DE69408725T2

DE69408725T2 - Substrat mit lichtabschirmender Schicht, Verfahren zur Herstellung derselben sowie Flüssigkristallanzeige

Info

Publication number: DE69408725T2
Application number: DE69408725T
Authority: DE
Inventors: Toru Nakamura; Hiroyoshi Omika; Norikatsu Ono; Yutaka Otsuki; Haruyoshi Sato; Tadafumi Shindo; Hitoshi Yuasa
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd; Nippon Oil Corp
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1993-05-28
Filing date: 1994-05-27
Publication date: 1998-09-10
Anticipated expiration: 2014-05-28
Also published as: US5527649A; EP0627663A1; KR100338428B1; DE69408725D1; JPH0743522A; US5718992A; EP0627663B1; TW581905B; TW460727B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit hohem Auflösungs- sowie hohem Lichtabschirmungsvermögen. Im besonderen bezieht sie sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats, welches eine lichtabschirmende Schicht aufweist und welches zur Herstellung eines Farbfilters, vornehmlich zur Verwendung für ein Flüssigkristalldisplay, benutzt werden kann, sowie auf die Verwendung eines Substrats, welches die lichtabschirmende Schicht als ein Gegenelektrodensubstrat für ein Substrat einer Dünnschichttransistoranordnung (als TFT bezeichnet) zur Schwarzweißanzeige oder als ein Substrat für einen Farbfilter für ein Flüssigkristalldisplay vorsieht, welches ein besseres Auflösungsvermögen und ein besseres Lichtabschirmungsvermögen aufweist und mit Hilfe eines einfachen Verfahrens hergestellt werden kann.
Als typisches Beispiel des Flüssigkristallfarbdisplays war bis jetzt eine TFT- (Dünnschichttransistor)-Flüssigkristallfarbdisplayanordnung mit aktiver Matrix bekannt. Die Anordnung weist ein, auf einer Innenpolarisierungsplatte angeordnetes Substrat, einen Dünnschichttransistor (TFT) und eine, durch den auf dem Substrat angeordneten TFT gesteuerte Pixelelektrode sowie eine, sowohl den TFT als auch die Pixelelektrode kontaktierende, innere Justierschicht auf. Auf der Außenseite weist die Anordnung eine Flüssigkristallschicht mit einer äußeren Justierschicht und einer, auf der Außenseite angeordneten, äußeren Polarisierungsplatte auf Zwischen der äußeren Justierschicht und der äußeren Polarisierungsplaffe ist ein Farbfilter angebracht, welcher eine schwarze, lichtabschirmende Schicht (Black-Matrix) und farbige Schichten, wie zum Beispiel eine rotcolorierte Schicht, eine grüncolorierte Schicht und eine blaucolorierte Schicht auf einer, auf dem transparenten Substrat ausgebildeten, transparenten, elektrisch leitenden Schicht aufiveist. Zur Herstellung des Farbfilters werden im allgemeinen ein Färbeverfahren, ein Farbpigment- Dispersionsverfahren, ein Druckverfahren, ein galvanisches Abscheidungsverfahren sowie ein Transferverfahren vorgeschlagen. Bei all diesen bekannten Verfahren ist die Genauigkeit bei der Anordnung der jeweiligen Farbschichten, wie zum Beispiel der rotcolorierten, grüncolorierten und blaucolorierten Schichten, im folgenden zuweilen als R-, G-, B- bzw. BL-Schichten abgekürzt, von äußerster Wichtigkeit. Vor allen Dingen muß die schwarzcolorierte Schicht, das heißt, die lichtabschirmende Schicht, nicht nur in Deckungsgenauigkeit mit dem Gegenelektrodensubstrat angeordnet sein, um einen Lichtverlust in unmittelbarer Nähe der Pixelelektrode zu vermeiden, sondern auch ohne Hohlräume zwischen den weiteren Farbschichten vorgesehen werden, wobei die lichtabschirmende Schicht auf die Bildqualität, wie zum Beispiel den Kontrast, einen signifikanten Einfluß ausübt. Infolgedessen ist es zur Zeit das Bestreben, die lichtabschirmende Schicht mit großer Genauigkeit herzustellen und weitere Farbschichten so auszubilden, daß sie in gewissem Grade mit der lichtabschirmenden Schicht überlappen. So wird zum Beispiel eine aufgedampfte Schicht aus Metall, wie zum Beispiel Chrom, unter Ahwendung einer fotolithografischen Technik zur Herstellung einer schwarzen Matrix strukturiert, und die Farbschichten aus R-, G- und B-Schichten werden so ausgebildet, daß sie an den Grenzbereichen geringfügige Überlappungen mit der schwarzen Matrix aufweisen.
Bei der Dünnschichttransistor-(TFT)-Displayanordnung zur Schwarzweißanzeige, welche einen ähnlichen Aufbau wie die obenerwähnte Flüssigkristall Farbdisplayanordnung aufweist, wird ein, mft einer lichtabschirmenden Schicht (Black-Matrix) versehenes, transparentes Substrat anstelle der R-, G- und B- Schichten eines Farbfilters vorgesehen, welches als Gegenelektrodensubstrat dient.
Zur Herstellung des Gegenelektrodensubstrats wird ein Fotolack auf einer, durch Aufsputtern auf einem Glassubstrat gebildeten Metallschicht, wie zum Beispiel Chrom-Schicht aufgebracht, und es wird eine Black-Matrix durch Belichtung, Entwicklung, Ätzung und Filmabblätterung hergestellt. Anschließend wird ein transparenter ITO-Film durch Aufsputtern auf die gesamte Oberfläche gebildet.
Wird jedoch eine lichtabschirmende Schicht aus Metall gebildet, treten insofern Herstellungsprobleme auf, als das Aufdampfverfahren bzw. die Lithografie anfällig gegenüber Pinholes ist und es sich um ein kompliziertes Verfahren handelt, und als die lichtabschirmende Schicht aus Metall einen hohen Lichtreflexionsgrad aufweist und in geringwertigen Betrachtungseigenschaften der Displayanordnung resultiert.
Vor allen Dingen besteht bei der schwarzen und weißen TFT-Displayanordnung die Notwendigkeit, daß das Vakuumverfahren zweimal durchgeführt wird, um die Black-Matrix und die Elektrode herzustellen. Wird die Überlappung der Grenzbereiche der Farbschichten bei der Herstellung des Farbfilters vorgesehen, ist es nicht möglich, einen Farbfilter mit einer besseren Oberflächenebenheit herzustellen, was äußerst wünschenswert ist, wenn der Farbfilter für die Flüssigkristall-Farbdisplayanordnung verwendet wird.
Um diese Probleme zu überwinden, wurde in den offengelegten Japanischen Patentpublikationen Nr. 63-314501, 1-293306 und 5-34514 ein Verfahren zur Verwendung einer fotoempfindlichen Harzzusammensetzung vorgeschlagen, welcher Pigmente aus schwarzen oder ähnlichen dunklen bzw. dichten Farben beigemischt wurde. Im besonderen werden ein Verfahren zur Herstellung einer fotoempfindlichen Harzzusammensetzung, welche zuvor in einer dunklen Farbe auf einem transparenten Substrat gefärbt wurde, wobei mit Hilfe einer Struktmaske nur die als lichtabschirmende Schicht benötigten Abschnitte der Harzzusammensetzung belichtet werden, um die Harzzusammensetzung auszuhärten und lediglich die unbelichteten Abschnitte der Harzzusammensetuung herauszulösen und zu entfernen, ein Verfahren zur Ausbildung einer Schicht aus einer fotoempfindlichen Harzzusammensetzung, welche zuvor gefärbt wurde, um eine dichte Farbe auf einem Substrat, auf welchem R-, G- und B-Schichten gebildet wurden, vorzusehen, wobei die rückseitige Substratobertläche, das heißt, die Substratoberfläche, welche nicht die Schicht der fotoempfindlichen Harzzusammensetzung aufweist, belichtet wird, um die fotoempfindliche Harzzusammensetzung auszuhärten und lediglich die unbelichteten Abschnitte herauszulösen und zu entfernen, sowie eine Kombination dieser Verfahren offenbart. Diese fotoempfindliche Harzzusammensetzung, welche gefärbt wird, um einen dunklen Farbton vorzusehen, weist jedoch eine hohe Lichtabsorption auf, so daß die Aushärtung bei Belichtung nicht bis zu einer ausreichenden Tiefe vorgenommen werden kann. Folglich kann die fotoempfindliche Harzzusammensetzung, welche gefärbt wird, um einen dichten Farbton aufzuweisen, bei Entfernen durch Entwicklung leicht entfernt werden, so daß die lichtabschirmende Schicht, welche ein hohes Abschirmungsvermögen aufweist, kaum hergestellt werden kann. Zudem wird häufig die fotoempfindliche Harzzsammensetzung eingesetzt, deren belichteter Abschnit durch Fotopolymerisation gehärtet wird. Bei Belichtung in atmosphärischer Luft wird die Aushärtung durch in atmosphärischer Luft enthaltener Sauerstoff signifikant behindert, so daß komplexe, preventive Maßnahmen, wie zum Beispiel die Anordnung einer Sauerstoffunterbrechungsschicht oder die Verwendung einer sauerstofffreien Atmosphäre, wie zum Beispiel Vakuum, oder einer Argonschutzatmosphäre, zur Durchfiihrung der Belichtung erforderlich sind. Obgleich in Betracht gezogen werden kann, solche hinderlichen Operationen durch Erhöhen des Belichtungsgrads bis zu einem äußersten Maß zu eliminieren, so resultiert dieses in einer Zunahme der Reflexion, Lichstreuung bzw.-verlust, wobei die Substrattemperatur leicht ansteigt, sich dadurch also Schwierigkeiten bei der Ausbildung der, eine große Genauigkeit aufweisenden, lichtabschirmenden Schicht ergeben.
Dagegen besteht bei Verwendung der ein schwarzcoloriertes oder nahezu schwarzcoloriertes Pigment enthaltenden, fotoempfindlichen Harzzusammensetuung als Black-Matrix für ein Gegenelektrodensubstrat bei einem Substrat einer TFT- Anordnung und bei Verwendung eines, eine transparente Elektrode aufweisenden, transparenten Substrats als Gegenelektrodensubstrat die Notwendigkeit, eine transparente Elektrode durch Sputtem auf der gesamten Oberfläche vorzusehen, da es der schwarzen Matrix selbst an elektrischer Leittähigkeit fehlt. Der Grund liegt darin, daß, wenn das Flüssigkristall auf der schwarzen Matrix nicht auf elektrische Spannung anspricht, bei dem normalerweise in der TFT-Anordnung verwendeten weißen System, der Flüssigkristallabschnitt in Pixelnähe bei Spannungsführung einen Lichtverlust erleidet, wodurch der Kontrast verringert wird.
EP-A-0525465 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines lichtabschirmenden Substrats für einen Farbfilter für ein Flüssigkristalldisplay. Das Verfahren sieht die Ausbildung einer fotoempfindlichen Deckschicht auf einer leitenden Schicht auf einem Substrat vor, gefolgt von wiederholter, sequentieller Belichtung verschiedener Zonen der fotoempflndlichen Schicht bei verschiedenen Belichtungsstärken, gefolgt von der einzelnen Entwicklung und Entfernung der belichteten, fotoempfindlichen Schicht in jeder Zone sowie der galvanischen Abscheidung von Farbschichten und/oder einer lichtabschirmenden Schicht auf den sequentiell freigelegten Zonen der leitenden Schicht.
