RU2383910C2 - Способ изготовления матрицы светофильтров для жидкокристаллического дисплея и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ изготовления матрицы светофильтров для жидкокристаллического дисплея и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2383910C2 RU2383910C2 RU2006117500/28A RU2006117500A RU2383910C2 RU 2383910 C2 RU2383910 C2 RU 2383910C2 RU 2006117500/28 A RU2006117500/28 A RU 2006117500/28A RU 2006117500 A RU2006117500 A RU 2006117500A RU 2383910 C2 RU2383910 C2 RU 2383910C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- photopolymer
- matrix
- writing head
- substrate
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 24
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 title description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 27
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 18
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 23
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 abstract description 13
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 3
- 229940114081 cinnamate Drugs 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- WBYWAXJHAXSJNI-VOTSOKGWSA-M trans-cinnamate Chemical compound [O-]C(=O)\C=C\C1=CC=CC=C1 WBYWAXJHAXSJNI-VOTSOKGWSA-M 0.000 description 2
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Optical Filters (AREA)
Abstract
Изобретение относится к индикаторной технике. В способе формирование первичных цветов производится за счет фазовых линз Френеля, выполненных из экспонированных и неэкспонированных участков фотополимера. Изобретение включает нанесение прозрачного слоя, нанесение слоя фотополимера, экспонирование слоя фотополимера с одновременным испарением узких полосок непрозрачного слоя. Все операции могут быть выполнены на неподвижной подложке. Устройство содержит пишущую головку с источником УФ-излучения и 3 источника ИК-излучения. Технический результат - возможность сокращения числа операций при изготовлении матрицы светофильтров и снижение затрат на изготовление дисплея. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к индикаторной технике, в частности к цветным жидкокристаллическим дисплеям, в которых селекция цветов производится разнесенными по плоскости светофильтрами с тремя первичными цветами (триадами), а модуляция каждого из цветов производится посредством жидкого кристалла (ЖК).
Известен элемент ЖК дисплея, содержащий слой ЖК, размещенного между двумя подложками с прозрачными электродами и ориентирующими покрытиями на внутренних сторонах, и триаду светофильтров, пропускающих свет одной из трех первичных длин волн: R - красный, G - зеленый, В - синий /1/. Светофильтры триады выполнены из полимера, в каждом из которых внедрен краситель одного из первичных цветов. Светофильтры, так же как и ЖК, расположены между подложками. Напротив каждого из светофильтров расположен участок ЖК, который с помощью поляроидов при приложении напряжения регулирует количество света, проходящего сквозь каждый из светофильтров, благодаря чему и создается цветное изображение. Дисплеи на базе таких элементов достаточно совершенны с точки зрения потребительских свойств и получили широкое применение.
Основным недостатком известного элемента является трудоемкая многостадийная технология изготовления множества элементов с триадами светофильтров - матрицы светофильтров. Стоимость изготовления матрицы светофильтров составляет около 1/3 всех затрат и включает около 30 различных операций: 3-кратная фотолитография с окрашенными полимерами, нанесение непрозрачных масок, выравнивающих слоев и т.д. /1/.
Для выполнения этих операций подложка, на которой формируется матрица светофильтров, должна перемещаться в зону выполнения различных операций не менее 10 раз, и после каждого перемещения необходимо точное совмещение с положением подложки во время выполнения предыдущей операции.
Результатом трудоемкой технологии являются высокая себестоимость производства и, как следствие, высокая цена изделия для массовых покупателей.
Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является термальный способ изготовления матрицы светофильтров, описанный в /2/, и аппаратура для его реализации /3/. Здесь матрица светофильтров с первичными цветами также выполняется из окрашенных полимеров. Однако наносятся они не многостадийным фотолитографическим методом, а путем испарения окрашенного полимера остро сфокусированным излучением ИК-лазера со специальной основы, расположенной вблизи подложки. ИК-лазер установлен на пишущей головке и механически перемещается относительно подложки, расположенной на неподвижном основании. Нанесение различных светофильтров обеспечивается путем смены основы с различными окрашенными полимерами. Благодаря такой технологии количество выполняемых операций снижается до 10, а число перемещений подложки с последующими совмещениями до 3-х.
Результатом сокращения числа операций и перемещений является значительное сокращение себестоимости производства, тем не менее, она еще достаточно высока.
