DE69630338T2

DE69630338T2 - Flüssigkristallanzeige mit aufgeweiteter Beobachtungswinkelcharakteristik, die eine schwarze Matrix mit hohem Widerstand besitzt

Info

Publication number: DE69630338T2
Application number: DE69630338T
Authority: DE
Inventors: Shigeru Mobara-shi Matsuyama; Hiroaki Mobara-shi Asuma; Masato Mobara-shi Shimura; Yoshifumi Mobara-shi Tomita; Sukekazu Hitachi-shi Aratani
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-06-14
Filing date: 1996-06-13
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2016-06-14
Also published as: CN1164668A; EP0749029B1; DE69630338D1; US5831701A; US6040887A; SG64386A1; EP0749029A1; TW477905B; KR100320491B1; CN1092805C

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung und insbesondere eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit Aktivmatrix von hoher Bildqualität mit weiter Beobachtungswinkelcharakteristik, die eine Schwarzmatrix mit hohem Widerstand aufweist und eine ausgezeichnete Lichtabschirmungsfähigkeit besitzt.
Beschreibung des Standes der Technik
Anzeigevorrichtungen, bei denen eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung verwendet ist und die verringertes Gewicht und geringere elektrische Leistungsaufnahme aufweisen, wurden in den letzten Jahren in breitem Umfang für Personal Computer, Textverarbeitungsgeräte und andere Informationsverarbeitungseinrichtungen verwendet.
Grundsätzlich weist die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung eine Matrix auf, die aus einer Anzahl von horizontal und vertikal angeordneten Elektroden und einer zwischen den horizontalen und vertikalen Elektroden eingeschalteten Flüssigkristallschicht besteht, wobei Pixel an den Stellen gebildet werden, an denen zwei Elektroden einander kreuzen, um ein zweidimensionales Bild anzuzeigen.
Die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen dieser Art können in solche mit einem sogenannten Passivmatrix-System, bei dem ein vorgegebenes Pixel durch Zeitsteuerung eines an die horizontale und die vertikale Elektrode angelegten Impulses ausgewählt wird, und in solche vom sogenannten Aktivmatrix-System unterteilt werden, bei dem ein nichtlineares Element wie ein Transistor oder dergleichen in jedem Pixel vorgesehen ist und ein vorgegebenes nichtlineares Element ausgewählt wird.
Bei einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit Aktivmatrix-System sind die nichtlinearen Elemente (Schaltelemente) in Positionen vorgesehen, die einer Vielzahl von Pixelelektroden entsprechen, die in Form einer Matrix angeordnet sind. Theoretisch kann der Flüssigkristall an jedem Pixel zu jedem Zeitpunkt angesteuert werden (Tastverhältnis 1,0). Im Vergleich mit dem sogenannten Passivmatrix-System, bei dem ein Zeitmultiplex-Ansteuersystem angewandt wird, ergibt das Aktivmatrix-System entsprechend einen guten Kontrast und stellt eine Technik dar, die insbesondere für Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtungen unerlässlich ist. Dünnschichttransistoren (TFTs) sind repräsentative Beispiele für die Schaltelemente.
Bei einem herkömmlichen Dünnschichttransitor-Flüssigkristallanzeigeelement sind transparente Elektroden so ausgebildet, dass sie an der Grenzfläche von zwei Substraten einander gegenüberliegen, um die Flüssigkristallschicht anzusteuern.
Es wurde also ein Anzeigesystem angewandt, typischerweise ein sogenanntes verdrillt-nematisches Anzeigesystem, bei dem die Richtung des an den Flüssigkristall angelegten elektrischen Feldes wegen der Anwen dung der oben erwähnten Elektrodenstruktur nahezu senkrecht zur Grenzfläche der Substrate ist.
Als System, bei dem die Richtung eines an die Flüssigkristalle angelegten elektrischen Feldes nahezu parallel zur Grenzfläche der Substrate verläuft, wurde ferner ein System angegeben (das sogenannte In-Plane-System mit elektrischem Feld 'in plane'), bei dem zwei kammförmige Elektroden auf der Oberfläche mindestens eines der Substrate erzeugt werden, um die Flüssigkristallschicht anzusteuern, wie z. B. in der japanischen Patentveröffentlichung JP 21907/1988 und der japanischen Patentanmeldung JP 36058/1995 offenbart ist. Das Verfahren der Anwendung kammförmiger Elektroden und das Verfahren zu ihrer Herstellung wurden bereits von der vorliegenden Anmelderin in der japanischen Patentanmeldung JP 105862/1995 angegeben.
Bei einer derartigen Elektrodenstruktur sind die Hauptachsen der Moleküle der Flüssigkristallschicht (im Folgenden auch zur Vereinfachung als Flüssigkristallmoleküle bezeichnet) im Wesentlichen parallel zu den Oberflächen der Substrate, und die Flüssigkristallmoleküle werden daran gehindert, sich in einer Richtung senkrecht zu den Substraten auszurichten. Daher ändert sich die Helligkeit sogar dann wenig, wenn der Beobachtungswinkel geändert wird; dies bedeutet, dass die so genante Beobachtungswinkelabhängigkeit praktisch nicht existiert, und weite Beobachtungswinkelcharakteristiken im Vergleich mit denen des Systems mit vertikalem elektrischen Feld erzielt werden können.
Bei einer herkömmlichen Schwarzmaske, die zwischen die gefärbten Schichten verschiedener Farbe eingeschaltet wird und das Substrat eines Farbfilters (Farbfiltersubstrat) darstellt, wurde ferner ein Bildmuster aus einer dünnen Schicht von metallischem Chrom oder metallischem Chrom mit niedriger Reflexion erzeugt, oder es wurde ein Bildmuster aus einer dünnen Schicht aus einem lichtempfindlichen Harz erzeugt, in der ein schwarzfärbendes Mittel oder Rußpulver (meistens Graphit) dispergiert wurden, wobei verschiedene Pigmente zugesetzt wurden.
Die gefärbten Schichten des Farbfiltersubstrats besitzen üblicherweise einen Aufbau, bei dem (vgl. 7) eine Schutzschicht PSV2 auf den gefärbten Schichten FIL (R), FIL (G), FIL (B) ausgebildet ist, deren Bildmusterbereiche wie ein Mosaik oder in vertikalen Streifen für jedes der Pixel oder jede der Farben voneinander getrennt sind.
Wenn die gefärbten Schichten unter Verwendung von Harzmaterialien hergestellt werden, die ein darin dispergiertes Pigment im Farbfilter enthalten, das für Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen vom Aktivmatrix-Typ verwendet wird, wird ferner die Schutzschicht PSV2 nicht oft angewandt.
13 ist eine schematische Querschnittsansicht, die den Aufbau eines Pixels erläutert, das eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit elektrischem Feld vom In-Plane-Typ darstellt, wobei der Einschaltbetrieb dargestellt ist. Der Aufbau umfasst ein TFT-Substrat 1, ein Farbfiltersubstrat 1', eine gemeinsame Elektrode 2, einen Isolierfilm 6, Pixelelektroden 11, einen Schutzfilm 12, eine Schwarzmaske 17 und ein Farbfilter 18.
In 13 wird eine Flüssigkristallschicht zwischen dem TFT-Substrat 1 und dem Farbffiltersubstrat 1' gehalten. Auf der Oberfläche der Schutzschicht 12 und auf der Oberfläche des Farbfilters 18 sind Orientie rungsschichten ausgebildet, um die anfängliche Orientierung der Flüssigkristallmoleküle der Flüssigkristallschicht zu erzielen. Darüber hinaus sind noch, obgleich in 13 nicht dargestellt, Polarisatorplatten an den Außenoberflächen des TFT-Substrats 1 und des Farbfiltersubstrats 1' angeordnet.
Bei der oben erwähnten Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit elektrischem Feld vom In-Plane-Typ sind die Pixelelektroden 11 und die gemeinsame Elektrode 2 auf einem Substrat (TFT-Substrat 1) ausgebildet; auf dem anderen Substrat (Farbfiltersubstrat 1') ist ein Farbfilter 18 ausgebildet, das eine Farbe eines durch die Schwarzmaske 17 abgegrenzten Pixels darstellt.
