-
Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeige
und ein Verfahren zur Herstellung einer Hybriddichtung nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 9.
-
Kleine LCDs wie etwa Lichtventile
gewinnen immer mehr an Bedeutung. Um ihre Funktion sicherzustellen,
werden kleine LCDs und Lichtventile typischerweise gemäß bestimmten
Spezifikationen hergestellt. Ein Kriterium besagt, daß die Pixelmatrix
geeignet abgedichtet sein muß,
um eine Verunreinigung zu verhindern und den richtigen Betrieb sicherzustellen.
-
Wie in 6 gezeigt
ist, enthält
eine typische kleine LCD 10 einen Chip 20 mit
einer Pixelmatrix 22. Die Pixelmatrix 22 enthält typischerweise
Zeilen und Spalten elektrisch leitender Wege. Am Schnittpunkt einer
Zeile und einer Spalte der elektrisch leitenden Wege liegt ein Pixel.
Durch Auswahl der richtigen Zeile und Spalte der Pixelmatrix 22 kann
jedes Pixel einzeln eingeschaltet werden. Die Auswahl eines Pixels
wird durch eine entweder in dem Chip 20 enthaltene oder
außerhalb
des Chips 20 liegende Steuerschaltungsanordnung gesteuert.
In beiden Fällen können externe
Steuersignale zum Steuern der Funktionen des Chips 20 verwendet
werden. Um eine Steuerung des Betriebs der Pixelmatrix 22 zu
ermöglichen,
sind um die Pixelmatrix 22 typischerweise an sie angeschlossene
Kontakt-Pads 25 angeordnet.
-
Die Kontakt-Pads 25 sind über eine
normalerweise in den Chip 20 integrierte Schaltungsanordnung
elektrisch an die Pixelmatrix 22 angeschlossen. Typischerweise
ist über
dem Chip 20 und über
der Pixelmatrix 22 eine Glasplatte 30 in der Weise
angeordnet, daß die
Glasplatte 30 über
den Chip 20 hinaussteht, wobei sie eine Fläche des
Chips 20 bedecken kann, die sonst Kontakt-Pads 25 hätte enthalten können. Die
Anordnung der Kontakt-Pads 25 ist häufig auf eine oder auf zwei
Seiten des Chips 20 konzentriert, so daß die Glasplatte 30 die
Kontakt-Pads 25 nicht bedeckt.
-
Der Chip 20 ist typischerweise
auf einem Substrat 80 aufgebracht. Das Substrat 80 enthält mehrere
Substrat-Pads 85. Die Kontakt-Pads 25 sind typischerweise
mit den Substrat-Pads 85 über Drahtverbindungen 90 verdrahtet.
-
Zwischen der Glasplatte 30 und
dem Chip 20 ist typischerweise eine Klebedichtung 50 ausgebildet,
die die Pixelmatrix 22 umgibt. Die abgedichtete Fläche zwischen
der Glasplatte 30 und der Pixelmatrix 22 ist üblicherweise
mit einer Lösung
aus Flüssigkristallmaterialien 60 gefüllt. Nachdem
der Chip 20 richtig an der Glasplatte 30 befestigt
ist, wird der Chip 20 an dem Substrat 80 befestigt,
mit diesem verbunden und abgedichtet. Die Dichtung 50 verhindert
das Austreten des Flüssigkristallmaterials 60.
-
In typischen LCDs 50 behält die Dichtung 50 häufig nicht
ihre Unversehrtheit, was zur Verformung und zu Ungleichförmigkeiten
in den LCDs führt. Wenn
die Dichtung 50 die Glasplatte 30 nicht ausreichend
an dem Chip 20 befestigt, kann dies die Artefakte 70 bewirken.
Die Artefakte können
bis in die aktive Fläche
der Pixelmatrix verlaufen und dort sichtbare Abweichungen in der
fertigen LCD bewirken. Solche Artefakte machen die LCD unbrauchbar.
