DE69629157T2

DE69629157T2 - Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters

Info

Publication number: DE69629157T2
Application number: DE69629157T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Suwa-shi Kiguchi; Takao Suwa-shi Nishikawa; Tatsuya Suwa-shi Shimoda; Masaru Suwa-shi Kojima; Sadao Suwa-shi Kanbe
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1995-09-28
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2016-09-28
Also published as: US5952129A; JP3832518B2; DE69629157D1; EP0766104B1; TW455743B; EP0766104A1; JPH1068810A; KR100253719B1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Endung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters, der in einem Flüssigkristall-Anzeigefeld und dergleichen verwendet werden kann.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Farbfilter für Flüssigkristall-Anzeigefelder und dergleichen lassen sich durch Färbeverfahren, Pigment-Dispersionsvertahren, Druckverfahren, Elektroabscheidungsverfahren und dergleichen herstellen.
Beim Färbeverfahren wird ein wasserlösliches Polymeres als gefärbtes Material verwendet. Das gefärbte Material wird durch Zugabe einer photoaktiven Verbindung photoempfindlich gemacht. Anschließend wird es durch eine lithographische Stufe mit einem Muster versehen und zur Bildung eines gefärbten Musters in eine farbgebende Flüssigkeit getaucht.
Beispielsweise wird zunächst eine schwarze Matrix (nachstehend als "BM" bezeichnet) auf einem Glassubstrat gebildet. Ein gefärbtes Material wird aus einem wasserlöslichen Polymeren unter Zugabe einer photoaktiven Verbindung in der Weise hergestellt, dass es nach Einwirkung von Licht schwer aufzulösen ist. Das gefärbte Material wird auf das Substrat, auf dem die BM gebildet ist, aufgetragen. Nur ein Teil des gefärbten Materials wird durch eine Maske belichtet und sodann entwickelt, wodurch nur ein erster Farbbereich aus gefärbtem Material zurückbleibt. Das gefärbte Material wird in eine Färbeflüssigkeit zum Färben getaucht und sodann unter Bildung einer ersten gefärbten Schicht gehärtet. Ein derartiges Verfahren wird dreimal durchgeführt, wodurch ein trichromatischer Farbfilter entsteht.
Der durch das Färbeverfahren erhaltene Farbfilter weist eine hohe Durchlässigkeit und eine helle Farbe auf, erweist sich aber in Bezug auf Beständigkeit gegen Licht und Wärme und in Bezug auf die Feuchtigkeitsabsorption als unzureichend.
Das Pigment-Dispersionsvertahren umfasst die Stufen des Auftragens eines lichtempfindlichen Harzes, in dem ein Pigment dispergiert ist, auf ein Substrat, die Musterbildung auf dem aufgetragenen lichtempfindlichen Harz unter Bildung eines monochromatischen Musters und die Wiederholung dieses Vorgangs. Während beim Färbeverfahren das Material nach der Musterbildung gefärbt wird, wird beim Pigment-Dispersionsverfahren das vorher gefärbte lichtempfindliche Harz auf das Substrat aufgetragen. Der durch das Pigment-Dispersionsverfahren erhaltene Farbfilter weist eine hohe Beständigkeit auf, lässt aber in Bezug auf die Durchlässigkeit teilweise zu wünschen übrig.
Bei lichtempfindlichen Harzen tritt eine erhebliche Schwierigkeit in Bezug auf den Verwertungswirkungsgrad auf, da mindestens 70% des aufgetragenen Harzes entfernt und verworfen werden.
Beim Druckverfahren werden drei verschiedene Farbüberzüge nacheinander aufgedruckt, wobei jeder dieser Überzüge aus einem hitrehärtenden Harz mit einem darin dispergierten Pigment besteht. Anschließend wird eine gefärbte Schicht durch Hitzehärtung des Harzes gebildet. Das Druckverfahren erweist sich als einfach, obgleich es in Bezug auf die ebene Beschaffenheit zu wünschen übrig lässt.
Beim Elektroabscheidungsverfahren wird ein Substrat bereitgestellt, auf dem gemusterte transparente Elektroden ausgebildet werden. Das Substrat wird in eine Elektroabscheidungs-Anstrichflüssigkeit, die ein Pigment, ein Harz, einen Elektrolyten und andere Bestandteile enthält, unter Bildung einer ersten, durch Elektroabscheidung erzeugten Farbe getaucht. Dieser Vorgang wird dreimal wiederholt. Das am Schluss erhaltene Substrat wird sodann einer Wärmebehandlung unterzogen. Das Elektroabscheidungsverfahren erweist sich für ein gestreiftes Farbmuster als wirkungsvoll, da es in Bezug auf die flache Beschaffenheit überlegen ist. Dagegen eignet es sich nicht zur Verwendung für ein mosaikartiges Farbmuster.
Die Druckschriften US-A-5 201 268, EP-A-0 299 508 und EP-A-0 665 449 beschreiben bekannte Verfahren zur Bildung von Farbfiltern.
Im Hinblick auf die Tatsache, dass das Druckverfahren in Bezug auf die Genauigkeit zu wünschen übrig lässt und das Elektroabscheidungsverfahren in Bezug auf die beschränkte Musterbildung nachteilig ist, werden vorwiegend das Färbeverfahren und das Pigment-Dispersionsverfahren herangezogen. Jedoch ist beim Färbeverfahren und beim Pigment-Dispersionsverfahren jeweils eine lithographische Stufe jedes Mal erforderlich, wenn die Fläche für die erste, die zweite oder die dritte Farbe zu bilden ist. Dies stellt ein erhebliches Hindernis für die verbesserte Massenproduktion von Farbfiltern dar.
JP-7-146406 beschreibt ein Verfahren zur Bildung einer Tintenempfangsschicht auf einem Glassubstrat, auf dem eine BM gebildet worden ist, und die Färbung der Tintenempfangsschicht durch ein Tintenstrahlsystem. Mit einem derartigen Verfahren lässt sich die Massenproduktion von Farbfiltern verbessern.
Jedoch ergeben sich beim letztgenannten Verfahren Variationen in der Farbkonzentration innerhalb des gleichen Pixels. Ferner unterscheidet sich die Durchlässigkeit durch einen Filterbereich, der jedem Pixel in dessen Mittelteil entspricht, von der Durchlässigkeit im Randteil des gleichen Filterbereiches. Dadurch ergibt sich eine ungleichmäßige Farbkonzentration. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit wird im Stand der Technik ein im Vergleich zum entsprechenden Pixelbereich größerer gefärbter Bereich gebildet, um einen nicht-erforderlichen Bereich mit der auf dem Substrat vorher gebildeten BM zu bedecken. Dadurch wird die Variation der Durchlässigkeit vermieden. Dies bedeutet, dass die BM für die Vermeidung von Variationen wichtig ist.
Die Bedeutung der BM besteht neben dem Tintenstrahlsystem für das Verfahren unter vorheriger Färbung und das Pigment-Dispersionsvertahren. Die Bildung der BM erfordert eine stark erhöhte Anzahl an Stufen, da sie durch Bildung eines dünnen Cr-Films über der gesamten Substratoberfläche durch Sputtering oder dergleichen und anschließendes Ätzen zur Entfernung von nicht-erforderlichen Teilen erzeugt wird.
Die Sputteringstufe kann durch ein Verfahren zur Bildung der BM aus einer photoaktiven Verbindung gemäß JP-1-217302 ersetzt werden. Jedoch ist auch bei diesem Verfahren die BM notwendig. Kürzlich wurde eine neue Technik zur Bildung einer BM auf einem Gittersubstrat zur Verbesserung des Aperturverhältnisses in einem Flüssigkristallfeld vorgeschlagen. Somit besteht ein Bedürfnis zur Herstellung eines Farbfilters ohne BM.
Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem in einfacher Weise ein Farbfilter ohne Notwendigkeit einer BM hergestellt werden kann, wobei keine Variabilität in Bezug auf Durchlässigkeit und Farbe auftritt.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst eine erste Stufe zur Bildung eines Masters mit einer Mehrzahl von Tintenbeladungsausnehmungen in einem gegebenen Muster, eine zweite Stufe der Beladung der jeweiligen Tintenbeladungsausnehmungen mit einer Tinte einer vorgewählten Farbe zur Bildung einer Tintenschicht, eine dritte Stufe zum Auftragen eines Harzes auf den mit Tinte beladenen Master unter Bildung einer Harzschicht mit Lichttransmissionseigenschaften und eine vierte Stufe zum gemeinsamen Abtrennen der Tinten- und der Harzschicht vom Master, nachdem die Harzschicht gehärtet worden ist. In der zweiten Stufe wird eine Tintenempfangsschicht, die mit der Tinte benetzt werden kann, in jeder der Tintenbeladungsausnehmungen gebildet, bevor Tinte in die Tintenbeladungsausnehmungen gebracht wird, und in der vierten Stufe wird die Tintenempfangsschicht ebenfalls vom Master getrennt.
Kurz zusammengefasst, liefert die Erfindung einen Farbfilter durch Bildung der Tinten- und Harzschichten über den Master und durch deren Härtung unter Bildung des Farbfilters. Die Tintenschicht, die durch Beschicken der Ausnehmungen im Master mit der Tinte gebildet worden ist, weist eine gleichmäßige Dicke und scharfe Kanten auf. Somit lässt sich ein Farbfilter mit gleichmäßiger Farbkonzentration bereitstellen.
Die Verwendung des Masters erweist sich als wirtschaftlich, da er wiederholt verwendet werden kann, so lange es seine Beständigkeit gestattet. Ferner kann die erste Stufe entfallen, wenn der zweite Farbfilter und die anschließenden Farbfilter zu bilden sind. Dies verringert die Anzahl der Stufen und die Herstellungskosten.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachstehend wird die Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die folgende Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
1A bis 1C die erfindungsgemäßen Stufen nach Bildung eines Masters;
2A bis 2E die Stufen zur Herstellung eines Masters gemäß einem ersten Beispiel;
3A bis 3E die Stufen zur Herstellung eines Masters gemäß einem zweiten Beispiel;
4A bis 4D die Stufen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
5 einen Querschnitt eines Masters, nachdem eine Tintenempfangsschicht über den Tintenbeladungsausnehmungen gebildet worden ist.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die erste Stufe zur Bildung eines Masters mit einem Muster von Tintenbeladungsausnehmungen lässt sich gemäß folgenden Möglichkeiten durchführen.

