專利名稱：彩色液晶顯示器用有源襯底及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改進(jìn)的彩色電子顯示器、電子顯示器用有源襯底和電子顯示器用的包括濾色層的有源元件的制造方法。
背景在制造全色有源矩陣液晶顯示器(LCD)時(shí)遇到許多困難，特別是為了使顯示器變得尺寸更大、亮度更高、形狀更薄、重量更輕、分辨率更高、開關(guān)速度更快和成本更低，要求也越來越多。
有源矩陣液晶顯示器通常包括置于有源襯底和無源(被動(dòng))襯底之間的液晶材料。該有源襯底一般具有排列在像元中的薄膜晶體管規(guī)則陣列(即矩陣)。為了增加色彩，為液晶顯示器的每個(gè)像元配置濾色層。目前，有源矩陣顯示器中的濾色層一般用光刻術(shù)或直接印刷技術(shù)形成于平的無源襯底上。
發(fā)明概述增加電子顯示器的尺寸和/或分辨率也增加了顯示器中控制像元的數(shù)目。控制像元越多，有關(guān)電子開關(guān)速度、液晶響應(yīng)時(shí)間和濾色層排列的問題就越來越重要。例如組裝彩色液晶顯示器時(shí)，不適當(dāng)對準(zhǔn)或有其它缺陷的濾色層必定在加工過程中使濾色層襯底報(bào)廢。當(dāng)顯示器中像元數(shù)目增加時(shí)，相關(guān)的廢品成本和誤差概率就會增加。另外，對具有更薄更輕結(jié)構(gòu)，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顯示器的需求不斷增長。
本發(fā)明提供改進(jìn)的液晶顯示器結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)具有選擇用于提高顯示器整體性能的元件?？梢赃x擇元件，制造本發(fā)明的改進(jìn)顯示器。這種顯示器例如具有更高的亮度、更低的能耗和/或更快的開關(guān)速度。本發(fā)明也包括更薄更輕但仍保持可靠性和耐久性的改進(jìn)顯示器。
按照本發(fā)明可以選擇如下元件來獲得更高的顯示性能。例如為了提高顯示器的孔徑比，可以在有源矩陣顯示器的有源襯底上配置濾色層，從而讓更多的光線通過顯示器?？梢赃x擇液晶材料和調(diào)準(zhǔn)層(alignment layer)來提高響應(yīng)時(shí)間，降低能耗和提高對比度。可以配置能使結(jié)構(gòu)更薄和更耐久的間隔物。可以使用在相同的照明條件下通過增加亮度而提高照明效率的反射偏振層。例如為了協(xié)同地提高一種或多種顯示性能，可以單獨(dú)或組合地選擇這些和那些元件。
本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種改進(jìn)彩色有源矩陣液晶顯示器。一個(gè)實(shí)施方式提供的電子顯示器包括(i)光源；(ii)用于透射和基本上使光源發(fā)出的光線起偏的偏振層和(iii)用于利用通過偏振層的光線的液晶顯示屏。該顯示屏包括下襯底、與下襯底間隔一定距離的上襯底、放在襯底間的液晶層和放在下襯底和液晶層之間的多色有源層。多色有源層包括許多與透明導(dǎo)電亞像元電連接的可獨(dú)立尋址的有源元件以及分別與一種或多種透明導(dǎo)電亞像元配準(zhǔn)的多個(gè)濾色層。該濾色層含有分散在交聯(lián)組合物中的著色劑，且用熱轉(zhuǎn)印材料制成。液晶層可包含氟化手性鐵電液晶材料。
在另一種實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種彩色有源矩陣液晶顯示器。該顯示器包括第一透明襯底、與第一透明襯底相隔一定距離的第二透明襯底、置于第一襯底和第二襯底之間的液晶層和置于第一襯底和液晶層之間的多個(gè)濾色層。第一襯底上有許多與相關(guān)透明導(dǎo)電亞像元電連接的可獨(dú)立尋址的薄膜晶體管。上述的濾色層包含含著色劑的熱轉(zhuǎn)印材料，每個(gè)濾色層與一個(gè)或多個(gè)與晶體管相連接的透明導(dǎo)電元件相調(diào)準(zhǔn)。
一個(gè)可選用于提高本發(fā)明顯示器性能的元件是濾色層。因此，本發(fā)明提供一種制造濾色層的新方法。在一個(gè)方面，為了能檢查和清除(如有必要)濾色層，可以在交聯(lián)前轉(zhuǎn)印多個(gè)濾色層，從而可以對顯示器襯底進(jìn)行重新加工。
在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種制造液晶顯示器襯底濾色層的新方法。該方法包括如下步驟提供顯示器襯底；把多個(gè)濾色層熱質(zhì)轉(zhuǎn)印到上述襯底的選擇部位，每個(gè)濾色層含有分散在交聯(lián)組合物中的著色劑；和在轉(zhuǎn)印步驟后使上述的濾色層交聯(lián)。在把多個(gè)濾色層轉(zhuǎn)印到顯示器襯底上后，且在交聯(lián)前，可任選地檢查這些濾色層，例如為了確定是否存在缺陷和配準(zhǔn)是否適當(dāng)。如果濾色層不能滿足檢查標(biāo)準(zhǔn)，可以用洗滌步驟將其除去。洗滌后，可通過轉(zhuǎn)印另一些濾色層對上述的顯示器襯底進(jìn)行重新處理。
本發(fā)明的方法特別適用于把多個(gè)濾色層熱轉(zhuǎn)印到彩色有源矩陣顯示器的有源襯底。在這種情況下，可以把具有許多可獨(dú)立尋址的有源元件的有源襯底作為用于熱轉(zhuǎn)印本發(fā)明濾色層的顯示器襯底。
附圖簡介

圖1是液晶顯示器200的示意性截面圖。
圖2(a)是電子顯示器的有源襯底元件300的示意性平面圖。
圖2(b)是包括有源襯底元件300實(shí)例的液晶顯示屏310沿圖2(a)中線2b所作的示意性截面圖。
圖3是本發(fā)明方法中的示意性工藝流程圖。
詳細(xì)描述本發(fā)明涉及改進(jìn)的有源矩陣彩色顯示器和彩色顯示器襯底的制造方法。該改進(jìn)的顯示器包括選用于提高有源矩陣顯示器性能的元件。該改進(jìn)的顯示器也可包括按本發(fā)明方法制得的濾色層襯底。本發(fā)明方法包括把多個(gè)濾色層熱轉(zhuǎn)印到顯示器襯底上和轉(zhuǎn)印后將這些濾色層交聯(lián)。
液晶光調(diào)制器一般用于需要把像元化信息直觀地顯示給用戶或觀察者的電子顯示器中。液晶光調(diào)制器的其它用途包括把信息透射成液晶光調(diào)制器可控制的光線的數(shù)據(jù)傳輸裝置。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，光線可從一臺裝置“顯示”到另一臺裝置上，不必直接顯示給用戶或觀察者。因此，本申請中所用的術(shù)語“液晶顯示器”、“電子顯示器”和“液晶光調(diào)制器”的含義包括用于調(diào)制顯示器光傳輸?shù)碾娮悠骷?，不論其顯示給被動(dòng)觀察者、主動(dòng)用戶、主動(dòng)或被動(dòng)裝置，還是顯示給照相膠片、投影屏等。
圖1示意性地表明可包含在本發(fā)明的改進(jìn)顯示器200中的元件。在不同的實(shí)施方式中，為了提高顯示器性能(包括更高的亮度、更低的能耗、更快的開關(guān)速度和更薄的整體結(jié)構(gòu))，可以選擇(單獨(dú)或組合地)這些和那些元件(下面詳述)。簡要地說，顯示器200的可選元件可包括下偏振層210、下襯底212、有源層214、濾色層216、下調(diào)準(zhǔn)層218、液晶層220、上調(diào)準(zhǔn)層222、支撐電極層224、上襯底226和上偏振層228。在整個(gè)說明書中所用的術(shù)語“有源層”是指電子顯示器結(jié)構(gòu)中包含一個(gè)或多個(gè)有源元件的層，“有源襯底”是指具有有源層的襯底。有源元件的實(shí)例包括晶體管、計(jì)數(shù)器、柵等元件，而無源元件的實(shí)例包括電容器、電阻器等元件。下面討論中對可包括在本發(fā)明顯示器中的這些和那些層和元件將作更詳細(xì)的說明。
圖1也表示了可用于照明顯示器200的內(nèi)光源202。雖然顯示器200表示為透射顯示器，但應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明的各種特征也可用于透反射(transflective)顯示器和反射顯示器。這些顯示器可用環(huán)境光或內(nèi)光源和前光導(dǎo)從前面照明。
如圖1中240區(qū)所示，顯示器200可任選地包括位于光源202和偏振層210之間的各種光學(xué)元件和/或光控膜。這些元件可單獨(dú)配置或組合配置，以提高顯示器的整體性能。合適元件的實(shí)例包括用于上棱鏡結(jié)構(gòu)、下棱鏡結(jié)構(gòu)和/或與另一片亮度增強(qiáng)膜結(jié)合使用的亮度增強(qiáng)膜(BEF)片(購自美國3M公司)、光控膜片(以商品名DBEF購自美國3M公司)、轉(zhuǎn)向膜或其它光線改向膜、膽甾醇型(choresteric)反射偏振層(如以商品名NIPPOX購自Nitto Denko的反射偏振層)、漫反射偏振膜(如美國專利5783120和國際公報(bào)WO97/32223中所述的偏振膜)、延遲膜、透鏡和透鏡陣列以及其它的這類膜和光學(xué)元件。
本發(fā)明改進(jìn)顯示器的一個(gè)實(shí)施方式是圖2(a)中所示的濾色層有源襯底元件300。這種元件例如可用于圖2(b)所示的有源矩陣液晶顯示器310中。這些具體的實(shí)施方式是說明性的，并不限制本發(fā)明的范圍。在簡要說明所示的各種元件后，下面將更詳細(xì)地說明圖2(a)和(b)中所示的各種元件以及為提高整體顯示器性能而選擇這些元件的方法。
圖2(a)表示一部分用于電子顯示屏的有源襯底元件300的平面圖。襯底元件300可用合適的元件結(jié)合成透射電子顯示器、透反射電子顯示器或反射電子顯示器。這些顯示器的大小可以從微型顯示器(1厘米或更小)到小型顯示器(約1至幾厘米)、大型顯示器(10到幾十厘米)和超大型顯示器(1米或更大)。襯底元件300有許多排列成規(guī)則圖形的可獨(dú)立尋址元件20，如薄膜晶體管(TFT)。這些晶體管與尋址線和其它(任選的)可配置的有源或無源元件，包括其它晶體管、電容器、電阻器、有機(jī)或無機(jī)發(fā)光器和其它相似的元件一起形成有源層。薄膜晶體管20通常設(shè)置在圖2(a)所示的矩形陣列中，雖然它們也可按任何合適的方法排列。可以把透明亞像元電極12與晶體管20相連接在一起，以便能把電場獨(dú)立地施加到每個(gè)亞像元區(qū)中，從而在選擇的顯示器亞像元中使液晶材料重新取向。用下面將詳述的本發(fā)明方法可以把濾色層R、G和B設(shè)置在有源襯底元件300上。