US-A-4733948 beschreibt eine Flussigkristall-Farbdisplayanordnung, welche ein, eine strukturierte, lichtabschirmende Schicht aufweisendes Farbfiltersubstrat vorsieht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Ausbildung eines Substrats mit einer lichtabschirmenden Schicht, durch welches die Eigenschaften der lichtabschirmenden Schicht auf einfache Weise mit ausreichender Genauigkeit vorgesehen werden können und welches zur Herstellung eines Farbfilters besonders nützlich ist, sowie zur Verwendung eines Substrats, welches eine solche lichtabschirmende Schicht aufweist, vorzusehen.
Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Ausbildung eines Substrats mit einer lichtabschirmenden Schicht vorzusehen, wobei die lichtabschirmende Schicht mit besseren Auflösungs- und Lichtabschirmungseigenschafien sowie geringem Reflexionsgrad und elektrischer Leitfähigkeit auf einfache Weise hei ausreichender Genauigkeit vorgesehen werden kann.
Daruber hinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verwendung eines Substrats vorzusehen, welches eine lichtabschirmende Schicht als Gegenelektrodensubstrat für ein Substrat einer TFT-Anordnung zur Schwarzweißanzeige oder als Substrat für einen Farbfilter für ein Flüssigkristalldisplay aufweist, welche bessere Auflösungs- und Lichtabschirmungseigenschafien vorsehen und durch ein vereinfachtes Verfahren ausgebildet werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit einer lichtabschirmenden Schicht vorgesehen, wonach (i) eine positive, fotoempfindliche Deckschicht auf einer, auf einem lichtdurchlässigen Substrat vorgesehenen, lichtdurchlässigen, elektrisch leitenden Schicht ausgebildet wird, (ii) die positive, fotoempfindliche Deckschicht über eine Maske belichtet wird, welche ausschließlich an den Teilen lichtdurchlässige Eigenschaften aufweist, welche sich mit der lichtabschirmenden Schicht überdecken, (iii) die belichteten Abschnitte der Deckschicht entfernt und herausgelöst werden, um die lichtdurchlässige, elektrisch leitende Schicht freizulegen und eine, einen dunklen Farbton aufweisende Beschichtung auf zumindest einem Teil der freigelegten, lichtdurchlässigen, elektrisch leitenden Schicht zur Ausbildung der lichtabschirmenden Schicht galvanisch aufzubringen, und (iv) die lichtabschirmende Schicht erwärmt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit einer lichtabschirmenden Schicht vorgesehen, wonach (i) eine negative, fotoempfindliche Deckschicht auf einer, auf einem lichtdurchlässigen Substrat vorgesehenen, lichtdurchlässigen, elektrisch leitenden Schicht ausgebildet wird, (ii) die negative, fotoempfindliche Deckschicht über eine Maske belichtet wird, welche ausschließlich an den Teilen lichtdurchlässige Eigenschaften aufweist, bei welchen es sich um andere als die sich mit der lichtabschirmenden Schicht überdeckenden handelt, (iii) die unbelichteten Abschnitte der Deckschicht entfernt und herausgelöst werden, um die lichtdurchlässige, elektrisch leitende Schicht freizulegen und eine, einen dunklen Farbton aufweisende Beschichtung zumindest auf der freigelegten, lichtdurchlässigen, elektrisch leitenden Schicht zur Ausbildung der lichtabschirmenden Schicht galvanisch aufzubringen, und (iv) die lichtabschirmende Schicht erwärmt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls die Verwendung eines Substrats mit einer lichtabschirmenden Schicht vorgesehen, welches als Gegenelektrodensubstrat für ein Substrat einer TFT-Anordnung für ein Schwarzweißdisplay einen spezifischen Volumenwiderstand von 1 x 10² bis 1 x 10&sup6; Ohm-cm aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls die Verwendung eines Substrats mit einer lichtabschirmenden Schicht vorgesehen, welches als Substrat für einen Farbfilter für ein Flüssigkristalldisplay einen spezifischen Volumenwiderstand von 1 x 10&sup6; bis 1 x 10¹² Ohm-cm.
Die einzige Figur zeigt einen schematischen Querriß einer Schwarzweiß- Flüssigkristalldisplayanordnung mit einer lichtabschirmenden Schicht gemaß der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden näher erläutert.
Bei dem Verfahren gemaß der vorliegenden Erfindung erfolgt zuerst die Ausbildung einer positiven, fotoempfindlichen Deckschicht auf einer transparenten, elektrisch leitenden Schicht (transparenten Elektrode) auf dem transparenten Substrat, im folgenden als Verfahrensschritt 1-A bezeichnet. Alternativ erfolgt bei dem Verfahren gemaß der vorliegenden Erfindung zuerst die Ausbildung einer negativen, fotoempfindlichen Deckschicht auf einer transparenten, elektrisch leitenden Schicht auf dem transparenten Substrat, im folgenden als Verfahrensschritt 1-B bezeichnet.
Es besteht keinerlei Beschränkung in Bezug auf die Materialien des transparenten Substrats, vorausgesetzt, dieses ist transparent und plattenförmig. Im besonderen kann es sich bei diesen Materialien um Quartz, diverses Glas, verschiedene transparente Harze (Kunststoffe), wie zum Beispiel Polyester, Polyphenylsulfid, Epoxyharze, Acrylharze, Polymethylpenten, Polyimide, Polycarbonate, Polyamide, Polysulfon, Polyether, Polystyrol, Acrylnitril-Styrol-Mischpolymerisate oder Cellulosetriacetat handeln. In Anbetracht der gewünschten Eigenschaften des Farbfilters und so weiter als Endprodukt ist vor Verwendung eine gleichmaßige und, wenn nötig, geschliffene Obeffläche des transparenten Materials wünschenswert.
Die auf dem transparenten Substrat ausgebildete, transparente, elektrische leitende Schicht wird vorzugsweise aus Zinnoxid, lndiumoxid, Indiumzinnoxid oder Antimonoxid gebildet und weist in der Regel eine Stärke von 20 bis 300 nm auf. Die transparente, elektrisch leitende Schicht kann durch Aufsprühen, chemische Aufdampfung (CVD), Sputtern oder Aufdampfung im Vakuum gebildet werden.
Es besteht keine besondere Beschränkung in Bezug auf den, die positive, fotoempfindliche Deckschicht bildenden Fotolack, vorausgesetzt, der belichtete Abschnitt ist in einer Entwicklerlösung löslich und wird dadurch entfernt. Bei dem Fotolack kann es sich um Chinondiazidgruppen enthaltende Verbindungen, Verbindungen mit Diazomeldrum's-Säure oder Nitrobenzylester, eine diese Verbindungen enthaltende Zusammensetzung sowie chemisch verstärkte Zusammensetzungen, welche eine, Säure durch Licht bildende Verbindung (durch Licht Säure bildendes Mittel) enthalten, handeln. Spezifischere Ausführungsbeispiele weisen eine Zusammensetzung, welche durch geeignetes Mischen mit einem filmbildenden Harz vorgesehen wurde, ein Reaktionsprodukt zwischen einer Verbindung mit einer Hydroxylgruppe und einem Chinondiazidsulfonsäurederivat oder eine Chinondiazidoverbindung mit einer Isocyanatgruppe auf. Es besteht keinerlei Beschränkung in Bezug auf das Mischverhältnis, welches in Abhängigkeit der Belichtungs- und Entwicklungsverhältnisse zweckentsprechend ausgewählt werden kann. Beispiele des Fotolackes können weiterhin chemisch verstärkte Zusammensetzungen aus einem Harz mit einer Chinondiazidogruppe oder eine Zusammensetzung, welche ein, eine Chinondiazidogruppe aufweisendes Harz enthält, ein durch Licht Säure bildendes Mittel aus Arylsulfoniumsalzen, Aryliodoniumsalzen, Halomethyltriazin, Sulfonsäureestern und eine O- Nitrobenzylgruppe aufweisenden Tosylaten sowie Polyhydroxystyrol, in welches eine T-Butoxycarbonylgruppe oder eine Tetrahydropyranylgruppe eingebracht wird, vorsehen.Verschiedene im Handel erhältliche Positivlacke können ebenfalls eingesetzt werden.
Es besteht keinerlei Beschränkung in Bezug auf den, die negative, fotoempfindliche Deckschicht bildenden Fotolack, vorausgesetzt, daß der belichtete Abschnitt desselben nicht durch eine Entwicklerlösung entfernt wird und lediglich der unbelichtete Abschnitt desselben in der Entwicklerlösung löslich ist. So kann zum Beispiel ein Prepolymer oder ein Harz, welches im allgemeinen ein Molekulargewicht im Bereich von 500 und 10.000 vorsieht und eine, mit Hilfe von Licht vernetzbare Ethylendoppelbindung, wie zum Beispiel eine (Meth)Acryloylgruppe, z.B. eine Acryloyl- oder Methacryloylgruppe, und/oder eine Cinnamoylgruppe, in seinem Molekül aufweist, zusammen mit einem Fotopolymerisationsinitiator und, bei Bedarf, mit einem Farbstoff und/oder einem Pigmet in Wasser gelöst oder dispergiert werden.
Bei dem Prepolymer oder Harz kann es sich um die Prepolymere, wie zum Beispiel Epoxy (Meth)Acrylat, Urethan (Meth)Acrylat oder Polyester (Meth)Acrylat; kationische Harze, welche durch Einbringen von Oniumgruppen, wie zum Beispiel Aminogruppen, Ammonium und Sulfonium, und die obenerwähnten fotoempfindlichen Gruppen, in Acrylharze, Epoxyharze, Urethanharze oder Polybutadienharze hergestellt werden, und welche in einem organischen Lösungsmittel gelöst und/oder dispergiert oder in Wasser mit Säuren, wie zum Beispiel Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure oder Milchsäure oder mit säurebildenden Substanzen löslich gemacht und/oder dispergiert werden; sowie anionische Harze, welche durch Einbringen von Carboxylgruppen und der obenerwähnten, fotoempfindlichen Gruppen in Acrylharze, Polyesterharze, Maleinatölharze, Polybutadienharze oder Epoxyharze hergestellt werden, und welche in einem organischen Lösungsmittel gelöst und/oder in Wasser mit Grundsubstanzen, wie zum Beispiel Triethylamin, Diethylamin oder Ammonium, dispergiert oder löslich gemacht und/oder dispergiert werden, handeln. Prepolymere oder Harze, welche in Wasser löslich gemacht und/oder dispergiert werden können, werden besonders bevorzugt, um das Verfahren zu vereinfachen oder Umweltverschmutzungen zu vermeiden.
Es können dem negativen, fotoempfindlichen Deckmaterial niedermolekulare (Meth)Acrylate zugegeben werden, um die Viskosität und Fotoempfindlichkeit der Deckschicht zu regulieren. Bei diesen (Meth)Acrylaten kann es sich um 2- Hydroxyethyl-(Meth)Acrylate, 2-Phenoxyethyl-(Meth)Acrylate, 3-Phenoxy- 2-Hydroxypropyl-(Meth)Acrylate, 2-Ethylhexyl-(Meth)Acrylate, Tricyclodecan- (Meth)Acrylate, Hexandiol-Di(Meth)Acrylate, Trimethylolpropan-Triacrylate, Pentaerythritol-Triacrylate, Dipentaerythritol-Hexaacrylate und Tris(Acryloyloxyethyl)-Isocyanurate handeln. Sie können ebenfalls in einem Gemisch verwendet werden. Das Mischverhältnis dieser (Meth)Acrylate beträgt vorzugsweise 0 bis 50 Gewichtsteile, besser noch 0 bis 30 Gewichtsteile, gegenüber 100 Gewichtsteilen des Harzes für das negative, fotoempfindliche Deckmaterial. Überschreitet das Mischverhältnis 50 Gewichtsteile, wird die Deckschicht leicht viskos.
