Настоящее изобретение относится к цветным дисплеям с плоским экраном (плоским панельным дисплеям), в частности к способу изготовления совокупности плоскопанельных цветных пикселей, способу изготовления цветного фильтра для многокомпонентного цветного пикселя на отведенной под пиксель площади плоскопанельного дисплея, цветному фильтру для плоского панельного дисплея и к способу изготовления цветных фильтров для плоских панельных дисплеев.
Более конкретно изобретение относится к цветным дисплеям с плоским экраном, в частности к структуре и способу изготовления цветных фильтров, имеющих в каждом пикселе дисплея субпиксели нескольких цветовых компонент.
Дисплеи представляют собой устройства, которые преобразуют электронные сигналы в видимые изображения. При этом такие изображения могут нести самую разнообразную информацию, а сами дисплеи находят применение в очень различных целях, например для отображения текстовой информации, графической информации, телевизионного изображения, в качестве компьютерных мониторов, приборного оснащения транспортных средств и в других электронных приборах для визуального отображения информации. Изображения создаются с помощью множества точек, называемых элементами изображения или "пикселями". У цветного дисплея каждый пиксель состоит из трех субпикселей отдельных цветовых компонент. Каждый пиксель представляет собой адресуемую область дисплея, в которой свет от точечного источника проходит через субпиксели, причем его цвет и интенсивность могут изменяться, в результате чего пиксель представляет собой окрашенную точку, цвет которой лежит в видимой спектральной области, а множество всех пикселей образуют целевую рабочую поверхность цветного дисплея. По мере развития техники пиксели стремились располагать со все большей плотностью, что, в свою очередь, связано с уменьшением площади пикселей и субпикселей, а также создавалась возможность использовать все более широкий набор материалов с различными оптическими и технологическими свойствами.
В данной области техники существует определенная проблема, связанная с тем, что при необходимости изготовить индивидуально элементы многих различных типов труднее становится выделять и осуществлять в полном производственном процессе специфическую для каждого последующего типа элементов стадию изготовления, не ухудшая характеристик одного из элементов предыдущего типа. Проблема становится особенно актуальной там, где, как в случае с цветным фильтром дисплея, для каждого индивидуального цветного элемента - субпикселя - необходима индивидуальная стадия процесса, в то время как компоненты субпикселей различного цвета имеют одинаковые или очень близкие технологические характеристики.
Для решения указанных выше проблем в изобретении предлагаются способ изготовления совокупности плоскопанельных цветных пикселей, способ изготовления цветного фильтра для многокомпонентного цветного пикселя, цветной фильтр для плоского панельного дисплея и способ изготовления цветных фильтров для плоских панельных дисплеев.
Способ изготовления совокупности плоскопанельных цветных пикселей, расположенной на прозрачной подложке или основе и состоящей из множества субпикселей индивидуальных цветовых компонент, занимающих вместе отведенную под них площадь дисплея, заключается в том, что в результате отдельной операции на отдельном участке отведенной площади формируют каждый субпиксель цветовой компоненты, при этом каждый субпиксель цветовой компоненты отделяют от других из множества субпикселей цветовых компонент слоем прозрачного защитного материала, который совместим с любыми параметрами процесса изготовления указанной совокупности в целом, а также совместим с условиями его работы, причем указанный защитный материал покрывает отведенную площадь и каждый субпиксель и принимает форму субпикселя.
При этом множество субпикселей цветовых компонент может состоять из трех элементов и три субпикселя цветовых компонент могут иметь красный, зеленый и синий цвета.
Предпочтительно в качестве материала, из которого выполняют субпиксели цветовых компонент, использовать материал, пригодный для метода центробежного нанесения покрытия на вращающуюся подложку или основу.
Предпочтительно в качестве материала, из которого выполняют субпиксели цветовых компонент, использовать по меньшей мере один материал, представляющий собой окрашенный или содержащий диспергированный пигмент материал фотополимерного типа.
В качестве защитного материала целесообразно использовать полиметилметакрилат, а в качестве подложки или основы - стекло.
