DE19806242A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Farbfilters, dadurch hergestellter Farbfilter sowie Verfahren zum Herstellen eines Grundkörpers für eine solche Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Farbfilters, einen solchen Farbfilter sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Grundkörpers für eine Vorrichtung zum Herstellen eines solchen Farbfilters.

Verfahren zum Herstellen von Farbfiltern sind bekannt. Derartige Farbfilter wer­ den insbesondere für Flachbildschirme, wie Aktivmatrix-Flüssigkristalldisplays, verwendet. Die Herstellung solcher Farbfilter ist bislang ein sehr komplizierter Prozeß, da mehrere lithographische Prozesse auf relativ großen Flächen exakt nacheinander durchgeführt werden müssen. Die zu erzielende Ausbeute ist da­ bei sehr gering, weswegen Farbfilter im allgemeinen sehr teuer sind und ent­ scheidend den Preis eines Farbdisplays bestimmen, insbesondere bis zu einem Anteil von 35%.

Ein erstes bekanntes Verfahren zur Herstellung von Farbfiltern für insbesondere Flachbildschirme beruht auf dem Auftragen bzw. Aufschleudern von Fotolack auf ein Glassubstrat und ein nachfolgendes Trocknen des Fotolackes. An­ schließend wird der Fotolack über eine entsprechende Fotomaske belichtet und entwickelt. Die dabei erhaltenden Fotolackinseln, welche aufgrund der Strukturierung durch die Fotomaske auf dem Glassubstrat stehen bleiben, wer­ den nachfolgend mit einer Farbstofflösung eingefärbt. Derartige Lackinseln kön­ nen beispielsweise eine Größe von 100 × 300 µm² aufweisen. Alternativ zum späteren Einfärben mit einer Farbstofflösung kann auch mit einem bereits ge­ färbten Fotolack gearbeitet werden. Im allgemeinen wird ein sequentieller Farb­ stoffauftrag für beispielsweise Rot, Grün und Blau übereinander vorgesehen. Dies erweist sich jedoch als sehr aufwendig. Bei der Verwendung von direkt gefärbtem Fotolack, welcher insbesondere sehr teuer ist, wird lediglich der Schritt des Eintauchens für das Färben gespart. Aber auch dadurch ergeben sich keine geringeren Kosten bei der Herstellung des Farbfilters. Diese Technologie ist in W.Latham, D.Hawley, "Color Filters from Dyed Polyimids", Solid State Technology, May 1988 beschrieben.

Weiterhin ist auch ein Verfahren bekannt, bei welchem ein hochauflösendes Tintenstrahlverfahren eingesetzt wird (J.W. Mayo et al., "Color Filters for Flat Panel Displays by High Definition Ink Jet Printing", Proceedings EURO DISPLAY 1996, p. 537-540). Bei diesem Verfahren werden aus einer Mikrodüse sehr feine Tröpfchen erzeugt und in eine durch eine sog. Black Matrix definierte Gitterstruktur auf dem Farbfiltersubstrat eingefüllt. Die Abmessungen der Gitterstruktur betragen beispielsweise eine Länge von 300 µm, eine Breite von 200 µm und eine Höhe von 2 µm. Diese Gitterstruktur wird entweder mittels Sputterverfahrens oder über einen schwarz gefärbten oder einzufärbenden Fotolack realisiert.

Das Verfahren erweist sich jedoch als sehr zeitaufwendig und daher für einen hohen Durchsatz ungeeignet. Zudem ist die erzielbare Auflösung verhältnismäßig schlecht. Sie liegt üblicherweise bei 70 bis 100 µm, wodurch mittels solcher Technologien im allgemeinen keine qualitativ hochwertigen Farbfilter hergestellt werden können (L.E. Tannas, Jr. et al., "Flat-Panel Display Technologies", NOYES PUBLICATIONS 1995, p. 46-47). Eine Auflösung von 10 bis 20 µm ist bei heutigen Farbfiltern für Flachbildschirme erforderlich. Daher wird üblicherweise die Verwendung von lithographischen Verfahren für die Her­ stellung von Farbfiltern für Displays nahezu ausschließlich verwendet.

Ein weiteres Verfahren zum Herstellen von Farbfiltern ist eine galvanische Methode unter Anwendung von Elektroplating. Dabei werden die Farbpigmente leitfähig gemacht und anschließend auf das Glassubstrat des Farbfilters aufgetragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Farbfilters, basierend auf einem Substrat, zu schaffen, welches eine hohe Auflösung des Farbfilters ermöglicht und die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, einen entsprechend gestalteten Farbfilter zu schaffen.

