DE4304900A1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeige. Im besonderen bezieht sich die Er­ findung auf ein Herstellungsverfahren, bei welchem der Vor­ gang, die Substrate einer Flüssigkristallanzeige genau ge­ genseitig aufeinander auszurichten, vereinfacht wird, derart, daß die erforderliche Montagevorrichtung hinsichtlich ihrer Größe und ihres komplexen Aufbaus reduziert werden kann.

Grundsätzlich besitzt eine Flüssigkristallanzeige den Vor­ teil einer dünnen Ausgestaltung, eines geringen Gewichtes sowie eines niedrigen Energieverbrauchs. Aus diesem Grund werden derartige Anzeigen in großem Rahmen in unterschied­ lichen Typen elektronischer Ausrüstungen eingesetzt, und zwar von Taschenrechnern bis zur großen Büroausrüstungs­ einrichtung. Der grundsätzliche Aufbau einer Flüssigkristall­ anzeige ist in Fig. 1 wiedergegeben. Eine dünne Schicht ei­ nes Flüssigkristalles 2 wird zwischen zwei Substraten 16a, 16b durch ein Dichtelement 19 gehalten. Das Substrat 16a trägt transparente Elektroden 17a, die in Bereichen seiner inneren Oberfläche ausgebildet sind, wobei eine Orientierungs­ schicht 18a (d. h. zur molekularen Ausrichtung des Flüssig­ kristalls) über den Elektroden sowie dem übrigen Bereich der inneren Oberfläche des Substrates ausgebildet ist. Das Sub­ strat 16b ist in einer ähnlichen Weise mit transparenten Elektroden 17b sowie einer Orientierungsschicht 18b versehen. Abstandselemente 23 sind in dem Flüssigkristall vorgesehen, um eine gleichförmige Spaltgröße zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Flächen der Substrate aufrechtzuerhalten.

Im allgemeinen ist es erforderlich, die Position der beiden Substrate einer Flüssigkristallanzeige mit einem hohen Grad von Genauigkeit gegenseitig seitlich aufeinander auszurichten, d. h., daß sich die Position eines Substrates sehr genau ober­ halb derjenigen des anderen befindet. Das am häufigsten einge­ setzte Verfahren zur Herstellung solch einer Flüssigkristall­ anzeige vollzieht sich wie folgt. Zunächst wird eine leere Ausnehmung ausgebildet, die aus den beiden einander gegenüber­ liegenden Substraten 16a und 16b besteht, die genau gegenseitig aufeinander ausgerichtet sind und aneinander durch ein da­ zwischenliegendes Dichtelement 19 gehalten sind, jedoch ohne den Flüssigkristall 2. Die Ausnehmung wird dann mit dem Flüssigkristall 2 ausgefüllt, unter Einsetzung eines Vakuum­ einführungsverfahrens. Ein derartiges Verfahren besitzt jedoch verschiedene Nachteile, wie eine beträchtliche Zeitdauer, die erforderlich ist, um die Ausnehmung mit dem Flüssigkristall 2 auszufüllen, im Fall einer großen Flüssigkristallanzeige.

Aus diesem Grund ist ein Herstellungsverfahren vorgeschlagen worden, das darauf beruht, daß man zunächst den Flüssigkristall auf ein Substrat auftropft, wie dies in der japanischen Patent­ veröffentlichung Nr. 62-89 825 beschrieben ist. Dieses Verfahren ist besser als das Vakuumeinführungsverfahren, da eine kürzere Zeit erforderlich ist, um den Raum zwischen den beiden Sub­ straten mit dem Flüssigkristall auszufüllen. Das Grundkonzept des "Tropf"-Verfahrens ist in Fig. 2 wiedergegeben, wobei ein Dichtelement 22 in dem Umfangsbereich eines Substrates 20a ausgebildet ist, während der Flüssigkristall 21 auf das andere Substrat 20b aufgetropft wird. Während man die beiden Substrate in einem Abstand voneinander hält, bringt man die Substrate in eine Vakuumkammer einer Vakuumvorrichtung. In diesem Zustand (nach wie vor unter atmosphärischem Druck) werden die seitlichen Positionen der beiden Substrate 20a und 20b gegenseitig aufeinander ausgerichtet, d. h., daß das Substrat 20a genau oberhalb des Substrates 20b positioniert ist. Der Luftdruck innerhalb der Vakuumkammer wird dann re­ duziert und, unter der Bedingung eines niedrigen Druckes, werden die beiden Substrate zusammengebracht, so daß das Substrat 20a auf dem Substrat 20b aufliegt. Hierauf wird das Dichtelement 22 ausgehärtet, was etwa durch den Einsatz einer geeigneten Strahlung geschieht.

Bei einem solchen herkömmlichen Verfahren ist es jedoch erforderlich, die gegenseitige seitliche Ausrichtung der beiden Substrate sehr genau auszuführen, während sich die Substrate innerhalb der Vakuumkammer befinden, wobei die Substrate nur wenige Millimeter auseinandergehalten werden. Dieser Abstand muß dann genau aufrechterhalten werden, während ein Zustand geringen Umgebungsdruckes innerhalb der Vakuumkammer hergestellt wird, worauf dann die beiden Substrate genau aufeinander aufgebracht werden müssen, so daß sich ein Substrat genau auf dem anderen befindet. Es ist dementsprechend erforderlich, eine Positionierungs­ genauigkeit zu erzielen, die im Bereich zwischen einigen Mikron bis zu einigen Zehnereinheiten von Mikron liegt, für die Positionseinstellung und Positionssteuerung inner­ halb der Vakuumkammern. Dementsprechend werden die Gesamt­ größe, der komplizierte Aufbau und die Kosten für eine Va­ kuumvorrichtung, die mit einer solchen Vakuumkammer ausge­ richtet ist, außerordentlich groß.

