FACHGEBIET DER ERFINDUNG UND VERWANDTER STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung eines Substrats oder einer Elektrodenplattenstruktur für
eine Farbflüssigkristallanzeigevorrichtung, insbesondere ein
Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenplattenstruktur für eine
Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einem Elektrodenmuster aus
ITO (Indiumzinnoxid), das auf einem Farbfilter gebildet ist.
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Als eine herkömmliche Farbfilterart ist ein gefärbtes
Farbfilter bekannt gewesen, das erhalten wird, indem ein Substrat mit
einer färbbaren Schicht aus einem hydrophilen Polymer wie z.B.
Gelatine, Casein, Leim oder Polyvinylalkohol beschichtet wird
und die Schicht mit einem Farbmittel gefärbt wird, uxn eine
farbige Schicht zu bilden.
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Solch ein Farbfilter, das durch ein Färbeverfahren erhalten
wird, bereitet Schwierigkeiten, wenn es einer Hitzebehandlung
wie z.B. durch Bildung eines Transportleiterfilms aus ITO usw.
auf dem Filter unterzogen wird, weil das Farbmittel, das bei
dem Färbevorgang verwendet wird, eine verhältnismäßig niedrige
Hitzebeständigkeit in der Größenordnung von 150 ºC hat.
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Im Fall der Bildung einer Schicht aus ITO usw. auf einem
Farbfilter ist es in Anbetracht der ungenügenden Hitzebeständigkeit
des Farbfilters allgemein üblich gewesen, solch eine Schicht
bei einer niedrigen Temperatur zu bilden. Wenn die Bildung
eines ITO-Films bei einer niedrigen Temperatur erfolgt, ist
jedoch die Kristallstruktur des ITO unbestimmt, so daß zum Ätzen
des ITO eine lange Zeit erforderlich ist, wenn eine gewöhnliche
Ätzflüssigkeit für ITO wie z.B. eine
Salzsäure-Eisen(III)-chlorid-Mischung oder eine Salzsäure-Salpetersäure-Mischung
verwendet wird. Als Folge ist es sehr schwierig, die Form eines ITO-
Elektrodenmusters zu beherrschen, und ferner kann die unter dem
ITO gebildete Farbfilterschicht infolge einer so langen Ätzzeit
beschädigt werden. Diese Schwierigkeiten haben die praktische
Anwendung eines gefärbten Farbfilters für eine
Flüssigkristallvorrichtung stark behindert.
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Eine hitzebeständige Farbfilterart, die fähig ist, der
Aufdampfung von ITO standzuhalten, ist durch JP-A 60 078401 offenbart.
Eine Farbfilterart, die aus Farbmitteln besteht, die in einem
Polyaminoharz mit einer photoempfindlichen Gruppe dispergiert
sind, ist durch JP-A 63 082405 offenbart.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme,
die das herkömmliche Verfahren begleiten, d.h. schlechte
Hitzebeständigkeit eines Farbfilters, dadurch erforderliche Bildung
eines ITO-Films bei niedriger Temperatur und entsprechende
Schwierigkeiten beim Ätzen des ITO-Films, zu lösen.
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Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Substrat oder eine Elektrodenplattenstruktur für eine
Farbflüssigkristallanzeigevorrichtung bereitzustellen, bei der ein
hitzebeständiges Farbfilter in einem einfachen Schritt strukturiert
wird und ein bei einer niedrigen Temperatur gebildeter ITO-Film
dann nachbehandelt wird, damit er ein gutes Ätzverhalten hat.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Elektrodenplattenstruktur für eine
Farbflüssigkristallanzeigevorrichtung bereitzustellen, bei der ein ITO-Elektrodenmuster
auf einem Farbfilter durch Ätzen gebildet wird, ohne daß das
Farbfilter beschädigt wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Herstellung einer Elektrodenplattenstruktur für eine
Farbflüssigkristallanzeige bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfaßt:
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Bildung einer Farbfilterschicht, die ein photoempfindliches
Polyamidharz umfaßt, das ein darin dispergiertes Farbmittel
enthält, auf einem Substrat,
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Beschichtung der Farbfilterschicht mit einer Schutzschicht, die
ein photoempfindliches Polyamidharz umfaßt,
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Beschichtung der Schutzschicht mit einem ITO-Film
(Indiumzinnoxid-Film),
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Hitzebehandlung des ITO-Films und
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selektive Strukturätzung des ITO-Films mit einem Ätzmittel, das
Iodwasserstoffsäure oder eine Mischung aus Iodwasserstoffsäure
und einer wäßrigen Lösung von Eisen(III)-chlorid umfaßt, so daß
ein ITO-Elektrodenmuster zurückgelassen wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein eng
toleriertes bzw. gut beherrschtes ITO-Elektrodenmuster zu bilden,
dessen Erzielung schwierig gewesen ist. Ferner ist es möglich,
zu verhindern, daß ein Farbfiltermuster aus einem gefärbten
photoempfindlichen Polyamidharz, das unter einem ITO-Film
gebildet ist, während der Ätzung beschädigt wird, so daß mit
einer hohen Ausbeute eine zuverlässige Elektrodenplattenstruktur
für eine Farbflüssigkristallanzeigevorrichtung bereitgestellt
wird.
