專利名稱：彩色濾光片生產方法及設置彩色濾光片的液晶顯示器件的制作方法
技術領域：
本發明是與一彩色濾光片(或濾色鏡)、濾色鏡的生產方法及設置有濾色鏡的液晶顯示器件有關。
近年來，用作平板式顯示屏的液晶顯示器件的研究與發展日益擴展，液晶顯示器的市場規模也愈來愈大。
構成一液晶顯示器(件)的部件大致可分為偏振板、玻璃基板、定向(取向)膜、液晶材料、分隔片、一濾色鏡及類似物。在這些部件中，普遍認為濾色鏡是影響液晶顯示器的價格能否降至一合理的水平的一個關鍵因素，因為濾色鏡的價格相當貴。
用于液晶顯示器的濾色鏡是通過在一透明基板上排列設置許多光譜特性相互不同的色彩基元，通常這些色彩基元分為紅(R)、綠(G)和蘭(B)幾種顏色，其功能是作為象素(或象點)。
為提高顯示的對比度，在象素之間設置了光屏蔽基元，這些光屏蔽基元稱之為黑色間質(或網格)，因為它通常呈黑色。
黑色間質通常是在一金屬鉻的沉積膜或濺鍍膜上通過浸蝕處理而形成的，形成構成象素的色彩基元的工藝方法包括對一已經過光刻成形的可著色介質實施染色的方法、一將顏料擴散至光敏混合物中的方法以及一充分利用一圖形電極的電附著方法。此外為使成形工藝方法成本較低還利用一種噴墨系統的方法。
利用噴墨系統制造一濾光鏡的方法與常規制造濾色鏡的工藝方法相比能降低制造成本，然而在這種情況下價格還未能降至完全滿意的程度。
舉例說，日本4-123006號已公開的專利申請公開一種濾色鏡的生產方法，其中一光敏樹脂層和一硅橡膠層疊合于一已形成黑色網格的透明基板上，在形成黑色網格之外的部位上，光敏樹脂層和硅橡膠層利用光刻工藝而被去除掉，于是色彩基元可利用一噴墨系統排列分布在曝光區域。
日本5-232313號已公開的專利申請揭示出一種濾色鏡的生產方法，其中包括若干步驟首先使一光敏樹脂層和一硅橡膠層疊合于一塊透明基板上；用光刻工藝有選擇地去除光敏樹脂層和硅橡膠層以使曝光區域涂復上光屏蔽基元，接著再附加上一層硅橡膠；去除設置有光屏蔽基元的外部位的光敏樹脂層和硅橡膠層；隨后利用一噴墨系統在通過上述方法而曝光的區域上排列設置色彩基元。
上述出版物中公開的濾色鏡生產過程還存在一些待解決的問題，更具體說，下述問題必須得到解決。即(i)因為采用光刻工藝隨之而來就需有顯影步驟以實現曝光，這樣使方法復雜化，把當前液晶顯示器的價格作為考慮的因素，有必要使制造設備和生產步驟簡化以使制造成本降低。
(ii)由于疊合有硅橡膠層，當要施加保護層或類似物時不能加在硅橡膠層上，必須把硅橡膠層去除，這一去除步驟要花費相當長的時間，故為降低費用起見必須加以改進。從另一方面看，若不施加保護層，在某些情況下制成的濾色鏡的耐用性和穩定性難以得到保證。
本發明的一個目的是在于提供一種生產濾色鏡的方法，該方法能解決上述需解決的技術問題，并能減少生產步驟以降低制造成本。
本發明的另一個目的是在于提供一種能消除混色、色彩不均勻和消隱區現象的濾色鏡。
本發明更進一步的目的是在于提供一種能穩定顯示高質量圖象的液晶顯示器。
通過利用下述本發明可達到上述目的。
按照本發明所提供的一濾色鏡包括有一塊透明基片，在基板上有選擇地設置有許多彼此間有光譜特征各不相同的色彩基元(或色彩元)和許多光屏蔽基元(或光屏蔽元)，其中光屏蔽元設置在基片上的一樹脂層上，而色彩元設置在樹脂層上或樹脂層內。
