CN1333884A - 平板显示器用的滤色器 - Google Patents
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Abstract
在一个透明基底(2)上一个总的像素区域(9)内顺序地形成红、绿和蓝三种分量彩色子像素单元区(10、12、15),每种个别的子像素单元形成之后,在个别的子像素单元(10、12、15)上各施加一个透明的保护材料层(11、14、16),然后再形成下一种分量彩色子像素单元。诸保护层使各种子像素单元不受随后的子像素部分之处理的影响,处理情况诸如涉及高温固化、媒剂硬化或凝固工艺;由此,在易制造性、可靠性、成品率、成本和产出量等方面都获得了好处。
Description
发明领域
本发明涉及平板彩色显示器，具体涉及在显示器每个像素中具有多重分量彩色子像素的滤色器形成的结构和工艺。
发明背景
显示器是将电信号转换成观看者可视之图像的装置。图像可应用于各种目的，诸如是显示文本、图形数据、电视、计算机监视、车辆仪表及电视界面的其它电子设备等。图像是由称为图像元素或像素的一种点阵列产生出的。当显示器为彩色显示器时，每个像素由三个独立的彩色分量子像素构成。每个像素是一个可寻址的部位，在它上面由各子像素给出一个光点，适应于所需的色度和亮度，使像素呈现为在可见光谱范围内可选择出的一个彩色点，而所有像素的复合便构成一个所需的彩色图像显示。随着技术的进步，要将一些希望的特性组合起来，一方面是能够有愈加增大的像素密度，从而意味着像素和子像素单元的面积尺寸更小，另一方面要能够应用更广范围的材料，它们有着不同的光学特性和工艺特性。
在以往的技术中遇到了一个问题，即每种单元必须各别地处理，因为有许多的处理工序，使得具体化和执行一个制造工艺窗口变得愈加困难，要求总体工艺中每一个随后的工序环节不会与先前的工序环节中的一个工艺窗口发生有害的重叠。问题尤其严重地在于，对于诸如显示器中滤色器的制造情况，每种各别的子像素彩色单元必须各别地处理，而不同彩色子像素单元的基色配方使用着相同的或者十分相似的处理方法。
发明描述
在对显示器中共同占据单个像素的多重分量彩色之子像素的制造中，通过独立地形成每个子像素单元能改善效果，然后用一个保护材料层各别地保护该像素区域，包括其分量彩色子像素单元，这种保护材料层并不与任何在总体组装中关联到的工艺规范相排斥，进而也不与制造下一子像素单元之前的总体组装工作相排斥。制造滤色器的一个例子中，红、绿和蓝的三个分量彩色子像素单元区域顺序地形成在一个透明基底上的一个总体像素区域内，并在每一各别的彩色子像素单元形成之后，当形成下一个子像素单元之前，在各别的子像素单元和像素区域上施加一层透明的保护材料。
附图描述
图1是先有技术中采用的一种三个子单元像素的侧截面透视图。
图2是先有技术中由红、绿和蓝子像素彩色单元构成的一个多子单元区域的顶视图。
图3是沿着图2中先有技术的多子单元的线3-3的横截面图。
图4是本发明的一个三分量彩色子像素单元结构的横截面图。
图5是步骤5a至图5f的流程图，示明了本发明的一种制造子像素组件的方法。
发明描述
参看图1、图2和图3，它们示明了先有技术的现状。图1是要组装入显示器内的单个多分量滤色器像素的侧视图。图2和图3分别是各个像素的顶视图和横截面图，它们的分量彩色子像素在透明基底上共同所处的位置，就象在显示器内的组合布置那样。
图1中，由箭头1示明的光源通过透明基底2提供出光照，在透明基底2上位有三个独立的彩色区域3、4和5，为便于后面进行说明，它们象先有技术中那样标记为红、绿和蓝。图1中所示的箭头符号1的光源可随显示器的不同类型而变化。在等离子体型显示器中，像素在其每个子像素单元上有独立的光源位置。对于应用场致发光器件的显示器，一般是黑白或是单色的。场致发光器件型显示器在每个像素上也有一个独立的光源位置。