通過從一系列并聯(lián)柵驅(qū)動(dòng)電極32之一對相連的柵電極22施加電壓，使由一系列并聯(lián)信號驅(qū)動(dòng)電極34之一提供的信號從晶體管20的源極24傳遞到晶體管20的漏極26，可以尋址各個(gè)晶體管20。漏極26可以電連接到相關(guān)的透明亞像元電極12上。如果一些層隔離透明亞像元電極12和漏極26，可以通過居間層上的通孔28進(jìn)行電連接。通過這樣尋址晶體管，可以在與晶體管相連的透明亞像元電極和設(shè)置在相對襯底上的電極之間的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生電場。與每個(gè)透明亞像元電極相關(guān)的區(qū)域確定了顯示器中的亞像元。為了增加色彩，可以為每個(gè)亞像元配置濾色層。在全色顯示器中，一個(gè)完整的像元由三個(gè)相鄰的亞像元組成，這些亞像元分別有不同的濾色層，一般是紅色、藍(lán)色和綠色(雖然也可使用其它的顏色組合，如藍(lán)綠色、紅紫色和黃色)。
圖2(b)表示一部分包含圖2(a)所示的有源襯底元件300實(shí)例的液晶顯示屏310。沿圖2(a)中的線2b對顯示屏310作截面圖。該電子顯示屏310包括下(有源)襯底10a、上(無源)襯底10b和夾在這些襯底之間的各種元件。下襯底10a包括一系列可獨(dú)立尋址的薄膜晶體管元件20。這些元件可通過與源電極24電連接的信號驅(qū)動(dòng)電極34和與柵電極22電連接的柵驅(qū)動(dòng)電極(未畫出)進(jìn)行尋址。將高電導(dǎo)率的驅(qū)動(dòng)電極(driver electrode)與薄膜晶體管結(jié)合使用，可以縮短開關(guān)時(shí)間。在薄膜晶體管上可設(shè)置濾色層R、G和B。為了防止環(huán)境光不適當(dāng)?shù)丶せ畋∧ぞw管，也可以用下面將詳述的方法在薄膜晶體管的上面淀積任選的黑色矩陣(black matrix)材料50。為了使亞像元清晰(delineate)和提供更高的對比度，也可把黑色矩陣50淀積在有源襯底上?？扇芜x地設(shè)置偏振層16，以產(chǎn)生均勻的表面來粘貼透明亞像元電極12。
在偏振層16和濾色層R、G和B中可設(shè)置通孔28，從而可以在圖2(b)所示的TFT漏極26和透明導(dǎo)電電極12之間進(jìn)行電連接。在透明導(dǎo)電電極上可設(shè)置調(diào)準(zhǔn)層18a，以使顯示器中所用的液晶材料取向。上襯底10b上也可設(shè)置調(diào)準(zhǔn)層18b。視所需的液晶調(diào)準(zhǔn)而異，調(diào)準(zhǔn)層18b可以與調(diào)準(zhǔn)層18a相似或不相似。為了保持上襯底和下襯底之間的均勻間隙，可設(shè)置間隔物42，且可將液晶材料40加入上述襯底間的間隙中。視間隔物42如何設(shè)置，剩余粘結(jié)材料44的用量與間隔物有關(guān)。如下所述，為了防止晶體管被不適當(dāng)?shù)墓庹T導(dǎo)激活，可以選擇性地淀積間隔物，從而形成例如直接位于薄膜晶體管上方的黑色矩陣。
上襯底10b具有透明電極12’。這種電極通常稱為持續(xù)電極(sustainelectrode)。電極12’用作亞像元電極12的對電極.例如，持續(xù)電極12’可保持在恒定的電勢，從而將適當(dāng)?shù)碾妷菏┘釉谶x擇的亞像元電極上，在選擇的亞像元區(qū)產(chǎn)生電場，使液晶材料取向，透射過具有所需偏振態(tài)的光線。持續(xù)電極12’可以形成圖形或制成單一連續(xù)層。
下面的討論更詳細(xì)地描述上述和圖1、圖2(a)和2(b)所示的本發(fā)明改進(jìn)顯示器的各種元件。
在一個(gè)實(shí)施方式中，可通過在有源矩陣顯示器的有源襯底上形成濾色層來提高本發(fā)明顯示器的性能。參見圖1，濾色層216可用下述的本發(fā)明方法設(shè)置在有源層214上。濾色層可淀積為每個(gè)亞像元的分離濾色層，或淀積成覆蓋多個(gè)亞像元的平行帶，如圖2(a)中濾色層R、G和B所示的濾色帶。在每種情況下，可以將濾色層排列成相鄰的濾色層包含不同的著色劑。常見的排列具有紅、綠和藍(lán)色濾色層的重復(fù)圖形或?yàn)V色層的其它合適組合(如其它原著色劑，如紅紫色、藍(lán)綠色和黃色，或能提供或能不提供全色顯示的其它顏色組合)。也可存在其它的重復(fù)圖形，且所用的具體圖形一般取決于有源元件和有源襯底上的亞像元電極的排列。
當(dāng)適當(dāng)排列含有透明原著色劑的濾色層時(shí)，適當(dāng)激活相鄰的亞像元可以混合全色顯示器的顏色?；焐部砂ㄒ牖疑珮?biāo)。灰色標(biāo)可通過控制亞像元電極的電信號的空間或時(shí)間高頻振動(dòng)(本領(lǐng)域眾所周知)引入，或通過提供能隨施加電場的變化而產(chǎn)生連續(xù)灰色標(biāo)的液晶材料(如扭轉(zhuǎn)向列或超扭轉(zhuǎn)向列液晶材料以及如在美國專利5062691中所述的一些鐵電液晶)引入。原色混合和引入灰色標(biāo)的組合運(yùn)用能獲得全色電子顯示器。
通過在有源層上設(shè)置濾色層可以提高本發(fā)明顯示器的性能，例如相對于將濾色層設(shè)置在相對的無源襯底的其它顯示器可提高顯示器的孔徑比。提高孔徑比就提高了顯示器的亮度。當(dāng)有源矩陣顯示器中將濾色層設(shè)置在無源襯底上時(shí)，就難以在(1)無源襯底上濾色層和黑色矩陣的圖形與(2)有源襯底上有源元件、亞像元電極和任選黑色矩陣的圖形之間實(shí)現(xiàn)精確調(diào)準(zhǔn)。為了彌補(bǔ)精確調(diào)準(zhǔn)時(shí)出現(xiàn)的困難，一般將無源濾色層襯底上的黑色矩陣線加寬，以確保每個(gè)襯底上的圖形之間有一定的重疊。圖形的重疊有助于防止從一個(gè)亞像元到相鄰亞像元的光線交擾。這種交擾會使顯示器褪色。然而，加寬黑色矩陣也會減小顯示器的孔徑比，這又會減少透過顯示器的光線量。按照本發(fā)明，濾色層可設(shè)置在有源層上，而不是設(shè)置在無源襯底上。這種結(jié)構(gòu)可用于除去無源襯底中的濾色層和(加寬的)黑色矩陣，提高顯示器的孔徑比與亮度。通過在有源襯底上設(shè)置濾色層，可相對于無源襯底上有濾色層和黑色矩陣的結(jié)構(gòu)將顯示器的孔徑比提高10-30％或更高。
濾色層可設(shè)置在襯底和有源層(active layer)之間的有源襯底上，有源層中，或有源層和液晶層之間。濾色層可用目前已知或下面詳述的合適方法設(shè)置在有源襯底上。合適的方法可包括常規(guī)的光刻法、熱能頭或噴墨印刷法、著色劑升華法和選擇性熱質(zhì)轉(zhuǎn)印法(thermal mass transfer)。濾色層較好用著色劑的選擇性熱轉(zhuǎn)印法形成。選擇性熱轉(zhuǎn)印著色劑的說明性方法是按下述方法把著色劑從給體片激光熱質(zhì)轉(zhuǎn)印到顯示器襯底上。
例如當(dāng)部分給體元件轉(zhuǎn)印層被熱轉(zhuǎn)印到受體上，使被轉(zhuǎn)印部分基本上保持完整(即被轉(zhuǎn)印部分中的材料仍保持與轉(zhuǎn)印前基本上相同的物理排列)時(shí)，就發(fā)生了熱質(zhì)轉(zhuǎn)印。例如，熱質(zhì)轉(zhuǎn)印法包括熱融粘合型轉(zhuǎn)印法。在這些方法中，給體元件上產(chǎn)生的熱量足以使轉(zhuǎn)印層和給體元件載體之間界面上的部分轉(zhuǎn)印層脫離，被脫離的轉(zhuǎn)印層部分可以“塞子”的形式轉(zhuǎn)印到受體上。與上述的其它方法相比，熱質(zhì)轉(zhuǎn)印法可能是優(yōu)選的方法，例如因?yàn)樗懈叩亩ㄎ痪_度(即當(dāng)用激光誘導(dǎo)熱質(zhì)轉(zhuǎn)印時(shí))，可應(yīng)用于大型和小型顯示器以及高分辨率和低分辨率顯示器，而且能與用熱質(zhì)轉(zhuǎn)印法產(chǎn)生其它元件(如下述的黑色矩陣、間隔物)的系統(tǒng)相容。
圖3表示把多個(gè)濾色層轉(zhuǎn)印到本發(fā)明顯示器襯底上的步驟。通過把濾色層材料熱轉(zhuǎn)印到襯底的選擇部分上，可以選擇性地把第一種濾色層材料轉(zhuǎn)印到部分顯示器襯底上。按類似的方法可以把第二種濾色層材料選擇性地轉(zhuǎn)印到部分襯底上?？扇芜x地重復(fù)這一步驟，轉(zhuǎn)印第三種(或更多種)濾色層材料。
選擇性轉(zhuǎn)印兩種或多種濾色層材料后，可以任選地檢查淀積在有源襯底上的濾色層的缺陷、調(diào)準(zhǔn)等問題。任選的檢查后，例如可以用輻射固化法、熱固化法或與化學(xué)固化劑接觸法將濾色層交聯(lián)。交聯(lián)會使襯底上的濾色層材料硬化，從而使濾色層的化學(xué)穩(wěn)定性、物理穩(wěn)定性和/或熱穩(wěn)定性更高，這樣就不易在以后的加工或操作中受到損壞。然而，交聯(lián)也會使濾色層材料的除去變得更困難。因此，如圖3所示，在交聯(lián)之前和任選的檢查后，本發(fā)明包括一個(gè)可供選擇的步驟，即在交聯(lián)前除去濾色層，以便對該有源襯底進(jìn)行再加工。在交聯(lián)或固化任何一種濾色層之前可成功地淀積多個(gè)濾色層的能力提供了可同時(shí)檢查、同時(shí)除去(如必須除去的話)和同時(shí)交聯(lián)多個(gè)濾色層的優(yōu)點(diǎn)。
選擇性熱轉(zhuǎn)印濾色層材料的示例性方法包括熱質(zhì)轉(zhuǎn)印法、噴墨印刷法和著色劑升華法。熱質(zhì)轉(zhuǎn)印技術(shù)包括按圖像形式從給體片上轉(zhuǎn)印濾色層材料。這種技術(shù)是通過將給體片選擇性地暴露在成像輻射(如激光或閃光燈)中和選擇性直接加熱部分給體片(如用熱印刷頭或直接電阻加熱與給體元件接觸或設(shè)置在該給體元件中的層)進(jìn)行。著色劑升華技術(shù)包括從給體片的某些區(qū)域上選擇性地升華染料。噴墨技術(shù)包括用加熱或其它方式形成通過孔或噴嘴的定向染料或顏料流。
