DE69126165T2

DE69126165T2 - Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters

Info

Publication number: DE69126165T2
Application number: DE69126165T
Authority: DE
Inventors: Kazuo Aoki; Hiroshi Watanabe
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1990-04-02
Filing date: 1991-03-26
Publication date: 1997-08-28
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: EP0450840A3; DE69126165D1; JPH03287103A; KR920018516A; US5093738A; EP0450840B1; EP0450840A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkristallanzeige-Farbfilter und ein Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters für eine Flüssigkristallanzeige.
Farb-Flüssigkristallanzeigen sind bekannt und werden beispielsweise bei Anzeigeterminals von Personal Computern und dergleichen verwendet. Flüssigkristallanzeigen können weitgehend in zwei Typen klassifiziert werden: Der erste ist ein Typ mit aktiver Matrix, welcher ein aktives Element, wie zum Beispiel einen Dünnfilmtransistor (TFT), eine Diode und dergleichen bei jedem Pixel verwendet, und der zweite ist ein Matrixtyp, welcher die steile Schwellencharakteristik des Flüssigkristallmaterials verwendet.
Zusätzlich zu der superverwundenen, nematischen Doppelschicht-(STN)-Anzeige und der filmkompensierenden STN-Anzeige, welche entwickelt worden sind und momentan im Gebrauch sind, wird es erwartet, daß die einfache Matrix-Anzeige, welche ein ferrodielektrisches Flüssigkristallmaterial verwendet, bald produziert wird. Um jedoch eine zufriedenstellende Bildqualität zu erhalten, ist ein Substrat mit einer sehr guten Ebenheit erforderlich, um eine steile Schwellencharakteristik im gesamten Anzeigebereich gleichförmig zu halten. Somit ist ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Farbfilters zum Erhalten einer Farbanzeige des einfachen Matrixtyps unumgänglich. Techniken zum Herstellen eines Farbfilters, umfassend Druckprozesse, Färbungsprozesse, Elektroablagerungsprozesse usw. sind seit langem verfügbar. Ferner ist ein Farbresist-Prozeß, in welchem ein Farbresistmaterial, umfassend in einem Negativ- Resistmaterial verteilte Pigmente, in einem Muster gemäß einem Fotoverfahren ausgebildet wird, eine Vorgehensweise, welche in den vergangenen Jahren entwickelt worden ist. Das Farbresistverfahren ist hinsichtlich der Positionspräzision und der Ebenheit im Vergleich mit dem Druckverfahren besser, ist im Vergleich mit dem Färbungsverfahren hinsichtlich der Wärmefestigkeit und Lichtstabilität besser und ist ferner im Vergleich mit dem Elektroablagerungsverfahren hinsichtlich des Musterfreiheitsgrads und der Kosten besser. Ferner sind Probleme bezüglich der Farbtonverbesserung, der Flüssigkeitsstabilität usw. kürzlich gelöst worden, und somit ist das Farbresistverfahren eine bevorzugte Technik geworden.
Es kann jedoch ein Farbfilter mit einem hohen Ausmaß an Ebenheit und bei geringen Herstellungskosten nicht mit dem Farbresistverfahren erhalten werden, indem Farbfilterherstellungstechniken des Stands der Technik verwendet werden.
Eine derartige Farbfilterherstellungstechnik umfaßt ein Verfahren zum Formen eines abdeckenden Bereichs durch Überlagern von Farbresistmaterialien einer Mehrzahl von Farbtönen an jedem Zwischenpixel-Zwischenraum eines teilweise hergestellten Anzeigeelements. Dieses Verfahren führt jedoch zu einem wesentlichen Höhenunterschied zwischen einem Bereich, in dem die Farbresistmaterialien überlagert sind, und einem Bereich, in dem sie nicht überlagert sind, und daher kann bei günstigen Kosten keine ebene Oberfläche erhalten werden. Eine Schnittansicht eines gemäß dieser Herstellungstechnik hergestellten Farbfilters ist in Fig. 1 gezeigt. Wie gezeigt werden anfangs erste Pixel 102 auf einem transparenten Substrat 101 vorgesehen, dann werden zweite Pixel 103 mit überlagerten Abschnitten 105 gebildet. Ferner werden dann dritte Pixel 104 mit überlagerten Abschnitten 106, 107 gebildet, wodurch die überlagerten Abschnitte mit einer Dicke, welche fast die gleiche ist wie die Dicke der Pixel, hervorstehen. Somit wird keine flache Oberfläche erhalten, wenn nicht ein dicker Oberflächenfilm auf dem Farbfilter gebildet wird und flachgeschliffen wird, was zu hohen Kosten führt.
