DE19602632A1 - Dünnschicht-Flüssigkristallanzeigefeld und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Dünnschicht-Flüssig­ kristallanzeigefeld und richtet sich im besonderen auf ein Dünnschicht-Flüssigkristallanzeigefeld mit Flüssigkristall­ zellen, deren Dicke gleichförmig ist, deren Gewicht und Volumen aber stark vermindert sind, sowie auf ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Zu gegenwärtig in Verwendung befindlichen Bildanzeige­ vorrichtungen gehören Kathodenstrahlröhren (CRTs), Flach- Flüssigkristallanzeigen (LCDs) und Flach-Plasmaanzeigefelder (PDPs) um einige zu nennen. Die CRT hat dabei ausgezeichne­ te Bildqualität und Helligkeit, ist aber zu groß und zu schwer, um passend für den gegenwärtigen Trend zu Großbild­ schirmanzeigen zu sein.

Auf der anderen Seite hat eine Flachanzeigevorrichtung Vorteile insofern, als ihre Abmessungen und Gewicht, ver­ glichen mit der CRT, klein sind, weshalb sie in breitem Maße auf den verschiedensten Gebieten Anwendung finden. Flüssig­ kristall wurde dabei vorwiegend verwendet, da er die einzig­ artige Eigenschaft einfacher Anwendung hat und in der Lage ist, seine Kristallanordnung abhängig davon zu ändern, ob ein elektrisches Feld angelegt wird oder nicht.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines typischen Flüssigkristallanzeigefelds. Bei einem typischen Herstel­ lungsverfahren werden ITO-(Indium-Zinn-Oxid-)Elektroden 13 und 19 auf zwei Substraten 11 und 11′ ausgebildet, wonach Isolationsschichten 14 und 14′ auf der gesamten Oberfläche der resultierenden Strukturen ausgebildet werden. Die beiden Strukturen werden über (nicht gezeigte) zwischengelegte Abstandsteile zwischen den Isolationsschichten 14 und 14′ zusammengefügt, wobei der sich ergebende Aufbau die Substra­ te an der Außenseite hat. Als nächstes wird über ein Ver­ fahren der Flüssigkristallinjektion eine Flüssigkristall­ schicht 15 zwischen den Isolationsschichten ausgebildet, womit die Ausbildung eines Flüssigkristallanzeigefelds abge­ schlossen ist.

Das Ansteuerprinzip einer Flüssigkristallanzeige nutzt die Eigenschaft aus, daß sich die Anordnung des Flüssigkri­ stalls abhängig davon ändert, ob eine äußere Spannung ange­ legt wird oder nicht, und auf die Flüssigkristallschicht einfallendes Licht entweder abgeblockt oder mit Anlegen der Spannung durchgelassen wird. Unter Bezug auf Fig. 2 wird, wenn eine Spannung zwischen den oberen und unteren Elektro­ den 13 und 19 angelegt wird, ein elektrisches Feld an der Flüssigkristallschicht 15 ausgebildet. Das an der Flüssig­ kristallschicht ausgebildete elektrische Feld richtet den Flüssigkristall in einer bestimmten Richtung aus, und in die Flüssigkristallschicht der Anzeigevorrichtung einfallendes Licht wird entweder abgeblockt oder durchgelassen je nach Ausrichtung des Flüssigkristalls. Eine solche Ansteuercha­ rakteristik des Flüssigkristalls wird durch die Dicke und Gleichförmigkeit der innerhalb des Flüssigkristallanzeige­ feldes ausgebildeten Flüssigkristallschicht beeinflußt.

Bei einer herkömmlichen Flüssigkristallanzeige wird der Zellenzwischenraum typischerweise ausgebildet, indem ein Abstandshaltermaterial auf dem unteren Substrataufbau abge­ lagert und der obere Substrataufbau dann damit verbunden wird, was zu ungleichförmigen Zellenzwischenräumen führt. Da die Durchmesser der Teilchen des Abstandshaltermaterials un­ gleich sind, ist es schwierig, Zellenzwischenräume gleichförmiger Dicke auszubilden und die Dicke des ausgebildeten Zellenzwischenraums durch Teilchengrößen des Abstandshalter­ materials zu steuern. Dies erzeugt insofern ein Problem, als die herkömmliche Flüssigkristallanzeigevorrichtung schlechte optische Abblock- und Durchlaßeigenschaften hat.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Flüssigkristallanzei­ gefeld zu schaffen, dessen Flüssigkristallschicht reprodu­ zierbar ist und damit ausgezeichnete Abblock- und Durchlaß­ eigenschaften für Licht liefert.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Dünnschicht-Flüssigkristallanzeigefeld vorgesehen, welches ein Substrat, auf welchem ein Elektrodenmuster ausgebildet ist, eine in einem bestimmten Abstand vom Substrat liegende Isolationsschicht, eine Anzahl von von der Isolationsschicht abragenden und das Substrat berührenden Beinen sowie eine zwischen dem Substrat und der Isolationsschicht zwischenge­ legte Flüssigkristallschicht aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Flüssigkristallanzeigefelds zu schaffen, welches die Dicke eines Zellenzwischenraums ein­ fach steuern und eine gleichförmige Flüssigkristallschicht ausbilden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkristallanzeigefelds mit den Verfahrensschritten des

