专利名称：胆甾型滤色器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种胆甾型滤色器、一种包含该滤色器的装置和一种制造这种滤色器的方法。
液晶显示器(LCD)的市场份额在不断增加，这是以其它显示器技术为代价的。为了提供各种颜色，使用了滤色器。常规地，使用了吸光的滤色器，其中通过吸收三原色中的两种颜色来生成各种颜色。这样的滤色器披露在例如欧洲专利EP 0572089中。
但是，特别是对在例如蜂窝式移动电话的便携应用和例如PDA(个人信息辅助装置)的需求严格的应用中使用的LCD，对显示器成像质量来说低成本和低功率是同样重要的。因此，近来已经开发了基于胆甾型滤色器的显示屏，并且形成了具有吸引力的吸光的滤色器的代替品。胆甾型滤色器可结合反射器功能、偏振器功能、和滤色器功能。然而，对某些应用也可应用透光的胆甾型滤色器。胆甾型滤色器一般比较简单并且生产成本比吸光的滤色器低。
例如，在WO 00/34808中公开了用于可选择地反射具有特定波长的圆偏振光的胆甾型液晶层。
但是，在试图制造包含这样的胆甾型滤色器的LCD时，胆甾型滤色器对于制造的条件明显地表现出不稳定性。
由本发明人进行的实验是本发明的一基础部分，该实验表明，在将胆甾型滤色器加热到高于150℃时会造成胆甾型滤色器性能的显著变化。在
图1的曲线中，示出了在不同的时间段内将胆甾型滤色器(CCF)加热到200℃的透射光谱。在图1中，最粗的最低曲线表示CCF在加热前的透射光谱，而较高和较细的曲线顺序地代表CCF分别加热1小时、2小时、4小时后的透射光谱。由于加热，反射光的波长改变到较低的波长并且反射光的强度也明显降低。
但是，液晶显示器的制造包括许多这样的高温步骤，特别是在180和250℃之间。
在颜色生成之后，通过聚合反应来稳定胆甾型层。虽然在聚合之后该系统的交联密度是相当高，这样的密度应该是耐高温的，但是这并不能防止在加热处理时胆甾型滤色器的变化。
因此，本发明的一目的是提供更加稳定的胆甾型滤色器。
通过使用由后附的权利要求书限定的装置和方法实现了该目的。
本发明涉及设置有阻止氧气进入的涂层的胆甾型滤色器(CCF)。
本发明是基于本发明的发明人所获得的认识，即，在加热时滤色器的可同分异构的掺杂物的氧化以及如GC-MS分析所证实的反应产物的蒸发导致了在加热过程中胆甾型滤色器波长的改变和反射强度的下降。因此，该层的结构和取向的变化导致波长的值改变和反射强度下降。所以，胆甾型滤色器的温度不稳定性是其所用的特殊材料的结果。但是，目前尚无这些材料的已知代替品。
因此，本发明基于这样的结论，即，为了防止掺杂物氧化，在加热时该层应该与空气隔离。通过加入阻挡涂层防止氧气进入到胆甾型滤色器，来实现这一点。可以使用任何类型的阻挡涂层，只要它有能力阻止空气进入以达到这样的必需程度，即在温度为180-250℃加热几个小时的情况下以便防止滤色器变质。合适的涂层可以由在商业可获得的涂敷材料制成，如EP 572089中所披露的和所涉及的基于丙烯酸酯的材料。虽然可以采用热固涂敷组合物，但这样的组合物有缺点，其固化必须在升高的温度下进行，如在200℃温度左右或甚至更高。如上所述，将胆甾型滤色器(CCF)暴露在该温度下将损害CCF。解决这个问题的一个办法是在惰性气体的气氛中，如在氮气中进行固化。
