CN101226331B - Uv固化液体预聚物、使用其的液晶显示器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种UV固化液体预聚物和一种制造LCD器件的方法，其中所述UV固化液体预聚物通过改变涂覆层的成分或通过改变除涂覆层以外的柱状衬垫料的成分来改善热稳定性。所述UV固化液体预聚物包括单功能单体30～60vol％、双功能单体20～50vol％、三功能单体10～20vol％和光引发剂。

Description

UV固化液体预聚物、使用其的液晶显示器件

本申请要求享有2006年12月29日递交的韩国专利申请No.2006-138219以及2007年8月31日递交的韩国专利申请No.2007-088263的权益，其在此被引用作为参考。 

技术领域

本发明涉及非曝光工艺，更具体而言，涉及UV固化液体预聚物，其通过改变涂覆层的成分或通过改变除涂覆层以外的柱状衬垫料的成分来改善热稳定性。本发明还涉及使用该UV固化液体预聚物的液晶显示(LCD)器件和制造该LCD器件的方法。 

背景技术

用于电路的微图案工艺(minute pattern process)是影响器件特性和性能的重要因素。近年来，非曝光工艺已变得越来越重要。 

一种非曝光工艺，即板内印刷(in-plane printing)，使用一种UV固化液体预聚物作为图案材料。然而，UV固化液体预聚物一旦进行热处理后就会变得不牢固，其中UV固化液体预聚物皱缩或收缩。当使用应用软膜的板内工艺形成作为一体的涂覆层和柱状衬垫料，或者形成白色滤色片层时，所述柱状衬垫料、涂覆层或者白色滤色片层会由于热处理而皱缩，在所述白色滤色片层中，涂覆层和柱状衬垫料一起形成为白色嵌入式结构(white plus structure)。例如，这可以发生于在柱状衬垫料上形成定向层以后的焙烧工序中。 

参考附图对一种UV固化液体预聚物和一种制造LCD器件的方法的相关技术进行描述。图1显示了包括白色子像素的方形单个像素的示意图。由一种UV固化液体预聚物构图的LCD器件包括彼此相对的第一基板和第二基板以及在第一和第二基板之间形成的液晶层。如图1所示，第一基板和第二基板中的每一个都包括多个像素区域，其中每个像素包括红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和白色(W)子像素。另外，在红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和 白色(W)子像素中分别形成红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和白色(W)滤色片层12a、12b、12c和14。 

这一除了红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)子像素以外还具有白色(W)子像素的结构被称为“白色嵌入式结构。”在图1中，一个方形像素被分成四个部分，其中红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和白色(W)子像素被分别定位到该方形单个像素的四个部分中，其显示为白色嵌入式结构。所述红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和白色(W)子像素可以配置成条纹状，并且可以在子像素中分别形成相应的滤色片层。 

图2A-2C显示了方形像素结构的滤色片阵列基板的制造方法的横截面图。图3显示了经过焙烧定向层之后滤色片阵列皱缩和收缩的横截面图。 

参考图2A，在由多个像素所限定的第一基板10上的子像素边缘处形成遮光层11，其中每个像素包括红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和白色(W)子像素。所述遮光层11形成于第一基板10上的子像素边缘处，其对应于在第二基板上形成的栅线、数据线和薄膜晶体管(未显示)。红色滤色片层1 2a、绿色滤色片层(如图1，12b)和蓝色滤色片层(如图1，12c)分别形成于第一基板10的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)子像素中。 

然后将UV固化液体预聚物的图案材料层13涂覆在第一基板1 0的整个表面上，所述第一基板10包括遮光层11和红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)滤色片层12a、12b和12c。UV固化液体预聚物的图案材料层13被紫外线所固化并被压力而改变，其中该预聚物的粘性比普通聚合物更强。 