按照本發明，也提供了一種生產濾色鏡的方法(或工藝過程)，包括有在一塊透明基片上有選擇地設置許多彼此間光譜特征各不相同的色彩元和許多屏蔽元，該方法包括以下步驟在基板上設置一可通過固化處理而固化的樹脂層；有選擇地使樹脂層經受固化處理，因此在樹脂層內形成有規則的固化區域；在固化區域上設置光屏蔽元；和在樹脂層的未固化區域上設置色彩元。
按照本發明還提供了一種液晶顯示器，它包括一第一基片，上述濾色鏡即設置在該基片內；一第二基片，該基片設置有許多象素電極；以及一種封閉于兩基片間空間內的液晶材料。
按本發明的濾色鏡、濾色鏡的生產方法以及裝有該濾色鏡的液晶顯示器，上述的一些技術問題都能得到解決。
更具體說，按本發明的濾色鏡的生產方法可僅通過較少的生產步驟而生產出濾色鏡，因此制造成本得以降低，生產量也能增加。按本發明提供的濾色鏡能消除混色、色彩不均勻和消隱區。裝有這種濾色鏡的液晶顯示器能穩定地顯示高質量的圖象。
圖1典型地表明了一按本發明濾色鏡的實例；圖2A至圖2D典型地表明了用于按本發明濾色鏡的生產方法中的步驟；圖3A和3B典型地表明了用于按本發明濾色鏡的生產方法中的其他步驟；圖4示出按本發明的液晶顯示器的一實施例的典型截面圖。
參閱附圖，將在下文中對本發明的最佳實施例進行詳細描述。
圖1示出了按本發明實施例的一個濾色鏡。在圖1中，參考標號1，2，3，4和5分別指的是一透明基板，一樹脂層，一組(或許多)光譜特征各不相同的色彩基元，固化區域，和光屏蔽基元(黑色網格)。標號6是一保護層，按需要設置，一透明導電薄膜，諸如ITO(銦錫氧化物)可構成濾色鏡上的電極，從而可以實現利用復合基元構成濾色鏡基片。與此同時，透明導電薄膜可設置在保護層上，也可不設置任何保護層。
參閱圖2A到2D和圖3A和3B，將對按本發明一實施例的濾色鏡的生產制作過程進行描述。按本發明濾色鏡的生產制作過程的一個特點在于在對樹脂層曝光后無需顯影步驟，因而生產制作步驟可以簡化從而減少濾色鏡的生產成本，并且產量可得以提高。
通過固化處理可以固化的一樹脂層2首先設置在一透明基板1上(圖2A)。通過利用固化處理對樹脂層2進行有選擇地處理，從而有選擇地形成固化區域4，在樹脂層2中的固化區域4上將設置光屏蔽元5(圖2B)。如圖2B實例所示，光通過一光掩模(或光蒙板)7照射從而利用曝光而構成固化區域4。此種情況下，希望在曝光后(PEB，曝光之后烘干)能對曝光區域進行加熱從而便于固化。
此后，光屏蔽元5安置在固化區域4上(圖2c)。光譜特征各不相同的一組色彩元9〔舉例，紅(R)，綠(G)和藍(R)墨滴〕設置在樹脂層2的未固化區域3上(圖2D)。如圖2D所示，著色區域是利用噴墨記錄裝置8來形成的。此種情況下，個別色彩元部分地滲透入樹脂層的未固化區域中，其它色彩元則保留在未固化區域的表面。在此描述說明中，滲透入樹脂層未固化區域中的色彩元和存在于未固化區域表面上的色彩元總稱為“未固化區域上的色彩基元”。
當通過上述步驟制出一濾色鏡時，因節省了對樹脂進行曝光后的顯影步驟故生產成本可下降。現參閱3A和3B，將對圖2A到2D中所示過程所采用的其它步驟進行描述。圖3A所示步驟可在圖2B所示步驟完成后實施。在此步驟中，應把水噴涂于樹脂層的未固化區域3上從而形成含水未固化區域31。
