NL8204678A - Werkwijze voor de vervaardiging van een kleurenbeeldscherm. - Google Patents

Description

' * «

Werkwijze voor de vervaardiging van een kleurenbeeldscherm.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van een kleurenbeeldscherminrichting 5 welke inrichtingen omvatten een paar elektroden die respektieve-lijk zijn aangebracht op tegenover elkaar gelegen oppervlakken van twee grondplaten die evenwijdig met elkaar op enige afstand staan, waarbij een dunne kleurfilterlaag is gevormd op tenminste een van de elektroden en waarbij vloeibaar-kristalmateriaal 10 de ruimte tussen de elektroden vult en kan worden bestuurd wat betreft lichtdoorlaatbaarheid of lichtreflektie door middel van de tussen de elektroden aangelegde spanning. In het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van dergelijke inrichtingen die is gekenmerkt 15 doordat de kleurfilterlaag wordt gevormd door gebruikmaking van een geschikte verfwerkwijze.

Het kleurenbeeldscherm wordt gebruikt of is geschikt om te worden gebruikt in afbeeldingsinrichtingen voor computersystemen, in televisie-ontvangtoestellen, in video-20 monitors en in vele andere inrichtingen. Om deze reden is veel onderzoek gedaan, alsmede ontwikkelingswerk verricht ten aanzien van een dergelijk kleurenbeeldscherm.

Een voorbeeld van het kleurenbeeldscherm is getekend in de figuren 1 en 2. Een paar grondplaten 21 zijn 25 evenwijdig aan elkaar geplaatst waarbij hun naar binnen gekeerde oppervlakken groepen smalle elektrodes 22 dragen. Op de elektroden van een van de groepen zijn dunnen kleurenfilter-lagen 23 afgezet waarbij deze lagen de fotometrisch primaire kleuren, dat wil zeggen rood (R), groen (G) en blauw (B) ver-30 tegenwoordigen. De ruimte tussen de grondplaten 21 is gevuld met vloeibaar-kristalmateriaal 24 en afgedicht met een afstands-orgaan 25 dat is geplaatst op de rand van de platen.

Zoals blijkt uit fig. 1 omvat het kleurenbeeldscherm een aantal kleine gebiedjes 11 die elk overeenkomen met de 35 beeld-elementen die een oorspronkelijk beeld vormen. De kleine 8204678 • * 2 gebiedjes 11 bevatten de genoemde kleurenfilterlagen 23R, 23G en 23B die werkzaam zijn als een stel van drie primaire kleuren.

In bedrijf wordt een spanning aangelegd tussen de elektrode 22 en de groep gekleurde elektroden 22 die van de eerste elektro-5 de is gescheiden door het tussengebrachte vloeibaar-kristalmateri-aal zodat een kleurenbeeld kan worden gepresenteerd op de grond-plaat 21 met behulp van een bestuurde verandering in de mate van doorlaatbaarheid of de mate van reflektie van het vloeibaar-kristalmateriaal 24.

10 De kwaliteit van de prestatie van een dergelijk kleurenbeeldscherm hangt af van de opbouw en de aard van de kleurenfilterlaag. De volgende voorwaarden zijn bekend en worden geacht van wezenlijk belang te zijn bij de vervaardiging van de kleurenfilterlaag.

15 In de eerste plaats moet de laag voldoende dun zijn om de aandrijfspanning laag te houden die anders zou toenemen als gevolg van de tussen het paar elektroden aanwezige dikkere laag. De laagdikte moet voldoende klein zijn in vergelijking met de dikte van de laag van hetvloeibaar-kristal-20 materiaal. Volgens proefresultaten waarvan mededeling is gedaan, is de dikte van de kleurenfilterlaag bij voorkeur 0,6 ^um of minder.

Het is verder noodzakelijk dat het aantal kleine gebiedjes van de filterlaag achtereenvolgens kan worden gekleurd 25 met verschillende kleuren en met een voldoende nauwkeurigheid.

