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TECHNISCHES
GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen und Befüllen von
halbleiterbasierten Flüssigkristallanzeigen,
die auch als Mikro-LCD-Anzeigen (liquid crystal micro displays,
Lcmds) bekannt sind.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Lcmds
sind kleine Flüssigkristall-
bzw. LCD-Anzeigen, die üblicherweise
eine Anzeigefläche von
weniger als 1 Quadratzentimeter und eine Dicke von ungefähr 1 mm
aufweisen. Sie werden primär
als Sucher in Vorrichtungen wie Kameras verwendet, und werden ferner
als Teil einer größeren Anzeigekomponente
verwendet, in der das von der Lcmd stammende Bild projiziert und
vergrößert wird.
Jede Lcmd umfaßt
typischerweise Hunderttausende Pixel, wobei einige über eine
Million Pixel enthalten können.
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Die
Herstellung von Lcmds wird typischerweise in einer Reinraumumgebung
ausgeführt,
in der Maßnahmen
getroffen werden, um Staub und andere Kontaminationsstoffe aus der
umgebenden Atmosphäre
zu entfernen. Der Grad, in dem die Herstellungsumgebung reingehalten
wird, hängt
von den Faktoren wie die Größe und die
Dichte der integrierten Schaltkreise ab, die in den Lcmds enthalten
sind, von der gewünschten
Qualität
der Lcmds und von den Kosten, welche mit der Aufrechterhaltung der verschiedenen
Grade an Reinheit verknüpft
sind. Es können
statistische Modelle verwendet werden, um eine Kosten-/Nutzenanalyse
zur Ermittlung eines idealen Grads an Reinheit zur Herstellung von
Lcmds eines bestimmten Typs, Größe und Qualität auszuführen.
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Bezugnehmend
auf die 1 und 2 (Stand
der Technik) wird jede Lcmd-Marge typischerweise aus zwei Substraten
hergestellt. Üblicherweise ist
ein Substrat eine Halbleiterschicht, beispielsweise ein Siliziumwafer 9,
der viele integrierte Schaltkreise ("ICs") 12 enthält. Obwohl
zu Darstellungszwecken die 1 zeigt,
daß der
Siliziumwafer 9 nur neun ICs 12 enthält, umfaßt jeder
Siliziumwafer 9 typischerweise Hunderte von ICs 12,
die in Reihen und Spalten angeordnet sind. Jeder IC 12 umfaßt ein Pixelarray
bzw. Pixelgruppe mit IC- Elektroden 16,
die über entsprechende
Schaltelemente 17 angesteuert werden. Das andere Substrat
ist typischerweise ein Glaswafer 10, auf dem eine transparente
Elektrode 15 pro IC 12 vorgesehen ist. Jedes Substrat
ist typischerweise, jedoch nicht notwendigerweise, weniger als 1
mm dick, wobei die Dicke jedes Substrats abhängig von der Anwendungsart
der Lcmds variieren kann.
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Auf
eines der Substrate wird ein Dichtmittel aufgebracht, das die Lcmd-Wände 11 ausbildet. Üblicherweise
umgibt die Wand 11 jeden IC 12 nicht vollständig, wobei
eine kleine Lücke 13 verbleibt, durch
die das Flüssigkristallmaterial
fließt,
um die Lcmds zu füllen.
Der Siliziumwafer 9 wird daraufhin zu dem Glaswafer 10 ausgerichtet
und mit diesem zusammengefügt,
so daß die
transparenten Elektroden 15 mit den entsprechenden ICs 12 ausgerichtet sind.
Es werden Abstandhalter (nicht dargestellt) verwendet, um die Substrate
mit einem kleinen Abstand, der typischerweise in der Größenordnung
von wenigen Mikrometern liegt, getrennt voneinander zu halten. Die
Abstandhalter können
beispielsweise auf den Siliziumwafer geätzt werden. Nachdem die Substrate
zusammengefügt
sind, werden Lcmds 8 ausgebildet, die jeweils einen IC 12 enthalten.
