CN1609638A - 彩色滤光片组合物以及制造具有该组合物的彩色滤光片的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
彩色滤光片组合物包含预定比例的粘合剂和单体的混合物、颜料和溶剂。预定比例是粘合剂对单体的比例，可为约50∶50－60∶40。彩色滤光片组合物还包含固体粉末，其中固体粉末在彩色滤光片组合物中的重量百分比为约12％－18％，其中该固体粉末包括颜料。颜料在固体粉末中的重量百分比为约28％－38％。
Description
技术领域
本发明涉及彩色滤光片组合物(color filter composition)、制造具有该彩色滤光片组合物的彩色滤光片的方法和装置。
背景技术
例如个人电脑和笔记本电脑、汽车导航系统、电视机等装置都可以使用液晶显示器(LCD)。由于LCD比具有阴极射线管的显示器更轻和更小，所以得到了广泛应用。
LCD的通常结构包含液晶(LC)层，其位于包含场产生电极和偏光板的两个板之间。LC层受到电极产生的电场的作用，而且电场强度的变化改变了LC层的分子排列。例如，在施加电场时，LC层的分子改变了它们的排列，并将光线偏振通过LC层。适当放置的偏振的滤光器阻挡了偏振光，产生代表所希望的图像的黑色区域。
LCD可以包括彩色滤光片，彩色滤光片包括红色(R)滤光片、绿色(G)滤光片和蓝色(B)滤光片。具有红色、绿色和蓝色波长的光可以分别通过R、G和B滤光片。
已知的彩色滤光片组合物可以包含光聚合引发剂、滤光颜料(lightfiltering pigment)和溶剂，将其以预定的厚度旋涂于基板上，使用光处理(photoprocess)或照相平板印刷法(photolithography)形成图案，由此形成传统的彩色滤光片。可以使用光除去光聚合引发剂。
当使用旋涂法制造具有大屏幕尺寸的LCD装置时，彩色滤光片部件和能量的消耗大大增加，而且基板可能由于离心力而被破坏。
狭缝涂布法(slit coating process)也可用于制造具有大屏幕尺寸的LCD装置。在狭缝涂布法中，彩色滤光片组合物使用狭缝涂布器通过延伸的狭缝(extended slit)排出而涂布基板，由此形成彩色滤光片层。
但是，因为狭缝狭窄，大部分彩色滤光片组合物可能在狭缝中堵塞或在狭缝涂布器中硬化。如果大部分彩色滤光片组合物粘结到狭缝涂布器的表面，彩色滤光片层可能出现斑点(dotted)或条纹(stripped)。
发明内容
根据本发明实施方案的彩色滤光片组合物包含预定比例的粘合剂(binder)和单体(monomer)、颜料和溶剂。
预定比例指的是粘合剂对单体的比例，可以是约50∶50-60∶40。颜料可以是红颜料、绿颜料和蓝颜料中的至少一种。颜料可以包括多种颜料的混合物，其中多种颜料中的每种颜料具有不同的比色指数(color index)。彩色滤光片组合物还可以包含固体粉末(solid powder)，其在彩色滤光片组合物中的重量百分比是约12％-18％，其中固体粉末包括颜料。在固体粉末中颜料的重量百分比可以是约28％-38％。彩色滤光片组合物在约25℃时的粘度可以是约3.3mPa·s至4.1mPa·s。彩色滤光片组合物可以进一步含有用于形成黑色基体(matrix)的黑色材料，并可以用狭缝涂布法涂布到基板上。
根据本发明另一实施方案的彩色滤光片组合物包含溶剂和固体粉末，固体粉末在彩色滤光片组合物中的重量百分比为约12％-18％。
固体粉末可以包括颜料，其中颜料在固体粉末中的重量百分比为约28％-38％。彩色滤光片组合物还可以包含粘合剂和单体，其中粘合剂对单体的比例为约50∶50-60∶40。
根据本发明实施方案的彩色滤光片的制造方法包含：形成彩色滤光片组合物，其中彩色滤光片组合物包括固体粉末，而固体粉末在彩色滤光片组合物中的重量百分数为约12％-18％；将彩色滤光片组合物涂布到基板上形成彩色滤光片薄膜；然后使彩色滤光片薄膜形成图案(pattern)，从而在基板上形成彩色滤光片。
