DE19710401C1

DE19710401C1 - Verfahren zur Herstellung von Flüssigkristallzellen

Info

Publication number: DE19710401C1
Application number: DE19710401A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr Glueck; Stefan Kaefer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1997-03-13
Publication date: 1998-11-19
Anticipated expiration: 2017-03-14
Also published as: US6143189A; WO1998040782A1; TW408245B; JP2000510971A; EP0897551A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallzelle wie es bereits aus dem Artikel "Simplest Process Color TFT-LCDs" bekannt ist. Die Flüssigkristallzelle besteht aus zwei Glasplatten, welche in einem geringen Abstand voneinander, der durch Abstandshalter eingehalten wird, zusammengeklebt sind. Zwischen diesen Glasplatten befindet sich der Flüssigkristall. Einen der beiden Glasplatten ist auf der Innenseite der Flüssigkristallzelle mit einer oder mehreren Photoemulsionsschichten beschichtet.

Aus der JP 8-166 583 (A) ist eine Flüssigkristallzelle bekannt, bei welcher ein Schutzfilm auf die Filterplatte zum Schutz vor Sägestaub beim Zerteilen aufgebracht ist. Dieser Schutzfilm weist im Bereich der Schnittlinien Auslässe auf, wobei die Filterschicht bereits vor Aufbringen der Schutzschicht so strukturiert ist, daß sie die Randzonen ausläßt.

Die JP 61-132 929 (A) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Flüssigkristallanzeigen, bei welchem eine Glasplatte zuerst mit einem Elektrodenfilm aus Indium-Zinn- Oxid beschichtet wird, auf welchen dann eine gelantine basierte Filterschicht erzeugt wird.

Weiterhin ist aus JP-61-48 803 (A) ein Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters bekannt, bei welchem ein Glasubstrat mit Gelantine beschichtet wird, welche wiederum mit einem Photoresist überzogen wird. In dem Bereich, in dem der Photoresist entfernt wird, kann der Farbfilter durch Plasmaätzen entfernt werden. Die als Photoresist ausgebildete Schutzschicht muß nach dem Ätzvorgang dann insgesamt entfernt werden.

Weiterhin ist es Stand der Technik, mehrere Flüssigkristallzellen, wobei jedoch statt der Photoemulsion eine farbige Pigmentbeschichtung benutzt wird, auf einer großen Glasplatte herzustellen, welche am Ende des Herstellungsprozesses angeritzt und gebrochen wird.

Das Brechen der mit Photoemulsion beschichteten Glasplatte ist jedoch problematisch, was die Massenfertigung von Flüs sigkristallzellen mit einer Photoemulsionsbeschichtung er schwert. Die Photoemulsion besteht üblicherweise aus einer relativ dicken (beispielsweise 16 Mikrometer) Gelatine schicht, welche sich in großen Flächen beim Brechen vom Glas ablöst. Da Gelatine außerdem feuchtigkeitsempfindlich ist, ist auch das Schneiden mittels eines Wasserstrahls unmög lich.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merk malen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß meh rere mit Gelatine beschichtete Glasplatten in einem einzigen Prozeßdurchgang hergestellt werden können. Hierdurch wird einerseits die Produktion vereinfacht und auch verbilligt, andererseits werden somit auch Schwankungen in der Produkti onsqualität verringert. Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 7 hat den Vor teil, daß es erlaubt, Flüssigkristallzellen mit Farbfiltern aus Photoemulsion oder auch mit Schwarzer Matrix aus Photoe mulsion in großen Stückzahlen und damit preiswerter herzu stellen.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnah men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Verfahrens mög lich.

So ist das Erzeugen der Sollbruchstelle durch Ritzen beson ders vorteilhaft, da für diese Methode der Trennung bereits vorhandene numerisch computergesteuerte Maschinen herangezo gen werden können.

Glas vereint in vorteilhafter Weise günstige mechanische Ei genschaften, da es durch Anritzen und Brechen geteilt werden kann, und günstige optische Eigenschaften, da es mit sehr geringem Absorptionskoeffizienten hergestellt werden kann. Darüber hinaus ist Glas chemisch inert und kann mit einer Vielzahl von Beschichtungen versehen werden.