Die Aufgabe wird für ein Verfahren zum Herstellen eines Farbfilters, basierend auf einem Substrat, dadurch gelöst, daß Farbstoffe durch eine digitale, hochauflösende Drucktechnik auf das Substrat aufgebracht werden. Für eine Vorrichtung zum Herstellen eines Farbfilters wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Vorrichtung einen Grundkörper mit einer mit Pads versehenen Oberfläche und punktuell wirksame Kontaktelemente aufweist, wobei der Grundkörper mehrere Schichten aufweist und wobei die Kontaktelemente einzeln ansteuerbar sind. Für einen Farbfilter wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Farbfilter aus einem optisch transparenten Material besteht und mit Farbstoffen mit einer Schichtdicke von 1 bis 2 µm beschichtet ist. Für ein Verfahren zum Herstellen eines Grundkörpers für eine erfindungsgemäße Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Oberfläche des Grundkörpers mechanisch und/oder chemisch in eine gewünschte lang- und kurzwellige Ebenheit gebracht wird, daß die Oberfläche rückstandsfrei gereinigt und getrocknet wird, daß eine elektrisch leitfähige Schicht vorgesehen ist oder erzeugt wird, daß eine isolierende Schicht auf die elektrisch leitfähige Schicht in vorbestimmter Dicke aufgebracht wird, daß auf die isolierende Schicht eine dünne elektrisch leitfähige Schicht aufgebracht wird, und daß die obere elektrisch leitfähige Schicht durch hochauflösende fotolithographische Techniken strukturiert wird. Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen definiert.

Dadurch wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Farbfiltern geschaffen, wodurch eine relativ hohe Auflösung der erzeugten Farbfilter er­ möglicht wird. Aufgrund der erzielbaren Pixel in der Größenordnung von wenigen µm² wird eine höhere Bildklarheit gegeben als beim bekannten Stand der Technik. Vorteilhaft ist dabei eine gestufte Belegung über die Ladungsänderung der einzelnen aufgeladenen Pads möglich, wobei vorzugsweise dabei die Pads eine geringere Größe aufweisen als die auf dem Farbfilter zu erzeugenden Pixel oder Farbpixel. Durch die vorteilhafte Verwendung des elektrostatischen Prinzipes ist ein beliebiges Umladen der Pads auf der Oberfläche des Grundkörpers der Vorrichtung möglich, da eine in situ-Programmierung vorgenommen werden kann. Es ist also ein digitaler Zugriff auf einen minimalen Pixel, insbesondere bei Ansteuerung über einen Rechner, möglich. Besonders vorteilhaft ist erstmals eine Herstellung von hochauflösenden Farbfiltern mittels einer Drucktechnik möglich, wobei die sonst beim Stand der Technik bekannte mehrmalige fotolithographische, sehr auf­ wendige Prozedur des sequentiellen Farbauftrages auf dem Farbfiltersubstrat vorteilhaft ersetzt wird durch das einmalige fotolithographische Herstellen eines Druckwerkzeuges in Form der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Mit dieser Vor­ richtung oder dem Druckwerkzeug können anschließend beliebig viele Farbfilter in kürzester Zeit sehr effektiv hergestellt werden. Es erweist sich dabei als sehr vorteilhaft, daß ein direkter Druck mit Farbstoffen beispielsweise den Grundfarben Rot, Grün, Blau sowie ggf. auch der Gitterstruktur einer Black Matrix, auf dem Glassubstrat des Farbfilters ermöglicht wird. Zur Strukturierung der Grundfarbenpixel auf dem Farbfiltersubstrat, wie beim Stand der Technik, sind somit keine zusätzlichen fotolithographischen Prozesse mehr erforderlich.

Bei vorzugsweiser Verwendung von fingerartigen freistehenden Kontaktelemen­ ten sind diese mit positiver oder negativer Ladung aufladbar, wobei eine Span­ nung zwischen 10 und 1.000 Volt wählbar ist. Durch Kontakt der Kontaktele­ mente mit den Pads auf dem Grundkörper der Vorrichtung werden diese mit entsprechender Ladung aufgeladen. Besonders bevorzugt weisen die Pads eine Flächengröße im Bereich von 1 µm² bis 1 cm² auf. Der Grundkörper kann dabei eine Zylinderform oder Plattenform aufweisen. Er kann insbesondere auch ein Segment eines zylindrischen Körpers sein oder gekrümmt plattenförmig sein. Weist der Grundkörper eine Plattenform auf, kann zum Aufladen der Pads anstelle einer linienförmigen Anordnung der einzelnen Kontaktelemente auch eine feldförmige Anordnung von diesen gewählt werden. Dadurch wird ein schnelleres und erleichtertes Aufladen der einzelnen Pads ermöglicht.

Um ein möglichst gutes Anliegen der Kontaktelemente auf den Pads zu ermög­ lichen, sind vorzugsweise Andruckeinrichtungen vorgesehen. Diese üben eine Druckkraft auf den Grundkörper der Vorrichtung und/oder auf das Substrat des Farbfilters so aus, daß beide Oberflächen optimal zumindest in dem Bereich der aufzuladenden Pads aneinander anliegen. Eine solche Andruckeinrichtung kann ein Rakel oder eine Walze sein. Vorzugsweise wird eine solche Andruckeinrichtung auch zum Erhöhen des Kontaktes von der Oberfläche des Substrates des Farbfilters und der Grundkörperoberfläche der Vorrichtung während der Beschichtung mit den Farbstoffen vorgesehen. Neben Walzen oder Rakeln eignen sich hierbei auch luftkissenartige Andruckelemente. Dadurch wird ein flexibles Andrücken ermöglicht.