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Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden bei einer Betrachtung der folgenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klarer
werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Figuren 1A bis 1M sind schematische Schnittzeichnungen zur
Erläuterung einzelner Schritte, die in eine bevorzugte
Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer
Elektrodenplattenstruktur für eine Farbflüssigkristallanzeigevorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sind.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bei dem Verfahren zur Herstellung einer
Elektrodenplattenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung wird zunächst ein Substrat
aus z.B. Glas oder Kunststoff mit einem photoempfindlichen
Polyamidharz beschichtet, in dem ein Farbmittel mit einer
vorgeschriebenen Farbe, vorzugsweise ein organisches Pigment,
enthalten ist.
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Das photoempfindliche Polyamidharz, das hierin verwendet wird,
ist ein Polyamidharz mit einer ungesättigten photoempfindlichen
Gruppe. Bevorzugte Beispiele für das photoempfindliche
Polyamidharz können Polyamide einschließen, die zusätzlich zu
Amidbindungen irgendeine der folgenden aromatischen Einheiten haben,
die eine ungesättigte photoempfindliche Gruppe einschließen:
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(1) Benzoateinheiten, wie sie durch
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vertreten werden, worin
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R&sub1;: CHX=CY-COO-Z--
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X: -H, -C&sub6;H&sub5;
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Y: -H, -CH&sub3;
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Z: -C&sub2;H&sub5;
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(2) Benzylacrylateinheiten, wie sie durch
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vertreten werden, worin
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Y: -H, -CH&sub3;
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(3) Diphenylethereinheiten, wie sie durch
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vertreten werden, worin
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R&sub2;= CHX=CY-CONH-, CH&sub2;=CY-COO-(CH&sub2;)&sub2;-OCO-,
CH&sub2;=CY-COO-CH&sub2;--
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X: -H, -C&sub6;H&sub5;
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Y= -H, -CH&sub3;
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Unter Bezugnahme auf Figuren 1A bis 1M zur Erläuterung einer
Ausführungsform wird eine Lösung eines solchen
photoempfindlichen Polyamidharzes in einem Lösungsmittel wie z.B.
N-Methylpyrrolidon, die ferner ein vorgeschriebenes Farbmittel und
einen Photopolymerisationsinitiator wie gewünscht enthält, z.B.
durch Schleuderbeschichtung auf ein Substrat 1 aufgebracht und
getrocknet, um eine farbige Schicht 2 aus photoempfindlichem
Polyamid zu bilden (Figur 1A), die dann gewöhnlichen
photolithographischen Schritten unterzogen wird, die eine Bestrahlung
mit Ultraviolettstrahlen durch eine Photomaske 3 zur Bildung
eines photogehärteten Teils 2a (Figuren 1B und 1C) und eine
Entwicklung mit einem Lösungsmittel zur Entfernung des
unbestrahlten Teils, wobei ein Farbmuster 4 zurückgelassen wird (Figur 1D),
einschließen.
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Die vorstehenden Schritte werden für eine erforderliche Zahl
von Farben, typischerweise R (4), G (5) und B (6), wiederholt,
um eine Farbfilterschicht mit einer Dicke von z.B. 1 bis 3
Mikrometern zu bilden (Figur 1E).
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Dann wird die auf diese Weise gebildete Farbfilterschicht
ferner mit einer Schutzschicht 7 mit einer Dicke von z.B. 1 bis 3
Mikrometern beschichtet (Figur 1F). Die Schutzschicht kann
zweckmäßigerweise auch gebildet werden, indem ein photoempfindliches
Polyamid aufgebracht wird, das dem für die Bildung des
Farbfilters verwendeten ähnlich ist, jedoch im wesentlichen frei von
einem Farbmittel ist, worauf Bestrahlung mit
Ultraviolettstrahlen und vorzugsweise Nachhärtung unter Erhitzen um 200 ºC
folgen.