Das Sputtern der Schutzschicht stellt eine relativ preiswer te Dünnschichttechnik dar und führt daher zur weiteren Ver billigung der Herstellung.

Durch die Verwendung von Indium-Zinn-Oxid als Schutzschicht erhält man in vorteilhafter Weise eine Schicht, welche über ihre Schutzfunktion hinaus sowohl elektrisch leitend als auch optisch transparent ist. Somit kann die Schutzschicht eine Doppelfunktion als Schutzschicht und Elektrode erfül len.

Es ist besonders vorteilhaft, die Gelatineschicht mit Hilfe von reaktivem Ionenätzen unter Verwendung von O₂-Ar-Sf₆ ab zutragen, da dieser Verfahrensschritt einerseits eine gründ liche Abtragung der Gelatine in den exponierten Bereichen gewährleistet, jedoch gleichzeitig den Randbereich der Gela tine, der nicht abgetragen werden soll, auch nicht in Mit leidenschaft zieht. Somit werden sehr scharfe Ränder ohne Unterätzungen erzeugt.

Schließlich ist es vorteilhaft, auf die Schutzschicht eine Orientierungsschicht aufzubringen, da hierdurch ein in die Flüssigkristallzelle einzufüllender Flüssigkristall eine ge nau definierte Vorzugsrichtung erhält.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er läutert. Es zeigen Fig. 1 bis Fig. 6 ein Verfahren zur Herstellung einer mit Gelatine beschichteten Platte, Fig. 7 eine Flüssigkristallzelle, Fig. 8 bis 10 ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallzelle.

Beschreibung

In Fig. 1 ist eine Vorläuferplatte 21 zu sehen, welche aus einem spröden Material, beispielsweise Glas besteht.

Die Vorläuferplatte 21 wird mit einer Gelatineschicht 13 versehen. Fig. 2 zeigt die Vorläuferplatte 21 nach diesem Verfahrensschritt.

Fig. 3 zeigt, wie auf die mit einer Gelatineschicht 13 ver sehene Vorläuferplatte 21 eine Blende 20 aufgelegt wurde. Die in diesem Ausführungsbeispiel verwendete Blende 20 weist im hier gewählten Ausführungsbeispiel im wesentlichen Stege auf, welche in einem Rechteckgitter angeordnet sind, sowie Aussparungen, welche etwa die Form von Rechtecken haben. Durch die Aussparungen der Blende 20 wird nun eine Schutz schicht auf die Gelatineschicht 13 aufgesputtert.

Unter Sputtern versteht der Fachmann die Zerstäubung von Festkörpern durch Ionenbeschuß. Ein Substrat, welches im hier gewählten Ausführungsbeispiel aus Indium-Zinn-Oxid be steht, und in Fig. 3 nicht dargestellt ist, wird mit einem Ionenstrahl beschossen, so daß sich zerstäubtes Indium-Zinn- Oxid 22 auf der Gelatineschicht 13 und der Blende 20 nieder schlagen kann.

Im nächsten Verfahrensschritt wird die Blende 20 abgenommen, so daß eine Vorläuferplatte 21, welche mit einer Gelatine schicht 13 beschichtet ist, welche wiederum mit in etwa rechteckigen Segmenten von Schutzschicht 14 versehen ist, zurückbleibt. Dies ist in Fig. 4 gezeigt. Auf diese mit der strukturierten Schutzschicht 14 versehene Gelatineschicht 13 wird nun ein Ätzgasstrahl 23 gerichtet.

Der Ätzgasstrahl 23 besteht beispielsweise aus einem O₂-Ar- SF₆-Gasgemisch, welches die aus Indium-Zinn-Oxid bestehende Schutzschicht 14 nicht angreift, jedoch die Gelatine 13, in den Bereichen, in denen sie nicht von der Schutzschicht 14 bedeckt ist, abträgt. Es sind auch andere Gasgemische denk bar, es ist hierbei jedoch zu berücksichtigen, daß Gelatine wasserempfindlich ist und bei Berührung mit Wasser auf quillt.

Fig. 5 zeigt die Vorläuferplatte 21 nach Beendigung des Ätzschritts. Die Vorläuferplatte 21 ist mit in etwa rechtec kig strukturierten Gelatineschichten 13 versehen, welche von ebenfalls in etwa rechteckig strukturierten Schutzschichten 14 bedeckt ist.

