CN1164653A - 滤色片及其制造方法和装有滤色片的多彩色显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及滤色片及其制造方法和装有滤色片的多彩色显示器。更具体地说，本发明涉及一种滤色片，它包括窗形彩色镀膜和放在窗形彩色镀膜之间的框形光隔离镀膜；本发明涉及一种制造滤色片和装有该滤色片的多彩色显示部件，如彩色液晶显示器(LCD)的方法。

Description

滤色片及其制造方法和装有滤色片的多彩色显示器
本发明涉及滤色片及其制造方法和装有滤色片的多彩色显示器。更具体地说，本发明涉及一种滤色片，它包括窗形彩色镀膜和放在窗形彩色镀膜之间的框形光隔离镀膜；本发明涉及一种制造滤色片和装有该滤色片的多彩色显示部件，如彩色液晶显示器(LCD)的方法。
至今液晶显示器已经用于带有小型显示器的产品，如所谓的便携式电视机。然而近些年来，液晶显示器的尺寸迅速变大。由于开发了从扭转向列的(TN)液晶到超级扭转向列的(STN)液晶的产品，以及例如薄膜晶体管(TFT)的有源驱动元件，所以液晶显示器的图象质量也已经改善了，使得具有图象质量像阴极射线管那样好的液晶显示器的产品能够商品化。
已知可用染色法、颜料弥散法、电淀积法、印制法等方法来生产用于使LCD彩色化的滤色片。在这些方法中，通过电淀积制造滤色片的方法的特点是工艺简单，该方法包括将具有导电电路的衬底放在滤色片的表面和相对的电极上，以便在淀积液中面对面，并在热处理后施加一个电压。除了工艺简单，电淀积法的特殊优点是能够大规模、低成本地生产带有精确地形成在衬底上的彩色镀膜的滤色片。
例如根据美国专利第4,812,387号公开的工艺，由电淀积法生产滤色片。根据该工艺，首先制备在其表面带有透明导电(例如铟锡氧化物(ITO))电路的透明衬底(例如玻璃衬底)。另一方面，通过混合与弥散规定比例的颜料、聚合物材料、溶剂等制备电淀积液。
把衬底浸入电淀积液中并混合。在负离子电淀积和施加一个电压的情况下，通过分别采用导电电路和相对的电极作为阳极和阴极，在衬底的电路上有选择地形成彩色镀膜。重复几次这样的电淀积操作能够形成多彩色镀膜。
然后，带有这样形成的彩色镀膜的衬底的整个表面涂敷黑色负光刻胶组分。通过采用彩色镀膜作为光掩模将所得的镀膜暴露在从衬底的背面射来的光中，并进行显影，保留彩色镀膜之间的缝隙中的光隔离膜(所谓后背曝光法)，从而得到在层的平面度方面非常好的所要求的滤色片。
然而，用这种方法制造的彩色镀膜具有连续的形状(例如条形)。根据美国专利第4,812,387号公开的工艺所代表的常规的电淀积法，不能制造近些年非常需要的带有非连续形状(例如窗形)的彩色镀膜。
已经知道有几种工艺来解决这一问题。美国专利第5,578,403号提出了一种工艺，它将电淀积法和光刻技术结合起来。具体地说，该工艺包括用光刻胶组分涂敷透明衬底的带有导电电路的表面，形成覆盖表面的光刻胶膜，用光刻技术在光刻胶膜上形成框形图案，裸露窗形中的透明导电电路，对得到的衬底进行电淀积，形成窗形彩色镀膜，消除框形光刻胶膜，通过所谓的后背曝光法在形成的彩色镀膜之间的缝隙中形成光隔离膜，从而得到在层的平面度方面非常好的所要求的滤色片。
美国专利第5,503,732号公开了另一种将电淀积法与光刻技术相结合的工艺。根据该专利的工艺，通过采用黑色光刻胶组分，在具有透明导电电路的透明衬底上形成框形光隔离膜，然后用电淀积法形成窗形彩色镀膜，得到在层的平面度方面特别好的所要求的滤色片。
这些工艺确实有很多优点，然而，由于近些年来LCD的迅速发展，对高性能大尺寸的LCD的需求仍不能满足。为了开发满足这种需要的LCD，强烈要求开发高性能、大尺寸的滤色片，它能够提供高稳定度的图象和在窗形彩色镀膜的周围不漏光，以及生产这种滤色片的具有工业优势的有效工艺。