(1) Ein positiver Resist wird auf die Oberfläche des Substrats aufgetragen. Der aufgetragene Resist wird sodann durch eine Maske belichtet und entwickelt, wobei durch die Maske das Licht auf die Bereiche, wo die Tintenbeladungsausnehmungen zu bilden sind, durchgelassen wird. Schließlich wird der Resist unter Bildung der Tintenbeladungsausnehmungen im Substrat geätzt, wodurch man den Master erhält.

Bei dieser Stufe handelt es sich beim positiven Resist um ein Material, bei dem die belichteten Bereiche selektiv durch einen flüssigen Entwickler entfernt werden können. Wenn die Bereiche, in denen die Tintenbeladungsausnehmungen zu bilden sind, belichtet werden, lassen sich diese belichteten Bereiche leicht abschmelzen. Bei der Entwicklung lassen sich nur die Resistbereiche, die den Tintenbeladungsausnehmungen entsprechen, entfernen. Somit ist das Substrat nur an den Bereichen, an denen die Tintenbeladungsausnehmungen nicht zu bilden sind, mit dem Resist bedeckt. Wenn die Oberfläche eines derartigen Substrats geätzt wird, entstehen die Tintenbeladungsausnehmungen. Das Ätzen kann nach einem beliebigen Verfahren vorgenommen werden, einschließlich Nassätzen, Trockenätzen und andere Verfahren, wobei ein reaktives Ionenätzen in Bezug auf die Steuerung überlegen ist.
Die auf diese Weise durch den Ätzvorgang gebildeten Tintenbeladungsausnehmungen lassen sich in Bezug auf ihre Gestalt und ihre Oberflächenrauhigkeit in genauer und freier Weise steuern, indem man die Ätzbedingungen verändert. Die durch Beladung der einzelnen Tintenbeladungsausnehmun gen mit der Tinte gebildete Tintenschicht erweist sich als gleichmäßig und zeigt keine Variationen, da die Gestalt der Tintenbeladungsausnehmungen genau auf die Harzschicht übertragen wird.

(2) Ein negatives Resistmaterial wird auf die Substratoberfläche aufgetragen. Wird das gebildete Resistmaterial durch eine Maske belichtet und entwickelt, so wird der Resist entsprechend den Tintenbeladungsausnehmungen entfernt. Sodann wird das Resistmaterial zur Bildung der Tintenbeladungsausnehmungen im Substrat geätzt und entnommen. Auf diese Weise erhält man den Master.

Bei dieser Stufe handelt es sich beim negativen Resist um ein Kunstharz, das nach der Belichtung im flüssigen Entwickler weniger löslich ist. Wenn die Bereiche, die nicht den Tintenbeladungsausnehmungen entsprechen, durch die Maske belichtet werden, sind diese Bereiche in geringerem Umfang löslich. Dagegen lassen sich die Bereiche, in denen die Tintenbeladungsausnehmungen zu bilden sind, leicht durch den flüssigen Entwickler auflösen.
Nach der Entwicklung verbleibt das Resistmaterial in den Bereichen, die nicht den zu bildenden Tintenbeladungsöffnungen entsprechen. Dagegen wird das Resistmaterial von den Bereichen, die den Tintenbeladungsöffnungen entsprechen, entfernt. Somit ist das Substrat mit dem Resist in den Bereichen bedeckt, die nicht den Bereichen entsprechen, an denen die Tintenbeladungsausnehmungen zu bilden sind. Die Substratoberfläche kann sodann zur Bildung der Tintenbeladungsausnehmungen geätzt werden.

(3) Ein positiver Resist wird auf die Substratoberfläche aufgetragen. Die Bereiche, in denen die Tintenbeladungsausnehmungen zu bilden sind, werden dann direkt mit einem Laserstrahl belichtet. Anschließend wird das Substrat zur Bildung der Tintenbeladungsausnehmungen entwickelt und geätzt. Auf diese Weise erhält man den Master.

Bei dieser Stufe ist im Gegensatz zur Stufe (1) keine Maske erforderlich.

(4) Ein negativer Resist wird auf die Substratoberfläche aufgetragen. Die Bereiche, die von den Bereichen, in denen die Tintenbeladungsausnehmungen zu bilden sind, abweichen, werden sodann direkt mit einem Laserstrahl belichtet. Anschließend wird das Substrat entwickelt und geätzt, um die Tintenbeladungsausnehmungen zu bilden. Auf diese Weise erhält man den Master.

Bei dieser Stufe ist im Gegensatz zur Stufe (2) keine Maske erforderlich.

(5) Ein positiver Resist wird auf die Substratoberfläche aufgetragen. Die Bereiche, in denen die Tintenbeladungsausnehmungen zu bilden sind, werden durch eine Maske belichtet und entwickelt. Die Oberflächen von Substrat und Resist werden sodann leiffähig gemacht. Ein Metall wird auf galvanischem Wege durch ein Elektroplattierungsverfahren zur Bildung einer Metallschicht auf den leitfähigen Oberflächen abgeschieden. Schließlich wird die Metallschicht vom Substrat und vom Resist getrennt, um den Master zu bilden.