Im in Fig. 6 gezeigten letzten Verfahrensschritt wird die Vorläuferplatte 21 in einzelne Segmente geteilt, wobei jedes Segment eine rechteckige Vielschichtstruktur aus Gelatine schicht 13 und Schutzschicht 14 aufweist. Diese Teilung er folgt entlang der Bruchlinien 26. Das Teilen der Vorläufer platte 21 erfolgt, indem die Vorläuferplatte entlang der Bruchlinien 26 geritzt wird, so daß eine Sollbruchstelle 25 entsteht. Anschließend wird die Vorläuferplatte 21 durch schlagartiges Aufbringen einer Kraft 24 geteilt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde anhand einer mit Gela tine beschichteten Glasplatte illustriert. Die Relevanz des Verfahrens liegt darin, daß Gelatine das Träger- und Binde material für Photoemulsion darstellt, und weitgehend deren mechanische Eigenschaften bestimmt. Die Photoemulsion wie derum wird gebraucht, um einige Fertigungsschritte im Be reich der Fertigung von Flüssigkristallzellen besonders ra tionell zu gestalten, wie in den eingangs zitierten Dokumen ten zum Stand der Technik geschildert wird.

Sollten andere Materialien als Gelatine zur Herstellung von Photoemulsion zur Verfügung stehen, so ist das Verfahren selbstverständlich auch hierfür gedacht.

Andererseits ist das Verfahren auch geeignet, um beispiels weise fotografische Platten rationeller herzustellen.

Die Blende 20 besteht im hier gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Blech, welches mit Hilfe einer Fräse strukturiert wurde. Die hierdurch erzielte Genauigkeit ist hinreichend für den beabsichtigten Einsatz in einer Flüssigkristallan zeige.

Eine Flüssigkristallanzeige, in welcher die mit Gelatine und einer Schutzschicht beschichtete Glasplatte eingesetzt wer den kann, ist in Fig. 7 gezeigt. Hierbei bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in den Fig. 1 bis 6 gleiche Bestandtei le.

Die Flüssigkristallzelle besteht aus einer ersten Platte 1 und einer zweiten Platte 2, welche parallel zueinander ange ordnet sind. Die erste Platte 1 ist auf ihrer der zweiten Platte 2 zugewandten Seite mit einer Gelatineschicht 13 ver sehen, welche ihrerseits wiederum mit einer Schutzschicht 14 versehen ist. Die lateralen Abmessungen der Gelatineschicht 13 und der Schutzschicht 14 sind etwas kleiner als die der ersten Platte 1, so daß ein Randbereich der ersten Platte 1 auf der der zweiten Platte 2 zugewandten Fläche ohne Be schichtung bleibt. Die zweite Platte 2 ist auf ihrer der er sten Platte 1 zugewandten Seite mit einer leitenden Be schichtung 12 versehen. Die lateralen Abmessungen der lei tenden Beschichtung 12 sind ebenfalls etwas geringer als die lateralen Abmessungen der zweiten Platte 2, welche wiederum die gleichen lateralen Abmessungen besitzt wie die erste Platte 1. Die erste Platte 1 und die zweite Platte 2 sind durch eine Schicht aus Kleber 11 miteinander verbunden. Der Kleber 11 ist in dem Bereich der ersten und zweiten Platte aufgebracht, in welchem eine der Beschichtungen 12, 13, 14 ist. Um zu verhindern, daß die Schutzschicht 14 und die lei tende Beschichtung 12 einander berühren, befinden sich zwi schen diesen Abstandshaltern 15, welche beispielsweise aus kurzen Bruchstücken einer Glasfaser bestehen. Ebenso kann der Kleber mit den Abstandshaltern vermischt werden. Somit entsteht zwischen der ersten Platte 1 und der zweiten Platte 2 ein Zwischenraum 18, welcher zwischen den beiden Platten 1, 2 vom Kleber 11 versiegelt wird. In diesem Zwischenraum 18 befindet sich der Flüssigkristall. Die bisher beschriebe nen Bestandteile bilden die Flüssigkristallzelle. Die Flüs sigkristallzelle kann als Flüssigkristallanzeige verwendet werden, indem sie beispielsweise mit einer Beleuchtungsein heit 16 versehen wird, welche Licht 17 ausstrahlt, das ent weder durch die Flüssigkristallzelle transmittiert wird oder von dieser reflektiert wird. Gegebenenfalls sind noch zu sätzliche optische Folien und mechanische Bauteile vorzuse hen, welche jedoch nicht erfindungsrelevant sind.