Aufgrund der Strukturierung der Oberfläche des walzen-, plattenförmigen oder beliebig geformten Grundkörpers der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die leitfähigen Pads können einzelne, den Grundfarbenpixeln entsprechende Bereiche getrennt voneinander elektrisch aufgeladen werden. Daher ist eine digitale elektrostatische Beschreibung dieses Grundkörpers, also Druckzylinders bzw. Druckplatte über die entsprechend geformten Kontaktelemente, insbesondere fingerförmigen Kontaktelemente möglich. Es können dadurch, falls gewünscht, mit besonders hoher Auflösung Farbpixel auf einem Farbfilter im Bereich von 10 × 10 µm² hergestellt werden. Die Farbpixel können auch noch kleiner erzeugt werden. Jedenfalls kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine zumindest um den Faktor 10 höhere Auflösung erreicht werden als mit den Herstellungsverfahren nach dem Stand der Technik. Dadurch wird vorzugsweise eine Auflösung von zumindest 1 bis 10 µm erzielt. Bei geringerem Aufwand ist es somit vorteilhaft möglich, eine höhere Auflösung bei präzise gestalteten Farbpixeln auf dem Farbfilter zu erzeugen. Vorzugsweise geschieht dabei eine raumdefinierte elektrische Aufladung der Pads zum Applizieren eines insbesondere flüssigen Farbstoffes oder einer Farbstofflösung oder aber auch fester Pigmentfarbstoffe auf den Pads des Grundkörpers der Vorrichtung. Beim anschließenden Andrücken des Grundkörpers der Vorrichtung gegen das Filtersubstrat, welches insbesondere ein Glas- oder Kunststoffsubstrat, jedenfalls ein Substrat aus einem optisch transparenten Material ist, wird der entsprechende Farbstoff als Farbpixel übertragen. Dabei geschieht zunächst die Übertragung nur einer Farbe, beispielsweise von Rot, woran sich zwei weitere Andrückvorgänge anschließen, bei denen beispielsweise die Farben Grün und Blau auf das Substrat des Farbfilters übertragen werden. Die Übertragung der Black Matrix kann entweder vor oder nach dem Aufbringen der farbigen Farbstoffe geschehen.

Der zum Drucken verwendete Grundkörper der Vorrichtung besteht vorzugs­ weise aus Glas und/oder Keramik. Er kann aber auch aus vergütetem Stahl, insbesondere CK 45, oder aber aus einem Metall oder Metallegierung, wie bei­ spielsweise Aluminium, Invar, Titan oder Molybdän bestehen. Besonders bevorzugt wird dieser Grundkörper zunächst auf eine Ebenheit in axialer Richtung (eines zylindrischen Grundkörpers) zwischen 0,3 und 10 µm (in Abhängigkeit von dem jeweiligen Anwendungsfall) gebracht. Eine kurzwellige Ebenheit eines solchen Grundkörpers kann insbesondere bei Werten zwischen R_max = 50 nm und 5 µm liegen.

Bei der zunächst erfolgenden Reinigung der Grundkörperoberfläche mit bei­ spielsweise einem bekannten Naßreinigungsverfahren unter mechanischer Reinigungsunterstützung und nachfolgender Trocknung werden vorzugsweise Reinraumbedingungen geschaffen, damit der Auftrag von Partikeln, welche in den später aufzubringenden Schichten unerwünschte Effekte erzeugen können, vermieden wird.

Wird ein Grundkörper aus einem elektrisch isolierenden Material verwendet, wird vorzugsweise zunächst eine dünne, elektrisch leitfähige Schicht auf dessen Oberfläche aufgebracht. Vorzugsweise erfolgt dies durch ein CVD (Chemical Vapor Deposition)- oder PVD (Physical Vapor Deposition)-Verfahren, wie bei­ spielsweise ein Magnetronsputterverfahren. Alternativ hierzu kann die Schicht auch naßchemisch hergestellt werden. Vorzugsweise liegt die Schichtdicke im Bereich von 50 nm bis 500 µm. Als Material wird für diese dünne elektrisch leit­ fähige Schicht vorzugsweise ein haftendes Material, wie beispielsweise Titan, Chrom, Wolfram, Aluminium etc. sowie deren Nitride und Karbide verwendet. Bei Anwenden des CVD- oder des PVD-Verfahrens kann die Schicht durch ionenunterstützte Prozesse hergestellt werden, wie beispielsweise einer Vorätzung oder einer Schichtherstellung mit Substratbias.