Als Fotopolymerisationsinitiator kann ein bekanntes Material verwendet werden. Beispiele des bekannten Fotopolymerisationsinitiators weisen Benzom und Ether desselben, Benzylalkylketale, Benzophenonderivate, Anthrachinonderivate und Thioxanthonderivate auf. Dem Fotopolymerisationsinitiator kann, sofern gewünscht, ein geeignetes Sensibilisierungsmittel zugefügt werden. Der Fotopolymerisationsinitiator wird vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 30 Gewichtsteilen, besser noch in einer Menge von 0,5 bis 20 Gewichtsteilen, gegenüber 100 Gewichtsteilen des Harzes für das negative, fotoempfindliche Deckmaterial zugegeben. Wird der Fotopolymerisationsinitiator in einer Menge unter 0,1 Gewichtsteilen zugefügt, ist die Fotohärtbarkeit unzureichend. Werden 30 Gewichtsteile überschritten, findet eine übermäßige Härtung statt, so daß die Festigkeit der Schicht bei wirtschafflichen Mängeln unzureichend ist.
Das negative, fotoempfindliche Deckinaterial kann durch ein Verfahren hergestellt werden, wonach ein Harz für das fotoempfindliche Deckmaterial, ein Fotopolymerisationsinitiator, ein organisches Lösungsmittel und/oder Wasser und, wenn erforderlich, verschiedene Zusatzmittel, wie zum Beispiel Farbstoffe und/oder Pigniente, säurebildende oder Grundsubstanzen, Dispersionsunterstützungsmittel für Farbstoffe oder Pigmente, Egalisierungsmittel zur Verbesserung der Gleichmaßgkeit der Deckschichten, Viskositätsregulierungsmittel oder Antischaummittel vermischt und die Bestandteile unter Verwendung eines bekannten Dispersionsmittels, wie zum Beispiel einer Sandmühle oder einer Pulverisierungsvorrichtung, ausreichend dispergiert werden.
Es besteht keine besondere Beschränkung in Bezug auf die organischen Lösungsmittel, welche eingesetzt werden, um die obenerwähnten positiven bzw. negativen Fotolacke bzw. Zusammensetzungen derselben, welche die fotoempfindlichen Deckschichten bilden können, zu dispergieren bzw. zu lösen. Beispiele der Lösungsmittel können Glycolether, wie zum Beispiel Ethylenglycolmonobutylether, Ethylenglycolmonohexylether, Ethylenglycolmonophenylether, Propylenglycolmonomethylether, Propylenglycolmonophenylether, Diethylenglycoldimethylether oder Triethylenglycoldimethylether; Keton, wie zum Beispiel Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon, Cyclohexanon, Isophoron oder N-Methylpyrrolidon; Ether, wie zum Beispiel Dibutylether, Dioxan oder Tetrahydrofuran; Alkohol, wie zum Beispiel Methoxybutanol, Diacetonalkohol, Octanol, Butanol oder Isopropanol; Kohlenwasserstoff, wie zum Beispiel Toluol, Xylen, Cyclohexan oder Hexan; Ester, wie zum Beispiel Ethylacetat, Butylacetat, 2- Methoxyethylacetat, 2-Methoxypropylacetat oder Ethylbenzoat; sowie Säureamide, wie zum Beispiel Dimethylformamid, N,N-Dimethylacetamid oder Dimethylsulfoxid aufweisen. Diese organischen Lösungsmittel können allein oder in Kombination eingesetzt werden.
Die positive, fotoempfindliche Deckschicht bzw. die negative, fotoempfindliche Deckschicht kann auf der transparenten, elektrisch leitenden Schicht mit Hilfe eines bekannten Verfahrens, wie zum Beispiel Immersion, Aufsprühen, Schleuderbeschichtung, Walzenaufrragverfahren, Siebdruck oder galvanische Abscheidung vorgesehen werden.
Es besteht keine besondere Beschränkung in Bezug auf die Schichtstärke der fotoempfindlichen Deckschicht, welche in Abhängigkeit der für den Farbfilter als Endprodukt erforderlichen Eigenschaften zweckentsprechend gewählt werden kann. Vor allen Dingen ist es im Hinblick auf die Form der lichtabschirmenden Schicht wünschenswert, daß die Schichtstärke der fotoempfindlichen Deckschicht in der Regel 0,5 bis 20 Mal, vorzugsweise 1 bis 10 Mal, die Stärke der lichtabschirmenden Schicht ausmacht. Liegt die Schichtstärke der fotoempfindlichen Deckschicht unterhalb des obigen Bereiches, besteht die Wahrscheinlichkeit, daß die eine dichte Farbe aufweisende Schicht, welche in dem nächsten Verfahrensschritt die lichtabschirmende Schicht durch galvanische Abscheidung bilden soll, auf der fotoempfindlichen Deckschicht ausgebildet wird, oder aber die lichtabschirmende Schicht wird mit einer Linienbreite ausgebildet, welche breiter als diese der durch die fotoempfindliche Deckschicht vorgeschriebenen Struktur ist. Überschreitet die Schichtstärke der fotoempfindlichen Deckschicht den obigen Bereich, besteht die Wahrscheinlichkeit, daß Probleme bei der Auflösung der fotoempfindlichen Deckschicht auftreten, oder aber die galvanische Abscheidung bzw. das Deckmaterial für die galvanische Abscheidung kann während der galvanischen Abscheidung kaum in die Öffnung gelangen, so daß die lichtäbschirmende Schicht nicht auf die gewünschte Weise gebildet werden kann.
Zur Regulierung der Schichtstärke können die Beschichtungsbedingungen in Abhängigkeit der jeweiligen Beschichtungsmethode zweckentsprechend ausgewählt werden. Bei Schleuderbeschichtung kann die Schichtstärke zum Beispiel auf einfache Weise durch Regulierung der Viskosität der Deckflüssigkeit oder der Umlaufzahlen einer Schleuder gesteuert werden, während bei galvanischer Abscheidung die Abscheidungsverhältnisse, wie zum Beispiel die Schichtspannung, die Dauer der galvanischen Abscheidung oder die Flüssigkeitstemperatur zur Regulierung der Dicke der Schicht verändert werden können.
Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird die positive, fotoempfindliche Deckschicht über eine Maske, welche lediglich an den Teilen lichtdurclässige Eigenschaften aufweist, welche sich mit der lichtabschirmenden Schicht überdecken, belichtet. Dieser Verfahrensschritt wird im folgenden als Schritt (2-a) bezeichnet. Alternativ wird die negative, fotoempfindliche Deckschicht über eine Maske, welche lediglich an den Teilen lichtdurchlässige Eigenschaften aufweist, welche sich nicht mit der lichtabschirmenden Schicht überdecken, belichtet. Dieser Verfahrensschritt wird im folgenden als Schritt (2-b) bezeichnet.
Bei der Maske, welche an den Teilen lichtdurchlässige Eigenschaften aufweist, die sich mit der lichtabschirmenden Schicht überdecken bzw. der Maske, welche an den Teilen lichtdurchlässige Eigenschaften aufweist, die sich nicht mit der lichtabschirmenden Schicht überdecken, handelt es sich um eine, in der Regel in der Fotolithografie verwendete Fotomaske, welche lediglich zu strukturieren ist, um ein gewünschtes Profil aufzuweisen.
Die Belichtung kann unter Verwendung einer Lichtquelle, durch welche eine große Anzahl ultraviolette Strahlen erzeugt werden kann, wie zum Beispiel eine Quecksilber-Hochdrucklampe, eine Quecksilber-Höchstdrucklampe, eine Xenonlampe, eine Halogenlampe, einen Excimerlaser oder einen Synchrotonlichtstrahler vorgenommen werden. Wenn erforderlich, kann eine andere Strahlungsquelle als der ultraviolettstrahlenerzeuger verwendet werden. Die Belichtung kann, in Abhängigkeit der fotoempfindlichen Deckschicht, des Verfahrens oder der Belichtungsvorrichtung, zweckentsprechend eingestellt werden.
So besteht zum Beispiel keinerlei besondere Beschränlnmg in Bezug auf den Belichtungsgrad, welcher, in Abhängigkeit der Lichtquelle oder der fotoempfindlichen Deckschicht, zweckentsprechend eingestellt werden kann. Der Belichtungsgrad beträgt in der Regel 0,1 bis 1000 mJ/cm², vorzugsweise 5 bis 500 mJ/cm².
Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden bei Verwendung der positiven, fotoempfindlichen Deckschicht die belichteten Abschnitte der Deckschicht entfernt und herausgebildet, um die transparente, elektrisch leitende Schicht nach außen zu bringen bzw. freizulegen (im folgenden als Schritt 3-a bezeichnet), und es wird zumindest auf der freigelegten, transparenten, elektrisch leitenden Schicht, welche nach außen gebracht wurde, eine dunkle Schicht galvanisch abgeschieden, um die lichtabschirmende Schicht zu bilden (im folgenden als Schritt 4-a bezeichnet). Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden bei Verwendung der negativen, fotoempfindlichen Deckschicht die nicht belichteten Teile entfernt und herausgelöst, um die transparente, elektrisch leitende Schicht nach außen zu bringen bzw. freizulegen (im folgenden als Schritt 3-b bezeichnet), und es wird zumindest auf der freigelegten, transparenten, elektrisch leitenden Schicht, welche nach außen gebracht wurde, eine dunkle Schicht galvanisch abgeschieden, um die lichtabschirmende Schicht zu bilden (im folgenden als Schritt 4-b bezeichnet).
Es besteht keine spezielle Beschränkung in Bezug auf die Entwicklungsbedingungen in dem Schritt (3-a) bzw. (3-b), und es können, in Abhängigkeit des Belichtungsgrades in Schritt (2-a) bzw. (2-b), der Löslichkeit der fotoempfindlichen Deckschicht in der Entwicklerlösung, der Art bzw. der Konzentration der Entwicklerlösung, der Entwicklungszeit oder der Entwicklungstemperatur, die Bedingungen zweckentsprechend gewählt werden. Ebenso besteht keine spezielle Beschränkung in Bezug auf die Entwicklerlösung, wenn durch diese die belichteten bzw. unbelichteten Teile der fotoempfindlichen Deckschicht gemäß Schritt (3-a) bzw. (3-b) durch Entwicklung entfernt werden können, wobei die Entwicklerlösung in Abhängigkeit der Art oder des Belichtungszustandes der fotoempfindlichen Deckschicht zweckentsprechend ausgewählt werden kann.
In Schritt (3-a) wird in der Regel eine wäßrige Lösung einer Grundsubstanz als Entwicklerlösung eingesetzt. Beispiele der Grundsubstanz umfassen Natriumcarbonat, Natriumbicarbonat, Natriummetasilikat, Tetraalkylammoniumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid oder Ammonium.
Als Entwicklerlösung kann ein organisches Lösungsmittel, wie zum Beispiel Alkohol, Glycolether, Keton, Kohlenwasserstoff oder Chlorkohlenwasserstoff, entweder als Gemisch oder in Verbindung mit den obenerwähnten, wäßrigen Entwicklerlösungen verwendet werden. Bei diesen wird der wäßrigen Entwicklerlösung den Vorzug gegeben.
