DE102007023223A1

DE102007023223A1 - Flüssigkristalldisplay, Substrat für ein solches sowie Verfahren zum Herstellen des Substrats

Info

Publication number: DE102007023223A1
Application number: DE102007023223A
Authority: DE
Inventors: Jae-Young Uiwang Oh
Original assignee: LG Philips LCD Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2027-05-19
Also published as: DE102007023223A8; US20080079875A1; US20110199571A1; US8120745B2; US7932972B2; JP4927640B2; JP2008090268A; DE102007023223B4

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Substrats für ein Flüssigkristalldisplay verfügt über die folgenden Schritte: Anbringen eines transparenten Substrats auf einem Tisch eines Lasers; Aufstrahlen eines Laserstrahls vorbestimmter Leistung auf das transparente Substrat, um in diesem einen Lichtausblendbereich auszubilden, der einen ersten bis dritten Lichttransmissionsbereich umgibt; und Herstellen einer Farbfilterschicht mit Unterfarbfiltern für rot, für grün und für blau im ersten bis dritten Lichttransmissionsbereich; wobei Grenzen der Unterfarbfilter für rot, für grün und für blau dem Lichtausblendbereich entsprechen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkristalldisplay, ein Substrat sowie ein Verfahren zum Herstellen des Substrats.
Bei Flüssigkristalldisplays werden im allgemeinen Eigenschaften betreffend die optische Anisotropie und die Polarisation von Flüssigkristallmolekülen dazu ausgenutzt, Bilder anzuzeigen. Die Flüssigkristallmoleküle verfügen entlang ihrer flachen und langgestreckten Formen über eine Orientierungsrichtung, die dadurch kontrolliert werden kann, dass ein elektrisches Feld an die Moleküle angelegt wird. Anders gesagt, ändert sich die Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle, wenn die Stärke des elektrischen Felds geändert wird. Da einfallendes Licht durch Flüssigkristallmoleküle abhängig von der Orientierung derselben wegen ihrer optischen Anisotropie gebrochen wird, kann die Intensität des einfallenden Lichts kontrolliert werden, so dass Bilder angezeigt werden können.
Unter verschiedenen Typen von Flüssigkristalldisplays, wie sie üblicherweise verwendet werden, zeigen solche mit aktiver Matrix (AM-LCD) mit Dünnschichttransistoren (TFTs), die mit den Pixelelektroden verbunden sind und die in Matrixform angeordnet sind, hohe Auflösung und hervorragende Anzeigeeigenschaften beim Anzeigen bewegter Bilder.
Die 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Flüssigkristalldisplays mit aktiver Matrix gemäß der einschlägigen Technik. Wie erkennbar, sind ein Arraysubstrat 10 und ein Farbfiltersubstrat 20 einander zugewandt angeordnet, und dazwischen ist eine Schicht aus Flüssigkristallmolekülen 30 eingefügt. Das Arraysubstrat 10 verfügt über ein erstes transparentes Substrat 12 sowie eine Vielzahl von Gateleitungen 14 und eine Vielzahl von Datenleitungen 16, die einander schneiden, um eine Vielzahl von Pixelbereichen P zu bilden. An jeder Schnittstelle zwischen einer Gateleitung 14 und einer Datenleitung 16 ist ein Dünnschichttransistor T ausgebildet, mit dem eine im Pixelbereich P angeordnete Pixelelektrode 18 verbunden ist. Das Farbfiltersubstrat 20 verfügt über ein zweites transparentes Substrat 22 mit dem Pixelbereich P, eine diesen umgebende Schwarzmatrix 25, die an der Innenseite des zweiten Substrats 22 angeordnet ist, und eine Farbfilterschicht 26 mit Unterfarbfiltern 26a, 26b und 26c für rot, grün und blau, die innerhalb der Schwarzmatrix 25 angeordnet sind. Genauer gesagt, sind die Unterfarbfilter 26a, 26b und 26c in jedem der Pixelbereiche P angeordnet, und die Grenzen zwischen ihnen entsprechen der Schwarzmatrix 25. Auf der Farbfilterschicht 26 ist eine gemeinsame Elektrode 28 vorhanden.
Obwohl es nicht dargestellt ist, ist zwischen dem Arraysubstrat 10 und dem Farbfiltersubstrat 20 am Umfang derselben ein Dichtungsmuster (nicht dargestellt) aus einem Abdichtmittel eingefügt, um die Substrate miteinander zu verbinden und dabei ein Auslecken von Flüssigkristallmolekülen 30 zu verhindern. Zwischen der Pixelelektrode 18 und der Schicht der Flüssigkristallmoleküle 30 ist ein erster Orientierungsfilm (nicht dargestellt) ausgebildet, und zwischen der gemeinsamen Elektrode 28 und der Schicht von Flüssigkristallmolekülen 30 ist ein zweiter Orientierungsfilm (nicht dargestellt) ausgebildet. Der erste und der zweite Orientierungsfilm stellen die Anfangsausrichtung von Unterschichten der Flüssigkristallmoleküle innerhalb der Schicht derselben ein. Ferner sind ein erster und ein zweiter Polarisator (nicht dargestellt) an der Außenseite des ersten bzw. zweiten transparenten Substrats 12 und 22 angeordnet. Außerdem ist an der Rückseite des ersten Polarisators eine Hinterleuchtung (nicht dargestellt) angeordnet, um als Lichtquelle für das LCD zu dienen.
Wenn Ein/Aus-Signale für den Dünnschichttransistor T sequenziell in die Gateleitungen 14 eingescannt werden und Bildsignale über die Datenleitungen 16 an die Pixelelektroden 18 übertragen werden, werden die Flüssigkristallmoleküle durch ein vertikales elektrisches Feld angesteuert, das zwischen der gemeinsamen Elektrode 28 und der Pixelelektrode 18 erzeugt wird. Daher können entsprechend der Transmissionsänderung Bilder angezeigt werden.