當采用油基墨汁料作為光屏蔽元5時，油基墨料與含水未固化區域31的相溶性較差，故可防止光屏蔽元5粘附在未固化區域上(染污未固化區域)。因此在未固化區域3上噴水是有效的方法。通過預先在未固化區域3上設置分別由各種水基墨汁混合而成的色彩元，然后將用來作為光屏蔽元5的油基墨料轉移到固化區域4上，這樣即可代替使用水而獲上述同樣效果。
圖3B中所示步驟是在圖2D所示步驟完成后所實施的步驟。在此步驟中，在樹脂層未固化區域上設置好色彩元9之后對未固化區域進行固化。此種情況下，采用光照射來使未固化區域固化。
對本發明所采用的透明基板來說，通常可采用一玻璃基板。但，也可采用另一種基板，比如說塑料基板，只要其特性滿足液晶顯示器濾色鏡的要求即可，比如說透明度和機械強度滿足要求即可。
對于本發明所采用的，用來構成樹脂層的材料來說，可以采用任何材料，只要它可進行有選擇地固化處理即可。固化處理通常利用光照射來實現，但也可采用加熱方法來實現。光敏樹脂的特定實例包括丙烯酸樹脂，環氧樹脂，硅樹脂，纖維衍生物諸如羥基丙基纖維，羥基乙基纖維，甲基纖維和羧基甲基纖維或其變型產品，等等。
對于通過對這類樹脂進行光或光和熱處理而使交聯反應發生的感光引發劑來說，可以采用重鉻酸鹽，雙疊氮化合物，自由基試劑，陽離子試劑，陰離子試劑或類似物。也可采用這類感光引發劑相互混合或與其它感光劑混合的組合劑。另外，也可采用一種感光酸性發生劑諸如鎓鹽與一交聯劑的混合產物。
對于光敏樹脂來說，最好采用具有下述特性的樹脂它在水基彩墨情況下的可濕性能在受交聯反應作用的部分上(固化區域)下降，故其吸墨能力也下降，而在未反應部分(未固化區域)其可濕性能仍保持良好，故其吸墨能力也保持良好。
用來形成光屏蔽元的材料可從能遮光的材料中選擇。但考慮到使形成步驟簡易起見，希望能采用一種墨料。墨的顏色最好是黑色。對于墨料來說，考慮到上述的粘附(染污)問題，希望采用一油基墨汁。
對于油基墨料的涂覆過程來說，可以采用滾涂，施轉噴涂，浸涂或類似方法。
在涂覆油基墨料過程中，由于預先在樹脂層的未曝光區域使用了水或未曝光區域吸收了水，故形成帶明顯邊界的光屏蔽元的亮圖案。
具體來說，可利用常用印刷墨料作為油基墨料。如果采用黑墨，可以采用任何一種無機和有機顏料，比如說碳黑，鈦黑和鐵黑作為黑色原料。當利用一轉移過程形成光屏蔽元時，最好采用印刷墨汁中的平板印刷墨汁。
此種情況下，最好采用粘度較高的墨汁。最好采用粘度值在100到1000泊范圍內的墨汁。
為了利用旋轉噴涂或浸涂過程來形成光屏蔽元，最好能采用粘度值較低的墨汁，比如說，粘度值在5到1000厘泊。
在墨料的固化過程中，可以采用任何方法比如說氧化聚合，聯結和蒸發烘干，熱聚合或紫外線聚合。特別需指出的是考慮到工作性能，希望采用下述墨汁；該墨汁特征在于可采用一種合光或熱聚合乙烯基團(比如說丙烯基團或甲基丙烯基團)和感光或感熱聚合引發劑的齊聚物混合物作為一種載色劑。
為了防止在設置構成象素的色彩元時發生色彩混合，希望能在油基黑墨中添加一防水物質，比如說硅化合物或氟化物。
在本發明中，希望能在構成象素的色彩元的成形過程中采用一噴墨系統。
