Brevet FR2518290A1 — publié le 19830617

"Procédé de fabricti-on d'un disposii F de visualisati Ln d'une ie polychrome". L'invention concerne un procédé de fabrication de dispositifs de visualisation d'images polychromes; ces di positifs comprennent une paire d'électrodes disposées chacune sur des surfaces opposées de deux plaques debase écartées l'une de l'autre et parallèles entre elles, une couche mince de filtre de couleur formée sur au moins une desdites électrodes, et une matière à cristal liquide remplissant l'espace entre lesdites électrodes et adaptée pour la commande de sa transmission ou de sa réflexion photométrique au moyen de la tension appliquée entre lesdites élec- trodes En particulier l'invention concerne un procédé de fabrica- tion de tels dispositifs, caractérisé en ce que la couche de fil- tre de couleur est formée en utilisant un procédé de coloration approprié. Le dispositif de visualisation d'images polychro- mes est utilisé ou peut dtre utilisé dans les appareils de visua- lisation destines à des systèmes informatiques, dans les appareils de télévision, dans les appareils de contrôle de vidéo et dans d'autres appareils C'est pourquoi de tels dispositifs de visuali- sation polychromes ont fait: l'objet de beaucoup d'efforts de recher- che et de développement. Un exe-:plel d'un 2 i spositif de visualisetioa rcly- chrome du type précité est montré aux fig 1 et 2. Une paire de plaques de base 21 sont disposées parallèlement l'une à l'autre, leurs surfaces internes présentent des groupes de fines électrodes 22 qui sont formées sur ces plaques. Un de ces groupes comporte des couches fines de filtre de couleur 23 d 6 tisdes sur chaque électrode, les couches ayant des couleurs primaires du point de vue optique, à savoir, rouge (R), vert (G) et bleu (B) L'espace compris entre lesdites plaques de base 21 est rempli avec une matière de cristal liquide 24 qui est enfermée au moyen d'une entretoise 25 disposée sur la périphérie desdites plaques. 2 _ 2518290 Comme cela est représenté sur la fig 1; le dis- positif de visualisation d'une image polychrome comprend une plura- lité de fines zones 11 qui correspondent chacune aux éléments d'i- nlages constituant une image originale Les fines zones 11 compren- nent des couches de filtres de couleur 23 R, 23 G et 23 B, rui ag s- sent comme un ensemble de trois couleurs primaires Lors du fonc- tionnement, une tension est appliquée entre I'électrode 22 et le groupe d'électrodes colorées 22 qui sont séparées les unes des au- tres par la matière de cristal-liquide interposée, de telle maniè- re qu'une image polychrome peut être fournie sur la plaque de base 21 sous l'effet d'un changement commandé du degré de transmission ou de réflexion de la matière à cristal liquide 24. La qualité de la performance d'un tel dispositif de visualisation polychrome dépend de la structure et de la nature de la couche de filtre de couleur Les conditions suivantes sont bien connues et-on considère qu'elles sont essentielles pour la fabrication de couches de filtre de couleur. En effet, la dite couche doit être suffisamment mince tout d'abord, pour éviter d'avoir à augmenter la tension; de commande du fait de l'épaisseur de la couche interposée entre les paires d'électrodes L'épaisseur de la couche doit être suffi- samment petite par rapport à l'épaisseur du cristal liquide Se- lon des résultats d'essais qui ont été publiés, la couche de filtre de couleur a une épaisseur de preference égale à 0,6 micrcns eu moins Deuxièmement, il est nécessaire que de nombreuses fines par- ties de ladite couche de filtre puissent être colorées respective- ment de couleurs différentes et avec une précision suffisante Ceci est indispensable pour obtenir une image polychrome nette dans le cas d'un original intriqué. En outre, troisièmement, les couleurs desdites couches de filtres doivent être pures et leurs couleurs doivent être bien équilibrées les unes par rapport aux autres Ceci est une - condition nécessaire pour obtenir une haute fidélité de reproduc- tion de sujets multichromes. " IC 290 _ 3 ' Quahtriècerment tl'épaisseur des corchs mentionnée ci-dessus ne doit pas etre inégale Une irrégularité d'épaisseur aurait pour réeultat un manque d'unif:ormité de la