DE3586742T2

DE3586742T2 - Fluessigkristall-mehrfarbenanzeigevorrichtung.

Info

Publication number: DE3586742T2
Application number: DE8585903040T
Authority: DE
Inventors: Co-Op Nomuraoike Masaki; Minoru Takaochi
Original assignee: Nissha Printing Co Ltd
Current assignee: Nissha Printing Co Ltd
Priority date: 1984-06-18
Filing date: 1985-06-13
Publication date: 1993-03-18
Anticipated expiration: 2005-06-14
Also published as: WO1986000424A1; EP0186710A1; EP0186710A4; EP0186710B1; JPS614020A; US4776675A; DE3586742D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Mehrfarbenanzeigevorrichtung. Sie betrifft insbesondere eine Flüssigkristall-Mehrfarbenanzeigevorrichtung, bei der Bildelemente (Pixel) die sich aus einem Substrat mit Farbfiltern zusammensetzen, die mit Hilfe eines Druckverfahrens oberhalb oder unterhalb von auf dem Substrat angeordneten Elektroden ausgebildet werden, eine Mehrfarbenanzeige liefern, wenn ein jedem Pixel entsprechendes Signal zugeführt wird.
Ein bekanntes Verfahren zur Bereitstellung von Farbfiltern in einer Flüssigkristall-Mehrfarbenanzeigevorrichtung umfaßt die Ausbildung von Gelatineschichten oberhalb oder unterhalb der Elektroden an einer Innenfläche des Substrats und das Einfärben der Gelatineschichten zur Bildung der Farbfilter. Bei diesem Verfahren sind jedoch die geringe Feuchtigkeitsbeständigkeit und die geringe Hitzebeständigkeit problematisch. Außerdem muß zur Ausführung einer Mehrfarbenstrukturierung für jede Farbe unter Anwendung eines fotolithografischen Verfahrens eine Fotolackschicht als Farbmaske ausgebildet und später wieder entfernt werden, mit dem Ergebnis, daß eine größere Anzahl von Verfahrensschritten angewendet werden muß, wodurch sich der Preis des Produkts erhöht.
In Anbetracht dieser Situation hatten die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Idee, die Farbfilter mit Hilfe eines Druckverfahrens auszubilden, und entwickelten zur Lösung der oben diskutierten Probleme die nachstehend beschriebene Erfindung, die in Japan als Gebrauchsmuster angemeldet wurde (Japanische Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 58-119 281). Hierbei handelt es sich um ein Farbfilter für eine Flüssigkristallanzeige, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein Glassubstrat eine Druckschicht aufgebracht wird, für die eine Druckfarbe verwendet wird, die als Hauptbestandteil eine Polyamidkarbonsäure enthält, welche mit einem geeignet gewählten Färbemittel oder dergleichen vermischt ist. Weitere Untersuchungen zeigten jedoch später, daß bei diesem Verfahren die folgenden Probleme auftreten. Es wurde festgestellt, daß Probleme mit der Gleichmäßigkeit und der Maßgenauigkeit der Schichtdicke einer zur Bildung des Farbfilters aufgedruckten Schicht entstehen und daß es daher schwierig ist, gegenüber dem herkömmlichem Verfahren eine vergleichbare oder bessere Anzeigequalität des Farbfilters zu erzielen. Mit anderen Worten, wenn man beim Druckverfahren das Farbfilter als Ganzes betrachtet, zeigt sich eine Neigung zur Entstehung von Vertiefungen zwischen Teilen mit großer und geringer Schichtdicke (nachstehend als "Einkerbung" bezeichnet). Bei starker Einkerbung kann die als Reiben bezeichnete Orientierungsbehandlung nicht gleichmäßig auf der gesamten Substratoberfläche ausgeführt werden, so daß die Anzeigequalität beeinträchtigt wird. Bei einem Flüssigkristallbaustein, bei dem über dem Farbfilter eine transparente, elektrisch leitende Schicht aufgebracht wird, verursachen die Einkerbungen ferner einen Ausfall oder eine Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit. Selbst wenn die elektrische Leitfähigkeit für die Ausbildung einer Präzisionsstruktur gesichert ist, treten beim Maskieren während der anschließenden Strukturierung der transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht gewöhnlich Probleme auf. Um diese Probleme zu beseitigen, kann man in Erwägung ziehen, auf die Oberfläche eine Deckschicht aufzubringen, um dadurch die Einkerbungen zu glätten, aber das ist technisch schwierig und vermindert die Vorzüge des kostengünstigen Druckverfahrens.
In der GB-A-2 109 123 wird ein Mehrfarben- Flüssigkristallbaustein offenbart, bei dem die Farbfilter mit Hilfe eines Druckverfahrens auf Streifenelektroden ausgebildet sind. Die Offenbarung in diesem Dokument entspricht dem Oberbegriff von Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung.
Im Hinblick auf diese Situation haben die Erfinder als Ergebnis weiterführender Forschungsarbeiten festgestellt, daß das Farbfilter, wenn es unter Anwendung des Druckverfahrens ausgebildet wird, eine halbkugelförmige oder trapezförmige oder ähnliche Gestalt annimmt, und die vorliegende Erfindung auf der Grundlage dieser Feststellung entwickelt.