Darüber hinaus hat sich in der Praxis gezeigt, daß auch dann, wenn eine derartige komplexe und teure Vakuumvorrichtung ein­ gesetzt wird, es außerordentlich schwierig ist, ein zufrieden­ stellendes Ausmaß an Positionierungsgenauigkeit zu erzielen.

Darüber hinaus besteht bei einem solchen Verfahren die erhöhte Möglichkeit, daß sich Staub oder metallische Partikel inner­ halb des Inneren der Vakuumvorrichtung ansammeln. Dies führt zu einem Anstieg der meisten allgemeinen Gründe von Schäden, die bei Flüssigkristallanzeigen vorliegen, d. h. Schäden auf­ grund der Anwesenheit von Staubpartikeln innerhalb der Anzeige­ ausnehmungen, Kurzschlüsse zwischen den Elektroden der oberen und unteren Substrate usw.

Aus diesem Grund beschreibt die japanische Patentveröffent­ lichung Nr. 60-2 41 020 einen Vorschlag zur Erleichterung der Substratpositionierung. Bei diesem Verfahren werden Positio­ nierungsstifte zum Zweck der Ausrichtung zur Zeit des gegen­ seitigen Aufeinanderbringens der beiden Substrate eingesetzt, wobei diese Stifte die gleichen Positionsbeziehungen besitzen wie die Positionsbestimmungsstifte, die zuvor während des Vor­ ganges der Ausbildung der Muster der transparenten Elektroden auf den Substraten vorgesehen waren. Dieses Verfahren besitzt den Vorteil, daß die Vakuumvorrichtung in einem gewissen Aus­ maß vereinfacht werden kann. Es verbleibt jedoch das Problem, daß es unmöglich ist, eine gegenseitige Positionierung der beiden Substrate mit einem ausreichenden Genauigkeitsgrad zu erzielen, d. h., in einem Bereich von einigen Mikron.

Angesichts dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der aufgezeigten Nachteile, ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeige zur Verfügung zu stellen, welches den Einsatz einer Vakuumvor­ richtung mit einfachem Aufbau gestattet und wobei eine sehr hohe Genauigkeit der gegenseitigen Positionierung zweier Sub­ strate einer Flüssigkristallanzeige erzielt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale, wobei hinsichtlich bevorzugter Ausgestaltungen des Verfahrens auf die Merkmale der Unteransprüche verwiesen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Flüssig­ kristallanzeige zeichnet sich durch die aufeinanderfolgenden Schritte aus, nämlich:
Die Ausbildung eines Dichtelementes auf mindestens einer der jeweiligen Elektrodenoberflächen eines Paares von Substraten,
die Ausbildung mindestens eines Tropfens eines Flüssigkristall­ materials auf mindestens einer der Elektrodenoberflächen des Paares von Substraten,
das Aufeinanderbringen eines des Paares von Substraten auf das andere des Paares, wobei die jeweiligen Elektrodenober­ flächen einander gegenüberliegen, unter einem Zustand re­ duzierten Umgebungsluftdrucks,
die Ausführung der gegenseitigen seitlichen Positionsaus­ richtung des Paares von Substraten, unter den Bedingungen normalen atmosphärischen Drucks, und
die Ausführung des Härtungsvorganges des Dichtungselementes.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird ein Mehrfaches an Flüssigkristallmaterial aufgetropft mit Hilfe einer Flüssigkristalltropfeinrichtung mit einem Kolben sowie einer Einrichtung zum präzisen Antreiben des Kolbens über ein festes Bewegungsausmaß, um somit eine bestimmte Menge des Flüssigkristallmaterials von der Spitze der Flüssigkristall­ tropfeinrichtung abzugeben, wobei der Spitzenbereich in Kontakt mit der Elektrodenoberfläche steht, auf welcher der Flüssig­ kristall abgesetzt wird.

Bei einem derartigen Herstellungsverfahren ist der einzige Vorgang, der unter der Bedingung eines niedrigen Umgebungs­ luftdruckes, wie in einer Vakuumkammer einer Vakuumvorrich­ tung, durchgeführt werden muß, ein Substrat auf das andere aufzubringen. Zu dieser Zeit wird keine seitliche Positions­ justierung vorgenommen. Dementsprechend ist der Gesamtaufbau der Vakuumvorrichtung extrem einfach, und es ergibt sich nur eine geringe Möglichkeit, daß Staub oder Metallpartikel inner­ halb die Vakuumvorrichtung erzeugt werden können, so daß Schäden an der vollständigen Flüssigkristallanzeige, die von solchen Partikeln herrühren, minimiert werden können. Eine präzise seitliche Ausrichtung der beiden Substrate der Anzeige wird durchgeführt nach dem Entfernen aus der Vakuumkammer, unter einem Zustand von Umgebungsluftdruck, so daß die gegenseitige Ausrichtung der Substrate mit einer Positionierungsgenauig­ keit ausgeführt werden kann, die im Bereich mehrerer Mikron liegt.

