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Diese
Anmeldung beansprucht den Nutzen der koreanischen Patentanmeldungen
Nr. P2004-92132 und P2004-92133, die beide am 11. November 2004
eingereicht wurden und die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit
eingeschlossen werden.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Flüssigkristalldisplay,
und spezieller betrifft sie eine Dünnfilm-Strukturiervorrichtung
und ein Verfahren zum Herstellen eines Farbfilter-Arraysubstrats
unter Verwendung derselben. Obwohl die Erfindung für einen
großen
Umfang von Anwendungen geeignet ist, ist sie für eine Dünnfilm-Strukturiervorrichtung
besonders geeignet, die einen Strukturierprozess ohne Anwendung
eines Fotolithografieprozesses ausführen kann.
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Beschreibung
der einschlägigen
Technik
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Im
Allgemeinen steuert ein Flüssigkristalldisplay
(LCD) die Lichttransmission eines Flüssigkristalls unter Verwendung
eines elektrischen Felds, um dadurch ein Bild anzuzeigen. Das Flüssigkristalldisplay
verfügt über eine
Flüssigkristalldisplay-Tafel,
in der Flüssigkristallzellen
in Matrixform angeordnet sind, und eine Treiberschaltung zum Ansteuern
der Flüssigkristalldisplay-Tafel.
In der Flüssigkristalldisplay-Tafel
sind eine Referenzelektrode, wie eine gemeinsame Elektrode, und
Pixelelektroden zum Anlegen eines elektrischen Felds an jede der
Flüssigkristallzellen
vorhanden. Im Allgemeinen sind die Pixelelektroden auf einem unteren
Substrat in einzelnen Flüssigkristallzellen
ausgebildet, und die gemeinsame Elektrode liegt einstückig vor,
wobei sie über
der gesamten Fläche
des oberen Substrats ausgebildet ist. Die Pixelelektroden sind mit
Dünnschichttransistoren TFT
verbunden, die als Schaltbauteile verwendet werden. Die Pixelelektroden
steuern gemeinsam mit der gemeinsamen Elektrode den Flüssigkristall entsprechend
einem über
den TFT zugeführten
Datensignal an.
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Die 1 ist eine vergrößerte perspektivische
Ansicht einer einschlägigen
Flüssigkristalldisplay-Tafel.
Gemäß der 1 verfügt die einschlägige Flüssigkristalldisplay-Tafel über ein
Farbfilter-Arraysubstrat 10 und ein Dünnschichttransistor-Arraysubstrat 20,
die miteinander verbunden sind. Zwischen dem Farbfilter-Arraysubstrat 10 und
dem Dünnschichttransistor-Arraysubstrat 20 befinden
sich Flüssigkristallmoleküle 8.
Die Flüssigkristallmoleküle 8 drehen
sich in Reaktion auf das an sie angelegte Datensignal, um dadurch
die Menge des durch das Dünnschichttransistor-Arraysubstrat 20 gestrahlten Lichts
zu steuern.
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Das
Farbfilter-Arraysubstrat 10 verfügt über ein Farbfilter 4,
eine Schwarzmatrix 2 und eine gemeinsame Elektrode 6,
die auf der Rückseite
des oberen Substrats 1 ausgebildet sind. Das Farbfilter 4 verfügt über Farbfilter
für Rot
(R), Grün
(G) und Blau (B), um eine Vollfarbenanzeige zu ermöglichen.
Die Schwarzmatrix 2 ist zwischen benachbarten Farbfiltern 4 ausgebildet,
um das Licht von den benachbarten Zellen zu absorbieren, um dadurch
eine Beeinträchtigung
des Kontrasts zu verhindern.
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Das
Dünnschichttransistor-Arraysubstrat 20 verfügt über eine
Datenleitung 18 und eine Gateleitung 12, die einander
schneidend ausgebildet sind. Auf der Gateleitung 12 und
der gesamten Fläche
eines unteren Substrats 21 ist ein Gateisolierfilm (nicht dargestellt)
ausgebildet. Ein TFT 16 ist benachbart zur Stelle ausgebildet,
an der die Datenleitung 18 und die Gateleitung 12 einander
schneiden. Der TFT 16 verfügt über eine mit der Gateleitung 12 verbundene Gate elektrode,
eine mit der Datenleitung 18 verbundene Sourceelektrode,
eine mit der Pixelelektrode 14 verbundene Drainelektrode
und eine aktive Schicht mit einem Kanalteil. Die aktive Schicht
steht durch ohmsche Kontaktschichten mit der Source- und der Drainelektrode
in Kontakt. Der TFT 16 liefert auf ein Torsignal von der
Gateleitung 12 selektiv ein Datensignal von der Datenleitung 18 an
die Pixelelektrode 14.
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Die
Pixelelektrode 14 befindet sich in einem Zellengebiet,
das durch die Datenleitung 18 und die Gateleitung 12 definiert
ist, und sie besteht aus einem transparenten, leitenden Material
mit hoher Lichttransmission. Zwischen der Pixelelektrode 14 und
der gemeinsamen Elektrode 6 wird durch ein über die
Drainelektrode zugeführtes
Datensignal eine Potenzialdifferenz erzeugt. Die Potenzialdifferenz
sorgt dafür,
dass sich Flüssigkristallmoleküle 8, die
sich zwischen dem unteren Substrat 21 und dem oberen Substrat 1 befinden,
durch die elektrische Anisotropie drehen. Demgemäß wird das von einer Lichtquelle
an die Pixelelektrode 14 gelieferte Licht durch das Flüssigkristallmolekül 8 zum
oberen Substrat 1 durchgelassen.
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Jedes
Pixel der in der 1 dargestellten Flüssigkristalldisplay-Tafel
verfügt über ein
Unterpixel zum Realisieren von Rot (R), ein Unterpixel zum Realisieren
von Grün(G)
und ein Unterpixel zum Realisieren von Blau (B). Im Fall eines aus
Unterpixeln für
R, G, B bestehenden Pixels werden nur ungefähr 27%–33% des von einer Hinterleuchtung emittierten
Lichts durch das Farbfilter 4 durchgelassen. Um dieses
Problem zu lösen,
wurde ein Farbfilter-Arraysubstrat mit anderer Unterpixelanordnung für die Flüssigkristalldisplay-Tafel
vorgeschlagen.
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Die 2 ist ein Schnittdiagramm
des einschlägigen
Farb filter-Arraysubstrats mit einem weißen Farbfilter. Das in der 2 dargestellte Farbfilter-Arraysubstrat
der Flüssigkristalldisplay-Tafel
verfügt über Unterpixel 4R, 4G, 4W und 4B für Rot (R), Grün (G), Blau
(B) und Weiß (W).
Bei einer Flüssigkristalldisplay-Tafel
mit dem Unterpixel W beträgt
die Menge des durch das Farbfilter 4 gestrahlten Lichts mehr
als 85% des von einer Hinterleuchtung emittierten Lichts. Demgemäß ist der
Mittelwert des von jedem aus den Unterpixeln R, G, B, W bestehenden
Pixel emittierten Lichts relativ hoch, wodurch die Helligkeit verbessert
ist.
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Die 3A bis 3S sind
Schnittansichten zum Veranschaulichen eines Herstellverfahren für das in der 2 dargestellte Farbfilter-Arraysubstrat
einer Flüssigkristalldisplay-Tafel
gemäß der einschlägigen Technik.
Als Erstes wird, wie es in der 3A dargestellt
ist, durch Sputtern, Schleuderbeschichten oder schleuderloses Beschichten
eine undurchsichtige Schicht 54 auf dem oberen Substrat 1 hergestellt.
Die undurchsichtige Schicht 54 besteht aus einem undurchsichtigen
Harz oder einem undurchsichtigen Metall, wie Chrom (Cr). Anschließend wird
auf der undurchsichtigen Schicht 54 durch einen Fotolithografieprozess
unter Verwendung einer Maske 50, die ein Belichtungsgebiet
S1 und ein Abschirmungsgebiet S2 definiert, ein Fotoresistmuster 52 hergestellt. Die
undurchsichtige Schicht 54 wird unter Verwendung des Fotoresistmusters 52 durch
einen Ätzprozess
strukturiert, um dadurch auf dem oberen Substrat 1 eine
Schwarzmatrix 2 auszubilden, wie es in der 3B dargestellt ist.
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Auf
der gesamten Oberfläche
des oberen Substrats 1, auf der die Schwarzmatrix 2 ausgebildet ist,
wird ein rotes Harz 58 ausgebreitet, wie es in der 3C dargestellt ist. Anschließend wird
das rote Harz 58 durch einen Fotolithografieprozess unter Verwendung
einer zweiten Maske 56, die das Belichtungsgebiet S1 und
das Abschirmungsgebiet S2 definiert, strukturiert, um dadurch ein
rotes Farbfilter 4R auszubilden, wie es in der 3D dargestellt ist.
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Auf
der gesamten Oberfläche
des oberen Substrats 1, auf der das rote Farbfilter 4R ausgebildet ist,
wird ein grünes
Harz 60 ausgebreitet, wie es in der 3E dargestellt ist. Anschließend wird
das grüne
Harz 60 durch einen Fotolithografieprozess unter Verwendung
einer dritten Maske 62, die das Belichtungsgebiet S1 und
das Abschirmungsgebiet S2 definiert, strukturiert, um dadurch ein
grünes Farbfilter 4G auszubilden,
wie es in der 3F dargestellt
ist.