Bei dieser Stufe handelt es sich beim positiven Resist um ein Kunstharz, das nach der Belichtung in einem flüssigen Entwickler löslich ist. Wenn die Bereiche, die von den, Bereichen, in denen die Tintenbeladungsausnehmungen zu bilden sind, abweichen, durch eine Maske belichtet werden, sind die Bereiche, in denen die Tintenbeladungsausnehmungen zu bilden sind, im flüssigen Entwickler in geringerem Umfang löslich, während die Bereiche, die von den Bereichen, in denen die Tintenbeladungsausnehmungen zu bilden sind, abweichen, leicht durch den flüssigen Entwickler abgeschmolzen werden können.
Bei der Entwicklung des Substrats wird der Resist in den Bereichen, die von den Bereichen, in denen die Tintenbeladungsausnehmungen zu bilden sind, abweichen, entfernt und der Resist verbleibt in den Bereichen, in denen die Tintenbeladungsausnehmungen zu bilden sind. Der verbleibende Resist nimmt eine konvexe Beschaffenheit an.
Wenn das Substrat und der Resist als eine Form verwendet werden und eine Metallschicht über deren Oberflächen gebildet wird, lässt sich der Master mit den Tintenbeladungsausnehmungen durch eine konvexe Form des Resists bilden.
Die Tintenbeladungsausnehmungen werden durch eine konvexe Form des Resists, der lithographisch bemustert ist, gebildet. Der Metallmaster wird durch das konvexe Muster gebildet. Ein derartiger Metallmaster lässt sich leicht freisetzen, wobei etwaige Fehler bei der Übertragung verhindert werden können.

(6) Ein negativer Resist wird auf die Substratoberfläche aufgetragen. Das Substrat wird sodann durch eine Maske in den Bereichen belichtet, in denen die Tintenbeladungsausnehmungen zu bilden sind. Nach der Entwicklung werden die Oberfläche des Substrats und des Resists leitfähig gemacht. Ein Metall wird auf galvanischem Wege durch eine Elektroplattierungstechnik auf der leitenden Oberfläche des Substrats und des Resists unter Bildung einer Metallschicht abgeschieden. Die Metallschicht wird vom Substrat und vom Resist getrennt. Man erhält den Master.

Bei dieser Stufe handelt es sich beim negativen Resist um ein Kunstharz, das nach Belichtung in einem flüssigen Entwickler in geringerem Umfang löslich ist. Wenn die Bereiche, in denen die Tintenbeladungsausnehmungen zu bilden sind, durch die Maske belichtet werden, ist der Resist im flüssigen Entwickler in geringerem Umfang löslich. Dagegen bleibt der Resist in den übrigen Bereichen im flüssigen Entwickler löslich.
Nach der Entwicklung des Substrats werden die Bereiche, die von den Bereichen, in denen die Tintenbeladungsausnehmungen zu bilden sind, abweichen, entfernt, während die Bereiche, in denen die Tintenbeladungsausnehmungen zu bilden sind, verbleiben können. Auf diese Weise nimmt der Resist eine konvexe Beschaffenheit an.
Wenn das Substrat und der Resist als eine Form verwendet werden und die Metallschicht auf der Oberfläche des Substrats und des Resists gebildet wird, kann es sich beim Resist um eine konvexe Form handeln, die ihrerseits zur Herstellung des Masters mit Tintenbeladungsausnehmungen verwendet wird.
Die Tintenbeladungsausnehmungen werden mit einer konvexen Form gebildet, die aus dem durch Lithographie bemusterten Resist hergestellt wird. Der Metallmaster wird aus der konvexen Form gebildet. Ein derartiger Metallmaster erweist sich in Bezug auf die Freisetzung als überlegen, wobei Fehler beim Übertragen verhindert werden können.

(7) Ein positiver Resist wird auf die Substratoberfläche aufgetragen. Das Substrat wird sodann mit einem Laserstrahl belichtet, wobei die Bereiche, in denen die Tintenbeladungsausnehmungen zu bilden sind, ausgenommen sind. Nach der Entwicklung werden die Oberflächen des Substrats und des Resists leitfähig gemacht. Ein Metall wird auf galvanischem Wege durch ein Elektroplattierungsverfahren auf den leitenden Oberflächen des Substrats und des Resists unter Bildung einer Metallschicht aufgebracht. Die Metallschicht wird vom Substrat und vom Resist abgetrennt, um den Master zu bilden.

Bei dieser Stufe ist im Gegensatz zur Stufe (5) keine Maske erforderlich.

(8) Ein negativer Resist wird auf die Substratoberfläche aufgetragen. Das Substrat wird sodann direkt mit einem Laserstrahl in den Bereichen, in denen die Tintenbeladungsausnehmungen zu bilden sind, belichtet. Nach der Entwicklung werden die Oberflächen des Substrats und des Resists leitfähig gemacht. Ein Metall wird auf galvanischem Wege durch ein Elektroplattierungsverfahren auf den leitenden Oberflächen des Substrats und des Resists unter Bildung einer Metallschicht abgeschieden. Die Metallschicht wird sodann vom Substrat und vom Resist abgetrennt. Man erhält den Master.