Darüber hinaus läßt sich durch die exakte Steuerung der Be­ wegung des Kolbens einer Mikrospritze, die eingesetzt wird, um den Flüssigkristall auf ein Substrat aufzutropfen, bevor das Aufeinanderbringen der Substrate in der Vakuumkammer durchgeführt wird, eine Anordnung genau abgemessener Tropfen des Flüssigkristall ausbilden. Dies hat zur Folge, daß die Gesamtmenge an Flüssigkristall, die zwischen die Substrate der Flüssigkristallanzeige eingebracht wird, sehr genau ge­ steuert werden kann. Es kann hierdurch eine optimale Menge an Flüssigkristall innerhalb der Flüssigkristallanzeige vor­ gesehen werden, die sicherstellt, daß eine maximale Gleich­ förmigkeit in dem Raum zwischen den Substraten erreicht wird, während gleichzeitig gewährleistet wird, daß die vorerwähnte gegenseitige seitliche Ausrichtung der Substrate leicht durchgeführt werden kann, während schließlich auch sicherge­ stellt wird, daß keine Schädigung der Orientierungsschichten der Substrate eintritt, aufgrund von Abrieb der Orientierungs­ schichten durch die Abstandselemente (die innerhalb des Flüssig­ kristalls vorgesehen sind, um die Spaltbreite zwischen den ein­ ander gegenüberliegenden Substraten aufrechtzuerhalten) während des Vorganges der seitlichen Positionierung.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche Merk­ male ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevor­ zugter Ausführungsformen der Erfindung, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigen im einzelnen:

Fig. 1 einen einfachen Querschnitt zur Darstellung des allge­ meinen Aufbaues einer Flüssigkristallanzeige,

Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung eines herkömmlichen Verfahrens zur Herstellung einer Flüssigkristallan­ zeige,

Fig. 3 die Darstellung von Schritten gemäß einer Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeige,

Fig. 4 ein Diagramm zur graphischen Erläuterung der Aus­ wirkungen von Variationen der Menge an Flüssigkristall, die in eine Flüssigkristallanzeige eingebracht wird, gemäß dem Verfahren nach der Erfindung,

Fig. 5 verschiedene Darstellungen einer Mikrospritze, die bei dem Verfahren gemäß Fig. 3 eingesetzt wird, zur prä­ zisen Abropfung vorbestimmter Mengen von Flüssig­ kristall, und

Fig. 6 eine Darstellung zur Erläuterung der Zustände an der Düsenspitze einer Mikrospritze, von welcher der Flüssigkristall ejiziert wird.

In Fig. 3 zeigen die Darstellungen (a), (b) und (c) jeweils aufeinanderfolgende Schritte des Verfahrens zur Herstellung eine Flüssigkristallanzeige gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Bei einem ersten Herstellungsschritt, der in der Darstellung (a) der Fig. 3 wiedergegeben ist, bezeichnen die Bezugsziffern 1a und 1b jeweils Glassubstrate mit trans­ parenten Elektroden und hierauf ausgebildeten Orientierungs­ schichten, wie sie zuvor für das Beispiel nach dem Stand der Technik beschrieben wurden, wobei die transparenten Elektroden und Orientierungsschichten von der Zeichnung zur Vereinfachung der Beschreibung weggelassen wurden. Ein Dichtelement 3 ist durch ein Maskendruckverfahren im Umfangsbereich einer Fläche ausgebildet mit den zuvor erwähnten transparenten Elektroden und der hierauf ausgebildeten Orientierungsschicht des Sub­ strats 1a. Eine solche Substratfläche, auf welcher die Elektro­ den ausgebildet sind, soll nachfolgend als Elektrodenfläche bezeichnet werden. Bei dieser Ausführungsform besteht das Dicht­ element 3 aus einem Harzmaterial, welches in der Lage ist, nachfolgend auszuhärten durch die Bestrahlung mit ultravio­ lettem Licht, während es jedoch ursprünglich sich in einem unvollständig gehärteten Zustand befindet. Eine Mehrzahl von Tropfen einer Mischung, bestehend aus einem nematischen Flüssigkristall und sphärischen Abstandselementen, wird auf der Elektrodenfläche ausgebildet, auf welcher sich die vorer­ wähnten transparenten Elektroden und die Orientierungsschicht befinden, bezüglich des Substrates 1b. Die Abstandselemente befinden sich in der vorerwähnten Mischung in dem Verhältnis von 0,3 Gew.-% und sind als Kugeln eines verfestigten Harz­ materials ausgebildet. Die Tropfen der Flüssigkristall/Harz­ mischung werden auf dem Substrat 1b mit Hilfe einer Mikro­ spritze (die nachfolgend noch im Detail zu beschreiben ist) als rechteckförmiges Muster in einer vorbestimmten Anzahl von Tropfen in 10 mm Intervallen aufgebracht, wobei alle Tropfen hinsichtlich ihrer Menge genau identisch sind. Die Mischung von Flüssigkristall und Abstandselementen wird nachfolgend einfach als Flüssigkristall bezeichnet, wenn nichts anderes angegeben ist.

