DE19804150B4

DE19804150B4 - Verfahren zur Aufbringung von Farbfiltern und/oder Abdeckmatrizen aus Fotoemulsionsschichten sowie Laminat zum Aufbringen mit Fotoemulsionsschichten

Info

Publication number: DE19804150B4
Application number: DE19804150A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr. Glück; Peter Prof. Knoll; Dieter Schurig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-02-03
Filing date: 1998-02-03
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2018-02-04
Also published as: DE19804150A1; KR19990072360A; JPH11271528A

Abstract

Verfahren zum Aufbringen von Farbfiltern und/oder Abdeckmatrizen aus mindestens einer Fotoemulsionsschicht (13, 14, 15) auf ein starres Substrat, insbesondere ein Glassubstrat (1) für den Aufbau einer Flüssigkristallanzeige (24), bei dem die wenigstens eine Fotoemulsionsschicht auf eine Seite einer flexiblen Polarisatorfolie aufgebracht wird, auf die andere Seite der Polarisatorfolie eine Kleberschicht (12) aufgebracht wird und bei dem dieses Schichtengebilde mit der auf die Polarisatorfolie aufgebrachten Kleberschicht auf das Substrat laminiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbringung von Farbfiltern und/oder Abdeckmatrizen aus Fotoemulsionsschichten sowie ein Laminat, das wenigstens eine Fotoemulsionsschicht umfaßt.

Farbfilter und Abdeckmatrizen (Blackmatrix) werden insbesondere für den Aufbau von Flüssigkristallanzeigen benötigt.

Eine Flüssigkristallanzeige besteht im wesentlichen aus zwei planparallelen Substraten (z. B. Glassubstrate) mit einem dazwischen angeordneten, als Lichtventil dienenden Flüssigkristallmaterial. Im allgemeinen trägt das in Betrachtungsrichtung hintere Substrat Leiterbahnen und gegebenenfalls Halbleiterstrukturen. Auf dem vorderen Substrat sind bei farbfähigen Anzeigen Farbfilter aufgebracht, die regelmäßig in Matrixanzeigen in die Fenster einer Blackmatrix eingebracht sind. Der Hauptzweck der Blackmatrix besteht darin, eine optisch aktive Fläche eindeutig zu definieren. Bei Aktiv-Matrix-adressierten Flüssigkristallbildschirmen werden dazu Leiterbahnen und beispielsweise Dünnschichttransistorstrukturen auf den in Blickrichtung dahinter liegenden Substrat abgedeckt.

Nach heutigem Fertigungsstand werden die bei Matrixanzeigen mosaikartigen Farbfilter in einer Abfolge mehrerer fotolitographischer Prozesse aufgebracht. Hierbei wird zunächst die Blackmatrix erzeugt, in deren Fenster dann in drei aufeinanderfolgenden Prozeßschritten die Farbfilter in ihren Primärfarben (rot, grün, blau) eingebracht werden. Das Farbfiltermaterial besteht zumeist aus pigmentierten Farblacken.

In der Patentschrift DE 32 37 323 C2 wird eine elektrooptische Anzeigevorrichtung offenbart, bei der die Erzeugung der Farbfilter anstatt durch die aufeinanderfolgenden fotolitographischen Prozesse mit Hilfe einer Farb-Fotoemulsion erfolgt. Zur Erzeugung der Farbfilter werden beispielsweise auf eine Glasplatte drei Fotoemulsionen in einem Gießverfahren aufgebracht, die in unterschiedlichen Spektralbereichen fotoempfindlich sind und sich bei Belichtung mit einer Farbe in deren Komplementärfarbe einfärben. Nachteilig an diesem Verfahren sind jedoch die hohen Produktionskosten für Flüssigkristallanzeigen, die durch eine Beschichtung eines im wesentlichen starren Substrates (zum Beispiel Glassubstrat) entstehen, da großtechnisch praktizierte und daher kostengünstige Verfahren zur Beschichtung mit Fotoemulsion nur für flexible Kunststoffsubstrate existieren.

In der JP 01-79 701 A wird ein Farbfilter aus einer Fotoemulsion beschrieben, der auf die Glasplatte einer Flüssigkristallanzeige auflaminiert wird.