圖像熱質(zhì)轉(zhuǎn)印濾色層材料的方法例如記載于美國專利5521035(Wolk)和5725989(Chang)中。簡要地說，這些方法包括從著色劑給體元件片的選定區(qū)熱轉(zhuǎn)印材料。合適的給體元件將在下面詳細(xì)描述。用激光器、閃光燈或其它合適的輻射源發(fā)出的成像輻射照射給體元件中選定區(qū)域的光熱轉(zhuǎn)換層(LTHC)材料，可以產(chǎn)生熱量。光熱轉(zhuǎn)換層可以作為給體介質(zhì)中單獨(dú)的層存在和/或包含在給體介質(zhì)的其它層中(包括濾色層轉(zhuǎn)印層中)。
成像過程中，可將給體元件的彩色轉(zhuǎn)印層與受體(如包括許多器件的有源顯示器襯底、具有一個(gè)或多個(gè)可尋址電極的無源顯示器襯底或其它合適的顯示器襯底)緊密接觸?？扇芜x地用壓力或真空把給體元件固定在顯示器襯底受體上?？捎幂椛湓窗磮D像方式(如數(shù)字式、通過掩膜的模擬曝光等)加熱光熱轉(zhuǎn)換層，從而按圖像方式將部分著色劑熱轉(zhuǎn)印層從給體轉(zhuǎn)印到受體上。可以使用各種發(fā)光源。紅外、可見和紫外激光特別適用于數(shù)字成像技術(shù)。當(dāng)使用模擬技術(shù)時(shí)(如通過掩膜曝光)，也可使用高功率的光源(如氙閃光燈等)。
在成像時(shí)，宜最大限度地減少由被成像材料的多重反射而形成干涉圖形。這可以用多種方法辦到。最普通的方法是如美國專利5089372所述根據(jù)入射輻射的等級有效地使給體元件的表面粗糙化。這種方法的效果是擾亂了入射輻射的空間相干性，從而最大程度地減少了自相干。另一種方法是在給體元件中使用防反射涂層。使用防反射涂層是已知的，且如美國專利5171650所述由四分之一波厚度的涂層(如氟化鎂)組成。該專利參考結(jié)合于本發(fā)明中。
可以使用大型給體元件，包括長度和寬度為1米以上的給體元件。操作時(shí)，可以使激光通過光柵，或?qū)⒓す庖七^該給體元件，選擇性地操作激光，以按所需的圖形照射部分給體元件?；蛘?，激光可以是固定的，而把給體元件和/或受體襯底從激光下方通過。
在本發(fā)明中，需要和/或可方便地依次使用兩個(gè)或多個(gè)不同的著色劑給體元件在顯示器襯底上形成多個(gè)濾色層?；蛘呖捎脝蝹€(gè)給體元件(如具有多個(gè)按圖形形成彩色轉(zhuǎn)印層的不同濾色層材料的給體元件)從給體元件上轉(zhuǎn)印多個(gè)濾色層。
作為使用成像輻射的替代方法，可用加熱元件(如電阻加熱元件)選擇性地轉(zhuǎn)印部分彩色轉(zhuǎn)印層?？蛇x擇性地使給體元件與加熱元件接觸，從而按圖形熱轉(zhuǎn)印一部分轉(zhuǎn)印層。在另一個(gè)實(shí)施方式中，給體元件可包括可把施加在該層上的電流轉(zhuǎn)換成熱量的層。
噴墨印刷法也可用于把濾色層選擇性地?zé)徂D(zhuǎn)印到有源顯示器襯底上。噴墨印刷濾色層的方法記載在美國專利5714195和5716740中?？捎脟娔ㄞD(zhuǎn)印的示例性濾色層材料含有油墨和可交聯(lián)粘結(jié)劑(binder)。這種油墨可包括任何合適的著色劑，如染料和顏料(如上所述)，且該油墨可以是液體或固體。該粘結(jié)劑可以是任何與油墨相容的合適粘結(jié)劑，它的實(shí)例包括丙烯酸類樹脂、環(huán)氧樹脂、硅氧烷樹脂、纖維素衍生物(如羥丙基纖維素、羥乙基纖維素、甲基纖維素和羧基纖維素)以及它們的改性樹脂。濾色層材料可任選地包含添加劑，如固化引發(fā)劑、分散劑、表面活性劑和其它合適的添加劑。
對于從給體元件上選擇性熱質(zhì)轉(zhuǎn)印濾色層的實(shí)施方式來說，適用的給體元件一般包括基本襯底層、光熱轉(zhuǎn)換層(LTHC)、包含分散在可交聯(lián)組合物中著色劑的彩色轉(zhuǎn)印層、基本層和彩色轉(zhuǎn)印層之間的任選內(nèi)層以及任選的助轉(zhuǎn)印層。
給體襯底可以是聚合物薄膜。一種合適的聚合物薄膜是聚酯薄膜，如聚對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，這些薄膜應(yīng)具有足夠的光學(xué)性能(如果用光進(jìn)行加熱和轉(zhuǎn)印的話)(包括在特定波長處有高透光率)以及對于特定用途有足夠的機(jī)械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。至少在某些情況下，給體襯底是平的，這樣可以形成均勻的涂層。給體襯底一般也可選自熱傳印期間加熱光熱轉(zhuǎn)換層時(shí)保持穩(wěn)定的材料。給體襯底的厚度一般為0.025-0.15毫米，較好為0.05-0.1毫米，雖然也可使用更厚或更薄的襯底。
為了提高光熱轉(zhuǎn)換層和給體襯底之間的粘合性，一般要對用于形成給體襯底和光熱轉(zhuǎn)換層的材料進(jìn)行選擇。任選的底涂層可用于增加涂覆后續(xù)涂層時(shí)的均勻度以及提高光熱轉(zhuǎn)換層和給體襯底之間的內(nèi)層粘合強(qiáng)度。帶底涂層的合適襯底的一個(gè)實(shí)例是購自Teijin Ltd.的襯底(產(chǎn)品號HPE100，日本大阪)。
對于輻射引起的熱轉(zhuǎn)印，一般在給體元件中加入單獨(dú)的光熱轉(zhuǎn)換層，以把發(fā)光源發(fā)射的光能耦入給體元件中。光熱轉(zhuǎn)換層較好包括輻射吸收劑，這種輻射吸收劑能吸收入射輻射(如激光)并將至少一部分入射輻射轉(zhuǎn)化成能把轉(zhuǎn)印層從給體元件轉(zhuǎn)印到受體上的熱量。在某些實(shí)施方式中，沒有單獨(dú)的光熱轉(zhuǎn)換層，而是把輻射吸收劑加入給體元件的另一層中，如給體襯底或轉(zhuǎn)印層。在另一些實(shí)施方式中，給體元件包括光熱轉(zhuǎn)換層，也包括加入一個(gè)或多個(gè)給體元件中其它層(如給體襯底或轉(zhuǎn)印層)的額外輻射吸收劑。在另一些實(shí)施方式中，給體元件不包括光熱轉(zhuǎn)換層或輻射吸收劑，轉(zhuǎn)印層用與給體元件接觸的加熱元件進(jìn)行轉(zhuǎn)印。
光熱轉(zhuǎn)換層(或其它層)中的輻射吸收劑一般能吸收電磁光譜中紅外區(qū)、可見光區(qū)和/或紫外區(qū)的光線，并將吸收的輻射轉(zhuǎn)換成熱。這種輻射吸收劑一般高度吸收被選擇的成像輻射，以成像輻射波長對光熱轉(zhuǎn)換層提供的光學(xué)密度為0.2-3或0.5-2.5。(光學(xué)密度是a)照射在層上的光強(qiáng)度與b)透過層的光強(qiáng)度之比的對數(shù))。較厚的涂層一般有較高的光學(xué)密度，但至少在一些情況下，可能有效果較差的熱轉(zhuǎn)印。光學(xué)密度較高的光熱轉(zhuǎn)換層可以提供表面圖像改進(jìn)的轉(zhuǎn)印層(即更光滑的上表面)，但也可產(chǎn)生邊緣粗糙度較高的被轉(zhuǎn)印層。
合適的輻射吸收材料例如可包括染料(如可見光染料、紫外染料、紅外染料、熒光染料和輻射偏振染料)、顏料、金屬、金屬化合物、金屬膜和其它合適的吸收材料。合適輻射吸收劑的實(shí)例包括炭黑、金屬氧化物和金屬硫化物。合適光熱轉(zhuǎn)換層的一個(gè)實(shí)例可包括炭黑之類的顏料和有機(jī)聚合物之類的粘結(jié)劑。炭黑的用量例如可為2-50％重量或5-20％重量。高的炭黑填充量可改善被轉(zhuǎn)印層的靈敏度和邊緣粗糙度，但也降低了被轉(zhuǎn)印濾色層的表面外形(如由于在成像過程中過分加熱轉(zhuǎn)印層)。一種合適的光熱轉(zhuǎn)換層配方列于表I中。
表I光熱轉(zhuǎn)換層的涂層配方
在特定的實(shí)施方式中，可以使用含有導(dǎo)電材料的光熱轉(zhuǎn)換層。這種導(dǎo)電材料能消除涂布形成給體元件層的過程中的電荷積聚。例如，可以使用含有分散在帶離子官能團(tuán)的粘結(jié)劑中炭黑的光熱轉(zhuǎn)換層。這樣制得的光熱轉(zhuǎn)換層的導(dǎo)電率約為107歐姆/□或更高。這種光熱轉(zhuǎn)換層可提供足夠的抗靜電性。這種配方的一個(gè)實(shí)例包括表II所示的組分。
表II光熱轉(zhuǎn)換涂層配方
另一種合適的光熱轉(zhuǎn)換層包括形成薄膜的金屬或金屬/金屬氧化物，如黑色鋁(即有黑色視覺外觀的部分氧化鋁)。金屬膜和金屬化合物膜可用濺鍍和蒸鍍之類的技術(shù)形成。顆粒涂層可用粘結(jié)劑和任何合適的干涂或濕涂技術(shù)形成。
適用作光熱轉(zhuǎn)換層中輻射吸收劑的染料可以顆粒形式存在，溶解在粘結(jié)劑材料中，或至少部分分散在粘結(jié)劑材料中。當(dāng)使用分散的顆粒輻射吸收劑時(shí)，至少在一些情況下它的粒度約為10微米或更小，且可以約為1微米或更小。合適的染料包括在光譜紅外區(qū)中有吸收的染料。這些染料的實(shí)例可在如下文獻(xiàn)中找到Matsuoka，M.，“紅外吸收材料”，Plenum Press，New York，1990；Matsuoka，M.，“二極管激光的染料吸收光譜”，Bunshin出版公司，Tokyo，1990；美國專利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；歐洲專利321,923和568,993；和Beilo，K.A.等，J.Chem.Aoc.，Chem.Commun.，1993，452-454(1993)。所有的上述文獻(xiàn)參考結(jié)合于本發(fā)明中。也可使用由Glendale Protective Technologies，Inc.，Lakeland，F(xiàn)la.以商品名CYASORBIR-99、IR-126和IR-165銷售的紅外吸收劑。特定的染料例如可根據(jù)如下因素進(jìn)行選擇與特定粘結(jié)劑和/或涂料溶劑的溶解度和溶混度以及吸收的波長范圍。
光熱轉(zhuǎn)換層中也可將顏料物質(zhì)用作輻射吸收劑。合適顏料的實(shí)例包括炭黑、石墨、酞菁、二硫雜環(huán)戊二烯基合鎳和美國專利5166024和5351617中所述的其它顏料。上述的文獻(xiàn)參考結(jié)合于本發(fā)明中。另外，也可使用銅或鉻配合物基黑色偶氮顏料，如吡唑啉酮黃、聯(lián)茴香胺藍(lán)和鎳偶氮黃。也可使用無機(jī)顏料。這種無機(jī)顏料例如包括下列金屬的氧化物和硫化物鋁、鉍、錫、銦、鋅、鈦、鉻、鉬、鎢、鈷、銥、鎳、鈀、鉑、銅、銀、金、鋯、鐵、鉛和碲。也可使用金屬的硼化物、碳化物、氮化物、碳氮化物、青銅結(jié)構(gòu)的氧化物和結(jié)構(gòu)與青銅系有關(guān)的氧化物(如WO2.9)。
可以使用美國專利4252671中所述的顆粒狀金屬輻射吸收劑或美國專利5256506中所述的薄膜狀金屬輻射吸收劑。該兩項(xiàng)專利參考結(jié)合于本發(fā)明中。合適的金屬例如包括鋁、鉍、錫、銦、碲和鋅。