Dit is absoluut noodzakelijk voor een duidelijk kleurenbeeld van een ingewikkeld patroon.

Ten derde dienen de kleuren van de filterlagen zuiver te zijn en moeten de tinten daarvan goed met elkaar 30 in evenwicht zijn. Dit is een vereiste voor een grote getrouwheid bij de weergave van het kleurenbeeld.

Ten vierde mogen de genoemde lagen niet ongelijk van dikte zijn. Een dergelijke ongelijkheid zou resulteren in het ongelijkmatig zijn van de aandrijfspanning tussen de 35 lagen van verschillende kleuren. In het algemeen dient de onge- 8204678 3 lijkheid minder dan 1 X van de dikte van de laag vloeibaar kristal te zijn.

Het vijfde vereiste is een in de praktijk uitvoerbare massaproduktie die de kosten beperkt.

5 Echter is met geen van de tot nu toe bekende werkwijzen op geslaagde wijze voldaan aan de genoemde voorwaarden. Bijvoorbeeld kan zeefdruk die de produktiekosten kan verkleinen, geen dunne filteringen opleveren. Ook de mate waarin de dikte van de lagen gelijk is, kan niet door deze wijze 10 van drukken worden verbeterd. Bij de zogenaamde "meerlagige- membraan-interferentie"-werkwijze worden de elektroden herhaaldelijk met geschikte metaaloxyden in vacuum bekleed. Het meer-kleurenfilter dat met deze werkwijze wordt vervaardigd, heeft echter onvermijdelijk een grote dikte en is verder niet praktisch 15 als gevolg van zijn grote produktiekosten.

Een doel van de uitvinding is het verschaffen van een werkwijze voor het vervaardigen van kleurenbeeldscherm-inrichtingen welke werkwijze volgens de uitvinding wordt gekenmerkt door een stap waarin op elektrodeoppervlakken gevormde 20 verfaannemende lagen worden geverfd waardoor alle nadelen van bekende werkwijzen in een keer worden opgeheven.

Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een werkwijze die geschikt is voor het vervaardigen van een aantal kleurenfilterlagen op een zodanige wijze dat een 25 aantal dunne, verfaannemende lagen die zijn gevormd op dunne elektroden van een kleurenbeeldscherm-inrichting, worden gegroepeerd in een aantal ondergroepen om zo te worden geverfd in een vooraf bepaalde kleurschikking met gebruik van vooraf bepaalde verfstoffen die respektievelijk voor elk van de ondergroepen 30 zijn gekozen.

Volgens de uitvinding kunnen de filterlagen dun genoeg worden gemaakt voor een lage aandrijfspanning en kunnen zij ook nauwkeurig worden geverfd met een duidelijk onderscheid in kleuren ten opzichte van elkaar. De ongelijkheid in dikte 35 tussen de lagen bedraagt minder dan + 0,04 ^um. De kleurzuiverheid, 8204678 4 zowel als het kleurevenwicht zijn eveneens bevredigend ondanks het eenvoudige vervaardigingsproces dat een massaproduktie met lage produktiekosten mogelijk maakt.

Andere doelen en voordelen zullen duidelijk worden 5 in de volgende beschrijving van een voorkeursuitvoeringsvoorbeeld dat in de tekening is weergegeven.

Fig. 1 is een horizontale doorsnede van een voorbeeld van een kleurenbeeldscherminrichting, gezien in de richting van de pijlen I-I in fig. 2; 10 Fig. 2 is een vertikale doorsnede van de in de richting, gezien in de richting van de pijlen II-II in fig. 1;

Fig. 3 t/m fig. 9 laten achtereenvolgens in gedeeltelijke vertikale doorsnede een van de stappen zien die samen een uitvoeringsvoorbeeld van de werkwijze volgens de uit-15 vindig vormen; en

Fig. 10 toont de kleurzuiverheid, gepaard aan een kleurevenwicht van de kleurfilterlagen, vervaardigd door middel van de werkwijze die in de figuren 3 t/m 9 is gepresenteerd.