Die Schwarzmaske 17, die das Farbfilter abgrenzt, verhindert die Reflexion von äußerem Licht und fördert den Kontrast durch Absorption von Licht von den benachbarten Pixeln.
EP-A-515 225 beschreibt eine Beschichtung, die einen spezifischen Widerstand von 10⁶ Ω·cm oder mehr aufweist und die als lichtabsorbierende Schicht in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung des Typs verwendet wird, der zum optischen Schreiben dient.
Zusammenfassung der Erfindung
Bei einer herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit vertikalem elektrischem Feld, die eine auf der Seite des Farbfiltersubstrats ausgebildete gemeinsame Elektrode aufweist, ist die das Farbfiltersubstrat darstellende Schwarzmaske erforderlich, um einen hohen Lichtabsorptionsfaktor und einen niedrigen Lichtreflexionsfaktor zu erzielen.
Bisher wurde allerdings dem spezifischen Widerstand der Schwarzmaske keine Aufmerksamkeit gewidmet.
Bei der oben erwähnten Schwarzmaske, bei der ein Harzmaterial verwendet wird, wird nämlich eine große Menge Graphit zugegeben, insbesondere, um den Absorptionsfaktor zu erhöhen. Daher wird der spezifische Widerstand mit steigender Menge an zugesetztem Graphit verringert. Wenn für die Schwarzmaske metallisches Chrom verwendet wird, wird ferner das Lichtabschirmungsvermögen erheblich verbessert, und der spezifische Widerstand wird sehr gering.
Bei der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit elektrischem Feld vom In-Plane-Typ, bei der die Schwarzmaske einen kleinen spezifischen Widerstand aufweist, werden allerdings die elektrischen Kraftlinien von den Pixelelektroden 11 durch die Schwarzmaske 17 angezogen, die einen kleinen spezifischen Widerstand aufweist, wie aus 13 hervorgeht, wenn eine Spannung zwischen die Pixelelektroden 11 und die gemeinsame Elektrode 2 angelegt wird, um das Pixel einzuschalten, und das Muster des elektrischen Feldes wird gestört und in Bezug auf die Grenzfläche der Substrate gekippt. Als Ergebnis wird die horizontale Komponente der elektrischen Kraftlinien abgeschwächt, und ein erwünschter Lichttransmissionsfaktor kann nicht erzielt werden. Alternativ treten sogenannte Domänen an den Positionen der Pixelelektroden 11 und der gemeinsamen Elektrode 2 auf. Dementsprechend wird der Kontrast verschlechtert, und die Farbanzeige wird ungleichmäßig, so dass eine gute Bildqualität nicht erzielbar ist.
Die 14A und 14B sind schematische Darstellungen, die ein Pixel in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit elektrischem Feld vom In-Plane-Typ erläutern, das zwei kammförmige gemeinsame Elektroden aufweist, die in einem Pixel angeordnet sind. 14A ist eine Draufsicht, 14B eine Querschnittsansicht längs der Linie A-A' von 14A. In einem von der Schwarzmaske 17 umgebenen Bereich ist ein Farbfilter ausgebildet, und verschiedene Filme sind darauf und auf den gemeinsamen Elektroden 2 und den Pixelelektroden 11 ausgebildet, die allerdings hier nicht gezeigt sind.
In den 14A und 14B ist ein Pixel in einem offenen Bereich ausgebildet, der von der Schwarzmaske umgeben ist; eine Pixelelektrode 11 und eine gemeinsame Elektrode 2 sind in diesem Bereich angeordnet, und eine Flüssigkristallschicht wird zwischen dem TFT-Substrat 1 und dem Farbfiltersubstrat 1' gehalten. Die Schwarzmaske besitzt einen spezifischen Widerstand von nicht mehr als 10⁴ Ω·cm.
Durch eine zum Einschalten angelegte Signalspannung wird ein elektrisches Feld zwischen der gemeinsamen Elektrode 2 und der benachbarten Pixelelektrode 11 erzeugt. Dieses elektrische Feld wirkt in Abhängigkeit von der Größe der anliegenden Signalspannung stark auf die Flüssigkristallmoleküle ein, wodurch die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle gedreht wird und Licht vom TFT-Substrat 1 mit erhöhtem Transmissionsfaktor zum Farbfiltersubstrat 1' hindurchtritt.
15 ist ein Diagramm, das erläutert, dass sich der Transmissionsfaktor in Abhängigkeit von der Position innerhalb des Abstands zwischen der gemeinsamen Elektrode 2 und der Pixelelektrode 11, die in 14A gezeigt sind, ändert, wobei der Fleck a eine von der Schwarzmaske 17 abliegende Position und der Fleck b eine näher an der Schwarzmaske 17 liegende Position bezeichnen.
Wie ersichtlich ist, nimmt der Transmissionsfaktor mit steigender Signalspannung, die an der gemeinsamen Elektrode 2 und der Pixelelektrode 11 anliegt, zu. Wie in 14A dargestellt ist, bildet das elektrische Feldbild, da sich der Fleck b nahe an der Schwarzmaske 17 befindet, einen scharfen Winkel in Bezug auf die Oberfläche des Substrats. Daher liegt die Kurve der Änderung des Transmissionsfaktors mit steigender Signalspannung in ihrem Anstieg hinter der Kurve von Fleck a. In 15 muss die Signalspannung des Flecks b gegenüber dem Fleck a um etwa 1 Volt erhöht werden, um den gleichen Transmissionsfaktor zu erzielen.
Wenn die gleiche Spannung anliegt, ist dementsprechend der Transmissionsfaktor zwischen dem Mittelbereich und dem peripheren Bereich in einem Pixel unterschiedlich, und die Farbe wird ungleichmäßig.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung anzugeben, insbesondere eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit elektrischem Feld vom In-Plane-Typ, die ein verbessertes Lichtabschirmungsvermögen aufweist, eine Störung des elektrischen Feldbildes unterdrückt und eine qualitativ hochwertige Bildanzeige ohne Ungleichmäßigkeit in den Farben ergibt.
Die obige zugrundeliegende Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen des Konzepts der vorliegenden Erfindung.
Das Konzept der vorliegenden Erfindung ist nicht auf Vorrichtungen mit elektrischem Feld vom sogenannten In-Plane-Typ begrenzt, ist jedoch wahlweise darauf anwendbar.
Die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung weist auf:
Eine Schwarzmaske, die auf einem von zwei Substraten, von denen mindestens eines transparent ist, ausgebildet ist, eine Gruppe von Elektroden, die auf mindestens einem der beiden Substrate erzeugt sind, eine Flüssigkristallschicht, die eine Flüssigkristallzusammensetzung umfasst, die dielektrische Anisotropie besitzt und zwischen den beiden Substraten gehalten ist, eine Orientierungskontrollschicht, die zwischen der Flüssigkristallschicht und einem Substrat oder beiden Substraten erzeugt ist und zur Orientierung der Flüssigkristallmoleküle der Flüssigkristallzusammensetzung in einer vorgegebenen Richtung dient, Polarisationsmittel, die auf mindestens einem der beiden Substrate flach aufgebracht sind, und eine Ansteuereinrichtung zum Anlegen einer. Ansteuerspannung an die Gruppe von Elektroden, wobei die Flüssigkristallzusammensetzung einen spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10^N Ω·cm und die Schwarzmaske einen spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10^M Ω·cm aufweisen, wobei N und M ganze Zahlen sind, die den Bedingungen N > 9 und M > 6 genügen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung eine Anzeigevorrichtung mit elektrischem Feld vom In-Plane-Typ, wobei die Gruppe von Elektroden eine solche Anordnung besitzt, dass ein elektrisches Feld erzeugt wird, das eine Komponente vorwiegend parallel zur Grenzfläche zwischen der Orientierungskontrollschicht und der Flüssigkristallschicht aufweist.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Flüssigkristallzusammensetzung, die einen spezifischen Widerstand von nicht we niger als 10^N Ω·cm besitzt, sowie eine Schwarzmaske auf, die einen spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10^M Ω·cm besitzt, wobei N und M ganze Zahlen sind, die den Bedingungen N > 13 und M > 7 genügen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind in der Schwarzmaske Metalloxidpartikel enthalten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Metalloxidpartikel Partikel mindestens eines Metalloxids, das unter Cobaltoxid, Chromoxid, Manganoxid und Nickeloxid ausgewählt ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Metalloxidpartikeln in der Schwarzmaske ein organisches Pigment und/oder Graphitpulver enthalten sind.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Cobaltoxidpartikel hauptsächlich Tricobalttetroxid-Partikel sind. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Schwarzmaske zusätzlich zu Cobaltoxidpartikeln Partikel aus Chromoxid, Manganoxid und/oder Nickeloxid.