优选的是，为了避免施加阻挡层本身损害CCF，阻挡涂层是由电磁辐射固化的涂层。如果需要，可以进行辅助的加热步骤以便获得聚合反应的完全转化。虽然也可采用电磁辐射特别是UV(紫外)光来制备胆甾型滤色器，但在滤色器已经稳定之后辐射不会诱发滤色器中的变化。
在本发明优选的实施例中，阻挡涂层是光固化的涂层，和UV光固化的涂层。
胆甾型滤色器可以是反射式或者透射式的。
另外，本发明涉及使用这样的胆甾型滤色器的滤色器、装置和显示器。
本发明还涉及制造如上所述的胆甾型滤色器的相应方法，其包括如下步骤在基板上设置胆甾型滤色器；用可固化的涂敷材料覆盖该滤色器的至少一部分；和优选地用电磁辐射使该可固化的涂敷材料固化，以便形成涂层。
从下面所给的详细描述中本发明的适用性的其它范围将变得很清楚。但是，应该理解，虽然给出的详细描述和特定实例指出了本发明的优选实施例，但它仅是为了说明，这是因为对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，从以下的详细描述中可发现，各种变化和变型很显然都在本发明的精神和范围内。
为了说明性的目的，下面将参考在附图中示出的各实施例更加详细地描述本发明，在附图中图1是示出了由于加热使得现有技术的胆甾型滤色器的透射光谱的变化的曲线图；图2是包括本发明实施例的胆甾型滤色器的装置的示意剖面图；图3是包括本发明第二实施例的胆甾型滤色器的装置的示意剖面图；和图4是示出了由于加热使得本发明的胆甾型滤色器的透射光谱的变化的曲线图。
图2是反射式液晶显示装置的一部分的示意剖面图，该装置包括具有超扭曲向列(STN)液晶层1的显示单元，液晶层基本上是夹在两个玻璃基板，即前基板2和后基板3之间。然而，液晶显示器(LCD)可以包括两种无源矩阵寻址式LCD和有源矩阵寻址式LCD。当LCD是无源矩阵寻址时液晶模式优选地是STN(超扭曲向列)，但对有源矩阵寻址式显示器可以使用许多除STN之外的液晶模式，如TN(扭曲向列)、ECB(场控双折射)和VAN(垂直取向向列)。
另外，在所述高度扭曲向列的液晶层1和所述后基板3之间设置胆甾型滤色器4。该胆甾型滤色器通常地包括具有胆甾型序列的聚合物材料，并且最优选地包括可光致同分异构的手性征的化合物，该化合物能改变待聚合的胆甾型单体材料的间距(pitch)。因此，胆甾型层可包括可同分异构的手性掺杂物和向列化合物的聚合混合物。在上面讨论的应用中，胆甾型滤色器基本上结合了反射器功能、偏振器功能和滤色器功能。
为了找出胆甾型滤色器不稳定的原因，进行了各种试验。因此，发现了在热处理时可同分异构的掺杂物本身会分解。例如，当在150℃下加热掺杂物一小时后出现显著的分解。
在各种条件下还检验了由可同分异构的掺杂物和向列化合物的聚合混合物组成的胆甾型层的稳定性。不仅改变温度而且还改变大气条件。在空气中和在氮气中加热滤色器。很清楚地显示出，在氮气中滤色器的蓝移比在空气中小得多。
波长的蓝移可能是该间距的长度改变的结果。间距的这种减小可能起因于该层的厚度减小。为了检验这种想法，在加热该层几小时之后测量该层的厚度。很显然，该层的厚度确实减小了，并且这种减小对应于反射波长的相对减小。
从这些结果中可得出结论，在滤色器加热时，可同分异构的掺杂物被氧化，接着反应的产物蒸发。由于该层的结构和取向被改变，导致波长的值改变和反射强度的降低。
为了缓解这个问题，用阻挡涂层5至少部分地覆盖胆甾型滤色器，该阻挡涂层是由电磁辐射来固化的。优选地，阻挡涂层是光固化的，和最优选地是紫外线固化的。因此，在将胆甾型滤色器设置在基板上之后，滤色器的至少一部分、最好是全部用涂敷组合物覆盖，接着用电磁辐射固化该涂敷组合物以便获得阻挡涂层5。