Erfindungsgemäß wird eine Flüssigkristall-Mehrfarbenanzeigevorrichtung geschaffen, die ein Substrat mit mehreren Elektroden und ein mit Hilfe eines Druckverfahrens oberhalb oder unterhalb jeder Elektrode ausgebildetes Farbfilter aufweist, wobei der durch die folgende Gleichung ausgedrückte Druckparameter α nicht kleiner ist als 20 um und benachbarte Farbfilter eine Überlappung im Bereich von α/3 bis α+30 um aufweisen, mit:
α = T/tan R
wobei T die maximale Schichtdicke des Farbfilters in um bedeutet und R der Kontakt-Innenwinkel zwischen einer Geraden und dem Substrat ist, wobei die Gerade dadurch definiert ist, daß sie in einer Ebene senkrecht zur Schnittlinie des Farbfilterrands mit dem Substrat liegt und so gezeichnet ist, daß sie sowohl durch die Stelle auf der Oberfläche des Farbfilters verläuft, wo die Schichtdicke gleich T/2 ist, als auch durch den Schnittpunkt des Farbfilterrands mit dem Substrat.
Da die vorliegende Erfindung entsprechend der obigen Beschreibung ausgeführt ist, können die nachstehend beschriebenen Wirkungen erzielt werden. Da heißt, wegen des angewendeten Druckverfahrens kann das Farbfilter einfacher und billiger ausgebildet werden. Am wichtigsten ist, daß wegen der Anwendung spezieller Druckbedingungen zum Ausbilden des Farbfilters eine glatte Oberfläche und damit eine bessere Anzeigequalität erzielt werden können.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Die Zeichnungen zeigen insgesamt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Mehrfarbenanzeigevorrichtung. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein erläuterndes Diagramm in vergrößertem Maßstab, das ein Bildelement (Pixel) darstellt;
Fig. 2 ein erläuterndes Diagramm im vergrößerten Maßstab, daß mehrere Pixel und ihre Anschlußbedingungen darstellt; und
Fig. 3 eine Teilschnittdarstellung.
In den Zeichnungen bedeuten die Bezugszeichen 1 ein Farbfilter, 1R ein Rotfilter, 1G ein Grünfilter und 1B ein Blaufilter. 2 bezeichnet Elektroden, 3 bezeichnet Orientierungsschichten, 4 ein Glassubstrat, 5 eine Polarisationsplatte, 6 eine Hintergrundbeleuchtung und 7 einen Flüssigkristall.
Der Grund dafür, daß in der vorliegenden Erfindung der Druckparameter α nicht kleiner als 20 um gewählt wird, ist der folgende. Wenn der Wert α kleiner ist als 20 um, dann ergibt sich ein großer Kontakt-Innenwinkel e und dadurch eine größere Einkerbung. Wird ein Verfahren zur Überlappung benachbarter Farbfilter angewendet, um die Einkerbung zu glätten, dann ist der Toleranzbereich extrem eingeengt und der Druck kann nicht mit Präzision ausgeführt werden. Selbst wenn dieses Verfahren theoretisch möglich ist, ist die Herstellung in der Tat praktisch unmöglich. Wenn beispielsweise der Wert α gleich 10 um ist, dann muß man, um eine Flüssigkristall-Mehrfarbenanzeigevorrichtung von guter Anzeigequalität ohne Orientierungsfehler zu erhalten, die Überlappung auf den Bereich von etwa 5-10 um einschränken. Die derzeitige Drucktechnologie ist jedoch bei weitem noch nicht so leistungsfähig, um einen Überlappungsfehler auf nicht mehr als 5 um zu beschränken.
Die Überlappung benachbarter Farbfilter wird aus folgendem Grund auf nicht weniger als α/3 beschränkt. Ist die Überlappung kleiner als dieser Wert, dann kann wegen der schlechten Glätte keine ausreichende Orientierungsbehandlung ausgeführt werden, was zum Durchscheinen des Hintergrundlichts (weißes Licht) in Nicht-Pixel-Bereichen führt. Wird die Überlappung nicht kleiner als α/3 gemacht, dann kann die Einkerbung nicht größer werden als 2/3 der Schichtdicke T, und da außerdem ein spitzwinkliger Teil des Winkels in Randnähe des Farbfilters eliminiert werden kann, läßt sich die Einkerbung unter Minimierung des Orientierungsfehlers einebnen. Außerdem kann man auch in dem Falle, wo über dem Farbfilter die transparente, elektrisch leitfähige Schicht ausgebildet wird, eine mangelnde elektrische Leitfähigkeit beheben und die Strukturierung erleichtern. Eine auf die Einkerbung zurückzuführende mangelnde Orientierung kann vorzugsweise dadurch behoben werden, daß man die Überlappung nicht kleiner als α/2 macht.