Eine weitere Farbfilterherstellungstechnik des Stands der Technik umfaßt ein Verfahren, in welchem eine schwarze abdeckende Maske an jedem Zwischenpixel-Zwischenraum eines Anzeigeelements gebildet wird und ein Pixel eines jeden Farbtons darauf gebildet wird. Das Hervorstehen überlagerter Abschnitte, wie in Fig. 1 gezeigt, kann durch Bilden der schwarzen Maske aus einem Farbresistmaterial oder dergleichen als eine dünne abdeckende Schicht 201 vermieden werden, wie in Fig. 2 gezeigt. Die abdeckende Schicht 201 muß als eine Metallbeschichtung durch Verdampfen und Mustergebung durch ein Fotoverf ahren gebildet werden. Somit ist das Verfahren nicht nur teuer, es führt ferner zu einem Höhenunterschied aufgrund der Zwischenräume 202 zwischen dem Pixel und der abdeckenden Schicht. Dies kann wiederum nur durch Vorsehen eines eben gemachten Oberflächenfilms auf dem Farbfilter vermieden werden, wie im Fall des Überlagern des Farbresistmaterials.
Weitere Beispiele des Stands der Technik sind in den Patent Abstracts entsprechend JP-A-63-159808 und JP-A-62-009301 zu finden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkristallanzeige-Farbfilters und einen verbesserten Farbfilter für eine Flüssigkristallanzeige vorzusehen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkristallanzeige-Farbfilters gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
Die Erfindung wird nun, lediglich anhand von Beispielen, mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Farbfilters mit überlagerten Pixeln verschiedener Farbtöne ist, welcher gemäß einem bekannten Verfahren hergestellt worden ist;
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Farbfilters mit einer dünnen schwarzen Metallmaske zwischen Pixeln verschiedener Farbtöne ist, welcher gemäß einem zweiten bekannten Verfahren hergestellt worden ist;
Fig. 3(A), 3(B) und 3(C) Schnittansichten sind, welche ein Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen;
Fig. 4 ein Graph ist, welcher die spektralen Transmissionsfaktoren der Pixel eines Farbfilters zeigt, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, und von Filterelementen, welche während der Herstellung verwendet werden;
Fig. 5(A) und 5(B) Schnittansichten sind, welche ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters gemäß der vorliegenden Erfindung darstellten; und
Fig. 6 eine Schnittansicht eines Farbfilters gemäß der vorliegenden Erfindung ist, der bei einer Flüssigkristallanzeige verwendet wird.
In einem ersten Schritt eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Farbfilters mit Pixeln ausgewählter Farbtöne, welche vermittels Farbresistmaterialien hergestellt werden, umfassend Pigmente, die in einem Negativ-Resistmaterial verteilt sind, wird ein transparentes Substrat 101 mit Pixeln 102, 103 zweier Farbtöne, die bereits darauf gebildet sind, wie in Fig. 3(A) gezeigt, verwendet. Dann wird eine Filmabdeckung 304 eines Farbresistmaterials eines weiteren Farbtons über der gesamten Oberfläche des transparanten Substrats 101 und der Pixel 102, 103 gebildet und wird UV-Licht 301 durch das Substrat 101 hindurch ausgesetzt, wie in Fig. 3(B) gezeigt. Auf diese Art und Weise werden die Zwischenräume zwischen den Pixeln 102, 103 mit dem Farbresist des weiteren Farbtons aufgefüllt, um weitere Pixel 104 und Zwischenraum füllende Abschnitte 302 vorzusehen, und die verbleibenden Abschnitte des Farbresists des weiteren Farbtons können nachfolgend entfernt werden, um einen Farbfilter vorzusehen, wie er in Fig. 3(D) gezeigt ist, der ein hohes Ausmaß an Ebenheit aufweist.
Das Ausmaß an Ebenheit wird durch Einstellen des Belichtens während des Belichtungsschritts, welcher in Fig. 3(B) dargestellt ist, eingestellt, um dadurch den Film 104 auf eine gewünschte Dicke zu sensibilisieren, um die Enddicke des Pixels 104 und die Dicken der bereits hergestellten Pixel 102, 103 gleichzumachen.
Ferner ist während des Belichtungsschritts ein Filter zwischen der Belichtungslichtquelle und dem transparenten Substrat 101 vorgesehen, um wahlweise Licht einer Wellenlänge herauszuschneiden, welches durch die bereits hergestellten Pixel 102, 103 hindurchgehen würde. Als Ergebnis daraus wird der Farbresist-Beschichtungsfilm 304 durch diese Pixel hindurch während des Belichtens durch das Licht 301 in dem in Fig. 3(B) gezeigten Schritt nicht sensibilisiert. Dies verhindert, daß eine verbleibende Schicht des Farbresist- Beschichtungsfilms auf den Pixeln 102, 103 gebildet wird.

