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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung einer schwarzen Matrix für eine Farbfilteranordnung
durch Belichten eines Musters auf einer fotothermisch empfindlichen
schwarzen Schicht und Entfernen der unbelichteten Teile der Schicht.
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Nach dem Stand der Technik sind Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
für digitale
Anzeigen in elektronischen Rechnern, Uhren, Haushaltsgeräten, Audiogeräten und
deren Anwendungen bekannt. Flüssigkristallanzeigen
werden entwickelt, um die Kathodenstrahlröhrentechnik für Anzeigegeräte zu ersetzen.
Flüssigkristallanzeigen
belegen weniger Raum als Kathodenstrahlröhreneinrichtungen mit derselben
Schirmfläche.
Zudem sind sie leichter als Kathodenstrahlröhren und daher als portable
Geräteanzeigen
verwendbar, wie beispielsweise bei Notebook-Computern. Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen
haben zudem normalerweise einen geringeren Leistungs- und Spannungsbedarf
als entsprechende Kathodenstrahlröhreneinrichtungen.
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Eine kommerziell erhältliche
Form einer Farbfilteranordnung, die in Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen
für Farbanzeigefunktionen
Verwendung findet, ist ein transparenter Träger mit einer darauf befindlichen Gelatineschicht,
die Farbstoffe mit den additiven Grundfarben rot, grün und blau
in einem durch fotolithografische Technik erzielten Mosaikmuster
enthält.
Um ein derartiges Farbfilteranordnungselement herzustellen, wird
eine Gelatineschicht sensibilisiert, mit einer Maske für eine der
Farben des Mosaikmusters belichtet, zur Härtung der Gelatine in den belichteten
Bereichen entwickelt und gewässert,
um die unbelichtete (unvernetzte) Gelatine zu entfernen, wodurch
ein Gelatinemuster erzeugt wird, das dann mit dem Farbstoff der
gewünschten Farbe
gefärbt
wird. Das Element wird dann erneut beschichtet, wobei die vorausgehenden
Schritte wiederholt werden, um die anderen beiden Farben zu erzeugen.
Während
dieser Vorgänge
kann es zu einer Fehlausrichtung oder ungenauen Ablagerung der Farbmaterialien
kommen, wodurch die Gleichmäßigkeit
der Anordnung zerstört
wird, was sie zur Verwendung für
die Anzeige von Bildern unbrauchbar macht. US-A-4,081,277 beschreibt
weitere Details dieser Art von Farbfilteranordnung sowie ein Verfahren
zu deren Herstellung.
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Flüssigkristallfarbanzeigeeinrichtungen
umfassen im Allgemeinen zwei beabstandete Glasscheiben, die einen
abgedichteten Hohlraum bilden, der mit einem Flüssigkristallmaterial gefüllt ist.
Für aktiv
angesteuerte Vorrichtungen wird eine transparente Elektrode auf
einer dieser Glasscheiben ausgebildet, wobei die Elektrode gemustert
sein kann, während
auf der anderen Glasscheibe einzeln adressierbare Elektroden ausgebildet
werden. Jede der einzelnen Elektroden hat einen Oberflächenbereich,
der dem Bereich eines Bildelements oder Pixels entspricht. Wenn
die Vorrichtung farbfähig
sein soll, muss jedes Pixel mit einem Farbbereich einer Farbfilteranordnung
ausgerichtet sein, beispielsweise rot, grün oder blau. Abhängig von
dem anzuzeigenden Bild wird eine oder mehrere der Pixelelektroden
während
des Anzeigebetriebs angeregt, um durch den dem Pixel zugeordneten
Farbfilterbereich volles Licht, kein Licht oder Teillicht zu übertragen.
Das von einem Benutzer empfangene Bild ist eine Mischung der Farben,
die durch die Übertragung
von Licht durch benachbarte Farbfilterbereiche entstehen. Bei der
Anzeige hochwertiger Bilder ist es wichtig, dass die Pixelelemente
in Größe und Farbe
sehr gleichmäßig sind.
Fehler, wie Ausfälle
(Drop outs), also Pixelelemente, die stets hell oder dunkel sind,
sind dabei besonders störend.
Die Ursache dieser Ausfallpixel ist häufig ein elektrischer Kurzschluss
durch das Flüssigkristallmaterial,
der durch ein Staubteilchen verursacht wird, das während Beschichtung,
Bemusterung, Färbung
und Waschen der Pixel der Farbfilteranordnung eingedrungen ist.
