CN1306293A - 用于平板显示器的滤色器 - Google Patents

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Abstract

在透明基板上,在整个象素区域中顺序地形成红色、绿色和蓝色三种组成色子象素单元,然后,在单独的子象素单元和在形成下一个子象素单元之前的象素区域上涂敷透明材料保护层。保护层使子象素单元不受后续子象素部件工艺的影响,该处理包括例如高温固化、硬化剂或硬化方法,从而在制造性、可靠性、产量、成本和生产率方面具有优势。

Description

用于平板显示器的滤色器
本发明涉及平板彩色显示器，特别涉及在显示器的各象素中有多个组成色(component color)子象素的滤色器的结构及其形成方法。
显示器是将电信号转换成供观看者观看的可视图象的器件。该图象可以用于各种目的，例如文本、图形数据、电视、计算机监视、交通工具仪表和接到可视接口的其它电子仪器的显示。由称为图象单元(element)或‘象素’的点阵产生图象。在有彩色显示的地方，各象素由三个分开的组成色子象素构成。各象素为可寻址的区域，在该区域，光点通过子象素并产生期望的颜色和亮度，使该象素成为在整个可视光谱区域中可选择的色点，从而使所有象素合成为期望的彩色显示。随着技术的进步，期望能够不断增加象素密度，这意味着象素和子象素单元的区域尺寸将愈来愈小，同时期望能够使用具有不同光学和工艺特性的愈来愈宽范围的材料。
现有技术中面临的问题是，必须单独处理各单元，并有许多要处理的类型，在整个处理中，越来越难以指定和执行对随后各类型单元的处理窗口的制造，而不有害地叠置在先单元类型的处理窗口之一。问题的关键在于，例如在显示器的滤色器的情况下，必须单独处理各个独立的子象素彩色单元，同时不同颜色的子象素单元的成分共用相同或十分相近的处理条件。
在显示器中一起占据单个象素的多个组成色子象素单元的制造中，其改进在于，分开形成各子象素单元，然后用保护材料层单独保护包括该组成色子象素单元的象素区域，所述保护材料层与包含于整个组件中的任何工艺处理规范兼容，并且还与制造下一子象素单元之前组件的所有操作兼容。在制造滤色器的实例中，在透明基板上，在所有象素区域中顺序地形成红色、绿色和蓝色三种组成色子象素单元区域，然后在形成各单独颜色的子象素单元后，在单独的子象素单元和形成下一个子象素单元之前的象素区域上涂敷透明材料保护层。
图1是展示现有技术的三个子单元象素的透视截面图。
图2是现有技术的红色、绿色和蓝色子象素颜色单元构成的多个子单元区域的俯视图。
图3是图2中现有技术的多个子单元沿线3-3剖切的剖面图。
图4是展示本发明三个组成色子象素单元结构的剖面图。
图5是步骤5a至5f的流程图，展示本发明子单元组件的制造方法。
参照图1、2和3，这些图表示现有技术的当前状态。图1是显示器中被组装的单个多组成滤色器象素的侧视图。图2和图3分别是在基板上适当位置的单独的组成色子象素单元的俯视图和剖面图，正如它们将被组装在显示装置中那样。
在图1中，箭头1所示的光源使光穿过透明基板2，在该透明基板上设置有分开的彩色区域3、4和5，为了容易说明，在这些现有技术的附图中彩色区域3、4和5被标以红、绿和蓝。如箭头1象征性地表示的光源相对于不同类型的显示器可以变化。对于等离子体型显示器来说，在各子象素单元上象素会有分开的光位置。采用场致发射器件的显示器一般为黑白色或单色。场致发射器件型显示器在各象素上也有分开的光位置。
在现有技术中已知的显示器类型有在各象素上控制功率的薄膜晶体管(TFT)型和在各象素上产生光阀作用的投射型显示器。TFT显示器和投射显示器有较低的功耗、较大的轻便性和较低的成本，尽力主要增加密度显示环境成为今后十年的目标。
薄膜晶体管(TFT)型显示器和投射型显示器在整个显示期间使用单个光源，用单一的组成色子象素单元作为光阀，确定是否采用来自单个共用光源的有效光和达到哪种等级。
在显示组件中，在各子象素需要信号的地方，设置例如未示出的氧化铟锡(ITO)材料构成的透明电极电路。