BEISPIEL 1

In den vorliegenden Beispielen ist ein Farbresistmaterial, welches durch Fuji Hunt Electronics Technology Co. Ltd. unter dem Handelsnamen COLOR MOSAIC hergestellt wird, verwenden worden, welches für blau als CBV, als CRY für rot und als CGY für grün bezeichnet ist. Das Negativ-Resistmaterial, das in dem Farbresistmaterial enthalten ist, ist ein fotoempfindliches Acrylharz und ist somit für Sauerstoff in der Luft empfindlich, und es ist daher bevorzugt, einen Sauerstoff-Abtrennfilm vorzusehen (welcher ebenso durch Fuji Hunt Electronic Technology Co. Ltd. unter dem Handelsnamen CP hergestellt wird) als Beschichtung darauf vor dem Belichten vorzusehen, um die Empfindlichkeit zu verbessern. In diesem Falle weisen die Farbresistmaterialien CBV, CRY und CGY jeweils eine hohe Empfindlichkeit von 10 bis 30 mj/cm² auf. Eine Quecksilberbogenlampe für eine extra hohe Spannung ist als die Belichtungslichtquelle verwendet worden. Ferner ist ein Sodaglas für das transparente Substrat 301 verwendet worden.
In dem ersten Beispiel sind Farbfilterpixel 102 und 103 in rot und grün in Streifen auf dem vorangehenden erwähnten transparenten Glassubstrat 101 vermittels des Belichtens von dessen Vorderseite her gebildet worden, und dann ist ein blauer Farbresist-Beschichtungsfilm 304 danach gebildet und von hinten belichtet worden.
Insbesondere ist ein CRY-Film auf dem transparenten Glassubsstrat 101 durch einen Drehbeschichter aufgetragen worden und ist dann bei 70ºC vorerhitzt worden, mit UV-Strahlen von der Quecksilberbogenlampe für eine extra hohe Spannung bei 10 mj - 30 mj durch eine Fotomaske bestrahlt worden und vermittels eines alkalischen Entwicklers entwickelt worden (hergestellt durch Fuji Hunt Electronics Technology Co., Ltd. unter dem Handelsnamen CD) und ist zum Bilden der Pixel 102 getrocknet und gebrannt worden. Danach sind die Pixel 103 aus einem CGY-Film neben den CRY-Pixeln 102 und 10 bis 30 µm von diesen getrennt durch ein entsprechendes Verfahren gebildet worden. In diesem Zusammenhang können die CRY-Pixel 102 entweder vor oder nach den CGY-Pixeln 103 gebildet werden, je nach Wunsch. Dann ist ein CBV-Film 304 auf den transparenten Glassubstrat 101 aufgebracht und vor dem Belichten durch das Substrat 101 hindurch vorgebacken worden.
Transmissionsfaktoren für einen CRY-, CGY- und CBV-Film für kürzere Wellenlängen sind in Fig. 4 gezeigt. Das Bezugszeichen 401 bezeichnet einen spektralen Transmissionsfaktor des CBV-Films, das Bezugszeichen 402 bezeichnet denjenigen des CRY-Films und das Bezugszeichen 403 bezeichnet denjenigen des CGY-Films. Der CRY-Film weist ein fotoempfindliches Band im Bereich von 330 bis 415 nm auf, der CGY-Film weist ein fotoempfindliches Band im Bereich von 330 bis 405 nm auf, und der CBV-Film weist ein fotoempfindliches Band im Bereich von 350 bis 420 nm auf. Daher geht dann, wenn der CBV-Film 304 von hinten bezüglich des transparenten Substrats 101 belichtet wird, auf welchem die CRY- und CGY- Pixel 102, 103 gebildet sind, Licht mit der Wellenlänge 365 nm von der Ultrahochspannungs-Quecksilberbogenlampe durch die CRY-Pixel 102. Aus diesem Grund ist ein UV-Filter mit einem spektralen Transmissionsfaktor, welcher durch das Bezugszeichen 404 bezeichnet ist, zwischen der Lichtquelle und dem Glassubstrat 101 angeordnet, um dadurch wahlweise das durch die CRY-Pixel 102 hindurchgehende Licht in einem wesentlichen Anteil herauszuschneiden.
Unter Verwendung des Filters ist daher das Substrat 101 mit dem darauf beschichteten CBV-Film 304 von hinten durch die Fotomaske belichtet worden, welche die gesamte Fläche des Substrats bedeckt, und ist entwickelt und gebrannt worden, wodurch ein flacher Farbfilter, wie er in Fig. 5(A) gezeigt ist, erhalten wurde.
Ein Satz von Proben mit dem Sauerstoff-Abtrennfilm CP, welcher auf den CBV-Film 304 aufgetragen ist, ist weiter durch Licht von hinterhalb des transparenten Substrats 101 bei 20 bis 100 mj/cm² belichtet worden, und ein weiterer Satz von Proben ohne einer CP-Beschichtung ist bei 150 bis 300 mj/cm² belichtet worden, um einen gewünschten Oberflächenzustand zu erhalten, welcher frei von einem verbleibenden CBV-Film auf den CRY- und CGY-Pixeln ist. Es ist festgestellt worden, daß eine flache Oberfläche, welche keine Vorsprünge aufweist, wie in Fig. 5(B) gezeigt, durch Belichten der Probe ohne der CP-Beschichtung auf dem CBV- Film mit 150 bis 200 mj/cm² und derjenigen mit der CP-Beschichtung darauf mit 20 bis 30 mj/cm² erhalten worden ist.