In der DE 29 26 189 A1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem ein optischer Mehrfabenfilter aus Fotoemulsionsschichten auf das Glas einer Kathodenstrahlröhre aufgebracht wird. Ferner zeigt diese Schrift, dass der Farbfilm aus einer transparenten Grundlage, einer Grundierschicht und verschiedenfarbigen Emulsionsschichten besteht.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist, die Aufbringung von Farbfiltern und/oder Abdeckmatrizen auf ein im wesentlichen starres Substrat für insbesondere den Aufbau einer Flüssigkristallanzeige zu vereinfachen und damit kostengünstiger zu gestalten sowie ein Laminat anzugeben, das ein vereinfachtes Aufbringen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 sowie die des nebengeordneten Anspruchs 6 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen angegeben.

Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Aufbringung von Farbfiltern und/oder Abdeckmatrizen aus Fotoemulsionsschichten auf ein im wesentlichen starres Substrat, beispielsweise ein Glassubstrat für insbesondere den Aufbau einer Flüssigkristallanzeige aus. Der Kerngedanke der Erfindung liegt nun darin, daß wenigstens eine Fotoemulsionsschicht auf das Substrat auflaminiert wird, wobei die Haftung sich beispielsweise durch Adhäsion ergibt. Durch diese Vorgehensweise ist es nicht erforderlich, daß die Fotoemulsionsschicht direkt auf das starre Substrat aufgebracht werden muß. Damit entfallen hohe Produktionskosten, die bei der großtechnischen Beschichtung von starren Substraten mit Fotoemulsion zu erwarten sind.

Denn die Beschichtung kann auf geeigneteren Materialien (Trägerschicht) stattfinden, mit denen die Fotoemulsionsschicht auf das eigentliche Substrat übertragen und auflaminiert wird.

Bei dem Verfahren und dem Laminat nach der Erfindung wird die wenigstens eine Fotoemulsionsschicht auf eine Seite einer flexiblen Folie und die Kleberschicht auf die andere Seite dieser Folie aufgebracht. Das gesamte Schichtengebilde läßt sich anschließend auf das Substrat mit der Kleberseite und der flexiblen Folie auf laminieren. Durch diesen Schichtaufbau ergibt sich eine einfache Handhabung beim Auflaminiervorgang, da die flexible Folie dem Gebilde eine gewisse Stabilität verleiht.

Um zu vermeiden, daß die Fotoemulsionsschicht nach dem Aufbringen auf eine Trägerschicht beschädigt oder verschmutzt wird, wird im weiteren vorgeschlagen, auf die Emulsionsschicht eine Schutzfolie aufzubringen, die unmittelbar vor dem Auflaminierungsvorgang wieder abgezogen wird.

Zur Verhinderung von Beschädigungen und Verschmutzungen der Kleberschicht, sofern sie auf der Emulsionsschicht gegenüberliegenden Seite einer Trägerfolie aufgebracht ist, und zur Vermeidung einer ungewollten Haftung, wird außerdem vorgeschlagen, daß auf die Kleberschicht ebenfalls eine Schutzfolie aufgebracht wird, die sich vor oder beim Auflaminiervorgang wieder entfernen läßt.

Für den Aufbau von herkömmlichen Farbfiltern für die Farben rot, grün und blau ist es besonders vorteilhaft, wenn drei Farbfotoemulsionsschichten für die jeweiligen Komplementärfarben zyan, magenta und gelb übereinander aufgebracht werden.

Um eine einfache Handhabung des Schichtengebildes vor dem Auflaminiervorgang auf ein Substrat zu gewährleisten, wird darüber hinaus vorgeschlagen, daß in einer Zwischenstufe das Schichtengebilde aufgerollt und für den Laminiervorgang wieder abgerollt wird.

Eine Vorrichtung zum Auflaminieren von Farbfiltern und/oder Abdeckschichten der angegebenen Art auf ein im wesentlichen starres Substrat umfaßt Mittel für die Realisierung einer Relativbewegung zwischen dem im wesentlichen starren Substrat und einer Druckwalze, wobei zwischen Druckwalze und Substrat das aufzulaminierende Schichtengebilde einlegbar ist. Hierdurch kann gewährleistet werden, daß das Schichtengebilde ohne Blaseneinschluß auf dem Substrat übertragen (auflaminiert) wird. Dabei sind die Mittel für die Realisierung der Relativbewegung rotierende Walzen, auf denen das Substrat bezüglich der Druckwalze transportiert wird. Diese Maßnahme stellt eine vergleichsweise einfache Konstruktionslösung dar.

Die Druckwalze ist beheizbar. Auf diese Weise wird die Haftung der auflaminierten Emulsionsschicht verbessert.

