彩色显示装置和制造方法

专利名称：彩色显示装置和制造方法
技术领域：
本发明涉及一种彩色显示装置和制造该装置的方法。
背景技术：
许多彩色显示器通过结合滤色板和电子开关阵列操作以实现例如红，绿和蓝区域的可控制选择。该滤色器必须与开关排列或重合，必须允许通过尽可能多的所需颜色的光以及尽可能少的不需要颜色的光。通常颜色通过黑色矩阵分离，以在小量错排的情况下保留色纯度，并且特别是当薄膜晶体管存在时，屏蔽来自薄膜晶体管(TFT)的光。
开关的通常排列是矩形像素的矩形阵列，尽管已经提出其他更复杂的排列。该阵列可通过有源矩阵电路被限定于一个基板上，其中其他基板具有公共的地线层，或通过在一个基板上的行电极与另一基板上的列电极的相交来限定。在第一种情况下，滤色器/黑色矩阵必须以二维排列。在第二种情况下，颜色可以与电极图案排成直线的条纹布置以简化沿条纹方向的排列。像素通常成组，一般为3个(三元组-红、绿和蓝以匹配人眼的彩色感受体)，形成可显示一定范围的颜色，或当从超过眼睛可以分辨单个像素的距离看时显示黑色和白色的方形“超像素”。已经提出其他排列，例如四个子像素-如红，两绿和蓝的“四元组”。由于它们须同时在横向和列向排列，因此它们更难以重合；然而它们提供了几点益处提高显示时图像边缘的外形-子像素是方的而不是矩形的；减小一个方向的互连间距(从3×超像素间距至2×)；可能将驱动成本从r+3c减小至2r+2c(r＝行数*行驱动成本)总孔径的小量提高(像素间间隙)2；可能通过加入第四颜色至R，G，和B来提高显示的色域。
特别是滤色板的制造昂贵，并且图像质量受到该组件的强烈影响。一般图案通过多个光刻步骤制成。已经提出喷墨或相似的印刷，其中一系列“井”被制造(通常光刻)，其之后被填充滤色材料例如染色或色素树脂。这里井须与电级结构重合。

发明内容
根据本发明的一方面，提供一种彩色显示装置，包含第一显示基板和第二显示基板，所述基板被空间分离并且彼此相对；在基板之间的电光材料层；在第一显示基板内表面上的一组第一电极和在第二显示基板内表面上的一组第二电极，为了横跨至少一部分所述电光材料选择性施加电场，该第一电极与第二电极相交叠以限定像素。
一组在第一显示基板上的第一滤色器，每一个所述第一电极与所述第一滤色器之一互相对准；一组在第二显示基板上的第二滤色器，每一个所述第二电极与所述第二滤色器之一互相对准；借此透射穿过像素的光的颜色通过在该像素处相交的第一滤色器和第二滤色器都透射的光确定。
该显示器可提供超像素和上述优点。然而，每一滤色器须仅与支撑该滤色器的基板上的一个电极排列。
在背光显示器中，最接近背光的滤色器可采用例如薄膜层叠，胆甾型液晶聚合物或相似物的反射滤色器技术制造，从而使不需要的颜色再循环进入背光组件以再利用。通常反射滤色器也具有周围光反射回到观察者，由此减小对比度的问题。在本发明中，如果前滤色器是通常的吸收滤色器时可减小该影响。
如果该显示器具有在一个基板上的行条纹，其在青(C)、品红(M)和黄(Y)中的两个间交替，以及列条纹，其在这些颜色中的不同两个间交替，该排列将提供红(R)，绿(G)，蓝(B)和位于两个基板上的CMY中的任一个的四元组。我们设想黄色被设于两个基板上的实施例可对于最佳的显示亮度是优选的。
可替换的，可见光谱可被分为所需数量的区域，例如四个区域R，G，T(深青色)，和B。行条纹可在(R+G)吸收和(T+B)吸收之间交替；列条纹可在(R+T)吸收和(B+G)吸收之间交替。该四个组合给出R，G，B和T透射。
作为另一例子，基板都可具有条纹状的吸收红，绿和蓝透射中每一个(即青色，品红和黄色)的滤色器。该3乘3栅格的组合可给出9个区域-青色，品红和黄色各一个，和红、绿和蓝透射各两个。