tension de co,- maude entre lesdites cuches de diffôrentes couleurs Fn $J':. l'irrégularite de surface doit être maintenue en dessous de l de l'épaisseur du cristal liquide La cinquième condition est de faire facilement une production de série à un faible coût. Cependant, aucune des méthodes connues n'a raussi à satisfaire toutes les conditions ci-dessus L'impression au ca- dre (screen printing), par exemple, qui peut réduire le coût de production no peut pas produire de couches de filtre de fa ible épaisseur L'irrégularité de l'épaisseur desdites couches ne peut pas non plus être am Pliorée par ledit procédé d'impression au ca- dre Dans le procêd't appelé 'interférence de membrane multicouche" (multi-layer membrane interference), les électrodes sont métalli- sées sous vide de manière répétitive avec des oxydes métalliques appropriés Le filtre polychrome obtenu par ce procédé a, de manièr inévitable, une épaisseur plus élevée et n'a pas d'intérêt pratique du fait de son coût de production élevé Un objet de la présente invention est de fournir un procédé pour fabriquer des dispositifs de visualisation d'image polychromes, ledit procédé comprenant une étape de coloration de couches co orables fo-ries sur de F surfaces d'éle:utroees es, dans ce procédé tous les iconvenients des méthodes connues sont entièrement exclues. Un autre objet de l'invention est de fournir un procédé qui soit adapté pour fabriquer de nombreuses couches de filtre de couleur, de telle manière qu'une pluralité de couches fines colorables formées sur des électrodes fines d'un dispositif de visuai isation d'une image polychrome sont groupées an des grou- pes auxiliaires de maniàre a etre colorées selon un arrangement de couleur rprédétermine en utilisant des matières colorantes prédéter- min 6 c; chosies respectivement pour chacun desdits groupes auxi- i J ỉbes. -4- Conformémernt à 1 ' invention, lesdites co<>ues filtres peuvent être réalisées avec une épaisseur suisment faible pour l'utilisation d'une tension de commande de bas niveau, et elles peuvent également être colorées de manière précise en dis- t:Zguint clairecent les couleurs les unes des autres L'irreguiari- té en épaisseur entre lesdites couches est inférieure à 0,04 microns La pureté de la couleur ainsi que l'équilibrage des cou- leurs sont également satisfaisantes malgré la simplicité du pro- cédé de fabrication qui permet une pr 6 duction en masse avec un faible coût de production. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront de la description qui suit, faite à titre il- lustratif en se référant aux dessins ci-annexés, sur lesquels: la fig 1 est une coupe horizontale d'un dispo- sitif de visualisation polychrome qui est vu selon les flèches B-B de la fig 2, la fig 2 est une coupé verticale du dispositif vu selon les flèches A-A de la fig 1; les fig 3 et 9 illustrent chacune respectivement en coupe verticale partielle une des étapes qui constituât une mise en oeuvre du procédé selon l'invention, et, la fig 10 montre la pureté de la couleur ainsi que l'équilibrage des couleurs des couches de filtres de couleur fabriquées selon la méthode décrite aux fig 3 à 9. Comme représenté sur la fig 3, on forme une cou- che électro-conductrice d'environ 0,1 micron d'épaisseur, de manière connue, sur une plaque de base en verre 21 par métallisa- tion sous vide de métal ou d'oxyde de métal tel que Sn O 2 ou In O 3 et ensuite la couche est attaquée-de manière régulière en utilisant le procédé de photogravure afin de réaliser de cette manière une pluralité de fines électrodes 22. Ensuite, comme représenté fig 4, les surfaces desdites électrodes 22 ainsi que les surfaces nues de verre entre ces électrodes sont couvertes d'un agent colorant 31 dont l'épais- seur n'est pas supérieure à 0,6 microns On peut utiliser tout -5- a?areil approprié tel qu'un dispositif d'aspersion à jd' ro Latif pour appliquer l'agent colorant qui comprend une substance formant une pellicule et une substance photosensible, ces deux substances étant dissoutes dans un solvant approprié, tel que de l'eau La s Mbstance foi:mant une pelliculu: peu' être une protéine soiubie dane l'eau, par exemple de la gélatine ou une résine, par exemple un alcool polyvinylique (désigné ci-après