Die Schwarzmaske enthält vorzugsweise ein Polyimidharz als Grundmaterial.
Das Grundmaterial der Schwarzmaske ist vorzugsweise ein Harzmaterial mit Polyimidgruppen, wobei die Zusammensetzung des Harzmaterials eine Komponente enthält, die durch Licht gehärtet wird, und eine Komponente enthält, die durch Wärme gehärtet wird, und die optische Dich te der Schwarzmaske durch die Härtung des Harzmaterials durch Erwärmen erhöht wird.
Die Schwarzmaske besteht vorzugsweise aus einem Polyimidharzmaterial, das eine oder mehrere Arten von schwarzen Färbemitteln sowie andere Färbemittel enthält, die von den schwarzen Färbemitteln verschieden sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Schwarzmaske ferner aus einem Polyimidharzmaterial, in dem Metalloxidpartikel eingemischt oder dispergiert sind, die als schwarze Färbemittel dienen.
Bei der Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung unterbindet die auf mindestens einem der beiden Substrate ausgebildete Schwarzmatrix den Eintritt von Licht von benachbarten Pixeln, die eingeschaltet sind, und trägt so zur Erhöhung des Kontrasts eines angezeigten Bildes bei.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Gruppe von Elektroden, die auf einem der beiden Substrate oder auf beiden Substraten ausgebildet sind, eine gemeinsame Elektrode und eine Pixelelektrode und erzeugt ein elektrisches Feldbild zwischen den beiden Elektroden, wenn das Pixel eingeschaltet ist, was zu einer Drehung der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle der Flüssigkristallzusammensetzung führt, aus der die Flüssigkristallschicht besteht, so dass der Lichttransmissionsfaktor geändert wird. Die Orientierungskontrollschicht (Orientierungsfilm) dient zur Orientierung der Flüssigkristallmoleküle der Flüssigkristallzusammensetzung in eine vorgegebene Richtung, wenn kein elektrisches Feld anliegt.
Die Polarisationsmittel sind auf mindestens einem der beiden Substrate flach aufgebracht und erlauben den Durchtritt von Licht, das in einer speziellen Richtung polarisiert ist, bevor es in die Flüssigkristallschicht eintritt oder nachdem es durch die Flüssigkristallschicht hindurchgetreten ist.
Die Ansteuereinrichtung legt eine Ansteuerspannung an die Gruppe von Elektroden an, um ein vorgegebenes Pixel einzuschalten und ein Bild anzuzeigen.
Die Gruppe von Elektroden weist vorzugsweise einen Aufbau auf, bei dem die Elektroden so angeordnet sind, dass sie ein elektrisches Feld erzeugen, das eine Komponente vorwiegend parallel zur Grenzfläche zwischen der Orientierungskontrollschicht und der Flüssigkristallschicht aufweist. Wenn das elektrische Feld zwischen der gemeinsamen Elektrode und der Pixelelektrode, welche die Gruppe von Elektroden bilden, erzeugt wird, werden die Flüssigkristallmoleküle in einer Ebene gedreht, die im Wesentlichen parallel zur Grenzfläche ist.
Die Flüssigkristallzusammensetzung weist einen spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10^N Ω·cm auf, und die Schwarzmaske besitzt einen spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10^M Ω·cm (wobei N und M ganze Zahlen sind), wobei die Zahlen N und M den Bedingungen N > 9 und M > 6 genügen, wodurch in wirksamer Weise eine elektrische Feldkomponente parallel zu den Substraten erzeugt wird.
Dementsprechend werden die Flüssigkristallmoleküle in einer Ebene gedreht, die im Wesentlichen parallel zur Grenzfläche liegt, wodurch es möglich wird, das Auftreten von sogenannten Domänen und die Erhöhung der Ansteuerspannung zu unterdrücken.
Gemäß einer der oben angeführten bevorzugten Ausführungsformen besitzt die Flüssigkristallzusammensetzung einen spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10^N Ω·cm, und die Schwarzmaske weist einen spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10^M Ω·cm auf (wobei N und M ganze Zahlen sind), wobei die Zahlen N und M den Bedingungen N > 13 und M > 7 genügen, wodurch in noch wirksamerer Weise eine elektrische Feldkomponente parallel zu den Substraten erzeugt wird, als dies im allgemeinen Fall der Bedingung N > 9 und M > 6 erzielt werden kann.
Dementsprechend werden die Flüssigkristallmoleküle in einer Ebene gedreht, die im Wesentlichen parallel zur Grenzfläche ist, wodurch es möglich ist, das Auftreten sogenannter Domänen und die Erhöung der Ansteuerspannung noch weiter zu unterdrücken.
Im Fall des Vorliegens von Metalloxidpartikeln in der Schwarzmaske und im Fall von Vorrichtungen mit elektrischem Feld vom In-Plane-Typ weist die Schwarzmaske einen erhöhten spezifischen Widerstand auf, wobei ihre optische Dichte unverändert ist, und die elektrische Feldkomponente wird in noch wirksamerer Weise zwischen den Elektroden in einer Ebene erzeugt, die nahezu parallel zu der oben erwähnten Grenzfläche liegt.
Dementsprechend werden die Flüssigkristallmoleküle in einer Ebene gedreht, die nahezu parallel zur Grenzfläche ist, wodurch es möglich ist, das Auftreten sogenannter Domänen und die Erhöhung der Ansteuer spannung zu unterdrücken, und zugleich ermöglicht wird, den Lichttransmissionsfaktor zu verbessern.
Die Verwendung von Cobaltoxidpartikeln, Chromoxidpartikeln, Manganoxidpartikeln oder Nickeloxidpartikeln in der Schwarzmaske führt zu einer erhöhten optischen Dichte und einem erhöhten spezifischen Widerstand der Maske. Daher wird die elektrische Feldkomponente in noch wirksamerer Weise zwischen den Elektroden in einer Ebene erzeugt, die parallel zur oben erwähnten Grenzfläche liegt.
Demgemäß werden die Flüssigkristallmoleküle in einer Ebene gedreht, die nahezu parallel zur der Grenzfläche liegt, wodurch es möglich wird, das Auftreten sogenannter Domänen und die Erhöhung der Ansteuerspannung noch weiter zu unterdrücken, und der Lichttransmissionsfaktor weiter verbessert werden kann.
Eine weitere Verbesserung kann erzielt werden, wenn die Schwarzmaske zusätzlich zu den Metalloxidpartikeln ein organisches Pigment und/oder ein Graphitpulver enthält. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung des spezifischen Widerstands und zu einer noch wirksameren Lichtabsorption der Schwarzmaske. Dementsprechend werden die Flüssigkristallmoleküle in einer Ebene gedreht, die nahezu parallel zu der Grenzfläche liegt, wodurch es möglich wird, das Auftreten sogenannter Domänen und die Erhöhung der Ansteuerspannung noch weiter zu unterdrücken, und der Lichttransmissionsfaktor noch weiter verbessert werden kann.
Vorzugsweise wird hauptsächlich Tricobalttetroxid für die Cobaltoxidpartikel verwendet; auf diese Weise behält die Schwarzmaske ihren spezifischen Widerstand und ihr Absorptionsvermögen.
Eine weitere Verbesserung kann durch Verwendung von Chromoxid, Manganoxid und/oder Nickeloxid zusätzlich zu dem Cobaltoxid erzielt werden. In diesem Fall behält die Schwarzmaske ihren spezifischen Widerstand und ihren Lichtabsorptionsfaktor.