如上所述，顆粒狀輻射吸收劑可加入粘結(jié)劑中?？鄢軇┖蟀粗亓堪俜?jǐn)?shù)計(jì)，涂層中輻射吸收劑的重量百分?jǐn)?shù)一般為1-30％重量，較好為3-20％重量，最好為5-15％重量，視光熱轉(zhuǎn)換層中所用的特定輻射吸收劑和粘結(jié)劑而定。
適用于光熱轉(zhuǎn)換層中的粘結(jié)劑包括成膜聚合物，如酚醛樹脂(如線性酚醛清漆和可溶性酚醛樹脂)、聚乙烯醇縮丁醛樹脂、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇縮乙醛、聚1，1-二氯乙烯、聚丙烯酸酯、纖維素醚和酯、硝基纖維素、聚碳酸酯和丙烯酸類和甲基丙烯酸類共聚物。合適的粘結(jié)劑包括已聚合或交聯(lián)或者可聚合或交聯(lián)的單體、低聚物或聚合物。在一些實(shí)施方式中，粘結(jié)劑主要用含有任選聚合物的可交聯(lián)單體和/或低聚物涂料制成。當(dāng)粘結(jié)劑中使用聚合物時(shí)，粘結(jié)劑中包含1-50％重量，較好10-45％重量聚合物(計(jì)算重量百分?jǐn)?shù)時(shí)扣除溶劑)。
涂布在給體襯底上后，馬上將單體、低聚物和聚合物交聯(lián)形成光熱轉(zhuǎn)換層。在一些情況下，如果光熱轉(zhuǎn)換層的交聯(lián)度太低，它可能被熱損壞和/或可能將一部分光熱轉(zhuǎn)換層與轉(zhuǎn)印層一起轉(zhuǎn)印到受體上。
至少在一些情況下，加入熱塑性樹脂(如聚合物)可改善光熱轉(zhuǎn)換層的性能(如轉(zhuǎn)印性能和/或涂布性)。據(jù)認(rèn)為，熱塑性樹脂可提高光熱轉(zhuǎn)換層與給體襯底的粘合性。在一個(gè)實(shí)施方式中，粘結(jié)劑含有25-50％重量(計(jì)算重量百分?jǐn)?shù)時(shí)扣除溶劑)熱塑性樹脂，較好含有30-45％重量熱塑性樹脂，雖然也可使用更少量的熱塑性樹脂(如1-15％重量)。選擇的熱塑性樹脂一般能與粘結(jié)劑中的其它材料相容(即形成單相混合物)。溶解度參數(shù)可用于表示這種相容性，參見聚合物手冊，J.Brandrup，ed.，VII 519-557(1989)。該文獻(xiàn)參考結(jié)合于本發(fā)明中。至少在一些實(shí)施方式中，選用于粘結(jié)劑的熱塑性樹脂的溶解度參數(shù)為9-13(cal/cm3)1/2，較好為9.5-12(cal/cm3)1/2。合適熱塑性樹脂的實(shí)例包括聚丙烯酸酯、苯乙烯-丙烯酸類聚合物和樹脂以及聚乙烯醇縮丁醛。
為了有利于涂布過程，可以加入常規(guī)的涂料助劑，如表面活性劑和分散劑。光熱轉(zhuǎn)換層可用本領(lǐng)域已知的許多涂布法涂覆在給體襯底上。至少在一些情況下，聚合物或有機(jī)光熱轉(zhuǎn)換層的涂布厚度為0.05-20微米，較好為0.5-10微米，更好為1-7微米。至少在一些實(shí)施方式中，無機(jī)光熱轉(zhuǎn)換層的涂布厚度為0.001-10微米，較好為0.002-1微米。
為了最大限度地減少對轉(zhuǎn)印層上被轉(zhuǎn)印部分的損壞和污染和減少轉(zhuǎn)印層上被轉(zhuǎn)印部分的變形，可在給體襯底與轉(zhuǎn)印層之間的給體元件中設(shè)置任選的內(nèi)層。該內(nèi)層也可影響轉(zhuǎn)印層與給體元件其它部分間的粘合性。該內(nèi)層一般有高的耐熱性。在轉(zhuǎn)印過程中，該內(nèi)層一般仍與光熱轉(zhuǎn)換層接觸，而基本上沒有與轉(zhuǎn)印層一起轉(zhuǎn)印。
合適的內(nèi)層例如包括聚合物膜、金屬層(如氣相淀積的金屬層)、無機(jī)層(無機(jī)氧化物(如二氧化硅、二氧化鈦和其它金屬氧化物)的溶膠-凝膠淀積層和氣相淀積層)和有機(jī)/無機(jī)復(fù)合層。適用作內(nèi)層材料的有機(jī)材料包括熱固性材料和熱塑性材料，且較好涂布在光熱轉(zhuǎn)換層和轉(zhuǎn)印層之間的給體元件上。涂布的內(nèi)層可用常規(guī)的涂布方法形成，如溶劑涂布法、擠出涂布法、凹槽輥涂布法等。合適的熱固性材料包括可通過加熱、輻射或化學(xué)處理交聯(lián)的樹脂，包括但不限于交聯(lián)或可交聯(lián)的聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚酯、環(huán)氧樹脂和聚氨酯。熱固性材料例如可以熱固性前體涂覆在光熱轉(zhuǎn)換層上，然后交聯(lián)形成交聯(lián)的內(nèi)層。
合適的熱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、聚酯和聚酰亞胺。這些熱塑性有機(jī)材料可用常規(guī)的涂布技術(shù)(如溶劑涂布法、噴涂法或擠出涂布法)進(jìn)行涂覆。適用于內(nèi)層的熱塑性材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為25℃或更高，較好為50℃或更高，更好為100℃或更高，最好為150℃或更高。在示例性的實(shí)施方式中，內(nèi)層的Tg高于成像過程中轉(zhuǎn)印層所達(dá)到的任何溫度。在成像輻射波長處，內(nèi)層可以是透射的、吸收的、反射的或它們的某些組合。
適用作內(nèi)層材料的無機(jī)材料例如包括金屬、金屬氧化物、金屬硫化物和無機(jī)碳涂層，包括那些在成像光波長處高度透射或反射的材料。這些材料可用常規(guī)技術(shù)(如真空濺鍍、真空蒸鍍或等離子體噴鍍)涂覆在光熱轉(zhuǎn)換層上。
這種內(nèi)層可提供多種好處。內(nèi)層可以是防止從光熱轉(zhuǎn)換層上轉(zhuǎn)印材料的隔離層。內(nèi)層也可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)印層上所受的溫度，從而可以轉(zhuǎn)印熱不穩(wěn)定的材料。例如，內(nèi)層可用作散熱層，以相對于光熱轉(zhuǎn)換層所受的溫度控制內(nèi)層與轉(zhuǎn)印層界面處的溫度。它可提高被轉(zhuǎn)印層的質(zhì)量(即表面粗糙度、邊緣粗糙度等)。
內(nèi)層可含有添加劑。這些添加劑例如包括光引發(fā)劑、表面活性劑、顏料、增塑劑和涂布助劑。內(nèi)層的厚度取決于多種因素，如內(nèi)層的材料、光熱轉(zhuǎn)換層的材料、轉(zhuǎn)印層的材料、成像輻射的波長和給體元件對成像輻射的曝光時(shí)間。聚合物內(nèi)層的厚度一般為0.05-10微米，較好約為0.1-4微米，更好為0.5-3微米，最好約為0.8-2微米。無機(jī)內(nèi)層(如金屬或金屬化合物內(nèi)層)的厚度一般為0.005-10微米，較好約為0.01-3微米，更好約為0.02-1微米。
表III列出了用于涂覆內(nèi)層的示例性溶液。
表III內(nèi)層配方
給體元件的轉(zhuǎn)印層或著色劑層可含有分散在有機(jī)或無機(jī)可交聯(lián)組合物中的有機(jī)或無機(jī)著色劑。這種著色劑一般包括顏料、染料或油墨，一般分散在粘結(jié)劑中。轉(zhuǎn)印層可任選地包括表面活性劑和其它添加劑。也可加入其它的添加劑，如紅外吸收劑、分散劑、表面活性劑、穩(wěn)定劑、增塑劑、交聯(lián)劑和涂布助劑。著色劑層也可含有各種添加劑。這些添加劑包括但不限于染料、增塑劑、紫外穩(wěn)定劑、成膜添加劑和粘結(jié)劑，合適的分散樹脂包括氯乙烯-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-馬來酸酐半酯樹脂、(甲基)丙烯酸類聚合物和共聚物、聚乙烯醇縮乙醛、用酸酐和胺改性的聚乙烯醇縮乙醛、羥烷基纖維素樹脂、和苯乙烯丙烯酸類樹脂。示例性的彩色轉(zhuǎn)印層組合物包括5-80％重量著色劑、15-95％重量樹脂和0-80％重量交聯(lián)劑、分散劑和添加劑。
示例性的顏料和染料包括NPIRI原料數(shù)據(jù)手冊，第4卷(顏料)中所列的具有良好顏色持久性和透明性的顏料和染料。合適的透明著色劑的實(shí)例包括Ciba-Geigy Cromophtal Red A2BTM、Dainich-Seika ECY-204TM、ZenecaMonastral Green 6Y-CLTM和BASF Heliogen Blue L6700FTM。其它合適的透明著色劑包括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系列中的任何一種、Heucosperse AquisIIITM系列中的任何一種等。另一類可用作本發(fā)明濾色層材料的顏料是各種潛在顏料，如購自Ciba-Geigy的潛在顏料。
可以使用著色劑在粘結(jié)劑中的非水分散體或水分散體。在非水情況下，溶劑基著色劑分散體可與合適的溶劑基粘結(jié)劑(即購自ICI Chemicals的ElvaciteTM丙烯酸類樹脂)一起使用。通常可以使用著色劑在粘結(jié)劑中的水分散體。在這種情況下，示例性的著色劑包括無粘結(jié)劑水分散體形式的顏料(即Heucotech供應(yīng)的Aquis IITM)和示例性的粘結(jié)劑包括特制成有顏料潤濕作用的粘結(jié)劑(即購自Zeneca Resins的Neocryl BTTM丙烯酸類樹脂)。使用合適的粘結(jié)劑可有利于在轉(zhuǎn)印過程中形成濾色層的有棱角、清晰邊緣。當(dāng)用高功率光源(如氙閃光燈)誘導(dǎo)著色劑轉(zhuǎn)印時(shí)，加入高能或產(chǎn)生氣體的聚合物粘結(jié)劑(如美國專利5308737和5278023中所述的聚合物粘結(jié)劑)是有益的。
該粘結(jié)劑體系包括有機(jī)和/或無機(jī)可聚合和/或可交聯(lián)的材料(即單體、低聚物、預(yù)聚物和/或聚合物)以及任選的引發(fā)劑體系。使用單體或低聚物可有助于降低轉(zhuǎn)印層中的粘結(jié)劑內(nèi)聚力，從而提高成橡靈敏度和/或被轉(zhuǎn)印圖像分辨率。
用于形成濾色層的顏色一般是加法三原色(即紅、綠和藍(lán))，也可以是減法三原色(如青藍(lán)、紅紫和黃色)。每種原色可以有高的色純度和透明度，且當(dāng)混合時(shí)，具有合適的白色平衡。適用于全色液晶顯示器的示例性濾色層可以具有紅、綠和藍(lán)光譜特征，如顯示與由國際照明委員會(CIE)色品圖指定的全國電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(NTSC)標(biāo)準(zhǔn)色相近色品的紅、綠和藍(lán)光譜特征。