-
Die 7, 8 und 9 zeigen Querschnittsansichten einer
LCD 12. Die Querschnittsansichten zeigen eine über eine
Dichtung 50 mit einem Chip 20 verbundene Glasplatte 30.
Der Innenraum ist mit dem Flüssigkristallmaterial 60 gefüllt.
-
7 zeigt
die Anfangsform der Dichtung 50 unmittelbar nach dem Befestigen
der Glasplatte 30 an dem Chip 20. Die Dichtung 50 enthält ausreichend Flüssigkristallmaterial 60.
Während
des Bearbeitungsprozesses der LCD 12 tragen viele Faktoren
zur Verformung der Dichtung 50 und der LCD 12 selbst bei.
-
Nach dem Befestigen der Glasplatte 30 an dem
Chip 20 und nach dem Füllen
der LCD 12 mit dem Flüssigkristallmaterial 20 erfordern
weitere Verarbeitungsschritte eine Bearbeitung der LCD 12. Zum
Beispiel wird die LCD 12 auf einem Substrat (wie etwa auf
dem Substrat 80 aus 6)
angeordnet. Außerdem
wird die LCD 12 einem Funktionstest unterworfen. Während dieser
Verarbeitungsschritte kann die LCD 12 Temperaturen und
Spannungen ausgesetzt sein, die ein Verformen der Dichtung 50 bewirken
können.
-
Wie in 8 gezeigt
ist, behalten viele Dichtungen während
der Bearbeitung und/oder während des
Tests der LCD nicht ihre Unversehrtheit. In typischen LCDs ist die
Dichtung 50 dehnbar. Das heißt, die Dichtung 50 neigt
dazu, sich auszudehnen. Beim Erwärmen
und bei der Bearbeitung der LCD wirkt sich diese Eigenschaft der
Dichtung 50, sich auszudehnen, noch nachteiliger aus.
-
Wie gezeigt ist, besteht ein übliches
Problem der Dehnbarkeit der Dichtung 50 darin, daß sich das Flüssigkristallmaterial 60 von
der Glasplatte 30 abhebt. Das Erwärmen und/oder die Bearbeitung
der LCD können
zu einer thermischen Veränderung
des Flüssigkristallmaterials
führen.
Typischerweise neigt das Flüssigkristallmaterial
dazu, sich auszudehnen. Infolge ihrer Dehnbarkeit hält die Dichtung 50 das Flüssigkristallmaterial,
das sich ausdehnt, möglicherweise
nicht zurück,
wobei sie sich, wie gezeigt ist, nach außen ausdehnt. Da die Dichtung
die thermische Veränderung
des Flüssigkristallmaterials
nicht verhindert, löst
sich das Flüssigkristallmaterial
von der Glasplatte ab.
-
Ein ähnliches Problem, das zu Artefakten
in der LCD führt,
ist die Verformung der Glasplatte und/oder des Chips. 9 zeigt eine LCD 12 mit
einer verformten Glasplatte 30. Die Glasplatte 30 (oder der
Chip 20) kann sich während
des Erwärmens und/oder
während
der Bearbeitung der LCD verformen oder biegen. Häufig bewirkt die Verformung
ein Ablösen
der Glasplatte von dem Flüssigkristallmaterial 60.
Wieder kann die Dichtung 50 das von der Dehnbarkeit herrührende Problem
nicht verhindern. Das Ablösen
der Glasplatte von dem Flüssigkristallmaterial
bewirkt ähnliche
Artefakte in der LCD, die zu deren Defekt führen können.
-
Somit können die derzeitigen Verfahren
zum Abdichten einer LCD das Ablösen
der Glasplatte von dem Flüssigkristallmaterial
möglicherweise
nicht ausreichend verhindern.
-
Aus der
JP 10-123537A ist eine Flüssigkristallanzeige
mit einer Hybriddichtung bekannt, die eine innere und eine äußere Dichtung
enthält.
