NL9500412A

NL9500412A - Diëlektrisch interferentie-filtersysteem, LCD-aanduidinrichting en CCD-inrichting alsmede werkwijze voor het vervaardigen van een diëlektrisch interferentie-filtersysteem en gebruik van de werkwijze.

Info

Publication number: NL9500412A
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: 1995-10-02
Also published as: NL194990B; US6342970B1; DE4407067C2; JPH07270613A; NL194990C; GB9504601D0; GB2288053A; GB2288053B; FR2716980A1; DE4407067A1; FR2716980B1

Description

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

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 golflengte, verschillende transmissiekarakteristieken hebben. Het kan daarbij om hoogdoorlaat-, laagdoorlaat-, banddoorlaat- of bandstopfilters gaan.

Transparant

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

Black-matrix

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.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een diëlektrisch interferentie-filtersysteem volgens de aanhef van conclusie 1, een LCD-aanduidinrichting alsmede een CCD-inrichting volgens de aanhef van de conclusies 8 respectievelijk 9 en een werkwijze voor het vervaardigen van een diëlektrisch interferentie-filtersysteem en het gebruik hiervan volgens de aanhef van de conclusies 10 respectievelijk 12.

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

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

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

Dergelijke selectief absorberende lagen bestaan uit organische materialen met een bij benadering constante brekingswaarde n en met een sterk golflengte-afhankelijke extinctie-coëfficiënt k(X). De spectrale transmissie bedraagt daarbij:

In principe hebben organische kleurenfilters of, in het kader van een filtersysteem, organische kleurenfilterelementen de volgende nadelen, zoals uit de bovengenoemde literatuurplaats K. Tsuda bekend is: - geringe kleurverzadiging; - hoge absorptieverliezen, die tot ongewenste verwarming van het kleurenfilter respectievelijk kleurenfilter-element kunnen leiden; - 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 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 vacutimbekledingswerk-wijzen vervaardigd, bijvoorbeeld door verdampingstechnieken, zoals elek-tronenstraalverdampen, lichtboogverdampen of door verstuivingsbekleding 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-werkwijzen of PECVD-werkwijzen (Plasma enhanced chemical vapor deposition-werkwijze).

Een overeenkomstige nagestreefde spectrale karakteristiek, uitgedrukt bijvoorbeeld door de spectrale 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 filterele-ment moet worden getransmitteerd. Zo is bijvoorbeeld een diëlektrisch interferentie-filterelement voor blauw het dikst, aangezien 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 43^ (1989). Unate T., Nakagawa T., Matsushita Y., Ugai Y. en Aoki S. verwezen.

Diëlektrische laagsystemen kunnen met optische bewakingsmethoden met een laagdikte-nauwkeurigheid van ± 1% worden vervaardigd. Bij typische totale dikten van diëlektrische interferentie-kleurenfilterelementen in het gebied van 1,5 - 3.5 V™ betekent dit een absolute nauwkeurigheids-afwijking van hoogstens 0,07 pm.

Voor het structureren van diëlektrische interferentie-filtersystemen in afzonderlijke filterelementen komen voornamelijk twee werkwijzingswij-zen in aanmerking: - etsen: een opgebracht laagsysteem wordt op vooraf bepaalde gebieden weggeëtst. 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 weggeëtst. Het etsen kan daarbij natchemisch plaatsvinden, maar wordt bij voorkeur door een vacutimwerkwijze verwezenlijkt. Hiertoe zijn reactieve of niet reactieve PVD-werkwijzen geschikt, zoals DC-, AC- of AC- en DC-v e r -stuiving, of, in het bijzonder in het onderhavige verband van belang, reactief ionen-etsen.

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

Zoals werd vermeld schommelt de dikte van absorberende organische kleurenfilterelementen op grond van de vervaardigingstoleranties van de lagen uit organisch materiaal aanzienlijk, bij diëlektrische interferen-tie-filtersystemen schommelt de totale dikte van de filterelement-laag-systemen op grond van de voor de nagestreefde spectrale karakteristieken noodzakelijke laagaantallen en laagdikten.

