[发明专利]印刷滤色片的设备和方法

说明书

发明领域

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