專利名稱：用于平板顯示器的濾色器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及平板彩色顯示器，特別涉及在顯示器的各象素中有多個(gè)組成色(component color)子象素的濾色器的結(jié)構(gòu)及其形成方法。
顯示器是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成供觀看者觀看的可視圖象的器件。該圖象可以用于各種目的，例如文本、圖形數(shù)據(jù)、電視、計(jì)算機(jī)監(jiān)視、交通工具儀表和接到可視接口的其它電子儀器的顯示。由稱為圖象單元(element)或‘象素’的點(diǎn)陣產(chǎn)生圖象。在有彩色顯示的地方，各象素由三個(gè)分開的組成色子象素構(gòu)成。各象素為可尋址的區(qū)域，在該區(qū)域，光點(diǎn)通過子象素并產(chǎn)生期望的顏色和亮度，使該象素成為在整個(gè)可視光譜區(qū)域中可選擇的色點(diǎn)，從而使所有象素合成為期望的彩色顯示。隨著技術(shù)的進(jìn)步，期望能夠不斷增加象素密度，這意味著象素和子象素單元的區(qū)域尺寸將愈來愈小，同時(shí)期望能夠使用具有不同光學(xué)和工藝特性的愈來愈寬范圍的材料。
現(xiàn)有技術(shù)中面臨的問題是，必須單獨(dú)處理各單元，并有許多要處理的類型，在整個(gè)處理中，越來越難以指定和執(zhí)行對(duì)隨后各類型單元的處理窗口的制造，而不有害地疊置在先單元類型的處理窗口之一。問題的關(guān)鍵在于，例如在顯示器的濾色器的情況下，必須單獨(dú)處理各個(gè)獨(dú)立的子象素彩色單元，同時(shí)不同顏色的子象素單元的成分共用相同或十分相近的處理?xiàng)l件。
在顯示器中一起占據(jù)單個(gè)象素的多個(gè)組成色子象素單元的制造中，其改進(jìn)在于，分開形成各子象素單元，然后用保護(hù)材料層單獨(dú)保護(hù)包括該組成色子象素單元的象素區(qū)域，所述保護(hù)材料層與包含于整個(gè)組件中的任何工藝處理規(guī)范兼容，并且還與制造下一子象素單元之前組件的所有操作兼容。在制造濾色器的實(shí)例中，在透明基板上，在所有象素區(qū)域中順序地形成紅色、綠色和藍(lán)色三種組成色子象素單元區(qū)域，然后在形成各單獨(dú)顏色的子象素單元后，在單獨(dú)的子象素單元和形成下一個(gè)子象素單元之前的象素區(qū)域上涂敷透明材料保護(hù)層。


圖1是展示現(xiàn)有技術(shù)的三個(gè)子單元象素的透視截面圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)的紅色、綠色和藍(lán)色子象素顏色單元構(gòu)成的多個(gè)子單元區(qū)域的俯視圖。
圖3是圖2中現(xiàn)有技術(shù)的多個(gè)子單元沿線3-3剖切的剖面圖。
圖4是展示本發(fā)明三個(gè)組成色子象素單元結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖5是步驟5a至5f的流程圖，展示本發(fā)明子單元組件的制造方法。
參照?qǐng)D1、2和3，這些圖表示現(xiàn)有技術(shù)的當(dāng)前狀態(tài)。圖1是顯示器中被組裝的單個(gè)多組成濾色器象素的側(cè)視圖。圖2和圖3分別是在基板上適當(dāng)位置的單獨(dú)的組成色子象素單元的俯視圖和剖面圖，正如它們將被組裝在顯示裝置中那樣。
