DE69333000T2

DE69333000T2 - Herstellungverfahren einer Flüssigkristallanzeige

Info

Publication number: DE69333000T2
Application number: DE69333000T
Authority: DE
Inventors: Zvi Yaniv
Original assignee: LG Philips LCD Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 1992-06-01
Filing date: 1993-05-28
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2013-05-29
Also published as: EP0905544A3; DE69333000D1; USRE36711E; USRE37682E1; WO1993024240A1; DE69326745T2; EP0905544A2; EP0605685B1; DE69326745D1; EP0905544B1; EP0605685A1; US5576070A; US5281450A; EP0605685A4

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Herstellungsverfahren einer Flüssigkristallanzeige mit hochauflösenden Farbfilterelementen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine effiziente Herstellung von Vielfarbensystemen zur Verwendung in Kameras, beim Fernsehen usw. ist seit mindestens den späten fünfziger Jahren erwogen worden und wird in allgemeiner Form in einem Aufsatz erörtert, der in der Ausgabe des Scientific American vom Mai 1959 erschienen ist. Auch auf die US-Patente Nr. 3 382 317, 3 443 023 und 3 443 025 kann man Bezug nehmen. Mit der technischen Entwicklung optischer Systeme schritt auch die dafür eingesetzte Vielfarbentechnik voran.
Hochauflösende etektronische optische Systeme wie zum Beispiel aktive wie auch passive Flüssigkristallanzeigen und Kontaktbildabtastsysteme sind heute in kommerziellen Anwendungen gut bekannt. Obwohl Systeme des beschriebenen Typs allgemein in der Erfüllung ihres beabsichtigten Zwecks erfolgreich waren und kommerziellen Eingang gefunden haben, weisen sie verschiedene Mängel auf. Der hier speziell angesprochene Mangel bezieht sich darauf, dass die lichtbeeinflussenden Elemente, die in hochauflösenden optischen Systemen verwendet wurden, um hindurchgehendes Licht zum Beispiel zu polarisieren oder farbig zu filtrieren, bislang sehr schwer zu fertigen waren, indem sie oft bis zu zehn oder mehr Herstellungsschritte verlangten. Das Vorliegen so vieler Herstellungsschritte führt dazu, dass der Herstellungsprozess sehr teuer ist und dass er weiter dafür anfällig ist, grosse Mengen an lichtbeeinflussenden Elementen zu liefern, die nicht annehmbar bzw. Ausschuss sind. Dadurch erhöht sich natürlich der Preis der lichtbeeinflussenden Elemente weiter.
Wie oben bemerkt, sind Flüssigkristall-Farbanzeigen in der Technik gut bekannt, wobei eine beispielhafte Vorrichtung dieser Art im US-Patent Nr. 4 632 514 dargelegt wird, das den Titel "Color Liquid Crystal Display Apparatus" (Flüssigkristall-Farbanzeigegerät) trägt und Ogawa und Mitautoren erteilt wurde. Das 514er Patent beschreibt eine Farbanzeige vom verdrillten nematischen Typ, in der die Schicht von Flüssigkristallmaterial je nach der jedem Bildelement der Anzeige erteilten Farbe variiert wird. Ogawa und Mitautoren beschreiben die Notwendigkeit; die Schichten der Filtermaterialien terrassenförmig anzulegen, was bei der Herstellung einer Anzeige zusätzliche Fertigungsschritte erfordert, wie eingehender weiter unten vermerkt werden wird.
Das gemeinhin eingeführte Verfahren der Fertigung von lichtbeeinflussenden Elementen für hochauflösende optische Systeme und insbesondere Flüssigkristallanzeigen wird in einem Aufsatz dargelegt, der unter dem Titel Multicolored Liquid Crystal Displays (Flüssigkristall-Vielfarbenanzeigen) in Optical Engineering, Band 23, Nr. 3, Mai/Juni 1984 veröffentlicht wurde. Genauer wird dort in 11 Schritt für Schritt das herkömmliche photolithographische Verfahren der Herstellung von Farbfilterelementen für Flussigkristallanzeigen veranschaulicht. Aus einer Durchsicht des besagten Aufsatzes kann man lernen, dass ein Farbfilterelement durch Abscheidung einer Schicht von durchsichtigem Gelatineleim, fachbekannt als "Fischleim", über den Anzeigeelektroden, die bereits auf einem durchsichtigen Substrat gebildet worden sind, hergestellt wird. Dann wird eine Photomaske aufgebracht, so dass der durchsichtige Gelatineleim von allen Flächen ausser denen über einer Anzeigeelektrode entfernt wird. Danach wird auf dem ganzen Substrat der Vorrichtung eine Schicht aus Photoresistmaterial sowie eine Photomaske aufgebracht, so dass unter der Annahme einer Rot-Grün-Blau-Farbfilteranordnung alle Elektroden und Gelatine-Schichten, die rot zu färben sind, belichtet werden, während die blau oder grün zu färbenden Elektroden von Photoresist bedeckt bleiben. Der belichtete Gelatineleim wird dann rot gefärbt, und der Farbstoff wird ausgehärtet. Sodann wird der Photoresist von den grün und blau zu färbenden Elektroden entfernt, eine frische Schicht von Photoresist wird auf dem ganzen Substrat der Vorrichtung aufgebracht, und eine Photomaske wird aufgebracht, um die blau zu färbenden Elektroden zu belichten. Der belichtete Gelatineleim wird dann blau gefärbt, und der Farbstoff wird ausgehärtet. Der gleiche Prozess wird dann wiederholt, um die grün gefärbten Elektroden zur Verfügung zu stellen.
