彩色液晶显示器用有源衬底及其制造方法

专利名称：彩色液晶显示器用有源衬底及其制造方法
技术领域：
本发明涉及改进的彩色电子显示器、电子显示器用有源衬底和电子显示器用的包括滤色层的有源元件的制造方法。
背景在制造全色有源矩阵液晶显示器(LCD)时遇到许多困难，特别是为了使显示器变得尺寸更大、亮度更高、形状更薄、重量更轻、分辨率更高、开关速度更快和成本更低，要求也越来越多。
有源矩阵液晶显示器通常包括置于有源衬底和无源(被动)衬底之间的液晶材料。该有源衬底一般具有排列在像元中的薄膜晶体管规则阵列(即矩阵)。为了增加色彩，为液晶显示器的每个像元配置滤色层。目前，有源矩阵显示器中的滤色层一般用光刻术或直接印刷技术形成于平的无源衬底上。
发明概述增加电子显示器的尺寸和/或分辨率也增加了显示器中控制像元的数目。控制像元越多，有关电子开关速度、液晶响应时间和滤色层排列的问题就越来越重要。例如组装彩色液晶显示器时，不适当对准或有其它缺陷的滤色层必定在加工过程中使滤色层衬底报废。当显示器中像元数目增加时，相关的废品成本和误差概率就会增加。另外，对具有更薄更轻结构，使用更少功率但提高更高亮度和具有更高可靠性和耐久性的显示器的需求不断增长。
本发明提供改进的液晶显示器结构。这种结构具有选择用于提高显示器整体性能的元件。可以选择元件，制造本发明的改进显示器。这种显示器例如具有更高的亮度、更低的能耗和/或更快的开关速度。本发明也包括更薄更轻但仍保持可靠性和耐久性的改进显示器。
按照本发明可以选择如下元件来获得更高的显示性能。例如为了提高显示器的孔径比，可以在有源矩阵显示器的有源衬底上配置滤色层，从而让更多的光线通过显示器。可以选择液晶材料和调准层(alignment layer)来提高响应时间，降低能耗和提高对比度。可以配置能使结构更薄和更耐久的间隔物。可以使用在相同的照明条件下通过增加亮度而提高照明效率的反射偏振层。例如为了协同地提高一种或多种显示性能，可以单独或组合地选择这些和那些元件。
本发明的一个方面提供一种改进彩色有源矩阵液晶显示器。一个实施方式提供的电子显示器包括(i)光源；(ii)用于透射和基本上使光源发出的光线起偏的偏振层和(iii)用于利用通过偏振层的光线的液晶显示屏。该显示屏包括下衬底、与下衬底间隔一定距离的上衬底、放在衬底间的液晶层和放在下衬底和液晶层之间的多色有源层。多色有源层包括许多与透明导电亚像元电连接的可独立寻址的有源元件以及分别与一种或多种透明导电亚像元配准的多个滤色层。该滤色层含有分散在交联组合物中的着色剂，且用热转印材料制成。液晶层可包含氟化手性铁电液晶材料。
在另一种实施方式中，本发明提供一种彩色有源矩阵液晶显示器。该显示器包括第一透明衬底、与第一透明衬底相隔一定距离的第二透明衬底、置于第一衬底和第二衬底之间的液晶层和置于第一衬底和液晶层之间的多个滤色层。第一衬底上有许多与相关透明导电亚像元电连接的可独立寻址的薄膜晶体管。上述的滤色层包含含着色剂的热转印材料，每个滤色层与一个或多个与晶体管相连接的透明导电元件相调准。
一个可选用于提高本发明显示器性能的元件是滤色层。因此，本发明提供一种制造滤色层的新方法。在一个方面，为了能检查和清除(如有必要)滤色层，可以在交联前转印多个滤色层，从而可以对显示器衬底进行重新加工。
在一个实施方式中，本发明提供一种制造液晶显示器衬底滤色层的新方法。该方法包括如下步骤提供显示器衬底；把多个滤色层热质转印到上述衬底的选择部位，每个滤色层含有分散在交联组合物中的着色剂；和在转印步骤后使上述的滤色层交联。在把多个滤色层转印到显示器衬底上后，且在交联前，可任选地检查这些滤色层，例如为了确定是否存在缺陷和配准是否适当。如果滤色层不能满足检查标准，可以用洗涤步骤将其除去。洗涤后，可通过转印另一些滤色层对上述的显示器衬底进行重新处理。
本发明的方法特别适用于把多个滤色层热转印到彩色有源矩阵显示器的有源衬底。在这种情况下，可以把具有许多可独立寻址的有源元件的有源衬底作为用于热转印本发明滤色层的显示器衬底。
附图简介

图1是液晶显示器200的示意性截面图。
图2(a)是电子显示器的有源衬底元件300的示意性平面图。
图2(b)是包括有源衬底元件300实例的液晶显示屏310沿图2(a)中线2b所作的示意性截面图。
图3是本发明方法中的示意性工艺流程图。
详细描述本发明涉及改进的有源矩阵彩色显示器和彩色显示器衬底的制造方法。该改进的显示器包括选用于提高有源矩阵显示器性能的元件。该改进的显示器也可包括按本发明方法制得的滤色层衬底。本发明方法包括把多个滤色层热转印到显示器衬底上和转印后将这些滤色层交联。
液晶光调制器一般用于需要把像元化信息直观地显示给用户或观察者的电子显示器中。液晶光调制器的其它用途包括把信息透射成液晶光调制器可控制的光线的数据传输装置。在数据传输的情况下，光线可从一台装置“显示”到另一台装置上，不必直接显示给用户或观察者。因此，本申请中所用的术语“液晶显示器”、“电子显示器”和“液晶光调制器”的含义包括用于调制显示器光传输的电子器件，不论其显示给被动观察者、主动用户、主动或被动装置，还是显示给照相胶片、投影屏等。
图1示意性地表明可包含在本发明的改进显示器200中的元件。在不同的实施方式中，为了提高显示器性能(包括更高的亮度、更低的能耗、更快的开关速度和更薄的整体结构)，可以选择(单独或组合地)这些和那些元件(下面详述)。简要地说，显示器200的可选元件可包括下偏振层210、下衬底212、有源层214、滤色层216、下调准层218、液晶层220、上调准层222、支撑电极层224、上衬底226和上偏振层228。在整个说明书中所用的术语“有源层”是指电子显示器结构中包含一个或多个有源元件的层，“有源衬底”是指具有有源层的衬底。有源元件的实例包括晶体管、计数器、栅等元件，而无源元件的实例包括电容器、电阻器等元件。下面讨论中对可包括在本发明显示器中的这些和那些层和元件将作更详细的说明。
图1也表示了可用于照明显示器200的内光源202。虽然显示器200表示为透射显示器，但应认为本发明的各种特征也可用于透反射(transflective)显示器和反射显示器。这些显示器可用环境光或内光源和前光导从前面照明。
如图1中240区所示，显示器200可任选地包括位于光源202和偏振层210之间的各种光学元件和/或光控膜。这些元件可单独配置或组合配置，以提高显示器的整体性能。合适元件的实例包括用于上棱镜结构、下棱镜结构和/或与另一片亮度增强膜结合使用的亮度增强膜(BEF)片(购自美国3M公司)、光控膜片(以商品名DBEF购自美国3M公司)、转向膜或其它光线改向膜、胆甾醇型(choresteric)反射偏振层(如以商品名NIPPOX购自Nitto Denko的反射偏振层)、漫反射偏振膜(如美国专利5783120和国际公报WO97/32223中所述的偏振膜)、延迟膜、透镜和透镜阵列以及其它的这类膜和光学元件。
本发明改进显示器的一个实施方式是图2(a)中所示的滤色层有源衬底元件300。这种元件例如可用于图2(b)所示的有源矩阵液晶显示器310中。这些具体的实施方式是说明性的，并不限制本发明的范围。在简要说明所示的各种元件后，下面将更详细地说明图2(a)和(b)中所示的各种元件以及为提高整体显示器性能而选择这些元件的方法。
图2(a)表示一部分用于电子显示屏的有源衬底元件300的平面图。衬底元件300可用合适的元件结合成透射电子显示器、透反射电子显示器或反射电子显示器。这些显示器的大小可以从微型显示器(1厘米或更小)到小型显示器(约1至几厘米)、大型显示器(10到几十厘米)和超大型显示器(1米或更大)。衬底元件300有许多排列成规则图形的可独立寻址元件20，如薄膜晶体管(TFT)。这些晶体管与寻址线和其它(任选的)可配置的有源或无源元件，包括其它晶体管、电容器、电阻器、有机或无机发光器和其它相似的元件一起形成有源层。薄膜晶体管20通常设置在图2(a)所示的矩形阵列中，虽然它们也可按任何合适的方法排列。可以把透明亚像元电极12与晶体管20相连接在一起，以便能把电场独立地施加到每个亚像元区中，从而在选择的显示器亚像元中使液晶材料重新取向。用下面将详述的本发明方法可以把滤色层R、G和B设置在有源衬底元件300上。