BEISPIEL 2

In einem zweiten Beispiel sind zunächst blaue und grüne Farbfilterpixel 102, 103 in Streifen auf dem vorangehend erwähnten transparenten Glassubstrat 102 durch Belichtung von vorne gebildet worden, und schließlich ist ein roter Farbresist-Beschichtungsfilm 304 gebildet und von hinten belichtet worden.
Die CGY- und CBV-Pixel 102, 103 sind wie im Fall des Beispiels 1 gebildet worden, und der CRY-Film 304 ist auf diese aufgetragen worden. Dann ist, nach einem Vorbacken, ein Interferenzfilter mit einem spektralen Transmissionsfaktor, welcher in Fig. 4 durch das Bezugszeichen 405 bezeichnet ist, zwischen der Lichtquelle und dem Glassubstrat 101 zur Belichtung des CRY-Films 304 angeordnet worden. Ein Satz von Proben mit einer CP- Beschichtung auf dem CRY-Film ist von hinten mit 15 bis 100 mj/cm² belichtet worden, und ein anderer Satz ohne einer CP-Beschichtung darauf ist bei 120 bis 300 mj/cm² belichtet worden. Ein Farbfilter, welcher von einer verbleibenden CRY-Schicht auf den CGY- und CBV-Pixeln frei war und welcher ein hohes Ausmaß an Ebenheit aufweist, ist erhalten worden, wie in Fig. 5(A) und 5(B) gezeigt.
Eine Flüssigkristallanzeige kann unter Verwendung des Farbfilters der vorliegenden Erfindung durch weiteres Ausbilden eines ebenen Films 601, wie in Fig. 6 gezeigt, aus einem Polyimidharz, einem Acrylharz, einem Epoxyharz oder einem Urethanharz auf dem Pixel und dann Ausbilden eines transparenten leitenden ITO-Films 602 auf dem Film 601 durch Zerstäubertechniken hergestellt werden, um ein Elektrodensubstrat für eine Doppelschicht-STN-Anzeige zu bilden Eine gleichförmige Anzeige mit einer hohen Schattierungseffizienz und mit einem Kontrastverhältnis von 1:20 oder mehr kann somit vorgesehen werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkristallanzeige-Farbfilters, umfassend:

das Ausbilden einer Schicht, umfassend separate Farbfilterelemente (102) eines ersten Farbtons auf einem transparenten Substrat (101), aus einem Farbresistmaterial mit einem in einem Negativ-Resistmaterial verteilten Pigment;

das Beschichten des transparenten Substrats mit einem Film (304) und dadurch das Auffüllen der Zwischenräume zwischen den Filterelementen (102),

das Belichten des Films mit Licht durch das transparente Substrat hindurch,

gekennzeichnet durch:

das Ebenmachen der Oberfläche des Farbfilters in dem Belichtungsschritt durch Einstellen der Belichtung zum Sensibilisieren des Beschichtungsfilms auf eine gewünschte Dicke,

das Positionieren von Filtermitteln zwischen dem transparenten Substrat und der Quelle des Belichtungslichts, wobei die Filtermittel zum wahlweisen Ausschließen von Licht einer wellenlänge eingerichtet sind, welches durch die Farbfilterelemente (102, 103) hindurchgehen würde, und dadurch,

daß der Film (304) aus einem Farbresistmaterial eines zweiten Farbtons besteht und somit weitere Farbfilterpixel (104) durch das Farbresistmaterial mit dem zweiten Farbton, welches die Zwischenräume auffüllt, vorgesehen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das Ausbilden von Farbfilterelementen (103) eines dritten Farbtons auf dem transparenten Substrat (101) aus einem Farbresistmaterial mit einem in einem Negativ-Resistmaterial verteilten Pigment vor dem Beschichten des transparenten Substrats mit dem Film (304).

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin Zwischenraum füllende Abschnitte (302) zwischen den Farbfilterelementen mit dem ersten und dem dritten Farbton ferner durch das Farbresistmaterial mit dem zweiten Farbton vorgesehen sind.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der zweite Farbton rot oder blau ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Farbtöne aus den drei Primärfarben rot, grün und blau ausgewählt werden.