Zoals weergegeven in fig. 3 wordt een elektrisch 20 geleidende laag met een dikte van ongeveer 0,1 ^um gevormd op een grondplaat 21 van glas door het in vacuum aanbrengen van een laagje metaal of metaaloxyde zoals SnO^ of 1^0^ en vervolgens wordt de laag op de gebruikelijke wijze geëtst door middel van het foto-ets-proces om daarmee een groot aantal 25 smalle elektrodes 22 te vormen.

Vervolgens worden, zoals weergegeven in fig. 4, de oppervlakken van de elektroden 22 alsmede de onbedekte oppervlakken van het glas tussen de elektrodes bedekt met een verfaannemend middel 31 waarvan de dikte niet meer dan 30 0,6 ^um bedraagt. Bij het aanbrengen van het middel kan iedere geschikte inrichting, zoals een draaischijf, worden gebruikt.

Het middel bevat een film-vormende stof en een foto-gevoelige stof die beide zijn opgelost in een geschikt oplosmiddel, zoals water. De filmrvormende stof kan een in water oplosbaar 35 eiwit zijn, bijvoorbeeld gelatine, of een hars, bijvoorbeeld 8204678 «' 'tt 5 polyvinylalkohol (hierna aangeduid met "PVA"). De f oto-gevoelige stof is bijvoorbeeld een bichromaat of een diazo-verbinding.

Nadat de verfaannemende laag 31 is gedroogd worden 3 alleen de elektrodeoppervlakken blootgesteld aan het licht (U) door middel van een af schermmasker 32 van een gewenst patroon. Aldus worden alleen de gedeelten van de verfaannemende laag op de elektroden 22 gehard en onoplosbaar gemaakt. Gedeelten van de laag die niet zijn belicht, worden vervolgens door 10 oplossen van de grondplaat van glas verwijderd, zoals in fig. 5 is aangegeven.

De genoemde filmvormende stof, dat wil zeggen eiwit of PVA, is van voordeel bij de uitvinding omdat de stof een dunne en gelijkmatige laag vormt die gemakkelijk kan worden 15 geverfd in diepe kleuren. In het geval dat een veel dunnere laag en/of een veel betere verfbaarheid daarvan worden verlangd kan het verfaannemende middel 31 een toevoeging bevatten zoals poly-dimethyldiacryl-ammoniumchloride, methylglucosechitosamine of een ander organisch polymeer of een andere organische verbin-20 ding die kwatemaire ammoniumgroepen en/of aminogroepen in hun molekulen bevatten.

De verfaannemende lagen 33 op de elektroden 22 worden vervolgens bedekt met een lypofiele positieve fotoresist 34, zoals aangegeven in fig. 6. Nadat de fotoresist is gedroogd 25 wordt een van de tevoren vervaardigde afschermmaskers, 35, voor een van de filterkleuren rood, groen of blauw, gekozen voor het belichten met het licht (U) van de kleuraannemende lagen 33R die moeten worden geverfd, bijvoorbeeld rood. Alleen deze lagen 33R blijven oplosbaar als gevolg van het positieve gedrag van 30 de fotoresist zodat zij door middel van een ontwikkelproces door oplossen worden verwijderd om zo tijdelijke beschermende lagen 36 achter te laten, zoals weergegeven in fig. 7.

Vervolgens worden de verfaannemende lagen 33R die niet zijn bedekt met de tijdelijk beschermende lagen 36, 35 geverfd met een oplossing van een geschikte verfstof in een ge- 8204678 6 wenste kleurdiepte. Op de gekozen elektroden worden aldus rood-filterlagen gevormd. Tenslotte worden de beschermende lagen 36 verwijderd met gebruikmaking van een geschikt oplosmiddel.