Beim zweiten Herstellungsschritt, der in der Darstellung (b) der Fig. 3 wiedergegeben ist, sind die Substrate 1a und 1b, wie gezeigt, in einer Vakuumkammer 7 einer Vakuumeinrichtung angeordnet. Das Substrat 1b wird auf einen Tisch 4 aufgesetzt, worauf das Substrat 1a oberhalb positioniert wird und in einem Abstand von dem Substrat 1b durch dazwischen angeordnete Abstandselemente 5a und 5b, die jeweils 5mm dick sind, ge­ halten, wobei die Abstandselemente herausnehmbar sind, während sich die Elektrodenflächen der beiden Substrate 1a und 1b je­ weils gegenüberliegen. Endflächenstifte 6a und 6b sind an dem Tisch 4 befestigt, und die Substrate 1a und 1b werden zunächst positioniert, entsprechend der Darstellung (b), derart, daß die Stifte 6a und 6b 0,5 mm Abstand von den jeweiligen angren­ zenden Seitenflächen der Substrate besitzen. Es leuchtet ein, daß in der Praxis eine größere Zahl von Abstandselementen als zwei vorgesehen sein kann. Luft wird dann aus der Vakuumkammer 7 evakuiert, und, wenn ein Druck von 60 Pa erreicht ist, werden die Abstandselemente 5a und 5b entfernt, so daß das Substrat 1a auf dem Substrat 1b aufliegt. Zu dieser Zeit dienen die Seiten­ flächenstifte 6a und 6b dazu zu verhindern, daß eine zu große Veränderung der Seitenposition der Substrate 6a und 6b eintritt. Der Luftdruck innerhalb der Vakuumkammer 7 wird dann wieder auf den atmosphärischen Druck gebracht. Der Flüssigkristall 2 breitet sich hierdurch aus und füllt kontinuierlich den Raum zwischen den beiden Substraten 1a und 1b aus und erstreckt sich bis zum inneren Umfang des Dichtelementes 3.

Bei einem dritten Herstellungsschritt wird das Paar von Sub­ straten 1a und 1b nun auf einem Tisch 8 einer Positionsein­ stellungsvorrichtung aufgesetzt, entsprechend der Darstellung (c) der Fig. 3, wobei das Substrat 1a auf dem Tisch 8 ruht. Zu dieser Zeit wird die seitliche Position des Substrats 1b auf dem Tisch 8 fest bestimmt durch eine Mehrzahl von Posi­ tionsfixierstiften, von denen zwei in der Darstellung (c) wiedergegeben und als 9a bzw. 9b bezeichnet sind. Es leuchtet ein, daß in der Praxis eine größere Zahl von derartigen Stiften eingesetzt werden kann, um die seitliche Position des Substrats 1b exakt zu fixieren. Ein Stützelement 10 befindet sich ober­ halb des oberen Substrats 1a, und eine Mehrzahl von Fixierstiften, die an einem Trägerelement 10 gehalten sind, die die Stifte, die mit 9c und 9d bezeichnet sind, fixieren die Position des Substrats 1a gegen eine Verschiebung in bezug auf das Träger­ element 10. Das Trägerelement 10 läßt sich durch die Welle eines Mikrometers 11 derart verschieben, daß die seitliche Position eines Substrats 1a durch eine Bedienungsperson eingestellt werden kann, über die Betätigung des Mikrometers 11, während die Position des Substrats 1a (durch ein Mikroskop) hinsicht­ lich einer Bezugsmarkierung beobachtet wird. Das Substrat 1a kann somit hinsichtlich der seitlichen Position eingestellt werden, bis es sich in einer vorbestimmten Ausrichtung in bezug auf das Substrat 1a befindet, mit einem sehr hohen Grad von Genauigkeit. Obwohl zur Vereinfachung lediglich ein einziges Mikrometer in der Darstellung (c) der Fig. 3 wiedergegeben ist, leuchtet ein, daß in der Praxis mindestens ein weiteres Mikrometer zum Einsatz kommt, um eine seitliche Positionseinstellung des Substrats 1a in eine Richtung im rechten Winkel zu der in der Darstellung (c) wiedergegebenen zu ermöglichen, d. h., wenn man die Einstellrichtung, die in der Darstellung (c) wiedergegeben ist, als X-Richtung bezeich­ net, wird eine Positionseinstellung des Substrats 1a auch in der Y-Richtung einer X-Y-Ebene durchgeführt.

Wenn die Positionsjustierung abgeschlossen ist, wird das Dichtelement 3 mit einem ultravioletten Licht angestrahlt, um es auszuhärten, wobei die Montage der Flüssigkristall­ anzeige abgeschlossen wird.

Basierend auf einer Anzahl von Experimenten, die durchgeführt wurden unter Einsatz des zuvor beschriebenen Herstellungsver­ fahrens, zeigte sich, daß der Herstellungsvorgang stark be­ einflußt wird durch die Menge an Flüssigkristall, welche für jede Anzeige vorgesehen wird, im Laufe des Schrittes, ent­ sprechend der Darstellung (a) der Fig. 3. Im einzelnen er­ gibt sich:

• a) Wenn die Menge übergroß ist, wird der Zwischenraum zwischen den beiden Substraten nicht gleichförmig und
• b) wenn die Menge zu klein ist, dann kann ein Negativdruck zwischen den Substraten vorliegen. Hieraus resultiert, daß die beiden Substrate stärker zusammengezogen werden, so daß die Größe des Zwischenraumes hier zwischen reduziert wird und die Abstandselemente (die mit dem Flüssigkristall vermischt sind, wie dies zuvor beschrieben wurde) werden zwischen den Substraten eingeklemmt. Es ergibt sich hieraus, daß bei dem Positionsjustiervorgang, entsprechend der Dar­ stellung (c) in Fig. 3, es außerordentlich schwierig oder gar unmöglich ist, eine seitliche Verschiebung des Sub­ strats 1a in bezug auf Substrat 1b durchzuführen. Darüber hinaus kann auch, wenn eine solche Justierbewegung möglich wäre, eine Schädigung der Orientierungsschichten der Sub­ strate eintreten durch ein Zerkratzen der Abstandselemente als Ergebnis der seitlichen Verschiebung des Substrates 1a.

