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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 Pixelelektroden 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 Bildangezeigt werden kann. 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 20 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 ersten 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 Verb leibt 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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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 Temperatur 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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Die
DE 10 2004 052 042 A1 beschreibt eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen derselben. Hierbei weist die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ein erstes Vorsprungsmuster und ein zweites Vorsprungsmuster auf, wobei das erste und das zweite Vorsprungsmuster unterschiedliche Ausmaße aufweisen und beide auf einem TFT-Substrat gebildet werden können. Zusätzlich kann das zweite Vorsprungsmuster, das einem ersten Säulen-Abstandselement entspricht, im Verhältnis kleiner als das erste Vorsprungsmuster sein. wodurch Reibungskräfte mittels Reduzierens einer Kontaktfläche zwischen dem ersten Säulen-Abstandselement und dem zweiten Vorsprungsmuster reduziert werden und Affekte von Flecken wegen des Berührungskontakts verhindert werden.
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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 mittels eines einfachen Herstellungsprozesses gelindert werden kann.
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Diese Aufgabe ist durch die LCDs gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen 1 und 7 sowie das Verfahren gemäß dem beigefügten unabhängigen Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei der Erfindung sind Vorsprünge entsprechend den Zentren von Säulen-Abstandshaltern ausgebildet, und Kompensationsmuster mit einer Höhe unter der der Vorspringe 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 seien 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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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 Kompensationsraster 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 Farbfilterschicht 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 Stuck von der U-förmigen Sourceelektrode 102a beabstandet ist und in deren Inneres eingreift. Ferner ist unter der Datenleitung 102, der Sourceelektrode 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 wenden. 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 eingefügt, und zwischen die Datenleitungen 102 und die Pixelelektroden 103 ist ein Passivierungsfilm 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, 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 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 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 außer in den Kontaktlöchern 106a. auf dem Vorsprung 120 ausgebildet ist, steht der auf dem zuleiten 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 Herstellung 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 Leitungen 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 Daten leitungen 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 ein- schließlich 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 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 Kompensationsmustern 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. Des 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.