有一种在本技术领域内称为薄膜晶体管(TFT)型的显示器类型，那里在每个像素上进行功率控制；另一种投影型显示器中由一个光阀取代每个像素上光源的作用。TFT型和投影型显示器的功耗小，便携性好，成本低，使它们在今后的十年里可朝着根本地增加像素密度的显示器目标发展。
薄膜晶体管(TFT)型和投影型显示器应用单一个光源供整个显示器使用，各个分量彩色子像素单元起光阀的作用，光阀决定了是否对单个公共光源来的光线予以利用以及多大利用量。
每个子像素上要求施加电信号的地方，在显示器组装中制造由诸如氧化铟锡(ITO)材料构成的透明电极电路(未示出)。
各种类型的显示器有着共同的发光事实，它的产生是光线通过图1、图2和图3中标记为6的滤色部分使图像给出彩色的。滤色器由具有一定图案的红3、绿4和蓝5薄膜构成，其图案形式按显示器像素密度由红点3、绿点4和蓝点5一起呈现在每个像素的三个子像素位置上。一个三色点组形成了单个像素，所呈现的色度和亮度可以在可见光谱的宽广范围内变化。
尽管制造技术上有各种变异，但它们的共同点是红3、绿4和蓝5子像素单元之每一个要制造在如图2中示明的区域7内，这个区域必须在基底上分配给三个子像素分量彩色部分3、4和5，在它们之间和它们周围要有足够的距离8，该区域的任何变化起因于工艺和保护层的覆盖。子像素彩色单元的工艺部分地由于这样的事实而复杂化，即无论选择什么材料，每种不同的彩色通常应用相同的或者密切关联的溶剂基，因而当对其它子像素部分作随后的曝光处理时，已处理的每种彩色部分可能受到损伤。为了防止这种损伤，本技术领域内采用了各种措施以使每种子像素单元对随后彩色部分的处理诸如高温固化、媒剂硬化或凝固工艺等处理不敏感。但这一些会在像素区域的易制造性、可靠性、成品率、返工量、成本和产出量等方面带来问题。本技术领域内的这些问题在制造更小像素的继续努力上会严重起来，而更小的像素对于头戴显示器、手持显示器和掌上显示器等是至关重要的，目标是其尺寸应减小到今天之显示器的十分之一。
当前，本技术领域内滤色器的制造采用下列方法之一：染色法，颜料扩散法，印刷法，以及电解淀积法。
染色法中应用一种光聚合物，覆盖在一个玻璃基底上。然后，光聚合物通过光掩膜曝光、显影以及借助一种酸性或反应染料染色。接着，用一种硬化剂处置染色的图案，以使得它对随后的分量彩色的处理不敏感。这种处理总共重复三次，分别针对红、蓝和绿色之每一个。
颜料扩散法与染色法十分相似，它也应用一种光聚合物覆盖在一个透明基底上。不过，颜料扩散法中，光聚合物内已经包含彩色颜料，所以不再需要染色。光聚合物经覆盖、曝光和显影后，使光聚合物硬化以防止随后遭受损伤。颜料扩散法比之染色法的优点在于，它有较高的热量和化学稳定性。颜料扩散法的缺点是，颜料会造成光聚合物被较多地削弱，因而要求有较高的曝光能量。
滤色器生产的印刷法包含四种类型的工艺：筛网印刷，可变曲胶板印刷，胶板印刷，以及凹板印刷。在电子工业内，筛网印刷很普及，它有多种多样的工艺，并涉及到通过有图案的丝网或筛网挤压彩色材料。可弯曲胶板印刷法或胶板印刷法中涉及使印刷图案由一个轧辊直接转移到一个基底上。凹板工艺中涉及在基底上蚀刻出所需的图案，然后将彩色材料挤压入蚀刻出的图案中。第一种印刷技术中，在各个彩色的任何工序之间都应用了硬化工艺。
一般地，印刷法处理比之染色法和颜料扩散法两者有较高的性能价格比，但是，其分辨率要粗糙大约50倍。