噴墨系統的實例包括利用熱能的系統，和利用機械能的系統，也可采用任何適用的系統。對于所使用的墨料來說，可采用噴墨系統中所采用的墨汁。可按照比如說R(紅)，G(綠)，B(監)各顏色象素所要求的透過光譜從各種染料和顏料中為墨汁選出適當的著色顏料。用作構成象素的色彩元的彩墨并不局限于常溫下為液體的墨汁。即便是在室溫或比室溫或比室溫還低的溫度下呈凝固態的墨汁也可使用，只要它們在室溫下會變軟或變為液體，或在所采用的記錄信號作用時可變成液體即可。當采用油基墨料作為光屏蔽元時，最好選用與油基墨料不相溶人水基墨料來形成構成象素的色彩元。此種情況下，采用水，酒精，甘油和/或類物等能溶解墨的溶劑來使彩墨水樣化。
參閱圖4，將對配有按本發明濾色鏡的彩色液晶顯示器進行描述。圖4示出了按本發明一實施例的彩色液晶顯示器。在圖4中，參考標號100指的是按本發明的濾色鏡。在濾色鏡100上層疊一保護膜45，一常規電極46和一定向膜47從而構成一第一基片。參考標號51指的是一透明基板。在基板51上設置象素電極50和一定向膜49從而構成一第二基片。一種液晶材料48封閉于兩基片間的空間內。參考標號41和52和53分別指的是偏振板和背景光。
在圖4所示的液晶顯示器中，象素電極50呈網格狀形成于與濾色鏡100相對的基片上且穿入液晶材料48中。構成濾色鏡的色彩元，比如說R(紅)，G(綠)，B(監)色基元設置在與象素電極50相對的位置上。
通過下述實例，在下文中對本發明進行具體闡述。但本發明并不局限于這些實例。實例1由具有下述成分的丙烯酸三聚物組成的一光敏樹脂涂覆表面拋光的無堿玻璃片(200mm見方，1.1mm厚)，從而形成一樹脂層。
更具體地說，光敏樹脂是利用一旋轉鍍膜機(旋轉噴涂機)涂覆的，然后在90℃情況下預先烘干20分鐘，從而形成膜厚為2微米(μm)的光敏樹脂層。光敏樹脂成分三聚物包括有5份甲基丙烯酸甲酯(按重量計)3份羥基乙基丙烯酸甲酯(按重量計)2份N-羥基甲基丙烯酰胺(按重量計)流化三苯基六氟銻酸鹽0.3份按重量計乙基溶纖劑(乙基乙氧基乙醇)89.7份按重量計。
通過利用具有開口的光掩模可對光敏樹脂進行局部定形曝光(Pattetnig exposure)，光掩模開口所處部分與樹脂層上黑色網格成形區域相對應，此后光敏樹脂層在一個120℃熱板上進行1分鐘的熱處理從而在樹脂層上完成局部固化處理。
在利用一旋轉噴鍍機給局部固化的光敏樹脂層噴水之后，利用滾涂將一種牌號為“Daicure RT-7”(Dainippon墨和化學品聯合公司的產品)不受紫外線影響的油基黑墨汁轉移到基板上從而構成1.5微米厚的黑色網格。
準備好的與表1中所示成分相同的R(紅)，G(綠)，B(藍)彩墨從一噴墨頭中噴出，從而將它們安置在由黑色網格限定出的孔口中。
表1彩色墨汁成分
1C.I.酸紅35和C.I.酸黃23按11∶3混合。
2C.I.酸蘭9和C.I.酸黃23按7∶2混合。
3C.I.酸蘭9和C.I.酸紅35按9∶1混合。
在墨點形成后，著色的樹脂層在溫度90℃下預烘20分鐘，隨后整個表面受曝光，然后再在230℃下經歷30分鐘的充分烘干。
一種用作透明保護膜的熱固化樹脂(牌號為“Hicoat Lc2001”的三洋化學工業有限公司產品)用一旋轉噴涂機噴涂在著色的樹脂層上，在該樹脂層上已如上述形成了紅、綠、蘭構成的圖案，這樣就得到了厚度為0.5微米的干涂復層，所形成的薄膜在120℃下預烘30分鐘，然后在200℃下經歷30分鐘的充分烘干從而形成了保護層。