阻挡涂层5阻止掺杂物的氧化，并在加热时保持胆甾型滤色器层与空气隔离。
现在参考图3，反射式液晶显示装置的第二实施例包括显示单元，与前面讨论的实施例一样，其包括超扭曲向列(STN)的液晶层1和CCF(胆甾型滤色器)4，该层基本上夹在两个玻璃基板之间，即前基板2和后基板3之间。这个实施例涉及有源矩阵式LCD，在底部玻璃基板3之下设置有黑的吸光层38。在底部玻璃基板3、CCF4、LC层1和顶部玻璃基板2之间分列设置PI(聚酰亚胺)取向层34、35、37。在LC层1上面设置TFT(薄膜晶体管)层33，以用于驱动LC层。透明和导电的层，如ITO(氧化铟锡)层36，可以进一步沉积在CCF4之上用作TFT的配对电极。在板顶部上施加线性偏振器31和四分之一波长薄膜32，以这样的方式将它们组合，即组合形成圆偏振器。在这种结构中，原则上可以使用任何类型的液晶模式，只要液晶有半个波长的迟滞。在无源矩阵寻址显示器的情况下，TFT可被具有图案的ITO层代替，并可使用具有第二图案的ITO层作为配对电极。
阻挡涂层5优选地是直接设置在CCF的上面，即在CCF和ITO层之间。以这种方式，在ITO沉积过程中顶涂层还可保护胆甾型层免受氧化作用。
胆甾型滤色器优选地由三个步骤来制造，其包括涂敷步骤和两个曝光步骤。在第一步骤中将胆甾型单体混合物涂敷在玻璃基板上，优选地使用被摩擦的聚酰胺层。聚酰胺层诱导该混合物的取向。通过灰度掩模用365mm(纳米)的UV光辐照胆甾型层，可以制成带颜色的像素。通过同分异构反应来改变光敏掺杂物的螺旋扭曲能力从而产生颜色。用灰度掩模控制UV光的量，这是产生正确的颜色所必需的。在最后一步，稳定胆甾型的结构而不使颜色改变。通过胆甾型层中的丙烯酸酯之间的聚合反应来使该滤色器稳定，该反应用405nm的UV光来诱发。通过仔细地选择材料和处理环境，使辐射过程不互相影响。
在本领域中，吸光的滤色器通常设置有用于平面化目的的涂层，这样的涂层作为顶涂层或覆盖层是已知的。在本发明的胆甾型滤色器中可适当地应用这样的涂层作为阻挡涂层。这样的各种类型的顶涂层材料可在市场上获得，大多数是以丙烯酸酯为基础。市场上销售的热固性顶涂层材料在涂层组合物沉积之后需要在升高的温度下固化，在许多情况下在200℃左右或甚至更高。在该加热过程中将发生聚合反应并形成顶涂层材料的稳定的网状结构。但是，在施加这样的顶涂层时，透射光谱显示出类似于上述加热试验(图1)的反射率减小和蓝移。很显然仍然是使顶涂层稳定所必需的加热步骤损害了胆甾型层。避免这个问题的一种方法是在惰性气体气氛如氮气中进行加热固化的步骤。
解决该问题的另一种方法是使用可由电磁辐射如UV光来固化的涂层组合物，以代替由温度改变来固化的涂层组合物。在优选的实施例中，使用HDDA(1，6-己二醇二丙烯酸酯)、PETIA(季戊四醇三丙烯酸酯)、DPGDA(双丙酐醇二丙烯酸酯)、Irgacure 651(光引发剂)和HQME(抑制剂)的混合物作为涂层组合物。
