彩色滤光片及其制造方法

专利名称：彩色滤光片及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种彩色滤光片及一种彩色滤光片的制造方法。
背景技术：
由于液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)为非主动发光的元件，必须透过内部的背光源提供光源，搭配驱动IC与液晶控制形成黑、白两色的灰阶显示，再透过彩色滤光片(Color Filter，CF)的红(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色层提供色相，形成彩色显示画面，因此彩色滤光片为液晶显示器彩色化的关键零组件。
彩色滤光片为达到高分辨率、高色彩对比度以及为避免出现LCD各次像素间漏光现象的出现，利用黑矩阵(Black Matrix，BM)将红、绿、蓝三种颜色层分别隔开。黑矩阵的材料一般为金属，如铬，或有机材料，如碳黑树脂材料。金属铬是一种对环境不利的元素，且在制程过于繁琐。因此，以碳黑树脂材料制造黑矩阵为一个发展趋势。
传统运用颜料分散-光微影法以碳黑树脂材料制造黑矩阵时，由于最终要求黑矩阵的厚度相对较薄，因太厚会使黑矩阵曝光不完全，而光学密度(Optical Density)值要高。而且传统碳黑树脂材料在曝光显影后表面的平整度，因受碳黑不易被显影带走，且又是非连续相的影响，而较不平整。当以喷墨法制造彩色滤光片时，墨水较容易润湿不平整的表面，故相邻的颜色墨水容易发生混色的现象。常见的解决方法为传统黑矩阵上形成上一层挡墙层。但如此一来，喷墨法制程简单的优点即不易凸显。

发明内容有鉴于此，有必要提供一种在制造中可省去形成挡墙层的彩色滤光片及一种彩色滤光片的制造方法。
一种彩色滤光片包括一个基板、位于基板上的黑矩阵，该黑矩阵限定多个次像素区及位于多个次像素区中通过喷墨法形成的多个颜色层。该黑矩阵组成包括5至55wt％的碳黑、15至95wt％的高分子聚合体以及0至40wt％其它添加物。
一种彩色滤光片的制造方法，包括以下步骤在一个基板上形成黑矩阵，该黑矩阵组成包括5至55wt％的碳黑、15至95wt％的高分子聚合体以及0至40wt％其它添加物，该黑矩阵限定多个次像素区；通过一个喷墨装置利用喷墨法将墨水填充至多个次像素区；干燥固化多个次像素区中的墨水，而形成多个颜色层。
一种彩色滤光片的制造方法，包括以下步骤提供一种喷墨法彩色滤光片制程的黑矩阵用的光阻材料，该光阻材料组成包括占光阻材料中所有可固化成分的比例5至55wt％的碳黑、占光阻材料中所有可固化成分的比例15至95wt％的单体或寡聚物或高分子树脂，以及占光阻材料中所有可固化成分的比例0至40wt％的其它添加物；在一个基板上涂布该光阻材料，然后经干燥，曝光，显影及固化该光阻材料层而形成黑矩阵，该黑矩阵限定多个次像素区；通过一个喷墨装置利用喷墨法将墨水填充至多个次像素区；干燥固化多个次像素区中的墨水，而形成多个颜色层。
相较于现有技术，所述的彩色滤光片的黑矩阵单层结构即能达成喷墨法彩色滤光片制程中的传统黑矩阵与挡墙双层结构的效果。所述的彩色滤光片的制造方法，省去了制作挡墙的步骤，使制造工时减少，成本降低。

图1为本发明第一实施例提供的一种彩色滤光片的结构示意图。
图2至图6为本发明第二实施例提供的一种彩色滤光片制造方法的流程示意图。
具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明第一实例提供的一种彩色滤光片100，该彩色滤光片100包括一个基板102、位于基板102上的黑矩阵106及位于由黑矩阵106限定的多个次像素区中的多个颜色层114。
基板102可采用玻璃或塑料板或硅晶片的基板。黑矩阵106组成包括5至55wt％的碳黑、15至95wt％的高分子聚合体以及0至40wt％的其它添加物。
优选的，黑矩阵106的厚度为1.2至10微米(μm)，较佳为1.5至6μm。
优选的，碳黑的较佳比例为15至45wt％。