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Auf
der gesamten Oberfläche
des oberen Substrats 1, auf der das blaue Farbfilter 4B ausgebildet
ist, wird ein weißes
Harz 68 ausgebreitet, wie es in der 3I dargestellt ist. Das weiße Harz
ist ein organisches Isoliermaterial, das ein Acrylharz enthält. Anschließend wird
das weiße
Harz 68 durch einen Fotolithografieprozess unter Verwendung
einer fünften
Maske 70, die das Belichtungsgebiet S1 und das Abschirmungsgebiet
S2 definiert, strukturiert, um dadurch ein weißes Farbfilter 4W auszubilden,
wie es in der 3J dargestellt
ist.
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Auf
der gesamten Oberfläche
des oberen Substrats 1, auf der das rote Farbfilter 4R ausgebildet ist,
wird ein grünes
Harz 60 ausgebreitet, wie es in der 3E dargestellt ist. Anschließend wird
das grüne
Harz 60 durch einen Fotolithografieprozess unter Verwendung
einer dritten Maske 62, die das Belichtungsgebiet S1 und
das Abschirmungsgebiet S2 definiert, strukturiert, um dadurch ein
grünes Farbfilter 4G auszubilden,
wie es in der 3F dargestellt
ist.
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Auf
dem oberen Substrat 1, auf dem das weiße Farbfilter 4W ausgebildet
ist, wird ein organisches Isoliermaterial ausge breitet, um dadurch
eine Überzugsschicht 22 auszubilden,
wie es in der 3K dargestellt
ist. Dann wird auf der gesamten Oberfläche der Überzugsschicht 22 auf
dem oberen Substrat 1 ein organisches Material 76 ausgebreitet.
Anschließend
wird das Fotoresistmuster 74 durch Fotolithografie unter
Verwendung einer sechsten Maske 72, die das Belichtungsgebiet
S1 und das Abschirmungsgebiet S2 definiert, ausgebildet. Das organische
Material 76 wird durch das Fotoresistmuster 74 strukturiert,
um dadurch einen Abstandshalter 24 auszubilden, wie es
in der 3L dargestellt
ist.
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Zum
Herstellen des in der 2 dargestellten
Farbfilter-Arraysubstrats
ist ein Prozess mit sechs Masken erforderlich. In diesem Fall sind
die Kosten hoch, da der Herstellprozess kompliziert ist. So besteht
Bedarf zum Senken der Herstellkosten zum Vereinrachen des Herstellprozesses.
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Die 4 ist eine vergrößerte perspektivische
Ansicht, die eine Flüssigkristalldisplay-Tafel
mit Vertikalausrichtung gemäß einer
einschlägigen
Technik zeigt. Das in der 4 dargestellte
Flüssigkristalldisplay
kann dadurch eine Mehrfachdomäne
realisieren, dass unter Verwendung einer Rippe 34 dafür gesorgt
wird, dass der Flüssigkristall
mehrere Anordnungsrichtungen einnimmt. Das heißt, dass bei der in der 4 dargestellten Flüssigkristalldisplay-Tafel vom
Typ mit Vertikalausrichtung das an den Flüssigkristall angelegte elektrische
Feld durch die Rippe 34 so verformt wird, dass der Flüssigkristall
in symmetrischen Richtungen angeordnet ist, die zur Rippe 34 zentriert
sind, wodurch der Betrachtungswinkel vergrößert ist.
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Die 5A bis 5E sind Schnittansichten für ein Herstellverfahren
für das
in der 4 dargestellte Farbfilter-Arraysubstrat.
Gemäß der 5A wird auf dem oberen Substrat 1 die
Schwarzmatrix 2 hergestellt. Nachdem das undurchsich tige
Harz oder das undurchsichtige Metall auf dem oberen Substrat 1 ausgebreitet
wurde, wird die Schwarzmatrix 2 durch Strukturieren desselben
durch einen Fotolithografieprozess unter Verwendung einer Maske
und eines Ätzprozesses
ausgebildet. Das undurchsichtige Harz kann z.B. Ruß sein,
und das undurchsichtige Material kann z.B. Chrom (Cr) oder Chromoxid (CrOOx)/Cr/CrOx,
CrOx/Cr/CrSix) sein.
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Gemäß der 5B wird das Farbfilter 4 auf dem
oberen Substrat 1 hergestellt, auf dem die Schwarzmatrix 2 ausgebildet
ist. Nachdem jedes von roten, grünen
und blauen Farbharzen auf der gesamten Oberfläche des oberen Substrats 1,
auf der die Schwarzmatrix 2 ausgebildet ist, ausgebreitet
wurde, wird das Farbfilter dadurch hergestellt, dass jedes derselben
durch einen Fotolithografieprozess unter Verwendung einer Maske
strukturiert wird.
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Gemäß der 5C wird auf dem oberen Substrat 1,
auf dem das Farbfilter 4 ausgebildet ist, eine Überzugsschicht 22 hergestellt.
Die Überzugsschicht 22 wird
dadurch hergestellt, dass eine transparente, isolierende Schicht,
wie Acrylharz oder Epoxidharz, auf der gesamten Oberfläche des
oberen Substrats 1, auf der das Farbfilter 4 ausgebildet
ist, ausgebreitet wird.
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Gemäß der 4D wird auf dem oberen Substrat 1,
auf dem die Überzugsschicht 22 hergestellt
ist, eine gemeinsame Elektrode 6 hergestellt. Diese gemeinsame
Elektrode 6 wird dadurch hergestellt, dass ein transparenter,
leitender Film, wie ITO oder IZO, auf der gesamten Oberfläche des
oberen Substrat 1, auf der die Überzugsschicht ausgebildet ist,
abgeschieden wird.
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Gemäß der 3E wird auf dem oberen Substrat 1,
auf dem die gemeinsame Elektrode 6 ausgebildet ist, eine
Rippe 34 ausgebildet. Nachdem ein Polymerharz, wie Acrylharz
oder Epoxidharz, auf der gesamten Oberfläche des oberen Substrats 1, auf
der die gemeinsame Elektrode 1 ausgebildet ist, ausgebreitet
wurde, wird die Rippe 34 aus Polymerharz durch Strukturieren
mittels eines Fotolithografieprozesses ausgebildet.
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Beim
Herstellverfahren für
die Flüssigkristalldisplay-Tafel
vom Typ mit Vertikalausrichtung gemäß der einschlägigen Technik
werden mehrere Muster durch Fotolithografieprozesse hergestellt.
Ein Fotolithografieprozess ist eine Reihe von Fotoprozessen einschließlich der
Schritte des Ausbreitens eines Fotoresists, des Ausrichtens von
Masken, des Belichtens und des Entwickelns. Beim Fotolithografieprozess
bestehen Probleme dahingehend, dass er viel Zeit benötigt, dass
eine Entwicklungslösung
zum Entwickeln des Fotoresists und zu viel an Fotoresistmuster vergeudet
werden, und dass eine teure Belichtungsanlage erforderlich ist.
Ferner werden der Prozess zum Herstellen der Rippe 34 und
derjenige zum Herstellen der Überzugsschicht 22 separat
ausgeführt,
so dass ein Problem dahingehend besteht, dass die Herstellprozesszeit
und die Kosten erhöht sind.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Demgemäß ist die
Erfindung auf ein Herstellverfahren für ein Farbfilter-Arraysubstrat
gerichtet, das eine oder mehrere der Probleme auf Grund von Einschränkungen
und Nachteilen in der einschlägigen
Technik im Wesentlichen vermeidet.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Herstellverfahren für ein Farbfilter-Arraysubstrat
zu schaffen, das den Herstellprozess vereinfacht.
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Es
ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Herstellver fahren für ein Farbfilter-Arraysubstrat mit
einer Überzugsschicht
mit glatter Oberfläche
zu schaffen.
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Eine
andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dünnfilm-Strukturiervorrichtung, die einen Strukturierprozess
ohne Verwendung eines Fotolithografieprozesses ausführen kann,
und ein Herstellverfahren für
ein Farbfilter-Arraysubstrat unter Verwendung derselben zu schaffen.
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Zusätzliche
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung
dargelegt, und sie werden teilweise aus der Beschreibung ersichtlich
oder ergeben sich beim Ausüben
der Erfindung. Die Ziele und andere Vorteile der Erfindung werden
durch die Struktur realisiert und erreicht, wie sie speziell in
der schriftlichen Beschreibung und den zugehörigen Ansprüchen sowie den beigefügten Zeichnungen
dargelegt ist.
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Um
diese und andere Vorteile zu erzielen, und gemäß dem Zweck der Erfindung,
wie sie realisiert wurden und umfassend beschrieben wird, verfügt ein Herstellverfahren
für ein
Farbfilter-Arraysubstrat über
die folgenden Schritte: Herstellen einer Schwarzmatrix auf einem
Substrat; Herstellen roter, grüner
und blauer Farbfilter auf dem Substrat, auf dem die Schwarzmatrix
hergestellt ist; Herstellen einer Überzugsschicht mit einem weißen Farbfilter
auf dem Substrat, auf dem die roten, grünen und blauen Farbfilter hergestellt
sind; Ausrichten einer weichen Flachtafelform zur Überzugsschicht
und Glätten
der Überzugsschicht
unter Verwendung der weichen Flachtafelform.
