专利名称：印刷滤色片的设备和方法
技术领域：
本发明涉及液晶显示板的滤色片(color filter)，这类滤色片上的黑色矩阵图案及其制造方法。
背景技术：
液晶显示板(LCD)，尤其是彩色LCD板用于平型屏幕的电视机、投影电视系统和摄象录象机取景器等，预计将来还会有更多的应用。
有源矩阵液晶显示器的制造包含若干步骤。第一步是制备前玻璃板，包括将滤色片单元沉积在诸如玻璃等合适的片基上。滤色片的沉积一般包括将黑色矩阵图案和三原色(一般为红色、绿色和蓝色，或者为黄色、绛红色和蓝绿色)的彩点或者彩色元胞图案(color cell pattern)沉积在黑色矩阵勾出的空间内。形成黑色矩阵的印刷线的宽度一般约为15-25微米，厚度约0.5-2微米。红、绿和蓝色元胞的宽度一般约为70-100微米数量级，长度为200-300微米。彩色元胞一般被印在厚度小于约10微米并且最好小于5微米的薄膜上，并且彩色元胞必须被均匀地加印并精确地对准定位在黑色矩阵形成的图案内。一般通过将平面层、透明导电层和聚氨酯对准层沉积在滤色片元件上来制成前面的玻璃片基。尽管也可以使用其他材料，但一般透明导电层为铟锡氧化物(ITO)。
在第二步中，用一分立(后面)的玻璃板形成薄膜晶体管或二极管，以及金属互连线。每个晶体管对显示板中的单个彩色象素起通/断开关的作用。最后第三步是组合这两块板，包括将液晶材料注入两块板之间，以形成液晶屏板。
制造滤色片的最重要的步骤之一是，制备黑色矩阵图案。黑色矩阵边缘的清晰度是极其重要的。与着色的油墨元胞不同，当检查成品时，可以分辨出因印刷流动等因素而使黑色矩阵边缘产生的各种变化。另一方面，一般由黑色矩阵图案将彩色象素的边缘遮藏起来。因此，黑色矩阵在一定程度上掩盖了彩色象素边缘的变化能力，但没有东西能够掩盖黑色矩阵的变化能力。
另外，由于黑色矩阵图案必须与位于另一玻璃板上的构成薄膜晶体管的诸晶体管对准，所以与彩点图案相比，黑色矩阵图案对对准定位的要求要严格得多。另一方面，由于构成黑色矩阵图案的网格将构成彩色象素的各个彩点间的过渡区遮藏起来，所以黑色矩阵图案的宽度为对准定位彩色象素提供了余地。
典型的黑色矩阵图案设计由细长的黑线网格组成，它们相互交错，形成矩形空间，彩色元胞象素油墨将位于这些空间内。这种网格矩阵还包括更小的黑色矩阵，它们沿网格元胞的边缘，位置与液晶显示器中位于对面玻璃板上的薄膜晶体管(TFT)对应。由于对准定位的要求高，所以最好如此形成黑色矩阵，即当俯视滤色片时，就具有典型矩形子象素网格图案的黑色矩阵，在黑色矩阵上只能看见清晰明确的边缘。构成这种黑色矩阵图案的网格的截面形状也应该是边缘呈方形的矩形。这种黑色矩阵图案中网格的转角和交点应该是垂直的，从而当俯视滤色片时，只能看到方形的边缘。不幸的是，当用某些印刷技术成功地印出构成彩色象素的彩色墨点时，想要获得更细(从而分辨率更高)的黑色矩阵线动力已使传统印刷技术的分辨能力达到了极限。由于达到了该分辨率极限，所以很难用印刷技术保持清晰。使用这种油墨印刷技术的最大问题是，由于油墨的张力，油墨截面形状会呈现圆形，并且边缘变得不规则。
由此，一般用照相平版印刷术来制备黑色矩阵图案，即使用印刷技术制作滤色片图案的剩余部分。照相平版印刷法包括许多产生步骤，比印刷方法要复杂得多。另外，照相平版印刷法一般要比油墨印刷技术昂贵得多。
滤色片形成中的另一个重要步骤是形成滤色片的红、绿和蓝色彩点(也称彩色元胞)。最好应将这些彩色元胞沉积，使它们的厚度尽可能地光滑和均匀。早先用来印刷滤色片图案的方法不能制造足够光滑的彩色图案。这主要是由于现有的油墨沉积方法会产生圆形或三角形截面的油墨元胞。因此，通常在彩色图案上施加一层平面层，以减缓沉积过程引起的涂层光滑度或厚度均匀性的不足。透明平面层也起到保护作用，可防止离子在ITO层和彩色图案层之间来回迁移。平面层应该沉积得尽可能地光滑和平整。
为了便于沉积平整的平面层，希望彩色图案光滑、平整，并且基本平行于玻璃片基的下表面。由于图案的厚度如果变化，发射光的强度也将变化，所以厚度均匀的彩色图案才有希望获得最佳的显示对比度和彩色性能。
希望提供质量高且厚度均匀的黑色矩阵图案以及油墨滤色片阵列，它们的分辨率和对准定位有所提高，并且比现有滤色片阵列容易制作且成本低。还希望用比现用过程步骤较少的过程达到这些质量。
发明内容
