JP2000172188A - フラット・パネル・ディスプレイ用のカラ―・フィルタおよび製造方法 - Google Patents

フラット・パネル・ディスプレイ用のカラ―・フィルタおよび製造方法

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JP2000172188A
JP2000172188A JP11310875A JP31087599A JP2000172188A JP 2000172188 A JP2000172188 A JP 2000172188A JP 11310875 A JP11310875 A JP 11310875A JP 31087599 A JP31087599 A JP 31087599A JP 2000172188 A JP2000172188 A JP 2000172188A
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Alan Budd Russell
ラッセル・アラン・バッド
Rian Tai Chiu George
ジョージ・リアン＝タイ・チウ
James Cordes Michael
マイケル・ジェームズ・コルデス
Allen Cordes Stephen
スチーブン・アレン・コルデス
James P Doyle
ジェームズ・パトリック・ドイル
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    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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    • G—PHYSICS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディスプレイの各画素に複数の成分色サブ画
素を有するカラー・フィルタの構造と形成のプロセス。 【解決手段】 赤、緑および青の３つの成分色サブ画素
要素の区域１０、１２、１５が、透明基板１上で全体画
素区域９内に順次形成され、各個々の色サブ画素要素形
成の後、次のサブ画素要素の形成の前に、保護透明材料
の層１１、１４、１６が、個々のサブ画素要素と画素区
域の上に塗布される。保護層は、高温硬化、硬化剤、硬
化処理などの条件が使用される場合に後続のサブ画素部
材の処理によってサブ画素要素が影響を受けないように
し、これによって、製造可能性、信頼性、歩留まり、コ
ストおよびスループットの長所が達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フラット・パネル
・カラー・ディスプレイに関し、具体的には、ディスプ
レイの各画素に複数の成分色サブ画素を有するカラー・
フィルタの構造と形成のプロセスに関する。
【０００２】
【従来の技術】ディスプレイとは、電気信号を人間に可
視の画像に変換する装置である。画像は、テキスト、グ
ラフィック・データ、テレビジョン、コンピュータ・モ
ニタリング、車両の計器および他の電子−視覚インター
フェースの表示など、様々な目的のものとすることがで
きる。画像は、画素と称するドットのアレイによって作
成される。ディスプレイが色を有する場合には、各画素
が、３つの別々の色成分サブ画素からなる。各画素は、
光の点がサブ画素を通過するアドレス可能な領域であ
り、画素が可視スペクトルの範囲から選択できるカラー
・ドットに見え、すべての画素の合成物が所望の色付き
の表示を構成するように、所望の色と輝度に調整するこ
とができる。技術の進歩につれて、画素およびサブ画素
要素の寸法がますます小さくなることを意味するますま
す高まる画素密度を有することが可能であることと、異
なる光学特性および処理特性を有するさらに広範囲の材
料を使用できることの組み合わせが所望されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】当技術分野では、要素
を個別に処理しなければならず、且つ種々のタイプの処
理をしなければならない場合には、互いに悪影響を与え
ずに、個々の要素を適正に処理するのがますます困難に