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

Boven de kleurenfilter-elementen 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 de kleurenfilter-elementen 3 en de elektrisch geleidende transparante laag 7 wordt gewoonlijk een organische compensatielaag 9» bijvoorbeeld uit acryl, ingebouwd, die de volgende functies moet vervullen: - de laag moet ongelijke dikten van de verschillende kleurenfilter-elementen en oneffenheden op de afzonderlijke kleurenfilterelement-oppervlakken 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 kleurenfilter-elementen 3 worden gebruikt; - 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 kleurenfilter-elementen, 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 kleurenfilter-elementen scheurt, waardoor elektrische verbindingen zouden worden onderbroken.

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; - problematische hechting op de organische kleurenfilter-elementen respectievelijk het substraat 1, gewoonlijk uit glas.

Overeenkomstig figuur 1 bevindt zich op het tegenover de kleurenele-menten 3 liggende substraat 11, al naar gelang het displaytype, een 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 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 ym bedraagt, in speciale gevallen echter, zoals bijvoorbeeld bij ferro-elektrische LCD's, zelfs slechts 1,5 tot 2,5 ym dik is. Het opti- sche contrast en daarmee de beeldkwaliteit van een dergelijk LCD-display hangt direct met de constantheid van de dikte van de cel 10 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.

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 Optical Interference Filter", Japan Display '89, pagina (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 processtappen als ook 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 overeenkomstig 9 van figuur 1 of verstuivingsbekleding met een ITO-laag 7 overeenkomstig figuur 1; - goede oppervlakken voor hechting van een geleidende laag, in het bijzonder een ITO-laag; - mechanisch stabiele onderlaag als laagdrager-onderlaag, zoals voor de ITO-laag; - mechanisch stabiele ondergrond voor spacers in de vloeibare-kristaltussenruimte 10; - hoge optische kwaliteit, zoals hoge transmissie, sterkere kleurenverzadiging, geringste absorptie en hoge optische lange-tijd-stabiliteit.

Zoals vermeld is echter een probleem van de vervaardiging van interferentie-filtersystemen het probleem van verschillende filterelement-dikten overeenkomstig de afmeting d van figuur 1.

Het is de doelstelling van de onderhavige uitvinding een interferen-tie-filtersysteem van de in het begin genoemde soort te verschaffen, dat het voorzien van een organische compensatielaag om geometrische compensa-tieredenen overbodig maakt en de nadelen zowel van filtersystemen, die op organische absorptie-filterelementen berusten, als ook die van bekende interferentie-filtersystemen opheft.

Verder moet overeenkomstig de onderhavige uitvinding een LCD-aanduid-inrichting overeenkomstig de uitvinding respectievelijk een CCD-inrich-ting overeenkomstig de uitvinding worden verschaft alsmede een werkwijze, waarmee filtersystemen vervaardigd kunnen worden die de bovengenoemde doelstelling bereiken.

De genoemde doelstelling wordt in een diëlektrisch interferentie-fil-tersysteem van de in het begin genoemde soort bij de uitvoeringsvorm hiervan volgens het kenmerkende deel van conclusie 1 en/of volgens die van conclusie 2 bereikt.

Zowel door systemen met filterelementen van gelijke hoogte, als ook 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.

In andere dan de besproken LCD-toepassing kan echter reeds een inter-ferentie-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 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 liftoff- techniek door de lift-off nu eenmaal bepaalde tussenruimten ontstaan.

Bij een voorkeurs-uitvoeringsvariant 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 gemeenschappelijke interfererende laagsysteem is in de spectrale gebieden, waarin de filterelementen werkzaam zijn, transpa- rant. 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 analoog aan laag 9 van figuur 1 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 filtersys-teemeigenschappen overeenkomstig de uitvinding volgens de conclusies 1 en 2 over de filterelementen uitsluitend een elektrisch geleidende laag, bij voorkeur een ITO-laag, voorzien.