按這種方法制造的濾色鏡用來制造一種液晶顯示器。
首先在一玻璃基板上按一定方式形成薄膜晶體三極管和象素電極，即它們的布置排列方式對應于構成濾色鏡象素的紅、綠和蘭色排列圖案，隨后設置一層聚酰亞胺定向薄膜，從而制造成所謂的活性網格基片(actiue matixsabstrete)、在這之后，作為一透明電膜的ITO和一種聚酰亞胺定向膜形成于濾色鏡上，以構成一與活性網格基片相對的基片。
活性網格基片與活性網格基片相對的基片通過利用密封膠粘合一起，扭曲向列(TN)液晶被封閉于兩基片之間的空間里。隨后，一些偏振板分別被設置在中間夾有密封的液晶的兩塊基片的外側；并且一冷陰極平面熒光燈安置在活笥網格基片的一側，從而制成了液晶顯示器。
在按上述方法制成的液晶顯示器中輸入NTSC制式的電視信號以顯示圖象，其結果可以穩定地顯示高質量的圖象。
盡管長期顯示圖象，但沒有觀察到混色、色彩不均勻和/或呈現消隱區等問題。實例2如同實例1一樣的方式形成黑色網格，不同之處在于用5份(按重量計)C.I.溶劑黑3溶解于95份(按重量計)用于油基黑墨汁的甲苯中來獲得油基黑墨汁。紅、綠、蘭色彩元的形成方式也同實例1，不同之處在于完全烘干是在200℃下經歷30分鐘而實現的，以及制成的濾色鏡未采用任何保護膜。按這種方法制成的濾色鏡用以按實例1同樣方式制造一液晶顯示器。把NTSC制式的電視信號輸入按上法制得的液晶顯示器件以顯示圖象，結果表明可以穩定地顯示高質量的圖像。
盡管長期顯示圖象，但沒有觀察到混色、色彩不均勻和/或呈現消隱區等問題。實例3下列包含有一種由丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、羥乙基丙烯酸甲酯和N-羥甲基丙烯酰胺構成的丙烯酸四聚合物的光敏樹脂合成物通過一旋轉噴涂機噴涂在如同實例1中所述的玻璃板上，隨后在90℃預烘20分鐘，這樣的形成的光敏樹脂層所具有的薄膜厚度僅2微米。光敏樹脂合成物的成分四聚合物的組成0.3份按重量計的丙烯酸；5.0份按重量計的甲基丙烯酸甲酯；2.7份按重量計的羥乙基丙烯酸甲酯；2.0份按重量計的N-羥甲基丙烯酰胺，硫化三苯基(triflate)0.2份按重量計乙基溶纖劑(乙基乙氧基乙醇)89.8份按重量計。
光敏樹脂層通過一光掩模(或光蒙板)局部受到定形曝光，此光掩模對應于樹脂層上要形成黑色網格區域的部位具有開孔。隨后光敏樹脂層在一塊120℃的熱板上加熱處理一分鐘，從而樹脂層上局部實施了固化處理。
已經按表1所示的成分的色彩為紅、綠和蘭的彩墨從一噴墨頭中噴出，從而各色墨點分布于樹脂層的未固化區域上。
一種以5％(按重量計)的聚四氟乙烯(PTFE，顆粒直徑約為1微米，牌號“Daicure RT-7”，由Dainippon墨水和化學品聯合公司出品)用作黑墨以形成墨色網格，通過利用一滾涂機在墨點干燥前(因含水分)把黑墨汁轉移到基板上，從而形成一層1.5微米厚的黑色網格圖形即可制成一濾色鏡。
一液晶顯示器按如同實例1相同的方式制成。把NTSC制式的電視信號輸入按上法制成的液晶顯示器以顯示圖象，結果表明，顯示出的圖象穩定清晰。
