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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Mit
der Verbreitung von Personal-Computern, insbesondere der Verbreitung
tragbarer Personal-Computer in den vergangenen Jahren ist auch die
Nachfrage an Flüssigkristallanzeigevorrichtungen gewachsen,
insbesondere Farb-Flüssigkristallanzeigevorrichtungen.
Allerdings besteht die Notwendigkeit, die Kosten der Farb-Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
weiter zu reduzieren, um sie in größerem Umfang einzusetzen. Es
gibt einen zunehmenden Bedarf an der Kostenreduzierung von Farbfiltersubstraten,
wobei besonderes Gewicht auf dem Kostenpunkt liegt.
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Stand der
Technik
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Als
Beitrag zur billigen Fertigung eines Farbfiltersubstrats wurde vorgeschlagen,
zunächst
auf einem Glassubstrat lichtabschirmende schwarze Matrizen auszubilden
und dann separat Tinten in die Leerräume zwischen den schwarzen
Matrizen mit Hilfe eines Tintenstrahlsystems einzubringen, um ein
Farbfilter herzustellen. Um bei diesem Verfahren die Tinten erfolgreich
in die Leerräume
zwischen den schwarzen Matrizen einzubringen, welche den einzelnen
Pixeln entsprechen, wird als Material für die schwarzen Matrizen ein
Werkstoff gesucht, der nur schwer von den Tinten benetzt wird und
die Tinten gut abweist.
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Beispielsweise
ist in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr.
7-35917 ein Verfahren
vorgeschlagen, bei dem schwarze Matrizen mit einem Werkstoff ausgebildet
sind, der einen Kontaktwinkel bezüglich Tinten von mindestens
20° aufweist,
wobei die Tinten in die Leerräume
zwischen den schwarzen Matrizen eingebracht werden. In der japanischen
Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr.
7-35915 wurde vorgeschlagen, einen Werkstoff mit einem Kontaktwinkel
bezüglich
Wasser von mindestens 40° als
Material für
die schwarzen Matrizen zu verwenden. In der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
Nr. 6-347637 wurde vorgeschlagen, als Werkstoffe für ein Substrat,
Tinten und schwarze Matrizen solche Materialien auszuwählen, deren
kritische Oberflächenspannungen
sich in der Reihenfolge „Substratoberfläche > Tinten > Oberfläche der
schwarzen Matrix" gruppieren,
wobei die Voreinstellung derart getroffen ist, daß die Oberflächenspannung
der Oberfläche
der schwarzen Matrix kleiner als 35 dyn/cm ist, daß diejenige
der Substratoberfläche
nicht kleiner als 36 dyn/cm ist, und daß die Tinten eine Differenz
der kritischen Oberflächenspannung
von mindestens 5 dyn/cm gegenüber sowohl
der Substratoberfläche
als auch der Oberfläche
der schwarzen Matrix besitzen. Unter all diesen Vorschlägen gibt
es den Vorschlag, eine Fluorverbindung oder Siliciumverbindung in
den Werkstoffen für die
schwarzen Matrizen vorzusehen, um eine starke Tintenabweisung der
Werkstoffe zu erreichen.
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Außerdem wurde
in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 4-121702
vorgeschlagen, gegenüber
einem Substrat Erhöhungen mit
Hydrophilität
auszubilden, um dann in die Zwischenräume zwischen den Erhöhungen Tinte
einzubringen. Eine detailliertere Beschreibung der Werkstoffe erfolgt
jedoch nicht.
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Indem
man der Tinte Abweisung bezüglich der
schwarzen Matrizen wie bei diesen Beispielen verleiht, ist es möglich, jegliche
Tinten abzuweisen, die von den schwarzen Matrizen zurück in die
Leerräume
zwischen den Matrizen geflossen sind. Hierdurch wurde das Problem
gelöst,
daß die
Tinten die Leerräume
entsprechend den einzelnen Pixeln nicht vollständig ausfüllen.
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Die
oben erläuterten
Beispiele nach dem Stand der Technik sind derart beschaffen, daß die Lichtabschirmungs-Abtrennungen
(die schwarzen Matrizen) mit einem Werkstoff ausgebildet sind, der sich
in der kritischen Oberflächenspannung
von den Werkstoffen (Tinten) eines Farbfilters unterscheidet, wobei
die Tinten in die Leerräume
zwischen den Abtrennungen eingebracht werden.
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Allerdings
bringen die für
diese Beispiele beschriebenen Werkstoffe in folgender Hinsicht ein
Problem mit sich:
Wenn schwarze Matrizen auf einer Harzzusammensetzung
ausgebildet werden, die vornehmlich ein photoempfindliches Harzmaterial,
in nicht-photoempfindliches Harzmaterial, einen schwarze Farbe verleihenden
Werkstoff und einen Tinte abweisenden Werkstoff (einen wasserabweisenden
Werkstoff) enthalten, so verdampfen die Harzkomponenten und die Tinte
abweisenden Werkstoffe in der Harzzusammensetzung, aus denen die
schwarzen Matrizen gebildet werden, nach dem anschließenden Erhitzungsvorgang
(Backen), bei dem es sich um die letzte Stufe bei der Ausbildung
der schwarzen Matrizenmuster handelt, um anschließend dünn an der
Oberfläche
eines Substrats haften zu bleiben. Aus diesem Grund nimmt auch die
Oberfläche
des Substrats die tintenabweisende Eigenschaft an, und auf das Substrat aufgebrachte
Tinte können
somit nur schwer an der Oberfläche
haften und sich vollständig über die
Bereiche der Substratoberfläche
ausbreiten, die den Leerräumen
zwischen den schwarzen Matrizen entsprechen. Dies führt zu einem
Farbfilter mit leeren Flächen
(weißen
Bereichen) oder zu Unregelmäßigkeiten
oder der Tendenz, daß die
gefärbten
Bereiche sich von dem Substrat abtrennen.
