NL194990C

NL194990C - Dielektrisch interferentie-filtersysteem, LCD-aanduidinrichting en Dielektrisch interferentie-filtersysteem, LCD-aanduidinrichting en CCD-inrichting alsmede werkwijze voor het vervaardigen van een CCD-inrichting alsmede werkwijze voor het vervaardigen van een dielektrisch interferentie-filtersysteem. dielektrisch interferentie-filtersysteem.

Info

Publication number: NL194990C
Application number: NL9500412A
Authority: NL
Inventors: Reinhard Sperger; Helmut Rudigier; Peter Wierer; Helmut Schoech
Original assignee: Balzers Hochvakuum
Priority date: 1994-03-03
Filing date: 1995-03-02
Publication date: 2003-10-03
Also published as: NL9500412A; GB2288053A; DE4407067A1; DE4407067C2; GB2288053B; FR2716980B1; US6342970B1; NL194990B; GB9504601D0; FR2716980A1; JPH07270613A

Description

1 194990

Diëlektrisch interferentie-filtersysteem, LCD-aanduidinrichting en CCD-inrichting alsmede werkwijze voor het vervaardigen van een diëlektrisch Interferentie-filtersysteem

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een diëlektrisch interferentie-filtersysteem met ten minste 5 twee naast elkaar op een zijde van een gemeenschappelijke drager opgebouwde interferentie-filteretementen, die op grond van hun interferentielagen spectraal verschillend werken.

Een dergelijk filtersysteem is bijvoorbeeld bekend uit de Duitse octrooiaanvrage 3.013.142, die een werkwijze beschrijft voor het vervaardigen van een driestrooks filtersysteem, bijvoorbeeld toegepast als een kleurenfilter voor een foto-ontvanger. Deze publicatie vermeld geen eigenschappen met betrekking tot de 10 dikte van de verschillende interferentie-filterelementen van het filtersysteem.

In veel toepassingssituaties van filtersystemen, waarbij naast elkaar op dezelfde drager spectraal verschillend werkende filterelementen zijn opgebouwd, zou het bereiken van gelijke hoogten voor alle filterelementen hoogst wenselijk zijn. Een typisch voorbeeld hiervan is een LCD-inrichting, die bestaat uit een stapeling van verschillende lagen.

15 Doelstelling van de onderhavige uitvinding is derhalve om een interferentie-filtersysteem te verschaffen, waarbij het overbodig is om een organische compensatielaag te verschaffen om geometrische compensatie-redenen, en die tevens nadelen verbonden aan filtersystemen gebaseerd op organische absorptiefilter-elementen alsook die van bekende interferentle-filtersystemen opheft.

Deze doelstelling wordt bereikt door een interferentie-filtersysteem van de bij aanhef gedefinieerde soort, 20 met het kenmerk, dat de totale dikte van de interfererende lagen op de filterelementen hoogstens tot op vervaardigingstoleranties van de lagen gelijk is.

Zowel door systemen met filterelementen van gelijke hoogte, alsook met volledig tegen elkaar liggende filterelementen worden voorwaarden verschaft om bijvoorbeeld zonder compensatielagen, bijvoorbeeld een elektrisch geleidende laag, zoals een ITO-laag, direct te kunnen opbrengen.

25 In andere dan de besproken LCD-toepassing kan echter reeds een interferentie-filtersysteem met filterelementen van gelijke hoogte of reeds een interferentie-filtersysteem met filterelementen, die volledig tegen elkaar liggen, op zichzelf tot wezenlijke voordelen leiden.

Merkwaardigerwijs is het namelijk mogelijk om de verschillende spectrale eisen aan de filterelementen, zoals bijvoorbeeld en in het bijzonder aan de transmissie van kleuren, zoals in het bijzonder van rood, groen 30 en blauw, ook bij gelijke dikte d van de verschillende filterelementen te verwezenlijken. Net zo verbazingwekkend is de overeenkomstig de uitvinding voorgestelde verwezenlijking van volledig tegen elkaar liggende filterelementen, wanneer men bedenkt dat bij het gebruik van een etstechniek nu eenmaal bepaalde tussenruimten worden geëtst en bij een lift-off-techniek door de lift-off nu eenmaal bepaalde tussenruimten ontstaan.

35

Definities:

Diëlektrisch interferentie-filtersysteem

Hierna wordt onder het begrip van een diëlektrisch interferentie-filtersysteem een systeem verstaan, waarbij op een gemeenschappelijke drager naast elkaar filterelementen zijn voorzien, die, beschouwd over de 40 golflengte, verschillende transmissiekarakteristieken hebben. Het kan daarbij om hoogdooriaat-, laagdooriaat-, banddooriaat- of bandstopfilters gaan.

Transparant

Wanneer hierna van transparante lagen wordt gesproken, wordt daaronder de stand van zaken verstaan dat 45 een dergelijke laag in spectrale golflengtegebieden, die met betrekking tot het gedrag van de filterelementen relevant zijn, een in wezen constante hoge transmissie hebben respectievelijk geringe absorptiewaarden hebben.

Black-matrix 50 Hierna wordt daaronder een laag of een laagsysteem verstaan, waarvan de transmissie voor straling in een spectraal golflengtegebied, dat voor het gedrag van de filterelementen specifiek is, verwaarloosbaar is.

Hoewel de onderhavige uitvinding specifiek op interferentie-kleurenfiltersystemen Is gericht, dat wil zeggen, filtersystemen die met betrekking tot, met het menselijk oog waarneembare kleurengolflengte-gebieden werkzaam zijn en ook in het bijzonder met betrekking daarop wordt beschreven, kan de uitvinding 55 volledig in samenhang met interferentie-filtersystemen worden gebruikt, die buiten het door het menselijk oog waarneembare golflengtegebied werkzaam zijn.