Verder kunnen eventueel, de tekst van conclusie 4 volgend, black-ma-trix-elementen zijn voorzien.

Ook met het oog op de werkwijze overeenkomstig de uitvinding volgens conclusie 10 gaat, de tekst van conclusie 5 volgend, 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, 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 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.

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, waarbij echter ook een lak als maskermateriaal kan worden gebruikt.

In een voorkeurs-uitvoeringsvorm, in het bijzonder met het oog op LCD-en CCD-inrichtingen, wordt, de tekst van conclusie 6 volgend, het inter- ferentie-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 7 gespecificeerd. In samenhang met figuur 1 worden de voordelen van een LCD-aanduidinrichting of een CCD-inrichting volgens de conclusies 8 respectievelijk 9 de vakman zonder meer duidelijk.

De werkwijze overeenkomstig de uitvinding kenmerkt zich verder volgens de tekst van het kenmerkende deel van conclusie 10, een voorkeurs-uitvoe-ringsvariant volgens die van conclusie 11.

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

De uitvinding wordt aansluitend bij wijze van voorbeeld aan de hand van figuren en voorbeelden uiteengezet.

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 van de filterelementen aan een interferentie- filtersysteem overeenkomstig de uitvinding, in het bijzonder kleuren-filtersysteem,

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 interferentiefilter-, in het bijzonder -kleurenfiltersysteem,

Figuur 4 toont de voorkeurs-combinatie van de uitvoeringsvarianten overeenkomstig de uitvinding overeenkomstig de figuren 2 en 3» in analoge weergave met het bij voorkeursvoorzien 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,

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,

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 volgens de figuren 2 of 3 en in het bijzonder 4.

In figuur 1, die een bekende LCD-structuur voorstelt, zijn, hoewel zwaar overdreven, de dikteverschillen voor diëlektrische interferentie-kleurenfilterelementen 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 vervaardigingstolerantie van de (niet weergegeven) afzonderlijke lagen na zijn laagaantal en laagdikte zodanig geoptimaliseerd, 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 3e bedekkende verdere lagen voor de optimalisering van de betreffende spectrale filterelement-eigenschappen meegerekend. Al naar gelang het toepassingsdoeleinde van het filtersysteem overeenkomstig de uitvinding met diëlektrische interferentie-filterelementen 3e van gelijke hoogte kunnen, zoals in figuur 2 schematisch bij 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 3f 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 toepassingsdoel, black-matrixelementen 5 zijn ingebouwd.

Bij de voorkeurs-uitvoeringsvariant overeenkomstig figuur 4 zijn de telkens inventieve eigenschappen van een interferentie-filtersysteem overeenkomstig de uitvinding gecombineerd. Derhalve hebben in deze voorkeurs-uitvoeringsvariant de filterelementen 3ef enerzijds gelijke dikten d0, anderzijds liggen ze volledig tegen elkaar. Zoals is weergegeven, is het daarmee mogelijk een laagsysteem of een laag met constante dikte direct op de filterelementen 3ef te leggen, bijvoorbeeld en in het bijzonder een elektrisch geleidende laag, in het bijzonder een ITO-laag. De kleurenfilter-elementen vormen in dit geval zowel een mechanisch stabiel referentievlak voor de opbouw van de laag 15 * vormen verder een elektrisch isolerend oplegvlak en maken het mogelijk om de laag 15 met constante dikte op te bouwen, in het bijzonder wanneer, zoals bij LCD-toepassingen, 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 kleurenfiltersysteem voor LCDs 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 Si02/IT0, wegens de goede hechting op diëlektrische laagsystemen probleemloos direct op de filterelementen kan worden aangebracht; - de aangebrachte, elektrisch geleidende laag binnen het actieve filter-systeemgebied geen kanten aan de filterelementen meer vindt, waaraan deze zou kunnen afscheuren; - een elektrisch geleidende laag ten opzichte van onder de filterelementen liggende black-matrixeiementen door de filterelementen zelf is geïsoleerd.