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ZUSAMMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist daher ein Ziel der Erfindung, ein Fertigungsverfahren für ein Farbfilter
anzugeben, welches die oben beschriebenen Probleme lösen kann und
eine hohe Zuverlässigkeit
insofern besitzt, als die Oberflächenbereiche
eines in Leerräumen
zwischen schwarzen Matrizen freiliegenden Substrats daran gehindert
werden, Tinteabweisende Fähigkeit
anzunehmen, um dadurch das Haftvermögen von Farbtinten in den Leerräumen an
der Oberfläche
des Substrats zu steigern. Außerdem
soll durch dieses Verfahren ein Farbfilter geschaffen werden, ferner
eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
die von diesem Farbfilter Gebrauch macht.
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Erreicht
werden kann das obige Ziel durch ein Verfahren gemäß Anspruch
1. Die übrigen
Ansprüche
beziehen sich auf Weiterentwicklungen.
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Es
wird also ein Verfahren zum Fertigen eines Farbfilters geschaffen,
welches die Schritte aufweist, Ausbilden einer Harzschicht auf einem
Substrat; Voraushärten
der Harzschicht; Belichten der Harzschicht; Entwickeln der Harzschicht,
um schwarze Matrizen auszubilden, zwischen denen Leerräume definiert
sind; Erhitzen der schwarzen Matrizen unter verringertem Druck;
und separates Einbringen von Tinten in die Leerräume.
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Außerdem wird
ein Farbfilter geschaffen, welches nach dem oben angegebenen Fertigungsverfahren
hergestellt wird.
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Ferner
wird eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
geschaffen, umfassend ein Substrat mit dem Farbfilter, welches nach
dem oben beschriebenen Fertigungsverfahren hergestellt wurde, und
eine Elektrode, ein gegenüberliegendes
Substrat, welches gegenüber
dem Farbfilter angeordnet ist und eine Elektrode aufweist, ferner
eine Flüssigkristallverbindung,
die in einem Raum zwischen dem Farbfiltersubstrat und dem gegenüberliegenden
Substrat aufgenommen ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
die Schritte eines Fertigungsverfahrens gemaß der Erfindung;
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2A, 2B, 2C, 2D und 2E sind
Querschnittansichten, die ein beispielhaftes Verfahren zum Fertigen
eines Farbfilters gemäß der Erfindung
in der Reihenfolge der Schritte veranschaulichen;
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3 ist
eine Seitenansicht einer beispielhaften Vakuum-Heißplatte,
die bei dem Fertigungsverfahren gemäß der Erfindung eingesetzt
wird;
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4 ist
eine Querschnittansicht einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
die gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung gefertigt wurde.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen im
einzelnen erläutert.
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In
einem Beschichtungsschritt 20, wie er in 1 dargestellt
ist, wird zunächst
auf ein transparentes Substrat 1 eine photoempfindliche
Harzzusammensetzung mit einem schwarzen Färbungsmittel aufgetragen, um
eine photoempfindliche Harzschicht 2 zu erhalten (2A).
Als Beschichtungsverfahren kommen unterschiedliche Verfahren wie beispielsweise
Schleuderauftrag, Formauftrag, Tauchbeschichtung und Sprühbeschichtung
in Betracht. Die Dicke des aufgebrachten Films reicht aus, um eine
notwendige Lichtabschirmfähigkeit
zu erreichen, beispielsweise 1 μm.
Als transparentes Substrat 1 wird häufig ein Glas-Flachstück verwendet.
Allerdings kann auch ein Kunststoffilm oder ein Flachstück aus Polyethylenterephthalat
oder Polycarbonat verwendet werden.
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Die
photoempfindliche Harzzusammensetzung enthält ein Pigment oder einen Farbstoff
als schwarzes Färbungsmittel,
außerdem
ein photoempfindliches Harzmaterial, wobei das Material optional in
nicht-photoempfindliches Harz enthalten kann. Die photoempfindliche
Harzzusammensetzung wird in einem geeigneten Lösungsmittel dispergiert, wenn
sie auf das Substrat aufgetragen wird.
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Ruß oder ein
schwarzes organisches Pigment kann als schwarzes Pigment verwendet
werden. Auch können
in Kombination rote, grüne
und blaue Pigmente oder Farbstoffe verwendet werden.