Um diese Staubpartikel auszuschließen, werden die meisten oder
alle Herstellungsschritte in stark gefilterten Reinraumumgebungen
durchgeführt.
Der zusätzliche
Aufwand eines Betriebs in einem Reinraum beinhaltet arbeitsintensive,
zeitaufwändige
und sehr kostspielige Verarbeitungsschritte.
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Auch geringere Abweichungen in Bezug
auf die Gleichmäßigkeit
sind nachteilig. Abweichungen in der Größe der Pixel der Farbfilteranordnung
können
für das
menschliche Auge in Form von Wellen oder Mustern in gleichfarbigen
Bereichen erkennbar sein. Um diese Art von Bildfehlern zu vermeiden,
ist es wichtig, dass die Pixel der Farbfilteranordnung in Größe, Beabstandung
und Farbe gleichmäßig sind.
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Eine Möglichkeit, die Gleichmäßigkeit
einer Farbfilteranordnungsanzeige zu verbessern, besteht darin,
jeden Bereich der Grundfarbe (Pixelelement) mit einem lichtundurchlässigen Bereich
zu umgeben, der durch schwarze Gitterlinien erzeugt wird. Wenn die
offenen Bereiche der schwarzen Gitterlinien von gleichmäßiger Größe und Verteilung
sind, wird die gesamte Gleichmäßigkeit
der Farbfilteranordnung verbessert, sogar wenn die farbigen Pixel
in Größe und Beabstandung
etwas ungleichmäßig sind.
Die schwarze Matrix verdeckt gewisse Unregelmäßigkeiten in den Farbfilterpixeln.
Selbstverständlich
können
die Unregelmäßigkeiten
nur dann verdeckt werden, wenn sie klein sind und sich nicht in
den Raum erstrecken, der durch das benachbarte Farbpixel belegt
wird. Zudem hat man festgestellt, dass die schwarze Matrix eine
bessere Farbwiedergabe erzeugt, indem sie Streulicht in dem angezeigten
Bild verringert.
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Eine häufig verwendete schwarze Matrix
in Farbfilteranordnungen wird durch Aufdampfen einer dünnen Chromschicht
unter Hochvakuum auf einen Glasträger hergestellt. Die Chromschicht
wird dann durch fotolithografische Techniken bemustert. Konkret
wird das Chrom mit einer Fotolackschicht bedeckt, eingebrannt und
mit einem UV-Lichtmuster belichtet, das der gewünschten schwarzen Matrix entspricht.
Der Fotolack wird entwickelt, getrocknet und eingebrannt, und das
belichtete Chrom in einer sauren Lösung geätzt, um das Chrom in den Bereichen
zu entfernen, in denen farbige Pixel erwünscht sind. Die große Anzahl
von Schritten, die für
diesen Prozess erforderlich sind, und die in der Fotolithografie
notwendige aufwändige
Ausrüstung
machen dieses Verfahren zur Herstellung einer schwarzen Matrix für eine Farbfilteranordnung
kostspielig.
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Ein anderes bekanntes Verfahren zur
Herstellung einer schwarzen Matrix für Farbfilteranordnungen besteht
in dem Auftragen einer schwarz pigmentierten Schicht auf lichtempfindlichem
Polymer. Die schwarze Matrix wird dann durch bekannte fotolithografische
Prozessschritte hergestellt, wie Schleuderbeschichten, Einbrennen,
Belichten mit dem Bildmuster, Nassentwickeln und Einbrennen. Die
große
Anzahl von Schritten, die für
diesen Prozess erforderlich sind, und die in der Fotolithografie
notwendige aufwändige
Ausrüstung
machen auch dieses Verfahren zur Herstellung einer schwarzen Matrix
für eine
Farbfilteranordnung kostspielig.
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Eine dritte Technik wird in EP-A-0
529 362 beschrieben, wobei bemusterte Masken in Verbindung mit elektronischer
Belichtung verwendet werden, um Farbstoffe thermisch auf ein Empfangselement
derart zu übertragen,
dass eine Farbfilteranordnung entsteht, in der sich die Filterelemente überlagern,
so dass eine darin eingebrachte schwarze Matrix entsteht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Farbfilteranordnungen
bereitzustellen, die eine Anordnung von Pixelelementen von gleichmäßiger Größe und Beabstandung
vorsieht. Es ist zudem wünschenswert,
dass die Schritte zur Erstellung schwarzer Matrixgitterlinien für eine Farbfilteranordnung
kostengünstig
und effizient sind, so dass die Kosten der produzierten Filteranordnung niedrig
sind.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren
zur Herstellung schwarzer Matrixgitterlinien für eine Farbfilteranordnung
zur Verwendung mit einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
oder ähnlichem
mit folgenden Schritten gelöst:
- (a) Herstellen einer fotothermisch empfindlichen
schwarzen Schicht über
einer Trägerschicht;
- (b) Belichten eines Musters von elektromagnetischer Strahlung
auf der fotothermisch empfindlichen schwarzen Schicht entsprechend
dem gewünschten
Muster der schwarzen Matrixgitterlinien; und
- (c) Abziehen der unbelichteten Bereiche der fotothermisch empfindlichen
schwarzen Schicht zur Ausbildung der Gitterlinien.
