Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeigeeinheit und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Abstandshalteraufbau zum Erhalten eines
Zwischenraums, der zwischen zwei Substraten in einer Flüssigkristallanzeigeeinheit gebildet
wird, und ein Verfahren zur Herstellung solch eines Abstandshalteraufb aus.
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Wie bekannt enthält eine Flüssigkristallanzeigeeinheit zwei Substrate und einen Flüssigkristall,
der in einen dazwischen gebildeten kleinen Zwischenraum (zum Beispiel, 2 bis 3 um) eingefüllt
wird, und seine Anzeigefunktion wird geeigneterweise durch Steuerung der Spannungszuführung
zu dem Flüssigkristall durch eine Vielzahl von Elektroden angezeigt, die in einem Matrixmuster
angeordnet werden. Für solch einen Flüssigkristall ist es zur Verhinderung einer
Anzeigeunregelmäßigkeit notwendig, daß der Zwischenraum gleichmäßig gebildet wird, so daß
die Dicke (Schicht) des Flüssigkristalls, der in den Zwischenraum eingefüllt wird, gleichmäßig
sein wird.
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Üblicherweise werden dünne Abstandshalter, die aus einer großen Anzahl von
Aluminiumpulvers bestehen, Glassperlen und dergleichen zu einem der beiden Substrate
gespritzt, und das andere Substrat wird auf ihm plaziert, so daß dünne Abstandshalter zwischen
den zwei Substraten in einer Streu-Anordnung bereitgestellt werden, und dabei gleichmäßig den
Zwischenraum erhalten.
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Bei dem vorstehend genannten Verfahren ist es aber schwierig, die Abstandshalter gleichmäßig
auf dem Substrat zu verteilen. Außerdem ist es erforderlich, ein hohes Niveau von einer Anti-
Staub-Gegenmaßnahme zu erreichen, wenn die Abstandshalter gespritzt werden. Deswegen sind
die Kosten in dem Verfahren zur Bildung des Zwischenraums hoch.
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In dem Aufbau, in dem eine große Anzahl von Abstandshaltern zwischen den zwei Substraten in
einer Streu-Anordnung wie vorstehend genannt bereitgestellt werden, neigen die Abstandshalter
zusätzlich dazu sich zu bewegen, wenn ein Flüssigkristall eingefüllt wird oder aufgrund einer
langen Benutzungszeit. Deswegen gibt es eine Möglichkeit, daß die Ergiebigkeit der Herstellung
der Flüssigkristallanzeigeeinheit nachläßt oder die Anzeigefunktion wird aufgrund einer langen
Benutzungszeit abgebaut.
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JP 58 028719 A (CANON KK), 19. Februar 1983 und die entsprechende Patent-
Zusammenfassung von Japan Vol. 007, Nr. 105 (P-195), 7. Mai 1983 beschreibt eine
Flüssigkristallanzeigeeinheit mit Abstandshaltern in Form von einer Vielzahl von geformten
winzigen Vorsprüngen, die in einem Streu-Muster auf der Oberfläche von einem Substrat
angeordnet sind, das aus Kunststoffen hergestellt wird.
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EP-A-0 321 118 (ICI PLC), 21. Juni 1989 beschreibt mit Hinweis auf Fig. 7-10 eine Methode
zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeigeeinheit, wobei Tröpfchen einer vernetzungsfähigen
Flüssigkeit zu der Oberfläche eines Substrates vorspringen, um darauf ein Streu-Muster von
Abstandshaltern in Form von einer Vielzahl von im Allgemeinen halbkugeligen dünnen
Vorsprüngen zu schaffen, von denen jeder obere Abschnitt eine konvex gebogene Oberfläche
hat.
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Im Deutschen Patent Nr. 2344050 wird ein Zwischenraum zwischen zwei Substraten durch eine
Vielzahl von winzigen Vorsprüngen gebildet, die auf einem oder zwei Substraten gebildet
werden und veranlaßt werden, das andere Substrat zu berühren. Weil jedes der winzigen
Vorsprünge aber eine ringförmige Konfiguration hat, so daß ihre scharfen Kanten das andere
Substrat berühren, existiert eine Möglichkeit, daß die Seiten gebrochen werden.