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Dann wird auf der Schutzschicht 7 ein ITO-Film
(Indiumzinnoxid-Film) 8 gebildet (Figur 1G). Der ITO-Film kann vorzugsweise
durch Aufdampfung wie z.B. Zerstäubung mit einer Dicke von 400
bis 2000 Å gebildet werden. Die Zerstäubung kann bei einer
erhöhten Temperatur von 270 ºC oder darunter, vorzugsweise 250 ºC
oder darunter und vorzugsweise mindestens 100 ºC durchgeführt
werden. Die Zerstäubung bei solch einer erhöhten Temperatur an
der Farbfilterschicht ist möglich, weil die Farbfilter 4 bis
6
durch ein gefärbtes photoempfindliches Polyamid mit einer
ausgezeichneten Hitzebeständigkeit gebildet werden.
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Der auf diese Weise durch Zerstäubung bei einer verhältnismäßig
niedrigen Temperatur von höchstens 270 ºC gebildete ITO-Film
ist in einem fast amorphen Zustand vorhanden und kann keine
ausreichende Kristallinität haben, die für die Ätzung geeignet
ist. Wenn der ITO-Film einer Ätzung mit einem gewöhnlichen
Ätzmittel unterzogen wird, schwankt deshalb die Zeit, die für die
Ätzung erforderlich ist, und kann die Produktqualität
beträchtlich vermindert werden, während eine ziemlich lange Ätzzeit
erforderlich ist, wenn ein vollständiger Ätzungsgrad erwunscht ist.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der ITO-Film jedoch
nach der Abscheidung einem Nachtempervorgang unterzogen.
Vorzuziehende Bedingungen für das Tempern können beispielsweise
allmähliches Erhitzen mit einer Geschwindigkeit von z.B. 100 bis
200 ºC/Stunde; Verweilenlassen bei einer Temperatur von 200 bis
300 ºC und vorzugsweise um 250 ºC und allmähliches Abkühlen mit
einer Geschwindigkeit von z.B. höchstens 100 ºC/Stunde und
vorzugsweise höchstens 50 ºC/Stunde einschließen. Durch diese
Temperbehandlung wird die Kristallinität des ITO-Films verbessert,
so daß ein gutes Atzverhalten erzielt wird.
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Dann wird der auf diese Weise behandelte ITO-Film einer
Strukturierung durch gewöhnliche photolithographische Schritte, die
die Bildung eines Photoresists 9 (Figur 1H), eine
Strukturierungsbelichtung durch eine Photomaske 10 (Figur 11), eine
Entwicklung des belichteten Resists (Figur 1J), eine Ätzung
(Figuren 1K und 1L) und ein Abziehen des Resists einschließen,
unterzogen, um eine Elektrodenplattenstruktur für eine
Farbflüssigkristallanzeigevorrichtung zu bilden, die ein den jeweiligen
Farbfiltermustern entsprechendes ITO-Elektrodenmuster einschließt
(Figur 1M).
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In dem Ätzschritt (Figur 1K) gemäß der vorliegenden Erfindung
wird der ITO-Film jedoch unter Verwendung eines Ätzmittels
geätzt, das Iodwasserstoffsäure oder eine Mischung davon mit
einer
wäßrigen Lösung von Eisen(III)-chlorid umfaßt. Durch die
Iodwasserstoffsäure oder die
Iodwasserstoffsäure-Eisen(III)-chlorid-Mischung kann im Vergleich zu einem gewöhnlichen Ätzmittel
für ITO, d.h. einer Salzsäure-Eisen(III)-chlorid-Mischung oder
einer Salzsäure-Salpetersäure-Mischung, das
ITO-Elektrodenmuster leicht beherrscht werden und jede Verschlechterung der
unter dem ITO-Film befindlichen Farbfilterschicht, die das
gefärbte photoempfindliche Polyamidharz umfaßt, verhindert
werden, so daß die Herstellung eines ITO-Elektrodenmusters, das
eine gute Formgenauigkeit hat, mit einer hohen Ausbeute
ermöglicht wird.
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In dem Iodwasserstoffsäure-Ätzmittel kann der Iodwasserstoff
vorzugsweise in einer Konzentration von 55 bis 58 Masse% enthalten
sein. Ferner kann das Ätzmittel in Form der Mischung aus
Iodwasserstoffsäure und einer wäßrigen Lösung von
Eisen(III)-chlorid vorzugsweise gebildet werden, indem eine
Iodwasserstoffsäurelösung (55 bis 58 Masse%) und eine wäßrige Lösung von
Eisen(III)-chlorid in einem Verhältnis von 2:1 bis 3:1 vermischt
werden.