Wird ein kationisches Harz als Bestandteil des fotoempfindlichen Deckmaterials verwendet, kann es sich bei der in Schritt (3-b) eingesetzten Entwicklerlösung um eine wäßrige Lösung handeln, welche eine darin gelöste, saure Substanz enthält. Die saure Substanz kann durch organische Säuren, wie zum Beispiel Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure oder Milchsäure, sowie inorganische Säuren, wie zum Beispiel Salzsäure oder Phosphorsäure, dargestellt sein. Wird ein anionisches Harz als Bestandteil des negativen, fotoempfindlichen Deckmaterials verwendet, kann eine Entwicklerlösung, welche eine, in Wasser gelöste Grundsubstanz enthält, eingesetzt werden. Die Grundsubstanz umfaßt Natriumcarbonat, Natriumbicarbonat, Natriummetasilicat, Tetraalkylammoniumhydroxid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid. Als Entwicklerlösung kann ein organisches Lösungsmittel, wie zum Beispiel Alkohol, Glycolether, Glycol, Keton, Kohlenwasserstoff oder Chlorkohlenwasserstoff, entweder als Gemisch oder in Verbindung mit der wäßrigen Entwicklerlösung verwendet werden. Der Entwicklerlösung können oberflächenaktive Substanzen oder Antischaum-Additive zugegeben werden, um die Benetzbarkeit oder die Schaumverhinderungseigenschaften zu verbessern. Im Hinblick auf die Toxizität bzw. Arbeitsumgebung wird eine wäßrige Entwicklerlösung bevorzugt eingesetzt.
Wird als Entwicklerlösung die wäßrige Lösung Tetramethylammoniunthydroxid in Schritt (3-a) verwendet, können die Entwicklungsbedingungen zweckentsprechend eingesetzt werden, wobei eine Konzentration zwischen 0,01 und 20 Gew.%, vorzugsweise zwischen 0,05 und 10 Gew. %, eine Temperatur zwischen 10 und 80ºC, vorzugsweise zwischen 15 und 40ºC, eine Entwicklungsdauer zwischen 2 und 600 Sekunden, vorzugsweise zwischen 4 und 300 Sekunden, gewählt werden kann.
Wird als Entwicklerlösung Natriumcarbonat in Schritt (3-b) verwendet, kann die Natriumcarbonatkonzentration in der Regel in einem Bereich von 0,01 bis 25 Gew. %, vorzugsweise in einem Bereich von 0,05 bis 15 Gew. %, die Temperatur in einem Bereich von 10 bis 70ºC und die Entwicklungsdauer zweckentsprechend in einem Bereich von 5 bis 600 Sekunden, vorzugsweise in einem Bereich von 5 bis 300 Sekunden, liegen. Wird in Schritt (3-b) eine wäßrige Lösung aus Milchsäure verwendet, kann die Milchsäurekonzentration in der Regel in einem Bereich von 0,01 bis 50 Gew. %, vorzugsweise in einem Bereich von 0,05 bis 25 Gew. %, die Temperatur in einem Bereich von 10 bis 70ºC, vorzugsweise in einem Bereich von 15 bis 50ºC, und die Entwicklungsdauer zweckentsprechend in einem Bereich von 2 bis 600 Sekunden, vorzugsweise in einem Bereich von 4 bis 400 Sekunden, liegen.
Das in Schritt (4-a) bzw. (4-b) verwendete, einen dunklen Farbton aufweisende Deckmaterial kann beispielsweise durch ein wasserlösliches bzw. -dispergierbares Deckmaterial, welches (a) einen, einen dichten Farbton, wie zum Beispiel schwarz, ein dichtes Indigoblau oder ein dichtes Braun vorsehenden Farbstoff und/oder ein Pigment, (b) ein Binderharz zur galvanischen Abscheidung und, wenn efforderlich, (c) ein Härtungsmittel aufweist, dargestellt sein.
Der Farbstoff und/oder das Pigment können beispielsweise durch Carbon-Black, Graphit, Vanadiumtrioxid, Mangandioxid, Molybdändisulfid, Triirontetraoxid, Anilinschwarz, Sudanschwarz B, Säureschwarz 1 und 52, Echtschwarz K Salz, Nigrosin oder Gemische derselben dargestellt sein. Die in dem "COLOR INDEX", dritte Ausgabe, näher erläuterten Farbstoffe und/oder Pigmente können ebenfalls eingesetzt werden.
Wird das Substrat, welches die gemäß der vorliegenden Erfindung gebildete, lichtabschirmende Schicht aufweist, als Black-Matrix für den Farbfilter verwendet, besteht keine besondere Beschränkung in Bezug auf die Farbstoffe und/oder die Pigmente, und es kann jeder der oben aufgeführten Farbstoffe und/oder Pigniente verwendet werden. Wird das Substrat, welches die gemäß der vorliegenden Erfindung gebildete, lichtabschirmende Schicht aufweist, als lichtabschirmende Schicht für das Gegenelektrodensubstrat bei einem Substrat einer TFT-Anordnung zur Schwarzweißanzeige verwendet, bestehen ebenfalls keine speziellen Beschränkungen in Bezug auf den Farbstoff und/oder das darin enthaltene Pigment, und es kann jeder der oben aufgeführten Farbstoffe und/oder Pigniente verwendet werden. Dabei werden jedoch vor allem die Pigniente in Form feinkörniger, elektrisch leitender Teilchen besonders bevorzugt. Als elektrisch leitende, feinkörnige Partikel können Carbon-Black, Metalloxide, wie zum Beispiel Zinnoxid, ITO, Indiumoxid, Titanoxid, Rutheniumoxid oder Vanadiumoxid, sowie Metalle, wie zum Beispiel Gold, Platin, Palladium, Silberlegierungen, Kupfer oder Nickel bevorzugt eingesetzt werden. Es versteht sich von selbst, daß als Gemisch zwei oder mehr dieser Komponenten verwendet werden können, um zwischen lichtabschirmenden Eigenschaften und elektrischer Leitfähigkeit einen Ausgleich zu finden. Es wird vorgezogen, daß das Substrat, welches die lichtabschirmenden Eigenschaften der vorliegenden Erfindung vorsieht, einen spezifischen Volumenwiderstand von 1 x 10² Ohm-cm oder darüber und vor allen Dingen einen spezifischen Volumenwiderstand von 1 x 10² bis 1 x 10¹² Ohm-cm sowie einen spezifischen Oberflächenwiderstand von 1 x 10² bis 1 x 10¹&sup4; Ohm/ (Ohm/cm²) aufweist. Liegt der spezifische Volumenwiderstand unter 1 x 10² Ohm-cm, erhöht sich leicht die Konzentration des Farbstoffes und/oder des Pigmentes, so daß eine Schicht mit zufriedenstellenden physikalischen Eigenschaften und vor allen Dingen mit einem hohen Haftvermögen nicht hergestellt werden kann. Liegt der spezifische Volumenwiderstand über 1 x 10¹² Ohm-cm, weist der Farbstoff und/oder das Pigment leicht eine geringe Konzentration auf, wodurch sich unzureichende lichtabschirmende Eigenschaften ergeben. In gleicher Weise erhöht sich leicht die Konzentration des Farbstoffes und/oder des Pigmentes, und es ergibt sich folglich eine schlechte Haftfähigkeit, wenn der spezifische Oberflächenwiderstand weniger als 1 x 10² Ohm/ beträgt, wohingegen zuweilen keine ausreichenden lichtabschirmenden Eigenschaften erreicht werden können, wenn der spezifische Oberflächenwiderstand mehr als 1 x 10¹&sup4; Ohm/ beträgt.
Wird die Black-Matrix der lichtabschirmenden Schicht als Gegenelektrodensubstrat bei einem Substrat einer TFT-Anordnung zur Schwarzweißanzeige verwendet, hat die Lichtmodulation aufgrund der Flüssigkristallausrichtung auf der schwarzen Matrix zur Folge, daß ein Lichtverlust verhindert wird, so daß eine höhere elektrische Leitfähigkeit der schwarzen Matrix, das heißt, des lichtabschirmenden Abschnittes wünschenswert ist. Genau gesagt, es sind ein spezifischer Volumenwiderstand von 1 x 10² bis 1 x 10&sup9; Ohm-cm, vorzugsweise 1 x 10² bis 1 x 10&sup6; Ohm-cm, und ein spezifischer Oberflächenwiderstand von vorzugsweise 1 x 10² bis 1 x 10&sup9; Ohm/ , besser noch 1 x 10² bis 1 x 10&sup6; Ohm-cm wünschenswert. Liegt der spezifische Volumenwiderstand unter 1 x 10² Ohm-cm, müssen die elektrisch leitenden, feinkörnigen Partikel in der Regel in einer höheren Konzentration verwendet werden, was unerwünschterweise zu einer geringeren Hafifähigkeit der lichtabschirmenden Schicht gegenüber dem ITO-Substrat führt. Liegt der spezifische Volumenwiderstand über 1 x 10&sup9; Ohm-cm, so resultiert dieses in einer Beeinträchtigung der Betrachtungseigenschafien der Flüssigkristalldisplayanordnung. Liegt der spezifische Oberflächenwiderstand unter 1 x 10² Ohm/ , besteht normalerweise die Notwendigkeit, die elektrisch leitenden, feinkörnigen Partikel in einer höheren Konzentration zu verwenden, was unerwünschterweise zu einer geringeren Haftfähigkeit der lichtabschirmenden Schicht gegenüber dem ITO-Substrat führt. Sollte der spezifische Oberflächenwiderstand hoher als 1 x 10&sup9; Ohm/ sein, weist die Flüssigkristalldisplayanordnung geringwertigere Betrachtungseigenschafien auf Die Minderung der Betrachtungseigenschaften ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß das Flüssigkristall in Kontakt mit der lichtabschirmenden Schicht nicht auf das Anlegen der Spannung anspricht. Das heißt, das TFT-LCD wird normalerweise zusammen mit Weiß verwendet, so daß das mit Hilfe der Polarisierungsplatte polarisierte Licht an dem Flüssigkristall in Kontakt mit der lichtabschirmenden Schicht einer Doppelbrechung unterworfen wird, was unerwünschterweise zu Lichtverlust in unmittelbarer Nähe der Pixel und folglich zu einem verringerten Kontrast und geringwertigeren optischen Eigenschaften der Flüssigkristalldisplayanordnung fühllt. Infolgedessen besteht bei der schwarzen Matrix gemäß der vorliegenden Erfindung nicht die Notwendigkeit, weiterhin ein ITO entsprechend der schwarzen Matrix auszubilden.
Wird die Black-Matrix dagegen als lichtabschirmende Schicht des Farbfilters für die, durch die galvanische Abscheidung hergestellte Flüssigkristalldisplayanordnung verwendet, ist es vorzuziehen, daß die Black-Matrix eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist, um das Auftreten der Galvanisierungserscheinung der galvanisch abgeschiedenen Schichten, wie zum Beispiel R, G und B, auf der schwarzen Matrix zu verhindern.
Genau gesagt, es ist wünschenswert, daß die Black-Matrix der lichtabschirmenden Schicht einen spezifischen Volumenwiderstand von 1 x 10&sup6; bis 1 x 10¹² Ohm-cm sowie einen spezifischen Oberflächenwiderstand von vorzugsweise 1 x 10&sup4; Ohm/ bis 1 x 10¹&sup4; Ohm/ aufweist. Ist der spezifische Volumenwiderstand geringer als 1 x 10&sup6; Ohm-cm, kann es unerwunschterweise leicht zu einer 'Over-'Coating- Erscheinung, das heißt dem Phänomen des auf der uchtabschirmenden Schicht galvanisch abgeschiedenen, farbigen Deckmaterials kommen. Beträgt der spezifische Volumenwiderstand mehr als 1 x 10¹² Ohm-cm, werden die lichtabschirmenden Eigenschaften extrem gemindert, was folglich zu einem verminderten Kontrast des Farbfilters und zu verminderten Schutzmerktnalen des TFTs führt. Beträgt der spezifische Oberflächenwiderstand weniger als 1 x 10&sup4; Ohm/ , kann das Phänomen dort auftreten, wo das farbige Deckmaterial auf der lichtabschirmenden Schicht galvanisch aufgebracht werden kann (Over-Coating). Liegt der spezifische Oberflächenwiderstand über 1 x 10¹&sup4; Ohm/ , werden die lichtabschirmenden Eigenschaften signifikant gemindert, so daß Charakteristiken des Farbfilters, wie zum Beispiel der Kontrast, oder Schutzmerkmale des TFTs, unerwünschterweise gemindert werden.
