Brevet FR2697922A1 — publié le 19940513

PROCEDE DE FABRICATION D'UN FILTRE DE COULEURS POUR UN ECRAN A CRISTAUX LIQUIDES La présente invention se rapporte à un écran à cristaux liquides (LCD), et plus particulièrement à un procédé de fabrication d'un filtre de couleurs pour un écran à cristaux liquides et qui soit susceptible d'améliorer la régularité de la couche dé surface du filtre de couleurs en éliminant les différences de hauteur entre les matrices noires et les ré- seaux de couleurs, en utilisant l'électrodéposition. Des solutions de l'art antérieur sont représentées sur les figures 1 à 4 La figure 1 représente la structure d'un filtre de couleurs classique pour un écran à cristaux liqui- des Le filtre de couleurs est composé d'un susbstrat isolant transparent 1, d'une pluralité de matrices noires 2, formées sur un substrat transparent 1, d'éléments colorés rouges, verts et bleus (indiqués R, G, B), formés sélectivement entre les matrices noires 2, d'un film de protection 4 formé sur les éléments colorés et les matrices noires 2, et d'un film conducteur transparent 5, formé sur le film de protection 4. Les figures 2 A à 2 C sont destinées à expliques un pro- cédé de fabrication d'un filtre de couleurs classique présen- tant la structure ci-dessus Tout d'abord, comme représenté à la figure 2 A, on forme une matrice noire 2 sur le substrat 1, par un procédé photolithographique utilisant un masque photo- graphique présentant un réseau prédéterminé, après vaporisa- tion ou évaporation de métaux tels que le chrome, l'alumi- nium, etc sur le substrat 1. La matrice noire 2, comme cela est bien connu, a pour fonction d'augmenter le contraste de couleurs de l'écran à cristaux liquides et d'éviter l'augmentation de l'extra-cou- rant ou courant de coupure d'un transistor à film mince sous l'effet de la lumière extérieure, ce transistor étant utilisé comme dispositif de commutation pour commander un écran à cristaux liquides La matrice noire 2 peut également être formée par le même procédé photolithographique que ci-dessus après application d'un polymère photosensitif noire sur le substrat 1 Ensuite, on forme les éléments colorés 3 rouges, verts et bleus entre les matrices noires 2, comme représenté à la figure 2 B Pour former les éléments colorés 3, on utilise habituellement les procédés suivants: 1) Sur un substrat 1, sur lequel sont formées des matrices noires 2, on applique un polymère photosensitif et apte à la coloration tel que de la gélatine, de la caséine, etc, et on l'expose ensuite à la lumière et on le développe pour constituer un réseau Ce substrat de polymère en réseau est ensuite coloré d'une couleur prédéterminée dans un réservoir de colorant, et est ensuite traité sur le masque à l'acide gallotannique, etc En répétant trois fois le processus ci-dessus pour réaliser successivement la couleur rouge, la cou- leur verte et la couleur bleue, on termine le formage des éléments colorés 3. 2) Comme représenté sur les figures 5 A à 5 B, sur un sub- strat 1 sur lequel sont formés des matrices noires 2, on applique un masque coloré constituée de pigments dispersés et on l'expose ensuite à la lumière avec un masque photographique prédéterminé pour constituer un réseau En répétant le procédé ci-dessus trois fois respectivement pour la couleur rouge, pour la couleur verte et pour la couleur bleue, on termine le formage des éléments colorés 3. 3) On forme les éléments colorés 3 de rouges, verts et bleus en imprimant une encre de la couleur souhaitée à l'aide de rouleaux sur le substrat 1 sur lequel sont formées les matrices noires 2 Après la formation des éléments colorés comme ci-dessus, comme représenté à la figure 2 C, on forme par évaporation sur ces éléments la couche de protection 4 avec un matériau transparent tel qu'une résine acrylique, une résine époxy, un alcool polyvinylique, un polyimide, un polyuréthane, etc, et ensuite on fait évaporer la couche conductrice trans- parente 5 d'oxyde d'indium mince par vaporisation ou évaporation sous vide, de telle façon que l'on termine le filtre à couleurs pour un écran à cristaux liquides. La figure 3 représente la structure d'un autre type de filtre à