Eine alternative Trockenätztechnik wird in einem Aufsatz unter dem Titel Fabrication of mosaic color filters by dry-etching dielectric stacks (Herstellung von mosaikartigen Farbfiltern durch Trockenätzen dielektrischer Stapel), Journal of Vacuum Science Technology, Band A4, Nr. 1, Januar/Februar 1986, dargelegt. Das Verfahren wird dort ausführlich in 3 veranschaulicht, die deutlich die Notwendigkeit veranschaulicht, die abgeschiedenen Materialien zu ätzen, zu maskieren und nochmals zu ätzen, um die erwünschte Farbenkonfiguration zu erreichen. Dieses Verfahren ist darüber hinaus auf bestimmte Farbkombinationen beschränkt, und Anordnungen von zwei und mehr Filterschichten sind eventuell notwendig, um eine einzige Farbe zu erzeugen.
Eine dritte, allgemein eingeführte Methode, Farbfiltermaterialien zur Verfügung zu stellen, wird in einem Aufsatz unter dem Titel Multicolor Graphic LCD with tricolor layers formed by electrodeposition (Graphische Vielfarben-LCD [Flüssigkristallanzeige] mir durch elektrolytische Abscheidung gebildeten Dreifarbenschichten) dargelegt, der im Society for Information Display Digest von 1984 veröffentlicht wurde. In diesem Aufsatz stellen die Autoren eine Methode der elektrolytischen Abscheidung für die Abscheidung und Musterbildung von Farbfilterschichten vor. In dieser Methode wurden bestimmte Elektrodenschichten aktiviert, um die Farbpigmente zu veranlassen, darauf elektrochemisch abgeschieden zu werden. Danach wird ein zweiter Satz von Elektroden aktiviert, so dass eine zweite Farbe abgeschieden werden kann, und weiter ebenso für alle nachfolgenden, abzuscheidenden Farben. Obwohl diese Methode nicht die Abscheidung und Musterbildung von Filtermaterialschichten verlangt, so verlangt sie doch die Abscheidung und Musterbildung von Elektrodenschichten und die nachfolgenden elektrolytischen Abscheidungsschritte für jede Farbe.
Zusätzlich zu den oben diskutieren Mängeln, die den Mehrschritt-Abscheidungs- und Ätzverfahren innewohnen, liefert keine dieser Methoden für die Fertigung eines lichtbeeinflussenden Elements eine Lichtschranke um jedes Farbfilter herum, um dadurch die Gegenwart von ungefiltertem Streulicht auszuschliessen. Solches ungefiltertes Streulicht bewirkt ein Verwaschen des durch das Farbfilter durchgelassenen Lichts. Im Ergebnis verliert das Farbbild an Schärfe und Intensität. Eine lichtsperrende Schicht um Farbfilter oder Anzeigenbildelemente herum wird im Fach gewöhnlich eine schwarze Matrix genannt. Die Schaffung einer schwarzen Matrix hat bislang umfasst, nachträglich eine lichtsperrende Schicht von Material um die Filter oder Bildelemente herum abzuscheiden, nachdem diese Elemente bereits gebildet worden waren. Das führt zur Notwendigkeit, zusätzliche Schritte der Photoresistabscheidung, Maskierung und des Ätzens zu liefern, um die schwarze Matrix zu liefern, meistens mit dem Ergebnis höherer Kosten wegen einer teureren Verarbeitung und grösserer Verluste, die durch den Fertigungsprozess selbst verursacht werden.
Die GB-A-2 205 418 offenbart ein Verfahren der Herstellung eines Farbfilters für eine Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung, das die Schritte umfasst, ein durchsichtiges Substrat zur Verfügung zu stellen, auf dem durchsichtigen Substrat eine als lichtabschirmende Schicht verwendete undurchsichtige Metallschicht zu bilden, indem eine schwarze Photoresistschicht bildartig belichtet und entwickelt wird, die lichtabschirmende Schicht zu ätzen und Farbfilterschichten hinzuzufügen, um die Lücken der lichtabschirmenden Schicht zu füllen.
Diese und weitere Beschränkungen des Standes der Technik werden durch die hierin offenbarte und beanspruchte Erfindung umgangen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der Herstellung einer Flüssigkristallanzeige mit hochauflösenden Farbfilterelementen zur Verfügung zu stellen, das die Notwendigkeit, wiederholte photolithographische Schritte einzusetzen, ausschaltet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der Herstellung einer Flüssigkristallanzeige mit hochauflösenden Farbfilterelementen zur Verfügung zu stellen, das ferner eine schwarze Matrixschicht einschliesst, um den Kontrast, die Auflösung und die Schärfe von hindurchgehendem, optisch verstärktem Licht zu verbessern.
Diese und weitere Ziele werden durch das Herstellungsverfahren einer Flussigkristallanzeige nach Ansprüchen 1, 7, 13 und 19 erreicht.