通过从一系列并联栅驱动电极32之一对相连的栅电极22施加电压，使由一系列并联信号驱动电极34之一提供的信号从晶体管20的源极24传递到晶体管20的漏极26，可以寻址各个晶体管20。漏极26可以电连接到相关的透明亚像元电极12上。如果一些层隔离透明亚像元电极12和漏极26，可以通过居间层上的通孔28进行电连接。通过这样寻址晶体管，可以在与晶体管相连的透明亚像元电极和设置在相对衬底上的电极之间的区域内产生电场。与每个透明亚像元电极相关的区域确定了显示器中的亚像元。为了增加色彩，可以为每个亚像元配置滤色层。在全色显示器中，一个完整的像元由三个相邻的亚像元组成，这些亚像元分别有不同的滤色层，一般是红色、蓝色和绿色(虽然也可使用其它的颜色组合，如蓝绿色、红紫色和黄色)。
图2(b)表示一部分包含图2(a)所示的有源衬底元件300实例的液晶显示屏310。沿图2(a)中的线2b对显示屏310作截面图。该电子显示屏310包括下(有源)衬底10a、上(无源)衬底10b和夹在这些衬底之间的各种元件。下衬底10a包括一系列可独立寻址的薄膜晶体管元件20。这些元件可通过与源电极24电连接的信号驱动电极34和与栅电极22电连接的栅驱动电极(未画出)进行寻址。将高电导率的驱动电极(driver electrode)与薄膜晶体管结合使用，可以缩短开关时间。在薄膜晶体管上可设置滤色层R、G和B。为了防止环境光不适当地激活薄膜晶体管，也可以用下面将详述的方法在薄膜晶体管的上面淀积任选的黑色矩阵(black matrix)材料50。为了使亚像元清晰(delineate)和提供更高的对比度，也可把黑色矩阵50淀积在有源衬底上。可任选地设置偏振层16，以产生均匀的表面来粘贴透明亚像元电极12。
在偏振层16和滤色层R、G和B中可设置通孔28，从而可以在图2(b)所示的TFT漏极26和透明导电电极12之间进行电连接。在透明导电电极上可设置调准层18a，以使显示器中所用的液晶材料取向。上衬底10b上也可设置调准层18b。视所需的液晶调准而异，调准层18b可以与调准层18a相似或不相似。为了保持上衬底和下衬底之间的均匀间隙，可设置间隔物42，且可将液晶材料40加入上述衬底间的间隙中。视间隔物42如何设置，剩余粘结材料44的用量与间隔物有关。如下所述，为了防止晶体管被不适当的光诱导激活，可以选择性地淀积间隔物，从而形成例如直接位于薄膜晶体管上方的黑色矩阵。
上衬底10b具有透明电极12’。这种电极通常称为持续电极(sustainelectrode)。电极12’用作亚像元电极12的对电极.例如，持续电极12’可保持在恒定的电势，从而将适当的电压施加在选择的亚像元电极上，在选择的亚像元区产生电场，使液晶材料取向，透射过具有所需偏振态的光线。持续电极12’可以形成图形或制成单一连续层。
下面的讨论更详细地描述上述和图1、图2(a)和2(b)所示的本发明改进显示器的各种元件。
在一个实施方式中，可通过在有源矩阵显示器的有源衬底上形成滤色层来提高本发明显示器的性能。参见图1，滤色层216可用下述的本发明方法设置在有源层214上。滤色层可淀积为每个亚像元的分离滤色层，或淀积成覆盖多个亚像元的平行带，如图2(a)中滤色层R、G和B所示的滤色带。在每种情况下，可以将滤色层排列成相邻的滤色层包含不同的着色剂。常见的排列具有红、绿和蓝色滤色层的重复图形或滤色层的其它合适组合(如其它原着色剂，如红紫色、蓝绿色和黄色，或能提供或能不提供全色显示的其它颜色组合)。也可存在其它的重复图形，且所用的具体图形一般取决于有源元件和有源衬底上的亚像元电极的排列。
当适当排列含有透明原着色剂的滤色层时，适当激活相邻的亚像元可以混合全色显示器的颜色。混色也可包括引入灰色标。灰色标可通过控制亚像元电极的电信号的空间或时间高频振动(本领域众所周知)引入，或通过提供能随施加电场的变化而产生连续灰色标的液晶材料(如扭转向列或超扭转向列液晶材料以及如在美国专利5062691中所述的一些铁电液晶)引入。原色混合和引入灰色标的组合运用能获得全色电子显示器。
通过在有源层上设置滤色层可以提高本发明显示器的性能，例如相对于将滤色层设置在相对的无源衬底的其它显示器可提高显示器的孔径比。提高孔径比就提高了显示器的亮度。当有源矩阵显示器中将滤色层设置在无源衬底上时，就难以在(1)无源衬底上滤色层和黑色矩阵的图形与(2)有源衬底上有源元件、亚像元电极和任选黑色矩阵的图形之间实现精确调准。为了弥补精确调准时出现的困难，一般将无源滤色层衬底上的黑色矩阵线加宽，以确保每个衬底上的图形之间有一定的重叠。图形的重叠有助于防止从一个亚像元到相邻亚像元的光线交扰。这种交扰会使显示器褪色。然而，加宽黑色矩阵也会减小显示器的孔径比，这又会减少透过显示器的光线量。按照本发明，滤色层可设置在有源层上，而不是设置在无源衬底上。这种结构可用于除去无源衬底中的滤色层和(加宽的)黑色矩阵，提高显示器的孔径比与亮度。通过在有源衬底上设置滤色层，可相对于无源衬底上有滤色层和黑色矩阵的结构将显示器的孔径比提高10-30％或更高。
滤色层可设置在衬底和有源层(active layer)之间的有源衬底上，有源层中，或有源层和液晶层之间。滤色层可用目前已知或下面详述的合适方法设置在有源衬底上。合适的方法可包括常规的光刻法、热能头或喷墨印刷法、着色剂升华法和选择性热质转印法(thermal mass transfer)。滤色层较好用着色剂的选择性热转印法形成。选择性热转印着色剂的说明性方法是按下述方法把着色剂从给体片激光热质转印到显示器衬底上。
例如当部分给体元件转印层被热转印到受体上，使被转印部分基本上保持完整(即被转印部分中的材料仍保持与转印前基本上相同的物理排列)时，就发生了热质转印。例如，热质转印法包括热融粘合型转印法。在这些方法中，给体元件上产生的热量足以使转印层和给体元件载体之间界面上的部分转印层脱离，被脱离的转印层部分可以“塞子”的形式转印到受体上。与上述的其它方法相比，热质转印法可能是优选的方法，例如因为它有高的定位精确度(即当用激光诱导热质转印时)，可应用于大型和小型显示器以及高分辨率和低分辨率显示器，而且能与用热质转印法产生其它元件(如下述的黑色矩阵、间隔物)的系统相容。
图3表示把多个滤色层转印到本发明显示器衬底上的步骤。通过把滤色层材料热转印到衬底的选择部分上，可以选择性地把第一种滤色层材料转印到部分显示器衬底上。按类似的方法可以把第二种滤色层材料选择性地转印到部分衬底上。可任选地重复这一步骤，转印第三种(或更多种)滤色层材料。
选择性转印两种或多种滤色层材料后，可以任选地检查淀积在有源衬底上的滤色层的缺陷、调准等问题。任选的检查后，例如可以用辐射固化法、热固化法或与化学固化剂接触法将滤色层交联。交联会使衬底上的滤色层材料硬化，从而使滤色层的化学稳定性、物理稳定性和/或热稳定性更高，这样就不易在以后的加工或操作中受到损坏。然而，交联也会使滤色层材料的除去变得更困难。因此，如图3所示，在交联之前和任选的检查后，本发明包括一个可供选择的步骤，即在交联前除去滤色层，以便对该有源衬底进行再加工。在交联或固化任何一种滤色层之前可成功地淀积多个滤色层的能力提供了可同时检查、同时除去(如必须除去的话)和同时交联多个滤色层的优点。
选择性热转印滤色层材料的示例性方法包括热质转印法、喷墨印刷法和着色剂升华法。热质转印技术包括按图像形式从给体片上转印滤色层材料。这种技术是通过将给体片选择性地暴露在成像辐射(如激光或闪光灯)中和选择性直接加热部分给体片(如用热印刷头或直接电阻加热与给体元件接触或设置在该给体元件中的层)进行。着色剂升华技术包括从给体片的某些区域上选择性地升华染料。喷墨技术包括用加热或其它方式形成通过孔或喷嘴的定向染料或颜料流。
图像热质转印滤色层材料的方法例如记载于美国专利5521035(Wolk)和5725989(Chang)中。简要地说，这些方法包括从着色剂给体元件片的选定区热转印材料。合适的给体元件将在下面详细描述。用激光器、闪光灯或其它合适的辐射源发出的成像辐射照射给体元件中选定区域的光热转换层(LTHC)材料，可以产生热量。光热转换层可以作为给体介质中单独的层存在和/或包含在给体介质的其它层中(包括滤色层转印层中)。
成像过程中，可将给体元件的彩色转印层与受体(如包括许多器件的有源显示器衬底、具有一个或多个可寻址电极的无源显示器衬底或其它合适的显示器衬底)紧密接触。可任选地用压力或真空把给体元件固定在显示器衬底受体上。可用辐射源按图像方式(如数字式、通过掩膜的模拟曝光等)加热光热转换层，从而按图像方式将部分着色剂热转印层从给体转印到受体上。可以使用各种发光源。红外、可见和紫外激光特别适用于数字成像技术。当使用模拟技术时(如通过掩膜曝光)，也可使用高功率的光源(如氙闪光灯等)。
