Brevet FR2872593A1 — publié le 20060106

APPAREIL ET PROCEDE POUR FABRIQUER UN FILTRE CHROMATIQUE POUR AFFICHEUR À CRISTAUX LIQUIDES La présente invention concerne un affichage à cristaux liquides (LCD) et, plus particulièrement, un appareil et un procédé pour fabriquer un filtre chromatique pour afficheur à cristaux liquides (LCD). L'évolution rapide de la technologie de l'information entraîne un accroisse-ment majeur de la demande en écrans plats perfectionnés. Cette demande a nécessité le développement d'écrans plats tels que des écrans plats de faible épaisseur, légers et à faible consommation d'énergie. En particulier, des affichages LCD dotés de caractéristiques améliorées telles que la haute résolution, la précision du réglage de l'intensité de couleur et la qualité d'image sont développés et appliqués à divers dispositifs tels que les ordinateurs bloc-notes et ordinateurs de bureau. En général, un afficheur à cristaux liquides (LCD) comprend un substrat de matrice inférieur ayant des électrodes de pixel d'un côté, un substrat à filtre chroma-tique supérieur ayant des électrodes communes faisant face aux électrodes de pixel, et un cristal liquide remplissant l'espace entre le substrat de matrice inférieur et le substrat à filtre chromatique supérieur. L'application d'une tension entre l'électrode de pixel et l'électrode commune génère un champ électrique dans le cristal liquide qui permet de modifier la disposition des molécules du cristal liquide et changer ainsi la transmission de la lumière. L'afficheur à cristaux liquides (LCD) affiche des images en exploitant le changement de transmission de la lumière du cristal liquide. En détail, la figure 1 illustre une vue en coupe partielle d'un afficheur à cristaux liquides (LCD) selon l'art antérieur dans lequel, pour des raisons de clarté, sont illustrés uniquement une électrode commune, une électrode de pixel correspondant à l'électrode commune, et le cristal liquide remplissant l'espace entre l'électrode commune et l'électrode de pixel. En référence à la figure 1, un afficheur à cristaux liquides (LCD) comprend un substrat de matrice inférieur 10 ayant une électrode de pixel 26, un transistor à couche mince (T) correspondant à l'électrode de pixel 26, et un premier substrat transparent 5a. Le transistor à couche mince (T) est formé sur le premier substrat 5a et comprend une électrode grille 12, une couche active 16, des couches de contact ohmique 18a et 18b, une électrode source 20a, et une électrode drain 20b. Bien que cela ne soit pas représenté, l'électrode grille 12 et l'électrode source 20a sont respectivement reliées à une ligne de grille et à une ligne de données qui se croisent à angles droits pour définir une région de pixel. R:\Brevets\24000\24002. doc - 22 juin 2005 - I/l2 L'électrode de pixel 26 est réalisée en matériau conducteur transparent et est formée au niveau de la région de pixel. En outre, l'électrode de pixel 26 est reliée électriquement à l'électrode drain 20b du transistor à couche mince (T) par l'intermédiaire d'une ouverture de contact 24. Les numéros de référence 14 et 22 désignent respectivement une couche isolante et une couche de passivation. La couche isolante 14 est formée pour isoler l'électrode grille 12, et la couche de passivation 22 est formée pour protéger le transistor à couche mince (T). En outre, l'afficheur à cristaux liquides (LCD) comprend un substrat à filtre chromatique supérieur 50 faisant face au substrat de matrice inférieur 10 et un cristal liquide 30 remplissant l'espace entre le substrat à filtre chromatique supérieur 50 et le substrat de matrice inférieur 10. Le substrat à filtre chromatique supérieur 50 comprend un second substrat transparent 5b espacé du premier substrat 5a, une ouverture définie sous le second substrat 5b pour faire face à l'électrode de pixel 26, et une matrice à fond noir 52 formée sous le second substrat 5b pour faire face au transistor à couche mince (T). La matrice à fond noir 52 empêche la lumière de passer à travers celui-ci, de sorte que la lumière provenant de l'électrode de pixel 26 peut traverser le substrat à filtre chromatique supérieur 50 tandis que la lumière provenant d'autres portions ne peut pas traverser le substrat