par PVA) La substance pho- tosensible est par exemple choisie parmi les bichromates ou les composés diazolques. Après que la couche colorable 31 ait été séchée, seules les surfaces d'électrodes sont exposées à la lumière (U) au moyen d'un masque 32 présentant le profil désiré En conséquence, seules les parties colorables de la couche déposée sur les électro- des 22 sont durcies et rendues insolubles Les parties de ladite couche qui n'ont pas été exposées sont ensuite éliminées de la pla- que de base en verre par dissolution comme représenté fig 5. La substance formant une pellicule mentionnée ci-dessus, c'est-à-dire une protéine ou du PVA, est particulière- ment avantageuse pour l'invention parce qu'elle forme une couche de faible épaisseur et régulière qui peut être facilement colorée en des couleurs foncées Dans le cas o il est nécessaire d'avoir une couche encore plus mince, ainsi qu'une meilleure possibilité de coloration, l'agent colorable 31 peut contenir des additifs tels que le chlorure de polydiméthyl allyl ammonium, la chitosamine de méthyl glucose ou tout autre polymère ou composé organique qui comprend des groupes ammonium quaternaires et/ou des groupes amino dans sa molécule. Les couches colorables 33 qui sont sur les élec- trodes 22 sont ensuite couvertes d'un photoresist positif lipophile comme représenté fic 6 Après que le photoresist ait été séché, on choisit l'un des masques prépares à l'avance ( 35 R, 35 G, B) pour chaque filtre de couleur, tel que le rouge, le vert et le bleu, afin d'exposer à la lumière (U} les couches colorables 33 R qui sont à colorer en rouge par exemple Seules ces couches 33 R restent solu- blec du fait de la positivité dudit photorésist de telle maniè:re qu'elles sont éliminées par dissolution par un processus de développement de manière à laisser subsister des couches protec- trices temporaires 36 comme cela e st représenté fig 7. -6- Ensuite, les couches colorables 33 R qui ne sont pas couvertes par lesdites couches protectrices temporaires 36 sont colorées avec une solution de colorant approprié pour obtenir le degré désiré de couleur On forme ainsi des couches de filtre rouge sur 1 es électrodes qui ont été choisies Enfin, les couches protectrices 36 sont éliminées en utilisant un solvant approprié. Les étapes décrites ci-dessus sont répétées éga- lement pour une seconde couleur des électrodes prédéterminées. Les colorants sont, de préférence purifiés avant leur utilisation pour obtenir une coloration plus forte des cou- ches 33 afin de pouvoir rendre celle-ci encore plus minces Il est nécessaire d'exclure les a-ditifs usuels qui sont contenus normale- ment dans les colorants fabriqués pour la fabrication de fibres textiles. Les couches ainsi colorées peuvent être chauffées si l'on a observé un gonflement défavorable de ces dernières après l'opération de coloration Un tel chauffage va comprimer lesdites couches gonflées et les rendre plus minces et plus fortes On peut former une membrane d'orientation 26 sur les couches de filtre de couleur 33 si nécessaire Cette membrane fournit aux couches une fonction qui améliore une orientation du matériau à cristal liqui- de 24 Ladite membrane sera également efficace pour éviter la disso- lution des molécules de colorant dans ledit cristal liquide De S substances appropriées pour former la membrane sont des substances organiques telles que la résine polyimide, la résine polyacrylique, la résine polyépoxy, le PVA et la résine organosilane et une substance isolante non organique telle que Si O 2 Ces substances peuvent être appliquées sur les couches de-filtres 33 au moyen du dispositif d'aspersion à jàt rotatif ou par le procédé de métallisa- tion sous vide qui sont appropriées pour obtenir une épaisseur de membrane qui ne soit pas supérieure à 0,1 micron. Enfin, on effectue un traitement de ponçage sur les surfaces desdites couches de filtre ou sur ladite membrane d'orien a isqua es ' usuel dans ' pc:mneaux de; sat I crisa d'o:t:ura N f 2 per impress on au cadre sur les par-ties pirip,'é- r.iues des p,q ues de base 21 ce dispositif d'obturation agissant * ' ' _ flise en formant un espace entre lesd ites pla s qui doivent être reliées l'une à l'autre On introduit ensuite le matériau sous