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Da
der Abstand zwischen dem Siliziumwafer 9 und der Glaswafer 10 in
der Größenordnung
von Mikrometern liegt, ist es für
Flüssigkristallmaterial aufgrund
von Viskositätsbeschränkungen
gegebenenfalls unmöglich,
viele, wenn nicht die meisten der inneren Lcmds 8 vor deren
Trennung zu erreichen. Daher werden die Lcmds 8 über Öffnungen 13 mit Flüssigkristallmaterial
gefüllt,
nachdem diese getrennt sind.
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Die
Lcmds 8 können
beispielsweise mittels eines Ritz- und Brechprozesses (scribe and
break) voneinander getrennt werden. In einem Ritz- und Brechprozeß wird der
Halbleiterwafer 9 entlang der Anritzlinien 14 angeritzt
(typischerweise mit einer speziellen Säge oder Laser), um die Stellen
zu schwächen,
an denen die Trennung stattfinden soll. Ferner wird der Glaswafer 10 mittels
eines Schneidwerkzeugs angeritzt, beispielsweise mittels eines Lasers
oder einer speziell eingerichtete Säge angeritzt. Die Wafers 9 und 10 werden
daraufhin typischerweise temporär
auf ein flexibles Material geklebt, das daraufhin gebogen wird,
um die Wafers aufzubrechen und die Lcmds zu trennen. Der Ritz- und
Brechprozeß führt zu kleinen
Trümmern
des Halbleiter- und Glasmaterials, welches sich um die Lcmd-Öffnungen 13 herum
ansammeln.
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Nachdem
die Lcmds getrennt sind, werden diese mit Flüssigkristallmaterial gefüllt. Das
Füllen wird
vorzugsweise in einer Vakuumeinheit ausgeführt, in der die Lcmds in Flüssigkristallmaterial
eingetaucht werden. Nachdem eine Lcmd 8 befüllt wurde,
wird das Loch 13, durch das diese befüllt wurde, mit einem Klebemittel-
oder Epoxymaterial abgedichtet.
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Der
oben beschriebene bekannte Füllprozeß führt oft
zu einer großen
Anzahl defekter Lcmds, da die von dem Ritz- und Brechprozeß stammenden Trümmer durch
das Hineinfließen
des Flüssigkristallmaterials
häufig
in viele der Lcmds 8 eingezogen werden. Die Trümmer können eine
elektronische Fehlfunktion verursachen oder können ein Bild stören, indem
sie den von der Lcmd gesteuerten Weg der elektromagnetischen Strahlung
blocken oder verändern.
Die von den Trümmern
verursachten Defekte werden nicht entdeckt, bis die Lcmds in einem
Gehäuse
untergebracht bzw. verpackt sind, da durch das Verpacken eine Verdrahtung
vorgesehen wird, durch die die Lcmd Bild- und Testsignale empfängt.
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Das
Verpacken einer Lcmd umfaßt
das Montieren und das Verdrahten. Die Lcmd wird in/auf eine Verpackungseinheit
in einem bestimmten Winkel und an einer bestimmten Stelle montiert,
so daß das
erzeugte Bild korrekt fokussiert und ausgerichtet ist. Die Lcmds
werden ferner mit Anschlüssen
auf der Verpackungseinheit verdrahtet. Diese Anschlüsse werden
eventuell mit einer Hostvorrichtung verbunden, beispielsweise mit
einer Kamera, und empfangen von dieser bildbezogene und andere Signale. Der
Bereich, welcher die Verdrahtungsverbindungen umgibt, ist typischerweise
mit einem Klebstoff oder Epoxymaterial gefüllt, das die Verbindungen stabilisiert
und die Drähte
vor gegenseitiger Berührung schützt.