电解淀积法中，将一种光致抗蚀剂覆盖在透明基底上，光致抗蚀剂上作出图案结构，在需要有像素的区域开出小孔。将彩色材料用电解淀积法淀积在开孔区域中，然后去掉光致抗蚀剂。接着，使淀积的彩色材料以一个加热周期进行硬化，并且对其余两种彩色再重复两次这种处理。
从上面的叙述中可以知道，制造彩色平板显示器的工艺不仅依赖于彩色滤光单元的制作，并且这些单元的产生要在愈加减小的尺寸上反复地处理，而在反复处理中随后的工艺操作会损伤先前制作出的分量彩色单元。
按照本发明，可以做到改善滤色器的制造，其方法是在一个指定的像素区域上以各别的操作独立地形成每个子像素单元，并用一种材料的覆盖层各别地保护好包括已制造的子像素单元在内的整个指定的像素区域，该种覆盖层材料能防止随后的处理损伤先前制造的每个邻接的子像素单元。
本发明结合图4予以示明，它是结构的侧截面图，并包含本发明在形成显示器滤色器时在单个像素的三种分量彩色子像素组合上相对于图3中先有技术的不同。
参看图4，其中，适时使用了前面附图中类似的标号，光源为1，透明基底为2，图中一个像素在侧面的一维空间上分配得的区域为单元9。按照本发明，将第一个子像素彩色单元10淀积在尺寸9内所指定的像素区域中选定的子区域内。一个保护材料层11布置在整个指定的区域上，包括单元10和基底上的全部已曝光像素部分。该保护层材料必须满足若干功能要求。它必须透明，并在经过显示器的全部接连的处理后保持透明度而不出现纹理化，并对于显示器制作中任何随后的淀积和处理操作应不受有害的影响。可以使用多种多样的材料作为保护层材料，诸如旋转成形的玻璃和各种聚合物。本技术领域内标准的旋转成形处理优点在于，它不需要任何大范围的温度变化历程，并且旋转操作可得到均匀的薄层。优选的保护层材料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，有机玻璃)，它适应于旋转成形处理。
继续参看图4，第二子像素彩色单元12淀积在尺寸9内与基底2相接触的保护层11部分上所指定的像素区域中选定的子区域里。子像素区域之间的间隔13应尽可能小以达到高像素密度的目的，但又需足够宽以容纳下要覆盖上的全部保护材料层，并符合于子像素分量彩色的安排。其次，将第二保护材料层14布置到整个指定的像素区域上，包括子像素单元10和12及保护层11表面上的全部曝光部分。
再参看图4，此后，第三子像素彩色单元15淀积在尺寸9内重叠的保护层11和14上其余的曝光部分处所分配的像素区域中选定的子区域里。其次，将第三保护材料层16布置到整个指定的像素区域上，包括子像素单元10、12和15及保护层14表面上的全面曝光部分。如果需要再一个覆盖层(未示出)其目的用于提供一个均匀的上表面以填充子像素单元12与15之间的间隔，这样一个覆盖层可以加到保护层16上。
按照图4之结构的本发明，对于本技术领域内当前的技术来说有着相关联的结构和工艺修改，这里，各个子像素单元是在各次操作中每次独立地定位形成的，每个阶段中的每种子像素依靠覆盖上能防止遭受随后之处理引入损伤的覆盖层来保护。本发明的基本优点，源于它提供了工艺的灵活性。滤色器工艺在显示器组装中占据着成本和质量的重大部分。本发明对于能使用的工艺和材料给出了更多的灵活性。在一些独立的操作中形成各种子像素单元，可提供出在部分地完成的显示器上再加工的能力。
工艺流程结合图5a至图5f来说明。它们每一张图示明在形成图4的结构中每个阶段上半成品的截面图，适合之处以图1至图4中同样的标号加以标志。
