专利名称：用于分段显示器的背板的设计和制备方法
技术领域：
本发明涉及用于分段显示器的背板(底板，backplane )的设计
和制备方法。
背景技术：
在直4妄驱动(或分l殳)显示器中，显示面4反通常夹在7>共电相^ 层和背板之间。y^共电才及层是单电极层，其覆盖整个显示区域。背 板包括其上用导电材料形成有所希望的图案的衬底层。显示面板可 以是电泳显示器、液晶显示器或其它类型的显示器，如用Gyricon 技术制备的显示器。
电泳显示器(EPD)是一种非发射性装置，其基于影响溶剂中、 优选介电溶剂中带电荷颜料粒子的迁移的电泳现象。这种类型的显 示器于1969年首次提出。EPD通常包括一对相对的、隔开的板状 电极，其中隔离物预先确定它们之间的一定距离。这些电极的至少 之一(通常在观看侧)是透明的。由介电溶剂和分散在其中的带电 荷颜料粒子组成的电泳分散液被封装在两个极板之间。当在两个电 极之间施加电压差时，带电荷颜料粒子由于吸引力而迁移到极性与 颜料粒子相反的极板。因此，在透明极板呈现的颜色(通过选4奪性 地充电该极板来确定)可以是溶剂的颜色或颜料粒子的颜色。反转 极板极性将使粒子迁移回到相反极板，从而反转颜色。通过控制在
一定电压范围或脉沖时间的极板电荷，可以在透明极板处获得由于 中间颜料密度导致的中间色彩密度(或灰度)。
先前才艮道了不同像素或单元结构的EPD,例如，分区式EPD [M. A. Hopper and V. Novotny, IEEE Trans. Electr. Dev., Vol. ED 26, No.8, pp.1148-2252 (1979)]、微嚢化的EPD (美国专利第5,961,804和 5,930,026号以及2003年1月30日提交的美国申请序列号 60/443,893禾口 2004年1月27曰4是交的序歹'J号10/766,757),以及矛J 用孩t棱4竟或樣i沟槽的全内反射(TIR )型EPD ，如在M. A Mossman, et al., SID 01 Digest pp.1054 (2001)、 SID IDRC proceedings, pp.311 (2001)、以及SID 02 Digest, pp.522 (2002)中所披露的。
美国专利第6,930,818号、第6,672,921号以及第6,933,098号 披露了一种改进的EPD制造技术，将其全部内容以引用方式结合于 此作为参考。该改进的EPD包括分开的由孩史杯形成并填充有分散在 介电溶剂中的带电颜料离子的单元。为了将电泳分散液限制和隔离 在该单元中，该填充后的单元用聚合物密封层加以顶部密封，其中 聚合物密封层优选由包括一种选自由热塑性塑冲+、热塑性弹性体、 热固性塑料及其前体组成的组中的材料的组合物形成。
在电泳分段显示器中，在所希望的图案区域中，显示面板中的 带电荷颜料离子可以迁移到公共电极层侧或背板侧，这取决于公共 电才及层和导电图案之间的电压差。
美国专利第6,795,138号和第6,784,953号4皮露了一种液晶显示 器，该液晶显示器包括通过樣吏杯:技术制造并填充有液晶组合物(可 选地包含二色性染料)的显示单元。
还可以通过Gyricon冲支术来制备显示面才反(如在4受予Gyricon Media7>司的美国专利第6,588,131号以及4受予Xerox的第6,497,942
号和第5,754,332号中所4皮露的)。Gyricon薄斧反是透明塑津+薄层， 其中随机分散有上百万的小珠，有点像调色剂颗粒。这些小珠(各 自容纳在油填充的腔中)可以在那些腔中自由旋转。这些小珠是"二 色性的"并具有两个对比色(例如，黑色和白色、红色和白色)的 半球，充电而呈现为电偶极子。当将电压施加于薄板表面时，小i朱 旋转而将一 个有色侧4是供纟合，见看者。可以将电压施加于该表面以产 生图像如文本和图片。图像将持续存在直到施加新的电压模式(电 压起伏图)。
在分段显示器中，所希望的图案可以是字母表中的字母、数字 显示(如利用众所周知的7或14个分段电极的那些)、标识、符号
或其它图案。