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Europäische Patent Nr. 690028 Al beschreibt ein Verfahren zur Bildung von winzigen
Vorsprüngen auf einer Glasplatte unter Verwendung eines Laserstrahls. Weil das Verfahren aber
zur Verwendung bei dem Formen von Mikro-Linsen entwickelt ist, ist es für die
Flüssigkristallanzeigeeinheit irrelevant.
Hintergrund der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Flüssigkristallanzeigeeinheit zu schaffen, in
der ein gleichmäßiger Zwischenraum zwischen zwei Substraten in einer zuverlässigen Art
gebildet werden kann
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Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung hat eine Flüssigkristallanzeigeeinheit zwei
Substrate, wobei eine Vielzahl von winzigen Vorsprüngen auf einem von den zwei
Substratengebildet wird und jeder Vorsprung eine im Allgemeinen halbkugelige Konfiguration
hat, und jeder obere Abschnitte der winzigen Vorsprünge eine konvex gebogene Oberfläche in
Kontakt mit dem anderen Substrat hat, so daß ein Zwischenraum zwischen den zwei Substraten
gebildet wird.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung werden die winzigen Vorsprünge
durch einen Energiestrahl gebildet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine Ansichtsskizze einer Flüssigkristallanzeigeeinheit gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 2 ist eine vergrösserte Ansichtsskizze der winzigen Vorsprünge, die auf einem der zwei
Substrate gebildet werden, die die Flüssigkristallanzeigeeinheit hat;
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Fig. 3 ist eine vergrösserte Schnittansicht der winzigen Vorsprünge;
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Fig. 4 ist eine vergrösserte Schnittansicht von den zwei Substraten zwischen denen ein
Zwischenraum durch die winzigen Vorsprünge gesichert wird; und
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Fig. 5 ist eine Seitenansicht, die eine Vorrichtung zur Bildung solch winziger Vorsprünge zeigt.
Ausführliche Beschreibung der Ausführungsform
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun detailliert mit Hinweis auf die
Zeichnungen beschrieben. Wie in Fig. 1 und 4 gezeigt, hat eine Flüssigkristallanzeigeeinheit
gemäß dieser Ausführungsform einen geschlossenen Raum, nämlich, einen kleinen
Zwischenraum 4, der durch Plazierung zweier Substrate 1, 2, eines über das andere, gebildet
wird. Die Substrate 1 und 2 sind durch ein Haftmittel 3 oder dergleichen miteinander befestigt,
das an den Seitenrändern davon angebracht ist. Der Zwischenraum 4 ist mit einem Flüssigkristall
5 gefüllt.
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Wie in Fig. 2 bis 4 gezeigt, werden eine Vielzahl von winzigen, als Abstandshalter dienenden
Vorsprüngen 6 auf einer Oberfläche des Substrates 1 (erstes Substrat) gegenüber einer
Oberfläche des Substrates 2 (zweites Substrat) gebildet. Die winzigen Vorsprünge 6 sind
gleichmäßig in einem Matrixmuster über die ganze Oberfläche des ersten Substrates 1 verstreut.
Die winzigen Vorsprünge 6 haben im Allgemeinen alle eine halbkugelige Konfiguration. Obere
Abschnitte der winzigen Vorsprünge 6 haben alle eine konvex gebogene Oberfläche
(hauptsächlich eine kugelförmige Oberfläche). Alle winzigen Vorsprünge 6 sind im Allgemeinen
höhengleich. Die Höhe beträgt 10 um oder weniger (zum Beispiel, 2 bis 3 um).