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1 ist
eine Diagrammansicht eines Teils einer Flüssigkristallanzeige mit einer
erfindungsgemäßen Farbfilteranordnung.
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Eine verwendbare Farbfilteranordnung
sollte eine gute Wärmebeständigkeit
aufweisen, damit die folgenden Hochtemperaturverarbeitungsschritte,
wie beispielsweise die Vakuumzerstäubung von Leitschichten und
das Aushärten
von polymeren Ausrichtungsschichten die Farbqualität der Pixelelemente
der Anordnung nicht beeinträchtigen.
Die Farbstoffe der Pixelelemente der Anordnung sollten so gewählt sein,
dass sie eine gute Ausbleichbeständigkeit
gegenüber
dem Betrachtungslicht aufweisen, durch das diese beleuchtet werden. Die
Farbstoffe müssen
von guter Farbreinheit sein, und der Transmissionsgrad der Farbfilteranordnung
sollte so hoch wie möglich
bei guter Farbreinheit und Sättigung
sein, damit die Leistung der Beleuchtungslampe nicht übermäßig hoch
sein muss. Weitere Anforderungen an die Farbfilteranordnung bestehen
darin, dass die Auflösung
der Anordnung so hoch sein muss, dass die Bilder scharf und detailliert
wahrnehmbar sind, und dass die gesamte Gleichmäßigkeit des Bildes gut ist.
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Gesamte Gleichmäßigkeit bedeutet, dass die
gesamte Maßgenauigkeit
der Farbfilteranordnung hoch sein muss. Punktdefekte, wie fehlende
Pixel (Pixelausfälle)
dürfen
in einem Bild einer gleichmäßigen Anordnung
nicht auftreten.
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Wie zuvor erwähnt, enthält die Bildempfangsschicht
ein sich wiederholendes Muster aus Farbstoffen, vorzugsweise ein
Mosaikmuster.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung besteht das Mosaikmuster aus einem Satz
roter, grüner
und blauer additiver Grundfarben. Jeder Bereich der Grundfarbe und
jede Menge der Grundfarben sind voneinander durch einen lichtundurchlässigen Bereich
getrennt, beispielsweise durch schwarze Gitterlinien. Dies hat sich
für eine
verbesserte Farbwiedergabe und zur Reduzierung von Streulicht in
dem angezeigten Bild bewährt.
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Die Größe des Mosaikmusters ist nicht
kritisch, dass sie von dem Betrachtungsabstand abhängt. Im Allgemeinen
sind die einzelnen Pixel des Satzes 50 bis ca. 600 μm groß und brauchen
nicht die gleiche Größe aufzuweisen.
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Ein vorteilhaftes Wiederholungsmuster
von Farbstoffen zur Ausbildung des Farbfilteranordnungselements
besteht aus gleichmäßigen, rechteckigen,
linear wiederholenden Bereichen, die um jeweils eine Farbe diagonal
versetzt sind, wie nachfolgend gezeigt:
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In einer bevorzugten Anordnung sind
die vorausgehenden Rechtecke ca. 100 μm groß.
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Die erfindungsgemäß hergestellten Farbfilteranordnungselemente
sind in Bildsensoren oder in verschiedenen elektrooptischen Vorrichtungen
verwendbar, beispielsweise in elektroskopischen Lichtventilen oder
in Flüssigkristallanzeigevorrichtungen.
Derartige Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
werden beispielsweise in UK Patent 2,154,355; 2,130,781; 2,162,674
und 2,161,971 beschrieben.