Wenn das Substrat selbst zur Bildung der Tintenbeladungsausnehmungen zu ätzen ist, ist es bevorzugt, dass es sich beim Substrat um einen Silicium-Wafer handelt. Eine Technik zum Ätzen des Silicium-Wafers wird bei der Herstellung von Halbleiterelementen verwendet, da sich dabei eine hohe Genauigkeit bei der maschinellen Bearbeitung erzielen lässt.
Bei dieser Stufe ist im Gegensatz zur Stufe (6) keine Maske erforderlich.
Ferner ist es bevorzugt, dass eine Tintenempfangschicht von geringer Abstoßungswirkung über den einzelnen Tintenbeladungsausnehmungen gebildet wird, und zwar nach der ersten Stufe und vor der zweiten Stufe.
Bei Verwendung einer wässrigen Tinte und bei Verwendung eines Masters mit abstoßender Beschaffenheit, z.B. eines Silicium-Wafers, wird die Wafer-Oberfläche durch die Tinte in geringerem Umfang benetzt, da die Oberflächenenergie der Tinte geringer als die des Masters ist. Somit rollen Tintentröpfchen, denen mit einer Tintenabgabe-Antriebseinheit einer Tintenstrahlvorrichtung eine Flugenergie verliehen worden ist, auf dem Master herum, ohne fixiert zu werden, wenn sie auf die Masteroberfläche auftreffen. Somit neigen benachbarte Tintentröpfchen zur Agglomeration, ohne dass das gewünschte Muster entsteht. Aus den gleichen Gründen können die Tintentröpfchen herumfliegen und sich mit den anderen Farbtintentröpfchen vermischen, wenn sie auf die Master- Oberfläche auftreffen.
Wenn die Tintenempfangsschicht mit geringer Abstoßungswirkung über den Tintenbeladungsausnehmungen gebildet wird, lässt sich ein Muster leicht bilden, wobei die Tintentröpfchen an einem Vermischen mit den übrigen Farbtintentröpfchen gehindert werden.
Vorzugsweise kann die Tintenempfangsschicht aus beliebigen Materialien, wie Keramik, Cellulosederivaten und hydrophilen Harzen, gebildet werden. Zu geeigneten Cellulosederivaten gehören beispielsweise Hydroxypropylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Methylcellulose oder Carboxymethylcellulose.
Ferner ist es bevorzugt, dass in der zweiten Stufe die Tinte durch ein Tintenstrahlsystem in die Tintenbeladungsausnehmungen gebracht wird. Das Tintenstrahlsystem kann die Geschwindigkeit der Tintenbeladungsstufe erhöhen und verhindert eine Verschwendung der Tinte.
In der zweiten Stufe ist es ferner bevorzugt, dass die Tinte in die einzelnen Tintenbeladungsausnehmungen gebracht wird, nachdem eine Trennschicht mit einer geringen Tintenhaftung auf den Tintenbeladungsausnehmungen gebildet worden ist. Somit lässt sich das Produkt leichter vom Master entfernen. Eine derartige Trennschicht kann aus Nickel- und Chrom-Dünnschichten gebildet sein.
Alternativ kann die in der zweiten Stufe abzugebende Tinte ein Trennmittel enthalten.
In der zweiten Stufe ist es ferner bevorzugt, dass nach dem Einbringen der Tinte in die entsprechenden Tintenbeladungsausnehmungen die Tinte thermisch behandelt wird, um das Lösungsmittel zu verdampfen und das Pigment zurückzulassen. Wenn die Harzschicht in der dritten Stufe gebildet wird, nachdem das Lösungsmittel aus der Tinte abgedampft worden ist, lassen sich beim Übertragen der Tintenschicht Fehler verhindern.
Ferner ist es bevorzugt, dass die in der zweiten Stufe abgegebene Tinte eine strahlungshärtende Beschaffenheit aufweist.
Alternativ ist es bevorzugt, dass das in der dritten Stufe aufgebrachte Harz strahlungshärtend oder hitzehärtend ist. Das Harz soll die Fähigkeit zur Transmission von Licht aufweisen.
Insbesondere, wenn sowohl die Tinte als auch das Harz strahlungshärtend oder hitzehärtend sind, können sie dann, wenn das Harz auf das Substrat vor dem Härten der Tinte aufgetragen wird und die Einwirkung von Strahlung oder Wärme sowohl auf das Harz als auch auf die Tinte ausgeübt wird, gleichzeitig gehärtet werden.
Wenn die dritte Stufe das Platzieren einer Lichtdurchlässigkeits-Verstärkungsfolie auf der Harzschicht umfasst, lässt sich die Festigkeit des erhaltenen Farbfilters verbessern.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
2A bis 2E erläutern die Stufen der Herstellung eines Masters 22 gemäß einem ersten Beispiel.
Wie in 2A dargestellt, wird zunächst ein Resist 12 auf ein Substrat 10 aufgetragen.
Beim Substrat 10, das zur Herstellung eines Masters 22 geätzt wird, kann es sich um einen Silicium-Wafer handeln. Eine Technik zum Ätzen des Silicium-Wafers steht zur Verfügung, mit der ein sehr genauer Ätzvorgang durchgeführt werden kann. Das Substrat 10 kann auch aus Glas sein, sofern dieses sich ätzen lässt.
Beim Resist 12 handelt es sich um einen Resist vom sogenannten positiven Typ, der selektiv nach der Belichtung mit einem flüssigen Entwickler entfernt werden kann. Positive Resistmaterialien und entsprechende flüssige Entwickler sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Wie in 2B dargestellt ist, wird sodann auf den Resist 12 eine Maske 14 aufgelegt. Der Resist 12 wird anschließend durch die Maske 14 nur in bestimmten Bereichen einer Strahlung 16 ausgesetzt.
Die Maske 14 ist mit einem Muster versehen, das die Bestrahlung nur in den Bereichen, wo Tintenbeladungsausnehmungen 20 gemäß der Darstellung in 2E zu bilden sind, erlaubt. Die Tintenbeladungsausnehmungen 20 werden entsprechend der Gestalt oder Anordnung der einzelnen Farben in einem zu bildenden Farbfilter gebildet. Beispielsweise weist ein VGA-Flüssigkristall-Anzeigefeld mit einer Größe von 10 Zoll etwa 900 000 Pixel oder Tintenbeladungsausnehmungen 20 mit einem Abstand von etwa 100 μm und mit 640 × 480 × 3 Farben auf.
Wenn das belichtete Substrat mit dem flüssigen Entwickler entwickelt wird, wird nur das Resistmaterial in den Bereichen der Tintenbeladungsausnehmungen 20 selektiv entfernt, wobei der Resist 12 zurückbleibt, wie in 2C dargestellt ist.
Nachdem der Resist 12 auf diese Weise bemustert worden ist, wird das Substrat 10 einer Ätzbehandlung unterworfen, wie in 2D dargestellt ist. Bei der Ätzung kann es sich um eine Nassätzung, Trockenätzung und dergleichen handeln, wobei ein reaktives Ionenätzen eine besonders gute Steuerung ermöglicht.
Wenn das Ätzen beispielsweise durch ein reaktives Ionenätzverfahren durchgeführt wird, wird das Substrat 10 zwischen Elektroden gelegt. Das Substrat 10 unterliegt einer Ätzung, wenn freie Radikale 18, z.B. Fluorradikale, von der Oberfläche des Substrats 10 angezogen werden. Beim reaktiven Ionenätzverfahren können die Tintenbeladungsausnehmungen 20 in angestrebter Weise in schräger, aufgerauter oder quadratischer Gestalt geätzt werden, und zwar je nach den Ätzbedingungen, wie Wahl des Gases, Strömungsgeschwindigkeit, Gasdruck, Vorspannung und dergleichen, geätzt werden, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Nach Beendigung des Ätzvorgangs wird der Resist 12 entfernt. Auf diese Weise erhält man aus dem Substrat 10 einen Master 22 mit Tintenbeladungsausnehmungen 20. Die Entfernung des restlichen Resists kann durch ein beliebiges, aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren durchgeführt werden.
