre gesamte Länge abdeckt, und daß derartige abgedeckte Elektroden (30-1, 30-2; 31-1, 31-2) nicht zum Festlegen von Anzeigepixeln verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zusätzlich an jedem Rand der Anzeigevorrichtung mindestens eine Elektrode (30-3, 31-3), die nicht vom Abdichtmaterial (6) abgedeckt wird und neben einer abgedeckten Elektrode (30-2, 31-2) liegt, nicht zum Festlegen von Anzeigepixeln verwendet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem das Abdichtmaterial (6) einen Kunststoff aufweist.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem Elektroden (2, 2') durch Laserschreiben elektrisch leitender Schichten hergestellt werden, die auf den einander gegenüberstehenden Oberflächen der Substrate (1, 1') aufgebracht sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Laserschreiben mit Hilfe eines Excimerlasers erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Laserstrahl vom Excimerlaser zunächst aufgeweitet und dann durch eine Zylinderlinse geführt wird, um einen Abtaststrahl mit vorgegebenem rechteckigen Strahlquerschnitt zu erhalten.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Laserschreiben mit Hilfe einer Maske realisiert wird, die im Weg des Laserstrahls angeordnet wird.

8. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einem Flüssigkristallmaterial, das innerhalb einer Zelle abgedichtet ist, die durch ein erstes und ein zweites Substrat (1, 1') festgelegt wird, deren einander gegenüberstehende Oberflächen voneinander beabstandet sind, wobei jeweils mehrere voneinander beabstandete langgestreckte Elektroden (2, 2') auf jeder der einander gegenüberstehenden Oberfläche angebracht sind, wobei die Elektroden auf einer der Oberflächen quer in bezug auf die Elektroden auf der anderen der Oberflächen angebracht sind, um Anzeigepixel an den Überkreuzungsstellen der jeweils mehreren Elektroden festzulegen, und mit einem peripheren Schaltungssystem, das an die Elektroden angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abdichtmaterial (6), das zwischen die einander gegenüberstehenden Oberflächen der Substrate (1, 1') an den Umfangsrändern der Anzeigevorrichtung eingefügt ist, einige der Elektroden (30-1, 30-2; 31-1, 31-2) über ihre ganze Länge abdeckt, und daß derartige abgedeckte Elektroden (30-1, 30-2; 31-1, 31-2) nicht zum Festlegen von Anzeigepixeln verwendet werden und keinen Anschluß an das periphere Schaltsystem aufweisen.