Dieses Flüssigkristalldisplay wird durch einen Arrayprozess, bei dem die Dünnschichttransistoren T und die mit denselben verbundenen Pixelelektroden 18 hergestellt werden, und einen Farbfilterprozess hergestellt, bei dem die Farbfilterschicht 26 und die gemeinsame Elektrode 28 hergestellt werden.
Die 2A bis 2G sind schematische Schnittansichten zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen eines Farbfiltersubstrats gemäß der einschlägigen Technik. Wie es in der 2A dargestellt ist, wird eine Schicht 62 aus einem Schwarzmatrixmaterial dadurch hergestellt, dass ein metallisches Material, wozu Chrom (Cr) gehört, auf einem transparenten Substrat 60 abgeschieden wird. Als nächstes wird eine Fotoresistschicht 64 dadurch hergestellt, dass ein Fotoresist auf die Schwarzmatrixschicht 62 aufgetragen wird. Auf der Fotoresistschicht 64 wird eine Maske 66 mit einem Transmissionsbereich TA und einem Ausblendbereich BA angeordnet, und er wird unter Verwendung derselben belichtet.
Als nächstes wird, wie es durch die 2B veranschaulicht ist, durch Entwickeln der belichteten Fotoresistschicht, ein Fotoresistmuster 68 ausgebildet. Dieses ist so auf der Schwarzmatrixschicht 62 vorhanden, dass es den Abschnitten entspricht, in denen später eine Schwarzmatrix auszubilden ist.
Wie es durch die 2C veranschaulicht ist, wird eine Schwarzmatrix 72 mit einer ersten bis dritten Öffnung 70a, 70b und 70c dadurch hergestellt, dass ein Teil der durch die Fotoresistschicht 64 belichteten Schwarzmatrixschicht 62 entfernt wird. Die Schwarzmatrix 72 verfügt in der Draufsicht über Gitterform, was jedoch nicht dargestellt ist.
Als nächstes wird, wie es durch die 2D veranschaulicht ist, ein Teil des Fotoresistmusters 68, das an der Oberseite der Schwarzmatrix 72 verblieben ist, durch Abheben entfernt. Beispielsweise wird eine Resistschicht 74a für rot dadurch hergestellt, dass ein Resist für rot in der ersten Öffnung 70a der Schwarzmatrix 72 aufgetragen wird. Danach wird auf der Resistschicht für rot (nicht dargestellt) eine Maske (nicht dargestellt) mit einem Transmissionsbereich (nicht dargestellt) und einem Ausblendbereich (nicht dargestellt) angeordnet. Derjenige Teil der Resistschicht für rot, der in der ersten Öffnung 70a verbleiben soll, entspricht dem Transmissionsbereich. Derjenige Abschnitt der Resistschicht für rot, der dem Ausblendbereich entspricht, wird entfernt, da durch diesen das belichtete Ultraviolettlicht ausgeblendet wird. Demgemäß wird ein Unterfarbfilter 74 für rot so ausgebildet, dass es der ersten Öffnung 70a entspricht. Ränder des Unterfarbfilters 74a für rot überlappen mit der Schwarzmatrix 72.
Als nächstes werden, wie es durch die 2E veranschaulicht ist, Unterfarbfilter 74b und 74c für grün und für blau sequenziell dadurch hergestellt, dass Resists für grün und für blau in der zweiten und der dritten Öffnung 70b und 70c unter Verwendung desselben Prozesses wie für das Unterfarbfilter 74a für rot aufgetragen und strukturiert werden. Die Unterfarbfilter 74a, 74b und 74c für rot, für grün und für blau bilden eine Farbfilterschicht 74.
Wie es durch die 2F veranschaulicht ist, wird eine Überzugsschicht 76 dadurch hergestellt, dass auf der Farbfilterschicht 74 eine Isolierschicht aus einem organischen Material abgeschieden wird. Da dort eine Stufe auftritt, wo die Farbfilterschicht 74 mit der Schwarzmatrix 72 überlappt, wird die Überzugsschicht 76 hergestellt, um für die später herzustellende gemeinsame Elektrode 78 eine ebene Oberfläche zu schaffen.
Wie es in der 2G veranschaulicht ist, wird die gemeinsame Elektrode 78 dadurch hergestellt, dass ein transparentes, leitendes Material, wie Indiumzinnoxid (ITO) oder Indiumzinkoxid (IZO) auf der Überzugsschicht 76 abgeschieden wird.
Die Schwarzmatrix 72 gemäß der einschlägigen Technik wird durch einen Fotolithografieprozess unter Verwendung einer Maske hergestellt, was die Prozesszeit und die Kosten erhöht. Wenn die Schwarzmatrix 72 und die Farbfilterschicht 74 auf demselben Substrat 60 hergestellt werden, wie oben erläutert, sind mindestens vier Maskenprozesse erforderlich, um sie, einschließlich der Unterfarbfilter 74a, 74b und 74c für rot, für grün und für blau, herzustellen, was die Dauer und die Komplexität des Herstellprozesses erhöht, wodurch die Produktivität verringert ist. Ferner nehmen die Herstellkosten zu, wenn die Anzahl der Maskenprozesse zunimmt, da bei jedem Maskenprozess relativ hohe Kosten entstehen.
Um die Stufe an den Unterfarbfiltern für rot, für grün und für blau zu entfernen, sollte die Überzugsschicht so hergestellt werden, dass sie für die folgende Herstellung der gemeinsamen Elektrode für eine ebene Oberfläche sorgt. Da diese einebnende Überzugsschicht erforderlich ist, ist die Produktivität verringert. Ferner ist es möglich, dass das Schwarzmatrixmaterial im Pixelbereich nach dem Herstellen der Schwarzmatrix nicht vollständig vom transparenten Substrat entfernt wird, wodurch ein Schwarzdefekt auftreten kann, durch den die Herstellausbeute verringert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flüssigkristalldisplay, ein Substrat für ein solches sowie ein Verfahren zum Herstellen des Substrats zu schaffen, bei denen Lichtlecks zuverlässig verhindert sind.