在成像时，宜最大限度地减少由被成像材料的多重反射而形成干涉图形。这可以用多种方法办到。最普通的方法是如美国专利5089372所述根据入射辐射的等级有效地使给体元件的表面粗糙化。这种方法的效果是扰乱了入射辐射的空间相干性，从而最大程度地减少了自相干。另一种方法是在给体元件中使用防反射涂层。使用防反射涂层是已知的，且如美国专利5171650所述由四分之一波厚度的涂层(如氟化镁)组成。该专利参考结合于本发明中。
可以使用大型给体元件，包括长度和宽度为1米以上的给体元件。操作时，可以使激光通过光栅，或将激光移过该给体元件，选择性地操作激光，以按所需的图形照射部分给体元件。或者，激光可以是固定的，而把给体元件和/或受体衬底从激光下方通过。
在本发明中，需要和/或可方便地依次使用两个或多个不同的着色剂给体元件在显示器衬底上形成多个滤色层。或者可用单个给体元件(如具有多个按图形形成彩色转印层的不同滤色层材料的给体元件)从给体元件上转印多个滤色层。
作为使用成像辐射的替代方法，可用加热元件(如电阻加热元件)选择性地转印部分彩色转印层。可选择性地使给体元件与加热元件接触，从而按图形热转印一部分转印层。在另一个实施方式中，给体元件可包括可把施加在该层上的电流转换成热量的层。
喷墨印刷法也可用于把滤色层选择性地热转印到有源显示器衬底上。喷墨印刷滤色层的方法记载在美国专利5714195和5716740中。可用喷墨法转印的示例性滤色层材料含有油墨和可交联粘结剂(binder)。这种油墨可包括任何合适的着色剂，如染料和颜料(如上所述)，且该油墨可以是液体或固体。该粘结剂可以是任何与油墨相容的合适粘结剂，它的实例包括丙烯酸类树脂、环氧树脂、硅氧烷树脂、纤维素衍生物(如羟丙基纤维素、羟乙基纤维素、甲基纤维素和羧基纤维素)以及它们的改性树脂。滤色层材料可任选地包含添加剂，如固化引发剂、分散剂、表面活性剂和其它合适的添加剂。
对于从给体元件上选择性热质转印滤色层的实施方式来说，适用的给体元件一般包括基本衬底层、光热转换层(LTHC)、包含分散在可交联组合物中着色剂的彩色转印层、基本层和彩色转印层之间的任选内层以及任选的助转印层。
给体衬底可以是聚合物薄膜。一种合适的聚合物薄膜是聚酯薄膜，如聚对苯二甲酸乙二醇酯膜或聚萘二甲酸乙二醇酯膜。然而也可使用其它薄膜，这些薄膜应具有足够的光学性能(如果用光进行加热和转印的话)(包括在特定波长处有高透光率)以及对于特定用途有足够的机械稳定性和热稳定性。至少在某些情况下，给体衬底是平的，这样可以形成均匀的涂层。给体衬底一般也可选自热传印期间加热光热转换层时保持稳定的材料。给体衬底的厚度一般为0.025-0.15毫米，较好为0.05-0.1毫米，虽然也可使用更厚或更薄的衬底。
为了提高光热转换层和给体衬底之间的粘合性，一般要对用于形成给体衬底和光热转换层的材料进行选择。任选的底涂层可用于增加涂覆后续涂层时的均匀度以及提高光热转换层和给体衬底之间的内层粘合强度。带底涂层的合适衬底的一个实例是购自Teijin Ltd.的衬底(产品号HPE100，日本大阪)。
对于辐射引起的热转印，一般在给体元件中加入单独的光热转换层，以把发光源发射的光能耦入给体元件中。光热转换层较好包括辐射吸收剂，这种辐射吸收剂能吸收入射辐射(如激光)并将至少一部分入射辐射转化成能把转印层从给体元件转印到受体上的热量。在某些实施方式中，没有单独的光热转换层，而是把辐射吸收剂加入给体元件的另一层中，如给体衬底或转印层。在另一些实施方式中，给体元件包括光热转换层，也包括加入一个或多个给体元件中其它层(如给体衬底或转印层)的额外辐射吸收剂。在另一些实施方式中，给体元件不包括光热转换层或辐射吸收剂，转印层用与给体元件接触的加热元件进行转印。
光热转换层(或其它层)中的辐射吸收剂一般能吸收电磁光谱中红外区、可见光区和/或紫外区的光线，并将吸收的辐射转换成热。这种辐射吸收剂一般高度吸收被选择的成像辐射，以成像辐射波长对光热转换层提供的光学密度为0.2-3或0.5-2.5。(光学密度是a)照射在层上的光强度与b)透过层的光强度之比的对数)。较厚的涂层一般有较高的光学密度，但至少在一些情况下，可能有效果较差的热转印。光学密度较高的光热转换层可以提供表面图像改进的转印层(即更光滑的上表面)，但也可产生边缘粗糙度较高的被转印层。
合适的辐射吸收材料例如可包括染料(如可见光染料、紫外染料、红外染料、荧光染料和辐射偏振染料)、颜料、金属、金属化合物、金属膜和其它合适的吸收材料。合适辐射吸收剂的实例包括炭黑、金属氧化物和金属硫化物。合适光热转换层的一个实例可包括炭黑之类的颜料和有机聚合物之类的粘结剂。炭黑的用量例如可为2-50％重量或5-20％重量。高的炭黑填充量可改善被转印层的灵敏度和边缘粗糙度，但也降低了被转印滤色层的表面外形(如由于在成像过程中过分加热转印层)。一种合适的光热转换层配方列于表I中。
表I光热转换层的涂层配方
在特定的实施方式中，可以使用含有导电材料的光热转换层。这种导电材料能消除涂布形成给体元件层的过程中的电荷积聚。例如，可以使用含有分散在带离子官能团的粘结剂中炭黑的光热转换层。这样制得的光热转换层的导电率约为107欧姆/□或更高。这种光热转换层可提供足够的抗静电性。这种配方的一个实例包括表II所示的组分。
表II光热转换涂层配方
另一种合适的光热转换层包括形成薄膜的金属或金属/金属氧化物，如黑色铝(即有黑色视觉外观的部分氧化铝)。金属膜和金属化合物膜可用溅镀和蒸镀之类的技术形成。颗粒涂层可用粘结剂和任何合适的干涂或湿涂技术形成。
适用作光热转换层中辐射吸收剂的染料可以颗粒形式存在，溶解在粘结剂材料中，或至少部分分散在粘结剂材料中。当使用分散的颗粒辐射吸收剂时，至少在一些情况下它的粒度约为10微米或更小，且可以约为1微米或更小。合适的染料包括在光谱红外区中有吸收的染料。这些染料的实例可在如下文献中找到Matsuoka，M.，“红外吸收材料”，Plenum Press，New York，1990；Matsuoka，M.，“二极管激光的染料吸收光谱”，Bunshin出版公司，Tokyo，1990；美国专利4,722,583；4,833,124；4,912,083；4,942,141；4,948,776；4,948,778；4,950,639；4,940,640；4,952,552；5,023,229；5,024,990；5,156,938；5,286,604；5,340,699；5,351,617；5,360,694；和5,401,607；欧洲专利321,923和568,993；和Beilo，K.A.等，J.Chem.Aoc.，Chem.Commun.，1993，452-454(1993)。所有的上述文献参考结合于本发明中。也可使用由Glendale Protective Technologies，Inc.，Lakeland，Fla.以商品名CYASORBIR-99、IR-126和IR-165销售的红外吸收剂。特定的染料例如可根据如下因素进行选择与特定粘结剂和/或涂料溶剂的溶解度和溶混度以及吸收的波长范围。
光热转换层中也可将颜料物质用作辐射吸收剂。合适颜料的实例包括炭黑、石墨、酞菁、二硫杂环戊二烯基合镍和美国专利5166024和5351617中所述的其它颜料。上述的文献参考结合于本发明中。另外，也可使用铜或铬配合物基黑色偶氮颜料，如吡唑啉酮黄、联茴香胺蓝和镍偶氮黄。也可使用无机颜料。这种无机颜料例如包括下列金属的氧化物和硫化物铝、铋、锡、铟、锌、钛、铬、钼、钨、钴、铱、镍、钯、铂、铜、银、金、锆、铁、铅和碲。也可使用金属的硼化物、碳化物、氮化物、碳氮化物、青铜结构的氧化物和结构与青铜系有关的氧化物(如WO2.9)。
可以使用美国专利4252671中所述的颗粒状金属辐射吸收剂或美国专利5256506中所述的薄膜状金属辐射吸收剂。该两项专利参考结合于本发明中。合适的金属例如包括铝、铋、锡、铟、碲和锌。
如上所述，颗粒状辐射吸收剂可加入粘结剂中。扣除溶剂后按重量百分数计，涂层中辐射吸收剂的重量百分数一般为1-30％重量，较好为3-20％重量，最好为5-15％重量，视光热转换层中所用的特定辐射吸收剂和粘结剂而定。
