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- Priorität:
Rep. Korea (KR) 19. Oktober 2005 10-2005-0098586
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Die
Erfindung betrifft ein LCD (Flüssigkristalldisplay)
sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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In
den letzten Jahren wurden verschiedene Flachdisplays entwickelt,
wie LCDs, PDPs (Plasmadisplaytafeln), ELDs (Elektrolumineszenzdisplays) und
VFDs (Vakuumfluoreszenzdisplays), die in den verschiedensten Geräten verwendet
werden.
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Insbesondere
LCDs ersetzen zunehmend aufgrund der hohen Anzeigequalität, des geringen Gewichts,
des flachen Profils und des niedrigen Energieverbrauchs Kathodenstrahlröhren, und
sie werden für
die unterschiedlichsten Zwecke entwickelt, beispielsweise als Mobilmonitore
in Notebookcomputern sowie Monitore von Fernsehern und Computern, um
ein Videosignal zu empfangen und ein Bild anzuzeigen.
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Um
LCDs auf verschiedenen Gebieten als Display zu verwenden, ist es
wesentlich, die wichtigen Eigenschaften, wie geringes Gewicht, flaches Profil
und niedrigen Energieverbrauch, aufrecht zu erhalten, während gleichzeitig
die Auflösung,
die Leuchtstärke
und die Bildschirmgröße erhöht werden.
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Üblicherweise
verfügt
ein LCD über
ein erstes und ein zweites Substrat, die unter Einhaltung eines
spezifizierten Zwischenraums miteinander verbunden werden, und es
wird ein Flüssigkristall
in diesen Zwischenraum eingefüllt,
um eine Flüssigkristallschicht
zu bilden.
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Auf
dem ersten Flüssigkristall
werden eine Vielzahl von Gateleitungen und eine Vielzahl von Datenleitungen
in regelmäßigen Intervallen
einander rechtwinklig schneidend, um Pixelbereiche zu bilden, angeordnet.
In den Pixelbereichen werden jeweils Pixel elektroden hergestellt,
und an den Schnittstellen zwischen den Gateleitungen und den Datenleitungen werden
Dünnschichttransistoren
(TFTs) hergestellt, um entsprechend an die Gateleitungen angelegten Signalen
Datensignale an die Datenleitungen zu liefern.
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Auf
dem zweiten Substrat werden eine Schwarzmatrixschicht zum Ausblenden
von Licht in Abschnitten für
die Pixelbereiche, Farbfilterschichten für R, G und B in entsprechenden
Abschnitten der Pixelbereiche hergestellt, um Farben zu erzeugen,
und weiterhin werden gemeinsame Elektroden auf den Farbfilterschichten
hergestellt.
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Beim
obigen LCD wird der Flüssigkristall
der zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat hergestellten Flüssigkristallschicht
durch ein elektrisches Feld ausgerichtet, das zwischen den Pixelelektroden
und den gemeinsamen Elektroden aufgebaut wird, und die Menge des
durch die Flüssigkristallschicht
dringenden Lichts wird entsprechend dem Ausrichtungsgrad der Flüssigkristallschicht
eingestellt, wodurch ein Bild angezeigt werden kann.
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Der
oben beschriebene Aufbau ist der eines im verdrilltnematischen (TN)
Modus arbeitenden LCD. Ein TN-LCD zeigt einen kleinen Betrachtungswinkel.
Um diesen Nachteil zu lindern, wurde ein horizontal schaltendes
IPS-(IPS = In-Plane-Switching)LCD entwickelt.
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Bei
einem IPS-LCD werden Pixelelektroden und gemeinsame Elektroden,
die mit einem spezifizierten Intervall parallel voneinander getrennt
angeordnet werden, in Pixelbereichen eines ersten Substrats ausgebildet,
so dass zwischen ihnen ein horizontales elektrisches Feld erzeugt
wird, durch das die Flüssigkristallschicht
ausgerichtet wird.
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Zwischen
dem ersten und dem zweiten Substrat werden, bei den oben beschriebenen
LCDs, Abstandshalter zum Aufrechterhalten eines spezifizierten Intervalls
für die
Flüssigkristallschicht
hergestellt. Bei Abstandshaltern unterscheidet man abhängig von
ihrer Form Kugel- und Säulen-Abstandshalter.
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Kugel-Abstandshalter
verfügen über Kugelform,
und sie werden auf dem ersten und dem zweiten Substrat verteilt,
so dass sie sich selbst nach dem Verbinden der beiden Substrate
relativ frei bewegen, wobei die Fläche ihres Kontakts zu den beiden
Substraten klein ist.
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Säulen-Abstandshalter
werden während
eines am ersten und zweiten Substrat ausgeführten Arrayprozesses hergestellt,
und sie sind an diesen fixiert, wobei sie säulenförmig sind und über eine
spezifizierte Höhe
verfügen.
Demgemäß ist die
Fläche ihres
Kontakts mit den beiden Substraten groß.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die Schnittansicht der 1 ein herkömmliches LCD mit Säulen-Abstandshaltern
beschrieben.
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Wie
es aus der 1 erkennbar
ist, verfügt das
dort schematisch veranschaulichte herkömmliche LCD 10 über ein
erstes Substrat 30 und ein zweites Substrat 40,
die einander gegenüberstehen,
zwischen ihnen ausgebildete Säulen-Abstandshalter 40 sowie
eine Flüssigkristallschicht
(nicht dargestellt), die den Zwischenraum zwischen den beiden Substraten 30 und 40 ausfüllt.