在圖1中，箭頭1所示的光源使光穿過透明基板2，在該透明基板上設(shè)置有分開的彩色區(qū)域3、4和5，為了容易說明，在這些現(xiàn)有技術(shù)的附圖中彩色區(qū)域3、4和5被標(biāo)以紅、綠和藍(lán)。如箭頭1象征性地表示的光源相對(duì)于不同類型的顯示器可以變化。對(duì)于等離子體型顯示器來說，在各子象素單元上象素會(huì)有分開的光位置。采用場(chǎng)致發(fā)射器件的顯示器一般為黑白色或單色。場(chǎng)致發(fā)射器件型顯示器在各象素上也有分開的光位置。
在現(xiàn)有技術(shù)中已知的顯示器類型有在各象素上控制功率的薄膜晶體管(TFT)型和在各象素上產(chǎn)生光閥作用的投射型顯示器。TFT顯示器和投射顯示器有較低的功耗、較大的輕便性和較低的成本，盡力主要增加密度顯示環(huán)境成為今后十年的目標(biāo)。
薄膜晶體管(TFT)型顯示器和投射型顯示器在整個(gè)顯示期間使用單個(gè)光源，用單一的組成色子象素單元作為光閥，確定是否采用來自單個(gè)共用光源的有效光和達(dá)到哪種等級(jí)。
在顯示組件中，在各子象素需要信號(hào)的地方，設(shè)置例如未示出的氧化銦錫(ITO)材料構(gòu)成的透明電極電路。
但是，顯示器類型的共同之處在于，產(chǎn)生的光穿過圖1、圖2和圖3中標(biāo)號(hào)為6的濾色器部件，從而產(chǎn)生彩色圖象。實(shí)際上，由按這樣的方式構(gòu)圖的紅色薄膜3、綠色薄膜4和藍(lán)色薄膜5構(gòu)成彩色濾色器，以便紅色點(diǎn)3、綠色點(diǎn)4和藍(lán)色點(diǎn)5按顯示密度呈現(xiàn)在每一三子象素位置上。該組構(gòu)成單個(gè)象素，每一象素顯現(xiàn)的顏色和亮度在可視頻譜的寬范圍上變化。
有各種制造技術(shù)，但通用的技術(shù)是在圖2所示的區(qū)域7中形成每一紅色3、綠色4和藍(lán)色5的子象素單元，因此必須在基板2上分配這樣的區(qū)域，該區(qū)域供三子象素組成色部件3、4和5使用，同時(shí)在它們之間和它們的周圍提供足夠的距離8，并可容許因工藝產(chǎn)生的任何區(qū)域改變和保護(hù)性覆蓋。子象素彩色單元的處理仍有幾分復(fù)雜，其原因在于，因各種不同的顏色，無論選擇的什么材料，一般都有相同或相近溶解基，因而當(dāng)暴露在對(duì)其它子象素部件的隨后的處理時(shí)，各顏色部件可能受到損傷。為了防止這種損傷，在現(xiàn)有技術(shù)中采用各種方法，使各子象素單元不受后續(xù)部件工藝的某些影響，后續(xù)部件處理例如是高溫切割、固化劑或固化處理。這些方法存在制造性、可靠性、產(chǎn)量、再現(xiàn)性能、成本和生產(chǎn)率方面的問題。由于不斷努力以制作越來越小的對(duì)下列新顯示器來說十分重要的象素，新顯示器用作以當(dāng)今顯示器尺寸的十分之一那樣小的尺寸為目標(biāo)的例如頭盔式顯示器、手持式顯示器和掌上型顯示器，因而，在現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)存問題會(huì)變得更加突出。
利用下列一種方法即染色、擴(kuò)散顏料、印刷或電解沉積來制造現(xiàn)有技術(shù)的彩色濾色器。
染色方法使用涂敷在玻璃基板上的光聚合物。然后，將該光聚合物通過光掩模曝光、顯影，并利用酸或反應(yīng)染料染色。隨后，為了使其不影響后續(xù)顏色的處理，用固化劑處理該染色圖形。該處理總共重復(fù)三次，每次處理紅色、綠色和藍(lán)色中的一種。