Onder een kleurenfilterelement verstaat men een optisch element, dat het voor het menselijke oog 194990 2 zichtbare spectrale gebied van een lichtbron zodanig beïnvloedt, dat de resulterende lichtstraling een bepaalde kleurindruk opwekt. De kleur kan in de vorm van ClE-coördinaten worden uitgedrukt, voor de berekening waarvan de spectrale karakteristiek (transmissie of reflectie) van het optische filterelement, de spectrale stralingsverdelingen van de lichtbron en de spectrale gevoeligheid van het menselijke oog worden 5 gebruikt, zoals in DIN-norm 5033 (juli 1970) is gedefinieerd.

In principe bestaat een mogelijkheid voor het verwezenlijken van kleurenfilterelementen uit het gebruik van spectraal selectief absorberende lagen van een bepaalde dikte d, die op een breedbandig hoog-transmitterend substraat worden aangebracht, waartoe naar "Colour filters for LCDs”, Displays, vol. 14, no. 2, p. 115 (1993) van Tsuda K. wordt verwezen.

10 Dergelijke selectief absorberende lagen bestaan uit organische materialen met een bij benadering constante brekingswaarde n en met een sterk golflengte-afhankelijke extinctiecoëfficiënt k(X). De spectrale transmissie bedraagt daarbij: Τ(λ) = exp [-4ii-d-k(X)-X'1]

In principe hebben organische kleurenfilters of, in het kader van een filtersysteem, organische 15 kleurenfilterelementen de volgende nadelen, zoals uit de bovengenoemde literatuurplaats K. Tsuda bekend is: - geringe kleurverzadiging; - hoge absorptievertiezen, die tot ongewenste verwarming van het kleurenfilter respectievelijk kleurenfilter* element kunnen leiden; 20 - gebrekkige chemische, mechanische en thermische stabiliteit; - gebrekkige geometrische nauwkeurigheid, dat wil zeggen, schommelingen in de laagdikte respectievelijk vlakheid van het oppervlak.

Een tweede mogelijkheid waarop de onderhavige uitvinding principieel betrekking heeft is de verwezenlijking van optische filtersystemen, in het bijzonder, zoals boven vermeld, kleurenfiltersystemen, door 25 gebruikmaking van diëlektrische dunne-laagsystemen, die bijvoorbeeld uit afwisselend op elkaar volgende lagen met relatief lage brekingsindex, bijvoorbeeld uit Si02 en lagen met hoge brekingsindex, bijvoorbeeld uit Ti02 bestaan, zoals dit bijvoorbeeld uit "Thin-Film Optical Filters", Adam Hilger Ltd. (1986), Macleod H.A. bekend is.

Dergelijke laagsystemen worden gewoonlijk door vacuümbekledingswerkwijzen vervaardigd, bijvoorbeeld 30 door verdampingstechnieken, zoals elektronenstraal verdampen, lichtboogverdampen of door verstuivings-bekleding in DC-, AC- of gemengd AC- en DC-plasma’s, door ionenplateren, alle PVD-werkwIjzen, die reactief of niet reactief gebruikt kunnen worden, of echter door CVD-weikwijzen of PECVD-werkwijzen (Plasma enhanced chemical vapor deposition-werkwijze).

Een overeenkomstige nagestreefde spectrale karakteristiek, uitgedrukt bijvoorbeeld door de spectrale 35 transmissie Τ(λ), komt hier door interferentie van het licht tot stand, dat aan de verschillende grensvlakken van het laagsysteem wordt gereflecteerd en getransmitteerd. Bij benadering kan daarbij de absorptie verwaarloosd worden. Op typische wijze is de resulterende totale dikte van dergelijke laagsystemen afhankelijk van het spectraalgebied, in het bijzonder van de kleur, die door het filterelement moet worden getransmitteerd. Zo is bijvoorbeeld een diëlektrisch interferentie-filterelement voor blauw het dikst, aange-40 zien hier het lange-golfgebied van het zichtbare spectrum moet worden geblokkeerd. Een roodfilterelement is op overeenkomstige wijze het dunst. Met betrekking hiertoe wordt naar de bovengenoemde literatuurplaats van Macleod alsmede naar "An Active-Matrix Color LCD with High Transmittance Using an Optical Interference Filter”, Japan Display '89, pagina 434 (1989), Unate T., Nakagawa T., Matsushita Y., Ugai Y. en Aoki S. verwezen.

45 Diëlektrische laagsystemen kunnen met optische bewakingsmethoden met een laagdiktenauwkeurigheid van ± 1 % worden vervaardigd. Bij typische totale dikten van diëlektrische interferentie-kleurenfilterelementen in het gebied van 1,5-3,5 pm betekent dit een absolute nauwkeurigheidsafwijking van hoogstens 0,07 pm.

Voor het structureren van diëlektrische interferentie-filtersystemen in afzonderlijke filterelementen komen voornamelijk twee werkwijzen in aanmerking: 50 - etsen: een opgebracht laagsysteem wordt op vooraf bepaalde gebieden weggeêtst. Hiertoe wordt een etsmasker op het vooraf ongestructureerde laagsysteem opgebracht, en op niet door het masker afgedekte gebieden wordt het daaronder liggende laagsysteem naar wens weggeêtst. Het etsen kan daarbij nat-chemisch plaatsvinden, maar wordt bij voorkeur door een vacuümwerkwijze verwezenlijkt. Hiertoe zijn reactieve of niet reactieve PVD-werkwijzen geschikt, zoals DC-, AC- of AC- en DC-verstuiving, of, in het 55 bijzonder in het onderhavige verband van belang, reactief ionenetsen.