任選的助轉(zhuǎn)印層一般是涂布在給體片最外層的粘合劑(adhesive)層。該粘合劑用于促進(jìn)著色劑的完全轉(zhuǎn)印，特別是在成像后給體與受體襯底分離的過程中。示例性的助轉(zhuǎn)印層包括室溫下稍有粘性或沒有粘性的無色透明材料，如ICIChemicals以商品名ElvaciteTM出售的樹脂系列(如ElvaciteTM2776)。助轉(zhuǎn)印層也可任選地放在受體上。
再參見圖3，在向顯示器襯底轉(zhuǎn)印多個(gè)濾色層后，且在交聯(lián)被轉(zhuǎn)印濾色層之前，可以檢查濾色層是否有適當(dāng)?shù)恼{(diào)準(zhǔn)和不需要的缺陷等?？梢杂萌魏魏线m的檢查方法進(jìn)行檢查。在任選的檢查后和交聯(lián)前，可以除去濾色層，以便重新加工顯示器襯底。除去濾色層可以用任何合適的方法進(jìn)行。一般在交聯(lián)前使濾色層與可溶解濾色層材料的洗滌溶液接觸而除去。濾色層可以用任何合適的方法與任何合適的洗滌溶液接觸。上述的方法包括噴霧法、浸漬法和擦拭法。所用的特定洗滌溶液一般取決于濾色層中粘結(jié)劑和著色劑的材料。例如，適用于在交聯(lián)前除去一些丙烯酸類濾色層的洗滌溶液包括稀氨水、氫氧化鈉、各種醇和酮和其它相似的合適溶劑。
當(dāng)使用有源顯示器襯底時(shí)，除去濾色層重新加工襯底是特別有益的。有源顯示器襯底有許多器件，且可能是顯示器中較昂貴的元件。因此，在除去濾色層后能重新加工有源襯底可限制浪費(fèi)和減少成本。
再參見圖1，有源層214一般設(shè)置在所示的下襯底212上。在一些實(shí)施方式中，有源層214可設(shè)置在上襯底226上。為簡明起見，在本說明書中通過把有源層設(shè)置在下襯底上來對其說明，然而應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明中可以把有源層設(shè)置在任一個(gè)襯底上或兩個(gè)襯底上。
一般來說，有源層214包括許多可尋址的器件，如薄膜晶體管和許多與上述器件電連接的尋址線路。圖2(a)和(b)表示薄膜晶體管20按矩形陣列排列、通過尋址線路32和34尋址且連接到亞像元電極12的特定實(shí)施方式。這些亞像元電極一般由透明導(dǎo)電材料制成，每個(gè)電極一般覆蓋相應(yīng)于顯示器中一個(gè)亞像元的區(qū)域。示例性的透明導(dǎo)電材料是氧化銦錫(ITO)。顯示器中的每個(gè)像元或亞像元較好設(shè)置一個(gè)或多個(gè)有源器件，且也可設(shè)置一個(gè)或多個(gè)無源器件，如電容器、電阻器等。例如，加入電容器可以將尋址信號維持更長的時(shí)間，從而可以更少地補(bǔ)充像元。這樣有助于提高顯示器的整體速度和亮度。
為了提高顯示器的對比度，通過設(shè)置光學(xué)密度較高(且優(yōu)選表面反射性較低)的線條，有源層可任選地包括黑色矩陣。上述的線條分隔像元或亞像元和/或保護(hù)有源器件免受不需要的光誘導(dǎo)激發(fā)。黑色矩陣可設(shè)置在有源層和襯底之間，在有源層中或有源層和液晶層之間。圖2(b)中表示了一個(gè)將黑色矩陣50設(shè)置在有源層上的實(shí)施方式。雖然尋址線可用作黑色矩陣，但通常通過淀積分離的黑色矩陣材料來獲得更高的光學(xué)密度和更低的表面反射率。
合適黑色矩陣材料的實(shí)例包括設(shè)置成層或粘結(jié)劑中顆粒的金屬(如鉻)；設(shè)置成層或粘結(jié)劑中顆粒的金屬氧化物、氮化物、硫化物等(包括氧化鉻、氧化鋁等)；設(shè)置成層或粘結(jié)劑中顆粒的其它不透明無機(jī)材料；分散在粘結(jié)劑中的有機(jī)材料(如炭黑、深色顏料或染料或其它黑色著色劑)。示例性黑色矩陣的光學(xué)密度大于2，較好大于2.5。
黑色矩陣可用任何合適的方法設(shè)置在有源襯底上。例如，可以用常規(guī)的光刻術(shù)在有源襯底上形成黑色矩陣圖形。黑色矩陣材料也可通過掩膜淀積或用各種常規(guī)的印刷方法(包括熱印刷頭法和噴墨法)直接在襯底上形成圖形。在有源襯底上形成黑色矩陣圖形的示例性方法是通過選擇性把給體元件暴露在成像輻射(如激光或閃光燈發(fā)出的成像輻射)把黑色矩陣材料從給體元件選擇性熱質(zhì)轉(zhuǎn)印到有源襯底上。下面將更詳細(xì)地描述這種方法。
當(dāng)把黑色矩陣材料設(shè)置在有源襯底上有源層附近時(shí)，該材料宜結(jié)合涂層較薄光學(xué)密度較高的優(yōu)點(diǎn)和具有能基本上防止相鄰器件間通過黑色矩陣交擾的高電阻率(即1×1010歐姆-厘米或更大)的優(yōu)點(diǎn)。交擾是器件或電極間不合需要的漏電流或誘導(dǎo)信號電壓。可以使用能提供高光學(xué)密度和高電阻率優(yōu)點(diǎn)的各種金屬氧化物、氮化物、硫化物等。具有高光學(xué)密度和高電阻率且可適用于有源顯示器襯底的示例性有機(jī)黑色矩陣材料揭示在同時(shí)申請的待審美國專利申請09/(相應(yīng)于代理案號54787USA7A，題為“含有炭黑的黑色矩陣的熱轉(zhuǎn)印法”)中。該申請中揭示的黑色矩陣材料特別適用于制造薄型顯示器，因?yàn)榭梢杂糜袡C(jī)材料形成薄的黑色矩陣，同時(shí)保持高的光學(xué)密度和高電阻率。
在有源顯示器的顯示襯底上形成黑色矩陣圖形的示例性方法包括由給體元件選擇性地?zé)豳|(zhì)轉(zhuǎn)印黑色矩陣材料。給體元件可通過在給體元件的選擇部分上施加定向的熱量來進(jìn)行加熱。使用加熱元件、把輻射(如光)轉(zhuǎn)化成熱量和/或?qū)o體元件層施加電流，可以產(chǎn)生熱量。在許多情況下，使用例如由燈或激光器發(fā)出的光線進(jìn)行熱轉(zhuǎn)印是有益的，因?yàn)檫@種光線常常可獲得準(zhǔn)確度和精確度。通過在給體元件上放置輻射吸收層并例如用透過掩膜的定向激光束或閃光燈選擇性地輻射給體元件，可以按圖形把材料從給體元件轉(zhuǎn)印到受體上。為了把材料從給體轉(zhuǎn)印到受體上，一般可以把成像輻射透射過給體元件。在一些情況下，宜將成像輻射透射過受體。
適于轉(zhuǎn)印黑色矩陣材料的給體元件類似于上述適于選擇性熱質(zhì)轉(zhuǎn)印濾色層材料的給體元件。適于轉(zhuǎn)印黑色矩陣材料的示例性給體元件結(jié)構(gòu)揭示在同時(shí)申請的待審美國專利申請09/(相應(yīng)于代理案號54787USA7A，題為“含有炭黑的黑色矩陣的熱轉(zhuǎn)印法”)中。一種合適的給體元件結(jié)構(gòu)包括具有任選的底涂層、光熱轉(zhuǎn)換層、溫度調(diào)節(jié)內(nèi)層和黑色矩陣轉(zhuǎn)印層的聚酯薄膜襯底。另一種合適的給體元件具有雙層結(jié)構(gòu)，包括底膜和涂布在底膜上可轉(zhuǎn)印的黑色矩陣材料層。該可轉(zhuǎn)印層可用作該結(jié)構(gòu)中的光熱轉(zhuǎn)換層。
再參見圖2(b)，有源襯底10a上也可包括調(diào)平層16。由于有源襯底上設(shè)置了許多元件，有源襯底的表面輪廓會不均勻。如果沒有調(diào)平層，不均勻的表面輪廓可導(dǎo)致上襯底和下襯底之間不均勻的間隔。不均勻的間隔會不適當(dāng)?shù)赜绊懸壕阅埽⑶視?dǎo)致不均勻的顯示性能。該調(diào)平層可用于提供基本上平的表面，從而在襯底間保持均勻的間隔。調(diào)平層材料較好對光線是雙折射和基本上透明的，從而不會損害顯示性能。合適的調(diào)平層材料包括本領(lǐng)域中已知的各種調(diào)平層和覆蓋層材料，如購自JSR Corporation，Yokkaichi，Japan的液晶顯示屏結(jié)構(gòu)的覆蓋層材料。
在一個(gè)特定的實(shí)施方式中，當(dāng)在圖2(b)所示的調(diào)平層上形成亞像元電極12時(shí)，可以在中間層(如調(diào)平層16和濾色層R、G和B)中形成通孔28，從而使亞像元電極12和晶體管20的漏電極26之間形成電接觸。這些通孔可用任何合適的技術(shù)制成，如蝕刻(如用蝕刻掩膜確定通孔的位置)和激光燒蝕。一個(gè)示例性的方法包括在濾色層和調(diào)平層上涂覆感光材料，在需要形成通孔位置上的耐光層中光刻產(chǎn)生孔，然后蝕刻調(diào)平層和濾色層的暴露部位，形成連接亞像元電極和漏電極的通孔。然后除去感光掩膜。
另一種方法包括把可固化的感光調(diào)平層成形為通孔蝕刻掩膜。在這種方法中，可以蝕刻調(diào)平層/蝕刻掩膜中由圖形孔暴露出的濾色層部分，制成通孔。蝕刻后仍保留感光涂層，形成調(diào)平層。
在一個(gè)實(shí)施方式中，適用于通孔蝕刻法的濾色層制劑包括將著色劑分散在粘結(jié)劑中的制劑。上述的粘結(jié)劑可溶解于與有源矩陣顯示器襯底相容的溶劑中。它的實(shí)例包括將著色劑分散在堿溶樹脂和水溶熱交聯(lián)劑的濾色層材料中。這種堿溶樹脂可包括含有丙烯酸單元或甲基丙烯酸單元的丙烯酸類共聚物，交聯(lián)劑可包括水溶蜜胺樹脂。用于紅、綠和藍(lán)濾色層的堿溶濾色層材料的說明性制劑列于表IV中。表IV堿溶濾色層制劑
再參見圖2(a)和(b)，透明亞像元電極12可以是任何基本上透光的合適導(dǎo)電材料，且可以用任何合適的圖形形成方法(如常規(guī)的光刻法和/或通過掩膜濺射淀積法)形成圖形。可以使用各種透明的導(dǎo)電氧化物，一般使用氧化銦錫(ITO)。為了通過亞像元電極確定的亞像元區(qū)施加均勻的電場，優(yōu)選在基本上平的表面上形成上述電極。例如，可以將亞像元電極直接形成于下襯底或直接形成于調(diào)平層或其它層上。圖2(b)表示形成于調(diào)平層16上的透明亞像元電極12。
在一個(gè)特定的實(shí)施方式中，為了提高顯示性能，可以對本發(fā)明顯示器中的液晶材料進(jìn)行選擇。再參見圖1，液晶層220可含有適用于電子顯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、手性向列型和鐵電型液晶。這些材料一般按其操作模式進(jìn)行分類。這些操作模式包括它們在顯示器中的取向和施加電場時(shí)的行為。