formec d cç:ristal liquide 24 dans ledit espace comnre cela est représenté f ig 9 La fig 10 montre une pureté de couleurs v ainsi qu 'un bon équilibrage de couleurs des couches de fil- tre réalisées selon le procédé ci-dessus. EXEMPLE On forme des électrodes *transparentes 22 en in 203 sur la plaque de base selon une méthode qui est très connue dans la fabrication des électrodes pour cristal liquide Lesdites électrodes sont revêtues au moyen du dispositif d'aspersion à jet rotatif d'une solution de revêtement qui est préparée en ajoutant une partie en poids de chromate d'aremonium à 30 parties en poids d'une solution de colle dont la viscosité est ajustée à centipoises La solution de revêtement contient en outre une petite proportion de chitosamine de méthyl-glucoseo L'épaisseur de la couche revêtue est contrôlée pour qu'elle soit de 1 micron La couche est exposée à la lu 1 ière par i iintermédiaire du masque d'é- cran 32 après qu'elle ait été sec-e Les parties de l'agent colo- tab? e 31, q'e-âa-dire a it ccuc?_ qui sont disposées just:+ a - dessus des félectrodes 2 N soat ainsi d urcies ou coagulées alors que le reste de ladite couche restant non exposée doit être dissout dans de l'eau chaude à >O C Les couches colorablees 33 sont for- mées de la lanière décri Le ci-dessus et on procède ensuite de l a manière suivante. En faitm on revêt les couches colorables 33 de photoresist positif liipophlile "OF'RP" (un produit de la Société TOKYO OUKA LTD) au moyen du dispositif d'aspersion à jet robatif cité ci dessus et ce revêtement est séché sur lesdites cojcu'es Les couches 3521 ui doivent être colorées en rouge sont else de manière sleci ve la lumière de telle manière que le ph:o:o 6 iez;t contenu dans Jezdites couches 35 R sot dccoi osé et' él'- par dissoluti on au moyen d'une solution de développement afin de laisser ainsi les couches protectrices 36 de telle manière qu'el- les couvrent les couches autres que lesdites couches colorables 35 R. Ces dernières sont ensuite colorées au moyen d'une solution de culoration en rouge constituée par 1,5 partie de KAYAKALAN ORANGE R.L (un colorant produit par la Société NIHON KAYAKU LTD} purifié en utilisant du méthanol, 2,0 parties de AMINYL BRILLIANT RED F-4 B (un colorant-produit par la Société dite SUMITOMO KAGAKU KQG-YO LTD), 0,2 partie de AMYLAZIN (un composé di-azol Ique de la Société dite DAIICHI KOGYO SEIYAKU LTD), 4 parties de chlorure de sodium et parties d'eau L'opération de coloration est effectué à 50 'C pendant 20 minutes en maintenant l'objet immergé dans la solution et ensuite on élimine les couches protectrices 36 des autres cou- ches colorables 33 qui doivent être colorées successivement avec une solution colorante verte et une solution colorante bleue. La solution colorante verte est constituée de. 1,0 partie de SUMINOL MILLING YELLOW MR (un colorant produit par la Société SUMITOMO KAGARU KOGYO LTD) qui est purifié de manière similaire en utilisant du méthanol, 0,125 parties de SANDOLAN BRIL- LIANT BLUE N-5 GM (un colorant produit par la Société SANDOZ LTD), 1,0 partie d'acide citrique et 110 parties d'eau L'opération de coloration est effectuée à 60 C pendant vingt minutes en maintenant l'objet immergé dans la solution. La solution colorante bleue est constituée de 1,0 partie de SANDOLAN N-G 360 % (un colorant produit par la Société SANDOZ LTD), et 100 parties d'eau et l'opération de coloration est effectuée à 50 C pendant vingt minutes également par un procédé de trempage. Les couches colorables 33 qui ont une épaisseur de 0,1 micron gonflent jusqu'à obtenir une épaisseur plus importan- te d'environ 0,3 micron, lorsque l'ensemble des processus de colo- ration est terminé C'est pourquoi lesdites couches sont chauffées à 150 C pendant vingt minutes de manière à les comprimer à une épais;seur d'environ 0,2 micron. 