DE69206843T2

DE69206843T2 - Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters und farbelektrooptische Vorrichtung

Info

Publication number: DE69206843T2
Application number: DE69206843T
Authority: DE
Inventors: Takakazu Fukuchi; Hitoshi Kamamori; Mitsuru Suginoya
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1991-02-26
Filing date: 1992-02-21
Publication date: 1996-05-23
Anticipated expiration: 2012-02-22
Also published as: DE69206843D1; KR100272312B1; EP0501694A2; JPH04270316A; TW217443B; EP0501694B1; US5151379A; JP2598342B2; EP0501694A3; KR920016854A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters und einer Farb-elektrooptischen Vorrichtung, wie Z.B. einer Farb-Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einer transparenten Elektrode über einem Farbfilter, welches auf einem transparenten Substrat gebildet ist.
Die Figur 3 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Farb- Flüssigkristallanzeigevorrichtung des Stands der Technik zeigt. Das Bezugszeichen 21 bezeichnet ein aus Glas hergestelltes Substrat; das Bezugszeichen 22 bezeichnet eine aus Indiumzinnoxid hergestellte transparente Elektrode (wird nachfolgend als "ITO" bezeichnet> ; und das Bezugszeichen 23 bezeichnet ein aus einem organischen Polymer und einem Färbungsmaterial hergestelltes Farbfilter, welches durch Färben, Drucken, Elektroablagerung o.dgl. gebildet wird. Wenn das Färbeverfahren oder das Druckverfahren verwendet wird, dann kann man das ITO der Elektrode 22 weglassen. Das Bezugszeichen 24 bezeichnet eine zweite transparente Elektrode, welches aus einem ITO gebildet ist und derart ausgebildet ist, daß sie ein mit dem Farbfilter ausgerichtetes Muster aufweist. Diese zweite transparente Elektrode 24 wird im Stand der Technik durch ein Zerstäubungsverfahren hergestellt.
Das Bezugszeichen 25 bezeichnet ein gegenüberliegendes Substrat, auf welchem eine transparente Elektrode 26 aus einem ITO gebildet ist. Das gegenüberliegende Substrat 25 liegt dem Substrat 21 gegenüber, um dazwischen einen Flüssigkristall 27 sandwichartig aufzunehmen, um eine Mehrfarb-Flüssigkristallanzeigevorrichtung zu bilden. Die Flüssigkristallanzeigevor richtung kann die transparente Elektrode 24 über dem Farbfilter als eine Antriebselektrode zum Anlegen einer Spannung an den Flüssigkristall verwenden. Durch Anlegen der Antriebsspannung direkt an den Flüssigkristall gibt es keinen Spannungsverlust, welcher zuvor durch Anlegen der Spannung durch das Farbfilter hindurch verursacht worden ist. Somit ist die Flüssigkristallanzeigevorrichtung besonders zweckmäßig, da sie mit einer niederen Spannung betrieben werden kann.
Wenn jedoch die transparente Elektrode 24 über dem Farbfilter durch Zerstäuben gebildet wird, kann die Substrattemperatur beim Bilden des Films nicht auf eine relativ hohe Temperatur angehoben werden, aufgrund der Wärmefestigkeit, welche eine Konsequenz daraus ist, daß das Farbfilter aus einem organischen Polymer hergestellt ist. Somit muß das Verfahren bei einer niedrigeren Temperatur als normal durchgeführt werden, wenn ein Film auf einem anorganischen Substrat aus Glas o.dgl. gebildet wird. Diese niedrigere Temperatur führt zu einer Verschlechterung des Kontakts zwischen dem gebildeten Film und dem Substrat. Noch schlimmer ist, daß es häufig auftritt, daß der spezifische Widerstand des Films nicht sinkt. Als Ergebnis daraus ist es wahrscheinlich, daß ein Abtrennen oder andere Defekte auftreten, und es kann bei einer gewünschten Filmdicke kein ausreichend niedriger Widerstand erhalten werden.
Im allgemeinen sind ein organisches Polymer und ein anorganisches Substrat, wie z.B. das ITO, in ihrer thermischen Verformung sehr unterschiedlich, so daß beim Erhitzen leicht eine Verschiebung an ihrem Übergang auftreten wird, wenn sie nur aneinander angrenzen. Wenn der Film durch Zerstäuben gebildet wird, dann ist die Energie der auf das Farbfilter auftreffenden Partikel relativ gering, so daß die Verbindungen zwischen den Partikeln des Films und des Farbfilters schwächer sind als die thermischen Belastungen am Übergang. Somit können Defekte, wie z.B. ein Abtrennen, ein Zerbrechen o.dgl., auftreten.
Wenn andererseits das verwendete organische Polymer erhitzt wird und bei der Grenze der Wärmefestigkeit ein Film gebildet wird, um den Kontakt zu verbessern, dann werden die Belastungen aufgrund der thermischen Verformung des Farbfilters leicht an dem Filmübergang konzentriert, was Defekte, wie z.B. das Zerbrechen, verursacht.