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Das
photoempfindliche Harzmaterial kann in geeigneter Weise ausgewählt werden
aus UV-Resists, Tief-UV-Resists, bei Ultraviolettlicht aushärtenden
Harzen und dergleichen.
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Beispiele
für die
UV-Resists enthalten Negativ-Resists wie zum Beispiel Resists vom
zyklierten aromatischen Polyisopren-Bisazid-Typ und Resists vom
aromatischen Phenolharz-Azidverbindungs-Typ sowie positiver Resists
wie zum Beispiel Novolak-Resists vom Harz-Diazonaphthochinon-Typ.
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Beispiele
für Tief-UV-Resists
beinhalten positive Resists wie zum Beispiel unter Strahlung zersetzbare
Polymer-Resists wie Polylmethylmethacrylat), Poly(styrolsulfon),
Poly(hexafluorbutylmethacrylat), Poly(methylisopropenylketon) und
bromiertes Poly(1-trimethylsilylpropyn), und Positiv-Resists vom
Lösungshemmer-Typ
wie zum Beispiel O-Nitrobenzylcholate und Negativ-Resists wie zum Beispiel
Poly(vinylphenol-3,3-diazidphenylsulfon) und Poly(glycidylmethacrylat).
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Beispiele
für bei
Ultraviolettlicht aushärtende Harze
beinhalten Polyesteracrylate, Epoxyacrylate und Urethanacrylate,
die etwa 2 bis 10 Gew.-% von einem oder mehreren Photopolymerisations-Initiatoren
enthalten, ausgewählt
aus der Gruppe Benzophenon und dessen substituierte Derivate, Benzoin und
dessen substituierte Derivate, Acetophenon und dessen substituierte
Derivate sowie Oxim-Verbindungen
wie zum Beispiel Benzil.
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In
einem Aushärtungsschritt 21 nach 1 wird
die aufgetragene Schicht 2 aus der photoempfindliche Harzzusammensetzung
vorvernetzt mit Hilfe beispielsweise einer Heißplatte. Wenn die Heißplatte
bei der Voraushärtung
eingesetzt wird, liegt die Erwärmungstemperatur
vorzugsweise in einem Bereich von 60 bis 120°C, noch mehr bevorzugt von 80 bis
105°C. Die
Erwärmungszeit
liegt vorzugsweise in einem Bereich von 30 bis 150 Sekunden, noch
mehr bevorzugt von 60 bis 90 Sekunden.
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Bei
dem Vorverhärtungsschritt
kann die Voraushärtung
durch Vakuum-Trocknung anstatt durch Erwärmung vorgenommen werden. Im
Fall der Vakuum-Trocknung liegt das Maß des Vakuums vorzugsweise
in einem Bereich von 5 bis 2.660 Pa, insbesondere von 10 bis 1.000
Pa. Die Vakuumtrocknung erfolgt während 3 bis 60 Sekunden, noch
mehr bevorzugt 5 bis 30 Sekunden. Die Vakuum-Trocknung kann im Vergleich
zum Einsatz der Heißplatte
Zeit sparen.
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Das
Substrat 1 mit der darauf aufgetragenen photoempfindlichen
Harzschicht 2 wird dann einem Belichtungsschritt 22 zugeführt, der
in 1 gezeigt ist. Bei dem Belichtungsschritt 22 wird
die photoempfindliche Harzschicht 2 durch eine Maske 3 mit
einem vorbestimmten Muster belichtet (2B). Eine Quecksilberdampflampe
wird vorzugsweise als Belichtungsquelle verwendet.
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Die
belichtete photoempfindliche Harzschicht 2 wird dann mit
einer wäßrigen Lösung eines anorganischen
Alkalis unter Verwendung eines Entwicklers im Zuge eines Entwicklungsschritts 23 entwickelt.
Ist die photoempfindliche Harzschicht 2 vom Negativ-Typ,
so werden Teile der photoempfindlichen Schicht 2, die bei
der Belichtung von der Maske 3 abgeschirmt wurden, in der
Entwicklungslösung aufgelöst. Wenn
die photoempfindliche Harzschicht 2 vom Positiv-Typ ist,
werden hingegen diejenigen Bereiche der photoempfindlichen Schicht 2,
die belichtet wurden, von der Entwicklungslösung aufgelöst.
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Die
Entwicklungslösung
ist nicht auf die wäßrige Lösung des
anorganischen Alkalis beschränkt, es
kann sich entweder um eine wäßrige Lösung eines
organischen Alkalis oder um eine organische Lösung handeln, wie beispielsweise
Propylenglycolmonomethyletheracetat, Ethylcellosolve oder Alkohol.
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Im
Anschluß daran
wird die so entwickelte photoempfindliche Harzschicht 2 beispielsweise
mit gereinigtem Wasser gespült,
um die Entwicklungslösung
abzuwaschen. Auf diese Weise werden schwarze Matrizen 4 auf
dem Substrat 1 gebildet, zwischen denen Leerräume definiert
sind (2C).
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Das
Substrat 1 mit den darauf ausgebildeten schwarzen Matrizen
wird dann einem in 1 dargestellten Nach-Wärmebehandlungsschritt 24 zugeführt, um
nachgebacken zu werden.