Нами был предложен элемент жидкокристаллического дисплея, в котором функции светофильтров выполняют фазовые линзы Френеля и система щелей, выделяющих первичные цвета из спектра, сформированного этими линзами /4/. Основными узлами матрицы светофильтров на базе предложенного элемента являются прозрачная основа строго определенной толщины со слоем фотополимера на одной стороне и непрозрачным слоем со щелями на другой стороне. Матрица светофильтров в предложенной конструкции находится вне подложек, между которыми заключен слой ЖК. Дисплеи на основе предложенного элемента по потребительским свойствам, по крайней мере, не хуже всех известных. Однако ввиду более простой конструкции и малого числа операций должны иметь более низкую себестоимость в производстве. При получении патента на элемент - устройство /4/ экономичный способ его изготовления в условиях массового производства, особенно при больших размерах современных экранов (диагональ до 2,5 м у модулей 8-го поколения), не был разработан.
Целью настоящего изобретения является предложение способа изготовления матрицы светофильтров для жидкокристаллических модулей с использованием элементов, работающих на линзах Френеля, реализующего в массовом производстве все его преимущества, и аппаратуры для реализации предложенного способа.
Поставленная цель достигается тем, что используется пишущая головка, механически перемещающаяся относительно подложки со слоем фотополимера на одной стороне и непрозрачным слоем на другой. На пишущей головке установлен, по крайней мере, один источник УФ-излучения и 3 источника ИК-излучения. УФ-излучение проходит сквозь негатив с изображениями трех линз Френеля и создает на слое фотополимера систему экспонированных и неэкспонированных участков с разными показателями преломления, которые образуют три линзы Френеля с разными фокусными расстояниями. Каждый из 3 источников ИК-излучения сфокусирован на участке непрозрачного слоя на оптической оси одной линз и при перемещении пишущей головки испаряет непрозрачный слой, оставляя след в виде узкой прозрачной полоски-щели.
При наличии вышеописанного устройства последовательность операций при изготовлении матрицы светофильтров следующая:
1. Нанесение на одну из сторон подложки слоя фотополимера одним из известных способов.
2. Нанесение на другую сторону подложки непрозрачного слоя.
3. Экспозиция слоя фотополимера актиничным УФ-излучением сквозь негатив с изображениями линз Френеля и одновременное испарение 3 узких полосок непрозрачного слоя при перемещении пишущей головки.
Таким образом, при одном проходе пишущей головки вдоль подложки на всем ее протяжении образуются три линзы Френеля и три щели, через каждую из которых проходит свет только одного из первичных цветов, т.е. линейка светофильтров, которые в комплекте с полоской ЖК и поляроидов образуют линейку пикселей дисплея. Для формирования матрицы светофильтров на всей площади подложки пишущую головку смещают на ширину триады и повторяют процесс формирования линз и щелей до заполнения всей площади подложки.
Для ускорения процесса изготовления может быть установлено N пишущих головок, перемещающихся синхронно, и тогда время изготовления уменьшится в N раз.
При использовании предложенного способа и устройства для его осуществления стоимость изготовления матрицы светофильтров снижается в несколько раз.
Сущность настоящего изобретения поясняется чертежами, где изображены:
Фиг.1 - основные элементы устройства для изготовления матрицы (вид в направлении, перпендикулярном направлению движения пишущей головки),
Фиг.2 - основные элементы устройства для изготовления матрицы (вид в направлении вдоль направления движения пишущей головки),
Фиг.3 - основные элементы устройства для изготовления матрицы (вид сверху),
Фиг.4 - ход лучей в одном пикселе изготовленной матрицы.
