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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten
von Flüssigkristallmolekülen in einem
Aktivmatrix-Flüssigkristall-Anzeigeelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In dem Dokument EP-A-2 035 569 wird ein Verfahren zur
Herstellung einer ferroelektrischen Kristallzelle geoffenbart, die
einen ferroelektrischen Flüssigkristall enthält, der zwischen
einem Paar mit Abstand einander gegenüberliegender Platten
dicht eingeschlossen ist, bei denen an jeder Platte an einer
Oberfläche ein Leitschicht-Muster ausgebildet ist, wobei die
Platten mit ihren Leitschichten einander zugewendet angeordnet
sind und die Oberflächen der Platten jeweils in mindestens zwei
Richtungen vor dem dichten Einschließen des ferroelektrischen
Flüssigkristalls gerieben wurden. Die Reibrichtungeft werden so
bestimmt, daß zwei stabile Richtungen für die
Molekülausrichtung der Flüssigkristallzelle geschaffen werden.
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Weitere Verfahren sind in JP-A-60-178425 und JP-A-63-293528
geoffenbart.
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Das Flüssigkristall-Anzeigeelement findet weithin Einsatz als
Flachtafelanzeige mit geringem elektrischen Stromverbrauch.
Insbesondere besitzt eine Flüssigkristall-Anzeige des
Aktivmatrixtyps, bei dem zum Ansteuern der Moleküle im Pixel ein
Schaltelement wie ein Dünnfilmtransistor (TFT = Thin Film
Transistor) oder eine Dünnfilmdiode bei jedem Pixel vorgesehen
ist, eine große Kapazität und eine hohe Qualität, so daß sie
für ein Fernsehgerät oder eine Informations-Terminalausrüstung
eingesetzt wird. Beim Herstellverfahren für ein
Flüssigkristall-Anzeigeelement ist es sehr wichtig, die Moleküle zum
Steuern der Richtung der Flüssigkristall-Moleküle auszurichten.
Da die Schaltelemente bei einer Aktivmatrix-Anzeige auf einem
Substrat erhaben ausgeführt sind, ist jedoch die
Substratoberfläche uneben. Es ist deswegen schwierig, eine bevorzugte
Ausrichtung zu erzielen.
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Fig. 2 und 3 zeigen ein Pixel eines üblichen Aktivmatrix-
Flüssigkristall-Anzeigeelements mit einem TFT-Schalter. Fig. 2
ist eine Schnittdarstellung eines Substrats und Fig. 3 eine
Draufsicht auf ein Substrat mit einem Schaltelement. Das
Anzeigeelement umfaßt ein Substrat 1 mit einem Schalteleinent
(von jetzt ab aktives Substrat genannt), ein Substrat 2 ohne
Schaltelement (von jetzt ab Gegensubstrat genannt) und eine
zwischen den Substraten 1 und 2 dicht eingeschlossene
Kristallschicht 3. An dem aktiven Substrat 1 sind ein TFT-Schaltelement
10 zum Ansteuern der Flüssigkristall-Moleküle 6, eine
Datenelektrode 11, eine Abtasteleketrode 12 und eine
Anzeigeelektrode 13 vorgesehen. An dem Gegensubstrat 2 ist eine
Gegenelektrode 14 vorgesehen. Weiter sind an beiden Substraten jeweils
Ausrichtfilme 7 und 8 aus Polyimid ausgebildet, um die
Anfangsausrichtung der Moleküle zu beeinflussen.
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Fig. 4 und 5 zeigen ein anderes herkömmliches Flüssigkristall-
Anzeigeelement mit einem Diodenring (DR) als Schaltelement.
Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung und Fig. 5 eine Draufsicht
auf ein aktives Substrat. Die Flüssigkristallschicht 3 ist
zwischen dein Aktivsubstrat 1 und dem Cegensubstrat 2 dicht
eingeschlossen. An dem aktiven Substrat 1 sind ein
DR-Schaltelement 15 zum Ansteuern der Flüssigkristall-Moleküle 6, eine
Abtastelektrode 16 und eine Anzeigeelektrode 13 vorgesehen. An
dem Gegensubstrat 2 ist eine Datenelektrode 17 vorgesehen.
Weiter sind an beiden Substraten jeweilige Ausrichtfilme 7 bzw.
8 ausgebildet, um die Anfangsausrichtung der Moleküle zu
beeinflussen. Die Datenelektrode 17 ist der Anzeigeelektrode 13
gegenüber vorgesehen und quer zur Richtung der Abtastelektrode
16 angeordnet.