本发明涉及用于制作液晶形式设备中滤色片的方法。在诸如收集滚筒或收集板等收集装置上提供一转印层。然后在转印层上形成最好与所需黑色矩阵图案对应的凸出图案。然后将红、绿和蓝色各个元胞沉积在转印层上由凸出图案所形成的凹陷处，以形成滤色片图案。在转印层上形成彩色图案后，将转印层和滤色片图案的组合体整个转印至片基上，致使滤色片图案与玻璃片基接触。由此，转印层位于上面，并起到平面层和/或保护层的作用。在印刷操作期间和之后，转印层上的凸出图案帮助彩色元胞保持隔离。
最好以凸出黑色矩阵图案的形式提供转印层上的凸出图案。这种凸出黑色矩阵图案不仅能帮助彩色油墨元胞保持隔离，而且能提供清晰度高的黑色矩阵图案。凸出黑色矩阵图案意味着当转印层位于收集装置表面上时，黑色矩阵图案的上表面在转印层上表面的上方。黑色矩阵的厚度宜约为1-10微米，厚度约为2-6微米则更好，并且超出转印层剩余部分的厚度最好约为3-4微米。
在本发明的一个实施例中，在接受过程滤色片每个象素的彩色元胞之前，使转印层与具有凹型图案的滚筒接触，其中凹型图案与所需的黑色矩阵图案对应。这导致在转印层上形成与所需黑色矩阵图案对应的凸出图案。如果需要，可将黑色矩阵油墨加到凸出图案的顶部，以形成凸出的黑色矩阵图案。
另一种方法是，将黑色矩阵图案加至液晶显示板内另一个位置上。例如，可将黑色矩阵图案加在载有薄膜晶体管的玻璃片基上，或者在薄膜晶体管之上或者在薄膜晶体管之下。在这些应用中，最好将黑色矩阵图案沉积在ITO层的顶部。在这些实施例中，凸出图案所起的作用主要是，隔离红、绿和蓝色元胞，并便于彩色元胞与黑色矩阵图案对准定位。
在形成凸出的黑色矩阵图案的较佳实施例中，在凹版图像表面的凹陷处形成黑色矩阵油墨图案，就象具有与所需黑色矩阵图案相对应的凹型图案的图像印制滚筒或印版所提供的一样。在向转印层沉积之前或期间，最好使黑色矩阵油墨干燥或者至少部分干燥，以便精确复印凹版凹入图案的形状。一般，凹版印版中的油墨具有负的弯月形面，凹陷的凹版图案的油墨表面向下弯曲，低于印版的表面。因此，当转印层在接触黑色矩阵油墨时，最好为流体，从而它能接触和粘住黑色矩阵油墨。当流体的转印层与黑色矩阵油墨接触时，使转印层干燥，从而使油墨脱离凹版印版图案的凹陷处。
用油墨印刷方法将红、绿和蓝色元胞沉积在凸出图案(最好是凸出的黑色矩阵图案)所形成的凹陷处。然后，当构成彩色元胞的油墨仍可变形时，将转印层、彩色油墨元胞和可选的黑色矩阵图案所构成的组合体转印到玻璃片基上。用这种方法，将柔软的可变形的彩色油墨元胞挤压在转印层和玻璃之间。由于在向片基沉积期间彩色元胞油墨是可塑变形的，因此在向片基沉积期间，红、绿和蓝色油墨元胞被挤压，从而将油墨元胞不均匀的截面整平。这使得彩色油墨元胞比用现有方法可能获得的元胞更光滑，厚度更均匀，并且具有更光滑更平整的顶面。因此，转印层能帮助彩色油墨变形。由于在向片基沉积之后，转印层覆盖在彩色油墨图案上，所以转印层还起到平面层或保护层的作用，有助于保持更均匀的油墨元胞形状。在这方面，本发明与已有技术不同，在已有技术中，首先将滤色片阵列沉积到片基上，然后在下一过程步骤中施加平面层。油墨最好在转印期间或者之后不久就充分硬化，以便永久保持整平的墨点形状。例如，这可以通过使用辐射干燥型油墨并在挤压转印的同时使油墨干燥来实现。
例如，可用常规滤色片装置中常用作平面层的聚酰亚胺类、环氧化物类、丙烯酸类、乙烯醚类、聚氨酯类、聚酯类，和丙烯酸化的或甲基丙烯酸化的丙烯酸类、酯类、氨基甲酸乙酯类、环氧化物类或者其他材料来形成转印层。一种较佳的转印层材料是辐射干燥型丙烯酸酯材料，譬如辐射可干燥的环氧丙烯酸酯。最好用辐射干燥型材料制成转印层，以便当其接受构成黑色矩阵图案的油墨图案时，被干燥。转印层被沉积在一收集装置上，形成薄膜，一般小于10微米。
本发明的方法与现有的用于形成黑色矩阵图案的方法相比具有许多优点。首先，现在可以制作边缘轮廓正方分明，且极精确的黑色矩阵图案。由此，本发明黑色矩阵图案的清晰度比现有技术有很大提高。
另外，由于转印层起到了原处形成的平面层的作用，所以不再需要形成平面层的后续操作。
另外，经过对油墨的配方，收集滚筒向转印层施力后，转印层又对油墨施加挤压，从而将着色油墨元胞变形成更均匀的形状，其中所述油墨用来形成红、绿和蓝色的元胞，在向片基沉积期间可以变形。最好在转印操作施加挤压时使油墨干燥，从而在沉积操作期间保持这一较均匀的墨点形状。转印层能保护并保持这一较均匀的墨点形状。
附图概述
图1A是用现有的油墨印刷方法形成的黑色矩阵图案的截面图。