Способ изготовления цветного фильтра для многокомпонентного цветного пикселя на отведенной под пиксель площади плоскопанельного дисплея заключается в том, что на первом участке отведенной под пиксель площади прозрачной подложки или основы формируют первый субпиксель, на отведенную под пиксель площадь, включая первый субпиксель, наносят первый слой защитного материала, принимающего форму субпикселя, на втором участке отведенной под пиксель площади прозрачной подложки или основы формируют второй субпиксель, на отведенную под пиксель площадь, включая второй субпиксель, наносят второй слой защитного материала, принимающего форму субпикселя, на третьем участке отведенной под пиксель площади прозрачной подложки или основы формируют третий субпиксель и на отведенную под пиксель площадь, включая третий субпиксель, наносят третий слой защитного материала, принимающего форму субпикселя.
При этом предпочтительно при формировании первого, второго и третьего цветных субпикселей на вращающуюся подложку или основу центробежным методом наносить в виде покрытия фотополимер, содержащий цветной диспергированный пигмент.
Желательно цветной диспергированный пигмент наносить на вращающуюся подложку или основу слоем толщиной около 1,0 мкм.
При нанесении первого, второго и третьего защитных слоев на вращающуюся подложку или основу в качестве такого слоя можно наносить полиметилметакрилат, предпочтительно слоем толщиной около 0,2 мкм.
В изобретении предлагается также цветной фильтр для плоского панельного дисплея, в котором имеется множество участков, занимаемых пикселями, состоящими из расположенных на прозрачной подложке или основе субпикселей индивидуальных цветовых компонент. Цветной фильтр согласно изобретению имеет в совокупности: субпиксель первой цветовой компоненты, контактирующий с поверхностью подложки или основы и расположенный на первом участке отведенной под пиксели площади этой подложки или основы, первый защитный слой из материала, устойчивого к возможным повреждениям на последующих технологических операциях, при этом такой слой контактирует с отведенной под пиксели площадью поверхности подложки или основы и покрывает субпиксель первой цветовой компоненты, повторяя его форму, субпиксель второй цветовой компоненты, контактирующий с поверхностью первого защитного слоя и расположенный на втором участке отведенной под пиксели площади подложки или основы, второй защитный слой из материала, устойчивого к возможным повреждениям на последующих технологических операциях, при этом такой слой контактирует с первым защитным слоем и покрывает субпиксель второй цветовой компоненты и субпиксель первой цветовой компоненты, покрытый первым и вторым защитными слоями, повторяя их форму, субпиксель третьей цветовой компоненты, контактирующий с поверхностью второго защитного слоя и расположенный на третьем участке отведенной под пиксели площади подложки или основы, и третий защитный слой из материала, устойчивого к возможным повреждениям на последующих технологических операциях, при этом такой слой контактирует со вторым защитным слоем и покрывает субпиксель третьей цветовой компоненты и субпиксели первой и второй цветовых компонент, покрытые первым и вторым защитными слоями, повторяя их форму.
Предпочтительно толщину каждого субпикселя иметь около 1 мкм, а толщину каждого защитного слоя - около 0,2 мкм.
Предлагаемый в изобретении способ изготовления цветных фильтров для плоских панельных дисплеев заключается в том, что на отведенной под пиксели площади субпиксель каждой цветовой компоненты формируют в результате отдельной операции, чередующейся с нанесением защитного покрытия на каждый субпиксель и на всю отведенную под пиксели площадь из материала, устойчивого к возможным повреждениям при дальнейшей обработке и принимающего форму субпикселя.
В этом случае субпиксели цветовых компонент также имеют красный, зеленый и синий цвета и толщина каждого субпикселя цветовой компоненты составляет около 1 мкм, а толщина каждого защитного слоя - около 0,2 мкм.
На прилагаемых к описанию чертежах показано:
на фиг. 1 - поперечное сечение известного пикселя, состоящего из трех субпикселей,
на фиг. 2 - вид сверху на площадку, занятую изготовленными по известной технологии субпикселями красного, зеленого и синего цветов,
на фиг. 3 - поперечное сечение плоскостью 3-3 известных цветных субпикселей, представленных на фиг.2,
на фиг. 4 - поперечное сечение предлагаемой в настощем изобретении трехкомпонентной структуры, состоящей из цветных субпикселей,
на фиг.5 - технологическая схема со стадиями 5а-5е процесса изготовления состоящей из цветных субпикселей структуры, иллюстрирующая предлагаемый в настоящем изобретении способ.