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Auf
dem ersten Substrat 30 sind Gateleitungen 31 und
Datenleitungen (nicht dargestellt) ausgebildet, die einander rechtwinklig
schneiden, um Pixelbereiche zu bilden. An den Schnittstellen der
Gateleitungen 31 und der Datenleitungen sind TFTs ausgebildet,
und in den Pixelbereichen sind Pixelelektroden (nicht dargestellt)
ausgebildet. Auf dem zweiten Substrat 40 wird eine Schwarzmatrixschicht 41 zum Ausblenden
von Licht in Abschnitten mit Ausnahme der Pixelbereiche und eine
streifenförmige
Farbfilterschicht 42, die den Pixelbereichen entspricht,
mit einer Anordnung in einer Längsrichtung
parallel zu den Datenleitungen ausgebildet. Auf der gesamten Oberfläche des
zweiten Substrats 40 ist weiterhin eine gemeinsame Elektrode
oder eine Überzugschicht 43 ausgebildet.
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Hierbei
sind die Säulen-Abstandshalter 20 an
spezifizierten Positionen auf den Gateleitungen 31 ausgebildet.
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Ferner
ist auf der gesamten Oberfläche
des ersten Substrats 30 einschließlich der Gateleitungen 31 ein
Gateisolierfilm 36 ausgebildet, auf dem wiederum ein Passivierungsfilm 37 ausgebildet
ist.
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Die 2A und 2B sind eine Drauf- bzw. eine Schnittansicht
zum Veranschaulichen eines Berührungsfehlers
bei einem herkömmlichen
LCD mit Säulen-Abstandshaltern.
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Wie
es aus den 2A und 2B erkennbar ist, wird, wenn
die Oberfläche
des eben beschriebenen herkömmlichen
LCD 10 mit der Hand oder einem anderen Objekt in einer
spezifizierten Richtung berührt
wird, im Berührungsbereich
ein Fleck erzeugt. Dieser Fleck wird als Berührungsfleck bezeichnet. Der
Zustand, in dem ein solcher Berührungsfleck
vorliegt, wird als Berührungsfehler
bezeichnet.
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Ein
LCD mit Säulen-Abstandshaltern
verfügt über eine
große
Kontaktfläche
zwischen den Säulen-Abstandshaltern 20 und
dem ersten Substrat 1 im Vergleich zu einem LCD mit Kugel-Abstandshaltern, wodurch
die wechselseitige Reibungskraft erhöht ist und es so zu einem Berührungsfehler
kommt. D. h., dass, da die Säulen-Abstandshalter 20 über eine
Zylinderform verfügen,
wie es aus der 2B erkennbar
ist, bei der eine große
Kontaktfläche
zum ers ten Substrat 1 besteht, im Vergleich zum Fall bei Kugel-Abstandshaltern
viel Zeit erforderlich ist, um das erste oder zweite Substrat 1
bzw. 2 in seinen ursprünglichen
Zustand zurück
zu bringen, nachdem es verschoben wurde, wodurch ein Fleck für lange Zeit
verbleibt.
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Bei
herkömmlichen
LCDs mit Säulen-Abstandshaltern
bestehen einige Probleme, wie die folgenden.
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Erstens
ist die Kontaktfläche
zwischen den Säulen-Abstandshaltern
und dem ihnen zugewandten Substrat groß, wodurch die wechselseitige
Reibungskraft erhöht
ist. Wenn das LCD so berührt
wird, dass sich eines der Substrate verschiebt, ist viel Zeit dazu
erforderlich, das verschobene Substrat in seinen Ursprungszustand
zurück
zu bringen, und ein Fleck verbleibt für eine lange Wiederherstellzeit.
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Zweitens
erfährt,
wenn ein LCD mit Säulen-Abstandshaltern
aufrecht bei hoher Umgebungstemperatur aufbewahrt wird, der Flüssigkristall
eine Wärmeausdehnung,
so dass der Zellenzwischenraum größer wird, als es der Höhe der Säulen-Abstandshalter
entspricht, wodurch der Flüssigkristall nach
unten fließt
und das untere Ende des LCD dicker und undurchsichtig wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein LCD und ein Verfahren
zu seiner Herstellung zu schaffen, mit denen der beschriebene Berührungsfehler
gelindert werden kann.
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Diese
Aufgabe ist durch die LCDs gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen 1 und
10 sowie die Verfahren gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen 18
und 19 gelöst.
Bei der Erfindung sind Vorsprünge
entsprechend den Zentren von Säulen-Abstandshaltern
ausgebildet, und Kompensationsmuster mit einer Höhe unter der der Vorsprünge sind
entsprechend den Rändern
der Säulen-Abstandshalter
ausgebildet, so dass sich ein äußerer Druck
nicht an den Säulen-Abstandshaltern konzentriert,
wodurch der genannte Berührungsfehler
verhindert werden kann.
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Allgemein
gesagt, kann eine Ungleichmäßigkeit
der Helligkeit vermieden werden, wie sie bei bekannten LCDs wegen
des beschriebenen Effekts der erhöhten Reibungskraft zwischen
Säulen-Abstandshaltern
und einem Substrat auftritt, da das Substrat nach einer Verschiebung
nur schwer in seinen ursprünglichen
Zustand zurückkehren
kann.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten
Ausführungsformen
näher erläutert.
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1 ist
eine Schnittansicht eines herkömmliche
LCD mit Säulen-Abstandshaltern;
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2A und 2B sind
eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht zum Veranschaulichen eines
Berührungsfehlers
bei einem herkömmlichen LCD
mit Säulen-Abstandshaltern;
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3 ist
eine Schnittansicht eines herkömmlichen
LCD mit vorstehenden Strukturen;
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4 ist
eine Schnittansicht eines LCD gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
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5A und 5B sind
Draufsichten von Beispielen eines Vorsprungs bei einem LCD gemäß Ausführungsformen
der Erfindung;
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6A bis 6D sind
Draufsichten von Beispielen eines Vorsprungs und eines Kompensationsmusters
bei Ausführungsformen
der Erfindung; und
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7 ist
eine Draufsicht eines LCD gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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Wo
immer es möglich
ist, sind in der folgenden Beschreibung dieselben Bezugszahlen dazu verwendet,
dieselben oder ähnliche
Teile zu kennzeichnen.