图1B是用本发明的方法在转印层上形成的黑色矩阵图案的透视图。
图2示出了依照本发明用于形成凸出的黑色矩阵图案的设备。
图3示出了依据本发明用于形成凸出的黑色矩阵图案的另一设备。
图4示出了将依照本发明制成的滤色片图案沉积在玻璃片基上。
图5示出了用于实施本发明方法的较佳印刷设备。
本发明的较佳实施方式在本发明中，将一转印层沉积到诸如收集滚筒的收集装置上。然后，将转印层压凹凸，以在转印层上形成与所需黑色矩阵图案对应的凸出图案。将红、绿和蓝色彩点图案沉积在由转印层上凸出图案形成的凹陷处，并用一次步骤将转印层、凸出图案(可能是或不是黑色矩阵图案)和彩色元胞的组合体转印到玻璃片基上。
转印层提供一个用以形成黑色矩阵图案及红、绿和蓝(或者黄、绛红和蓝绿)色彩点图案的专用表面。在转印层上形成滤色片图案可使转印层、黑色矩阵图案和彩点图案所构成的集合体整个转印到片基上，从而使滤色片夹在转印层和片基之间。由于转印层起到了就地形成的平面层的作用，所以后续操作中不必再形成平面层。美国专利申请第08/197,141号对这类转印层作了进一步的讨论，现援引在此以作参考。转印层的较佳材料可从下列材料中选取聚酰亚胺(polyimide)类、环氧化物类、丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类、乙烯醚类和不饱和聚酯类。
图2示出了本发明的一种方法，在该方法中，将转印层14施加到收集滚筒上，然后在转印层上形成凸出的图案。可以用各种技术在转印层14上形成凸出图案，例如，在图2中，当转印层14处于可变形的状态时，用带有图案的凹版滚筒18(其上没有油墨)接触转印层14。带有图案的凹版滚筒18上具有与所需黑色矩阵图案对应的凹型图案20。结果，带图案的凹版滚筒18接触可变形的转印层14，并形成与所需黑色矩阵图案10相对应的凸出图案22。必须使转印层14充分硬化，以保持从滚筒18上获得的模压图案。这可以通过使用热塑性油墨并在与滚筒18接触时冷却转印层以使油墨固化来实现。另一种方法，也是一种较佳的方法，是使用辐射干燥型油墨，并在压纹操作期间从紫外灯34a发出射线，透过滚筒16，使转印层14干燥。然后，将黑色矩阵油墨施加到凸出的图案22上，以形成凸出的黑色矩阵图案10。在图2所示的实施例中，黑色矩阵油墨施加滚筒30将黑色矩阵油墨28施加到凸出的图案22上，以形成凸出的黑色矩阵图10。
另一种方法是，在制造液晶显示板的过程中，将黑色矩阵油墨28施加到不同的位置上。例如，可将黑色矩阵油墨施加在另一块(TFT)玻璃片基上。如果需要，可将黑色矩阵图案沉积在薄膜晶体管的上面。当把黑色矩阵图案沉积到TFT片基上时，为了分离红、绿和蓝色元胞并将其与黑色矩阵图案对准，关键便是在转印层14上形成凸出的图案22。然后使黑色矩阵图案10与凸出的图案22对准，致使当俯视制成的液晶显示器时，彩色元胞将出现在黑色矩阵图案内。
然后，将构成滤色片图案剩余部分的红、绿和蓝色油墨元胞沉积在转印层14凸出图案22所形成的凹陷处。用单一的沉积步骤将转印层14、黑色矩阵图案10以及红、绿和蓝色元胞构成的组合体整个转印至玻璃片基上。
图3示出了一较佳实施例，在该实施例中，将黑色矩阵油墨沉积在凹版滚筒18的凹型图案20中，然后使油墨在凹型图案20内干燥或者硬化，从而使油墨留有凹型图案20的形状。然后，将油墨转印到转印层14上。在一较佳实施例中，用辐射干燥型油墨来形成黑色矩阵图案，并在向转印层14转印之前或者同时，通过用射线干燥油墨而使油墨硬化。透明转印层14位于收集滚筒16上。如以下将进一步讨论的那样，可用油墨型施墨滚筒施加转印层14。转印层14在接受黑色矩阵图案前可以部分固化。但是，转印层14在接触黑色矩阵图案之前最好是流体，并在黑色矩阵图案向转印层14转印期间干燥。利用紫外线可干燥型材料来形成转印层14，并在将黑色矩阵图案10向转印层14沉积期间通过紫外灯34a向转印层14进行辐射，便可实现这种干燥。紫外灯34a装在滚筒16的内部，它用透过紫外线的材料制成，可以射出射线。应当注意，所用射线不一定必须是紫外线，根据转印层所用的光引发剂，还可以是可见光、红外线或其他射线，用图3所示的方法，已经生产了均匀性和精确度比先前所想象的好得多的黑色矩阵图案，为了便于说明，图1A示出了一些网格的截面图，它们是用现有油墨印刷方法沉积在玻璃片基12上的典型的黑色矩阵图案10。如图1A所示，在这类现有的工艺过程中，由于表面张力对油墨的影响，油墨会发生变形，形成圆形或三角形的截面形状。在某些情况下，这些圆形或三角形的直线会随时间变得更糟，并且精细的直线开始裂成小点，从而进一步丧失清晰度。在某些情况下，由于转印(胶印)表面或玻璃片基上的油墨脱湿，致使直线变得不连续。另外，由于表面张力的影响，油墨会在黑色矩阵网格线的交接处或者图案区有变化的地方发生转移。还有，这种黑色矩阵的厚度以致其光学密度会变得不均匀。