Basierend auf den Ergebnissen der vorgenannten Experimente, hat sich folgendes gezeigt: Wenn der Durchmesser der Abstandsele­ mente bei einem festen Wert gehalten wird, und die Gesamtmenge an Flüssigkristall, die auf das Substrat 1b aufgetropft wird, variiert wird, und wenn dann diese Menge einen vorbestimmten Wert, der nachfolgend als V_max bezeichnet wird, überschreitet, so überschreitet die Größe des Zwischenraumes (d. h. der Ab­ stand zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen der Sub­ strate 1a und 1b) der fertigen Flüssigkristallanzeige den Durch­ messer der Abstandselemente. Dies resultiert darin, daß der Zwischenraum nicht gleichförmig ist, wenn die Menge an einge­ brachtem Flüssigkristall den Wert V_max überschreitet.

Wenn umgekehrt die Menge an Flüssigkristall, die auf das Sub­ strat 1b aufgetropft wird, um 7% oder mehr kleiner ist als V_max, dann beginnen die zuvor erwähnten Probleme, die eintreten, wenn die Menge an Flüssigkristall zu klein ist, in Erscheinung zu treten. Es ist dementsprechend ein Merkmal des Herstellungs­ verfahrens gemäß der Erfindung, daß die Gesamtmenge an Flüssig­ kristall (oder bei dieser Ausführungsform die Gesamtmenge an Flüssigkristall/Abstandselement-Mischung), die auf das Substrat 1b im Schritt gemäß der Darstellung (a) der Fig. 3 aufgetropft wird, genau gesteuert werden muß so daß sie nicht größer ist als der Wert V_max und nicht kleiner als 7% weniger als V_max. Es hat sich gezeigt, daß dann, wenn diese Bedingungen erfüllt sind, die verschiedenen Probleme, die zuvor im Hinblick auf die Schwierigkeiten bei der Positionsjustierung beschrieben wurden, Schädigung der Orientierungsschichten und Ungleich­ förmigkeit des Zwischenraumes, eliminiert werden können.

Diese Bedingungen sind graphisch in Fig. 4 erläutert.

Zusätzlich hat sich aus den Ergebnissen der Experimente, die unter Einsatz des zuvor beschriebenen Herstellungsverfahrens durchgeführt wurden, gezeigt, daß eine Schädigung der Orien­ tierungsschichten während des seitlichen Positionierungsvor­ ganges der Substrate, der unter Bezugnahme auf die Darstellung (c) der Fig. 3 beschrieben wurde, eintreten kann, wenn die Ab­ standselemente nicht gegenseitig getrennt innerhalb des Flüssig­ kristalls vorliegen, sondern in Klumpen zusammengetreten sind, oder wenn die Abstandselemente rauhe Oberflächen besitzen. Aus diesem Grund ist es erforderlich, bei dem Herstellungs­ verfahren gemäß der Erfindung Abstandselemente einzusetzen, die glatte Oberflächen besitzen und die keine Klumpen inner­ halb des Flüssigkristalls bilden.

Um, wie zuvor beschrieben, erfolgreich das Herstellungsver­ fahren für eine Flüssigkristallanzeige gemäß der Erfindung durchzuführen, ist es erforderlich, eine sehr hohe Genauig­ keit zur Bestimmung der Gesamtmenge an Flüssigkristall zu erreichen, die zwischen die Substrate der Flüssigkristallan­ zeige eingebracht wird. Insbesondere ist es, wie zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben wurde, erforderlich, die Menge innerhalb eines Bereiches von 7% (d. h. ± 3,5%) zu regeln. Es hat sich gezeigt, daß, je größer die Genauigkeit der Tropfen­ bildung des Flüssigkristalls auf dem Substrat 1b beim Her­ stellungsschritt gemäß der Darstellung (a) der Fig. 3 ist, umso besser sind die Gesamtergebnisse, die man erhält, in Begriffen der Herstellungsausbeute von Flüssigkristallanzeigen hoher Qualität.

Die Grundvoraussetzungen für eine Flüssigkristallauftropf­ vorrichtung zur Aufbringung von Tropfen von Flüssigkristall auf einem Substrat bei dem Herstellungsschritt gemäß der Dar­ stellung (a) der Fig. 3 sind wie folgt:

• 1) Die Tropfvorrichtung muß das erforderliche hohe Genauig­ keitsausmaß der Aufbringungsmenge an Flüssigkristall ge­ währleisten und
• 2) es ist zwingend notwendig, daß die Ejektionsdüsenspitze der Flüssigkristallauftropfvorrichtung die Orientierungs­ schicht des Substrates, auf welches die Tropfen des Flüssigkristalls aufgebracht werden, nicht beschädigt.

Es wurde als Ergebnis verschiedener Experimente herausge­ funden, bei welchen herkömmliche Arten von Flüssigkristall­ auftropfapparaten eingesetzt wurden, daß auch dann, wenn das Erfordernis (2) von oben erfüllt war, es nicht möglich war, eine hinreichende Genauigkeit zu erzielen, entsprechend dem Erfordernis gemäß dem obigen Punkt (1).

Es hat sich durch diese Experimente gezeigt, daß bei Ver­ wendung verschiedene Typen herkömmlicher Flüssigkristall­ ejektionsgeräte, wie Dispenser oder Flüssigkeitstransport­ pumpen vom Rohr-Typ usw., die Ejektionsgenauigkeit (R/Xav) ± 10% oder schlechter ist, wobei R die Abweichungsmenge und Xav den Durchschnittswert angeben. Dementsprechend hat es sich als unmöglich erwiesen, mit einem solchen herkömm­ lichen Flüssigkristallejektionsgerät eine zufriedenstellende Genauigkeit zu erzielen für das Herstellungsverfahren von Flüssigkristallenzeigen gemäß der Erfindung.

