DE19623070A1 - Verfahren zum Herstellen einer Substratsanordnung für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung - Google Patents
Verfahren zum Herstellen einer Substratsanordnung für eine FlüssigkristallanzeigevorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen
einer Substratsanordnung und speziell auf ein Verfahren zum
Herstellen einer Substratsanordnung einer
Flüssigkristallanzeigevorrichtung.
Im allgemeinen werden bei einer
Flüssigkristallanzeigevorrichtung ein oberes und ein unteres
Substrat miteinander verbunden. Ein Substrat, das in Matrixform
Pixelelektroden und Schalteinrichtungen aufweist, sowie ein
Substrat, das ein Farbfilter zur Erzielung von Farben und eine
gemeinsame Elektrode aufweist, werden aneinander befestigt.
Flüssigkristallmaterial wird zwischen die zwei Substrate
eingespritzt, die dann dicht verschlossen werden. Sobald ein
äußeres elektrisches Feld an diese Anordnung angelegt wird,
bewegt sich der Flüssigkristall entsprechend dem elektrischen
Feld, so daß mittels Licht, das durch die Substrate tritt, ein
Bild angezeigt wird.
Wie in Fig. 3 gezeigt, weist eine herkömmliche
Flüssigkristallanzeigevorrichtung Flüssigkristallmaterial 5 mit
sich in Abhängigkeit von einem elektrischen Feld ändernder
Lichtdurchlässigkeit, ein erstes transparentes Substrat 3
(unteres Substrat), auf dem eine elektrische Verdrahtung
ausgebildet ist, um an einen ausgewählten Bereich ein
elektrisches Feld anlegen zu können, und ein zweites
transparentes Substrat 4 (Farbfiltersubstrat) auf. Das
Flüssigkristallmaterial 5 wird zwischen die Substrate 3 und 4
eingespritzt. Dann wird das Flüssigkristallmaterial 5 mittels
eines Dichtungsmaterials 6 zwischen den Substraten 3, 4 dicht
verschlossen. Polarisierungsscheiben 2-1 und 2-2 werden an den
Substraten 3 und 4 angebracht. Eine
Hintergrundbeleuchtungseinrichtung 1 zum Erzeugen von Licht
wird an der Unterseite des unteren Substrats befestigt.
Auf dem ersten transparenten Substrat sind eine Abtastleitung
(Gate-Leitung), eine Datenleitung, eine Pixelelektrode und eine
Schalteinrichtung zum Steuern eines an die Pixelelektrode
anzulegenden elektrischen Feldes in Matrixform angeordnet. Auf
dem zweiten transparenten Substrat sind die gemeinsame
Elektrode und das Farbfilter angeordnet. Auf den Substraten
sind Leiterbahnen und Anschlußflächen zum Anlegen äußerer
Signale ausgebildet.
Ein Verfahren zum Herstellen einer solchen
Flüssigkristallanzeigevorrichtung wird nachfolgend erörtert.
Auf einem transparenten Substrat, z. B. Glas, sind mehrere
hunderttausend bis mehrere Millionen Pixelelektroden-Einheiten
zusammen mit Steuereinrichtungen zum Steuern von an diese
Pixelelektroden anzulegenden Datensignalen angeordnet, und es
sind Datenleitungen und Abtastleitungen ausgebildet, um von
außen ein Videosignal anlegen zu können. Diese Anordnung stellt
das erste transparente Substrat 3 dar.
Zur Bildung des zweiten transparenten Substrats 4 sind auf
einem weiteren transparenten Substrat ein Farbfilter und eine
gemeinsame Elektrode angeordnet, um mittels Durchleitung von
Licht Farben zu erzeugen, wobei der Durchtritt des Lichts
ausschließlich von den Pixelelektroden bestimmt wird. Nach dem
Zusammenbau des unteren und des oberen Substrats wird auf
diesen ein Dichtungsmittel verteilt, um sie dicht zu machen.