图1B示出了用图3所示方法在转印层14上形成的黑色矩阵图案10。本发明的方法允许黑色矩阵油墨准确复印和保持凹型图案20的形状。由此，如图3所示，给黑色矩阵图案的网格只具有方形的边缘。因此，当用户俯视本发明所完成的黑色矩阵图案时(即沿箭头A所示指的方向看)，他/她将在网格间只看到轮廓分明的九十度角(如果这是所选择的设计)和厚度均匀的具有均匀光学密度的网格。如以下将进一步讨论的，将彩色油墨元胞沉积在黑色矩阵图案10形成的凹陷处11内。
图3中的设备类似于图2所示的设备。但是，现将凹版滚筒18用作黑色矩阵的油墨图案制作滚筒。图3中的凹版滚筒18上具有接受油墨凹型图案20，它可以接受辐射可干燥的、热蜡(thermal wax)的或以溶剂为基的黑色矩阵油墨28。在一较佳实施例中，油墨施加滚筒30将辐射干燥型黑色矩阵油墨28加至凹型图案20中。用刮墨刀32将多余的油墨从图案上清除。然后，譬如通过在紫外灯34发出的紫外线下曝光，使油墨在凹型图案20内干燥或固化，从而形成至少基本保持凹型图案20之形状的黑色矩阵图案10。另一种方法是，在一较佳实施例中，凹版滚筒18由可透过射线的材料制成，并且其中装有紫外灯，当油墨留在凹型图案20内时，紫外灯使黑色矩阵油墨干燥或部分干燥。黑色矩阵油墨的干燥或固化还可以在黑色矩阵油墨与转印层接触的同时发生。例如，可以用紫外灯34a发出的射线干燥黑色矩阵油墨。当完成黑色矩阵油墨干燥或硬化时，应使黑色矩阵充分硬化，致使，油墨基本保留，最好是完全保留凹型图案20的真实形状。然后，使黑色矩阵图案印制滚筒18与转印层14接触，以将干燥或硬化后的黑色矩阵图案10从图案印制滚筒上的凹型图案20转印到收集滚筒16上的转印层14上。这在转印层14上形成黑色矩阵图案，图案类似于图1B。转印层最好是光滑的，并且最好在接受黑色矩阵油墨之前为流体。凹版图像印制表面比收集表面更松弛，这一点是很重要的。一般，凹版印版中的油墨具有负的弯月形面，凹型凹版图案中的油墨表面向下弯曲，低于印版的表面。因此，转印层柔软性和粘性必须足以接触和粘着黑色矩阵油墨，并使油墨脱离凹版印刷图案的凹槽。
利用图3所示的实施例，即当黑色矩阵图案处于凹版滚筒18的凹型图案中时就使其干燥，则黑色矩阵图案的分辨率依赖于凹型图案20所深度和形状，并将该形状的优劣赋予黑色矩阵图案10。通过当黑色矩阵图案10仍容纳在凹型图案20内时使其固化或干燥，黑色矩阵图案必将获得边缘和转角正方的凹型图案。从而，本发明的过程避免了常规油墨印刷技术中典型的不规则的，三角形的或圆形的转角和边缘。
应当注意，图3所示的工艺过程可以替代图2所示的转印层定型过程，或者增加转印层定型过程。由此，如果需要，可用第一滚筒18在转印层14上形成一凸出的图案，然后利用第二滚筒18在凸出图案22的上面沉积一层干燥凸出的黑色矩阵图案。
滤色片的完成要包括形成彩色象素。每个彩色象素一般由红、绿和蓝色子象素(本文中子象素也称为彩色元胞)构成。在所有上述实施例中，在把凸出图案10(或凸出黑色矩阵图案10)加到转印层14上后，将滤色片图案的红、绿和蓝色元胞加到处于凸出图案10形成的凹陷处内的转印层14上。最好用凸版油墨印刷技术将红、绿和蓝色元胞沉积在黑色矩阵图案10内。将红、绿和蓝色油墨元胞沉积在凸出图案10内后，将转印层14、凸出图案10以及红、绿和蓝色元胞36构成的组合体整个转印到玻璃片基12上。
图4示出了黑色矩阵图案10、滤色片图案36和转印层14向玻璃片基12的转印。图4中所示组合体包括用图3所示方法形成的黑色矩阵图案10以及滤色片图案36。在组合体向片基沉积期间，包含红、绿和蓝色元胞的油墨元胞36最好处于流体或者处于可变形的状态。由此，在沉积期间，将油墨元胞挤压在转印层14和玻璃片基12之间，从而使之变形成为形状更光滑，厚度更均匀的墨点。最好在转印操作的同时进行干燥，以保持该更均匀的形状和厚度。干燥可以通过紫外灯34d发出的透过玻璃片基的射线来实现。最好在沉积操作期间，油墨元胞发生变形，并完全填满黑色矩阵图案的网格所形成的空间。在这样的变形过程中，油墨元胞可以略微溢出黑色矩阵图案10。这种溢出一般是允许的。