Die Verwendung des Masters 22 erweist sich als wirtschaftlich, da ein einmal gebildeter Master 22 wiederholt so lange verwendet werden kann, wie es seine Dauerhaftigkeit erlaubt. Die Stufe der Herstellung des Masters 22 kann entfallen, wenn ein zweiter und weitere Farbfilter erzeugt werden sollen. Dadurch werden die Anzahl der Stufen und die Herstellungskosten verringert.
In 1A bis 1C werden verschiedene Stufen, die nach der Herstellung des Masters 22 erfolgen, dargestellt. In 1A wird ein Tintenstrahlkopf 24 gegenüber den Tintenbeladungsausnehmungen 20 im Master 22 angeordnet. Obgleich ein Tintenstrahlkopf dargestellt ist, können beliebige geeignete Tintenabgabevorrichtungen verwendet werden.
Beim Kopf 24 kann es sich um einen Kopf handeln, der derzeit auf dem Gebiet der Tintenstrahldrucker verwendet wird. Ein derartiger Kopf 24 kann Tintentröpfchen entsprechend dem Abstand in den Tintenbeladungsausnehmungen 20 abgeben.
Wenn beispielsweise der Kopf 24 zwei Reihen von Tintendüsen aufweist, wobei jede Reihe fünf Tintenöffnungen umfasst und die einzelnen Tintenöffnungen zur Abgabe von Tintentröpfchen mit einer Antriebsfrequenz von 5 kHz geeignet sind, erfolgen 5000 Abgabevorgänge pro Sekunde. Wenn jede Tintenöffnung zur Abgabe von drei Tintentröpfchen in eine Tintenbeladungsausnehmung 20 vorgesehen ist, so beträgt die Zeitspanne, die benötigt wird, um die Tinte in sämtliche Tintenbeladungsausnehmungen 20 im Substrat bei einem 10 Zoll-VGA-Farbfilter mit etwa 900 000 Pixel abzugeben,
etwa 54 Sekunden = 900 000 × 3 Tintentröpfchen/(5000 × 5 × 2).
Selbst wenn man die Zeitspanne berücksichtigt, die zur Bewegung des Kopfes 24 zwischen zwei benachbarten Tintenbeladungsausnehmungen 20 erforderlich ist, so beträgt die Zeitspanne der Abgabe der Tinte in sämtliche Tintenbeladungsausnehmungen 20 etwa 2 oder 3 Minuten.
Das Pigment-Dispersionsverfahren und andere Verfahren benötigen etwa 10 Minuten zur Herstellung einer Farbe auf lithographischem Wege. Somit sind bei diesem Verfahren etwa 30 Minuten zur Herstellung eines Farbfilters erforderlich. Dagegen werden beim ersten Beispiel nur 2 bis 3 Minuten benötigt, um sämtliche Tintenbeladungsausnehmungen 20 mit Tinte zu beschicken. Ferner werden etwa 1 bis 2 Minuten zur Durchführung der anschließenden Stufen vom Harzauftrag bis zur Trennung benötigt. Daher lässt sich gemäß dem ersten Beispiel ein Farbfilter in einer im Vergleich zum Stand der Technik kürzeren Zeitspanne herstellen.
1A erläutert die Bildung von Tintenschichten 26 durch Abgabe eines roten Tintentröpfchens R, eines grünen Tintentröpfchens G und eines blauen Tintentröpfchens B in die entsprechenden Tintenbeladungsausnehmungen 20 mittels des Kopfes 24. Bei der Tinte kann es sich vorzugsweise um eine strahlungshärtende Tinte mit einem Gehalt an farbgebenden Materialien handeln, obgleich beliebige geeignete Tinten, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, verwendet werden können.
Je nach dem Material kann die haftende Beschaffenheit zwischen dem Master 22 und den Tinten- und Harzschichten 26, 28 erhöht werden. Dabei können die Tintenschichten 26 oder die Harzschicht 28 teilweise abreißen, wenn die gehärteten Tintenschichten und Harzschichten 26, 28 vom Master 22 zu trennen sind. Beim Trennmittel kann es sich um ein beliebiges geeignetes, aus dem Stand der Technik bekanntes Trennmittel handeln.
Somit wird es bevorzugt, dass ein Trennmittel vorher der Tinte zugesetzt oder auf die Oberfläche der Tintenbeladungsausnehmungen 20 im Master 22 aufgetragen wird. Somit lassen sich die Tinten- und Harzschichten 26, 28 leicht vom Master 22 trennen.
Nachdem die Tinte in sämtliche Tintenbeladungsausnehmungen 20 abgegeben worden ist, wobei die Tinte ein Lösungsmittel enthält, wird sie einer Wärmebehandlung unterzogen, um das Lösungsmittel aus der Tinte abzudampfen. Eine derartige Wärmebehandlung wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 100 bis 200°C für eine Zeitspanne von 2 bis 5 Minuten unter Verwendung einer Heizplatte oder für eine Zeitspanne von 20 bis 30 Minuten unter Verwendung eines Brennofens durchgeführt. Beim Abdampfen des Lösungsmittels unterliegen die Tintenschichten 26 einer Schrumpfung. Daher ist es erforderlich, eine ausreichende Tintenmenge abzugeben, um nach dem Schrumpfungsvorgang die erforderliche Farbkonzentration zu gewährleisten.
Wie in 1B dargestellt ist, wird anschließend eine Harzschicht 28 über den jeweiligen Tintenschichten 26 gebildet. Ferner wird ein Glassubstrat 29 auf die Harzschicht 28 gelegt.
Beispielsweise kann ein Harz vom Typ eines strahlungshärtenden Polymeren auf den Master 22 mit den Tintenschichten 26 zur Bildung der Harzschicht 28 aufgetragen werden. Sodann kann das Glassubstrat 29 auf die Harzschicht 28 gelegt werden, um das Substrat zu verstärken. Wird eine derartige Anordnung bestrahlt, so wird die Harzschicht 28 gehärtet und haftet am Glassubstrat 29. Je nach der Verwendung des Farbfilters kann das Glassubstrat 29 durch ein Foliensubstrat ersetzt werden.
Die Harzschichten und Tintenschichten 28, 26 können gleichzeitig bestrahlt werden, um sie gleichzeitig zu härten.
Wenn eine integrierte Anordnung aus den Tintenschichten 26, der Harzschicht 28 und dem Glassubstrat 29 gebildet wird, kann eine derartige Anordnung vom Master 22 getrennt werden, wodurch man den fertigen Farbfilter gemäß der Darstellung in 1C erhält.
Ein derartiger Farbfilter weist nicht die herkömmliche schwarze Matrix auf, sondern besitzt einen hohen Kontrast ohne Farbgemisch zwischen den benachbarten Pixeln. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Gestalt der einzelnen Tintenbeladungsöffnungen 22 genau auf die entsprechende Tintenschicht 26 übertragen wird, wodurch sich eine gleichmäßige Dicke ergibt.
Gegebenenfalls kann ein Überzug auf den Tintenschichten 26 gebildet werden, beispielsweise ein Harzüberzug. Ein auf diese Weise beschichteter Farbfilter kann nach Anbringen von durchsichtigen Elektroden und einer Ausrichtungsschicht auf einem weiteren Substrat mit regelmäßiger Anordnung befestigt werden.
Im ersten Beispiel wird zwar ein positiver Resist 12 verwendet, dieser kann aber durch einen negativen Resist ersetzt werden. In einem derartigen Fall wird eine Maske mit einem im Vergleich zur Maske 14 umgekehrten Muster verwendet. Alternativ kann der auf dem Substrat 10 gebildete Resist 12 direkt durch einen Laserstrahl ohne Verwendung einer Maske belichtet werden.
3A bis 3E erläutern verschiedene Stufen der Herstellung eines Masters gemäß einem zweiten Beispiel.
Wie in 3A dargestellt ist, wird zunächst ein Resist 32 auf ein Substrat 30 aufgetragen. Anschließend wird auf den Resist 32 eine Maske 34 gelegt. Der Resist 32 wird sodann durch die Maske 34 nur an vorgewählten Bereichen belichtet.
Der Resist 32 entspricht dem Resist in 2A bis 2E und wird hier nicht näher beschrieben. Die Maske 34 unterscheidet sich von der Maske 14 von 2A bis 2E nur darin, dass ihr Muster umgekehrt ist.
Insbesondere eignet sich die Maske 34 zur selektiven Entfernung des Resists entsprechend den Bereichen, in denen die Tintenbeladungsausnehmungen 42 in 3E zu bilden sind. Diese Tintenbeladungsausnehmungen 42 weisen die gleiche Konfiguration wie die in 2E dargestellten Tintenbeladungsausnehmungen 20 auf.