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In
dem Nach-Wärmebehandlungsschritt 24 werden
die schwarzen Matrizen 4 bei verringertem Druck mit Hilfe
einer Vakuum-Heißplatte
erwärmt, wie
es in 3 dargestellt ist, und ausgehärtet.
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Bezugnehmend
auf 3, wird das Substrat 1 mit den darauf
ausgebildeten schwarzen Matrizen zunächst in eine Vakuumkammer 32 in
einem Zustand eingebracht, in welchem die Beladungstür 34 geöffnet wurde
(in 3 sind die schwarzen Matrizen 4 weggelassen.
Dann wird das Substrat 1 in eine vorbestimmte Lage auf
einer Heißplatte 35 innerhalb der
Vakuumkammer 32 gebracht. Zu diesem Zeitpunkt kann das
Substrat 1 entweder direkt auf der Heißplatte 35 plaziert
werden oder von dieser mit Hilfe einer Lehre, beispielsweise in
Form von Stiften, mit einem vorbestimmten Abstand gegenüber der
Heißplatte 35 angeordnet
werden. Nach dem Plazieren des Substrats 1 wird die Beladungstür 34 geschlossen,
um das Evakuieren der Vakuumkammer mit Hilfe einer Vakuumpumpe 33 zu
beginnen, wobei gleichzeitig die Heißplatte 35 und das
darauf befindliche Substrat 1 von einer in der Heißplatte 35 befindlichen
Heizvorrichtung erwärmt
zu werden. Das Evakuieren und Erwärmen wird nach kurzer Zeit
beendet, in der ihre Zustände
die jeweiligen Einstellwerte erreicht haben, so daß das Substrat 1 aus
der Vorrichtung entnommen werden kann.
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Anschließend wird
das Substrat 1 durch die Beladungstür 34 aus der Apparatur
herausgenommen, um den Schritt des Nachbackens abzuschließen. Diese
Vorrichtung kann außerdem
als Vakuum-Trocknungsvorrichtung im Voraushärtungsschritt eingesetzt werden,
ohne daß die
Heißplatte 35 erwärmt wird.
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Das
Maß des
Unterdrucks während
des Nachbackschritts 24 liegt vorzugsweise in einem Bereich
von 5 bis 2.660 Pa, noch mehr bevorzugt von 10 bis 1.000 Pa. Die
Erwärmungstemperatur
liegt vorzugsweise in einem Bereich von 150 bis 240°C, noch mehr
bevorzugt von 180 bis 230°C.
Die Evakuierungszeit liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10
bis 600 Sekunden, noch mehr bevorzugt von 150 bis 400 Sekunden.
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Das
Nachbacken durch Erwärmung
unter verringertem Druck gemäß obiger
Erläuterung
kann verhindern, daß aus
den schwarzen Matrizen entstandene flüchtiger Komponente an der freiliegenden Oberfläche des
Substrats haften bleiben. Deshalb können Tinten zuverlässig beim
anschließenden
Tintenaufbringungsschritt am Substrat haften. Die Erwärmung unter
reduziertem Druck kann Zeit einsparen im Vergleich zu der Erwärmung unter
Atmosphärendruck.
Weiterhin ermöglicht
die Erwärmung
unter reduziertem Druck eine gleichmäßige Erwärmung der gesamten Substratoberfläche.
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Nach
Beendigung des Nachbackvorgangs werden Tinten 6 der Farben
R (Rot), G (Grün)
und B (Blau) oder dergleichen in die Leerräume zwischen den schwarzen
Matrizen 4 mit Hilfe einer Tintenstrahlvorrichtung 5 aufgebracht
(2D). Als Verfahren zum Aufbringen dieser Tinte
kommen ein üblicherweise
verwendetes Druckverfahren wie zum Beispiel der Offset-Druck, Gravurdruck
oder Siebdruck für
die Erfindung in Betracht. Besonders bevorzugt ist allerdings der
Einsatz eines Tintenstrahlsystems deshalb, da beim Druckvorgang
keine Platte zum Einsatz gelangt und eine hochgenaue Musterbildung
erfolgen kann. Als Tintenstrahlsystem kann von einem Blasen-Strahltyp
unter Verwendung eines elektrothermischen Wandlers wie eines Energieerzeugungselements
Gebrauch gemacht werden, oder von einem Piezo-Strahl-Typ unter Verwendung
eines piezoelektrischen Elements.
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Die
im Rahmen der Erfindung verwendeten Farbtinten können vorzugsweise duroplastische
oder Photosatz-Harzzusammensetzungen sein, die schließlich als
Farbfilterelemente fungieren. Aus diesem Grund können solche Tinten vorzugsweise
ein Polyesteracrylat, ein Monomer wie beispielsweise Epoxyacrylat
oder Urethanacrylat oder ein Oligomer davon enthalten.
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Derartige
Farbtinten, die im Rahmen der Erfindung verwendet werden, können entweder
Farbstofftinten oder Pigmenttinten sein. Das Lösungsmittel für die Tinten
setzt sich hauptsächlich
aus gereinigtem Wasser (Ionenaustausch-Wasser) zusammen oder kann
ein hydrophiles organisches Lösungsmittel
und dergleichen enthalten. Beispiele für die verwendeten Farbstoffe
beinhalten C.I. Acid Red 118, C.I. Acid Red 254, C.I. Acid Green
25, C.I. Acid Blue 113, C.I. Acid Blue 185 und C.I. Acid Blue 7.