滤色器可通过任何本领域已知方法形成在基板上。然而，优选方法是将滤色器与地址母线一起形成在转移载体表面上，将该滤色器和母线粘附到显示基板，并且之后移除转移载体。通过采用具有光滑，平面表面的转移载体，该滤色器可被形成在显示器基板上而不需要分离平面化操作。
术语“电-光材料”此处用于指响应施加的电场改变其光学属性的材料。适合的电-光材料包括液晶材料和电致发光材料，以及对于显示器制造领域技术人员是公知的。该电-光材料可为以扭曲或超扭曲向列模式，混合排列模式，染料主客型，或其他所需模式起作用的向列液晶。一般需要一个或两个偏振器以分辨液晶的切换和非切换状态。
优选电极和滤色器在基板上平行并且在相对基板上彼此正交排列。因此，本发明的另一方面提供一种彩色显示装置，其包括第一和第二空间分离的内含一电-光材料层的显示基板，每一基板的内表面设有多个延长平行电极和多个延长平行滤色器，每一滤色器与一电极互相对准；其中在一个内表面上的电极基本上正交于另一内表面上的电极而排列，以使得由两个滤色器交叠的位置透过光的颜色通过由两个滤色器都透过的光来确定。
本发明的其他方面和益处将在下面的详述、附图和权利要求中更加明显。
本发明现将通过参考仅为例子的附图进一步描述。


图1至9说明了用于制造根据本发明实施例的显示器的制造以预定排列具有滤色器，母线和电极线的显示器基板的步骤；图10至13说明了用于制造根据本发明实施例的显示器的制造显示器基板的可替换方法的步骤；图14至17说明了用于根据本发明实施例的显示器的制造显示器基板的另一可替换方法的步骤；图18至21说明了用于根据本发明实施例的显示器的制造显示器基板的又一可替换方法的步骤；图22和23分别为根据本发明实施例的显示装置的示意剖面和平面图；图24为对应图3的透视图，说明了制造用于本发明实例的显示基板的方法的另一可替换实施例；以及图25是根据本发明另一实施例的显示器的示意图。
具体实施例方式
在附图中，不同部分被放大或减小以辅助说明本发明。因此附图是没有按照比例的。
参考附图25，本发明的例子参考包含第一显示基板13和第二显示基板18的显示器来说明。一般由玻璃或半透明塑料材料构成的基板被空间分离并且彼此相对。该基板包含液晶材料层(未示出)。该显示器可为扭曲向列型显示器，其通过设置在液晶材料任一侧的偏振器来观看，或其他任何所需LCD模式一组平行第一电极条纹17a设置在第一显示器基板13的内表面并且一组平行第二电极条纹17b设置在第二显示器基板18的内表面。第一电极条纹17a正交于第二电极条纹17b并且限定它们交叠处的像素。每一电极条纹17具有与其互相对准的相关滤色器。在该实施例中，第一电极条纹17a与交替的青色(C)和黄色(Y)滤色器互相对准，第二电极条纹17b与C和品红(M)滤色器互相对准。
通过像素的透射光的颜色通过第一和第二滤色器都透射的光确定，如图25的右手侧图所示。C和M滤色器的交叠产生蓝像素(B)；C和Y滤色器的交叠产生绿像素(G)；M和Y滤色器的交叠产生红像素(R)；都是C滤色器的交叠，当然产生青色。像素(或子像素)的组合产生四元超像素。
在这个实施例中的显示器通过放置在第二显示器基板18之下的光源29进行背光照明。与第二显示器基板18相关的滤色器CM可为反射滤色器以使得不需要的光被重新循环进入背光组件，由此提高操作效率。例如，青色滤色器可透射绿和蓝光，但反射(胜于吸收)红光；品红滤色器可透射红和蓝光但反射绿光。第一滤色器(在该例中的CY)为吸收滤光器以使得通过第一显示基板13观看显示器的观察者不会察觉到由反射的周围光引起的降低的对比度。传统的防眩或抗反射层可选择的结合在该显示器中以进一步提高对比度。
平面层28被示出在较低基板上，以给出平面内表面。然而，优选通过不需要应用分离的平面层的方法制造显示器。优选方法将在下面讨论。