Im folgenden soll gezeigt werden, wie mit Hilfe des in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Verfahrens eine Flüssigkri stallanzeige, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist, herge stellt werden kann. Zur Herstellung einer Flüssigkristall zelle wird die in Fig. 5 dargestellte Vorläuferplatte 21, auf welcher sich die in Rechtecke strukturierte Gelatine schicht 13 befindet, welche wiederum ihrerseits von einer in gleicher Form strukturierten Schutzschicht bedeckt ist, her angezogen. Diese Anordnung wird mit kurzen Bruchstücken ei ner Glasfaser bestreut, welche als Abstandshalter 15 dienen. Auf die Vorläuferplatte 21 werden weiterhin Raupen aus Kle ber aufgebracht, wobei je eine Raupe ein Rechteck aus Gela tine und Schutzschicht fast vollständig umfaßt. Um in einem folgenden Verfahrensschritt die Befüllung mit dem Flüssig kristall zu ermöglichen, ist es ratsam, die Raupe in Form eines nicht vollständig geschlossenen Rechtecks auszubilden. Fig. 8 zeigt die Vorläuferplatte 21 nach Durchführung die ser beiden Verfahrensschritte, welche in beliebiger Reihen folge erfolgen können.

Der Kleber 11 ist vorteilhafterweise, aber nicht notwendi gerweise, so angeordnet, daß er teilweise die mit der Pho toemulsion beschichtete, teilweise die von der Photoemulsion befreiten Flächen bedeckt. Er schützt somit wirkungsvoll die Seitenflächen vor Feuchtigkeit.

Im nächsten Verfahrensschritt wird auf die aus Vorläufer platte 21, Gelatineschicht 13, Schutzschicht 14, Abstands halter 15 und Kleber 11 bestehende Anordnung eine obere Vor läuferplatte 30 abgesenkt. Die obere Vorläuferplatte 30 ist hierbei als dünne Glasplatte 31 ausgebildet, welche mit ei ner durchgehenden Indium-Zinn-Oxidschicht 32 versehen ist. Fig. 9 zeigt die nach diesem Verfahrensschritt entstandene Anordnung.

Fig. 10 zeigt, wie die in Fig. 9 entstandene Anordnung aus Vorläuferplatte 21, mit Gelatineschicht 13 und Schutzschicht 14, die mit Kleber 11 und Abstandshalter 15 mit der oberen Vorläuferplatte 30 verbunden ist, geteilt wird. Hierzu wird, analog zu Fig. 6, Vorläuferplatte 21 und die obere Vorläu ferplatte 30 durch Ritzen mit Sollbruchstellen 25 versehen. Durch schlagartige Einwirkung einer Kraft 24 kann die Anord nung entlang der durch die Sollbruchstellen 25 definierten Bruchlinien 26 gebrochen werden.

Somit wird eine Flüssigkristallzelle ähnlich der in Fig. 7 gezeigten gewonnen, wobei die Bruchteile der Vorläuferplatte 21 die erste Platte 1, die Bruchteile der oberen Vorläufer platte 30 die zweite Platte 2 der leitenden Beschichtung 12 bilden.

Die durch Teilung der in Fig. 10 gezeigten Anordnung ent standenen Flüssigkristallzellen weisen, im Gegensatz zur in Fig. 7 dargestellten Flüssigkristallzelle, eine Beschich tung auf der zweiten Platte 2 auf, deren laterale Abmessun gen genauso groß sind, wie die der zweiten Platte 2 selbst. Beide Größenverhältnisse sind möglich und vorgesehen und sollen nicht erfindungsrelevant sein.