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Für die Ausrichtbehandlung, die auf die Ausrichtfilme 7 und 8
des Aktivmatrix-Anzeigeelements angewendet wird, gibt es einige
Verfahren, wie einen Reibvorgang und ein
Vakuumabscheideverfahren. Normalerweise wird der Reibvorgang benutzt. Bei dem
Reibvorgang wird die Oberfläche des Ausrichtfilms mit einer
Bürste in einer Richtung gerieben, so daß die Moleküle in der
Reibrichtung hintereinander aufgereiht werden.
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Ein Verdreh- oder Drillwinkel zwischen den Substraten und eine
Vorzugs-Blickrichtung der Flüssigkristallschicht 3 werden durch
die Ausricht-Richtung bestimmt. Der bevorzugte Sichtwinkel ist
eine Sichtrichtung, in der ein Bild mit dem höchsten Kontrast
beobachtet werden kann. Um beispielsweise ein Vorzugs-Blickfeld
vor der Flüssigkristall-Anzeige des 90º TN Modus (twisted
nematic mode = Drill-nematischer Modus) auszubilden, ist es
notwendig, mit einem Winkel von 45º zur Kante des Substrats
auszurichten, wie in Fig. 6 gezeigt. In Fig. 6 stellt ein Pfeil
31 eine Reibrichtung für das obere Substrat und ein Pfeil 32
eine Reibrichtung für ein unteres Substrat dar.
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Bei dem Aktivmatrix-Anzeigeelement erschweren die durch die
vorstehenden Teile des daran ausgebildeten Schaltelements
verursachten Unebenheiten des aktiven Substrats das Ausrichten
der Moleküle. Wie in Fig. 2 und 4 gezeigt, sind die
Schaltelemente und die Elektroden von beträchtlicher Dicke, z.B.
haben sie eine Dicke von etwa 0,8 bis 2,5 um. Da
Schattenabschnitte der Schaltelemente und der Elektroden nicht gerieben
werden, sind die dortigen Anfangsausrichtungen der Moleküle
nicht gesteuert und dadurch wird die Pehlausrichtung nicht
korrigiert. Ein solcher Nachteil kann auch durch Ändern des
Verfahrens nicht beseitigt werden. Wenn ein Schräg-Vakuum-
Abscheideverfahren statt des Reibvorgangs benutzt wird, kann
die schlechte Ausrichtung in den Schattenabschnitten erzeugt
werden.
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Wenn an anderen als den Anzeigeelektroden Schatten ausgebildet
werden, können diese Schattenteile durch Schwarzmatrizen
versteckt werden.
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Wenn jedoch die Schatten an der Anzeigeelektrode ausgebildet
werden, entstehen praktische Probleme wie Verschlechterungen
des Anzeige-Verhaltens.
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Von diesem Gesichtspunkt aus ist es vorteilhaft, die
Ausrichtung in der gleichen Richtung wie die der Anordnung der Matrix
durchzuführen. Nach Fig. 7, die ein Anzeigeelement mit
Diodenringen zeigt, wird, wenn eine Ausricht-Richtung 36 parallel zur
Anordnungsrichtung der Matrix liegt, d.h. in Richtung der
Abtastelektroden 16, ein Schatten 35 jedes Blickfelds an oder
längs einer Verdrahtung gebildet. So ist es möglich, den
Schatten durch eine Schwarz-Matrix zu verbergen.
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Im Gegensatz dazu überdeckt, wie in Fig. 8 gezeigt, der
Schatten 35 einen Teil der Anzeigeelektroden 13, wenn eine Ausricht-
Richtung 37 schräg zu den Abtastelektroden 16 liegt. Damit wird
die Anzeigequalität verschlechtert. Wenn jedoch ein
Sichtrichtungsmerkmal in Betracht gezogen wird, wie vorher mit Bezug auf
Fig. 6 beschrieben, ist es notwendig, die Schrägausrichtung
nach Fig. 8 vorzusehen. Wenn die Vorzugs-Blickrichtung vor dem
Anzeigeelement gemäß Fig. 6 vorgesehen ist, fällt die Ausricht-
Richtung nicht mit der Anordnung der Matrix zusammen.