用于本发明的载体1如图1所示。载体1包含底膜2，其上涂敷有平面导体层3。该载体1可为刚性或柔性的。在本实施例中，底膜2包含150μm厚的PET并且导体层3为大约1μm厚的铜金属。在本实施例中，导电铜层3为光学平坦的并且通过浸入0.1N重铬酸钾溶液5分钟，以去离子水清洗和空气干燥而被钝化。
介电结构4的多层，受控粗糙度图案形成在载体1(图2)的导体层3表面。该介电材料是光学透明的并且在该实施例中通过如WO96/35971中教导的微模制形成。该介电结构4通过一系列平行沟槽5彼此分离，其中母线将形成。每一结构5包含粗糙的，平面区6和突起堤7。该平面区(滤色器接收表面)6将接收滤色器层并且该堤7将分离滤色器。该沟槽和堤基本上为线性结构，其穿过将被转移的基板的长度或宽度。它们一般分离大约100μm并长度上可至许多米。粗糙平面表面6将允许应用喷墨层的分布并可选择的被处理以提高湿度。堤7为平滑的并可选择的被进一步处理以阻碍变湿和一种彩色材料流进邻近的平面区。
参考图3，导电材料8形成在沟槽5中。该导电材料优选为金属并且，在该实施例中，通过加电铸形成。优选导体3形成具有镍阳极的电解池和标准镍氨基磺酸盐基电解池的阴极。电镀可通过直流电，用于完全填充沟槽的脉冲或偏压交流电流实现。其他所知的电镀或非电解镀层技术可被采用。适合的材料包括镍，铜和金。
由此得到的镀金属结构涂敷有滤色器材料(图4和5)。在该实施例中该材料通过喷墨打印被沉积在彩色接收平面区6以产生青色9，品红10和黄色11滤色器三元组。其他颜色组合可选择采用。在优选实施例中，滤色器材料为染色紫外固化树脂(Brewer Science，Inc PSC)。适合的喷墨喷嘴的实例包括热和压电喷嘴，尽管其他沉积方式和技术可被采用。墨滴的排列不是关键的因为滤色材料被允许穿越平面区6分布并且通过堤7被抑制流入邻近通道。该平面区6优选被适应性粗糙化以帮助施加的滤色器材料浸湿和键入。该滤色材料9，10，11可在涂敷后被固化，例如通过UV曝光和/或热处理。
滤色器9，10，11固化之后，之后所产生的结构利用转移粘合剂12处理，最终显示基板13被层压和胶粘剂12被固化(图6)。在优选实施例中，转移胶粘剂12是紫外固化材料例如NOA81(Norland OpticalProducts)但可被热或湿固化。显示器基板13优选为塑料材料，例如PEN(DuPont Teijin Teonex Q65)，PES(Sumitomo Bakelite)或PolyArylate(Ferrania SpA-Arylite)，但可包含玻璃，优选为UV透明玻璃。
载体1之后被剥离，留下如图7所示的滤色器/母线层。
为了形成电极，透明导体14被沉积在层压结构的释放表面上，如图8中所示。导体14可包含氧化铟，氧化锡，铟锡氧化物(ITO)等，但优选为有机导体例如PEDOT:PSS(Bayer Baytron P)。
透明导体14然后被选择性刻蚀或图案化以提供透明电极17。在本实施例中，如图9所示，导体14通过从相反侧(基板13)照明层压件被光图案化。滤色器9，10，11对于部分UV是至少不透明的，同时基板13，转移胶粘剂12和介电体4并不是。因此，基本上唯一UV透明区域是凸起堤7。在优选实施例中，PEDOT:PSS通过入射UV光被直接漂白以形成电极结构17。可替代的，标准光刻胶和刻蚀可被采用，其之后将被描述。
所产生的显示器基板具有以预定排列的滤色器，母线和透明电极。该基板通过采用显示器制造领域技术人员熟知的制造技术可被结合于显示器，例如液晶显示器。