Diese Aufgabe ist durch die Verfahren gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen 1 und 7, das Substrat gemäß dem Anspruch 13 und die Flüssigkristalldisplays gemäß den unabhängigen Ansprüchen 18 und 19 gelöst.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Anzahl der Maskenprozesse verringert werden, was die Herstellkosten senkt und die Ausbeute erhöht. Die Ausbeute wird ferner dadurch erhöht, dass Schwarzdefekte besser verhindert werden können. Bei der Erfindung wird eine Lichtausblendeinrichtung verwendet, die keine durch einen Fotolithografieprozess hergestellte Schwarzmatrix ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert.
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Flüssigkristalldisplays mit aktiver Matrix gemäß einer einschlägigen Technik;
2A bis 2G sind schematische Schnittansichten zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen eines Farbfiltersubstrats gemäß einer einschlägigen Technik;
3A bis 3D sind schematische Schnittansichten zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen eines Farbfiltersubstrats gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4A bis 4D sind schematische Schnittansichten zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen eines Farbfiltersubstrats gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
5 ist eine schematische Schnittansicht eines Flüssigkristalldisplays gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
6 ist eine schematische Schnittansicht eines Flüssigkristalldisplays vom Typ mit Farbfilter auf einem Dünnschichttransistor (COT = color filter an thin film transistor) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Bei der Erfindung wird ein Laserstrahl auf einen Abschnitt eines transparenten Substrats oder einen Abschnitt einer Harzmaterialschicht mit Ruß gestrahlt, um diesen Abschnitt zu schwärzen, so dass er als Schwarzmatrix verwendbar ist. Beispielsweise wird als Laser ein YAG:Nd(mit Neodym dotierter Yttriumaluminiumgranat)-Laser verwendet, bei dem es sich um einen Infrarotlaser handelt, der einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von ungefähr 1064 nm erzeugt. Diese Strahlung rührt von Nd³⁺-Ionen her. Dieser Laser zeigt ein hohes Verstärkungsverhältnis sowie gute mechanische und Temperatureigenschaften.
Es wird ein YAG:Nd-Laser mit einer Leistung von ungefähr 30 W bei ungefähr 200 W verwendet, dessen Kopf mit einer Verstellgeschwindigkeit von ungefähr 7000 mm/s bis ungefähr 12.000 mm/s in Bezug auf den Tisch verstellt wird. D.h., dass die Verstellgeschwindigkeit die Geschwindigkeit des Laserstrahls oder die Tischgeschwindigkeit ist. Bei einem CW-Laser (kontinuierlich strahlender Laser) hängt die Zeit, während der Laserstrahl auf einen speziellen Abschnitt gestrahlt wird, von der Verstellgeschwindigkeit ab, so dass die Energieintensität durch die Verstellgeschwindigkeit des Laserkopfs bestimmt ist.
Eine Lichtausblendeinrichtung bei der Erfindung wirkt als Schwarzmatrix, die dadurch erzeugt wird, dass ein Laserstrahl, beispielsweise vom genannten YAG:Nd-Laser, mit einer geeigneten Verstellgeschwindigkeit auf denjenigen Abschnitt des transparenten Substrats, der geschwärzt werden soll, oder denjenigen Teil einer Harzschicht gestrahlt, die in Ruß umgewandelt werden soll.
Anhand der 3A bis 3D wird nun ein Verfahren zum Herstellen eines Farbfiltersubstrats gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert. Wie es aus der 3A erkennbar ist, werden ein transparentes Substrat 101 und ein Laser (nicht dargestellt) bereitgestellt. Das Substrat 101 enthält Zäsium (Cs), Aluminium (Al), Rubidium (Rb) und/oder Natrium (Na), und der Laser ist ein YAG:Nd-Laser mit einer Wellenlänge von ungefähr 1064 nm.
In diesem Stadium hält der Laserkopf 191 des Lasers einen Abstand DD1 von ungefähr 10 bis 20 mm gegen das Substrat 101 ein, und er wird mit einer Verstellgeschwindigkeit in Bezug auf einen Tisch (nicht dargestellt) des Lasers von ungefähr 7000 bis ungefähr 10.000 mm/s verstellt. Unter diesen Bedingungen wird die Oberfläche des Substrats 101 mit dem Laserstrahl bestrahlt, der eine Leistung von ungefähr 100 bis 200 W aufweist.
Der Tisch kann über ein Kühlsystem (nicht dargestellt) verfügen, das das transparente Substrat 101 geeignet kühlt, um zu verhindern, dass es sich während des Bestrahlungsschritts durch zuviel Wärme verformt. D.h., dass das Substrat 101 durch das Kühlsystem so gekühlt werden kann, dass es sich durch viel Wärme oder lokale Erhitzung nicht verformt.
Zum Prozess gehört es, das Substrat 101 so am Tisch des Lasers anzubringen, dass der Laserkopf 191 mit einer vorbestimmten Höhe über ihm angeordnet ist. Dann wird der Laserkopf 191 entlang der Oberfläche des Substrats 101 vor- und zurückbewegt, um einen Lichtausblendbereich LS auszubilden, der im wesentlichen dem Be reich der Schwarzmatrix 72 (siehe die 2C) bei der einschlägigen Technik entspricht. Beispielsweise wird eine erste Breite W1 des Laserstrahls 193 so eingestellt, dass sie im Bereich von ungefähr 5 μm bis zu einigen mm liegt. Danach wird sie auf ungefähr 5 bis 20 μm eingestellt, und der kontrollierte Laserstrahl 193 wird auf das Substrat 101 gestrahlt, wobei der bestrahlte Abschnitt zum Lichtausblendbereich LS wird, der über eine zweite Breite W2 von ungefähr 5 bis 20 μm verfügt. Der Lichtausblendbereich LS ist ein auf schwarze Farbe verfärbter Bereich.