如图2B所示，使模具20与图案材料层13接触以在图案材料层13中对应于模具20的凹陷和凸起部分处形成图案130，所述模具20具有形成于其背面的背板(未显示)。参考图2C，将模具20与图案130分离。结果，图案130由设置在白色子像素中的白色滤色片层14，设置在第一基板10(包括遮光层11和红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和白色滤色片层12a，12b，12c和14)的整个表面上的涂覆层15以及设置在遮光层11上方的涂覆层15上的柱状衬垫料16形成。在完成上述步骤后，白色滤色片层14、涂覆层15和柱状衬垫料16被整合成一体并构成图案130。 

图2A-2C显示了白色子像素及其层，其中白色滤色片层形成于涂覆层和柱状衬垫料的形成工艺中，而不是作为附加滤色片工艺步骤形成该白色滤色片 层。至于柱状衬垫料16、涂覆层15和白色滤色片层14由一个图案材料层一起形成图案。在图案130的表面上形成聚酰亚胺定向层18时，用大约180℃的热处理焙烧所述定向层。此种情况下，涂覆层由于UV固化液体预聚物的皱缩和收缩而变得不均匀。需要使白色子像素适当地保持白色滤色片层的厚度14a和涂覆层的厚度15a。因此，由于UV固化液体预聚物在定向层18的焙烧过程中的皱缩和收缩，白色子像素的图案表面130a相比于其它部分更加凹陷和皱缩。 

发明内容

一种UV(紫外线)固化液体预聚物，包括单功能单体30～60vol％、双功能单体20～50vol％、三功能单体10～20vol％和光引发剂。 

一种LCD器件，包括：彼此相对的第一基板和第二基板，其中第一基板和第二基板的每一个都被有规则地配置的红色、绿色、蓝色和白色子像素所限定；遮光层，其形成于第一基板除子像素的其它部分上；红色、绿色和蓝色滤色片层，其分别形成于第一基板的红色、绿色和蓝色子像素上；平整化图案层，其形成于包括遮光层以及红色、绿色和蓝色滤色片层的第一基板的整个表面上，其中该平整化图案层由一种UV固化液体预聚物形成，该预聚物包括单功能单体30～60vol％、双功能单体20～50vol％、三功能单体10～20vol％和光引发剂；薄膜晶体管阵列，其形成于第二基板上；第一定向层，其形成于包括平整化图案层的第一基板的整个表面上，和第二定向层，其形成于包括薄膜晶体管阵列的第二基板的整个表面上；以及液晶层，其形成于第一基板和第二基板之间。 

一种制造LCD器件的方法，包括：制备彼此相对的第一基板和第二基板，其中第一基板和第二基板的每一个都被有规则地配置的红色、绿色、蓝色和白色子像素所限定；在第一基板除子像素的其它部分上形成遮光层；分别在第一基板的红色、绿色和蓝色子像素上形成红色、绿色和蓝色滤色片层；在包括遮光层以及红色、绿色和蓝色滤色片层的第一基板的整个表面上涂覆一种UV固化液体预聚物，其中所述UV固化液体预聚物包括单功能单体30～60vol％、双功能单体20～50vol％、三功能单体10～20vol％和光引发剂；在红色、绿色、蓝色和白色子像素上形成平整化图案层以实现UV固化液体预聚物的平坦上 表面；在包括遮光层以及红色、绿色和蓝色滤色片层的第一基板的整个表面上形成定向层；在第二基板上形成薄膜晶体管阵列；以及在第一和第二基板之间形成液晶层。 

需要理解的是，本发明的前述概括说明和下述具体说明都是实例性的和解释性的，并且其意图提供如权利要求所述的本发明的进一步说明。 

附图说明

包含附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图结合到说明书中且构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的具体实施方式并与说明书一起用来解释本发明的原理。 