固体粉末可以包括颜料，其中颜料在固体粉末中的重量百分比为约28％-38％。颜料可以是红颜料、绿颜料和蓝颜料中的至少一种，并可以包括多种颜料的混合物，其中多种颜料中的每种颜料具有不同的比色指数。彩色滤光片组合物还可以包括粘合剂和单体，其中粘合剂对单体的比例为约50∶50-60∶40。在基板上涂布彩色滤光片组合物时，基板可以保持在预定的位置。可以使用狭缝涂布法将彩色滤光片组合物涂布到基板上。彩色滤光片组合物还可以包括溶剂，在将彩色滤光片组合物涂布到基板上之后将溶剂干燥。可以使用光处理和照相平板印刷法中的至少一种使彩色滤光片薄膜形成图案。彩色滤光片组合物在约25℃时的粘度可以是约3.3mPa·s至4.1mPa·s。彩色滤光片组合物还可以含有用于形成黑色基体的黑色材料。
根据本发明实施方案的用于制造彩色滤光片的装置，包含用于储存彩色滤光片组合物的供料单元(supply unit)；用来将从供料单元供应的彩色滤光片组合物通过狭缝排放到基板表面上的狭缝涂布器(slit coater)；用于在排放彩色滤光片组合物的同时在基板表面上移动狭缝涂布器的转移单元(transfer unit)。
该装置还可以包含位于供料单元和狭缝涂布器之间的转移管(transferpipe)和位于供料单元与狭缝涂布器之间的除泡单元(bubble removing unit)，其中转移管是将彩色滤光片组合物从供料单元输送到狭缝涂布器，而除泡单元是用于除去彩色滤光片组合物中的气泡。彩色滤光片组合物可以包含固体粉末，其在彩色滤光片组合物中的重量百分比是约12％-18％。固体粉末可以包括颜料，颜料在固体粉末中的重量百分比为约28％-38％。彩色滤光片组合物也可以包括粘合剂和单体，其中粘合剂对单体的比例为约50∶50-60∶40。在涂布彩色滤光片组合物的过程中，基板可以保持在预定的位置。
根据本发明另一实施方案的彩色滤光片组合物，其包含粘合剂、单体、分散剂以及填料、表面活性剂，粘结促进剂(adhesion accelerant)、抗氧剂、紫外吸收剂和粘结引发剂(adhesion initiator)中的至少一种。
附图说明
根据下文结合附图的描述，可以对本发明的优选实施方案得到更详细地理解，其中：
图1是本发明实施方案的彩色滤光片的制造方法的流程图。
图2是用于制造本发明实施方案的彩色滤光片的装置的横截面图。
图3是使用传统彩色滤光片组合物来制造彩色滤光片装置的产率和使用本发明实施方案的彩色滤光片组合物来制造彩色滤光片装置的产率的示意图。
图4是当使用传统的彩色滤光片组合物和本发明实施方案的彩色滤光片组合物时，LCD装置的缺陷部分的量。
具体实施方式
下面将参考附图，对本发明的优选实施方案进行更全面和更详细地描述，其中说明的是本发明的优选实施方案。但是，本发明可以以不同的形式实施，并且不应该局限于这里提出的实施方案。而且，这些实施方案的提供是使本发明更全面和完整，据此本领域普通技术人员将理解本发明的全部范围。
根据本发明实施方案的彩色滤光片组合物，包括预定比例的粘合剂和单体的混合物，用于过滤具有预定波长的光的颜料以及溶剂。所述颜料可以是红色、绿色或蓝色颜料。具有红色、绿色和蓝色的波长的光可以分别通过红色、绿色和蓝色颜料。每种颜料具有不同的比色指数(CI)的多种颜料可以按预定的比例混合以形成红色、绿色或蓝色颜料。
或者，彩色滤光片组合物可以包括粘合剂、单体和不包含颜料和溶剂的分散剂、填料、表面活性剂、粘结促进剂、抗氧剂、紫外吸收剂和粘结引发剂。彩色滤光片组合物也可以包括粘合剂、单体、颜料、分散剂、填料、表面活性剂、粘结促进剂、抗氧剂、紫外吸收剂和粘接引发剂。
彩色滤光片组合物的粘度(viscosity)和流度(fluidity)随溶剂的含量成比例地增加。在彩色滤光片组合物涂布到基板上后，将溶剂干燥，由此在基板上形成彩色滤光片薄膜。