但是，显示器类型的共同之处在于，产生的光穿过图1、图2和图3中标号为6的滤色器部件，从而产生彩色图象。实际上，由按这样的方式构图的红色薄膜3、绿色薄膜4和蓝色薄膜5构成彩色滤色器，以便红色点3、绿色点4和蓝色点5按显示密度呈现在每一三子象素位置上。该组构成单个象素，每一象素显现的颜色和亮度在可视频谱的宽范围上变化。
有各种制造技术，但通用的技术是在图2所示的区域7中形成每一红色3、绿色4和蓝色5的子象素单元，因此必须在基板2上分配这样的区域，该区域供三子象素组成色部件3、4和5使用，同时在它们之间和它们的周围提供足够的距离8，并可容许因工艺产生的任何区域改变和保护性覆盖。子象素彩色单元的处理仍有几分复杂，其原因在于，因各种不同的颜色，无论选择的什么材料，一般都有相同或相近溶解基，因而当暴露在对其它子象素部件的随后的处理时，各颜色部件可能受到损伤。为了防止这种损伤，在现有技术中采用各种方法，使各子象素单元不受后续部件工艺的某些影响，后续部件处理例如是高温切割、固化剂或固化处理。这些方法存在制造性、可靠性、产量、再现性能、成本和生产率方面的问题。由于不断努力以制作越来越小的对下列新显示器来说十分重要的象素，新显示器用作以当今显示器尺寸的十分之一那样小的尺寸为目标的例如头盔式显示器、手持式显示器和掌上型显示器，因而，在现有技术的现存问题会变得更加突出。
利用下列一种方法即染色、扩散颜料、印刷或电解沉积来制造现有技术的彩色滤色器。
染色方法使用涂敷在玻璃基板上的光聚合物。然后，将该光聚合物通过光掩模曝光、显影，并利用酸或反应染料染色。随后，为了使其不影响后续颜色的处理，用固化剂处理该染色图形。该处理总共重复三次，每次处理红色、绿色和蓝色中的一种。
扩散颜料方法与染色方法很相似，其中，该方法使用涂敷在清洁的基板上的光聚合物。但是，在扩散颜料方法的情况下，光聚合物已经包含有色颜料，所以不需要染色。涂敷、曝光和显影该聚合物，然后固化该聚合物，以防止后续的损伤。扩散颜料方法优于染色方法的优点在于其有更高的热稳定性和化学稳定性。扩散颜料的缺点是，颜料使聚合物更细小，因此需要更强的曝光能量。
彩色滤色器制作的印刷方法包括四类处理：丝网印刷、弯曲(flexographic)图象印刷、偏移(offset)印刷和凹版(intaglio)印刷。丝网印刷是电子工业内各种处理通用的方法，包括通过构图的网或丝网挤压彩色材料。弯曲图象和偏移印刷方法包括从滚轮将图形直接转移给基板。凹版处理包括将期望的图形腐蚀在基板上，然后将彩色材料挤压在腐蚀的图形中。在各种印刷技术中，在不同颜色的任一处理之间采用固化处理。
一般来说，印刷处理比染色和扩散颜料型两种方法有更大的成本效率；但是，分辨率大约粗于50X。
在电解沉积方法中，将标准的光刻胶涂敷在清洁的基板上并进行构图，在所需象素的区域上使该光刻胶开口。将彩色材料电解沉积在开口区域上，然后除去光刻胶。接着，利用热循环使沉积的彩色材料固化，为了保持颜色，将该处理重复两次以上。
根据以上说明，十分明显，在彩色平板显示器制造上的进步不仅取决于彩色光滤色单元的制造，而且必须在反复处理中不断减小尺寸的情况下制作这些单元，其中后续处理操作可以处理反复处理之前制造的单元的损伤。
按照本发明，通过在指定象素区域中用单独的操作分开形成各子象素单元，然后在制造各后续的子象素单元之前，用防止后续处理损伤的材料覆盖层单独保护包括制造子象素单元的整个指定象素区域，实现彩色滤色器制造中的改进。
下面，参照图4说明本发明，在图3所示的现有技术的描述基础上，该图是说明本发明的在形成显示器彩色滤色器的三组成色子象素组件的单个象素中的结构和工艺变化的剖面图。
参照图4，其中，在适当的地方使用上述图的参考序号，在接收光1的透明基板2上，分配用于象素的指定区域，该象素的尺寸、边缘如图4的剖面图所示的单元9。按照本发明，在尺寸9内指定象素区域的选择子区域上沉积第一子象素彩色单元10。在包括单元10的整个指定区域和基板表面的所有露出的象素部分上设置材料保护层11。保护材料必须满足几个功能要求。该材料必须是透明的，在经过显示器的所有后续处理没有产生纹理的情况下保持透明性，该材料必须对显示器制造中任何后续沉积和处理操作没有损坏性影响。作为保护层材料，可以采用各种材料，例如旋涂玻璃和各种聚合物。现有技术中标准的旋涂工艺是有用的，在该旋涂工艺中，不需要任何大范围的温度偏差，旋涂操作产生平坦薄层。适合于旋涂工艺类型的优选保护材料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