Von den oben aufgeführten Pigmenten ist das Carbon-Black vorzuziehen, da es selbst bei Verwendung in geringen Mengen hohe lichtabschirmende Eigenschaften aufweist. In Anbetracht der lichtabschirmenden Eigenschaften und Stabilität des durch galvanische Abscheidung aufgebrachten Deckmaterials besteht die Notwendigkeit, daß das Carbon-Black eine Teilchengröße von maximal 1 um aufweist. Hinsichtlich der maximalen Teilchengröße des Carbon-Black bei Dispersion - wie mit Hilfe des von OTSUKA ELECTRONICS CO., LTD. unter dem Handelsnamen "PAR-III" hergestellten, lichtstreuenden Partikelgrößenverteilungsbestimmungsgerätes gemessen - ist es wünschenswert, daß die anzahlgemittelte Teilchengröße (dn) nicht mehr als 1 um, besser noch nicht mehr als 0,5 um, die massegemittelte Teilchengröße (dv) / anzahlgemittelte Teilchengröße (dn) dagegen nicht mehr als 2,5 beträgt. Noch besser ist es, wenn dn sowie das Verhältnis dvldn nicht mehr als 0,3 um bzw. nicht mehr als 2 beträgt. Überschreitet die maximale Teilchengröße 1 um, kann das galvanisch abgeschiedene Deckmaterial leicht eine geringwertige Stabilität aufweisen, während die sich ergebende lichtabschirmende Schicht leicht eine unterdurchschnittliche Gleichförmigkeit oder ein schlechtes Auflösungsvermögen aufweisen kann. Die maximale Teilchengröße von maximal 1 um ist wünschenswert, da die elektrische Leitfähigkeit der lichtabschirmenden Schicht durch zweckentsprechendes Einstellen des Pigment/Binderharz-Mischverhältnisses oder der Wärmebehandlungsbedingungen, wie später noch erläutert, leichter regelbar ist.
Im allgemeinen weist, wenn das elektrisch leitende Material, wie zum Beispiel Carbon-Black, als Pigment in einem dunkel gefärbten Deckmaterial verwendet wird, die dunkel gefärbte Schicht eine elektrische Leitfähigkeit auf Bei der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die elektrische Leitfähigkeit der dunkel gefärbten Schicht so zu erhöhen, daß die lichtabschirmende Schicht als Gegenelektrode für ein Substrat einer TFT-Anordnung verwendet werden kann oder die elektrische Leitfähigkeit der dunkel gefärbten Schicht so zu verringern, daß die lichtabschirmende Schicht in zufriedenstellendem Maße als lichtabschirmende Schicht für den durch die galvanische Abscheidung hergestellten Farbfilter verwendet werden kann. Die hohe lichtabschirmende Eigenschaften aufweisende, geschwärzte Black-Matrix kann hergestellt werden, wenn der obenerwähnte Farbstoff und/oder das Pigment in einer Menge von normalerweise 2 bis 300 Gewichtsteilen, vorzugsweise 3 bis 100 Gewichtsteilen, gegenüber 100 Gewichtsteilen des Binderharzes zur galvanischen Abscheidung, verwendet wird.
Wird Carbon-Black als Pigment verwendet, besteht die Möglichkeit, der lichtabschirmenden Schicht aufgrund von Härtung durch Erwärmung Stabilität und Zuverlässigkeit zu verleihen und folglich die lichtabschirmende Eigenschaften aufweisende, geschwärzte Black-Matrix herzustellen, indem in der Regel 10 bis 80 Gewichtsteile, vorzugsweise 20 bis 60 Gewichtsteile, Carbon-Black gegenüber 100 Gewichtsteilen des Binderharzes zur galvanischen Abscheidung verwendet werden. Die Black-Matrix, bei welcher Carbon-Black auf diese Weise in der Polymermatrix dispergiert wird, weist einen Lichtreflexionsgrad auf, welcher geringer als bei Herstellung der Black-Matrix durch Aufsputtern von Metall o.ä. ist.
Zur Herstellung einer Gegenelektrode für ein Substrat einer TFT-Anordnung zur Schwarzweißanzeige unter Verwendung von Carbon-Black werden die elektrisch leitenden, feinkömigen Partikel bevorzugt in einer Menge von 30 bis 80 Gewichtsteilen gegenüber 100 Gewichtsteilen des Binderharzes zur galvanischen Abscheidung zugefügt. Werden die Partikel in einer Menge zugegeben, welche unter 30 Gewichtsteilen liegt, weist die sich ergebende Black-Matrix geringe lichtabschirmende Eigenschaften und eine geringe elektrische Leittähigkeit auf, wohingegen bei Hinzufügen von Partikeln in einer Menge über 80 Gewichtsteilen die Black-Matrix eine venninderte Ebenheit und Bildschärfe vorsieht.
Ebenso wie das obenerwähnte Bnderharz zur galvanischen Abscheidung können Harze eingesetzt werden, welche Gruppen aufweisen, die bei Auflösen und/oder Dispergieren in Wasser zu kationischen oder anionischen Gruppen werden. Wird ein transparentes Substrat mit einer transparenten, elektrisch leitenden ITO-Schicht bei der galvanischen Abscheidung als Substrat verwendet, ist es nicht wünschenswert, eine kationische, galvanische Abscheidung unter Verwendung eines Harzes, welches die Gruppen aufweist, die zu kationischen Gruppen werden, vorzunehmen, da die ITO-Schicht durch die in der Lösung zur galvanischen Abscheidung enthaltene Säure einer Oxidation unterworfen wird. Es wird somit vorgezogen, eine anionische, galvanische Abscheidung unter Verwendung eines Harzes vorzunehmen, welche die Gruppen aufweist, die zu anionischen Gruppen werden. Findet eine kationische, galvanische Abscheidung statt, besteht die Notwendigkeit, ein Substrat zu verwenden, welches durch die in der Lösung zur galvanischen Abscheidung enthaltene Säure keiner Oxidation unterworfen wird, wie zum Beispiel Edelstahl oder Platin, und die durch die galvanische Abscheidung hergestellte, lichtabschirmende Schicht auf ein wirksam eingesetztes, transparentes Substrat, wie zum Beispiel Glas, zu transferieren. Als kationische Gruppen enthaltende Harze können solche eingesetzt werden, welche hergestellt werden, indem Aminogruppen oder Oniumgruppen, wie zum Beispiel Ammonium, Sulfonium oder Phosphonium, in Acrylharze, Epoxyharze, Urethanharze, Polybutadienharze oder Polyamidharze eingebracht werden und das sich ergebende Material mit Hilfe von Säuren, wie zum Beispiel Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure oder Milchsäure oder mit säurebildenden Substanzen in Wasser löslich gemacht oder dispergiert wird.
Bei den anionischen Harzen kann es sich zum Beispiel um Acrylharz, Polyesterharz, Maleinatölharz, Polybutadienharz oder Epoxyharz handeln, welches Carboxylgruppen enthält und mit Grundsubstanzen, wie zum Beispiel Triethylamin, Diethylamin, Dimethylethanolamin oder Ammonium, in Wasser gelöst oder dispergiert wird. Die Härtungsmittel, welche bei Bedarf verwendet werden können, können, sofern sich diese dazu eignen, dem zur galvanischen Abscheidung verwendeten Binderharz beigemischt zu werden, zweckentsprechend gewählt werden, wobei es sich zum Beispiel um Melamin, Benzoguanamin, Harnstoff oder Derivate derselben, Aminoharze, wie zum Beispiel Melamin- oder Harnstoffharze, sowie deaktivierte Isocyanate handeln kann. Diese Härtungsmittel, welche bei niedrigeren Temperaturen ihre Wirksamkeit behalten, werden bevorzugt eingesetzt. Dem dunkel eingefärbten Deckmaterial können weiterhin dispersionsunterstützende Mittel für Farbstoffe und Pigmente oder verschiedene Zusatzmittel, wie zum Beispiel Egalisierungsmittel zur Verbesserung der Ebenheit der Deckschicht, Viskositätsregler oder Schaumverhütungsmittel, zugegeben werden.
Das dunkel eingefärbte Decktnaterial kann durch Mischen des Farbstoffes und/oder des Pigmentes, wobei die Zusammensetzung den Binder zur galvanischen Abscheidung und, wenn erforderlich, das Härtungsmittel, das organische Lösungsmittel, Wasser, säurebildende Substanzen, Grundsubstanzen, dispersionsunterstützende Mittel für den Farbstoff bzw. das Pigment, Egalisierungsmittel, Viskositätsregler und die Schaumverhütungsmittel enthält, durch ausreichendes Dispergieren des Gemisches unter Verwendung der üblicherweise eingesetzten Dispersionsmittel, wie zum Beispiel Sandmühlen, Walzenmühlen, Pulverisierungsvorrichtungen oder Kugelmühlen, sowie durch Verdünnen der sich ergebenden Dispersion mit Wasser, vorzugsweise bis auf eine vorgegebene Feststoffanteilkonzentration, wie zum Beispiel etwa 4 bis 25 Gew. %, besser noch 7 bis 20 Gew. %, hergestellt werden, wodurch ein zur galvanischen Abscheidung geeignetes Deckmaterial vorgesehen wird. Es kann ein zur Dispersion und Auflösung des Harzes für die fotoempfindliche Deckschicht verwendetes, organisches Lösungsmittel zweckentsprechend ausgewählt und verwendet werden, um die Auflösung und/oder Dispersion des Binders zur galvanischen Abscheidung zu fördern oder die Badstabilität zu verbessern oder aber um eine ebene Deckschicht vorzusehen.
Es besteht keine Beschränkung in Bezug auf die Stärke der dunkel eingefärbten Schicht, das heißt der durch galvanische Abscheidung gebildeten, lichtabschirmenden Schicht, so daß diese, in Abhängigkeit der an den Farbfilter oder die Konstruktion der Displayanordnung gestellten Anforderungen, zweckentsprechend gewählt werden kann. In Anbetracht der lichtabschirmenden Eigenschaften beträgt die Trockenstärke der lichtabschirmenden Schicht normalerweise 0,3 bis 5 um, vorzugsweise 1 bis 3 um. Die Dicke der lichtabschirmenden Schicht kann von Deckmaterial zu Deckmaterial neu gewählt werden, da diese je nach Art und Menge des verwendeten Farbstoffes und/oder der verwendeten Pigmente oder des Mischverhältnisses des Binderharzes zur galvanischen Abscheidung variiert. Die Schichtstärke kann durch Anpassen der für die galvanische Abscheidung erforderlichen Bedingungen, wie zum Beispiel Schichtspannung, Dauer der galvanischen Abscheidung oder Flüssigkeitstemperatur reguliert werden.
Die für die galvanische Abscheidung zur Ausbildung der dunkel eingefärbten Schicht erforderlichen Bedingungen, wie zum Beispiel Spannung, Dauer der galvanischen Abscheidung oder Flüssigkeitstemperatur, können, in Abhängigkeit der Art des dunkel eingefärbten Deckmaterials oder der Stärke der gewünschten lichtabschinnenden Schicht, zweckentsprechend gewählt werden. So kann es sich zum Beispiel bei der Schichtspannung um eine Gleichstromspannung von 5 bis 500 V, vorzugsweise 10 bis 300 V, besser noch 10 bis 150 V, handeln, während die Dauer der galvanischen Abscheidung in der Regel 5 bis 300 Sekunden, vorzugsweise 10 bis 200 Sekunden, und die Flüssigkeitstemperatur 10 bis 35ºC, vorzugsweise 15 bis 30ºC beträgt. Vorzugsweise wird die Stromzuführ nach Ablauf der zur Ausbildung der gewünschten Schichtstärke erforderlichen Zeitdauer der galvanischen Abscheidung unterbrochen, das Substrat wird dem Bad entnommen, von überschüssiger Badflüssigkeit durch Waschen mit Wasser befreit und getrocknet.
Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird die dunkel eingefärbte, auf dem Substrat galvanisch abgeschiedene Schicht, das heißt die lichtabschirmende Schicht, erwärmt - im folgenden als Schritt (5) bezeichnet.
Die Erwärmung kann unter Bedingungen stattfinden, wie die Feuchtigkeit in der durch galvanische Abscheidung gemäß Schritt (4-a) bzw. (4-b) gebildeten, auf einfache Weise zu trocknenden, lichtabschirmenden Schicht diese zuläßt. Ist das Harz zur galvanischen Abscheidung durch Wärme härtbar, kann die Härtung durch Erwärmung unter solchen Bedingungen durchgeführt werden, wie die je nach Zielsetzung vorzunehmende Verknüpfüngsreaktion diese zuläßt. Da die Resistenz gegenüber der Entwicklerlösung und dem Alkali der lichtabschirmenden Schicht zum Beispiel durch die Konzentration der in der die lichtabschirmende Schicht bildenden Deckschicht enthaltenen Säuren beeinflußt werden kann, ist die Wärmebehandlung nicht einzig und allein von deren Verhältnissen abhängig.
Sollte die lichtabschirmende Schicht keine Resistenz gegenüber der Entwicklerlösung oder dem Alkali aufweisen oder es erforderlich sein, daß die elektrische Leitfähigkeit der lichtabschirmenden Schicht so gering wie möglich ist, kann die Wärmebehandlung bei einer Temperatur, welche zum Beispiel nicht mehr als 150ºC, vorzugsweise 80 bis 140ºC beträgt, während einer Zeitdauer von 0,5 Minuten bis 1 Stunde, vorzugsweise 1 bis 30 Minuten, durchgeführt werden. Bei Anwendung dieser Bedingungen besteht die Möglichkeit, daß die lichtabschirmende Schicht praktisch anwendbare, elektrische Isoliereigenschaften, wie zum Beispiel einen spezifischen Volumenwiderstand von 1 x 10&sup6; bis 1 x 10¹² Ohm-cm und einen spezifischen Oberflächenwiderstand in der Größenordnung von 1 x 10&sup4; bis 1 x 10¹&sup4; Ohm/ aufweist, selbst wenn die lichtabschirmende Schicht aus Carbon-Black gebildet wird und wenn die Farbschichten R, G und B durch galvanische Abscheidung später aufzubringen sind.
Sollte die Notwendigkeit bestehen, daß die lichtabschinnende Schicht eine Resistenz gegenüber der Entwicklerlösung oder dem Alkali aufweist und es erforderlich sein, daß die elektrische Leitfähigkeit so hoch wie möglich ist, kann die Erwärmung bei einer Temperatur von zum Beispiel 130º bis 270ºC, vorzugsweise 140º bis 250ºC, während einer, für eine solche Erwärmung üblichen Zeitdauer vorgenommen werden. Diese Bedingungen zur Erwärmung können, je nachdem, ob die erfindungsgemäß ausgebildete, lichtabschirmende Schicht bei einer Black-Matrix für einen Farbfilter oder bei einer Black-Matrix für eine Gegenelektrode bei einem Substrat einer TFT-Anordnung zur Schwarzweißanzeige verwendet wird, zweckentsprechend gewählt werden. Das heißt, wenn die Black-Matrix für den Farbfilter unter Verwendung von Carbon-Black als Pigment gebildet wird und im Anschluß daran die rot, blau und grün eingefärbten Farbschichten durch galvanische Abscheidung ausgebildet werden, erfolgt die Erwärmung vorzugsweise unter den Bedingungen, welche eine Trocknung der Feuchtigkeit auf der Obertläche der durch galvanische Abscheidung gemäß Schritt (4-a) bzw. (4-b) gebildeten, lichtabschirmenden Schicht ohne weiteres ermöglichen. Es wird vorgezogen, die Härtung durch Erwärmung unter solchen Bedingungen vorzunehmen, bei welchen die elektrischen Isoliereigenschafien, welche die galvanische Abscheidung der Farbschichten auf der Black-Matrix verhindern, aufrechterhalten werden, das heißt, bei einer Temperatur, welche nicht mehr als 180ºC, vorzugsweise 80 bis 140ºC, beträgt und einer Erwärmungsdauer von 2 bis 120 Minuten. Die elektrischen Isoliereigenschaften in Form des spezifischen Volumenwiderstandes von 1 x 10&sup6; Ohm-cm oder darüber sind, wie zuvor erwähnt, wünschenswert. Obgleich die Feuchtigkeit bei einer Temperatur über 180ºC in ausreichendem Maße getrocknet wird, fällt der spezifische Volumenwiderstand unter 1 x 10&sup6; Ohm-cm, wenn der den Anforderungen an lichtabschirmende Eigenschaften entsprechende Carbon-Black- Anteil verwendet wird, so daß die Farbschicht im Laufe der Ausbildung der Farbschicht durch galvanische Abscheidung auf der Black-Matrix unerwünschterweise vorgesehen wird.
Wird die Farbschicht durch galvanische Abscheidung vorgesehen, ist es wichtig, die elektrische Leitfähigkeit der lichtabschirmenden Schicht zu regeln, um eine Überbeschichtung der Farbschicht zu verhindern. Dieses stellt kein Problem dar, wenn die Farbschicht mit Hilfe des Pigmentverteilungsverfahrens oder des Druckverfahrens vorgesehen wird, wobei die Erwärmung der lichtabschirmenden Schicht in der Regel bei 80º bis 270ºC, vorzugsweise bei 130º bis 250ºC, vorgenommen werden kann.
Wird die Black-Matrix der lichtabschirmenden Schicht für die Gegenelektrode bei einem Substrat einer TFT-Anordnung zur Schwarzweißanzeige verwendet, wird vorgezogen, daß die Black-Matrix eine in Bezug auf die Funktion der Gegenelektrode akzeptable, elektrische Leitfähigkleit aufweist. So kann zum Beispiei die Erwärmung normalerweise bei 130º bis 350ºC, vorzugsweise bei 140º bis 280ºC, in der Regel während einer Dauer von 5 Minuten bis 3 Stunden, vorzugsweise 10 Minuten bis 1,5 Stunden, durchgeführt werden. In solch einem Fall kann eine lichtabschirmende Schicht mit einem spezifischen Volumenwiderstand in der Größenordnung von 1 x 10² bis 1 x 10&sup9; Ohm-cm hergestellt werden. Die eine solche Black-Matrix vorsehende Gegenelektrode muß eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen, da es efforderlich ist, daß das Flüssigkristall auf der Black-Matrix auf das Anlegen der Spannung anspricht. Die elektrischen Eigenschaften der lichtabschirmenden Schicht können in Abhängigkeit der M der elektrisch leitenden, feinkörnigen Partikel, des Mischverhältnisses zwischen den elektrisch leitenden, feinkörnigen Partikel und dem Binderharz zur galvanischen Abscheidung oder der Bedingungen der Erwärmung geregelt werden. Es ist ausreichend, wenn die Black- Matrix nach Erwärmung einen spezifischen Volumenwiderstand von 1 x 10² bis 1 x 10&sup9; Ohm-cm aufweist.
Daruber hinaus kann die elektrische Leitfähigkeit der lichtabschirmenden Schicht extensiver geregelt werden, indem nicht nur die Erwärmungsbedingungen, sondern auch der Anteil des Carbon-Black in den Materialien der lichtabschirmenden Schicht so gewählt wird, daß er sich innerhalb des obenerwähnten Bereiches befindet. In diesem Falle ist es wqnschenswert, daß die Möglichkeit besteht, einen spezifischen Volumenwiderstand im Bereich von 1 x 10² bis 1 x 10¹² Ohm-cm und einen spezifischen Oberflächenwiderstand im Bereich von 1 x 10² bis 1 x 10¹&sup4; Ohm/ , wie bei 20º und 60 %RH gemessen, je nach Gebrauch bzw. Anwendung zu wählen.
Obgleich die lichtabschirmende Schicht vorzugsweise mit Hilfe des obenerwähnten Verfahrens hergestellt wird, kann diese ebenfalls durch ein Verfahren zur Herstellung der lichtabschirmenden Schicht auf dem strukturierten, transparenten, elektrisch leitenden Substrat durch galvanische Abscheidung, ein Verfahren zum Druck der lichtabschirmenden Schicht auf dem strukturierten, transparenten, elektrisch leitenden Substrat oder ein fotolithografisches Verfahren ausgebildet werden. Dabei liegt das fotolithografische Verfahren in dem Aufbringen der lichtabschirmenden, Fotohärtbarkeit aufweisenden Harzzusammensetzung auf einem Substrat und Trocknung derselben, gefolgt von einer Belichtung und Entwicklung. Nach dem Erwärmungsvorgang (5) wird die verbleibende, positive, fotoempfindliche Deckschicht entfernt, um das Substrat mit der lichtabschirmenden Schicht vorzusehen.
Wenden wir uns nun der Zeichnung zu, einem im folgenden näher erläuterten Ausführungsbeispiel eines Gegenelektrodensubstrats für eine Dünnschichttransistoranordnung (TFT) zur Schwarzweißanzeige sowie einer Flüssigkristalldisplayanordnung zur Schwarzweißanzeige, in welche das Gegenelektrodensubstrat integriert ist.
Eine Flüssigkristalldisplayanordnung 10 zur Schwarzweißanzeige weist ein Substrat 12 für eine TFT-Anordnung zur Schwarzweißanzeige, ein Gegenelektrodensubstrat 13 und eine zwischen den Substraten 12 und 13 angeordnete Flüssigkristallschicht 11 auf Das Substrat 12 für eine TFT-Anordnung setzt sich aus Dünnschichttransistoren (TFTs) 12b und durch die TFTs gesteuerte Pixelelektroden 12c, Source-Busleitungen 12d und Gate-Busleitungen (nicht dargestellt) zusammen, welche auf einem transparenten Substrat 12a angeordnet sind. Diese Bauelemente sind, wie dargestellt, mit einer lnnenanpassungsschicht 12e versehen. Das Gegenelektrodensubstrat 13 setzt sich aus einem transparenten Substrat 13a, einer, auf dem transparenten Substrat 13a ausgebildeten, transparenten, elektrisch leitenden Schicht 13b und einer lichtabschirmenden Schicht 13c, welche durch galvanische Abscheidung des dunkel eingefärbten Deckmaterials vorgesehen wird, zusammen. Diese Bauelemente sind mit einer Außenanpassungsschicht 13d versehen. Auf den transparenten Substraten 12, 13a sind jeweils Polarisierungsplatten 14, 15 angebracht.
Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung besteht die Möglichkeit, eine lichtabschirmende Schicht auf einfache Weise herzustellen, welche ausgezeichnete Auflösungs- und Lichtabschirmungseigenschaften sowie einen geringen Reflexionsgrad bei hoher Genauigkeit aufweist und im besonderen zur Herstellung eines Farbfilters für eine Flüssigkristalldisplayanordnung oder dergleichen mit ausgezeichneten Eigenschaften verwendet werden kann.
Die vorliegende Erfindung bietet die Möglichkeit, das Herstellungsverfahren im Vergleich zu konventionellen, fotolithografischen Herstellungsveffahren zu vereinfachen.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Ausfüuungsbeispiele, Vergleichsbeispiele und Anwendungsbeispiele näher erläutert.
Hierbei handelt es sich lediglich um Beispiele, welche jedoch keine Beschränkung der Erfindung darstellen sollen.