Allerdings sind die Farbstoffe nicht auf diese Farbstoffe beschränkt.
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Beispiele
für verwendete
Pigmente enthalten C.I. Pigment Red 177, C.I. Pigment Red 5, C.I.
Pigment Red 12, C.I. Pigment Green 36, C.I. Pigment Blue 209 und
C.I. Pigment Blue 16. Allerdings sind die verwendeten Pigmente nicht
auf diese Pigmente beschränkt.
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Die
Farbstoffe oder Pigmente, die in den in dem Tintenstrahlsystem verwendeten
Farbtinten enthalten sind, können
vorzugsweise in einem Anteil von 0,01 bis 20 Gew.-% vorhanden sein,
basierend auf dem Gesamtgewicht der Tinte.
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Beispiele
für das
hydrophile organische Lösungsmittel,
welches in den Farbtinten verwendet wird, beinhalten Alkylalkohole
mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen wie zum Beispiel Methylalkohol und
Ethylalkohol; Amide wie zum Beispiel Dimethylformamid und Dimethylacetamid;
Ketone und Ketoalkohole wie zum Beispiel Aceton und Diacetonalkohol;
Ether wie Tetrahydrofuran und Dioxan; Polyalkylen-Glycole wie zum
Beispiel Polyethylenglycol und Polypropylenglycol; Alkylenglycole,
deren Alkylen-Rest 2 bis 6 Kohlenstoffatome enthält, so zum Beispiel Ethylenglycol, Propylenglycol,
Butylenglycol, Thiodiglycol und Diethylenglycol; Glycerol; niedrigere
Alkylether von polyhydrischen Alkoholen wie zum Beispiel Ethylenglycolmonomethyl-(oder
monoethyl-)ether, Diethylenglycolmonomethyl-(oder monoethyl-)ether
und Triethylenglycolmonomethyl-(oder monoethyl-)ether; N-Methyl-2-pyrrolidon;
2-Pyrrolidon und
1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon. Allerdings sind die verwendeten Lösungsmittel
nicht auf diese Lösungsmittel
beschränkt.
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Bei
der vorliegenden Erfindung liegt die Oberflächenenergie der Farbtinten
vorzugsweise in einem Bereich von etwa 30 bis 70 dyn/cm. Die schwarzen
Matrizen sind nämlich
vorzugsweise aus einem Werkstoff gebildet, der hart ist und sich
schwer mit den Tinten benetzen läßt, um zu
verhindern, daß eine
Farbtinte über
eine schwarze Matrix überfließt und sich
mit einer anderen farblichen Tinte in einem benachbarten räumlichen
Bereich vermischt. Damit ist es bevorzugt, wenn die Oberflächenenergie
der schwarzen Matrizen geringer ist als die der Farbtinten.
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Nachdem
die Farbtinten 6 ausgehärtet
sind, um ein Farbfilter zu bilden, wird zusätzlich je nach Bedarf eine
Schutzschicht 8 angebracht (2E). Als
Schutzschicht 8 kann man ein Photosatz-Harzmaterial verwenden,
entweder duroplastisches oder bei Licht und Wärme aushärtendes Material, oder es kann
ein anorganischer Film durch Aufdampfen im Vakuum oder durch Sputtern
gebildet werden. Man kann jeden Werkstoff verwenden, solange dieser ausreichend
Transparent aufweist, um in einem Farbfilter eingesetzt werden zu
können,
und solange das Material den späteren
Prozeßschritten
standhalten kann, beispielsweise einem ITO-Film-Erzeugungsprozeß und einem
Ausrichtungs-Filmerzeugungsprozeß dann,
wenn eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
hergestellt wird.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform
wurden die schwarzen Matrizen mit der photoempfindlichen Harzzusammensetzung
gebildet. Allerdings können
die schwarzen Matrizen auch mit einer nicht-photoempfindlichen Harzzusammensetzung
ausgebildet werden. Beispielsweise wird Polyimid, ein Acryl-Monomer
oder Urethanacrylat in einem geeigneten Lösungsmittel dispergiert, und
die Dispersion wird auf ein Substrat aufgebracht. In diesem Fall
läßt sich
ein Schwarzmatrix-Muster dadurch bilden, daß man einen Überzug aus
dem schwarzen, nicht-photoempfindlichen Harzmaterial in einer Dicke von
etwa 1 μm
auf das Substrat aufbringt und die nicht-photoempfindliche Harzzusammensetzung
mit Hilfe eines Photoresistmaterials als Maske ätzt. Außerdem kann das Muster durch
Abheben unter Verwendung eines Photoresists ausgebildet werden.
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Ein
Beispiel für
eine Farbflüssigkristallanzeige,
in der ein nach dem erfindungsgemäßen Fertigungsverfahren hergestelltes
Farbfilter verwendet wird, wird im folgenden anhand der 4 erläutert.