Um eine auf der Emulsionsschicht oder der Kleberschicht vorhandene Schutzfolie bzw. Trägerfolie definiert entfernen zu können, sind zum Aufrollen der Schutzschicht und/oder der Trägerfolie weitere Walzen vorgesehen. Dabei sind die Laufgeschwindigkeiten der Walzen zum Erreichen einer hohen Laminierqualität aufeinander abgestimmt.

Zeichnungen:

Die Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen

1 eine Schichtfolge mit drei Fotoemulsionsschichten vor dem Laminierprozeß im Querschnitt,

2 eine Vorrichtung zum Laminieren der Schichtfolge gemäß 1 in schematischer Darstellung,

3 ein Ausschnitt einer Aktiv-Matrix-adressierten Flüssigkristallanzeige mit erfindungsgemäß aufgebrachten Farbfiltern und Blackmatrix im Querschnitt,

4 eine erfindungsgemäße Schichtfolge vor dem Laminiervorgang im Querschnitt

5 ein Ausschnitt einer Aktiv-Matrix-adressierten Flüssigkristallanzeige mit erfindungsgemäß aufgebrachten Farbfilter und Blackmatrix gemäß einer Schichtfolge nach 4 im Querschnitt,

6 ein Ausschnitt eines mit Farbfiltern versehenes Substrats, die in einem herkömmlichen Fotolitographischen Prozeß aufgebracht wurden, im Querschnitt und