擴(kuò)散顏料方法與染色方法很相似，其中，該方法使用涂敷在清潔的基板上的光聚合物。但是，在擴(kuò)散顏料方法的情況下，光聚合物已經(jīng)包含有色顏料，所以不需要染色。涂敷、曝光和顯影該聚合物，然后固化該聚合物，以防止后續(xù)的損傷。擴(kuò)散顏料方法優(yōu)于染色方法的優(yōu)點(diǎn)在于其有更高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。擴(kuò)散顏料的缺點(diǎn)是，顏料使聚合物更細(xì)小，因此需要更強(qiáng)的曝光能量。
彩色濾色器制作的印刷方法包括四類處理絲網(wǎng)印刷、彎曲(flexographic)圖象印刷、偏移(offset)印刷和凹版(intaglio)印刷。絲網(wǎng)印刷是電子工業(yè)內(nèi)各種處理通用的方法，包括通過構(gòu)圖的網(wǎng)或絲網(wǎng)擠壓彩色材料。彎曲圖象和偏移印刷方法包括從滾輪將圖形直接轉(zhuǎn)移給基板。凹版處理包括將期望的圖形腐蝕在基板上，然后將彩色材料擠壓在腐蝕的圖形中。在各種印刷技術(shù)中，在不同顏色的任一處理之間采用固化處理。
一般來說，印刷處理比染色和擴(kuò)散顏料型兩種方法有更大的成本效率；但是，分辨率大約粗于50X。
在電解沉積方法中，將標(biāo)準(zhǔn)的光刻膠涂敷在清潔的基板上并進(jìn)行構(gòu)圖，在所需象素的區(qū)域上使該光刻膠開口。將彩色材料電解沉積在開口區(qū)域上，然后除去光刻膠。接著，利用熱循環(huán)使沉積的彩色材料固化，為了保持顏色，將該處理重復(fù)兩次以上。
根據(jù)以上說明，十分明顯，在彩色平板顯示器制造上的進(jìn)步不僅取決于彩色光濾色單元的制造，而且必須在反復(fù)處理中不斷減小尺寸的情況下制作這些單元，其中后續(xù)處理操作可以處理反復(fù)處理之前制造的單元的損傷。
按照本發(fā)明，通過在指定象素區(qū)域中用單獨(dú)的操作分開形成各子象素單元，然后在制造各后續(xù)的子象素單元之前，用防止后續(xù)處理損傷的材料覆蓋層單獨(dú)保護(hù)包括制造子象素單元的整個(gè)指定象素區(qū)域，實(shí)現(xiàn)彩色濾色器制造中的改進(jìn)。
下面，參照?qǐng)D4說明本發(fā)明，在圖3所示的現(xiàn)有技術(shù)的描述基礎(chǔ)上，該圖是說明本發(fā)明的在形成顯示器彩色濾色器的三組成色子象素組件的單個(gè)象素中的結(jié)構(gòu)和工藝變化的剖面圖。
參照?qǐng)D4，其中，在適當(dāng)?shù)牡胤绞褂蒙鲜鰣D的參考序號(hào)，在接收光1的透明基板2上，分配用于象素的指定區(qū)域，該象素的尺寸、邊緣如圖4的剖面圖所示的單元9。按照本發(fā)明，在尺寸9內(nèi)指定象素區(qū)域的選擇子區(qū)域上沉積第一子象素彩色單元10。在包括單元10的整個(gè)指定區(qū)域和基板表面的所有露出的象素部分上設(shè)置材料保護(hù)層11。保護(hù)材料必須滿足幾個(gè)功能要求。該材料必須是透明的，在經(jīng)過顯示器的所有后續(xù)處理沒有產(chǎn)生紋理的情況下保持透明性，該材料必須對(duì)顯示器制造中任何后續(xù)沉積和處理操作沒有損壞性影響。作為保護(hù)層材料，可以采用各種材料，例如旋涂玻璃和各種聚合物?，F(xiàn)有技術(shù)中標(biāo)準(zhǔn)的旋涂工藝是有用的，在該旋涂工藝中，不需要任何大范圍的溫度偏差，旋涂操作產(chǎn)生平坦薄層。適合于旋涂工藝類型的優(yōu)選保護(hù)材料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
繼續(xù)參照?qǐng)D4，在與基板2接觸的層11的一部分上的尺寸9內(nèi)，將第二子象素彩色單元12沉積在指定象素區(qū)域的所選子區(qū)域中。為了密度的目的，保持盡量小的子象素區(qū)域之間的空間13仍必須足夠?qū)?，以容納作為覆蓋用的并與子象素組成色部件一致的所有保護(hù)材料層。接著，在包括單元10和12的整個(gè)指定區(qū)域以及保護(hù)層11表面的所有露出部分上設(shè)置保護(hù)材料14構(gòu)成的第二層。