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Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
werden normalerweise hergestellt, indem man ein Material, das bei
der Betriebstemperatur der Vorrichtung eine kristalline Flüssigkeit
ist, zwischen zwei transparenten Elektroden anordnet, bei denen
es sich normalerweise um Indiumzinnoxid auf einem Substrat handelt,
beispielsweise Glas, und indem man die Vorrichtung mit einer über die
Elektroden angelegten Spannung erregt. Über den transparenten Elektrodenschichten
auf beiden Substraten sind Ausrichtungsschichten vorgesehen, die derart
behandelt werden, dass diese die flüssigen Kristallmoleküle so ausrichten,
dass diese sich zwischen den Substraten verdrehen, beispielsweise
um 90 Grad. Die Polarisationsebene von polarisiertem Licht wird
damit in einem Winkel von 90 Grad gedreht, während dieses durch die verdrehte
Flüssigkristallzusammensetzung
von einer Oberfläche
der Zelle zu der anderen Oberfläche
tritt. Das Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen den gewählten Elektroden
der Zelle bewirkt, dass die Verdrehung der Flüssigkristallzusammensetzung
in dem Bereich der Zelle zwischen den gewählten Elektroden zeitweilig
beseitigt wird. Durch Verwendung optischer Polarisatoren auf jeder
Seite der Zelle kann polarisiertes Licht durch die Zelle treten
oder darin erlöschen,
je nachdem, ob ein elektrisches Feld angelegt wird oder nicht.
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Die zuvor beschriebene polymere Ausrichtungsschicht
kann eines der üblicherweise
in der Flüssigkristalltechnik
verwendeten Materialien sein. Beispiele derartiger Materialien umfassen
Polyimide, Polyvinylalkohol und Methylcellulose.
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Die zuvor beschriebene transparente
Leitschicht ist in der Flüssigkristalltechnik
ebenfalls üblich.
Beispiele derartiger Materialien umfassen Indiumzinnoxid, Indiumoxid,
Zinnoxid und Cadmiumstannat.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand
des der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 in
schematischer Form einen Teil einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung 1 mit
einer Glasplatte 2 aus Glas, Quarz oder einem anderen geeigneten
Material. Eine Farbfilteranordnung 3 umfasst rote (R),
grüne (G)
und blaue (B) Farbzellen oder Pixelzellen 4, die den Pixeln
entsprechen. Schwarze Gitterlinien 5 trennen jede Farbzelle.
Die Farbfilteranordnung 3 ist mit einer polymeren, schützenden
Deckschicht 6 versehen sowie einer transparenten Leitschicht
aus Indiumzinnoxid (ITO) 7.
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In der erfindungsgemäßen Farbfilteranordnung
ist die polymere, schützende
Deckschicht 6, die über der
Bildempfangsschicht angeordnet ist, die die Farbstoffe der Pixelelemente
enthält,
durch Fotopolymerisation einer Schicht ausgebildet, die eine cycloaliphatische
Epoxidverbindung enthält,
wie beispielsweise ein 3,4-Epoxycylohexylmethyl-3,4-Epoxycylohexylcarboxylat
und ein Oniumsalz einer Lewis-Säure
als Fotoinitiator, wie detailliert in US-A-5,166,126 beschrieben
ist, die durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet wird.
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Eine Glasplatte 8 ist mit
Elektroden 9 versehen, die Pixel bilden, und zwar entweder
deshalb, weil die Elektroden 9 und die transparente Leitschicht
aus Indiumzinnoxid (ITO) 7 ein Querstreifensystem bilden,
in dem Querverbindungen die Pixel bilden (passive Ansteuerung) oder
weil die Elektroden 9 Bildelektroden darstellen, die von
einem (nicht gezeigten) System aus Schaltelementen, Treiber und
Datenleitungen (aktive Ansteuerung) angesteuert werden, wobei die
Elektroden 9 in diesem Fall eine einzelne flache Struktur
aufweisen können.
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Eine Schicht aus Flüssigkristallmaterial 11,
die mit Ausrichtungsschichten 10 versehen ist, ist zwischen den
beiden Trägerglasplatten 2 und 8 angeordnet.
Diese beiden Platten werden in einem im Wesentlichen konstanten
Abstand zueinander mithilfe einer Dichtkante 12 und Distanzstücken 13 beabstandet.
In der Praxis ist die Vorrichtung zudem mit Polarisatoren, Reflektoren
usw. in konventioneller Weise versehen.
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Die in dem erfindungsgemäßen Farbfilteranordnungselement
verwendeten Farbstoffe können
Pigmente, Farbstoffe oder dichroitische Schichten umfassen, die
durch das Entfernen von Interferenzen bestimmter Lichtwellenlängen gefärbt werden.