So wird das transparente Substrat 101 mit Cs, Al, Rb und/oder Na dadurch abschnittsweise vom transparenten in den schwarzen Zustand gebracht, dass Energie von Photonen einer vorbestimmten Wellenlänge (hier 1064 nm) bei einer vorbestimmten Laserleistung absorbiert werden. Das Glas des transparenten Substrats 101 verfügt über viele nicht kombinierte Paare. Jedoch können Cs, Al, Rb und Na mit Silicium (Si) im Glas Elektron-Loch-Paare bilden, wenn Laserenergie absorbiert wird. Dadurch wird das zunächst transparente Substrat 101 in den bestrahlten Bereichen verfärbt, wobei hierfür eine kurze Bestrahlungszeit ausreicht.
Typischerweise ist die Breite eines Lichtausblendbereichs LS aufgrund der Auflösung des Laserstrahls 193 größer als die erste Breite W1 desselben. Beispielsweise beträgt der Unterschied zwischen der zweiten Breite W2 des Lichtausblendbereichs LS und der ersten Breite W1 des Laserstrahls 193 ungefähr 1 bis 2 μm. Das transparente Substrat 101 verfügt über einen ersten bis dritten Lichttransmissionsbereich LT1, LT2 und LT3, die vom Lichtausblendbereich LS umschlossen sind.
Der Lichtausblendbereich LS wird dadurch ausgebildet, dass ein Abschnitt des transparenten Substrats 101 auf die schwarze Farbe verfärbt wird, wobei dieser Bereich eine erste Dicke T1 aufweist, die ein Fünftel bis ein Drittel einer zweiten Dicke TT2 des Substrats 101 beträgt. Hierbei kann die erste Dicke TT1 des Lichtausblendbereichs LS durch Kontrollieren der Leistung des Laserstrahls geeignet kontrolliert werden.
Wenn beispielsweise die Verstellgeschwindigkeit des Laserstrahls 193 ungefähr 10.000 mm/s beträgt und die erste Breite W1 desselben ungefähr 10 μm beträgt, wird er mit einem Intervall von ungefähr 100 auf ungefähr 200 μm entlang Richtungen horizontal und orthogonal zum transparenten Substrat 101 mit einer Größe von ungefähr 1 m × 1 m unter Verwendung eines Laserkopfs 191 aufgestrahlt. Hierzu ist eine Bestrahlungszeit von ungefähr 23 bis ungefähr 25 Min. erforderlich. Wenn alternativ vier oder sechs Laserköpfe verwendet werden und das Substrat 101 in mehrere Bereiche unterteilt wird, beträgt die Bestrahlungszeit ungefähr 4 bis ungefähr 6 Min.
Im Vergleich zur einschlägigen Technik kann die Verarbeitungszeit selbst dann ungefähr halbiert werden, wenn für eine Bewegung zwischen Prozessvorrichtungen Zeit benötigt wird. Ferner sind die Materialkosten für Entwickler, Ätzmittel und Fotoresist, wie sie bei der bekannten Technik zum Herstellen einer Schwarzmatrix anfallen, beseitigt.
Der als Schwarzmatrix verwendete Lichtausblendbereich LS verfügt über eine flache Oberseite, da er dadurch ausgebildet wird, dass eine gewisse Dicke des transparenten Substrats 101 verfärbt wird, ohne dass die Dicke desselben als solche verändert würde. Daher verursacht der Lichtausblendbereich LS keine Stufe, wie dies die Schwarzmatrix 72 (siehe die 2C) bei der bekannten Technik tut. In der Draufsicht verfügt der Lichtausblendbereich LS über Gitterform, was jedoch nicht dargestellt ist.
Gemäß der 3B wird eine Resistschicht (nicht dargestellt) für rot dadurch hergestellt, dass ein Resist für rot auf das transparente Substrat 101 mit dem Lichtausblendbereich LS aufgetragen wird. Die Resistschicht für rot wird unter Verwendung ei ner Maske belichtet, die über einen Transmissionsbereich (nicht dargestellt) und einen Ausblendbereich (nicht dargestellt) verfügt, und dann wird die belichtete Resistschicht für rot entwickelt, um im ersten Lichttransmissionsbereich LT1 ein Unterfarbfilter 115a für rot auszubilden. Ränder dieses Unterfarbfilters 115a für rot überlappen mit dem Lichtausblendbereich LS. Eine dritte Dicke TT3 des Unterfarbfilters 115a für rot über den ersten Lichttransmissionsbereich LT3 und den Lichtausblendbereich LS hinweg ist im wesentlichen konstant, da der Lichtausblendbereich LS und der erste bis dritte Lichttransmissionsbereich LT1, LT2 und LT3 über dieselbe ebene Oberfläche verfügen.
Wie es aus der 3C erkennbar ist, wird ein Unterfarbfilter 115c für grün dadurch hergestellt, dass ein Resist für grün im zweiten Lichttransmissionsbereich LT2 auf das transparente Substrat 101 aufgetragen wird. Ränder des Unterfarbfilters 115b für grün überlappen mit dem Lichtausblendbereich LS, und sie verfügen im wesentlichen über dieselbe Dicke wie das Unterfarbfilter 115a für rot. Als nächstes wird ein Unterfarbfilter 115c für blau dadurch hergestellt, dass ein Resist für blau im dritten Lichttransmissionsbereich LT3 auf das transparente Substrat 101 aufgetragen wird. Das Unterfarbfilter 115c für blau verfügt über dieselbe Dicke wie die Unterfarbfilter 115a und 115b für rot und für grün.