在可由UV来固化的涂层组合物沉积之后，该层可在氮气气氛中用365nm的UV光来固化。在这个UV固化步骤之后，可进行辅助的加热步骤，如在150℃下加热14时，以便获得聚合反应的完全转化。虽然也应用365nm的UV光制备胆甾型滤色器，但在滤色器已经稳定之后它不会诱发滤色器中的变化。图4中的透射光谱显示，在UV固化的顶涂层沉积之后当将胆甾型滤色器的样品加热到200℃时，胆甾型滤色器比没有顶涂层时稳定得多。在图4中，最粗的最下面的曲线表示在加热前具有阻挡涂层的CCF的透射光谱，而较高和较细的曲线顺序地代表分别加热1小时、2小时、4小时和6小时的CCF的透射光谱。
因为可通过使用电磁辐射固化以获得阻挡涂层，所以就可在光致同分异构的具有手性征的化合物的分解温度之下制造该阻挡涂层。因此，阻挡涂层防止了在接着的制造过程中的高温步骤中(例如在沉积ITO层、固化聚酰亚胺取向层和类似步骤中)会发生的滤色器的退化变质。
阻挡涂层不仅防止可同分异构的掺杂物在加热处理中氧化，而且在基本上防止胆甾型层的其它组分例如如液晶基质的氧化。
所以，通过加入这样的阻挡涂层提高了胆甾型滤色器的稳定性，这对LCD的各种应用是很大的优点。
上面已经在LCD的应用中描述了本发明。但是本发明在使用胆甾型滤色器的其它应用中也是有用的，如在其它类型的电光显示装置中，在拍摄照片的电荷耦合装置(CCD)中，等等。还有，胆甾型滤色器可以是反射式或透射式。另外，阻挡涂层可以是在接着的制造步骤中保护胆甾型滤色器免受退化变质的任何类型。也可以使用不是由UV光的其它类型的电磁辐射来固化的阻挡涂层。
这样的明显的各种变型必须认为都落于在后附的权利要求书中所限定的本发明的范围之内。
权利要求
1.一种胆甾型滤色器，其包括用于阻止氧气进入的阻挡涂层。
2.如权利要求1所述的胆甾型滤色器，其特征在于，该阻挡涂层是由电磁辐射来固化的涂层。
3.如权利要求1或2所述的胆甾型滤色器，其特征在于，该阻挡涂层是用光来固化的，优选为紫外光。
4.一种包括如权利要求1、2或3所述的胆甾型滤色器的反射器。
5.一种包括如权利要求1、2或3所述的胆甾型滤色器的透射式滤色器。
6.如权利要求1-3中任一项所述的胆甾型滤色器，其特征在于，该胆甾型滤色器包括具有胆甾型序列的聚合物材料。
7.一种制造胆甾型滤色器的方法，其特征在于如下各步骤将胆甾型滤色器设置在基板上；用可固化的涂层组合物覆盖该滤色器的至少一部分；和优选地使用电磁辐射使该可固化的涂层组合物固化。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该可固化的涂层组合物是用光固化的，优选为紫外光。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在使用电磁辐射固化之后进行所述可固化的涂层组合物的辅助加热固化。
10.如权利要求7-9中任一项所述的方法，其特征在于，该固化步骤是在氮气气氛中进行的。
11.一种包括如权利要求1-6中任一项所述的滤色器的装置。
12.一种包括例如液晶显示器的显示屏和如权利要求1-6中任一项所述的胆甾型滤色器的显示装置。
全文摘要
本发明涉及设置有阻止氧气进入的涂层的胆甾型滤色器(CCF)和用于制造这样的胆甾型滤色器的方法。本发明还涉及一种如液晶显示器(LCD)的装置，其包括设置有这样的胆甾型滤色器的基板。顶涂层优选地是可由电磁辐射来固化的。
文档编号G02F1/1335GK1473276SQ02802924
公开日2004年2月4日 申请日期2002年6月25日 优先权日2001年7月17日
发明者C·多恩坎普, R·T·维格, J·卢布, C 多恩坎普, 维格 申请人:皇家菲利浦电子有限公司