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Gemäß einer
anderen Erscheinungsform verfügt
ein Herstellverfahren für
ein Farbfilter-Arraysubstrat über
die folgenden Schritte: Herstellen einer Schwarzmatrix auf einem
Substrat; Herstellen roter, grüner
und blauer Farbfilter auf dem Substrat, auf dem die Schwarzmatrix
hergestellt ist; Auftragen eines transparenten Substrats auf das
Substrat, auf dem die roten, grünen
und blauen Farbfilter hergestellt sind; Ausrichten einer weichen
Form mit einer Vertiefung und einem Vorsprung zu einem oberen Teil
des Substrats, auf dem das transparente Harz ausgebildet ist; und
gleichzeitiges Herstellen mindestens zweier der folgenden Elemente
unter Verwendung der weichen Form: eines weißen Farbfilters, einer Überzugsschicht
und eines Abstandshalters.
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Gemäß einer
anderen Erscheinungsform verfügt
ein Herstellverfahren für
ein Farbfilter-Arraysubstrat über
die folgenden Schritte: Herstellen einer Pixelgebiete definierenden
Schwarzmatrix auf einem Substrat; Herstellen eines Farbfilters in
den Pixelgebieten; Auftragen eines transparenten Harzes auf das
Substrat dort, wo das Farbfilter ausgebildet ist; Ausrichten einer
weichen Form mit einer Vertiefung und einem Vorsprung zu einem oberen
Teil des Substrats, wo das transparente Harz ausgebildet ist; und Herstellen
einer Überzugsschicht
durch Formen des transparenten Harzes mit der weichen Form, und gleichzeitiges
Herstellen einer Rippe für
jedes Pixelgebiet, damit eine Anordnungsrichtung eines Flüssigkristalls
so eingestellt wird, dass mehrere Richtungen vorliegen.
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Gemäß einer
anderen Erscheinungsform verfügt
eine Dünnfilm-Strukturiervorrichtung
zum Herstellen eines Farbfilter-Arraysubstrats mit einer Schwarzmatrix
zum Verhindern des Ausleckens von Licht, einem Farbfilter zum Realisieren
von Farbe, einer Überzugsschicht
zum Kompensieren einer Stufendifferenz durch das Farbfilter sowie
einer Rippe, die gleichzeitig aus demselben Material wie die Überzugsschicht
hergestellt wird, um eine Anordnungsrichtung eines Flüssigkristalls
einzustellen, über
eine weiche Form mit einem vorstehenden Teil, der in einem der Überzugsschicht
entsprechenden Gebiet ausgebildet ist, und einer Vertiefung, die
in einem der von der Überzugsschicht
vorstehenden Rippe entsprechenden Gebiet ausgebildet ist.
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Es
ist zu beachten, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung
als auch die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und
erläuternd
sind und dazu vorgesehen sind, für
eine weitere Erläuterung
der beanspruchten Erfindung zu sorgen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Diese
und andere Aufgaben der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
der Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich
werden.
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1 ist
eine vergrößerte, perspektivische Ansicht
einer Flüssigkristalldisplay-Tafel
gemäß einer einschlägigen Technik.
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2 ist
eine Schnittansicht eines Farbfilter-Arraysubstrats mit einem weißen Farbfilter
gemäß einer
einschlägigen
Technik.
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3A bis 3L sind
Schnittansichten zum Veranschaulichen eines Herstellverfahrens für das in
der 2 dargestellte Farbfilter-Arraysubstrat gemäß einer
einschlägigen
Technik.
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4 ist
eine vergrößerte, perspektivische Ansicht,
die eine Flüssigkristalldisplay-Tafel
vom Typ mit Vertikalausrichtung gemäß einer einschlägigen Technik
zeigt.
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5A bis 5E sind
Schnittansichten zu einem Herstellverfahren für die in der 1 dargestellte
Flüssigkristall display-Tafel
vom Typ mit Vertikalausrichtung.
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6 ist
eine Draufsicht eines Farbfilter-Arraysubstrats einer Flüssigkristalldisplay-Tafel
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung.
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7 ist
eine Schnittansicht des in der 6 dargestellten
Farbfilter-Arraysubstrats.
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8A bis 8M sind
Schnittansichten zum Veranschaulichen eines Herstellverfahrens für das in
der 7 dargestellte Farbfilter-Arraysubstrat.
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9 ist
eine Schnittansicht zu einem Farbfilter-Arraysubstrat gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
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10A bis 10D sind
Schnittansichten zu einem Herstellverfahren für das in der 9 dargestellte
Farbfilter-Arraysubstrat.
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11 ist
eine Schnittansicht eines Farbfilter-Arraysubstrats gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung.
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12A bis 12D sind
Schnittansichten zu einem Herstellverfahren für das in der 11 dargestellte
Farbfilter-Arraysubstrat.
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13 ist
eine Schnittansicht eines Farbfilter-Arraysubstrats gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung.
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14A bis 14F sind
Schnittansichten zu einem Herstellverfahren für das in der 13 dargestellte
Farbfilter-Arraysubstrat.
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15 ist
eine Draufsicht zu einer Flüssigkristalldisplay- Tafel vom Typ mit
Vertikalausrichtung gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der Erfindung;
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16 ist
eine Schnittansicht zum Flüssigkristalldisplay-Tafel vom Typ mit
Vertikalausrichtung entlang einer Linie I-I' in
der 15; und
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17A bis 17E sind
Schnittansichten zu einem Herstellverfahren für die in der 16 dargestellte
Flüssigkristalldisplay-Tafel
vom Typ mit Vertikalausrichtung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun
wird detailiert auf die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
Bezug genommen, zu denen in den beigefügten Zeichnungen Beispiele veranschaulicht
sind. Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
unter Bezugnahme auf die 6 bis 17E detailliert
beschrieben.
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Die 6 und 7 sind
eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht, die ein Farbfilter-Arraysubstrat
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigen. Gemäß den 6 und 7 verfügt ein Farbfilter-Arraysubstrat
gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung über
eine auf einem oberen Substrat 101 hergestellte Schwarzmatrix 102;
rote, grüne
und blaue Farbfilter 104R, 104G und 104B; eine Überzugsschicht 122 mit
einem weißen
Farbfilter 104W; und einen auf der Überzugsschicht 122 hergestellten
Abstandshalter 124.
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Die
Schwarzmatrix 102 ist in Matrixform auf dem oberen Substrat 101 hergestellt,
um eine Vielzahl von Zellengebieten zu definieren, in denen die Farbfilter 104 hergestellt
werden, wobei sie dazu dient, Wechselwirkungen von Licht zwischen
benachbarten Zellen zu verhindern. Die Schwarzmatrix 102 wird
so ausgebildet, dass sie mit Gebieten eines Dünn schichttransistor-Arraysubstrat,
mit Ausnahme einer Pixelelektrode, überlappt. Zum Beispiel überlappt
die Schwarzmatrix 102 mit den Gateleitungen, den Datenleitungen
und den Dünnschichttransistoren
des Dünnschichttransistor-Arraysubstrats.
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Das
Farbfilter 104 wird in durch die Schwarzmatrix 102 gebildeten
Zellengebieten hergestellt. Das Farbfilter 104 verfügt über ein
rotes Farbfilter 104R, ein grünes Farbfilter 104G,
ein blaues Farbfilter 104B und ein weißes Farbfilter 104W,
um die Farben R, G, B und W zu realisieren.
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Die Überzugsschicht 122 wird
so hergestellt, dass sie das weiße Farbfilter 104W enthält. Anders gesagt,
wird die Überzugsschicht 122 aus
demselben Material wie das weiße
Farbfilter 104W und mit derselben Höhe wie dieses hergestellt.
Auf der Schwarzmatrix 102 wird ein Abstandshalter 124 hergestellt,
um einen Zwischenraum zwischen dem Farbfilter-Arraysubstrat und
dem Dünnschichttransistor-Arraysubstrat
aufrechtzuerhalten.
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Die 8A bis 8M sind
Schnittansichten zu einem Herstellverfahren für das in der 7 dargestellte
Farbfilter-Arraysubstrat. Als Erstes wird auf der gesamten Oberfläche des
oberen Substrats 1 ein undurchsichtiges Harz oder ein undurchsichtiges Metall,
wie Chrom (Cr), ausgebreitet, um dadurch eine undurchsichtige Schicht 154 herzustellen,
wie es in der 8A dargestellt ist. Auf der
undurchsichtigen Schicht 154 wird durch einen Ausbreitprozess, wie
einen Düsensprühvorgang,
schleuderloses Beschichten oder Schleuderbeschichten, eine erste Ätzresistlösung 156 ausgebildet.
Hierbei ist die Ätzresistlösung 156 ein
Material mit Wärmebeständigkeit
und chemischer Beständigkeit,
wie ein Novolacharz, das mit ungefähr 5–30 Gew.% einer Ethanollösung zugesetzt
ist.
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Anschließend wird
eine erste weiche Form 150 mit einer Vertiefung 152a und
einem vorstehenden Teil 152b zu einem oberen Teil der Ätzresistlösung 156 ausgerichtet.
