CN1089168C - 用于彩色显示的彩色滤色片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于彩色显示的彩色滤色片的制备方法，属化工材料技术领域。该方法是首先用光刻胶、颜料、高分子分散剂、醇类溶剂等按比例制备着色光刻胶，然后将光刻胶光刻到基片上，最后对彩色滤色片进行热处理。本发明制备的彩色滤色片分辩率可达10微米，并具有很好的耐热性、耐候性和耐化学药品性。
Description
本发明涉及一种用于彩色显示的彩色滤色片的制备方法，属化工材料技术领域。
由于液晶显示器具有体积小、重量轻、驱动电压低、功耗低等优点，已广泛用于袖珍式彩色电视机和笔记本电脑显示器。随着信息技术和多媒体技术的快速发展，对彩色液晶显示器的需求也将大大增加。日本日立公司预测，到2000年液晶显示器的市场销售金额约为170亿美元。
彩色滤色片是液晶显示器实现彩色化的关键部件，它的基本结构如图1所示：在玻璃基板上先做一层黑网格，网格内分别用光刻技术涂上红、绿、蓝三基色。这些颜色是通过将有机颜料分散在光刻胶中经涂胶、曝光、显影等工艺形成的。
目前用于彩色滤色片制作的光刻胶主要有两大类：
一类是日本凸版印刷株式会社开发的光引发自由基聚合型光刻胶。该类光刻胶存在一个不可避免的缺点，它的光反应受到氧气的阻聚作用。因此，在曝光过程中，常常需要在光刻胶上面再覆盖一层聚乙烯醇以隔断氧气的影响或在氮气保护下进行，这就使工艺变得复杂，同时也增加了成本。此外，在这一方法中，使用有机液体做溶剂，对人体有毒性，而且污染环境。
另一类是大日本印刷株式会社和日本纤维高分子研究所共同开发的光交联型光刻胶。该类光刻胶是聚乙烯醇的衍生物，它具有感光度高，制作简便的优点，同时，整个工艺都采用水性体系，无污染性。
在上述水性体系中，颜料的分散是至关重要的问题，因为有机颜料在水中很难分散，必须选择合适的分散剂。在已有的专利中(日本专利昭60-129738，平2-208602，平2-804)提到的分散剂有非离子型表面活性剂、全氟类表面活性剂和有机颜料的衍生物等，但这些分散剂的分散效果与有机颜料在有机体系中的分散效果相比较差，不能很好地满足彩色滤色片制作的要求。
本发明的目的是设计一种用于彩色显示的彩色滤色片的制备方法，改变已有技术的制备工艺，以实现以下目的：
(1)改进有机颜料在水性体系中的分散程度，从而提高彩色滤色片的光学性能，使之达到与有机体系中相近的结果。
(2)提高彩色滤色片的耐热性、耐候性和耐化学药品性。
(3)采用黑色颜料作为遮光性物质，将其分散在光刻胶中，利用光刻技术制作黑网格。与传统工艺中利用溅射铬及铬氧化物的方法相比，具有成本低、污染小、反射率低等优点。
本发明设计的用于彩色显示的彩色滤色片的制备方法，由以下各步骤组成：
(1)制备着色光刻胶：着色光刻胶的组成(重量百分比)为：感光性聚乙烯醇衍生物2～5，高分子分散剂0.89～0.92，醇类溶剂15～45，颜料：2～15，水：48～80；
将光刻胶溶解于水与醇的混合溶剂(水与醇的重量比为1∶1至5∶1)中，配成浓度为2.5～6％的溶液，再加入高分子分散剂(浓度为0.2～2％)，然后将1.0～5.0克颜料加入光刻胶溶液中，用超声波(功率为100～500W)预分散50～100分钟，最后，将混合物倒入砂磨罐中，研磨分散10～18小时，经过滤，离心得到着色光刻胶；
(2)将上述第一步的光刻胶光刻到基片上，其流程如下：清洗基片(玻璃、硅片、树脂)，涂布着色光刻胶，前烘80～100℃，5～15分钟，曝光，80～100mJ/cm2，超声波(功率100～500W)显影，5～15分钟，后烘，100～120℃，5～15分钟；
(3)对光刻后的彩色滤色片进行后处理：
将上述第二步所得彩色滤色片在150～200℃下加热0.2～2小时，即为用于彩色显示的彩色滤色片。
本发明所用的光刻胶为感光性聚乙烯醇衍生物，其分子结构为：