Das Farbfiltersubstrat gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung verfügt über die folgenden Merkmale: i) der als Schwarzmatrix wirkende Lichtausblendbereich LS und der erste bis dritte Lichttransmissionsbereich LT1 bis LT3 verfügen über eine ebene Oberfläche; und ii) die Unterfarbfilter 115a, 115b und 115c für rot, für grün und für blau verfügen über jeweils dieselbe Dicke. Aufgrund dieser Merkmale zeigt dieses Farbfiltersubstrat nirgendwo eine wesentliche Stufe. So ist eine Überzugsschicht überflüssig. Die Unterfarbfilter 115a, 115b und 115c für rot, für grün und für blau bilden eine Farbfilterschicht 115.
Wie es aus der 3D ersichtlich ist, wird eine gemeinsame Elektrode 120 dadurch hergestellt, dass ein transparentes leitendes Material, wie Indiumzinnoxid (ITO) oder Indiumzinkoxid (IZO) auf der Farbfilterschicht 115 abgeschieden wird. In diesem Schritt erhält die gemeinsame Elektrode 120 eine im wesentlichen ebene Oberfläche, da die Oberfläche der Farbfilterschicht 115, auf der sie hergestellt wird, im wesentlichen flach ist und keine wesentliche Stufe zum Substrat 101 zeigt. Alternativ kann auf der gemeinsamen Elektrode 120 über dem Lichtausblendbereich LS ein strukturierter Abstandshalter (nicht dargestellt) ausgebildet werden, beispielsweise durch Auftragen und Strukturieren von Benzocyclobuten (BCB), Fotoacryl, Cytop oder Perfluorcyclobuten (PFCB).
Wie oben erläutert, verfügt das Farbfiltersubstrat gemäß der beschriebenen Ausführungsform über einen Lichtausblendbereich, der dadurch hergestellt wurde, dass ein Laserstrahl in einen Abschnitt des transparenten Substrats gestrahlt wurde, um diesen Abschnitt zu verfärben.
Im Vergleich zu dieser durch die 3A–3D veranschaulichten Ausführungsform verfügt das Farbfiltersubstrat gemäß der folgenden Ausführungsform über eine Harzschicht (nicht dargestellt), die mit einem Laserstrahl mit niedrigerer Leistung als der bei der vorigen Ausführungsform bearbeitet wird und nach der Bearbeitung als Schwarzmatrix wirkt. Aufgrund der niedrigen Leistung des Laserstrahls ist es unwahrscheinlich, dass bei der Bearbeitung eine Verformung des transparenten Substrats auftritt.
Anhand der 4A bis 4D wird nun ein Verfahren zum Herstellen eines Farbfiltersubstrats gemäß dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung erläutert. Wie es durch die 4A veranschaulicht ist, wird eine Harzschicht 205 durch Auftragen eines Harzmaterials auf ein Substrat 201 hergestellt. Die Harzschicht 205 kann beispielsweise mit einer Dicke von ungefähr 300 nm bis 1 μm ausgebildet werden. Das transparente Substrat 201 ist ein Glas, das Cs, Al, Rb und/oder Na enthält. Das Harzmaterial ist bei der Ausführungsform ein Harzgemisch mit einem Carbonatpolymer und einem Polyesterharz, und als schwarz färbende Verbindung ist beispielsweise Ruß oder ein Fettsäuremetallsalz enthalten.
Als nächstes wird ein YAG:Nd-Laser (nicht dargestellt) mit einem Laserkopf 291 so angebracht, dass dieser Kopf mit einem Abstand DD2 von ungefähr 20 mm über der Harzschicht 205 positioniert ist. Dann wird ein Laserstrahl auf die Harzschicht 205 gestrahlt, während der Laserkopf 291 mit einer Verstellgeschwindigkeit von ungefähr 10.000 bis ungefähr 12.000 mm/s vor- und zurückbewegt wird. Der Laser verfügt über eine Frequenz von ungefähr 60 Hz, und der Laserkopf 291 strahlt mit einer Leistung von ungefähr 30 bis ungefähr 100 W; die Wellenlänge beträgt ungefähr 1064 nm. Die Wärmeerzeugung durch diesen Laserstrahl ist kleiner als die bei der vorigen Ausführungsform, da ja nun die Leistung geringer ist.
Als nächstes wird ein nicht bestrahlter Bereich der Harzschicht 205 entfernt, was beispielsweise dadurch erfolgt, dass das Substrat 201 mit der Harzschicht 205 in eine IPA(Isopropylalkohol)-Lösung oder einen anderen Alkohol getaucht wird.
Die Harzschicht 205 beinhaltet einen Lichtausblendbereich LSR, der auf schwarze Farbe verfärbt ist. Nach dem genannten Schritt zum teilweisen Entfernen der Harzschicht 205 ist der bestrahlte Bereich derselben verblieben, und er bildet eine Lichtausblendschicht 210, die in der Draufsicht gitterförmig ist, was jedoch nicht dargestellt ist. Die anderen Bereiche, in denen die Harzschicht 205 entfernt ist, bilden eine erste bis dritte Öffnung 215a, 215b und 215c in der Lichtausblendschicht 210.
Dabei ist die Dicke der Harzschicht 205 viel geringer als die einer herkömmlichen Schwarzmatrix aus Chrom (Cr) oder einem schwarzen Harz gemäß der einschlägigen Technik. Beispielsweise beträgt die Dicke der Harzschicht 205 ungefähr 300 nm bis ungefähr 1 μm. Daher beeinflusst die Stufe an der Lichtausblendschicht 210 auf dem Substrat 201 die Stufe an einem Farbfilter und einer gemeinsamen Elektrode, die später hergestellt werden, nicht.