Die Vertiefung 152a der ersten weichen Form entspricht
einem Gebiet, in dem die Schwarzmatrix auszubilden ist. Die erste
weiche Form 150 besteht aus einem Kautschukmaterial hoher
Elastizität,
wie Polydimethylsiloxan (PDMS), Polyurethan oder vernetztem Novolacharz.
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Die
erste weiche Form 150 wird mit ungefähr ihrem Eigengewicht für eine spezifizierte
Periode, wie ungefähr
10 Minuten bis 2 Stunden, in die Ätzresistlösung 156 gedrückt, um
dafür zu
sorgen, dass die Oberfläche
des vorstehenden Teils 152b derselben mit der undurchsichtigen
Schicht 154 in Kontakt gelangt. Dabei kann das Substrat 101 mit
einer Temperatur von ungefähr
130°C getempert
werden, oder Ultraviolettstrahlung kann auf die Ätzresistlösung 156 gestrahlt
werden, um eine Weichhärtung
der Ätzresistlösung 156 auszuführen. Die Ätzresistlösung 156 bewegt
sich durch einen Kapillareffekt, wie er durch einen Druck zwischen
der ersten weichen Form 150 und dem Substrat 101 erzeugt
wird, und eine Abstoßungskraft
zwischen der ersten weichen Form und der Ätzresistlösung 156 in die Vertiefung 152a der ersten
weichen Form. Im Ergebnis wird, wie es in der 8B dargestellt
ist, ein erstes Ätzresistmuster 148 erzeugt,
das einer Musterform entspricht, die einer Umkehrübertragung
von der Vertiefung 152a der ersten weichen Form entspricht.
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Nachdem
die erste weiche Form 150 vom Substrat 101 getrennt
wurde, wird die undurchsichtige Schicht 154 durch einen Ätzprozess
unter Verwendung des ersten Ätzresistmusters
als Maske strukturiert, um dadurch die Schwarzmatrix 102 auszubilden,
wie es in der 8C dargestellt ist. Anschließend wird
jegliches verbliebenes Ätzresistmuster 148 auf
der Schwarzmatrix 102 durch einen Abhebeprozess unter Verwendung
z.B. eines umweltfreundlichen Alkoholsystems entfernt.
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Auf
der gesamten Oberfläche
des oberen Substrats 101, auf der die Schwarzmatrix 102 ausgebildet
ist, wird ein rotes Harz 158 ausgebreitet, wie es in der 8D dargestellt
ist. Das rote Harz 158 verfügt über ein hoch hydrophiles Polymer.
Dieses hochhydrophile Polymer ist ein Flüssig-Vorpolymer, ein verflüssigtes
Polymer oder ein Material, in dem ein hydrophiles Radikal innerhalb
einer Polymerkette des Acrylsystems oder des Epoxidsystems, mit
hohem Transmissionsvermögen,
ersetzt ist.
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Anschließend wird
eine zweite weiche Form 160 mit einer Vertiefung 162a und
einem vorstehenden Teil 162b zum oberen Teil des roten
Harzes 158 ausgerichtet. Die Vertiefung 162a der
zweiten weichen Form entspricht einem Gebiet, in dem das rote Farbfilter
herzustellen ist. Die zweite weiche Form 160 besteht aus
einem hydrophoben Kautschukmaterial mit hoher Elastizität, um eine
Verunreinigung des roten Harzes 158 zu vermeiden. Die zweite
weiche Form 160 besteht aus Polydimethylsiloxan (PDMS),
Polyurethan oder einem vernetzten Novolacharz.
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Die
zweite weiche Form 160 wird ungefähr mit ihrem Eigengewicht für eine spezifizierte
Periode, wie ungefähr
10 Minuten bis 2 Stunden, in das rote Harz 158 gedrückt, um
dafür zu
sorgen, dass die Oberfläche
des vorstehenden Teils 162b der zweiten weichen Form 160 mit
dem Substrat 101 und/oder der Schwarzmatrix 102 in
Konakt gelangt. Dabei kann das Substrat 101 bei einer Temperatur
von ungefähr
130°C getempert
werden, oder Ultraviolettstrahlung kann auf das rote Harz 158 gestrahlt
werden, um ein Weichhärten
desselben auszuführen. Die
UV-Intensität
entspricht einem Fotostarter und/oder einem Basismaterial, die im
roten Harz 158 enthalten sind.
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Zum
Beispiel beträgt
die UV-Intensität
ungefähr
2000–2500
mJ/cm2, wenn ein im roten Harz 258 enthaltendes
Basismaterial Epoxid ist und sie beträgt ungefähr 500–1000 mJ/cm2,
wenn ein Basismaterial Acryl ist. Das rote Harz 158 bewegt
sich durch eine Kapillarkraft, die durch einen Druck zwischen der zweiten
weichen Form 160 und dem Substrat 101 erzeugt
wird, sowie eine Abstoßungskraft
zwischen der zweiten weichen Form 160 und dem roten Harz 158 in
die Vertiefung 162a der zweiten weichen Form. Im Ergebnis
wird, wie es in der 8E dargestellt ist, das rote
Farbfilter 104R mit einer Musterform, die einer Umkehrübertragung
aus der Vertiefung 162a der zweiten weichen Form entspricht,
ausgebildet.
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Auf
der gesamten Oberfläche
des oberen Substrats 101, auf der das rote Farbfilter 104 ausgebildet
ist, wird ein grünes
Harz 164 ausgebreitet, wie es in der 8F dargestellt
ist. Das grüne
Harz 164 enthält
das vorstehend genannte hydrophile Polymer. Anschließend wird
eine dritte weiche Form 166 mit einer Vertiefung 168a und
einem vorstehenden Teil 168b zum oberen Teil des grünen Harzes 164 ausgerichtet.
Die Vertiefung 168a der dritten weichen Form entspricht
einem Gebiet, in dem das grüne Farbfilter
auszubilden ist. Die dritte weiche Form 166 besteht aus
einem hydrophoben Kautschukmaterial mit hoher Elastizität, wie oben
angegeben. Die dritte weiche Form 166 wird ungefähr mit ihrem
Eigengewicht für
eine spezifizierte Periode, wie ungefähr 10 Minuten bis 2 Stunden,
in das grüne
Harz 164 gedrückt,
um dafür
zu sorgen, dass die Oberfläche
des vorstehenden Teils 168b der dritten weichen Form 166 mit
dem Substrat 101, dem roten Farbfilter 104R und/oder
der Schwarzmatrix 102 in Kontakt gelangt. Dann kann das
Substrat 101 bei einer Temperatur von ungefähr 130°C getempert
werden, oder Ultraviolettstrahlung kann auf das grüne Harz 164 gestrahlt werden,
um ein Weichhärten
desselben auszuführen. Die
UV-Intensität
entspricht einem Fotostarter und/oder einem Basismaterial, die im
grünes
Harz 164 enthalten sind. Zum Beispiel beträgt die UV-Intensität ungefähr 2000–2500 mJ/cm2, wenn ein im grünen Harz 164 enthaltendes
Basismaterial Epoxid ist und sie beträgt ungefähr 500–1000 mJ/cm2,
wenn ein Basismaterial Acryl ist. Das grüne Harz 164 bewegt
sich in die Vertiefung 168a der dritten weichen Form. Im
Ergebnis wird, wie es in der 8G dargestellt
ist, das grüne
Flüssigkristalldisplay-Tafel 104G erzeugt,
das über
eine Musterform entspricht, die einer Umkehrübertragung aus der Vertiefung 168a der dritten
weichen Form entspricht.
-
Auf
der gesamten Oberfläche
des oberen Substrats 101, auf der das grüne Farbfilter 104G ausgebildet
ist, wird ein blaues Harz 146 ausgebreitet, wie es in der 8H dargestellt
ist. Das blaue Harz 146 enthält das vorstehend genannte
hydrophile Polymer. Anschließend
wird eine vierte weiche Form 170 mit einer Vertiefung 172a und
einem vorstehenden Teil 172b zum oberen Teil des blauen
Harzes 146 ausgerichtet. Die Vertiefung 172a der
vierten weichen Form entspricht einem Gebiet, in dem das grüne Farbfilter
auszubilden ist. Die vierte weiche Form 170 besteht aus
einem hydrophoben Kautschukmaterial mit hoher Elastizität, wie oben
angegeben. Die vierte weiche Form 170 wird ungefähr mit ihrem
Eigengewicht für
eine spezifizierte Periode, wie ungefähr 10 Minuten bis 2 Stunden,
in das blaue Harz 146 gedrückt, um dafür zu sorgen, dass die Oberfläche des
vorstehenden Teils 172b der vierten weichen Form 170 mit
dem Substrat 101, dem roten Farbfilter 104R und/oder
der Schwarzmatrix 102 in Kontakt gelangt. Das Substrat 101 kann
bei einer Temperatur von ungefähr
unter 130°C
getempert werden, oder es kann Ultraviolettstrahlung, UV, auf das
blaue Harz 146 gestrahlt werden, um es einer Weichhärtung zu
unterziehen. Die UV-Intensität
entspricht einem Fotostarter und/oder einem Basismaterial, die im
roten Harz 158 enthalten sind. Zum Beispiel beträgt die UV-Intensität ungefähr 2000–2500 mJ/cm2, wenn ein im roten Harz 258 enthaltendes Basismaterial
Epoxid ist und sie beträgt
ungefähr 500–1000 mJ/cm2, wenn ein Basismaterial Acryl ist. Die
UV-Intensität
entspricht einem Fotostarter und/oder einem Basismaterial, die im
roten Harz 158 enthalten sind. Zum Beispiel beträgt die UV-Intensität ungefähr 2000–2500 mJ/cm2, wenn ein im roten Harz 258 enthaltendes
Basismaterial Epoxid ist und sie beträgt ungefähr 500–1000 mJ/cm2,
wenn ein Basismaterial Acryl ist. Die UV-Intensität entspricht
einem Fotostarter und/oder einem Basismaterial, die im blaues Harz 146 enthalten
sind. Zum Beispiel beträgt die
UV-Intensität
ungefähr
2000–2500
mJ/cm2, wenn ein im blaues Harz 146 enthaltendes
Basismaterial Epoxid ist und sie beträgt ungefähr 500–1000 mJ/cm2,
wenn ein Basismaterial Acryl ist. Das blaue Harz 146 bewegt
sich in die Vertiefung 172a der vierten weichen Form. Im
Ergebnis wird, wie es in der 8I dargestellt
ist, das blaue Farbfilter 104b hergestellt, das über eine
Musterform verfügt,
die einer Umkehrübertragung
aus der Vertiefung 172a der vierten weichen Form 170 entspricht.