• (A) Ausbildens eines Elektrodenmusters auf einem Sub­ strat,
• (B) Ausbildens einer Metalldünnschicht auf dem Substrat mit dem darauf ausgebildeten Elektrodenmuster,
• (C) Ätzens der Metalldünnschicht zur Ausbildung von Kanälen,
• (D) Ausfüllens der Kanäle mit einem lichtdurchlässigen Isolationsmaterials und Ausbildens einer oberen Isolations­ schicht auf der Metalldünnschicht,
• (E) Ausbildens eines oberen Elektrodenmusters auf der oberen Isolationsschicht,
• (F) Ausbildens eines Flüssigkristall-Einfüllochs in der oberen Isolationsschicht,
• (G) Auflösens der Metalldünnschicht zur Ausbildung eines gleichförmigen Zellenzwischenraums und nachfolgenden Einfüllens eines Flüssigkristalls in den Zellenzwischenraum, und
• (H) Ausbildens einer Schutzschicht auf dem Flüssigkri­ stall-Einfülloch und dem oberen Elektrodenmuster.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Auf diesen ist bzw. sind

Fig. 1A bis 1I perspektivische Ansichten, welche den sequentiellen Vorgang der Herstellung eines Dünnschicht- Flüssigkristallanzeigefelds gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigen, und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer nach einem herkömmlichen Verfahren hergestellten Flüssigkristallanzeige.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Zellenzwi­ schenraum und eine obere Elektrode nach einem Dünnschicht- Herstellungsprozeß ausgebildet, der dem ähnlich ist, der zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen verwendet wird. Dieser unterscheidet sich von dem herkömmlichen Verfahren der Ausbildung des Flüssigkristallzellzwischenraums für die Einfüllung des Flüssigkristalls dadurch, daß das obere und untere Substrat miteinander verbunden werden. Das erfin­ dungsgemäße Verfahren ist insofern vorteilhaft, als es ein­ fach und exakt die Ausbildung der gewünschten gleichförmigen Dicke des Zellenzwischenraums gestattet.

Fig. 1A bis 1I sind perspektivische Ansichten zur Er­ läuterung des sequentiellen Prozesses für die Herstellung eines Dünnschicht-Flüssigkristallanzeigefelds gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Anhand dieser Figuren werden die Charakteristika dieses Prozesses im einzelnen erläutert.

Zunächst wird ein Substrat 21, auf welchem eine Schicht 22 aus leitfähigem Material ausgebildet ist, gereinigt und präpariert (Fig. 1A). Als nächstes wird ein Photoresist 24 auf der Schicht 22 aus leitfähigem Material abgeschieden und entwickelt (Fig. 1B). Danach wird ein unteres Elektrodenmu­ ster 23 auf dem Substrat durch Ätzen der Schicht aus leitfä­ higem Material ausgebildet (Fig. 1C).

Als nächstes wird der Photoresist entfernt und eine untere Isolationsschicht 25 unter Verwendung eines Materi­ als, wie etwa SiO₂, durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder mit einem Sputter-Verfahren ausgebildet, wonach eine Flüssigkristallausrichtungsschicht 26 mit einem Materi­ al, wie etwa Polyimid, ausgebildet wird (Fig. 1D). Unter Verwendung des Sputter- oder Aufdampfverfahrens wird zur Ausbildung eines Zellenzwischenraums für das Einfüllen von Flüssigkristall eine lösliche Metalldünnschicht 27 in der gewünschten Zellenzwischenraumdicke auf der ausgebildeten Ausrichtungsschicht ausgebildet (Fig. 1E). Aluminium, Molyb­ dän, Titan haben wünschenswerte Eigenschaften und sind als Material für die Metalldünnschicht geeignet.

Nachfolgend werden zur Ausbildung eines Zellenzwischen­ raumträgers, der als Abstandsteil wirkt, Löcher 28 in der Dünnschicht 27 durch Ätzen der Metalldünnschicht ausgebildet (Fig. 1F). Danach werden unter Verwendung des CVD-Verfahrens Zellenzwischenraumträger 29 durch Auffüllen der Löcher 28 in der Metalldünnschicht 27 mit lichtdurchlässigem Material, wie etwa SiO₂ oder Si₃N₄, ausgebildet, wobei gleichzeitig eine obere Isolationsschicht 30 als SiO₂-Dünnschicht mit einer Dicke von 2 bis 10 µm auf der Metalldünnschicht ausgebildet wird (Fig. 1G).