Diese und weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus einer Durchsicht der folgenden eingehenden Beschreibung der Erfindung, der Zeichnungen und der Ansprüche hervorgehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht ein lichtbeeinflussendes Element; 2A bis 2C veranschaulichen in einer entlang der Linie 2-2 in 1 aufgenommenen, geschnittenen seitlichen Teilansicht ein Fertigungsverfahren des lichtbeeinflussenden Elements von 1;
3A bis 3C veranschaulichen in einer geschnittenen seitlichen Teilansicht die Verarbeitungsschritte, die zur Herstellung der Unterbaugruppe einer Flüssigkristallanzeige aus dem lichtbeeinflussenden Element der 1 und 2 gehören; und
4 veranschaulicht in einer geschnittenen seitlichen Teilansicht die Verarbeitungsschritte, die erforderlich sind, um aus der Flüssigkristall-Unterbaugruppe und dem lichtbeeinflussenden Element von 1, 2 und 3 eine Flüssigkristallanzeige zu fertigen.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
A. Lichtbeeinflussendes Element
Nunmehr auf 1 Bezug nehmend, wird dort in perspektivischer Ansicht ein lichtbeeinflussendes Element veranschaulicht, das allgemein durch die Bezugszahl 10 identifiziert wird. Das lichtbeeinflussende Element 10 wird typischerweise als ein Farbfilterelement eingesetzt, wie weiter unten eingehender erörtert werden wird, aber es versteht sich, dass ein solches Element in einer Reihe verschiedener Anwendungen eingesetzt werden kann, die einen Lichtstreukörper, einen Lichtkollimator, einen Lichtpolarisator bzw. ein lichtdrehendes Element einschliessen, aber darauf nicht beschränkt sind. Wechselweise kann das lichtbeeinflussende Element dafür angepasst werden, eine optische Wirkung auf Strahlung zur Verfügung zu stellen, die nicht im Bereich von sichtbarem Licht liegt. Daher kann das benannte Element dafür angepasst werden, bestimmte Wellenlängen der Strahlung wie Infraror oder Ultraviolett zu filtrieren.
Das lichtbeeinflussende Element 10 enthält ein durchsichtiges Substrat 12, das als die Basis dient, auf der die nachfolgenden Strukturen ausgebildet werden. Das im Wesentlichen durchsichtige Substrat 12 wird typischerweise aus einer Scheibe von Hochtemperaturglas in Bauelementenqualität gefertigt, das frei von Fehlern und optischen Einschlüssen ist. Wechselweise kann das Substrat aus anderen, im Wesentlichen durchsichtigen Materialien wie einem klaren Kunststoff- oder anderen Polymermaterial gebildet werden, die entweder starr wie Glas oder biegsam, wie im Falle eines dünnen, polymeren Materials wie einer Schicht aus Kapton, sein können, oder aus Polycarbonatmaterialien des Typs, die derzeit in zahlreichen Anwendungen eingesetzt werden, in denen Aspekte wie Härte und optische Klarheit von überragender Wichtigkeit sind.
Auf dem benannten Substrat 12 angeordnet ist eine Schicht aus im Wesentlichen undurchsichtigem Material 14. Die Schicht aus im Wesentlichen undurchsichtigem Material 14 kann typischerweise aus einem polymeren Material wie schwarzem Polyimidmaterial gebildet werden, das in einer Dicke zwischen 0,10 und 100,0 μm, bevorzugt zwischen 1,0 und 10,0 μm abgeschieden wurde. Wechselweise kann die Schicht aus im Wesentlichen undurchsichtigem Material 14 aus einem metallischen Material wie zum Beispiel, ohne darauf beschränkt zu sein, Zinn, Chrom, Molybdän oder Tantal gebildet werden, das in einer genügenden Dicke abgeschieden wird, um Lichtdurchlass im Wesentlichen zu verhindern. Die Schicht aus im Wesentlichen undurchsichtigem Material 14 kann sonst auch aus einer Schicht von nichtmetallischem und nichtpolymerem Material wie einer Schicht aus amorphem Silicium oder einem amorphen Siliciumlegierungsmaterial gebildet werden, das wiederum in einer genügenden Dicke abgeschieden wird, um Lichtdurchlass zu verhindern. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schicht aus im Wesentlichen undurchsichtigem Material eine Schicht aus schwarzem Polyimidmaterial, die zu einer Tiefe zwischen 1,0 und 10,0 μm abgeschieden wird.
In der benannten Schicht aus im Wesentlichen undurchsichtigem Material 14 ist zumindest eine Öffnung 16 ausgebildet, die sich durch die benannte Schicht 14 zum Substrat 12 hindurch erstreckt. Die Zahl und Beabstandung der zumindest einen Öffnung wird in dem Falle, wenn mehr als eine vorhanden ist, von der schlussendlichen Anwendung abhängen, in der das lichtbeeinflussende Element eingesetzt werden soll. Wenn das Element 10 zum Beispiel als ein Farbfilter in einer Flüssigkristallanzeige verwendet werden soll, dann werden die Grösse, Packdichte, Anzahl und Beabstandung der Bildelemente (oder Pixels) der Anzeige die Grösse, Packdichte, Anzahl und Beabstandung der Öffnungen 16 im lichtbeeinflussenden Element 10 bestimmen. Wechselweise können die Öffnungen als ein oder mehrere längliche Streifen in der Schicht aus im Wesentlichen undurchsichtigem Material gebildet werden.