图5a至图5f的工艺中，采用了一种作出修改后适合于本发明的标准型颜料扩散法。图5a中，在透明玻璃基底2上以本技术领域内标准的光致抗蚀剂制作出如图中虚线所示的、大约1微米厚的薄膜20，该光致抗蚀剂中包含有一种扩散的红颜料，并且在大约90℃下焙烤。在光致抗蚀剂上应用了标准的平板印刷技术作出图案，以便在氢氧化钾基显影液中显影后洗掉薄膜20而留下第一子像素彩色单元3。
此时，参看图5b，施加上大约0.2微米厚的保护材料层11，它在随后的处理中不会受损坏，它本身亦不苛求与彩色子像素部分之处理相排斥的处理条件。可以采用本技术领域内由标准旋转技术制作出PMMA材料层的方法，并通常地在大约120℃的温度下焙烤，形成很好地符合于子像素单元3的保护层。
参看图5c，在保护层11上施加一层其材料和厚度类似于图5a中薄膜20那样的、本技术领域内标准的光致抗蚀剂(未示出)，其中包含有一种扩散的绿颜料，并在大约90℃下焙烤。在光致抗蚀剂上应用标准的平板印刷技术作出图案，以便在氢氧化钾基显影液中显影后洗掉该薄膜而留下第二子像素彩色单元4。
参看图5d，在保护层11上施加一层大约0.2微米厚的、PMMA保护材料的第二保护层14，其形状很好地符合于子像素单元3和4。
参看图5e，在保护层14上施加一层其材料和厚度类似于图5a中薄膜20那样的、本技术领域内标准的光致抗蚀剂(未示出)，其中包含有一种扩散的蓝颜料，并在大约90℃下焙烤。在光致抗蚀剂上应用标准的平板印刷技术作出图案，以便在氢氧化钾基显影液中显影后洗掉该薄膜而留下第三子像素彩色单元5。
参看图5F，在保护层14上施加一层大约0.2微米厚的、PMMA保护材料的第三保护层16，其形状很好地符合于子像素单元3、4和5。
图5A至图5F的工艺给出了一个滤色器像素，它在可靠性和成本上都优于当前的先有技术。应用阻挡材料的彩色子像素单元的制作，可提供出在需要时对先前的彩色便于修改的优点。随着显示器变得更为像素密集和复杂，可以对局部作修改的能力变得愈加具有吸引力。
图5A至图5F的工艺直接适应于其它的滤色器制作技术，诸如印刷法、电解淀积法和染色法制作技术。作为一个例子，考虑染色法技术。其中，薄膜20可以由覆盖在玻璃基底2上的光聚合物材料构成，并应用标准的平板印刷法作出图案。然后，通过本技术领域内标准的酸性或反应染料染色使光聚合物覆盖层染色上选定的子像素彩色。接着，在染色的光聚合物子像素3、4或5上可以覆盖一个保护材料层，诸如是在形成保护层11、14和16中已说明的PMMA材料层。对保护层11、14和16在120℃下完成焙烤后，可使整体组件耐受120℃以上的温度，在以后的处理或工作中是可能接着遇到此种温度的。
上面说明了多种分量彩色子像素单元区域的结构和工艺的制造，这些子像素彩色区域是顺序地形成在一个透明基底上的整体像素上的，在形成每一各别的分量彩色单元之后，以一种透明材料的保护层施加到每一个别的子像素彩色分量上和该像素区域上。
Claims (19)
1.一种制造平板彩色像素组件的方法，彩色像素位于一个透明基底上，由多种单独的分量彩色子像素单元组成，它们共同占据平板显示器中一个指定的区域，该方法的改善方面包括：
在所述指定区域的独立部分上以单独的操作形成所述分量彩色子像素单元之每一个，所述诸分量彩色子像素单元中每个分量彩色子像素用一个透明材料保护层与所述其它子像素分隔开，该种透明材料保护层与在总体组装中关联的工艺规范不相排斥，又与保护层覆盖住所述指定之区域的总体组件操作不相排斥，并且符合于每一种所述的子像素彩色单元。
2.权利要求1的方法改善，其中，所述多个分量彩色子像素单元为3。
3.权利要求2的方法改善，其中，所述三种分量彩色子像素单元是红、绿和蓝色的。
4.权利要求2的方法改善，其中，所述分量彩色子像素的材料都适应于在实用工艺中采用的旋转处理方式。