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Wie
es aus der 3 erkennbar ist, verfügt ein herkömmliches
LCD mit vorstehenden Strukturen über
ein erstes Substrat 50 und ein zweites Substrat 60,
die einander gegenüber
stehen, wobei an spezifizierten Stellen des zweiten Substrats 60 Säulen-Abstandshalter 70 ausgebildet
sind und auf dem ersten Substrat 50 Vorsprünge 55 so
ausgebildet sind, dass sie über
ein Volumen verfügen,
das kleiner als das der Säulen-Abstandshalter 70 ist,
und wobei sie mit diesen in Kontakt stehen. Eine Flüssigkristallschicht (nicht
dargestellt) füllt
den Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat 50 und 60 aus. Hierbei
verfügen
die Vorsprünge 55 über eine
Doppelschichtstruktur mit einem unteren Halbleiterschichtmuster 55a und
einer oberen Source/Drain-Metallschicht 55b.
Die Säulen-Abstandshalter 70 sind
auf einer Schwarzmatrixschicht 61 und einer Farbfilterschicht 62 hergestellt.
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Wenn
bei diesem LCD mit den Vorsprüngen 55 das
erste Substrat 50 oder das zweite Substrat 60 durch
Berühren
der Oberfläche
des jeweiligen Substrats verschoben wird, verringert sich die Kontaktfläche zwischen
einem Säulen-Abstandshalter 70 und einem
Vorsprung 55 auf die Oberfläche des letzteren, die kleiner
als die Fläche
der Oberseite des Säulen-Abstandshalters 70 (die
Seite des Säulen-Abstandshalters 70,
die der Seite des zweiten Substrats 60 entspricht, wird
als Unterseite bezeichnet). Dadurch wird die Reibungskraft zwischen
den Säulen-Abstandshaltern 70 und
dem diesen gegenüber stehenden
ersten Substrat 50 verringert. Dadurch kehren die Substrate 50, 60,
wenn sie durch eine Berührung
in einer Richtung gegeneinander verschoben werden, leicht in ihren
Ursprungszustand zurück.
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Wenn
bei diesem bekannten LCD mit den Vorsprüngen 55 das erste
und das zweite Substrat 50 und 60 miteinander
verbunden werden, ändern
sich die Formen der Säulen-Abstandshalter 70 entsprechend
den Vorsprüngen 55.
D. h., dass sich eine Kraft in einem Abschnitt jedes Säulen-Abstandshalters 70 konzentriert,
der dem zugehörigen
Vorsprung 55 entspricht, wodurch die Farbfilterschicht 62 und die
Schwarzmatrixschicht 61 mittels der Säulen-Abstandshalter 70 zusammengedrückt werden.
Wenn eine einzelne Schicht oder mehrere Schichten zusammengedrückt werden
und das LCD in einer Umgebung auf hoher Umgebung platziert wird,
nimmt der Zellenzwischenraum aufgrund einer Wärmeausdehnung des Flüssigkristalls
zu. Dann kehren die Säulen-Abstandshalter 70 und
die unteren Schichten unter ihnen in ihre ursprünglichen Zustände zurück und stützen des
erste und das zweite Substrat 50 und 60 ab. Demgemäß ist bei
einem LCD mit solchen Vorsprüngen
verhindert, dass die Flüssigkristallschicht
am unteren Ende aufgrund der Schwerkraft dicker wird, wie dies bei
einem LCD ohne solche Vorsprünge
der Fall ist.
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Wenn
jedoch Vorsprünge 55 mit
kleinem Volumen und kleiner Oberfläche, entsprechend den Zentren
der Säulen-Abstandshalter 70 verwendet werden
und die Vorsprünge 55 auf
die Säulen-Abstandshalter 70 und
die Schichten unter ihnen drücken,
konzentriert sich die Kraft im Abschnitt jedes Säulen-Abstandshalters 70,
der dem zugehörigen Vorsprung 55 entspricht.
Wenn dabei die Druckkraft zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat 50 und 60 übermäßig hoch
ist (wenn die Kraft, die auf die Fläche, d. h. auf die Rückseite,
des ersten oder zweiten Substrats 50 bzw. 60 drückt, übermäßig groß ist),
werden die Säulen-Abstandshalter 70 durch
die Vorsprünge 55 zusammengedrückt und
verformt, und sie können
nicht leicht in ihre ursprünglichen
Zustände
zurückkehren.
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Der
obige Druckausübungsvorgang
kann bei einem Druckausübungstest
ausgeführt
werden, bevor ein LCD auf den Markt gebracht wird, oder er kann
in einem Herstellprozess für
ein Flüssigkristalldisplay-Modul
ausgeführt
werden.
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Anhand
der Schnittansicht der 4 wird nun ein LCD gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung erläutert.
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Wie
es aus der 4 erkennbar ist, verfügt dieses
LCD über
ein erstes Substrat 100 und ein zweites Substrat 200,
die einander gegenüber
stehen, Säulen-Abstandshalter 210,
die in spezifizierten Abschnitten des zweiten Substrats 200 ausgebildet sind,
Vorsprünge 120 mit
einer ersten Höhe
auf dem ersten Substrat 100, entsprechend den Zentren der Säulen-Abstandshalter 210,
Kompensationsmuster 130 mit einer zweiten Höhe, die
kleiner als die erste Höhe
ist und die auf die auf dem ersten Substrat entsprechend den Rändern der
Säulen-Abstandshalter 210 ausgebildet
sind, und eine Flüssigkristallschicht (nicht
dargestellt), die den Raum zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat 100 und 200 ausfüllt.