Die beiden Substrate werden zum Zusammenfügen angeordnet. Das
Flüssigkristallmaterial wird zwischen sie eingespritzt, und
schließlich wird die Flüssigkristalleinspritzöffnung
verschlossen, damit das Flüssigkristallmaterial nicht nach
außen entweicht.
Nach dem Einsiegeln des Flüssigkristallmaterials werden die
Polarisierungsscheiben 2-1 und 2-2 an den Substraten befestigt.
Zum Anlegen eines äußeren Signals wird an den Leiterbahnen eine
integrierte Treiberschaltung angeschlossen. Zur
Vervollständigung der Flüssigkristallanzeigevorrichtung werden
unter dem unteren Substrat eine
Hintergrundbeleuchtungseinrichtung, d . h. eine lichtaussendende
Einrichtung, und eine Befestigungsanordnung angefügt.
Bei der Herstellung des oberen und des unteren Substrats nach
dem herkömmlichen Verfahren werden Spülungs-, Ablagerungs- oder
Ätzvorrichtungen in einer zweistelligen Zahl von
Arbeitsschritten eingesetzt. Hierbei werden auf die
transparenten Substrate während der Bearbeitungsvorgänge unter
Umständen mechanische Kräfte ausgeübt. Außerdem erfahren die
Substrate Erwärmungs- und Abkühlungsprozesse, welche die
Substrate beschädigen können, wenn diese bruchempfindlich sind.
Beim herkömmlichen Verfahren wird zur Herstellung der
Flüssigkristallanzeigevorrichtung als Substratmaterial
transparentes Glas verwendet. Handelsübliches Glas ist
normalerweise 1,1 mm dick. Um jedoch das Gewicht der
Flüssigkristallanzeigevorrichtung zu verringern, wurde erwogen,
ein Substrat von 0,7 mm Dicke zu verwenden. Beim oben
beschriebenen herkömmlichen Verfahren wird, wenn die Dicke des
Substrats in einer anfänglichen Arbeitsphase festgelegt wird,
dieselbe Dicke bis zum Endprodukt beibehalten.
Da herkömmlich verwendetes Glas vergleichsweise dick ist, ist
es gegen mechanische oder thermische Belastungen während des
Herstellungsprozesses geschützt. Wenn jedoch von Anfang an ein
dünnes Substrat verwendet wird, ist infolge seiner Beschädigung
oder Verformung mit einem größeren Ausschuß zu rechnen.
Außerdem wird bei der Herstellung des unteren Substrats und
beim Einfüllen des Flüssigkristallmaterials mehr als zehnmal
der Vorgang des Erwärmens und Abkühlens zwischen 200 und 300°C
durchgeführt, und bei Spül- und Beschichtungsarbeitsgängen
erfolgt wiederholt eine Bearbeitung bei hohen Drehzahlen. Aus
diesem Grund kann die Glasdicke nicht dünner gewählt werden. Es
gibt Grenzen für die Senkung des Gewichts einer
Flüssigkristallanzeigevorrichtung. Um diese Probleme zu lösen,
müssen die Bearbeitungsgeräte verbessert oder zusätzliche
Funktionen bereitgestellt werden, wodurch die Kosten des
Endprodukts in die Höhe getrieben werden.
Die Erfindung erfolgte angesichts der oben geschilderten
Umstände und bezweckt, die Probleme und Nachteile des Standes
der Technik zu überwinden.
Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, ein Verfahren zum
Herstellen einer leichten und dünnen Substratsanordnung
bereitzustellen.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Herstellen
einer Substratsanordnung erreicht, das folgende Schritte
aufweist: ein erstes Substrat mit einer ersten Dicke wird
bereitgestellt; ein zweites Substrat mit einer zweiten Dicke
wird bereitgestellt; zwischen dem ersten und dem zweiten
Substrat wird eine Innenschicht angeordnet; das erste Substrat,
das zweite Substrat und die Innenschicht werden unter
Verwendung eines Klebstoffs zusammengefügt; und die Dicke des
ersten und/oder des zweiten Substrats wird verringert.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung weist ein
Verfahren zum Herstellen einer Substratsanordnung für eine
Flüssigkristallanzeigevorrichtung folgende Schritte auf: ein
erstes transparentes Substrat mit einer ersten Dicke wird
bereitgestellt; ein zweites transparentes Substrat mit einer
zweiten Dicke wird bereitgestellt; das erste und das zweite
transparente Substrat werden so zusammengefügt, daß zwischen
dem ersten und dem zweiten transparenten Substrat ein
Zwischenraum gebildet wird; die erste und/oder die zweite Dicke
wird verringert; ein Flüssigkristallmaterial wird in den
Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten transparenten
Substrat eingespritzt; und der Zwischenraum zwischen dem ersten
und dem zweiten transparenten Substrat wird dicht verschlossen.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung weist ein
Verfahren zum Herstellen einer
Flüssigkristallanzeigevorrichtung folgende Schritte auf: ein
erstes transparentes Substrat mit einer ersten Dicke wird
bereitgestellt; ein zweites transparentes Substrat mit einer
zweiten Dicke wird bereitgestellt; das erste und das zweite
transparente Substrat werden so zusammengefügt, daß zwischen
dem ersten und dem zweiten transparenten Substrat ein
Zwischenraum gebildet wird; die erste und/oder die zweite Dicke
wird verringert; ein Flüssigkristallmaterial wird in den
Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten transparenten
Substrat eingespritzt; und der Zwischenraum zwischen dem ersten
und dem zweiten transparenten Substrat wird dicht verschlossen.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit
Hilfe der Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigen:
Fig. 1A und 1B schematische Schnittansichten einer
ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Substratsanordnung;
Fig. 2A bis 2G schematische Schnittansichten einer
zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Substratsanordnung; und
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch ein
herkömmliches Substrat.
Nachstehend wird im einzelnen auf die bevorzugten
Ausführungsformen der Erfindung eingegangen.
Wie in Fig. 1A gezeigt, werden bei einer ersten
Ausführungsform ein oberes Substrat 4 (das zweite transparente
Substrat) und ein unteres Substrat 3 (das erste transparente
Substrat), die jeweils die Dicke t besitzen, miteinander
verbunden. Zwischen die Substrate 3, 4 wird ein
Zwischenlagematerial 5 eingespritzt. Die miteinander
verbundenen Substrate 3, 4 werden durch ein Dichtungsmaterial 6
derart versiegelt, daß der Zwischenraum zwischen den beiden
Substrate 3 und 4 vollständig verschlossen ist.
Die Gesamtdicke des oberen und des unteren Substrats ist gleich
der Summe aus der Dicke der transparenten Substrate 3, 4 und
der Dicke des Zwischenlagematerials 5. Der Abstand zwischen dem
oberen und dem unteren Substrat 3, 4 ist gleich der Dicke des
Zwischenlagematerials, die sehr klein ist (üblicherweise 5 bis
6 µm). Deshalb beträgt die tatsächliche Dicke der miteinander
verbundenen Substrate ungefähr 2t.
Wenn in diesem Zustand die Außenflächen des oberen und des
unteren Substrats, die miteinander verbunden sind, geätzt oder
unter Verwendung eines Poliermittels poliert werden, um die
Dicke der Substratsanordnung zu verringern, kann die Dicke auf
einen gewünschten Wert gebracht werden. Wie in Fig. 1B
gezeigt, nimmt die Dicke des oberen und des unteren Substrats
4′ und 3′ (nach dem Ätzen oder Polieren) den Wert 2t′ an.
Außerdem können zu Herstellungsbeginn ein oberes und ein
unteres Substrat unterschiedlicher Dicke verwendet werden. Das
obere Substrat 3 und das untere Substrat 4 können jeweils aus
einem transparenten Isolator, einer Metallscheibe oder einer
Halbleiterscheibe bestehen. Das obere Substrat und das untere
Substrat können aus dem gleichen Werkstoff oder aus
unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, um leichtgewichtige,
dünne Substrate herzustellen.