根据本发明实施方案的彩色滤光片组合物，其包括重量百分比为约12％-18％的固体粉末。该固体粉末包括相对于固体粉末重量百分比为约28％-38％的颜料。粘合剂对单体的比例为约50∶50-60∶40。当使用狭缝涂布法将具有上述重量百分比的彩色滤光片组合物涂布到基板上时，避免了彩色滤光片出现斑点或条纹。当固体粉末的含量低于12重量％时，彩色滤光片组合物的粘度降低使得彩色滤光片组合物在涂布到基板上之后彩色滤光片组合物可能流动。当固体粉末的含量大于18重量％时，彩色滤光片组合物的粘度增加使得彩色滤光片组合物可能与狭缝涂布器粘附，使得彩色滤光片薄膜出现斑点或条纹。优选彩色滤光片组合物包含约12重量％-15重量％的固体粉末，并且固体粉末包括约28重量％-38重量％的颜料。粘合剂对单体的比例优选为约50∶50-60∶40。
当固体粉末和溶剂的含量改变时，可以控制彩色滤光片薄膜的质量和彩色滤光片组合物的粘度。优选彩色滤光片组合物在约25℃时的粘度为约3.3mPa·s至4.1mPa·s。
表1给出了红色彩色滤光片组合物的性质，表2给出绿色彩色滤光片组合物的性质，而表3给出的是蓝色彩色滤光片组合物的性质。
PGMEA代表丙二醇单甲醚醋酸酯，EEP代表亚乙基3-乙氧基丙酰基化物(ethylene 3-ethoxy propionylate)。材料由Sumitomo Chemical Co.制造。LTD由符号AT-3、A-3、R254、Y139、F comp.150、G36、B15:6、V23等代表。校准由符号“ca”代表。
表1
| 性质 | 单位 | A型 | B型 | D型 |
| 粘度 | mPa·s/25℃ | ca3.9 | ca4.1 | ca3.3 |
| 固体粉末含量 | 重量％ | 18 | 18 | 15 |
| 粘合剂/单体 | 重量比例 | 45/55 | 45/55 | 45/55 |
| 粘合剂酸值 | A＞B＞C＞D | D | D | D |
| 光引发剂体系 | AT-3 | AT-3 | AT-3 | |
| 热固性反应物 | 没有 | 没有 | 没有 | |
| 颜料含量 | 固体中重量％ | ca28 | ca33 | ca33 |
| 颜料 | 主要/次要 | R254/Y139 | R254/Y139 | R254/Y139 |
| 分散剂(红色) | A | A | A | |
| 分散剂(黄色) | B | B | B | |
| 溶剂(混合比例) | 重量比例 | PGMEA/EEP | PGMEA/EEP | PGMEA/EEP |
| 90/10 | 90/10 | 90/10 | ||
| 表面活性剂 | 用于抗蚀剂ppm | F comp.150 | F comp.150 | F comp.150 |
表2
| 性质 | 单位 | A型 | B型 | C型 | D型 |
| 粘度 | mPa·s/25℃ | ca4.2 | ca4.2 | ca4.2 | ca3.5 |
| 固体含量 | 重量％ | ca18 | ca18 | ca18 | ca15 |
| 粘合剂/单体 | 重量比例 | 52.5/47.5 | 57.5/42.5 | 57.5/42.5 | 57.5/42.5 |
| 粘合剂酸值 | A＞B＞C＞D | B(低MW) | A | C | C |
| 光引发剂体系 | A-3 | A-3 | A-3 | A-3 | |
| 颜料含量 | 固体中重量％ | ca35 | ca36 | ca38 | ca38 |
| 颜料 | 主要/次要 | G36/Y150 | G36/Y150 | G36/Y150 | G36/Y150 |
| 分散剂(绿色) | A | D | D | D | |
| 分散剂(黄色) | B | F | F | F | |