7 ein Ausschnitt eines mit Farbfiltern versehenen Substrats, die nach einem bekannten Gießprozeß durch drei übereinandergelegte Fotoemulsionsschichten hergestellt wurden.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die 6 und 7 zeigen Substrate 1 für eine Matrixadressierte Flüssigkristallanzeige, die durch im Stand der Technik bekannte Verfahren mit einer Blackmatrix 2, 3, Farbfiltern 4a bis c, 5a bis c sowie einer Passivierungsschicht 6 und einer transparenten Elektrode 7 versehen wurden. Die Blackmatrix 2 gemäß 6 wurde beispielsweise durch Strukturierung einer metallischen Schicht erzeugt. In die Fenster der Blackmatrix wurden dann durch drei hintereinanderfolgende fotolitographische Prozesse die Farbfilter 4a bis c für die Farben rot, grün und blau aufgebracht.
Im Gegensatz hierzu wurden die Blackmatrix und die Farbfilter in 7 durch drei übereinandergegossene Fotoemulsionsschichten 8, 9, 10 erzeugt. Die Fotoemulsionsschichten sind in unterschiedlichen Spektralbereichen fotoempfindlich und färben sich bei entsprechender Belichtung mit einer bestimmten Farbe in deren Komplementärfarbe ein. Bei diesen Fotoemulsionsschichten werden die Primärfarben rot, grün und blau durch Farbsubtraktion innerhalb der drei übereinandergelegten Schichten erzeugt (in 6 und 7 ist die Farbe des durchfallenden Lichtes durch die großen Pfeile mit den Buchstaben "r", "g", "b" für die Primärfarben rot, grün und blau symbolisiert dargestellt). Z. B. wird die Fotoemulsionsschicht 8 nach einer entsprechenden Belichtung "gelb", die Fotoemulsionsschicht 9 nimmt die Farbe "magenta" an und die Emulsion 10 färbt sich mit der Farbe "zyan" ein. Um rot zu erhalten, müssen unter diesen Voraussetzungen die Emulsionsschichten 8 und 10 kombiniert werden. Hierdurch entsteht eine Filteranordnung, die aus weißem Licht die Farben gelb und zyan subtrahiert, womit rot verbleibt. In entsprechender Weise entstehen die Farben grün und blau. D.h. eine der drei Schichten erhält jeweils keine Filtereigenschaften. An der Stelle, an welcher die Blackmatrix 3 in 7 ausgebildet werden soll, werden alle drei Fotoemulsionsschichten belichtet, so daß am Ende kein Licht durchdringt und die Dreierschicht schwarz erscheint.
In 1 ist zum besseren Verständnis der mit der Erfindung erreichten Vorteile eine nicht erfindungsgemäße Schichtfolge zum Auflaminieren auf beispielsweise ein Substrat einer Flüssigkristallanzeige dargestellt. Zum Aufbau dieses Schichtengebildes wird zunächst auf eine Trägerfolie (flexible Folie) 11, die mit einer nicht eingezeichneten Antihaftschicht beschichtet ist, eine Kleberschicht 12 aufgebracht. Auf die Kleberschicht 12 werden nach bekannten Verfahren drei Farbfotoemulsionsschichten 13, 14, 15 z. B. aufgegossen und erfindungsgemäß zum Schutz vor Beschädigungen und Verunreinigungen mit einer Schutzfolie 16 bedeckt. Dieses Schichtengebilde wird zu einer Rolle 17 (vgl. 2) auf gerollt.
Der Verfahrensschritt des Aufbringens der Fotoemulsion auf das Glassubstrat 1 ist in 2 dargestellt. Die Rolle 17 wird in die Laminiervorrichtung 18 eingelegt. Die zu beschichtenden Glassubstrate 1 werden durch rotierende Walzen 19 fortbewegt. Die kleber- und schutzfolienbeschichteten Fotoemulsionsschichten 20 werden durch eine ebenfalls rotierende, beheizte Walze 21 auf das entsprechende Glassubstrat laminiert und aufgeklebt. Die Schutzfolie 16 der Emulsionsschicht wird nach der Walze 21 auf eine Walze 22 aufgerollt. In gleicher Weise wird mit der Trägerfolie 11 verfahren, die auf einer weiteren Walze 23 aufgewickelt wird.
Eine mit diesem Substrat 1 aufgebaute Flüssigkristallanzeige 24 hat ein Schichtengefüge wie in Bild 3 dargestellt. Die Flüssigkristallanzeige ist im wesentlichen aus zwei Glassubstraten aufgebaut, dem bekannten Glassubstrat 1 und einem weiteren gegenüberliegenden Glassubstrat 25, das z. B. die Dünnschichttransistoren 26 zur Ansteuerung einer optisch aktiven Bildpunktfläche 27 und eines Speicherkondensators 28 trägt. Auf dem Glassubstrat 1 befand sich zunächst die Kleberschicht 12 und die Fotoemulsionsschichten 13, 14, 15. Nach dem Auflaminiervorgang wurden zusätzlich eine Passivierungsschicht 29, eine transparente Ansteuerelektrode 30 sowie eine Orientierungsschicht aus Polyimid 31 aufgebracht. In gleicher Weise ist auch auf dem Gegensubstrat 25 eine Orientierungsschicht 31 auf einer Passivierungsschicht 29 vorhanden. Die Orientierungsschicht 31 dient der Orientierung des Flüssigkristallmaterials 32, das zwischen den beiden Glassubstraten 1 und 25 angeordnet ist. Um einen kontrollierten Abstand der Substrate zu gewährleisten, sind Abstandshalter (Glasspacer) 33 eingefügt.
In 4 ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufkleben von Fotoemulsionsschichten auf ein Glassubstrat 1 dargestellt. Dieses Verfahren ist gegenüber dem zuvor beschriebenen Transferverfahren, das insbesondere wegen der dünnen Fotoemulsionsschichten 13, 14, 15 sehr sorgfältig ausgeführt werden muß, vorteilhaft, da der Prozeß wesentlich robuster ist.
Für diesen Prozeß ergibt sich folgender Aufbau für das zu laminierende Schichtengebilde. Auf eine flexible Folie 11 wird auf der einen Seite die Kleberschicht 12 und auf der anderen Seite die Fotoemulsionsschichtung 13, 14, 15 aufgebracht. Sowohl die Kleberschicht 12 als auch die Fotoemulsionsschichten 13, 14, 15 werden mit einer Schutzfolie 16 bedeckt. Beim Laminiervorgang werden nun die Fotoemulsionsschichten samt flexibler Folie auf das zu beschichtende Substrat aufgeklebt. Der sich hieraus ergebende Aufbau einer Aktiv-Matrix-adressierten Flüssigkristallzelle ist entsprechend dem zu 3, mit dem einzigen Unterschied, daß im Schichtaufbau nunmehr die Trägerfolie 11 enthalten ist (vgl. hierzu 5). Die Aufbringung dieses Schichtengebildes mit Trägerfolie erfolgt in analoger Weise zu dem ohne Trägerfolie. Beim Laminiervorgang ist jedoch zu beachten, daß in einer Laminiervorrichtung gemäß 2 auf der Walze 23 anstatt der flexiblen Folie 11 nun eine weitere Schutzfolie 16 aufzuwickeln ist.
Durch das angegebene Verfahren lassen sich im Vergleich zu den bekannten Prozessen die Blackmatrix und Farbfilterstrukturen kostengünstiger auf beispielsweise ein Glassubstrat für eine Flüssigkristallzelle aufbringen, wobei sich das Verfahren für einen großtechnischen Einsatz eignet. Als flexible Folien kommt dabei eine Polarisatorfolie zum Einsatz. Die Polarisatorfolie hat den Vorteil, daß sie bei dem angegebenen Verfahren mit aufgeklebt wird und im Zelleninneren zu liegen kommt und damit nicht wie bei einem bekannten Aufbau problematischen Umweltbedingungen ausgesetzt ist. Ein Standardpolarisator besteht aus einer dünnen, einseitig gereckten Polyvinylalkohol (PVA)-Folie mit eingebetteten Jodmolekülen. Zum Schutz gegen klimatische Einflüsse wird diese Folie zwischen zwei Schutzfolien einlaminiert. Diese Schutzfolien können entfallen und die PVA-Folie kann direkt als Träger für die Fotoemulsionsschichten benutzt werden. Hier kommt der Umstand zu Hilfe, daß die PVA-Folie gegen Flüssigkristall unempfindlich ist und außerdem durch die Emulsion geschützt wird. Hinzu kommt, daß bei einem innenliegenden Polarisator sehr effiziente Oberflächenentspiegelungen auf der Glasaußenseite eingesetzt werden können. Darüber hinaus hat ein solcher Aufbau den Vorteil, daß die Glasoberfläche im Gegensatz zu der Polarisatoroberfläche wesentlich kratzunempfindlicher ist.