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Färbende
Farbstoffe werden nachfolgend umfassender beschrieben, wobei die
Bildempfangsschicht beispielsweise die in US-A-4,695,286; 4,740,797;
4,775,657 und 4,962,081 beschriebenen Polymere enthalten kann, deren
Beschreibungen durch Nennung hierin als aufgenommen betrachtet werden.
Vorzugsweise werden Polycarbonate mit einer Glasübergangstemperatur von über 200°C verwendet.
In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel werden Polycarbonate
verwendet, die von einem methylensubstituierten Bisphenol A abgeleitet
sind, wie einem 4, 4'-(Hexahydro-4,7-Methanoindan-5-Yliden)-Bisphenol.
Im Allgemeinen sind gute Ergebnisse bei einem Auftrag von ca. 0,25
bis ca. 5 mg/m2 erzielbar.
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Der in der Erfindung verwendete Träger ist
vorzugsweise Glas, wie Boraxglas, Borosilicatglas, Chromglas, Kronglas,
Flintglas, Kalkglas, Kaliumkarbonatglas, Silicium dioxid-Flintglas,
Natronglas und Zinkkronglas. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird Borosilicatglas verwendet.
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Ein Farbstoffgeberelement, das zur
Ausbildung des Farbfilteranordnungselements eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung verwendet wird, umfasst einen Träger mit einer darauf befindlichen
Farbstoffschicht. Jeder Farbstoff oder jede Mischung von Farbstoffen
ist in einer derartigen Schicht verwendbar, vorausgesetzt, sie sind
auf die Farbstoffbildempfangsschicht des erfindungsgemäßen Farbfilteranordnungselements
mithilfe von starkem Licht übertragbar.
Besonders gute Ergebnisse lassen sich mit sublimierbaren Farbstoffen
erzielen. Beispiele sublimierbarer Farbstoffe umfassen Anthrachinonfarbstoffe,
beispielsweise Sumikalon Violet RS® (Sumito
Chemical Co., Ltd.), Dianix Fast Violet 3R-FS® (Mitsubishi
Chemical Industries, Ltd.) und Kayalon Polyol Brilliant Blue N-BGM®;
Kayalon Polyol Dark Blue 2BM® und KST Black KR® (Nippon Kayaku
Co., Ltd.); Sumickaron Diazo Black 5G® (Mitsui
Toatsu Chemicals, Inc.); Direktfarbstoffe, wie Direct Dark Green
B® (Mitsubishi
Chemical Industries, Ltd.) und Direct Brown M® sowie
Direct Fast Black D® (Nippon Kayaku Co., Ltd.);
saure Farbstoffe, wie Kayanol Milling Cyanine 5R® (Nippon
Kayaku Co., Ltd.); basische Farbstoffe, wie Sumicacryl Blue 6G® (Sumitomo
Chemical Co., Ltd.) und Aizen Malachite Green® (Hodogaya Chemical
Co., Ltd.) oder beliebige der in US-A-4,541,830; 4,698,651; 4,695,287;
4,701,439; 4,757,046; 4,743,582; 4,769,360 und 4,753,922 beschriebenen
Farbstoffe, deren Beschreibung durch Nennung als hierin aufgenommen
betrachtet wird.
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Geeignete Farbstoffe werden zudem
durch folgende Strukturformel dargestellt:
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Die vorausgehenden subtraktiven Farbstoffe
sind in verschiedenen Kombinationen verwendbar, um die gewünschten
roten, blauen und grünen
additiven Primärfarben
zu erzeugen, wie in US-A-4,957,898; 4,975,410 und 4,988,665 beschrieben,
deren Beschreibung durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet
wird. Die Farbstoffe können
innerhalb der Farbstoffschicht gemischt oder nacheinander übertragen
werden, wenn sie in separaten Farbstoffschichten aufgetragen werden,
und sie können
als Deckschicht von ca. 0,05 bis ca. 1 g/m2 verwendet
werden.
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Es sind verschiedene Verfahren verwendbar,
um Farbstoff von dem Farbstoffgeber auf die Bildempfangsschicht
des temporären
Trägers
zu übertragen
und das erfindungsgemäße Farbfilteranordnungselement zu
erzeugen. Beispielsweise ist ein Hochleistungsblitzlicht aus einer
Xenon-Blitzlampe mit einem Farbstoffgeber verwendbar, der ein energieabsorbierendes
Material enthält,
wie Rußschwarz
oder einen lichtabsorbierenden Farbstoff. Das Verfahren wird umfassend
in US-A-4,923,860
beschrieben, deren Beschreibung durch Nennung als hierin aufgenommen
betrachtet wird.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird das Hochleistungslicht von einem Laser unter
Verwendung eines Farbstoffgeberelements geliefert, das einen Träger umfasst,
auf dem eine Farbstoffschicht und ein Absorptionsmaterial für die Wellenlänge des
Lasers angeordnet ist. Gleich welches dieser bekannten Farbstoffübertragungsverfahren
verwendet wird, um das erfindungsgemäße Farbfilteranordnungselement
herzustellen, die Absorption des Hochleistungslichts bewirkt eine Übertragung
der Farbstoffe auf die Empfangsschicht.