- lift-off-techniek: daarbij wordt op een daaronder liggend dragersysteem een masker aangebracht en het gewenste lagensysteem over het masker aangebracht. Bij het latere weghalen ("lift-off”) van het masker ________ ________ - 3 194990 blijft het gewenst gestructureerde laagsysteem alleen op tevoren niet door het masker afgedekte gebieden achter.

Slechts sporadisch worden diëlektrische interferentie-filtersystemen in samenhang met LCD-displays of met CCD-inrichtingen gebruikt, waartoe naar ”An Active-Matrix-Color LCD with High Transmittance Using an 5 Optical Interference Filter", Japan Display ’89, pagina 434 (1989) wordt verwezen alsmede naar ’Fabrication of mosaic color filters by dry-etching dielectric stacks", J. Vac. Sci. Technol., vol. A4, no. 1, p. 70 (1986), Curtis B.J., Gale M.T., Lehmann H.W., Brunner H., Schuetz H. en Widmer R. Dit, hoewel diëlektrische laagsystemen, vergeleken met organische lagen, een wezenlijk hogere chemische en thermische stabiliteit en mechanische sterkte hebben, waardoor deze zowel voor na het aanbrengen hiervan plaatsvindende 10 processtappen alsook tijdens bedrijf voordelen bieden. Deze zijn: - bestendigheid tegen mechanische en chemische reinigings- en processtappen; - bestendigheid tegen processen met hoge temperatuur, bijvoorbeeld bij het aanbrengen van een compensatielaag of verstuivingsbekleding met een ITO-laag; - goede oppervlakken voor hechting van een geleidende laag, in het bijzonder een ITO-laag; 15~ - mechanisch stabiele onderlaag als laagdrager-onderiaag, zoals voor de ITO-laag; - mechanisch stabiele ondergrond voor spacers in de vloeibare-kristaltussenruimte;

- hoge optische kwaliteit, zoals hoge transmissie, sterkere kleurenverzadiging, geringste absorptie en hoge optische lange-tijd-stabilitelL

Zoals vermeld is echter een probleem van de vervaardiging van interferentie-filtersystemen het probleem 20 van verschillende filterelementdikten overeenkomstig de afmeting d.

Bij een voorkeursuitvoeringsvariant van het filtersysteem overeenkomstig de uitvinding volgens de tekst van conclusie 3 zijn de filterelementen door een gemeenschappelijk interfererend laagsysteem afgedekt, dat derhalve bij de dikte-optimalisering van de filterelementen in acht moet worden genomen. Het gemeen· schappelijke interfererende laagsysteem is in de spectrale gebieden, waarin de filterelementen werkzaam 25 zijn, transparant. Het omvat bij voorkeur minstens een elektrisch geleidende laag, bestaande bij voorkeur uitsluitend uit een elektrisch geleidende laag, bij voorkeur uit een ITO-laag.

Hoewel eventueel over de filterelementen een compensatielaag kan worden voorzien, waarvan de dikte de spectrale eigenschappen van de filterelementen slechts onwezenlijk beïnvloedt, wordt bij voorkeur en in het bijzonder bij de combinatie van de filtersysteemeigenschappen overeenkomstig de uitvinding over de 30 filterelementen uitsluitend een elektrisch geleidende laag, bij voorkeur een ITO-laag, voorzien.

Verder kunnen eventueel black-matrix-elementen zijn voorzien.

Ook met het oog op de werkwijze overeenkomstig de uitvinding gaat in een de meeste voorkeur hebbende uitvoeringsvorm de uitvinding ervan uit dat een etstechniek tussenruimten verschaft, namelijk daar, waar het etsmasker vrije gebieden heeft, en dat de lift-off-techniek tussenruimten sluit, namelijk daar, 35 waar het lift-off-masker vrije gebieden heeft. Daarmee wordt overeenkomstig de uitvinding een tussenruimte-vrije vorming van de filterelementen mogelijk gemaakt, doordat in principe eerst filterelementen door etstechniek worden vervaardigd en dan filterelementen door lift-off-techniek, waarbij het voorheen als etsmasker aangebrachte masker later als lift-off-masker wordt gebruikt. Daarmee wordt de specifieke karakteristieke eigenschap van de lift-off-techniek optimaal gecombineerd met die van de etstechniek. Met 40 de lift-off-techniek is ook de vervaardiging van een referentievlak in het lift-off-maskervlak mogelijk, en wel dan, wanneer daarmee eerst door etstechniek gevormde tussenruimten tussen filterelementen worden gesloten.

Voor het bekleden met het laagsysteem, dat het eerste filterelement vormt, worden bij voorkeur PVD-, CVD- of PECVD-werkwijzen gebruikt.

45 Voor het etsen kunnen natte-etswerkwijzen worden gebruikt, maar worden bij voorkeur plasma-etswerkwijzen met AC-, DC- of, gemengd, AC- en DC-plasma's gebruikt, reactief of niet reactief, daarbij echter bij voorkeur reactief ionenetsen. Als ets- en lift-off-masker wordt verder bij voorkeur een masker uit een metaal gebruikt, bij voorkeur uit aluminium of chroom, waaibij echter ook een lak als maskermateriaal kan worden gebruikt.

50 In een voorkeursuitvoeringsvorm, in het bijzonder met het oog op LCD- en CCD-inrichtingen, wordt het interferentie-filtersysteem overeenkomstig de uitvinding als diëlektrisch kleurenfiltersysteem geconstrueerd.