à filtre chromatique supérieur 50. En outre, le substrat à filtre chromatique supérieur 50 comprend un filtre chromatique 54, une couche de second revêtement 56 et une électrode commune 58. Le filtre chromatique 54 est formé à côté de la matrice à fond noir 52 à un emplacement correspondant à l'électrode de pixel 26 du substrat de matrice inférieur 10 pour produire de la couleur. La couche de second revêtement 56 est formée au-dessous du filtre chromatique 54 pour protéger ce-dernier et égaliser la surface irrégulière, et l'électrode commune 58 est formée sur la couche de second revêtement 56 avec un matériau conducteur transparent. Etant donné que l'afficheur à cristaux liquides (LCD) lui-même ne possède pas de composant électroluminescent, une unité de rétroéclairage (non représentée) est prévue derrière l'afficheur à cristaux liquides (LCD) comme source de lumière. Par conséquent, l'afficheur à cristaux liquides (LCD) peut afficher diverses images en modifiant la disposition moléculaire du cristal liquide 30 lorsque l'unité de rétro-éclairage émet de la lumière vers le cristal liquide 30. Pour afficher des images en couleur avec l'afficheur à cristaux liquides (LCD), le filtre chromatique 54 est inclus dans l'afficheur à cristaux liquides (LCD) comme composant. En référence à la figure 2, le filtre chromatique 54 comprend des sous-filtres colorés rouge, vert et bleu 54a, 54b et 54c disposés de manière répétée, chacun R.\Brevets\24000\24002. doc - 22 juin 2005 - 2/12 permettant à de la lumière ayant une longueur d'onde correspondante de le traverser. Le fait d'ajuster la quantité des couleurs rouge, verte et bleue permet d'obtenir une reproduction de couleurs précise grâce à une combinaison des trois couleurs. Bien que la relation structurelle entre la matrice à fond noir 52 et le filtre chromatique 54 soit modifiée sur la figure 2 en comparaison de la figure 1, cette modification sera considérée comme évidente par l'homme de l'art. Pour former un filtre chromatique, on a généralement recours à la dispersion de pigment, la coloration et au dépôt électrolytique. Dans un procédé de dispersion de pigment typique, une résine contenant un pigment polyamide dispersé est appliquée sur un substrat, puis un motif est formé par photolithographie sur le substrat avec revêtement. Le procédé de dispersion de pigment est utilisé couramment car il offre une plus grande marge de transformation, et de meilleures caractéristiques de résistance à la chaleur et à la lumière. En particulier, le procédé de dispersion de pigment est utile pour les affichages LCD de grandes dimensions. Toutefois, le procédé de dispersion de pigment présente l'inconvénient que les opérations de revêtement et de photolithographie sont réalisées successivement pour former les sous-filtres colorés rouge, vert et bleu, ce qui complique le processus de fabrication. En outre, les coûts sont augmentés en raison du matériel de fabrication coûteux nécessaire à ces opérations. La figure 3 est une vue en coupe schématique d'une couche photosensible utilisée comme film sec pour un procédé de revêtement à film mince selon l'art antérieur. En référence à la figure 3, une couche photosensible 60 comprend un film de couverture 62, une couche photosensible colorée 64, une couche barrière à l'oxygène 66, une couche d'amortissement 68, un film de base 69 et une couche anti-statique 70 qui sont formées séquentiellement dans cet ordre. La couche anti- statique 70 est prévue pour éliminer l'électricité statique. Le film de couverture 62 et le film de base 69 sont prévus pour protéger des impacts, de la poussière et autres, la couche d'amortissement 68, la couche d'oxygène 66, et la couche photosensible colorée 64. Le film de couverture 62 et le film de base 69 seront retirés après formation d'un filtre chromatique au moyen de la couche photosensible 60. En fonction du pigment contenu dans la couche photo-sensible colorée 64, la couche photosensible 60 peut être utilisée pour fabriquer un sous-filtre de couleur rouge, un sous-filtre de couleur vert ou un sous-filtre de couleur bleu. La couche photosensible colorée 64 comprend une composition photosensible de type photopolymérisation, qui contient un pigment organique (pour