Bisher kann zum Vermeiden dieses Defekts eine Ummantelungsschicht mit einer Pufferwirkung sandwichartig zwischen dem Farbfilter und der transparenten Elektrode angeordnet werden. Dies verursacht jedoch eine beträchtliche Schwierigkeit, nachdem die transparente Elektrode gebildet worden ist, darin, eine ausreichende Festigkeit bei der Wärmebehandlung und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung im Gebrauch vorzusehen.
Andererseits ist zum Verbessern des Kontakts mit dem organischen Polymer die transparente Elektrode durch lonenbeschichtung gebildet worden, bei welcher Verdampfungspartikel ionisiert werden, um durch einen Plasmastrahl einen Film zu bilden, wie in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 198419/1990 offenbart.
Dieses Ionenbeschichtungsverfahren verbessert den Kontakt des Farbfilms o.dgl. mit dem organischen Polymer beträchtlich, es ist jedoch schwierig, eine geeignete Abdeckung vorzusehen, um den spezifischen Widerstand zu senken, und um eine transparente Dünnschichtelektrode vorzusehen, welche einen geringen Widerstand aufweist.
Es sind daher bei Film-Herstellungstechniken Untersuchungen gemacht worden zum Bilden eines derartigen Films auf einem aus organischem Polymer hergestellten Farbfilm, welcher gute Kontaktcharakteristiken aufweist und einen geringen spezifischen Widerstand erreicht. Als Ergebnis ist erhalten worden, daß eine durch ein Hochfrequenz-Ionenbeschichtungsverfahren gebildete transparente Elektrode, in welchem Verfahren eine von einer Verdampfungsquelle verdampfte Substanz durch eine Hochfrequenz-Glühentladung ionisiert wird und durch ein elektrisches Gleichstromfeld beschleunigt wird, eine hohe Kontaktfähigkeit mit dem Farbfilter aufweist und einen ausreichend niederen spezifischen Widerstand aufweist, und daß eine Farb- elektrooptische Vorrichtung, welche die transparente Elektrode verwendet, eine gute Anzeigequalität und Zuverlässigkeit aufweist.
Eine Hochfrequenz-Ionenbeschichtungseinrichtung ist detailliert in dem Artikel "High-Frequency Ion Plating Apparatus" auf der Seite 687 der Ausgabe 43 von APPLIED PHYSICS, herausgegeben 1974, offenbart.
Die vorliegende Erfindung, wie sie im Anspruch 1 angegeben ist, verwendet dieses Hochfrequenz-Ionenbeschichtungsverfahren, in welchem ein verdampftes Material durch eine Hochfrequenz-Glühentladung ionisiert wird und in einem elektrischen Gleichstromfeld beschleunigt wird, um eine transparente Elektrode auf der Farbfilterschicht, welche aus organischem Material hergestellt ist, vorzusehen.
Bei diesem Hochfrequenz-Ionenbeschichtungsverfahren bewegen sich die beschleunigten Partikel mit hoher Energie in das organische Polymer der Farbfilterschicht, so daß der durch die Ablagerung der Partikel vorgesehene transparente Elektrodenfilm eine starke Verbindung aufweist, welche zu einem guten Kontakt führt und hohen thermischen Belastungen standhalten kann. Zusätzlich zu der vorangehenden Wirkung kann das Substrat gemäß dem Hochfrequenz-Ionenbeschichtungsverfahren von jeglichem unnötigen Auftreffen von geladenen Partikel befreit werden, um Defekte in dem ITO-Film zu vermeiden. Als Ergebnis daraus, scheint es so, daß ein homogener Film erhalten werden kann, was zu einem geringen spezifischen Widerstand führt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Figur 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer elektrooptischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 2 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer elektrooptischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 3 eine Schnittansicht einer elektrooptischen Vorrichtung gemäß einem Herstellungsverfahren des Stands der Technik zeigt; und
Figur 4 eine Hochfrequenz-Ionenbeschichtungsvorrichtung zeigt, welche zum Vorsehen eines transparenten Elektrodenfilms auf einer Farbfilterschicht der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Die Figur 1 ist ein Schnitt, welcher eine Farb-elektrooptische Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet ein aus Glas hergestelltes Substrat, und das Bezugszeichen 2 ist eine Indiumzinnoxid-ITO-Elekrode, welche auf dem Substrat 1 gebildet ist. Ein Farbfilter 3 ist auf der ITO-Elektrode 2 durch Anlegen einer Spannung an die ITO-Elektrode in einer Elektroablagerungslösung gebildet, welche durch Auflösen eines Polyestermelaminharzes und eines Färbungsmaterials in Wasser vorbereitet worden ist, um das Farbfilter 3 auf der ITO-Elektrode 2 abzulagern. Das Verfahren zum Bilden des Farbfilters durch Elektroablagerung ist detailliert in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 59446/1990 offenbart. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine zweite Elektrode, welche auf dem Farbfilter 3 durch Hochfrequenz-Ionenbeschichtung gebildet ist. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet ein gegenüberliegendes Substrat, welches aus Glas hergestellt ist und auf welchem eine ITO-Elektrode 6 gebildet ist. Somit ist die Farb-elektrooptische Vorrichtung durch Anordnen des Substrats 2 und des Substrats 5 gegenüberliegend zueinander aufgebaut, wodurch ein Flüssigkristall 7 sandwichartig zwischen diesen aufgenommen ist.
Die Vorrichtung wird in der folgenden Art und Weise hergestellt:
(1) Ein ITO-Film wird auf dem Substrat 1 abgelagert und wird mit einer vorbestimmten Form durch Photolithographie gebildet, um die ITO-Elektrode 2 vorzubereiten.
(2) Nachfolgend wird eine Spannung an die ITO-Elektrode 2 angelegt, wenn diese in einer Elektroablagerungslösung angeordnet ist, umfassend ein Polyestermelaminharz und ein Färbungsmaterial, welche in Wasser gelöst sind, um das Farbfilter zu bilden (welches eine Hitzebeständigkeit bis zu ungefähr 250ºC aufweist).
(3) Nachfolgend wird ITO durch Hochfrequenz-Ionenbeschichtung auf dem Substrat abgelagert, auf welchem das Farbfilter gebildet ist, um die zweite Elektrode über dem Farbfilter durch die Verwendung von Photolithographie mit einer vorbestimmten Form zu bilden.
(4) Die gegenüberliegende Fläche des Substrats 5, auf welcher die ITO-Elektrode 6 gebildet ist, und des vorher erwähnten Substrats 1, werden derart orientiert, daß der Flüssigkristall 7 sandwichartig dazwischen aufgenommen ist. Dadurch wird die Anzeigevorrichtung, wie sie in Figur 1 gezeigt ist, hergestellt.
Nebenbei gesagt, sind die vorher erwähnten Herstellungsschritte (1) und (2) erforderlich, wenn ein durch Elektroablagerung gebildetes Farbfilter verwendet wird. Wenn jedoch das Farbfilter durch Färben oder Drucken gebildet wird, dann kann der Schritt (1) weggelassen werden, und das Farbfilter wird auf dem Substrat (1) durch Färben oder Drucken in dem Schritt (2) gebildet.
Nachfolgend wird ein Beispiel einer Hochfrequenz-Ionenbeschichtung zum Bilden des ITO auf dem Farbfilter 3 beschrieben.
Die Figur 4 ist ein Schnitt, welcher ein Beispiel einer Einrichtung zeigt, die dieses Hochfrequenz-Ionenbeschichtungsverfahren verwendet. In der Figur wird eine Vakuumkammer 31 durch ein Glockengefäß 32 luftdicht gehalten. Die Vakuumkammer 31 wird durch eine Evakuierungsleitung 33, umfassend eine Vakuumpumpe, evakuiert. Das Glockengefäß 32 ist mit einem Gaseinlaß 34 ausgestattet. Beim Bilden des transparenten leitfähigen Films wird zunächst das Innere des Glockengefäßes 32 durch die Evakuierungsleitung 33 evakuiert, und dann wird Sauerstoffgas durch den Gaseinlaß 34 zugeführt. Dieses Sauerstoffgas weist einen Partialdruck auf, welcher auf ungefähr 7,5 x 10&supmin;&sup8; bis x 10&supmin;&sup5; Nm², 10&supmin;&sup5; bis 10&supmin;² Torr, reguliert ist. Die vorliegende Ausführungsform weist beispielsweise einen Druck von 7,5 x 10&supmin;&sup6; Nm², 1 x 10&supmin;³ Torr auf.
Das Glockengefäß 32 ist ausgestattet mit: einer Substrateinheit, umfassend ein Substrat 35 mit einem Farbfilter und einem Halter 36, einem Verdampfungssubstrat 37, umfassend 5 % Zinnoxid und 95 % Indiumoxid zum Bilden des Films, einem Hitzeschiffchen 38 zum Erhitzen und Verdampfen des Verdampfungssubstrats 37, einer Hochfrequenzspule 39 zum lonisieren der verdampften Partikel durch Hochfrequenzanregung und einer Abschirmung 40. Ferner kann an den Halter 36 und das Hitzeschiffchen 38 ein elektrisches Gleichstromfeld angelegt werden.
Die Partikel werden von der Verdampfungssubstanz 37 durch Erhitzen verdampft und treten in das Glockengefäß ein. Beim Durchlaufen der Hochfrequenzspule werden die Partikel in dem Hochfrequenzanregungsbereich, welcher innerhalb der Abschirmung 40 gebildet ist, ionisiert. Die ionisierten Partikel werden beschleunigt, um auf diese Substratoberfläche aufzutreffen und sich dort abzulagern, um durch die Wirkung des elektrischen Felds einen Abdeckungsfilm zu bilden, welches Feld an das Substrat 35 oder den Halter 36 angelegt wird. Gleichzeitig kann das Substrat erhitzt werden, um das Ablagerungsvermögen zu verbessern. Für den Ionenbeschichtungsvorgang kann ein inertes Gas, wie z.B. Argon oder Helium, zusammen mit dem Sauerstoffgas in dem Glockengefäß verteilt sein. Ferner kann eine Hilfselektrode in dem Glockengefäß angeordnet sein, um die Verteilung des elektrischen Felds zu korrigieren, um dadurch bessere Filmcharakteristiken zu erreichen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Substrat durch Anlegen von Hochfrequenzwellen von 13,56 MHZ an die Hochfrequenzspule auf 200ºC erhitzt worden, um einen transparenten leitfähigen Film aus ITO zu bilden, welcher eine Dicke von 0,6 x 10-&sup6; m, eine Transmissivität von 85 % und einen Oberflächenwiderstand von 8 bis 10 Ω/m² aufweist.