На фиг. 1, 2 и 3 показаны известные структуры. На фиг.1 в виде сбоку показан единичный многокомпонентный цветной пиксель фильтра, которые в совокупности образуют рабочую поверхность дисплея. На фиг.2 и 3 в виде сверху и в поперечном сечении соответственно показаны субпиксели индивидуальных цветовых компонент, расположенных вместе на подложке или основе в том виде, как они используются при изготовлении дисплея.
На фиг. 1 источник света, обозначенный стрелкой 1, испускает свет, проходящий через прозрачную подложку или основу 2, на которой расположены три отдельные цветные площадки 3, 4 и 5, которые для упрощения названы в настоящем описании в соответствии с известной технологией красной, зеленой и синей. В дисплеях различных типов используются различные типы источника света, условно обозначенного стрелкой 1. В случае плазменных дисплеев пиксель имеет источник света, локализованный у каждого субпикселя. Дисплеи с устройствами полевой эмиссии (с автоэлектронной эмиссией) обычно являются монохромными (одноцветными). Дисплеи такого типа также имеют источники света, локализованные у каждого пикселя.
Существует известный дисплей типа тонкопленочного транзистора (ТПТ), в котором контролируется мощность на каждом пикселе, и дисплей проекционного типа, в котором на каждом пикселе действует световой затвор. ТПТ и проекционный дисплей потребляют меньше энергии, являются более компактными, имеют меньшую стоимость и перспективны на следующее десятилетие с точки зрения радикального увеличения плотности элементов.
В дисплеях типа тонкопленочного транзистора (ТПТ) и проекционного типа используется один источник света для всего дисплея, причем субпиксели индивидуальных цветовых компонент служат световыми затворами, определяющими, используется ли свет от этого единственного источника, и если да, то в какой степени.
В случае, если на каждом субпикселе требуются сигналы, применяются прозрачные электроды (не показаны), выполненные из такого материала, как станнат индия.
Общей чертой дисплеев различного типа является то, что свет, каким бы способом он не генерировался, проходит через фильтр, обозначенный номером 6 на фиг. 1, 2 и 3, для окраски изображения. Цветной фильтр, в свою очередь, выполнен из красной 3, зеленой 4 и синей 5 тонких пленок с нанесенным на них таким рисунком, что при характерной для дисплея плотности элементов красная точка 3, зеленая точка 4 и синяя точка 5 появляются в месте расположения трех субпикселей. Группа образует отдельный пиксель, видимый цвет которого и яркость изменяются в широком диапазоне видимого спектра.
Существуют вариации в технологиях, однако общим для них является то, что красный 3, зеленый 4 и синий 5 субпиксели должны быть изготовлены на площадке 7, как показано на фиг.2, поэтому такая площадка на подложке или основе 2 отводится под субпиксели 3, 4 и 5 цветовых компонент с достаточным расстоянием 8 между ними и вокруг них и с учетом возможных изменений площади в процессе их изготовления и нанесения защитного покрытия. Процесс изготовления цветных субпикселей усложняется также частично за счет того, что, независимо от выбранного материала, обычно используются одни и те же или близкие по природе растворители, из-за чего элемент каждого цвета может быть поврежден при последующем изготовлении других субпикселей. Для того чтобы предотвратить такое повреждение, принимаются различные меры по обеспечению, в известной степени, устойчивости каждого субпикселя к последующим процессам изготовления других элементов, таким как высокотемпературная закалка, введение упрочняющих добавок или отверждение. Каждая из них имеет свои проблемы в отношении технологичности, надежности, выхода, пригодности к повторной обработке (ремонту), цены и производительности. Можно ожидать, что существующие проблемы современной технологии будут только усложняться при попытках изготавливать все меньшие по размерам пиксели, что является критичным для таких новых применений дисплеев, как монтируемые на голове, портативные и умещающиеся в ладони дисплеи, размеры которых будут составлять порядка одной десятой от размеров, обычных для сегодняшнего дня.