| 溶剂(混合比例) | 重量比例 | PGMEA/EEP | PGMEA/EEP | PGMEA/EEP | PGMEA/EEP |
| 70/30 | 70/30 | 70/30 | 70/30 | ||
| 表面活性剂 | 用于抗蚀剂ppm | Si comp.250 | Si comp.250 | Si comp.250 | Si comp.250 |
表3
| 性质 | 单位 | A型 | B型 | C型 | D型 |
| 粘度 | mPa·s/25℃ | 4.3 | 4.0 | 3.7 | 3.2 |
| 固体含量 | 重量％ | 18 | 18 | 18 | 15 |
| 粘合剂/单体 | 重量比例 | 46/54 | 46/54 | 46/54 | 46/54 |
| 粘合剂酸值 | A＞B＞C＞D | B | B | B | B |
| 光引发剂体系 | A-2 | A-2 | A-2 | A-2 | |
| 颜料含量 | 固体中重量％ | ca27 | ca25 | ca32 | ca32 |
| 颜料 | 主要/次要 | B15:6/V23 | B15:6/V23 | B15:6/V23 | B15:6/V23 |
| 分散剂(绿色) | A | B | A | A | |
| 分散剂(紫色) | A | B | A | A | |
| 溶剂(混合比例) | 重量比例 | PGMEA/EEP | PGMEA/EEP | PGMEA/EEP | PGMEA/EEP |
| 60/40 | 60/40 | 60/40 | 60/40 | ||
| 表面活性剂 | 用于抗蚀剂ppm | F200+Si 400 | F200+Si 400 | F200+Si 400 | F200+Si 400 |
图1是根据本发明的实施方案的彩色滤光片的制造方法的流程图。
参考图1，在步骤100，混合粘合剂、单体、颜料和溶剂以形成彩色滤光片组合物(S100)。
该彩色滤光片组合物包括重量百分比约12％-18％的固体粉末，并且该固体粉末含有重量百分比约28％-38％的颜料。粘合剂对单体的比例为约50∶50-60∶40。优选，彩色滤光片组合物包含约12重量％-15重量％的固体粉末。优选彩色滤光片组合物的在温度为25℃时的粘度为约3.3mPa·s至4.1mPa·s。
在步骤200，在彩色滤光片组合物形成后，在基板上形成彩色滤光片薄膜(S200)。将彩色滤光片组合物涂布到基板上以形成彩色滤光片薄膜。在基板保持在预定的位置上的同时，将彩色滤光片组合物从基板的一端到另一端而涂布到基板上。在步骤300，在基板上形成彩色滤光片薄膜后，使用光处理或照相平板印刷法使彩色滤光片薄膜形成图案，由此在基板上形成彩色滤光片(S300)。
图2是用于制造根据本发明的实施方案的彩色滤光片的装置的横截面图。
参考图2，用于制造彩色滤光片的装置600包括供料单元100、狭缝涂布器200和转移单元300。包含固体粉末和溶剂的彩色滤光片组合物储存在供料单元100中。储存在供料单元100中的彩色滤光片组合物包括重量百分比约12％-18％的固体粉末，该固体粉末包括重量百分比约28％-38％的颜料。粘合剂对单体的比例为约50∶50-60∶40。优选彩色滤光片组合物含有约12重量％-15重量％的固体粉末。优选，控制固体粉末和溶剂的浓度以便储存在供料单元100中的彩色滤光片组合物的粘度在温度为约25℃时为约3.3mPa·s至4.1mPa·s。
涂布器200通过伸长的狭缝，将从供料单元100供应的彩色滤光片组合物涂布到基板400的表面上。狭缝涂布器200与供料单元100连接，在它们之间有转移管150。来自供料单元100的彩色滤光片组合物，通过转移管150转移到狭缝涂布器200。