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Die
Farb-Flüssigkristallanzeigevorrichtung dieser
Ausführungsform
wird im großen
und ganzen durch Vereinen eines Farbfiltersubstrats und eines diesem
gegenüberliegenden
Substrats und durch Einschließen
einer Flüssigkristallverbindung
in einem dazwischen befindlichen Raum hergestellt. Eine gemeinsame
(Gegen-)Elektrode 9 wird im Inneren des Farbfiltersubstrats
ausgebildet. Auf der Seite des dem Farbfiltersubstrat gegenüberliegenden
Substrats werden TFT- (nicht dargestellt) sowie transparente Pixelelektroden 12 im
Inneren des transparenten Substrats 11 in der Form einer
Matrix entsprechend den einzelnen Farbfilterelementen ausgebildet.
Weiterhin werden an den jeweiligen Grenzflächen zwischen den beiden Substraten
und einer Flüssigkristallverbindung 14 Ausrichtungsfilme 10 und 13 gebildet.
Flüssigkristallmoleküle lassen
sich in einer fixen Richtung dadurch ausrichten, daß man diese
Filme einer Reibbehandlung unterzieht.
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Die
Farb-Flüssigkristallanzeigevorrichtung wird
hergestellt, indem beide Substrate miteinander durch ein (nicht
dargestelltes) Abdichtungsmittel verbunden werden und die Flüssigkristallverbindung
in den dazwischen befindlichen Raum (etwa 2 bis 5 μm) eingeschlossen
wird. Weiterhin werden auf die Außenseiten der beiden Substrate 1 und 11 Polarisationsplatten 15 und 16 angebondet.
Als Hintergrundlicht wird eine Kombination aus einer Fluoreszenzlampe
und einer Streuplatte (beide nicht dargestellt) eingesetzt. Die
Flüssigkristallverbindung
fungiert als Verschluß zum Ändern der
Durchlässigkeit
für Strahlen
des Hintergrundlichts, um dadurch eine Anzeige zu bewerkstelligen.
Die Bezugszeichen 4, 7 und 8 bezeichnen
eine Schwarzmatrix, ein gefärbtes
Pixel bzw. einen Schutzfilm.
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Die
vorliegende Erfindung wird im folgenden in größerer Einzelheit anhand von
Beispielen erläutert.
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Beispiel 1
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Ein
Resistmaterial (Negativ-Resist-Tinte für Schwarzmatrizen, BK739P,
Handelsname, Produkt der Nippon Steel Chemical Co., Ltd.) mit einem
eine schwarze Farbe verleihenden Werkstoff wurde mit Hilfe eines
Schleuderbeschichters auf ein Glassubstrat aufgebracht, welches
einer Alkali-Reinigung
und dann einer UV-Ozonbehandlung unterzogen worden war, so daß eine Beschichtungsdicke
von 1,2 μm
erreicht wurde. Dieses Substrat wurde 60 Sekunden lang auf einer
Heißplatte
auf 90°C
erhitzt, um das Resistmaterial vorauszuhärten. Der so gebildete Resistfilm
wurde durch eine Maske mit einem vorbestimmten Muter mit Hilfe eines
Ultraviolett-Ausrichters einer Nahbelichtung ausgesetzt und dann
mit einer Entwicklungslösung
entwickelt, die aus einer wäßrigen Lösung eines
anorganischen Alkalis bestand, wozu ein Schleuder-Entwickler eingesetzt
wurde, um so ein Schwarzmatrixmuster zu erhalten. Der so entwickelte
Resistfilm wurde anschließend
mit gereinigtem Wasser abgewaschen, um die Entwicklungslösung vollständig zu
beseitigen. Das so behandelte Substrat wurde anschließend 10
Minuten lang in einer Vakuumkammer auf 200°C erhitzt, um das Resist durch Nachbrennen
vollständig
auszuhärten.
Dabei betrug der Unterdruck in der Vakuumkammer 700 Pa.
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Bei
diesem Substrat wurde der Kontaktwinkel der Schwarzmatrix-Oberfläche bezüglich Wasser gemessen.
Im Ergebnis stellte sich heraus, daß der Kontaktwinkel 70° betrug,
die Oberfläche
folglich in einem wasserabweisenden Zustand war. Andererseits betrug
der Kontaktwinkel der Oberfläche
des Glassubstrats bezüglich
Wasser 18°,
so daß dieser Oberflächenzustand
sich stark von demjenigen der Oberfläche der schwarzen Matrix unterschied.
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Farbstoff-Tinten
der Farben Rot (R), Grün (G)
und Blau (B) wurden in die Leerräume
zwischen den Schwarzmatrizen eingebracht mit Hilfe einer Tintenstrahlapparatur,
um Bereiche der Substratoberfläche
entsprechend den Leerräumen
einzufärben.