Цветные фильтры в настоящее время производятся по одному из следующих способов: окраска, диспергирование пигмента, печать или электроосаждение.
В способе окраски используется фотополимер, который наносится на стеклянную подложку или основу. Затем фотополимер экспонируется через фотомаску, проявляется и окрашивается кислым или реакционноспособным красителем. Окрашенный рисунок затем обрабатывается отверждающим реагентом, для того чтобы сделать его устойчивым к последующим процессам получения других цветов. Процесс в целом повторяется три раза, по одному разу для получения красного, зеленого и синего цветов.
Способ диспергирования пигмента очень похож на способ окраски в том, что в нем также используется фотополимер, нанесенный на прозрачную подложку или основу. Однако в процессе диспергирования пигмента фотополимер уже содержит цветной пигмент и окрашивание не требуется. Полимер наносится на подложку или основу, экспонируется и проявляется, затем отверждается для предотвращения последующих повреждений. Преимущество метода диспергирования пигмента перед методом окраски состоит в более высокой термической и химической стабильности изделия. Недостаток метода диспергирования пигмента заключается в том, что пигмент делает полимер более сильно ослабляющим свет, и, в результате, требуется более высокая энергия экспозиции.
Производство цветных фильтров печатным способом осуществляется с применением четырех типов процессов: трафаретная печать, флексография, офсетная печать и глубокая печать. Трафаретная печать обычна для различных технологических процессов в электронной промышленности и представляет собой продавливание окрашенного материала через имеющие соответствующий рисунок сетку или трафарет. В способах флексографической или офсетной печати рисунок прямо переносится на подложку или основу с вращающегося барабана. В процессе глубокой печати осуществляется вытравливание требуемого рисунка на подложке или основе и затем нанесение окрашенного материала на вытравленный рисунок. В каждом из этих печатных способов между стадиями получения различных цветов применяется процесс отверждения.
Печатные процессы обычно более дешевы, чем процессы окрашивания или диспергирования пигмента, однако разрешающая способность дисплея получается приблизительно в 50 раз более грубая.
В способе электроосаждения стандартный фоторезист наносится на прозрачную подложку или основу, на ней создается заданный рисунок и в местах, предназначенных для пикселей, фоторезист удаляется. На эти открытые площадки электроосаждается окрашенный материал, и затем фоторезист удаляется. Осажденный окрашенный материал отверждается в термическом цикле, и процесс повторяется еще два раза для нанесения оставшихся цветов.
Из приведенного выше описания очевидно, что прогресс в изготовлении цветных плоских панельных дисплеев зависит не только от изготовления цветных фильтрующих свет элементов, но и от того, что эти элементы со все меньшими размерами должны изготавливаться в итеративном процессе, где последующие операции могут повредить элементы, созданные на более ранних стадиях итеративного процесса.
В настоящем изобретении предложено усовершенствование технологии изготовления цветных фильтров за счет формирования на отведенной для пикселя площадке каждого субпикселя отдельно, в индивидуальной операции, и последующей индивидуальной защиты всей отведенной под пиксель площадки, в том числе изготовленного субпикселя, с помощью нанесения на нее слоя защитного материала, предотвращающего повреждения в последующих процессах, которое осуществляется до стадии изготовления каждого последующего субпикселя.
Настоящее изобретение показано на фиг.4, на которой представлено поперечное сечение отдельного пикселя, состоящего из соответствующих трем цветовым компонентам субпикселей, по которому можно судить об изменениях в структуре пикселя цветного фильтра дисплея и способе его изготовления по сравнению с известными устройством и способом (фиг.3).