Bij voorkeur gebruikte materialen voor de filterelementen, in het bijzonder bij het gebruik daarvan als kleurenfilterelementen, zijn in conclusie 14 gespecificeerd.

In een verder aspect heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een 55 diëlektrisch interferentie-filtersysteem volgens een eerste aspect van de onderhavige uitvinding, waarbij ten minste een eerste interferentie-filterelement door bekleden van een drager wordt gevormd, vervolgens een etsmasker op het eerste interferentie-filterelement wordt gevormd, met behulp van het etsmasker het eerste 194990 4 interferentie-filterelement gestructureerd geëtst wordt, vervolgens door bekleden op het etsmasker en drager het tweede interferentie-filterelement gevormd wordt.

Een dergelijke werkwijze wordt bijvoorbeeld beschreven in de Japanse octrooiaanvrage JP-A-01 172 905.

De onderhavige uitvinding tracht in het verdere aspect een werkwijze te verschaffen voor een 5 interferentie-filtersysteem, dat efficiënter is dan gebruikelijke werkwijzen.

Daartoe wordt volgens de onderhavige uitvinding voorzien in een werkwijze van de in de aanhef gedefinieerde soort, gekenmerkt doordat aansluitend een verder etsmasker gevormd wordt, het tweede interferentie-filterelement op het etsmasker en naast het verdere etsmasker geëtst wordt, vervolgens het derde interferentie-filterelement door bekleden wordt gevormd en gebieden van het derde interferentie-10 filterelement op het etsmasker door een lift-off stap met het etsmasker als lift-off masker verwijderd worden.

Middels de onderhavige werkwijze behoeft in ieder geval één lift-off werkwijzestap minder uitgevoerd te worden, waardoor het vervaardigingsproces eenvoudiger en goedkoper wordt.

Zoals werd vermeld is ook de vervaardigingswerkwijze overeenkomstig de uitvinding in het bijzonder voor de vervaardiging van interferentie-kleurenfiltersystemen geschikt.

15

De uitvinding wordt aansluitend bij wijze van voorbeeld aan de hand van figuren en voorbeelden uiteenge-zet.

Figuur 1 toont schematisch een doorsnede door een LCD-display van bekende bouwsoort, figuur 2 toont schematisch en in analogie met de weergave van figuur 1 een eerste uitvoeringsvariant 20 van de filterelementen aan een interferentie-filtersysteem overeenkomstig de uitvinding, in het bijzonder kleurenfiltersysteem, figuur 3 toont in een weergave analoog aan die van de figuren 1' respectievelijk 2 een tweede verwezenlijking overeenkomstig de uitvinding van de filterelementen aan een interferéntiefilter-, in het bijzonder -kleurenfiltersysteem, 25 figuur 4 toont de voorkeurscombinatie van de uitvoeringsvarianten overeenkomstig de uitvinding overeenkomstig de figuren 2 en 3, in analoge weergave met het bij voorkeursvöorzien van een elektrisch geleidende, gemeenschappelijke deklaag, figuur 5 toont de doorsnede door de laagstructuur van een rood-, groen-, blauw-LCD-display, opgebouwd overeenkomstig voorbeeld 1, 30 figuur 6 toont een weergave van een LCD-display, opgebouwd overeenkomstig voorbeeld 2, figuur 7 toont de positie van de kleurencoördinaat van de rood-, groen- en blauw-kleurenfilterelementen overeenkomstig de voorbeelden 1 en 2, figuur 8 toont het spectrale transmissieverloop bij de rood-, groen-, blauw-kleurenfilterelementen bij het filtersysteem overeenkomstig de uitvinding volgens voorbeeld 1, 35 figuur 9 toont het met figuur 8 analoge verloop voor de kleurenfilterelementen bij het filtersysteem overeenkomstig de uitvinding volgens voorbeeld 2, figuur 10 toont schematisch de volgorde van de vervaardiging overeenkomstig de uitvinding van een interferentie-filtersysteem overeenkomstig de uitvinding volgéns de figuren 2 of 3 en in het bijzonder 4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Zoals werd vermeld schommelt de dikte van absorberende organische kleurenfilterelementen op grond van 2 de vervaardigingstoleranties van de lagen uit organisch materiaal aanzienlijk, bij diëlektrische interferentie- 3 filtersystemen schommelt de totale dikte van de filterelement-laagsystemen op grond van de voor de 4 nagestreefde spectrale karakteristieken noodzakelijke laagaantallen en laagdikten.

5

In veel toepassingssituaties van filtersystemen, waarbij naast elkaar op dezelfde drager spectraal 6 verschillend werkend filterelementen zijn opgebouwd, zou het bereiken van gelijke hoogten voor alle 7 voorziene spectraal verschillend werkende filterelementen hoogst wenselijk zijn. Een met betrekking hiertoe 8 typisch voorbeeld, een toepassingsgeval waarop ook de onderhavige uitvinding specifiek betrekking heeft, 9 zijn LCD-aanduidinrichtingen. In figuur 1 is de principiële opbouw vein een bekende kleuren-LCD- 10 aanduidinrichting in doorsnede weergegeven. Op een substraat 1 bevinden zich, in het actieve gebied van 11 het display, dat wil zeggen in elk gebied waarin het ontstaan van het beeld plaatsvindt, kleurenfilter 12 elementen 3. In figuur 1 zijn kleurenfilterelementen 3 voor rood "R”, groen ”G” en blauw ”B” bij wijze van 13 voorbeeld aangegeven. Onder, tussen of boven de kleurenfilterelementen 3 kunnen, zoals in figuur 1 14 gedeeltelijk onder en tussen de elementen 3 is aangegeven, black-matrixelementen 5 zijn ingebouwd. De 15 laatste bestaan gewoonlijk uit chroom en hebben al naar gelang de gewenste optische dichtheid een dikte 16 van 0,1 tot 0,2 pm.