图5示出了用于完成上述有关图3方法的较佳实施例。图5中的设备包括转印层施加滚筒42，它在接受多色彩油墨图案之前将厚度相当均匀的透明转印层14加到收集滚筒16上。
在形成转印层14后，将凸出的黑色矩阵图案从黑色矩阵图像印制滚筒18沉积到转印层14上。黑色矩阵图像印制滚筒18上具有与所需黑色矩阵图案对应的凹型图案20。凹型图案20从黑色矩阵上墨滚筒30接受黑色矩阵油墨。用刮墨刀32将多余的油墨从凹型图案20上清除掉，以便在凹型图案20内提供厚度均匀的油墨。然后，当黑色矩阵油墨仍容纳在黑色矩阵图像印制滚筒18的凹型图案20内时，至少使其部分干燥或固化。这可以通过在向转印层14转印之前或者同时干燥黑色矩阵图案10来完成。例如，在一实施例中，黑色矩阵图像印制滚筒18是由可透过射线的材料制成的，并在黑色矩阵图像印制滚筒18内安装一个紫外光源34c，以发出紫外线，从而使黑色矩阵图案干燥。另一种方法是，如图5所示，可安装紫外光源49，以将紫外线发射到黑色矩阵图案的滚筒18上。在用刮墨刀32清除掉多余的黑色矩阵油墨后，紫外光源49将射线射到油墨上，从而当黑色矩阵油墨图案10仍留在黑色矩阵图案印制滚筒18的凹型图案内时就使其干燥。另一种方法是，通过适当冷却热蜡配方、使溶剂基油墨干燥或者结合使用这些干燥机理来固化油墨。
然后，将干燥的黑色矩阵图案10从黑色矩阵图像印制滚筒20转印至转印层14上。在沉积黑色矩阵图案之前，转印层14最好是流体，以确保与凹型油墨紧密接触。如果预先部分干燥，则转印层最好应该具有足够的粘性，以使黑色矩阵图案接触和脱离凹版滚筒18。当与黑色矩阵图案10接触时，最好使转印层14干燥或硬化，使其具有足够刚性，从而基本保持形状，并且还可从滚筒18上取下黑色矩阵图案10。这种干燥可以通过设计透明的收集滚筒1 6并由位于收集滚筒16内的紫外灯34a发出射线来实现。紫外灯34a发出的射线使转印层14干燥。当在转印层14上形成黑色矩阵图案后，将构成滤色片图案剩余部分的红、绿和蓝色元胞图案沉积在转印层14上。以下将描述如何将红、绿和蓝色元胞沉积在转印层14上黑色矩阵图10所形成的凹陷处11内，它们都由收集滚筒16支撑。
图5的设备中，用具有多个印刷图案的单个图像印制图案滚筒50施加红、绿和蓝色彩点图案。实际上，图案滚筒50可以是任何形状的滚筒，它能印制包括平版、凸版和无水平版等印刷的油墨图案或图像。图案滚筒50最好是柔性版或其他类型的凸版印刷滚筒。另外，可以用凸版印版而不是用滚筒转印颜色。
在图5中，图案滚筒50是一凸版滚筒，其上有三个具有凸版图案的可接受油墨的区域52a、52b和52c，这些区域可接受油墨，以分别形成蓝、绿和红色油墨图案。上墨滚筒54将着色正确的油墨从油墨计量滚筒(ink metering roll)56施加到图案滚筒50中三个油墨接受区52a、52b和52c的每个区上。上墨滚筒54可以移近和移离与图案滚筒50相接触的位置，可使每种着色油墨只被施加到合适的油墨接受区。
收集滚筒16具有两个接受表面58A和58B，每个表面都收集转印层上黑色矩阵和三种象素颜色的完整的滤色片图案。将图案滚筒50的油墨接受区52a、52b和52c上形成的分立着色的油墨图案印到对准的收集滚筒16的接受表面58A和58B上。这意味着，每个由区域52a、52b和52c中独立着色的油墨图案，按照其与其他着色油墨图案的具体几何关系，将其各自的油墨图案印刷到收集滚筒16的每个接受表面58A和58B上，每种油墨颜色被沉积在黑色矩阵图案内其各自的格子中。
在图5中，转印层施加滚筒42正将转印层14沉积到收集滚筒16的接受表面58B上，并且黑色矩阵施加滚筒18正将干燥凸出的黑色矩阵图案10沉积到转印层14上。接着，红色油墨图案区52c将把红色彩点图案沉积到收集滚筒16的接受表面58B上，并且绿色油墨图案区52b将把绿色彩点图案沉积到接受表面58A上。在收集滚筒16的下一次旋转过程中，蓝色油墨图案区52a将把蓝色彩点图案沉积到接受表面58B上，而红色油墨图案区52c将把红色彩点图案沉积到接受表面58A上。在滚筒16的下一次旋转过程中，绿色油墨图案区52b将把绿色彩点图案沉积到接受表面58B上，而蓝色油墨图案区52a将把蓝色彩点图案沉积到接受表面58A上。这时，将呈现完成的滤色片图像，每种着色的油墨都被沉积在凸出的黑色矩阵图案内，并且所有这些都位于转印层14上，而转印层又由收集滚筒16的接受表面58b支撑。在检查工位60处，检查滤色片图像，例如可以运用图像分析或者激光器扫描之类的检查系统。如果多彩图案没有通过检查，则为不合格并用清洗滚筒64将图案从格子58B中清洗掉。如果多彩图案通过检查，则使承放在真空吸盘62上的玻璃片基12与收集滚筒16和由转印层14、黑色矩阵图案10以及红、绿和蓝色元胞构成的组合体相接触，将组合体转印到片基上。