现参考图10至13，说明了工艺的改变，其中可涂敷偏振层15a被施加到滤色器层压结构上部，如图5所示。固化可涂敷偏振器层15a后，产生的结构利用转移胶粘剂12以前述方式被粘附于显示基板13，之后移除载体1，施加透明导体14，和形成透明电极17。适合的可涂敷偏振材料由Optiva公司销售。可涂敷偏振器在Bobrov，Y.，Cobb，C.，Lazarev，P.，Bos，P.，Bryand，D.，Wonderly，H.“Lyotropic Thin film Polarisers”，Societyfor Information Display，Int.Symp.Digest of Technical Papers，Long Beach，California May 16-18，2000，Vol.XXXI，1102-1107.中被表述。
图14至17相关图示的工艺与图6至9相关图示的相似，区别在于如图5所示的滤色器/母线结构被粘附于传统偏振器15，其又被粘附于显示基板13。粘附传统偏振器于显示基板的方法对于LCD制造领域的技术人员是公知的。其它光学薄膜，例如补偿延迟器，可同样被光学层压在显示器内而不影响电-光层界面的平面度和性能。在内部具有偏振器的益处是未受控制双折射的基板可被采用。
如图16所示从透明导体层14形成电极线17的替代方法被图示于图18至22。正光阻材料16(Shipley 1805)被涂敷于透明导体14(图18)。通过基板13的UV照明透射UV光通过堤7(图19)，由此在相应于堤7的区域中固化光阻材料16。该光阻材料16被显影(Shipley Microposit显影液)以移除被曝光材料(图20)，并且透明导体14之后被湿刻或干刻(例如通过次氯酸钠溶液)以产生电极17(图21)。最后如图17所示光阻材料16被移除以留下具有电极线的最终基板。该光阻材料16可通过标准溶剂或商业光阻剥离器，例如丙酮，被移除。
由于滤色器被用作掩模以形成电极，因此该排列是自对准的。该电极被与滤色器条纹对准，并且基本上具有同样尺寸和形状。
参考图22和23，采用根据本发明一方面制造的基板的电-光显示装置的实例被描述。在该实施例中，该装置为液晶显示器(LCD)，但该基板可被采用在其他种类的显示装置中。该装置包括第一显示基板13和第二显示基板18，其中的每一个都设有粘附的偏振器15。
参考图26，根据本发明一方面的制造彩色显示装置的方法被描述。第一常用步骤，如框30所示，是获取第一基板13，其具有一组第一电极17a，其中的每一个与滤色器C，M，Y和母线8a互相对准。第二常用步骤，如框31所示，是获取第二基板18，其具有一组第二电极17b，其中每一个与滤色器Y和母线8b互相对准。下一步，如框32所示，基板13，18通过电极表面向内和空间分离的方式被相对排列，其中第一电极17a和第二电极17b交叠以限定其间的像素。在下一步中，如框33所示，基板13，18之间的空间被填充，在该实施例中，通过向列型液晶材料27并且通过外围密封25被保持在基板之间(图23)。密封液晶显示装置的方法是LCD制造领域技术人员公知的。如前所述，透过像素的光的颜色将通过由在该像素处交叠的第一和第二滤色器都透射的光来确定。
图17中所示的结构设有用于诱导液晶材料27分子所需的局部均匀取向的取向层19。在第二显示基板18上的偏振器15通过粘附层15被附着到母线8b和第二滤色器(此处所示Y)。较低电极条纹17b通过与用于第一显示基板13的相似方法形成在母线8b上。第二电极结构17b同样设有取向层19。可以使用本领域技术人员公知的任何所需取向层19，例如聚酰亚胺橡胶。根据显示模式的类型，两取向层可包括同样取向类型(例如平面，倾斜平面或等回归线)或不同种类。其中取向层19都产生平面或倾斜平面取向，取向方向可相同或不同。例如，在扭曲向列型显示器中，取向层可都诱导平面取向，并且取向方向是垂直的。
