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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Farbfilter-Arraysubstrats. 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 Gateelektrode, 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 5 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 Farbfilter-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 82 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 ausgebreitet, 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 Vereinfachen des Herstellprozesses.
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Die
US 2004/0095521 A1 beschreibt eine Vierfarbenflüssigkristallanzeige. Hierbei weist eine Farbfilterarraytafel ein transparentes Substrat, eine Schwarzmatrix auf dem Substrat sowie auf dem Substrat und der Schwarzmatrix gebildete rote, grüne und blaue Farbfilter auf, wobei eine Überzugsschicht auf dieser Struktur hergestellt wird, welche an entsprechenden Pixelbereichen weiße Farbfilter ausbildet, wodurch die Herstellung von transparenten Farbfiltern weggelassen werden kann.
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Die
JP 04-324803 A beschreibt die Herstellung eines Farbfilters. Hierbei wird eine Harzschicht als Schutzschicht auf ein transparentes Substrat aufgebracht, auf welchem eine Schwarzmatrix und eine Farbfilterschicht gebildet ist. Danach wird die glatte Oberfläche einer Flachform auf die aufgebrachte Schicht gelegt und mittels UV-Strahlung belichtet, um die Lackschicht auszuhärten und Unebenheiten auszugleichen.
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Die
JP 03-063628 A beschreibt die Herstellung eines Abstandshalters. Hierbei wird eine Glasform geätzt, um Vertiefungen mit vorbestimmter Fläche und Tiefe auszubilden. Eine Oberfläche eines Flüssigkristall-Glassubstrats wird mit einem transparenten Harz beschichtet, wobei die Glasform auf das Flüssigkristall-Glassubstrat gepresst wird, um Abstandshalter in der Harzschicht zu bilden, welche durch Bestrahlung mit einer UV-Lichtquelle ausgehärtet werden. Somit ist hieraus bekannt, gleichzeitig eine Isolierschicht und Abstandshalter aus Harz auf einem LCD-Substrat mit einer Form zu bilden und auszuhärten.
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CHOI, Won Mook; PARK, O Ok: A soft-imprint technique for submicron structure fabrication via in situ polymerization. In: Nanotechnology, 2004, Vol. 15, S. 135–138 beschreibt die Herstellung von strukturierten Harzformen mittels einer PDMS-Form auf einem Substrat. Hierbei können mittels einer weichen Form aus PDMS Strukturen aus einer Harzschicht gebildet werden, deren laterale Abmessungen im Sub-μm-Bereich liegen. Hierbei wird die Form mit einer nanostrukturierten Struktur in eine dünne Harzschicht auf der Oberfläche eines Substrats gepresst, danach entfernt und das Substrat mit der Harzschicht als Maske geätzt, um Mikrostrukturen durch Ätzen in dem darunterliegenden Substrat zu erzeugen.
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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.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Herstellverfahren für ein Farbfilter-Arraysubstrat mit einer Überzugsschicht mit glatter Oberfläche zu vereinfachen. Diese Aufgabe ist durch das Herstellverfahren für ein Farbfilter-Arraysubstrat nach Anspruch 1 gelöst. Ein Vorteil der Erfindung ist es, einen Strukturierprozess ohne Verwendung eines Fotolithografieprozesses zu ermöglichen um ein Farbfilter-Arraysubstrat herzustellen.
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Gemäß der Erfindung 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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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 und 5A bis 5E sind entfallen.
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6 ist eine Draufsicht eines Farbfilter-Arraysubstrats einer Flüssigkristalldisplay-Tafel
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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 zweiten Farbfilter-Arraysubstrat.
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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 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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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 12D detailliert beschrieben.
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Die 6 und 7 sind eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht, die ein Farbfilter-Arraysubstrat zeigen. Gemäß den 6 und 7 verfügt ein Farbfilter-Arraysubstrat 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 Dünnschichttransistor-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 Novolakharz.
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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 Novolakharz.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Auf diese Weise kann das Herstellverfahren für ein Farbfilter-Arraysubstrat 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.
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Beim Farbfilter-Arraysubstrat 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.
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Die 9 ist eine Schnittansicht eines zweiten Farbfilter-Arraysubstrats.
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Gemäß der 9 verfügt das zweite Farbfilter-Arraysubstrat 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.
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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 enthält. Die Überzugsschicht 122 mit dem weißen Farbfilter 104W kann aus einem hoch hydrophilen Polymer bestehen. Dieses 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 kann ein Styrolacrylmonomer sein, in dem ein Styrol-Comonomer mit hohem Haftvermögen einem Acrylmonomer zugesetzt ist.
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Das zweite Farbfilter-Arraysubstrat 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 weiche Flachtafelform 180 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 zweite Farbfilter-Arraysubstrat 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 zweite Farbfilter-Arraysubstrat 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 Ausführungsform der Erfindung zeigt. Gemäß der 11 verfügt das Farbfilter-Arraysubstrat gemäß der 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 Farbfilter 104W hergestellt. Nachdem die weiche Form 184 vom Substrat 101 getrennt wurde, wird dieses bei ungefähr 200°C gebrannt.
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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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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.
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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.