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Die oberen Abschnitte der winzigen, gleichmäßigen auf dem Substrat 1 gestreuten Vorsprünge 6
berühren das andere Substrat 2, so daß der Zwischenraum 4 gleichmäßig zwischen dem ersten
Substrat 1 und dem zweiten Substrat erhalten wird. Die winzigen Vorsprünge 6 werden auf dem
Substrat 1 gebildet und sind im Gegensatz zu den üblichen Abstandshalterträgern
bewegungsunfähig. Deswegen, wird die Streu-Anordnung der winzigen Vorsprünge 6
gleichmäßig in einer zuverlässigen Art beibehalten, wenn der Flüssigkristall eingefüllt wird oder
sogar nach einer langen Benutzungszeit. Als eine Folge kann der gleichmäßige Zwischenraum 4
über seine ganze Fläche beibehalten werden. Demgemäß kann das in dem Herstellungsverfahren
stattfindende Absinken in einem Herstellungsergiebigkeit von Flüssigkristallanzeigeeinheiten
und eine durch eine lange Benutzungszeit verursachte Unregelmäßigkeit von der
Flüssigkristallanzeigefunktion minimiert werden. Wenn jeder obere Abschnitt der winzigen
Vorsprünge 6 eine konvex gebogene Oberfläche hat, werden die winzigen Vorsprünge 6 kaum
gebrochen, wenn sie das zweite Substrat 2 berühren. Der Zwischenraum 4 kann auch in einer
zuverlässigen Art infolge des Merkmals erhalten bleiben.
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Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bildung der winzigen Vorsprünge 6 wird als nächstes
beschrieben werden. Wie in Fig. 5 gezeigt, umfaßt die Vorrichtung eine Fahrvorrichtung 10 für
eine Horizontalbewegung des Substrates 1. Die Fahrvorrichtung 10 umfaßt eine Basis 11, eine Y-
Stufe 12, und eine X-Stufe 13. Die Y-Stufe 12 ist in der Lage, sich horizontal in einer zu der
Oberfläche der Platte vertikalen Richtung durch eine Schiene 1 1a zu bewegen, die auf der oberen
Oberfläche der Basis 11 angeordnet ist. Die X-Stufe 13 ist in der Lage, sich nach links und nach
rechts (d. h. senkrechte Richtung zu einer Richtung der Bewegung der Y-Stufe 12) in Fig. 5
durch eine Schiene 12a zu bewegen, die auf einer oberen Oberfläche der Y-Stufe 12 angeordnet
ist. Die Stufen 12, 13 werden veranlaßt, sich, zum Beispiel, durch die Präzisionskleinmotoren 14,
15 durch einen Schraubmechanismus (nicht gezeigt) oder dergleichen zu bewegen. Die Motoren
14, 1 S werden durch eine Steuereinheit 30 intermittierend betrieben.
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Direkt über der Fahrvorrichtung 10 befinden sich ein Kupferspiegel 21, eine Aluminiumklappe
22, eine Alumiumblende 23, eine konvexe Linse 24 (Bündelkonvergierglied) aus Zinkselenid
(ZnSe), die alle in dieser Reihenfolge vom Kopf entlang einer vertikalen optischen Achse C
angeordnet sind. Der Spiegel 21 ist zu einem Winkel von 45 Grad geneigt. Dort befindet sich ein
CO&sub2;-Lasererzeuger 25 (Energiestrahlerzeuger), der seitlich neben dem Spiegel 21 angeordnet ist.
Die Klappe 22 und der Lasererzeuger 25 werden durch die Steuereinheit 30 gesteuert. Die
Blende 23 hat eine planare Gestalt und eine vollständig runde Apertur 23a als ihren Mittelpunkt.
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Ein Verfahren zur Bildung von Abstandshaltern unter Verwendung der vorstehenden
Vorrichtung wird jetzt beschrieben werden. Zuerst, wird das Substrat 1 herausnehmbar auf den
Mittelpunkt einer oberen Oberfläche der X-Stufe 13 unter Verwendung einer
Befestigungsvorrichtung gesetzt, nicht gezeigt. Die folglich festgesetzte obere Oberfläche
(gegenüberliegende Oberfläche zu dem Substrat 2) des Substrates 1 wird in einer horizontalen
Stellung und senkrecht zu der optischen Achse C gehalten.
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Das Substrat 1 ist vorzugsweise aus Nicht-Alkali-Glas (Handelsname: CORNING 7059), Bolo-
Silikat-Glas (Handelsname: PYREX), oder dergleichen, hergestellt, das wärmebeständige
Eigenschaften, geringe Ausdehnungseigenschaften, und hochviskose Eigenschaften hat. Das
andere Substrat 2 kann oder kann nicht aus dem gleichen Material wie das erste Substrat 1
hergestellt sein.