背板通常由柔性或刚性印刷电路板形成。用于制造印刷电5^板 的常^L方法涉及多个步骤。分l史电才及和导线首先在非导电衬底层 (层压或涂覆有导电金属)的相对侧上制成，并通过镀铜通孔彼此 电连接。在形成通孔期间，采用了下述步骤钻孔、化学镀(无电 镀)、电镀、以及用非导电树脂堵塞镀铜通孔。因为在每个分段电 极上的整个区域必须是导电性的并且是平的，所以接着在随后的电 4度和分l爻图案化以前，需要刷光(brushing)和4旭光步骤，以除去 任何与用非导电树脂堵塞的镀铜通孔有关的突起。另外，在用常规 方法形成的分段电才及之间的间隙通常具有大约30 |im至大约60 pm 或甚至更高的深度。如此显著深度的间隙会不利于层压在背板上的 显示面々反，尤其是用孩i杯技术制成的显示面々反。因此，需要另外的 间隙堵塞步骤如焊接掩才莫涂覆(阻焊剂涂覆，solder mask coating )、 光刻以及刷光，以将间隙平面〗匕。因此整个方法不^又昂贵和复杂而 且产率低。
值得注意的是，在本申请中提到的每个文献的全部内容以引用 方式结合于本申请作为参考。
发明内容
本发明涉及用于显示面板的背板:没计，尤其是直4妄驱动显示面板。
本发明还涉及制造用于分段显示器的背板的方法。 本发明的方法涉及更少的步骤，因而成本更4氐。
图1A-1H示出了背板制造的部分方法。 图2示出了本发明的间隙堵塞方法。 图3A-3G示出本发明的一种可替换方法。 图4A-4C以俯^见图示出图3A-3G的方法。 图5A-5F示出本发明的另一种可替换方法。
具体实施例方式
图1A-1H示出背板制造的部分方法。如图1A所示，该方法是 在非导电衬底层(10)上实施的，其中导电金属(11)(如铝、锡、 锌、镍或铜，优选铜或含铜合金)层压或涂覆在两侧上。
在图1B中，通孔(12a和12b )通过例如下述步骤形成枳4成 钻孔或激光打孑U接着进行化学镀和电镀以用导电金属(13)如铜 涂覆通孔的内表面，如图1C所示。在用导电金属镀覆通孔的内表 面的同时，在衬底层(10)两侧上的导电金属层(11)可能会变厚 (lla)。
在图ID中，用非导电树脂(14)(如焊接掩模、粘合剂或负性
光刻月交(negative-tone photoresist), ^尤选焊4妻掩才莫(阻A旱剂)一口负 性光刻月交)堵塞镀铜通孔。可以利用辊涂或丝网印刷来完成该步-骤。 一旦已将非导电树脂施加于通孔，则使用热源或辐射源来固化该树 脂材料。如图1E所示，然后通过旋转或滚动刷光(roller brushing) 来除去在通孔的开口处由树脂材料形成的突起(14a )。
因为在每个分段电极上的整个区域必须是导电的，所以在图IF 中，在从图IE的步骤获得的薄膜两侧镀覆了另外的导电金属层 (15 )。为了制备如图1G所示的分I殳电杉U 16a和16b )和导线(17a 和17b)，采用了光刻和蚀刻。因此，通过通孑L ( 12a或12b)内的 导电金属(13)将每个分段电极(16a或16b)连接于导线(分别 地，17a或17b )。在光刻和蚀刻过程中，根据所希望的分段设计来 形成间隙(18)。必须l吏区i或18a变空以分开导线(17a和17b )。 如果区域18b是在两根导线之间，则也可以使它们变空。
在分,殳电4及之间的间隙(18 )通常具有30微米至60樣i米的'深 度。这样显著深度的间隙可能不利于层压在背板上的显示面板。因 此，优选堵塞间隙。在用于制备印刷电路板的常规方法中，将通常 为负性的光成^f象光刻月交(感光阻剂，photoimageable resist) ^余4隻在 分段电极(16a和16b)上并填充入间隙(18)中。在辐射暴露步 骤以后，利用适当的溶剂，选择性地剥除未暴露区域(即分段电极 上方的区域)上的光刻力交(阻剂)。然后通过^走转或滚动刷光除去 间隙(18)顶部上由暴露光刻胶形成的突起。这样的间隙堵塞方法 不仅昂贵和复杂而且产率低。
本发明提供了如图2所示的新的间隙堵塞方法。首先将液体形 式的辐射或热可固化材津牛(20)施加在分l臾电才及的顶表面。然后将 离型膜(释放膜，release film) (21)层压在顶表面上，以将辐射或 热可固化材料挤入间隙(18)中。在印刷电路板工业的商业上可获
得的许多热或辐射可固化材料例如焊接掩才莫和孔堵塞油墨都适用 于本申i青。另外，还可以^吏用辐射或热可固化粘合剂。为了避免在 堵塞的间隙的顶部形成"倾斜(斜角，dip)"，辐射或热可固化材料