多彩油墨图案的转印最好在多彩图像仍可变形时进行。如图4所示，用这种方法，在转印期间，将油墨挤压在转印层14和片基12之间。在一较佳实施例中，彩色油墨元胞所用油墨是辐射干燥性的，真空吸盘62由透明材料制成，并且将一紫外灯63安装在真空吸盘62内，以发出射线，穿透片基12。油墨在受到转印沉积操作产生的挤压时被干燥，从而使油墨元胞保持转印操作期间产生的更均匀的形状。
液晶显示器彩色阵列的对准要求一般约为正负30微米数量级，将来的要求大约希望为正负5个微米。由于这些极高的对准要求，类似图5这样用单个图案滚筒50来形成各种彩色图案并将其沉积在单个收集滚筒16上的印刷机是很有用的。首先，由于只包括两个滚筒，即图案滚筒50向收集滚筒16转印，所需要对准的机械部件较少。
通过把各图案52a、52b和52c准确地安置在图案滚筒50上，可进一步便于对准定位，这样当收集滚筒16和图案滚筒50准确对准时，每个图案在将其各自的油墨图案沉积到收集滚筒16上时自动定位对准。由此，与使用多个图案滚筒的已有方法相反，本方法只需要对准一个图案滚筒。一旦将所有着色的油墨都沉积到转印层14上时，如图4所示，通过一次转印将整个多彩图像从收集滚筒16转印到片基12上。
另外，在图5所示的实施例中，从图案滚筒50至收集滚筒16使用3∶2的图像转印比例。转印比例是图案滚筒50上的多彩图案数与收集滚筒16上的接受图案数的比。从图案滚筒50至收集滚筒16使用3∶2图像图案转印比例的好处是，这一比例会使多个图像从一个滚筒连续转印至另一个滚筒，致使每次旋转收集滚筒16，每个油墨区52都能与收集滚筒上不同的接受段58相遇。这导致一个自转位(self-indexing)工艺过程，即一次进入运转的生产工艺过程中，并且在所有印刷部件之间获得精确的对准，在表面速度匹配的操作模式下，可使图案滚筒50和收集滚筒16保持在其各自的位置。该自转位工艺特性有助于保持精确的对准定位。
另外，用单次转印步骤将多彩油墨图案转印到片基12上。用这种方法，在收集滚筒和片基之间只有一次定位对准，这是将多彩油墨图案和黑色矩阵沉积到片基上所需要的。这与现有的方法不同，现有方法一般用三次不同的沉积将滤色片图案沉积在片基上，因此现有方法需要与片基作三次独立的定位对准。
在实现本发明方法的一较佳设备实施例中，将图5所示的设备安装在一侧(即垂直安装印刷滚筒)。通过垂直安装印刷滚筒，它们可以垂直(相对滚筒沿轴向)从印刷设备上拆下，而在传统的水平安放滚筒的情况下，必须水平移动滚筒。
通过在端部支撑图5所示的印刷滚筒方法可以克服现有印刷设备中许多固有的缺点。首先，如果需要，可用位于每个印刷滚筒下的单个而非两个(即每端处一个)支撑系统支撑印刷滚筒。由于每个印刷滚筒的另一端(即上端)是自由的，所以可沿垂直方向移动滚筒，以拆卸和掉换这些印刷滚筒。由此，大大方便了印刷滚筒的更换。
对于那些使油墨(黑色矩阵和/或彩色油墨)干燥的实施例，最好将油墨配制成可通过辐射而干燥。所谓可干燥，意味着油墨是交联的。辐射可干燥，意味着当在适当的射线曝光下油墨是交联的。这与油墨在未干燥(未交联)的状态下是否还具有热熔热塑性能，或包含一种溶剂无关。在图5所示的实施例中，真空吸盘62能够发出射线，这种射线适于干燥所用的特殊油墨。例如，真空吸盘62中装有一个紫外线(160-400μm)或可见光(400-700μm)辐射源，从而可以发出紫外线或可见光的射线。另一方面，可用其他方法使油墨在射线下曝光，例如将一辐射源对准滚筒和片基所形成的压印线。虽然这种干燥可以用通常的辐照灯辐射干燥来完成，但也可以用激光器，经反射镜引导，使油墨充分干燥(交联)。为了在沉积到片基上时能靠收集滚筒16使墨点在变形后的状态下干燥，在某特定的滚筒转速下，收集滚筒和片基间接触面的表面积必须足够大，以便在墨点仍处于压平状态时就有适量的油墨干燥。该接触面称为“脚”，是在玻璃上的宽度一般约5至25毫米的接触面。