本发明的发明人具有开发这种所要求的滤色片和生产该滤色片的强烈愿望。本发明人发现通过采用不同厚度的彩色镀膜和光隔离膜可以得到所要求的滤色片。
本发明提供：
一种滤色片包括：
一层透明衬底，
形成在透明衬底上的一个以上的透明导电电路，
在一个以上的透明导电电路上的窗形彩色镀膜，以及
夹在窗形彩色镀膜之间的框形光隔离镀膜，
膜厚度大于窗形彩色镀膜的框形光隔离镀膜；以及
一种制造滤色片的方法，该滤色片包括一层透明衬底；形成在透明衬底上的一个以上的透明导电电路；在一个以上的透明导电电路上的窗形彩色镀膜；以及夹在窗形彩色镀膜之间的框形光隔离镀膜；膜厚度大于窗形彩色镀膜的框形光隔离镀膜；该方法包括以下步骤：
(a)用能够形成光隔离镀膜的负或正光刻胶组分涂敷带有一个以上的透明导电电路的透明衬底的表面，形成覆盖该表面的光刻胶层，
(b)对光刻胶层进行光刻，形成框形光隔离镀膜，该镀膜夹在窗形裸露部分之间，并具有预定的膜厚度和由窗形裸露部分的长方向框和横方向框确定的形状，光隔离镀膜的长方向框至少填充由一个以上的透明导电电路形成的间隙，光隔离镀膜的横方向框横跨一个以上的透明导电电路，以及
(c)通过电淀积形成填充窗形裸露部分的彩色镀膜，以便使框形光隔离镀膜的预定膜厚度大于得到的窗形彩色镀膜的膜厚度。
图1是在表面上具有透明导电电路的衬底的平面图。在图1中，1表示透明导电电路。
图2是在表面上带有框形光隔离镀膜的衬底的平面图。在图2中，2表示光隔离镀膜。
图3A和3B是本发明的滤色片的平面图。在图3A和3B中，3表示彩色镀膜。在图3B中，滤色片的透光部分处的彩色镀膜是窗形的。根据本发明的方法，可以按照图1、图2和图3A/3B的次序得到所要求的滤色片。
下面详细描述本发明。
可以采用任何已知的方法来制造本发明的滤色片，本发明的滤色片的特征是光隔离镀膜比彩色镀膜厚，形成彩色镀膜之前形成光隔离膜，下面描述这些方法中的最佳方法。
可以根据任何已知的方法来制备用于本发明的在其表面具有一个以上的导电电路的透明衬底。根据常规的方法，在透明衬底(例如玻璃板，塑料板)上形成透明导电层(例如ITO膜(掺锡的铟氧化物膜)，NESA膜(掺锑的锡氧化物膜))，并用例如蚀刻技术处理形成的透明导电膜，由此可以形成相互绝缘并具有所要求的形状的透明导电电路。
虽然没有特别限制导电电路的电阻率，但是较小的电阻率更好一些。为了改善由电淀积形成的每层彩色镀膜的膜厚度分布和表面平滑度，导电电路的电阻率按越来越好的顺序排列是等于或小于30Ω/□，等于或小于20Ω/□和等于或小于15Ω/□。为了得到更好的结果，应使整个衬底上的电阻率尽可能地均匀。一旦关于电阻率的这些要求得到满足，带有导电电路的衬底的尺寸在原则上就不受限制，因此可以得到任何大尺寸的滤色片。增加带有导电电路的衬底的尺寸可以满足加大LCD尺寸的要求，以及提高滤色片的生产率。这些优点是通过本发明的电淀积法获得的。
在本发明中，首先在具有一个以上的透明导电电路的衬底上形成黑色光刻胶层。用于形成该层的材料包括负的或正的光刻胶组分，该组分是通过将具有光隔离特性的颜料(例如炭黑，钛黑)弥散在包含具有抗热性、抗溶剂性和其它所要求的特性的适合的感光材料的材料(例如丙烯酸树脂，聚酯树脂，聚酰亚胺树脂)中得到的。然而不用说，它们不限于这些组分。它们包括具有光隔离特定的材料，并满足规定的要求。例如，它们也包括市场上可买到的包含黑色材料的负的或正的光刻胶组分。具体的例子是Fuji Hunt Electronics Technology Co.的CK-S234(商品名)mfd.，Tokyo Ohka Kogyo Co.，Ltd.，的CFPR-BK550S(商品名)mfd.，和Shin-Nittetsu Kagaku Co.的V259-BKO(商品名)mfd.。