Ferner ist aus der
US 4 640 583 eine
Flüssigkristallanzeige mit
einer Hybriddichtung bekannt, bei der die äußere Dichtung aus einem Klebstoff
besteht. Aus der
JP 05-019268 A ist
eine Dichtungsanordung bekannt, bei der eine erste Dichtung zwischen
einer durchsichtigen Platte einer Flüssigkristallanzeige und der
ersten Seite eines LCD-Chips und eine zweite Dichtung entlang des
Umfangs der durchsichtigen Platte angeordnet ist.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Flüssigkristallanzeige
und ein Verfahren zur Herstellung einer Hybriddichtung nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 9 zu schaffen, bei denen das Ablösen des
Flüssigkristallmaterials
von der Glasplatte wirksamer verhindert wird.
-
Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 bzw. 9 gelöst.
-
Hierdurch wird eine Flüssigkristallanzeige mit
einer durchsichtigen Platte, einem Chip, einer auf dem Chip angeordneten
Pixelmatrix und einer Hybriddichtung geschaffen, die die durchsichtige
Platte und den Chip klebend verbindet und die Pixelmatrix in der
Weise umgibt, daß zwischen
der Hybriddichtung, der durchsichtigen Platte und der ersten Seite des
LCD-Chips ein Volumen eingeschlossen ist, das im wesentlichen mit
einem Flüssigkristallmaterial ausgefüllt ist,
wobei die Hybriddichtung eine erste Dichtung und eine die erste
Dichtung umgebende zweite Dichtung aufweist, die als Schmelzdichtung ausgestaltet
ist.
-
Die erste Dichtung braucht nicht
notwendig die Eigenschaft besitzen, wirksam abzudichten. Die zweite
Dichtung besitzt diese Eigenschaft, so daß die Hybriddichtung diese
notwendige Eigenschaft ebenfalls besitzt.
-
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung
sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu
entnehmen.
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand
von in den beigefügten
Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
-
1 zeigt
eine LCD mit einer Ausführungsform
einer Dichtung.
-
2a zeigt
eine LCD mit einer weiteren Ausführungsform
einer Dichtung.
-
2b zeigt
eine Anordnung der Dichtung aus 2a.
-
3-5 zeigen Flüssigkristallanzeigen
mit weiteren Ausführungsformen
von Dichtungen.
-
6 zeigt
eine bekannte kleine LCD.
-
7 zeigt
eine bekannte LCD mit einer Dichtung sofort nach dem Befestigen
einer Glasplatte an einem Chip.
-
8 zeigt
die LCD aus 7 mit dem
Flüssigkristallmaterial,
das sich von der Glasplatte ablöst.
-
9 zeigt
die LCD aus 7 mit einer
verformten Glasplatte. Unter den Kriterien, die eine Dichtung erfüllen sollte,
sind: sie sollte (1) nicht mit dem Flüssigkristallmaterial reagieren;
(2) eine hohe Glasübergangstemperatur
(die Temperatur, bei der die Dichtungsmasse flüssig wird) besitzen; (3)
eine wirksame Sperre gegen Feuchtigkeit schaffen; (4) bei einer
niedrigen Temperatur vulkanisierbar sein, so daß das Erwärmen zu keiner Verschlechterung
des Flüssigkristallmaterials
führt;
und (5) das Ablösen des
Flüssigkristallmaterials
verhindern. Häufig
kann ein einzelnes Material selbst dieser begrenzten Anzahl von
Kriterien nicht genügen.
Eine einzige Dichtungsmasse kann einem oder mehreren; jedoch nicht allen
Kriterien genügen.
Somit wird eine Hybriddichtung verwendet, die eine wirksame Abdichtung schafft.
Eine Hybriddichtung enthält
(wenigstens) zwei Dichtungsmassen. Eine erste Dichtung schafft eines
oder mehrere Merkmale einer wirksamen Abdichtung, während eine
zweite Dichtung irgendwelchen weiteren, von der ersten Dichtung
nicht erfüllten Kriterien
genügt.
-
Die in 1 dargestellte
LCD 112 enthält eine
durchsichtige Platte 130 und einen Chip 120. Eine
Hybriddichtung 147 dichtet den Umfang der durchsichtigen
Platte 130 und des Chips 120 ab, wobei sie das
Flüssigkristallmaterial 160 umschließt.