Bei der gemäß der vorliegenden Ausführungsform so hergestellten elektrooptischen Vorrichtung weist die ITO-Elektrode über dem Farbfilter einen hervorragenden Kontakt, jedoch kein Abtrennen oder Aufbrechen beim Bilden des Films auf, und weist keine Widerstandsänderung auf, selbst wenn sie nachfolgend für 5 Stunden auf 200ºC erhitzt wird, und ein ausreichender Kontakt wird beibehalten. Da die ITO-Elektrode dünn ist und einen geringen Widerstand aufweist, weist ferner die elektrooptische Farb-Flüssigkristallvorrichtung, welche die ITO-Elektrode verwendet, hervorragende Anzeigequalitäten auf und kann mit einer geringen Spannung betrieben werden, selbst wenn sie bei 80ºC 2000 Stunden lang betrieben worden ist, ohne daß eine Verschlechterung der Elektrode auf dem Farbfilter auftritt.
Die Figur 2 ist ein Schnitt, welcher eine weitere Ausführungsform einer Mehrfarb-Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet ein aus Glas hergestelltes Substrat, das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine transparente ITO-Elektrode, welche auf diesem durch Elektroablagerung gebildet ist, mit einem Farbfilter 13, welches aus einem Acryl-Melaminharz und einem Färbungsmaterial hergestellt ist. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet eine Ummantelungsschicht, welche aus einem Acryl-Epoxyharz hergestellt ist zum Abglätten der Rauhigkeit der Oberfläche des Substrats 11 und zum Schützen des Farbfilters. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet eine zweite transparente Elektrode, welche aus ITO hergestellt ist und durch Hochfrequenz-Ionenbeschichtung entsprechend der Ausführungsform 1 hergestellt ist. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet ein gegenüberliegendes Substrat, welches aus Glas hergestellt ist. Nachdem eine transparente ITO-Elektrode 17 darauf gebildet worden ist, wird das gegenüberliegende Substrat dem Substrat 11 gegenüberliegend angeordnet, und ein Flüssigkristall 18 wird sandwichartig zwischen den beiden Substraten angeordnet, um die elektrooptische Farb-Flüssigkristallvorrichtung zu bilden. Die elektrooptische Vorrichtung kann Effekte erreichen, welche denjenigen der vorangehenden Ausführungsform gleich sind.
Diese Ausführungsform ist derart ausgeführt, daß das Farbfilter 13 der Figur 2 durch Färben hergestellt ist, worin eine photoempfindliche Gelatine durch Photolithographie gemustert und gefärbt worden ist. In diesem Falle kann die ITO-Elektrode 12 weggelassen werden. Dann ist die Ummantelungsschicht 14 aus einem Polyimidharz gebildet worden, welches eine Silikonzusam mensetzung enthält, um eine mehrfarbige Flüssigkristallanzeigevorrichtung wie in der vorangehenden Ausführungsform herzustellen, um entsprechend Effekte vorzusehen.
Im Gegensatz dazu ist die ITO-Elektrode 24 auf dem Filter der Figur 3 einem Gleichstrom-Zerstäuben bei einer Substrattemperatur von 200ºC unter Verwendung eines Indiumzinnoxids als das Ausgangsmaterial unterzogen worden. Unmittelbar nach dem Bilden des Films ist die Elektrode darauf gesprungen, so daß kein ausreichender Kontakt erhalten werden konnte.
Wie insbesondere in Verbindung mit den Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist das Verfahren zur Herstellung der Farb-elektrooptischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen durch Bilden der transparenten Elektrode auf dem Farbfilter durch Hochfrequenz-Ionenbeschichtung, um den Kontakt mit dem auf einem organischen Polymer hergestellten Farbfilter beträchtlich zu verbessern und um die Wärmebeständigkeit zu verbesern. Ferner ist es möglich, die Farbelektrooptische Vorrichtung stabil herzustellen, welche einen dünnen Film aufweist und eine Elektrode mit geringem Widerstand, die mit geringen Spannungen betrieben werden kann und hervorragende Abdeckungscharakteristiken aufweist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters auf einem Substrat, umfassend:

das Bilden eines Farbfilters (3, 13), welches aus einem organischen Polymer besteht, auf einem Substrat (1, 11); und

das Bilden eines transparenten leitfähigen Films (4, 15) auf dem Farbfilter,

gekennzeichnet durch das Bilden des transparenten leitfähigen Films durch Hochfrequenz-Ionenbeschichtung, welche umfaßt: das Verdampfen eines Materials (37);

das Ionisieren des verdampften Materials durch eine Hochfrequenz-Glühentladung (39);

das Beschleunigen des ionisierten Materials durch ein elektrisches Gleichstromfeld in einer Niederdruckkammer (32); und

das Ablagern des ionisierten Materials auf dem Farbfilter (3, 13).

2. Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters auf einem Substrat nach Anspruch 1, ferner umfassend das Erhitzen des Substrats auf eine Temperatur von weniger als 250ºC während des Ablagerns des ionisierten Materials.

3. Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters auf einem Substrat nach Anspruch 1 oder 2, worin das Farbfilter (3, 13) ein ausgehärtetes Material aus einem Polyesterharz und einem Melaminharz umfaßt oder ein ausgehärtetes Material aus einem Acrylharz und einem Melaminharz umfaßt.

4. Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters auf einem Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der transparente leitfähige Film (4, 15) aus einem Indiumzinnoxid hergestellt ist.

5. Verfahren zur Herstellung einer Farb-elektrooptischen Vorrichtung (7, 18), umfassend: das Herstellen eines Farbfilters auf einem Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und das Bilden eines gegenüberliegenden Substrats (5, 16) durch Halten eines vorbestimmten Zwischenraums zu dem Substrat (1, 11) und das Einfüllen eines Flüssigkristallmaterials in den Zwischenraum.