Устройство для изготовления матрицы светофильтров включает в себя пишущую головку 1 и основание 2, которые имеют возможность взаимного перемещения вдоль одного из направлений (указано стрелкой 3). На пишущей головке 1 размещены: источник УФ-излучения 4 и 3 источника ИК-излучения 5, например полупроводниковые лазеры (Фиг.1-3). На пишущей головке размещен шаблон с негативными изображениями цилиндрических линз Френеля 6, которые при помощи проекционной системы 7 проецируются на слой фотополимера 8 толщиной 2-3 мкм, например поливинилциннамата (ПВЦ). Слой фотополимера 8 расположен на верхней стороне прозрачной подложки 9, выполненной, например, из полимера и имеющей толщину fcom. Мощность источника УФ-излучения 4 выбрана такой, чтобы при заданной скорости перемещения пишущей головки 1 в слое фотополимера 8 образовывались экспонированные участки 8э, соответствующие прозрачным участкам шаблона, в то время как участки фотополимера, соответствующие непрозрачным участкам шаблона, оставались неэкспонированными - участки 8нэ. На нижней стороне подложки 9 расположен непрозрачный слой 10, выполненный, например, из легкоплавкого полимера с внедренным в него пигментом или красителем. Излучение ИК источника 4 сфокусировано на непрозрачном слое 10. Мощность источника 4 выбрана такой, чтобы при заданной скорости перемещения пишущей головки 1 непрозрачный слой 10 нагревался до температуры, достаточной для испарения участка слоя, и в нем образовывались прозрачные полосы - щели 11 шириной 10-100 мкм. Щели 11 формируются таким образом, чтобы они располагались на оптических осях линз Френеля. Прозрачная подложка 9 с непрозрачным слоем и слоем фотополимера размещена на основании 2. Для увеличения производительности аппаратуры для изготовления матрицы светофильтров пишущих головок 1 может быть предусмотрено более одной (N). Тогда производительность аппаратуры будет в N раз больше.
Шаблон с изображениями цилиндрических линз Френеля 6 имеет прозрачные (6пр) и непрозрачные (6непр) участки (Фиг.2, 3). Расстояния от оптической оси до границ участков задаются в соответствии с формулой: 
где R - расстояние до очередного участка, k - порядковый номер участка, λ - длина волны, f - фокусное расстояние линзы.
Для того чтобы линзы Френеля можно было использовать для формирования трех первичных цветов в жидкокристаллических дисплеях и заменить обычно используемые для этих целей микросветофильтры с поглощающими красителями, формируют триаду линз Френеля - три линзы с различным набором расстояний Rk (Фиг.4). Набор расстояний выполнен так, что фокусное расстояние первой линзы триады для красного цвета - fR равно фокусному расстоянию второй линзы для зеленого цвета - fG и равно фокусному расстоянию третьей линзы для синего цвета - fB. Таким образом, fR=fG=fB=fcom - толщине подложки 9. Каждая из линз Френеля, составляющих триаду, выполнена из экспонированных (8э) и неэкспонированных (8нэ) участков фотополимера 8.
Известно, что под действием актиничного УФ-излучения величина показателя преломления фотополимера, например поливинилциннамата, увеличивается (наведенный показатель преломления). Время экспозиции и мощность экспонирующего УФ источника выбраны такими, чтобы наведенный показатель преломления на экспонированном участке обеспечивал набег фазы не менее чем π/2 по сравнению с неэкспонированным участком.
Известно, что система участков с различными показателями преломления, границы которых определяются формулой (1), представляет собой многофокусную фазовую линзу Френеля. При правильно выбранных набегах фаз в фокусах первого порядка такие линзы могут сконцетрировать до 85-95% световой энергии, падающей на линзу, причем каждая из длин волн сконцетрирована в разных точках оптической оси (Фиг.4). Поскольку для фокусных расстояний соблюдается вышеприведенное соотношение: fR=fG=fB=fcom, то в каждую из щелей 11 непрозрачного слоя 10 будут проходить длины волн ограниченного спектрального состава. Так, в щель 11R будет проходить свет с длиной волны R - преимущественно красный, в щель 11G - с длиной волны G - преимущественно зеленый, а в щель 11 в с длиной волны В - преимущественно синий. Спектральный состав каждого из прошедших сквозь щели цветов определяется шириной щелей 11 в непрозрачном слое 10. При ширине щелей порядка 20 мкм прошедшие цвета будут практически монохроматическими, но иметь маленькую интенсивность. При ширине щелей порядка 100 мкм спектры цветов, прошедших сквозь щели 11R, 11G, 11B, еще не перекрываются и имеют достаточную интенсивность. Изготовитель имеет возможность компромиссного выбора между чистотой цвета и потерями интенсивности.