Anders gesagt, zeigen bei einem Flüssigkristalldisplay mit kleinem Zellenzwischenraum, wenn die Stufe der Schwarzmatrix gemäß der einschlägigen Technik üblicherweise einen großen Wert zeigt, die Differenz zwischen einer ersten Höhe der Farbfilterschicht in Überlappung mit der Schwarzmatrix und eine zweite Höhe der Farbfilterschicht ohne Überlappung mit der Schwarzmatrix denselben großen Wert. Daher kann die Differenz die Stufe an der gemeinsamen Elektrode beeinflussen, so dass diese mit der Pixelelektrode am anderen Substrat kurzschließen kann. Die genannten Flüssigkristalldisplays mit kleinem Zellenzwischenraum werden wegen des Vorteils ihrer kompakten Größe mit Nachdruck entwickelt. Daher sollte für diesen Typ kein Problem mit einer Stufe an der Schwarzmatrix vorliegen. Dieses Problem ist durch die Lichtausblendschicht 210 bei der eben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung gelöst, wobei gleichzeitig die Prozesszeit verkürzt ist und die Kosten gesenkt sind.
Die Lichtausblendschicht 210 gemäß der Ausführungsform kann unter Verwendung eines Laserstrahls mit kleinerer Leistung als der des Laserstrahls bei der vorigen Ausführungsform erhalten werden, da die Harzschicht 205 Ruß enthält. Daher kann sie unter Verwendung eines Laserstrahls mit kleiner Leistung leicht verfärbt werden, wobei nur wenig Wärme im Substrat aus Glas erzeugt wird.
Gemäß der 4B wird ein Unterfarbfilter für rot (nicht dargestellt) dadurch hergestellt, dass ein Resist für rot auf die Lichtausblendschicht 210 aufgetragen wird, derselbe unter Verwendung einer Maske (nicht dargestellt) mit einem Transmissionsbereich (nicht dargestellt) und einem Ausblendbereich (nicht dargestellt) belichtet wird und der belichtete Abschnitt entwickelt wird. Durch diesen Schritt wird das Unterfarbfilter 220a für rot in den ersten Öffnungen 215a angeordnet, wobei Ränder desselben mit der Lichtausblendschicht 210 überlappen.
Als nächstes wird, gemäß der 4C, ein Resist für grün auf das Unterfarbfilter 220a für rot aufgetragen und zu einem Unterfarbfilter 220b für grün strukturiert, das in den zweiten Öffnungen 215b vorliegt. Anschließend wird ein Unterfarbfilter 220b für blau mit demselben Prozess wie das Unterfarbfilter 220a für rot oder das Unterfarbfilter 220b für grün in den dritten Öffnungen 215c hergestellt. Hierbei überlappen, ähnlich wie beim Unterfarbfilter 220a für rot, Ränder des Unterfarbfilters 220b für blau sowie Ränder des Unterfarbfilters 220b für grün jeweils mit der Lichtausblendschicht. Die genannten Unterfarbfilter verfügen alle über dieselbe Dicke und sie bilden eine Farbfilterschicht 220.
Gemäß der 4D wird eine gemeinsame Elektrode 225 dadurch hergestellt, dass ein transparentes, leitendes Material, wie Indiumzinnoxid (ITO) oder Indiumzinkoxid (IZO), auf der Farbfilterschicht 220 abgeschieden wird.
Bei diesem Schritt wird die gemeinsame Elektrode 225 im wesentlichen flach ausgebildet, d.h., sie zeigt keine wesentliche Stufe zum Substrat 201. Demgemäß ist eine Überzugsschicht zwischen der Farbfilterschicht 220 und der gemeinsamen Elektrode 225 überflüssig.
Ferner kann auf der gemeinsamen Elektrode 225 über der Lichtausblendschicht 210 ein strukturierter Abstandshalter (nicht dargestellt) beispielsweise dadurch ausgebildet werden, dass Benzocyclobuten (BCB), Fotoacryl, Cytop oder Perfluorcyclobuten (PFCB) auf sie aufgetragen und strukturiert wird.
Das in der 5 im Schnitt dargestellte Flüssigkristalldisplay verfügt über ein Arraysubstrat 300 und ein Farbfiltersubstrat 400, die einander zugewandt sind und zwischen denen eine Schicht aus Flüssigkristallmolekülen 350 angeordnet ist. Das Arraysubstrat 300 besteht aus einem ersten transparenten Substrat 302, einem Dünnschichttransistor T mit einer Gateelektrode, einer Halbleiterschicht, einer Sourceelektrode und einer Drainelektrode an der Innenseite des ersten transparenten Substrats 302 sowie eine mit dem Dünnschichttransistor T verbundene Pixelelektrode 318. Genauer gesagt, wird die Gateelektrode 304 auf dem ersten transparenten Substrat 302 hergestellt, auf ihr wird eine Gateisolierschicht 306 hergestellt, auf der wiederum die Halbleiterschicht 308 hergestellt wird, und die Sourceelektrode 310 und die von ihr beabstandete Drainelektrode 312 werden auf der Halbleiterschicht 308 ausgebildet. Ferner wird eine Datenleitung 314 mit der Sourceelektrode 310 verbunden, wobei diese sich im wesentlichen von der Datenleitung 314 aus erstreckt. Auf der Source- und der Drainelektrode 310 und 312 wird eine Passivierungsschicht 316 mit einem Drainkontaktloch 318, das einen Teil der Drainelektrode 312 freilegt, ausgebildet. Die Pixelelektrode 320 wird auf der Passivierungsschicht 316 hergestellt und durch das Drainkontaktloch 318 mit der Drainelektrode 312 verbunden.