Die Öffnungen 16 selbst können durch irgendeine aus einer Zahl von Techniken wie einer herkömmlichen photolithographischen und Ätztechnik gebildet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenen Erfindung, die eingehender weiter unten beschrieben werden wird, werden die Öffnungen 16 gebildet, indem eine Laservorrichtung hoher Leistung und hoher Auflösung, also mindestens zu einer Auflösung im Mikrometermassstab befähigt, eingesetzt wird, wie zum Beispiel ein Excimerlaser, der dazu eingerichtet ist, eine Vielzahl von Öffnungen ähnlicher Form und Grösse in die Schicht aus im Wesentlichen undurchsichtigem Material 14 zu brennen. Das Element 10 von 1 kann, wie oben erwähnt, dafür angepasst werden, in Verbindung mit einer Flüssigkristallanzeige verwendet zu werden. Daher sollte der Excimerlaser in der Lage sein, eine Vielzahl von Öffnungen 16 in einer dicht gepackten N × M-Matrix aus Zeilen und Spalten zu bilden. In 1 ist das Element 10 als eine Matrix von 3 × 3 Öffnungen angeordnet, aber es versteht sich, dass das Element 10 so eingerichtet werden kann, dass es eine beliebige Anzahl von Öffnungen enthält, die in Zeilen und Spalten oder in einer beliebigen anderen Art und Weise wie als eine Reihe von ineinander verzahnten Dreiecken oder "Triaden" oder als längliche Streifen angeordnet sind.
In jeder der Öffnungen 16 ist ein lichtbeeinflussendes Material angeordnet, das so gewählt wurde, dass es einen erwünschten optischen Effekt liefert. Wenn zum Beispiel das lichtbeeinflussende Material als ein Farbfilterelement benutzt werden soll, dann können ein Farbstoff, Tinte wie die in der sogenannten Tintenstrahltechnik verwendete Tinte oder andere Farbpigmente in den benannten Öffnungen 16 angeordnet werden. Die Farbstoffe oder Pigmente, die entweder zur additiven oder zur subtraktiven Art gehören können, würden in einer Art und Weise und in einer Dicke angeordnet, die zum Beispiel genügt, um weisses Licht rot zu färben, wenn es hindurchgeht. Wenn das lichtbeeinflussende Element 10 in geeigneter Art und Weise angefertigt worden ist, um einen gewünschten optischen Effekt zu Tiefem, kann das Element 10 dann dafür angepasst werden, um als die Grundlage zu dienen, auf der eine ganze elektronische optische Vorrichtung oder eine Unterbaugruppe davon gefertigt wird.
Nunmehr zu 2A bis 2C übergehend, ist dort in einer geschnittenen seitlichen Teilansicht, die entlang der Linie 2-2 von 1 aufgenommen wurde, ein lichtbeeinflussendes Element veranschaulicht, das nach der vorliegenden Erfindung gefertigt wurde. Genauer veranschaulicht 2A das Substrat 12, auf dem eine Schicht von im Wesentlichen undurchsichtigem Material 14 einseitig abgeschieden worden ist. Wie oben bemerkt, kann das im Wesentlichen undurchsichtige Material 14 aus einem Metall, Halbleiter oder polymeren Material hergestellt werden, obwohl in einer bevorzugten Ausfüh rungsform die Schicht aus im Wesentlichen undurchsichtigem Material 14 eine Schicht von schwarzem Polyimidmaterial ist, das zum Beispiel durch Aufschleudern oder mit einem Abstreifmesser zu einer Tiefe zwischen 1,0 und 10,0 μm abgeschieden worden ist, um den Durchgang von Licht zu verhindern.
Nunmehr auf 2B Bezug nehmend, werden das Substrat 12 und die Schicht von undurchsichtigem Material 14 verhältnismässig nahe an eine Laservorrichtung hoher Leistung und hoher Auflösung wie einen Excimerlaser 100 herangebracht und belichtet. Der Laser 100 hoher Leistung und hoher Auflösung wird dafür benutzt, zumindest eine Öffnung in der Schicht aus undurchsichtigem Material 14 zu bilden, wie zum Beispiel durch Brennen. In 2B hat der Laser sechs (6) Öffnungen 16a, 16b, 16c, 16d, 16e und 16f in der Schicht 14 gebildet. Der Excimerlaser 100 muss mindestens zu einer Auflösung im Mikrometermassstab fähig sein und sollte daher in der Lage sein, eine Vielzahl von Öffnungen in einer dicht gepackten N × M-Matrix aus Zeilen und Säulen zu bilden. In 1 ist das Element 10 als eine Matrix von 3 ×3 Öffnungen angeordnet, von denen 2 nur sechs Öffnungen in einer Zeile von 8 veranschaulicht, obwohl es sich versteht, dass das Element 10 so eingerichtet werden kann, eine beliebige Anzahl von Öffnungen zu enthalten, die in Zeilen und Spalten oder in jeder anderen Art und Weise wie in Triaden oder Streifen angeordnet sind.
Um mehr als eine Öffnung in der Schicht aus undurchsichtigem Materia1 14 zu bilden, ist es erforderlich, eine Art von Relativbewegung zwischen dem Substrat und dem Laser auszuführen. Da der. Laser zu sehr hohen Auflösungen befähigt ist, müssen die Toleranzen für jede Bewegung sehr genau sein, um nicht die Auflösung und Musterbildung der Öffnungen zu stören. Es ist daher erforderlich, eine genaue Vorrichtung des Rastertyps oder eines anderen, herkömmlich bekannten Step-and-Repeat- (Schritt- und Wiederholungs-) Typs für ein Scannen des Substrats 12 und der Schicht 14 durch den Laser zur Verfügung zu stellen. Wechselweise können das Substrat 12 und die Schicht 14 scanartig über eine stationäre Laserquelle 100 geführt werden.