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Hierbei
verfügen
die Vorsprünge 120 über eine
Doppelschichtstruktur aus einem unteren Halbleiterschichtmuster 120a und
einer oberen Source/Drain-Metallschicht 120b, und die Kompensationsmuster 130 bestehen
aus demselben Material wie das Halbleiterschichtmuster 120a oder
die Source/Drain-Metallschicht 120b, oder einem transparenten
Elektrodenmaterial. In diesem Fall verfügen die Kompensationsmuster 130 über eine
einschichtige Struktur, und so verfügen sie über eine Höhe, die kleiner als die der
Vorsprünge 120 ist.
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Die
Säulen-Abstandshalter 210 sind
auf einer Schwarzmatrixschicht 201 und einer Farbfilterschicht 202 auf
dem zweiten Substrat 200 ausgebildet. Fallabhängig kann
ferner eine Überzugsschicht oder
eine gemeinsame Elektrode auf der Oberfläche der Farbfilterschicht 202 ausgebildet
sein. Ferner muss die Farbfil terschicht 202 nicht auf der
Schwarzmatrixschicht 201 ausgebildet sein.
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Wenn
die Vorsprünge 120 entsprechend
den Zentren der Säulen-Abstandshalter 210 ausgebildet sind
und Kompensationsmuster 130 mit einer Höhe unter der der Vorsprünge 120 entsprechend
den Rändern
der Säulen-Abstandshalter 210 ausgebildet sind,
wie oben beschrieben, ist, wenn das erste und das zweite Substrat 100 und 200 durch
Berührung gegeneinander
verschoben werden, die Kontaktfläche
zwischen einem Säulen-Abstandshalter 210 und dem
zugehörigen
Vorsprung 120 klein, und die verschobenen Substrate 100 und 200 können leicht
in ihren Ursprungszustand zurückkehren.
Ferner drücken
die Vorsprünge 120 aufgrund
der Druckkraft zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat 100 und 200 durch
einen externen Druck auf die Säulen-Abstandshalter 210.
Wenn der von den Vorsprüngen 120 auf
die Säulen-Abstandshalter 210 ausgeübte Druck über einen
spezifizierten Wert ansteigt, stützen
die Kompensationsmuster 130 und die Vorsprünge 120 die
Säulen-Abstandshalter 210 ab,
und der auf sie wirkende Druck wird auf weite Bereiche verteilt
(zu den Oberseiten der Kompensationsmuster und der Vorsprünge hin),
wodurch eine plastische Verformung der Säulen-Abstandshalter 210 vermieden
wird.
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Aus
den Draufsichten der 5A und 5B zu
Beispielen von Vorsprüngen 120 bei
einem LCD ist es ersichtlich, dass ein Vorsprung 120 dem
Zentrum eines Säulen-Abstandshalters
(nicht dargestellt) entspricht. In diesem Fall kann, wie es in den 5A und 5B dargestellt
ist, der Vorsprung 120 über
dieselbe Funktion wie ein Säulen-Abstandshalter
verfügen.
Alternativ kann der Vorsprung 120 eine andere Form als
ein Säulen-Abstandshalter
aufweisen, wenn die ebene Seite des Vorsprungs 120 eine
kleinere Fläche
als der Säulen-Abstandshalter
aufweist. Der Vorsprung 120 verfügt über eine Doppelschichtstruktur
aus dem unteren Halbleiterschichtmuster 120a und der oberen Source/Drain-Metallschicht 120b.
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Wenn
die Vorsprünge 120 entsprechend
den Zentren der Säulen-Abstandshalter
ausgebildet sind, wie oben beschrieben, und wenn dann ein übermäßig hoher äußerer Druck
auf das LCD ausgeübt
wird, kann eine plastische Verformung der Säulen-Abstandshalter aufgrund
der Vorsprünge 120 auftreten. Um
dies zu verhindern, sind die Kompensationsmuster 130 entsprechend
den Rändern
der Säulen-Abstandshalter
ausgebildet.
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Die 6A bis 6D veranschaulichen Beispiele
zum Vorsprung und zum Kompensationsmuster für den Säulen-Abstandshalter 210 in
der 4. Der Vorsprung 120 entspricht dem Zentrum des
Säulen-Abstandshalters 210,
und das Kompensationsmuster 130 entspricht dem Rand desselben. Das
Kompensationsmuster 130 kann über die Form einer geschlossenen
Schleife verfügen,
wie es in den 6A und 6C dargestellt
ist, oder es kann über mehrere
Muster 130a bis 130d sowie 130e bis 130h verfügen, die
mit regelmäßigen Intervallen
angeordnet sind, wie es in den 6C und 6D dargestellt
ist. Dabei kann der Vorsprung 120 dieselbe Form wie der
Säulen-Abstandshalter 210 aufweisen, oder
seine Form kann verschieden sein, vorausgesetzt, dass der Vorsprung 120 dem
Zentrum des Säulen-Abstandshalters 210 entspricht
und die Oberseite des Vorsprungs 120 eine kleinere Fläche als
der Säulen-Abstandshalter 210 aufweist.
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Wenn
in diesem Fall der Druck einen spezifizierten Wert überschreitet, übt das Kompensationsmuster 130 die
Abstützung
des Säulen-Abstandshalters 210 gemeinsam
mit dem Vorsprung 120 aus.
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Die 6A und 6B veranschaulichen jeweils
die Form des Säulen-Abstandshalters 210, entsprechend
dem Vorsprung 120, während
in den 6C und 6D die
Darstellung der Form des Säulen-Abstandshalters 210 weggelassen
ist.
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Das
Kompensationsmuster 130 steht in teilweiser Überlappung
mit dem Rand der mit dem Vorsprung 120 in Kontakt stehenden
Fläche
des Säulen-Abstandshalters.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die in der 7 dargestellte
Draufsicht einer Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen LCD
dasselbe näher
beschrieben. Es verfügt über das
erste Substrat 100 und das zweite Substrat 200,
die einander gegenüber
stehen und die den Zwischenraum zwischen diesen ausfüllende Flüssigkristallschicht
(nicht dargestellt).