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Jedes Material, das die zuvor beschriebene
Laserenergie oder das Hochleistungsblitzlicht absorbiert, ist als
Absorptionsmaterial verwendbar, beispielsweise Rußschwarz
oder nicht flüchtige,
infrarotabsorbierende Farbstoffe oder Pigmente, die einschlägigen Fachleuten
bekannt sind. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden infrarotabsorbierende
Cyaninfarbstofte verwendet, wie in US-A-4,973,572 beschrieben, deren Beschreibung
durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet wird.
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Gleichgültig, ob Laser oder Blitzlampen
verwendet werden, um den Farbstoff von dem Geber auf die polymere
Bildempfangsschicht zu übertragen,
die Intensität
der Strahlung sollte hoch genug sein, und die Dauer des Blitzes
sollte kurz genug sein, damit es zu keiner nennenswerten Erwärmung der
Vorrichtung mit einer einhergehenden, deutlichen Maßänderung
im Muster der Farbzellen oder Pixelzellen 4 kommt. Die
bevorzugte Dauer des Blitzes erstreckt sich von 1 ms bis 30 ms.
Die bevorzugte Stärke
des Blitzes erstreckt sich von 0,1 W/μm2 bis
10 W/μm2.
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Die schwarzen Matrixgitterlinien,
die die Farbpixel der Farbfilteranordnung umgeben, dienen verschiedenen
Zwecken. In der zuvor beschriebenen aktiv angesteuerten Anzeige
sind die Schaltelemente für
jedes Pixel siliciumbasierende Transistoren und somit lichtempfindlich.
Die schwarzen Matrixgitterlinien schützen diese Elemente gegenüber Belichtung
mit Licht. Wenn dieser Schutz ohne einen zu großen Bildschirmhelligkeitsverlust
erzielt werden soll, müssen
die schwarzen Linien genau so angeordnet werden, dass sie die Schaltelemente
gerade bedecken. Eine weitere Funktion der schwarzen Matrixgitterlinien
besteht darin, die gesamte Gleichmäßigkeit der Anzeige zu bestimmen,
indem sie gleichmäßige Lichtmengen
durch jeden Teil der Anzeige treten lassen. Dies erfordert eine
genaue Platzierung der schwarzen Linien sowie eine genaue Größe der Löcher in
den schwarzen Matrixgitterlinien.
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Eine dritte Funktion der schwarzen
Matrixgitterlinien besteht darin, reflektiertes Licht von der Oberfläche der
Anzeige zu reduzieren, um somit den Kontrast und die Farbe des angezeigten
Bildes zu verbessern. Das macht eine hohe Reflexion der optischen
Dichte der schwarzen Linien erforderlich, vorzugsweise von größer als
3. Zusammenfassend gesagt, haben gute schwarze Matrixgitterlinien
eine hohe optische Dichte, Öffnungen,
die gleichmäßig groß und gleichmäßig und
genau platziert sind und nicht größer als notwendig sind.
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Ein gängiges Verfahren zur Herstellung
der schwarzen Matrixgitterlinien für eine Farbfilteranordnung besteht
darin, eine fotothermisch empfindliche schwarze Schicht, beispielsweise
eine lichtundurchlässige Schicht
aus Chrom, auf den Glasträger
der Anordnung aufzudampfen. Das Chrom wird dann mit dem Fotolack beschichtet
und eingebrannt. Der Fotolack wird mit einem Muster aus ultraviolettem
Licht belichtet, das den gewünschten
Farbanteilen der Farbfilteranordnung entspricht, worauf der Fotolack
in einer nassen Lösung
von Tetramethylammoniumhydroxid oder einem ähnlichen Entwickler entwickelt
wird, um belichtete Teile des Fotolacks zu entfernen. Anschließend wird
das Chrom von dem Glas in den belichteten Bereichen durch ein Hochvakuum-Plasmaätzverfahren
weggeätzt.