Synthesebeispiel 1

Herstellung des geschwärzten Deckmaterials (Y-1) sowie der eingefärbten Deckmaterialien (Y-2 Y-3 und Y-4)

Ein, von der Firma TOA GOSEI CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD. unter dem Handelsnamen "ARON S-4030" hergestelltes Acrylharz wurde mit Triethylamin bis zu einem pH-Wert von etwa 8 neutralisiert und mit deionisiertem Wasser vermischt, um eine wäßrige Harzlösung (S) zu erhalten.
Der wäßrigen Quarzlösung (5) wurde unter Rühren Carbon-Black, ein rotes Azometallsalzpigment, Phthalocyaningrün und Phthalocyaninblau hinzugefügt, um eine geschwärzte, rot eingefärbte, grün eingefärbte und blau eingefärbte, flüssige Pigmentdispersion vorzusehen.
Durch ein getrenntes Verfahren wurde das obenerwähnte Acrylharz mit einem, von der Firma SUMITOMO CHEMICAL CO., LTD. unter dem Handelsnamen "SUMIMAL M-66B hergestellten Melaminharz vermischt und bis zu einem pH- Wert von etwa 8 mit Triethylamin neutralisiert. Die neutralisierte Masse wurde sodann mit deionisiertem Wasser vermischt, um eine wäßrige Quarzlösung (T) herzustellen.
Die wäßrige Quarzlösung (T) wurde jeder der gefärbten Pigmentdispersionen beigegeben, um ein geschwärztes Deckmaterial (Y-1) sowie weitere gefärbte Deckmaterialien (Y-2, Y-3 und Y-4) mit den in Tabelle 1 dargestellten Zusammensetzungen herzustellen. Die sich ergebenden Decktnaterialien waren durch Wärme härtbar und wiesen anionische Galvanisierungseigenschaften auf Die Partikelgrößenverteilung der sich ergebenden Decktnaterialien wurde unter Verwendung eines lichtstreuenden Partikelgrößenverteilungsbestimmungsgerätes, welches von der Firma OTSUKA ELECTROMCS CO., LTD. unter dem Handelsnamen "PAR-III" hergestellt wird, gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 1
(*1) "ARON S-4030" (hergest. v. TOAGOSE CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD.)
(*2) "SUMMAL M668" (hergest. v. SUMITOMO CHEMICAL CO.,LTD.)
(*3) "SR-150C" (hergest. v. SANYO SHIKISO KK)
(*4) "SAX" (hergest. v. SANYO SHIKISO KK)
(*5) "PIGMENT RED 4BS" (hergest. v. SANYO SHIKISO KK)
Einheit = Gramm Tabelle 2

Synthesebeispiel 2

Herstellung des dunkel gefärbten Deckmaterials (Y-5 Y-6 und Y-7)

In der wäßrigen Harzlösung (S), welche mit Hilfe des Synthesebeispiels 1 hergestellt wurde, wurden feinkörnige Pulver aus Carbon-Black, Antimon enthaltendes Zinnoxid, welches von der Firma CATALYSTS & CHEMICALS INDUSTRIES CO.,L TD. unter dem Handelsnamen "ELECOM TL-90" hergestellt wird, geschwärztes Titanoxid, welches von der Firma ISHIHARA SANGYO KAISHA, LTD. unter dem Handelsnamen "S-1" hergestellt wird, sowie Nickel, welcher von der Firma SUMITOMO METAL MINING CO., LTD. unter dem Handelsnamen "ENP-005" hergestellt wird, in vorgegebenen Mengen dispergiert, um dunkel eingefärbte Deckinaterialien herzustellen.
Die in Synthesebeispiel 1 hergestellte, wäßrige Harzlösung (T) wurde jedem der dunkel eingefärbten Materialien zugegeben, um die jeweiligen, in Tabelle 3 dargestellten, gefärbten Deckmaterialien herzustellen. Die auf diese Weise hergestellten Deckmaterialien wurden durch Wärme gehärtet und wiesen anionische Galvanisierungseigenschaften auf Tabelle 3
Einheit = Gramm

Beispiel 1

Auf ein, von CORNING JAPAN KK erhältliches "CORNING 7059" Glas (Handelsname), 1,1 mm dick, mit einer 100 nm dicken Indiumzinnoxid-(ITO)- Schicht auf dessen Oberfläche, im folgenden als Hauptplatte 1 bezeichnet, wurde ein positiver Fotolack, welcher sich aus einer Naphthochinon-Diazid-Verbindung und einem Novolakkresolharz, hergestellt von TOKYO OHKA KOGYO CO., LTD. unter dem Handelsnamen "OFPR-800", zusammensetzt, durch ein Schleuderbeschichtungsverfahren aufgebracht, um eine Trockenschichtstärke von 3 um vorzusehen. Das sich ergebende Produkt wurde mit Hilfe des Lichtes aus einer Quecksilber-Hochdrucklampe, welche eine vorgegebene lichtabschirmende Struktur bei 70 mJ/cm² aufweist, belichtet. Nach Entwicklung mit einer wäßrigen Lösung von 2,4 Gew.% aus Tetramethylammoniumhydroxid wurde der positive Fotolack auf dem belichteten Abschnitt selektiv entfernt, um die Oberfläche einer ITO-Schicht nach außen zu bringen. Nach Waschen mit Hilfe von Wasser und Trocknen wurde während einer Zeitdauer von 60 Sekunden eine Gleichspannung von 25 V bei 25ºC an die Hauptplatte 1 als Anode und ein Edelstahlbecherglas mit, anionischen Galvanisierungseigenschaften aufweisendem, geschwärztem Deckmaterial (Y-1) als Kathode angelegt, um eine galvanische Abscheidung durchzuführen. Die Hauptplatte 1 wurde aus dem Edelstahlbecherglas gehoben, mit Ionenaustauschwasser gewaschen und während einer Zeitdauer von fünf Minuten bei 70ºC getrocknet.
Nach Erwärmen bei 120ºC während einer Zeitdauer von 10 Minuten wurde die gesamte Oberfläche der Hauptplatte 1 sodann mit Hilfe des Lichtes der obenerwähnten Quecksilber-Hochdrucklampe bei 100 mJ/cm² belichtet. Die Hauptplatte 1 wurde unter Zuhilfenahme einer wäßrigen Lösung von 2,4 Gew.% aus Tetramethylammoniumhydroxid entwickelt. Es wurde festgestellt, daß keinerlei Veränderung bei der geschwärzten, galvanisch abgeschiedenen Schicht zu verzeichnen und der restliche, positive Fotolack komplett abgetragen war. Nach Waschen mit Wasser und Trocknen wurde die Hauptplatte 1 mit der eine hohe Genauigkeit aufweisenden, lichtabschirmenden Schicht, welche eine Schichtstärke von 2 um aufweist, hergestellt.
Der spezifische Oberflächenwiderstand der Deckschicht betrug bei Messung unter Anwendung eines Vierpolveffahrens und Verwendung eines, von der Firma MITSUBISHI PETROCHEMICAL CO.,LTD. unter dem Handelsnamen "LORESTA" hergestellten Oberflächenwiderstandsmeßgerätes 6 x 10&sup6; Ohm/ . Der spezifische Volumenwiderstand der Deckschicht betrug bei Messung unter Verwendung eines, von der Firma OTSUKA ELECTRONICS CO., LTD. hergestellten Impedanzanalysators 2 x 10&sup8; Ohm-cm. Die optische Dichte der Deckschicht betrug bei Messung mit Hilfe eines, von der Firma KONICA CO. unter dem Handelsnamen "KONICA DENSITOMETER PDA-65" hergestellten Densitometers 3,30.

Beispiel 2

Zur Ausbildung einer, eine hohe Genauigkeit aufweisenden, lichtabschirmenden Schicht wurde nach dem Herstellungsverfahren von Beispiel 1 vorgegangen, welchem eine Erwärmung bei 240ºC während einer Zeitdauer von 60 Minuten folgte, um eine Hauptplatte mit einer lichtabschirmenden Schicht bei einer Schichtstärke von 2,0 um herzustellen. Der spezifische Oberflächenwiderstand, der spezifische Volumenwiderstand und die optische Dichte der lichtabschirmenden Schicht betrugen jeweils 1 x 10² Ohm/ , 1 x 10&sup4; Ohm-cm und 3,30.

Beispiel 3

Es wurde nach der Herstellungsmethode von Beispiel 2 verfahren, mit der Ausnahme, daß die Erwärmung wahrend einer Zeitdauer von 10 Minuten bei 180ºC vorgenommen wurde, um eine Hauptplatte mit einer lichtabschirmenden Schicht bei einer Schichtstärke von 2,0 um herzustellen. Der spezifische Oberflächenwiderstand, der spezifische Volumenwiderstand und die optische Dichte der lichtabschirmenden Schicht betrugen jeweils 2 x 10³ Ohm/ , 1 x 10&sup4; Ohm-cm und 3,30.

Anwendungsbeispiel 1

Unter Verwendung einer in Beispiel 1 hergestellten Hauptplatte mit einer lichtabschirmenden Schicht, im folgenden als Hauptplatte 1 bezeichnet, wurde ein Farbfilter durch ein galvanisches Abscheidungsverfahren, wie weiter unten noch näher erläutert, vorgesehen.
Ein positiver Fotolack, hergestellt von TOKYO OHKA KOGYO CO., LTD. unter dem Handelsnamen "OFPR-800", wurde durch ein Schleuderbeschichtungsverfahren auf der Hauptplatte 1 aufgebracht, um einen trockenen Schichtaultrag von 3 um vorzusehen. Sodann wurden unter Verwendung einer Fotomaske mit einer mosaikförmigen Struktur, bei welcher die Belichtungsabschnitte vertikal und horizontal um 10 um größer als der Zwischenraum zwischen den lichtabschirmenden Schichten waren, die Belichtung und Entwicklung durchgeführt, um die belichteten Teile zu entfernen und dadurch die ITO-Schicht nach außen zu bringen. Im Anschluß daran wurde eine Gleichspannung von 25 V während eines Zeitraumes von 60 Sekunden bei 25ºC an die Hauptplaffe 1 als Anode und ein Edelstahlbecherglas mit, anionischen Galvanisierungseigenschafien aufweisendem, geschwärztem Decktnaterial (Y-2) als Kathode angelegt, um eine galvanische Abscheidung durchzufhhren. Die Hauptplatte 1 wurde aus dem Edelstahlbecherglas gehoben, mit Ionenaustauschwasser gewaschen und getrocknet. Danach wurde die sich ergebende Hauptplatte zehn Minuten lang bei 120ºC wärmebehandelt, um eine, einen roten Farbton aufweisende, mosaikförmige Schicht vorzusehen. Eine weitere mosaikförmige Schicht in Angrenzung an die auf diese Weise hergestellte, mosaikförmige Schicht wurde belichtet und entwickelt. Das einen grünen Farbton aufweisende Deckmaterial (Y-3) wurde galvanisch abgeschieden und auf die gleiche Weise wie das einen roten Farbton aufweisende Deckmaterial (Y-2) wärmebehandelt Der Vorgang wurde bei dem, einen blauen Farbton aufweisenden Material (Y4) zur Herstellung eines Farbfilters wiederholt. Bei den obenerwähnten galvanischen Abscheidungsverfahren trat das Phänomen der Überbeschichtung des gefärbten Deckmaterials auf der lichtabschirmenden Schicht nicht in Erscheinung. Bei der verwendeten Entwicklerflüssigkeit handelte es sich um eine wäßrige Flüssigkeit von 1 Gew.% einer, von der Firma KAO CO., LTD. unter dem Handelsnamen "PEREX NBL" hergestellten, oberflächenwirksamen Substanz. Zur vollständigen Härtung wurde der Farbfilter 30 Minuten lang bei 180ºC behandelt, um einen Farbfilter mit einer geschwärzten, lichtabschirmenden Schicht vorzusehen, welche eine hohe Genauigkeit und ausgezeichnete Transparenz, Gleichmäßigkeit und Ebenheit aufweist.