适用于光热转换层中的粘结剂包括成膜聚合物，如酚醛树脂(如线性酚醛清漆和可溶性酚醛树脂)、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇缩乙醛、聚1，1-二氯乙烯、聚丙烯酸酯、纤维素醚和酯、硝基纤维素、聚碳酸酯和丙烯酸类和甲基丙烯酸类共聚物。合适的粘结剂包括已聚合或交联或者可聚合或交联的单体、低聚物或聚合物。在一些实施方式中，粘结剂主要用含有任选聚合物的可交联单体和/或低聚物涂料制成。当粘结剂中使用聚合物时，粘结剂中包含1-50％重量，较好10-45％重量聚合物(计算重量百分数时扣除溶剂)。
涂布在给体衬底上后，马上将单体、低聚物和聚合物交联形成光热转换层。在一些情况下，如果光热转换层的交联度太低，它可能被热损坏和/或可能将一部分光热转换层与转印层一起转印到受体上。
至少在一些情况下，加入热塑性树脂(如聚合物)可改善光热转换层的性能(如转印性能和/或涂布性)。据认为，热塑性树脂可提高光热转换层与给体衬底的粘合性。在一个实施方式中，粘结剂含有25-50％重量(计算重量百分数时扣除溶剂)热塑性树脂，较好含有30-45％重量热塑性树脂，虽然也可使用更少量的热塑性树脂(如1-15％重量)。选择的热塑性树脂一般能与粘结剂中的其它材料相容(即形成单相混合物)。溶解度参数可用于表示这种相容性，参见聚合物手册，J.Brandrup，ed.，VII 519-557(1989)。该文献参考结合于本发明中。至少在一些实施方式中，选用于粘结剂的热塑性树脂的溶解度参数为9-13(cal/cm3)1/2，较好为9.5-12(cal/cm3)1/2。合适热塑性树脂的实例包括聚丙烯酸酯、苯乙烯-丙烯酸类聚合物和树脂以及聚乙烯醇缩丁醛。
为了有利于涂布过程，可以加入常规的涂料助剂，如表面活性剂和分散剂。光热转换层可用本领域已知的许多涂布法涂覆在给体衬底上。至少在一些情况下，聚合物或有机光热转换层的涂布厚度为0.05-20微米，较好为0.5-10微米，更好为1-7微米。至少在一些实施方式中，无机光热转换层的涂布厚度为0.001-10微米，较好为0.002-1微米。
为了最大限度地减少对转印层上被转印部分的损坏和污染和减少转印层上被转印部分的变形，可在给体衬底与转印层之间的给体元件中设置任选的内层。该内层也可影响转印层与给体元件其它部分间的粘合性。该内层一般有高的耐热性。在转印过程中，该内层一般仍与光热转换层接触，而基本上没有与转印层一起转印。
合适的内层例如包括聚合物膜、金属层(如气相淀积的金属层)、无机层(无机氧化物(如二氧化硅、二氧化钛和其它金属氧化物)的溶胶-凝胶淀积层和气相淀积层)和有机/无机复合层。适用作内层材料的有机材料包括热固性材料和热塑性材料，且较好涂布在光热转换层和转印层之间的给体元件上。涂布的内层可用常规的涂布方法形成，如溶剂涂布法、挤出涂布法、凹槽辊涂布法等。合适的热固性材料包括可通过加热、辐射或化学处理交联的树脂，包括但不限于交联或可交联的聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚酯、环氧树脂和聚氨酯。热固性材料例如可以热固性前体涂覆在光热转换层上，然后交联形成交联的内层。
合适的热塑性材料例如包括聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚砜、聚酯和聚酰亚胺。这些热塑性有机材料可用常规的涂布技术(如溶剂涂布法、喷涂法或挤出涂布法)进行涂覆。适用于内层的热塑性材料的玻璃化转变温度(Tg)为25℃或更高，较好为50℃或更高，更好为100℃或更高，最好为150℃或更高。在示例性的实施方式中，内层的Tg高于成像过程中转印层所达到的任何温度。在成像辐射波长处，内层可以是透射的、吸收的、反射的或它们的某些组合。
适用作内层材料的无机材料例如包括金属、金属氧化物、金属硫化物和无机碳涂层，包括那些在成像光波长处高度透射或反射的材料。这些材料可用常规技术(如真空溅镀、真空蒸镀或等离子体喷镀)涂覆在光热转换层上。
这种内层可提供多种好处。内层可以是防止从光热转换层上转印材料的隔离层。内层也可调节转印层上所受的温度，从而可以转印热不稳定的材料。例如，内层可用作散热层，以相对于光热转换层所受的温度控制内层与转印层界面处的温度。它可提高被转印层的质量(即表面粗糙度、边缘粗糙度等)。
内层可含有添加剂。这些添加剂例如包括光引发剂、表面活性剂、颜料、增塑剂和涂布助剂。内层的厚度取决于多种因素，如内层的材料、光热转换层的材料、转印层的材料、成像辐射的波长和给体元件对成像辐射的曝光时间。聚合物内层的厚度一般为0.05-10微米，较好约为0.1-4微米，更好为0.5-3微米，最好约为0.8-2微米。无机内层(如金属或金属化合物内层)的厚度一般为0.005-10微米，较好约为0.01-3微米，更好约为0.02-1微米。
表III列出了用于涂覆内层的示例性溶液。
表III内层配方
给体元件的转印层或着色剂层可含有分散在有机或无机可交联组合物中的有机或无机着色剂。这种着色剂一般包括颜料、染料或油墨，一般分散在粘结剂中。转印层可任选地包括表面活性剂和其它添加剂。也可加入其它的添加剂，如红外吸收剂、分散剂、表面活性剂、稳定剂、增塑剂、交联剂和涂布助剂。着色剂层也可含有各种添加剂。这些添加剂包括但不限于染料、增塑剂、紫外稳定剂、成膜添加剂和粘结剂，合适的分散树脂包括氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙酸乙烯酯-巴豆酸共聚物、聚氨酯、苯乙烯-马来酸酐半酯树脂、(甲基)丙烯酸类聚合物和共聚物、聚乙烯醇缩乙醛、用酸酐和胺改性的聚乙烯醇缩乙醛、羟烷基纤维素树脂、和苯乙烯丙烯酸类树脂。示例性的彩色转印层组合物包括5-80％重量着色剂、15-95％重量树脂和0-80％重量交联剂、分散剂和添加剂。
示例性的颜料和染料包括NPIRI原料数据手册，第4卷(颜料)中所列的具有良好颜色持久性和透明性的颜料和染料。合适的透明着色剂的实例包括Ciba-Geigy Cromophtal Red A2BTM、Dainich-Seika ECY-204TM、ZenecaMonastral Green 6Y-CLTM和BASF Heliogen Blue L6700FTM。其它合适的透明着色剂包括Sun RS Magenta 234-007TM、Hoechst GS Yellow GG 11-1200TM、Sun GS Cyan 249-0592TM、Sun RS Cyan 248-061、Ciba-Geigy BS MagentaRT-333DTM、Ciba-Geigy Microlith Yellow 3G-WATM、Ciba-Geigy MicrolithYellow 2R-WATM、Ciba-Geigy Microlith Blue YG-WATM、Ciba-Geigy MicrolithRed RBS-WATM、Heucotech Aquis IITM系列中的任何一种、Heucosperse AquisIIITM系列中的任何一种等。另一类可用作本发明滤色层材料的颜料是各种潜在颜料，如购自Ciba-Geigy的潜在颜料。
可以使用着色剂在粘结剂中的非水分散体或水分散体。在非水情况下，溶剂基着色剂分散体可与合适的溶剂基粘结剂(即购自ICI Chemicals的ElvaciteTM丙烯酸类树脂)一起使用。通常可以使用着色剂在粘结剂中的水分散体。在这种情况下，示例性的着色剂包括无粘结剂水分散体形式的颜料(即Heucotech供应的Aquis IITM)和示例性的粘结剂包括特制成有颜料润湿作用的粘结剂(即购自Zeneca Resins的Neocryl BTTM丙烯酸类树脂)。使用合适的粘结剂可有利于在转印过程中形成滤色层的有棱角、清晰边缘。当用高功率光源(如氙闪光灯)诱导着色剂转印时，加入高能或产生气体的聚合物粘结剂(如美国专利5308737和5278023中所述的聚合物粘结剂)是有益的。
该粘结剂体系包括有机和/或无机可聚合和/或可交联的材料(即单体、低聚物、预聚物和/或聚合物)以及任选的引发剂体系。使用单体或低聚物可有助于降低转印层中的粘结剂内聚力，从而提高成橡灵敏度和/或被转印图像分辨率。
用于形成滤色层的颜色一般是加法三原色(即红、绿和蓝)，也可以是减法三原色(如青蓝、红紫和黄色)。每种原色可以有高的色纯度和透明度，且当混合时，具有合适的白色平衡。适用于全色液晶显示器的示例性滤色层可以具有红、绿和蓝光谱特征，如显示与由国际照明委员会(CIE)色品图指定的全国电视标准委员会(NTSC)标准色相近色品的红、绿和蓝光谱特征。