-
Auf
die gesamte Oberfläche
des Substrats, auf der das blaue Farbfilter 104b ausgebildet
ist, wird ein organisches Isoliermaterial aufgedruckt, um dadurch
sowohl ein weißes
Farbfilter 104W als auch eine Überzugsschicht 122 herzustellen,
wie es in der 8J dargestellt ist. Auf der
gesamten Oberfläche des
oberen Substrats 101, auf der das weiße Farbfilter 104W und
die Überzugsschicht 122 hergestellt werden,
wird ein organisches Isoliermaterial 174 ausgebreitet,
wie es in der 8K dargestellt ist. Auf dem
organischen Isoliermaterial 174 wird durch ein Abscheidungsverfahren,
wie Düsensprühen, schleuderloses
Beschichten oder Schleuderbeschichten, eine zweite Ätzresistlösung 142 hergestellt.
Anschließend
wird eine fünfte
weiche Form 176 mit einer Vertiefung 178a und
einem vorstehenden Teil 178b zum oberen Teil der zweiten Ätzresistlösung 142 ausgerichtet.
Die Vertiefung 178a der fünften weichen Form entspricht
einem Gebiet, in dem ein Abstandshalter auszubilden ist. Die fünfte weiche
Form 176 wird mit ungefähr
ihrem Eigengewicht in den zweiten Ätzresist 142 gedrückt, um
dafür zu
sorgen, dass die Oberfläche
des vorstehenden Teils 178b der fünften weichen Form 176 mit
der überzugsschicht 122 in
Kontakt gelangt. Das Substrat 101 kann bei einer Temperatur
von ungefähr
130°C getempert
werden, oder Ultraviolettstrahlung, UV, kann auf die zweite Ätzresistlösung 142 gestrahlt
werden, um diese einer Weichhärtung
zu unterziehen. Die zweite Ätzresistlösung 142 bewegt
sich in die Vertiefung 178a der fünften weichen Form. Im Ergebnis
wird, wie es in der 8L dargestellt ist, das zweite Ätzresistmuster 144 hergestellt,
das eine Musterform aufweist, die einer Umkehrübertragung aus der Vertiefung 178a der fünften weichen
Form 176 entspricht.
-
Nachdem
die fünfte
weiche Form 176 vom Substrat 101 getrennt wurde,
wird das organische Isoliermaterial 174 durch einen Ätzprozess
unter Verwendung des zweiten Ätzresistmusters 144 als
Maske strukturiert, um dadurch den Abstandshalter 124 auszubilden,
wie es in der 8M dargestellt ist. Anschließend wird
jegliches verbliebene zweite Ätzresistmuster 144 auf
dem Abstandshalter 124 durch einen Abhebeprozess unter
Verwendung z.B. eines umweltfreundlichen Alkoholsystems entfernt.
-
Auf
diese Weise kann das Herstellverfahren für ein Farbfilter-Arraysubstrat
gemäß der ersten Ausführungsform
der Erfindung die Dünnfilme
des Farbfilter-Arraysubstrats unter Verwendung der weichen Form
und des Ätzresists
ohne Verwendung irgendeines Fotolithografieprozesses strukturieren. Demgemäß ist keine
teure Belichtungsanlage erforderlich, und der Prozess ist vereinfacht.
Die Genauigkeit ist hoch und die Bearbeitungszeit ist kurz, wodurch
die Herstellausbeute verbessert ist.
-
Beim
Farbfilter-Arraysubstrat gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung wird, wie es in der 7 dargestellt
ist, zwischen dem weißen
Farbfilter 104W und der Überzugsschicht 122 eine
Stufendifferenz (d) spezifizierter Höhe gebildet. Diese Stufendifferenz
bewirkt, dass der Zellenzwischenraum in einem dem weißen Farbfilter 104 entsprechenden Gebiet
verschieden von dem in einem der Überzugsschicht 122 entsprechenden
Gebiet ist. Demgemäß kann das
elektrische Feld zwischen der Pixelelektrode und der gemeinsamen
Elektrode, wie es an den Flüssigkristall
angelegt wird, differieren, wodurch der Rotationswinkel des Flüssigkristalls
an verschiedenen Stellen differiert, wodurch eine Beeinträchtigung der
Bildqualität
erzeugt wird, wie ein Verschmutzungseffekt.
-
Die 9 ist
eine Schnittansicht eines zweiten Farbfilter-Arraysubstrats gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung. Gemäß der 9 verfügt das Farbfilter-Arraysubstrat
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung über ähnliche Komponenten
wie das in der 7 dargestellte Farbfilter-Arraysubstrat,
jedoch mit der Ausnahme, dass die Überzugsschicht auf der gesamten
Oberfläche des
oberen Substrats ausgebildet ist, um diese Oberfläche zu glätten. Demgemäß wird eine
detaillierte Beschreibung der ähnlichen
Komponenten weggelassen.
-
Die Überzugsschicht 122 wird
so hergestellt, dass sie das Ätzresistlösung dort
glättet,
wo die roten, grünen
und blauen Farbfilter 104R, 104G und 104B ausgebildet
sind. Der Überzug 122 wird
so hergestellt, dass er das weiße
Farbfilter 104W enthält. Die Überzugsschicht 122 mit
dem weißen
Farbfilter 104W kann aus einem hoch hydrophilen Polymer
bestehen. Diese hoch hydrophile Polymer ist ein Flüssig-Vorpo lymer,
ein verflüssigtes
Polymer oder ein Material, in dem ein hydrophiles Radikal durch
eine Polymerkette aus dem Acrylsystem oder Epoxidsystem mit hohem
Transmissionsvermögen
ersetzt ist. Hierbei enthält
das Flüssig-Vorpolymer
ein organisches Material, ein Bindemittel und einen Fotostarter. Das
organische Material ist ein solches mit einer Abstoßungskraft,
wenn es mit der weißen
Form in Kontakt steht, einem Färbungsgrad
nicht über
20 sowie guter Transparenz, wie Polyethylenglycol (PEG). Das Bindemittel
kann ein Styrolacrylmonomer sein, in dem ein Styrol-Comonomer mit
hohem Haftvermögen
einem Acrylmonomer zugesetzt ist.
-
Das
Farbfilter-Arraysubstrat gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung verfügt
sowohl über
ein weißes
Farbfilter 104W als auch eine Überzugsschicht 122 mit
glatter Oberfläche.
Der Zellenzwischenraum ist über
die gesamte Flüssigkristalldisplay-Tafel
derselbe. So kann eine Beeinträchtigung
der Bildqualität
durch eine unebene Überzugsschicht
verhindert werden.
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Die 10A bis 10D sind
Schnittansichten zu einem Herstellverfahren für die Überzugsschicht mit dem weißen Farbfilter,
wie in der 9 dargestellt. Wie es in der 10A dargestellt ist, werden die Schwarzmatrix 102,
die roten, grünen
und blauen Farbfilter 104R, 104G und 104B sequenziell auf
dem oberen Substrat 101 hergestellt. Das hoch hydrophile
Polymer 182 wird auf die gesamte Oberfläche des oberen Substrats 101 aufgedruckt,
wie es in der 10B dargestellt ist. Eine weiße Flachtafelform 160 wird
dort, wo das hoch hydrophile Polymer 182 ausgebildet ist,
zum oberen Substrat 101 ausgerichtet, wie es in der 10C dargestellt ist. Die weiche Flachtafelform 180 wird
ungefähr
mit ihrem Eigengewicht in das hoch hydrophile Polymer 182 eingedrückt. Das
Substrat 101 kann bei einer Temperatur von ungefähr 130°C getempert
werden, oder Ultraviolettstrahlung, UV, kann auf das hoch hydrophile Polymer 182 gestrahlt
werden, um es einer Weichhärtung
zu unterziehen. Die UV-Intensität
entspricht einem Fotostarter und/oder einem Basismaterial, die im
hoch hydrophilen Polymer 182 enthalten sind. Zum Beispiel
beträgt
die UV-Intensität
ungefähr 2000–2500 mJ/cm2, wenn ein im hoch hydrophilen Polymer 182 enthaltendes
Basismaterial Epoxid ist und sie beträgt ungefähr 500–1000 mJ/cm2,
wenn ein Basismaterial Acryl ist. Dann wird, wie es in der 10D dargestellt ist, der Stufendifferenzteil des hoch
hydrophilen Polymers 182 eben, um die Überzugsschicht 122 mit
ebener Oberfläche
zu bilden. Außerdem
wird dann, nachdem die weiche Flachtafelform 180 vom Substrat 101 getrennt
wurde, dasselbe bei ungefähr
200°C gebrannt.