De hierboven vermelde stappen worden herhaald voor 5 een tweede kleur (groen) en een derde kleur (blauw) teneinde groen-filter- en blauw-filter-lagen op vooraf gekozen elektroden te vormen.

De verfstoffen worden bij voorkeur gezuiverd voor gebruik met het oog op het verkrijgen van een diepe verving 10 van de lagen 33 om deze daardoor dunner te kunnen laten zijn.

Het is noodzakelijk de gebruikelijke toevoegingen die gewoonlijk aanwezig zijn in de verfstoffen die worden bereid voor het verven van textielvezels, te verwijderen.

De aldus geverfde lagen 23 kunnen worden uitgestookt 15 wanneer na het verven een ongunstige opzwelling daarvan wordt waargenomen. Het uitstoken zal de opgezwollen lagen comprimeren en de lagen dunner en sterker maken.

Op de kleurenfilterlagen 33 kan , zo nodig, een orientatie-membraan 26 worden gevormd. Dit membraan geeft aan 20 de lagen een funktie die een oriëntatie van het vloeibaar- kristalmateriaal 24 verbetert. Het membraan zal ook werkzaam zijn bij het voorkomen dat molekulen van de verfstof oplossen in het vloeibare kristalmateriaal. Geschikte stoffen voor het vormen van het membraan zijn organische stoffen zoals poly-25 imidehars, polyacrylhars, polyepoxyhars, PVA en organosilan- hars, en anorganische elektrisch isolerende stoffen zoals SiO^. Deze stof kan worden aangebracht op de filterlagen 33 door middel van de draaischijf of met de werkwijze van het aanbrengen van een laagje in vacuum, beide geschikt om een dikte van het 30 membraan te verkrijgen die niet groter is dan 0,1 ^u. Tenslotte wordt een wrijfbehandeling uitgevoerd op de oppervlakken van de filterlagen of van het orientatie-membraan zoals gebruikelijk is in vloeibaar-kristal-weergeefschermen en vervolgens wordt een afdichtmiddel 25 door zeefdruk aangebracht op de randgedeel-35 ten van de grondplaten 21 waarbij het afdichtmiddel werkt als 8204678 «5 9 7 een afstandsorgaan dat een ruimte tussen de platen die aan elkaar moeten worden verbonden, vormt. Het vloeibaar-kristal-materiaal 24 zal dan in de ruimte worden ingebracht, zoals aangegeven in fig. 9. Fig. 10 laat een grote kleurzuiverheid 5 zien die gepaard gaat met een goed kleurenevenwicht van de filterlagen die met de hierboven beschreven werkwijze zijn vervaardigd.

Voorbeeld 10 De transparante elektroden 22 van 1^0^ werden op de grondplaat gevormd door middel van een bij de vervaardiging van elektroden voor vloeibaar-kristalweergeefschermen gangbare werkwijze. Door middel van de draaischijfinrichting werd op de elektroden een bekledingsoplossing verspreid die werd bereid 15 door 1 gew.deel ammoniumchromaat toe te voegen aan 30 gew.delen van een lijmoplossing waarvan de viskositeit werd bijgesteld tot 40 cp. De bekledingsoplossing bevatte voorts een geringe hoeveelheid methylglucosechitosamine. De dikte van de aangebrachte bekledingslaag werd op 1 ^um gebracht. De laag werd aan licht 20 blootgesteld via het afschermmasker 32 nadat hij was gedroogd.

De gedeelten van de laag 31 van het verfaannemende middel, dat wil zeggen die gedeelten die recht boven de elektroden 22 lagen, werden aldus gehard of gecoaguleerd, terwijl de rest van de laag die niet-belicht bleef, werd opgelost in warm water 25 net een temperatuur van 50° C. De verfaannemende lagen 33 werden op de hierboven beschreven wijze gevormd en verder op de volgende wijze bewerkt.