通常采用常规的网板印刷法、旋转涂敷法、滚动涂敷法等作为将负的或正的光刻胶组分涂敷在具有导电电路的衬底表面上的方法。
虽然最终得到的层的厚度依据包含在光刻胶组分中的溶剂等的蒸发和/或由树脂的固化等引起的收缩而改变，但是该厚度通常落在大约0.2至10微米的范围内。考虑到光刻胶层的形成图案的特性、光隔离特性、彩色镀膜的厚度等因素，最终得到的层的厚度最好落在大约1.5至6微米的范围内。
接下来，用光刻技术使光刻胶层形成图案，形成框形光隔离镀膜，以便放在窗形裸露部分之间，即以窗形裸露透明导电电路上的光刻胶层的部分。根据LCD的尺寸选择窗形裸露部分的结构。例如，三角形或马赛克结构用于等于或小于5英寸的小尺寸LCD，而条形结构主要用于大于5英寸的大尺寸LCD。
光隔离镀膜的图案是框形，因此光隔离镀膜的框包围窗形裸露部分。光隔离镀膜的长方向框填充电路之间的间隙。如果需要，它们可以填充电路之间的间隙并堆积在电路的长方向倒角边缘上。光隔离镀膜的横方向框横跨在电路上。
用已知的光刻技术，将衬底暴露在光线中，同时采用光掩模并对曝光的衬底显影，可以很容易地形成上述图案。
虽然这样得到的光隔离镀膜的厚度根据采用滤光片的LCD而改变，但是该厚度最好落在1至5微米的范围内。
然后，采用其表面具有用上述方法形成的框形光隔离镀膜的衬底，通过电淀积形成窗形彩色镀膜，于是，透明导电电路的表面裸露在窗形中。
采用形成在衬底上的导电电路作为一个电极和一个相对的电极，进行电淀积。相对的电极没有特别的限制，只是它应是导电的，同时对电淀积液不反应。该电极的典型的例子是不锈钢板电极。虽然相对的电极可以是一块板，但是为了改善每次电淀积的彩色镀膜的膜厚度分布和表面平整度，相对的电极最好是线网形电极。相对的电极的形状可以与衬底的形状完全不同。然而最好相对的电极的形状与衬底的形状相同或类似。
可以用通常已知的方法进行电淀积。该方法包括负离子和正离子涂敷法。虽然负离子和正离子涂敷法对本发明都是有用的，但是负离子电淀积涂敷法更好，因为对电路的影响较小。用于电淀积的电淀积液的树脂材料(粘合剂)包括例如马来化油型、丙烯酸型、聚酯型、聚丁二烯型和聚烯烃型树脂材料。这些树脂材料可以是热固性的或光敏的。它们可以单独使用，或可以混合使用。用于常规电淀积的具有所要求的颜色的着色剂(例如染料、颜料)和其它材料被适当地混合进粘合剂中。通过将诸如粘合剂、着色剂等那样的组分在适当的溶剂中弥散或溶解，然后稀释，可以制备电淀积液。可用的溶剂包括水、有机溶剂等。
保持电淀积液的容器没有特别的限制，只要其材料是绝缘的，并且充分耐用。可用的容器包括由聚氯乙烯或丙烯酸聚合物制成的塑料容器。
将带有导电电路的衬底和相对的电极平行地隔开一定的距离放置，放在保持在上述容器中的上述电淀积液。在这种情况下，最好这样来放置衬底，以便使衬底的中央面对相对的电极的中央。
在进行负离子电淀积的情况下，带有导电电路的衬底和相对的电极分别用作阳极和阴极，在衬底上提供的并以窗形裸露的导电电路上可以形成彩色镀膜。
在本发明中，形成在窗形裸露部分的彩色镀膜的厚度小于先前形成的框形光隔离镀膜。这些膜的厚度之差通常大约为0.1微米或0.1微米以上，一般不大于大约4微米。
通过形成彩色镀膜使它们高高地堆积在先前形成的光隔离镀膜上，使得膜厚度之差非常显著。虽然彩色镀膜可以高高地堆积在光隔离镀膜的整个表面上(即使在这种情况下，最终得到的滤色片的透光部分处的彩色镀膜也具有窗形)，但是有效的做法是它们高高地堆积在光隔离镀膜的至少两个长方向倒角边缘上。通过形成框形光隔离镀膜可以有效地实现堆积，因此光隔离镀膜的长方向框填充电路之间的间隙，并堆积在电路的长方向倒角边缘上。这也可以通过适当地选择光隔离镀膜的材料的电阻率(特定的电阻)来实现。