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Beim
Herstellverfahren für
das Farbfilter-Arraysubstrat gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung wird der Dünnfilm
des Farbfilter-Arraysubstrats unter Verwendung der weichen Form
und des Ätzresists
ohne Verwendung irgendeines Fotolithografieprozesses strukturiert,
und die Überzugsschicht
und das weiße
Farbfilter werden gleichzeitig hergestellt. Demgemäß ist keine
teure Belichtungsanlage erforderlich, und der Prozess ist vereinfacht. Die
Genauigkeit ist hoch, und die Prozesszeit ist kurz, wodurch die
Herstellausbeute verbessert ist. Ferner wird beim Herstellverfahren
für das
Farbfilter-Arraysubstrat gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung die Überzugsschicht
unter Verwendung der weichen Flachtafelform eben ausgebildet, wodurch
eine Beeinträchtigung
der Bildqualität, wie
ein Verschmutzungseffekt, verhindert ist.
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Die 11 ist
eine Schnittansicht, die ein Farbfilter-Arraysubstrat gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Gemäß der 11 verfügt das Farbfilter-Arraysubstrat
gemäß der dritten
Ausführungsform
der Erfindung über ähnliche Komponenten
wie das in der 9 dargestellte Farbfilter-Arraysubstrat,
jedoch mit der Ausnahme, dass die Überzugsschicht und der Abstandshalter
einstückig
und gemeinsam ausgebildet sind. Demgemäß wird eine detaillierte Beschreibung ähnlicher
Komponenten weggelassen.
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Die Überzugsschicht 122 wird
hergestellt, um das Substrat dort zu glätten, wo die roten, grünen und
blauen Farbfilter 104R, 104G und 104B ausgebildet
sind. Der Überzug 122 wird
so hergestellt, dass er das weiße
Farbfilter 104W und den Abstandshalter 124 enthält. Die Überzugsschicht 122 mit
dem weißen
Farbfilter 104W kann ein hydrophiles Polymer sein, um zu
erzeugen, dass eine Verschmutzung entsteht, wenn Kontakt zu einer
hoch hydrophoben weichen Form vorliegt. Das hoch hydrophile Polymer
ist ein Flüssig-Vorpolymer,
ein verflüssigtes
Polymer oder ein Material, in dem ein hydrophiles Radikal durch
eine Polymerkette des Acrylsystems oder des Epoxidsystems, mit hohem
Transmissionsvermögen, ersetzt
ist. Das Flüssig-Vorpolymer
enthält
ein organisches Material, ein Bindemittel und einen Fotostarter.
Das organische Material ist ein solches mit Abstoßungskraft,
wenn es mit der weichen Form in Kontakt steht, einem Färbungsgrad
nicht über
20 sowie guter Transparenz, wie Polyethylenglycol, PEG, usw. Das Bindemittel
ist ein Styrolacrylmonomer mit einem Styrol-Comonomer mit hohem
Haftvermögen,
das einem Acrylmonomer zugesetzt ist.
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Der
Abstandshalter 124 wirkt so, dass er den Zellenzwischenraum
zwischen dem Farbfilter-Arraysubstrat und dem Dünnschichttransistor-Arraysubstrat
aufrechterhält.
Der Abstandshalter 124 wird aus demselben Material wie
die Überzugsschicht 122 auf der
Schwarzmatrix 102 hergestellt. Das Farbfilter-Arraysubstrat
gemäß der dritten
Ausführungsform
der Erfindung verfügt über das
weiße
Farbfilter 104W und die Überzugsschicht 122 mit
glatter Oberfläche. Der
Zellenzwischenraum ist über
die gesamte Flüssigkristalldisplay-Tafel hinweg
gleich. So kann eine Beeinträchtigung
der Bildqualität
auf Grund einer unebenen Überzugsschicht
verhindert werden.
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Die 12A bis 12D sind
Schnittansichten zu einem Herstellverfahren für eine Überzugsschicht mit dem weißen Farbfilter
und dem Abstandshalter, wie in der 11 dargestellt.
Wie in der 12A dargestellt ist, werden
die Schwarzmatrix 102 sowie die roten, grünen und
blauen Farbfilter 104R, 104G und 104B sequenziell
auf dem oberen Substrat 101 hergestellt. Das hoch hydrophile
Polymer 182 wird auf die gesamte Oberfläche des oberen Substrats 101 aufgedruckt,
wie es in der 12B dargestellt ist. Eine weiche
Form 184 mit einer Vertiefung 186a und einem vorstehenden
Teil 186b wird zum oberen Substrat 101 ausgerichtet,
auf dem das hoch hydrophile Polymer 182 ausgebildet ist,
wie es in der 12C dargestellt ist. Die Vertiefung 186a der
weichen Form entspricht einem Gebiet, in dem ein Abstandshalter
herzustellen ist. Die weiche Form 184 wird ungefähr mit ihrem
Eigengewicht in das hoch hydrophile Polymer 182 gedrückt. Das
Substrat 101 kann bei einer Temperatur von ungefähr 130°C getempert
werden, oder es wird Ultraviolettstrahlung, UV, auf das hoch hydrophile
Polymer 182 gestrahlt, um einer Weichhärtung zu unterziehen. Die UV-Intensität entspricht
einem Fotostarter und/oder einem Basismaterial, die im hoch hydrophilen
Polymer 182 enthalten sind. Zum Beispiel beträgt die UV-Intensität ungefähr 2000–2500 mJ/cm2, wenn ein im hoch hydrophilen Polymer 182 enthaltendes
Basismaterial Epoxid ist und sie beträgt ungefähr 500–1000 mJ/cm2,
wenn ein Basismaterial Acryl ist. Dann bewegt sich das hoch hydrophile
Polymer 182 in die Vertiefung 186a der weichen
Form. Im Ergebnis werden, wie es in der 12D dargestellt
ist, die Abstandshalter 124 mit einer Musterform, die einer
Umkehrübertragung
aus der Vertiefung 186a der weichen Form entspricht, und
die Überzugsschicht 122 mit
dem weißen
Farb filter 104W hergestellt. Nachdem die weiche Form 184 vom
Substrat 101 getrennt wurde, wird dieses bei ungefähr 200°C gebrannt.
-
Beim
Herstellverfahren für
das Farbfilter-Arraysubstrat gemäß der dritten
Ausführungsform
der Erfindung wird der Dünnfilm
desselben unter Verwendung der weichen Form und des Ätzresists
ohne Verwendung irgendeines Fotolithografieprozesses strukturiert,
und die Überzugsschicht,
das weiße Farbfilter
und der Abstandshalter werden gleichzeitig hergestellt. Demgemäß ist keine
teure Belichtungsanlage erforderlich, und der Prozess kann vereinfacht
werden. Die Genauigkeit ist hoch und die Prozesszeit ist kurz, wodurch
die Herstellausbeute verbessert ist.
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Die 13 ist
eine Schnittansicht zu einem Farbfilter-Arraysubstrat gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung. Gemäß der 13 verfügt das Farbfilter-Arraysubstrat
gemäß der vierten
Ausführungsform
der Erfindung über ähnliche
Komponenten wie das in der 11 dargestellte
Farbfilter-Arraysubstrat, jedoch mit der Ausnahme, dass die Überzugsschicht
eine Öffnung
zum Freilegen eines weißen
Pixelgebiets aufweist und der Abstandshalter aus demselben Material
wie die Überzugsschicht hergestellt
ist. Die Überzugsschicht 122 ist
auf dem Farbfilter mit Ausnahme eines Gebiets hergestellt, in dem
die weiße
Farbe von der Hinterleuchtung herrührt. Die Überzugsschicht 122 wirkt
so, dass sie die Stufendifferenz zwischen den roten, grünen und blauen
Farbfiltern kompensiert.
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Der
Abstandshalter 124 wirkt so, dass er den Zellenzwischenraum
zwischen dem Farbfilter-Arraysubstrat und dem Dünnschichttransistor-Arraysubstrat
aufrechterhält.
Der Abstandshalter 124 wird gleichzeitig aus demselben
Material wie die Überzugsschicht 122 hergestellt.
Der Überzug 122 und/oder
der Abstandshalter 124 wird aus einem hoch hydrophilen
Polymer hergestellt, um zu verhindern, dass eine Verunreinigung
entsteht, wenn Kontakt mit einer hoch hydrophoben weichen Form vorliegt.