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Auf der auf diese Weise hergestellten Elektrodenplattenstruktur
gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in Figur 1M gezeigt
ist, kann zur Erzielung einer verbesserten Leitfähigkeit
entlang einer Seite jedes ITO-Elektrodenmusters eine
Metallelektrode angeordnet werden, und die gesamte Oberfläche kann ferner
mit einem wahlweisen organischen oder anorganischen
Isolationsfilm und einem organischen oder anorganischen
Ausrichtungssteuerungsfilm, dem beispielsweise durch Reiben oder durch
Schrägaufdampfung eine monoaxiale Orientierungsachse verliehen werden
kann, beschichtet werden.
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Die auf diese Weise behandelte Elektrodenplattenstruktur kann
an einer ähnlichen Elektrodenplattenstruktur, die jedoch keine
Farbfilterschicht hat, befestigt werden, wobei dazwischen ein
geeigneter Abstandshalter angeordnet wird, und der Umfang davon
wird mit einem Epoxyklebstoff usw. abgedichtet, um eine
Zellenstruktur zu bilden, in die durch eine Einspritzöffnung ein
Flüssigkristall
eingespritzt wird. Dann wird die Einspritzöffnung
abgedichtet, um eine Flüssigkristallzelle
(Farbflüssigkristallanzeigevorrichtung) zu bilden. Die Elektrodenplattenstruktur
gemäß der vorliegenden Erfindung kann grundsätzlich für alle
Flüssigkristallarten einschließlich eines herkömmlichen
TN-Flüssigkristalls (= verdrillt nematischen Flüssigkristalls)
angewendet werden, kann jedoch am zweckmäßigsten für einen
ferroelektrischen Flüssigkristall angewendet werden.
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend auf der Grundlage
von Beispielen näher beschrieben.
Beispiel 1
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Eine Elektrodenplattenstruktur wurde durch die unter Bezugnahme
auf Figuren 1A bis 1M beschriebenen Schritte hergestellt.
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Unter Bezugnahme auf die Figuren wurde ein Glassubstrat 1 durch
Wiederholung gewöhnlicher lithographischer Schritte, die das
Aufbringen eines in N-Methyl-2-pyrrolidon gelösten farbigen
photoempfindlichen Polyamidharzes ("PA-1012R", "PA-1012G" und "PA-
1012B", erhältlich von Ube Kosan K.K.), das eine Viskosität von
90 bis 130 cPa hatte, mittels Schleuderbeschichtung (Figur 1A),
eine Strukturierungsbestrahlung mit Ultraviolettstrahlen aus
einer Ultrahochspannungs-Quecksilberdampflampe zur Bildung eines
photogehärteten Teils 2a (Figur 1B und 1C) und eine Entwicklung
mit einer Entwicklerlösung auf Cyclohexanbasis (Figur 1D)
einschlossen, mit Farbfiltermustern R(4), G(5) und B(6) versehen,
die je eine Dicke von etwa 1,5 Mikrometern hatten (Figur 1E).
Dann wurde die Farbfilterschicht, die die Farbfiltermuster 4 bis
6 umfaßte, ferner mit einer Lösung eines photoempfindlichen
Polyamidharzes ("PA-100ºC", erhältlich von Ube Kosan K.K.)
beschichtet, worauf Trocknen, Ultraviolettbestrahlung und Nachhärtung
bei 200 ºC folgten, um eine etwa 2 Mikrometer dicke Schutzschicht
7 zu bilden.
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Dann wurde das wie vorstehend beschrieben behandelte Substrat
mit einem darauf befindlichen Farbfiltermuster einer
Zerstäubung von ITO bei einer Substrattemperatur von 250 ºC mit einem
Abscheidungsdruck von 3 x 10&supmin;³ Torr unter einem Ar-Strom von
200 Norm-cm³/min und einem O&sub2;-Strom von 2 Norm-cm³/min
unterzogen, um einen etwa 1000 Å dicken ITO-Film 8 zu bilden. Dann
wurde das Substrat mit dem ITO-Film 8 in einen reinen bzw.
staubfreien Ofen eingebracht, in 2 Stunden auf 250 ºC erhitzt, 1
Stunde lang bei dieser Temperatur gehalten und in 4 Stunden
allmählich abgekühlt (Figur 1G).