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 kleurenfilter-elementen 3ef, daarboven de elektrisch geleidende ITO-laag 15. Dan volgt de vloeibare-kristallaag 10, dan een elektrisch geleidende laag 13. ITO, en het substraat 11.

Samen met de ITO-laag 15 vormen de laagpakketten van de kleurenfilter-elementen 3ef elk een tot interferentie in staat zijnd systeem, waardoor de ITO-laag bij de optimalisering van de betreffende kleurenfilter-elementen in acht moet worden genomen. Tegelijkertijd wordt daarmee verhinderd dat door het voorzien van de ITO-laag een aanvullend transmissiever-lies ontstaat.

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 =0) en Ti02 (n350nm = 2,55, n550nm = 2,35. η900ηπι = 2,22; k = 0), zodanig geoptimaliseerd dat de blauwe kleurencoördinaten binnen een vastgelegde tolerantie worden bereikt. Daarbij is

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 als ook 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 kleurencoördinaatwaarden en de laagopbouw van de filter-elementen "rood", "groen", "blauw" weergegeven. De resulterende totale dikte van de kleurenfilter-elementen stemt tot op ± 0,2 nm overeen.

Figuur 7 toont de resulterende kleurencoördinaatwaarden, figuur 8 de spectrale karakteristieken van de overeenkomstig voorbeeld 1 verwezenlijkte kleurenfilter-elementen inclusief substraat, ITO-lagen en LC-laag.

Voorbeeld 2

In figuur 6 is de opbouw van een tweede uitvoeringsvariant van een LCD-scherm met filtersysteem overeenkomstig de uitvinding weergegeven. Er zijn dezelfde verwijzingstekens gebruikt als in figuur 5· In onderscheid tot de uitvoering overeenkomstig figuur 5 en voorbeeld 1 is hier tussen de filterelementen 3ef va11 bet optische filtersysteem en de ITO-laag 15 een compensatielaag 9 voorzien. Hiermee werkt de ITO-laag in deze opbouw als geïsoleerde afzonderlijke laag, dat wil zeggen, deze verlaagt in delen van het zichtbare spectrum de transmissie, zonder dat dit met behulp van de kleurenfilter-elementen zou kunnen worden gecompenseerd. De werkingswijze is identiek met die van voorbeeld 1. Voor de compensatielaag wordt np = 1,46 aangenomen. Wederom tonen de tabel en de figuren 7 en 9 de resultaten van een dergelijke optimalisering. In de tabel is te zien dat de totale dikte van de kleurenfilter-elementen tot op minder dan lnm, namelijk tot op ± 0,25 nm overeenstemmen.

Voorbeeld 3

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

Stap.1.:.

Het substraat wordt met het eerste interferentie-filtersysteem B in het bijzonder met een eerste kleurenfiltersysteem, 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.

Stap λ:

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

Stap k:

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

Stap 5:

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

Stap 6;

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

Stap 7:

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-karakteris-tiek, uitgevoerd. Daardoor worden alle tussenruimten tussen de reeds aangebrachte filterelementen B, G gesloten.

Stap 8:

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: resultaat van de dunne-laag-optimalisering uit de voorbeelden 1 en 2; H ... Ti02-lagen, L ... Si02-lagen.

Claims

1. Diëlektrisch interferentie-filtersysteem met minstens twee op een gemeenschappelijke drager opgebouwde filterelementen, die spectraal verschillend werken, met het kenmerk, dat de totale dikten van de interfererende lagen op de filterelementen hoogstens tot op vervaardigingstoleranties van de lagen gelijk zijn.

2. Interferentie-filtersysteem volgens de aanhef van conclusie 1, met het kenmerk. dat de minstens twee filterelementen lateriaal volledig tegen elkaar liggen.