滤色片一般要求黑色矩阵线的宽度大约为15-25微米，并且要求彩色小元胞的宽度一般约为70-100微米数量级，长度为200-300微米。彩色元胞一般被印在厚度小于约10微米并且最好小于5微米的薄膜上。这些细小的彩色元胞必须被均匀地加印并精确地对准定位在黑色矩阵图案内。在实施本发明过程中，一般愿意使用常规的辐射干燥型油墨而非热塑性油墨，其部分原因是它们能在较低的粘性下进行印刷，这有助于印刷这种细小的元胞。另外，由于热熔热塑性油墨需要极其严格的热学容限来控制图案尺寸，所以更难控制其图案的对准。另外，依照本发明很容易在挤压转印操作期间使辐射干燥型油墨干燥。热塑性油墨至少具有一个优点，即可将它们配制成当沉积在具有较低温度的片基或转印滚筒上时立即固定，使针孔减少，薄膜不均匀性减低，以及减少其他因转印表面湿度不当而产生的缺陷。因此，较佳类型的油墨是一种同时具有热塑性和辐射可干燥性的油墨。这种油墨经配置而具有热塑性直至被印刷到片基上时为止。这时它通过在适当射线下曝光而干燥。干燥意味着油墨在某些程度交联。油墨的交联提高了它对更高温度的忍耐力和抵抗力，这对于滤色片在接下来的处理步骤中将要承受的温度是有利的。
对于黑色矩阵油墨，另一种较佳类型的油墨是一种溶剂基配方，在该配方中，油墨含有挥发性溶剂，可在上墨和刮墨期间减低粘性，溶剂的选择应使其与油墨相容，并在与转印层接触之前很容易从凹印版上的薄(最好2-5微米)的黑色矩阵里蒸发掉。该油墨然后在接下来的辐射或热固化期间进行交联。
在沉积到片基上时或之后，油墨通过曝露在辐射、热流、湿气中或者其他类型固化处理，进行最后的固化，以达到硬的无粘性的耐用状态。
尽管为了便于说明，详细描述了本发明，但应当理解，该描述只是为了说明的目的，并且本领域的技术人员不脱离以下权利要求所限定的本发明的精神和范围，可以进行各种变化。
例如，在本文所示的实施例中，是将转印层14加至收集滚筒16上。但是，本发明不局限于收集滚筒，因此还可以使用诸如板等其他类型的收集设备。同样，尽管本文中所述的实施例使用图案滚筒，当也可以使用平型的图案版。可以用任何技术施加转印层14，但最好用油墨施加技术施加。另外，与图5所示过程不同的另一种方法是，由各图案滚筒54或者平型图案印制版将三组彩色元胞直接印刷到收集滚筒16上。在这又一种结构中，没有图案滚筒50。
另外，在所述的大多数实施例中，是将黑色矩阵图案沉积在滤色片片基上的。但是，如上述参照图2所述的，可将黑色矩阵图案10沉积在液晶显示板中不同的位置上。例如可将黑色矩阵图案沉积在载有薄膜晶体管的玻璃片基上。因此，在图5所示的实施例中，可用收集滚筒16直接从黑色矩阵油墨凹版滚筒18上接受黑色矩阵油墨。然后，将该油墨直接转印并沉积到TFT玻璃片基上。最好已用常规技术将TFT薄膜施加到玻璃片基上，从而可使黑色矩阵图案沉积覆盖在TFT薄膜上。然后，最好如上述参照图2所述的，将黑色矩阵油墨与沉积在另一片玻璃片基上的滤色片图案适当对准。
权利要求
1.一种制作滤色片的方法，其特征在于，它包括提供一转印层；在所述转印层上形成一凸面图案和一凹面图案；将多个彩色油墨图案沉积在所述转印层上，其中所述油墨图案位于所述凹面图案内，从而形成滤色片图案/转印层组合体；并且将所述组合体转印到片基上，从而使油墨图案与片基接触。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成步骤包括使所述转印层与一压凹凸装置接触，从而在所述转印层上形成所述凸面图案和所述凹面图案。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述压凹凸装置包括一图案滚筒或一图案版。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述接触步骤期间，还包括使所述转印层干燥。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括在所述沉积步骤之前，将黑色矩阵油墨加到所述凸面图案上，从而在所述转印层上形成一凸出的黑色矩阵图案。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凸面图案与所需的黑色矩阵图案对应。