其中R为氢或烷基，X-为甲基硫酸根离子、卤素离子Cl-或Br-、磷酸根离子。所用的溶解光刻胶的醇类溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇以及乙二醇独甲醚、乙二醇独乙醚、乙二醇独丁醚、乙二醇乙醚乙酸酯中的任何一种。所用的高分子分散剂为：聚氧乙烯-聚氧丙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醚、聚丙烯酰胺、甲基丙烯酸共聚物、马来酸共聚物、乙烯吡啶共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亚胺中的任何一种。
用本发明的方法制得的彩色滤色片分辨率可达到10微米，远远高于彩色显示的要求。其光透过率及色度坐标与用有机体系制得的彩色滤色片很相近，且具有很好的耐热性、耐候性和耐化学药品性。
表3本发明中的彩色滤色片的耐性检验结果
红色滤色片 绿色滤色片 蓝色滤色片耐热性250℃ 2小时 无明显变化 无明显变化 无明显变化耐候性 高温放置400小时 无明显变化 无明显变化 无明显变化
低温放置400小时 无明显变化 无明显变化 无明显变化耐化学盐酸∶硝酸∶水＝20∶1∶20 无明显变化 无明显变化 无明显变化药品性10％氢氧化钠 无明显变化 无明显变化 无明显变化N-甲基吡咯烷酮 无明显变化 无明显变化 无明显变化
附图简要说明：
图1是彩色滤色片的基本结构示意图，图中，1是彩色滤色片，2是黑网格，3是基板。
图2是光刻工艺流程图。
图3是利用本发明方法制备的彩色滤色片的透射光谱图。
图4是彩色滤色片的的色坐标图，图中○为彩色电视标准，Δ为用有机体系制得的彩色滤色片，□为本发明的彩色滤色片。
下面介绍本发明的实施例：
实施例1：
2.0克光刻胶(R＝甲基，X-为甲基硫酸根)溶解于50毫升水与甲醇的混合溶剂中(重量比为3∶1)，加入0.5克高分子分散剂聚氧乙烯一聚氧丙烯，加入2.5克红色颜料，在超声波(功率为100W)下超声50分钟，倒入砂磨罐中，加入50毫升玻璃砂，固定好支架，接通冷却水，研磨10小时后，过滤，离心，得到约20毫升红色光刻胶。
将基片洗净并烘干，放在甩胶机的转台上，滴上适量红色光刻胶，以低速800转/分匀胶10秒后，立即加速至1600转/分，甩胶60秒，得到未曝光的红色滤色片。在80℃下前烘10分钟后，将其放在掩膜板下，用高压汞灯曝光20秒。曝光后，把基片浸入水中在超声波作用下显影2分钟，吹干，100℃下后烘10分钟。最后在200℃下加热1小时，得到红色滤色片。
实施例2：
1.5克光刻胶(R＝H，X-为磷酸根)溶解于50毫升水与异丙醇的混合溶剂中(重量比为2∶1)，加入0.5克高分子分散剂聚乙烯醇，加入2.0克红色颜料与0.5克黄色颜料，在超声波(功率为100W)下超声90分钟，倒入砂磨罐中，加入50毫升玻璃砂，固定好支架，接通冷却水，研磨18小时后，过滤，离心，得到约20毫升红色光刻胶。
将基片洗净并烘干，放在甩胶机的转台上，滴上适量红色光刻胶，以低速800转/分匀胶60秒后，加速至1600转/分，甩胶60秒，得到未曝光的红色滤色片。在90℃下前烘10分钟后，将其放在掩膜板下，用高压汞灯曝光10秒。曝光后，把基片浸入水中在超声波作用下显影1分钟，吹干，110℃下后烘10分钟，最后在200℃下加热1小时，得到红色滤色片。
实施例3：
2.5克光刻胶(R＝乙基，X-为甲基硫酸根)溶解于50毫升水与乙二醇独甲醚的混合溶剂中(重量比为4∶1)，加入0.5克高分子分散剂聚乙烯吡咯烷酮，加入2.0克绿色颜料与1.0克黄色颜料，在超声波(功率为500W)下超声50分钟，倒入砂磨罐中，加入50毫升玻璃砂，固定好支架，接通冷却水，研磨15小时后，过滤，离心，得到约20毫升绿色光刻胶。
将基片放在甩胶机的转台上，滴上适量绿色光刻胶，以低速800转/分匀胶40秒后，加速至1600转/分，甩胶60秒，得到未曝光的绿色滤色片。在100℃下前烘10分钟后，将其放在掩膜板下，用高压汞灯曝光50秒。曝光后，把基片浸入水中在超声波作用下显影1分钟，吹干，120℃下后烘10分钟。最后在200℃下加热1小时，得到绿色滤色片。