Andererseits wird die Überlappung aus dem folgenden Grund auf einen Wert von nicht mehr als α+30 um beschränkt. Es ist zwar notwendig, die Schichtdicke im Pixel-Bereich und nicht im Nicht-Pixel-Bereich zu vergrößern, um eine mangelnde Orientierung zu vermeiden, aber diese Aufgabe kann im allgemeinen dadurch gelöst werden, daß die Überlappung benachbarter Farbfilter auf den obenerwähnten Bereich beschränkt wird. Wenn es vorkommen kann, daß die Schichtdicke im Nicht- Pixel-Bereich größer ist als im Pixel-Bereich, entsteht kein praktisches Problem, da dieser Zustand, soweit er in den obenerwähnten Bereich fällt, auf eine sehr geringe Breite begrenzt werden kann. Der Grund dafür wird nachstehend ausführlich erläutert. Dadurch, daß der Wert α, wie weiter oben beschrieben, nicht kleiner als 20 um gewählt wird, muß eine Druckfarbe von relativ geringer Viskosität gewählt werden, und die Druckfarbe weist nach dem Druck zwangsläufig eine glatte Form auf (s. Fig. 1). Dementsprechend hat die Druckfarbe auch in einem Abstand von α+30 um von ihrem Rand eine geringere Höhe als die maximale Schichtdicke T (um) und repräsentiert einen mäßigen Anteil mit geringem Anstieg. Wenn ein bedrucktes Material wirklich ausgemessen wird, erhält man eine mittlere Schichtdicke von etwa 0,8 T bis 0,9 T (um). Indem der überlappende Teil vorzugsweise nicht größer als α+10 um gemacht wird, kann das Glätten weiter gefördert werden.
Hierbei ist zu beachten, daß, wenn die gewählte Elektrodenbreite gleich a ist, der Wert α zwischen etwa 20 um und 2a liegen muß. Bei α gleich 2a besteht eine Bedingung für die Beibehaltung der Glätte darin, daß der Überlappungsbereich zwischen etwa 2a/3 und 2a+30 um liegt. Während es bei 2a/3 kein Problem gibt, dringt bei 2a+30 um das Farbfilter um mindestens a+15 um in das benachbarte Pixel ein, und die beiden Farbfilter überlappen sich und verdunkeln das Pixel. Obwohl es kein Problem bezüglich der Sichtbarkeit gibt, wenn das Pixel groß ist und der Flächenanteil, in dem sich die beiden Farbfilter überlappen, 10% der Gesamtfläche des Pixels beträgt, ist es doch vorzuziehen, wenn kein Eindringen in das benachbarte Pixel erfolgt. In diesem Fall liegt der zulässige Überlappungsbereich zwischen etwa 2a/3 und a und muß auf a/3 gebracht und damit eingeengt werden. Insbesondere im Fall der Präzisionsanzeigevorrichtung ist a nicht größer als 50 um und der zulässige Bereich ist eng, so daß die Herstellung durch Aufdrucken problematisch wird. Wenn daher α nicht kleiner als 2a ist, wird dadurch die Herstellung in der Tat unmöglich.
Bei der vorliegenden Erfindung ist das Druckverfahren nicht immer auf ein spezielles Verfahren beschränkt. Es können ein Siebdruckverfahren, ein Hochdruckverfahren, ein Tiefdruckverfahren, ein Offsettiefdruckverfahren und andere Druckverfahren in geeigneter Weise angewendet werden. Selbstverständlich muß die Viskosität der für das jeweilige Druckverfahren geeigneten Druckfarbe berücksichtigt werden, um die obenerwähnten Anforderungen zu erfüllen. Beispielsweise liegt der bevorzugte Viskositätsbereich beim Siebdruckverfahren zwischen etwa 1.000 und 50.000 cP, beim Hochdruckverfahren zwischen etwa 50 und 10.000 cP, beim Tiefdruckverfahren zwischen etwa 10 und 5.000 cP und beim Offsettiefdruckverfahren zwischen etwa 10 und 5.000 cP.
Der verwendete Druckfarbentyp kann als Hauptbestandteil eine Komponente enthalten, in der ein Färbemittel mit mindestens einem Harz aus der Gruppe der polyimidartigen, acrylartigen, polyvinylalkoholartigen, polyesterartigen, epoxidartigen, polyurethanartigen, polysulfonartigen, melaminartigen und silikonartigen Harze vermischt oder darin gelöst ist. Wenn Polyamidkarbonsäure als Bindemittel verwendet wird, können sowohl die Hitzebeständigkeit als auch die Druckanpassungsfähigkeit verbessert werden. Was das Färbemittel betrifft, so kann es unter vielen Farbstoffen und Pigmenten passend ausgewählt werden. Als Farbstoff wird ein öllöslicher Farbstoff bevorzugt, beispielsweise das KAYASET-System (Hersteller Nippon Kayaku Co.), das OILCOLOR-System (Hersteller Orient Kagaku Co.) und das OLEOSOL-System (Hersteller Sumitomo Kagaku Co.). Im Falle des Pigments kann die Verwendung eines Pigments von geringer Korngröße und ausgezeichneter Transparenz empfehlenswert sein.
Die erfindungsgemäße Flüssigkristall-Mehrfarbenanzeigevorrichtung kann nicht nur bei Verwendung eines normalen Matrixsubstrats mit Glas- oder Schichtsubstrat anwendbar sein, sondern auch, wenn ein aktives Matrixsubstrat, wie z. B. ein Siliziumsubstrat mit darin eingebautem Schalttransistor, ein SOS-Substrat oder ein Glassubstrat mit darin ausgebildetem Dünnschichttransistor verwendet wird.
Wie vorstehend beschrieben, kann wegen des Aufbaus der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Mehrfarbenanzeigevorrichtung durch ein Druckverfahren das Farbfilter einfacher und kostengünstiger ausgebildet werden, und am wichtigsten ist, daß wegen der vorgeschriebenen Druckbedingungen für die Ausbildung des Farbfilters die Oberfläche geglättet und damit die Anzeigequalität verbessert werden kann.
In den Zeichnungen verwendete Bezugszeichen
1 Farbfilter
1R Rotfilter
1G Grünfilter
1B Blaufilter
2 Elektrode
3 Orientierungsschicht
4 Glassubstrat
5 Polarisationsplatte
6 Hintergrundlicht
7 Flüssigkristall