進(jìn)一步參照?qǐng)D4，在保留疊置層11和14的露出部分尺寸的情況下，將第三子象素彩色單元15沉積在指定象素區(qū)域的所選子區(qū)域中。接著，將保護(hù)材料構(gòu)成的第三層16設(shè)置在包括單元10和12的整個(gè)指定區(qū)域以及保護(hù)層14表面的所有露出部分上。如果需要未示出的覆蓋層用于這樣的目的，即通過填充單元12和15之間的空間來提供平坦的上表面，那么可以將這種覆蓋層設(shè)置在層16上。
根據(jù)圖4的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行相互聯(lián)系的結(jié)構(gòu)和工藝的改進(jìn)，從而在各個(gè)階段用防止后續(xù)處理損傷的覆蓋層進(jìn)行保護(hù)，在獨(dú)立操作的各部分上分開形成子象素單元。本發(fā)明的主要好處在于獲得了處理上的靈活性。彩色濾色器工藝構(gòu)成顯示器組件的成本和質(zhì)量的主要部分。本發(fā)明在可以采用的工藝和材料方面提供更多的靈活性。在分開操作中形成的子象素單元具有局部再加工已完成的顯示器的能力。
用圖5a-5f說明該工藝，其中在每個(gè)圖中，利用與圖1-4中適當(dāng)位置處的相同的參考序號(hào)表示在形成圖4所示結(jié)構(gòu)的各階段中部分制品的剖面。
在圖5a-5f的處理中，采用本發(fā)明改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)顏料擴(kuò)散型方法，在該方法中，在圖5a中，在清潔的玻璃基板2上，設(shè)置用虛線表示的厚度約1微米的涂層20，由現(xiàn)有技術(shù)中包含在約90℃左右被烘干的分散的紅色顏料的標(biāo)準(zhǔn)的光刻膠構(gòu)成。利用標(biāo)準(zhǔn)的平板印刷技術(shù)構(gòu)圖該光刻膠20，在使氫氧化鉀基的顯影劑顯影后，除去該涂層20，從而提供第一子象素彩色單元3。
利用標(biāo)準(zhǔn)的平版印刷技術(shù)構(gòu)圖光刻膠20，在使氫氧化鉀基的顯影劑顯影后，除去該涂層，從而提供第一子象素彩色單元3。
在這點(diǎn)上，參照?qǐng)D5b，涂敷由保護(hù)材料構(gòu)成的厚度約0.2微米的層11，該層在所有后續(xù)的工藝中將不會(huì)被損壞，該層沒有與彩色子象素部件不相容的本身所需要的工藝條件。通過現(xiàn)有技術(shù)中旋涂技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可以涂敷材料PMMA，一般在約120℃下烘干，正好與子象素單元3的形狀一致。
參照?qǐng)D5c，在材料和厚度與圖5a所示的涂層20相似的層11上涂敷涂層，但圖中并未示出，現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的光刻膠包含在約90℃左右被烘干的分散的綠色顏料。利用標(biāo)準(zhǔn)的平板印刷技術(shù)構(gòu)圖該光刻膠，在使氫氧化鉀基的顯影劑顯影后，除去該涂層，從而提供第二子象素彩色單元5。
參照?qǐng)D5d，在正好與子象素單元3和4的形狀一致的層11上涂敷PMMA保護(hù)材料構(gòu)成的厚度約0.2微米的第二層14。