Boven de kleurenfilterelementen 3 bevindt zich, al naar gelang het display-type in gebieden opgedeeld of doorlopend, een elektrisch geleidende transparante laag 7, gewoonlijk een indium-tin-oxidelaag ITO. Tussen 5 194990 de kleurenfilterelementen 3 en de elektrische geleidende transparante laag 7 wordt gewoonlijk een organische compensatielaag 9, bijvoorbeeld uit acryl, ingebouwd, die de volgende functies moeten vervullen: - de laag moet ongelijke dikten van de verschillende kleurenfilterelementen en oneffenheden op de 5 afzonderlijke kleurenfilterelementoppervlakken compenseren en daarmee een constante celdikte voor het vloeibare kristal 10 mogelijk maken; - de laag moet een mechanisch stabielere laag vormen en verhinderen, dat de spacers in de zachtere organische kleurenfilterlagen worden gedrukt. Er moet hier namelijk worden benadrukt dat tot vandaag hoofdzakelijk absorberende organische kleurenfilterelementen 3 worden gebruikt; 10 - de laag moet een elektrische isolatie tussen de elektrisch geleidende laag 7 en de black-matrixelementen 5 verwezenlijken; - de laag moet verhinderen dat een direct op kleurenfilterelementen, die van verschillende dikte zijn en/of door spleten gescheiden zijn, opgebouwde elektrisch geleidende laag 7, in het bijzonder ITO-laag, aan de kanten van de kleurenfilterelementen scheurt, waardoor elektrische verbindingen zouden worden onderbro- 15 ken.

Afgezien van aanvullende vervaardigingsprocesstappen, die door het voorzien van de compensatielaag 9 noodzakelijk zijn, gelden hiervoor soortgelijke nadelen als voor kleurenfilterlagen uit organisch materiaal, namelijk - gebrekkige chemische, mechanische en thermische stabiliteit; 20 - problematische hechting op de organische kleurenfilterelementen respectievelijk het substraat 1, gewoonlijk uit glas.

Overeenkomstig figuur 1 bevindt zich op het tegenover de kleurenelementen 3 liggende substraat 11, al naar gelang het displaytype, doorlopende of in velden ingedeelde elektrisch geleidende laag 13, gewoonlijk wederom een ITO-laag, of een complexere, in elk geval echter minstens in segmenten transparante 25 elektronische laagstructuur, zoals bijvoorbeeld voor het vormen van zogenaamde TFT, 'Thin Film Transistors”. In de tussenruimte tussen de beide elektrisch geleidende lagen 7 en 13 bevindt zich de vloeibare-kristallaag 10, waarvan de dikte op typische wijze 5 tot 10 pm bedraagt, in speciale gevallen echter, zoals bijvoorbeeld bij ferro-elektrische LCD’s, zelfs slechts 1,5 tot 2,5 pm dik is. Het optische contrast en daarmee de beeldkwaliteit van een dergelijk LCD-display hangt direct met de constantheid van de dikte van de cel 10 30 samen en zou over het totale displayvlak niet meer dan 0,1 tot 0,2 pm van de gemiddelde waarde moeten afwijken, zoals dit uit "Development of a multicolour super-twisted-nematic display”, Displays, pagina 65 (april 1991), Ohgawara M., Tsubota H., Kuwata T., Akatsuka M., Koh H., Sawada K. en Matshiro K. bekend is. Zoals werd vermeld, wordt de zo constant mogelijke afstand tussen de lagen 7 en 13 door middel van kleine kogels van constante diameter, de zogenaamde spacers, ingesteld.

35 In figuur 1, die een bekende LCD-structuur voorstelt, zijn, hoewel zwaar overdreven, de dikteverschillen voor diëlektrische interferentie-kleurenfiltèrelementen 3 weergegeven.

In figuur 2 is schematisch over het substraat 1 de inrichting van filterelementen 3e, overeenkomstig de uitvinding, in het bijzonder voor rood-, groen-, blauw-transmissie weergegeven. Op de vervaardigings-tolerantie van de (niet weergegeven) afzonderlijke lagen na zijn laagaantal en laagdikte zodanig geoptimali-40 seerd, dat alle filterelementen 3e dezelfde dikte d0 hebben. Daarbij worden de spectrale eigenschappen eventueel van het substraat 1 alsmede eventueel voorziene, niet weergegeven, de filterelementen 3« bedekkende verdere lagen voor de optimalisering van de betreffende spectrale filterelementeigenschappen meegerekend. Al naar gelang het toepassingsdoeleinde van het filtersysteem overeenkomstig de uitvinding met diëlektrische interferentie-filterelementen 3„ van gelijke hoogte kunnen, zoals in figuur 2 schematisch bij 45 5 is weergegeven, onder, daartussen of boven de filterelementen 3e black-matrixelementen 5 zijn voorzien.

In figuur 3 is een tweede op zichzelf voor de uitvinding wezenlijke eigenschap aan het filtersysteem overeenkomstig de uitvinding met diëlektrische interferentie-filterelementen 3, weergegeven. Terwijl overeenkomstig de figuren 1 en 2 de filterelementen tussenruimten omvatten, liggen overeenkomstig figuur 3 de filterelementen volledig tegen elkaar. Ook hier kunnen, zoals weergegeven, al naar gelang het 50 toepassingsdoel, black-matrixelementen 5 zijn ingebouwd.