Das Grundmaterial der Schwarzmaske besteht vorzugsweise aus einem lichtempfindlichen Polyimidharz; ferner liegt das Merkmal vor, dass sich die optische Dichte beim Schritt der Härtung des Harzes durch Licht erhöht, wobei Wärme angewandt wird, um so eine Schwarzmaske mit nahezu schwarzer Farbe zu erzielen, die ein hohes Isolationsvermögen besitzt.
Daher besteht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Schwarzmaske aus einem Material, das ein Polyimidharz als Grundmaterial enthält, und besitzt einen hohen spezifischen Widerstand. Dadurch wird verhindert, dass das Isolationsvermögen abnimmt, und es wird die elektrische Feldkomponente zur Drehung der Flüssigkristallmoleküle in wirksamer Weise parallel zur Grenzfläche erzeugt.
In dem bevorzugten Fall, in dem die Schwarzmaske aus einem Harzmaterial mit Polyimidgruppen besteht, das eine Komponente enthält, die durch Licht gehärtet wird, und eine Komponente enthält, die durch Hitze gehärtet wird, wird eine Schwarzmaske erhalten, die nach der Härtung durch Hitze schwarz gefärbt ist und ein hohes Lichtabschirmungsvermögen aufweist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht die Schwarzmaske aus einem Polyimidharzmaterial, das eine oder mehrere Arten von schwarze Färbemitteln sowie andere Färbemittel enthält, die von den schwarzen Färbemitteln verschieden sind. Daher weist die Schwarzmaske ein hohes Lichtabschirmungsvermögen auf.
Entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht die Schwarzmaske aus dem Polyimidharzmaterial, in das Metalloxidpartikel eingemischt oder in dem Metalloxidpartikel dispergiert sind, die als schwarze Färbemittel dienen. Daher zeigt die Schwarzmaske einen hohen spezifischen Widerstand und ein hohes Lichtabschirmungsvermögen.
Das oben erwähnte lichtempfindliche Harz vom Polyimidtyp weist in seinem Molekülgerüst eine funktionelle Gruppe auf, die Lichtstrahlung im sichtbaren Bereich absorbiert, enthält jedoch keinen Kohlenstoff oder Graphit, die herkömmlicherweise darin verwendet wurden. Es ist daher möglich, einen niedrigen Transmissionsfaktor einzustellen, ohne dass hierdurch der spezifische Widerstand verringert wird.
Die obigen sowie andere Gegenstände, Vorteile und Ausführungsarten und die neuartigen Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen noch besser verständlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die 1A bis 1D sind schematische Darstellungen eines Pixels zur Erläuterung des Betriebs einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit elektrischem Feld vom In-Plane-Typ;
Die 2A bis 2C sind Darstellungen zur Erläuterung des Aufbaus eines TFT-Substrats, das eine Ausführungsform einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom In-Plane-Typ darstellt;
3 ist eine Darstellung zur Erläuterung von Beispiel 1 oder 2 des Aufbaus eines Farbfiltersubstrats in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit elektrischem Feld vom In-Plane-Typ;
4 ist eine schematische Darstellung eines elektrischen Feldbilds in einem Pixel im Querschnitt, das Ausführungsform 1 oder 2 der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit elektrischem Feld vom In-Plane-Typ entspricht;
5 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Abhängigkeit der Ansteuerspannung vom spezifischen Widerstand der Schwarzmaske (BM), wenn der spezifische Widerstand der Flüssigkristallschicht der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit elektrischem Feld vom In-Plane-Typ geändert wird;
6 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Änderung des spezifischen Widerstands der Schwarzmaske und der Änderung der optischen Dichte in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt der Schwarzmaske, wenn die Schichtdicke 1 μm beträgt, bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
7 ist eine Querschnittsansicht zur Erläuterung eines wesentlichen Teils des Farbfiltersubstrats, das bei der Ausführungsform 3 einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit elektrischem Feld vom In-Plane-Typ verwendet ist;
8 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Schritte bei der Erzeugung der in 7 dargestellten Schwarzmaske;
9 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Schritte bei der Herstellung des in 7 dargestellten Farbfiltersubstrats;
10 ist eine schematische Darstellung, welche die Verbindung einer Äquivalenzschaltung einer Anzeigematrixeinheit mit den Peripherieschaltungen in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zeigt;
11 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung zur Erläuterung eines Beispiels des Aufbaus der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung;
12 ist eine Darstellung, die das Aussehen eines Personal Computers zur Erläuterung einer Informationsverarbeitungseinrichtung zeigt, bei der eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet ist;
13 ist eine schematische Schnittansicht zur Erläuterung des Aufbaus eines Pixels, mit dem die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit elektrischem Feld vom In-Plane-Typ aufgebaut ist, und zur Erläuterung des Einschaltbetriebs;
die 14A und 14B sind schematische Ansichten eines Pixels in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit elektrischem Feld vom In-Plane-Typ, bei der zwei kammförmige gemeinsame Elektroden in einem Pixel angeordnet sind, und
15 ist ein Diagramm, das die Änderung des Transmissionsfaktors in Abhängigkeit von der Position im Zwischenraum zwischen der Pixelelektrode und der gemeinsamen Elektrode zeigt, die in den 14A und 14B dargestellt sind.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Die 1A bis 1D sind schematische Darstellungen eines Pixels zur Erläuterung der Arbeitsweise einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, bei der die vorliegende Erfindung angewandt ist. 1A ist eine Schnittansicht des Aufbaus, wenn keine Spannung anliegt; 1B ist eine Schnittansicht des Aufbaus, wenn eine Spannung anliegt; 1C ist eine Draufsicht auf den Aufbau, wenn keine Spannung anliegt, und 1D ist eine Draufsicht auf den Aufbau, wenn eine Spannung anliegt. Diese hier erwähnte Spannung ist eine Auswahlspannung, die zwischen der gemeinsamen Elektrode und der Pixelelektrode angelegt wird.
Die Vorrichtung der 1A und 1B umfasst transparente Glassubstrate 1 und 1' (im Folgenden zur Vereinfachung als Substrate bezeichnet), eine gemeinsame Elektrode 2, eine Isolierschicht 6, eine Signalleitung 10, eine Pixelelektrode 11, eine Schutzschicht 12 und Polarisa torplatten 13 und 13', wobei die Polarisationsachsen der Polarisatorplatten mit 14 und 14' bezeichnet sind, die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle mit 15 bezeichnet ist und für die Richtung des elektrischen Feldes die Bezeichnung 16 verwendet ist. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Schwarzmaske (BM), ein Farbfilter 18, eine Schutzschicht 19 (Glättungsschicht), Orientierungsschichten 20 und 20' und Flüssigkristallmoleküle 21 (hauptsächlich stabförmige Flüssigkristallmoleküle).
Die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung umfasst die Polarisatorplatte 13', eine Schwarzmaske 17 zur Abschirmung von Licht, ein Farbfilter 18, eine Schutzschicht 19 und eine Orientierungsschicht 20', die auf einem Substrat (Farbfiltersubstrat 1') der beiden transparenten Glassubstrate 1 und 1' ausgebildet sind. Auf dem anderen Substrat (TFT-Substrat) 1 sind die Polarisatorplatte 13, die Orientierungsschicht 20, die dem Flüssigkristall 21 gegenüberliegt, eine Signalelektrode 10, eine Pixelelektrode 11, eine gemeinsame Elektrode 2, Leitungen sowie ein Dünnschichttransistor (TFT) vorgesehen. In den 1A und 1B sind die Leitungen oder der Aufbau der Dünnschichttransistoren nicht dargestellt.
Gemäß den 1A und 1C sind die Flüssigkristallmoleküle 21 durch die Orientierungsschichten 20, 20' in der Orientierungsrichtung 15 homogen orientiert, die nahezu parallel zu den Ebenen der Substrate 1, 1' liegt. In diesem Zustand ist die Richtung der anfänglichen Orientierung der Flüssigkristallmoleküle 21 nahezu mit der Polarisationsachse 14 der Polarisatorplatte 13 in Übereinstimmung, und die Polarisationsachse 14' der oberen Polarisatorplatte 13' liegt senkrecht dazu, und das Pixel befindet sich in einem Zustand ohne Anzeige (ausgeschalteter Zustand).