參照?qǐng)D5e，在材料和厚度與圖5a所示的涂層20相似的層14上涂敷圖中并未示出的包含在約90℃左右被烘干的分散的藍(lán)色顏料工藝標(biāo)準(zhǔn)的光刻膠構(gòu)成的涂層。利用標(biāo)準(zhǔn)的平板印刷技術(shù)構(gòu)圖該光刻膠，在使氫氧化鉀基的顯影劑顯影后，除去該涂層，從而提供第三子象素彩色單元5。
參照?qǐng)D5f，在正好與子象素單元3、4和5的形狀一致的層14上涂敷PMMA保護(hù)材料構(gòu)成的厚度約0.2微米的第三層16。
圖5a-5f的方法制成濾色器象素，該象素比目前現(xiàn)有技術(shù)的象素更可靠和價(jià)廉。采用阻擋材料制造的彩色子象素單元具有需要時(shí)容易再加工原色的好處。隨著顯示器變得更加密集和復(fù)雜，局部再加工的性能成為越來越引人注目的能力。
圖5a-5f的方法可直接用于其它濾色器制造技術(shù)，例如印刷、電鍍和染色。就染色方法的實(shí)例而言，在該方法中，涂層20為涂敷于玻璃基板2上的光聚合物材料，并采用平版印刷技術(shù)構(gòu)圖。接著，利用現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的酸性物或反應(yīng)染色將聚合物的涂層被染色成選擇的子象素彩色。隨后，在與形成的層11、14和16的連接中，染色的聚合物子象素3、4或5可以刷涂例如上述PMMA的保護(hù)材料層。在層11、14和16按120℃完成烘干后，整個(gè)組件可以維持超過120℃的溫度，這種溫度基本上應(yīng)該在后續(xù)工藝或運(yùn)行中遇到。
已經(jīng)說明了制造復(fù)合的組成色子象素單元區(qū)域的結(jié)構(gòu)和方法，其中，在透明基板上，在所有象素區(qū)域中順序地形成子象素彩色區(qū)域，然后，在形成各獨(dú)立的組成顏色單元后，在各獨(dú)立的子象素彩色單元和象素區(qū)域上涂敷透明材料保護(hù)層。
權(quán)利要求
1．平板彩色象素組件的制造方法，該組件設(shè)置在透明基板上，由一起占據(jù)顯示器中指定區(qū)域的多個(gè)獨(dú)立的組成色子象素單元構(gòu)成，其改進(jìn)包括在所述指定區(qū)域的分開部分中按分離的操作形成各所述組成色子象素單元，用透明材料保護(hù)層使各所述組成色子象素單元與所述多個(gè)所述組成色子象素單元的其它單元分隔開，該透明材料保護(hù)層與包含在整個(gè)組件中的任何工藝規(guī)范兼容，并與組件的所有工藝兼容，該透明材料保護(hù)層覆蓋所述指定區(qū)域，并與各所述子象素單元一致。
2．如權(quán)利要求1的方法，其中，所述多個(gè)組成色子象素單元為三個(gè)。
3．如權(quán)利要求2的方法，其中，所述三個(gè)組成色子象素單元為紅色、綠色和藍(lán)色。
4．如權(quán)利要求2的方法，其中，所述組成色子象素的材料適于旋轉(zhuǎn)涂敷工藝。
5．如權(quán)利要求4的方法，其中，所述組成色子象素的材料為染色的光聚合物型材料和擴(kuò)散顏料的光聚合物型材料中的至少一種。
6．如權(quán)利要求5的方法，其中，所述保護(hù)材料為聚甲基丙烯酸甲酯
7．如權(quán)利要求6的方法，其中，所述基板為玻璃。
8．制造濾色器的方法，該濾色器用于平板顯示器中指定象素區(qū)域內(nèi)的多個(gè)組成色象素，該方法包括下列步驟在透明基板的所述指定象素區(qū)域的第一部分上形成第一子象素顏色單元，在包括整個(gè)所述第一子象素顏色單元的所述指定象素區(qū)域上涂敷第一層保護(hù)材料，在透明基板的所述指定象素區(qū)域的第二部分上形成第二子象素顏色單元，在包括整個(gè)所述第二子象素顏色單元的所述指定象素區(qū)域上涂敷第二層保護(hù)材料，在透明基板的所述指定象素區(qū)域的第三部分上形成第三子象素顏色單元，和在包括整個(gè)所述第三子象素顏色單元的所述指定象素區(qū)域上涂敷保護(hù)材料的第三層。