图1是具有白色子像素的方形单个像素的示意图； 

图2A-2C表示方形像素结构的滤色片阵列基板的制造方法的横截面图； 

图3表示经过焙烧定向层之后滤色片阵列皱缩的横截面图； 

图4A-4C表示在固化工艺和热处理之后包括单功能基团的UV固化液体预聚物的体积变化； 

图5A-5C表示在固化工艺和热处理之后包括支链或交联的功能基团的UV固化液体预聚物的体积变化；以及 

图6表示使用UV固化液体预聚物的LCD器件的横截面图。 

具体实施方式

具体参考示例性实施方式，其在附图中进行了说明。尽可能在附图中通篇使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。参考附图，对一种UV固化液体预聚物、使用该UV固化液体预聚物作为构图材料的LCD器件以及制造该LCD器件的方法进行说明。 

UV固化液体预聚物通过改变或替换某些成分使得某些材料在热处理过程中的皱缩最小化。现在对UV固化液体预聚物中基于功能基团数量的固化和热特性进行说明。所述功能基团对应于单体化合物与聚合物进行化学反应的位点。例如，单功能基团具有一个单体化合物与聚合物进行反应的位点。即，双功能基团或三功能基团具有两个或三个单体化合物与聚合物进行反应的位点。 

图4A-4C表示了包括单功能基团的UV固化液体预聚物经过固化工艺和 热处理后的体积变化。例如，UV固化液体预聚物51形成于基板上(未示出)，其中所述UV固化液体预聚物51包括单体(M)和单功能引发剂(I)，所述单体(M)各自具有单功能基团，所述单功能引发剂(I)各自具有作为引发剂的单功能基团活性位点，以引起在单体(M)上的初始反应。 

由于UV固化液体预聚物被UV辐射所激活，每个包括单功能基团的单体具有一个活性位点。如图4B所示，当使用UV辐射对图案层52进行固化后，形成作为线性链结构的UV固化液体预聚物薄膜。由于具有单功能基团的单体(M)被单功能引发剂(I)所激活，各被激活的位点与另一单体结合，并且此种结合在水平面上重复发生，从而形成线性链结构。经过固化工艺后，所述线性链结构被以固定间隔堆积或者堆叠，其中每个线性链结构是水平的。固化工艺后使线性链结构水平配置，并且UV固化液体预聚物薄膜被固化且形成图案层52。 

如图4C所示，如果施加额外的热处理，图案层52以线性链结构的间距显著减小的方式形成，从而在图案层52上发生整体收缩。当将多个线性链结构水平配置时，固化工艺后的两个线性链结构的间距是固定的。当对其施加额外的热处理后，线性链结构之间的间距减小从而导致图案层52a收缩。因此，如图3所示，图案层52a收缩，其中包括单功能基团的单体的UV固化液体预聚物被固化，使得所固化的图案层的体积相对于初始涂覆的图案层的体积要小。 

基于包括单功能基团的UV固化液体预聚物由于其结构特性而在固化工艺中收缩这一前提，为了克服由于固化工艺后额外热处理导致的UV固化液体预聚物的严重收缩，UV固化液体预聚物需要包括具有双功能基团或三功能基团的聚合物。如果UV固化液体预聚物包括双功能基团或三功能基团的聚合物，UV固化液体预聚物的体积保持不变，即使是被固化或热处理时。 

图5A-5C示出了在固化工艺和热处理后UV固化液体预聚物的体积变化，所述UV固化液体预聚物的功能基团包括支链或交联。如图5A所示，UV固化液体预聚物包括按体积计大约30～60％的单功能单体(M)，按体积计大约20～50％的双功能单体(D)，按体积计大约10～20％的三功能单体(T)和光引发剂(I)。所述单功能单体(M)由CH₂＝CHY或CH₂＝CXY形成，其中“X”和“Y”由卤素、烷基、酯或苯基中的任一种形成。通常所述单功能单体(M) 由乙烯基单体形成，其形成于碳的共价键结构中。 