转移单元300移动狭缝涂布器200，所以当基板400保持在预定的位置上的同时，将从狭缝涂布器200出来的彩色滤光片组合物涂布到基板400上，从而在其上形成彩色滤光片薄膜450。
用来除去彩色滤光片组合物中的气泡的除泡单元500可以设置在供料单元100和狭缝涂布器200之间。除泡单元500设置在转移管150上并包括除泡管(未示出)。气泡能通过除泡管，而彩色滤光片组合物不能通过除泡管。除泡管设置在减压室(decompression chamber)的内表面上，其形成减压气氛，所以气泡很容易从除泡管除去。
图3是使用传统彩色滤光片组合物来制造彩色滤光片的装置的产率和使用根据本发明的实施方案的彩色滤光片组合物来制造彩色滤光片的装置的产率的示意图。
参考图3，没有缺陷晶胞(defective unit cell)的LCD装置用“A”表示，有一个缺陷晶胞的LCD装置用“B”表示。如图3所示，使用传统彩色滤光片组合物的没有缺陷晶胞的LCD装置的产率是50％，而使用根据本发明的实施方案的彩色滤光片组合物的没有缺陷晶胞的LCD装置的产率是78％。使用传统彩色滤光片组合物的有一个缺陷晶胞的LCD装置的产率是25％，而使用根据本发明的彩色滤光片组合物的有一个缺陷晶胞的LCD装置的产率是19％。由此，使用传统彩色滤光片组合物的“A”和“B”的产率的总和是75％，而使用根据本发明实施方案的彩色滤光片组合物的产率的总和是97％。因此，当使用根据本发明实施方案的彩色滤光片组合物时，没有缺陷晶胞的LCD装置的产率大大提高了。
图4是当使用传统的彩色滤光片组合物和根据本发明实施方案的彩色滤光片组合物时，LCD装置的次品(defective portion)的量。
有斑点的彩色滤光片薄膜用“A”代表，有条纹的彩色滤光片薄膜的LCD装置用“B”代表。
参考图4，当使用传统彩色滤光片组合物时，具有斑点的彩色滤光片薄膜的LCD装置的次品的百分比是3.5％，而使用根据本发明实施方案的彩色滤光片组合物时，该百分比是0.2％。当使用传统彩色滤光片组合物时，具有条纹的彩色滤光片薄膜的LCD装置的次品的百分比是0.8％，而使用根据本发明实施方案的彩色滤光片组合物时，该百分比是0.1％。
因此，使用根据本发明实施方案的彩色滤光片组合物的LCD装置的产率提高了，而次品率降低了。
在本发明的实施方案中，可以从彩色滤光片组合物中除去颜料，不含颜料的彩色滤光片组合物可以作为光致抗蚀剂材料，该材料可通过狭缝涂布法形成薄膜晶体管。具有黑色材料的彩色滤光片组合物可以通过狭缝涂布法来形成黑色基体。
根据本发明的实施方案，控制彩色滤光片组合物的固体粉末和溶剂的含量，以防止在制造彩色滤光片薄膜的过程中，彩色滤光片被玷污或剥离，因此增加了产率而减少了次品。
尽管，参考附图，描述了解释性的实施方案，但是人们应该理解本发明不局限于这些明确的实施方案。在不脱离本发明的范围和精神的基础上，相关领域的普通技术人员可以对本发明进行多种改变和改进。所有这些改变或改进都包含在本发明由权利要求限定的范围内。
Claims (32)
1.一种彩色滤光片组合物，包含：
预定比例的粘合剂和单体的混合物；
颜料；以及
溶剂。
2.根据权利要求1的彩色滤光片组合物，其中所述预定比例是所述粘合剂对所述单体的比例，并且为约50∶50-60∶40。
3.根据权利要求1的彩色滤光片组合物，其中所述颜料是红色颜料、绿色颜料和蓝色颜料中的至少一种。
4.根据权利要求1的彩色滤光片组合物，其中所述颜料包括多种颜料的混合物，多所述种颜料中的每种颜料具有不同的比色指数。
5.根据权利要求1的彩色滤光片组合物，还包含固体粉末，所述固体粉末在彩色滤光片组合物中的重量百分比为约12％-18％，其中该固体粉末包括颜料。
6.根据权利要求5的彩色滤光片组合物，其中所述颜料在所述固体粉末中的重量百分比为约28％-38％。
7.根据权利要求1的彩色滤光片组合物，其中所述彩色滤光片组合物在约25℃时的粘度为约3.3mPa·s至4.1mPa·s。