5.权利要求4的方法改善，其中，所述分量彩色子像素的材料至少是下列材料之一：染料，扩散的颜料，以及光聚合物型材料。
6.权利要求5的方法改善，其中，所述保护层材料是聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA，有机玻璃)。
7.权利要求6的方法改善，其中，所述基底是玻璃构成的。
8.在平板显示器中一个指定的像素区域上对于多重分量彩色像素制造一种滤色器的工艺，其中包含有步骤：
在一个透明基底上所述指定的像素区域内一个第一部分上形成一种第一子像素彩色单元；
在所述指定的像素区域上，包括所述第一子像素彩色单元上，施加一个第一保护材料层；
在一个透明基底上所述指定的像素区域内一个第二部分上形成一种第二子像素彩色单元；
在所述指定的像素区域上，包括所述第二子像素彩色单元上，施加一个第二保护材料层；
在一个透明基底上所述指定的像素区域内一个第三部分上形成一种第三子像素彩色单元；以及
在所述指定的像素区域上，包括所述第三子像素彩色单元上，施加一个第三保护材料层。
9.权利要求8的工艺，其中，对于所述第一、第二和第三子像素彩色单元的所述形成步骤，包括有使彩色颜料扩散的光聚合物旋转的步骤。
10.权利要求9的工艺，其中，所述经旋转扩散的彩色颜料其厚度大约为1.0微米。
11.权利要求8的工艺，其中，对于所述第一、第二和第三保护层的所述实施步骤，包括有使聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA，有机玻璃)材料层旋转的步骤。
12.权利要求11的工艺，其中，所述经旋转的PMMA层的厚度大约为0.2微米。
13.一种平板显示器用的滤色器，其中，有多个子像素位置供处于一个透明基底上的各个分量彩色子像素单元之构成应用，它们在组合中包括：
在所述基底上一个指定的像素区域内的一个第一位置上，使第一分量彩色子像素单元与所述基底的表面相接触；
位置与所述基底表面上所述指定的区域相接触、能耐受随后之工艺引起其损伤的一个第一保护材料层，形态相符地覆盖到所述第一分量彩色子像素单元上；
在所述基底上所述指定的像素区域内的一个第二位置上，使第二分量彩色子像素单元与所述第一保护层的表面相接触；
位置与所述第一保护层相接触、能耐受随后之工艺引起其损伤的一个第二保护材料层，形态相符地覆盖到所述第二分量彩色子像素单元上，而所述第一子像素单元由所述第一和第二保护层覆盖住；
在所述指定的像素区域内的一个第三位置上，使第三分量彩色子像素单元与所述第二保护层的表面相接触；以及
位置与所述第二保护层相接触、能耐受随后之工艺引起其损伤的一个第三保护材料层，形态相符地覆盖到所述第三分量彩色子像素单元上，而所述第一和第二分量彩色子像素单元由所述第一和第二保护层覆盖。
14.权利要求13的滤色器，其中，每个所述的子像素单元大约1.0微米厚。
15.权利要求13的滤色器，其中，每个所述的保护层大约0.2微米厚。
16.权利要求14的滤色器，其中，每个所述的保护层大约0.2微米厚。
17.用于平板显示器的滤色器制造，其改善方面包括：
在一个指定的像素区域上，于各个独立的操作中形成每一种子像素分量彩色部分，间插进用一种材料的保护覆盖层覆盖住每个子像素部分和整个指定的像素区域，该种覆盖层材料能耐受进一步处理工艺导致其损伤。
18.权利要求17的制造改善，其中，子像素单元的分量彩色为红、绿和蓝色。
19.权利要求18的制造改善，其中，每种所述的分量彩色子像素部分大约1.0微米厚，又每个所述的保护覆盖层大约0.2微米厚。
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