优选的，高分子聚合体的较佳比例为25至85wt％。而优选的材料，包括单体或寡聚物与光起始剂形成的高分子聚合体或包括高分子树脂。高分子树脂包括但不限于压克力树脂，单体或寡聚物包括但不限于三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯和二季戊四醇六丙烯酸酯中的一种或几种。
优选的，其它添加物包括反应后剩下起始剂或分散剂。
其中，该起始剂包括光起始剂。该光起始剂包括二(二甲基胺基)二苯甲酮(4，4-bis(dimethylamino))、二(二乙基胺基)二苯甲酮(4，4’-Bis(Diethylamino)Benzophenone)、甲氧基苯-二(三氯甲基)-三氮杂苯(2-(4-Methoxyphenyl)-4，6-Bis(Trichloromethyl)-1，3，5-Triazine)、三(三氯甲基)三氮杂苯(Tris(trichloromethyl)-1，3，5-triazine)等。目前，该光起始剂的主要商品包括下列种类IRGACURE819、IRGACURE369、IRGACURE2959、IRGACURE379、IRGACURE184、IRGACURE784、IRGACURE250IRGACURE907、IRGACURE651、IRGACUREOXE01、IRGACURE500、IRGACURE1800、IRGACURE1000、IRGACURE1700、DAROCUREBP、DAROCURE1173 CGI 242、DAROCURE1173CGI-552、ChivacureTPO、ChivacureTPO-L、Chivacure200、Chivacure107、Chivacure184或Chivacure284等。
以下，结合本实施例，列出几种黑矩阵优选的组成比例1)15％碳黑、38％由压克力树脂形成的高分子聚合体、42％由二季戊四醇五丙烯酸酯及光起始剂形成的高分子聚合体、5％其它添加物(分散剂)；2)20％碳黑、44％由压克力树脂形成的高分子聚合体、30％由二季戊四醇六丙烯酸酯及光起始剂形成的高分子聚合体、6％其它添加物(分散剂)；3)25％碳黑、35％由压克力树脂形成的高分子聚合体、35％由二季戊四醇五丙烯酸酯及光起始剂形成的高分子聚合体、5％其它添加物(分散剂)；4)35％碳黑、33％由压克力树脂形成的高分子聚合体、22％由三羟甲基丙烷三丙烯酸酯及光起始剂形成的高分子聚合体、9.5％其它添加物(分散剂)、0.5％其它添加物(剩余的光起始剂)；5)40％碳黑、35％由压克力树脂形成的高分子聚合体、15％由季戊四醇四丙烯酸酯及光起始剂形成的高分子聚合体、10％其它添加物(分散剂)；6)45％碳黑、29％由压克力树脂形成的高分子聚合体、14％由季戊四醇三丙烯酸酯及光起始剂形成的高分子聚合体、12％其它添加物(分散剂)；7)52％碳黑、10％由压克力树脂形成的高分子聚合体、25％由三羟甲基丙烷三丙烯酸酯及光起始剂形成的高分子聚合体、13％其它添加物(分散剂)。
本实施例提供的彩色滤光片100，只需制作黑矩阵106单层结构便可达到喷墨法制作彩色滤光片制程中的传统黑矩阵及挡墙的双层结构的效果。且碳黑的含量比例为5至55wt％，可获得黑矩阵较高的平整度。
请一并参阅图2至图6，为本发明第二实施例提供一种第一实施例提供的彩色滤光片100的制造方法。该方法包括以下步骤。
步骤一在一个基板102上形成黑矩阵106，如图2所示。该黑矩阵106组成包括5至55wt％的碳黑、15至95wt％的高分子聚合体以及0至40wt％其它添加物，该黑矩阵106限定多个次像素区108。
在基板102上形成黑矩阵106可包括以下分步骤(1)利用干膜法(DryFilm Lamination)、湿式旋转法(Wet Spin Coating)、湿式裂缝法(Wet Slit Coating)或裂缝旋转法(Slit and Spin Coating)在该基板102的表面上涂布黑矩阵用的光阻材料层；(2)干燥该光阻材料层后，利用光罩式曝光机，将具有预定的黑矩阵图案的光罩设置在该光阻材料层与曝光机光源间，并曝光该光阻材料层；(3)利用显影方式，将非黑矩阵图案部分的光阻材料层去除；(4)固化剩下光阻材料从而形成设在基板表面上的黑矩阵106，该黑矩阵106限定多个次像素区108，如图2所示。