继续参照图4，在与基板2接触的层11的一部分上的尺寸9内，将第二子象素彩色单元12沉积在指定象素区域的所选子区域中。为了密度的目的，保持尽量小的子象素区域之间的空间13仍必须足够宽，以容纳作为覆盖用的并与子象素组成色部件一致的所有保护材料层。接着，在包括单元10和12的整个指定区域以及保护层11表面的所有露出部分上设置保护材料14构成的第二层。
进一步参照图4，在保留叠置层11和14的露出部分尺寸的情况下，将第三子象素彩色单元15沉积在指定象素区域的所选子区域中。接着，将保护材料构成的第三层16设置在包括单元10和12的整个指定区域以及保护层14表面的所有露出部分上。如果需要未示出的覆盖层用于这样的目的，即通过填充单元12和15之间的空间来提供平坦的上表面，那么可以将这种覆盖层设置在层16上。
根据图4的本发明的结构，在现有技术的基础上进行相互联系的结构和工艺的改进，从而在各个阶段用防止后续处理损伤的覆盖层进行保护，在独立操作的各部分上分开形成子象素单元。本发明的主要好处在于获得了处理上的灵活性。彩色滤色器工艺构成显示器组件的成本和质量的主要部分。本发明在可以采用的工艺和材料方面提供更多的灵活性。在分开操作中形成的子象素单元具有局部再加工已完成的显示器的能力。
用图5a-5f说明该工艺，其中在每个图中，利用与图1-4中适当位置处的相同的参考序号表示在形成图4所示结构的各阶段中部分制品的剖面。
在图5a-5f的处理中，采用本发明改进的标准颜料扩散型方法，在该方法中，在图5a中，在清洁的玻璃基板2上，设置用虚线表示的厚度约1微米的涂层20，由现有技术中包含在约90℃左右被烘干的分散的红色颜料的标准的光刻胶构成。利用标准的平板印刷技术构图该光刻胶20，在使氢氧化钾基的显影剂显影后，除去该涂层20，从而提供第一子象素彩色单元3。
利用标准的平版印刷技术构图光刻胶20，在使氢氧化钾基的显影剂显影后，除去该涂层，从而提供第一子象素彩色单元3。
在这点上，参照图5b，涂敷由保护材料构成的厚度约0.2微米的层11，该层在所有后续的工艺中将不会被损坏，该层没有与彩色子象素部件不相容的本身所需要的工艺条件。通过现有技术中旋涂技术标准可以涂敷材料PMMA，一般在约120℃下烘干，正好与子象素单元3的形状一致。
参照图5c，在材料和厚度与图5a所示的涂层20相似的层11上涂敷涂层，但图中并未示出，现有技术标准的光刻胶包含在约90℃左右被烘干的分散的绿色颜料。利用标准的平板印刷技术构图该光刻胶，在使氢氧化钾基的显影剂显影后，除去该涂层，从而提供第二子象素彩色单元5。
参照图5d，在正好与子象素单元3和4的形状一致的层11上涂敷PMMA保护材料构成的厚度约0.2微米的第二层14。
参照图5e，在材料和厚度与图5a所示的涂层20相似的层14上涂敷图中并未示出的包含在约90℃左右被烘干的分散的蓝色颜料工艺标准的光刻胶构成的涂层。利用标准的平板印刷技术构图该光刻胶，在使氢氧化钾基的显影剂显影后，除去该涂层，从而提供第三子象素彩色单元5。
参照图5f，在正好与子象素单元3、4和5的形状一致的层14上涂敷PMMA保护材料构成的厚度约0.2微米的第三层16。
图5a-5f的方法制成滤色器象素，该象素比目前现有技术的象素更可靠和价廉。采用阻挡材料制造的彩色子象素单元具有需要时容易再加工原色的好处。随着显示器变得更加密集和复杂，局部再加工的性能成为越来越引人注目的能力。
图5a-5f的方法可直接用于其它滤色器制造技术，例如印刷、电镀和染色。就染色方法的实例而言，在该方法中，涂层20为涂敷于玻璃基板2上的光聚合物材料，并采用平版印刷技术构图。接着，利用现有技术标准的酸性物或反应染色将聚合物的涂层被染色成选择的子象素彩色。随后，在与形成的层11、14和16的连接中，染色的聚合物子象素3、4或5可以刷涂例如上述PMMA的保护材料层。在层11、14和16按120℃完成烘干后，整个组件可以维持超过120℃的温度，这种温度基本上应该在后续工艺或运行中遇到。