盡管用來長時期顯示圖象，并未觀察到有混色、色彩不均勻和/或呈現消隱區等問題。
當本發明是結合當前認為是最佳的一些實施例進行描述時，應理解本發明并不受所公開實例的制約，與之相反，本發明是意在按附錄權利要求的精神和范圍內包含和復蓋實例的各種變型和與之相當的方案。
權利要求
1.一濾色鏡(或彩色濾光片)包括一透明基板；在基板上有選擇地設置的彼此間光譜特征各不相同的許多色彩基元(簡稱色彩元)和許多光屏蔽基元(簡稱光屏蔽元)，其特點是光屏蔽元設置于一基板上的樹脂層上，而色彩元設置于樹脂層上或樹脂層內。
2.按權利要求1的濾色鏡，其特征在于該樹脂層是由光敏樹脂構成。
3.按權利要求1的濾色鏡，其特征在于色彩元是由墨汁原料(墨料)構成。
4.按權利要求3的濾色鏡，其特征在于墨料含水份。
5.按權利要求1的濾色鏡，其特征在于光屏蔽元是由一種墨料構成。
6.按權利要求5的濾色鏡，其特征在于墨料含油。
7.按權利要求5的濾色鏡，其特征在于墨料為黑色。
8.一生產濾色鏡的方法(或工藝過程)包括在一透明基板上有選擇地設置許多彼此間光譜特征各不相同的色彩元和許多光屏蔽元，該方法包括以下步驟在基板上設置一可通過固化處理固化的樹脂層；有選擇地使樹脂層經受固化處理，因此有選擇地在樹脂層內形成固化區域；在固化區域上設置光屏蔽元；和在樹脂層的未固化區域設置色彩元。
9.按權利要求8的濾色鏡，其特征在于固化處理是用光照射實現的。
10.按權利要求8的濾色鏡，其特征在于色彩元是由墨料構成。
11.按權利要求10的濾色鏡，其特征在于黑料含水份。
12.按權利要求10的濾色鏡，其特征在于用一噴墨系統實施色彩元的設置步驟。
13.按權利要求8的濾色鏡，其特征在于光屏蔽無是由一種墨料構成。
14.按權利要求13的濾色鏡，其特征在于墨料含油。
15.按權利要求13的濾色鏡，其特征在于墨料為黑色。
16.按權利要求13的濾色鏡，其特征在于光屏蔽無是通過利用一種轉移過程設置的。
17.按權利要求16的濾色鏡，其特征在于墨料具有粘度范圍從100至1000泊。
18.按權利要求13的濾色鏡，其特征在于光屏蔽元是通過利用一種旋轉噴涂或浸涂過程設置的。
19.按權利要求18的濾色鏡，其特征在于黑料具有的粘度范圍從5至1000厘泊。
20.按權利要求8的濾色鏡，其特征在于在實施設置光屏蔽元的步驟之前，先在樹脂層的未固化區域上施加水。
21.按權利要求8的濾色鏡，其特征在于在實施設置光屏蔽元的步驟之前，先實施在樹脂層的未固化區域上設置色彩元的步驟。
22.一液晶顯示器(件)包括一第一基片，在第一基片內設置一按權利要求1的濾色鏡；一第二基片，在第二基片內設置象素電極；和封閉于所述兩基片之間空間內的一種液晶材料。
全文摘要
本發明所公開的一種彩色濾光片(濾色鏡)包括一透明基板，在基板上設置許多彼此間光譜特征各不相同的色彩基元和許多光屏蔽基元，這些基元設置時是按一定規則排列的，其中光屏蔽基元設置在透明板上的一樹脂層上，而色彩基元則設置在樹脂層上或樹脂層內。
文檔編號G02F1/1335GK1153309SQ9610076
公開日1997年7月2日 申請日期1996年1月25日 優先權日1995年1月25日
發明者宮崎健, 村井啟一, 左藤博, 城田勝浩, 柏崎昭夫, 芝昭二 申請人:佳能株式會社