DE69520337T2

DE69520337T2 - Herstellungsverfahren einer Flussigkristall-Farbanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69520337T2
Application number: DE69520337T
Authority: DE
Inventors: Takakazu Fukuchi; Hitoshi Kamamori; Shunichi Motte; Yoshikatsu Okada; Akiko Sakurai; Mitsuru Suginoya
Original assignee: Seiko Instruments Inc; Shinto Paint Co Ltd
Current assignee: Seiko Instruments Inc; Shinto Paint Co Ltd
Priority date: 1994-12-22
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 2001-06-21
Anticipated expiration: 2015-12-23
Also published as: TW406203B; US5770349A; EP0932071A2; KR960024574A; DE69520337D1; EP0718664A2; EP0718664A3; EP0932071A3; JPH08179302A; EP0718664B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallfarbanzeige, in welcher Flüssigkristallfarbanzeige Farbfilter eingesetzt werden, und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich ein einfaches Verfahren zur Herstellung einer Aktivmatrix-Flüssigkristallfarbanzeige mit hoher Bildqualität.
Die Fig. 2a und 2b sind Schnitt- und Vorderansichten einer bekannten Flüssigkristallfarbanzeige. In den Figuren bezeichnen die Bezugsziffern ein Glassubstrat 11, transparente Elektroden 12, welche aus ITO o. dgl. gebildet und zu Streifen geformt sind, Farbfilter 13, welche durch Elektroabscheidung auf den transparenten Elektroden 12 erzeugt sind, Lichtabschirmungsschichten 14, welche lediglich in den Zwischenräumen zwischen den Farbfiltern durch Aufbringen einer photoempfindlichen Substanz, die eine lichtabschirmende Substanz, wie etwa Kohlenstoff, enthält, auf die Farbfilter 13 und durch Belichten und Entwickeln derselben von der zu derjenigen Seite, wo die Farbfilter gebildet sind, gegenüberliegenden Seite unter Nutzung der Farbfilter als Masken gebildet sind, sowie ein zweites Glassubstrat 15, auf dem transparente Elektroden 16 sowie Dünnfilmtransistoren 17 gebildet sind. Die Flüssigkristallfarbanzeige wird gebildet, indem das so gebildete Farbfiltersubstrat 11 und das so gebildete Dünnfilmtransistorsubstrat 15 mittels einer Dichtungsmasse 18 unter Einhaltung eines vorbestimmten Zwischenraums zwischen diesen zusammengeklebt werden und Flüssigkristall 19 in den Zwischenraum eingefüllt wird.
Die so gebildete Flüssigkristallfarbanzeige besitzt aufgrund der Schalteigenschaften der Dünnfilmtransistoren einen guten Kontrast, und die Farbfilter werden einfach durch Elektroabscheidung gebildet, so daß eine qualitativ hochwertige und kostengünstige Farbanzeige erhalten werden kann.
Wenngleich die Flüssigkristallanzeige des Stands der Technik einfach herzustellen ist, weil die Lichtabschirmungsschicht unter Nutzung der Farbfilter als Masken in selbstausrichtender Weise gebildet wird, wird jedoch unvermeidbar dort keine Lichtabschirmungsschicht gebildet, wo sich die Farbfilter befinden. Obwohl ferner die Farbfilter einfach herzustellen sind, weil sie durch Elektroabscheidung gebildet werden, benötigen sie eine Verdrahtung zur Elektrizitätszufuhr, und die Farbfilter sind unvermeidbar an einem Teil gebildet, wo sich kein Pixel befindet.
Bei der bekannten Anzeige kann somit nicht der gesamte Umfang der Pixel mit der Lichtabschirmungsschicht umgeben werden. Wenngleich außerdem die Anzeige mit den Dünnfilmtransistoren einen hohen Kontrast erlaubt, ändern sich deren Eigenschaften leicht durch Licht; es ist notwendig, Außenlicht abzuschirmen, um ihren Betrieb zu stabilisieren.
Es ist demnach wünschenswert, den bei der bekannten Vorgehensweise unvermeidbaren Lichtaustritt um die Pixel herum zu beseitigen und die Umgebung der Pixel vollständig abzuschirmen. Wenn dies erreicht werden kann, kann der Betrieb der Dünnfilmtransistoren stabilisiert und der Kontrast weiter verbessert werden, da Streulicht beseitigt wird.
Die JP-A-1158401 offenbart ein Verfahren zur Bildung eines Farbfilters, bei dem transparente Elektroden auf einem isolierenden Substrat gebildet werden und ein isolierender Film über dem Substrat und den Elektroden gebildet und in zwei Stufen selektiv entfernt wird, zunächst um die Elektroden freizulegen und eine Abscheidung zu erlauben und zweitens zwischen den Farbfiltern, um die Abscheidung von Lichtabschirmungsschichten zu ermöglichen. Das Problem bei diesem Verfahren ist, daß die mehreren Schritte der Entfernung des isolierenden Films die Farbfilter beschädigen können.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallmehrfarbenanzeige mit Farbfiltern vorgesehen, umfassend:
- einen Schritt zur Bildung und Strukturierung einer Mehrzahl von Elektroden auf einem Substrat,
- einen Schritt zur Bildung und Strukturierung eines aus einem alkalisch auflösbaren Mittel hergestellten Isolierresists auf der Mehrzahl von Elektroden,
- einen Schritt zur Bildung von Farbfiltern durch selektives Aktivieren der Mehrzahl von Elektroden, um kationische Polymere auf der Mehrzahl von Elektroden elektroabzuscheiden,
- einen Schritt zur Entfernung des aus dem alkalisch auflösbaren Mittel hergestellten Isolierresists von der Mehrzahl von Elektroden mittels des Akalis,
- einen Schritt zur Bildung einer Lichtabschirmungssubstanz auf dem Substrat und
- einen Schritt zur Belichtung der Lichtabschirmungssubstanz von der Seite des Substrats, die derjenigen gegenüberliegt, wo die Farbfilter gebildet sind, unter Nutzung der Farbfilter als Photomasken zur Stukturierung der Lichtabschirmungssubstanz, so daß diese an den Stellen verbleibt, wo die Farbfilter nicht gebildet sind.
Durch dieses Verfahren kann die Umgebung der Pixel der mit Dünnfilmtransistoren kombinierten Farbanzeige vollständig abgeschirmt werden, und es kann der Lichtaustritt um die Pixel herum beseitigt werden.
Der Punkt der vorliegenden Erfindung liegt nach einem Aspekt darin, wie voneinander in isolierter Weise getrennte, punktförmige Farbfilter durch Elektroabscheidung gebildet werden können. Es ist notwendig, ein isolierendes Resist auf einen Teil einer Pixelelektrode aufzutragen, um auf diesem Teil keine Elektroabscheidung hervorzurufen. Weil das isolierendes Resist eine nutzlose Schicht ist, wenn später eine Lichtabschirmungsschicht gebildet wird, ist ein Problem dieses Verfahrens, wie diese Isolierschicht gehandhabt werden soll, so daß sie die Bildung der Lichtabschirmungsschicht nicht behindert. Man könnte versuchen, das Isolierresist zu entfernen, ohne die Farbfilter zu beschädigen. Weil jedoch sowohl das Farbfilter als auch das Isolierresist Harze sind, ist es schwierig, selektiv nur eines von ihnen zu entfernen.
Erfindungsgemäß wurde ein Verfahren gefunden, ein Alkali als Ablösemittel beim Ablösen des Isolierharzes zu wählen und ein kationisches Harz als elektroabzuscheidendes Harz zu wählen. Generell gibt es als Photoresist einen Photoresisttyp mit Ablösung durch ein Lösungsmittel, einen Typ mit Ablösung durch ein Alkali und einen Typ mit Ablösung durch Salpetersäure. Beim Ablösen mit einem Lösungsmittel neigt das Farbfilterharz dazu, ein Anschwellen hervorzurufen und aufgelöst zu werden, weil ein starkes organisches Lösungsmittel verwendet wird. Beim Ablösen mit Salpetersäure wird, weil das Harz oxidiert und zerlegt wird, das Farbfilterharz ebenfalls in gleicher Weise oxidiert und zerlegt. Beim Ablösen mit einem Alkali wird das Farbfilter beim Ablösen des Isolierharzes nicht erodiert, solange ein Harztyp, der durch das Alkali nicht neutralisiert und aufgelöst wird, als Farbfilterharz gewählt wird, weil die Ablösung durch neutrale Auflösung einer funktionalen Gruppe des Harzes erfolgt.
Als typisches Photoresist wird ein phenolisches Novolak-Harz o. dgl. als Positivharz und ein Substratharz wie etwa Kunstgummi als Negativharz verwendet. Wenngleich es verschiedene Arten von Ablösemitteln gibt, wie etwa Ablösemittel vom Alkali-, Salpetersäure- und Lösungsmittel-Typ, ist das alkalische Auflösungsmittel handelsüblich erhältlich.
Was die Elektroabscheidung anbelangt, so gibt es zwei Harzarten, nämlich einen Anionentyp, bei dem Polycarbonsäure durch ein Alkali, wie etwa Amin, neutralisiert wird, und einen Kationentyp, bei dem Polyamin durch eine Säure neutralisiert wird. Während der Anionentyp an der Anode elektroabgeschieden wird, ist der abgeschiedene Film im wesentlichen ein Alkali-lösbarer Film, und die Farbfilter werden durch das Alkali erodiert, wenn das Isolierharz durch das Alkali nach Bildung der Farbfilter mittels Elektroabscheidung abgelöst wird.