Пучки белого света 12, содержащие цветные компоненты R, G, B, после прохождения одной из линз превращаются в пучки одного из первичных цветов R, G, B. Три линзы триады составляют единый пиксель дисплея. Модуляция интенсивности каждого из цветов по отдельности осуществляется участком (субпикселем) жидкокристаллического дисплея (в настоящем описании система модуляции не приведена ввиду общеизвестности).
Таким образом, имея устройство с вышеперечисленными компонентами, способ изготовления матрицы светофильтров представляет собой следующую последовательность операций.
Операция 1 - нанесение на одну из сторон подложки 9 непрозрачного слоя 10 одним из известных способов, например напылением, поливом, вытаскиванием из раствора, накаткой, приклеиванием и т.д.
Операция 2 - нанесение на противоположную сторону подложки 9 слоя фотополимера 8 одним из способов, использованных при выполнении Операции 1. При выполнении Операций 1 и 2 не требуется никакого согласования взаимного их положения и они могут быть выполнены независимо и непосредственно на подложке, расположенной на основании, без какого-либо перемещения.
Операция 3 - экспонирование слоя фотополимера 8 УФ-излучением сквозь шаблон 6 и формирование щелей в непрозрачном слое 10 путем термического распыления от источника ИК-излучения 5. Полученная в результате операции 3 структура: фотополимер с системой экспонированных и неэкспонированных участков, основа, непрозрачный слой с испаренными участками в форме щелей - используется в качестве матрицы светофильтров. Операция 3 выполняется при движении пишущей головки 1 относительно подложки 9, расположенной на основании 2. При одном проходе головки вдоль подложки на всем ее протяжении будут сформированы триада линз Френеля и щели 11R, 11G, 11B, расположенные на оптических осях линз. Поскольку взаимное положение фокусов линз и щелей задано конструктивно, то не требуется никаких операций совмещения их в процессе изготовления. При каждом следующем проходе головки формируется очередная триада линз и щелей, для чего головка смещается на ширину уже сформированной триады. В устройстве может быть установлено N пишущих головок, тогда одновременно будет формироваться N триад и производительность устройства возрастет в N раз. В принципе, число головок N может равняться числу пикселей дисплея, и тогда матрица светофильтров будет сформирована за один проход, а производительность будет максимальна.
К настоящему времени жидкокристаллические дисплеи, использующие матрицы светофильтров, получили широчайшее распространение и достигли высокого уровня совершенства. Продажные их цены вполне приемлемы для покупателей и непрерывно падают. Но для того чтобы в этих условиях производители могли сохранить приемлемый уровень прибыльности, они должны снижать себестоимость производства. Предложенный способ позволяет осуществить эту возможность.
Источники информации
1. Патент США 5528398, приор. 18.06.1996.
2. Патент США 6921614, приор. 26.07.2005.
3. www.duPont/DuPont Electronics_Displays_LCD_Thermal_Color_Filters
4. Патент России 2196350, приор. 23.11.1998.
Claims (2)
1. Способ изготовления матрицы светофильтров, включающий нанесение на одну из сторон основы, по крайней мере, одного испаряемого слоя и испарения отдельных участков испаряемого слоя, отличающийся тем, что на противоположную сторону основы наносят слой фотополимера, экспонируют слой фотополимера сквозь негатив с изображениями 3 линз Френеля одновременно с испарением испаряемого слоя и используют основу со слоем экспонированного фотополимера и частично испареннного слоя в качестве матрицы светофильтров.