Nachdem das Substrat 30 belichtet und entwickelt worden ist, verbleiben Teile des Resists 32 in Form eines konvexen Musters, das, wie in 3E dargestellt, seinerseits zur Bildung der Tintenbeladungsöffnungen 42 verwendet wird.
Wie in 3C dargestellt, wird sodann eine Metallschicht 38 auf den konvexen Teilen des Resists 32 gebildet, indem man beispielsweise eine Nickelschicht oder dergleichen durch Sputtering oder eine andere Technik oben auf den Resist 32 aufbringt, um ihn leitfähig zu machen. Durch galvanische Abscheidung wird eine weitere Nickelschicht oder dergleichen auf dem Resist 32 beispielsweise durch ein Elektroplattierverfahren aufgebracht. Auf diese Weise entsteht der Master 44.
Wenn die Metallschicht 38 nur eine geringe Festigkeit gewährleistet, kann eine Verstärkungsschicht 40 aus einem Harz oder einem beliebigen anderen Material auf dem gesamten Resist 32 ausgebildet werden, wie in 3D dargestellt ist. Wenn die Verstärkungsschicht 40 und die Metallschicht vom Substrat 30 und dem Resist 32 getrennt werden, erhält man den in 3E dargestellten Master. Der Master 44 weist die gleiche Konfiguration wie der in 2E dargestellte Master 22 auf.
Der erhaltene Master 22 wird anschließend in den in 1A bis 1C dargestellten Stufen zur Bildung eines Farbfilters verwendet.
Im zweiten Beispiel kann ein positiver Resist durch einen negativen Resist ersetzt werden. Alternativ kann der auf dem Substrat 30 gebildete Resist direkt ohne Verwendung einer Maske mit einem Laserstrahl belichtet werden.
4A und 4B erläutern die erfindungsgemäße Ausführungsform.
Wie im ersten Beispiel wird zunächst ein Substrat 10 unter Bildung eines Masters 22 mit Tintenbeladungsausnehmungen 20 geätzt. Eine Trennschicht 25 wird sodann auf dem Master 22 gebildet, wie in 4A dargestellt, um die Trenneigenschaften zu verbessern.
Die Trennschicht 25 besteht vorzugsweise aus Metall. Die Bildung der Trennschicht 25 kann durch Sputteringtechnik erfolgen, die gut steuerbar und sehr wirtschaftlich ist. Jedoch besteht keine Begrenzung auf die Sputteringtechnik, vielmehr können eine Vakuumabscheidungstechnik, eine CVD-Technik oder andere geeignete Techniken herangezogen werden. Die Dicke der Metallschicht liegt im Bereich von einigen 10 bis einigen 1000 Å.
Das Metallmaterial besteht vorzugsweise aus Nickel oder Chrom. Mit diesen Metallen lässt sich in einfacher und wirtschaftlicher Weise eine Dünnschicht auf dem Master 22 bilden. Ferner zeigen Nickel und Chrom eine geringe Haftung für Tintenmaterialien, wie Pigmente und Farbstoffe. Insbesondere weisen Nickel und Chrom eine geringe Haftung an Acrylatharzen, die eine besonders gute Lichtdurchlässigkeit zeigen, auf.
Tintentröpfchen R, G und B werden sodann zur Bildung der Tintenschichten 26 abgegeben, wie in 4B dargestellt ist.
Da vorher gemäß dieser Ausführungsform die Trennschicht 25 auf dem Substrat 10 gebildet worden ist, lassen sich die gehärteten Tinten- und Harzschichten 26 und 28, die in 1B dargestellt sind, leicht vom Master 22 trennen, ohne dass Fehler auftreten. Dadurch wird in wirksamer Weise ein besonders hochwertiger Farbfilter bereitgestellt, bei dem keinerlei Farbgemische zwischen benachbarten Pixeln vorliegen und der einen erhöhten Kontrast zeigt. Da die Belastung des Masters 22 beim Trennen der Tinten- und Harzschichten 26, 28 vom Master 22 verringert ist, lässt sich die Dauerhaftigkeit des Masters erheblich verbessern, was einen wirtschaftlichen Vorteil darstellt. Ferner werden Einschränkungen in Bezug auf den Master 22, die Tintenschichten 26 und die Harzschicht 28 erheblich verringert, so dass das zu verwendende Material aus einem breiten Bereich von Materialien ausgewählt werden kann.
In dieser Ausführungsform wird vorzugsweise eine Tintenempfangsschicht 54 auf den gesamten Tintenbeladungsausnehmungen 52 im Master 50 gebildet, wie in 5 dargestellt ist. Somit lässt sich leicht eine Benetzung der Tinte 56 vornehmen. Die Tintenempfangsschicht 54 kann vom fertigen Farbfilter oder vom Master 50 zusammen mit dem Farbfilter abgetrennt werden.
Die Versuchsergebnisse unterscheiden sich voneinander in Abhängigkeit davon, ob eine Tintenempfangsschicht vorliegt oder nicht. Diese Ergebnisse sind nachstehend beschrieben.
Versuchsergebnis 1
Ein 4-Zoll-Silicium-Wafer wird als Substrat verwendet und durch Photolithographie zu einem Master verarbeitet, wobei eine Bemusterung mit Tintenbeladungsausnehmungen mit einer Tiefe von 70 μm, einer Länge von 20 mm, einer Tiefe von 1 μm und einem Abstand von 210 μm erzeugt wird. Das Aluminium-Überzugsmittel GA-8 (Produkt der Firma NISHIMURA GLASS KOGYO) wird durch Tauchen auf den Master aufgetragen, um auf dem Substrat eine Tintenempfangsschicht zu bilden. Sodann werden auf das Substrat mit einem Tintenstrahldrucker für jede Farbe 20 Linien mit einer Breite von 70 μm und einer Länge von 20 mm in einem Abstand von 210 μm gedruckt. Bei den Tinten handelt es sich um vier wässrige Pigmenttinten mit den Farben: cyanfarben, magentafarben, gelb und schwarz. Zu Vergleichszwecken wird ein weiteres Substrat in Form eines Silicium-Wafers, der nicht mit Aluminiumoxid beschichtet ist, bereitgestellt, und in entsprechender Weise bedruckt. Nach dem Druckvorgang lässt man diese Substrate 5 Minuten stehen und erwärmt sie sodann 10 Minuten mit einer Heizplatte auf 120°C, um das Lösungsmittel aus der Tinte abzudampfen. Man erhält agglomerierte und gehärtete Pigmente. Die Druckergebnisse werden zur Bewertung des Musters visuell betrachtet. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.
Die Druckergebnisse werden visuell in Bezug auf Linearität und Kontinuität bewertet. Bei der Bewertung der Linearität wird festgestellt, ob der Verlauf der gedruckten Linien kurvenfrei erfolgt oder nicht. Bei der Beurteilung der Kontinuität wird festgestellt, ob die gedruckte Linie kontinuierlich verläuft oder nicht. Das beschichtete Substrat zeigt ein gutes Druckergebnis. Dagegen erweist sich das unbeschichtete Substrat in Bezug auf die Benetzungseigenschaften der Substratoberfläche als schlechter. Infolgedessen rollen die Tintentröpfchen auf der Substratoberfläche und neigen zu einer Aggregation mit benachbarten Tröpfchen, so dass sich gekrümmte und diskontinuierliche Linien ergeben. Somit lässt sich feststellen, dass das keramisch beschichtete Substrat in wirksamer Weise auf die wässrige Tinte abgestimmt ist, so dass sich ein Druckergebnis mit verbesserter Qualität ergibt.
Versuchsergebnis 2