Diese Tinten besaßen
jeweils eine Oberflächenenergie von
32 dyn/cm. Die Farbtinten benetzten die Substratoberfläche in den
Leerräumen
zwischen den Schwarzmatrizen vollständig und erstreckten sich über die
jeweiligen Bereiche. Aus diesem Grund konnte weder ein Bleeding,
ein Überlaufen,
eine Farbvermischung oder dergleichen zwischen benachbarten Tinten
unterschiedlicher Farben festgestellt werden, außerdem wurden keine leeren
Bereiche an den Pixelstellen beobachtet. Das so eingefärbte Substrat
wurde dann erwärmt,
um die farblichen Tinten auszuhärten
und deren Fixierung an dem Glassubstrat zu erleichtern. Dann wurde
auf der Farbfilterschicht ein Schutzfilm aus einem transparenten
Acrylharz (SS-6500, Handelsname, Produkt der Japan Synthetic Rubber
Co., Ltd.) ausgebildet, und auf den Schutzfilm wurde ein transparenter
leitender Film aus ITO gebildet. Auch in diesem Fall war das Haften
der Tinte an der Substratoberfläche
hervorragend, so daß keine
Schwierigkeiten entstanden.
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Das
so hergestellte Farbfiltersubstrat wurde zur Fertigung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung verwendet.
Im Ergebnis wurde eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
ohne jeglichen Defekt und mit hervorragenden Farbeigenschaften erhalten.
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Beispiel 2:
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Ein
mit einem schwarzen Resist in der gleichen Weise wie in Beispiel
1 beschichtetes Glassubstrat wurde in einer Vakuum-Trocknungsvorrichtung vorgetrocknet.
Dabei wurde das Trocknen durchgeführt, während das Substrat 5 Sekunden
lang bei Zimmertemperatur und einem Unterdruck von 13 Pa gehalten
wurde, woraufhin auf den Atmosphärendruck
zurückgekehrt
wurde. Anschließend
erfolgten in der gleichen Weise wie beim Beispiel 1 Belichtung, Entwicklung
und Spülen,
um ein Glassubstrat mit einem darauf ausgebildeten Schwarzmatrixmuster
zu erhalten. Es wurde kaum eine Ungleichmäßigkeit beim Brennen aufgrund
der Vakuumtrocknung beobachtet, verglichen mit dem üblichen
Trocknen mittels Heißplatte.
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Weiterhin
wurde ein Nachbrennen durchgeführt,
wozu das so behandelte Substrat bei reduziertem Druck 6 Minuten
lang bei 180°C
in einer Vakuumkammer behandelt wurde, um das Resistmaterial vollständig auszuhärten. Der
Unterdruck betrug dabei 133 Pa.
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Bei
diesem Substrat wurde der Kontaktwinkel der Oberfläche der
schwarzen Matrix bezüglich Wasser
gemessen. Im Ergebnis stellte sich heraus, daß der Kontaktwinkel 75° betrug,
die Oberfläche folglich
in einem äußerst stark
wasserabweisenden Zustand war. Andererseits betrug der Kontaktwinkel der
Oberfläche
des Glassubstrats bezüglich
Wasser 12°,
so daß dieser
Oberflächenzustand
sich stark von demjenigen der Oberfläche der Schwarzmatrix unterschied.
Der Haftfestigkeitstest (Druckkochertest) dieses Substrats ergab
eine etwa dreifache Zunahme (mehrere 10 Stunden) der Haftzeit aufgrund des
Nachbrennens mit Hilfe der Vakuum-Heißplatte, verglichen mit dem
Nachbrennen in einem Heißluftofen
bei Atmosphärendruck.
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Farbstofftinten
der Farben Rot (R), Grün
(G) und Blau (B) wurden in die Leerräume zwischen den Schwarzmatrizen
mit Hilfe einer Tintenstrahlvorrichtung gebracht, um die Bereiche
der Substratoberfläche
entsprechend den Leerräumen
einzufärben.
Diese Tinten besaßen
jeweils eine Oberflächenenergie von
32 dyn/cm. Die Farbtinten benetzten die Substratoberfläche in den
Leerbereichen zwischen den Schwarzmatrizen vollständig und
erstreckten sich über
diese Bereiche. Deshalb wurde weder ein Bleeding, noch ein Überlaufen,
noch eine Farbvermischung zwischen benachbarten Tinten unterschiedlicher
Farben beobachtet, ebenso wenig leere Bereiche der Pixelteile. Das
derart eingefärbte
Substrat wurde dann erhitzt, um die Farbtinten auszuhärten und
deren Fixierung an dem Glassubstrat zu erleichtern, und auf der
Farbfilterschicht wurde ein aus ITO bestehender transparenter leitender
Film gebildet. Auch in diesem Fall war das Haften der Tinte an der Substratoberfläche hervorragend,
so daß es
zu keinen Schwierigkeiten kam.
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Das
so gefertigte Farbfiltersubstrat wurde benutzt, um eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung herzustellen.
Im Ergebnis erhielt man eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
frei von jeglichen Defekten und mit hervorragenden Farbeigenschaften.
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Beispiel 3:
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Ein
in der gleichen Weise wie im Beispiel 2 vorbereitetes Glassubstrat
mit einem darauf ausgebildeten Schwarzmatrixmuster wurde bei vermindertem
Druck 3 Minuten lang in einer Vakuumkammer auf 230°C erwärmt, um
das Resistmaterial vollständig
auszuhärten.