使一些液晶材料取向，會使其在液晶層平面中發(fā)生卷起和展開。液晶材料的轉(zhuǎn)動(dòng)會使透射光偏振通過液晶時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。施加電場會改變液晶材料的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使透過激活像元區(qū)的光線具有與透過非激活像元區(qū)的光線不同的取向偏振。一些液晶材料的取向會使它們的分子沿中心軸位于液晶層平面中的圓錐表面傾斜。施加電場時(shí)，液晶分子沿該圓錐表面傾斜。這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顯示模式是扭曲向列(TN)、超扭曲雙折射作用(SBE)和動(dòng)態(tài)散射(DS)。所有這些模式都使用向列型或手性向列型(膽甾醇型)液晶。這些顯示器都是以施加電場時(shí)向列和/或手性向列液晶(或向列或手性向列液晶的混合物)的介電調(diào)準(zhǔn)效應(yīng)為基礎(chǔ)的。液晶材料的平均分子長軸占施加電場中的優(yōu)選取向。該取向取決于液晶材料或液晶材料混合物的介電各向異性符號，且當(dāng)消除施加電場時(shí)，這種取向松馳。這種重新取向和重新松馳是慢的，為幾毫秒數(shù)量級。
雖然向列型和手性向列型液晶是最廣泛使用的，但也有液晶顯示器使用更高度有序的近晶狀液晶。這些顯示器也是以液晶的介電重新取向?yàn)榛A(chǔ)的，且響應(yīng)時(shí)間為毫秒級。液晶領(lǐng)域中的一個(gè)最近進(jìn)展已在微秒開關(guān)的顯示器中使用了傾斜的手性近晶狀液晶。這種液晶也稱為鐵電液晶(FLC)。因此，本發(fā)明的顯示器也可使用鐵電液晶材料來獲得更快的開關(guān)速度。液晶顯示器中適當(dāng)調(diào)準(zhǔn)的鐵電液晶材料可具有雙穩(wěn)定性和對稱開關(guān)性能。這些性能會減少能耗，對此將在如下調(diào)準(zhǔn)層部分中作更詳細(xì)的描述。
在一個(gè)特定的實(shí)施方式中，本發(fā)明的顯示器可包含鐵電液晶材料及其混合物。在一些實(shí)施方式中，液晶材料可含有氟化手性鐵電液晶組合物。特別合適的最近開發(fā)的含氟鐵電液晶材料包括美國專利4886619、5082587和5262082中所述的鐵電液晶材料。
鐵電液晶材料的開發(fā)受到了液晶層結(jié)構(gòu)中缺陷的阻礙。產(chǎn)生這些缺陷的原因是冷卻時(shí)的層收縮(在與傾斜近晶中介相有關(guān)的溫度范圍內(nèi))和由此形成的“人字形”層結(jié)構(gòu)(例如參見T.P.Rieker等在Phys.Rev.Lett.59，2658(1987)和Ferroelectrics 113，245(1991)中的論述以及Y.Ouchi等在Jpn.J.Appl.Phys.27，L1993(1988)中的論述)。這些缺陷和人字形層結(jié)構(gòu)常常會導(dǎo)致對比度變劣和雙穩(wěn)定性變不穩(wěn)定。
為了最大限度地減少這些缺陷，可以按美國專利5417883中所述的方法制備冷卻時(shí)在至少一個(gè)傾斜近晶中介相中收縮的液晶化合物(正化合物)和冷卻時(shí)在至少一個(gè)傾斜近晶中介相中膨脹的液晶化合物(負(fù)化合物)的混合物，以控制液晶層的膨脹或收縮性能。這些混合物可用于在傾斜近晶中介相中產(chǎn)生基本上不隨溫度變化的層間距以及在與非傾斜和傾斜中介相之間過渡有關(guān)的溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生隨溫度變化較少的層間距。適當(dāng)混合液晶化合物產(chǎn)生具有互補(bǔ)膨脹性和收縮性的混合物的方法能控制傾斜近晶中介相中的層間距，從而能控制或抑制人字形層結(jié)構(gòu)。這種抑制減少或消除了冷卻時(shí)在傾斜近晶中介相中形成Z字形調(diào)準(zhǔn)缺陷，從而提高了光電開關(guān)性能，提高了驅(qū)動(dòng)圓錐-傾角率的記憶性和提高了對比度。該方法也能減少或消除由加熱和冷卻循環(huán)引起的應(yīng)力誘導(dǎo)缺陷和非書架層結(jié)構(gòu)。
可用于負(fù)組合物中的優(yōu)選近晶或潛在近晶狀液晶化合物是具有至少一個(gè)氟化末端部分和在至少一個(gè)傾斜(或潛在傾斜)近晶中介相中具有負(fù)熱層膨脹性的手性或非手性液晶化合物。另一類優(yōu)選的化合物是具有至少一個(gè)含至少兩個(gè)鏈中醚氧原子的氟醚末端部分和負(fù)熱層膨脹性的手性或非手性液晶化合物。這種化合物例如包含(a)含有至少兩個(gè)鏈中醚氧原子的脂族氟烴末端部分；(b)脂族烴末端部分；和(c)連接上述末端部分的中心。該化合物的脂族烴末端部分是手性或非手性的。(這些非手性化合物記載在美國專利5262082(Janulis等)中)。
另一類具有至少一個(gè)氟化末端部分且可用于負(fù)組合物的優(yōu)選液晶化合物是具有至少一個(gè)氟脂族末端部分的近晶或潛在近晶狀、手性或非手性液晶化合物(如美國專利4886619和美國專利5082587中記載的化合物)以及在至少一個(gè)傾斜(或潛在傾斜)近晶中介相中具有負(fù)熱層膨脹性的近晶或潛在近晶狀、手性或非手性液晶化合物。例如，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)5-己基-2-(4’-1，1-二氫全氟辛氧基)苯基嘧啶具有這種性質(zhì)，且適用于這種用途。
在至少一個(gè)傾斜(或潛在傾斜)近晶中介相中具有能抵銷與分子傾斜有關(guān)的層收縮的機(jī)理并在該中介相中具有負(fù)熱膨脹性的其它液晶化合物也可以用于這種負(fù)組合物(negative composition)中。
適于與上述負(fù)組合物混合使用的液晶組合物是在至少一個(gè)傾斜(或潛在傾斜)近晶中介相中具有凈正熱層膨脹和含有至少一種近晶或潛在近晶狀液晶化合物的組合物。適于加入具有凈正熱膨脹性能的液晶組合物(下文中稱為“正組合物”)中的近晶狀(或潛在近晶狀)液晶化合物包括具有脂族末端部分和在至少一個(gè)傾斜(或潛在傾斜)的近晶中介相中具有正熱層膨脹性能的手性和非手性液晶化合物，如D.Demus等，F(xiàn)lussige Kristalle in Tabellen，VEBDeutscher Verlag fur Grundstoffindustrie，65-76和260-62頁，Leipzig(1974)和S.Kumar，Phys.Rev.A 23，3207(1984)中記載的烷基、烷氧基苯基嘧啶和烷氧基、烷氧基苯甲酸苯酯之類的化合物；具有至少一個(gè)氟脂族末端部分的手性或非手性液晶化合物(如美國專利4886619和美國專利5082587中記載的化合物)以及在至少一個(gè)傾斜(或潛在傾斜)近晶中介相中具有正熱層膨脹性的手性或非手性液晶化合物；具有至少一個(gè)僅含一個(gè)鏈中醚氧原子的氟醚末端部分和在至少一個(gè)傾斜(或潛在傾斜)近晶中介相中具有正熱層膨脹性的的手性和非手性液晶化合物。后一種化合物例如可以是包含(a)含有一個(gè)鏈中醚氧原子的脂族氟烴末端部分；(b)脂族烴末端部分；和(c)連接上述末端部分的中心的化合物。
當(dāng)具有含至少兩個(gè)鏈中醚氧原子的氟醚末端部分的化合物用作負(fù)組合物的主組分時(shí)，該組合物優(yōu)選與含(作為主組分)至少一個(gè)帶有氟脂族末端部分(更好帶有僅含一個(gè)鏈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組合物(positive composition)組合。從溶混性的角度來看，這種混合物是優(yōu)選的。
液晶顯示器的一個(gè)重要的特點(diǎn)是它的響應(yīng)時(shí)間，即顯示器從開(亮)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到關(guān)(暗)狀態(tài)所需的時(shí)間。在鐵電或反鐵電顯示器中，響應(yīng)時(shí)間與該顯示器中所含的液晶化合物的轉(zhuǎn)動(dòng)粘度成正比，而與它們的偏振度和施加的電場成反比。因此，使用偏振度高或粘度低的化合物可以縮短響應(yīng)時(shí)間。簡要地說，適用于本發(fā)明且提供快響應(yīng)時(shí)間的液晶材料包括含近晶中介相或潛在近晶中介相的含氟、手性液晶化合物。(具有潛在近晶中介相的化合物是指那些本身沒有近晶中介相，但當(dāng)與具有近晶中介相的化合物或具有潛在近晶中介相的其它化合物混合時(shí)在適當(dāng)?shù)臈l件下顯示近晶中介相的化合物)。提供快響應(yīng)時(shí)間的手性液晶化合物包括如下美國專利5885812、5702637、5658491、5482650、5474705、5437812、5417883、5399291、5377033、5262082、5254747、5082587、5062691和4886619中所揭示的材料。
通過在本發(fā)明的顯示器中使用上述合適的液晶混合物可獲得的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是低的雙折射。這些含氟液晶化合物的低雙折射(相對于不含氟的類似物)可以制造間距大一點(diǎn)但不會大量損失光透射的器件。例如通過具有兩個(gè)偏振層的表面穩(wěn)定化鐵電器件(如美國專利4367924所述)的光透射用如下公式表示I＝I0(sin2(4Θ))(sin2(πΔndλ))式中I0是通過平行偏振層的透射，Θ是液晶材料傾斜角，Δn是液晶雙折射，d是器件間距，λ是所用光線的波長。為了使透射最大化，sin2(4Θ)和sin2(πΔndλ)應(yīng)最大。當(dāng)每一項(xiàng)等于1時(shí)，就會這樣。當(dāng)傾斜角等于22.5°時(shí)，第一項(xiàng)是最大值。它是液晶的一個(gè)函數(shù)(function)，且對于給定的材料在給定的溫度下是固定的。當(dāng)Δnd＝λ/2時(shí)，第二項(xiàng)最大。這表明本發(fā)明材料的紙雙折射臨界狀況。在給定波長的情況下，低的雙折射容許更大的器件厚度d。因此，在透射仍保持最大的條件下，較大的器件間距有利器件的制造。