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Um das Flüssigkristallelement unter solchen Bedingungen
herzustellen, bei denen leicht eine Fehlausrichtung, wie vorstehend
beschrieben, auftritt, wurden die Probleme gelöst durch Erhöhen
der Anzahl, des Druckes und der Geschwindigkeit der
Reibvorgänge. Wenn jedoch die Anforderungen an das Reiben erhöht
werden, werden das Schaltelement und der Ausrichtfilm in
Mitleidenschaft gezogen und es tritt eine durch statische
Aufladung verursachte Beschädigung auf. So wird der praktische
Auslegungsbereich für die Herstellung der Anzeige sehr eng und
deswegen verringert sich die Ausbeute, wenn sich die
Bedingungen nur leicht ändern. Wenn weiter die Höhe der Unebenheiten
des Substrats 2 2 um oder mehr beträgt, nimmt die
Fehlausrichtung zu, was zu einer weiteren Verminderung der Ausbeute führt.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum
Ausrichten von Molekülen in einer
Aktivmatrix-Flüssigkristall-Anzeige
zu schaffen, bei dem die Moleküle trotz der unebenen
Oberfläche des Anzeigeelements stabil aufgereiht werden.
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Ein anders Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Verfahren zu schaffen, das zum Ausrichten von Molekülen des
Anzeigeelements auch dann stabil ausgeführt werden kann, wenn
die Ausricht-Richtung der Moleküle nicht mit der
Matrixanordnung zusammenfällt, so daß sich eine qualitativ hochwertige und
zuverlässige Anzeige mit hoher Ausbeute ergibt.
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Diese Ziele werden gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1.
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Durch Kombinieren der Ausrichtung in der Hauptausricht-Richtung
des Aktivsubstrats mit der Ausrichtung bei dem Gegensubstrat
werden der Verdrehwinkel und die Vorzugs-Blickrichtung der
Flüssigkristallschicht bestimmt, und eine Fehlausrichtung des
Schattenabschnitts wird beseitigt, entsprechend der Ausrichtung
in der Hilfsausricht-Richtung an dem aktiven Substrat.
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Fig. 1 ist eine Draufsicht, die die Ausrichtungen von
Flüssigkristall-Molekülen in einem Aktivmatrix-Flüssigkristall-
Anzeigeelement nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Fig. 2 ist eine Schnittansicht, die ein Pixel eines
Aktivmatrix-Flüssigkristall-Anzeigeelements vom TFT-Typ zeigt,
genommen nach Linie A-A' der Fig. 3;
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Fig. 3 ist eine Draufsicht auf das Pixel nach Fig. 2;
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Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines Pixels eines
Flüssigkristall-Anzeigeelements mit einem Diodenring, genommen nach
Linie B-B' der Fig. 5;
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Fig. 5 ist eine Draufsicht auf das Pixel nach Fig. 4;
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Fig. 6 ist eine erläuternde Draufsicht, die die Ausricht-
Richtungen zeigt, wenn eine bevorzugte Blickrichtung vor dem
Anzeigeelement vorhanden ist;
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Fig. 7 und 8 sind Draufsichten, welche die Beziehung
zwischen Ausricht-Richtungen und durch Schatten in einem
üblichen Anzeigeelement verursachten Fehlausrichtungen zeigen;
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Fig. 9 ist eine Draufsicht, die das Anzeigeelement der
Fig. 1 nach einer Hilfsausricht-Behandlung zeigt;
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Fig. 10 und 11 sind Draufsichten, die andere Ausführungen
der vorliegenden Erfindung zeigen;
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Fig. 12 ist eine Schnittansicht, die einen
Umkehrschrägbereich zeigt; und
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Fig. 13 ist eine graphische Darstellung, die Ausricht-
Ausbeuten bei einem üblichen Verfahren und dem
erfindungsgemäßen Verfahren zeigt.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die
Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist eine Draufsicht, die
Ausricht-Richtungen von Flüssigkristall-Molekülen in einem
Aktivmatrix-Flüssigkristall-Anzeigeelement nach der vorliegenden
Erfindung zeigt. Das Flüssigkristall-Anzeigeelement der
vorliegenden Erfindung wird mit dem Flüssigkristall im 90º-TN-
Modus und einem Diodenring als Schaltelement eingesetzt. Das
Vorzugs-Blickfeld befindet sich vor dem Anzeigeelement, wie bei
den üblichen Verfahren nach Fig. 7 und 8 beschrieben. Bei den
üblichen Verfahren nach Fig. 7 und 8 werden Schattierungen 35
gebildet, die eine Fehlausrichtung im Pixel verursachen.
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Beim Beschreiben des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine
Hilfsreibung an dem Ausrichtfilm des aktiven Substrats in einer
Hilfsausricht-Richtung 22 ausgeführt und danach wird eine
Hauptreibung in einer Hauptausricht-Richtung 23 durchgeführt,
deren Richtung durch eine gewünschte Vorzugs-Blickrichtung
bestimmt wird. Die Hilfsreibrichtung 22 wird so bestimmt, daß
sie die Abtastelektroden 16 quert. Die Ausrichtbehandlung an
dem Gegensubstrat wird in der Richtung senkrecht zur
Hauptausricht-Richtung 23 durchgeführt, d.h. in der in Fig. 6
gezeigten Richtung 31.
