DE19860671A1 - Verfahren zur Herstellung einer farbigen Fotomaske sowie Fotomaske mit nebeneinanderliegenden unterschiedlichen Farbfilterbereichen - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer farbigen Fotomaske zur Belichtung von Fotoemulsionsschichten für Farbbilder von Flüssigkristallanzeigen vorgeschlagen, bei welchem erfindungsgemäß zur Strukturierung von unterschiedlichen nebeneinanderliegenden Farbfilterbereichen auf der Fotomaske nacheinander dichroitische Schichten mit entsprechenden Farbfiltereigenschaften aufgebracht und strukturiert werden. Im Weiteren wird eine Fotomaske vorgeschlagen, die nebeneinanderliegende unterschiedliche Farbfilterbereiche zur Belichtung von Fotoemulsionsschichten aufweist und erfindungsgemäß dadurch ausgezeichnet ist, dass die Farbfilterbereiche aus dichroitischen Schichten bestehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer farbigen Fotomaske sowie eine Fotomaske mit nebeneinanderliegenden unterschiedlichen Farbfilterbereichen zur Belichtung von Fotoemulsionsschichten für Farbfilter von Flüssigkristallanzeigen.

Stand der Technik

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 bei Matrixanzeigen von einer lichtundurchlässigen Abdeckmatrize (Black-Matrix) umgeben sind. Der Hauptzweck der Black-Matrix besteht darin, eine optisch aktive Fläche eindeutig zu definieren.

Zur Erzeugung der Farbfilter und auch der Black-Matrix werden bei einer Ausführungsform Fotoemulsionsschichten eingesetzt. Dazu werden beispielsweise auf eine Glasplatte drei Fotoemulsionsschichten aufgebracht, die in unterschiedlichen Spektralbereichen fotoempfindlich sind und sich bei Belichtung mit einer Farbe und anschließendem Entwickeln in deren Komplementärfarbe einfärben.

Um zu vermeiden, dass bei der Erzeugung von jeder Farbfilterplatte für eine Flüssigkristallanzeige drei Belichtungsschritte mit unterschiedlichen Belichtungsfarben erforderlich sind, können Fotomasken eingesetzt werden, die entsprechende Farbfilterbereiche in den Komplementärfarben der Filterbereiche des eigentlichen Flüssigkristallfarbfilters aufweisen. Auf diese Weise kann der Belichtungsschritt der Fotoemulsionsschichten in einem einzigen Belichtungsschritt durchgeführt werden. Dabei ist lediglich darauf zu achten, dass die verwendete Lichtquelle die gewünschten Farbanteile enthält.

In "SIMPLEST PROCESS COLOR TFT-LCDs", A. Prolonge et al., Asia Display '95, Seite 697 ist ein Verfahren zur Herstellung einer farbigen Fotomaske für die Belichtung von Farb- Fotoemulsionsschichten als Farbfilter in einer Flüssigkristallanzeige beschrieben.

Diese Fotomaske wird ihrerseits aus Farb- Fotoemulsionsschichten hergestellt, wobei jedoch die entsprechenden Filterbereiche die Komplementärfarben der eigentlichen Flüssigkristall-Farbfilterbereiche aufweisen.

Zur Erzeugung der farbigen Fotomaske werden drei Fotoemulsionsschichten übereinander angeordnet und durch nacheinander folgende Belichtung durch blaues, grünes und rotes Licht über eine Chrommaske, die nur ein Drittel der Bildpunkte aufweist und nach jedem Belichtungsschritt verschoben wird, Farbfilterbereiche in den Farben "Gelb", "Magenta" und "Cyan" erzeugt. Die nach der dreimaligen Belichtung unbelichteten Bereiche zwischen den Bildpunkten werden nach dem Entwickeln transparent. Mit dieser farbigen Fotomaske werden dann die Farb-Fotoemulsionsschichten zur Erzeugung der Farbfilter auf einem Flüssigkristallsubstrat belichtet, wobei die transparenten Bereiche der Fotomarke auf dem Farbfilter zu schwarzen Bereichen führen und deshalb als Black Matrix verwendet werden können.