Der verbleibende Fotolack wird dann durch Lösemittelwäsche entfernt. Dieses Verfahren
umfasst zahlreiche Schritte und verwendet eine aufwändige Ausrüstung, um
die gewünschten
schwarzen Matrixgitterlinien zu erzeugen.
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Eine Verbesserung in der schwarzen
Chrommatrix wurde erzielt, indem der erste Teil des Chromaufdampfungsverfahrens
in einer Sauerstoffatmosphäre
durchgeführt
wurde, so dass das zu Anfang abgelagerte Material Chromoxid ist,
das schwärzer
ist als reines Chrom. Auch wenn dadurch Streulicht von reflektiertem Licht
auf dem Anzeigeschirm reduziert wird, sind die Schritte zur Herstellung
der schwarzen Matrixgitterlinien ebenso schwierig wie mit reinem
Chrom.
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Wegen des hohen Reflexionsvermögens von
Chrom und Chromoxid, was zu Streuungen durch reflektiertes Licht
auf dem Anzeigeschirm führt,
greifen einige Hersteller zu gefärbten
oder pigmentierten Fotolacktechniken, um eine schwarze Matrix herzustellen.
Ein derartiges Material ist DARC102, das von Brewer Science Company
aus Rolla, Missouri, USA, angeboten wird. Das für ein derartiges Material empfohlene
Verfahren ist 1) Schleuderbeschichten des schwarzen Fotolacks bei
1000 U/min für
2 Minuten, 2) Einbrennen bei 100°C
für 1 Minute,
3) Einbrennen bei 150°C
für 30
Minuten, 4) Beschichten mit positivem Fotolack durch Schleuderauftrag
mit 2500 U/min für
2 Minuten, 5) Einbrennen bei 100°C
für 1 Minute,
6) Belichten mit dem Muster des UV-Lichts, 7) Entwickeln in positivem
Fotolackentwickler für
30 Sekunden, 8) Waschen mit Wasser und 9) Einbrennen bei 150°C für 5 Minuten.
Die zahlreichen Schritte und kritischen Temperaturvorgaben machen
dieses Verfahren schwierig und kostspielig.
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Erfindungsgemäße schwarze Matrixgitterlinien
werden durch Beschichten der Farbempfangsschicht mit einer fotothermisch
empfindlichen schwarzen Schicht hergestellt, Belichten der fotothermisch
empfindlichen schwarzen Schicht mit einem Muster eines Hochleistungslichts,
das den gewünschten
schwarzen Linien der schwarzen Matrixgitterlinien entspricht, und
Abziehen der unbelichteten Teile der fotothermisch empfindlichen
schwarzen Schicht. Die geringe Zahl einfacher Schritte unterscheidet
dieses Verfahren zur Herstellung einer schwarzen Matrix von den
zuvor beschriebenen Verfahren.
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Die fotothermisch empfindliche schwarze
Schicht umfasst ein schwarz färbendes
Mittel und ein optionales Bindemittel, das dann geeignet ist, wenn
das schwarz färbende
Mittel selbst keinen gleichmäßigen Film erzeugt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist das Färbemittel
Rußschwarz
und das Bindemittel Nitrocellulose. Das Rußschwarz wird in Partikeln
von 1 μm
oder kleiner dispergiert, wobei das Verhältnis von Kohlenstoff zu Nitrocellulose
im Bereich von 10 zu 1 auf der höheren
Seite und von 1 zu 10 auf der niedrigeren Seite liegt. Vorzugsweise
ist das Verhältnis
von Kohlenstoff zu Nitrocellulose 1 zu 1. Die fotothermisch empfindliche
schwarze Schicht ist mit einem Auftrag beschichtet, der eine optische
Dichte von ca. 3,0 gegenüber
sichtbarem Licht erzeugt.
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Es sei darauf hingewiesen, dass sich
der im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendete Begriff "schwarz" auf die allgemeine
Vorstellung von schwarz bezieht. Tatsächlich gibt es wohl in der
Natur kein perfektes Schwarz, weil jedes schwarze Material bei Betrachtung
aus der Nähe
leichte Farbschattierungen aufweist. Kohlenstoff, der normalerweise
als schwarz bezeichnet wird, weist bei Auftrag in dünnen Schichten
eine deutliche Braunschattierung auf, weil er mehr Licht am blauen
Ende des Spektrums absorbiert als am roten Ende des Spektrums. Wenn
er mit einer optischen Dichte von 3,0 aufgetragen wird, erscheint
er jedoch der überwiegenden
Mehrheit der Betrachter als ein dunkles und sattes Schwarz.