任选的助转印层一般是涂布在给体片最外层的粘合剂(adhesive)层。该粘合剂用于促进着色剂的完全转印，特别是在成像后给体与受体衬底分离的过程中。示例性的助转印层包括室温下稍有粘性或没有粘性的无色透明材料，如ICIChemicals以商品名ElvaciteTM出售的树脂系列(如ElvaciteTM2776)。助转印层也可任选地放在受体上。
再参见图3，在向显示器衬底转印多个滤色层后，且在交联被转印滤色层之前，可以检查滤色层是否有适当的调准和不需要的缺陷等。可以用任何合适的检查方法进行检查。在任选的检查后和交联前，可以除去滤色层，以便重新加工显示器衬底。除去滤色层可以用任何合适的方法进行。一般在交联前使滤色层与可溶解滤色层材料的洗涤溶液接触而除去。滤色层可以用任何合适的方法与任何合适的洗涤溶液接触。上述的方法包括喷雾法、浸渍法和擦拭法。所用的特定洗涤溶液一般取决于滤色层中粘结剂和着色剂的材料。例如，适用于在交联前除去一些丙烯酸类滤色层的洗涤溶液包括稀氨水、氢氧化钠、各种醇和酮和其它相似的合适溶剂。
当使用有源显示器衬底时，除去滤色层重新加工衬底是特别有益的。有源显示器衬底有许多器件，且可能是显示器中较昂贵的元件。因此，在除去滤色层后能重新加工有源衬底可限制浪费和减少成本。
再参见图1，有源层214一般设置在所示的下衬底212上。在一些实施方式中，有源层214可设置在上衬底226上。为简明起见，在本说明书中通过把有源层设置在下衬底上来对其说明，然而应当理解，在本发明中可以把有源层设置在任一个衬底上或两个衬底上。
一般来说，有源层214包括许多可寻址的器件，如薄膜晶体管和许多与上述器件电连接的寻址线路。图2(a)和(b)表示薄膜晶体管20按矩形阵列排列、通过寻址线路32和34寻址且连接到亚像元电极12的特定实施方式。这些亚像元电极一般由透明导电材料制成，每个电极一般覆盖相应于显示器中一个亚像元的区域。示例性的透明导电材料是氧化铟锡(ITO)。显示器中的每个像元或亚像元较好设置一个或多个有源器件，且也可设置一个或多个无源器件，如电容器、电阻器等。例如，加入电容器可以将寻址信号维持更长的时间，从而可以更少地补充像元。这样有助于提高显示器的整体速度和亮度。
为了提高显示器的对比度，通过设置光学密度较高(且优选表面反射性较低)的线条，有源层可任选地包括黑色矩阵。上述的线条分隔像元或亚像元和/或保护有源器件免受不需要的光诱导激发。黑色矩阵可设置在有源层和衬底之间，在有源层中或有源层和液晶层之间。图2(b)中表示了一个将黑色矩阵50设置在有源层上的实施方式。虽然寻址线可用作黑色矩阵，但通常通过淀积分离的黑色矩阵材料来获得更高的光学密度和更低的表面反射率。
合适黑色矩阵材料的实例包括设置成层或粘结剂中颗粒的金属(如铬)；设置成层或粘结剂中颗粒的金属氧化物、氮化物、硫化物等(包括氧化铬、氧化铝等)；设置成层或粘结剂中颗粒的其它不透明无机材料；分散在粘结剂中的有机材料(如炭黑、深色颜料或染料或其它黑色着色剂)。示例性黑色矩阵的光学密度大于2，较好大于2.5。
黑色矩阵可用任何合适的方法设置在有源衬底上。例如，可以用常规的光刻术在有源衬底上形成黑色矩阵图形。黑色矩阵材料也可通过掩膜淀积或用各种常规的印刷方法(包括热印刷头法和喷墨法)直接在衬底上形成图形。在有源衬底上形成黑色矩阵图形的示例性方法是通过选择性把给体元件暴露在成像辐射(如激光或闪光灯发出的成像辐射)把黑色矩阵材料从给体元件选择性热质转印到有源衬底上。下面将更详细地描述这种方法。
当把黑色矩阵材料设置在有源衬底上有源层附近时，该材料宜结合涂层较薄光学密度较高的优点和具有能基本上防止相邻器件间通过黑色矩阵交扰的高电阻率(即1×1010欧姆-厘米或更大)的优点。交扰是器件或电极间不合需要的漏电流或诱导信号电压。可以使用能提供高光学密度和高电阻率优点的各种金属氧化物、氮化物、硫化物等。具有高光学密度和高电阻率且可适用于有源显示器衬底的示例性有机黑色矩阵材料揭示在同时申请的待审美国专利申请09/(相应于代理案号54787USA7A，题为“含有炭黑的黑色矩阵的热转印法”)中。该申请中揭示的黑色矩阵材料特别适用于制造薄型显示器，因为可以用有机材料形成薄的黑色矩阵，同时保持高的光学密度和高电阻率。
在有源显示器的显示衬底上形成黑色矩阵图形的示例性方法包括由给体元件选择性地热质转印黑色矩阵材料。给体元件可通过在给体元件的选择部分上施加定向的热量来进行加热。使用加热元件、把辐射(如光)转化成热量和/或对给体元件层施加电流，可以产生热量。在许多情况下，使用例如由灯或激光器发出的光线进行热转印是有益的，因为这种光线常常可获得准确度和精确度。通过在给体元件上放置辐射吸收层并例如用透过掩膜的定向激光束或闪光灯选择性地辐射给体元件，可以按图形把材料从给体元件转印到受体上。为了把材料从给体转印到受体上，一般可以把成像辐射透射过给体元件。在一些情况下，宜将成像辐射透射过受体。
适于转印黑色矩阵材料的给体元件类似于上述适于选择性热质转印滤色层材料的给体元件。适于转印黑色矩阵材料的示例性给体元件结构揭示在同时申请的待审美国专利申请09/(相应于代理案号54787USA7A，题为“含有炭黑的黑色矩阵的热转印法”)中。一种合适的给体元件结构包括具有任选的底涂层、光热转换层、温度调节内层和黑色矩阵转印层的聚酯薄膜衬底。另一种合适的给体元件具有双层结构，包括底膜和涂布在底膜上可转印的黑色矩阵材料层。该可转印层可用作该结构中的光热转换层。
再参见图2(b)，有源衬底10a上也可包括调平层16。由于有源衬底上设置了许多元件，有源衬底的表面轮廓会不均匀。如果没有调平层，不均匀的表面轮廓可导致上衬底和下衬底之间不均匀的间隔。不均匀的间隔会不适当地影响液晶性能，并且会导致不均匀的显示性能。该调平层可用于提供基本上平的表面，从而在衬底间保持均匀的间隔。调平层材料较好对光线是双折射和基本上透明的，从而不会损害显示性能。合适的调平层材料包括本领域中已知的各种调平层和覆盖层材料，如购自JSR Corporation，Yokkaichi，Japan的液晶显示屏结构的覆盖层材料。
在一个特定的实施方式中，当在图2(b)所示的调平层上形成亚像元电极12时，可以在中间层(如调平层16和滤色层R、G和B)中形成通孔28，从而使亚像元电极12和晶体管20的漏电极26之间形成电接触。这些通孔可用任何合适的技术制成，如蚀刻(如用蚀刻掩膜确定通孔的位置)和激光烧蚀。一个示例性的方法包括在滤色层和调平层上涂覆感光材料，在需要形成通孔位置上的耐光层中光刻产生孔，然后蚀刻调平层和滤色层的暴露部位，形成连接亚像元电极和漏电极的通孔。然后除去感光掩膜。
另一种方法包括把可固化的感光调平层成形为通孔蚀刻掩膜。在这种方法中，可以蚀刻调平层/蚀刻掩膜中由图形孔暴露出的滤色层部分，制成通孔。蚀刻后仍保留感光涂层，形成调平层。
在一个实施方式中，适用于通孔蚀刻法的滤色层制剂包括将着色剂分散在粘结剂中的制剂。上述的粘结剂可溶解于与有源矩阵显示器衬底相容的溶剂中。它的实例包括将着色剂分散在碱溶树脂和水溶热交联剂的滤色层材料中。这种碱溶树脂可包括含有丙烯酸单元或甲基丙烯酸单元的丙烯酸类共聚物，交联剂可包括水溶蜜胺树脂。用于红、绿和蓝滤色层的碱溶滤色层材料的说明性制剂列于表IV中。表IV碱溶滤色层制剂
再参见图2(a)和(b)，透明亚像元电极12可以是任何基本上透光的合适导电材料，且可以用任何合适的图形形成方法(如常规的光刻法和/或通过掩膜溅射淀积法)形成图形。可以使用各种透明的导电氧化物，一般使用氧化铟锡(ITO)。为了通过亚像元电极确定的亚像元区施加均匀的电场，优选在基本上平的表面上形成上述电极。例如，可以将亚像元电极直接形成于下衬底或直接形成于调平层或其它层上。图2(b)表示形成于调平层16上的透明亚像元电极12。
在一个特定的实施方式中，为了提高显示性能，可以对本发明显示器中的液晶材料进行选择。再参见图1，液晶层220可含有适用于电子显示器用途的液晶材料或液晶材料混合物。常用的液晶材料包括向列型、手性向列型和铁电型液晶。这些材料一般按其操作模式进行分类。这些操作模式包括它们在显示器中的取向和施加电场时的行为。
使一些液晶材料取向，会使其在液晶层平面中发生卷起和展开。液晶材料的转动会使透射光偏振通过液晶时发生转动。施加电场会改变液晶材料的转动，从而使透过激活像元区的光线具有与透过非激活像元区的光线不同的取向偏振。一些液晶材料的取向会使它们的分子沿中心轴位于液晶层平面中的圆锥表面倾斜。施加电场时，液晶分子沿该圆锥表面倾斜。这些分子的取向控制了透射光的偏振。