Nunmehr zu 2C übergehend, wird das Substrat 12 mit der Schicht aus undurchsichtigem Material 14, in der eine Vielzahl von Öffnungen 16a bis 16f ausgebildet sind, verhältnismässig nahe an Mittel zum Einspritzen eines lichtbeeinflussenden Materials in die benannten Öffnungen herangebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen diese Einspritzmittel weiter drei Einspritzdüsen 21a, 21b und 21e, die dafür angepasst sind, zum Beispiel Farbstoff, Tinte oder Farbpigmente in sogenannter "Tintenstrahl" manier in die Öffnungen 16a bis 16f einzuspritzen. Die Düsen 21a bis 21c oder das Substrat 12 können mit Vorrichtungen ausgerüstet werden, um eine Relativbewegung auszuführen, so dass eine oder mehrere Düsen verwendet werden können, um jede Öffnung zu füllen. In der Anwendung, bei der das lichtbeeinflussende Element 10 von 1 ein Farbfilterelement mit Rot-, Grün- und Blaufiltern ist, kann die Düse 21a dafür angepasst sein, roten Farbstoff, Tinte oder Pigment in die Öffnung 16a hineinzuspritzen, um ein Rotfilter 18a zu schaffen, Düse 21b kann dafür angepasst sein, blauen Farbstoff, Tinte oder Pigment in die Öffnung 16b hineinzuspritzen, um ein Blaufiltier 20a zu schaffen, und Düse 21c kann dafür angepasst sein, grünen Farbstoff, Tinte oder Pigment in Öffnung 16c hineinzuspritzen, um ein Grünfilter 22a zu schaffen. Danach können entweder das Substrat 12 oder die Dusen 21a bis 21c zu den nächsten ungefüllten Öffnungen 16d bis 16f hinüberbewegt werden, wobei Düse 21a roten Farbstoff, Tinte oder Pigment in die Öffnung 16d einspritzt, um Rotfilter 18b zu schaffen, Düse 21b blauen Farbstoff, Tinte oder Pigment in die Öffnung 16e einspritzt, um Blaufilter 20b zu schaffen, und Düse 21c grünen Farbstoff, Tinte oder Pigent in die Öffnung 16f einspritzt, um Grünfilter 22b zu schaffen. Dieser Step-and-Repeat-Prozess wird fortgeführt, bis alle Öffnungen gefüllt worden sind.
Das lichtbeeinflussende Material, das in jeder Öffnung angeordnet wird, kann irgendeines von verschiedenen Materialien sein, die anfänglich in einem nichtfesten Zustand sind, d.h. eine Flüssigkeit, eine wässrige Lösung, eine Aufschlämmung, eine Emulsion oder sogar ein rasch kondensierendes Gas. Das nichtfeste Material wird die optischen Eigenschaften besitzen, die erforderlich sind, um eine gewünschte Aufgabe wie Polarisation oder Farbfiltern von hindurchgehendem Licht zu erfüllen. Darüber hinaus müssen die physikalischen Eigenschaften des Materials wie seine Viskosität, Farbkoordinaten usw, für eine gewünschte Anwendung und Leistung optimiert werden, wenn es in Tintenstrahlmanier von den Düsen 21a bis 21c eingespritzt wird. Bevorzugte Materialien, die in den Öffnungen des lichtbeeinflussenden Elements 10 zu benutzen sind, sind unter anderem Tinte, Farbstoffe oder pigmentierte Tinten, Gelatinen, organische Materialien und wasserlösliche Materialien und solche andere Materialien, die für ein Einspritzen wie mit Tintenstrahltechnik geeignet gemacht werden können.
Nach dem Einspritzen des benannten, nichtfesten lichtbeeinflussenden Materials in die benannten Öffnungen 16a bis 16f ist es erforderlich, die benannten eingespritzten Materialien zum festen Zustand auszuhärten. Dies kann durch irgendeines von einer Anzahl von Mitteln erreicht werden, die von einem Aushärtenlassen der Materialien durch Einwirkung von Umgebungsbedingungen bis zum Einbringen des Substrats und der darauf angeordneten Materialien in einen Ofen wie einen Autoklaven oder einen Infrarotofen reichen, also die benannten Materialien diesen Bedingungen auszusetzen, bis sie zum festen Zustand ausgehärtet sind. Auf diese Weise ist es möglich, ein lichtbeeinflussendes Element wie ein Farbfilter zum Einsatz in Verbindung mit einer hochauflösenden Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung herzustellen, ohne den Beschränkungen der Verfahren des Standes der Technik zu begegnen.
B. Flüssigkristall-Unterbaugruppe
Eine Flussigkristallanzeigen-Unterbaugruppe kann durch Einsatz des lichtbeeinflussenden Elements 10 von 1 und 2 erhalten werden. Genauer veranschaulichen 3A bis 3C in einer geschnittenen seitlichen Teilansicht die Verarbeitungsschritte, die zur Fertigung einer Flüssigkristallanzeigen-Unterbaugruppe wie zum Beispiel einer sogenannten passiven Platte aus dem lichtbeeinflussenden Element von 1 und 2 gehören. Die Unterbaugruppe, die in 3C als 300 ganz veranschaulicht ist, wird hergestellt, indem eine durchgehende Schicht eines durchsichtigen, passivierenden Mate rials 26 über den Farbfiltern 18a, 18b, 20a, 20b, 22a und 22b und der schwarzen Polyimidschicht 14 des lichtbeeinflussenden Elements 10 von 1 und 2 angeordnet wird. Das passivierende Material 26 ist dafür angepasst und muss zu einer genügenden Tiefe abgeschieden werden, um zumindest zwei kritische Funktionen zu erfüllen: 1) die darunterliegenden Filter- und undurchsichtigen Schichten zu einer durchgehenden, ebenen Oberfläche einzuebnen, damit diese als eine Basis dienen kann, auf der nachfolgende Schichten gebildet werden können; 2) das lichtbeeinflussende Element 10 von allen anderen, elektrisch leitenden Schichten, die vielleicht auf der passivierenden Schicht angeordnet sind, elektrisch zu isolieren; und 3) eine flache, ebene Oberfläche zu liefern, um eine gleichförmige Dicke jeder darauf angeordneten Schicht von Flüssigkristallmaterial zu gewährleisten. Da Licht in der Lage sein muss, durch das Element und die Unterbaugruppe hindurchzugehen, ist es notwendig, dass die passivierende Schicht 26 aus einer Schicht von Material gebildet wird, das ebenfalls durchsichtig ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die durchsichtige, isolierende und passivierende Schicht 26 aus einem durchsichtigen organischen Material wie durchsichtigem Harz, SiN_x, SiO_x, Polyimiden und deren Kombinationen gebildet.