Das Farbfiltersubstrat 400 verfügt über ein zweites transparentes Substrat 402 mit einem Lichtausblendbereich LS, eine Farbfilterschicht 406 mit Unterfarbfiltern 406a (nicht dargestellt) bis 406c für rot, für grün und für blau im ersten bis dritten Lichttransmissionsbereich LT1 (nicht dargestellt) bis LT3, und eine gemeinsame Elektrode 408 auf der Farbfilterschicht 406. Die Pixelelektrode 320 ist so ausgebildet, dass sie den genannten Unterfarbfiltern entspricht. Ferner wird zwischen dem Arraysubstrat 300 und dem Farbfiltersubstrat 400 ein strukturierter Abstandshalter 360 angeordnet, der dem Lichtausblendbereich LS entspricht. Es ist zwar nicht dargestellt, jedoch werden ein erster und ein zweiter Orientierungsfilm (nicht dargestellt) an den Innenflächen des Arraysubstrats 300 bzw. des Farbfiltersubstrats 400 ausgebildet, die mit dem strukturierten Abstandshalter 360 in Kontakt stehen. Alternativ kann der strukturierte Abstandshalter 360 bei einem Flüssigkristalldisplay angewandt werden, das über das Farbfiltersubstrat 400 verfügt, auf dem die Lichtausblendschicht 210 (der 4D) aus einem Harzmaterial mit Ruß ausgebildet ist.
Anhand der 6 wird nun ein Flüssigkristalldisplay vom Typ mit einem Farbfilter auf einem Dünnschichttransistor (COT) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert. Wie es aus der 6 erkennbar ist, sind ein erstes und ein zweites Substrat 500 und 600 einander zugewandt, und zwischen ihnen befindet sich eine Flüssigkristallschicht. Das erste Substrat 500 verfügt über einen Dünnschichttransistor T mit einer Gateelektrode 502, einem Halbleiter 506 sowie einer Source- und einer Drainelektrode 508 und 510. Ferner ist eine Datenleitung 512 vorhanden, die mit der Sourceelektrode 508 verbunden ist. Auf dem Dünnschichttransistor T ist eine erste Passivierungsschicht 514 ausgebildet, auf der wiederum eine Farbfilterschicht 516 ausgebildet ist, auf der sich eine zweite Passivierungsschicht 518 befindet. Dabei enthält die Farbfilterschicht 516 Unterfarbfilter 516a, 516b für rot und für grün sowie für blau (nicht dargestellt). Von den Letzteren sind das Unterfarbfilter 516b für grün und das zu diesem benachbarte Unterfarbfilter 516a für rot dargestellt.
Die erste Passivierungsschicht 514, die Farbfilterschicht 516 und die zweite Passivierungsschicht 518 verfügen gemeinsam über ein Drainkontaktloch 520, das einen Teil der Drainelektrode 510 freilegt. Auf der zweiten Passivierungsschicht 518 ist eine Pixelelektrode 522 ausgebildet, die durch das Drainkontaktloch 520 hindurch mit der Drainelektrode 510 verbunden ist.
An der Innenseite des zweiten Substrats 600 ist ein Lichtausblendbereich LS vorhanden, der dem Dünnschichttransistor T und der Datenleitung 512 entspricht. Wie es anhand der 3A bis 3D erläutert wurde, ist der Lichtausblendbereich LS ein Bereich, der durch ein Einstrahlen eines Laserstrahls auf die Farbe Schwarz verfärbt wurde.
An der Innenfläche des zweiten Substrats 600 mit dem Lichtausblendbereich LS ist eine gemeinsame Elektrode 602 ausgebildet. Die Flüssigkristallschicht 550 ist im wesentlichen zwischen der Pixelelektrode 522 und der gemeinsamen Elektrode 602 angeordnet. Die Dicke der Flüssigkristallschicht 550 entspricht einem Zellenzwischenraum CG, und zwischen der Pixelelektrode 522 und der gemeinsamen Elektrode 602 ist ein strukturierter Abstandshalter 560 so ausgebildet, dass er dem Lichtausblendbereich LS und der Datenleitung 512 entspricht. In der 6 ist der strukturierte Abstandshalter 560 im Zellenzwischenraum zwischen dem Unterfarbfilter 516a für rot und dem Unterfarbfilter 516b für grün angeordnet, jedoch kann die Position desselben abhängig von der Position des Lichtausblendbereichs LS variieren.
Wie oben erläutert, können die Prozesszeit und die Kosten für eine Schwarzmatrix wesentlich gesenkt werden, wenn der Lichtausblendbereich oder die Lichtausblendschicht gemäß der Erfindung bei einem LCD vom COT-Typ angewandt wird. Diese können jedoch beispielsweise auch bei einem LCD vom Typ mit einem Dünnschichttransistor auf einer Farbfilterschicht (TOC = Thin Film Transistor an Color Filter) angewandt werden.
Gemäß der Erfindung kann ein Substrat für ein Flüssigkristalldisplay ein Auslecken von Licht unter Verwendung einer Lichtaus blendeinrichtung verhindern, die mittels eines Laserstrahls erzeugt wird, ohne dass eine Schwarzmatrix durch Fotolithografie herzustellen wäre, wodurch die Prozesszeit verkürzt wird, die Kosten gesenkt werden und die Prozessausbeute verbessert wird. Ferner zeigt die Lichtausblendeinrichtung im wesentlichen keine Stufe, wenn sie und die Farbfilterschicht auf demselben Substrat hergestellt werden. Daher kann eine zusätzliche Überzugsschicht weggelassen werden, wodurch die Prozesszeit verkürzt wird und Kosten hinsichtlich der Überzugsschicht wegfallen. Ferner können, da die Lichtausblendeinrichtung dadurch ausgebildet wird, dass ein gewünschter Bereich selektiv auf die Farbe Schwarz verfärbt wird, die anderen Bereiche als Lichttransmissionsbereich definiert werden. Daher kann ein Schwarzdefekt gemäß der einschlägigen Technik verhindert werden, was die Herstellausbeute weiter verbessert.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Substrats für ein Flüssigkristalldisplay, mit den folgenden Schritten: Anbringen eines transparenten Substrats auf einem Tisch eines Lasers; Aufstrahlen eines Laserstrahls vorbestimmter Leistung auf das transparente Substrat, um in diesem einen Lichtausblendbereich auszubilden, der einen ersten bis dritten Lichttransmissionsbereich umgibt; und Herstellen einer Farbfilterschicht mit Unterfarbfiltern für rot, für grün und für blau im ersten bis dritten Lichttransmissionsbereich; wobei Grenzen der Unterfarbfilter für rot, für grün und für blau dem Lichtausblendbereich entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Einstrahlen des Laserstrahls gehört, denselben mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 7000 bis ungefähr 10.000 mm/s in Bezug auf das Substrat zu verstellen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Leistung ungefähr 100 bis ungefähr 200 W beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtausblendbereich mit einer ersten Dicke hergestellt wird, die ein Fünftel bis ein Drittel einer zweiten Dicke des transparenten Substrats ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Laser ein YAG:Nd-Laser verwendet wird, der einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von ungefähr 1064 nm erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als transparentes Substrat ein Glas verwendet wird, das zumindest Zäsium (Cs), Aluminium (Al), Rubidium (Rb) und/oder Natrium (Na) enthält.