couleurs classique pour un écran à cristaux liqui- des Ce filtre à couleurs est composé d'un substrat isolant transparent 1, d'une couche conductrice transparente 15 for- mée sur le substrat, d'éléments colorés 3 et de matrices noires 2 formées sur la couche conductrice transparente 15 et d'une couche de protection 4 formée sur les éléments colorés 3 et les matrices noires 2. Le procédé de fabrication du filtre à couleurs clas- sique présentant la même structure que ci-dessus, est réalisé comme suite Comme représenté à la figure 4 A, la couche conduc- trice transparente 15 d'oxyde d'indium mince est évaporée sur le substrat isolant transparent 1 par vaporisation ou évapora- tion sous vide, et on applique ensuite un masque coloré sur ce substrat et on l'expose à la lumière par l'intermédiaire d'un masque photographique prédéterminé, et on procède au développement, de façon à former les éléments 3 colorés en rouge, et on plonge ensuite le produit résultant dans un liquide de développement pour développer le masque coloré restante Par le même procédé que ci-dessus, on forme égale- ment les éléments colorés verts et bleus, ainsi que le filtre coloré résultant à partir de ce procédé, comme représenté à la figure 4 B On forme ensuite les matrices noires 2, par autoalignement ou dépôt électrique d'un polymère photosensi- tif noir sur les éléments colorés 3 et on forme une couche de protection sur l'ensemble pour compléter le filtre de couleur comme représenté à la figure 4 C. Cependant, selon le procédé classique décrit ci-dessus pour de fabrication d'un filtre à couleurs pour un écran à cristaux liquides, la régularité de la couche de filtre à couleurs est mauvaise du fait de la différence de hauteur entre les matrices noires et les éléments colorés En outre, du fait que les matrices noires sont formées par un procédé d'autoalignement ou de dépôt électrique, le procédé présente l'inconvénient d'être relativement compliqué. Un objet de la présente invention consiste à proposer un procédé de fabrication d'un filtre à couleurs pour un écran à cristaux liquides, qui soit à même d'améliorer la régularité de la couche de surface du filtre à couleurs en éliminant les différences de hauteur entre les matrices noires et les éléments colorés. Un autre objet de la présente invention consiste à proposer un procédé de fabrication d'un filtre à couleurs pour un écran à cristaux liquides, qui simplifie les étapes de procédés. Un autre objet encore de la présente invention, consis- te à proposer un procédé de fabrication d'un filtre à cou- leurs pour un écran à cristaux liquides qui soit à même de réduire la résistance de la couche conductrice transparente destinée à être formée pour constituer une électrode. A cet effet, selon l'invention, le procédé de fabrica- tion d'un filtre de couleurs pour un écran à cristaux liqui- des comporte les étapes consistant à: déposer à des intervalles prédéterminés des matrices noires sur un substrat isolant transparent; former des éléments colorés rouges, verts et bleus à des positions prédéterminées entre lesdites matrices noires; former par électrodéposition des matrices noires addi- tionnelles sur lesdites matrices noires déposés; former une couche de protection sur lesdits éléments colorés et lesdites matrices noires additionnelles; et former une couche conductrice e transparente sur ladite couche de protection. Les matrices noires additionnelles peuvent être formées en présentant la même hauteur que lesdits éléments colorés. En variante, l'étape consistant à former les matrices noires additionnelles peut comporter les sous-étapes consistant à: former par électrodéposition lesdites matrices addi- tionnelles pour qu'elles présentent une hauteur infé- rieure à celle des éléments colorés; et former une couche organique jusqu'à la même hauteur que celles desdits éléments colorés sur lesdites matrices noires additionnelles. Lesdites matrices noires additionnelles peuvent égale- ment être formées en présentant une hauteur supérieure à celle desdits éléments colorés, de telle façon que les par- ties supérieures desdites matrices noires additionnelles soient en contact avec ladite couche conductrice