l'obtention d'un rouge, d'un vert ou d'un bleu), un liant, un initiateur de photopolymérisation et un monomère de fonctionnalité. Lors d'un processus de fabrication de filtre chroma- R \Brevets,24000A24002. doc 22 juin 2005 - 3/ 12 tique, la couche photosensible 64 est fixée à un substrat et devient un sous-filtre de couleur rouge, vert ou bleu par balayage sélectif d'une lumière. Lorsqu'un filtre chromatique est formé séquentiellement au moyen de couches photoconductrices rouge, verte et bleue, la couche d'amortissement 68 diminue l'irrégularité du sous- filtre de couleur précédemment formé et facilite la fixation au substrat de la couche photosensible suivante. A cet effet, la couche d'amortissement 68 est réalisée en un matériau transparent flexible. La couche barrière à l'oxygène 66 préserve la photosensibilité de la couche photosensible colorée 64 et empêche une portion exposée à la lumière de la couche 10 photosensible 64 de se disperser. En comparaison des autres procédés tels que le procédé de dispersion de pigment, le procédé de revêtement à film mince utilisé pour fabriquer le filtre chromatique avec la couche photosensible est avantageux puisqu'il simplifie le processus et le matériel de fabrication. Toutefois, dans le procédé de revêtement à film mince, des solutions chimiques telles qu'une solution de décapage et un révélateur sont appliqués de manière répétée pour retirer les couches d'amortissement et photosensible colorée résiduelles du sous-filtre de couleur précédemment formé, compliquant ainsi le processus et ayant un impact sur le sous-filtre de couleur précédemment formé. Un appareil et un procédé pour fabriquer un filtre chromatique pour un afficheur à cristaux liquides (LCD) sont décrits, dans lesquels un motif prédéterminé est formé sur un film sec sans avoir recours à une photolithographie et le film sec à motif est imprimé sur un substrat à filtre chromatique. Un appareil pour fabriquer un filtre chromatique pour un affichage à cristaux liquides (LCD) comprend un premier rouleau autour duquel sont formés un film sec et un film de base suivant un ordre prédéterminé, le film sec étant un film sec rouge, vert ou bleu pour former un sous-filtre chromatique, le film de base protégeant le film sec; un second rouleau autour duquel sont formés le film sec et le film de base suivant un ordre inverse de l'ordre prédéterminé, pour un fonctionnement en relation avec le premier rouleau; et une plaque d'impression pour former un motif prédéterminé sur le film sec formé autour du second rouleau. Plus particulièrement, l'invention propose un appareil pour fabriquer un filtre chromatique pour un affichage à cristaux liquides (LCD), comprenant: un premier rouleau autour duquel sont formés un film sec et un film de base; un second rouleau autour duquel sont formés le film sec et le film de base; et une plaque d'impression pour former un motif prédéterminé sur le film sec formé autour du second rouleau, dans lequel le film sec est un film sec rouge, vert ou bleu. R.\Brevets\24000\24002 doc - 22 juin 2005 - 4/12 Selon un mode de réalisation, le film sec et le film de base sont formés dans un premier ordre autour du premier rouleau. Selon un autre mode de réalisation, le film sec et le film de base sont formés dans un second ordre autour du second rouleau et le second ordre est l'inverse du premier ordre. Selon un autre mode de réalisation, le premier rouleau et le second rouleau sont reliés par le film de base et le film sec. Selon un autre mode de réalisation, le second rouleau est entraîné en rotation par la rotation du premier rouleau. Selon un autre mode de réalisation, une fois le motif prédéterminé formé sur le film sec formé autour du second rouleau, le film sec à motif est imprimé sur un substrat à filtre chromatique pour fabriquer un filtre chromatique. Selon un autre mode de réalisation, le motif prédéterminé est formé sur le film sec formé autour du second rouleau en faisant rouler le second rouleau sur la plaque d'impression. De préférence, le film sec comprend un liant et un pigment organique pour l'obtention d'une couleur rouge, verte ou bleue. L'invention propose un procédé pour fabriquer un filtre chromatique pour un affichage à cristaux