На фиг.4 (использованы по возможности те же числовые обозначения, что и на предыдущих чертежах) элементом 9 обозначена отведенная под пиксель площадка на прозрачной подложке или основе 2, на которую падает свет 1, в одном измерении, соответствующем поперечному сечению. Согласно настоящему изобретению первый цветной субпиксель 10 осаждается на выделенную часть отведенной под пиксель площадки 9. Слой 11 защитного материала наносится затем на всю отведенную под пиксель площадку, включая элемент 10 и все открытые участки пикселя на поверхности подложки или основы. Защитный материал должен удовлетворять нескольким функциональным требованиям. Он должен быть прозрачным и сохранять прозрачность, не изменять текстуру при прохождении всех последующих операций по обработке дисплея, а также не повреждаться при любых последующих операциях осаждения или обработки в процессе изготовления дисплея. Ряд различных материалов может быть использован в качестве защитных слоев, таких как стекла для нанесения на вращающуюся подложку (центрифугированием) и различные полимеры. Стандартный в данной технологии процесс нанесения слоя на вращающуюся подложку (центрифугированием) приемлем, поскольку не требует значительных изменений температуры и что в результате центрифугирования получается тонкий ровный слой. Предпочтительным защитным материалом, совместимым с процессом нанесения слоя центрифугированием, является полиметилметакрилат (ПММА).
Продолжение относящегося к фиг.4 описания - второй субпиксель 12 осаждается на часть слоя 11, контактирующего с подложкой или основой 2 и покрывающего выделенный для этого субпикселя участок отведенной под пиксель площадки 9. Промежуток 13 между субпикселями, хотя и максимально малый по соображениям плотности, должен оставаться все таки достаточно широким, для того чтобы в нем могли разместиться все слои защитного материала по мере того, как они покрывают субпиксели цветовых компонент. Затем на всю отведенную площадку, включая элементы 10 и 12 и все открытые участки поверхности защитного слоя 11, наносится второй слой 14 защитного материала.
Далее к фиг.4 также относится следующее описание - третий субпиксель 15 осаждается затем в выделенном для него участке отведенной под пиксель площадки 9 на остающуюся открытой часть наложенных друг на друга слоев 11 и 14. Третий слой 16 защитного материала наносится затем на всю отведенную площадку, включая элементы 10, 12 и 15 и все открытые участки поверхности защитного слоя 14. Если необходим покровный слой (не показан) для таких целей, как обеспечение ровной верхней поверхности за счет заполнения пространства между элементами 12 и 15, то его можно было бы нанести поверх слоя 16.
В настоящем изобретении (фиг.4) по сравнению с известной, применяемой в настоящее время технологией, реализованы взаимосвязанные структурные и технологические модификации, заключающиеся в том, что субпиксели создаются в нужных позициях отдельно в результате индивидуальных технологических операций, причем каждый субпиксель на каждой стадии изготовления защищается покрытием, предотвращающим их повреждение в последующих процессах обработки. Принципиальное преимущество изобретения связано с предоставляемой им гибкостью технологического процесса. Производство цветного фильтра составляет основную долю цены и качества дисплея. Изобретение обеспечивает большую гибкость в проведении технологических процессов и большую свободу в выборе материалов, которые можно использовать. Формирование субпикселей в отдельных технологических операциях позволяет переделать (отремонтировать) частично изготовленные дисплеи.
Фиг.5а-5е иллюстрируют технологический процесс, причем на каждом чертеже представлено поперечное сечение части изделия, получаемой на каждой стадии изготовления изображенной на фиг.4 структуры, с использованием, где это возможно, тех же числовых обозначений, что и на фиг.1-4.
В процессе (фиг.5а-5е) применен стандартный способ диспергирования пигмента, модифицированный согласно настоящему изобретению, в котором на подложку или основу 2 из прозрачного стекла нанесено покрытие 20 толщиной около 1 мкм (показано пунктирной линией) из стандартного фоторезиста, содержащего диспергированный красный пигмент и прогретого до температуры около 90oC (фиг. 5а). На фоторезист 20 с помощью стандартной литографической техники наносится рисунок, и затем в результате обработки в проявителе на базе гидроксида калия покрытие 20 удаляется, оставляя готовым первый субпиксель 3.
На следующей стадии (фиг.5б) наносится слой 11 защитного материала толщиной около 0,2 мкм, который не разрушается во всех последующих операциях и для нанесения которого не требуются условия, несовместимые с наличием цветных субпикселей. Материал ПММА может быть нанесен с помощью стандартной техники центрифугирования, обычно прогревается до температур около 120oC и хорошо принимает форму субпикселя 3.