目前最普遍使用的液晶显示模式是扭曲向列(TN)、超扭曲双折射作用(SBE)和动态散射(DS)。所有这些模式都使用向列型或手性向列型(胆甾醇型)液晶。这些显示器都是以施加电场时向列和/或手性向列液晶(或向列或手性向列液晶的混合物)的介电调准效应为基础的。液晶材料的平均分子长轴占施加电场中的优选取向。该取向取决于液晶材料或液晶材料混合物的介电各向异性符号，且当消除施加电场时，这种取向松驰。这种重新取向和重新松驰是慢的，为几毫秒数量级。
虽然向列型和手性向列型液晶是最广泛使用的，但也有液晶显示器使用更高度有序的近晶状液晶。这些显示器也是以液晶的介电重新取向为基础的，且响应时间为毫秒级。液晶领域中的一个最近进展已在微秒开关的显示器中使用了倾斜的手性近晶状液晶。这种液晶也称为铁电液晶(FLC)。因此，本发明的显示器也可使用铁电液晶材料来获得更快的开关速度。液晶显示器中适当调准的铁电液晶材料可具有双稳定性和对称开关性能。这些性能会减少能耗，对此将在如下调准层部分中作更详细的描述。
在一个特定的实施方式中，本发明的显示器可包含铁电液晶材料及其混合物。在一些实施方式中，液晶材料可含有氟化手性铁电液晶组合物。特别合适的最近开发的含氟铁电液晶材料包括美国专利4886619、5082587和5262082中所述的铁电液晶材料。
铁电液晶材料的开发受到了液晶层结构中缺陷的阻碍。产生这些缺陷的原因是冷却时的层收缩(在与倾斜近晶中介相有关的温度范围内)和由此形成的“人字形”层结构(例如参见T.P.Rieker等在Phys.Rev.Lett.59，2658(1987)和Ferroelectrics 113，245(1991)中的论述以及Y.Ouchi等在Jpn.J.Appl.Phys.27，L1993(1988)中的论述)。这些缺陷和人字形层结构常常会导致对比度变劣和双稳定性变不稳定。
为了最大限度地减少这些缺陷，可以按美国专利5417883中所述的方法制备冷却时在至少一个倾斜近晶中介相中收缩的液晶化合物(正化合物)和冷却时在至少一个倾斜近晶中介相中膨胀的液晶化合物(负化合物)的混合物，以控制液晶层的膨胀或收缩性能。这些混合物可用于在倾斜近晶中介相中产生基本上不随温度变化的层间距以及在与非倾斜和倾斜中介相之间过渡有关的温度范围内产生随温度变化较少的层间距。适当混合液晶化合物产生具有互补膨胀性和收缩性的混合物的方法能控制倾斜近晶中介相中的层间距，从而能控制或抑制人字形层结构。这种抑制减少或消除了冷却时在倾斜近晶中介相中形成Z字形调准缺陷，从而提高了光电开关性能，提高了驱动圆锥-倾角率的记忆性和提高了对比度。该方法也能减少或消除由加热和冷却循环引起的应力诱导缺陷和非书架层结构。
可用于负组合物中的优选近晶或潜在近晶状液晶化合物是具有至少一个氟化末端部分和在至少一个倾斜(或潜在倾斜)近晶中介相中具有负热层膨胀性的手性或非手性液晶化合物。另一类优选的化合物是具有至少一个含至少两个链中醚氧原子的氟醚末端部分和负热层膨胀性的手性或非手性液晶化合物。这种化合物例如包含(a)含有至少两个链中醚氧原子的脂族氟烃末端部分；(b)脂族烃末端部分；和(c)连接上述末端部分的中心。该化合物的脂族烃末端部分是手性或非手性的。(这些非手性化合物记载在美国专利5262082(Janulis等)中)。
另一类具有至少一个氟化末端部分且可用于负组合物的优选液晶化合物是具有至少一个氟脂族末端部分的近晶或潜在近晶状、手性或非手性液晶化合物(如美国专利4886619和美国专利5082587中记载的化合物)以及在至少一个倾斜(或潜在倾斜)近晶中介相中具有负热层膨胀性的近晶或潜在近晶状、手性或非手性液晶化合物。例如，现已发现5-己基-2-(4’-1，1-二氢全氟辛氧基)苯基嘧啶具有这种性质，且适用于这种用途。
在至少一个倾斜(或潜在倾斜)近晶中介相中具有能抵销与分子倾斜有关的层收缩的机理并在该中介相中具有负热膨胀性的其它液晶化合物也可以用于这种负组合物(negative composition)中。
适于与上述负组合物混合使用的液晶组合物是在至少一个倾斜(或潜在倾斜)近晶中介相中具有净正热层膨胀和含有至少一种近晶或潜在近晶状液晶化合物的组合物。适于加入具有净正热膨胀性能的液晶组合物(下文中称为“正组合物”)中的近晶状(或潜在近晶状)液晶化合物包括具有脂族末端部分和在至少一个倾斜(或潜在倾斜)的近晶中介相中具有正热层膨胀性能的手性和非手性液晶化合物，如D.Demus等，Flussige Kristalle in Tabellen，VEBDeutscher Verlag fur Grundstoffindustrie，65-76和260-62页，Leipzig(1974)和S.Kumar，Phys.Rev.A 23，3207(1984)中记载的烷基、烷氧基苯基嘧啶和烷氧基、烷氧基苯甲酸苯酯之类的化合物；具有至少一个氟脂族末端部分的手性或非手性液晶化合物(如美国专利4886619和美国专利5082587中记载的化合物)以及在至少一个倾斜(或潜在倾斜)近晶中介相中具有正热层膨胀性的手性或非手性液晶化合物；具有至少一个仅含一个链中醚氧原子的氟醚末端部分和在至少一个倾斜(或潜在倾斜)近晶中介相中具有正热层膨胀性的的手性和非手性液晶化合物。后一种化合物例如可以是包含(a)含有一个链中醚氧原子的脂族氟烃末端部分；(b)脂族烃末端部分；和(c)连接上述末端部分的中心的化合物。
当具有含至少两个链中醚氧原子的氟醚末端部分的化合物用作负组合物的主组分时，该组合物优选与含(作为主组分)至少一个带有氟脂族末端部分(更好带有仅含一个链中醚氧原子的氟代醚末端部分)的手性或非手性液晶化合物的正组合物(positive composition)组合。从溶混性的角度来看，这种混合物是优选的。
液晶显示器的一个重要的特点是它的响应时间，即显示器从开(亮)状态转换到关(暗)状态所需的时间。在铁电或反铁电显示器中，响应时间与该显示器中所含的液晶化合物的转动粘度成正比，而与它们的偏振度和施加的电场成反比。因此，使用偏振度高或粘度低的化合物可以缩短响应时间。简要地说，适用于本发明且提供快响应时间的液晶材料包括含近晶中介相或潜在近晶中介相的含氟、手性液晶化合物。(具有潜在近晶中介相的化合物是指那些本身没有近晶中介相，但当与具有近晶中介相的化合物或具有潜在近晶中介相的其它化合物混合时在适当的条件下显示近晶中介相的化合物)。提供快响应时间的手性液晶化合物包括如下美国专利5885812、5702637、5658491、5482650、5474705、5437812、5417883、5399291、5377033、5262082、5254747、5082587、5062691和4886619中所揭示的材料。
通过在本发明的显示器中使用上述合适的液晶混合物可获得的另一个优点是低的双折射。这些含氟液晶化合物的低双折射(相对于不含氟的类似物)可以制造间距大一点但不会大量损失光透射的器件。例如通过具有两个偏振层的表面稳定化铁电器件(如美国专利4367924所述)的光透射用如下公式表示I＝I0(sin2(4Θ))(sin2(πΔndλ))式中I0是通过平行偏振层的透射，Θ是液晶材料倾斜角，Δn是液晶双折射，d是器件间距，λ是所用光线的波长。为了使透射最大化，sin2(4Θ)和sin2(πΔndλ)应最大。当每一项等于1时，就会这样。当倾斜角等于22.5°时，第一项是最大值。它是液晶的一个函数(function)，且对于给定的材料在给定的温度下是固定的。当Δnd＝λ/2时，第二项最大。这表明本发明材料的纸双折射临界状况。在给定波长的情况下，低的双折射容许更大的器件厚度d。因此，在透射仍保持最大的条件下，较大的器件间距有利器件的制造。
再参见图1，为了在液晶层220的界面上产生所需的液晶材料取向，可以将调准层218和222涂覆在显示器衬底元件的部分内表面上。适当调准液晶分子可以让光线旋转与液晶单元中偏振层调准成互补的角度。常用的特定调准层取决于所用液晶材料的类型。调准层材料的实例包括一些聚酰亚胺、聚酰胺、聚酯、聚硅氧烷、尼龙共聚物、有机倍半氧化硅聚合物和能置于显示器衬底上并调准取向的其它合适聚合物。也可使用无机调准层，如氧化硅。使聚合物调准涂层取向的常用方法是物理磨擦法。调准层218和222可以是提供对称和不对称调准的相同或不同材料。特别有用的不对称调准方案(scheme)记载在美国专利5337033和5831705。