Die nachfolgend auf diese elektrisch leitfähige Schicht aufgebrachte isolierende Schicht kann beispielsweise aus Siliziumdioxid (SiO₂) oder Titandioxid (TiO₂) oder Aluminiumdioxid (Al₂O₃) bestehen. Die Dicke dieser isolierenden Schicht wird vorzugsweise so eingestellt, daß Defekte, also lokale Wachstumsstörungen, keine elektrische Wirksamkeit mehr aufweisen. Besonders bevorzugt wird die Schichtdicke im Bereich von 1 µm bis 500 µm gewählt.

Die einzelnen Schichten können als Schichtenfolge in einem Beschichtungsvor­ gang sequentiell aufgebracht werden. Besonders bevorzugt werden Schicht­ systeme verwendet, welche lediglich auf einem Quellmaterial beruhen. Dies kann beispielsweise Titan sein. Auf die Oberfläche des Grundkörpers der Vor­ richtung wird daher zunächst eine Schicht aus Titan aufgesputtert. Darüber wird eine gradierte TiO₂-Schicht aufgetragen, welche durch wachsende Sauerstoffzugabe in eine TiO₂-Schicht überführt wird. Zum Herstellen der oberen leitfähigen Schicht, welche mechanischer Beanspruchung während der Farbfilterherstellung unterliegt, wird eine harte TiN-Schicht unter Zugabe von Stickstoff anstelle des Sauerstoffs erzeugt. Auch diese obere Schicht wird mit einem TiO-Ti-TiN-Gradienten mechanisch an den Schichtverbund angebunden.

Zur Strukturierung der oberen leitfähigen Schicht durch hochauflösende fotoli­ thographische Technik wird zunächst die Oberfläche des beschichteten Grund­ körpers mit einem Fotoresist belackt. Dabei kann ein handelsüblicher Fotoresist, wie beispielsweise Shipley AZ 6615 verwendet werden. Eine Belichtung mit dem gewünschten Flächenmuster erfolgt vorzugsweise mittels direkt schreibender Laserstrahllithograhie oder mittels Kontaktbelichtung oder Proximity-UV-Belich­ tung. Daran anschließend folgt das Entwickeln und ein Temperieren (Postbake) bei Temperaturen von insbesondere 90° bis 110°C. Daran anschließend wird die Fotolackmaske mittels naßchemischer Verfahren oder durch Trockenätztechniken zur Strukturierung der oberen elektrisch leitfähigen Schicht verwendet. Zuletzt wird vorzugsweise die Fotoresistmaske entfernt. Auf der Grundkörperoberfläche lassen sich dadurch sehr kleine Flächenmuster (Pads) erzeugen, welche weit unterhalb von 10 µm² hergestellt werden können.

Die zum Laden der Pads verwendeten Kontaktelemente können durch lithogra­ phisches Strukturieren geeigneter Schichten und lokales Entfernen des Substrates durch beispielsweise Anwendung von Opfertechniken hergestellt werden. Die Kontaktelemente werden vorzugsweise mittels eines Rechners angesteuert. Dadurch wird sichergestellt, daß bei Rotation eines zylindrischen Grundkörpers einer erfindungsgemäßen Vorrichtung oder bei Aufladung von anderen Oberflächen eines entsprechend geformten Grundkörpers jedes Pad individuell aufgeladen wird. Auf diese Weise kann auch die Belegungsintensität mit den Farbstoffen gesteuert werden. Dadurch können Farbfilter mit lokal präzise eingestellter Farbdichte erzeugt werden.

Als besonders vorteilhaft erweist sich die Applikation der sog. Black Matrix im Druckverfahren, da dabei die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung der elektrostatischen Technik auf das Sputterverfahren zur Herstellung der Black Matrix verzichtet werden kann.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden Ausführungsbei­ spiels anhand der Zeichnungen beschrieben.

Diese zeigen in:

Fig. 1 ein Ablaufschema des Farbauftrages nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3 eine perspektivische Detailansicht von zwei Ausführungsformen von Grundkörpern einer erfindungsgemäßen Vorrichtung als Schnitt im Bereich seiner Oberfläche,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung, und

Fig. 5 eine Seitenansicht des Grundkörpers für die Vorrichtung gemäß Fig. 4.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht des Verfahrensablaufes in verschiedenen Schritten I bis V. Im ersten Verfahrensschritt ist eine Vorrichtung 1 mit einem Grundkörper 10 sowie ein darunter angeordnetes Farbfilter 2 mit einem Substrat 20 in der Seitenansicht dargestellt. Der Grundkörper 10 der Vorrichtung 1 ist plattenförmig dargestellt und weist eine Grundschicht 15 sowie eine darüber angeordnete isolierende Schicht 16 auf. Auf der Oberfläche 12 der isolierenden Schicht 16 sind aufladbare Pads 11 gebildet. Diese weisen zum Teil einen elektrisch geladenen Stoff 13 auf. Daneben sind ebenfalls elektrisch neutrale, also nicht mit solchen Stoffen versehene Pads 14 angeordnet.