Beim Kationentyp dagegen werden, weil das Farbfilter an der Kathode abgeschieden wird und der abgeschiedene Film im wesentlichen Oxid-lösbar und Alkali-unlösbar ist, die Farbfilter bei Ablösung des Isolierharzes durch das Alkali nicht erodiert, und das Isolierharz kann problemlos abgelöst werden. Als Elektroabscheidungsharz vom Kationentyp gibt es Acrylharz, Epoxyharz, Urethanharz, Polybutadienharz, Polyamidharz u. dgl.; sie werden einzeln, in gemischter Form oder in Kombination mit einem Brückenharz, wie etwa Urethanharz und Polyesterharz, verwendet. Alle Harze besitzen in den Molekülen eine basische funktionale Gruppe, z. B. eine Aminogruppe, sowie eine Oniumgruppe, z. B. Ammonium. Sulfonium, Phosphonium, und werden in einer in Wasser durch Säure oder Säuresubstanz, z. B. Essigsäure, Ameisensäure, Propionsäure und Milchsäure, solubilisierten Weise verwendet. Wenn der Lichtabschirmungsfilm unter Nutzung der Farbfilter als Masken in gleicher Weise wie bei der bekannten Technologie nach Bildung der Farbfilter gemäß einer gewünschten Pixelform - nicht in Streifen - selbstausrichtend gebildet wird, überdeckt der Lichtabschirmungsfilm die gesamte Umgebung der Pixel, was die Lichtabschirmungseigenschaften verbessert und für eine exzellent Anzeigequalität sorgt.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nun Ausführungsformen beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen Fig. 1 eine Schnittansicht einer Flüssigkristallmehrfarbenanzeige ist, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden kann,
Fig. 2a und 2b Schnitt- und Vorderansichten einer bekannten Flüssigkristallmehrfarbenanzeige sind,
Fig. 3a bis 3d' Ansichten sind, die einen Herstellungsprozeß für ein Farbfiltersubstrat zeigen, der nicht Teil der beanspruchten Erfindung ist, und
Fig. 4a bis 4e' Ansichten sind, die einen erfindungsgemäßen Herstellungsprozeß für ein Farbfiltersubstrat zeigen.
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht einer Flüssigkristallmehrfarbenanzeige, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden kann. In der Figur bezeichnen die Bezugszeichen ein Glassubstrat 1, transparente Elektroden 2, die aus ITO o. dgl. hergestellt sind und zu Streifen gestaltet sind, Farbfilter 3, die auf den transparenten Elektroden 2 durch Elektroabscheidung derart hergestellt sind, daß ihre Gestalt mit einem Pixel übereinstimmt, Lichtabschirmungsschichten 4, welche dadurch gebildet sind, daß eine photoempfindliche Substanz, die eine Lichtabschirmungssubstanz enthält, z. B. Kohlenstoff, auf die Farbfilter 3 aufgebracht wird und von der zu derjenigen Seite, wo die Farbfilter gebildet sind, gegenüberliegenden Seite unter Nutzung der Farbfilter als Masken belichtet und entwickelt werden, so daß sie die Umgebung der Farbfilter abdecken.
Die Fig. 3a bis 3d' zeigen ein Verfahren zur Herstellung des vorstehend angesprochenen Farbfiltersubstrats anhand von Schnittansichten und Vorderansichten hiervon.
In den Fig. 3a und 3a' bezeichnen die Bezugszeichen ein Glassubstrat 21 und transparente Elektroden 22, die durch Bildung von ITO und anschließende Strukturierung streifenförmig gebildet sind.
In den Fig. 3b und 3b' wurde 0,1 um eines Negativresists (V-259-PA, hergestellt von Nippon Steel Chemical Co., Ltd.) auf die transparenten Elektroden 22 aufgebracht. Hiernach wurde es in der Form eines gewünschten Pixels belichtet und sodann mittels einer Natriumcarbonatlösung entwickelt, um Isolierresiste 23 zu bilden.
In den Fig. 3c und 3c' wurde aus den transparenten Elektroden 22 eine Gruppe rot zu färbender Pixel ausgewählt, wobei die transparenten Elektroden 22 mittels eines anionischen Elektroabscheidungs-Polyesterharzes und einer dispergierten Lösung roter Pigmente anodisiert wurden; durch Elektroabscheidung wurden dann rote Farbfilter 24 gebildet. Als nächstes wurde der gleiche Vorgang für Grün und Blau wiederholt, um Farbfilter 24' und 24" mit 1,5 um Dicke zu erzeugen.