なるという問題がある。この問題は、ディスプレイのカ
ラー・フィルタなどの状況で、個々のサブ画素色要素の
それぞれを個別に処理しなければならず、異なる色のサ
ブ画素要素の成分が同一または非常に似た処理検討条件
を共有する場合に、特に深刻になる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】ディスプレイの単一の画
素を占める複数の成分色サブ画素要素の製造において、
各サブ画素要素を別々に形成し、その後、その成分色サ
ブ画素要素を含む画素区域を、保護材料層を用いて個々
に保護することによって改良が実現される。カラー・フ
ィルタの製造では、ある例では赤、緑および青の３つの
成分色サブ画素要素の区域が、透明基板上で全体画素区
域内に順次形成され、各個々の色サブ画素要素形成の
後、次のサブ画素要素の形成の前に、保護透明材料の層
が、個々のサブ画素要素と画素区域の上に形成される。
【０００５】
【発明の実施の形態】図１、図２および図３は、当技術
分野の現在の状態を示す図である。図１は、ディスプレ
イ内で組み立てられる単一の複数成分カラー・フィルタ
画素の側面図である。
【０００６】図２および図３は、ディスプレイ配置で組
み立てられる際の、基板上の定位置にある、個々の成分
色サブ画素部材の平面図および横断面図である。
【０００７】図１では、矢印１として示される光源が、
以下の説明を簡単にするためにこれらの従来技術の図で
は赤、緑、青と記された、３つの別々のカラー区域３、
４および５が位置決めされる透明の基板２を介して光を
供給する。矢印１によって象徴的に示される光源は、デ
ィスプレイの異なるタイプのために変更することができ
る。プラズマ・タイプ・ディスプレイの場合、画素は、
各サブ画素要素で別々の光位置を有する。電界放出デバ
イスを使用するディスプレイは、通常はモノクロームま
たは単色である。電界放射デバイス・タイプのディスプ
レイも、各画素で別々の光位置を有する。
【０００８】各画素で電力が制御される薄膜トランジス
タ（ＴＦＴ）タイプと称するディスプレイと、光弁動作
が各画素で行われるプロジェクション・タイプと称する
ディスプレイが、当技術分野で既知である。ＴＦＴディ
スプレイとプロジェクション・ディスプレイは、低い電
力消費、高い可搬性および低いコストを有し、今後１０
年間を対象とする密度が根本的に増加するディスプレイ
環境に適する。
【０００９】薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）タイプおよび
プロジェクション・タイプのディスプレイでは、ディス
プレイ全体に単一の光源が使用され、個々の成分色サブ
画素要素が光弁として働き、単一の共通光源から使用可
能な光を利用するかどうかと、その程度を決定する。
【００１０】信号が各サブ画素で必要な場所では、イン
ジウムすず酸化物（ＩＴＯ）などの材料の透明電極回路
（図示せず）が、ディスプレイ・アセンブリ内に設けら
れる。
【００１１】これらのディスプレイ・タイプは、どのよ
うに生成された光であっても、その光が、画像に色を付
けるために、図１、図２および図３の符号６のフィルタ
部材を通過するという事実を共通して有する。カラー・
フィルタは、表示密度で赤ドット３、緑ドット４および
青ドット５のすべてが３つのサブ画素位置のそれぞれに
現れる形でパターン作成された、赤３、緑４および青５
の薄膜からなる。このグループ化によって、みかけの色
と輝度が広範囲の可視スペクトルにわたって変化する単
一の画素が形成される。
【００１２】製造技法に変化はあるが、そのすべてに共
通するのは、赤、緑および青のサブ画素要素３、４およ
び５が、図２に示された区域７内に製造され、その結
果、処理からもたらされる区域変動と保護被覆につい
て、そのような区域を、３つのサブ画素要素３、４およ
び５について、それらの間およびそれらの周囲に十分な
距離８を設けて基板２上で割り当てなければならなくな
ることである。サブ画素色要素の処理は、部分的には、
選択された材料が何であれ、異なる色のそれぞれが、通
常は同一または近い関係の溶媒基剤を有し、その結果、
各色部材が、他のサブ画素部材の後続の処理にさらされ
る時に損傷を受ける可能性が生じるという事実によっ