Ein Flüssigkristalltropfgerät soll nachfolgend beschrieben werden, unter Bezugnahme auf Fig. 5, welches sich als ge­ eignet erwiesen hat zur Erzielung eines solchen erforderlichen hohen Grades von Genauigkeit des Aufbringens von Tropfen von Flüssigkristall auf ein Flüssigkristallanzeigensubstrat. Das Flüssigkristalltropfgerät basiert auf einer Mikrospritze. Der obere und der untere Teil des Gerätes sind in den Darstellungen (a) bzw. (b) der Fig. 5 wiedergegeben. In der Darstellung (a) dreht ein Impulsmotor 12 eine Schraubenwelle 13a, die eine entsprechend Gewindeöffnung in einer Mutter 13b durchgreift. Die Mutter 13b drückt gegen die obere Oberfläche eines Kolbens 14b einer Mikrospritze 14a, wobei das Kolbenrohr der Mikro­ spritze 14a Flüssigkristall (oder eine Mischung von Flüssig­ kristall und Abstandselementen) enthält. Die Bewegung des Kolbens 14b kann hierdurch in einem sehr hohen Genauigkeits­ grad gesteuert werden durch die Rotation der Welle 13a des Impulsmotors 12. Flüssigkristallmengen, die aus der Mikrospritze 14a ejiziert werden, können hierdurch auf einen hohen Genauig­ keitsgrad bestimmt werden. Insbesondere das Ausmaß der Verti­ kalbewegung des Kolbens 14b und dementsprechend die Menge an Flüssigkristall, welche durch die Mikrospritze 14a ejiziert wird, kann sehr genau bestimmt werden durch die Zufuhr einer spezifischen Anzahl von elektrischen Impulsen zum Antrieb des Impulsmotors 12. Es hat sich gezeigt, daß beim Ab­ setzen von Tropfen von nematischem Flüssigkristall, unter Ver­ wendung der Vorrichtung entsprechend der Darstellung (a) der Fig. 5, die gemessene Ejektionsgenauigkeit innerhalb von ± 2% lag, im Fall der Bildung eines Tropfens von 200 mg. Im Falle eines Materials hoher Viskosität, wie z. B. smetischem Flüssig­ kristall, zeigte sich, daß die Ejektionsgenauigkeit innerhalb von ± 5% lag.

In Fig. 1 erläutern die Darstellungen (a), (b) und (c) den Zustand an der Spitze einer Mikrospritze, wie etwa der Mikro­ spritze 14a gemäß Fig. 5, wenn Flüssigkristallmaterial eji­ ziert wird. Wie dargestellt, neigt der Flüssigkristall auf­ grund seiner Oberflächenspannung dazu sich um die Düsenspitze der Mikrospritze zusammenzuziehen. Wenn eine solche Mikrospritze eingesetzt wird, um die Tropfen Flüssigkristalls auf dem Sub­ strat abzusetzen, d. h., wenn die Mikrospritze aufeinander­ folgend quer über die Substratoberfläche geführt wird, um ein Muster getrennter Tropfen, entsprechend der Darstellung (a) der Fig. 3, abzusetzen, ist es erforderlich, um sicher­ zustellen, daß die Düsenspitze der Mikrospritze die Orien­ tierungsschicht des Substrats nicht beschädigt, einen Abstand von mehreren Mikron zwischen der Spitze der Düse und der Sub­ stratoberfläche aufrechtzuerhalten. Wie sich jedoch aus dem Zustand an der Düsenspitze gemäß der Darstellung in Fig. 6 zeigt, ist es in der Praxis schwierig, bei dem Zusammenziehen des Flüssigkristalls um die Spitze der Düse die Steuerung so aufrechtzuerhalten, daß ein gleichmäßiger Abstand zwischen der Düsenspitze und dem Substrat aufrechterhalten bleibt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch wenn die Düsenspitze die Sub­ stratoberfläche berühren sollte, sich keine Probleme im Hin­ blick auf die Beschädigung der Orientierungsschicht, die auf der Substratoberfläche ausgebildet ist, ergeben, solange der Kontaktdruck, der zwischen der Düsenspitze und dem Substrat hinreichend klein ist und solange eine Gleitbewegung der Düsenspitze über das Substrat nicht erfolgt.

