專利名稱：用于彩色顯示的彩色濾色片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于彩色顯示的彩色濾色片的制備方法，屬化工材料技術(shù)領(lǐng)域。
由于液晶顯示器具有體積小、重量輕、驅(qū)動電壓低、功耗低等優(yōu)點，已廣泛用于袖珍式彩色電視機和筆記本電腦顯示器。隨著信息技術(shù)和多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，對彩色液晶顯示器的需求也將大大增加。日本日立公司預(yù)測，到2000年液晶顯示器的市場銷售金額約為170億美元。
彩色濾色片是液晶顯示器實現(xiàn)彩色化的關(guān)鍵部件，它的基本結(jié)構(gòu)如

圖1所示在玻璃基板上先做一層黑網(wǎng)格，網(wǎng)格內(nèi)分別用光刻技術(shù)涂上紅、綠、藍(lán)三基色。這些顏色是通過將有機顏料分散在光刻膠中經(jīng)涂膠、曝光、顯影等工藝形成的。
目前用于彩色濾色片制作的光刻膠主要有兩大類一類是日本凸版印刷株式會社開發(fā)的光引發(fā)自由基聚合型光刻膠。該類光刻膠存在一個不可避免的缺點，它的光反應(yīng)受到氧氣的阻聚作用。因此，在曝光過程中，常常需要在光刻膠上面再覆蓋一層聚乙烯醇以隔斷氧氣的影響或在氮氣保護下進行，這就使工藝變得復(fù)雜，同時也增加了成本。此外，在這一方法中，使用有機液體做溶劑，對人體有毒性，而且污染環(huán)境。
另一類是大日本印刷株式會社和日本纖維高分子研究所共同開發(fā)的光交聯(lián)型光刻膠。該類光刻膠是聚乙烯醇的衍生物，其分子式如圖2所示。它具有感光度高，制作簡便的優(yōu)點，同時，整個工藝都采用水性體系，無污染性。
在上述水性體系中，顏料的分散是至關(guān)重要的問題，因為有機顏料在水中很難分散，必須選擇合適的分散劑。在已有的專利中(日本專利昭60-129738，平2-208602，平2-804)提到的分散劑有非離子型表面活性劑、全氟類表面活性劑和有機顏料的衍生物等，但這些分散劑的分散效果與有機顏料在有機體系中的分散效果相比較差，不能很好地滿足彩色濾色制作的要求。
本發(fā)明的目的是設(shè)計一種用于彩色顯示的彩色濾色片的制備方法，改變已有技術(shù)的制備工藝，以實現(xiàn)以下目的(1)改進有機顏料在水性體系中的分散程度，從而提高彩色濾色片的光學(xué)性能，使之達(dá)到與有機體系中相近的結(jié)果。
(2)提高彩色濾色片的耐熱性、耐候性和耐化學(xué)藥品性。
(3)采用黑色顏料作為遮光性物質(zhì)，將其分散在光刻膠中，利用光刻技術(shù)制作黑網(wǎng)格。與傳統(tǒng)工藝中利用濺射鉻及鉻氧化物的方法相比，具有成本低、污染小、反射率低等優(yōu)點。
本發(fā)明設(shè)計的用于彩色顯示的彩色濾色片的制備方法，由以下各步驟組成(1)制備著色光刻膠著色光刻膠的組成(重量百分比)為光刻膠2～5，高分子分散劑0.2～2，醇類溶劑15～45，顏料2～15，去離子水48～80；將光刻膠溶解于水與醇的混合溶劑(水與醇的重量比為1∶1至5∶1)中，配成濃度為2.5～6％的溶液，再加入高分子分散劑(濃度為0.2～2％)，然后將1.0～5.0克顏料加入光刻膠溶液中，用超聲波(功率為100～500W)預(yù)分散10～100分鐘，最后，將混合物倒入砂磨罐中，研磨分散6～20小時，經(jīng)過濾，離心得到著色光刻膠；(2)將上述第一步的光刻膠光刻到基片上，其流程如下清洗基片(玻璃、硅片、樹脂)，涂布著色光刻膠，前烘80～100℃，5～15分鐘，曝光，80～100mJ/cm2，超聲波(功率100～500W)顯影，5～15分鐘，后烘，100～120℃，5～15分鐘；(3)對光刻后的彩色濾色片進行后處理將上述第二步所得彩色濾色片在150～200℃下加熱0.2～2小時，即為用于彩色顯示的彩色濾色片。
本發(fā)明所用的光刻膠為感光性聚乙烯醇衍生物，其分子結(jié)構(gòu)為