Gemäß den 1B und 1D liegt eine Spannung zwischen der gemeinsamen Elektrode 2 und der Pixelelektrode 11 an, die auf dem Substrat 1 ausgebildet sind, um ein elektrisches Feld (Richtung 16 des elektrischen Feldes) in einer Richtung zu erzeugen, die nahezu parallel zur Grenzfläche der Substrate 1, 1' ist. Dann werden die Flüssigkristallmoleküle 21 orientiert und in einer Ebene gedreht, die nahezu parallel zur Grenzfläche der Substrate 1, 1' ist. Demgemäß wird das Pixel in den Anzeigezustand (eingeschalteten Zustand) gebracht. Es ist eine große Anzahl Pixel vorgesehen, aus denen eine Anzeigevorrichtung aufgebaut ist.
Die 2A bis 2C sind Darstellungen zur Erläuterung des Aufbaus eines TFT-Substrats, aus dem eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, wobei 2A eine Draufsicht, 2B eine Querschnittsansicht längs der Linie A-A' von 2A und 2C eine Querschnittsansicht längs der Linie B-B' von 2A darstellen.
In den 2A bis 2C bezeichnen die gleichen Bezugszahlen wie in den 1A bis 1D die gleichen Teile. Der Aufbau umfasst ferner eine gemeinsame Leitung 3, eine Scanningelektrode, eine Scanningleitung 5, eine Isolierschicht 6, eine Halbleiterschicht 7, einen Dünnschichttransistorbereich (TFT-Bereich), eine Signalleitung 10, Pixelelektroden 11 und eine Schutzschicht 12.
Die Scanningelektrode 4, die Scanningleitung 5, die gemeinsamen Elektroden 2 und die gemeinsame Leitung 3 sind in der gleichen Schicht vorgesehen und bestehen aus dem gleichen Material. Die Halbleiterschicht 7 wird über die dünne Schicht und die Isolierschicht 7 er zeugt; die Signalleitung 10 und die Pixelelektrode 11 werden in der gleichen Schicht unter Verwendung des gleichen Materials ausgebildet.
Ein Teil der Pixelelektrode 11 ist so ausgebildet, dass er, über die Isolierschicht 6, die gemeinsame Leitung 3 in einer Richtung überlappt, die senkrecht zur Oberfläche des Substrats ist, wodurch eine Kapazität erzeugt wird, um eine Signalspannung zu halten, die zwischen die Pixelelektrode 11 und die gemeinsame Elektrode 2 angelegt wird.
3 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Beispiels des Aufbaus des Farbfiltersubstrats, mit dem die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, wobei die gleichen Bezugszahlen wie in den 1A bis 1D zur Bezeichnung der gleichen Teile verwendet sind.
Wie in 3 dargestellt ist, weist das Farbfiltersubstrat auf einer Oberfläche des transparenten Substrats 1' mehrere Farbfilter (R, G, B) auf, die durch die Schwarzmaske 17 begrenzt sind; darauf sind ferner die Schutzschicht (Glättungsschicht) 19 und die Orientierungsschicht 20' darauf ausgebildet. Die Polarisatorplatte 13' ist auf der anderen Oberfläche des transparenten Substrats 1' aufgebracht.
Wenn die Flüssigkristallschicht einen spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10^N Ω·cm aufweist, muss die Schwarzmaske 17, welche die mehreren Filter R, G und B begrenzt, einen spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10^M Ω·cm aufweisen, wobei N und M ganze Zahlen sind, die den Bedingungen N > 9 und M > 6 genügen.
Wenn die Flüssigkristallschicht und die Schwarzmaske derartige spezifische Widerstände aufweisen, weist das elektrische Feldbild, das durch das Anlegen der Auswahlspannung zwischen der gemeinsamen Elektrode und der Pixelelektrode erzeugt wird, eine wirksam erhöhte Komponente auf, die nahezu parallel zur Grenzfläche zwischen der Flüssigkristallschicht und der Orientierungsschicht verläuft, wodurch es möglich wird, die Erhöhung der Ansteuerspannung zu unterdrücken. Ferner wird das Auftreten von Domänen stark verringert, und es wird eine Anzeige mit hohem Kontrast erzielt.
4 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein elektrisches Feldbild eines Pixels erläutert, mit denen die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, wobei die elektrischen Kraftlinien, die zwischen der gemeinsamen Elektrode 2 und den Pixelelektroden 11 erzeugt werden, durch die Schwarzmaske 17 nicht beeinträchtigt werden, das elektrische Feldbild nahezu parallel zur Grenzfläche zwischen der Flüssigkristallschicht und der Orientierungsschicht verläuft, das Auftreten von Domänen an den Positionen der Pixelelektroden 11 und an der Position der gemeinsamen Elektroden 2 erheblich verringert ist, der Transmissionsfaktor im offenen Bereich des Pixels vergrößert ist und eine Anzeige mit hohem Kontrast erzielt wird.
Die gleichen Wirkungen werden sogar dann erzielt, wenn die Flüssigkristallschicht einen spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10^N Ω·cm und die Schwarzmaske einen spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10^M Ω·cm aufweist (wobei N und M ganze Zahlen sind), wobei N und M den Bedingungen N > 13 und M > 7 genügen.
In der Ausführungsform 1 ist das Material der Schwarzmaske mit einem Gemisch eines organischen Pigments mit Kohlenstoff gefüllt; dies bedeutet, dass die Menge an Kohlenstoff so eingestellt ist, dass der oben erwähnte erwünschte spezifische Widerstand erzielt wird.
5 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Ansteuerspannung vom spezifischen Widerstand der Schwarzmaske illustriert, wobei die spezifischen Widerstände der Flüssigkristallschicht und der Schwarzmaske der oben erwähnten Ausführungsform 1 geändert werden.
Wenn zu 5 angenommen wird, dass der erlaubte Wert der Erhöhung der Ansteuerspannung in Bezug auf den erlaubten Wert der Änderung der Transmission, der weniger als eine Stufe der Graustufenskala betragen sollte, nicht größer als 0,1 Volt ist, muss der spezifische Widerstand der Schwarzmaske höher als 3·10⁶ Ω·cm sein, wenn der Flüssigkristall einen spezifischen Widerstand von 10⁹ Ω·cm aufweist, während der spezifische Widerstand der Schwarzmaske mehr als 5·10⁷ Ω·cm betragen muss, wenn der Flüssigkristall einen spezifischen Widerstand von 10¹³ Ω·cm aufweist.
Aufgrund dieser Gegebenheiten werden die oben erwähnten Wirkungen dadurch erzielt, dass die Werte M und N so bestimmt werden, dass sie den Beziehungen N > 9 und M > 6 oder N > 13 und M > 7 genügen.
Wenn die Schwarzmaske Kohlenstoff enthält, nimmt der spezifische Widerstand mit steigender Menge an darin enthaltenem Kohlenstoff ab und steigt mit abnehmender Kohlenstoffmenge. Eine Erhöhung der Menge an Kohlenstoff führt zu einer Erhöhung der optischen Dichte (im Folgenden als OD-Wert bezeichnet). Da Kohlenstoff allerdings elektrisch leitend ist, nimmt der spezifische Widerstand ab.
Dies bedeutet, dass die Menge an Kohlenstoff so eingestellt werden muss, dass sie den oben erwähnten und einander entgegengesetzten Forderungen entspricht.
6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Änderung des spezifischen Widerstands der Schwarzmaske und der Menge an Kohlenstoff und dem OD-Wert der Schwarzmaske bei einer Schichtdicke von 1 μm illustriert, wobei Kurve a den spezifischen Widerstand der Schwarzmaske und Kurve b den OD-Wert darstellen.
In 6 ist an der Abszisse die Menge an Kohlenstoff (relativer Wert) in der Schwarzmaske angetragen; die linke Ordinate stellt den spezifischen Widerstand (Ω·cm) der Schwarzmaske dar, während die rechte Ordinate den OD-Wert für eine Schichtdicke von 1 μm angibt.