通过在大约10至300伏的电压下，施加直流电流达大约1秒至3分钟，实现电淀积，通过选择电淀积条件，很容易控制彩色镀膜的厚度。
完成电淀积以后，为了去除不需要的物质，最好充分冲洗形成的彩色镀膜。然后如果需要，为了增强膜的强度，将彩色镀膜在100至280℃的温度下热处理10至120分钟。
在本发明中，膜的厚度可以通过任何非接触测量法和接触测量法测得，非接触测量法采用电子显微镜，激光显微镜，干涉显微镜，利用临界角方法的非接触厚度计(Kosaka Laboratories Co.，Ltd.)等；接触测量采用DEKTAK-Type 16000(SLOAN Co.)，TENCOR TypeEP-2(TENCOR Instruments Co.)等。从测量的快速性和简便性的观点来看，最好采用接触测量法。
根据上述的方法，本发明的滤色片有利于工业化生产，该滤色片的特征是光隔离镀膜的膜厚度大于彩色镀膜的膜厚度。基于光隔离镀膜的膜厚度大于彩色镀膜的膜厚度这一事实，本发明的滤色片具有以下优点(a)和(b)：
(a)本发明的滤色片在每层镀膜的周围不漏光，因此它能提供高对比度的图象。
(b)本发明的滤色片在制造液晶单元时使隔离物的效果稳定，因此改善了单元间隔的均匀性。
通过已知的方法采用本发明的滤色片可以很容易地生产包括LCD的多彩色显示部件。装有本发明的滤色片的多彩色显示部件具有很高的性能和精度，以及高度一致性的图象，并且与过去相比允许增大显示器的尺寸。
此外，由于光隔离镀膜的膜厚度大于彩色镀膜的膜厚度这一特征，通过将液晶独立地注入彩色镀膜的每个微单元，本发明的滤色片允许形成微单元。因此，这可以加到液晶显示部件的制造过程中，通过单独控制微单元中的液晶的取向，液晶显示部件可以具有宽的场视角。
下面将参照以下实例更详细地描述本发明，这些实例仅仅是说明性的，而不是限制性的。
在这些实例中，采用DEKTAK-Type 16000，扫描长度是1毫米，介质扫描速度和扫描范围是20,000埃。
实例1
用常规方法在Esbia ED-3000 Clear(一种由日本Shinto Paint Co.制造的用于电淀积的含有负离子聚酯的涂料)中分别弥散每种红、绿、蓝颜料，制备红、绿、蓝电淀积液。
制备厚1.1mm、长350mm、宽300mm的玻璃衬底。衬底表面具有条形的15Ω/□的ITO电路，条形的宽为70微米，30微米的距离(100微米间隔)。在ITO电路上还有具有开启的窗口的光隔离镀膜。控制光隔离镀膜的厚度，在240℃下烘烤60分钟后将成为1.8微米。
烘烤和固化以后，采用黑颜料弥散的负光刻胶组分(Shin-Nittetsu Kagaku Co.的V259-BKO(商品名)mfd.)由光刻图案形成光隔离镀膜。
将玻璃衬底和相对的电极隔开一定距离面对面地平行放入上述制备的红色电淀积液中。在30℃下在衬底上的ITO电路和相对的电极之间施加50V的电压，时间为10秒，进行电淀积，在120℃下烘烤10分钟后，红色镀膜的厚度保持在1.8微米，这与光隔离镀膜的厚度相同。将衬底从电淀积液中取出，并用水进行彻底的冲洗。对绿色和蓝色的电淀积液重复相同的过程，形成彩色镀膜。在260℃下对具有彩色镀膜的衬底进行烘烤和固化60分钟。
于是形成了滤色片，该滤色片具有精确地形成的厚度为1.7微米的框形光隔离镀膜，以及精密地形成的在ITO电路上的光隔离镀膜的开启窗口上的每层厚度分别为1微米的红、绿、蓝色所要求的镀膜。
采用这一滤色片的通过已知方法生产的液晶显示器具有很高的图象质量。
实例2