可以具有大于85% ( w/w)的固体含量，优选基本上为100%(w/w) 的固体含量。固化之前，材料的粘度优选在大约10 cps至大约30,000 cps的范围内，更^尤选大约30 cps至大约10,000 cps的范围内。在 某些情况下，可以优选将低介电常^:的非导电材料用于间隙堵塞方 法，以防止与电泳显示器相关的反偏压问题。介电常^:优选在大约 l至大约30的范围内，更优选在大约1至大约10的范围内。可以 通过轧辊(压料锟，nip roller) (22)精确控制层压压力，以减少在 分段电极的顶表面上保留的辐射或热可固化材料的量。实践中，在 分段电极的顶表面上保留的辐射或热可固化材料的厚度可以薄至ij O.lpm或更小。在将辐射或热可固化材料填入间隙以后，施力。辐射 源或热源以使该可固化材料硬化。由于其剥离(或防粘)特性，在 硬化步骤以后，可以容易地除去离型膜(21)并在间隙的顶部上留 下平的表面而没有突起。
这种间隙堵塞方法具有许多优点。例如，可以免去在常ML方法 中所用的繁瑣步骤，如涂覆光成像光刻胶、光刻以及刷光。因此， 可以清洁、有效并且j氐成本地实施如图2中所描述的步骤。
为了完成图1A-1G的组件，如图1H所示，随后可以将焊冲妻掩 模或非导电材料(19)施加至导线侧，以防止导线腐蚀或擦伤。可 以在间隙堵塞之前或之后施加焊接掩模或非导电材料(19 )。
用于制备背板的本发明的一种可替换方法示于图3A-3G。如图 3A所示，在层压或涂覆有导电金属(31)的非导电衬底层(30) 上实施该方法。可以在一t底层的两侧上层压或;余4l导电金属，然而， 仅层压或涂覆一侧就足够了 。适合的导电金属是以上描述的那些， 其中铜是最经常使用的。导电金属层的厚度通常在大约0.1微米至
大约100樣i米的范围内，优选在大约1孩史米至大约5(H敖米的范围 内。
在图3B中，导线(32a和32b)通过光刻和蚀刻而由导电金属 (31)形成。实践中，导电金属(31 )并不是如常规印刷电路板方 法中的只是被图案化以形成薄且窄的导线。相反，如图4A所示， 导线(32a和32b)中的每一个可以在一侧具有更大的导电区i^。 利用这样的设计，可以更容易对准光掩模以暴露其顶层，即在随后 步骤中使用的光成像材料(或感光材料)(33)。
在图3C中，利用模涂(die coating )、幕涂、浸涂、旋涂、喷 涂或刮涂，将介电层(优选光成像材料(33))形成在导线上。适 合的光成4象材料可以包括-f旦不限于商业上可获得的光成^象焊4妻掩 模、负性光刻胶以及正性光刻胶，其中环氧基焊接掩才莫是更优选的。 光成像材料的厚度通常在大约1 ^鼓米至大约l，OOO微米范围内，优 选在大约2微米至大约500微米的范围内。
在图3D, 通过光刻除去在连接于导线(优选在其顶部上)的 区域(34a和34b)中的光成像材料，以便在导线和待形成的分段 电才及之间形成电连4妄。
然后，如图3E所示，zf昔助于电镀，^吏开口区i或(34a和34b) 和导电材料(35a和35b)齐平。用于该步骤的适合导电材料可以 包括但不限于铜、镍、钴、锡、银以及金，其中铜是最优选的。通 过电镀时间和电流密度来控制导电材料(35a和35b)的厚度，以 4吏导电材:扦(35a和35b)的顶部和光成^象才才津牛(33)的顶部齐平。 因此，不需要在常规方法中经常使用的刷光步骤。
在图3F中，将导电金属(36)镀覆在光成像材料上，其中导 电区域(35a和35b)包埋在光成像材料中。因为光成像材料(33)
是非导电性的，所以在电镀步骤之前需要化学镀步骤，以提供薄籽
晶层(thin seed layer )。然后借助于光刻和蚀刻形成分,殳电极(36a 和36b)。 3口图3G所示，4昔助于导电区i或(分另'J为35a和35b)， ^!寻 分段电极(36a和36b )的每一个连接于导线(分另'J为32a和32b )。 将导线(32a和32b )连4妄于电源，以驱动分l爻电才及。
可-,4灸地，如果电4度系统具有良好的深镀能力(throwing power),贝'J可以以一步来镀覆导电金属(35a、 35b和36 )。两种方 式可以用来增加深镀能力。