再參見圖1，為了在液晶層220的界面上產(chǎn)生所需的液晶材料取向，可以將調(diào)準(zhǔn)層218和222涂覆在顯示器襯底元件的部分內(nèi)表面上。適當(dāng)調(diào)準(zhǔn)液晶分子可以讓光線旋轉(zhuǎn)與液晶單元中偏振層調(diào)準(zhǔn)成互補(bǔ)的角度。常用的特定調(diào)準(zhǔn)層取決于所用液晶材料的類型。調(diào)準(zhǔn)層材料的實(shí)例包括一些聚酰亞胺、聚酰胺、聚酯、聚硅氧烷、尼龍共聚物、有機(jī)倍半氧化硅聚合物和能置于顯示器襯底上并調(diào)準(zhǔn)取向的其它合適聚合物。也可使用無機(jī)調(diào)準(zhǔn)層，如氧化硅。使聚合物調(diào)準(zhǔn)涂層取向的常用方法是物理磨擦法。調(diào)準(zhǔn)層218和222可以是提供對稱和不對稱調(diào)準(zhǔn)的相同或不同材料。特別有用的不對稱調(diào)準(zhǔn)方案(scheme)記載在美國專利5337033和5831705。
當(dāng)使用鐵電液晶材料時(shí)，提供良好雙穩(wěn)定性和對稱開關(guān)性的調(diào)準(zhǔn)層方案可以使顯示器具有較低的能耗。良好的雙穩(wěn)定性和對稱開關(guān)電勢可以減少由于電荷積聚而需要頻繁像元復(fù)位和/或消偏振。適用于這些目的的調(diào)準(zhǔn)層方案記載在美國專利5831705中。
在具體的實(shí)施方式中，本發(fā)明的顯示器包括選用于提高總體顯示性能的間隔物。再參見圖1，為了保持上襯底226和下襯底212間所需的間距，可以在液晶層220中設(shè)置間隔物(未畫出)。例如，圖2(b)顯示設(shè)置在液晶層40中的間隔物42，以保持上襯底10b和下襯底10a間的間距。控制平板顯示器結(jié)構(gòu)中的間距和機(jī)械力通常對于顯示器的性能來說是關(guān)鍵的，且可取決于在顯示器中加入物理間隔物。在液晶顯示器(LCD)中，離開顯示器的光線的偏振度部分取決于通過液晶層的光程長度。在目前的顯示器技術(shù)中，液晶層的厚度取決于間隔物。這種間隔物可以取顆粒狀(即球狀珠或纖維)、柱狀結(jié)構(gòu)(即柱子)、微型肋(microrib)等形式。
控制液晶層厚度的一種常用方法是在襯底或調(diào)準(zhǔn)層的整個(gè)表面上淀積隨機(jī)分布和粒度分布窄的顆粒。該方法的一個(gè)明顯缺陷是不能控制顆粒的位置，從而使較高百分?jǐn)?shù)的顆粒出現(xiàn)在顯示窗口中，結(jié)果減少了通過顯示器的光線量。在許多應(yīng)用中，這些顆粒不能固定在襯底上，且可以移動(dòng)或遷移，會使這些顆粒出現(xiàn)在顯示單元中的這些區(qū)域中。為了防止顆粒遷移，通常對相對的顯示襯底加壓，使較小的間隔物顆粒固定。一般來說，較厚的玻璃襯底是優(yōu)選的，因?yàn)樗苣蛪嚎s步驟，和能耐壓縮過程中由較大的受壓間隔物顆粒引起的局部變形。
也可選擇性地將間隔物放在液晶顯示器中襯底元件間的所需位置，例如用光刻技術(shù)和熱質(zhì)轉(zhuǎn)印技術(shù)。用這些技術(shù)可以形成一般包含粘結(jié)劑材料的高度均勻的間隔物。這種粘結(jié)劑材料通過與襯底粘接可有助于防止間隔物的遷移。另外，在組裝過程中，粘結(jié)劑材料可以為間隔物提供更高的可壓縮性，減少組裝時(shí)對玻璃襯底的應(yīng)力，組裝后將其固化，從而保持所需的間距。間隔物的大小也可更好地控制。這些因素有利于使用更薄的玻璃襯底。
選擇性放置的間隔物也可用作黑色矩陣。例如，光學(xué)密度高(如2或更大)的間隔物可選擇性地與有源襯底上的器件對準(zhǔn)，以防止不合需要地光誘導(dǎo)激活器件。圖2(b)表示間隔物42與晶體管20對準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)。
一種將均勻的間隔物設(shè)置在平板顯示器中的示例性方法記載在美國專利5710097中。通過選擇性地輻射熱轉(zhuǎn)印給體片，可以把間隔物元件放在襯底之間。上述的熱轉(zhuǎn)印給體片包括(a)載體、(b)任選的光熱轉(zhuǎn)換層、(c)任選的不可轉(zhuǎn)印的內(nèi)層、(d)可轉(zhuǎn)印的間隔層和(e)任選的粘合劑層。該方法包括如下步驟(i)使受體和上述的熱轉(zhuǎn)印給體片緊密接觸，(ii)用成像輻射輻射熱轉(zhuǎn)印給體片或受體(或其一部分，即襯底、間隔物層、內(nèi)層、光熱轉(zhuǎn)換層和/或粘合劑層)中的至少一個(gè)，在受輻射區(qū)中提供足夠的熱量，以把間隔物層轉(zhuǎn)印到受體上，和(iii)把受輻射區(qū)中的可轉(zhuǎn)印間隔物層轉(zhuǎn)印到受體上。
通過在載體上淀積層(b)、(c)、(d)和/或(e)，可以制備熱轉(zhuǎn)印給體片。這種載體可以用已知可用作熱轉(zhuǎn)印給體片載體的任何材料制成。該載體可以是剛性片材(如玻璃)或軟薄膜。該載體可以是光滑或粗糙、透明、不透明、半透明、片狀或非片狀的。合適的薄膜載體包括聚酯(特別是聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN))、聚砜、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚酰胺、纖維素酯(如乙酸纖維素和丁酸纖維素)、聚氯乙烯及其衍生物，以及含有一種或多種上述材料的共聚物。載體的常見厚度約為1-200微米。
可轉(zhuǎn)印間隔物層可包括有機(jī)材料、無機(jī)材料或含有有機(jī)材料或無機(jī)材料并加入顆粒或纖維的復(fù)合材料。合適的材料包括許多已知的聚合物、共聚物、低聚物和/或單體。合適的聚合物粘結(jié)劑包括熱固性、可熱固性或熱塑性聚合物之類的材料。這些材料包括酚醛樹脂(即可溶性酚醛樹脂和線性酚醛樹脂)、聚乙酸乙烯酯、聚偏二氯乙烯、聚丙烯酸酯、纖維素醚和纖維素酯、硝基纖維素、聚碳酸酯、聚砜、聚酯、苯乙烯-丙烯腈聚合物、聚苯乙烯、纖維素醚和纖維素酯、聚縮乙醛、(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、馬來酸樹脂和共聚物、聚酰亞胺、聚酰胺酸、聚酰胺酸酯以及它們的混合物。
當(dāng)可轉(zhuǎn)印的間隔物層包含可熱固化粘結(jié)劑時(shí)，轉(zhuǎn)印到受體上后可將該可熱固化粘結(jié)劑交聯(lián)。該粘結(jié)劑可以用適用于特定可熱固化粘結(jié)劑的任何方法交聯(lián)，例如使可熱固化粘結(jié)劑受熱、用合適的輻射源輻射或加入化學(xué)固化劑。
可以在可轉(zhuǎn)印間隔物層中加入顆?；蚶w維，形成復(fù)合材料。在可轉(zhuǎn)印間隔物層中加入顆?；蚶w維可以用間距大小小于或等于特定顯示器中所需間距的任何已知顆粒或纖維進(jìn)行。這些顆粒可以有小于可轉(zhuǎn)印間隔物層厚度或大于可轉(zhuǎn)印間隔物層厚度的間距尺寸。當(dāng)粒度較小時(shí)，可轉(zhuǎn)印間隔物層的厚度控制顯示器中的間距，而當(dāng)使用較大的顆粒時(shí)，復(fù)合材料中所用顆粒的間隔大小控制顯示器中的間距。優(yōu)選的是，至少5％顆粒的間距大小大于間隔物層的厚度。更優(yōu)選的是，至少10％顆粒的間距大小大于間隔物層的厚度。任一種方法都可用作在顯示器中獲得襯底均勻分隔和支承的手段。合適的顆粒包括具有任何合適形狀(如球形、棒形、柱形、三角形和梯形)和均勻粒度分布并能保持所需間隔的有機(jī)和/或無機(jī)材料(實(shí)心或空心)。優(yōu)選的顆粒包括由玻璃或塑料制成的通用液晶顯示器間隔球、間隔棒等，如日本公開專利申請HEI7-28068、美國專利4874461、4983429和5389288中揭示的間隔物。在液晶顯示器中，顆粒粒度分布的標(biāo)準(zhǔn)誤差較好為平均顆粒間距大小(即球形或圓柱形顆粒的平均直徑或圓柱形顆粒的平均高度)的+/-20％，該標(biāo)準(zhǔn)誤差更好為上述平均值的+/-10％，最好為上述平均值的+/-5％。當(dāng)使用纖維時(shí)，尺寸一般測量為纖維的旦尼爾(或纖度)。
也可加入分散劑、表面活性劑和其它添加劑(即抗氧劑、光穩(wěn)定劑和涂布助劑)，以促進(jìn)顆粒和/或纖維的分布或賦予可轉(zhuǎn)印間隔物層本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員已知的其它所需性能。
顯示器中受力元件(例如在間隔物層含有顆粒間隔大小超過可轉(zhuǎn)印間隔物層厚度的顆粒的情況下，受力元件為上述的顆粒，在間隔物層不含顆粒間隔大小超過可轉(zhuǎn)印間隔物層厚度的顆粒時(shí)，受力元件是可轉(zhuǎn)印間隔物層)的可壓縮性應(yīng)足以在相應(yīng)的顯示器中保持均勻的間距。
放置間隔物的受體可以是任何得益于施加間隔物的平板顯示器元件。間隔物可精確地設(shè)置在所需的位置上，以避免顯示器的顯示窗中的光干擾。為了有助于把可轉(zhuǎn)印間隔物層轉(zhuǎn)印到受體上，可以任選地在受體上涂布粘合劑面涂層。
再參見圖1，下襯底212和上襯底226可以是任何適用于顯示用途的襯底。適用于本發(fā)明透射或透反射液晶顯示器中的襯底包括基本上能透過可見光的剛性或軟性襯底。非雙折射的襯底是特別適用的。剛性襯底的實(shí)例包括玻璃、低溫度聚硅氧烷(LTPS)和剛性塑料。合適的軟性襯底包括基本上透明和透射的聚合物膜。合適的聚合物襯底包括聚酯襯底(如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯)、聚碳酸酯樹脂、聚烯烴樹脂(聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯醇縮乙醛等)、纖維素酯襯底(如三乙酸纖維素、乙酸纖維素)和在各種成像領(lǐng)域中用作載體的其它常規(guī)聚合物膜。厚度為2-100密耳(即0.05-2.54毫米)的透明聚合物膜襯底是優(yōu)選的。
玻璃襯底的優(yōu)選厚度為0.2-2.0毫米。通常宜使用厚度為1.0毫米或更薄，優(yōu)選為0.7毫米或更薄的玻璃襯底。較薄的襯底制成更薄和重量更輕的顯示器。然而，某些加工、操作和組裝條件要求使用較厚的襯底。例如，一些組裝條件可能要對顯示器組件進(jìn)行壓縮，以固定放在襯底之間的間隔物的位置。分布這些間隔物有助于保持襯底間的均勻間隔，以便以后可加入液晶材料。在這些組裝條件下，合適的襯底應(yīng)能耐壓縮間隔物所需的壓力以及能耐承受較高壓縮應(yīng)力的較大間隔物引起的局部形變。為了獲得特定顯示器尺寸的優(yōu)選結(jié)構(gòu)，可以平衡適用于較輕顯示器的薄型襯底和適于可靠操作和加工的厚型襯底的競爭關(guān)系。如上所述，本發(fā)明的改進(jìn)顯示器可包含能可靠地組裝襯底較薄顯示器的間隔物。