1: Substrat
2: Blackmatrix
3: Blackmatrix
4a–c: Farbfilter
5a–c: Farbfilter
6: Passivierungsschicht
7: transparente Elektrode
8: Fotoemulsionsschicht
9: Fotoemulsionsschicht
10: Fotoemulsionsschicht
11: flexible Folie
12: Kleberschicht
13: Farb-Fotoemulsionsschicht
14: Farb-Fotoemulsionsschicht
15: Farb-Fotoemulsionsschicht
16: Schutzfolie
17: Rolle
18: Laminiervorrichtung
19: Walze
20: kleber- und schutzfolienenbeschichtete
: Fotoemulsionsschichten
21: Walze
22: Walze
23: Walze
24: Flüssigkristallanzeige
25: Glassubstrat
26: Dünnschichttransistor
27: optisch aktiver Bildpunkt
28: Speicherkondensator
29: Passivierungsschicht
30: transparente Ansteuerelektrode
31: Orientierungsschicht
32: Flüssigkristallmaterial
33: Abstandshalter

Claims

Verfahren zum Aufbringen von Farbfiltern und/oder Abdeckmatrizen aus mindestens einer Fotoemulsionsschicht (13, 14, 15) auf ein starres Substrat, insbesondere ein Glassubstrat (1) für den Aufbau einer Flüssigkristallanzeige (24), bei dem die wenigstens eine Fotoemulsionsschicht auf eine Seite einer flexiblen Polarisatorfolie aufgebracht wird, auf die andere Seite der Polarisatorfolie eine Kleberschicht (12) aufgebracht wird und bei dem dieses Schichtengebilde mit der auf die Polarisatorfolie aufgebrachten Kleberschicht auf das Substrat laminiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf die Fotoemulsionsschicht eine Schutzfolie (16) aufgebracht wird, die vor oder bei dem Laminiervorgang wieder entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf die Kleberschicht (12) eine Schutzfolie (16) aufgebracht wird, die vor oder bei dem Laminiervorgang wieder entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem drei Farbfotoemulsionsschichten (13, 14, 15) für die jeweiligen Komplementärfarben (zyan, magenta, und gelb) auf die Polarisatorfolie aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Schichtengebilde in einer Zwischenstufe aufgerollt und für den Laminiervorgang wieder entrollt wird.
Laminat zum Aufbringen auf Substrate von Flüssigkristallanzeigen, deren Schichtaufbau eine flexible Folie (11), eine auf der einen Seite der Folie aufgebrachte Kleberschicht (12) und auf der anderen Seite der Folie wenigstens eine Fotoemulsionsschicht umfaßt, wobei die flexible Folie (11) eine Polarisatorfolie ist.
Laminat nach Anspruch 6, bei dem die wenigstens eine Fotoemulsionsschicht auf einer Seite der Polarisatorfolie (11) und die Kleberschicht (12) auf der anderen Seite der Folie angeordnet ist.
Laminat nach Anspruch 6 oder 7, bei dem auf der wenigstens einen Fotoemulsionsschicht eine Schutzfolie (16) aufgebracht ist.
Laminat nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem auf der Kleberschicht (12) eine Schutzfolie (16) aufgebracht ist.
Laminat nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem drei Farbfotoemulsionsschichten (13, 14, 15) für die jeweiligen Komplementärfarben zyan, magenta und gelb aufgebracht sind.