In den Fig. 3d und 3d' wurde ein schwarzes Resist, bei dem Kohlenstoff in ein Negativresist gemischt war (V-259-PA, hergestellt von Nippon Steel Chemical Co., Ltd.) auf die Farbfilter aufgebracht, von der Rückseite unter Nutzung der Farbfilter als Masken belichtet und entwickelt, um einen Lichtabschirmungsfilm 25 zu bilden.
Das so hergestellte Farbfiltersubstrat konnte einfach gebildet werden, ohne durch das beim Ablösen des Isolierresists verwendete starke Alkali erodiert zu werden.
Zurückgehend zu Fig. 1 wird die Flüssigkristallmehrfarbenanzeige gebildet, indem das Farbfiltersubstrat 1, das so in einer die Umgebung der Farbfilterpixel vollständig abschirmenden Weise gebildet wurde, und ein zweites Glassubstrat 5, auf dem transparente Pixelelektroden 6 und Dünnfilmtransistoren 7 gebildet sind, mittels einer Dichtmasse 8 so miteinander verklebt werden, daß zwischen ihnen ein vorbestimmter Zwischenraum eingehalten wird, und Flüssigkristall 9 in den Zwischenraum eingefüllt wird.
Trotzdem die Flüssigkristallmehrfarbenanzeige so mittels eines einfachen Verfahrens hergestellt wird, wird die Umgebung der Pixel vollständig abgeschirmt und es tritt keine Verschlechterung der Eigenschaften der Dünnfilmtransistoren auf, weshalb sie eine hohe Anzeigequalität zeigt. Weil zudem · der Lichtabschirmungsfilm einen Niveauunterschied von nur 0,1 um des Isolierresists aufweist, erlaubt dies, eine homogene Orientierung beizubehalten, die keine Orientierungsstörungen hervorruft.
Das Farbfiltersubstrat wurde durch ein in Schnittansichten und Vorderansichten in den Fig. 4a bis 4e' gezeigtes erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt.
In den Fig. 4a und 4a' bezeichnet das Referenzzeichen 31 ein Glassubstrat, wobei transparente Elektroden 32 durch Bildung von ITO und anschließende Strukturierung streifenförmig gebildet sind.
In den Fig. 4b und 4b' wurde 1 um eines Positivresists (OFPR-800, hergestellt von Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) auf die transparente Elektroden 32 aufgebracht. Hiernach wurde es in der Form eines gewünschten Pixels belichtet und sodann mittels einer Natriumcarbonatlösung entwickelt, um ein Isolierresist 33 zu bilden.
In den Fig. 4c und 4c' wurde eine Gruppe rot zu färbender Pixel aus den transparenten Elektroden 32 ausgewählt, wobei die transparenten Elektroden 32 mittels eines kationischen Elektroabscheidungs-Acrylharzes und einer dispergierten Lösung roter Pigmente kathodisiert wurde; durch Elektroabscheidung wurden rote Farbfilter 34 gebildet. Als nächstes wurde der gleiche Vorgang für Grün und Blauwiederholt, um Farbfilter 34' und 34" mit 1,5 um Dicke zu erzeugen.
In den Fig. 4d und 4d' wurde das Isolierresist 33 mittels eines starken Alkalis, wie etwa NaOH, KOH und Tetramethylammoniumhydroxid, aufgelöst und entfernt.
In den Fig. 4e und 4e' wurde ein schwarzes Negativresist (CK-5002, hergestellt von Fuji-Hunt Electronics Technology Co., Ltd.) auf die Farbfilter aufgebracht, von der Rückseite unter Nutzung der Farbfilter als Masken belichtet und entwickelt, um einen Lichtabschirmungsfilm 35 zu bilden. Es ist zu beachten, daß das Farbfilter - weil das bei der Entwicklung verwendete Alkali viel schwächer als das beim Ablösen verwendete war - nicht erodiert wurde, solange es gehärtet wurde.
Bei der Herstellung der Flüssigkristallmehrfarbenanzeige konnten die gleichen Effekte wie bei dem Verfahren der Fig. 3 erhalten werden.
Wie zuvor im Detail erläutert, erlaubt das Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallmehrfarbenanzeige die vollständige Abschirmung der Umgebung der Pixel einer mit Dünnfilmtransistoren kombinierten Mehrfarbenanzeige und die Beseitigung von Lichtaustritt in der Umgebung der Pixel, ohne die Vorteile der einfachen Prozesse zur Bildung der Farbfilter durch Elektroabscheidung und zur selbstausrichtenden Bildung des Lichtabschirmungsfilms zu beeinträchtigen.
Hierdurch kann bei niedrigen Kosten eine Mehrfarben-Flüssigkristallanzeige bereitgestellt werden, bei der der Betrieb der Dünnfilmtransistoren stabilisiert ist, Streulicht beseitigt ist und die Anzeigequalität und der Kontrast verbessert sind.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallmehrfarbenanzeige mit Farbfiltern, umfassend:

- einen Schritt zur Bildung und Strukturierung einer Mehrzahl von Elektroden auf einem Substrat,

- einen Schritt zur Bildung und Strukturierung eines aus einem alkalisch auflösbaren Mittel hergestellten Isolierresists auf der Mehrzahl von Elektroden,

einen Schritt zur Bildung von Farbfiltern durch selektives Aktivieren der Mehrzahl von Elektroden, um kationische Polymere auf der Mehrzahl von Elektroden elektroabzuscheiden,

- einen Schritt zur Entfernung des aus dem alkalisch auflösbaren Mittel hergestellten Isolierresists von der Mehrzahl von Elektroden mittels des Akalis,

- einen Schritt zur Bildung einer Lichtabschirmungssubstanz auf dem Substrat und

- einen Schritt zur Belichtung der Lichtabschirmungssubstanz von der Seite des Substrats, die derjenigen gegenüberliegt, wo die Farbfilter gebildet sind, unter Nutzung der Farbfilter als Photomasken zur Stukturierung der Lichtabschirmungssubstanz, so daß diese an den Stellen verbleibt, wo die Farbfilter nicht gebildet sind.

2. Verfahren zur Herstellung der Flüssigkristallmehrfarbenanzeige nach Anspruch 1, wobei die Lichtabschirmungssubstanz eine Photoempfindlichkeit besitzt.

3. Verfahren zur Herstellung der Flüssigkristallmehrfarbenanzeige nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mehrfarbenanzeige mit den Farbfiltern eine mit Dünnfilmtransistoren ausgeführte Aktivmatrix-Anzeige ist.