Bij de voorkeursuitvoeringsvariant overeenkomstig figuur 4 zijn de telkens inventieve eigenschappen van een interferentie-filtersysteem overeenkomstig de uitvinding gecombineerd. Derhalve hebben in deze voorkeursuitvoeringsvariant de filterelementen enerzijds gelijke dikten do* anderzijds liggen ze volledig tegen elkaar. Zoals is weergegeven, is het daarmee mogelijk een laagsysteem of een laag met constante 55 dikte direct op de filterelementen 3^ te leggen, bijvoorbeeld en in het bijzonder een elektrisch geleidende laag, in het bijzonder een ITO-laag. De kleurenfilterelementen vormen in dit geval zowel een mechanisch stabiel referentievlak voor de opbouw van de laag 15, vormen verder een elektrisch isolerend oplegvlak en 194990 6 maken het mogelijk om de laag 15 met constante dikte op te bouwen, in het bijzonder wanneer, zoals bij LCD-toepassingén, hun vrije oppervlak 150 ten opzichte van het substraat 1 op een goed gedefinieerd parallelvlak moet liggen.

Zoals werd vermeld kan bij het filtersysteem overeenkomstig de uitvinding bij het gebruik als kleurenfilter-5 systeem voor LCD’s van een aanvullende organische compensatielaag overeenkomstig 9 van figuur 1 worden afgezien, aangezien - een elektrisch geleidende laag, in het bijzonder ITO-laag respectievelijk een laagpakket, bijvoorbeeld uit SiCyiTO, wegens de goede hechting op diëlektrische laagsystemen probleemloos direct op de filter· elementen kan worden aangebracht; 10 - de aangebrachte, elektrisch geleidende laag binnen het actieve fiKersysteemgebied geen kanten aan de filterelementen meer vindt, waaraan deze zou kunnen afscheuren; - een elektrisch geleidende laag ten opzichte van onder de filterelementen liggende black-matrixelementen door de filterelementen zelf is geïsoleerd.

75“ Voorbeeld 1

De opbouw van een LCD-aanduidinrichting overeenkomstig de uitvinding, met gebruikmaking van een kleurenfiltersysteem overeenkomstig de uitvinding volgens figuur 4, is in figuur 5 schematisch weergegeven. Op het substraat 1 bevinden zich de kleurenfilterelementen 3^, daarboven de elektrisch geleidende ITO-laag 15. Dan volgt de vloeibare-kristallaag 10, dan een elektrisch geleidende laag 13, ITO, en hel 20 substraat 11.

Samen met de ITO-laag 15 vormen de laagpakketten van de kleurenfilterelementen 3„ elk een tot interferentie in staat zijnd systeem, waardoor de ITO-laag bij de optimalisering van de betreffende kleurenfilterelementen in acht moet worden genomen. Tegelijkertijd wordt daarmee verhinderd dat door het voorzien van de ITO-laag een aanvullend transmissieveriies ontstaat 25 Eerst worden de doelwaarden voor de kleurencoördinaten van de R-, G- en B-filterelementen vastgelegd. In dit voorbeeld zijn het de kleurencoördinaten voor kleurentelevisie volgens de norm E.B.U. D 28-1980 (E) 'The chromaticity of the luminophors of television receivers".

Dan wordt een dunne-laagsysteem, bestaande uit Si02 (n = 1,46; k = O) en TiOz (n-j^,^ = 2,55, n550nm = 2,35, n900nm = 2,22; k = O), zodanig geoptimaliseerd dat de blauwe kleurencoördinaten binnen een 30 vastgelegde tolerantie worden bereikt, Daarbij is ^substraat s 1 >52 niTO 2 drrosHOnm nLQ = 1,52.

35 De absorptie voor alle optische lagen wordt als verwaarloosbaar aangenomen. Dan worden de groene en rode filterelement-laagsystemen zodanig geoptimaliseerd, dat zowel de overeenkomstige kleurencoördinaten binnen vastgelegde toleranties worden bereikt alsook de totale dikte telkens gelijk wordt, zoals die van het blauwe filterelement-laagsysteem. In de aan het slot van de beschrijving figurerende tabel zijn onder voorbeeld 1 de resulterende kleurencoórdinaatwaarden en de laagopbouw van de filterelementen "rood", 40 ’’groen", "blauw" weergegeven. De resulterende totale dikte van de kleurenfilterelementen stemt tot op ± 9,2 nm overeen.

Figuur 7 toont de resulterende kleurencoördinaatwaarden, figuur 8 de spectrale karakteristieken van de overeenkomstig voorbeeld 1 verwezenlijkte kleurenfilterelementen inclusief substraat, ITO-lagen en LC-laag. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Voorbeeld 2 2

In figuur 6 is de opbouw van een tweede uitvoeringsvariant van een LCD-scherm met filtersysteem 3 overeenkomstig de uitvinding weergegeven. Er zijn dezelfde verwijzingstekens gebruikt als in figuur 5. In 4 onderscheid tot de uitvoering overeenkomstig figuur 5 en voorbeeld 1 is hier tussen de filterelementen 3# 5 van het optische filtersysteem en de ITO-laag 15 een compensatielaag 9 voorzien. Hiermee werkt de 6 ITO-laag in deze opbouw als geïsoleerde afzonderlijke laag, dat wil zeggen, deze verlaagt in delen van het 7 zichtbare spectrum de transmissie, zonder dat dit met behulp van de kleurenfilterelementen zou kunnen 8 worden gecompenseerd. De werkingswijze is identiek met die van voorbeeld 1. Voor de compensatielaag 9 wordt np = 1,46 aangenomen. Wederom tonen de tabel en de figuren 7 en 9 de resultaten van een 10 dergelijke optimalisering. In de tabel is te zien dat de totale dikte van de kleurenfilterelementen tot op 11 minder dan 1 nm, namelijk tot op ± 0,25 nm overeenstemmen.