9．如權(quán)利要求8的方法，其中，所述第一、第二和第三子象素顏色單元的所述形成步驟包括旋涂擴(kuò)散了彩色顏料的光聚合物的步驟。
10．如權(quán)利要求9的方法，其中，所述彩色擴(kuò)散顏料被旋涂至約1.0微米的深度。
11．如權(quán)利要求8的方法，其中，所述第一、第二和第三保護(hù)層的所述涂敷步驟包括旋涂聚甲基丙烯酸甲酯的步驟。
12．如權(quán)利要求11的方法，其中，所述聚甲基丙烯酸甲酯被旋涂至約0.2微米的深度。
13．一種用于平板顯示器的濾色器，在該平板顯示器中有由位于透明基板上的獨(dú)立的組成色子象素單元構(gòu)成的多個(gè)象素位置，包括第一組成色子象素單元，與所述基板的表面接觸，并位于所述基板的指定象素區(qū)域中的第一位置；耐后續(xù)工藝損害的材料構(gòu)成的第一保護(hù)層，設(shè)置為與所述基板表面的所述指定區(qū)域接觸，覆蓋所述第一組成色子象素單元并與其一致；第二組成色子象素單元，與所述第一保護(hù)層表面接觸，并位于所述基板的所述指定象素區(qū)域中的第二位置；耐后續(xù)工藝損害的材料構(gòu)成的第二保護(hù)層，設(shè)置為與所述第一保護(hù)層接觸，覆蓋所述第二組成色子象素單元并與其一致，用所述第一和第二保護(hù)層覆蓋所述第一子象素單元；第三組成色子象素單元，與所述第二保護(hù)層表面接觸，并設(shè)置于所述指定象素區(qū)域中的第三位置；和耐后續(xù)工藝損害的材料構(gòu)成的第三保護(hù)層，設(shè)置為與所述第二保護(hù)層接觸，覆蓋所述第三組成色子象素單元并與其一致，用所述第一和第二保護(hù)層覆蓋所述第一和第二組成色子象素單元。
14．如權(quán)利要求13的濾色器，其中，各所述子象素單元的厚度約為1.0微米。
15．如權(quán)利要求13的濾色器，其中，各所述保護(hù)層的厚度約為0.2微米。
16．如權(quán)利要求14的濾色器，其中，各所述保護(hù)層的厚度約為0.2微米。
17．平板顯示器的濾色器的制造方法，其改進(jìn)包括在指定象素區(qū)域中，按分離的操作形成各子象素組成色部件，所述分離的操作包括用可耐后續(xù)工藝損害的材料構(gòu)成的保護(hù)覆蓋層覆蓋各子象素部件和整個(gè)指定區(qū)域。
18．如權(quán)利要求17的方法，其中，子象素單元的組成色是紅色、綠色和藍(lán)色。
19．如權(quán)利要求18的方法，其中，各所述組成色子象素單元的厚度約為1.0微米，各所述保護(hù)覆蓋層的厚度約為0.2微米。
全文摘要
在透明基板上,在整個(gè)象素區(qū)域中順序地形成紅色、綠色和藍(lán)色三種組成色子象素單元,然后,在單獨(dú)的子象素單元和在形成下一個(gè)子象素單元之前的象素區(qū)域上涂敷透明材料保護(hù)層。保護(hù)層使子象素單元不受后續(xù)子象素部件工藝的影響,該處理包括例如高溫固化、硬化劑或硬化方法,從而在制造性、可靠性、產(chǎn)量、成本和生產(chǎn)率方面具有優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)G03F7/00GK1306293SQ99123179
公開日2001年8月1日 申請(qǐng)日期1999年10月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月30日
發(fā)明者魯塞爾·阿蘭·巴德, 丘亮臺(tái), 邁克爾·詹姆斯·科爾茲, 斯蒂芬·艾倫·科爾茲, 詹姆斯·帕特里克·多利 申請(qǐng)人:國際商業(yè)機(jī)器公司