该黑矩阵106的厚度为1.2至10μm，较佳为1.5～6μm，其光学密度值可达到3或更高。该基板102可采用玻璃或塑料板或硅晶片的基板。
优选的，本实施例中，黑矩阵106的上表面1062形成一个突出的弧面。此一个突出的弧面可通过本材料搭配曝光及显影条件形成。此一个突出弧面的结构可防止通过喷墨法将墨水喷射至多个次像素区时，相邻两次像素区墨水相混的情况出现。可以理解的是黑矩阵106的上表面1062还可以为其它形状，如金字塔形、圆锥形等，能使黑矩阵106的上表面1062形成至少两个不同高度的区域便可，而不必以具体实施例为限。
步骤三通过一个喷墨装置110利用喷墨法将墨水112填充至多个次像素区108中，如图3所示。该喷墨装置可选用热泡式喷墨装置(Thermal Bubble InkJet Printing Apparatus)或压电式喷墨装置(Piezoelectric Ink Jet PrintingApparatus)。
墨水112在次像素区108中形成墨水层112’，如图4所示。该步骤三使用的喷墨法包括同步喷墨法及分步喷墨法。同步喷墨法为同时在多个次像素区108中喷射所需的RGB三色墨水。分步喷墨法为依次喷射同色墨水在所设计群组单元图案的多个次像素区108中。
步骤四干燥固化次像素区108中的墨水层112’而形成颜色层114，如图1所示。此步骤主要通过一个真空装置、一个加热装置或一个发光装置，将次像素区108中的墨水112进行干燥固化，或者采用上述三者方式的任两种或任三种进行干燥固化，而发光装置包括紫外光发光照射装置。
另外，也可采用一个抽真空装置或/和一个加热装置，将墨水中的溶剂挥发后，利用一个发光装置，如紫外光发光照射装置，将收容空间的墨水112’进行固化，再采用一个加热步骤，如利用一加热装置，将收容空间的墨水112’进行进一步固化；或可采用一个抽真空装置或/和一个加热装置，将墨水112’中的溶剂挥发后，再采用一个加热步骤，如利用一加热装置，将收容空间的墨水112’进行进一步固化。
本实施的彩色滤光片100的制造方法可进一步包括一个步骤五在该基板102上形成覆盖该黑矩阵106及颜色层114的一个保护层116或一个导电层118，或同时依次形成一个保护层116及一个导电层118，如图5所示。
此外，除如前所述，直接形成一个保护层116或一个导电层118，或同时依次形成一个保护层116及一个导电层118外，另外可在形成一个保护层116或一个导电层118之前，加入前处理步骤利用研磨或蚀刻方式，将黑矩阵106相对于颜色层114突出的部分磨平，如图6所示，以达成平坦度的要求。
可以理解，上述步骤五的分步骤中，导电层的制程可采用真空溅镀装置进行溅镀等工艺，而保护层则可采用旋转涂布或裂缝涂布等制程。
本实施例提供的彩色滤光片的制造方法，省去了制作挡墙的步骤，使制造工时减少，成本降低。
本发明还提供一个第三实施例提供一种彩色滤光片的制造方法。该方法与第二实施例提供的方法不同点在于，先提供制备黑矩阵的光阻材料，故第三实施例提供的彩色滤光片的方法包括以下步骤。
步骤一制备一个喷墨法彩色滤光片制程的黑矩阵用的光阻材料，该光阻材料组成包括占光阻材料中所有可固化成分的比例5至55wt％的碳黑、占光阻材料中所有可固化成分的比例15至95wt％的单体或寡聚物或高分子树脂，以及占光阻材料中所有可固化成分的比例0至40wt％的其它添加物。
优选的，碳黑占光阻材料中所有可固化成分的较佳比例为15至45wt％。
优选的，单体或寡聚物或高分子树脂占光阻材料中所有可固化成分的较佳比例为25至85wt％。高分子树脂包括但不限于压克力树脂，单体或寡聚物包括但不限于三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯和二季戊四醇六丙烯酸酯中的一种或几种。
步骤二在一个基板上涂布该光阻材料而形成黑矩阵，该黑矩阵限定多个次像素区。