7 194990

Voorbeeld 3

Aan de hand van dit voorbeeld, met het oog op figuur 10, wordt de vervaardigingswerkwijze overeenkomstig de uitvinding uiteengezet.

Stap 1: 5 Het substraat wordt met het eerste interferentie-filtersysteem B in het bijzonder met een eerste kleurenfilter-systeem, bijvoorbeeld blauw "B” bekleed.

Stap 2:

Op het opgebrachte laagsysteem B wordt een etsmasker, bijvoorbeeld uit chroom en bijvoorbeeld door middel van lithografie aangebracht, in figuur 10 met 17 aangeduid.

10 Stap 3:

Het aangebrachte laagsysteem B wordt met etsen gestructureerd, bij voorkeur door middel van reactief ionenetsen, waarmee de eerste filterelementen van de eerste spectrale karakteristiek, bijvoorbeeld de blauw-kleurenfilterelementen, zijn vervaardigd.

Stap 4: 15 Onder achterlating van het etsmasker 17 wordt de bekleding met het laagsysteem van de tweede spectrale karakteristiek, bijvoorbeeld met he groen-laagsysteem, uitgevoerd.

Stap 5:

Er wordt een tweede etsmasker 19, wederom bijvoorbeeld uit chroom, bijvoorbeeld door middel van lithografie aangebracht.

20 Stap 6:

Door etsen worden de tweede filterelementen van de tweede spectrale karakteristiek, zoals bijvoorbeeld de groen-kleurfilterelementen, vervaardigd. Wederom wordt bij voorkeur het etsen door reactief ionenetsen uitgevoerd.

Stap 7: 25 Onder achterlating van de eerste en tweede etsmaskers 17 respectievelijk 19 wordt de bekleding met het derde laagsysteem, overeenkomstig de gewenste derde spectrale karakteristiek, bijvoorbeeld rood-karakteristiek, uitgevoerd. Daardoor worden alle tussenruimten tussen de reeds aangebrachte filterelementen B, G gesloten.

Stap 8: 30 Door middel van lift-off-techniek wordt het het laatst aangebrachte laagsysteem gestructureerd, waarbij de voorheen aangebrachte etsmaskers 17,19 nu als lift-off-maskers worden gebruikt.

TABEL 1 35 resultaat van de dunne-laag-optimalisering uit de voorbeelden 1 en 2; H ... Ti02-lagen, I____Si02-lagen

Voorbeeld 1 2 rood groen blauw rood groen blauw Kleurencoördina- x: 0.647 0.317 0.141 0.653 0.317 0.141 40 ten: y: 0.350 0.598 0.061 0.346 0.598 0.061 y: 17.4% 61.6% 5.4% 15.6% 61.6% 5.4%

Laagopbouw (dikte 1 L 19.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 in nm): 45 2 H 24.9 43.0 77.2 24.9 43.5 77.2 3 L 69.6 33.0 98.0 69.6 33.3 98.0 4 H 43.0 38.5 63.2 43.0 38.9 63.2 5 L 69.6 95.3 105.4 69.6 96.2 105.4 6 H 43.0 40.7 56.2 43.0 41.2 562.

50 7 L 51.3 66.0 105.4 51.3 66.6 105.4 8 H 38.5 40.7 56.2 38.5 41.2 56.2 9 L 69.6 66.0 105.4 69.6 66.6 105.4 10 H 43.0 40.7 56.2 43.0 41.2 56.2 11 L 69.6 66.0 105.4 69.6 66.6 105.4 55 12 H 45.2 56.6 56.2 45.2 50.3 56.2 13 L 66.0 58.6 105.4 66.0 70.3 105.4

Claims

194990 8 TABEL 1 (vervolg) resultaat van de dunne-laag-optimalisering uit de voorbeelden 1 en 2; H ... Ti02-lagen, I____Si02-lagen 5 14 H 43.0 43.0 58.5 43.0 34.3 58.5

1. Diëlektrisch interferentie-filtersysteem met ten minste twee naast elkaar op een zijde aan een gemeen· schappelijke drager opgebouwde interferentie-filterelement, die op grond van hun interferentielagen spectraal verschillend werken, met het kenmerk, dat de totale dikte van de interfererende lagen op de filterelementen hoogstens tot op vervaardigingstoleranties van de lagen gelijk is.

2. Filtersysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ten minste twee filterelementen lateraal 40 zonder tussenruimtes tegen elkaar liggen.

3. Filtersysteem volgens een van de conclusies 1 of 2, met het kenmerk, dat beide filterelementen door een interfererend laagsysteem zijn afgedekt, dat minstens in beide spectraalgebieden, waarin de filterelementen werkzaam zijn, transparant is.

4. Filtersysteem volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het gemeenschappelijk laagsysteem minstens 45 een elektrisch geleidende laag omvaL

5. Filtersysteem volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het gemeenschappelijke laagsysteem uit één elektrisch geleidende vraag bestaat.

6. Filtersysteem volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de elektrisch geleidende laag een ITO-laag is.

7. Filtersysteem volgens een van de conclusies 1 tot en met 6, met het kenmerk, dat boven en/of onder 50 en/of tussen de filterelementen minstens een black-matrixelement is voorzien, waarvan de transmissie voor straling in een spectraal golflengtegebied, waarin de filterelementen doorlaten, verdwijnend is.

8. Filtersysteem volgens een van de conclusies 1 tot en met 7, met het kenmerk, dat het eerste filter-element door bekleden en door aansluitend etsen door middel van een etsmasker wordt vervaardigd, het tweede door verschaffen van een lift-off masker en aansluitend van lagen voorzien wordt vervaardigd, 55 waarbij het etsmasker als lift-off masker wordt ingezet.