Ein 4-Zoll-Silicium-Wafer wird als Substrat verwendet und durch Photolithographie unter Bildung von Mustern von Tintenbeladungsöffnungen mit einer Breite von 80 μm, einer Länge von 240 μm, einer Tiefe von 10 μm, einem Abstand in Breitenrichtung von 90 μm und einem Abstand in Längenrichtung von 250 μm zu einem Master verarbeitet, der als Farbfilter mit einer Diagonale von 2,5 Zoll verwendbar ist. Eine wässrige Lösung von Hydroxypropylcellulose (HPC-L, NIHON SODA) wird durch Schleuderbeschichtungstechnik auf den Master aufgetragen, um auf dem Master eine Tintenempfangsschicht zu bilden. Das Substrat wird mit einem Tintenstrahldrucker durch Abgabe von Tinte in die einzelnen Pixel bedruckt. Drei wässrige Pigmenttinten von roter, grüner und blauer Farbe werden verwendet. Ein Master aus einem Silicium-Wafer ohne Tintenempfangsschicht wird zu Vergleichszwecken bereitgestellt und in entsprechender Weise mit dem Tintenstrahldrucker bedruckt. Nach dem Drucken lässt man diese Master 5 Minuten stehen und erwärmt sie sodann 10 Minuten mit einer Heizplatte auf 120°C, um das Lösungsmittel aus der Tinte abzudampfen. Man erhält agglomerierte und gehärtete Pigmente. Die Druckergebnisse werden zur Bewertung durch ein optisches Mikroskop betrachtet. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.
Beim beschichteten Master kam es weder zu einem Wandern zu benachbarten Pixeln noch zu einem Verwischen. Es wurde ein hochwertiges Druckergebnis erzielt. Dagegen kam es beim unbeschichteten Substrat zu einer Farbvermischung und zu einem Verwischen, da die Tintentröpfchen auf der Substratoberfläche rollten oder über die Oberfläche flogen und es zu Agglomerationen mit benachbarten Tintentröpfchen kam. Das gedruckte Muster des Farbfilters wies keine feine Farbbeschaffenheit auf. Somit ergibt sich, dass das mit dem Cellulosederivat beschichtete Substrat in wirksamer Weise auf die wässrige Tinte abgestimmt ist und zu einem hochwertigen Druckergebnis führt.
Versuchsergebnis 3
Ein Substrat aus einem Acrylharz wird durch ein Plasmaätzverfahren zu einem Master verarbeitet, wobei ein Muster von Tintenbeladungsausnehmungen mit einer Breite von 70 μm, einer Länge von 20 mm, einer Tiefe von 5 μm und einem Abstand von 210 μm gebildet wird. Sodann wird Polyvinylalkohol (PVA117 der Firma KURARAY) mit einem Tintenstrahldrucker in Form von 20 Linien von 70 μm Breite, 20 mm Länge und einem Abstand von 210 μm auf das Substrat aufgetragen. Bei der Tinte handelt es sich um eine wässrige Tinte mit einem schwarzen Pigment. Ein unbeschichteter Master aus Acrylharz wird bereitgestellt und gleichermaßen bedruckt. Nach dem Drucken werden die Substrate 1 Tag stehengelassen, um das Lösungsmittel aus der Tinte abzudampfen. Es kommt zu einer Agglomeration und Härtung der Pigmente. Die Druckergebnisse werden zur Bewertung des Musters visuell betrachtet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
Der beschichtete Master zeigte ein hochwertiges Druckergebnis. Dagegen wies der unbeschichtete Master gekrümmte und unterbrochene Linien auf, was auf die Agglomeration von benachbarten Tintentröpfchen zurückzuführen war. Der Grund hierfür ist, dass Tintentröpfchen auf der Oberfläche des Substrats rollten und sich mit benachbarten Tintentröpfchen agglomerierten. Somit lässt sich feststellen, dass das durch die Harzbeschichtung hydrophil ausgerüstete Substrat in wirksamer Weise auf die wässrige Tinte abgestellt ist und zu einem hochwertigen Druckergebnis führt.
Beim Material zur Bildung der Tintenempfangsschicht kann es sich um ein beliebiges bekanntes Material handeln. Im Hinblick auf die Wärmebeständigkeit handelt es sich beim Material vorzugsweise um ein Acrylharz, ein Epoxyharz oder ein Imidharz. Im Hinblick auf die Absorption von wässriger Tinte wird als Material Hydroxypropylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Methylcellulose, Carboxymethylcellulose oder ein anderes Cellulosederivat bevorzugt. Die Bildung der Tintenempfangsschicht kann durch Schleuderbeschichtung, Walzenbeschichtung, Stabbeschichtung, Sprühbeschichtung, Tauchbeschichtung und andere Techniken vorgenommen werden. Zur Einführung von Makromolekülketten kann ein Oberflächen-Propfpolymerisationsverfahren, d.h. ein bekanntes Polymerisationsverfahren, herangezogen werden. Es lässt sich feststellen, dass das Tintenstrahlverfahren sehr gut zum Auftragen der Tintenempfangsschicht auf das Substrat ohne Materialverlust geeignet ist. Die Bildung der keramischen Schicht kann nach einer bekannten Technik zur Bildung von Dünnschichten vorgenommen werden, z.B. durch das Sol-Gel-Verfahren, durch Elektroabscheidung oder Sputtering.
Weitere Versuchsergebnisse
Es wurde experimentell festgestellt, dass die Tintenschichten 26, die Harzschicht 28 und das Glassubstrat 29 nicht von dem in 1B dargestellten Master 22 unter Herstellung des in 1C dargestellten fertigen Farbfilters entfernt werden konnten, wenn die Tintenschichten 26 keine Filme aufwiesen, die eine gewisse Härte zeigten. Die Bereitstellung eines harten Films von Tintenschichten 26 erfordert eine bestimmte Temperatur.
Beispielsweise beträgt die minimale Temperatur, die zur Bildung von Filmen aus einer Emulsionstinte erforderlich ist, 60 bis 80°C. Acrylharztinten härten bei einer Temperatur von 60 bis 100°C. Die maximale Erwärmungstemperatur hängt von der Wärmebeständigkeit des Farbmaterials ab. Die maximale Erwärmungstemperatur beträgt 300°C bei einem Farbmaterial aus einem Pigment und 120 bis 200°C bei einem Farbmaterial aus einem Farbstoff.
Jedoch hängen Temperatur und Zeit vom Erwärmungsverfahren ab. Beispielsweise erfordert das Verfahren mit einer Heizplatte beim Erwärmen auf 110°C eine Zeitspanne von 10 bis 120 Minuten, das Verfahren mit einem Ofen unter Erwärmen auf 120°C eine Zeitspanne von 10 bis 120 Minuten und das Verfahren unter Vakuumtrocknung unter Erwärmen auf 100°C, eine Zeitspanne von 10 bis 120 Minuten.
Wenn die Tinte durch das Tintenstrahlsystem in die Tintenbeladungsausnehmungen gebracht wird, handelt es sich bei der Tinte vorzugsweise um eine wässrige Tinte mit einer Viskosität von 10 cps oder weniger und mit einer Oberflächenspannung von etwa 30 dyn, um den Kopf zu schonen. Insbesondere handelt es sich bei der Tinte um eine hitzehärtende oder strahlungshärtende Tinte. Die hitzehärtende Tinte umfasst Pigment- und Farbstofftinten. Beispiele für entsprechende Zusammensetzungen sind in den folgenden Tabellen aufgeführt.
1) Emulsionspigmenttinte: Wärmebeständigkeit 300°C
2) Farbstofftinte vom Acrylharztyp: Wärmebeständigkeit 120-200°C
In der folgenden Tabelle ist eine beispielhafte Zusammensetzung für eine strahlungshärtende Pigmenttinte aufgeführt.
In den folgenden Tabellen sind Beispiele für Farbmaterialien aufgeführt.
1) Pigmente
Weitere Pigmente, wie violette, gelbe, cyanfarbene und magentafarbene Pigmente, können verwendet werden.
2) Farbstoffe