Claims

1. Flüssigkristall-Mehrfarbenanzeigevorrichtung, umfassend ein Substrat (4) mit mehreren Elektroden (2) und einem Farbfilter (1), der ober- oder unterhalb jeder Elektrode (2) durch Verwendung eines Druckverfahrens gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckparameter α, beschrieben durch die folgende Gleichung, nicht kleiner als 20 um ist und dadurch, daß benachbarte Farbfilter eine Überlappung im Bereich von α/3 bis α + 30 um aufweisen:

mit

wobei T die maximale Filmdicke des Farbfilters in um bedeutet und e der Kontakt-Innenwinkel zwischen einer Geraden und dem Substrat ist, wobei die Gerade dadurch definiert ist, daß sie in einer Ebene senkrecht zur Schnittlinie des Farbfilterrands mit dem Substrat liegt, und daß sie so gezogen ist, daß sie sowohl durch die Stelle auf der Oberfläche des Farbfilters verläuft, wo die Filmdicke T/2 ist, als auch durch den Schnittpunkt des Farbfilterrands mit dem Substrat.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, in der α 20 bis 2a ist, wenn der Abstand zwischen den Elektroden (2) a ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, in der die Druckfarbe als ihren wesentlichen Bestandteil eine Komponente enthält, in der ein Färbemittel gemischt mit wenigstens einem Harz oder gelöst in ihm vorliegt, das aus der Gruppe polyimidartiges Harz, acrylartiges Harz, polyvinylalkoholartiges Harz, polyesterartiges Harz, epoxidartiges Harz, polyurethanartiges Harz, polysulfonartiges Harz, melaminartiges Harz und silikonartiges Harz ausgewählt ist.

4. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Druckverfahren ein Siebdruckverfahren ist und die Viskosität der Farbe 1000 bis 50 000 cps ist.

5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Druckverfahren ein Hochdruckverfahren ist und die Viskosität der Farbe 50 bis 10 000 cps ist.

6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Druckverfahren ein Tiefdruckverfahren ist und die Viskosität der Farbe 10 bis 5000 cps ist.

7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Druckverfahren ein Offsettiefdruckverfahren ist und die Viskosität der Farbe 10 bis 5000 cps ist.