如果襯底是聚合物薄膜，優(yōu)選的薄膜是非雙折射的，這樣就基本上防止對包含這種薄膜的顯示器操作的干擾。示例性的非雙折射襯底是溶劑流鑄的聚酯。它的常見實(shí)例是由9，9-二(4-羥苯基)-芴、間苯二甲酸、對苯二甲酸或它們混合物產(chǎn)生的重復(fù)共聚單元構(gòu)成或基本上由這些重復(fù)共聚單元構(gòu)成的聚合物制成的襯底。上述聚合物中低聚物(即分子量約為8000或更低的化學(xué)物質(zhì))的含量足夠低，從而可以形成均勻的薄膜。美國專利5318938中將這種聚合物揭示為熱轉(zhuǎn)印受體元件的一個(gè)組分。另一類非雙折射襯底是非晶態(tài)聚烯烴(如以商品名ZeonexTM購自Nippon Zeon Co.，Ltd.的產(chǎn)品)。
在本發(fā)明顯示器的具體實(shí)施方式
中，為了改善顯示性能，可選擇下偏振層(或偏振層的組合)。再參見圖1，偏振層210可以是反射性偏振層、二向色性偏振層或其它合適的偏振層或偏振層組合。對于用光源(如光源202)從下襯底212的下方照射顯示器的逆光照明顯示模式，示例性的偏振層210是反射性偏振層和二向色性偏振層的組合。例如，圖2(b)表示包括反射性偏振層60和二向色性偏振層62的復(fù)合下偏振層64。示例性的復(fù)合偏振層揭示在國際公報(bào)WO95/17691中?？梢詫⒎瓷湫云駥雍投蛏云駥酉嗷タ拷?，較好粘合在一起，以消除偏振層之間的氣隙。特別合適的反射性偏振層/二向色性偏振層復(fù)合層是將聚乙烯醇(PVA)涂層涂在多層雙折射反射性偏振層上且一致取向的復(fù)合層。如國際公報(bào)WO95/17691所述，對聚乙烯醇進(jìn)行染色，以在反射性偏振層上形成二向色性偏振涂層。涂在反射性偏振層上的二向色性偏振層復(fù)合層可以提供薄而有效的偏振層。
在本發(fā)明顯示器的下偏振層中加入反射性偏振層的優(yōu)點(diǎn)是可以用反射性偏振層反射具有不合需要偏振態(tài)的光線，并將其循環(huán)透射通過反射性偏振層。按這種方式循環(huán)光線可以相對于使用吸收性偏振層讓更多的光線通過顯示器。這樣可以讓使用低功率的顯示器更明亮。特別合適的反射性偏振層包括美國專利5686979和國際公報(bào)WO95/17691中所述的雙折射多層反射性偏振層和國際公報(bào)WO97/32226中所述的雙折射漫反射偏振層。當(dāng)按上述方法將雙折射多層反射性偏振層與二向色性偏振涂層結(jié)合時(shí)，可以獲得特別薄的復(fù)合反射性/二向色性偏振層。這種偏振層也提高顯示器的亮度。
在沒有在本申請中詳細(xì)描述的任何元件的存在下，也可適當(dāng)?shù)貙?shí)施本發(fā)明。
本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員在閱讀了說明書后，可以在不偏離本發(fā)明范圍和精神的條件下明白本發(fā)明的各種改進(jìn)和變化。因此，本發(fā)明受權(quán)利要求書及其等當(dāng)物的限定。
權(quán)利要求
1.一種電子顯示器，它包括光源；用于透射和使一部分光源發(fā)出的光線起偏的偏振層；和用于利用透過偏振層的偏振光線的液晶顯示屏，該顯示屏包括下襯底、與下襯底間隔一定距離的上襯底、放在上下襯底間并包含氟化手性鐵電液晶材料的雙穩(wěn)定液晶層、和放在下襯底和液晶層之間的多色有源層，該多色有源層包括許多與透明導(dǎo)電亞像元電連接的可獨(dú)立尋址的有源元件以及多個(gè)熱轉(zhuǎn)印濾色層，該濾色層含有分散在交聯(lián)組合物中的著色劑，每個(gè)濾色層與一個(gè)或多個(gè)透明導(dǎo)電亞像元調(diào)準(zhǔn)。
2.如權(quán)利要求1所述的電子顯示器，其特征在于它還包括設(shè)置在有源襯底上用于分隔亞像元的黑色矩陣，所述黑色矩陣的光學(xué)密度足以提供亞像元之間的光學(xué)對比度和基本上能防止相鄰可獨(dú)立尋址晶體管之間交擾的電阻率。
3.如權(quán)利要求1所述的電子顯示器，其特征在于它還包括許多放在第一和第二襯底之間用于保持它們之間基本上均勻間隙的間隔物。
4.如權(quán)利要求3所述的電子顯示器，其特征在于所述的間隔物是選擇性熱質(zhì)轉(zhuǎn)印的。
5.如權(quán)利要求1所述的電子顯示器，其特征在于所述的偏振層包括雙折射反射性偏振層以及插在該反射性偏振層和下襯底之間的二向色性偏振層。
6.一種電子顯示器，該顯示器包括第一透明襯底，該第一襯底上有許多可獨(dú)立尋址的薄膜晶體管，每個(gè)晶體管與相關(guān)透明導(dǎo)電亞像元電連接；與第一透明襯底相隔一定距離的第二透明襯底；置于第一襯底和第二襯底之間的液晶層；和置于第一襯底和液晶層之間的多個(gè)熱轉(zhuǎn)印濾色層，所述的濾色層包含分散在交聯(lián)組合物中的著色劑，每個(gè)濾色層與一個(gè)或多個(gè)與晶體管相連接的透明導(dǎo)電元件相調(diào)準(zhǔn)。
7.如權(quán)利要求6所述的電子顯示器，其特征在于它還包括設(shè)置在第一襯底上的黑色矩陣，所述黑色矩陣的光學(xué)密度足以提供亞像元之間的光學(xué)對比度和基本上能防止相鄰可獨(dú)立尋址晶體管之間交擾的電阻率。
8.如權(quán)利要求6所述的電子顯示器，其特征在于它還包括許多放在第一和第二襯底之間用于保持它們之間基本上均勻間隙的間隔物。
9.如權(quán)利要求8所述的電子顯示器，其特征在于設(shè)置間隔物，以防止光誘導(dǎo)激活所述的晶體管。
10.如權(quán)利要求6所述的電子顯示器，其特征在于它還包括光源和反射性偏振層，該反射性偏振層用于把由所述光源發(fā)出并具有第一偏振態(tài)的光線透射到液晶層中，并把具有第二正交偏振態(tài)的光線反射回光源。
11一種彩色顯示器襯底的制造方法，該方法包括以下步驟提供顯示器襯底；把多個(gè)濾色層熱質(zhì)轉(zhuǎn)印到所述襯底的選擇部位，每個(gè)濾色層含有分散在交聯(lián)組合物中的著色劑；和在轉(zhuǎn)印步驟后使上述的濾色層交聯(lián)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于它還包括以下步驟在轉(zhuǎn)印步驟后和交聯(lián)步驟前檢查所述的濾色層，如有必要，進(jìn)行洗滌步驟，以從所述襯底上除去濾色層，以便對所述的有源襯底進(jìn)行重新加工。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述熱質(zhì)轉(zhuǎn)印多個(gè)濾色層的步驟包括提供給體片，該給體片包括底層、光熱轉(zhuǎn)換層和轉(zhuǎn)印層，所述的轉(zhuǎn)印層含有分散在可交聯(lián)組合物中的著色劑；將所述的轉(zhuǎn)印層放在接近所述顯示器襯底的地方；和選擇性輻射部分給體片，以把部分轉(zhuǎn)印層從所述的給體片熱轉(zhuǎn)印到所述顯示器襯底上。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于它還包括在所述顯示器襯底上形成黑色矩陣的步驟。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述的顯示器襯底包括許多可獨(dú)立尋址的有源器件。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于它還包括在濾色層中形成通孔的步驟，從而使所述透明導(dǎo)電亞像元電極電連接到可獨(dú)立尋址的有源器件上。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于所述在濾色層中形成通孔的步驟包括在所述的濾色層上用感光材料形成圖形，然后蝕刻由圖形感光材料暴露出的濾色層部分。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于所述在濾色層中形成通孔的步驟包括激光燒蝕部分濾色層。
19.一種顯示器襯底的制造方法，它包括如下步驟提供上面有許多可獨(dú)立尋址的有源器件的有源顯示器襯底；把多個(gè)濾色層熱轉(zhuǎn)印到所述的有源襯底上，每個(gè)濾色層含有分散在可交聯(lián)組合物中的著色劑；在轉(zhuǎn)印步驟后檢查所述的濾色層；如有必要，進(jìn)行洗滌步驟，以從所述有源襯底上除去濾色層，以便對所述的有源襯底進(jìn)行重新加工；和檢查步驟后將所述的濾色層交聯(lián)。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于所述熱轉(zhuǎn)印多個(gè)濾色層的步驟包括提供給體片，該給體片包括底層、光熱轉(zhuǎn)換層和轉(zhuǎn)印層，所述的轉(zhuǎn)印層含有分散在可交聯(lián)組合物中的著色劑；將所述的轉(zhuǎn)印層放在接近所述有源襯底的地方；和選擇性輻射部分給體片，以把部分轉(zhuǎn)印層從所述的給體片熱轉(zhuǎn)印到所述有源襯底上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種包括選用于提高顯示性能的元件的改進(jìn)電子顯示器。該改進(jìn)的顯示器包括一種有源襯底。該有源襯底包括許多薄膜晶體管和許多熱轉(zhuǎn)印濾色層。該濾色層包括交聯(lián)粘結(jié)劑中的著色劑。該有源襯底也包括黑色矩陣。為提高亮度、能耗、響應(yīng)時(shí)間、重量和厚度之類的顯示性能,也可選擇改進(jìn)顯示器的其它元件,如液晶材料、間隔物和下偏振層。本發(fā)明也提供這種顯示用濾色層襯底的制造方法。這種方法包括下列步驟:熱質(zhì)轉(zhuǎn)印多個(gè)濾色層,轉(zhuǎn)印后使這些濾色層交聯(lián)。在交聯(lián)步驟前,可以對這些濾色層進(jìn)行檢驗(yàn)和清除,以便重新加工襯底。
文檔編號G02F1/1335GK1361880SQ9981667
公開日2002年7月31日 申請日期1999年9月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月14日
發(fā)明者P·F·蓋埃勒, T·A·伊斯伯格, 水野一彥, 野田一樹, R·帕迪雅思, R·J·波科爾尼, J·S·斯塔拉, J·C·錢格 申請人:3M創(chuàng)新有限公司