一种方式涉及将高电流密度才及〗匕剂
(polarizer)(或水卩制齐寸)浮口宏只见整平剂(macro leveler )整合到电 镀溶液中，以增强^氐电流密度沉积。另一种方式涉及利用"永沖电流 来电lt金属。两种方式均是商业上可获4寻的，例如，Technic/^司的 Technic CU 3000和TechniPulse 5300方法。在这种情况下，在电镀 步骤以前，采用化学镀步骤以在图3D的已图案化的光成像材料
(33)表面上提供薄籽晶层。
可以通过电镀时间和电流密度来将分段电极之间的间隙(37 ) 深度控制为薄到大约1微米至大约5微米。该深度取决于镀覆的导 电金属(36)的厚度。如果导电金属(36)的厚度(由此形成的间 隙深度)高得不可接受，则可以应用如图2所示的间隙堵塞方法来 消除这些间隙。
图4A-4C示出图3A-3G所示方法的俯"現图。图4A只寸应于图 3B，其中图3B中的导线32a和32b是图4A中导线32a和32b(在 线X处)的剖一见图。如上所述，每4艮导线在一侧具有更大的导电区 域。图4B对应于图3E，并且示出了已施加了光成像材料，通过 光刻法已除去了区i或34a和34b,以及在区i或35a和35b中已镀^_ 导电金属。图4C对应于图3G。图4C中的方形是图3G中的分段 电才及36a禾口 36b的^府一见图。图3A-3G的方法完全避免了4吏用通孔。因此，消除了在常^见方 法中用于通孔堵塞和平面化(例如，树脂填充和刷光)的所有步骤。 另外，该方法中所使用的所有材料都是商业上可获得的，因此可以 方使j也以^f氐成本实施该方法。
图5A-5F示出本发明的另一种可选替换的方法。在图5A和5B 所示的步骤是与图1A和1B的那些相同，其中形成有通孔(52a和 52b)。在图5C中，通孔填充了导电浆料(53),如碳浆坤+、铜浆泮十、 镍浆料、钴浆料、银浆料、银涂覆的铜浆料、银涂覆的镍浆料、银 涂覆的钴浆料及其复合物或合金浆料，其中铜浆料、银浆料以及银 ^余覆的铜浆库牛是更伊二选的。可以通过4昆涂、丝网印刷或注射》真充， 将导电浆料施加于通孔，其中丝网印刷是更优选的选择。
可以通过热或辐射固^f匕来石更4匕导电浆津牛(53)。可以通过刷光 来除去在通孔开口处由导电浆库+形成的突起(54)，如图5D所示。 在图5E中，实施光刻和蚀刻步骤，以在一侧形成分4殳电极(55a 和55b)并在另一侧形成导线(56a和56b)。最后，将非导电材料 或焊接掩模(57)涂覆在导线侧以完成背板组件。在这种背板组件 中，通过通孔(分别为52a或52b)内的导电浆料(53),每个分段 电才及(55a或55b )连4妄于导线(分另O也，56a或56b )，如图5F所 示。
可以将分段电极的厚度(由此形成的分段电极之间的间隙(58 ) 深度)控制到小于大约10樣支米。然而，如果这些间隙太深以致不 可才妻受，则可以应用图2的间隙堵塞步-骤来消除这些间隙。
为了在j诸存和装运期间防止铜基分,爻电才及发生腐蚀，可以通过 化学镀或电镀将它们涂覆一薄层镍、锡或金。
实施例1
利用图1A-1G的工艺流程制备了一种背板，该背板具有用于数 字显示的众所周知的14个分段电极图案。在蚀刻步骤以后，分段 电极之间的间隙深度为大约40孩丈米。通过注射器在背寿反的一个边 纟彖附近施力口 Norland光学粘合剂61 (Norland Optical Adhesive 61, NOA61 )。在25。C下，NOA61的固体含量和粘度分别为100%和300 厘泊。利用热丰昆层合才几(Hot Roll Laminator) ( Cheminstrument， Fairfield, Ohio ),将UV10离型膜(由CPFilms公司才是供)层压到背 氺反上，其中的热辊层合才几预先i殳置如下辊温度为200°F,层压速 度为lcm/sec,以及寿昆压力为50 psi。利用UV强度为1.2 mw/cm2 的UV固化装置来固化填充在间隙中的NOA61。在固化以后，除去 UVIO离型膜。间隙深度从40微米减小到小于1微米。
虽然已参照具体实施方式
对本发明进行了描述，但本领域^支术 人员应当明了，在不背离本发明的真正精神和范围的情况下，可以 作出各种变化并且可以进行等效替换。另外，可以进行许多改进以