Danach wird eine Schicht aus durchsichtigem, leitfähigem Material wie einem durchsichtigen, leitfähigen Oxidmaterial 30 von 3B auf der Passivierungsschicht 26 angeordnet. Bevorzugte durchsichtige leitfähige Oxide sind unter anderem Indiumoxid, Zinnoxid, Indiumzinnoxid, Cadmiumsulfat und deren Kombinationen. Danach wird unter Einsatz von photolithographischen Techniken, die im Fach gut bekannt sind, die Schicht aus durchsichtigem, leitfähigem Material 30 zu Mustern gestattet, um eine Mehrzahl von Elektroden 32a bis 32f zubilden, die direkt über den Öffnungen 16a bis 16f gebildet sind, die die Farbfilter 18a, 18b, 20a, 20b, 22a und 22b definieren, obwohl sie von ihnen durch die Passivierungsschicht 26 getrennt sind. Wechselweise kann die Schicht aus durchsichtigem, leitfähigem Material 30 ohne Musterbildung bleiben, um eine sogenannte gemeinsame Elektrode zu schaffen. Entsprechend wurde die Unterbaugruppe 300 eine Mehrzahl von ausgerichteten Farbfiltern und Elektroden umfassen, die in einer N × M-Matrixanordnung angeordnet sind. Auf diese Weise ist es möglich, eine Flüssigkristallanzeigen-Unterbaugruppe zu fertigen, die die dem Stande der Technik innewohnenden Beschränkungen vermeidet.
C. Flüssigkristall-Anzeigenvorrichtung
Eine Flussigkristall-Anzeigenvorrichtung kann erhalten werden, indem die Flüssigkristall-Unterbaugruppe von 3A bis 3C eingesetzt wird. Genauer veranschaulicht 4 in einer geschnittenen seitlichen Teilansicht die Verarbeitungsschritte, die erforderlich sind, um aus der Flüssigkristall-Unterbaugruppe 300 und dem lichtbeeinflussenden Element 10 der vorliegenden Erfindung eine Flüssigkristallanzeige 400 herzustellen. Die Flüssigkristall-Unterbaugruppe 300 wird eingesetzt, um eine Flüssigkristallanzeige herzustellen, indem ein zweites Substrat 40 zur Verfügung gestellt wird, das typischerweise aus einer Scheibe von Hochtemperaturglas in Bauelementenqualität hergestellt wird, das frei von Fehlern und optischen Einschlüssen ist. Wechselweise kann das Substrat 40 aus anderen, im Wesentlichen durchsichtigen Materialien wie einem klaren Kunststoff- oder anderen Polymermaterial gebildet werden, die entweder start wie Glas oder biegsam, wie im Falle eines dünnen, polymeren Materials wie einer Schicht aus Kapton, sein können, oder Polycarbonatmaterialien des Typs, die derzeit in zahlreichen Anwendungen eingesetzt werden, in denen Aspekte wie Härte und optische Klarheit von übenagender Wichtigkeit sind.
Auf dem zweiten Substrat 40 ist eine Schicht aus durchsichtigem, leitfähigem Material wie einem durchsichtigen, leitfähigen Oxidmaterial 42 angeordnet. Bevorzugte durchsichtige, leitfähige Oxide sind unter anderem Indiumoxid, Zinnoxid, Indiumzinnoxid, Cadmiumsulfat und deren Kombinationen. Die Schicht aus durchsichtigem, leitfähigem Material 42 kann entweder eine durchgehende Schicht sein oder kann eine musterartig gestaltete Schicht von Anzeigeelektroden sein, die durch herkömmliche photolithographische Prozesse gebildet werden. Auf dem zweiten Substrat 40 können auch andere mikroelektronische Vorrichtungen wie Transistoren oder Dioden angeordnet sein, die das Schaltverhalten und weitere Leistungen der Anzeige verbessern. Das zweite Substrat 40 ist so angeordnet, dass die zweite Schicht aus durchsichtigem, leitfähigem Material 42 von der musterarig gestalteten Schicht aus durchsichtigem, leitfähigem Material, die auf dem ersten Substrat 12 angeordnet ist, räumlich beabstandet, aber ihr zugewandt ist. Eine Schicht von Flussigkristallmaterial wie ein verdrillter nematischer, cholesterischer oder anderer Flüssigkristall wird zwischen dem benannten ersten und zweiten Substrat, 12 und 40, angeordnet, und diese Schicht vollführt einen Wechsel in der optischen Eigenschaft von durchsichtig zu undurchsichtig, wenn eine elektrische Ladung daran angelegt wird.
- Durch Einsatz des lichtbeeinflussenden Elements von 1 und 2 als ein Farbfilterelement, auf dem eine Flüssigkristallanzeige wie hierin beschrieben hergestellt wird, ist es möglich, eine Vielfarben-Flüssigkristallanzeigenvorrichtung zu erzielen, die von den dem Stande der Technik innewohnenden Verarbeitungsbeschränkungen frei ist.