在该基板上涂布该光阻材料而形成黑矩阵可包括以下分步骤(1)利用干膜法(Dry Film Lamination)、湿式旋转法(Wet Spin Coating)、湿式裂缝法(WetSlit Coating)或裂缝旋转法(Slit and Spin Coating)在该基板的表面上涂布黑矩阵用的光阻材料层；(2)干燥该光阻材料层后，利用光罩式曝光机，将具有预定的黑矩阵图案的光罩设置在该光阻材料层与曝光机光源间，并曝光该光阻材料层；(3)利用显影方式，将非黑矩阵图案部分的光阻材料层去除；(4)固化剩下光阻材料从而形成设在基板表面上的黑矩阵，该黑矩阵限定多个次像素区。该单体或寡聚物经上述曝光化学反应之后，显影固化形成高分子聚合体，而高分子树脂直接形成高分子聚合体黑矩阵。
由于碳黑占光阻材料中所有可固化成分的比例为5至55wt％，较佳比例为15至45wt％，可被曝光机光源曝光较完全。
优选的，黑矩阵厚度为1.2至10μm，较佳为1.5至6μm。
优选的，黑矩阵的上表面形成一个突出的弧面。此一个突出的弧面可通过本材料搭配曝光及显影条件形成。此一个突出弧面的结构可防止通过喷墨法将墨水喷射至多个次像素区时，相邻两次像素区墨水相混的情况出现。可以理解的是黑矩阵的上表面还可以为其它形状，如金字塔形、圆锥形等，能使黑矩阵的上表面形成至少两个不同高度的区域便可，而不必以具体实施例为限。
步骤三通过一个喷墨装置利用喷墨法将墨水填充至多个次像素区。
该喷墨装置可选用热泡式喷墨装置(Thermal Bubble Ink Jet PrintingApparatus)或压电式喷墨装置(Piezoelectric Ink Jet Printing Apparatus)。该步骤三使用的喷墨法包括同步喷墨法及分步喷墨法。同步喷墨法为同时在多个次像素区中喷射所需的RGB三色墨水，并通过加热及抽真空方式对墨水层进行干燥处理。分步喷墨法为依次喷射同色墨水在形成相同颜色层的多个次像素区中，并通过加热及抽真空方式对同色墨水层进行干燥处理。
步骤四干燥固化多个次像素区中的墨水，而形成多个颜色层。
后续的工序，如磨平黑矩阵，形成一个保护层及一个导电层等，可参考本发明第二实施例提供的彩色滤光片的制造方法一一进行。
本实施例提供的彩色滤光片的制造方法，省去了制作挡墙的步骤，使制造工时减少，成本降低。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种彩色滤光片，其特征在于，包括一个基板；位于基板上的黑矩阵，该黑矩阵组成包括5至55wt％的碳黑、15至95wt％的高分子聚合体以及0至40wt％其它添加物，该黑矩阵限定多个次像素区；及位于多个次像素区中通过喷墨法形成的多个颜色层。
2.如权利要求1所述的彩色滤光片，其特征在于所述的黑矩阵的厚度为1.2至10微米。
3.如权利要求2所述的彩色滤光片，其特征在于所述的黑矩阵的厚度为1.5至6微米。
4.如权利要求1所述的彩色滤光片，其特征在于所述的黑矩阵的表面为一个突出的弧面，且所述弧面最高点位于中间黑矩阵的中间。
5.如权利要求1所述的彩色滤光片，其特征在于所述的碳黑的比例为15至45wt％。
6.如权利要求1所述的彩色滤光片，其特征在于所述的高分子聚合体的比例为25至85wt％。
7.如权利要求1所述的彩色滤光片，其特征在于所述的添加物包括反应后剩下起始剂或分散剂。
8.一种彩色滤光片的制造方法，包括以下步骤在一个基板上形成黑矩阵，该黑矩阵组成包括5至55wt％的碳黑、15至95wt％的高分子聚合体以及0至40wt％其它添加物，该黑矩阵限定多个次像素区；通过一个喷墨装置利用喷墨法将墨水填充至多个次像素区；干燥固化多个次像素区中的墨水，而形成多个颜色层。
9.如权利要求8所述的彩色滤光片的制造方法，其特征在于所述的喷墨装置包括热泡式喷墨装置或压电式喷墨装置。
10.如权利要求8所述的彩色滤光片的制造方法，其特征在于所述的喷墨法包括同步喷墨法或分步喷墨法。
11.如权利要求8所述的彩色滤光片的制造方法，其特征在于所述的干燥固化是采用一个抽真空装置、一个加热装置或一个发光装置，将收容空间的墨水进行干燥固化，或者采用上述三者方式的任两种或任三种，发光装置包括紫外光发光照射装置。
12.如权利要求8所述的彩色滤光片的制造方法，其特征在于所述的碳黑的比例为15至45wt％。