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Fig. 9 ist eine Draufsicht, die das Anzeigeelement der Fig. 1
nach der Hilfsausrichtung zeigt. Wie in Fig. 9 gezeigt,
befinden sich zwei Schatten 39A und 39B im Pixel. Bei der
vorliegenden Erfindung werden die Moleküle in einem in Fig. 8 gezeigten
Schatten 39, der als Schatten bei der Hauptreibung bestimmt
ist, ausgerichtet durch die Hilfsausrichtung in der Richtung
22. Deswegen sind die nicht ausgerichteten Abschnitte Schatten,
außer dem Schatten 39 in Fig. 8. So wird kaum im Vergleich zum
herkömmlichen Verfahren ein Bezirk gebildet. Trotzdem neigen
die Seitenabschnitte 38 des Schaltelements dazu, einen Kern für
Fehlausrichtung zu bilden, der ein induzierter Bezirk genannt
wird, wobei die Hilfsausrichtung es verhindert, daß eine
irreguläre Anordnung auftritt.
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Fig. 10 zeigt eine andere Ausführung der vorliegenden
Erfindung. Die Hilfsausrichtung wird in der Richtung 22 parallel mit
den Datenelektroden 16 an dem aktiven Substrat ausgeführt.
Zusätzlich zu der Auswirkung der Ausführung nach Fig. 1 sind
die Seiten der Datenelektrode 16 durch die Hilfsausrichtung so
ausgerichtet, daß eine Fehlausrichtung weiter vermieden wird.
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Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführung der vorliegenden
Erfindung. Die Hilfsausrichtung wird außer der Ausricht-Richtung 22
in der Umkehrrichtung 40 geschaffen. In der Ausführung nach
Fig. 1 existieren immer noch ungeregelte Zonen, obwohl die
Hilfsausrichtung und die Hauptausrichtung durchgeführt wurden.
Bei dieser Ausführung werden eine Vielzahl von
Hilfsausrichtungen in verschiedenen Richtungen ausgeführt, wobei alle
Schattenabschnitte regelmäßig gestaltet werden und dadurch eine
Fehlausrichtung vermieden wird.
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Die Bedingungen der vorliegenden Erfindung, wie sie vorstehend
beschrieben wurden, werden wie folgt zusammengefaßt:
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Um die Schattierungen an den Anzeigeelektroden zu beseitigen,
wird bevorzugt die Richtung der Hilfsausrichtung für die
Moleküle parallel zu oder im rechten Winkel mit der jeweiligen
Elektrode (Datenelektrode oder Abtastelektrode) gelegt. Damit
kann, wenn die Hilfsausrichtung unter diesen Bedingungen
ausgeführt wird, eine durch Schatten einschließlich der Seiten
der Verdrahtung und des Schaltelements verursachte
Fehlausrichtung reduziert werden.
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Das Ausrichten der Moleküle wird weiter in Übereinstimmung mit
der Hilfsausrichtung wie folgt optimiert.
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Die schlechteste Ausrichtung wird Rückkippbezirk genannt. Fig.
12 zeigt den Rückkippbezirk. In normalen Kippzonen 43 wird
jedes Molekül in einem Zentralabschnitt 45 der
Flüssigkristallschicht 3 in eine durch Ausrichten der Ausrichtfilme 7 und
8 bestimmte normale Richtung gekippt. In einer Rückkippzone 44
wird dagegen jedes Molekül in dem Zentralabschnitt in der
Rückrichtung 47 entgegengesetzt zur normalen Richtung 46
gekippt. Einen solchen Rückkippbezirk gibt es in zwei Arten.
Eine Art ist ein festgelegter Bezirk, der ohne Rücksicht auf
die angelegte Ansteuerspannung erzeugt wird. Der andere Typ ist
ein induzierter Bezirk, der durch die angelegte
Ansteuerspannung erzeugt wird. Wenn ein Rückkippbezirk auftritt, wird das
Vorzugs-Blickfeld in dem Bezirk umgekehrt, was einen fatalen
Fehler der Anzeige bedeutet. Wie in Fig. 12 gezeigt, verursacht
die unebene Oberfläche des Substrats die Erzeugung des
Rückkippbezirks. Da die Moleküle im Schattierungsabschnitt
unregelmäßig verteilt sind, ist beim üblichen Verfahren ein Auftreten
des Rückkippbezirks wahrscheinlich.