8.根据权利要求1的彩色滤光片组合物，还包含用于形成黑色基体的黑色材料。
9.根据权利要求1的彩色滤光片组合物，其中所述彩色滤光片组合物使用狭缝涂布法涂布到基板上。
10.彩色滤光片组合物，包含：
溶剂；和
固体粉末，所述固体粉末在所述彩色滤光片组合物中的重量百分比为约12％-18％。
11.根据权利要求10的彩色滤光片组合物，其中所述固体粉末包括颜料，所述颜料在所述固体粉末中的重量百分比为约28％-38％。
12.根据权利要求11的彩色滤光片组合物，其中所述颜料为红色颜料、绿色颜料和蓝色颜料中的至少一种。
13.根据权利要求10的彩色滤光片组合物，还包含：
粘合剂；和
单体，其中所述粘合剂对所述单体的比例为约50∶50-60∶40。
14.一种彩色滤光片的制造方法，包含：
形成彩色滤光片组合物，其中所述彩色滤光片组合物包含固体粉末，所述固体粉末在所述彩色滤光片组合物中的重量百分比为约12％-18％；
将该彩色滤光片组合物涂布到基板上以形成彩色滤光片薄膜；以及
使该彩色滤光片薄膜形成图案，从而在基板上形成彩色滤光片。
15.根据权利要求14的方法，其中所述的固体粉末包括颜料，所述颜料在所述固体粉末中的重量百分比为约28％-38％。
16.根据权利要求15的方法，其中所述颜料是红色颜料、绿色颜料和蓝色颜料中的至少一种。
17.根据权利要求15的方法，其中所述颜料包括多种颜料的混合物，所述多种颜料中的每种颜料具有不同的比色指数。
18.根据权利要求14的方法，其中所述彩色滤光片组合物还包括粘合剂和单体，其中所述粘合剂对所述单体的比例为约50∶50-60∶40。
19.根据权利要求14的方法，其中当将所述彩色滤光片组合物涂布到所述基板上时，所述基板保持在预定的位置。
20.根据权利要求14的方法，其中使用狭缝涂布法将所述彩色滤光片组合物涂布到所述基板上。
21.根据权利要求14的方法，其中所述彩色滤光片组合物还包含溶剂，在将所述彩色滤光片组合物涂布到所述基板上后，将所述溶剂干燥。
22.根据权利要求14的方法，其中使用光处理和照相平板印刷法中的至少一种使所述彩色滤光片薄膜形成图案。
23.根据权利要求14的方法，其中所述彩色滤光片组合物在约25℃时的粘度为约3.3mPa·s至4.1mPa·s。
24.根据权利要求14的方法，其中所述彩色滤光片组合物还包含用于形成黑色基体的黑色材料。
25.用于制造彩色滤光片的装置，包含：
用于储存彩色滤光片组合物的供料单元；
狭缝涂布器，其将从所述供料单元供应的彩色滤光片组合物通过狭缝排放到基板的表面上；以及
转移单元，其用于在排放所述彩色滤光片组合物的同时，在所述基板的表面上移动所述涂布器。
26.根据权利要求25的装置，还包含转移管，其位于所述供料单元和所述狭缝涂布器之间，其中所述转移管将所述彩色滤光片组合物从所述供料单元输送到所述涂布器。
27.根据权利要求25的装置，还包含位于所述供料单元和所述狭缝涂布器之间的除泡单元，其用于除去所述彩色滤光片组合物中的气泡。
28.根据权利要求25的装置，其中所述彩色滤光片组合物包含固体粉末，所述固体粉末在所述彩色滤光片组合物中的重量百分比是约12％-18％。
29.根据权利要求28的装置，其中所述固体粉末包含颜料，所述颜料在所述固体粉末中的重量百分比为约28％-38％。
30.根据权利要求25的装置，其中所述彩色滤光片组合物包括粘合剂和单体，其中所述粘合剂对所述单体的比例为约50∶50-60∶40。
31.根据权利要求25的装置，其中在排放所述彩色滤光片组合物的过程中，所述基板保持在预定的位置上。
32.一种彩色滤光片组合物，包含：
粘合剂；
单体；
分散剂；以及
填料、表面活性剂、粘结促进剂、抗氧剂、紫外吸收剂和粘结引发剂中的至少一种。
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