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Dann wurde der auf dem Substrat befindliche ITO-Film mit einem
1 Mikrometer dicken Photoresistfilm 9 beschichtet (Figur 1H), der
dann durch eine Maske mit einem vorgeschriebenen
Elektrodenmuster belichtet (Figur 11) und mit einem vorgeschriebenen
Entwickler entwickelt wurde (Figur 1J). Dann wurde das Substrat
mit dem Photoresistmuster 9, das auf diese Weise entwickelt
worden war, 2 Minuten lang unter Lichtabschirmbedingungen in
eine Iodwasserstoffsäurelösung mit einer Konzentration von etwa
56 Masse% bei 40 ºC eingetaucht (Figur 1K), und dann wurde das
Photoresistmuster 9 abgezogen, um ein ITO-Elektrodenmuster zu
bilden (Figur 1L und 1M).
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Das auf diese Weise gebildete ITO-Elektrodenmuster 8 (Figur 1M)
war frei von einer auf die Ätzung zurückzuführenden Verdünnung
oder Unregelmäßigkeit des Musters, so daß es eine genaue Form
beibehielt, und Kurzschluß zwischen benachbarten Elektroden kam
äußerst selten vor.
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Ferner hatte die Verwendung von Iodwasserstoffsäure als
Ätzmittel zur Folge, daß das Farbfiltermuster, das das gehärtete
photoempfindliche Polyamid umfaßte, überhaupt nicht beschädigt
wurde.
Beispiel 2
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Eine Elektrodenplattenstruktur wurde in derselben Weise wie in
Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Ätzung des ITO-Films 2,5
Minuten lang unter Verwendung einer Mischung (Volumenverhältnis
70/30) aus etwa 56%iger (Masse%)
Iodwasserstoffsäurelösung/35-%igem (Masse%) Eisen(III)-chlorid bei 40 ºC als Ätzmittel
durchgeführt wurde.
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Die auf diese Weise hergestellte Elektrodenplattenstruktur
hatte ein ITO-Elektrodenmuster, das frei von einer auf die Ätzung
zurückzuführenden Verdünnung oder Unregelmäßigkeit des Musters
war, so daß es eine genaue Form beibehielt, und Kurzschluß
zwischen benachbarten Elektroden kam äußerst selten vor.
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Ferner hatte die Verwendung einer Mischung aus
Iodwasserstoffsäure und einer wäßrigen Lösung von Eisen(III)-chlorid als
Ätzmittel zur Folge, daß das Farbfiltermuster, das das gehärtete
photoempfindliche Polyamid umfaßte, überhaupt nicht beschädigt
wurde.
Vergleichsbeispiel
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Eine Elektrodenplattenstruktur wurde in derselben Weise wie in
Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Ätzung des ITO-Films 4
Minuten lang unter Verwendung einer Mischung aus 60 Vol.%
Salzsäure und 40 Vol.% einer wäßrigen Lösung von Eisen(III)-chlorid
(35 Masse% FeCl&sub3;) bei 47 ºC durchgeführt wurde.
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Die auf diese Weise hergestellte Elektrodenplattenstruktur
hatte ein ITO-Elektrodenmuster, das von einer auf Seitenätzung
zurückzuführenden beträchtlichen Verdünnung des Musters begleitet
war, so daß eine vorgeschriebene Elektrodenbreite nicht erzielt
wurde.
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Ferner hatte die Verwendung der Mischung aus Salzsäure und
einer wäßrigen Lösung von Eisen(III)-chlorid zur Folge, daß das
Farbfiltermuster, das das gehärtete photoempfindliche Polyamid
umfaßte, von einem teilweisen Abschälen oder Abheben zusammen
mit einer Beschädigung des Schutzfilms begleitet war, so daß
die resultierende Elektrodenplattenstruktur praktisch überhaupt
nicht akzeptierbar war.
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Eine Elektrodenplattenstruktur für eine
Farbflüssigkristallanzeige wird hergestellt, indem eine Farbfilterschicht aus einem
photoempfindlichen Polyamidharz, das ein darin dispergiertes
Farbmittel enthält, gebildet wird; auf der Farbfilterschicht
eine Schutzschicht aus einem photoempfindlichen Polyamidharz
angeordnet wird; auf der Schutzschicht - vorzugsweise bei einer
erhöhten Temperatur van höchstens 270 ºC - ein ITO-Film
(Indiumzinnoxid-Film) gebildet wird; der ITO-Film bei einer Temperatur
von 200 bis 300 ºC nachgetempert wird, um die Kristallinität
des ITO-Films zu verbessern, so daß sie für eine Ätzung
geeignet ist; und der ITO-Film einer selektiven Strukturätzung mit
einem Ätzmittel aus Iodwasserstoffsäure oder in Form einer
Mischung aus Iodwasserstoffsäure und einer wäßrigen Lösung von
Eisen(III)-chlorid unterzogen wird, so daß ein
ITO-Elektrodenmuster zurückgelassen wird.