Fachleute werden leicht einsehen, dass die vorliegende Erfindung anders als konkret hierin offenbart praktiziert werden kann. Während also die vorliegende Erfindung bezüglich bestimmter bevorzugter Ausführungsformen davon beschrieben worden ist, muss verstanden werden, dass die vorstehenden und weitere Änderungen und Abwandlungen getroffen werden können, ohne ihren Rahmen zu verlassen.

Claims

Herstellungsverfahren einer Flüssigkristallanzeige, das benannte Verfahren die Schritte umfassend: ein im Wesentlichen durchsichtiges erstes Substratglied (12) zur Verfügung zu stellen; eine Schicht von im Wesentlichen undurchsichtigem Material (14) auf der einen Seite des benannten ersten Substrats (12) anzuordnen; zumindest drei Öffnungen (16) durch die benannte Schicht von im Wesentlichen undurchsichtigem Material (14) zu bilden; ein lichtbeeinflussendes Material, das eine erste, zweite und dritte Farbe (18, 20, 22) enthält, in die benannten, mindestens drei Öffnungen (16) direkt auf das erste Substrat (12) einzuspritzen, wobei die erste, zweite und dritte Farbe im Wesentlichen gleichzeitig in die drei Öffnungen eingespritzt wird; eine durchgehende Schicht von durchsichtigem, passivierendem Material (26) auf der benannten Schicht von undurchsichtigem Material und dem benannten lichtbeeinflussenden Material anzuordnen, wobei die durchgehende Schicht von durchsichtigem, passivierendem Material (26) eine im Wesentlichen flache, ebene Oberfläche liefert; eine Schicht von durchsichtigem, leitfähigem Material (30) auf der benannten, im Wesentlichen flachen, ebenen Oberfläche der passivierenden Schicht (26) anzuordnen; ein zweites, im Wesentlichen durchsichtiges Substratglied (40) zur Verfügung zu stellen, auf dem auf einer seiner Seiten eine durchgehende Schicht von durchsichtigem, leitfähigem Material (42) angeordnet ist, wobei das benannte zweite Substrat (40) von dem benannten ersten Substrat (12) räumlich beabstandet und so angeordnet ist, dass die Schicht von durchsichtigem, leitfähigem Material (42) des zweiten Substrats (40) der Schicht von durchsichtigem, leitfähigem Material (30) des ersten Substrats (12) zugekehrt ist; und eine Schicht von Flüssigkristallmaterial zwischen dem benannten ersten und zweiten Substrat anzuordnen.
Das Verfahren gemäss Anspruch 1, worin zumindet entweder das erste oder das zweite durchsichtige Substrat (12; 40) ein Kunststoffmaterial einschliesst.
Das Verfahren gemäss Anspruch 1, worin die Öffnungen (16) ohne Einsatz eines photolithographischen Prozesses gebildet werden.
Das Verfahren gemäss Anspruch 1, worin die Öffnungen (l6) optisch gebildet werden.
Das Verfahren gemäss Anspruch 1, weiter den Schritt umfassend, ein lichtbeeinflussendes Material auszuwählen, das geeignet ist, weisses Licht zu färben.
Das Verfahren gemäss Anspruch 5, worin das benannte lichtbeeinflussende Material geeignet ist, Licht in der aus Rot, Grün, Blau und deren Kombinationen bestehenden Gruppe von Farben zu färben.
Herstellungsverfahren einer Flussigkristallanzeige, das benannte Verfahren die Schritte umfassend: ein im Wesentlichen durchsichtiges erstes Substratglied (12) zur Verfügung zu stellen; eine Schicht von im Wesentlichen undurchsichtigem Material (14) auf der einen Seite des benannten ersten Substrats (12) anzuordnen; eine Öffnung (16) durch die benannte Schicht von im Wesentlichen undurchsichtigem Material (14) zu bilden; ein lichtbeeinflussendes Material in die benannte Öffnung (16) direkt auf das erste Substrat (12) einzuspritzen, wobei das lichtbeeinflussende Material die Öffnung so erfüllt, dass jegliches Überlaufen des lichtbeeinflussenden Materials verhindert wird; eine durchgehende Schicht von durchsichtigem, passivierendem Material (26) auf der benannten Schicht von undurchsichtigem Material (14) und dem benannten lichtbeeinflussenden Material anzuordnen, wobei die durchgehende Schicht von durchsichtigem, passivierendem Material (26) eine im Wesentlichen flache, ebene Oberfläche liefert; eine Schicht von durchsichtigem, leitfähigem Material (30) auf der benannten, im Wesentlichen flachen, ebenen Oberfläche der passivierenden Schicht (26) anzuordnen; ein zweites, im Wesentlichen durchsichtiges Substratglied (40) zur Verfügung zu stellen, auf dem auf einer seiner Seiten eine durchgehende Schicht aus durchsichtigem, leitfähigem Material (42) angeordnet ist, wobei das benannte zweite Substrat (40) von dem benannten ersten Substrat (12) räumlich beabstandet und so angeordnet ist, dass die Schicht von durchsichtigem, leitfähigem Material (42) des zweiten Substrats (40) der Schicht von durchsichtigem, leitfähigem Material (30) des ersten Substrats (12) zugekehrt ist; und eine Schicht von Flüssigkristallmaterial zwischen dem benannten ersten und zweiten Substrat anzuordnen.