Dabei betrug der Unterdruck 13 Pa.
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Bei
diesem Substrat wurde der Kontaktwinkel der Oberfläche der
Schwarzmatrix gegenüber Wasser
gemessen. Es zeigte sich, daß der
Kontaktwinkel 68° betrug,
die Oberfläche
folglich einen wasserabweisenden Zustand einnahm. Andererseits betrug
der Kontaktwinkel der Glassubstrat-Oberfläche bezüglich Wasser 16°, so daß sich dieser
Oberflächenzustand
stark von demjenigen der Oberfläche der
Schwarzmatrix unterschied.
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Farbstofftinten
der Farben Rot (R), Grün
(G) und Blau (B) wurden in die Leerräume zwischen den Schwarzmatrizen
mit Hilfe einer Tintenstrahlvorrichtung gebracht, um die Bereiche
der Substratoberfläche
entsprechend den Leerräumen
einzufärben.
Diese Tinten besaßen
eine Oberflächenenergie
von 32 dyn/cm. Die Farbtinten benetzten die Substratoberfläche in den
leeren Bereichen zwischen den Schwarzmatrizen vollständig und
erstreckten sich über
die Bereiche. Aus diesem Grund wurden weder ein Bleeding, noch ein Überlaufen,
noch eine Farbvermischung zwischen benachbarten Tinten verschiedener
Farben noch Leerbereiche der Pixel beobachtet. Nachdem das so eingefärbte Substrat
dann erwärmt
wurde, um die Farbtinten auszuhärten
und deren Fixierung an dem Glassubstrat zu erleichtern, wurde auf
der Farbfilterschicht eine transparente leitende Schicht aus ITO
gebildet. Auch in diesem Fall war das Haften der Tinte an der Substratoberfläche hervorragend,
so daß keine
Schwierigkeiten entstanden.
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Das
so gefertigte Farbfiltersubstrat wurde zur Fertigung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung verwendet,
und es wurde eine Vorrichtung erhalten, die frei von jeglichen Defekten
bei hervorragenden Farbeigenschaften war.
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Vergleichsbeispiel 1:
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Es
wurde in der gleichen Weise wie beim Beispiel 1 ein Glassubstrat
vorbereitet, auf dem ein Schwarzmatrixmuster gebildet war. Dieses
Substrat wurde 90 Minuten lang in einem Heißluftofen unter Atmosphärendruck
auf 230°C
erhitzt, um das Resistmaterial vollständig auszuhärten.
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Es
ergab sich ein Kontaktwinkel der Schwarzmatrixoberfläche gegenüber Wasser
von 70°,
während
der Kontaktwinkel der Glassubstratoberfläche in den Räumen zwischen
den Schwarzmatrizen bezüglich
Wasser 68° betrug,
also nicht stark verschieden war von demjenigen der Schwarzmatrix-Oberfläche.
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In
die leeren Räume
zwischen den Schwarzmatrizen wurden genauso wie beim Beispiel 1
Farbtinten eingebracht. Allerdings wurden die Tinten an der Oberfläche des
Glassubstrats entsprechend den leeren Räumen abgestoßen, so
daß die
Tinten die Oberfläche
des Glassubstrats in den Leerräumen weder
ausreichend benetzen konnten, noch sich über die Bereiche hinweg erstrecken
konnten, was zu dem Auftreten von leeren Bereichen an den Grenzen der
Räume führte.
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Wie
oben beschrieben wurde, kann der erfindungsgemäße Fertigungsprozeß verhindern,
daß sich
aus den Schwarzmatrizen beim Nachbrennen bildende flüchtige Komponenten
an der Oberfläche des
transparenten Substrats anlagern, wenn Farbtinten in die leeren
Räume zwischen
den Schwarzmatrizen eingebracht werden, um ein Farbfilter herzustellen.
Aus diesem Grund wird die Oberflächenenergie des
transparenten Substrats in den Leerräumen auf einem hohen Wert gehalten,
so daß die
aufgebrachten Tinten sich in zufriedenstellender Weise über die Bereiche
der Oberfläche
des Substrats entsprechend den Leerräumen ausbreiten. Hierdurch
wird ein Farbfilter erhalten, welches eine hohe Zuverlässigkeit
besitzt, ohne daß sich
die eingefärbten
Bereiche von dem Substrat trennen, und ohne daß es freie Bereiche gibt. Darüber hinaus
wird eine hervorragende Farbeigenschaften aufweisende Flüssigkristallanzeigevorrichtung
unter Verwendung dieses Farbfilters geschaffen.
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Während die
Erfindung in bezug auf das erläutert
wurde, was derzeit als die bevorzugten Ausführungsformen betrachtet wird,
versteht sich, daß die
Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen
beschränkt
ist. Vielmehr soll die vorliegende Erfindung unterschiedliche Modifikationen
und äquivalente Ausgestaltungen
abdecken, die im Geist und Schutzumfang der beigefügten Ansprüche enthalten
sind. Der Schutzumfang der beigefügten Ansprüche verdient die breiteste
Interpretation und umfaßt
all diese Modifikationen und äquivalenten
Strukturen und Funktionsweisen.