Op de verfaannemende lagen 33 werd een lypofiele positieve fotoresist "0FPR" (een produkt van TOKYO OUKA LTD.) 30 als een laag 34 aangebracht met behulp van de genoemde draaischijf en daarop gedroogd. De lagen 35R die moesten worden geverfd in een rode kleur, werden selektief blootgesteld aan het licht zodat de fotoresist die in de lagen 35R aanwezig was, ontleedde en werd verwijderd door middel van een ontwikkel-35 oplossing om daardoor de beschermende lagen 36 achter te laten 8204678 8 voor het bedekken van de andere lagen dan de verfaannemende lagen 35R. Deze laatste werden vervolgens geverfd door middel van een rode verfoplossing die bestond uit 1,5 delen van KAYAKALAN ORANGE RL (een door NIHON KAYAKU LTD. vervaardigde 5 verfstof) die was gezuiverd met gebruikmaking van methanol, 2,0 delen van AMINYL BRILLIANT RED T-4B (een door SUMITOMO KAGAKU K0GY0 LTD. vervaardigde verfstof), 0,2 delen van AMYLAZIN (een diazo-verbinding van DAIICHI K0GY0 SEIYAKU LTD.), 4 delen natriumchloride en 100 delen water. Het verven werd 10 uitgevoerd bij 50° C gedurende 20 minuten door het objekt ondergedompeld in de oplossing te houden en daarna werden de beschermende lagen 36 van de andere verfaannemende lagen 33 verwijderd die achtereenvolgens moesten worden geverfd met een groene verfoplossing en een blauwe verfoplossing.

15 De groene verfoplossing bestond uit 1,0 delen SUMIN0L MILLING YELLOW MR (een verfstof die door SUMITOMO KAGAKU K0GY0 LTD. wordt vervaardigd) die eveneens met gebruikmaking van methanol werd gezuiverd, 0,125 delen SANDOLAN BRILLIANT BLUE N-5GM (een door SAND0Z LTD. vervaardigde verf-20 stof), 1,0 delen citroenzuur en 110 delen water. Het verven werd uitgevoerd bij 60° C gedurende 20 minuten door het objekt in de oplossing ondergedompeld te houden.

De blauwe verfoplossing bestond uit 1,0 delen SANDOLAN CYANINE N-G 360 % (een door SANDOZ LTD. vervaardigde 25 verfstof) en 100 delen water, en het verven werd uitgevoerd bij 50° C gedurende 20 minuten eveneens door onderdompeling.

De verfaannemende lagen 33 die een dikte van 0,1 ^um hadden, zwollen op om zo een grotere dikte van ongeveer 0,3 ^um te bereiken na afloop van de verfbehandelingen. Daarom 30 werden de lagen bij 150° C gedurende 20 minuten verhit teneinde ze te comprimeren tot ongeveer een dikte van 0,2 ^um.

Vervolgens werd het orientatie-membraan 26 gevormd teneinde de kleurenfilterlagen 23 die door het verven en verhitten van de verfaannemende lagen 33 op de bovenbeschreven 35 wijze werden vervaardigd, te bedekken. Een polyimideharsoplossing, 8204678 9 ï 3" verdund net N-methyl-2 pyrrolidon en DMAC, werd voor het genoemde doel gebruikt en aangebracht op de oppervlakken van de filterlagen door middel van de draaischijf. Het oriëntatie** membraan had een dikte van 0,1 ^um en werd gedurende 20 minuten 5 bij 200° C uitgestookt.

In het geval dat de direkte applicatie van de polyimideoplossing oorzaak zal zijn van het immigreren van de verfstof vanuit de filterlaag in het orientatie-membraan, kan het nuttig zijn bij het verhinderen van een dergelijke 10 immigratie een permanent beschermend membraan (niet getekend) aan te brengen tussen het orientatie-membraan en de filterlagen.

Het permanente beschermende membraan kan worden gevormd voorafgaand aan het vormen van het orientatie-membraan met een organische stof, zoals "POLYDULE" (een produkt van MIKUNI 15 PAINT LTD.) die de verfstof niet toestaat daardoorheen te gaan.