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Das
erste Substrat 100 verfügt über Gateleitungen 101 und
Datenleitungen 102, die einander schneiden, um Pixelbereiche
zu bilden; TFTs, die an den Schnittstellen zwischen den Gateleitungen 101 und
den Datenleitungen 102 ausgebildet sind; erste Speicherelektroden 103a,
die elektrisch mit Drainelektroden 102b der TFTs verbunden
sind, Pixelelektroden 103, die von den ersten Speicherelektroden 103a abzweigen;
gemeinsame Elektroden 104, die sich mit den Pixelelektroden 103 abwechseln;
gemeinsame Leitungen 104a, die mit der aktuellen Gateleitung 101 und
der vorigen Gateleitung (nicht dargestellt) parallel verbunden sind;
und zweite Speicherelektroden 104b, die mit den gemeinsamen
Leitungen 104a und den gemeinsamen Elektroden 104 verbunden
sind und mit den ersten Speicherelektroden 103a überlappen.
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Jeder
der TFTs verfügt über einen
Kanal, der in einem Bereich zwischen einer U-förmigen Sourceelektrode 102a und
der Drainelektrode 102b ausgebildet ist. Der Kanal verfügt entlang
der Innenseite der U-förmigen
Sourceelektrode 102a ebenfalls über U-Form. Jeder der TFTs verfügt über eine
Gateelektrode 101a, die von der Gateleitung 101 absteht,
die U-förmige
Sourceelektrode 102a, die von der Datenleitung 102 absteht,
und die Drainelektrode 102b, die um ein vorbestimmtes Stück von der
U-förmigen Sourceelektrode 102a beabstandet
ist und in deren Inneres eingreift. Ferner ist unter der Datenleitung 102,
der Sour ceelektrode 102a, der Drainelektrode 102b und
einem Kanalbereich zwischen der Sourceelektrode 102a und
der Drainelektrode 102b eine Halbleiterschicht (nicht dargestellt)
ausgebildet. Diese Halbleiterschicht wird dadurch erhalten, dass
eine Schicht aus amorphem Silicium ((nicht dargestellt) und eine
n+-Schicht (Fremdstoffschicht (nicht dargestellt)
aufeinander geschichtet werden und die letztere aus dem Kanalbereich
zwischen der Sourceelektrode 102a und der Drainelektrode 102b entfernt wird.
Die Halbleiterschicht kann selektiv unter der Sourceelektrode 102a und
der Drainelektrode 102b hergestellt werden, wobei der Kanalbereich
dazwischen liegt, oder sie kann unter der Datenleitung 102, der
Sourceelektrode 102a und der Drainelektrode 102b mit
Ausnahme des Kanalbereichs hergestellt werden. Obwohl die Zeichnungen
ein LCD mit U-förmigen
Sourceelektroden 102a und U-förmigen Kanälen zeigen, können die
Sourceelektroden 102a von LCDs gemäß Ausführungsformen der Erfindung über eine
gerade Form, die von den Datenleitungen 102 vorsteht oder
andere Formen verfügen.
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Hierbei
sind die Gateleitungen 101, die gemeinsamen Leitungen 104a und
die gemeinsamen Elektroden 104 in derselben Schicht aus
demselben Material hergestellt.
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Zwischen
die Gateleitungen 101 und die Halbleiterschicht ist ein
Gateisolierfilm 105 eingefügt, und zwischen die Datenleitungen 102 und
die Pixelelektroden 103 ist ein Passivierungsfilm 106 eingefügt.
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Die
zweite Speicherelektrode 104b, die mit der durch den Pixelbereich
laufenden gemeinsamen Leitung 104a verbunden ist, die erste
Speicherelektrode 103a, die über der zweiten Speicherelektrode 104b ausgebildet
ist, sowie der Gateisolierfilm 105 und der Passivierungsfilm 106,
die zwischen die zweite Speicherelektrode 104b und die
erste Speicherelektrode 103a eingefügt sind, bilden einen Speicherkondensator.
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Die
Drainelektrode 102b und die erste Speicherelektrode 103a,
die in verschiedenen Schichten ausgebildet sind, stehen durch ein
Kontaktloch 106a, das durch Entfernen des Passivierungsfilms 106 aus dem
oberen Teil eines spezifizierten Abschnitts der Drainelektrode 102b ausgebildet
wurde, miteinander in Kontakt.
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Der
Vorsprung 120 wird dadurch in einem spezifizierten Teil
der Gateleitung 101 oder der gemeinsamen Leitung 104a hergestellt,
dass das in derselben Schicht wie die Halbleiterschicht 107a ausgebildete
Halbleiterschichtmuster 120a und die in derselben Schicht
wie die Source/Drain-Elektroden 102a und 102b hergestellte
Source/Drain-Metallschicht 120b aufeinander geschichtet
werden.
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Hierbei
beträgt,
da das Halbleiterschichtmuster 120a über eine Dicke von ungefähr 0,2-0,3 μm verfügt und die
Source/Drain-Metallschicht 120b über eine
Dicke von ungefähr
0,2-0,4 μm
verfügt,
die Höhendifferenz
zwischen dem Vorsprung 120 und der Gateleitung 101 ungefähr 0,4-0,7 μm. Bei einer LCD
mit Vorsprüngen 120 entsprechen
diese den Säulen-Abstandshaltern 210,
wenn das obere und das untere Substrat 100 und 200 miteinander
verbunden werden, um einen Zellenzwischenraum zu bilden. Die Fläche der
Oberseite des Vorsprungs 120 ist kleiner als die Fläche der
Oberseite des Säulen-Abstandshalters 210 (diejenige
Seite des Säulen-Abstandshalters 210,
die dem zweiten Substrat 200 entspricht, wird als Unterseite
bezeichnet), und wenn der Vorsprung 120 mit dem Säulen-Abstandshalter 210 in
Kontakt steht, ist die Kontaktfläche
zwischen den beiden die Fläche
der Oberseite des Vorsprungs 120.