て、さらに複雑になる。このような損傷を避けるため
に、当技術分野では、各サブ画素要素を、高温硬化、硬
化剤または硬化処理などの後続部材の処理を受け付けな
いようにするために、様々な手段が用いられている。こ
れらのそれぞれが、製造可能性、信頼性、歩留まり、リ
ワーク可能性、コストおよびスループットの分野で問題
を有する。当技術分野の現在の問題は、現在の１／１０
程度の寸法を有することを目標とする、ヘッド・マウン
ト・ディスプレイ、ハンド・ヘルド・ディスプレイおよ
びパームトップ・ディスプレイとしての新しいディスプ
レイ応用分野にとってクリティカルなさらに小さい画素
を作成しようとする現在進行中の努力によってさらに悪
化すると思われる。
【００１３】カラー・フィルタは、当技術分野では現
在、染色、顔料分散、印刷または電着のいずれかによっ
て製造されている。
【００１４】染色法では、ガラス基板にコーティングさ
れるフォトポリマを使用する。その後、フォトポリマ
を、フォトマスクを介して露光し、現像し、酸性染料ま
たは反応性染料によって染色する。染色されたパターン
は、その後、後続の色の処理を受け付けなくするため
に、硬化剤を用いて処理される。この処理を、赤、青お
よび緑の色のそれぞれについて１回ずつ、合計３回繰り
返す。
【００１５】顔料分散法は、透明な基板にコーティング
されたフォトポリマを使用するという点で染色法に非常
に似ている。しかし、顔料分散法の場合、フォトポリマ
に、色顔料がすでに含まれており、したがって染色は不
要である。ポリマをコーティングし、露光し、現像し、
その後、ポリマを硬化させて、その後の損傷を防ぐ。染
色法に対する顔料分散法の長所は、熱的および化学的な
安定性が高いことである。顔料分散法の短所は、顔料が
あるとポリマがより減衰的になり、したがって、より高
い露光エネルギが必要になることである。
【００１６】カラー・フィルタ製造の印刷法では、４種
類のプロセスすなわち、スクリーン印刷、フレキソ印
刷、オフセット印刷および凸版印刷が用いられる。スク
リーン印刷は、様々なプロセスに関して電子産業界で一
般的であり、パターン形成されたゲージまたはスクリー
ンを介する色材料の圧写が用いられる。フレキソ印刷法
とオフセット印刷法では、ローラから基板へのパターン
の直接転写が用いられる。凸版プロセスでは、基板への
所望のパターンのエッチングと、エッチングされたパタ
ーンへの色材料の圧写が用いられる。印刷技法のそれぞ
れで、異なる色の処理の間に、硬化プロセスが用いられ
る。
【００１７】一般に、印刷プロセスは、染色法および顔
料分散法の両方よりコスト効率が高いが、分解能は約５
０倍粗くなる。
【００１８】電着法では、標準的なフォトレジストを透
明基板上にコーティングし、パターン形成して、フォト
レジストが、必要な画素の区域で開かれるようにする。
色材料は、開かれた区域に電着され、その後、フォトレ
ジストが除去される。堆積された色材料は、その後、熱
サイクルを用いて硬化され、残りの色について、この処
理をもう２回繰り返す。
【００１９】上の説明から、カラー・フラット・パネル
・ディスプレイの製造の進歩は、カラー光フィルタリン
グ要素の製造だけに依存するのではなく、これらの要素
が、ますます小さくなるサイズの反復処理で作られなけ
ればならず、後続の処理動作が、反復処理の前の処理で
製造された要素の損傷を及ぼす可能性があることは明白
である。
【００２０】本発明によれば、カラー・フィルタ製造に
おける改良は、割り当てられた画素区域内で、個々の動
作で別々に各サブ画素要素を形成し、その後、各後続サ
ブ画素要素の製造の前に、製造されたサブ画素要素を含
む割り当てられた画素区域全体を、後続の処理による損
傷を防ぐ材料の被覆層を用いて保護することによって達
成される。
【００２１】本発明を図４に関連して示す。図４は、デ
ィスプレイ・カラー・フィルタの単一画素の３つの成分
色サブ画素アセンブリを形成する際の、図３に示された
従来技術の図に対して、本発明で使用される構造と処理
の変更を示す横断面図である。
【００２２】図４を参照すると、光１が当てられる、透
明の基板２上では、１画素に対して１つの区域が割り当
てられ、その１つの次元すなわち側面が、図４の横断面