其中R為氫或烷基，X-為甲基硫酸根離子、鹵素離子Cl-或Br-、磷酸根離子。所用的溶解光刻膠的醇類溶劑為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇以及乙二醇獨甲醚、乙二醇獨乙醚、乙二醇獨丁醚、乙二醇乙醚乙酸酯中的任何一種。所用的高分子分散劑為聚氧乙烯一聚氧丙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醚、聚丙烯酰胺、甲基丙烯酸共聚物、馬來酸共聚物、乙烯吡啶共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亞胺中的任何一種。
用本發(fā)明的方法制得的彩色濾色片分辨率可達(dá)到10微米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于彩色顯示的要求。其光透過率及色度坐標(biāo)與用有機體系制得的彩色濾色片很相近，且具有很好的耐熱性、耐候性和耐化學(xué)藥品性。
表3 本發(fā)明中的彩色濾色片的耐性檢驗結(jié)果紅色濾色片綠色濾色片藍(lán)色濾色片耐熱性250℃ 2小時 無明顯變化無明顯變化無明顯變化耐候性 高溫放置400小時 無明顯變化無明顯變化無明顯變化低溫放置400小時 無明顯變化無明顯變化無明顯變化耐化學(xué)鹽酸∶硝酸∶水＝20∶1∶20 無明顯變化無明顯變化無明顯變化藥品性10％氫氧化鈉無明顯變化無明顯變化無明顯變化N-甲基吡咯烷酮無明顯變化無明顯變化無明顯變化附圖簡要說明圖1是彩色濾色片的基本結(jié)構(gòu)示意圖，圖中，1是彩色濾色片，2是黑網(wǎng)格，3是基板。
圖2是光刻工藝流程圖。
圖3是利用本發(fā)明方法制備的彩色濾色片的透射光譜圖。
圖4是彩色濾色片的的色坐標(biāo)圖，圖中○為彩色電視標(biāo)準(zhǔn)，△為用有機體系制得的彩色濾色片，□為本發(fā)明的彩色濾色片。
下面介紹
具體實施例方式實施例12.0克光刻膠(R＝甲基，X-為甲基硫酸根)溶解于50毫升水與甲醇的混合溶劑中(重量比為3∶1)，加入0.5克高分子分散劑聚氧乙烯一聚氧丙烯，加入2.5克紅色顏料，在超聲波(功率為100W)下超聲50分鐘，倒入砂磨罐中，加入50毫升玻璃砂，固定好支架，接通冷卻水，研磨10小時后，過濾，離心，得到約20毫升紅色光刻膠。
將基片洗凈并烘干，放在甩膠機的轉(zhuǎn)臺上，滴上適量紅色光刻膠，以低速800轉(zhuǎn)/分勻膠10秒后，立即加速至1600轉(zhuǎn)/分，甩膠60秒，得到未曝光的紅色濾色片。在80℃下前烘10分鐘后，將其放在掩膜板下，用高壓汞燈曝光20秒。曝光后，把基片浸入去離子水中在超聲波作用下顯影2分鐘，吹干，100℃下后烘10分鐘。最后在200℃下加熱1小時，得到紅色濾色片。
實施例21.5克光刻膠(R＝H，X-為磷酸根)溶解于50毫升水與異丙醇的混合溶劑中(重量比為2∶1)，加入0.5克高分子分散劑聚乙烯醇，加入2.0克紅色顏料與0.5克黃色顏料，在超聲波(功率為100W)下超聲90分鐘，倒入砂磨罐中，加入50毫升玻璃砂，固定好支架，接通冷卻水，研磨18小時后，過濾，離心，得到約20毫升紅色光刻膠。
將基片洗凈并烘干，放在甩膠機的轉(zhuǎn)臺上，滴上適量紅色光刻膠，以低速800轉(zhuǎn)/分勻膠60秒后，加速至1600轉(zhuǎn)/分，甩膠60秒，得到未曝光的紅色濾色片。在90℃下前烘10分鐘后，將其放在掩膜板下，用高壓汞燈曝光10秒。曝光后，把基片浸入去離子水中在超聲波作用下顯影1分鐘，吹干，110℃下后烘10分鐘，得到彩色濾色片。
實施例32.5克光刻膠(R＝乙基，X-為甲基硫酸根)溶解于50毫升水與乙二醇獨甲醚的混合溶劑中(重量比為4∶1)，加入0.5克高分子分散劑聚乙烯吡咯烷酮，加入2.0克綠色顏料與1.0克黃色顏料，在超聲波(功率為500W)下超聲50分鐘，倒入砂磨罐中，加入50毫升玻璃砂，固定好支架，接通冷卻水，研磨15小時后，過濾，離心，得到約20毫升綠色光刻膠。
將基片放在甩膠機的轉(zhuǎn)臺上，滴上適量綠色光刻膠，以低速800轉(zhuǎn)/分勻膠40秒后，加速至1600轉(zhuǎn)/分，甩膠60秒，得到未曝光的綠色濾色片。在100℃下前烘10分鐘后，將其放在掩膜板下，用高壓汞燈曝光50秒。曝光后，把基片浸入去離子水中在超聲波作用下顯影1分鐘，吹干，120℃下后烘10分鐘。最后在200℃下加熱1小時，得到綠色濾色片。