Aus diesem Grund wird ein Ejektionsspitzengerät, welches im Teilquerschnitt in der Darstellung (b) gemäß Fig. 5 wieder­ gegeben ist, eingesetzt, im Zusammenhang mit der Mikrospritze, entsprechend der Darstellung (a), zur Bildung der Tropfen von Flüssigkristall auf dem Substrat 1b der Fig. 3, um erfolg­ reich das Herstellungsverfahren für die Flüssigkristallan­ zeige gemäß der Erfindung, wie es zuvor beschrieben wurde, auszuführen. Wie angedeutet, wird diese Ejektionsspitzenvor­ richtung an der Düsenspitze der Mikrospritze 14a angeordnet und umfaßt einen flexiblen Schlauch 15e, der auf die Düsen­ spitze der Mikrospritze in der dargestellten Weise paßt, ein Rohr 15a kleinen Durchmessers (welches nachfolgend als Tropf­ nadel bezeichnet wird) mit einem Innendurchmesser von 0,3 mm, in welches das Flüssigkristall über das Rohr 15e übertragen wird von der Mikrospritze 14a, ein Dichtungselement 15c, das aus Teflon hergestellt ist und einen Innendurchmesser von 0,7 mm besitzt, eine Schraubenfeder 15b, die aus Stahldraht hergestellt ist mit einem Drahtdurchmesser von 0,3 mm und die eine Federkonstante von 35 gf/mm besitzt, sowie ein Halte­ element 15d, über welches die Tropfnadel 15a an der Feder 15b anliegt. Eine solche Ejektionsspitzenvorrichtung stellt sicher, daß auch dann wenn die Tropfnadel 15a das Substrat während der Bildung der Tropfen von Flüssigkristall auf der Substratoberfläche das Substrat berühren sollte, die Tropfnadel 15a frei in aufwärtiger Richtung gegen den Widerstand der Schraubenfeder 15b zu gleiten vermag, so daß der Kontaktdruck, der über die Tropfnadel übertragen wird, hinreichend niedrig ist, um eine Gleitbewegung zwischen der Tropfnadel und der Substratoberfläche zu gestatten, ohne daß die Gefahr einer Beschädigung der Orientierungsschicht des Substrates besteht.

Es hat sich gezeigt, daß durch den Einsatz des Flüssigkristall- Auftropfgerätes gemäß Fig. 5 im Vergleich mit herkömmlichen Arten von Flüssigkristall-Ejektionsgeräten extrem kleine Tropfen von Flüssigkristall auf der Substratoberfläche ausge­ bildet werden können mit einem sehr hohen Grad an Genauigkeit der Steuerung der Menge an Flüssigkristall in jedem Tropfen. Somit kann eine große Zahl sehr kleiner Tropfen auf der Sub­ stratoberfläche deponiert werden, wobei die Gesamtmenge an Flüssigkristall in diesen Tropfen genau bestimmt werden kann.

Als Ergebnis zeigte sich in dem Fall, daß eine Mischung von Flüssigkristall und Abstandselementen durch solch ein Flüssig­ kristall-Auftropfgerät aufgebracht wurde, die Abstandselemente gleichmäßiger über die Substratoberfläche verteilt wurden, als dies durch Flüssigkristall-Ejektionsgeräte herkömmlichen Typs möglich war. Dementsprechend ließ sich ein höheres Ausmaß exakter Gleichförmigkeit des Zwischenraumes zwischen den beiden Substraten der fertigen Flüssigkristallanzeige erreichen, ver­ glichen mit dem Stand der Technik.

Es soll noch herausgestellt werden, daß die Erfindung, obwohl diese Ausführungsform beschrieben wurde im Hinblick auf eine Mischung von nematischem Flüssigkristall und Abstandselementen, die auf das Substrat 1b aufgetropft wird, nicht hierauf be­ schränkt ist. Es würde in gleicher Weise möglich sein, smeti­ sches Flüssigkristallmaterial zu verwenden, oder nur Flüssig­ kristall auf das Substrat 1b aufzutropfen, oder die Abstands­ elemente vorher auf die Oberfläche des Substrats 1b aufzubringen.

Wenn ein Flüssigkristallmaterial mit einem hohen Viskositätswert, wie etwa smetischer Flüssigkristall, eingesetzt wird, kann sich zeigen, daß ein unzureichendes Ausmaß der Verteilung des Flüssig­ kristalls eintritt während des Herstellungsschrittes gemäß der Darstellung (b) der Fig. 3, wie dies zuvor beschrieben wurde, nachdem das obere Substrat 1a auf das untere Substrat 1b in einem Zustand verminderten Umgebungsdrucks aufgebracht wurde, worauf der Umgebungsdruck wieder hergestellt wurde. In einem solchen Fall kann es erforderlich sein, die end­ gültig fertige Flüssigkristallanzeige einer Wärmebehandlung auszusetzen, nachdem das Dichtelement 3 ausgehärtet ist, um sicherzustellen, daß der Flüssigkristall die Ausnehmung, die zwischen den beiden Substraten ausgebildet ist, vollständig ausfüllt und sich vollständig bis zur inneren Peripherie des Dichtelementes 3 erstreckt.

Außerdem ist es möglich, obwohl bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Erfindung das Dichtelement 3 und die Tropfen Flüssigkristall 2 auf jeweils unterschiedlichen Sub­ straten 1a bzw. 1b aufgebracht wurden, bevor die Substrate zusammengebracht wurden, das Dichtelement 3 auf dem gleichen Substrat auszubilden, auf welches die Flüssigkristalltropfen aufgebracht wurden. Alternativ ist es auch möglich, die Tropfen des Flüssigkristalls auf beide Substrate aufzutragen, bevor man die Substrate zusammenbringt.

Darüber hinaus ist es auch möglich, obwohl in dem Flüssigkri­ stall-Auftropfgerät gemäß Fig. 5 ein Mutter- und -schrauben- Antriebsmechanismus in Kombination mit einem Impulsmotor zur Betätigung der Flüssigkristall-Ejektionsmikrospritze mit einem hohen Grad von Genauigkeit einzusetzen, andere Formen von Antriebsmechanismen zu verwenden, wie beispielsweise etwa die Kombination eines Linearmotors und eines Decoders.