transparente. Selon un autre mode de réalisation, le procédé de fabri- cation d'un filtre de couleurs pour un écran à cristaux li- quides comporte les étapes consistant à: déposer des matrices noires sur un substrat isolant transparent; former des éléments colorés rouges, verts et bleus entre lesdites matrices noires; former par électrodéposition des matrices noires addi- tionnelles présentant au moins la même hauteur que lesdits éléments colorés sur lesdites matrices noires déposées; et former une couche conductrice transparente sur lesdits éléments colorés et lesdites matrices noires addition- nelles. La présente invention propose également un procédé de fabrication d'un filtre de couleur pour un écran à cristaux liquides, qui comporte les étapes consistant à: former une couche conductrice transparente sur un sub- strat isolant transparent; former des éléments colorés rouges, verts et bleus à des positions prédéterminées sur ladite couche conduc- trice transparente; former par électrodéposition des matrices noires pré- sentant sensiblement la même hauteur que lesdites élé- ments colorés entre lesdits éléments colorés; et former une couche de protection sur lesdits éléments colorés et lesdites matrices noires. D'autres buts, caractéristiques et avantages apparaî- tront à la lecture de la description de divers modes de réa- lisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard des dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'un filtre à couleurs classique, pour un écran à cristaux liquides; les figures 2 A, 2 C sont des vues expliquant le procédé de fabrication du filtre de couleurs représenté à la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe d'une autre filtre de couleurs classiques pour un écran à cristaux liquides; les figures 4 A, 4 C sont des vues expliquant le procédé de fabrication d'un filtre de couleur représenté à la figure 3; les figures 5 A à 5 F sont des vues expliquant le procédé de fabrication d'un filtre à couleurs, selon un mode de réalisation de la présente invention; les figures 6 A à 6 C sont des vues expliquant le procédé de fabrication d'un filtre à couleurs selon un autre mode de réalisation de la présente invention; les figures 7 à 10 représentent des exemples de forma- tion de matrices noires dans le procédé de fabrication d'un filtre de couleur selon un autre mode de réalisa- tion de la présente invention; la figure 11 représente schématiquement un appareil d'électro-déposition destiné à former des matrices noires dans un procédé de fabrication d'un filtre de couleurs selon la présente invention. Les figures 5 A à 5 F représentent un procédé de fabrica- tion d'un filtre de couleurs selon un mode de réalisation de la présente invention Au cours de la première étape, on forme des matrices noires 2 sur un substrat transparent 1 et l'on réalise un revêtement en matière organique sur des élé- ments colorés 3, comme représenté à la figure 5 A Au cours de la seconde étape, l'élément coloré 3 est exposé à des rayon- nements ultraviolets par l'intermédiaire d'un masque photo- graphique présentant des réseaux prédéterminés, comme repre- senté en 5 B Au cours de la troisième étape, on forme des réseaux prédéterminés sur l'élément 3 de couleur rouge avec un liquide de développement La figure 5 C représente l'état o cette étape est achevée Au cours des quatrième et cin- quième étapes, on forme les éléments colorés verts et bleus, par le même procédé que mentionné ci-dessus, comme représenté à la figure 5 D. Pour former les éléments colorés 3, on utilise le se- cond procédé parmi les trois procédés mentionnés ci-dessus, au cours des étapes ci-dessus, alors que l'on peut utiliser l'un quelconque des procédés restants. En se référant à la figure 5 D, on notera que la hauteur des éléments colorés 3 formés par le procédé ci-dessus est supérieure à celle des matrices noires 2 Afin d'éliminer cette différence de hauteur, on forme par électrodéposition des matrices noires additionnelles 6 sur la matrice noire 2, de telle façon que la hauteur des éléments colorés devienne égale à celle des matrices noires au cours de la sixième étape, comme représenté à la figure 5 E. Au