在图23所示的实施例中，多个母线22形成行寻址电极并且多个母线23形成列寻址电极。像素26被限定在行和列电极交叠的位置处，并且当足够电压横跨适当像素施加时字符或其他标记可在区域中显示，由此改变在像素区域中的液晶的光学性能以使得当显示器在偏振器15之间被观察时具有明显区别。由任何一个像素所显示的颜色是如前所述，由第一和第二滤色器吸收的光的函数；例如黄色和品红滤色器将组合以吸收蓝和绿，从而产生红光。
所知的其他特征可选择性的通过传统方式被包括在显示器中。例子包括背光和一个或多个防眩目层。
每一母线8不需要位于其所关联的电极线17的中间，而可位于路线上的任何所需的接触线处。在图24中，部分转移载体被示出，其中母线8邻近于在平面导体表面3上的堤7形成。之后通过堤7透明导体的UV曝光将使得母线被排列在相应透明电极线的侧面。
此处所使用的“一”在上下文允许的地方代表“至少一个”。
应当理解，本发明的特定特征，其为了清楚被表述在分离实施例的上下文中，可同样被结合于一个实施例。相反的，本发明的不同特征，其为了简洁，被表述在一个实施例的上下文中，可同样被分别提供，或适当组合。
应当认识到不同替代，改变，和/或添加可被引入上述部件的结构和排列，只要不偏离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种彩色显示装置，包含第一显示基板和第二显示基板，所述基板被空间分离并且彼此相对；在基板之间的电光材料层；一组在第一显示基板内表面上的第一电极和一组在第二显示基板内表面上的第二电极，为了横跨至少一部分所述电光材料选择性施加电场，该第一电极与第二电极相交叠以限定像素。一组在第一显示基板上的第一滤色器，每一个所述第一电极与所述第一滤色器之一互相对准；一组在第二显示基板上的第二滤色器，每一个所述第二电极与所述第二滤色器之一互相对准；透射穿过像素的光的颜色通过在该像素处相交的第一滤色器和第二滤色器都透射的光来确定。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一滤色器包含至少两个不同的选自青色，品红和黄色的颜色，并且其中所述第二滤色器包含至少两个不同的选青色，品红和黄色的颜色并且选择以使得任何2乘2像素阵列包含至少一个红色，一个绿色，和一个蓝色像素。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述第一滤色器包含交替的黄色和青色条纹并且其中所述第二滤色器包含交替的黄色和品红色条纹。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述第一和第二滤色器的每一个包含重复的青色，品红色和黄色条纹。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一和第二滤色器的每一个包含多个颜色的条纹，并且其中由所有所述第一滤色器或所有所述第二滤色器透射的光波长如果被混合将产生基本上白光。
6.根据前面权利要求中的任意一个所述的装置，进一步包含用于照明显示器的背光，其定位于邻近所述第二显示基板的外表面；其中所述第二滤色器包含反射滤色器以使得至少一部分不被所述第二滤色器透射的光朝向所述背光反射。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述第一滤色器包含吸收滤光器，借此未被所述第一滤色器透射的入射光基本上由该滤光器吸收。
8.根据前面权利要求中的任意一个所述的装置，其中每一电极设有相联母线以被互相对准和电接触。
9.根据前面权利要求中的任意一个所述的装置，其中电光材料是液晶材料。