図では寸法９として図示されている。本発明によれば、
第１サブ画素色要素である要素１０が、寸法９内の割り
当てられた画素区域の選択されたサブ区域に付着され
る。保護材料の層１１が、要素１０と基板表面のすべて
の露出された画素部分を含む割り当てられた区域全体の
上に置かれる。この保護材料は、複数の機能要件を満た
さなければならない。これは、透明でなければならず、
ディスプレイの後続処理のすべてを通じて組織変化せず
に透明を保たなければならず、またディスプレイ製造に
おける後続の付着および処理動作のいずれによっても悪
影響を受けてはならない。スピン・オン・ガラス（spin
on glass）や様々なポリマなど、様々な材料を保護層
の材料として使用することができる。当技術分野で標準
的なスピン・オン型のプロセスは、広範囲の温度偏差を
必要とせず、スピニング動作が薄く均一な層をもたらす
という点で有用である。スピン・オン型のプロセスと適
合する好ましい保護材料は、ポリメタクリル酸メチル
（ＰＭＭＡ）である。
【００２３】図４に関連して説明を続けると、第２のサ
ブ画素色要素である要素１２は、寸法９内で割り当てら
れた画素区域の選択されたサブ区域で、層１１のうちで
基板２に接触する部分の上に付着される。サブ画素区域
間の間隔１３は、密度の目的のためにできる限り小さく
保たれるが、保護材料層がサブ画素成分色部材を覆い、
その形に従う際に、すべての保護材料層を受け入れるの
に十分な広さでなければならない。次に、保護材料の第
２の層１４が、要素１０および１２と保護材料の層１１
の表面の露出部分のすべてを含む割り当てられた区域全
体の上に置かれる。
【００２４】さらに図４に関連して、次に、第３のサブ
画素色要素である要素１５が、寸法９内で割り当てられ
た画素区域の選択されたサブ区域で、重ね合わされた層
１１および１４の残りの露出部分の上に付着される。次
に、保護材料の第３の層１６が、要素１０、１２および
１５と保護材料の層１４の表面の露出部分のすべてを含
む割り当てられた区域全体の上に置かれる。要素１２お
よび１５の間の空間を埋めることによって均一な上面を
提供するなどの目的のために、図示されていないカバー
層が必要である場合には、そのようなカバー層を、層１
６の上に設けることができる。
【００２５】本発明によれば、図４の構造に、当技術分
野で現在使用されている技法に対する相関する構造およ
び処理の変更があり、これによって、サブ画素要素が、
個々の動作でそれぞれ定位置に別々に形成され、それぞ
れが各段階で後続処理による損傷を防ぐ被覆によって保
護される。本発明の主な利益は、本発明が処理において
提供する柔軟性から得られる。カラー・フィルタの処理
は、ディスプレイ・アセンブリのコストと品質の主要な
部分を占める。本発明は、使用可能なプロセスおよび材
料に関する柔軟性を高める。別々の動作でのサブ画素要
素の形成によって、部分的に完了したディスプレイをリ
ワークする能力がもたらされる。
【００２６】この処理を、図５ないし図１０に関連して
示す。図５ないし図１０のそれぞれには、適当な場合に
図１ないし図４と同一の符号を使用して、図４の構造の
形成の各段階での部分的な製品の横断面が示されてい
る。
【００２７】図５ないし図１０のプロセスでは、標準的
な顔料分散型の方法を、本発明のために変更された形で
使用する。この方法では、図５で、透明ガラスの基板２
上に、分散された赤の顔料を含む、当技術分野で標準的
なフォトレジストの、点線で図示された厚さ約１μｍの
コート２０が設けられ、約９０℃までベーキングされ
る。フォトレジスト２０は、水酸化カリウムに基づく現
像液で現像された後に、標準的なリソグラフィ技法を使
用してパターン作成され、これによってコート２０が除
去され、第１のサブ画素色要素３が設けられる。
【００２８】この時点で、図６を参照すると、保護材料
の厚さ約０．２μｍの層１１が塗布されるが、この層
は、後続のすべての処理で劣化せず、それ自体色サブ画
素部材と両立しない処理条件を必要としない。材料ＰＭ
ＭＡは、当技術分野で標準的なスピニング技法によって
塗布でき、通常は約１２０℃の温度でベーキングされ、
サブ画素要素３の形状によく従う。
【００２９】図７を参照すると、図５のコート２０に材