用常规方法在Esbia ED-3000 Clear(一种由日本Shinto Paint Co.制造的用于电淀积的含有负离子聚酯的涂料)中分别弥散每种红、绿、蓝颜料，制备红、绿、蓝电淀积液。
制备厚1.1mm、长350mm、宽300mm的玻璃衬底。衬底表面具有条形的15Ω/□的ITO电路，条形的宽为70微米，30微米的距离(100微米间隔)。在ITO电路上还有具有开启的窗口的光隔离镀膜(参见图2，沿ITO电路的条的方向框的宽度是40微米。)。控制光隔离镀膜的厚度，在240℃下烘烤60分钟后将成为2.0微米。
烘烤和固化以后，在采用黑颜料弥散的负光刻胶组分(Fuji HuntElectronics Technology Co.的CK-S171(商品名)mfd.)的同时，利用具有一种图案的光掩模由光刻图案形成光隔离镀膜，该图案使得在ITO电路的条的两端形成光隔离镀膜。
将玻璃衬底和相对的电极隔开一定距离面对面地平行放入上述制备的红色电淀积液中。在30℃下在衬底上的ITO电路和相对的电极之间施加50V的电压，时间为10秒，进行电淀积，在120℃下烘烤10分钟后，红色镀膜的厚度保持在2.0微米，这与光隔离镀膜的厚度相同。将衬底从电淀积液中取出，并用水进行彻底的冲洗。对绿色和蓝色的电淀积液重复相同的过程，形成彩色镀膜。在260℃下对具有彩色镀膜的衬底进行烘烤和固化60分钟。
于是形成了滤色片，该滤色片具有精确地形成的厚度为1.8微米的框形光隔离镀膜，以及精密地形成的在ITO电路上的光隔离镀膜的开启窗口上的每层厚度分别为1.2微米的红、绿、蓝色所要求的镀膜，彩色镀膜还以大约1微米的厚度在彩色镀膜和光隔离镀膜接触的部分堆积在光隔离镀膜上(参见图3)。
采用这一滤色片的通过已知方法生产的液晶显示器具有很高的图象质量。

Claims (5)

1.一种滤色片包括：
一层透明衬底，
形成在透明衬底上的一个以上的透明导电电路，
在一个以上的透明导电电路上的窗形彩色镀膜，以及
夹在窗形彩色镀膜之间的框形光隔离镀膜，
膜厚度大于窗形彩色镀膜的框形光隔离镀膜。
2.一种制造滤色片的方法，该滤色片包括一层透明衬底；形成在透明衬底上的一个以上的透明导电电路；在一个以上的透明导电电路上的窗形彩色镀膜；以及夹在窗形彩色镀膜之间的框形光隔离镀膜；膜厚度大于窗形彩色镀膜的框形光隔离镀膜；该方法包括以下步骤：
(a)用能够形成光隔离镀膜的负或正光刻胶组分涂敷带有一个以上的透明导电电路的透明衬底的表面，形成覆盖该表面的光刻胶层，
(b)对光刻胶层进行光刻，形成框形光隔离镀膜，该镀膜夹在窗形裸露部分之间，并具有预定的膜厚度和由窗形裸露部分的长方向框和横方向框确定的形状，光隔离镀膜的长方向框至少填充由一个以上的透明导电电路形成的间隙，光隔离镀膜的横方向框横跨一个以上的透明导电电路，以及
(c)通过电淀积形成填充窗形裸露部分的彩色镀膜，以便使框形光隔离镀膜的预定膜厚度大于得到的窗形彩色镀膜的膜厚度。
3.根据权利要求2的方法，其中步骤(c)包括形成窗形彩色镀膜的电淀积步骤，该镀膜至少具有高高地堆积在光隔离镀膜上的长方向倒角边缘。
4.根据权利要求3的方法，其中步骤(b)包括形成光隔离镀膜的长方向框的步骤，该镀膜填充由一个以上的透明导电电路形成的间隙，并堆积在一个以上的透明导电电路的长方向倒角边缘上。
5.装备有根据权利要求1的滤色片的多层显示部件。
CN97101241A 1996-01-30 1997-01-30 滤色片及其制造方法和装有滤色片的多彩色显示器 Expired - Fee Related CN1090329C (zh)

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