Aus der Beziehung zwischen dem spezifischen Widerstand, der in Abhängigkeit von der Menge an Kohlenstoff variiert, und der optischen Dichte (OD-Wert), wie in 6 gezeigt, wird verständlich, dass der spezifische Widerstand der Schwarzmaske nicht kleiner als 10⁶ Ω·cm wird, wenn die relative Menge an Kohlenstoff etwa 50 beträgt, wobei der OD-Wert so bestimmt werden kann, dass er mehr als 1,6 beträgt, was für praktische Zwecke ausreichend ist.
Wie oben beschrieben wurde, enthält das Material der Schwarzmaske ein Gemisch eines organischen Pigments mit Kohlenstoff, wobei der eingemischte Anteil an Kohlenstoff so eingestellt ist, dass der spezifische Widerstand erzielt wird, der innerhalb des oben erwähnten Bereichs liegt. Die vorliegende Erfindung ist allerdings in keiner Weise lediglich darauf beschränkt, da ein erwünschter spezifischer Widerstand auch unter Verwendung anderer lichtabsorbierender Materialien erzielt werden kann.
Dies bedeutet, dass gemäß einer anderen Ausführungsform 2, wie in 3 dargestellt ist, die Schwarzmaske 17, die mehrere Farbfilter R, G, B begrenzt, nach einem bekannten lithographischen Verfahren unter Verwendung eines Resists erzeugt werden kann, der Partikel von Tricobalttetroxid (Co₃O₄) als Cobaltoxidpartikel enthält.
Es ist ferner möglich, einen Resist zu verwenden, der Tricobalttetroxid sowie ein organisches Pigment und/oder Kohlenstoff (hauptsächlich Graphit) enthält.
Es ist ferner möglich, einen Resist zu verwenden, der Chromoxid, Manganoxid und/oder Nickeloxid enthält.
Das Mischungsverhältnis der Komponenten des Resists wird so eingestellt, dass die Schwarzmaske 17 einen spezifischen Widerstand von nicht kleiner als 10⁶ Ω·cm aufweist.
Da die Metalloxidpartikel, wie Cobaldoxidpartikel, in der Schwarzmaske enthalten sind, kann der Lichtabsorptionsfaktor weiter erhöht werden, wobei ein hoher spezifischer Widerstand der Schwarzmaske erhalten bleibt. Dann drehen sich die Flüssigkristallmoleküle in einer Ebene nahezu parallel zur Grenzfläche, wodurch es möglich wird, das Auftreten sogenannter Domänen und die Erhöhung der Ansteuerspannung zu un terdrücken, und ein erhöhter Lichttransmissionsfaktor erzielt werden kann.
7 ist eine Querschnittsansicht, die einen wesentlichen Teil des Farbfiltersubstrats illustriert, das bei einer weiteren Ausführungsform 3 verwendet wird.
Bei den Farbfiltern von 7 besteht die Schwarzmaske BM aus einem Harz vom Polyimidtyp und ist auf dem Glassubstrat SUB2 erzeugt; dies bedeutet, dass Farbfilter (Pixel), FIL (R), FIL (G) und FIL (B) vorgesehen sind, die durch die Schwarzmaske BM begrenzt sind.
8 ist ein Diagramm, das die Schritte der Erzeugung der in 7 dargestellten Schwarzmaske erläutert, wobei PBM einen Film aus einem lichtempfindlichen Polyimidharz, MSIC eine Photomaske zur Belichtung der Schwarzmaske, by Ultraviolettstrahlung und BM' ein Schwarzmasken-Bildmuster bezeichnen.
Das oben erwähnte lichtempfindliche Polyimidharz ist beispielsweise ein lichtempfindliches Polyimidharz Ddp-1120 (s) (Handelsbezeichnung), Hersteller Nitto Denko Corp.
In 8 wird ein Glassubstrat SUB2, das als Falbfiltersubstrat dient, hergestellt (Schritt A), und eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Polyimidharz PBM wird gleichmäßig auf das Glassubstrat SUB2 durch Drehbeschichtung aufgebracht (Schritt B).
Der Film aus dem lichtempfindlichen Polyimidharz PBM wird bei etwa 70°C etwa 15 min vorgehärtet und getrocknet.
Dann wird Ultraviolettstrahlung by durch eine Photomaske MSK aufgestrahlt, die Öffnungen aufweist, die dem Bildmuster der Anordnung der Schwarzmasken entsprechen (Schritt C). Hierbei beträgt die Energiedichte bei der Belichtung etwa 500 mJ/cm². Aufgrund der Belichtung unterliegen die mit Ultraviolettstrahlung bestrahlten Bereiche einer Vernetzungsreaktion, und das Harz wird gehärtet.
Nach der Belichtung wird der Film aus dem lichtempfindlichen Polyimidharz PBM in einem Ofen bei 180°C 10 min oder auf einer Heizplatte bei 180°C 2 min hitzebehandelt. Aufgrund der Hitzebehandlung nimmt die Dichte des lichtempfindlichen Polyimidharzfilms PBM zu, und der Film PBM zeigt erhöhtes Lichtabschirmungsvermögen.
Nach der Hitzebehandlung wird der lichtempfindliche Polyimidharzfilm PBM mit einer Entwicklerlösung entwickelt, um die Bereiche zu entfernen, die nicht mit Ultraviolettstrahlung belichtet wurden, wodurch ein Schwarzmasken-Bildmuster BM' aus dem Polyimidharz gebildet wird (Schritt D).
Abschließend wird das Schwarzmasken-Bildmuster BM' etwa 1 h bei 350 – 400°C gehärtet, wobei die Schwarzmaske BM entsteht (Schritt E).
Die Verarbeitungsbedingungen in den oben erwähnten Schritten sind lediglich beispielhaft und können je nach der Dicke des Films, der verwendet wird, und dem verlangten Schwärzegrad geändert werden.
Der Polyimidharzfilm nimmt durch die Hitzehärtung im Schritt der Hitzebehandlung nach der Belichtung eine schwarze Farbe an. Das Prinzip der Schwarzfärbung wurde von Omote Toshihiko, Hayashi Shunnichi und Jujii Hirobumi in "Polymer Preprints, Japan", Vol. 41, Nr. 7, 1992, Seiten 2836 bis 2838, beschrieben.
Wie oben beschrieben wurde, ist das Material, das die Schwarzmaske bildet, das Polyimidharz, das kein elektrisch leitendes Material enthält. Daher weist die Schwarzmatrix einen hohen spezifischen Widerstand auf.
Danach werden die Pixel (RGB) erzeugt. Erforderlichenfalls wird ferner eine Glättungsschicht oder eine Schutzschicht darauf ausgebildet, wodurch ein Farbfiltersubstrat erhalten wird.
Bei dem oben beschriebenen Flüssigkristallelement mit elektrischem Feld vom In-Plane-Typ sind die gegenüberliegenden Elektroden auf der Seite des Farbfiltersubstrats nicht erforderlich.
Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung von Farbfiltern verschiedener Farben auf dem Farbfiltersubstrat beschrieben, das eine nach dem oben erwähnten Verfahren ausgebildete Schwarzmaske aufweist.
9 ist ein Diagramm, das die Schritte bei der Herstellung des Farbfiltersubstrats erläutert, das für die Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung gemäß Ausführungsform 3 verwendet wird.
Zunächst wird die Schwarzmatrix auf dem Glassubstrat erzeugt, wobei das unter Bezug auf 8 erläuterte Verfahren angewandt wird.
Das Bildmuster der Schwarzmaske dient als Referenz der gesamten Dimensionsgenauigkeit sowie zur Erzeugung der Farbfilter (Pixel).
Die Dicke der Schwarzmaske wird nach ihren optischen Eigenschaften bestimmt, d. h., in Abhängigkeit von ihrem Lichtabschirmungsvermögen. Bei der Ausführungsform 3 beträgt die Dicke der Schwarzmaske etwa 1,0 bis 1,5 μm.
Auf das Substrat, auf dem die Schwarzmaske erzeugt wurde, wird ein Harzmaterial mit einem darin dispergierten roten Pigment durch Drehbeschichtung oder ein ähnliches Verfahren aufgebracht und mit Ultraviolettstrahlung durch eine Belichtungsmaske hindurch belichtet, die eine dem Rotfilter entsprechende Öffnung aufweist. Das Material wird entwickelt, wobei die belichteten Bereiche zurückbleiben, und durch Nacherhitzen gehärtet und getrocknet, wodurch ein Rotfilter FIL (R) gebildet wird.