Das Verfahren gemäss Anspruch 7, worin zumindest entweder das erste oder das zweite durchsichtige Substrat (12, 40) ein Kunststoffmaterial einschliesst.
Das Verfahren gemäss Anspruch 7, worin die Öffnungen (16) ohne Einsatz eines photolithographischen Prozesses gebildet werden.
Das Verfahren gemäss Anspruch 7, worin die Öffnungen (16) optisch gebildet werden.
Das Verfahren gemäss Anspruch 7, weiter den Schritt umfassend, ein lichtbeeinflussendes Material auszuwählen, das geeignet ist, weisses Licht zu färben.
Das Verfahren gemäss Anspruch 11, worin das benannte lichtbeeinflussende Material geeignet ist, Licht in der aus Rot, Grün, Blau und deren Kombinationen bestehenden Gruppe von Farben zu färben.
Herstellungsverfahren einer Flüssigkristallanzeige, das benannte Verfahren die Schritte umfassend: ein im Wesentlichen durchsichtiges erstes Substratglied (12) zur Verfügung zu stellen; eine Schicht von im Wesentlichen undurchsichtigem Material (14) auf der einen Seite des benannten ersten Substrats (12) anzuordnen; eine Öffnung (16) durch die benannte Schicht von im Wesentlichen undurchsichtigem Material (14) zu bilden; ein lichtbeeinflussendes Material in die benannte Öffnung (16) einzuspritzen; eine Schicht von durchsichtigem, leitfähigem Material (30) auf dem benannten lichtbeeinflussenden Material anzuordnen; ein zweites, im Wesentlichen durchsichtiges Substratglied (40) zur Verfügung zu stellen, auf dem auf einer seiner Seiten eine durchgehende Schicht von durchsichtigem, leitfähigem Material (42) angeordnet ist, wobei das benannte zweite Substrat (40) von dem benannten ersten Substrat (12) räumlich beabstandet und so angeordnet ist, dass die Schicht von durchsichtigem, leitfähigem Material (42) des zweiten Substrats (40) der Schicht von durchsichtigem, leitfähigem Material (30) des ersten Substrats (12) zugekehrt ist; und eine Schicht von Flüssigkristallmaterial zwischen dem benannten ersten und zweiten Substrat anzuordnen; worin das Verfahren einen Nochleistungs-Laserprozess verwendet, um die Öffnung im lichtbeeinflussenden Material zu bilden.
Das Verfahren gemäss Anspruch 13, worin zumindet entweder das erste oder das zweite durchsichtige Substrat (12, 40) ein Kunststoffmaterial einschliesst.
Das Verfahren gemäss Anspruch 13, worin die Öffnungen (16) optisch gebildet werden.
Das Verfahren gemäss Anspruch 13, worin das lichtbeeinflussende Material die Öffnung (16) bis zu einem Niveau füllt, das niedriger als die Tiefe der Öffnung ist, um jegliches Überlaufen des lichtbeeinflussenden Materials zu verhindern.
Das Verfahren gemäss Anspruch 13, weiter den Schritt umfassend, ein lichtbeeinflussendes Material auszuwählen, das geeignet ist, weisses Licht zu färben.
Das Verfahren gemäss Anspruch 17, worin das benannte lichtbeeinflussende Material geeignet ist, Licht in der aus Rot, Grün, Blau und deren Kombinationen bestehenden Gruppe von Farben zu färben.
Herstellungsverfahren einer Flüssigkristallanzeige, das benannte Verfahren die Schritte umfassend: ein im Wesentlichen durchsichtiges erstes Substratglied (12) zur Verfügung zu stellen; eine Schicht von im Wesentlichen undurchsichtigem Material (14) auf der einen Seite des benannten ersten Substrats (12) anzuordnen; zumindest drei Öffnungen (16) durch die benannte Schicht von im Wesentlichen undurchsichtigem Material (14) zu bilden; ein lichtbeeinflussendes Material, das eine erste, zweite und dritte Farbe (18, 20, 22) enthält, in die benannten, mindestens drei Öffnungen (16) direkt auf das erste Substrat (12) einzuspritzen; eine durchgehende Schicht von durchsichtigem, passivierendem Material (26) auf der benannten Schicht von undurchsichtigem Material und dem benannten lichtbeeinflussenden Material anzuordnen, wobei die durchgehende Schicht von durchsichtigem, passivierendem Material (26) eine im Wesentlichen flache, ebene Oberfläche liefert; und eine Schicht von durchsichtigem, leitfähigem Material (30) auf der benannten, im Wesentlichen flachen, ebenen Oberfläche der passivierenden Schicht (26) anzuordnen.
Das Verfahren gemäss Anspruch 19, worin die Öffnungen (16) ohne Einsatz eines photolithographischen Prozesses gebildet werden.
Das Verfahren gemäss Anspruch 19, worin die Öffnungen (16) optisch gebildet werden.
Das Verfahren gemäss Anspruch 19, worin das lichtbeeinflussende Material die Öffnung bis zu einem Niveau füllt, das niedriger als die Tiefe der Öffnung (16) ist, um jegliches Überlaufen des lichtbeeinflussenden Materials zu verhindern.
Das Verfahren gemäss Anspruch 19, weiter den Schritt umfassend, ein lichtbeeinflussendes Material auszuwählen, das geeignet ist, weisses Licht zu färben.
Das Verfahren gemäss Anspruch 23, worin das benannte lichtbeeinflussende Material geeignet ist, Licht in der aus Rot, Grün, Blau und deren Kombinationen bestehenden Gruppe von Farben zu färben.