所述双功能单体(D)由HIDA(1，6-己二醇二丙烯酸酯)或DGDMA(缩二乙二醇二甲基丙烯酸酯)形成。例如，所述双功能单体(D)具有下述化学式1的结构。 

化学式1 

2，2-过氧羟基丙烷 

另外，所述三功能单体(T)由1-(四氢-甲烯基呋喃-2-基)丙烯酸乙烯酯或3-(2-脱唑烷酮-3-基)丁-1，3-二烯-2-基丙烯酸酯形成。例如，所述三功能单体(T)具有下述化学式2和3的结构。 

化学式2 

1-(四氢-甲烯基呋喃-2-基)丙烯酸乙烯酯 

化学式3 

3-(2-脱唑烷酮-3-基)丁-1，3-二烯-2-基丙烯酸酯 

在包括单功能基团单体(M)、双功能单体(D)和三功能单体(T)的总量中，所述光引发剂(I)按重量计为大约1～3％。所述光引发剂(I)由 Irgacure369{2-苄基-2-(二甲基氨基)-1-[4-吗啉基)苯基]-1-丁酮}、Irgacure819{苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)}或Irgacure184{1-hydtoxycyclohexyl苯丙酮}中的任一种形成。 

所述光引发剂(I)为按重量计大约1～3％，其中所述光引发剂(I)是芳香酮类材料或者氧化磷类材料。例如，Irgacure819是氧化磷类材料，而Irgacure184和Irgacure369是芳香酮类材料，其可以被同类材料所取代。 

所述光引发剂(I)是单活性位点引发剂。然而，所述光引发剂(I)可以被双活性位点生成引发剂所替代以便获得支链或交联结构。为了防止反应速度的降低，所述UV固化液体预聚物可以包括含有双活性位点的光引发剂，含有单活性位点的光引发剂，Irgacure369{2-苄基-2-(二甲基氨基)-1-[4-吗啉基)苯基]-1-丁酮}、Irgacure819{苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)}或Irgacure184{1-羟基环己基苯丙酮}中的任一种。 

在基板(未示出)上涂覆作为薄膜的UV固化液体预聚物以后，对UV固化液体预聚物施用紫外光。因此，在UV固化液体预聚物中随机配置的单体和光引发剂被激活以便使单功能单体(M)、双功能单体(D)和三功能单体(T)结合成一条线，从而形成线性链结构。对于与单功能单体(M)结合的双功能单体(D)或三功能单体(T)，未结合的功能基团作为支链。另外，由单独的线性链形成的支链与相邻的线性结构连接，从而形成交联结构。对UV固化液体预聚物固化以后，图案层210变得更加牢固并因此更加稳定。 

因此，如图5C所示，尽管在固化形成图案层210以后使用额外的加热处理，在两个相邻线性链之间的交联部分有助于保持两个相邻线性链之间的间隙。在相邻线性链中没有交联的部分上，支链支撑相邻线性链之间的间隙。结果，图案层210的体积基本上保持不变。尤其是，对于线性链被按顺序堆叠的图案层210的结构，可以通过交联和分支使厚度变化最小化。 

由于下述原因，所述UV固化液体预聚物包括大约30～60vol％的单功能单体(M)、大约20～50vol％的双功能单体(D)和大约10～20vol％的三功能单体(T)。随着功能基团数量的增加，交联和分支由于功能基团的活化也增加。通过在固化工艺后的额外热处理，UV固化液体预聚物的收缩达到最小。然而，通过增加功能基团的数量，粘性也增加。因此，当通过提供模结构形成图案时，例如，在使用UV固化液体预聚物涂覆基板后，将软膜作用于该基板 时，移动和反应速度都降低，其中很难在基板上获得所需图案。因此，UV固化液体预聚物粘性的增加被限制到最大值。按体积计，UV固化液体预聚物的三功能单体大于大约20％时导致不可能形成所需的图案。 

为了限制粘性的增加，UV固化液体预聚物可以包括双功能单体以及三功能单体，以保证热稳定性。所述双功能单体和三功能单体被紫外光激活而有助于产生分支和交联。使用双功能单体和三功能单体以及单功能单体提供比只用单功能单体更高的热稳定性。 