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成步骤包括提供一凹型图案；将油墨沉积到所述凹型图案内；并且将所述油墨从所述凹型图案转印到所述转印层上，从而在所述转印层上形成凸出的黑色矩阵图案。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，包括在所述转印所述油墨步骤之前至少使所述油墨部分硬化，致使在所述转印所述油墨步骤之后所述油墨能够基本保持凹型图案的形状。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述硬化步骤包括通过在紫外线下曝光使所述油墨干燥。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述转印所述油墨步骤期间使所述转印层干燥。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述转印所述图案之前，至少使所述转印层部分干燥。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述转印层在被部分干燥后，具有足够的粘性，可将所述黑色矩阵油墨从所述凹型图案上剥离。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述组合体的所述转印期间，所述着色的油墨图案是可变形的；并且所述方法还包括使所述油墨图案变形，形成厚度比所述转印前更均匀的薄膜。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述组合体的所述转印期间，干燥所述各个着色的油墨图案。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转印层从下列材料中选取聚酰亚胺类、环氧化物类、丙烯酸类、乙烯醚类、聚氨酯类、聚酯类，和丙烯酸化的或甲基丙烯酸化的丙烯酸类、酯类、氨基甲酸乙酯类或者环氧化物类。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述转印层是辐射干燥型材料，并且所述转印层在射线曝光下至少部分干燥。
17.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括将黑色矩阵图案加到液晶显示板的另一个位置。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述另一个位置在ITO层的上面。
19.一种用于印刷滤色片的设备，其特征在于，包括收集滚筒，用于接收转印层/滤色片图案组合体，并将所述组合体转印到片基上；转印层施加装置，用于将所述转印层加到所述收集装置上；黑色矩阵图案印制滚筒，它包括与黑色矩阵图案对应凹型图案，用于接触所述收集滚筒上的所述转印层；并且至少一个彩色上墨滚筒，用于将着色的油墨加到所述转印层上，以形成所述滤色片图案/转印层组合体。
20.如权利要求19所述的设备，其特征在于，还包括将油墨加给所述凹型图案的黑色矩阵油墨施加装置，和用于硬化所述凹型图案内所述黑色矩阵油墨的装置。
21.如权利要求19所述的设备，其特征在于，所述硬化装置包括所述黑色矩阵油墨施加滚筒，所述黑色矩阵油墨施加滚筒包括能透过射线的表面，并且内装有一个辐射源，可用于干燥所述黑色矩阵油墨。
22.如权利要求20所述的设备，其特征在于，所述收集滚筒包括能透过射线的表面，并且内装有一个辐射源，在所述黑色矩阵油墨从所述凹型图案向所述收集滚筒转印期间，可用于干燥所述转印层。
全文摘要
一种用于制作液晶显示板滤色片的方法和设备。在收集滚筒上形成转印层，并用压凹凸装置在转印层上形成与所需黑色矩阵图案对应的凸出图案。在凸出图案形成的边缘内适当的位置上形成多个彩色油墨图案，从而形成将成为滤色片的多彩图像。然后将多彩图像转印到片基上。最好在多彩油墨图案处于可变形状态时将其沉积在片基上，在沉积过程中将其整平，并且最好在向片基沉积期间进行干燥，以保持所印的元胞变形后更均匀的形状。
文档编号B41M3/00GK1153496SQ95191413
公开日1997年7月2日 申请日期1995年10月4日 优先权日1995年10月4日
发明者詹姆斯·利奥·埃文思, 罗纳德·埃德加·约翰逊, 坎达丝·乔·奎因, 让-皮埃尔·特芒 申请人:康宁股份有限公司