實施例41.5克光刻膠(R＝甲基，X-為氯離子)溶解于50毫升水與乙二醇乙醚乙酸酯的混合溶劑中(重量比為4∶1)，加入0.5克高分子分散劑甲基丙烯酸共聚物，加入2.0克藍(lán)色顏料與1.0克紫色顏料，在超聲波(功率為200W)下超聲50分鐘，倒入砂磨罐中，加入50毫升玻璃砂，固定好支架，接通冷卻水，研磨12小時后，過濾/離心，得到約20毫升藍(lán)色光刻膠。
將基片放在甩膠機的轉(zhuǎn)臺上，滴上適量藍(lán)色光刻膠，以低速800轉(zhuǎn)/分勻膠20秒后，加速至1600轉(zhuǎn)/分，甩膠60秒，得到未曝光的藍(lán)色濾色片。在100℃下前烘10分鐘后，將其放在掩膜板下，用高壓汞燈曝光30秒。曝光后，把基片浸入去離子水中在超聲波作用下顯影1分鐘，吹干，120℃下后烘10分鐘。最后在180℃下加熱1小時，得到藍(lán)色濾色片。
實施例52.5克光刻膠(R＝甲基，X-為甲基硫酸根)溶解于50毫升水與異丙醇的混合溶劑中(重量比為2∶1)，加入0.5克高分子分散劑聚乙烯醇，加入2.5克碳黑，在超聲波(功率為250W)下超聲100分鐘，倒入砂磨罐中，加入50毫升玻璃砂，固定好支架，接通冷卻水，研磨15小時后，過濾，離心，得到約20毫升黑色光刻膠。
將玻璃基片洗凈并烘干，放在甩膠機的轉(zhuǎn)臺上，滴上適量黑色光刻膠，以低速800轉(zhuǎn)/分勻膠60秒后，立即加速至1600轉(zhuǎn)/分，甩膠60秒，在80℃下前烘10分鐘后，將其放在掩膜板下，用高壓汞燈曝光60秒。曝光后，把基片浸入去離子水中在超聲波作用下顯影2分鐘，吹干，120℃下后烘1小時。最后在200℃下加熱1小時，得到黑色濾色片。
權(quán)利要求
1.一種用于彩色顯示的彩色濾色片的制備方法，其特征在于該方法由以下各步驟組成(1)制備著色光刻膠著色光刻膠的組成(重量百分比)為光刻膠2～5，高分子分散劑0.2～2，醇類溶劑15～45，顏料2～15，去離子水48～80，將光刻膠溶解于水與醇的混合溶劑(水與醇的重量比為1∶1至5∶1)中，配成濃度為2.5～6％的溶液，再加入高分子分散劑(濃度為0.2～2％)，然后將1.0～5.0克顏料加入光刻膠溶液中，用超聲波(功率為100～500W)預(yù)分散10～100分鐘，最后，將混合物倒入砂磨罐中，研磨分散6～20小時，經(jīng)過濾，離心得到著色光刻膠；(2)將上述第一步的光刻膠光刻到基片上，其流程如下清洗基片，涂布著色光刻膠，前烘80～100℃，5～15分鐘，曝光，80～100mJ/cm2，超聲波顯影，功率為100～500W，時間為5～15分鐘，后烘，100～120℃，5～15分鐘；(3)對光刻后的彩色濾色片進行后處理將上述第二步所得彩色濾色片在150～200℃下加熱0.2～2小時，即為用于彩色顯示的彩色濾色片。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于其中所述的光刻膠為感光性聚乙烯醇衍生物，其分子結(jié)構(gòu)為
其中R為氫或烷基，X-為甲基硫酸根離子、鹵素離子Cl-或Br-、磷酸根離子。
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于其中所述的用于溶解光刻膠的醇類溶劑為甲醇、異丙醇以及乙二醇獨甲醚、乙二醇乙醚乙酸酯中的任何一種。
4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于其中所述的高分子分散劑為聚氧乙烯-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種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于彩色顯示的彩色濾色片的制備方法,屬化工材料技術(shù)領(lǐng)域。該方法是首先用光刻膠、顏料、高分子分散劑、醇類溶劑等按比例制備著色光刻膠,然后將光刻膠光刻到基片上,最后對彩色濾色片進行熱處理。本發(fā)明制備的彩色濾色片分辨率可達(dá)10微米,并具有很好的耐熱性、耐候性和耐化學(xué)藥品性。
文檔編號G02B5/23GK1206839SQ98102280
公開日1999年2月3日 申請日期1998年6月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月19日
發(fā)明者付金美, 郭金梁 申請人:清華大學(xué)