Das hoch hydrophile Polymer ist ein Flüssig-Vorpolymer, ein verflüssigtes
Polymer oder ein Material, in dem ein hydrophiles Radikal durch
eine Polymerkette aus dem Acrylsystem oder Epoxidsystem, mit hohem
Transmissionsvermögen,
ersetzt ist. Hierbei enthält
das Flüssig-Vorpolymer
ein organisches Material, ein Bindemittel und einen Fotostarter. Das
organische Material ist ein solches mit einer Abstoßungskraft,
wenn es mit der weichen Form in Kontakt steht, einem Färbungsgrad
nicht über
20 sowie guter Transparenz, wie Polyethylenglycol (PEG). Das Bindemittel
ist ein Styrolacrylmonomer, in dem ein Styrol-Monomer mit hohem
Haftvermögen
einem Acrylmonomer zugesetzt ist.
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Die 14A bis 14F sind
Schnittansichten zu einem Herstellverfahren für das in der 13 dargestellte
Farbfilter-Arraysubstrat. Wie es in der 14A dargestellt
ist, werden die Schwarzmatrix 102 sowie die roten, grünen und
blauen Farbfilter 104R, 104G und 104B nacheinander
auf dem oberen Substrat 101 hergestellt. Auf die gesamte
Oberfläche des
oberen Substrats 101 wird ein hoch hydrophiles erstes Polymer 198 aufgedruckt,
wie es in der 14B dargestellt ist. Dort, wo
das hoch hydrophile erstes Polymer 198 ausgebildet ist,
wird eine weiche Form 188 mit einer Vertiefung 190a und
einem vorstehenden Teil 190b zum oberen Substrat 101 ausgerichtet,
wie es in der 14B dargestellt ist. Der vorstehende
Teil 190b der weichen Form 188 entspricht einem
Gebiet, in dem eine Öffnung
in der Überzugsschicht
auszubilden ist. Die weiche Form 188 wird ungefähr mit ihrem
Eigengewicht in das hoch hydrophile erste Polymer 198 eingedrückt. Das Substrat 101 wird
bei einer Temperatur von ungefähr 130°C getempert,
oder es wird Ultraviolettstrahlung, UV, auf das hoch hydrophile
erste Polymer 198 gestrahlt, um es einer Weichhärtung zu
unterziehen. Die UV-Intensität
entspricht einem Fotostarter und/oder einem Basismaterial, die im
hoch hydrophilen ersten Polymer 198 enthalten sind. Zum
Beispiel beträgt
die UV-Intensität
ungefähr
2000–2500 mJ/cm2, wenn ein im hoch hydrophilen ersten Polymer 198 enthaltendes
Basismaterial Epoxid ist und sie beträgt ungefähr 500–1000 mJ/cm2,
wenn ein Basismaterial Acryl ist. Dann wird das hoch hydrophile erste
Polymer 198 vom vorstehenden Teil 190b der weichen
Form getrennt. Im Ergebnis ist, wie es in der 14D dargestellt ist, die Überzugsschicht 122 mit einer Öffnung,
die einer Umkehrübertragung
vom vorstehenden Teil 190b der weichen Form entspricht, hergestellt.
Außerdem
wird dann, nachdem die weiche Form 188 vom Substrat 101 getrennt
wurde, dasselbe bei ungefähr
200°C gebrannt.
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Auf
die gesamte Oberfläche
des oberen Substrats 101, auf der die Überzugsschicht 122 hergestellt
ist, wird, wie es in der 14E dargestellt
ist, ein hoch hydrophiles zweites Polymer 192 aufgedruckt.
Zum oberen Substrat 101, auf dem das hoch hydrophile zweite
Polymer 192 ausgebildet ist, wird eine weiche Form 194 mit
einer Vertiefung 196a und einem vorstehenden Teil 196b ausgerichtet.
Die Vertiefung 196a der weichen Form 194 entspricht
einem Gebiet, in dem ein Abstandshalter herzustellen ist. Die weiche
Form 194 wird ungefähr
mit ihrem Eigengewicht in das hoch hydrophile zweite Polymer 192 eingedrückt. Das
Substrat 101 wird bei einer Temperatur von ungefähr 130°C getempert,
oder es wird Ultraviolettstrahlung, UV, auf das hoch hydrophile
erste Polymer 198 gestrahlt, um es einer Weichhärtung zu unterziehen.
Die UV-Intensität
entspricht einem Fotostarter und/oder einem Basismaterial, die im
hoch hydrophilen zweiten Polymer 192 enthalten sind. Zum Beispiel
beträgt
die UV-Intensität
ungefähr 2000–2500 mJ/cm2, wenn ein im hoch hydrophilen zweiten Polymer 192 enthaltendes
Basismaterial Epoxid ist und sie beträgt ungefähr 500–1000 mJ/cm2, wenn
ein Basismaterial Acryl ist. Das hoch hydrophile zweite Polymer 192 bewegt
sich in die Vertiefung 196a der weichen Form. Im Ergebnis
wird, wie es in der 14F dargestellt ist, der Abstandshalter 124 mit
einer Musterform erzeugt, die einer Umkehrübertragung aus der Vertiefung 196a der
weichen Form entspricht. Nachdem die weiche Form 194 vom
Substrat 101 getrennt wurde, wird dieses bei ungefähr 200°C gebrannt.
Auf diese Weise wird durch das Herstellverfahren für das Farbfilter-Arraysubstrat
gemäß der vierten
Ausführungsform
der Erfindung der Dünnfilm
desselben unter Verwendung der weichen Form und des Ätzresists
strukturiert, ohne dass ein Fotolithografieprozess zum gleichzeitigen
Herstellen des weißen
Farbfilters und des Abstandshalters verwendet würde. Demgemäß ist keine teure Belichtungsanlage
erforderlich, und der Prozess kann vereinfacht werden. Die Genauigkeit
ist hoch und die Bearbeitungszeit ist kurz, wodurch die Herstellausbeute
verbessert ist.
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Ferner
kann die Flüssigkristalldisplay-Tafel gemäß der Erfindung
in einem TN-Modus angewandt werden, in dem durch eine auf dem oberen
Substrat ausgebildete gemeinsame Elektrode und eine auf dem unteren
Substrat ausgebildete Pixelelektrode ein vertikales elektrisches
Feld erzeugt wird, aber auch in irgendeinem IPS-Modus, bei dem zwischen einer
gemeinsamen Elektrode und einer Pixelelektrode, die auf dem unteren
Substrat ausgebildet sind, ein horizontales elektrisches Feld erzeugt
wird. Durch das erfindungsgemäße Herstellverfahren
für ein
Farbfilter-Arraysubstrat können
das weiße
Farbfilter, der Abstandshalter und die Überzugsschicht unter Verwendung
der weichen Form in einem Vakuumstadium hergestellt werden. In diesem
Fall kann verhindert werden, dass Blasen entstehen, wenn die weiche
Form mit dem hoch hydrophilen Polymer in Kontakt steht, bei dem
es sich um das Material des weißen
Farbfilters, des Abstandshalters und der Überzugsschicht handelt. Nachfolgend
werden in Zusammenhang mit den 15 bis 17E das Farbfilter-Arraysubstrat einer Flüssigkristalldisplay-Tafel vom
Typ mit Vertikalausrichtung sowie das zugehörige Herstellverfahren und
auch die Dünnfilm-Strukturiervorrichtung
gemäß einer
fünften
Ausführungsform der
Erfindung detailliert erläutert.
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Die 15 ist
eine Draufsicht eines Farbfilter-Arraysubstrats einer Flüssigkristalldisplay-Tafel vom
Typ mit Vertikalausrichtung gemäß einer
fünften Ausführungsform
der Erfindung, und die 16 ist eine Schnittansicht,
die das Farbfilter-Arraysubstrat der Flüssigkristalldisplay-Tafel vom
Typ mit Vertikalausrichtung, entlang einer Linie I-I' in der 15, zeigt.
Gemäß den 15 und 16 verfügt das Farbfilter-Arraysubstrat
gemäß der fünften Ausführungsform
der Erfindung über
eine Schwarzmatrix 102; rote, R, grüne, G, blaue, B, Farbfilter 104;
eine Überzugsschicht 122 und
eine Rippe 134, die auf dem Farbfilter 104 ausgebildet
und mit diesem integriert ist; sowie eine gemeinsame Elektrode 106,
die so ausgebildet ist, dass sie die Rippe 134 bedeckt, wobei
sie auf einem oberen Substrat 101 ausgebildet sind. Die
Schwarzmatrix 102 ist auf dem oberen Substrat 101 mit
einer Matrixform ausgebildet, um eine Vielzahl von Zellengebieten
zu definieren, in denen die Farbfilter 104 herzustellen
sind und sie verhindert eine Wechselwirkung von Licht zwischen benachbarten
Zellen. Die Schwarzmatrix 102 wird so hergestellt, dass
sie mit einem Gebiet des Dünnschichttransistor-Arraysubstrats
mit Ausnahme einer Pixelelektrode überlappt. Zum Beispiel überlappt
die Pixelelektrode mit den Gateleitungen, den Datenleitungen und
den Dünnschichttransistoren
des Dünnschichttransistor-Arraysubstrats.