De strekking van de uitvinding is niet beperkt tot het gegeven voorbeeld. De verf aannemende lagen 33 en het orientatie-membraan 26 kunnen respektievelijk zijn vervaardigd 20 van ieder geschikt ander materiaal dan de lijmoplossing en de oplossing van polyimidehars. De lagen 33 of het membraan kunnen in water oplosbaar zijn terwijl de ander in olie oplosbaar is, of zij kunnen beide in water of in olie oplosbaar zijn. Wanneer zij beide in water oplosbaar zijn kan de oplossing 25 voor het orientatie-membraan 26 snel worden aangebracht en gedroogd en wel zo snel dat iedere immigratie van de verfstoffen die anders zou plaatsvinden in overeenstemming met de combinatie van de materialen, te verhinderen. Anderzijds kan een negatieve fotoresist worden gebruikt bij het vormen van de genoemde 30 tijdelijke beschermende laag (niet het "membraan") inplaats van de als voorbeeld genoemde positieve fotoresist. De samenstelling en de vorm van de hierbovenbeschreven grondplaten van glas en de elektroden zijn evenmin beperkt tot de genoemde voorbeelden maar kunnen, zonodig, binnen een ruime omvang worden 35 gevarieerd om zo toepasbaar te zijn op vele soorten vloeibaar- 8204678

A

». % 10 kristal-weergeefinrichtingen. Daarom moet worden opgemerkt dat de werkwijze volgens de uitvinding eveneens van toepassing is op de vervaardiging van een vloeibaar-kristalinrichting die kleurenfilterlagen bevat die zijn gevormd op dunne-film-tran-5 sistoren.

8204678

Claims (5)

1. Werkwijze voor het vormen van kleurenfilterlagen voor een vloeibaar-kristal-kleurenweergeefinrichting, gekenmerkt door een stap waarin ver£aannemende lagen worden gevormd die respektievelijk worden aangebracht op elk van tenminste een 5 van twee gescheiden groepen fijne elektrodes, waarbij elke groep wordt gedragen door een van twee van elkaar vrijstaande grondplaten die geschikt zijn om daartussen een vloeibaar-kristalmateriaal aan te brengen, en een stap waarbij de verf-aannemende lagen worden geverfd met gebruikmaking van 10 vooraf bepaalde verstofoplossingen op zodanige wijze dat de lagen worden verdeeld over een aantal ondergroepen van de kleurenfilterlagen die op vooraf bepaalde wijze zijn geschikt met betrekking tot hun kleuren.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, 15 dat de verfaannemende lagen worden verhard alvorens de stap van het verven wordt uitgevoerd.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de verfaannemende lagen een organisch polymeer bevatten of een verbinding met een kwaternair ammoniumzout en/of een amino- 20 groep in zijn molekuul.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de verfstofoplossing wordt bereid uit (een) gezuiverde verfstof (fen).

5. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, 25 dat de kleurenfilterlagen worden bedekt met een orientatie- membraan dat geschikt is voor het verbeteren van de oriëntatie van het vloeibaar-kristalmateriaal die optreedt bij het aanleggen van een spanning over de uiteengelegen elektroden, waarbij het orientatie-membraan tevens geschikt is om te ver-30 hinderen dat de verfstof-molekulen immigreren in het vloeibaar-kristalmateriaal vanuit de filterlagen. 8204678 -/2- Verbetering van errata in de beschrijving behorende bij de octrooiaanvrage no. 82-04678 Ned. Voorgesteld door Aanvrager dd. 13 december 1982 Bladzijde 5, regel 18: lees in plaats van "poly-dimethyldiacrylammo- niumchloride" — poly-dimethylallyl-ammoniumchloride —; Bladzijde 9, regel 1: lees---DMAC (dimethyl acetamide)---. y jev/bk