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Da
der Passivierungsfilm 106 außer in den Kontaktlöchern 106a auf
dem Vorsprung 120 ausgebildet ist, steht der auf dem zweiten
Substrat 200 ausgebildete Säulen-Abstandshalter 210 im
Wesentlichen mit dem auf dem Vorsprung 120 ausgebildeten Passivierungsfilm 102 in
Kontakt.
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Das
Kompensationsmuster 130 mit einer Höhe unter der des Vorsprungs 120 ist
am Umfang des letzteren getrennt von diesem ausgebildet. Das Kompensationsmuster 130 kann
in derselben Schicht wie das Halbleiterschichtmuster 120a oder die
Source- und Drainelektroden 102a und 102b hergestellt
werden, oder es kann in derselben Schicht wie die Pixelelektroden 103 aus
demselben Material wie diese oder durch einen anderen Prozess, getrennt
von dem zum Herstellen des Vorsprungs 120, hergestellt
werden.
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Obwohl
die Zeichnungen veranschaulichen, dass der Vorsprung 120 und
das Kompensationsmuster 130 auf den Gateleitungen 101 ausgebildet sind,
können
sie auf den gemeinsamen Leitungen 104a oder den zweiten
Speicherelektroden 104b ausgebildet sein.
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Das
zweite Substrat 200, das dem ersten Substrat gegenüber steht,
wie es in der 4 dargestellt ist, verfügt über die
in entsprechenden Bereichen (Gateleitungs- und Datenleitungsbereichen)
mit Ausnahme der Pixelbereiche ausgebildete Schwarzmatrixschicht 201,
die Farbfilterschicht 202 und die auf diesen beiden zur
Einebnung hergestellte Überzugsschicht
(nicht dargestellt).
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Wenn
das erste und das zweite Substrat 100 und 200 miteinander
verbunden werden, um einen Zellenzwischenraum zu bilden, gelangt
nur derjenige Teil des Säulen-Abstandshalters 210,
der dem Vorsprung 120 entspricht, mit diesem in Kontakt,
während
der Rest des Säulen-Abstandshalters 210 von der
Oberseite des ersten Substrats 100 getrennt ist. Wenn das
LCD in einer Richtung berührt
wird, während
die Vorsprünge 120 mit
den Säulen-Abstandshaltern
in Kontakt stehen, werden das erste und das zweite Substrat 100, 200 gegeneinander
verschoben. Da jedoch die Kontaktfläche zwischen dem Vorsprung 120 und
dem Säulen-Abstandshalter 210 klein
ist, kehren die Substrate 100, 200 leicht in ihren Ursprungszustand
zurück,
wodurch eine Ungleichmäßigkeit
der Leuchtstärke
durch die Berührung
verhindert ist.
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Während eines
Druckausübungstests,
bei dem zumindest ein spezifizierter Druck ausgeübt wird, treten, wenn der Druck
erhöht
wird, die Säulen-Abstandshalter 210,
die mit den Vorsprüngen 120 in
Kontakt stehen, zusätzlich
mit den Kompensationsmustern 130 in Kontakt, wodurch die
Kontaktfläche
zwischen einem jeweiligen Säulen-Abstandshalter 210 und
dem ersten Substrat 100 erhöht wird und so der Druck verteilt
wird. Hierbei wird die Höhendifferenz
zwischen dem Kompensationsmuster 130 und dem Vorsprung 120 verringert,
und die Kontaktfläche zwischen
dem Säulen-Abstandshalter 210 und
dem ersten Substrat 100 nimmt zu, bevor der Säulen-Abstandshalter 210 beim
Druckausübungstest
verformt wird. Demgemäß wird zwar
der Säulen-Abstandshalter 210 durch
die Druckkonzentration an ihm aufgrund des Vorsprungs 120 während des
Kontakts zwischen den beiden verformt, jedoch tritt der Rand des
Säulen-Abstandshalters 210 mit
dem Kompensationsmuster 130 in Kontakt, bevor er sich zu
stark verformt (bevor der Säulen-Abstandshalter 210 nicht in
seinen ursprünglichen
Zustand zurückgebracht werden
kann), wodurch der Säulen-Abstandshalter 210 nach
dem Druckausübungstest
in seinen ursprünglichen
Zustand zurückkehren
kann.
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Der
Horizontalschnitt des Säulen-Abstandshalters 210 kann
verschiedene Formen aufweisen, wie Kreisform oder Vieleckform, einschließlich einer Rechteckform.
Jedoch ist der Horizontalschnitt des Säulen-Abstandshalters 210 unter
Berücksichtigung von
Ausrichtungstoleranzen vorzugsweise kreisförmig, oder er hat die Form
eines regelmäßigen Vielecks.
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Nachfolgend
wird ein Verfahren zum Herstellen eines LCD gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung beschrieben.
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Die
Herstellung der Vorsprünge 120 erfolgt gemeinsam
mit derjenigen der TFTs, und die Herstellung der Kompensationsmuster 130 erfolgt
gemeinsam ebenfalls mit der der TFTs oder mit der Her stellung der
Pixelelektroden 103. Die Kompensationsmuster 130 werden
durch verschiedene Verfahren hergestellt, was von der Art eines
Maskierungsprozesses abhängt,
wie er zum herstellen eines TFT-Arrays auf dem ersten Substrat 100 verwendet
wird, nämlich
ein Prozess mit fünf
Masken oder ein solcher mit vier Masken.