-
Die Hybriddichtung 147 enthält eine
erste Dichtung 150 und eine zweite Dichtung 155.
In einer Ausführungsform
ist die erste Dichtung 150 ein herkömmlicher Dichtungstyp, der
nicht mit dem Flüssigkristallmaterial
reagiert und eine wirksame Sperre gegen Feuchtigkeit schafft. Möglicherweise
erweist sich die erste Dichtung 150 jedoch während des
Erwärmens
und/oder während
der Bearbeitung als dehnbar. Die zweite Dichtung 155 schafft
eine Druckdichtung, die dazu neigt, sich beim Erwärmen nicht
auszudehnen, sondern zusammenzuziehen.
-
Die erste Dichtung 150 ist
so angebracht, daß sie
das Flüssigkristallmaterial 160 unmittelbar umgibt.
Die zweite Dichtung 155 schafft eine zusätzliche
Abdichtung, um irgendwelche Nachteile der ersten Dichtung zu beheben.
Da die zweite Dichtung 155 nicht in Kontakt mit dem Flüssigkristallmaterial 160 steht,
braucht sie die Eigenschaft, nicht mit dem Flüssigkristallmaterial 160 zu
reagieren, nicht zu besitzen. Der Wegfall dieses Kriteriums schafft
weitere Alternativen für
die Auswahl des Materials der zweiten Dichtung 155.
-
In der gezeigten Ausführung schafft
die zweite Dichtung 155 eine Druckdichtung, die die Unversehrtheit
der Hybriddichtung aufrecht erhält.
Während
des Erwärmens
und/oder während
der Bearbeitung verhindert die zweite Dichtung 155, daß sich die erste
Dichtung ausdehnt. Weiter wird verhindert, daß sich der Flüssigkristall 160 seinerseits
durch die thermische Veränderung
von der durchsichtigen Platte 130 ablöst.
-
Außerdem hilft die zweite Dichtung 155 zu verhindern,
daß sich
die durchsichtige Platte 130 und/oder der Chip 120 biegt
oder verformt. Da die zweite Dichtung 155 eine Druckdichtung
ist, übt
die zweite Dichtung 155 größere Klebekräfte auf
die durchsichtige Platte 130 und auf den Chip 120 aus. Die
Haftkraft hilft, ein Biegen und ein Verformen zu verhindern.
-
Somit kann eine Hybriddichtung verwendet werden,
um eine wirksame Abdichtung zu schaffen, die allen erforderlichen
Kriterien genügt.
Die Verwendung verschiedener Dichtungsmassen schafft eine höhere Flexibilität bei der
Auswahl der Materialien der Dichtungsmassen. Da irgendein Nachteil
durch die andere Dichtung behoben werden kann, braucht keine Dichtung
sämtlichen
erforderlichen Kriterien zu genügen.
-
Obgleich sich die gezeigte Ausführungsform auf
den Ausdehnungs/Druck-Aspekt
einer Dichtung konzentriert, können
auch andere Kriterien einer Dichtung zum Tragen kommen. Beispielhaft
kann eine Dichtung mit dem Flüssigkristallmaterial
reagieren, eine niedrige Glasübergangstemperatur
besitzen oder unwirksam gegenüber
Feuchtigkeit sein, während
die andere Dichtung die erforderliche Eigenschaft ausreichend schafft.
Unter einigen dieser Kriterien umfassen die gewünschten Aspekte der Hybriddichtung
in einer Ausführungsform
eine niedrige Vulkanisiertemperatur von etwa weniger als 70 °C und eine
Glasübergangstemperatur
von mehr als etwa 70 °C.
-
Natürlich schreibt auch die Anordnung
der Dichtung vor, welches der Kriterien bei den Dichtungen 150, 155 fehlen
kann. Zum Beispiel sollte die erste (innere) Dichtung 150,
da sie in direktem Kontakt mit dem Flüssigkristallmaterial 160 steht,
nie mit dem Flüssigkristallmaterial 160 reagieren.