9. Filtersysteem volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het eerste filterelement vervaardigd wordt door bekleden door middel van een reactief of niet-reactief PVD-, een CVD- of een PECVD-werkwijze en door 9 194990 etsen door middel van reactief of niet-reactief AC-, DC- of AC+DC-plasma-etsen, en dat het tweede filterelement vervaardigd wordt door bekleden door middel van een reactief of niet-reactief PVD-, CVD- of PECVD-werkwijze.

10. Filtersysteem volgens een van de conclusies 8 of 9, met het kenmerk, dat het eerste filterelement door 5 reactief ionenetsen van de bekleding wordt vervaardigd.

11. Filtersysteem volgens een van de conclusies 8 tot en met 10, met het kenmerk, dat het eerste en tweede filterelement vervaardigd worden door middel van bekleden volgens dezelfde werkwijze.

12. Filtersysteem volgens een van de conclusies 8 tot en met 11, met het kenmerk, dat het eerste en tweede filterelement met gebruik van het ets- en lift-off masker uit een metaal worden vervaardigd.

13. Filtersysteem volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat het gebruikte masker bestaat uit Al, Cr, of uit een lak.

14. Filtersysteem volgens een van de conclusies 1 tot en met 13, met het kenmerk, dat de filterelementen lagen van ten minste twee van de volgende materialen omvatten: 7 oxide of oxinitride van Si, Hf, Ti, Zr, Ta, Nb, Al of mengsels daarvan of 15 -MgFj.-ZnS, Si3N4.

15. LCD-aanduidinrichting met een kleurenfiltersysteem, met het kenmerk, dat het filtersysteem een diëlektrisch interferentie-filtersysteem volgens een van de conclusies 1 tot en met 14 omvat.

15 L 40.3 183.2 101.7 40.3 188.6 101.7

16 H 52.0 70.1 67.9 52.0 70.9 77.2

17. Werkwijze voor het vervaardigen van een diëlektrisch interferentie-filtersysteem met ten minste drie filterelementen, in het bijzonder voor het vervaardigen van een interferentie-filtersysteem volgens een van de conclusies 1 tot en met 14, waarbij ten minste een eerste interferentie-filterelement door bekleden van een drager wordt gevormd, vervolgens een etsmasker op het eerste interferentie-filterelement wordt gevormd, met behulp van het etsmasker het eerste interferentie-filterelement gestructureerd geëtst wordt, 25 vervolgens door bekleden op het etsmasker en drager het tweede interferentie-filterelement gevormd wordt, gekenmerkt doordat aansluitend een verder etsmasker gevormd wordt, het tweede interferentie-filterelement op het etsmasker en naast het verdere etsmasker geëtst wordt, vervolgens het derde interferentie-filterelement door bekleden wordt gevormd en gebieden van het derde interferentie-filterelement op het etsmasker door een lift-off stap met het etsmasker als lift-off masker verwijderd worden.

17 L 69.6 117.2 98.0 69.6 118.3 98.0

18. Werkwijze volgens conclusie 17, gekenmerkt doordat het bekleden voor de vervaardiging van het eerste filterelement door een reactief of niet-reactief PVD-, CVD- of een PECVD-werkwijze wordt uitgevoerd, het aansluitende etsen door middel van reactief of niet-reactief AC-, DC- of AC+DC-etsen.

18. CCD-inrichting met een kleurenfiltersysteem, met het kenmerk, dat het kleurenfiltersysteem een diëlektrisch interferentie-filtersysteem volgens een van de conclusies 1 tot en met 14 omvat.

18 H 58.8 70.1 77.2 58.8 70.9 67.9 10 19 L 62.3 117.2 116.7 62.3 118.3 116.7

19. Werkwijze volgens conclusie 18 of 19, gekenmerkt doordat het etsen door middel van reactief ionenetsen wordt uitgevoerd.

20. Werkwijze volgens een van de conclusies 17 tot en met 19, gekenmerkt doordat het bekleden voor het vervaardigen van het eerste en tweede filterelement volgens dezelfde werkwijze wordt uitgevoerd.

20 H 58.8 70.1 77.2 58.8 70.9 77.2

21. Werkwijze volgens een van de conclusies 17 tot en met 20, gekenmerkt doordat het als lift-off masker gebruikte etsmasker een masker van Al, Cr of een lak is.

21 L 69.6 117.2 116.7 69.6 118.3 116.7

22 H 72.4 70.1 77.2 72.4 70.9 772.

23 L 58.6 117.2 116.7 69.6 118.3 116.7 15 24 H 65.6 70.1 79.6 65.6 70.9 77.2

25 L 69.6 117.2 98.0 58.6 118.3 116.7

26 H 70.1 95.0 65.6 89.2 79.6

27 L 69.6 58.6 69.6 92.5

28 H 63.3 113.1 70.1 105.2 20 29 L 55.0 69.6 59.2

30 H 65.6 63.3

31 L 73.3 55.0

32 H 52.0 65.6

33 L 252.8 73.3 25 34 H 67.9

35 L 44.0

36 H 40.7

37 L 131.9 Totale dikte: 2074.8 2074.5 2075.4 2170.6 2170.9 2171.4 30 ---

22. Werkwijze volgens een van de conclusies 17 tot en met 21, gekenmerkt doordat meer dan één 40 verschillend interferentie-filterelement achter elkaar door middel van bekleden en etsen wordt vervaardigd, voordat het laatst interferentie-filterelement door lift-off-techniek wordt vervaardigd. Hierbij 4 bladen tekening