Dann wird ein Harzmaterial mit darin dispergiertem grünem Pigment durch Drehbeschichtung oder ein ähnliches Verfahren aufgebracht und durch die Belichtungsmaske mit einer Öffnung, die dem Grünfilter entspricht, mit Ultraviolettstrahlung belichtet. Das Material wird entwickelt, wobei die belichteten Bereiche zurückbleiben und durch Nacherhitzen gehärtet und getrocknet, wodurch ein Grünfilter FIL (G) gebildet wird.
In ähnlicher Weise wird ein Harzmaterial mit einem darin dispergierten blauen Pigment durch Drehbeschichten oder ein ähnliches Verfahren aufgebracht und durch eine Belichtungsmaske hindurch mit Ultraviolettstrahlung belichtet, die eine Öffnung aufweist, die dem Blaufilter entspricht. Das Material wird entwickelt, wobei die belichteten Bereiche zurückbleiben, und durch Nacherhitzen gehärtet und getrocknet, wobei ein Blaufilter FIL (B) gebildet wird.
Durch diese Schritte werden Farbfilter der drei Farben erzeugt, die durch die Schwarzmaske BM abgegrenzt sind.
Gemäß der Ausführungsform 3 zeigt die bei den Pixeln erzeugte Schwarzmaske einen hohen Lichtabsorptionsfaktor, wodurch es möglich wird, eine Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung mit ausgezeichnetem Kontrast und hoher Zuverlässigkeit zu realisieren.
Bei dieser Ausführungsform kann, wenn die Schwarzmaske einen spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10⁷ Ω·cm aufweist, ein Färbemittel zu dem Farbfiltermaterial zugegeben werden, um den Transmissionsfaktor zu kontrollieren.
Die Färbemittel, die zu dem Schwarzmaskenmaterial vom Harztyp zugegeben werden, können Graphit, Kohlenstoff, rote, grüne und blaue Pigmente oder Metalloxidpartikel sein.
Von den oben erwähnten Färbemitteln weisen Pigmente eine geringe elektrische Leitfähigkeit auf. Daher ermöglicht der Zusatz von Pigmenten eine Kompensation des niederen Absorptionsfaktors, der zu den Spektraleigenschaften des Harzes vom Polyimidtyp gehört.
Eine Erhöhung der Menge an Graphit oder Kohlenstoff zur Erhöhung des Lichtabschirmungsvermögens führt zu einer Erhöhung der elektri schen Leitfähigkeit. Daher unterliegt ihre Zusatzmenge einer Beschränkung.
Die zugesetzte Menge variiert allerdings auch in Abhängigkeit vom Widerstand des eingesetzten Harzes, dem Widerstand des zugesetzten Materials und der Teilchengröße (Partikeldurchmesser).
Im Einzelnen besitzen Graphit und Kohlenstoff ein hohes Lichtabschirmungsvermögen und sind zur Erhöhung des OD-Werts (der optischen Dichte) bevorzugt.
Als schwarze Färbemittel werden ferner Metaloxidpartikel wie etwa von dem oben erwähnten Cobaltoxid, Chromoxid, Manganoxid oder Nickeloxid verwendet, wodurch eine Schwarzmaske erzeugt wird, die einen hohen Lichtabsorptionsfaktor, Lichtabschirmungsvermögen und einen hohen spezifischen Widerstand aufweist.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform 3 wird das Farbfiltersubstrat unter Verwendung des lichtempfindlichen Polyimidharzes erzeugt, um eine Flüssigkristall-Farbanzeige mit hohem Kontrast zu erzielen.
Im Folgenden wird ein speziellerer Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
10 ist eine Darstellung, die den Anschluss einer Äquivalentschaltung einer Anzeigematrixeinheit in der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung an die Peripherieschaltungen illustriert.
In 10 bezeichnet AR eine Matrixanordnung, in der eine Vielzahl von Pixeln zweidimensional angeordnet sind; X bezeichnet Drain-Leitungen DL, und die Buchstaben G, B, R bezeichnen Pixel mit grüner, blauer und roter Farbe.
DTM bezeichnet Drain-Anschlüsse, und GTM bezeichnet Gate-Anschlüsse; X bezeichnet Gate-Leitungen GL, und die Indices 1, 2, 3, ...end bezeichnen die Zeitreihenfolge beim Scannen. Die Gate-Leitungen Y (Indices weggelassen) sind an eine Gate-Ansteuereinheit V angeschlossen.
Die Drain-Leitungen X (Indices weggelassen) sind an eine Drain-Ansteuereinheit H angeschlossen, die längs einer der Längsseiten des Anzeigepanels angeordnet ist; die Anschlüsse sind lediglich von einer Seite des Flüssigkristall-Anzeigepanels wie die Gate-Leitungen Y herausgeführt.
SUP bezeichnet eine Stromversorgungseinheit zur Erzeugung stabilisierter Spannungen als Grund-Graustufenniveaus, deren Spannungen durch Teilen der Spannung einer Spannungsversorgung erzeugt werden, sowie einen Wandler zur Umwandlung der Information für einen CRT-Bildschirm (Kathodenstrahlröhre) von einem HOST (arithmetische Host-Einheit) in Information für die TFT-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung.
11 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung zur Erläuterung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung und erläutert speziell den Aufbau der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung (im Folgenden als Modul bezeichnet, in dem das Flüssigkristall- Anzeigepanel, das Schaltungsboard, das Hintergrundlicht und andere Bestandteilselemente in Form einer Einheitsstruktur, MDL, kombiniert sind).
In 11 bezeichnet SHD ein abgeschirmtes Gehäuse (auch als Metallrahmen bezeichnet), das aus einer Metallplatte besteht; WD bezeichnet ein Anzeigefenster; INS1 bis INS3 bezeichnen Isolierplatten, PCB1 bis PCB3 bezeichnen Schaltungsplatten (auf PCB1 ist eine Schaltungsplatte auf der Drain-Seite oder eine Schaltungsplatte für die Drain-Ansteuerung, PCB2 ist eine Schaltungsplatte auf der Gate-Seite, und PCB3 ist eine Interface-Schaltungsplatte); JN1 bis JN3 bezeichnen Verbinder zur elektrischen Verbindung der Schaltungsplatten PCB1 bis PCB3 miteinander, während TCP1 und TCP2 Bandträger-Montageelemente bezeichnen; PNL bezeichnet ein Flüssigkristall-Anzeigepanel, GC ein Kautschukkissen, ILS einen Lichtabschirmungs-Abstandshalter, PRS eine Prismenplatte, SPS eine Streuplatte, GLB eine Lichtleitplatte, RFS eine Reflexionsplatte, MCA ein unteres Gehäuse (Formrahmen), das einstöckig ausgeformt ist, während MO eine Öffnung des unteren Gehäuses MCA bezeichnet; LP bezeichnet eine Leuchtstofflampe, LPC ein Lampenkabel, GB eine Kautschukaufnahme zur Halterung der Leuchtstofflampe LP, BAT bezeichnet ein Doppelklebeband, und BL bezeichnet ein Hintergrundlicht, das eine Leuchtstofflampe, eine Lichtleitplatte, usw., umfasst. Alle Teile sind so übereinander angeordnet, dass die dargestellte Zuordnung beibehalten wird, um so den Flüssigkristall-Anzeigemodul MDL zusammenzubauen.
Der Flüssigkristall-Anzeigemodul MDL weist zwei Arten von Aufnahmeelementen/Halteelementen auf, nämlich ein unteres Gehäuse MCA und ein abgeschirmtes Gehäuse SHD. Das metallische abgeschirmte Gehäu se SHD nimmt die Isolierplatten INS1 bis INS3 und die Schaltungsplatten PCB1 bis PCB3 auf und hält sie; das Flüssigkristall-Anzeigepanel PNL ist mit dem unteren Gehäuse MCA verbunden, welches das Hintergrundlicht BL aufnimmt, das aus der Leuchtstofflampe LP, der Lichtleitplatte GLB, der Prismenplatte PRS usw. besteht.