cours de la septième étape, on procède au revêtement à l'aide d'une couche de protection 4 en un matériau trans- parents tel que de la résine acrylique, et l'on place sur cette couche une couche conductrice transparente qui fait fonction d'électrode et qui est déposée par vaporisation ou par évaporation sous vide, de telle façon que l'on obtienne l'achèvement du filtre de couleurs. On peut former des matrices noires additionnelles 6, selon les exemples représentés sur les figures 7 à 10 Selon l'exemple représenté à la figure 7, les matrices noires addi- tionnelles 6 sont formées sur les matrices noires 2 par élec- trodéposition, et l'on dépose ensuite le matériau organique 7 qui présente la même hauteur que les éléments colorés 3. Comme le montre la figure 8, la matière organique 7 peut être déposée directement sur les matrices noires 2 Selon l'exemple représenté à la figure 9, les matrices noires addi- tionnelles 6 sont déposées par électrodéposition de telle façon qu'elles présentent une hauteur supérieure à celle des éléments colorés 3 et que les extrémités des matrices noires additionnelles 6 puissent être en contact avec la couche conductrice transparente 5, ce qui peut faire diminuer la résistance de la couche conductrice transparente 5 Selon l'exemple représenté à la figure 10, les matrices noires additionnelles 6 sont déposées par électrodéposition en pré- sentant la même hauteur que les éléments colorés, et la cou- che conductrice transparente 5 est formée directement sur ces matrices 6, sans couche de protection. Les figures 6 A à 6 C représentent un procédé de fabrica- tion d'un filtre à couleurs, selon un autre mode de réalisa- tion de la présente invention. On dépose tout d'abord une couche conductrice transpa- rente 15 d'oxyde d'indium mince sur le substrat isolant trans- parent 1 par vaporisation ou évaporation sous vide, et on forme les éléments de colorés 3 selon l'un des procédés men- tionnés ci-dessus On forme ensuite les matrices noires 2 par électrodéposition, comme représenté à la figure 6 B, et on forme ensuite au-dessus la couche de protection 4, et on réa- lise ainsi un filtre de couleurs pour un écran à cristaux liquides, tel que représenté à la figure 6 C. On va maintenant décrire un procédé de fabrication de matrices noires 2 par électrodéposition, selon l'invention, en référence à la figure 11. Bien que l'on puisse utiliser un métal tel que du cui- vre, du nickel, du zinc, du chrome, du cadmium, du plomb, de l'étain, de l'or, de l'argent ou leurs alliages, pour réali- ser l'électrodéposition, on va expliquer ci-après un exemple qui utilise le chrome comme métal d'électrodéposition Comme représenté à la figure 11, le liquide d'électro- déposition est un anhydride d'acide chromique 10 qui remplit une cellule d'électrolyse 12, et on utilise un alliage de plomb ou d'oxyde de plomb pour l'électrode d'anode 11 et un substrat de filtre de couleurs 9 sur lequel sont formés des éléments colorés 3 est fixé, pour servir d'électrode de ca- thode. Lorsqu'on applique un courant continu indiqué CC aux électrodes, de l'oxygène gazeux se dégage à l'électrode d'a- node et le métal de l'électrode d'anode est oxydé, le chrome III étant oxydé en chrome VI tandis que sur l'élec- trode de cathode, il se produit un dégagement d'hydrogène gazeux et le chrome VI de la solution d'électrodéposition est réduit en chrome métal pour être plaqué sur le substrat 9 du filtre de couleurs. Dans le cas o l'on réalise des matrices noires addi- tionnelles 6 par électrodéposition, après le dépôt des ma- trices noires 2, comme repésenté sur la figure 5 ou les fi- gures 7 à 10, de même que dans le cas o les matrices noires 2 sont réalisées par électrodéposition directement sur la couche conductrice transparente 15, comme représenté à la figure 6, il n'est pas nécessaire de réaliser une préparation telle qurune rectification ou un meulage pour obtenir l'élec- trodéposition, car les matrices noires 2 sont déposées par vaporisation sur le substrat transparent 1 et la surface de ce dernier peut rester En conséquence, la surface du métal déposé par électrodéposition présente une bonne régularité et un bon poli Dans le