Wenn die obere Isolationsschicht 30 ausgebildet ist, wird ein zweites Elektrodenmuster 31 auf der oberen Isola­ tionsschicht ausgebildet. Nachfolgend wird ein Flüssigkri­ stall-Einfülloch 32 durch reaktive Ionenätzung (RIE) oder Naßätzung ausgebildet. Hierbei wird durch Auflösen der Me­ talldünnschicht 27 über ein Naßätzverfahren ein gleichförmi­ ger Zellenzwischenraum für den Flüssigkristall 33 in dem Raum ausgebildet, der vorher von der Metalldünnschicht ein­ genommen worden ist (Fig. 1H).

Schließlich wird Flüssigkristall 35 in den ausgebilde­ ten Zellenzwischenraum eingefüllt und das Flüssigkristall- Einfülloch 32 unter Verwendung des CVD-Verfahrens verschlos­ sen. Danach wird eine Schutzschicht 34 als Schutz für das obere Elektrodenmuster ausgebildet. Ein lichtdurchlässiges Isolationsmaterial, wie etwa SiO₂ oder Si₃N₄, ist als Schutz­ schicht wünschenswert. Mit diesem Schritt (Fig. 1I) ist die Herstellung eines Dünnschicht -Flüssigkristallanzeigefelds abgeschlossen.

Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Flüssigkristallanzeigefelds erzielt man die folgenden Ergebnisse:
Erstens kann die Dicke des Zellenzwischenraums mit einem Dünnschichtausbildungsprozeß, wie er zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen verwendet wird, zur Ausbildung des Zellenzwischenraums für das Einfüllen eines Flüssigkri­ stalls genauer gesteuert werden, womit man eine gleichförmi­ ge Flüssigkristallschicht erhält.

Zweitens erreicht man gleichmäßig angeordnete Abstands­ teile sowie ein vermindertes Gewicht dadurch, daß die obere Zellenzwischenraumschutzschicht und ein Abstandsteil zur Ab­ stützung des Zellenzwischenraums einer Dünnschicht in Folge ausgebildet werden.

Dementsprechend bietet ein nach der Erfindung herge­ stelltes Flüssigkristallanzeigefeld ausgezeichnete Flüssig­ kristallansteuerfähigkeiten, wobei seine Leistung verbessert ist.

Claims (8)

1. Dünnschicht-Flüssigkristallanzeigefeld mit
einem Substrat (21), auf welchem ein Elektrodenmuster (23) ausgebildet ist,
einer in einem bestimmten Abstand von dem Substrat liegenden Isolationsschicht (30),
einer Anzahl von von der Isolationsschicht abragenden und am Substrat abstützenden Beinen, und
einer zwischen dem Substrat (21) und der Isolations­ schicht (25) zwischengelegten Flüssigkristallschicht (35).

2. Dünnschicht-Flüssigkristallanzeigefeld nach Anspruch 1, wobei die Isolationsschicht (30) ein lichtdurchlässiges Material aus SiO₂ oder Si₃N₄ aufweist.

3. Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Flüssig­ kristallanzeigefelds mit folgenden Verfahrensschritten:

• (A) Ausbilden eines Elektrodenmusters (23) auf einem Substrat (21),
• (B) Ausbilden einer Metalldünnschicht (27) auf dem Substrat (21) mit dem darauf ausgebildeten Elektrodenmuster (23),
• (C) Ätzen der Metalldünnschicht (27) zur Ausbildung von Kanälen (28),
• (D) Ausfüllen der Kanäle mit einem lichtdurchlässigen Isolationsmaterial und Ausbilden einer oberen Isolations­ schicht (30) auf der Metalldünnschicht (27),
• (E) Ausbilden eines oberen Elektrodenmusters (31) auf der oberen Isolationsschicht,
• (F) Ausbilden eines Flüssigkristall-Einfüllochs (32) in der oberen Isolationsschicht (30),
• (G) Auflösen der Metall-Dünnschicht (27) zur Ausbildung eines gleichförmigen Zellenzwischenraums (33) und nachfol­ gendes Einfüllen eines Flüssigkristalls (35) in den gleich­ förmigen Zellenzwischenraum, und
• (H) Ausbilden einer Schutzschicht (34) auf dem Flüssig­ kristall-Einfülloch (32) und dem oberen Elektrodenmuster (31).

4. Verfahren nach Anspruch 3, welches ferner den Schritt des Ausbildens einer Ausrichtungsschicht (26) zwi­ schen den Schritten (A) und (B) aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 3, welches ferner den Schritt des Ausbildens einer unteren Isolationsschicht (25) zwischen den Schritten (A) und (B) aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 3, welches ferner die Schritte des Ausbildens einer unteren Isolationsschicht (25) und auf dieser eine Ausrichtschicht (23) zwischen den Schritten (A) und (B) aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Metalldünn­ schichtmaterial wenigstens eines der Materialien Aluminium, Molybdän und Titan ist.

8. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die obere Isola­ tionsschicht ein lichtdurchlässiges Material aus SiO₂ oder Si₃N₄ aufweist.