На стадии (фиг. 5в) поверх слоя 11 наносится покрытие (не показано) из материала и толщиной, подобными показанному на фиг.5а покрытию 20, а именно из стандартного фоторезиста, содержащего диспергированный зеленый пигмент и прогретого при температуре около 90oC. На фоторезист с помощью стандартной литографической техники наносится рисунок, и после обработки в проявителе на базе гидроксида калия, в результате которой покрытие удаляется, готовым оказывается второй субпиксель 4.
Как показано на фиг.5г, второй слой 14 защитного материала ПММА толщиной около 0,2 мкм наносится поверх слоя 11 и при этом хорошо принимает форму субпикселей 3 и 4.
На следующей стадии, представленной фиг.5д, поверх слоя 14 наносится покрытие (не показано) из материала и толщиной, подобными показанному на фиг. 5а покрытию 20, а именно из стандартного фоторезиста, содержащего диспергированный синий пигмент и прогретого при температуре около 90oC. На фоторезист с помощью стандартной литографической техники наносится рисунок, и после обработки в проявителе на базе гидроксида калия, в результате которой покрытие удаляется, готовым оказывается третий субпиксель 5.
На следующей стадии (фиг. 5е) третий слой 16 защитного материала ПММА толщиной около 0,2 мкм наносится поверх слоя 14 и при этом хорошо повторяет форму субпикселей 3, 4 и 5.
Цветной пиксель для фильтра, изготовленный в результате процесса (фиг. 5а-5е), более надежен и менее дорог, чем изготовленный по известной современной технологии. Изготовление субпикселей с использованием защитных материалов обеспечивает преимущество в том, что по желанию можно легко провести повторную обработку или ремонт цветных элементов, созданных на предыдущих стадиях процесса. По мере того как дисплеи становятся все более плотными и сложными, эта возможность повторной обработки или ремонта составных частей дисплея становится все более привлекательной.
Процесс (фиг. 5а-5е) применим и к другим способам изготовления цветных фильтров, таким как печать, электроосаждение и окрашивание. Если рассмотреть в качестве примера способ окраски, то на стеклянную подложку или основу 2 наносится покрытие 20 из фотополимера, на которое с помощью стандартной техники литографии наносится необходимый рисунок. Полимерное покрытие затем окрашивается в выбранный для субпикселя цвет с помощью стандартных для данной технологии кислых или реакционноспособных красителей. Затем окрашенные полимерные субпиксели 3, 4 или 5 могут быть покрыты слоем защитного материала, такого как ПММА, как это описано для случая формирования слоев 11, 14 и 16. По завершении прогрева слоев 11, 14 и 16 при температуре 120oC все устройство может выдерживать температуру выше 120oC, если такая температура будет необходима в последующих технологических операциях или при работе устройства.
Таким образом, в изобретении предлагаются структура и способ изготовления субпикселей цветовых компонент, в котором цветные субпиксели формируют последовательно на отведенной для пикселя площадке на прозрачной подложке или основе, при этом после формирования каждого отдельного цветного элемента на каждый отдельный цветной субпиксель и на всю площадку пикселя наносят слой прозрачного защитного материала.
Описаны субпиксели трех цветовых компонент - красной, зеленой и синей, которые последовательно формируются на общей площади пикселя на прозрачной подложке или основе, и после формирования каждого индивидуального цветного субпикселя, но перед формированием следующего субпикселя на отдельный субпиксель и на всю площадь пикселя наносится слой защитного прозрачного материала. Защитные слои позволяют защитить субпиксели от воздействий, которым они подвергаются в процессе изготовления последующих субпикселей, таких как высокотемпературная закалка, введение упрочняющих добавок или отверждение. Технический результат - обеспечение преимуществ в технологичности, надежности, выходе, цене и производительности. 4 с. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.
| US 4820619 А, 11.04.1989 | |||
| US 4357415 А, 02.11.1982 | |||
| СИСТЕМА ВИДЕОДИСПЛЕЯ | 1988 |
|
RU2113066C1 |
| Приспособление для точного наложения листов бумаги при снятии оттисков | 1922 |
|
SU6A1 |