An der Schaltungsplatte PCB1 für die Drain-Ansteuerung ist ein integrierte Schaltungschip zur Ansteuerung der Pixel des Flüssigkristall-Anzeigepanels PNL angebracht; an der Interface-Schaltungsplatte PCB3 sind ein integrierter Schaltungschip zum Empfang von Videosignalen vom externen HOST und zum Empfang von Steuersignalen, wie etwa Zeitgebersignalen, sowie ein Zeitsignal-Wandler TCON angebracht, der durch Verarbeitung der Zeitgebersignale Taktsignale erzeugt.
Die vom Zeitsignal-Wandler erzeugten Taktsignale werden über eine Taktsignalleitung CLL, die sich auf der Interface-Schaltungsplatte PCB3 und auf der Schaltungsplatte PCB1 zur Drain-Ansteuerung befindet, zu dem integrierten Schaltungschip geleitet, der auf der Schaltungsplatte PCB1 zur Drain-Ansteuerung angeordnet ist.
Die Interface-Schaltungsplatte PCB3 und die Schaltungsplatte PCB1 zur Drain-Ansteuerung sind Mehrschicht-Leiterplatten, und die Taktsignalleitung CLL wird als Verdrahtung in der inneren Schicht in der Interface-Schaltungsplatte PCB3 und in der Schaltungsplatte PCB1 für die Drain-Ansteuerung ausgebildet.
Die Schaltungsplatte PCB1 auf der Drain-Seite zur Ansteuerung der TFTs, die Schaltungsplatte PCB2 auf der Gate-Seite und die Interface-Schaltungsplatte PCB3 sind mit dem Flüssigkristall-Anzeigepanel PNL durch Bandträger-Montageelemente TCP1, TCP2 verbunden; die Schaltungsplatten sind über Verbinder JN1, JN2 und JN3 miteinander verbunden.
Das Flüssigkristall-Anzeigepanel PNL ist eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit elektrischem Feld vom In-Plane-Typ der vorliegenden Erfindung, und die auf dem Farbfiltersubstrat erzeugte Schwarzmaske weist einen hohen spezifischen Widerstand auf, so dass ein elektrisches Feldbild zwischen einer Pixelelektrode und einer gemeinsamen Elektrode erzeugt wird, das nahezu parallel zur Grenzfläche der Flüssigkristallschicht verläuft.
12 ist eine Zeichnung, die das Aussehen eines Personal Computers zeigt, um eine Informationsverarbeitungsvorrichtung zu erläutern, die eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung aufweist, wobei IV eine Inverter-Stromversorgung zum Betrieb einer Leuchtstofflampe und CPU eine zentrale Recheneinheit auf der HOST-Seite bezeichnen.
Wie in 12 dargestellt ist, weist der mit der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung ausgerüstete Personal Computer die Schaltungsplatte für die Drain-Ansteuerung (Schaltungsplatte für horizontale Ansteuerung: Schaltungsplatte auf der Drain-Seite) PCB1 auf, die lediglich im oberen Teil des Bildschirms vorgesehen ist, wobei ein Rand auf der Unterseite (Keyboard-Seite) der Anzeigeeinheit verbleibt. Daher kann der Raum, der zum Anbringen von Scharnieren zur Verbindung der Keyboardeinheit mit der Displayeinheit erforderlich ist (Scharnierraum), klein sein. Hierdurch wird es möglich, die Au ßenmaße der Anzeigeeinheit zu verkleinern und somit die Abmessungen des Personal Computers insgesamt zu verkleinern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung führt das durch die Signalspannung bei der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit elektrischem Feld vom In-Plane-Typ erzeugte elektrische Feld, wie oben beschrieben wurde, praktisch zu keiner Störung bei der Schwarzmaske. Daher ist das elektrische Feldbild, das durch die zwischen der gemeinsamen Elektrode und den Pixelelektroden angelegte Auswahlspannung erzeugt wird, nahezu parallel zur Grenzfläche zwischen der Flüssigkristallschicht und der Orientierungsschicht, wodurch es möglich wird, die Erhöhung der Ansteuerspannung zu unterdrücken. Da das elektrische Feldbild nicht gestört wird, treten keine Domänen auf und die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung weist eine hohe Bildqualität ohne Farbungleichmäßigkeiten auf.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom TFT-Typ beschränkt, sondern kann auch auf Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen beliebigen anderen Typs angewandt werden, zu denen Anzeigevorrichtungen vom Aktivmatrix-Typ sowie Anzeigevorrichtungen vom sogenannten einfachen Matrix-Typ gehören.
Bei dieser Ausführungsform wird ferner die Schwarzmaske auf einer Substratseite erzeugt, und eine Gruppe von Elektroden wird auf dem anderen Substrat erzeugt, um ein elektrisches Feld nahezu parallel zu den Substraten zu erzeugen. Sie können jedoch auch in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung selbstverständlich auch auf dem gleichen Substrat erzeugt werden.

Claims

Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die aufweist: – eine Schwarzmaske (17), die auf einem von zwei Substraten (1, 1'), von denen mindestens eines transparent ist, ausgebildet ist, – eine Gruppe von Elektroden (2, 11), die auf mindestens einem der beiden Substrate (1, 1') erzeugt sind, – eine Flüssigkristallschicht, die eine Flüssigkristallzusammensetzung (21) umfasst, die dielektrische Anisotropie besitzt und zwischen den beiden Substraten (1, 1') gehalten ist, – eine Orientierungskontrollschicht (20, 20'), die zwischen der Flüssigkristallschicht und einem Substrat oder beiden Substraten (1, 1') erzeugt ist und zur Orientierung der Flüssigkristallmoleküle der Flüssigkristallzusammensetzung in einer vorgegebenen Richtung dient, – Polarisationsmittel (13, 13'), die auf mindestens einem der beiden Substrate (1, 1') auflaminiert sind, und – eine Ansteuereinrichtung zum Anlegen einer Ansteuerspannung an die Gruppe von Elektroden (2, 2'), dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristallzusammensetzung einen spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10^N Ω·cm und die Schwarzmaske (17) einen spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10^M Ω· cm aufweisen, wobei N und M ganze Zahlen sind, die den Bedingungen N > 9 und M > 6 genügen.
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gruppe von Elektroden (2, 11) eine solche Anordnung besitzt, dass ein elektrisches Feld erzeugt wird, das eine Komponente vorwiegend parallel zur Grenzfläche zwischen der Orientierungskontrollschicht (20, 20') und der Flüssigkristallschicht aufweist.
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Flüssigkristallzusammensetzung einen spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10^N Ω·cm und die Schwarzmaske einen spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10^M Ω·cm aufweisen, wobei N und M ganze Zahlen sind, die den Bedingungen N > 13 und M > 7 genügen.
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, wobei in der Schwarzmaske (17) Metalloxidpartikel enthalten sind.
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Metalloxidpartikel Partikel mindestens eines Metalloxids sind, das unter Cobaltoxid, Chromoxid, Manganoxid und Nickeloxid ausgewählt ist.
Flüssigkristall-Anzeigvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei in der Schwarzmaske 17 zusätzlich zu den Metalloxidpartikeln ein organisches Pigment und/oder Graphitpulver enthalten sind.
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Cobaltoxidpartikel hauptsächlich Tricobalttetroxid-Partikel sind.
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Schwarzmaske (17) zusätzlich zu Cobaltoxidpartikeln Partikel aus Chromoxid, Manganoxid und/oder Nickeloxid enthält.
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Grundmaterial der Schwarzmaske (17) aus einem Polyimidharz besteht.
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Zusammensetzung des Polyimidharzmaterials eine Komponente, die durch Licht gehärtet wird, und eine Komponente enthält, die durch Wärme gehärtet wird, und die optische Dichte der Schwarzmaske (17) durch die Härtung des Harzmaterials durch Erwärmen erhöht wird.
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Schwarzmaske (17) aus einem Polyimidharzmaterial besteht, das eine oder mehrere Arten von schwarzen Färbemitteln sowie andere Färbemittel enthält, die von den schwarzen Färbemitteln verschieden sind.
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Schwarzmaske (17) aus einem Polyimidharzmaterial besteht, in dem Metalloxidpartikel als schwarze Färbemittel dispergiert sind.