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Beispielsweise
sind beim Prozess mit fünf Masken
eine erste Maske zum Herstellen von Gateleitungen und Gateelektroden,
eine zweite Maske zum Herstellen einer Halbleiterschicht, eine dritte Maske
zum Herstellen von Datenleitungen und Source/Drain-Elektroden, eine
vierte Maske zum Herstellen von Löchern in einem Passivierungsfilm
sowie eine fünfte
Maske zum Herstellen von Pixelelektroden erforderlich.
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Bei
einem Prozess mit vier Masken wird eine einzelne Beugungsbelichtungsmaske
oder eine Halbtonmaske verwendet, die als zweite und dritte Maske,
wie sie beim Prozess mit fünf
Masken verwendet werden, dient. In diesem Fall wird eine Beugungsbelichtung
in solchen Abschnitten, wie in Kanalbereichen, ausgeführt, aus
denen eine obere Source/Drain-Metallschicht entfernt wird, damit
nur die Halbleiterschicht in diesen Abschnitten verbleibt, und an
den Kompensationsmustern 130 wird eine solche Beugungsbelichtung
ausgeführt,
dass in entsprechenden Abschnitten nur die Halbleiterschicht verbleibt.
Dasselbe gilt für
die Datenleitungen 102 sowie die Source- und Drainelektroden 102a und 102b, so
dass die Vorsprünge 120 unter
der Bedingung strukturiert werden, dass das untere Halbleiterschichtmuster 120a und
die obere Source/Drain-Metallschicht 120b aufeinander geschichtet
sind.
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Beim
Herstellprozess werden als Erstes das erste Substrat 100 und
das zweite Substrat 200 bereitgestellt. Auf dem ersten
Substrat 100 wird eine Metallschicht abgeschieden, die
unter Verwendung einer ersten Maske selektiv entfernt wird, um dadurch die
Gateleitungen 101 in einer ersten Richtung, die von ihnen
vorstehenden Gateelektroden 101a, die von den Gateleitungen 101 um
ein spezifiziertes Intervall getrennten gemeinsamen Zeitungen 104a sowie
die integral mit diesen ausgebildeten zweiten Speicherelektroden 104b herzustellen.
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Danach
werden ein Gateisolierfilm (nicht dargestellt), eine Halbleiterschicht
(nicht dargestellt) und eine Source/Drain-Metallschicht (nicht dargestellt)
auf der gesamten Oberfläche
des ersten Substrats 100 einschließlich der Gateleitungen 101 abgeschieden.
Die Source/Drain-Metallschicht und die Halbleiterschicht werden
unter Verwendung einer zweiten Maske selektiv entfernt, um dadurch
die Datenleitungen 102 in einer zweiten Richtung, die die erste
Richtung schneidet, die von den Datenleitungen 102 vorstehenden
Sourceelektroden 102a und die von diesen um ein spezifiziertes
Intervall getrennten Drainelektroden 102b herzustellen,
und um die Vorsprünge 120 aus
dem Halbleiterschichtmuster 120a und der Source/Drain-Metallschicht 120b auf den
Gateleitungen 101 herzustellen. Hierbei verbleibt eine
Schicht, die aus demselben Material wie das Halbleiterschichtmuster 102a besteht,
aufgrund einer Beugungsbelichtung mit Formen geschlossener Schleifen
entlang den Umfängen
der Vorsprünge 120,
um die Kompensationsmuster 130 zu bilden.
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Auf
der gesamten Oberfläche
des ersten Substrats 100 einschließlich der Datenleitungen 102 wird
eine Passivierungsschicht (nicht dargestellt) hergestellt, und in
dieser werden Kontaktlöcher 106a zum
Freilegen spezifizierter Abschnitte der oberen Teile der Drainelektroden 102b ausgebildet.
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Auf
der gesamten Oberfläche
des Passivierungsfilms 106 einschließlich der Kontaktlöcher 106a wird
eine transparente Elektrode abgeschieden, die dann selektiv entfernt
wird, um die Pixelelektroden 103 abwechselnd mit den gemeinsamen
Elektroden 104 in spezifizierten Abschnitten auszubilden
und um gleichzeitig die Kompensationsmuster 130 an den Umfängen der
Vorsprünge 120 auszubilden.
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Danach
werden die Säulen-Abstandshalter 210,
deren Zentren den Vorsprüngen 120 entsprechen
und deren Ränder
den Kompensationsmustern entsprechen, auf dem zweiten Substrat 200 hergestellt.
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Auf
das erste oder zweite Substrat 100 bzw. 200 wird
ein Flüssigkristall
getropft, während
das andere Substrat umgekehrt wird. Dann werden die beiden Substrate 100 und 200 miteinander
verbunden.
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Wenn
beim Prozess mit fünf
Masken die Vorsprünge 120 durch
Aufeinanderschichten des Halbleiterschichtmusters 120a und
der Source/Drain-Metallschicht 120b unter Verwendung der
zweiten und der dritten Maske hergestellt werden, können sie
selektiv unter Verwendung der zweiten oder der dritten Maske als
Einzelschicht ausgebildet werden.
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Fallabhängig können, unabhängig von
der Anzahl der benötigten
Masken, die Kompensationsmuster 130 gemeinsam mit der Herstellung
der Pixelelektroden dadurch hergestellt werden, dass die transparente
Elektrode auf der gesamten Oberfläche des Passivierungsfilms
abgeschieden wird und sie selektiv entfernt wird.
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Nun
wird ein Prozess zum Herstellen eines derartigen LCD unter Verwendung
eines Prozesses mit vier Masken beschrieben.
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Als
Erstes werden wiederum das erste Substrat 100 und das zweite
Substrat 200 bereitgestellt, und auf dem ersten Substrat 100 wird
eine Metallschicht abgeschieden, die unter Verwendung einer ersten
Maske selektiv entfernt wird, um dadurch die Gateleitungen 101 in
einer ersten Richtung, die von ihnen vorstehenden Gateelektroden 101a,
die um ein spezifiziertes Intervall von den Gateleitungen 101 getrennten
gemeinsamen Leitungen 104a und die integral mit diesen
ausgebildeten zweiten Speicherelektroden 104b herzustellen.