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Nachdem das Substrat 1 festgesetzt wurde, werden die Motoren 14, 15 durch die Steuereinheit 30
betrieben, so daß ein Eckpunkt (zum Beispiel, obere linke Ecke, wenn von oben gesehen) des
Substrates 1 in Ausrichtung mit der optischen Achse C gebracht wird. Auf der anderen Seite
wird, als Reaktion zu einem Betriebsanweisungssignals von der Steuereinheit 30, ein paralleler
Laserstrahl (Energiestrahl) horizontal von dem Lasererzeuger 25 ausgestoßen. Der Laserstahl L
geht zu dem Spiegel 21 und wird durch den Spiegel 21 reflektiert. Der reflektierte Laserstahl L
geht durch die Klappe 22 abwärts entlang der optischen Achse C durch, während die Klappe 22
zu einer vorgeschriebenen Zeit durch Steuerung der Steuereinheit 30 geöffnet wird. Dann
passiert der Laserstahl L die Blende 23 und wird durch die konvexe Linse 24 konvergiert, um zu
der oberen Oberfläche des Substrates 1 geliefert. zu werden. Ein Fokussierungspunkt des
konvergierten Laserstahls L' (konvergierter Energiestrahl) wird entweder aufwärts oder abwärts
von dieser oberen Oberfläche gelenkt. Dadurch wird ein Punktdurchmesser, zum Beispiel, bis
ungefähr 50 um auf der oberen Oberfläche, festgesetzt. Es muß angemerkt werden, daß dieser
Fokussierungsposition mit der oberen Oberfläche übereinstimmen kann.
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Das Energieniveau des konvergierten Laserstahls L' sollte hoch genug sein, um das Substrat 1
lokal zu schmelzen, aber es sollte nicht höher als notwendig sein.
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Auf der oberen Oberfläche des Substrates 1 wird der Teil erwärmt und geschmolzen, der mit dem
Laserstahl L' behandelt wird. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird das geschmolzene Glasmaterial durch
den Effekt der Oberflächenspannung gewölbt, und dann zum Abkühlen und Aushärten
liegengelassen. Als eine Folge, werden gewölbte Abschnitte, nämlich, winzige Vorsprünge (zum
Beispiel, 3 um in die Höhe) 6 und ringförmige Rillen (7) um die winzigen Vorsprünge 6 herum
gebildet.
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Weil das zu benutzende Glasmaterial vergleichsweise hochviskos ist, wenn sich das Glasmaterial
in seinem geschmolzenen Zustand befindet, kann es durch den Effekt der Oberflächenspannung
in eine halbkugelige Konfiguration gewölbt werden. Außerdem, kann ein Auftreten eines Risses
verhindert werden, der erheblich durch Wärmenbeanspruchung verursacht wird, wenn das
Glasmaterial ausgehärtet wird, weil das zu verwendende Glasmaterial eine vergleichsweise
niedrige Wärmeausdehnung besitzt.
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Die winzigen Vorsprünge 6 werden auf der oberen linken Ecke in der vorstehend genannten
Weise gebildet. Danach, werden die winzigen Vorsprünge 6 einer nach dem anderen durch
Projektion des konvergierten Laserstrahls mit dem gleichen Energieniveau auf das erste Substrat
1 jedesmal, wenn das Substrat 1 gestoppt wird, gebildet, während das Substrat 1 intermittierend
auf einer horizontalen Ebene durch die Fahrvorrichtung 10 bewegt wird. Dadurch werden eine
große Anzahl von winzigen Vorsprüngen 6 schließlich gleichmäßig über die ganze Fläche des
Substrates 1 in einem Matrixmuster verteilt.
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Gemäß dem vorstehenden Verfahren, ist die Herstellung vergleichsweise einfach, weil die
winzigen Vorsprünge 6 durch Projektion eines Laserstrahls gebildet werden. Außerdem können
die winzigen Vorsprünge gleichmäßig in einer Streu-Anordnung verteilt werden. Zusätzlich
dazu, können die Herstellungskosten gesenkt werden, weil es nicht erforderlich ist, ein hohes
Niveau einer Anti-Staub-Gegenmaßnahme erzielen. Durch Verwendung der
Oberflächenspannung des geschmolzenen Glasmaterials können ebenfalls die erhaltenen
winzigen Vorsprünge 6 mit hoher Präzision und mit hervorragender Symmetrie erhalten werden.