使特定的情况、材料、组成、方法、工艺步骤或多个工艺步骤适合 于对本发明的目的和范围。所有这样的改进属于所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种直接驱动显示器，其包括分段电极，其中，通过由热或辐射可固化材料硬化而成的非导电材料将所述分段电极分开。
2. 根据权利要求1所述的直接驱动显示器，其中，所述热或辐射可固化材料具有大于85% (w/w)的固体含量。
3. 根据权利要求2所述的直接驱动显示器，其中，所述热或辐射 可固化材料具有100% ( w/w )的固体含量。
4. 根据权利要求1所述的直接驱动显示器，其中，所述热或辐射 可固化材料是焊接掩模、孔堵塞油墨、或者热或辐射可固化粘合剂。
5. —种用于堵塞直^t妻驱动显示器中的分,殳电才及之间的间隙的方 法，所述方法包括用热或辐射可固化材料填充所述间隙以及硬 化所述热或辐射可固化材料。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，通过用暂时层压在所述分 |爻电才及上的离型膜将所述热或辐射可固化材料才齐入所述间隙 中来完成所述填充步骤。
7. —种用于制备背^^反的方法，所述方法包"^舌a) 在非导电衬底层上形成导线；b) 用光成像材料覆盖所述导线；c) 形成导电区域，其连接于所述导线并包埋在所述光成 像材料中； d)在所述光成^f象材料上镀覆导电材料以形成分萃殳电才及；以及e )可选地用热或辐射可固化材料填充所述分,殳电才及之间 的间隙，接着硬化所述热或辐射可固化材料。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，所述导线由铜形成。
9. 根据权利要求7所述的方法，其中，所述光成像材料是焊接掩 模、负性光刻胶或正性光刻胶。
10. 根据权利要求7所述的方法，其中，所述光成像材料是环氧基 焊接掩模。
11. 才艮据冲又利要求7所述的方法，其中，所述热或辐射可固化材料 具有大于85% (w/w)的固体含量。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中，所述热或辐射可固化材 料具有为100% (w/w)的固体含量。
13. 4艮据片又利要求7所述的方法，其中，所述热或辐射可固化材剩-是焊4^务才莫、孔堵塞油墨、或者热或辐射可固化粘合剂。
14. 一种用于制备背纟反的方法，所述方法包4舌a )在两侧层压或涂覆有导电材津+的非导电衬底层上形成 通孔；b) 用导电浆料填充所述通孔；c) 如果必要，在所述通孔的开口处去除由所述导电浆泮牛 形成的突起； d) 在层压或涂覆于所述非导电一十底层一侧的所述导电材 料上形成分^殳电才及，以及在层压或涂^隻于所述非导电衬底层另一侧的所述导电材冲牛上形成导线；以及e) 可选地用热或辐射可固化材料填充所述分段电极之间 的间隙，接着硬化所述热或辐射可固化材料。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中，所述通孔是通过机械钻 孑L或激光打孔形成的。
16. 根据权利要求14所述的方法，其中，所述导电浆料是碳浆料、 铜浆料、镍浆料、钴浆料、银浆料、银涂覆的铜浆料、银涂覆 的镍浆料、银涂覆的钴浆料或者其复合物或合金浆料。
17. 才艮据权利要求14所述的方法，其中，所述热或辐射可固化材 料具有大于85% (w/w)的固体含量。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中，所述热或辐射可固化材 料具有基本上为100% (w/w)的固体含量。
19. 根据权利要求14所述的方法，其中，所述热或辐射可固化材 料是焊接掩模、孔堵塞油墨、或者热或辐射可固化粘合剂。
全文摘要
本发明涉及用于分段显示器的背板的设计和制备方法。
文档编号C09K19/02GK101371186SQ200680007985
公开日2009年2月18日 申请日期2006年3月14日 优先权日2005年3月14日
发明者康义明, 沈明宏, 非 王, 赵一雄 申请人:希毕克斯影像有限公司