当仅仅使用双功能单体和三功能单体时，由于功能基团数量巨大，使用紫外辐射激活各自单体的反应速度降低。在此方面，UV固化液体预聚物必然需要单功能单体。通过提供按体积计大约30％和按体积计大约60％的单功能单体，可以提高反应速度并获得适宜的粘性。 

根据下述步骤将UV固化液体预聚物用于形成图案。首先，制备膜结构，该膜结构的后表面具有背板并且其后表面上具有凹陷和凸出部分。 

与膜结构相对，使用上述提及的UV固化液体预聚物涂覆基板。然后将膜结构与UV固化液体预聚物接触，并且然后对其固化以便在UV固化液体预聚物的表面中形成对应于膜结构的凹陷和凸出部分的预定图案。然后将膜结构从UV固化液体预聚物的预定图案上分离。 

如上所说明，所述UV固化液体预聚物可以用于非曝光工艺以及用于模结构的工艺中。例如，在使用UV固化液体预聚物涂覆基板后，可以通过印刷在UV固化液体预聚物上形成预定图案。 

如图5A所示，当UV固化液体预聚物被用于具有白色嵌入式结构的LCD器件时，白色滤色片层和涂覆层都可以由UV固化液体预聚物同时形成。另外，柱状衬垫料以及白色滤色片层和涂覆层可以由UV固化液体预聚物形成。 

图6示出了使用UV固化液体预聚物的LCD器件的横截面图。如图6所示，所述LCD器件包括UV固化液体预聚物，其用作图案层。所述LCD器件包括彼此相对的第一基板100和第二基板(未示出)以及形成于第一和第二基板之间的液晶层，其中所述第一基板100包括规则配置的红色、绿色、蓝色和白色子像素。 

第一基板100也包括遮光层111，其形成于除子像素以外的其它部分中。在各自的红色、绿色和蓝色子像素中设置红色、绿色和蓝色滤色片层112，并 且在包括遮光层111以及红色、绿色和蓝色滤色片层112的整个表面上形成平化图案层210。所述平整化图案层210由上述提及的UV固化液体预聚物形成。 

通过施加UV固化液体预聚物涂层形成所述平整化图案层210，所述UV固化液体预聚物包括按体积计大约30～60％的单功能单体(M)，按体积计大约20～50％的双功能单体(D)和按体积计大约10～20％的三功能单体(T)。随着平整化图案层形成于红色、绿色、蓝色和白色子像素之上，该平整化图案层210在白色子像素中用作白色滤色片层113，并且在其它区域也用作平整化图案层114。如附图所示，在遮光层111上方的平整化图案层210具有凸出部分，以便该平整化图案层210可以用作柱状衬垫料115。 

所述柱状衬垫料115和平整化图案层210可以在不同步骤中形成。在此种情况下，平整化图案层在基板上除柱状衬垫料区域的整个表面上形成为平面。如附图所示，多个层一起由平整化图案层210形成，从而可以减少用于第一基板100的步骤数量。 

制备面向具有滤色片阵列的第一基板的具有薄膜晶体管阵列的第二基板。所述薄膜晶体管阵列包括栅线和数据线，其在各子像素边缘处彼此交叉，位于栅线和数据线交叉附近的薄膜晶体管，以及在各子像素中形成的像素电极。所述像素电极可以在各子像素中与另一像素电极交替。然后，在包括平整化图案层210的第一基板100的整个表面上形成第一定向层118，并且可以在包括薄膜晶体管阵列的第二基板的整个表面上形成第二定向层(未示出)。 