Verfahren zum Herstellen eines Substrats für ein Flüssigkristalldisplay, mit den folgenden Schritten: Herstellen einer Harzschicht auf einem Substrat; Anordnen des Substrats auf einem Tisch eines Lasers; Einstrahlen eines Laserstrahls mit vorbestimmter Leistung auf die Harzschicht, um in dieser einen Lichtausblendbereich auszubilden, die erste bis dritte Lichttransmissionsbereiche umgibt; und Herstellen einer Farbfilterschicht mit Unterfarbfiltern für rot, für grün und für blau in den ersten bis dritten Lichttransmissionsbereichen; wobei Grenzen der Unterfarbfilter für rot, für grün und für blau dem Lichtausblendbereich entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Laser ein YAG:Nd-Laser verwendet wird, der einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von ungefähr 1064 nm erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Einstrahlen des Laserstrahls gehört, denselben mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 10.000 bis ungefähr 12.000 mm/s in Bezug auf das Substrat zu verstellen.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Leistung ungefähr 30 bis ungefähr 100 W beträgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Harzschicht eine solche verwendet wird, die ein Carbonatpolymer, ein Polyesterharz und eine schwarze Färbungsmittelverbindung enthält.
Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch das Entfernen eines Teils der Harzschicht im ersten bis dritten Lichttransmissionsbereich, um im Lichtausblendbereich eine Lichtausblendschicht auszubilden.
Substrat für ein Flüssigkristalldisplay, mit: einem transparenten Substrat (101); einem Lichtausblendbereich (LS) im transparenten Substrat um erste bis dritte Lichttransmissionsbereiche (LT1, LT2, LT3) herum; und einer Farbfilterschicht (115) mit Unterfarbfiltern (115a, 115b, 115c) für rot, für grün und für blau, die alle über dieselbe Dicke verfügen und im ersten, zweiten bzw. dritten Lichttransmissionsbereich positioniert sind.
Substrat nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine gemeinsame Elektrode (120) auf der Farbfilterschicht (115).
Substrat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtausblendbereich (Lichtausblendschicht) eine erste Dicke aufweist, die ein Fünftel bis ein Drittel einer zweiten Dicke des transparenten Substrats (101) ist.
Substrat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Substrat (101) aus Glas besteht, das zumindest Zäsium (Cs), Aluminium (Al), Rubidium (Rb) und/oder Natrium (Na) enthält.
Substrat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtausblendschicht aus einem Harz besteht, das ein Carbonatpolymer, ein Polyesterharz und eine schwarze Färbungsmittelverbindung enthält.
Flüssigkristalldisplay mit: einem ersten Substrat und einem diesem zugewandten zweiten Substrat, das erste bis dritte Lichttransmissionsbereiche aufweist, die von einem Lichtausblendbereich umgeben sind; einer Farbfilterschicht mit Unterfarbfiltern für rot, für grün und für blau an der Innenseite des ersten oder zweiten Substrats in Entsprechung zu den ersten bis dritten Lichttransmissionsbereichen, wobei Grenzen der Unterfarbfilter dem Lichtausblendbereich entsprechen; und einer Schicht aus Flüssigkristallmolekülen zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat.
Flüssigkristalldisplay mit: einem ersten Substrat und einem diesem zugewandten zweiten Substrat; einer Lichtausblendschicht auf dem transparenten Substrat um erste bis dritte Lichttransmissionsbereiche herum, wobei diese Lichtausblendschicht ein Carbonatpolymer, ein Polyesterharz und eine schwarze Färbungsmittelverbindung enthält; einer Farbfilterschicht mit Unterfarbfiltern für rot, für grün und für blau an der Innenseite des ersten oder zweiten Substrats in Entsprechung zu den ersten bis dritten Lichttransmissionsbereichen, wobei Grenzen der Unterfarbfilter dem Lichtausblendbereich entsprechen; und einer Schicht aus Flüssigkristallmolekülen zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat.
Flüssigkristalldisplay nach Anspruch 18 oder 19, gekennzeichnet durch: eine gemeinsame Elektrode auf dem zweiten Substrat; einen Dünnschichttransistor auf der Innenseite des ersten Substrats; eine mit dem Dünnschichttransistor verbundene Pixelelektrode, die jedem der Unterfarbfilter für rot, für grün und für blau entspricht; und einen strukturierten Abstandshalter zwischen der gemeinsamen Elektrode und der Pixelelektrode, der der Lichtausblendschicht entspricht.
Flüssigkristalldisplay nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbfilterschicht zwischen dem zweiten Substrat und der gemeinsamen Elektrode angeordnet ist.
Flüssigkristalldisplay nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbfilterschicht zwischen dem Dünnschichttransistor und der Pixelelektrode angeordnet ist.