Eine solche farbige Fotomaske weist jedoch Nachteile auf. Die Standzeit einer farbigen Fotomaske aus Farbemulsionen ist begrenzt, da die Schichten bei vielen aufeinanderfolgenden Belichtungsschritten verschleißen.

Des Weiteren ist eine intensive Reinigung dieser Fotomasken nur schwer beziehungsweise gar nicht möglich. Darüber hinaus sind die Filtereigenschaften von Fotoemulsionsschichten für den Einsatz in einer Fotomaske unzureichend. Das Resultat sind bleiche Farben.

Schließlich ist durch den Herstellungsprozess der Fotomaske, bei welchem eine Chrommaske dreifach verschoben wird, der Zwischenraum zwischen den Farbfilterbereichen für die Farben "Gelb", "Magenta" und "Cyan" unterschiedlich groß, so dass hohe Toleranzen in der Flüssigkristallanzeige über einen entsprechenden geometrischen Vorhalt ausgeglichen werden müssen, die wiederum einen Aperturverlust der Flüssigkristallanzeige zur Folge haben.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine farbige Fotomaske zur Belichtung von Farbemulsionen für Farbfilter von Flüssigkristallanzeigen bereitzustellen, die eine hohe Langzeitstabilität aufweist, unproblematisch zu reinigen ist und verbesserte Farbfiltereigenschaften mit vergleichsweise steilen Filterflanken besitzt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 sowie durch die Merkmale des nebengeordneten Anspruchs 8 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Herstellung einer farbigen Fotomaske zur Belichtung von Fotoemulsionsschichten für Farbfilter von Flüssigkristallanzeigen aus. Der Kerngedanke der Erfindung liegt nun darin, dass zur Erzeugung von unterschiedlichen nebeneinanderliegenden Farbfilterbereichen auf der Fotomaske nacheinander dichroitische Schichten mit entsprechenden Farbfiltereigenschaften aufgebracht, z. B. aufgedampft oder aufgesputtert, und strukturiert werden. Mit dichroitischen Schichten lassen sich Farbfilter mit steilen Filterflanken erzeugen, wodurch eine hohe Farbtreue erreicht werden kann. Des Weiteren weisen dichroitische Farbfilterschichten eine hohe Langzeitstabilität auf und sie lassen sich vergleichs­ weise einfach reinigen. Dichroitische Farbfilter bestehen regelmäßig aus einer Vielzahl dielektrischer Schichten mit unterschiedlich großen Brechungsindizies, zum Beispiel Schichten aus SiO₂ oder TiO₂. Durch die Anzahl der Schichten und das Verhältnis der Schichtdicken zueinander läßt sich der spektrale Durchlaßbereich des Filters einstellen.

Um eine sichere Strukturierung der schwer selektiv zueinander ätzbaren dichroitischen Farbfilterbereiche zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, dass bei der Strukturierung wenigstens einer dichroitischen Schicht zunächst auf diese dichroitische Schicht eine Ätzstoppschicht, die selektiv zu den dichroitischen Schichten geätzt werden kann, vorzugsweise eine Chromschicht, aufgebracht wird, dass anschließend eine fotoempfindliche Lackschicht aufgebracht und nach einem Belichtungsschritt, vorzugsweise Maskenbelichtungsschritt, strukturiert wird, dass im Weiteren mit der strukturierten Fotolackschicht die Strukturierung der Ätzstoppschicht und darauffolgend die Strukturierung der wenigstens einen dichroitischen Schicht vorgenommen wird, und dass anschließend die Fotolackschicht entfernt wird. In diesem Zusammenhang ist es ebenso vorteilhaft, wenn bei der Strukturierung der letzten dichroitischen Schicht die fotoempfindliche Lackschicht direkt auf die dichroitische Schicht ohne Aufbringen einer Ätzstoppschicht aufgebracht wird. Dies ist möglich, da die letzte dichroitische Schicht nicht mehr bezüglich einer nachfolgenden dichroitischen Schicht geätzt werden muß. Vorzugsweise werden nach Strukturierung aller dichroitischen Schichten die auf den Farbfilterbereichen befindlichen Ätzstopschichten entfernt.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die dichroitischen Schichten derart vorstrukturiert, dass größere Bereiche, als die endgültigen Farbfilterbereiche verbleiben, und dass in einem einzigen abschließenden Prozessschritt die endgültige Struktur aller nebeneinanderliegenden dichroitischen Farbfilterbereiche erzeugt wird. Durch diese Maßnahme kann sichergestellt werden, dass die Abstände zwischen den Farbfilterbereichen gleichbleibend sind und somit enge Toleranzen bei der Gestaltung einer Black-Matrix einer Farbfilterplatte für eine Flüssigkristallanzeige eingehalten werden können. Auf diese Weise wird die Apertur der Flüssigkristallanzeige verbessert.