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Nachdem
die Lcmds verpackt sind, werden sie getestet, so daß defekte
Einheiten erfaßt
und verworfen werden. Das Testen kann schwierig und kostenintensiv
sein, da jede einzelne Lcmd getrennt getestet werden muß. Der Grund
dafür,
daß diese Lcmds
nicht getestet werden, während
diese noch Teil einer Substrat- bzw. Trägeranordnung sind, liegt darin,
daß das
Testen nach dem Prozeß der
Flüssigkristallbefällung (der
wegen der Viskositätsbeschränkungen üblicherweise
nach der Trennung der Lcmds 8 durchgeführt werden muß) stattfindet.
Der Verpackungsprozeß ist
relativ kostenintensiv und kann den Hauptkostenanteil einer gefertigten
Lcmd darstellen. Das Verpacken der Lcmds vor dem Testen erhöht die mit
den defekten Einheiten verknüpften
Kosten deutlich, da solche Kosten auch die Kosten des Verpackens
umfassen würden.
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Die
Druckschrift US-A-6,122,033 offenbart ein Verfahren zum Herstellen
einer Vielzahl von Flüssigkristall-Mikroanzeigen
durch eine Wafer-Scale-Verarbeitung, einschließlich eines Substrats, in das
hinein ein Loch erzeugt wird, um einen Raum der Lcmd mit einem Flüssigkristallmaterial
zu füllen.
Daraufhin wird das Loch abgedichtet. Die Löcher zum Füllen des Raums werden in der
Glasplatte vorgesehen. Ein ähnlicher
Stand der Technik ist in der Druckschrift JP-A-56 128919 beschrieben,
wobei dort ein Halbleitersubstrat offenbart ist, welches von einer Glaselektrodenplatte überdeckt
ist, wobei in der Glaselektrodenplatte ein Injektionsloch für das Flüssigkristallmaterial
ausgebildet wird.
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Es
besteht daher Bedarf an einem System und einem Verfahren zum Herstellen
und Testen von Lcmds, das zu einer höheren Ausbeute und zu geringeren
Kosten führt.
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ABRISS DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren zum Herstellen von Mikro-LCD-Anzeigen (Lcmds)
nach Anspruch 1 und eine Anordnung mit einer Vielzahl von Lcmds
nach Anspruch 8 vor.
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Eine
Mikro-LCD-Anzeige (liquid crystal micro display, Lcmd) wird hergestellt,
indem in einer Lcmd-Oberfläche
ein Loch erzeugt wird, die Lcmd über
das Loch mit Flüssigkristall- bzw. LCD-Material befüllt, und
daraufhin das Loch versiegelt bzw. abgedichtet wird. Die Erfindung
ermöglicht
das Testen einer Lcmd von seiner Trennung von anderen Lcmds und
vor seiner Verpackung. Dadurch erhöht die Erfindung die Ausbeute
und verringert die mit der Lcmd-Herstellung verknüpften Kosten.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine beispielhafte Aufsicht einer Lcmd-Substratanordnung nach dem
Stand der Technik.
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2 zeigt
eine Querschnittsansicht der in 1 dargestellten
Lcmd nach dem Stand der Technik.
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3 zeigt
ein Flußdiagramm,
welches ein Verfahren zum Herstellen von Lcmds gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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4 zeigt
eine beispielhafte Aufsicht einer Lcmd-Substratanordnung, die in
dem in 3 dargestellten Verfahren verwendet wird.
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5 zeigt
eine Querschnittsansicht einer Lcmd von 4.
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6 zeigt
einen Schritt zum Testen einer Lcmd gemäß einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Unter
der weiteren Bezugnahme auf die 4 und 5 zeigt
die 3 ein Flußdiagramm, welches
ein Verfahren zum Herstellen von Lcmds gemäß der vorliegenden Erfindung
darstellt. Die Lcmds werden unter Verwendung von zwei Substraten
ausgebildet. In einer Ausführung
ist das erste Substrat eine Siliziumwafer 21 (mit einer
Dicke von weniger als 1 mm), auf die eine Vielzahl (typischerweise
Hunderte) von ICs ausgebildet werden. Jeder IC 22 umfaßt eine
große
Anzahl (typischerweise eine halbe Million) aktiver Pixel, die Elektroden 40 umfassen, welche
von entsprechenden Schaltelementen 41 angesteuert werden.