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Bei der vorliegenden Erfindung ist die Ausricht-Richtung der
Moleküle, die durch die Hilfsausrichtung bestimmt ist, die
gleiche wie die Ausrichtung der Moleküle in dem
Zentralabschnitt der Flüssigkristallschicht. Demzufolge werden die
Moleküle in den Schattierungsabschnitten aneinandergereiht zum
Kippen in der Normalrichtung, auch wenn die Schattierung durch
die Hauptausrichtung zur Bestimmung des Anzeigeverhaltens
gebildet werden, so daß kaum ein Rückkippbezirk auftritt.
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Obwohl bei den vorstehend beschriebenen Ausführungen das
Flüssigkristall-Anzeigeelement im 90º-nematischen Drillmodus
benutzt wird, können die Drillwinkel mit mehr als 90º oder
weniger als 270º erreichbar sein.
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Die vorliegende Erfindung ist für jedes Anzeigeelement vom TN-
Typ wirksam. Bei dem TN-Anzeigeelement (Anzeigeelement im
nematischen Modus) wird der Drillwinkel gemäß der
Hauptausrichtung des aktiven Substrats und der Ausrichtung des
Gegensubstrats bestimmt. Die Richtung des bevorzugten Blickwinkels
ist ein Winkel, der die Hälfte des Drillwinkels beträgt und mit
der Richtung der Moleküle im Zentralabschnitt der
Flüssigkristallschicht
zusammenfällt.
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Wenn demzufolge die Hilfsausrichtung an einem Teil durchgeführt
wird, das der Hauptausrichtung unterworfen ist, um die Moleküle
in dem Abschnitt in der Vorzugs-Blickrichtung auf zureihen, kann
die Rückkippung wirksam verhindert werden.
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Die vorliegende Erfindung schafft einen bemerkenswerten Effekt
durch Benutzung des Reibvorgangs. Die gleiche Auswirkung wird
unter Benutzung der Fleckvakuum-Abscheidung von SiO geschaffen.
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Fig. 13 ist eine graphische Darstellung, die Ausbeutewerte bei
dem üblichen Verfahren und bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zeigt, worin der Bereich bis zum Los 126 die Ausbeute beim
üblichen Verfahren und ab Los 127 die Ausbeute bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren darstellt. Es ist zu sehen, daß die
Ausbeute bei dem herkömmlichen Verfahren sehr gering ist, und
die Ausbeute sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
bemerkenswert erhöht.
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Es ist entsprechend der vorliegenden Erfindung möglich, durch
die Unebenheiten der Oberfläche des Substrats verursachte
Fehlausrichtung herabzusetzen.
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Das Flüssigkristall-Anzeigegerät wird benutzt für eine
Großanzeige, wie ein Wandbild-Fernsehgerät und eine
Terminalausrüstung eines Computers. Bei großen
Flüssigkristall-Anzeigegeräten verursacht jedoch der Verdrahtungswiderstand der
Matrixverdrahtung Problerne. Um diese Probleme zu lösen, gibt es als
einzigen und richtigen Weg das Anbringen eines Metallfilms mit
niedrigem Widerstand und großer Dicke an dem Substrat. Ein
derartiger Dickfilm erzeugt jedoch bei dem herkömmlichen
Verfahren Fehlausrichtungen. Die vorliegende Erfindung löst das
Problem auf die beschriebene Weise.
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Wenn eine Stufenabdeckung eines Metallfilms an einem
Stufenabschnitt des Schaltelements bei einem
Aktivmatrix-Flüssigkristall-Anzeigeelement unzureichend ist, neigt das
Schaltelement dazu, sich abzutrennen, wodurch ein Fehler des
Anzeigeelements
verursacht wird. Um den Fehler zu beseitigen, ist es
notwendig, die Dicke der Verdrahtung zu erhöhen. Bei dem
üblichen Verfahren ist jedoch ein Erhöhen der Dicke wegen der
Erzeugung von Fehlausrichtungen begrenzt. Durch Benutzung des
erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, die Dicke der
Verdrahtung zu erhöhen und dadurch auch die Fertigungsausbeute
zu erhöhen.
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Aus dem Vorstehenden ist zu verstehen, daß die vorliegende
Erfindung ein Aktivmatrix-Flüssigkristall-Anzeigeelement mit
hoher Qualität bei hoher Fertigungsausbeute ohne
Fehlausrichtung schafft. Weiter ist es möglich, das Problem des
Verdrahtungswiderstandes bei Großanzeigen zu lösen.