liquides LCD, comprenant les étapes consistant à : préparer un premier rouleau et un second rouleau fonctionnant en relation avec le premier rouleau; former un film sec et un film de base autour du premier rouleau suivant un ordre prédéterminé, le film sec étant un film sec rouge, vert ou bleu, le film de base protégeant le film sec, former un film sec et un film de base autour du second rouleau suivant un ordre inverse de l'ordre prédéterminé, former un motif prédéterminé sur le film sec formé autour du second rouleau en actionnant les premier et second rouleaux pour faire rouler le second rouleau sur une plaque d'impression sur laquelle est formé un motif correspondant; et actionner les premier et second rouleaux pour imprimer le film sec à motif sur un substrat à filtre chromatique pour former un filtre chroma- tique. Selon un mode de réalisation du procédé, le motif formé sur la plaque d'impression comprend une portion en renfoncement et une portion en saillie et correspond à un motif de filtre chromatique à former sur le substrat à filtre chromatique. Selon un autre mode de réalisation du procédé, le sens de rotation de chacun des premier et second rouleaux est inversé après formation du motif prédéterminé sur le film sec de manière à imprimer le film sec à motif sur le substrat à filtre chromatique. R:\Brevets\24000\24002 doc - 22 juin 2005 - 5112 Selon un autre mode de réalisation du procédé, le second rouleau est entraîné en rotation par la rotation du premier rouleau. Selon un autre mode de réalisation du procédé, le film sec comprend un liant et un pigment organique pour l'obtention d'une couleur rouge, verte ou bleue. Selon un autre mode de réalisation du procédé, le motif prédéterminé est formé sur le substrat à filtre chromatique pour chacun des films rouge, vert et bleu. L'invention propose également un afficheur à cristaux liquides, comprenant un substrat inférieur, un substrat supérieur comprenant un filtre chromatique; du cristal liquide disposé entre le substrat inférieur et le substrat supérieur; dans lequel le filtre Io chromatique comprend des sous-filtres imprimés à film sec rouge, vert ou bleu. Des exemples de mode de réalisation seront mieux compris en relation avec les dessins, mais ne sont pas donnés à titre limitatif. La figure 1 est une vue en coupe partielle d'un afficheur à cristaux liquides (LCD) selon l'art connexe; la figure 2 est une vue en coupe d'un substrat à filtre chromatique d'un affi- cheur à cristaux liquides (LCD) selon l'art connexe; la figure 3 est une vue en coupe schématique d'une couche photosensible utili- sée comme film sec pour un procédé de revêtement à film mince selon l'art connexe; la figure 4 est une vue en coupe schématique d'un appareil pour fabriquer un filtre chromatique; et les figures 5A à 5C illustrent schématiquement un procédé de fabrication d'un filtre chromatique pour un afficheur à cristaux liquides (LCD). Les éléments référencés de la même manière dans les dessins identiques ou non assurent des fonctions équivalentes. Un procédé de fabrication d'un filtre chromatique utilisant un film sec permet de réaliser un filtre chromatique avec un matériel peu coûteux et un procédé simple. Le procédé à film sec nécessite un matériel peu coûteux, mais assure une fiabilité supérieure et peut donc être appliqué à différents domaines. Le filtre chromatique est fabriqué en imprimant un motif prédéterminé avec un rouleau autour duquel est formé un film sec. En référence à la figure 4, un appareil de fabrication de filtre chromatique comprend un premier rouleau 400, un second rouleau 410 pour un fonctionnement en relation avec le premier rouleau 400, et une plaque d'impression (non représentée). Un film sec 420 et un film de base 430 sont formés autour du premier rouleau 400, suivant un ordre prédéterminé, et le film sec 420 et le film de base 430 sont égale-ment formés autour du second rouleau 410 dans l'ordre inverse de l'ordre prédéterminé. Le film sec 420 est un film sec rouge, vert ou bleu pour former un sous- filtre R.