Unterhalb der Vorrichtung 1 ist der zu bildende Farbfilter 2 mit seinem Substrat 20 dargestellt. Auf dem Substrat ist auf dessen Oberfläche 23 eine Gitterstruktur 21 als sog. Black Matrix gebildet. Diese ist vorzugsweise ebenfalls nach dem erfindungsgemäßen Verfahren elektrostatisch auf dem Substrat 20 abgeschie­ den.

Vorrichtung 1 und Farbfilter 2 werden zum Bedrucken des Farbfiltersubstrates aufeinandergedrückt. Dies ist durch den schwarzen Pfeil in Fig. 1 angedeutet. Um eine optimale Übertragung des Stoffes 13 auf das Substrat des Filters zu gewährleisten, sind nicht dargestellte Andruckeinrichtungen in Walzen- oder Rakelform vorgesehen. Es kann zum flexiblen Andrücken auch ein Luftkissen oder ein ähnliches Mittel vorgesehen sein. Der elektrisch geladene Stoff 13 ist beispielsweise ein roter Farbstoff 30. Wie aus dem Verfahrensschritt II hervorgeht, haftet dieser rote Stoff nach dem Aufeinanderdrücken von Filtersubstrat 20 und Vorrichtungsgrundkörper 10 in der Gitterlücke 24 als Farbpixel 22 auf dem Substrat 20. Das rote Farbpixel ist damit zwischen zwei schwarzen Farbpixeln 33 der Gitterstruktur 21 eingefügt.

Im nächsten Verfahrensschritt III wird das zunächst elektrisch neutrale Pad 14 neben dem elektrisch geladenen und zunächst mit dem Farbstoff 13 gemäß Verfahrensschritt I versehenen anstelle von diesem aufgeladen und mit einem grünen Farbstoff 31 versehen. Nach dem Aufeinanderdrücken von Vorrichtung und Substrat 20 lagert sich der grüne Farbstoff 31 als Farbpixel in die Gitterlücke 24 zwischen zwei schwarzen Pixeln 33 der Gitterstruktur 21 ein.

Im Verfahrensschritt IV ist das Ergebnis dieses Vorganges für einen blauen Farbstoff 32 dargestellt. Auch dieser ist als Farbpixel 22 in eine entsprechende Gitterlücke 24 der Gitterstruktur 21 auf dem Substrat 20 eingefügt.

Der Verfahrensschritt V zeigt eine Draufsicht auf das im Verfahrensschritt IV entstandene Gitter, bei dem wechselnd zwischen den schwarzen Streifen 33 der Gitterstruktur jeweils farbige Felder bzw. Farbpixel 22 in den Farben Rot (30), Grün (31) sowie Blau (32) angeordnet sind.

In der Draufsicht ist zu erkennen, daß die Farbpixel 22 jeweils unterteilt sein können in verschiedene Farbnuancen. Dies kann dann geschehen, wenn die Pads 11 auf dem Grundkörper 10 der Vorrichtung 1 kleiner dimensioniert sind als die zu bildenden Farbpixel 22 auf dem Farbfiltersubstrat 20. Hierdurch kön­ nen bestimmte gewünschte Effekte des Farbfilters, insbesondere durch Variation der Ladungsanzahl pro Pad, erzielt werden, wie beispielsweise die Anpassung der Farbempfindlichkeit des Auges. Bei bekannten Verfahren geschieht dies über die Änderung der Farbstoff-Konzentration.

Die einzelnen Farbstoffe können in Polymeren oder Epoxyharzen gelöst oder eingelagert sein, welche an den aufgeladenen Pads elektrostatisch adsorbiert werden. Das Substrat 20 des Farbfilters kann beispielsweise eine Glasplatte sein, wobei der Epoxyharz-Farbstoff von dem Pad auf die Glasplatte übertragen wird. Die jeweilige Dicke der so applizierten Farben liegt vorzugsweise zwischen 1 und 2 µm. Um eine gute Haftfestigkeit und Egalisierung der Farbpixel auf dem Substrat oder der Glasplatte des Farbfilters zu erzielen, wird diese in dem im Verfahrensschritt V dargestellten Zustand für beispielsweise 10 Minuten bei etwa 150° temperiert. Im Anschluß an dieses Temperieren ist der Farbfilter fertiggestellt.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines zylinderförmigen Grundkörpers der Vorrichtung 1. Dargestellt ist der Vorgang des Aufladens der einzelnen Pads 11 auf der Oberfläche 12 des Grundkörpers 10. Zu diesem Zweck liegt dieser auf Masse M. Die bereits vorgefertigten und strukturierten Pads werden mittels Kontaktelementen 40 aufgeladen. Die Kontaktelemente weisen Finger 41 auf, welche durch eine Ansteuerungsplatine 42 einzeln angesteuert werden. Die Ansteuerungsplatine 42 ist mit einer Strom- bzw. Spannungsversorgung 43 ver­ sehen, welche einen regelbaren Spannungsregler 44 aufweist. Damit können Spannungen beispielsweise zwischen 10 und 1.000 Volt eingestellt werden.