Die folgenden drei Verfahren können zum Polieren des oberen und
des unteren Substrats verwendet werden:
- 1) mechanisches Verfahren: das obere und das mit ihm verbundene untere Substrat werden mit Sandpapier oder einer ein Poliermittel verwendenden Poliervorrichtung poliert, und dabei gleichzeitig mit einem Kühlmittel besprüht;
- 2) chemisches Verfahren: die Substrate werden unter Verwendung einer Lösung, z. B. einer starken Säure, geätzt, um eine Teildicke der Substrate abzulösen (dies führt nicht zu einer Beschädigung der Substrate, da aus diese keine mechanische Kraft einwirkt);
- 3) eine Kombination der zwei unter 1) und 2) genannten Verfahren.
Wie aus Fig. 2A ersichtlich, wird ein Substrat 10 der Dicke t1
dazu verwendet, darauf eine Anordnung 11 aus einem
Dünnschichttransistor (TFT: Thin Film Transistor), d. h. einer
Schalteinrichtung, einer Pixelelektrode, einer Abtastleitung
(Gate-Leitung) und einer Datenleitung auf die gleiche Weise wie
beim herkömmlichen Herstellungsprozeß auszubilden. Dies ergibt
das Substrat 10, welches das untere Substrat ist.
Wie aus Fig. 2B ersichtlich, wird ein Substrat 20 der Dicke t2
dazu verwendet, darauf ein Farbfilter 21 auf die gleiche Weise
wie beim herkömmlichen Herstellungsprozeß auszubilden, um das
zweite Substrat 20 anzufertigen, welches das obere Substrat
ist. Hierbei können die Dicken t1 und t2 voneinander
verschieden oder gleich sein.
Wie in Fig. 2C gezeigt, wird auf das obere und das untere
Substrat - nach deren Beschichtung mit einer
Orientierungsschicht zur Orientierung von
Flüssigkristallmaterial - ein Abstandshalter 13 aufgesprüht, um
zwischen dem oberen und dem unteren Substrat einen konstanten
Abstand beizubehalten. Um das Flüssigkristallmaterial am
Entweichen zu hindern, wird ein Dichtungsmaterial 14 auf den
Substraten aufgetragen, nur eine
Flüssigkristalleinspritzöffnung 16 bleibt frei. Danach werden
das obere und das untere Substrat miteinander verbunden,
derart, daß die Dünnschichttransistor-Anordnung 11 und das
Farbfilter 21 einander zugewandt sind.
Um vollständig zu verhindern, daß Fremdkörper oder starke Säure
zwischen die zwei Substrate eintreten können, können zusätzlich
zum Dichtungsmaterial 14 außerhalb desselben Hilfsdichtungen 19
verwendet werden, wie in Fig. 2D dargestellt. Hierbei kann das
als Hilfsdichtung 19 verwendete Material das gleiche wie das
Dichtungsmaterial 14 sein oder von diesem unterschiedlich sein,
und es kann zur gleichen Zeit wie das Dichtungsmaterial 14
aufgetragen werden.
Damit während des nachfolgenden Vorgangs des Atzens der
Substrate keine Fremdstoffe oder starken Säuren zwischen das
erste und das zweite Substrat eintreten können, d. h. damit
keine Fremdstoffe oder starke Säuren in die
Dünnschichttransistor-Anordnung 11 und ins Farbfilter 21
eindringen können, wird eine säurefeste Dichtung 15 verwendet,
von welcher der Spalt zwischen den beiden Substraten 10, 20 von
außen dicht abgeschlossen wird. Wenn nach diesen
Arbeitsschritten die Substrate in eine starke Säure, z. B. in
eine Lösung zum Atzen von Glassubstrat bei hoher
Geschwindigkeit, eingetaucht und während einer vorgegebenen
Zeitdauer geätzt werden, wird die Dicke des oberen und des
unteren Substrats von t2 auf t4 bzw. von t1 auf t3 abgebaut,
wie in Fig. 2E gezeigt. Auf diese Weise werden ein oberes
Substrat 20′ und ein unteres Substrat 10′ erhalten, die dünner
und leichter sind. Hierbei wird die Dicke der Substrate durch
die Ätzdauer gesteuert. Zum Verringern der Dicke der Substrate
kann anstelle des Atzens Sandpapier oder eine mit einem
Poliermittel arbeitende Poliervorrichtung mechanisch angewendet
werden.