当使用铁电液晶材料时，提供良好双稳定性和对称开关性的调准层方案可以使显示器具有较低的能耗。良好的双稳定性和对称开关电势可以减少由于电荷积聚而需要频繁像元复位和/或消偏振。适用于这些目的的调准层方案记载在美国专利5831705中。
在具体的实施方式中，本发明的显示器包括选用于提高总体显示性能的间隔物。再参见图1，为了保持上衬底226和下衬底212间所需的间距，可以在液晶层220中设置间隔物(未画出)。例如，图2(b)显示设置在液晶层40中的间隔物42，以保持上衬底10b和下衬底10a间的间距。控制平板显示器结构中的间距和机械力通常对于显示器的性能来说是关键的，且可取决于在显示器中加入物理间隔物。在液晶显示器(LCD)中，离开显示器的光线的偏振度部分取决于通过液晶层的光程长度。在目前的显示器技术中，液晶层的厚度取决于间隔物。这种间隔物可以取颗粒状(即球状珠或纤维)、柱状结构(即柱子)、微型肋(microrib)等形式。
控制液晶层厚度的一种常用方法是在衬底或调准层的整个表面上淀积随机分布和粒度分布窄的颗粒。该方法的一个明显缺陷是不能控制颗粒的位置，从而使较高百分数的颗粒出现在显示窗口中，结果减少了通过显示器的光线量。在许多应用中，这些颗粒不能固定在衬底上，且可以移动或迁移，会使这些颗粒出现在显示单元中的这些区域中。为了防止颗粒迁移，通常对相对的显示衬底加压，使较小的间隔物颗粒固定。一般来说，较厚的玻璃衬底是优选的，因为它能耐压缩步骤，和能耐压缩过程中由较大的受压间隔物颗粒引起的局部变形。
也可选择性地将间隔物放在液晶显示器中衬底元件间的所需位置，例如用光刻技术和热质转印技术。用这些技术可以形成一般包含粘结剂材料的高度均匀的间隔物。这种粘结剂材料通过与衬底粘接可有助于防止间隔物的迁移。另外，在组装过程中，粘结剂材料可以为间隔物提供更高的可压缩性，减少组装时对玻璃衬底的应力，组装后将其固化，从而保持所需的间距。间隔物的大小也可更好地控制。这些因素有利于使用更薄的玻璃衬底。
选择性放置的间隔物也可用作黑色矩阵。例如，光学密度高(如2或更大)的间隔物可选择性地与有源衬底上的器件对准，以防止不合需要地光诱导激活器件。图2(b)表示间隔物42与晶体管20对准的结构。
一种将均匀的间隔物设置在平板显示器中的示例性方法记载在美国专利5710097中。通过选择性地辐射热转印给体片，可以把间隔物元件放在衬底之间。上述的热转印给体片包括(a)载体、(b)任选的光热转换层、(c)任选的不可转印的内层、(d)可转印的间隔层和(e)任选的粘合剂层。该方法包括如下步骤(i)使受体和上述的热转印给体片紧密接触，(ii)用成像辐射辐射热转印给体片或受体(或其一部分，即衬底、间隔物层、内层、光热转换层和/或粘合剂层)中的至少一个，在受辐射区中提供足够的热量，以把间隔物层转印到受体上，和(iii)把受辐射区中的可转印间隔物层转印到受体上。
通过在载体上淀积层(b)、(c)、(d)和/或(e)，可以制备热转印给体片。这种载体可以用已知可用作热转印给体片载体的任何材料制成。该载体可以是刚性片材(如玻璃)或软薄膜。该载体可以是光滑或粗糙、透明、不透明、半透明、片状或非片状的。合适的薄膜载体包括聚酯(特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN))、聚砜、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、纤维素酯(如乙酸纤维素和丁酸纤维素)、聚氯乙烯及其衍生物，以及含有一种或多种上述材料的共聚物。载体的常见厚度约为1-200微米。
可转印间隔物层可包括有机材料、无机材料或含有有机材料或无机材料并加入颗粒或纤维的复合材料。合适的材料包括许多已知的聚合物、共聚物、低聚物和/或单体。合适的聚合物粘结剂包括热固性、可热固性或热塑性聚合物之类的材料。这些材料包括酚醛树脂(即可溶性酚醛树脂和线性酚醛树脂)、聚乙酸乙烯酯、聚偏二氯乙烯、聚丙烯酸酯、纤维素醚和纤维素酯、硝基纤维素、聚碳酸酯、聚砜、聚酯、苯乙烯-丙烯腈聚合物、聚苯乙烯、纤维素醚和纤维素酯、聚缩乙醛、(甲基)丙烯酸酯聚合物和共聚物、聚偏二氯乙烯、α-氯代丙烯腈、马来酸树脂和共聚物、聚酰亚胺、聚酰胺酸、聚酰胺酸酯以及它们的混合物。
当可转印的间隔物层包含可热固化粘结剂时，转印到受体上后可将该可热固化粘结剂交联。该粘结剂可以用适用于特定可热固化粘结剂的任何方法交联，例如使可热固化粘结剂受热、用合适的辐射源辐射或加入化学固化剂。
可以在可转印间隔物层中加入颗粒或纤维，形成复合材料。在可转印间隔物层中加入颗粒或纤维可以用间距大小小于或等于特定显示器中所需间距的任何已知颗粒或纤维进行。这些颗粒可以有小于可转印间隔物层厚度或大于可转印间隔物层厚度的间距尺寸。当粒度较小时，可转印间隔物层的厚度控制显示器中的间距，而当使用较大的颗粒时，复合材料中所用颗粒的间隔大小控制显示器中的间距。优选的是，至少5％颗粒的间距大小大于间隔物层的厚度。更优选的是，至少10％颗粒的间距大小大于间隔物层的厚度。任一种方法都可用作在显示器中获得衬底均匀分隔和支承的手段。合适的颗粒包括具有任何合适形状(如球形、棒形、柱形、三角形和梯形)和均匀粒度分布并能保持所需间隔的有机和/或无机材料(实心或空心)。优选的颗粒包括由玻璃或塑料制成的通用液晶显示器间隔球、间隔棒等，如日本公开专利申请HEI7-28068、美国专利4874461、4983429和5389288中揭示的间隔物。在液晶显示器中，颗粒粒度分布的标准误差较好为平均颗粒间距大小(即球形或圆柱形颗粒的平均直径或圆柱形颗粒的平均高度)的+/-20％，该标准误差更好为上述平均值的+/-10％，最好为上述平均值的+/-5％。当使用纤维时，尺寸一般测量为纤维的旦尼尔(或纤度)。
也可加入分散剂、表面活性剂和其它添加剂(即抗氧剂、光稳定剂和涂布助剂)，以促进颗粒和/或纤维的分布或赋予可转印间隔物层本领域中普通技术人员已知的其它所需性能。
显示器中受力元件(例如在间隔物层含有颗粒间隔大小超过可转印间隔物层厚度的颗粒的情况下，受力元件为上述的颗粒，在间隔物层不含颗粒间隔大小超过可转印间隔物层厚度的颗粒时，受力元件是可转印间隔物层)的可压缩性应足以在相应的显示器中保持均匀的间距。
放置间隔物的受体可以是任何得益于施加间隔物的平板显示器元件。间隔物可精确地设置在所需的位置上，以避免显示器的显示窗中的光干扰。为了有助于把可转印间隔物层转印到受体上，可以任选地在受体上涂布粘合剂面涂层。
再参见图1，下衬底212和上衬底226可以是任何适用于显示用途的衬底。适用于本发明透射或透反射液晶显示器中的衬底包括基本上能透过可见光的刚性或软性衬底。非双折射的衬底是特别适用的。刚性衬底的实例包括玻璃、低温度聚硅氧烷(LTPS)和刚性塑料。合适的软性衬底包括基本上透明和透射的聚合物膜。合适的聚合物衬底包括聚酯衬底(如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯)、聚碳酸酯树脂、聚烯烃树脂(聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯醇缩乙醛等)、纤维素酯衬底(如三乙酸纤维素、乙酸纤维素)和在各种成像领域中用作载体的其它常规聚合物膜。厚度为2-100密耳(即0.05-2.54毫米)的透明聚合物膜衬底是优选的。
玻璃衬底的优选厚度为0.2-2.0毫米。通常宜使用厚度为1.0毫米或更薄，优选为0.7毫米或更薄的玻璃衬底。较薄的衬底制成更薄和重量更轻的显示器。然而，某些加工、操作和组装条件要求使用较厚的衬底。例如，一些组装条件可能要对显示器组件进行压缩，以固定放在衬底之间的间隔物的位置。分布这些间隔物有助于保持衬底间的均匀间隔，以便以后可加入液晶材料。在这些组装条件下，合适的衬底应能耐压缩间隔物所需的压力以及能耐承受较高压缩应力的较大间隔物引起的局部形变。为了获得特定显示器尺寸的优选结构，可以平衡适用于较轻显示器的薄型衬底和适于可靠操作和加工的厚型衬底的竞争关系。如上所述，本发明的改进显示器可包含能可靠地组装衬底较薄显示器的间隔物。