Die Kontaktelemente sind mikromechanisch hergestellt. Vorzugsweise werden sie unter Verwendung geeigneter Schichten lithographisch strukturiert und unter Anwendung von Opfertechniken geätzt, wobei die freistehenden Zungen oder Finger 41 entstehen.

Die Ansteuerung der einzelnen Kontaktelemente bzw. Finger geschieht vor­ zugsweise rechnergesteuert, wobei bei der Rotation des zylindrischen Grund­ körpers, wie durch den Pfeil angedeutet, oder beim Aufladen der gesamten Pads 11 auf der Oberfläche 12 des Grundkörpers jedes einzelne Pad individuell aufgeladen werden kann. Dadurch ist vorteilhaft eine Variation in der Bele­ gungsintensität mit den später elektrostatisch aufgebrachten Farbstoffen steuerbar. Wie bereits zu Fig. 1 erwähnt, können dadurch Farbfilter mit lokal exakt eingestellter Farbdichte hergestellt werden.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnittes aus dem Oberflä­ chenbereich des Grundkörpers 10 gemäß Fig. 2 oder 1. Dabei sind zwei Aus­ führungsvarianten nebeneinander dargestellt. In der rechten Ausführungsvari­ ante weist der Grundkörper eine Grundschicht 15 aus einem metallhaltigen, also leitfähigen Material auf. Um zwischen dem leitfähigen, aufladbaren Pad 11 und der Grundschicht 15 ein Dielektrikum entstehen lassen zu können, ist zwischen diesen beiden Elementen eine isolierende Schicht 16 angeordnet. Die isolie­ rende Schicht 16 kann beispielsweise aus Siliziumoxid, Titanoxid oder Alumi­ niumoxid oder Polymeren bestehen. Die Schichtdicke wird jeweils so eingestellt, daß Defekte, also lokale Wachstumsstörungen, nicht mehr elektrisch wirksam werden. Die Schichtdicke der Schicht 16 kann beispielsweise im Bereich von 1 µm bis 500 µm liegen.

Bei der Herstellung wird zunächst auf die isolierende Schicht 16 eine leitfähige Schicht 18 aufgebracht, welche lediglich strichpunktiert in Fig. 3 dargestellt ist. Bei der weiteren Herstellung bzw. Bearbeitung des Grundkörpers 10 erfolgt an­ schließend eine Strukturierung dieser oberen leitfähigen Schicht 18. Die Struk­ turierung wird mit einer hochauflösenden fotolithographischen Technik durchge­ führt, wobei die Oberfläche 19 des beschichteten Grundkörpers zunächst mit einem Fotoresist belackt wird. Dieser ist in Fig. 3 ebenfalls gestrichelt ange­ deutet. Im Anschluß daran wird der Fotoresist 50 belichtet, was durch die drei Pfeile in Fig. 3 angedeutet ist. Die Belichtung erfolgt in Musterform, wodurch die gewünschten Pads von ihren Abmessungen her entstehen. Auch ihre Form­ gebung kann dabei definiert werden. Beispielsweise wird eine direkt schrei­ bende Laserstrahllithographie oder auch ein Kontaktverfahren oder eine Proximity-UV-Belichtung gewählt.

Im Anschluß an die Belichtung erfolgt das Entwickeln mit nachfolgendem Erhit­ zen auf Temperaturen von beispielsweise 90°C. Anschließend wird der Fotoresist 50 beispielsweise mittels naßchemischer Verfahren oder durch Trockenätztechniken zur Strukturierung der oberen elektrisch leitfähigen Schicht 18 verwendet. Nach diesem Verfahrensschritt wird die Fotoresistmaske entfernt, wobei die gewünschten Pads 11 auf der Oberfläche 12 des Grundkörpers stehenbleiben.

Je nach Wahl der Lithographietechnik können Pads im Bereich von 10 µm² Flächengröße hergestellt werden.

Die linke Hälfte des Grundkörpers in Fig. 3 weist eine zusätzliche leitfähige Schicht 17 auf der Grundschicht 15 auf. Diese ist aufgrund der Aufladbarkeit der Pads zum Schaffen eines dafür erforderlichen Dielektrikums zwischen dem Pad 11 und dem darunter befindlichen Teil des Grundkörpers erforderlich, sofern die Grundschicht 15 aus einem nicht leitfähigen Material, beispielsweise aus Glas oder Kunststoff, besteht. Der weitere Verfahrensablauf zum Schaffen der Pads 11 erfolgt jedoch ebenso wie für die rechte Hälfte des Grundkörpers gemäß Fig. 3 oben beschrieben.

In Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform eines Grundkörpers 10 als plat­ tenförmiges Bauteil in der Draufsicht dargestellt. Die Anordnung entspricht im wesentlichen der in Fig. 3 dargestellten. Anstelle einer vorzugsweise ebenfalls gebogenen Ansteuerungsplatine 42, wie sie in Fig. 2 für einen zylindrischen Grundkörper dargestellt ist, ist die Ansteuerungsplatine 45 gemäß Fig. 4 im wesentlichen flach. Es kann für diese Ausführungsform entweder eine Zeile von Fingern 41 oder aber über die gesamte Ansteuerungsplatine 45 verteilt ein Fin­ gergebiet als sogenanntes Fingerarray vorgesehen sein. Dies ist möglich, da beim flachen Überstreichen der Oberfläche 12 des Grundkörpers 10 eine La­ dungsübertragung auf die einzelnen Pads 11 auch großflächig vorgenommen werden kann.

Wie durch die Pfeile angedeutet, kann die Ansteuerungsplatine 45 in verschie­ denen Richtungen über die Platte des Grundkörpers 10 zum Laden der Pads geführt werden.

Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht des plattenförmigen Grundkörpers gemäß Fig. 4. Diese entspricht im wesentlichen der Ausführungsform, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Um ein gutes Anhaften der isolierenden Schicht 16 auf der Grundschicht 15 zu gewährleisten, wird diese mechanisch und/oder chemisch vorbehandelt, um eine lang- und kurzwellige Ebenheit zu erzielen. Die kurzwel­ lige Ebenheit liegt dabei vorzugsweise bei Werten von 50 nm bis 5 µm R_max. Die Grundschicht selbst besteht vorzugsweise aus Glas und/oder Keramik. Sie kann aber auch aus vergütetem Stahl, insbesondere CK 45 oder aber aus anderen Metallen, wie Aluminium, Titan, Invar oder Molybdän oder deren Legierungen bestehen.

Bei einem zylindrischen Grundkörper, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, wird vor­ zugsweise die Ebenheit in einem größeren Bereich, nämlich zwischen 0,3 und 10 µm eingestellt, jeweils abhängig von dem jeweiligen Anwendungsfall.

Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung

2

Farbfilter

10

Grundkörper

11

Pad

12

Oberfläche

13

elektrisch geladener Stoff

14

elektrisch neutrales Pad

15

Grundschicht

16

isolierende Schicht

17

leitfähige Schicht

18

leitfähige Schicht

19

Oberfläche

20

Substrat

21

Gitterstruktur

22

Farbpixel

23

Oberfläche

24

Gitterlücke

30

Rot, Farbstoff

31

Grün, Farbstoff

32

Blau, Farbstoff

33

Schwarz, Farbstoff

40

Kontaktelemente

41

Finger

42

Ansteuerungsplatine

43

Spannungsversorgung

44

Spannungsregler

45

Ansteuerungsplatine

50

Fotoresist
M Masse

Claims (29)

1. Verfahren zum Herstellen eines Farbfilters, basierend auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß Farbstoffe (30, 31, 32, 33) durch eine digitale, hochauflösende Drucktechnik auf das Substrat (20) aufgebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - elektrostatisch einzelne Pads (11) auf einem Grundkörper (10) einer Vor­ richtung (1) mit positiver oder negativer Ladung aufgeladen werden,
• - Farbstoffe (30, 31, 32, 33) auf den ladungstragenden Pads angelagert werden,
• - die mit den Farbstoffen versehenen Pads mit der zu beschichtenden Oberfläche (23) des Filtersubstrates (20) in Kontakt gebracht werden und diese dadurch beschichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen eines intensiven Kontaktes während der Beschichtung der Filtersubstratoberfläche (23) der Grundkörper (10) der Vorrichtung und das Substrat des Filters einer zusätzlichen, sie zusammenpressenden Druck­ kraft ausgesetzt werden.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine unterschiedliche Intensität über das Ladungsbild eines Pixels (22) auf der Oberfläche des Filtersubstrates hinweg durch Variation der La­ dungsanzahl auf den Pads (11) auf der Oberfläche des Grundkörpers der Vorrichtung eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbstoffe sequentiell, nach den Grundfarben Rot, Grün, Blau ge­ trennt auf die Filtersubstratoberfläche aufgebracht werden.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbstoffe in Polymeren oder Epoxyharzen gelöst oder eingelagert sind.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gitterstruktur (21; 33) auf die Substratoberfläche des Filters vor oder nach dem Aufbringen der Farbstoffe (30, 31, 32) unter Anwendung der digitalen hochauflösenden Drucktechnik aufgetragen wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Auftragen der Farbstoffe (30, 31, 32, 33) das Filtersubstrat temperiert wird, insbesondere mit einer Temperatur zwischen 100° und 200°.