Die Dicke jedes Substrats kann gemäß der Anwendung variiert werden,
für die
die Lcmds vorgesehen sind. Das zweite Substrat ist transparent und
ist typischerweise als dünner
Glaswafer 26 vorgesehen, welcher die transparenten Elektroden 42 einer
entsprechenden Anzahl von Lcmds aufweist. Die transparenten Elektroden 42 werden
aus einem transparenten leitenden Material, beispielsweise Indiumzinnoxid,
hergestellt.
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Die
Füllöcher 33 werden
in einer der Wafer erzeugt, wie in Schritt 3A dargestellt
ist. Die Füllöcher 33 werden
genau positioniert, um Zugang zu den Kammern 35 jeder Lcmd 30 vorzusehen,
ohne die ICs 22 oder den Anzeigebereich der Lcmd 30 zu
beschädigen.
Beispielsweise kann ein Fülloch 33 positioniert
werden, wie in den 4 und 5 dargestellt
ist. Durch das anisotrope Ätzen
wird ein trichterförmiges
Fülloch 33 in
der Siliziumwafer 21 erzeugt, so daß die Öffnung in der inneren Oberfläche der
Siliziumwafer 21 schmaler als die Öffnung in der äußeren Oberfläche ist,
wie es 5 darstellt. Das anisotrope Ätzen dient zur genaueren Plazierung
der Füllöcher 33 in
den gewünschten
Bereichen der inneren Oberfläche
der Siliziumwafer 21.
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Nachdem
die Füllöcher 33 erzeugt
wurden, werden die Wafer 21 und 26 zusammengefügt, wie es
in Schritt 3B dargestellt ist. Dieser Schritt umfaßt typischerweise
das Aufbringen eines Dichtmaterials um jeden IC 22 herum,
woraufhin die Wafer zusammengefügt
werden, um die Lcmd-Einheiten 30 auszubilden. Daraufhin
werden die Lcmd-Einheiten 30 über die Füllöcher mit Flüssigkristallmaterial befüllt, wie
in Schritt 3C dargestellt ist. Das Befüllen wird vorzugsweise ausgeführt, indem
eine übliche
Vakuum-Befüllungstechnik
verwendet wird, wobei die Lcmds in einer Vakuumkammer (nicht dargestellt) plaziert
werden, in der daraufhin der Luftdruck verringert wird; die Lcmd-Einheiten
werden daraufhin in ein Bad aus Flüssigkristallmaterial eingelassen,
und der Druck in der Vakuumkammer wird wieder hergestellt, so daß die Druckdifferenz
zwischen den Lcmd-Kammern 35 und deren Umgebung das Flüssigkristallmaterial über die
Füllöcher 33 in
die Lcmd-Kammern 35 zwingt. Es können auch andere Füllmethoden
verwendet werden, beispielsweise das Injizieren oder Eingießen des
Flüssigkristallmaterials
in die Lcmds über
deren jeweilige Füllöcher 33.
Diese alternativen Befüllungsmethoden
können
durch die Erzeugung von Auslaßlöchern in
einem Substrat vereinfacht werden, so daß die Luft innerhalb einer
Lcmd-Kammer 35 während
des Befüllens
der Lcmd-Kammer 35 mit
Flüssigkristallmaterial
entweichen kann. Nachdem die Lcmds befüllt werden, werden die Füllöcher 33 (und
jegliche Auslaßlöcher) mittels
eines Abdichtgegenstands, beispielsweise ein Verschluß oder mittels
Dichtmaterial wie Klebemittel, Epoxy oder Lötmittel, abgedichtet, wie es
in Schritt 3D dargestellt ist.
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Daraufhin
werden die Lcmds getestet, wie in Schritt 3E dargestellt
ist. Da die Lcmds noch Teil des gemeinsamen Substrats und noch körperlich
verbunden sind, können
diese während
des Testens einfach gehandhabt werden. Jede Zeile oder Spalte der Lcmds
kann das (die) gleiche(n) Testsignal(e) verwenden, wie in der 4 dargestellt
ist und in der folgenden bezugnehmenden Beschreibung betrachtet wird.