9 - On forme ensuite la membrane d'orientation 26 afin de recouvrir les couches de filtre de couleur 23 qui ont été préparés par la coloration et le chauffage des couches colo- rables 33 de la manière décrite ci-dessus On utilise une so on de résine polyimide dilute avec du N-méthyl-2-pyrrolidone et du dimethyl acétamide dans le but indiqué ci-dessus et on l'applique aux surfaces desdites couches de filtres au moyen du dispositif d'aspersion a jet rotatif La membrane d'orienta Lion a une épaisseur de 0,1 micron et elle est chauffée à 200 C pendant vingt minutes. Dans le cas o l'application directe de la solu- tion de polyimide causerait la migration de la matière colorante des couches de filtre vers la membrane d'orientation, il peut être utile pour prévenir une telle migration d'interposer une membrane protectrice permanente (non représentée) entre ladite membrane d'orientation et lesdites couches de filtre La membrane de protection permanente peut être formée, avant la formation de la membrane d'orientation, avec une substance organique telle que "POLYDULE" (un produit de la Société MIKUNI PAINT LTD), qui ne permet pas la traversée par le colorant. L'objet de l'invention n'est pas limité à l'exem- ple cité ci-dessus Les couches colorantes 33 et la membrane d'o- rientation 26 peuvent tre respectivement faites de tout matériau approprié autre que la solution de colle et la solution de résine de polyimide Une desdites couches 33 et ladite membrane peuvent être solubles dans l'eau alors que l'autre desdites couches est soluble dans l'huile, oubien les deux couches peuvent être solu- bles dans l'eau ou dans l'huile Lorsque les deux sont solubles dans l'eau, la solution destinée à ladite membrane d'orientation 26 peut être appliquée rapidement et séchée avec une épaisseur plus élevée de manière à prévenir toute migration des colorants qui, sinon, se produirait du fait de certaines combinaisons de matières D'autre part, on peut utiliser un photorésist négatif pour la formation de la couche protectrice temporaire mentionnée ci-dessus (pas la membrane) au lieu du photorésist positif décrit - daus l'exemple Les matières constitutives et les formes des iec- trodes et des plaques do base en verre décrits ci-dessus nô zont pas non plus limités aux exemples décrits ci-dessus mais peuvtnt être modifiées si nécessaire, dans le cadre d'un large domaine d'application à plusieurs types de dispositifs de visuàlisaln à cristal liquide Il y a donc lieu de noter que le procede selona la présente invention est également applicable à la réalisation d'un dispositif à cristal liquide qui comprend des couches de filtres de couleurs formées sur des transistors à couches mimcks. *.*s S 2518290 Rm,,,: ' 'S A? 1 L T O I S o)3 Pxoc:édi d u r O; al isation de couches ( 23) de L.t Ltre de cc, Yeu dr'un diposit; f de vîisualisatioe, polvchrome à c ?:a 1 l liquide ( 24) caractérisé en ce qu 7 il comprend les éa-pes suivantes formation de couches colorabies ( 33, 33 R, 33 G, 33 B) Bdisposêzs:e pecive:ent sur chacune des électrodes ( 22) d'au rtoins l'un de deux groupes espacés de fines électrodes ( 22) cha- quc groupe étant supporté par l'une de deux plaques de base ( 21) es:?cecs et adaptées pouir contenir entre elles une matière à cris- tal liquide ( 24), et, colcration desdites couches colorables ( 33, 33 R 33 G, 33 B) en utilisant des solutions de colorant prédéterminées, de telle manière que iesditeo couches ( 33, 33 R, 33 G, 33 BE soient divi- sées en plusieurs groupes auxiliaires de couches de filtre de cou- leur ( 23 R, 23 G, 233) disposées à des endroits prédéteiminés de leurs couleurs. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que lesdites couches cclorables ( 33, 33 R, 33 G, 33 B) sont durcies avant de réaliser i'tape de-coloratîon 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que lesdites couches colorables ( 33, 33 R, 33 G, 33 B) con- tiennent un polymère ou un compos organique comprenant un groupe ammonium quaternaire et/ou un gr:upe amino dans sa molécule. 4) Procd selon a revendication 1, caracteri- se en ce que ladite solution colorante est constituée d'un colorant purifié. ) Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que lesdites couches de filtre de couleur ( 33, 33 R, 33 G 33 B) sont recouvertes d'une membrane d'orientation ( 26) qui est adaptée pour améliorer li'orientation des cristaux liquides apparais sant lorsque l'on applique une tension auxdites électrodes espacées ( 22), ladite membrane d'orientation ( 26) étant également adaptée pour empêcher la migration des molécules de colorants dans la matiè re à cristal iqiuide à partir desdites couches de filtres ( 33).