\Brevets\24000\24002. doc - 22 juin 2005 - 6/12 chromatique. La plaque d'impression est prévue pour former un motif prédéterminé sur le film sec 420 formé autour du second rouleau 410. Le film sec 420 et le film de base 430 sont formés séquentiellement autour du premier rouleau 400. Le film de base 430 et le film sec 420 sont formés séquentiel- lement dans l'ordre inverse autour du second rouleau 410. En outre, le premier rouleau 400 et le second rouleau 410 sont reliés par le film de base 430 et le film sec 420. Par conséquent, lorsque l'on fait tourner le premier rouleau 400, le second rouleau 410 tourne également dans une direction correspondante. Sur la figure 4, par exemple, le premier rouleau 400 est entraîné en rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre pour faire tourner le second rouleau 410 dans le sens des aiguilles d'une montre. Un motif prédéterminé est formé sur le film sec 420 du second rouleau 410, puis le film sec 420 est imprimé sur un substrat à filtre chromatique. Le motif prédéterminé est formé sur le film sec 420 du second rouleau 410 en faisant rouler le second rouleau 410 sur la plaque d'impression sur laquelle est formé un motif correspondant au motif prédéterminé. Le film sec 420 peut être utilisé pour former un sous-filtre chromatique rouge, vert ou bleu en fonction du pigment contenu dedans. En d'autres termes, le film sec 420 comprend un liant et un pigment organique pour l'obtention d'une couleur rouge, verte ou bleue. Etant donné qu'un motif prédéterminé est imprimé sur le film sec 420 au moyen de la plaque d'impression, le film sec 420 est réalisé en un matériau adéquat pour l'application de motifs. Les figures 5A à 5C représentent schématiquement un procédé de fabrication d'un filtre chromatique pour un afficheur à cristaux liquides (LCD). Sur la figure 5A, un appareil est préparé pour un procédé de fabrication d'un filtre chromatique. L'appareil de fabrication d'un filtre chromatique comprend le premier rouleau 400 autour duquel sont formés le film sec 420 et le film de base 430 suivant un ordre prédéterminé, dans lequel le film sec 420 est un film sec rouge, vert ou bleu pour former un sous-filtre chromatique, et le film de base 430 est prévu pour protéger le film sec 420. En outre, l'appareil comprend le second rouleau 410 autour duquel sont formés le film sec 420 et le film de base 430 dans l'ordre inverse de l'ordre prédéterminé, pour un fonctionnement en relation avec le premier rouleau 400. En référence à la figure 5B, le premier rouleau 400 et le second rouleau 410 sont actionnés pour faire rouler le second rouleau 410 sur une plaque d'impression 500 où est formé un motif prédéterminé. R'\.Brevets\24000\24002.doc - 22 juin 2005 - 712 Le motif prédéterminé de la plaque d'impression 500 comprend des portions en renfoncement 520 et des portions en saillie 510. Le motif prédéterminé correspond à un motif de filtre chromatique à former sur un substrat à filtre chromatique. Comme illustré sur la figure 5B, pendant que le second rouleau 410 roule sur la plaque d'impression 500, la plaque d'impression 500 forme un motif sur le film sec 420 formé autour du second rouleau 410. En référence à la figure 5C, une fois le motif formé sur le film sec 420 du second rouleau 410, le film sec à motif 420 est transféré sur un substrat à filtre chromatique 600 pour former un motif 610. Pour transférer le film sec à motif 420 sur le substrat à filtre chromatique 600, on fait tourner le second rouleau 410 dans le sens inverse par rapport à la figure 5B, c'est-à-dire que le sens de rotation du rouleau 410 illustré sur la figure 5C est contraire à celui illustré sur la figure 5B. Comme décrit plus haut, un motif prédéterminé est formé sur le film sec 420 15 sans avoir recours à une photolithographie, puis le film sec à motif est transféré sur le substrat à filtre chromatique 600. La présente invention a été expliquée au moyen des exemples décrits plus haut. Toutefois, il va de soi pour l'homme de l'art que la présente invention ne se limite pas aux exemples, et qu'elle peut faire l'objet de divers changements ou modifica- tions sans se départir de l'esprit de l'invention. En conséquence, la portée de l'invention sera déterminée uniquement par les revendications jointes et leurs équivalents. R:\Brevets\24000A24002_doc - 22 juin 2005 - 8/12 REVENDICATIONS 1. Appareil pour fabriquer un filtre chromatique pour un affichage à cristaux liquides (LCD), comprenant: un premier rouleau (400) autour duquel sont formés un film sec (420) et un film de base (430) un second rouleau (410) autour duquel sont formés le film sec (420) et le film de base (430) ; et - une plaque d'impression (500) pour former un motif prédéterminé sur le 10 film sec (420) formé autour du second rouleau (410), dans lequel le film sec (420) est un film sec rouge, vert ou bleu. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filin sec (420) et le film de base (430) sont formés dans un premier ordre autour du premier 15 rouleau (400). 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le film sec (420) et le film de base (430) sont formés dans un second ordre autour du second rouleau (410), et dans lequel le second ordre est l'inverse du premier ordre. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier rouleau (400) et le second rouleau (410) sont reliés par le film de base (430) et le film sec (420) . 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le second rouleau (410) est entraîné en rotation par la rotation du premier rouleau (400). 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, une fois le motif prédéterminé formé sur le film sec (420) formé autour du second rouleau (410), le film sec à motif est imprimé sur un substrat à filtre chromatique (600) pour fabriquer un filtre chromatique. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le motif prédéterminé est formé sur le film sec (420) formé autour du second rouleau (410) en faisant rouler le second rouleau (410) sur la plaque d'impression (500). R:\Brevets\24000\24002. doc - 22 juin 2005 - 912 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le film sec (420) comprend un liant et un pigment organique pour l'obtention d'une couleur rouge, verte ou bleue. 9. Procédé pour fabriquer un filtre chromatique pour un affichage à cristaux liquides LCD, comprenant les étapes consistant à : préparer un premier rouleau et un second rouleau fonctionnant en relation avec le premier rouleau; - former un film sec et un film de base autour du premier rouleau suivant un 10 ordre prédéterminé, le film sec étant un film sec rouge, vert ou bleu, le film de base protégeant le film sec - former un film sec et un film de base autour du second rouleau suivant un ordre inverse de l'ordre prédéterminé - former un motif prédéterminé sur le film sec formé autour du second 15 rouleau en actionnant les premier et second rouleaux pour faire rouler le second rouleau sur une plaque d'impression sur laquelle est formé un motif correspondant; et actionner les premier et second rouleaux pour imprimer le film sec à motif sur un substrat à filtre chromatique (600) pour former un filtre chromatique. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le motif formé sur la plaque d'impression comprend une portion en renfoncement et une portion en saillie et correspond à un motif de filtre chromatique à former sur le substrat à filtre chromatique. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que le sens de rotation de chacun des premier et second rouleaux est inversé après formation du motif prédéterminé sur le film sec de manière à imprimer le film sec à motif sur le substrat à filtre chromatique. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que le second rouleau est entraîné en rotation par la rotation du premier rouleau. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que le film sec comprend un liant et un pigment organique pour l'obtention d'une couleur rouge, verte ou bleue. R:\Brevets\24000\24002 doc - 22 juin 2005 - 10/12 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que le motif prédéterminé est formé sur le substrat à filtre chromatique pour chacun des films rouge, vert et bleu. 15. Un afficheur à cristaux liquides, avec un filtre chromatique obtenu par le procédé de l'une quelconque des revendications 9 à 14, comprenant un substrat inférieur un substrat supérieur comprenant un filtre chromatique; - du cristal liquide disposé entre le substrat inférieur et le substrat supérieur; 10 dans lequel le filtre chromatique (600) comprend des sous- filtres imprimés à film sec rouge, vert ou bleu. R \Brevets\24000\24002. doc - 22 juin 2005 - 11/ 12