3. Interferentie-filtersysteem volgens een van de conclusies 1 of 2, met het kenmerk. dat beide filterelementen door een gemeenschappelijk interfererend laagsysteem zijn afgedekt, dat minstens in beide spectraal-gebieden, waarin de filterelementen werkzaam zijn, transparant is, bij voorkeur dat daarbij het gemeenschappelijke laagsysteem bij voorkeur minstens een elektrisch geleidende laag omvat, bij voorkeur uit een elektrisch geleidende laag bestaat, bij voorkeur een ITO-laag is.

4. Interferentie-filtersysteem volgens een van de conclusies 1 tot en met 3* met het kenmerk, dat boven en/of onder en/of tussen de filterelementen minstens een black-matrixelement is voorzien.

5. Interferentie-filtersysteem volgens een van de conclusies 1 tot en met 4, met het kenmerk, dat minstens een eerste filterelement door bekleden, bij voorkeur door middel van een PVD-, - reactief of niet reactief -, CVD- of PECVD-werkwijze en door aansluitend etsen, bij voorkeur door AC-, DC-, AC- en DC-plasma-etsen, reactief of niet-reactief, bij voorkeur door reactief ionenetsen, wordt vervaardigd, minstens een tweede, bij voorkeur door bekleding door middel van een PVD-, reactief of niet-reactief, CVD- of PECVD-werkwijze, bij voorkeur met dezelfde werkwijze als het eerste element, en aansluitende lift-off-techniek wordt vervaardigd, waarbij het etsmasker voor de vervaardiging van het eerste filterelement als lift-off-masker voor de vervaardiging van het tweede filterelement wordt gebruikt en bij voorkeur uit een metaal bestaat, bij voorkeur uit Al of Cr, of uit een lak.

6. Interferentie-filtersysteem volgens een van de conclusies 1 tot en met 5» met het kenmerk, dat het een diëlektrisch kleurenfiltersysteem is.

7. Interferentie-filtersysteem volgens een van de conclusies 1 tot en met 6, met het kenmerk. dat de filterelementen lagen van minstens twee van de folgende materialen omvatten: - oxide of oxinitride van Si, Hf, Ti, Zr, Ta, Nb, Al of mengsels daarvan of - MgF2, ZnS, Si3N/,.

8. LCD-aanduidinrichting met een kleurenfiltersysteem, met het kenmerk. dat het filtersysteem een diëlektrisch interferentie-filtersysteem volgens een van de conclusies 1 tot en met 7 omvat.

9. CCD-inrichting met een kleurenfiltersysteem, met het kenmerk, dat het kleurenfiltersysteem een diëlektrisch interferentie-filtersysteem volgens een van de conclusies 1 tot en met 7 omvat.

10. Werkwijze voor het vervaardigen van een diëlektrisch interferentie-filtersysteem met minstens twee filterelementen op een gemeenschappelijke drager, in het bijzonder voor het vervaardigen van een interferentie-filtersysteem volgens een van de conclusies 1 tot en met 7. met het kenmerk. dat minstens een eerste interferentie-filterelement door bekleden, bij voorkeur door PVD, CVD of PECVD en aansluitend etsen, bij voorkeur plasma-etsen, door middel van AC, DC of door middel van AC en DC, reactief of niet-reactief, bij voorkeur door reactief ionen-etsen, wordt vervaardigd, daarbij een etsmasker, bij voorkeur van metaal, bij voorkeur een masker uit Al of Cr, of echter een lak wordt gebruikt, en aansluitend minstens een tweede interferentie-filterelement door bekleden en aansluitend structureren in lift-off-techniek wordt vervaardigd, waarbij het etsmasker als lift-off-masker wordt gebruikt.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat meer dan één verschillend interferentie-filterelement achter elkaar door middel van bekleden en etsen wordt vervaardigd, voordat het laatste interferentie-filterelement door lift-off-techniek wordt, vervaardigd.

12. Gebruik van de werkwijze volgens een van de conclusies 10 of 11 voor de vervaardiging van interferentie-kleurenfiltersystemen.