Lcmds, die defekt erscheinen, werden mittels einer Tintenmarkierung
markiert, so daß diese
identifiziert und zu einem späteren
Zeitpunkt entfernt werden können.
Nachdem die Lcmds getestet sind, werden diese mittels eines Ritz- und Brechprozesses, wie
oben beschrieben, entlang von Ritzlinien 36 (wie in Schritt 3F dargestellt
ist) getrennt. Durch Ausführen
der oben genannten Schritte sollten die durch den Ritz- und Brechprozeß verursachten
Trümmer die
Qualität
oder Leistungsfähigkeit
der Lcmds nicht beeinflussen, da diese bereits befällt und
abgedichtet sind, bevor die Trümmer
erzeugt werden.
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Es
ist zu bemerken, daß in
einigen Anwendungen die Schritte 3A–3E in einer anderen
Reihenfolge auftreten können,
wie sie in 3 dargestellt ist. Als nicht-beschränkendes
Beispiel kann der Schritt 3B vor dem Schritt 3A durchgeführt werden. Ferner
kann jeder der Schritte 3A–3F Unterschritte umfassen.
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Die 4 ist
eine Aufsicht eines Beispiels einer Lcmd-Substratanordnung, die
von der Siliziumwafer 21 und 26 gebildet wird,
bevor diese in einzelne Lcmds unterteilt wird. Zu Darstellungszwecken
ist die Siliziumwafer 21 mit lediglich neun ICs dargestellt. Typischweise
würde eine
Siliziumwafer jedoch Hunderte von ICs enthalten. Jeder IC, beispielsweise
IC 22, ist von einer Abdichtungswand 21 umgeben
und weist eine ohmsche Verbindung bzw. Widerstandsverbindung mit
anderen ICs sowie mit einem Testanschluß auf, beispielsweise Testanschluß 25,
der auf der Siliziumwafer 21 angeordnet ist und zum Empfangen
eines Testsignals verwendet wird. Ein Glaswafer 26 überdeckt
die ICs und ist über
die Abdichtwände 23,
welche die ICs umgeben, mit der Siliziumwafer zusammengefügt. Die
Glaswafer 26 ist mit typischerweise einer transparenten
Elektrode 42 (5) pro Lcmd beschichtet. Die
transparente Elektrode 42 ist aus einem transparenten Material
hergestellt, beispielsweise Indiumzinnoxid. Es werden parallele
Wege verwendet, beispielsweise die Wege 28, 29,
um den Einfluß von
offenen Schaltungen während
des Testvorgangs zu verringern. Der Glaswafer 26 ist über der
Siliziumwafer derart angeordnet, daß sie die Testanschlüsse auf
Siliziumwafern nicht überdeckt.
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Die 5 ist
eine Querschnittsansicht einer vereinfachten Version einer Lcmd 30 von 4.
Die Lcmd 30 enthält
eine Lcmd-Kammer 35, die über das Fülloch 33 mit Flüssigkristallmaterial
befällt
wird. Das Befüllen
wird vorzugsweise wie oben beschrieben in einer Vakuumkammer ausgeführt. Nachdem
die Lcmd-Kammer 35 befüllt
wurde, wird das Fülloch 33 unter
Verwendung eines Abdichtgegenstands, beispielsweise ein Verschluß oder ein
Abdichtmaterial wie Klebemittel, Epoxy oder Lötmittel, abgedichtet. Die Befüllungs-
und Testprozesse dieser Erfindung sind weniger komplex als übliche Befüllungs-
und Testschritte, da die Lcmds nicht einzeln gehandhabt werden müssen. Statt
dessen werden die Lcmds vor deren Trennung befüllt und getestet. Ferner werden weniger
Defekte während
des neuen Befül lungsprozesses
verursacht, da keine von dem Ritz- und Brechprozeß stammenden
Trümmern
in die Lcmds hineingezogen werden.