revêtement par électrodéposition, la solution, ainsi que le métal d'électrode d'anode sont pré- déterminés en fonction du métal à déposer par électrodéposi- tion et on peut ajouter des catalyseurs pour contrôler la vitesse d'électrodéposition ou de plaquage. Il apparaît de ce qui précède selon le procédé de la présente invention, que l'on peut éliminer par électrodé- position les différences de hauteur entre les éléments co- lorés et les matrices noires et que la régularité de la cou- che de surface du filtre de couleurs est améliorée En outre, dans le cas o l'on forme des matrices noires uniquement par électrodéposition, le procédé de fabrication peut être simpli- fié, car l'étape consistant à former les matrices noires par auto-alignement ou par électrodéposition, peut être suppri- mée Ainsi, dans le cas o l'on forme des matrices noires destinées à être en contact avec la couche conductrice trans- parente, la résistance de la couche conductrice transparente est réduite. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'hom- me de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'in- vention. il REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un filtre de couleurs pour un écran à cristaux liquides, caractérisé en ce qu'il comporte les étape consistant à: déposer à des intervalles prédéterminés des matrices noires sur un substrat isolant transparent; former des éléments colorés rouges, verts et bleus à des positions prédéterminées entre lesdites matrices noires; former par électrodéposition des matrices noires addi- tionnelles sur lesdites matrices noires déposées; former une couche de protection sur lesdits éléments colorés et lesdites matrices noires additionnelles; et former une couche conductrice transparente sur ladite couche de protection. 2. Procédé de fabrication d'un filtre de couleurs pour un écran à cristaux liquides selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites matrices noires additionnelles sont formées en présentant la même hauteur que lesdits élé- ments colorés. 3. Procédé de fabrication d'un filtre de couleurs pour un écran à cristaux liquides selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite étape consistant à former les matrices noires additionnelles comporte les sous-étapes consistant à: former par électrodéposition lesdites matrices noires additionnelles pour qu'elles présentent une hauteur inférieure à celle desdits éléments colorés; et former une couche organique jusqu'à la même hauteur que celles desdits éléments colorés sur lesdites matrices noires additionnelles. 4. Procédé de fabrication d'un filtre de couleurs pour un écran à cristaux liquides, selon la revendication 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites matrices noires addition- nelles sont formées en présentant une hauteur supérieure à celle desdits éléments colorés, de telle façon que les par- ties supérieures desdites matrices noires additionnelles soient en contact avec ladite couche conductrice transpa- rente. 5. Procédé de fabrication d'un filtre de couleurs pour un écran à cristaux liquides, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à: déposer des matrices noires sur un substrat isolant transparent; former des éléments colorés rouges, verts et bleus entre lesdites matrices noires; former par électrodéposition des matrices noires addi- tionnelles présentant au moins la même hauteur que lesdits éléments colorés sur lesdites matrices noires déposées; et former une couche conductrice transparente sur lesdits éléments colorés et lesdites matrices noires addition- nelles. 6. Procédé de fabrication d'un filtre de couleurs pour un écran à cristaux liquides, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à: former une couche conductrice transparent sur un sub- strat isolant transparent; former des éléments colorés rouges, verts, et bleus à des positions prédéterminées sur ladite couche conduc- trice transparente; former par électrodéposition des matrices noires pré- sentant sensiblement la même hauteur que lesdits élé- ments colorés entre lesdits éléments colorés; et former une couche de protection sur lesdits éléments colorés et lesdites matrices noires.