如果衬底是聚合物薄膜，优选的薄膜是非双折射的，这样就基本上防止对包含这种薄膜的显示器操作的干扰。示例性的非双折射衬底是溶剂流铸的聚酯。它的常见实例是由9，9-二(4-羟苯基)-芴、间苯二甲酸、对苯二甲酸或它们混合物产生的重复共聚单元构成或基本上由这些重复共聚单元构成的聚合物制成的衬底。上述聚合物中低聚物(即分子量约为8000或更低的化学物质)的含量足够低，从而可以形成均匀的薄膜。美国专利5318938中将这种聚合物揭示为热转印受体元件的一个组分。另一类非双折射衬底是非晶态聚烯烃(如以商品名ZeonexTM购自Nippon Zeon Co.，Ltd.的产品)。
在本发明显示器的具体实施方式
中，为了改善显示性能，可选择下偏振层(或偏振层的组合)。再参见图1，偏振层210可以是反射性偏振层、二向色性偏振层或其它合适的偏振层或偏振层组合。对于用光源(如光源202)从下衬底212的下方照射显示器的逆光照明显示模式，示例性的偏振层210是反射性偏振层和二向色性偏振层的组合。例如，图2(b)表示包括反射性偏振层60和二向色性偏振层62的复合下偏振层64。示例性的复合偏振层揭示在国际公报WO95/17691中。可以将反射性偏振层和二向色性偏振层相互靠近，较好粘合在一起，以消除偏振层之间的气隙。特别合适的反射性偏振层/二向色性偏振层复合层是将聚乙烯醇(PVA)涂层涂在多层双折射反射性偏振层上且一致取向的复合层。如国际公报WO95/17691所述，对聚乙烯醇进行染色，以在反射性偏振层上形成二向色性偏振涂层。涂在反射性偏振层上的二向色性偏振层复合层可以提供薄而有效的偏振层。
在本发明显示器的下偏振层中加入反射性偏振层的优点是可以用反射性偏振层反射具有不合需要偏振态的光线，并将其循环透射通过反射性偏振层。按这种方式循环光线可以相对于使用吸收性偏振层让更多的光线通过显示器。这样可以让使用低功率的显示器更明亮。特别合适的反射性偏振层包括美国专利5686979和国际公报WO95/17691中所述的双折射多层反射性偏振层和国际公报WO97/32226中所述的双折射漫反射偏振层。当按上述方法将双折射多层反射性偏振层与二向色性偏振涂层结合时，可以获得特别薄的复合反射性/二向色性偏振层。这种偏振层也提高显示器的亮度。
在没有在本申请中详细描述的任何元件的存在下，也可适当地实施本发明。
本领域中的普通技术人员在阅读了说明书后，可以在不偏离本发明范围和精神的条件下明白本发明的各种改进和变化。因此，本发明受权利要求书及其等当物的限定。
权利要求
1.一种电子显示器，它包括光源；用于透射和使一部分光源发出的光线起偏的偏振层；和用于利用透过偏振层的偏振光线的液晶显示屏，该显示屏包括下衬底、与下衬底间隔一定距离的上衬底、放在上下衬底间并包含氟化手性铁电液晶材料的双稳定液晶层、和放在下衬底和液晶层之间的多色有源层，该多色有源层包括许多与透明导电亚像元电连接的可独立寻址的有源元件以及多个热转印滤色层，该滤色层含有分散在交联组合物中的着色剂，每个滤色层与一个或多个透明导电亚像元调准。
2.如权利要求1所述的电子显示器，其特征在于它还包括设置在有源衬底上用于分隔亚像元的黑色矩阵，所述黑色矩阵的光学密度足以提供亚像元之间的光学对比度和基本上能防止相邻可独立寻址晶体管之间交扰的电阻率。
3.如权利要求1所述的电子显示器，其特征在于它还包括许多放在第一和第二衬底之间用于保持它们之间基本上均匀间隙的间隔物。
4.如权利要求3所述的电子显示器，其特征在于所述的间隔物是选择性热质转印的。
5.如权利要求1所述的电子显示器，其特征在于所述的偏振层包括双折射反射性偏振层以及插在该反射性偏振层和下衬底之间的二向色性偏振层。
6.一种电子显示器，该显示器包括第一透明衬底，该第一衬底上有许多可独立寻址的薄膜晶体管，每个晶体管与相关透明导电亚像元电连接；与第一透明衬底相隔一定距离的第二透明衬底；置于第一衬底和第二衬底之间的液晶层；和置于第一衬底和液晶层之间的多个热转印滤色层，所述的滤色层包含分散在交联组合物中的着色剂，每个滤色层与一个或多个与晶体管相连接的透明导电元件相调准。
7.如权利要求6所述的电子显示器，其特征在于它还包括设置在第一衬底上的黑色矩阵，所述黑色矩阵的光学密度足以提供亚像元之间的光学对比度和基本上能防止相邻可独立寻址晶体管之间交扰的电阻率。
8.如权利要求6所述的电子显示器，其特征在于它还包括许多放在第一和第二衬底之间用于保持它们之间基本上均匀间隙的间隔物。
9.如权利要求8所述的电子显示器，其特征在于设置间隔物，以防止光诱导激活所述的晶体管。
10.如权利要求6所述的电子显示器，其特征在于它还包括光源和反射性偏振层，该反射性偏振层用于把由所述光源发出并具有第一偏振态的光线透射到液晶层中，并把具有第二正交偏振态的光线反射回光源。
11一种彩色显示器衬底的制造方法，该方法包括以下步骤提供显示器衬底；把多个滤色层热质转印到所述衬底的选择部位，每个滤色层含有分散在交联组合物中的着色剂；和在转印步骤后使上述的滤色层交联。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于它还包括以下步骤在转印步骤后和交联步骤前检查所述的滤色层，如有必要，进行洗涤步骤，以从所述衬底上除去滤色层，以便对所述的有源衬底进行重新加工。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述热质转印多个滤色层的步骤包括提供给体片，该给体片包括底层、光热转换层和转印层，所述的转印层含有分散在可交联组合物中的着色剂；将所述的转印层放在接近所述显示器衬底的地方；和选择性辐射部分给体片，以把部分转印层从所述的给体片热转印到所述显示器衬底上。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于它还包括在所述显示器衬底上形成黑色矩阵的步骤。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述的显示器衬底包括许多可独立寻址的有源器件。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于它还包括在滤色层中形成通孔的步骤，从而使所述透明导电亚像元电极电连接到可独立寻址的有源器件上。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于所述在滤色层中形成通孔的步骤包括在所述的滤色层上用感光材料形成图形，然后蚀刻由图形感光材料暴露出的滤色层部分。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于所述在滤色层中形成通孔的步骤包括激光烧蚀部分滤色层。
19.一种显示器衬底的制造方法，它包括如下步骤提供上面有许多可独立寻址的有源器件的有源显示器衬底；把多个滤色层热转印到所述的有源衬底上，每个滤色层含有分散在可交联组合物中的着色剂；在转印步骤后检查所述的滤色层；如有必要，进行洗涤步骤，以从所述有源衬底上除去滤色层，以便对所述的有源衬底进行重新加工；和检查步骤后将所述的滤色层交联。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于所述热转印多个滤色层的步骤包括提供给体片，该给体片包括底层、光热转换层和转印层，所述的转印层含有分散在可交联组合物中的着色剂；将所述的转印层放在接近所述有源衬底的地方；和选择性辐射部分给体片，以把部分转印层从所述的给体片热转印到所述有源衬底上。
全文摘要
本发明提供一种包括选用于提高显示性能的元件的改进电子显示器。该改进的显示器包括一种有源衬底。该有源衬底包括许多薄膜晶体管和许多热转印滤色层。该滤色层包括交联粘结剂中的着色剂。该有源衬底也包括黑色矩阵。为提高亮度、能耗、响应时间、重量和厚度之类的显示性能,也可选择改进显示器的其它元件,如液晶材料、间隔物和下偏振层。本发明也提供这种显示用滤色层衬底的制造方法。这种方法包括下列步骤:热质转印多个滤色层,转印后使这些滤色层交联。在交联步骤前,可以对这些滤色层进行检验和清除,以便重新加工衬底。
文档编号G02F1/1335GK1361880SQ9981667
公开日2002年7月31日 申请日期1999年9月17日 优先权日1999年5月14日
发明者P·F·盖埃勒, T·A·伊斯伯格, 水野一彦, 野田一树, R·帕迪雅思, R·J·波科尔尼, J·S·斯塔拉, J·C·钱格 申请人:3M创新有限公司