料と厚さが類似する、分散された緑の顔料を含む当技術
分野で標準的なフォトレジストのコートが、層１１の上
に塗布され、約９０℃までベーキングされる。このフォ
トレジストは、水酸化カリウムに基づく現像液で現像さ
れた後に、標準的なリソグラフィ技法を使用してパター
ン作成され、これによってコートが除去され、第２のサ
ブ画素要素４が設けられる。
【００３０】図８を参照すると、ＰＭＭＡ保護材料の厚
さ約０．２μｍの第２の層１４が、層１１の上に塗布さ
れ、サブ画素要素３および４の形状によく従う。
【００３１】図９を参照すると、図５のコート２０に材
料と厚さが類似する、分散された青の顔料を含む当技術
分野で標準的なフォトレジストのコートが、層１４の上
に塗布され、約９０℃までベーキングされる。このフォ
トレジストは、水酸化カリウムに基づく現像液で現像さ
れた後に、標準的なリソグラフィ技法を使用してパター
ン作成され、これによってコートが除去され、第３のサ
ブ画素色要素５が設けられる。
【００３２】図１０を参照すると、ＰＭＭＡ保護材料の
厚さ約０．２μｍの第３の層１６が、層１４の上に塗布
され、サブ画素要素３、４および５の形状によく従う。
【００３３】図５ないし図１０のプロセスは、現在の従
来技術の技法より信頼性があり、安価なカラー・フィル
タ画素をもたらす。バリア材料を使用するカラー・サブ
画素要素の製造は、所望された時の前の色の簡単なリワ
ークという利益をもたらす。ディスプレイの密度が高ま
り、複雑になるにつれて、部分のリワークの能力が、ま
すます魅力的な能力になる。
【００３４】図５ないし図１０のプロセスは、印刷、電
着、染色などの他のカラー・フィルタ製造技法に直接に
適応可能である。例として染色法を検討すると、コート
２０は、ガラスの基板２にコーティングされるフォトポ
リマ材料のものであり、標準的なリソグラフィ技法を使
用してパターン作成される。このポリマのコーティング
は、その後、当技術分野で標準的な酸性染料または反応
性染料によって、選択されたサブ画素の色に染められ
る。その後、染められたポリマのサブ画素３、４または
５を、層１１、１４および１６の形成に関連して説明し
たＰＭＭＡなどの保護材料層によってオーバーコートす
ることができる。層１１、１４および１６の１２０℃で
のベーキングが完了した後に、このアセンブリ全体は、
後のプロセスまたはサービスでその後１２０℃を超える
温度に遭遇する場合であっても、その温度に耐えること
ができる。
【００３５】本明細書で説明したものは、透明基板上で
サブ画素色区域が画素区域全体の中で順次形成され、個
々の成分色要素のそれぞれが形成された後に、保護透明
材料の層が各個々のサブ画素色要素および画素区域の上
に塗布される、複数の成分色サブ画素要素区域の構造と
その製造のためのプロセスである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術で使用される３サブ要素画素の透視断
面図である。
【図２】従来技術の赤、緑および青のサブ画素色要素の
複数サブ要素区域の平面図である。
【図３】図２の従来技術の複数サブ要素の線３−３に沿
った横断面図である。
【図４】本発明の３成分色サブ画素要素構造の横断面図
である。
【図５】本発明のサブ要素アセンブリの製造の方法を示
す流れ図の一部である。
【図６】本発明のサブ要素アセンブリの製造の方法を示
す流れ図の一部である。
【図７】本発明のサブ要素アセンブリの製造の方法を示
す流れ図の一部である。
【図８】本発明のサブ要素アセンブリの製造の方法を示
す流れ図の一部である。
【図９】本発明のサブ要素アセンブリの製造の方法を示
す流れ図の一部である。
【図１０】本発明のサブ要素アセンブリの製造の方法を
示す流れ図の一部である。
【符号の説明】
１ 矢印（光源） ２ 基板 ３ サブ画素要素 ４ サブ画素要素 ５ サブ画素要素 ６ フィルタ部材 ７ 区域 ８ 距離 ９ 寸法 １０ 要素 １１ 層 １２ 要素 １３ 間隔 １４ 層 １５ 要素 １６ 層 ２０ コート