Zu Freisetzungsmitteln gehören quaternäre Ammoniumchloride, saure Alkylphosphatester, wasserabstoßende Fluorverbindungen und andere Verbindungen. Beim Auftragen einer Isopropylalkohollösung mit einem Gehalt an 0,01 bis 0,2% eines dieser Freisetzungsmittel auf ein Substrat durch Schleuderbeschichtung oder Tauchbeschichtung lässt sich feststellen, dass eine Trennung leicht durchgeführt werden kann. Das gleiche Ergebnis wird erzielt, wenn vorher 0,01 bis 0,2% eines der vorerwähnten Trennmittel der Tinte zugesetzt worden sind. Alternativ kann auch eine Dünnschicht aus Gold/Thiol, die auf dem Master gebildet wird, zu dem gleichen Ergebnis führen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters, umfassend: eine erste Stufe zur Bildung eines Masters (22, 50) mit einer Mehrzahl von Tintenbeladungsausnehmungen (20, 52) in einem bestimmten Muster; eine zweite Stufe zum Beschicken der Tintenbeladungsausnehmungen (20, 52) mit Tinte (R, G, B, 56) einer vorgewählten Farbe zur Bildung einer Tintenschicht; eine dritte Stufe zum Auftragen eines Harzes auf den mit der Tinte beladenen Master (22, 50) zur Bildung einer Harzschicht (26) mit lichtdurchlässiger Beschaffenheit; und eine vierte Stufe zum gemeinsamen Abtrennen der Tintenschicht und der Harzschicht (26) vom Master (22, 50), nachdem die Harzschicht (26) gehärtet worden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Stufe eine Tintenempfangsschicht (54), die mit der Tinte (R, G, B, 56) benetzt werden kann, über sämtlichen Tintenbeladungsausnehmungen (20, 52) gebildet wird, bevor die Tintenbeladungsausnehmungen (20, 52) mit Tinte (R, G, B, 56) beladen werden; und in der vierten Stufe die Tintenempfangsschicht (54) ebenfalls vom Master (22, 50) abgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Stufe ferner folgendes umfasst: das Auftragen eines positiven Resists auf eine Oberfläche eines Substrats (10); das Belichten des Substrats durch eine Maske, wobei die Maske ein Muster aufweist, das den Tintenbeladungsausnehmungen (20, 52) entspricht; das Entwickeln des Resists; und das Ätzen des Substrats (10) zur Bildung der Tintenbeladungsausnehmungen (20, 52).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Stufe ferner folgendes umfasst: das Auftragen eines negativen Resists auf eine Oberfläche eines Substrats (10); das Belichten des Resists durch eine Maske, wobei die Maske ein Muster entsprechend den Tintenbeladungsausnehmungen (20, 52) aufweist; das Entwickeln des Resists; und das Ätzen des Substrats (10) zur Bildung der Tintenbeladungsausnehmungen (20, 52).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Stufe ferner folgendes umfasst: das Auftragen eines positiven Resists auf eine Oberfläche eines Substrats (10); das Belichten des Resists mit einem Laserstrahl in Bereichen, wo die Tintenbeladungsausnehmungen (20, 52) gebildet werden sollen; das Entwickeln des Substrats (10); und das Ätzen des Substrats (10) zur Bildung der Tintenbeladungsausnehmungen (20, 52).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Stufe ferner folgendes umfasst: das Auftragen eines negativen Resists auf eine Oberfläche eines Substrats (10); das Belichten des Resists mit einem Laserstrahl in einem Bereich unter Ausschluss der Bereiche der Tintenbeladungsausnehmungen (20, 52); das Entwickeln des Substrats (10); und das Ätzen des Substrats (10) zur Bildung der Tintenbeladungsausnehmungen (20, 52).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Stufe ferner folgendes umfasst: das Auftragen eines positiven Resists auf eine Oberfläche eines Substrats (10); das Belichten des Resists durch eine Maske, wobei die Maske ein Muster entsprechend den Tintenbeladungsausnehmungen (20, 52) aufweist; das Entwickeln des Resists; das Leitfähigmachen einer bemusterten Oberfläche des Substrats (10) und des Resists; die galvanische Abscheidung eines Metalls auf der bemusterten Oberfläche und die Bildung einer Metallschicht; das Abtrennen der Metallschicht vom Substrat (10) und vom Resist; und das Bereitstellen dieser Metallschicht als Master (22, 50).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Stufe ferner folgendes umfasst: das Auftragen eines negativen Resists auf eine Oberfläche eines Substrats (10); das Belichten des Resists durch eine Maske, wobei die Maske ein Muster entsprechend den Tintenbeladungsausnehmungen (20, 52) aufweist; das Entwickeln des Resists; das Leitfähigmachen einer bemusterten Oberfläche des Substrats (10) und des Resists; das galvanische Abscheiden eines Metalls auf der bemusterten Oberfläche und das Bilden einer Metallschicht; das Abtrennen der Metallschicht von dem Substrat (10) und dem Resist; und das Bereitstellen der Metallschicht als Master (22, 50).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Stufe ferner folgendes umfasst: das Auftragen eines positiven Resists auf eine Oberfläche eines Substrats (10); das Belichten des Resists mit einem Laserstrahl in einem Bereich, wo die Tintenbeladungsausnehmungen (20, 52) zu bilden sind; das Entwickeln des Substrats (10); das Leitfähigmachen einer bemusterten Oberfläche des Substrats (10) und des Resists; das galvanische Abscheiden eines Metalls auf der bemusterten Oberfläche und das Bilden einer Metallschicht; das Abtrennen der Metallschicht von dem Substrat (10) und dem Resist; und das Bereitstellen der Metallschicht als Master (22, 50).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Stufe ferner folgendes umfasst: das Auftragen eines negativen Resists auf eine Oberfläche eines Substrats (10); das Belichten des Resists mit einem Laserstrahl in einem Bereich unter Ausnahme der Tintenbeladungsausnehmungen (20, 52); das Entwickeln des Substrats (10); das Leitfähigmachen einer bemusterten Oberfläche des Substrats (10) und des Resists; das galvanische Abscheiden eines Metalls auf der bemusterten Oberfläche und das Bilden einer Metallschicht; das Abtrennen der Metallschicht vom Substrat (10) und vom Resist; und das Bereitstellen der Metallschicht als Master (22, 50).
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem es sich bei dem Substrat (10) um einen Silicium-Wafer handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Tintenempfangsschicht (54) aus einem Material mit geringer Abstoßungswirkung gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Tintenempfangsschicht (54) aus einem keramischen Material gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Tintenempfangsschicht (54) aus Cellulosederivaten gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Tintenempfangsschicht (54) aus hydrophilen Harzen gebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die Tinte (R, G, B, 56) durch ein Tintenstrahlsystem in die Tintenbeladungsausnehmungen (20, 52) abgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem die Tintenempfangsschicht (54) in der zweiten Stufe nach Bildung einer Trennschicht (25) auf den Tintenbeladungsausnehmungen (20, 52) gebildet wird, wobei die Trennschicht (25) eine geringe Haftung an der Tinte (R, G, B, 56) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem die Tinte (R, G, B, 56), die in der zweiten Stufe eingebracht wird, ein Trennmittel enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem die zweite Stufe ferner die Wärmebehandlung der in die Tintenbeladungsausnehmungen (20, 52) eingebrachten Tinte (R, G, B, 56) und das Abdampfen eines Lösungsmittels der Tinte (R, G, B, 56) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem die in der zweiten Stufe eingebrachte Tinte (R, G, B, 56) lichtempfindlich mit einem Gehalt an einer photoaktiven Verbindung und strahlungshärtend ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem das in der dritten Stufe aufgetragene Harz lichtempfindlich mit einem Gehalt an einer photoaktiven Verbindung und strahlungshärtend ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, bei dem die dritte Stufe ferner das Auflegen einer Lichttransmissions-Verstärkungsfolie auf die Harzschicht (26) umfasst.