Die Schwarzmatrix 102 kann aus einem undurchsichtigen Harz,
wie Ruß, oder
einem undurchsichtigen Metall, wie Chrom (Cr) oder Chromoxid (CrOOx)/Cr/CrOx,
CrOx/Cr/CrSix) bestehen.
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Das
Farbfilter 104 wird in einem durch die Schwarzmatrix 102 definierten
Zellengebiet hergestellt. Das Farbfilter 104 realisiert
rot, R, grün,
G und blau, B. Die Überzugsschicht 122 wird
auf dem Farbfilter 104 hergestellt, um die Stufendifferenz
zwischen ihm und der Schwarzmatrix 102 zu kompensieren. Die Überzugsschicht 122 kann
aus einem hoch hydrophilen Polymer bestehen. Das hoch hydrophile Polymer
ist ein Flüssig-Vorpolymer,
ein verflüssigtes Polymer
oder ein hohes Molekül
mit einer Struktur, in der ein Material mit einem hydrophilen Radikal
durch eine Polymerkette aus dem Acrylsystem oder dem Epoxidsystem,
mit hohem Transmissonsvermögen, ersetzt
ist. Hierbei enthält
das Flüssig-Vorpolymer
ein organisches Material, ein Bindemittel und ein Fotostarter. Das
organische Material ist ein solches mit einer Abstoßungskraft,
wenn es mit der weichen Form in Kontakt steht, einem Färbungsgrad
nicht über
20 und guter Transparenz, wie Polyethylenglycol (PEG). Das Bindemittel
ist ein Styrolacrylmonomer, bei dem ein Styrol-Comonomer mit hohem
Haftvermögen
zu einem Acrylmonomer zugesetzt ist.
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Eine
Rippe 134 wird aus demselben Material wie die Überzugsschicht 122 hergestellt.
Die Rippe 134 verformt das an den Flüssigkristall angelegte elektrische
Feld in solcher Weise, dass dieser in symmetrischen Richtungen zur
Rippe 134 zentriert angeordnet ist. Die gemeinsame Elektrode 106 wird
auf der gesamten Oberfläche
des oberen Substrats, auf der die Überzugsschicht 122 und
die Rippe 134 hergestellt sind, ausgebildet. An die gemeinsame
Elektrode 106 wird eine Referenzspannung zum Ansteuern
des Flüssigkristalls
gelegt. Das Farbfilter-Arraysubstrat der Flüssigkristalldisplay-Tafel vom
Typ mit Vertikalausrichtung gemäß der fünften Ausführungsform
der Erfindung wird gleichzeitig aus demselben Material wie die Überzugsschicht 122 und
die Rippe 134 hergestellt. Demgemäß ist der Herstellprozess vereinfacht
und die Herstellkosten können
gesenkt werden.
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Die 17A bis 17E sind
Schnittansichten zu einem Herstellverfahren für das in der 16 dargestellte
Farbfilter-Arraysubstrat. Als Erstes wird, nachdem ein undurchsichtiges
Harz oder ein undurchsichtiges Material auf dem oberen Substrat 101 ausgebreitet
wurde, diese undurchsichtige Harz oder Metall strukturiert, um dadurch
die Schwarzmatrix 102 auszubilden, wie es in der 17A dargestellt ist. Nachdem jeweils ein rotes, grünes und
blaues Harz auf dem oberen Substrat 101, auf dem die Schwarzmatrix 102 hergestellt
wurde, ausgebreitet wurden, werden das rote, grüne und blaue Harz strukturiert,
um dadurch das Farbfilter herzustellen.
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Das
hoch hydrophile Polymer 182 wird, wie es in der 17B dargestellt ist, auf die gesamte Oberfläche des
oberen Substrats 101, wo das Farbfilter 104 hergestellt
ist, durch ein Schleuderbeschichtungs- oder Schlitzbeschichtungsverfahren aufgedruckt.
Die weiche Form 184 mit der Vertiefung 186a und
dem vorstehenden Teil 186b, wie in der 17 dargestellt,
wird dort zum oberen Substrat 101 ausgerichtet, wo das
hoch hydrophile Polymer 182 ausgebildet ist. Die Vertiefung 186a der
weichen Form entspricht einem Gebiet, in dem die Rippe herzustellen
ist. Die weiche Form 184 wird aus Polydimethylsiloxan,
PDMS, Polyurethan, einem vernetzten Novolacharz usw. hergestellt.
Die weiche Form 184 wird ungefähr mit ihrem Eigengewicht in
das hoch hydrophile Polymer 182 gedrückt. Dabei wird das Substrat 101 bei
einer Temperatur von ungefähr 130°C getempert,
oder es wird Ultraviolettstrahlung, UV, auf das hoch hydrophile
Polymer 182 gestrahlt, um es dadurch einer Weichhärtung zu
unterziehen. Die UV-Intensität
entspricht einem Fotostarter und/oder einem Basismaterial, die im
hoch hydrophilen Polymer 182 enthalten sind. Zum Beispiel
beträgt die
UV-Intensität
ungefähr
2000–2500
mJ/cm2, wenn ein im hoch hydrophilen Polymer 182 enthaltendes Basismaterial
Epoxid ist und sie beträgt
ungefähr 500- 1000 mJ/cm2, wenn ein Basismaterial Acryl ist. Das
hoch hydrophile Polymer 182 bewegt sich durch eine Kapillarkraft,
durch einen Druck zwischen der weichen Form 184 und dem
Substrat 101 erzeugt wird, und eine Abstoßungskraft
zwischen der weichen Form 184 und ihm in die Vertiefung 186a der weichen
Form. Im Ergebnis werden, wie es in der 17B dargestellt
ist, die Rippe 134, die eine Musterform entsprechend einer
Umkehrübertragung
aus der Vertiefung 186a der weichen Form aufweist, und die Überzugsschicht 122,
die mit dem vorstehenden Teil 186b der weichen Form in
Kontakt steht, gebildet. Außerdem
wird dann, nachdem die weiche Form 184 vom Substrat 101 getrennt
wurde, dasselbe bei einer Temperatur von ungefähr 150°C gebrannt.
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Auf
der gesamten Oberfläche
des Substrats 101, auf der die Rippe 134 und die Überzugsschicht 122 gleichzeitig
hergestellt wurden, wird ein transparenter, leitender Film, wie
ITO und IZO usw., abgeschieden, um dadurch die gemeinsame Elektrode 106 herzustellen,
wie es in der 17E dargestellt ist.
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Durch
das Herstellverfahren für
ein Farbfilter-Arraysubstrat gemäß der Erfindung
werden die Überzugsschicht 122 und
die Rippe 134 unter Verwendung der weichen Form ohne Verwendung
eines Fotolithografieprozesses gleichzeitig hergestellt. Demgemäß ist keine
teure Belichtungsanlage erforderlich, und der Prozess ist einfach.
Die Genauigkeit ist hoch, um die Prozesszeit zu ermöglichen,
um dadurch die Herstellausbeute zu verbessern. Andererseits können die
Rippe 134 und die Überzugsschicht 122 unter
Verwendung der weichen Form 184 in einem Vakuumzustand
hergestellt werden. In diesem Fall kann verhindert werden, dass
Blasen erzeugt werden, wenn die weiche Form 184 mit dem
hoch hydrophilen Polymer in Kontakt steht, das das Material der
Rippe 134 und der Überzugsschicht 122 ist.
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Wie
oben beschrieben, wird durch das Herstellverfahren für ein Farbfilter-Arraysubstrat
gemäß der Erfindung
das weiße
Farbfilter unter Verwendung der weichen Form und des Ätzresists
gleichzeitig als Abstandshalter und/oder Überzugsschicht hergestellt.
Demgemäß ist keine
teure Belichtungsanlage erforderlich, und der Prozess kann vereinfacht
werden, und die Genauigkeit ist hoch, um die Prozesszeit zu ermöglichen,
um dadurch die Herstellausbeute zu verbessern. Ferner existiert
beim Farbfilter-Arraysubstrat und dem Herstellverfahren für dieses
gemäß der Erfindung
die Stufendifferenz zwischen dem weißen Pixelgebiet und dem anderen
Pixelgebiet, um es zu ermöglichen,
eine Beeinträchtigung
der Bildqualität,
wie einen Verschmutzungseffekt, zu verhindern. Ferner werden durch
die Dünnschicht-Strukturvorrichtung
und das Herstellverfahren für
ein Farbfilter-Arraysubstrat unter Verwendung derselben gemäß der Erfindung
die Überzugsschicht
und die Rippe, die die Anordnungsrichtung des Flüssigkristalls einstellt, unter
Verwendung der weichen Form, aber ohne Verwendung eines Fotoprozesses,
gleichzeitig hergestellt. Demgemäß ist der
Herstellprozess vereinfacht, um die Herstellausbeute zu verbessern.
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Für den Fachmann
ist es ersichtlich, dass an einer Dünnschicht-Strukturiervorrichtung
und einem Verfahren zum Herstellen eines Farbfilter-Arraysubstrats
unter Verwendung derselben gemäß der Erfindung
verschiedene Modifizierungen und Variationen vorgenommen werden
können,
ohne vom Grundgedanken oder Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
So soll die Erfindung die Modifizierungen und Variationen derselben
abdecken, vorausgesetzt, dass sie in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche und
deren Äquivalente
fallen.