Darüber hinaus ist festzuhalten, daß die vorliegende Erfindung nicht auf verschiedene spezielle Werte beschränkt ist, wie für die zuvor beschriebenen Ausführungsformen angegeben sind, wie etwa die Federkonstante des Ejektionsspitzengerätes. Beispiels­ weise kann die Federkonstante so ausgewählt werden, daß sie an den Härtegrad der Orientierungsschicht angepaßt ist. Außer­ dem kann es sich als vorteilhaft erweisen, die Auftropfnadel 15a aus einem relativ weichen Material, wie etwa einem Harz­ material, herzustellen.

Aus der obigen Erläuterung ergibt sich, daß es durch das Herstellungsverfahren für eine Flüssigkristallanzeige gemäß der Erfindung, durch welches genau bemessene Tropfen des Flüssigkristalls exakt in einem einleitenden Schritt des Herstellungsverfahrens auf ein Substrat aufgebracht werden, Flüssigkristallanzeigen zu erzeugen, die eine hohe Qualität und eine ausgezeichnete Gleichförmigkeit des Zwischenraumes zwischen den einander gegenüberliegenden Substraten besitzen, im Vergleich mit herkömmlichen Herstellungsverfahren.

Darüber hinaus behebt das Herstellungsverfahren fuhr eine Flüssigkristallanzeige gemäß der Erfindung erfolgreich die Probleme der herkömmlichen Herstellungsverfahren in bezug auf die gegenseitige genaue Positionierung der beiden Sub­ strate der Flüssigkristallanzeige. Zusätzlich kann, da der Vorgang der unter Bedingungen eines reduzierten Luftdruckes innerhalb einer Vakuumkammer extrem einfach auszuführen ist, der Aufbau der Vakuummontagevorrichtung, die die Vakuumkammer enthält, entsprechend einfach sein, so daß die Größe und die Komplexität der Montagevorrichtung als Ganzes reduziert werden kann, im Vergleich mit dem Stand der Technik.

Zusammenfassend stellt die Erfindung ein Herstellungsverfahren für eine Flüssigkristallanzeige zur Verfügung, bei welchem eine vorbestimmte Anzahl von Tropfen des Flüssigkristall oder eine Mischung von Flüssigkristall und Abstandselementen in ver­ schiedenen Positionen auf eine Elektrodenfläche von mindestens einem eines Paares von Substraten aufgetropft wird, wobei die Menge an Flüssigkristall in jedem der Tropfen mit einem sehr hohen Grad von Genauigkeit vorbestimmt ist. Eines der Substrate wird dann unter dem Zustand reduzierten Luftdruckes auf das andere aufgebracht, und dann wird unter Bedingungen von normalem atmosphärischen Druck die gegenseitige seitliche Positions­ justierung der Substrate durchgeführt, mit einem hohen Grad von Präzision.

Es soll an dieser Stelle noch einmal ausdrücklich angegeben werden, daß es sich bei vorangehenden Beschreibung lediglich um eine solche beispielhaften Charakters handelt und daß ver­ schiedene Abänderungen und Modifikationen möglich sind, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeige, gekennzeichnet durch die nachfolgenden aufeinanderfolgenden Schritte:
Ausbildung eines Dichtelementes auf mindestens einer Elektroden­ oberfläche eines Paares von Substraten,
Ausbildung mindestens eines Tropfens eines Flüssigkristall­ materials auf mindestens dieser Elektrodenoberfläche des Paares von Substraten,
Übereinanderanordnung eines des Paares von Substraten auf dem anderen, wobei sich die jeweiligen Elektrodenoberflächen je­ weils gegenüberliegen, unter dem Zustand reduzierten Umgebungs­ luftdruckes,
Ausführung einer gegenseitigen seitlichen Positionsjustierung des Paares von Substraten, unter der Bedingung von normalem atmosphärischem Druck, und
Durchführung der Aushärtung des Dichtelementes.

2. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeige, gekennzeichnet durch die nachfolgenden aufeinanderfolgen­ den Schritte:
Ausbildung eines Dichtelementes auf mindestens einer Elektro­ denoberfläche eines Paares von Substraten,
Ausbildung von mindestens einem Tropfen eines Flüssigkristall­ materials auf mindestens einer der Elektrodenoberflächen des Paares von Substraten mit Hilfe eines Flüssigkristallauftropf­ gerätes, welches einen Kolben sowie einen Präzisionsantrieb für den Kolben für ein vorbestimmtes Bewegungsausmaß umfaßt, zur Ejizierung einer vorbestimmten Menge des Flüssigkristall­ materials von der Spitze des Flüssigkristallauftropfgerätes, wobei der Spitzenbereich in Kontakt mit mindestens einer der Elektrodenoberflächen steht,
Übereinanderanordnung eines des Paares von Substraten auf dem anderen des Paares, wobei die jeweiligen Elektrodenoberflächen einander gegenüberliegen, unter dem Zustand reduzierten Um­ gebungsluftdruckes,
Ausführung einer gegenseitigen seitlichen Positionsjustierung des Paares von Substraten, unter der Bedingung normalen atmos­ phärischen Luftdruckes, und
Ausführung des Härtungsvorganges des Dichtelementes.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Flüssigkristallmaterial aus einer Mischung von Flüssigkristall und Abstandselementen besteht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Tropfen des Flüssigkristall­ materials auf mindestens einer der Elektrodenoberflächen derart ausgebildet ist, daß eine regelmäßige Anordnung von Tropfen ge­ bildet wird, die jeweils durch vorbestimmte Abstände vonein­ ander getrennt sind.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenbereich des Flüssigkristall-Auftropfgerätes unter dem Druck einer Feder derart steht, daß eine vor­ bestimmte Flächenpressung auf mindestens eine der Elektroden­ oberflächen ausgeübt wird.