Nach Abschluß des Ätzens werden feine Kratzer poliert und
stirnseitig überflüssige Substratteile unter Verwendung einer
Substrat-Schneideinrichtung entfernt, wie in Fig. 2F gezeigt.
Dabei werden die säurefeste Dichtung 15 und die Hilfsdichtung
19 ebenfalls entfernt. Wie in Fig. 2G dargestellt, wird nach
dem Beschneiden der Substrate Flüssigkristallmaterial 22 durch
die Flüssigkristalleinspritzöffnung 16 eingespritzt. Um ein
Austreten des Flüssigkristallmaterials zu verhindern, wird die
Einspritzöffnung 16 mit einer Dichtung 17 verschlossen und
damit der Herstellungsprozeß abgeschlossen.
Nach einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens, das dem Verfahren nach den Fig. 2A bis 2G
ähnlich ist, werden das erste und das zweite Substrat
miteinander verbunden und dann Flüssigkristallmaterial
dazwischen eingespritzt. Das erste und das zweite Substrat
werden durch eine säurefeste Dichtung 15 dicht verschlossen.
Anschließend werden das erste und das zweite Substrat unter
Verwendung der Poliervorrichtung oder der chemischen Lösung
poliert. Die darauffolgenden Arbeitsschritte sind die gleichen
wie bei der herkömmlichen Bearbeitung.
Zwar wird gemäß der obigen Beschreibung die Dicke sowohl des
ersten als auch des zweite Substrats verringert, aber es kann
auch die Dicke nur eines der beiden Substrate verringert werden
und trotzdem die vorteilhafte Wirkung der Erfindung erzielt
werden. Wenn zum Beispiel das erste Substrat Glas und das
zweite Substrat Kunststoff ist, kann es sein, daß nur das erste
oder das zweite Substrat am Rand beschnitten wird. Ferner
braucht nur das erste oder das zweite Substrat poliert zu
werden, wenn das erste Substrat eine Siliziumscheibe und das
zweite Substrat aus Kunststoff ist.
Dementsprechend werden bei der Erfindung das erste und das
zweite Substrat mittels einer säurefesten Dichtung verschlossen
und ihre Außenflächen poliert. Dann wird der von einer
säurefesten Dichtung verschlossene Teil abgeschnitten. Vor dem
Zusammen fügen des ersten und des zweiten Substrats wird ein
Versiegelungsmittel verwendet, um die Substratsanordnung dicht
zu machen. In diesem Fall kann der Aufbau doppellagig sein und
erst dann sein äußerer Teil abgeschnitten werden.
Wie vorstehend beschrieben, werden bei der Erfindung während
eines zur Herstellung von Pixelelementen (Bildelementen) und
eines Farbfilters dienenden Prozesses, bei dem die Substrate
starke mechanische oder thermische Belastungen erfahren,
Substrate stabiler Dicke verwendet. Nachdem die beiden
Substrate miteinander verbunden wurden und vor oder nach dem
Einspritzen von Flüssigkristallmaterial, d. h. nach den
Bearbeitungsgängen, in denen mechanische oder thermische
Belastungen auftreten, werden die Substrate poliert, sei es
unter Verwendung einer mit einem Poliermittel arbeitenden
Poliervorrichtung oder mittels Naßätzung. Durch diese
Bearbeitung wird die Dicke der Substrate verringert, wodurch
die Anzahl von Ausschußerzeugnissen gesenkt wird und leichte
und dünne Substrate erzielt werden.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren hat die Erfindung
folgende Vorteile:
- a) Es ist nicht notwendig, von Anfang an ein instabiles dünnes Substrat zu verwenden, sondern es wird ein stabiler Herstellungsprozeß unter Verwendung kostengünstiger Substrate erhalten. Dies senkt auch die Kosten für eine Verbesserung der Ausrüstung und eine Ergänzung von Funktionen.