フロントページの続き (72)発明者 ジョージ・リアン＝タイ・チウ アメリカ合衆国10518 ニューヨーク州ク ロスリバー (72)発明者 マイケル・ジェームズ・コルデス アメリカ合衆国12550 ニューヨーク州ニ ューバーグ パッフェンドーフ・ドライブ 33 (72)発明者 スチーブン・アレン・コルデス アメリカ合衆国10566 ニューヨーク州コ ートランド・マナー (72)発明者 ジェームズ・パトリック・ドイル アメリカ合衆国10465 ニューヨーク州ブ ロンクス ジフォード・アベニュー2732

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】透明基板の上に形成され、ディスプレイ内
    の割り当てられた区域を占める複数の個々の成分色サブ
    画素要素からなる、フラット・パネル・カラー画素アセ
    ンブリにおいて、 前記サブ画素要素のそれぞれが透明保護材料の層によっ
    て、前記色サブ画素要素のうちの他者から分離される、 フラット・パネル・カラー画素アセンブリ。
  2. 【請求項２】前記成分色サブ画素要素が、赤、緑および
    青である、請求項１に記載のアセンブリ。
  3. 【請求項３】前記成分色サブ画素要素の材料が、染色
    型、顔料分散型、フォトポリマ型の材料のうちの少なく
    とも１つである、請求項１に記載のアセンブリ。
  4. 【請求項４】前記保護材料が、ポリメタクリル酸メチル
    からなる、請求項１、２または３に記載のアセンブリ。
  5. 【請求項５】透明基板の割り当てられた画素区域の第１
    部分に第１サブ画素色要素を形成するステップと、 前記第１サブ画素色要素の上を含む前記割り当てられた
    画素区域の上に保護材料の第１層を形成するステップ
    と、 前記透明基板の前記割り当てられた画素区域の第２部分
    に第２サブ画素色要素を形成するステップと、 前記第２サブ画素色要素の上を含む前記割り当てられた
    画素区域の上に保護材料の第２層を形成するステップ
    と、 前記透明基板の前記割り当てられた画素区域の第３部分
    に第３サブ画素色要素を形成するステップと、 前記第３サブ画素色要素の上を含む前記割り当てられた
    画素区域の上に保護材料の第３層を形成するステップと
    を含む、フラット・パネル・ディスプレイ内の割り当て
    られた画素区域内の複数の成分色画素のためのカラー・
    フィルタを製造する方法。
  6. 【請求項６】前記第１、第２および第３サブ画素色要素
    に関する前記形成ステップが、色顔料を分散されたフォ
    トポリマをスピン・オンするステップを含む、請求項５
    に記載の方法。
  7. 【請求項７】前記第１、第２および第３保護層に関する
    前記形成ステップが、ポリメタクリル酸メチルをスピン
    ・オンするステップを含む、請求項５に記載の方法。
  8. 【請求項８】透明基板上に形成される個々の成分色サブ
    画素要素からなる複数の画素位置があるフラット・パネ
    ル・ディスプレイ用のカラー・フィルタにおいて、 前記基板の割り当てられた画素区域内の第１位置に形成
    される、前記基板の表面と接触する第１成分色サブ画素
    要素と、 前記基板表面の前記割り当てられた区域に接触して形成
    され、前記第１成分色サブ画素要素を覆い、且つその形
    状に従う、後続の処理に耐える材料の第１保護層と、 前記基板の前記割り当てられた画素区域内の第２位置に
    形成される、前記第１保護層の表面と接触する第２成分
    色サブ画素要素と、 前記第１保護層と接触して形成され、前記第２成分色サ
    ブ画素要素と、前記第１保護層によって覆われた前記第
    １サブ画素要素とを覆い、その形状に従う、後続の処理
    に耐える材料の第２保護層と、 前記割り当てられた画素区域内の第３位置に形成され、
    前記第２保護層の表面と接触する第３成分色サブ画素要
    素と、 前記第２保護層と接触して形成され、前記第３成分色サ
    ブ画素要素と、前記第１および第２の保護層によって覆
    われた前記第１および第２の成分色サブ画素要素とを覆
    い、その形状に従う、後続の処理に耐える材料の第３保
    護層とを含む、カラー・フィルタ。
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