-
Idealerweise sollten beide Dichtungen 150, 155 eine
niedrige Vulkanisiertemperatur besitzen. Da die zweite Dichtung 155 nicht
direkt benachbart zu dem Flüssigkristallmaterial 160 liegt,
kann sie jedoch eine höhere
Vulkanisiertemperatur als die erste Dichtung 150 besitzen.
Um eine Hybrid- oder Verbunddichtung zu schaffen, die allen notwendigen
Anforderungen an eine Dichtung genügt, kann eine beliebige Anzahl
von Dichtungen verwendet werden. Somit können die am weitesten von dem
Flüssigkristallmaterial
entfernten Außendichtungen
signifikant höhere Vulkanisiertemperaturen
besitzen.
-
1 zeigt
eine Ausführungsform
mit einer ganz am Umfang einer durchsichtigen Platte 130 angeordneten
Hybriddichtung. Die Hybriddichtung kann jedoch an irgendeiner geeigneten
Stelle um die Pixelmatrix des Chips 120 angeord net sein.
-
Die LCD aus 2a enthält eine Hybriddichtung 147,
die innerhalb des Umfangs einer durchsichtigen Platte 130 angeordnet
ist. Gemäß 6b wird die zweite Dichtung 155,
bevor die durchsichtige Platte 130 und der Chip 120 aneinander
befestigt werden, in der Weise angeordnet, daß sie die erste Dichtung 150 in
dem Umfang der durchsichtigen Platte 130 oder des Chips 120 direkt
umgibt. Die Dichtungen 150, 155 brauchen bei der
Anwendung physikalisch nicht in Kontakt miteinander zu stehen. Die Dichtungen 150, 155 können aus
epoxidartigen Materialien bestehen, die sich beim Befestigen der durchsichtigen
Platte 130 an dem Chip 120 ausdehnen.
-
Solange die Verbindung der Dichtungen 150 und 155 eine
wirksame Abdichtung in einer LCD schafft, können sie aus beliebigen hierfür geeigneten Materialarten
bestehen. Beispielhaft können Three-Bond 51, 96, 98 und 184 von
der Three-Bond Corporation; Norland 68 von der Norland
Corporation; Silicone E 17303 von der General Electric Corporation;
und Loctite 395 von der Loctite Inc. verwendet werden.
In einer Ausführungsform
schaffen eine erste Dichtung 150 aus Three Bond 51 und
eine zweite Dichtung 155 aus Three Bond 184 eine
hervorragende Abdichtung.
-
Es können mehrere geeignete Flüssigkristallmaterialien
wie Polymerdispersions-Flüssigkristalle,
nematische Torsions-Flüssigkristalle
oder Ferroelektrika verwendet werden.
-
Die Hybriddichtung 147 nach 3 enthält eine erste Dichtung 150,
die aus herkömmlichen Dichtungsmaterialien
wie etwa den oben aufgelisteten Dichtungsmaterialien besteht. Die
zweite Dichtung 155 besteht andererseits aus einem Schmelzmaterial
wie etwa aus einem Lötmittel.
Schmelzmaterialien sind ausführlicher
in der US-Patentanmeldung Nr. 09/056,165 diskutiert.
-
Die Schmelzdichtung 155 schafft
eine noch weitergehende konstruktive Stabilität für die LCD. Die Konstruktionseigenschaften
der Schmelzdichtung verhindern jegliche Verformung der ersten Dichtung
und somit ein Ablösen
des Flüssigkristallmaterials.
Außerdem
schafft die Schmelzdichtung 155 eine gute Sperre gegen
Feuchtigkeit und besitzt eine hohe Glasübergangstemperatur. Obgleich
eine Schmelzdichtung 155 eine höhere Vulkanisiertemperatur
erfordern kann, kann ein örtlich
begrenztes Schmelzen der Schmelzdichtung 155 verwendet
werden, wie es in der oben zitierten Anwendung diskutiert ist. Auch
in Verbindung mit herkömmlicheren
Dichtungsmaterialien kann ein örtlich
begrenztes Erwärmen verwendet werden.