10.一种制造彩色显示装置的方法，包含步骤制备表面上具有一组第一电极的第一显示基板，所述第一电极中的每一个与滤色器互相对准并且母线设置在第一显示基板上；制备表面上具有一组第二电极的第二显示基板，所述第二电极中的每一个与滤色器互相对准并且母线设置在第二显示基板上；以载有电极的表面向内和空间分离的方式相对排列所述第一显示基板和第二显示基板，其中第一电极与第二电极相交叠来限定像素以选择性在其间施加电场；以及利用电光材料填充基板之间的空间并且形成周围密封以保持该电光材料；借此透射穿过像素的光的颜色通过在该像素处交叠的第一滤色器和第二滤色器都透射的光来确定。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包含形成第一显示基板的步骤在转移载体表面形成互相对准的所述滤色器和所述母线；将所述滤色器和所述母线粘附到透明玻璃或塑料材料薄片；移除所述转移载体；移除所述转移载体之后，在所述母线上形成透明导体层，所述透明导体层在足够强度和持续时间的紫外光曝光后能够变成基本上非传导性；以足够强度和持续时间的紫外光通过所述薄片照明所述导体层以导致在所述导体层相应于所述滤色器之间空间的区域传导性的基本损耗；由此形成多个透明电极线，其中的每一个与母线电接触。
12.根据权利要求10所述的方法，进一步包含形成第一显示基板的步骤在转移载体表面形成互相对准的所述滤色器和所述母线；将所述滤色器和所述母线粘附到透明玻璃或塑料材料薄片；移除所述转移载体；移除所述转移载体之后，在所述母线上形成透明导体层；将正光阻材料层施加到所述导体层；采用足够强度和持续时间的紫外光通过所述显示基板照明所述光阻材料以实现在所述光阻材料相应于所述滤光器之间空间的曝光区域中的化学变化；显影所述光阻材料以移除在所述曝光区域中的所述光阻材料；在所述光阻材料被移除的区域中刻蚀所述导体层，由此形成多个透明电极线，其中的每一个与母线电接触；并且移除剩余的光阻材料。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述转移载体的所述表面是平面。
14.一种彩色显示装置，包括空间分离的包含电光材料层的第一和第二显示基板，每一基板的内表面设有多个延长的平行电极和多个延长的滤色器，每一滤色器与一电极互相对准；其中在内表面之一上的电极基本上正交于另一内表面上的电极排列以使得透过两滤色器交叠处的光的颜色通过滤色器都透射的光来确定。
15.一种彩色液晶显示装置，包括空间分离的包含液晶材料层的第一和第二显示基板，每一基板的内表面设有多个延长的平行电极，其中每一个与基本上同样尺寸和形状的延长的滤色器互相对准并设置在同一基板上；在内表面之一上的电极基本上正交于另一内表面上的电极排列以使得透过两滤色器交叠处的光的颜色通过滤色器都透射的光来确定；该装置包括位于邻近第二显示基板外表面的背光，并且在第二显示基板上的滤色器为反射滤色器。
16.根据权利要求15所述的装置，其中在第一显示基板上的滤色器为吸收滤色器。
全文摘要
一种彩色显示装置，包含第一显示基板(13)和第二显示基板(18)，所述基板被空间分离并且彼此相对；在基板之间的电光材料层(27)；一组在第一显示基板(13)内表面上的第一电极(17a)和一组在第二显示基板(18)内表面上的第二电极(17b)，为了横跨至少一部分所述电光材料选择性施加电场，该第一电极(17a)与第二电极(17b)相交叠以限定像素；一组在第一显示基板上的第一滤色器(CY)，每一个所述第一电极与所述第一滤色器之一互相对准；和一组在第二显示基板上的第二滤色器(CM)，每一个所述第二电极与所述第二滤色器之一互相对准。透射穿过像素的光的颜色通过在该像素处相交的第一滤色器和第二滤色器都透射的光来确定。
文档编号G02B5/20GK1914548SQ200580003577
公开日2007年2月14日 申请日期2005年3月17日 优先权日2004年3月20日
发明者J·C·拉丁, A·D·盖索夫 申请人:惠普开发有限公司