Im Weiteren ist es günstig, wenn der abschließende Prozessschritt ein fotolithographischer Prozessschritt ist, bei welchem zunächst eine fotoempfindliche Lackschicht aufgebracht wird, anschließend die Fotolackschicht in einem Belichtungsschritt, vorzugsweise Maskenschritt, strukturiert wird und im Weiteren mit der strukturierten Fotolackschicht die Strukturierung der dichroitischen Farbfilterbereiche auf ihre endgültige Größe vorgenommen wird. Dieser Prozessschritt ist vor allem dann bevorzugt, wenn die Bereiche zwischen den Farbfilterbereichen lichtdurchlässig bleiben sollen, um damit die Black-Matrix in einem Farbemulsionschichtsystem der Farbfilter der Flüssigkristallanzeige zu erzeugen. Denn sofern drei übereinanderliegende Fotoemulsionsschichten für die Farben "Gelb", "Magenta" und "Cyan" einer Farbfilterplatte für eine Flüssigkristallanzeige mit "weißem Licht" belichtet werden, werden alle drei Farbschichten im jeweiligen Spektralbereich "aktiviert", so dass am Ende kein Licht durchdringt und die Dreierschicht schwarz erscheint.

Bei einer alternativen Verfahrensweise kann die farbige Fotomaske nicht für einen Durchlichteinsatz, sondern reflexiv eingesetzt werden. In diesem Fall ist es zur Erzeugung einer exakten Beabstandung der Farbfilterbereiche vorteilhaft, wenn der abschließende Prozessschritt zunächst eine Beschichtung mit einer reflektierenden Schicht, aus z. B. Chrom oder Aluminium, umfaßt und dass aus dieser reflektierenden Schicht über den bereits vorstrukturierten Farbfilterbereichen angeordnete Fenster mittels eines Fotolackschritts erzeugt werden, um die nun an dieser Stelle freiliegende reflektive Schicht zu entfernen. Beispielsweise läßt sich eine reflexive Chromschicht in einem nasschemischen Ätzschritt abätzen. Bei der Verwendung als reflexive Maske müssen die Farbfiltereigenschaften der dichroitischen Farbfilterbereiche entsprechend angepaßt werden. Das heißt im Vergleich zu den Farbfiltereigenschaften bei Durchlicht wird nunmehr die komplementäre Farbe von den Farbfilterbereichen reflektiert.

Zeichnungen

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1a-1f einen Ausschnitt einer farbigen Fotomaske zur Belichtung von Fotoemulsionen für Farbfilter von Flüssigkristallanzeigen im Querschnitt in verschiedenen Prozessstadien bei der Durchführung eines ersten erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens und

Fig. 2a-2g einen Ausschnitt einer weiteren farbigen Fotomaske zur Belichtung von Farbemulsionsschichten für Farbfilter von Flüssigkristallanzeigen im Querschnitt und in verschiedenen Prozessstadien bei der Durchführung eines zweiten erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1a-1f zeigen einen Ausschnitt einer farbigen Fotomaske 1 zur Belichtung von Fotoemulsionsschichten für Farbfilter von Flüssigkristallanzeigen in verschiedenen Prozessstadien bei der Durchführung eines ersten erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens. Die Fotomaske wird auf einem Glassubstrat 2 aufgebaut. Nacheinander werden die folgenden Prozessschritte durchgeführt:

• 1. Zunächst wird eine erste dichroitische Schicht z. B. mit Farbfiltereigenschaften für die Farbe "Cyan" aufgedampft. Darauf wird ein fotoempfindlicher Lack aufgebracht und über einen fotolithographischen Prozess mit vorzugsweise einer Maskenbelichtung belichtet und zu Inseln 4 strukturiert, die den gewünschten vorstrukturierten Farbfilterbereichen für die Farbe "Cyan" entsprechen (Fig. 1a).
• 2. Mit dieser Maskierung wird die dichroitische Schicht geätzt, so dass die gewünschten Farbfilterbereiche 5 verbleiben. Anschließend wird die Fotolackmaskierung entfernt (Fig. 1b).
• 3. Diese Prozessschritte werden in gleicher Weise zur Herstellung der Farbfilterbereiche 6, 7 für die Farben "Magenta" und "Gelb" wiederholt. Dabei ist es nicht notwendig, dass die Farbfilterbereiche 5, 6, 7 exakt zueinander justiert werden müssen. Vielmehr sind Justiertoleranzen zulässig, da die Struktur der Farbfilterbereiche in diesem Prozessstadium größer ist, als die endgültige Farbfilterstruktur (Fig. 1c).
• 4. Die endgültige Farbfilterstruktur wird durch einen fotolithographischen Prozess erzeugt, bei welchem zunächst eine fotoempfindliche Schicht aufgebracht wird und dann diese Fotolackschicht mittels eines Belichtungs- und Entwicklungsschrittes so strukturiert wird, dass Fotolackinseln 5 verbleiben, die der endgültigen Größe der Farbfilterbereiche entsprechen und die vor allem exakt zueinander beabstandet sind. Bei diesem Prozessschritt ist nur darauf zu achten, dass die vorstrukturierten Farbfilterbereiche so groß sind, dass die endgültige Struktur ohne Überlappung darauf Platz findet (Fig. 1d).
• 5. Gemäß der aufgebrachten Fotolackstruktur werden alle Farbfilterbereiche 5, 6, 7 in einem Prozessschritt geätzt (Fig. 1e).
• 6. Im Ergebnis verbleiben Farbfilterbereiche für die Farben "Cyan", "Magenta" und "Gelb", die durch den abschließenden fotolithographischen Prozess exakt zueinander beabstandet sind. Zwischen den Farbfilterbereichen kann ungehindert z. B. weißes Licht passieren, mit welchem in einer Farbfilteranordnung für eine Flüssigkristallanzeige aus Fotoemulsionsschichten sich die "Black-Matrix" erzeugen läßt.

In den Fig. 2a-2g ist ein Ausschnitt einer farbigen Fotomaske 1' zur Belichtung von Farb-Fotoemulsionsschichten in verschiedenen Prozessstadien bei der Durchführung eines weiteren erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens dargestellt. Das dort veranschaulichte Verfahren entspricht im Wesentlichen dem durch die Fig. 1a-1c dargestelltem Verfahren mit dem einzigen Unterschied, dass die Strukturierung der dichroitischen Farbfilterschichten bis zur vorletzten dichroitischen Schicht jeweils eine Ätzstoppschicht eingesetzt wird.

Dieses Herstellungsverfahren gliedert sich wie folgt auf:

• 1. Wiederum wird eine erste dichroitische Schicht 3' auf ein Glassubstrat 2' aufgedampft. Jedoch wird auf diese Schicht eine Chromschicht 9 als Ätzstoppschicht aufgedampft oder aufgesputtert. Anschließend folgt wie zu Fig. 1a beschrieben die Strukturierung einer Fotolackschicht zu Fotolackinseln 4' (Fig. 2a).
• 2. Die Chromschicht wird daraufhin nasschemisch geätzt (z. B. in einer Ätzlösung aus Ammoniumcernitrat, Essigsäure und Wasser). Die darunter angeordnete dichroitische Schicht wird trockenchemisch geätzt (z. B. mit Fluorchemie). Nach Entfernen des Fotolacks verbleiben Farbfilterbereiche 5' für z. B. die Farbe "Cyan", die von einer Chromschicht überdeckt sind (Fig. 2b).
• 3. Ein entsprechender Prozess wird zur Erzeugung der Farbfilterbereiche 6' für die Farbe "Magenta" durchgeführt. Auch diese Farbfilterbereiche 6' sind mit einer Chromschicht überdeckt (Fig. 2c und d).
• 4. Schließlich wird eine dritte dichroitische Schicht 10 aufgebracht. Auf diese Schicht wird jedoch keine Chromätzstoppschicht abgeschieden, sondern direkt eine Strukturierung über eine Fotolackmaskierung vorgenommen, so dass nach Entfernen der Fotolackmaskierung Farbfilterbereiche 7' für die Farbe "Gelb" verbleiben (Fig. 2e und f).
• 5. Schließlich wird die Chromschicht auf den Farbfilterbereichen 5' und 6' entfernt, so dass eine Struktur gemäß Fig. 1c verbleibt (Fig. 2 g).