2. Устройство для осуществления способа по п.1, включающее пишущую головку, на которой размещен, по крайней мере, один источник ИК излучения, основу, на которой нанесен слой, способный локально испаряться под действием ИК излучения, пишущая головка установлена с возможностью механического перемещения относительно основы, отличающееся тем, что на пишущей головке размещены дополнительно 2 источника ИК излучения и проекционная система с источником УФ излучения и негативом изображения 3 линз Френеля, на основу нанесен слой фотополимера на сторону, противоположную от непрозрачного слоя, испаряемый слой выполнен непрозрачным, оптические оси линз Френеля совпадают с участками испаренного слоя.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006117500/28A RU2383910C2 (ru) | 2006-05-23 | 2006-05-23 | Способ изготовления матрицы светофильтров для жидкокристаллического дисплея и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006117500/28A RU2383910C2 (ru) | 2006-05-23 | 2006-05-23 | Способ изготовления матрицы светофильтров для жидкокристаллического дисплея и устройство для его осуществления |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006117500A RU2006117500A (ru) | 2007-12-10 |
| RU2383910C2 true RU2383910C2 (ru) | 2010-03-10 |
Family
ID=38903367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006117500/28A RU2383910C2 (ru) | 2006-05-23 | 2006-05-23 | Способ изготовления матрицы светофильтров для жидкокристаллического дисплея и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2383910C2 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5528398A (en) * | 1993-05-26 | 1996-06-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Color liquid crystal device having color filters on the substrate with fewer electrodes |
| RU2196350C2 (ru) * | 1998-11-23 | 2003-01-10 | Цветков Валентин Алексеевич | Элемент жидкокристаллического дисплея |
| US6921614B2 (en) * | 2001-05-11 | 2005-07-26 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | High resolution laserable assemblages for laser-induced thermal image transfer |
| RU2264641C2 (ru) * | 2001-07-10 | 2005-11-20 | Цветков Валентин Алексеевич | Элемент жидкокристаллического дисплея |
-
2006
- 2006-05-23 RU RU2006117500/28A patent/RU2383910C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5528398A (en) * | 1993-05-26 | 1996-06-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Color liquid crystal device having color filters on the substrate with fewer electrodes |
| RU2196350C2 (ru) * | 1998-11-23 | 2003-01-10 | Цветков Валентин Алексеевич | Элемент жидкокристаллического дисплея |
| US6921614B2 (en) * | 2001-05-11 | 2005-07-26 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | High resolution laserable assemblages for laser-induced thermal image transfer |
| RU2264641C2 (ru) * | 2001-07-10 | 2005-11-20 | Цветков Валентин Алексеевич | Элемент жидкокристаллического дисплея |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006117500A (ru) | 2007-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI486720B (zh) | 光罩 | |
| US6538775B1 (en) | Holographically-formed polymer dispersed liquid crystals with multiple gratings | |
| TWI536116B (zh) | 曝光裝置 | |
| JP2001343514A (ja) | ホログラムカラーフィルタ | |
| US20180213209A1 (en) | Stereoscopic display device | |
| CN109061948A (zh) | 光学基板和显示装置 | |
| KR100919537B1 (ko) | 스펙클을 저감하기 위한 복수의 광원을 구비하는 회절형광변조기를 이용한 디스플레이 장치 | |
| KR20090006050A (ko) | 조명 광학 장치, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법 | |
| JP6953109B2 (ja) | 基板上構造体の製造方法 | |
| KR101560617B1 (ko) | 광 발생 장치 및 그 제어 방법 | |
| JPH11174234A (ja) | ホログラムカラーフィルタ、ホログラムカラーフィルタの製 造方法及びこれを用いた空間光変調装置 | |
| US7492990B2 (en) | Optical switching element, optical switching device, and color image displaying apparatus | |
| KR20060135817A (ko) | 홀로그램 컬러 필터, 그 제조 방법 및 그것을 포함하는컬러 액정 표시 장치 | |
| JP2928226B2 (ja) | 液晶表示素子の配向膜光配向用偏光光照射装置 | |
| TW201314374A (zh) | 配向膜之光配向裝置及配向膜製造方法及液晶顯示裝置製造方法 | |
| JP2960392B2 (ja) | 液晶表示素子の配向膜光配向用偏光光照射装置 | |
| CN117784410A (zh) | 基于滤光片的消色差光学器件、光学镜头以及成像模组 | |
| RU2383910C2 (ru) | Способ изготовления матрицы светофильтров для жидкокристаллического дисплея и устройство для его осуществления | |
| CN221860760U (zh) | 基于滤光片的消色差光学器件、光学镜头以及成像模组 | |
| US7588866B2 (en) | Filter arrays for liquid crystal displays and methods of making the same | |
| JP2007011313A (ja) | 液晶表示装置およびその製造方法 | |
| CN118330947A (zh) | 一种英寸级色差可编程平面透镜、制备方法及其应用 | |
| US11387435B2 (en) | Display panel, manufacturing method thereof, and display apparatus | |
| JP2000165898A (ja) | 偏光照明装置及びその製造方法 | |
| JP2008224786A (ja) | 光スイッチング素子とスイッチング素子と光スイッチング素子アレイと画像表示装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100303 |