Die Höhe von jedem winzigen Vorsprung 6 kann einfach durch Variation des Punktdurchmessers
verändert werden.
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Bei der vorstehenden Vorrichtung, kann der Punktdurchmesser des konvergierten Laserstrahls L'
auf der oberen Oberfläche des ersten Substrates 1 durch Ersetzen der. Blende 23 mit einer
anderen Blende 23 mit einer Apertur 23a mit einer anderen Größe eingestellt. Es ist nicht
notwendigerweise erforderlich, daß die Form der Apertur 23 vollständig rund ist. Eine Blende 23
mit einer Apertur 23a mit einer anderen Form (zum Beispiel, rechteckig) kann eingesetzt werden.
Wenn die Form des Punktes des Laserstahls L' auf einer Oberfläche 50a des Substrates 1, zum
Beispiel, rechteckig ist, haben, in diesem Fall, die herzustellenden winzigen Vorsprünge 6 auch
eine rechteckige Form.
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Nachdem die winzigen Vorsprünge 6 auf dem Substrat 1 in der vorstehenden Weise gebildet
wurden, wird das zweite Substrat 2 auf das Substrat 1 in solch einer Weise plaziert, das es die
winzigen Vorsprünge 6 berührt, und zusammen durch ein Haftmittel 3 befestigt werden, das auf
den Seitenrändern davon aufgetragen wird. Danach, wird ein Flüssigkristall in den
Zwischenraum eingefüllt, der zwischen dem ersten Substrat 1 und dem zweiten Substrat 2 durch
eine Öffnung gebildet wird, die zwischen dem Seitenrand des ersten Substrates 1 und dem
Seitenrand des Substrates 2 gebildet wird.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt und
verschiedene Modifikationen können durchgeführt werden. Der zu verwendende Laser ist
vorzugsweise ein CO&sub2;-Laser, der sofort von Glas absorbiert wird. Andere Laser mit einer
bereitwillig besonders durch Glas absorbierten Wellenlänge, wie ein ER-YAG-Laser und ein
Excimerlaser, können auch benutzt werden. Sicherlich, können viele andere Laser verwendet
werden, wenn eine Energieeffizienz ignoriert werden kann.
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Es ist auch eine interessante Alternative, daß der Laserstrahlerzeuger anstelle eines der Substrate
bewegt wird, wenn die winzigen Vorsprünge einer nach dem anderen gebildet werden.
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Wenn das Energieniveau des Laserstrahls hoch ist, ist es auch erlaubt, daß sich eine aus
Laserreflektionsmaterial, wie Aluminium, hergestellte Maske auf dem Lichtweg C befindet, die
eine Vielzahl von Aperturen hat, die in einem Matrixmuster auf der Oberfläche des Substrates
angeordnet sind. Ein paralleler Laserstrahl wird im Allgemeinen über eine ganze Oberfläche des
Substrates durch die Maske projiziert. In diesem Fall werden eine Vielzahl von winzigen
Vorsprüngen in einem Matrixmuster auf der Oberfläche des Substrates entsprechend zu den
Aperturen der Maske angeordnet, und es ist keine Fahrvorrichtung für das Substrat erforderlich.
Es ist auch eine interessante Alternative, daß das Substrat in mehrere Abschnitte unterteilt wird
und eine Vielzahl von winzigen Vorsprüngen auf jedem Abschnitt zu einer Zeit gebildet werden,
bei der die vorstehende Maske verwendet wird, so daß ihre angrenzende Fläche zu der
Laserstrahlempfangsfläche durch Bewegung des Substrates durch Verwendung der
Fahrvorrichtung bewegt werden kann.
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Es ist auch möglich, daß eine Vielzahl von winzigen Vorsprüngen auf dem Substrat gleichzeitig
durch Teilung des Laserstrahls durch Verwendung eines Strahlenspalters gebildet werden.
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Der zu verwendende Energiestrahl kann ein Elektronenstrahl oder ein Plasmastrahl sein. Wenn
ein Elektronenstrahl oder dergleichen benutzt wird, wird der Strahl durch ein bekanntes
Strahlkonvergierungsmittel konvergiert, das aus einer elektromagnetischen Wickel, usw. besteht
und dann zu dem Substrat geliefert wird.