实施例4：
1.5克光刻胶(R＝甲基，X-为氯离子)溶解于50毫升水与乙二醇乙醚乙酸酯的混合溶剂中(重量比为4∶1)，加入0.5克高分子分散剂甲基丙烯酸共聚物，加入2.0克蓝色颜料与1.0克紫色颜料，在超声波(功率为200W)下超声50分钟，倒入砂磨罐中，加入50毫升玻璃砂，固定好支架，接通冷却水，研磨12小时后，过滤/离心，得到约20毫升蓝色光刻胶。
将基片放在甩胶机的转台上，滴上适量蓝色光刻胶，以低速800转/分匀胶20秒后，加速至1600转/分，甩胶60秒，得到未曝光的蓝色滤色片。在100℃下前烘10分钟后，将其放在掩膜板下，用高压汞灯曝光30秒。曝光后，把基片浸入水中在超声波作用下显影1分钟，吹干，120℃下后烘10分钟。最后在180℃下加热1小时，得到蓝色滤色片。
实施例5：
2.5克光刻胶(R＝甲基，X-为甲基硫酸根)溶解于50毫升水与异丙醇的混合溶剂中(重量比为2∶1)，加入0.5克高分子分散剂聚乙烯醇，加入2.5克碳黑，在超声波(功率为250W)下超声100分钟，倒入砂磨罐中，加入50毫升玻璃砂，固定好支架，接通冷却水，研磨15小时后，过滤，离心，得到约20毫升黑色光刻胶。
将玻璃基片洗净并烘干，放在甩胶机的转台上，滴上适量黑色光刻胶，以低速800转/分匀胶60秒后，立即加速至1600转/分，甩胶60秒，在80℃下前烘10分钟后，将其放在掩膜板下，用高压汞灯曝光60秒。曝光后，把基片浸入水中在超声波作用下显影2分钟，吹干，120℃下后烘1小时。最后在200℃下加热1小时，得到黑色滤色片。
Claims (2)
1、一种用于彩色显示的彩色滤色片的制备方法，其特征在于该方法由以下各步骤组成：
(1)制备着色光刻胶：着色光刻胶的组成的重量百分比为：感光性聚乙烯醇衍生物：2.72～4.50，其结构式为：
其中R为氢或烷基，X-为甲基硫酸根离子、卤素离子Cl-或Br-、磷酸根离子，
高分子分散剂：0.89～0.92，醇类溶剂：10～16，颜料：2.5～3，水：34～40，
将感光性聚乙烯醇衍生物溶解于水与醇的重量比为2∶1至4∶1的混合溶剂中，配成浓度为2.5～6％的溶液，再加入重量百分比浓度为0.2～2％的高分子分散剂，然后将2.5～3.0克颜料加入光刻胶溶液中，用功率为100～500W的超声波预分散50～100分钟，最后，将混合物倒入砂磨罐中，研磨分散10～18小时，经过滤，离心得到着色光刻胶；
(2)将上述第一步的着色光刻胶光刻到基片上，以制备彩色滤色片，其流程如下：清洗基片，涂布着色光刻胶，前烘80～100℃，10分钟，用高压汞灯曝光10～60秒，超声波显影，功率为100～500W，时间为1～2分钟，后烘，100～120℃，10分钟；
(3)对光刻后的彩色滤色片进行后处理：
将上述第二步所得彩色滤色片在180～200℃下加热1小时，即为用于彩色显示的彩色滤色片；
上述高分子分散剂为：聚氧乙烯-聚氧丙烯、聚乙烯醇、甲基丙烯酸共聚物、聚乙烯吡咯烷酮中的任何一种。
2、如权利要求1所述的制备方法，其特征在于其中所述的用于溶解光刻胶的醇类溶剂为甲醇、异丙醇以及乙二醇独甲醚、乙二醇乙醚乙酸酯中的任何一种。
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| CN 98102280 CN1089168C (zh) | 1998-06-19 | 1998-06-19 | 用于彩色显示的彩色滤色片的制备方法 |
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| CN 98102280 CN1089168C (zh) | 1998-06-19 | 1998-06-19 | 用于彩色显示的彩色滤色片的制备方法 |
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