Es ist ebenso möglich und vorgesehen, auf wenigstens eine der beiden Platten eine Orientierungsschicht aufzubringen, die dazu dient, dem Flüssigkristall eine stabile Orientie rung zu verleihen. Dies kann beispielsweise aus Polyimid be stehen, welches auf der Oberfläche durch geeignete Mittel texturiert wird. Wenn diese Orientierungsschicht auf die schon geätzte und mit der Schutzschicht beschichtete Gelati neschicht nach Abnehmen der Blende aufgetragen wird, so er gibt sich der zusätzliche Vorteil, daß die Ränder der Gela tineschicht gegen Umwelteinflüsse, insbesondere Feuchtigkeit geschützt werden.

Schließlich ist es möglich und vorgesehen, ein Aktiv-Matrix- Display mit einer Flüssigkristallzelle, die nach dem erfin dungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, zu bauen. Hierbei wird die Oxidchicht 32 durch eine matrixförmige Anordnung von Schaltelementen, beispielsweise Dünnschichttransistoren oder -dioden, angesteuert über Spalten- und Zeilenleitungen, ersetzt. Die Matrix dient dabei zur selektiven Adressierung von diskreten Bildelektroden aus Indium-Zinn-Oxid.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Platten aus einem spröden Material mit einer Beschichtung aus Gelatine, wobei die Beschichtung aus Gelatine auf eine Vorläuferplatte aufgebracht wird, und die Vorläuferplatte entlang einer Bruchlinie geteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) auf die Gelatineschicht (13) eine Blende (20) aufgelegt wird, wobei die Blende (20) Stege aufweist, welche so angeordnet werden, daß die Bruchlinien (26) bedeckt werden,
b) eine aus einem leitfähigen, transparenten Material bestehende Schutzschicht (14) auf die nicht von den Stegen der Blende bedeckten Bereiche der Gelatine aufgebracht wird,
c) die Blende (20) abgenommen wird,
d) die Gelatineschicht (13) in den Bereichen, in denen sie nicht von der Schutzschicht (14) bedeckt wird, durch Trockenätzen in ihrer gesamten Dicke entfernt wird,
e) die Vorläuferplatte (21) mit einer Sollbruchstelle (25) entlang der Bruchlinie (26) versehen wird,
f) die Vorläuferplatte (21) entlang der Bruchlinie gebrochen wird.

2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchstelle durch Ritzen erzeugt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte aus Glas hergestellt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht gesputtert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus Indium- Zinn-Oxid hergestellt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit reaktivem Ionenätzen mit Hilfe eines O₂-Ar-SF₆-Gasgemischs geätzt wird.

7. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallzelle, wobei zwei Platten (1, 2) und ein dazwischen befindlicher Abstandhalter (15) zu einer Anordnung verbunden werden, und die Anordnung entlang von Bruchlinien (26) zerteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine Platte (21) einseitig mit Gelatine (13) beschichtet wird,
b) auf die Gelatineschicht (14) eine Blende (20) aufgelegt wird, wobei die Blende Stege aufweist, welche so angeordnet werden, daß die Bruchlinien (26) bedeckt werden,
c) eine aus einem leitfähigen, transparenten Material bestehende Schutzschicht (14) auf die nicht von den Stegen der Blende bedeckten Bereiche der Gelatine aufgebracht wird,
d) die Blende abgenommen wird,
e) die Gelatine (13) in den Bereichen, in denen sie nicht von der Schutzschicht (14) bedeckt wird, durch Trockenätzen in ihrer gesamten Dicke entfernt wird,
f) die Platte mit einer zweiten Platte (30) und einem dazwischen liegenden Abstandhalter (15) zu einer Anordnung verbunden wird, wobei die Bruchlinien (26) der beiden Platten gegenüberliegend angeordnet werden,
g) die Platten mit einer Sollbruchstelle (25) entlang der Bruchlinie (26) versehen werden,
h) die Anordnung entlang der Bruchlinie gebrochen wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten so angeordnet werden, daß die Gelatineschicht zwischen den beiden Platten liegt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchstelle durch Ritzen erzeugt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte aus Glas hergestellt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht gesputtert wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus Indium- Zinn-Oxid hergestellt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit reaktivem Ionenätzen mit Hilfe eines O₂-Ar-SF₆-Gasgemischs geätzt wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelatineschicht als Photoemulsion ausgebildet ist.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelatineschicht als farbige Photoemulsion ausgebildet ist.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Schutzschicht eine Orientierungsschicht aufgebracht wird.