在图6中，形成定向层后，平整化图案层210具有对应于红色、绿色、蓝色和白色子像素的平坦上表面。通过形成平整化图案层210，可以提供与白色子像素相对应的白色滤色片层113，和平整化包括遮光层111的第一基板的涂覆层114。平整化图案层210经过固化以后，平整化图案层210的交联和密闭得到提高。因此，平整化图案层210由于其热稳定性高而保持其体积基本上不会皱缩。尽管在形成平整化图案层210之后，施加额外的热处理以形成定向层118，对应于白色子像素的部分并没有凹陷或皱缩，以便使平化图案层210保持均匀的厚度。 

接下来，在包括滤色片阵列的第一基板100和包括薄膜晶体管阵列的第二基板(未示出)之间形成液晶层。为了形成液晶层，在第一基板或者第二基板上形成没有入口的密封剂，并且将液晶材料施加到具有密封剂的基板上。然后 将第一和第二基板相互接合。在另一种方法中，在第一基板或者第二基板上形成具有入口的密封剂，并且将第一和第二基板相互接合。利用毛细现象和压差，通过入口向第一和第二基板之间的空间中注入液晶材料。 

如上所述，UV固化液体预聚物和使用该UV固化液体预聚物的LCD器件具有下述优点。第一，可以防止图案的预定部分由于热处理而皱缩。第二，UV固化液体预聚物可以用于一起形成白色滤色片层、涂覆层和柱状衬垫料，其中UV固化液体预聚物包括预定比例的双功能单体和三功能单体以及单功能单体。因此，尽管在使用UV固化液体预聚物形成图案后施加热处理，仍可以防止具有分支或交联结构的UV固化液体预聚物皱缩或体积减小，从而实现具有抗热性的UV固化液体预聚物。使用UV固化液体预聚物防止了白色子像素部分皱缩或凹陷，从而提供了高质量的显像器件并且防止缺陷的盒间隙。 

显然对于本领域的技术人员，可以对本发明的具体实施方式进行各种改进和变化而不背离发明的精神或范围。因此，本发明意图涵盖落入所附权利要求和其等同范围内的本发明的具体实施方式的改进和变化。 

Claims (6)

1.一种UV固化液体预聚物，包括单功能单体30～60vol％、双功能单体20～50vol％、三功能单体10～20vol％和光引发剂，

其中所述单功能单体由CH₂＝CHY或CH₂＝CXY形成，其中“X”和“Y”由卤素、烷基、酯或苯基中的任一种形成，

所述双功能单体由1，6-己二醇二丙烯酸酯或缩二乙二醇二甲基丙烯酸酯形成，

所述三功能单体由1-(四氢-甲烯基呋喃-2-基)丙烯酸乙烯酯或3-(2-脱唑烷酮-3-基)丁-1，3-二烯-2-基丙烯酸酯形成。

2.根据权利要求1所述的UV固化液体预聚物，其特征在于，所述单功能单体包括活性位点以引发单体的初始反应。

3.根据权利要求1所述的UV固化液体预聚物，其特征在于，所述光引发剂在包括单功能基团单体、双功能单体和三功能单体的总重量中，按重量计为1～3％。

4.根据权利要求3所述的UV固化液体预聚物，其特征在于，所述光引发剂由2-苄基-2-(二甲基氨基)-1-[4-吗啉基)苯基]-1-丁酮、苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)或1-羟基环己基苯丙酮中的任一种形成。

5.根据权利要求1所述的UV固化液体预聚物，其特征在于，所述光引发剂包括双活性位点生成引发剂。

6.一种液晶显示器件，包括：

彼此相对的第一基板和第二基板，其中第一基板和第二基板的每一个都被有规则地配置的红色、绿色、蓝色和白色子像素所限定；

遮光层，其形成于第一基板除子像素的其它部分上；

红色、绿色和蓝色滤色片层，其分别形成于第一基板的红色、绿色和蓝色子像素上；

平整化图案层，其形成于包括遮光层和红色、绿色和蓝色滤色片层的第一基板的整个表面上，其中该平整化图案层由UV固化液体预聚物形成，该预聚物包括单功能单体30～60vol％、双功能单体20～50vol％、三功能单体10～20vol％和光引发剂；

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