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Danach
werden wiederum ein Gateisolierfilm (nicht dargestellt), eine Halbleiterschicht
(nicht dargestellt) und eine Source/-Drain-Metallschicht (nicht dargestellt)
auf der gesamten Oberfläche
des ersten Substrats 100 einschließlich der Gateleitungen 101 abgeschieden.
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Die
Source/Drain-Metallschicht und die Halbleiterschicht werden unter
Verwendung einer zweiten Maske selektiv entfernt, um dadurch die
Datenleitungen 102 in einer zweiten Richtung, die die erste
Richtung schneidet, die von den Datenleitungen 102 vorstehenden
Sourceelektroden 102a und die von diesen um ein spezifiziertes
Intervall getrennten Drainelektroden 102b herzustellen,
und um die aus dem Halbleiterschichtmuster 120a und der
Source/-Drain-Metallschicht 120b bestehenden
Vorsprünge 120 auf
den Gateleitungen 101 herzustellen.
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Auf
der gesamten Oberfläche
des ersten Substrats 100 einschließlich der Datenleitungen 102 wird
eine Passivierungsschicht (nicht dargestellt) hergestellt, und in
dieser werden Kontaktlöcher 106a zum
Freilegen spezifizierter Abschnitte der oberen Teile der Drainelektrode 102b unter
Verwendung einer dritten Maske ausgebildet.
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Danach
wird auf der gesamten Oberfläche des
Passivierungsfilms 106 einschließlich der Kontaktlöcher 106a eine
transparente Elektrode abgeschieden, die unter Verwendung einer
vierten Maske selektiv entfernt wird, um dadurch Pixelelektroden 103 abwechselnd
mit den gemeinsamen Elektroden 104 in spezifizierten Abschnitten
auszubilden und um gleichzeitig die Kompensationsmuster 130 an
den Umfängen
der Vorsprünge 120 auszubilden.
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Danach
werden die Säulen-Abstandshalter 210,
deren Zentren den Vorsprüngen 120 entsprechen
und deren Ränder
den Kompensations mustern 130 entsprechen, auf dem zweiten
Substrat 200 hergestellt.
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Auf
das erste oder zweite Substrat 100 bzw. 200 wird
ein Flüssigkristall
aufgetropft, während
das andere der beiden Substrate umgedreht wird. Dann werden die
beiden Substrate 100 und 200 miteinander verbunden.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsformen gelten
für ein
IPS-LCD. Jedoch können
sie ebenfalls bei einem TN-LCD angewandt werden. Das Letztere stimmt
mit dem Ersteren abgesehen davon überein, dass bei ihm Pixelelektroden
mit einem ersten Muster in Pixelbereichen auf einem ersten Substrat
hergestellt werden und gemeinsame Elektroden auf der gesamten Oberfläche eines
zweiten Substrats hergestellt werden. Da bei einem derartigen TN-LCD
keine gemeinsamen Leitungen in den Pixelbereichen hergestellt werden,
werden alle Säulen-Abstandshalter und
Vorsprünge
auf Gateleitungen hergestellt.
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Wie
es aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, bestehen bei einem
LCD und bei einem Verfahren zu dessen Herstellung gemäß der Erfindung mehrere
Effekte.
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Erstes
werden, wenn das erste und das zweite Substrat miteinander verbunden
werden, um einen Zellenzwischenraum zu bilden, Abschnitte von Säulen-Abstandshaltern,
die Vorsprüngen
entsprechen, mit diesen in Kontakt gebracht, während der Rest der Säulen-Abstandshalter
von der Oberseite des ersten Substrats getrennt ist. Demgemäß kehren,
wenn das LCD in einer Richtung berührt wird, während die Vorsprünge mit
den Säulen-Abstandshaltern
in Kontakt stehen, das erste und das zweite Substrat, die gegeneinander
verschoben werden, leicht in ihren ursprünglichen Zustand zurück, da die Kontaktfläche zwischen
den Vorsprüngen
und den Säulen-Abstandshaltern
klein ist, so dass eine Ungleichmäßigkeit der Leuchtstärke durch
Berührung vermieden
ist.
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Zweitens
treten während
eines Drucktests, bei dem ein Druck mit mindestens einem vorbestimmten
Wert ausgeübt
wird, wenn der Druck erhöht wird,
die mit den Vorsprüngen
in Kontakt stehenden Säulen-Abstandhalter
zusätzlich
mit den Kompensationsmustern in Kontakt, wodurch die Kontaktfläche zwischen
den Säulen-Abstandshaltern und
dem ersten Substrat erhöht
wird und dadurch der Druck verteilt wird. Hierbei wird die Höhendifferenz
zwischen den Kompensationsmustern und den Vorsprüngen verringert, und die Kontaktflächen zwischen
den Säulen-Abstandshaltern
und dem ersten Substrat nimmt zu, bevor die Säulen-Abstandshalter während des
Drucktests verformt werden. Demgemäß werden zwar die Säulen-Abstandshalter
durch die Druckkonzentration an ihnen aufgrund der Vorsprünge wegen des
Kontakts zwischen den beiden verformt, jedoch treten die Ränder der
Säulen-Abstandshalter
mit den Kompensationsmuster in Kontakt, bevor diese Verformung der
Säulen-Abstandshalter
zu groß ist
(bevor die Säulen-Abstandshalter nicht
mehr in ihren ursprünglichen
Zustand zurückkehren
können),
wodurch die Säulen-Abstandshalter
nach dem Drucktest, oder einer starken Belastung beim tatsächlichen Einsatz,
in ihren ursprünglichen
Zustand zurückkehren
können.