-
Nachdem die durchsichtige Platte 130 und der
Chip 120 mit einer Hybriddichtung 140 richtig
abgedichtet sind, kann die LCD, wie in 4 für
die LCD 110 gezeigt ist, auf einem Substrat 180 angebracht
werden.
-
Die Wirkungen des Erwärmens und
des Verbiegens können
durch Imprägnieren
der LCD nach dem Anbringen auf einem Substrat weiter gemildert werden.
Es kann irgendein geeignetes Substratmaterial wie z. B. Aluminium,
Silicium, Aluminiumoyxid (-Keramik) und Aluminiumnitrid verwendet
werden. In einer Ausführungsform
erhöht
ein Aluminiumsubstrat 180 die Stabilität der Hybriddichtung 147 während des
Erwärmens
und/oder während
der Bearbeitung.
-
In dem Substrat 180 kann
ein Hohlraum ausgebildet sein. Der Hohlraum hilft bei der Schaffung
einer höheren
Stabilität
und verhindert ein Verbiegen der LCD. Die Verwendung von Substraten 180 mit und
ohne Hohlräume
ist weiter ausführlich
in der US-Patentanmeldung Nr. 09/130.631 diskutiert.
-
Neben dem Anbringen der LCD auf einem Substrat 180 kann
eine weitere Dichtung 165 an der LCD angebracht werden.
In bekannten LCDs wird um die durchsichtige Platte und über dem
LCD-Chip und dem Substrat eine Tropfenbeschichtung angebracht. Die
Tropfenbeschichtung bedeckt außerdem
die Kontakt-Pads
des Chips 120 und die Substrat-Pads des Substrats 180.
Typischerweise wird die Tropfenbeschichtung nach dem Abschluß der gesamten Funktionstests
und Bearbeitung aufgebracht, da sie diese Aktivitäten verhindert.
-
Anstatt über der gesamten LCD und dem Substrat 180 eine
Tropfenbeschichtung anzubringen, die die durchsichtige Platte 130 nicht
bedeckt, kann um dem Umfang der durchsichtigen Platte 130 eine weitere
Dichtung 165 ausgebildet werden. Die zusätzliche
Dichtung 165 kann um den Umfang der durchsichtigen Platte 130 angebracht
werden, ohne daß sie
irgendwelche Funktionselemente der LCD wie etwa die Kontakt- und
Substrat-Pads stört.
-
Die LCD aus 5 umfaßt eine Hybriddichtung 147'' mit einer ersten Dichtung 150,
einer zweiten Dichtung 155 und einer dritten Dichtung 165.
Die dritte Dichtung 165 kann aus typischen Dichtungsmaterialien,
wie sie oben diskutiert wurden, oder aus typischerweise für die Tropfenbeschichtung
verwendeten Materialien bestehen. Die dritte Dichtung 165 kann
beispielhaft aus mit Ultraviolettstrahlung vulkanisierbaren und
thermisch vulkanisierbaren Silikonen oder Epoxidharzen bestehen.
Die dritte Dichtung 165 verleiht der Hybriddichtung 147 eine
weitere konstruktive Stabilität.
Außerdem
verhindert die dritte Dichtung 165 ein signifikantes Verziehen
der durchsichtigen Platte 130 und des Chips 120.
-
Somit kann eine Hybriddichtung 147 verwendet
werden, um viele Nachteile in herkömmlich in LCDs verwendeten
Einzelmaterialdichtungen zu beheben. Anstatt zusätzliche Zeit und zusätzliches Geld
für die
Herstellung einer Dichtungsmasse aus einem Einzelmaterial aufzuwenden,
das allen Anforderungen an eine wirksame Dichtung genügt, schaffen
Hybriddichtungen 147 eine zusätzliche Flexibilität bei der
Auswahl und bei der Verwendung existierender Materialien. Die Hybriddichtungen 147 können sämtlichen
Anforderungen ohne zusätzliche
Entwicklungskosten genügen.