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Die 6 zeigt
das Testen einer Lcmd gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung. Lediglich zu Darstellungszwecken sind
nur sehr wenige Pixelelektroden 30 und entsprechende Schaltelemente 41 dargestellt.
Jedoch kann jede getestete Lcmd Hunderte oder Tausende oder sogar
Millionen von Pixeln umfassen. Nachdem die Lcmds befüllt und
abgedichtet sind, jedoch vor deren Trennung, wird ein elektrisches
Signal über
einen Testanschluß, beispielsweise
Testanschluß 25 (4),
an einen oder an mehrere ICs 22 übertragen. Das Testsignal wird
durch eine Verbindung 54 an ein Schaltelement 53 umgeleitet,
welches in dem IC 22 erzeugt wurde, oder einen Teil des
ICs 22 bildet. Jede Verbindung, beispielsweise die Verbindungen 54 und 56,
kann eine Widerstandsverbindung bzw. Ohmsche Verbindung sein und/oder
kann ein Widerstandselement umfassen. Das Testsignal verursacht,
daß das
Schaltelement 53 die Pixelelektroden 40 über jeweilige Schaltelemente 41 mit
einem Erdungs- bzw. Masseanschluß 52 verbindet. Der
Masseanschluß 52 kann auf
der Siliziumwafer angeordnet sein und kann über eine Verbindung, die zwischen
den Ritzlinien verläuft, mit
Masse verbunden sein.
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Wenn
alle Pixelelektroden 40 mit Masse verbunden bzw. geerdet
sind, kann eine entsprechende transparente auf dem Glaswafer 26 vorgesehene Elektrode 42 (5)
mit verschiedenen Spannungen angesteuert werden, um eine vollständig schwarze, eine
vollständig
weiße
und/oder eine graue Zwischenstufe anzuzeigen. Daraufhin kann eine
optische Testausrüstung
verwendet werden, beispielsweise eine spezielle Kamera, um die Leistungsfähigkeit
der Lcmd in Reaktion auf das Testsignal auszuwerten. Die optische
Testausrüstung
führt Tests durch,
um festzustellen, ob die Lcmd ein ungleichmäßiges Bild erzeugt. Ein Lcmd-Bild
kann aus verschiedenen Gründen
ungleichmäßig sein,
beispielsweise aufgrund von vorliegenden Trümmern in der Lcmd oder durch
unvollständige
Flüssigkristallbefüllung. Eine
Lcmd, die ein ungleichmäßiges Bild
erzeugt, kann beispielsweise unter Verwendung einer Tintenmarkierung
markiert werden, so daß sie
nach der Trennung der Lcmds verworfen werden kann. Der oben beschriebene
Ansatz eliminiert die Schwierigkeiten, welche mit der Handhabung
von getrennten Lcmds während
des Testens verbunden sind, sowie die unnötigen Kosten, die mit dem Verpacken
von defekten Einheiten verknüpft
sind.
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Es
ist ersichtlich, daß die
oben beschriebenen und hier angefügten Figuren und die dort dargestellten
Gegenstände
nicht notwendigerweise maßstäblich sind
oder mit genauen Proportionen vorgesehen sind. Vielmehr geben die
Figuren vereinfachte Darstellungen wieder, die dazu geeignet sind,
die Grundlagen der Erfindung klar darzustellen. Ferner sind die
oben beschriebenen Ausführungen
der vorliegenden Erfindung lediglich mögliche Beispiele von Implementierungen,
welche ein klares Verständnis der
Grundlagen der Erfindung wiedergeben. Es können zahlreiche Variationen
und Modifikationen der oben beschriebenen Ausführungen der Erfindung ausgeführt werden,
ohne von den Grundlagen der Erfindung abzuweichen. Alle derartigen
Modifikationen und Variationen sollen in den Umfang der Offenbarung
und der vorliegenden Erfindung fallen und werden durch die folgenden
Ansprüche
geschützt.