- b) Dieses Verfahren ist stabil, wodurch eine gleichbleibende Ausbeute erzielt und eine hohe Wettbewerbsfähigkeit ermöglicht wird.
- c) Als wirksamster Vorteil werden die Substrate zur Einstellung ihrer Dicke auf dünne und leichte Produkte erst dann poliert, nachdem sie bei der Bearbeitung mechanischen oder thermischen Belastungen ausgesetzt waren, im Gegensatz zu dem Fall, in dem von Anfang an ein dünnes Substrat verwendet wird und dann dessen Dicke wegen Beschädigungsgefahr nicht unter einen gegebenen Wert (0,7 mm) zurückgeführt werden kann, so daß letzteres Verfahren an Grenzen stößt.
Claims (8)
1. Verfahren zum Herstellen einer Substratsanordnung einer
Flüssigkristallanzeigevorrichtung, welche ein erstes Substrat,
ein zweites Substrat und ein Flüssigkristallmaterial zwischen
den beiden Substraten aufweist, bei dem
das erste Substrat (3, 10) und das zweite Substrat (4, 20)
einander flächig gegenüberliegend im Abstand voneinander derart
miteinander verbunden werden, daß zwischen den beiden
Substraten (3, 10; 4, 20) ein Zwischenraum gebildet wird, und
eine Teildicke des ersten und/oder des zweiten Substrats
(3, 10; 4, 20) von der Außenseite der Substrate (3, 10; 4, 20)
her abgetragen wird.
2. Verfahren zum Herstellen einer Substratsanordnung einer
Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei dem der
Zwischenraum unter Verwendung wenigstens einer Hilfsdichtung
(19, 15) dicht verschlossen wird, bevor die Teildicke des
ersten und/oder des zweiten Substrats (3, 10; 4, 20) abgetragen
wird.
3. Verfahren zum Herstellen einer Substratsanordnung einer
Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 2, bei dem die
Hilfsdichtung (19, 15) in einem Randbereich der Substrate (3,
10; 4, 20) zwischen diesen angeordnet wird und, nachdem die
Teildicke des ersten und/oder des zweiten Substrats (3, 10; 4,
20) abgetragen wurde, wieder entfernt wird.
4. Verfahren zum Herstellen einer Substratsanordnung einer
Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 3, bei dem die
Hilfsdichtung (19, 15) dadurch entfernt wird, daß die
Substratsanordnung mit Hilfe einer Substrat-Schneideeinrichtung
auf Maß geschnitten wird.
5. Verfahren zum Herstellen einer Substratsanordnung einer
Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 4, bei dem die Teildicke des ersten und/oder des zweiten
Substrats (3, 10; 4, 20) mit Hilfe eines chemischen und/oder
eines mechanischen Vorganges abgetragen wird.
6. Verfahren zum Herstellen einer Substratsanordnung einer
Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 5, bei dem die
Teildicke des ersten und/oder des zweiten Substrats (3, 10; 4,
20) abgeätzt bzw. abgeschabt wird.
7. Verfahren zum Herstellen einer Substratsanordnung einer
Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 6, bei dem beim Zusammenfügen des ersten und des zweiten
Substrats (3, 10; 4, 20) zwischen diesen wenigstens ein
Abstandhalter (13) zur Bestimmung der Dicke des Zwischenraumes
angeordnet wird.
8. Verfahren zum Herstellen einer Substratsanordnung einer
Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 7, bei dem in den Zwischenraum zwischen die Substrate (3,
10; 4, 20) ein Flüssigkristallmaterial (22) eingespritzt und
dort mit Hilfe einer Dichtung (14, 17) dicht eingeschlossen
wird.
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