已经说明了制造复合的组成色子象素单元区域的结构和方法，其中，在透明基板上，在所有象素区域中顺序地形成子象素彩色区域，然后，在形成各独立的组成颜色单元后，在各独立的子象素彩色单元和象素区域上涂敷透明材料保护层。

Claims (19)

1．平板彩色象素组件的制造方法，该组件设置在透明基板上，由一起占据显示器中指定区域的多个独立的组成色子象素单元构成，
其改进包括：
在所述指定区域的分开部分中按分离的操作形成各所述组成色子象素单元，用透明材料保护层使各所述组成色子象素单元与所述多个所述组成色子象素单元的其它单元分隔开，该透明材料保护层与包含在整个组件中的任何工艺规范兼容，并与组件的所有工艺兼容，该透明材料保护层覆盖所述指定区域，并与各所述子象素单元一致。
2．如权利要求1的方法，其中，所述多个组成色子象素单元为三个。
3．如权利要求2的方法，其中，所述三个组成色子象素单元为红色、绿色和蓝色。
4．如权利要求2的方法，其中，所述组成色子象素的材料适于旋转涂敷工艺。
5．如权利要求4的方法，其中，所述组成色子象素的材料为染色的光聚合物型材料和扩散颜料的光聚合物型材料中的至少一种。
6．如权利要求5的方法，其中，所述保护材料为聚甲基丙烯酸甲酯
7．如权利要求6的方法，其中，所述基板为玻璃。
8．制造滤色器的方法，该滤色器用于平板显示器中指定象素区域内的多个组成色象素，该方法包括下列步骤：
在透明基板的所述指定象素区域的第一部分上形成第一子象素颜色单元，
在包括整个所述第一子象素颜色单元的所述指定象素区域上涂敷第一层保护材料，
在透明基板的所述指定象素区域的第二部分上形成第二子象素颜色单元，
在包括整个所述第二子象素颜色单元的所述指定象素区域上涂敷第二层保护材料，
在透明基板的所述指定象素区域的第三部分上形成第三子象素颜色单元，和
在包括整个所述第三子象素颜色单元的所述指定象素区域上涂敷保护材料的第三层。
9．如权利要求8的方法，其中，所述第一、第二和第三子象素颜色单元的所述形成步骤包括旋涂扩散了彩色颜料的光聚合物的步骤。
10．如权利要求9的方法，其中，所述彩色扩散颜料被旋涂至约1.0微米的深度。
11．如权利要求8的方法，其中，所述第一、第二和第三保护层的所述涂敷步骤包括旋涂聚甲基丙烯酸甲酯的步骤。
12．如权利要求11的方法，其中，所述聚甲基丙烯酸甲酯被旋涂至约0.2微米的深度。
13．一种用于平板显示器的滤色器，在该平板显示器中有由位于透明基板上的独立的组成色子象素单元构成的多个象素位置，
包括：
第一组成色子象素单元，与所述基板的表面接触，并位于所述基板的指定象素区域中的第一位置；
耐后续工艺损害的材料构成的第一保护层，设置为与所述基板表面的所述指定区域接触，覆盖所述第一组成色子象素单元并与其一致；
第二组成色子象素单元，与所述第一保护层表面接触，并位于所述基板的所述指定象素区域中的第二位置；
耐后续工艺损害的材料构成的第二保护层，设置为与所述第一保护层接触，覆盖所述第二组成色子象素单元并与其一致，用所述第一和第二保护层覆盖所述第一子象素单元；
第三组成色子象素单元，与所述第二保护层表面接触，并设置于所述指定象素区域中的第三位置；和
耐后续工艺损害的材料构成的第三保护层，设置为与所述第二保护层接触，覆盖所述第三组成色子象素单元并与其一致，用所述第一和第二保护层覆盖所述第一和第二组成色子象素单元。
14．如权利要求13的滤色器，其中，各所述子象素单元的厚度约为1.0微米。
15．如权利要求13的滤色器，其中，各所述保护层的厚度约为0.2微米。
16．如权利要求14的滤色器，其中，各所述保护层的厚度约为0.2微米。
17．平板显示器的滤色器的制造方法，其改进包括：
在指定象素区域中，按分离的操作形成各子象素组成色部件，所述分离的操作包括用可耐后续工艺损害的材料构成的保护覆盖层覆盖各子象素部件和整个指定区域。
18．如权利要求17的方法，其中，子象素单元的组成色是红色、绿色和蓝色。
19．如权利要求18的方法，其中，各所述组成色子象素单元的厚度约为1.0微米，各所述保护覆盖层的厚度约为0.2微米。
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