9. Vorrichtung zum Herstellen eines Farbfilters unter Anwendung des Verfah­ rens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung einen Grundkörper (10) mit einer mit Pads (11) versehe­ nen Oberfläche (12) und punktuell wirksame Kontaktelemente (40) aufweist,
wobei der Grundkörper mehrere Schichten (15, 16, 17, 18) aufweist und die Kontaktelemente einzeln ansteuerbar sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Andruckeinrichtungen zum Erhöhen des Kontaktes von Filtersubstrato­ berfläche (23) und Grundkörperoberfläche (12) der Vorrichtung während der Beschichtung mit Farbstoffen und/oder zum Schaffen oder Erhöhen des Kon­ taktes von Kontaktelementen und Pads während deren Aufladens vorgese­ hen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper der Vorrichtung aus einem mechanisch und/oder che­ misch strukturierbaren Material, insbesondere aus Glas und/oder Keramik und/oder Metall und/oder einer Metallegierung besteht.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (40) fingerartig (41) freistehend und mit positiver oder negativer Ladung aufladbar sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die fingerartigen Kontaktelemente (41) mit einer Spannung von 10 bis 1.000 Volt aufladbar und/oder aufgeladen sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckeinrichtungen walzen-, rakel- oder luftkissenartige Andruck­ elemente sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Pads (11) eine Flächengröße im Bereich von 1 µm² bis 1 cm² aufweisen.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (10) aus einem elektrisch isolierenden und/oder einem elektrisch leitfähigen Material besteht und eine dünne elektrisch leitfähige Schicht (17) auf dem Grundkörper aus isolierendem Material vorgesehen ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne, elektrisch leitfähige Schicht (17) eine Dicke im Bereich von 50 nm bis 500 µm aufweist und aus einem Metall und/oder Metallnitrid oder Me­ tallkarbid besteht.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß auf der elektrisch leitfähigen Schicht (17) oder Grundschicht (15) des Grundkörpers eine isolierende Schicht (16) mit einer Dicke von 1 µm bis 500 µm vorgesehen ist, welche von einer dünnen, elektrisch leitfähigen Schicht (18) abgedeckt ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper zylindrisch oder plattenförmig und/oder ein Segment eines zylindrischen Körpers oder gekrümmt plattenförmig ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Grundkörper erzeugten Pads kleiner dimensioniert sind als die auf der Filtersubstratoberfläche zu erzeugenden Pixel.

21. Farbfilter, hergestellt mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (2) aus einem optisch transparenten Material besteht und mit einem oder mehreren Farbstoffen (30, 31, 32, 33) mit einer Schichtdicke von 1 bis 2 µm beschichtet ist.

22. Farbfilter nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Filtersubstratoberfläche aufgetragenen Pixel als Farbpixel (22) in sich farblich variiert und nuanciert sind.

23. Farbfilter nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Farbfilter für einen Flachbildschirm vorgesehen ist.

24. Verfahren zum Herstellen eines Grundkörpers für eine Vorrichtung nach ei­ nem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche (12) des Grundkörpers (10) mechanisch und/oder chemisch in eine gewünschte lang- und kurzwellige Ebenheit gebracht wird,
daß die Oberfläche rückstandsfrei gereinigt und getrocknet wird,
daß eine elektrisch leitfähige Schicht (15, 17) vorgesehen ist oder erzeugt wird,
daß eine isolierende Schicht (16) auf die elektrisch leitfähige, darunter vorgesehene Schicht in vorbestimmter Dicke aufgebracht wird,
daß auf die isolierende Schicht eine dünne elektrisch leitfähige Schicht (18) aufgebracht wird, und
daß die obere elektrisch leitfähige Schicht durch hochauflösende photolito­ graphische Techniken strukturiert wird.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ebenheit bei einem zylindrischen Grundkörper von 0,3 bis 10 µm und/oder eine kurzwellige Ebenheit mit Werten von R_max von 50 nm bis 5 µm erzeugt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem elektrisch isolierenden Grundkörper eine dünne elektrisch leit­ fähige Schicht (17) durch ein CVD (Chemical Vapor Deposition)- oder PVD (Physical Vapor Deposition)-Verfahren, insbesondere durch Magnetronsput­ tern, oder naßchemisch aufgetragen wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß durch ionenunterstützte Prozesse die Oberfläche vorbehandelt wird, ins­ besondere durch Vorätzen und Schichtherstellen mit Substratbias.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtenfolge in einem Beschichtungsvorgang sequentiell aufge­ bracht wird.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet,
daß bei der photolitographischen Behandlung die Oberfläche (19) des zu be­ schichtenden Grundkörpers mit einem Fotoresist (50) belackt wird,
daß ein gewünschtes Flächenmuster belichtet wird, insbesondere mittels di­ rekt schreibender Laserstrahllithographie und/oder Kontaktbelichtung und/oder Proximity-UV-Belichtung,
daß der Grundkörper entwickelt und für eine bestimmte Zeit temperiert wird,
daß die obere, elektrisch leitfähige Schicht (18) an den von den Fotore­ sistmaske unbehandelten Stellen durch naßchemische oder Trockenätzver­ fahren strukturiert wird, und
daß die Fotoresistmaske nachfolgend entfernt wird.