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Die Wahl von Bindemitteln für die fotothermisch
empfindliche schwarze Schicht ist auf Kombinationen von Bindemitteln
und Färbemitteln
beschränkt,
die eine Schicht ergeben, die sich von der Farbempfangsschicht in
unbelichteten Bereichen abziehen lässt. Im Allgemeinen bedeutet
das, dass die Differenz der Oberflächenenergie der fotothermisch
empfindlichen schwarzen Schicht zur Farbempfangsschicht ca. mindestens 0,03
N/m (nach oben oder unten) betragen muss. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung und wenn die Farbempfangsschicht 4,4'-(Hexahydro-4,7-Methanindan-5-Yliden)-Bisphenol
ist, lässt
sich eine bevorzugte fotothermisch empfindliche schwarze Schicht,
die aus gleichen Mengen von Nitrocellulose und Rußschwarz
besteht, sauber und leicht von der Oberfläche der Farbempfangsschicht
abziehen. Eine weniger bevorzugte, fotothermisch empfindliche schwarze
Schicht, wie eine gleiche Mischung von Rußschwarz und Butyvar B76 (Monsanto),
lässt sich
von der Oberfläche
der Farbempfangsschicht nur schwer abziehen.
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Die Blitzbelichtung der fotothermisch
empfindlichen schwarzen Schicht durch eine Maske mit Öffnungen,
durch die Licht dort durchtreten kann, wo die schwarzen Linien der
Matrix erwünscht
sind, wird mit der gleichen Hochleistungsblitzlampe erzielt, die
zuvor unter Bezug auf die Herstellung einer Farbfilteranordnung beschrieben
worden ist. Die Wirkung des Blitzlichts besteht darin, dass die
belichteten Bereiche der fotothermisch empfindlichen schwarzen Schicht
in der Farbempfangsschicht schmelzen, so dass sie anschließend von der
Oberfläche
abgezogen werden können.
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Die unbelichteten Bereiche der fotothermisch
empfindlichen schwarzen Schicht lassen sich abziehen, indem die
schwarze Oberfläche
mit einer Schicht Klebeband laminiert wird, und indem das Klebeband
abgezogen wird, das die unbelichteten Bereiche der fotothermisch
empfindlichen schwarzen Schicht mitnimmt und die gewünschten,
blitzbelichteten Gitterlinien der schwarzen Matrix auf der polymeren
Farbempfangschicht belässt.
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Nach Herstellen der schwarzen Matrix
können
die Farbpixel durch das zuvor beschriebene Blitzlicht-Farbstoffübertragungsverfahren
ausgebildet werden.
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Diese Oberfläche lässt sich mit jeder erforderlichen
schützenden
Deckschicht beschichten, gefolgt von der transparenten Leitschicht
und der polymeren Ausrichtungsschicht.
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Ein Beispiel eines nach diesem Verfahren
hergestellten schwarzen Matrixelements wird nachfolgend beschrieben.
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Beispiel
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Ein Glas von 63 mm2 und
1,4 mm Dicke wurde bei 2000 U/min mit einer 15%igen Lösung von
4,4'-(Hexahydro-4,7-Methanindan-5-Yliden)bisphenolpolycarbonat
in Anisole für
1 Minute schleuderbeschichtet. Um das Lösemittel vollständig zu
trocknen, wurde das Glas auf einer warmen Platte von 60°C für 1 Minute
angeordnet. Die Platte wurde mit einer Dispersion von 5% Rußschwarz
und 5% Nitrocellulose in Butylacetat durch Schleuderbeschichten
mit 2000 U/min für
1 Minute beschichtet.
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Dann wurde eine Chrommaske mit 30 × 90 μm-Linien,
die den gewünschten
schwarzen Matrixlinien einer Farbfilteranordnung entsprachen, in
Kontakt mit der fotothermisch empfindlichen schwarzen Schicht gebracht,
worauf eine Beaufschlagung mit Druck erfolgte, um die Anordnung
in engem Kontakt zu halten. Die Anordnung wurde mit einem Hochleistungs-Xenonblitz
durch die Chrommaske belichtet. Die Chrommaske wurde entfernt, und
die unbelichteten Bereiche der fotothermisch empfindlichen schwarzen
Schicht wurden mit Klebeband entfernt, worauf eine einheitlich schwarze
Matrix von Linien mit sauberen, klaren Abständen für die nachfolgenden Farbpixel
freigelegt wurde.
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Obwohl die Erfindung mit besonderem
Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern
kann innerhalb ihres Geltungsbereichs Änderungen und Abwandlungen
unterzogen werden.