Auf diese Struktur läßt sich selbstverständlich das Verfahren gemäß der Fig. 1d-1f anwenden, um exakt beabstandete Farbfilterbereiche zu erhalten.

Der Einsatz der Chromschicht hat den Vorteil, dass sich die dichroitischen Schichten problemlos ohne Beeinflussung der vorhergehend erzeugten dichroitischen Farbfilterbereiche (z. B. 4' und 5') ätzen lassen.

Bei der Auswahl der Ätzstoppschicht ist darauf zu achten, dass sich diese selektiv zu den dichroitischen Schichten ätzen läßt. Dies ist bei einer Chromschicht der Fall.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung einer farbigen Fotomaske zur Belichtung von Fotoemulsionsschichten für Farbfilter von Flüssigkristallanzeigen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung von unterschiedlichen nebeneinanderliegenden Farbfilterbereichen (5, 5', 6, 6', 7, 7') nacheinander dichroitische Schichten mit entsprechenden Farbfiltereigenschaften aufgebracht und strukturiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Strukturierung wenigstens einer dichroitischen Schicht (3, 3') zunächst auf diese dichroitische Schicht eine Ätzstoppschicht (9), die selektiv zu den dichroitischen Schichten geätzt werden kann, aufgebracht wird, dass anschließend eine fotoempfindliche Lackschicht aufgebracht und nach einem Belichtungsschritt strukturiert wird, dass im Weiteren mit der strukturierten Fotolackschicht (4, 4') die Strukturierung der Ätzstoppschicht (9) und darauf folgend die Strukturierung der wenigstens einen dichroitischen Schicht (3, 3') vorgenommen wird, und dass anschließend die Fotolackschicht entfernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Strukturierung der letzten dichroitischen Schicht die fotoempfindliche Lackschicht direkt auf die dichroitische Schicht ohne Aufbringen einer Ätzstoppschicht aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Strukturierung aller dichroitischen Schichten die auf den Farbfilterbereichen (5', 6') befindlichen Ätzstoppschichten entfernt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dichroitischen Schichten derart vorstrukturiert werden, dass größere Bereiche wie die endgültigen Farbfilterbereiche (15, 16, 17) verbleiben und dass in einem einzigen abschließenden Prozessschritt die endgültige Struktur aller dichroitischen Farbfilterbereiche (15, 16, 17) erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der abschließende Prozessschritt ein fotolithographischer Prozessschritt ist, bei welchem zunächst eine fotoempfindliche Lackschicht aufgebracht wird, anschließend die Fotolackschicht in einem Belichtungsschritt strukturiert wird und im Weiteren mit der strukturierten Fotolackschicht (8) die Strukturierung der dichroitischen Farbfilterbereiche auf ihre endgültige Größe (15, 16, 17) vorgenommen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der abschließende Prozessschritt zunächst eine Beschichtung mit einer reflektierenden Schicht umfaßt und dass aus dieser reflektierenden Schicht über den bereits vorstrukturierten Farbfilterbereichen (5, 6, 7) angeordnete Fenster mittels eines Fotolackschrittes entfernt werden.

8. Fotomaske mit nebeneinanderliegenden unterschiedlichen Farbfilterbereichen zur Belichtung von Fotoemulsionsschichten für Farbfilter von Flüssigkristallanzeigen, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbfilterbereiche aus dichroitischen Schichten bestehen.