13.如权利要求8所述的彩色滤光片的制造方法，其特征在于所述的高分子聚合体的比例为25至85wt％。
14.如权利要求8所述的彩色滤光片的制造方法，其特征在于所述的添加物包括反应后剩下起始剂或分散剂。
15.如权利要求8所述的彩色滤光片的制造方法，其特征在于所述的在一个基板上形成黑矩阵的步骤包括在基板上涂布一层光阻材料层，经干燥，曝光，显影及固化该光阻材料层而形成黑矩阵。
16.如权利要求8所述的彩色滤光片的制造方法，其特征在于所述的干燥固化是采用一个抽真空装置或/和一个加热装置，将墨水中的溶剂挥发后，利用一个发光装置，将收容空间的墨水进行固化。
17.如权利要求16所述的彩色滤光片的制造方法，其特征在于所述的发光装置包括紫外光发光照射装置。
18.如权利要求8所述的彩色滤光片的制造方法，其特征在于所述的干燥固化是采用一个抽真空装置或/和一个加热装置，将墨水中的溶剂挥发。
19.如权利要求16或18所述的彩色滤光片的制造方法，其特征在于所述的干燥固化最后还增加一个加热步骤，将收容空间的墨水进行进一步地固化。
20.如权利要求8所述的彩色滤光片的制造方法，其特征在于所述的彩色滤光片制造方法进一步包括一个步骤在该基板上形成覆盖黑矩阵及颜色层的一个保护层或一个导电层，或同时依次形成一个保护层及一个导电层。
21.如权利要求8所述的彩色滤光片的制造方法，其特征在于所述的黑矩阵厚度为1.2至10微米。
22.如权利要求21所述的彩色滤光片的制造方法，其特征在于所述的黑矩阵厚度为1.5至6微米。
23.如权利要求8所述的彩色滤光片的制造方法，其特征在于所述的黑矩阵的表面为一个突出的弧面，且所述弧面最高点位于中间黑矩阵的中间。
24.一种彩色滤光片的制造方法，包括以下步骤提供一个喷墨法彩色滤光片制程的黑矩阵用的光阻材料，该光阻材料组成包括占光阻材料中所有可固化成分的比例5至55wt％的碳黑、占光阻材料中所有可固化成分的比例15至95wt％的单体或寡聚物或高分子树脂，以及占光阻材料中所有可固化成分的比例0至40wt％的其它添加物；在一个基板上涂布该光阻材料，然后经干燥，曝光，显影及固化该光阻材料层而形成黑矩阵，该黑矩阵限定多个次像素区；通过一个喷墨装置利用喷墨法将墨水填充至多个次像素区；干燥固化多个次像素区中的墨水，而形成多个颜色层。
25.如权利要求24所述的彩色滤光片的制造方法，其特征在于所述的干燥固化是采用一个抽真空装置、一个加热装置或一个发光装置，将收容空间的墨水进行干燥固化，或者采用上述三者方式的任两种或任三种，发光装置包括紫外光发光照射装置。
26.如权利要求24所述的彩色滤光片的制造方法，其特征在于所述的黑矩阵厚度为1.2至10微米。
27.如权利要求26所述的彩色滤光片的制造方法，其特征在于所述的黑矩阵厚度为1.5至6微米。
28.如权利要求24所述的彩色滤光片的制造方法，其特征在于所述的碳黑的比例为15至45wt％。
29.如权利要求24所述的彩色滤光片的制造方法，其特征在于所述的单体或寡聚物或高分子树脂的比例为25至85wt％。
30.如权利要求24所述的彩色滤光片的制造方法，其特征在于所述的高分子树脂包括压克力树脂，单体或寡聚物包括三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯和二季戊四醇六丙烯酸酯中的一种或几种。
全文摘要
本发明涉及一种彩色滤光片，其包括一个基板、位于基板上的黑矩阵，该黑矩阵限定多个次像素区及位于多个次像素区中通过喷墨法形成的多个颜色层。该黑矩阵组成包括5至55wt％的碳黑、15至95wt％的高分子聚合体以及0至40wt％其它添加物。本发明的彩色滤光片的黑矩阵单层结构即能达成喷墨法彩色滤光片制程中的传统黑矩阵与挡墙双层结构的效果。本发明还提供上述彩色滤光片的制造方法，其省去了制作挡墙的步骤，使制造工时减少，成本降低。
文档编号B41J2/01GK101071185SQ20061008040
公开日2007年11月14日 申请日期2006年5月9日 优先权日2006年5月9日
发明者陈伟源, 王宇宁, 周景瑜 申请人:虹创科技股份有限公司