Anwendungsbeispiel 2

Unter Verwendung einer Hauptplatte 1 mit der durch Beispiel 1 hergestellten, lichtabschirmenden Schicht wurde ein Farbfilter gemäß dem Pigmentdispersionsverfahren, wie im folgenden näher erläutert, hergestellt.
Unter Verwendung eines Farbmosaiksystemes, hergestellt von der Firma FUJI HUNT ELECTRONICS TECHNOLOGY KK unter dem Handelsnamen "CR-2000", "CG-2000" und "CB-2000", wurden die rote, grüne und blaue Färbung in die Zwischenräume zwischen den lichtabschirmenden Schichten gemäß dem für diese Systeme vorgesehenen Verarbeitungsverfahren zur Herstellung eines Farbfilters mit einer ausgezeichneten Ebenheit gefüllt. Die zur Belichtung verwendete Fotomaske wies die gleichen Abmessungen gegenüber den Zwischenräumen zwischen den lichtabschirmenden Schichten auf

Anwendungsbeispiel 3

Unter Verwendung einer Hauptplatte mit einer, in Beispiel 2 vorgesehenen, lichtabschirmenden Schicht, im folgenden als Hauptplatte 2 bezeichnet, wurde eine TFT-Flüssigkristalldisplayanordnung zur Schwarzweißanzeige hergestellt. Es wurde eine Displayanordnung mit ausgezeichneten optischen Eigenschaften erhalten.

Bezugsbeispiel 1

Ein Farbfilter wurde unter Verwendung einer Hauptplatte 2 mit einer, in Beispiel 2 vorgesehenen, lichtabschirmenden Schicht auf die gleiche Weise wie bei Beispiel 3 hergestellt. Nach galvanischem Abscheiden der roten, grünen und blauen Färbung in den lichtabschirmenden Schichten konnte lediglich ein Farbfilter mit geringer Ebenheit erhalten werden.

Vergleichsbeispiel 1

Unter Verwendung der Hauptplatte 1 mit der durch Beispiel 1 hergestellten, lichtabschirmenden Schicht wurde eine TFT-Flüssigkristalldisplayanordnung zur Schwarzweißanzeige vorgesehen. Die auf diese Weise hergestellte Displayanordnung wies geringwertige optische Eigenschaften auf.

Beispiele 5 bis 7

Ein positiver Fotolack "OFPR-800" wurde mit Hilfe des Schleuderbeschichtungsverfahrens auf jedem, in Beispiel 1 (Hauptplatte 1) verwendeten "CORNING 7059" Glas aufgebracht, um eine Trockenfilmstärke von 3 um vorzusehen. Jede der Hauptplatten 1 wurde über eine Maske mit einer vorgegebenen, lichtabschirmenden Struktur mittels einer Quecksilber- Hochdrucklampe belichtet. Nach Entwicklung mit einer wäßrigen Lösung von 2,4 Gew.% Tetramethylammoniumhydroxid wurde der positive Fotolack an dem freigelegten Abschnitt selektiv entfernt, um die Oberfläche der ITO-Schicht dabei nach außen zu bringen. Sodann wurde eine Gleichspannung von 25 V bei 25ºC während einer Zeitdauer von 60 Sekunden an jede Hauptplatte 1 als Anode und jedes der Edelstahlbechergläser, welche jeweils die, anionische Galvanisierungseigenschafien aufweisenden, geschwärzten Deckmaterialien (Y-5, Y- 6 und Y-7) enthielten, als Kathode angelegt, um die galvanische Abscheidung durchzuführen. Jede Hauptplatte 1 wurde aus dem Edelstahlbecherglas gehoben, mit Ionenaustauschwasser gewaschen und während einer Zeitdauer von fünf Minuten bei 70ºC getrocknet.
Die gesamte Oberfläche jeder Hauptplatte 1 wurde sodann mit Hilfe der obenerwähnten Quecksilber-Hochdrucklampe bei 100mJ/cm² belichtet. Nach 10- minütiger Erwärmung bei 120ºC wurde jede Hauptplatte mit einer wäßrigen Lösung von 2,4 Gew.% Tetramethylammoniumhydroxid entwickelt. Es hat sich gezeigt, daß keinerlei Veränderungen bei den geschwärzten, galvanisch abgeschiedenen Schichten auftraten und der restliche, positive Fotolack komplett entfernt wurde. Nach Waschen mit Wasser und Trocknen wurde jede Hauptplatte mit einer, eine hohe Genauigkeit aufweisenden, lichtabschirmenden Schicht bei einer Schichtstärke von 2 um vorgesehen.
Nach Trocknung wurde jede Hauptplatte 60 Minuten lang bei 140ºC gehärtet, um ein Gegenelektrodensubstrat für ein Substrat einer TFT-Anordnng zur Schwarzweißanzeige vorzusehen. Der spezifische Oberflächenwiderstand, der spezifische Volumenwiderstand sowie die OD-Werte der auf diese Weise erhaltenen Deckschichten sind in Tabelle 4 dargestellt. Tabelle 4

Vergleichsbeispiei 2

In ähnlicher Weise wie bei dem Synthesebeispiel 1 wurde ein geschwärztes Deckmaterial (Y-8) zur galvanischen Abscheidung hergestellt, welches sich aus 750,0 g Acrylharz, 250,0 g Melaminharz, 61,8 g Triethylamin, 30,0 g Phthalocyaninblau, 50,0 g Phthalocyaningrün und 50,0 g rotem Azometallsalzpigment zusammensetzte. Unter Verwendung dieses Deckmaterials wurde ein Glassubstrat mit einer geschwärzten Deckschicht in einer Schichtstärke von 2 um in gleicher Weise wie bei Beispiel 1 hergestellt. Es wurden der spezifische Oberflächenwiderstand und der spezifische Volumenwiderstand der Deckschicht gemessen, welche jeweils 5 x 10¹&sup4; Ohm/ und 2 x 10¹³ Ohm-cm betrugen. Unter Verwendung dieser Glasplatte wurde in gleicher Weise wie bei Anwendungsbeispiel 1 ein Farbfilter hergestellt. Die optische Dichte der lichtabschirmenden Schicht dieses Farbfilters betrug 1,10. Der Farbfilter konnte bei dieser optischen Dichte praktisch nicht eingesetzt werden, da seine Charakteristiken, wie zum Beispiel der Kontrast, extrem geringwertig waren.

Vergleichsbeispiel 3

In gleicher Weise wie bei Synthesebeispiel 2 wurde ein geschwärztes Deckmaterial (Y-9) zur galvanischen Abscheidung hergestellt, welches sich aus 750,0 g Acrylharz, 250,0 g Melaminharz, 61,8 g Triethylamin und 1,000 g Nickel zusammensetzte. Unter Verwendung dieses Deckmaterials wurde ein Glassubstrat mit einer geschwärzten Deckschicht in einer Schichtstärke von 2 um in gleicher Weise wie bei Beispiel 1 hergestellt. Der spezifische Oberflächenwiderstand und der spezifische Volumenwiderstand der Deckschicht wurden gemessen und betrugen jeweils 50 Ohm/ und 40 Ohm-cm. Unter Verwendung dieses Glassubstrats wurde eine TFT- Flüssigkristalldisplayanordnung zur Schwarzweißanzeige hergestellt. Die Displayanordnung wies eine extrem geringe Genauigkeit vorsehende, lichtabschirmende Schicht aufgrund der schlechten Haftfähigkeit vor.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit einer lichtabschirmenden Schicht, wonach

(i) eine positive, fotoempfindliche Deckschicht auf einer, auf einem lichtdurchlässigen Substrat vorgesehenen, lichtdurchlässigen, elektrisch leitenden Schicht ausgebildet wird;

(ii) die positive, fotoempfindliche Deckschicht über eine Maske belichtet wird, welche ausschließlich an den Teilen lichtdurchlässige Eigenschaften aufweist, welche sich mit der lichtabschirmenden Schicht überdecken;

(iii) die belichteten Abschnitte der Deckschicht entfernt und herausgebildet werden, um die lichtdurchlässige, elektrisch leitende Schicht freizulegen und eine, einen dunklen Farbton aufweisende Beschichtung auf zumindest einem Teil der freigelegten, lichtdurchlässigen, elektrisch leitenden Schicht zur Ausbildung der lichtabschirmenden Schicht galvanisch aufzubringen; und

(iv) die lichtabschirmende Schicht erwärmt wird.

2. Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit einer lichtabschirmenden Schicht, wonach

(i) eine negative, fotoempfindliche Deckschicht auf einer, auf einem lichtdurchlässigen Substrat vorgesehenen, lichtdurchlässigen, elektrisch leitenden Schicht ausgebildet wird;

(ii) die negative, fotoempfindliche Deckschicht über eine Maske belichtet wird, welche ausschließlich an den Teilen lichtdurchlässige Eigenschaften aufweist, bei welchen es sich um andere als die sich mit der lichtabschirmenden Schicht überdeckenden handelt;

(iii) die unbelichteten Abschnitte der Deckschicht entfernt und entwickelt werden, um die lichtdurchlässige, elektrisch leitende Schicht freizulegen und eine, einen dunklen Farbton aufweisende Beschichtung zumindest auf der freigelegten, lichtdurchlässigen, elektrisch leitenden Schicht zur Ausbildung der lichtabschirmenden Schicht galvanisch aufzubringen; und

iv) die lichtabschirmende Schicht erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die lichtabschirmende Schicht bei einer Temperatur, welche nicht höher als 150ºC ist, 0,5 Minuten bis eine Stunde lang erwärmt wird, um ein Substrat vorzusehen, welches einen spezifischen Volumenwiderstand von 1 x 10&sup6; bis 1 x 10¹² Ohm-cm und einen spezifischen Oberflächenwiderstand von 1 x 10&sup4; bis 1 x 10¹&sup4; Ohm/cm² aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die lichtabschirmende Schicht bei einer Temperatur, welche nicht höher als 180ºC ist, 2 Minuten bis 120 Minuten lang erwärmt wird, um ein Substrat für einen Farbfilter vorzusehen, welcher einen spezifisichen Volumenwiderstand von 1 x 10&sup6; Ohm-cm oder höher aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die lichtabschirmende Schicht bei einer Temperatur von 130 bis 350ºC 5 Minuten bis drei Stunden lang erwärmt wird, um ein Gegeneleklrodensubstrat für ein Substrat einer ThT-Transistoranordnung für ein Schwarzweißdisplay mit einem spezifischen Volumenwiderstand von 1 x 10² bis 1 x 10¹² Ohm-cm vorzusehen.

6. Verwendung eines Substrats mit einer lichtabschirmenden Schicht, welches als Gegenelektrodensubstrat für ein Substrat einer TFT-Anordnung für ein Schwarzweißdisplay einen spezifischen Volumenwiderstand von 1 x 10² bis 1 x 10&sup6; Ohm-cm aufweist.

7. Verwendung eines Substrats mit einer lichtabschirmenden Schicht, welches als Substrat für einen Farbfilter für ein Flüssigkristalldisplay einen spezifischen Volumenwiderstand von 1 x 10&sup6; bis 1 x 10¹² Ohm-cm aufweist.

8. Verwendung eines Substrats nach Anspruch 6, bei welchem die lichtabschirmende Schicht des Gegenelelttrodensubstrats einen spezifischen Oberflächenwiderstand von 1 x 10 bis 1 x 10 Ohm/cm² aufweist.

9. Verwendung des Substrats nach Anspruch 7, bei welchem die lichtabschirmende Schicht einen spezifischen Oberflächenwiderstand von 1 x 10&sup4; bis 1 x 10¹&sup4; Ohm/cm² aufweist.