CN102331596A - 彩色树脂组合物与形成多色彩色滤光片的方法 - Google Patents
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Abstract
一种彩色树脂组合物与形成多色彩色滤光片的方法。首先，在基材上形成第一图案化颜色层。其次，又在具有第一图案化颜色层的基材上分别形成第二图案化颜色层与第三图案化颜色层。然后，烘烤第一图案化颜色层、第二图案化颜色层与第三图案化颜色层，使得第一图案化颜色层、第二图案化颜色层与第三图案化颜色层同时分别成为彩色滤光片的第一像素颜色层、第二像素颜色层与第三像素颜色层。
Description
技术领域
本发明是大致上关于一种彩色树脂组合物，与使用彩色树脂组合物以形成多色彩色滤光片的方法。特定言之，本发明是大致上关于使用特别调配的彩色树脂组合物，仅使用单次烘烤就同时形成不同颜色的多个彩色滤光片的方法。
背景技术
彩色滤光片（color filter）是彩色显示器中关键的零件之一，而彩色滤光片也占彩色显示器生产成本中一个相当高的比重。彩色滤光片的功能，使得从背光源发射的光线，可利用彩色滤光片的处理，表现出彩色的画面。
彩色滤光片目前的制作过程是，在基板上使用曝光显影的方式，分别将红、绿、蓝三原色的有机材料，制作在每一个像素之内。但是在每次曝光显影之后，通常都还需要对于有机材料进行清洗刷理的步骤。由于三原色的有机材料在曝光显影之后，其机械强度仍然不足以承受清洗刷理的损伤而会剥落或是缺损，所以在曝光显影之后、清洗刷理之前，还需要安排一个烘烤有机材料的热固化步骤，以确保清洗刷理的过程不会伤害完成曝光显影的图案化有机材料，也就是此阶段的成品－彩色滤光片。
虽然烘烤有机材料的步骤，可以强化有机材料的机械强度，以确保清洗刷理的过程不会伤害完成曝光显影的彩色滤光片，但是又会附带地造成一些问题。例如，第一次完成的有机材料比起第三次完成的有机材料，会多经过两次烘烤步骤。多余的两次烘烤步骤不但完全没有必要，又会浪费能源、增加热预算（thermal budget），而且每次烘烤步骤都会再次改变有机材料的物化性质。
因此，仍然需要一种制造多色彩色滤光片的新颖方法，来改善目前生产方法的缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明于是提出一种制造多色彩色滤光片的新颖方法。本发明制造多色彩色滤光片的新颖方法，不但可以省略不必要的烘烤步骤，而且使用本发明新颖方法所制造的多色彩色滤光片，与使用传统制程所得到的多色彩色滤光片并无实质上的差异。另外，曝光显影之后寻常必要的清洗刷理过程，也不会伤害本发明具有新颖配方的彩色滤光片而不会造成剥落或是缺损。所以本发明确实可以改善目前生产方法的缺点。
本发明在第一方面提出一种形成多色彩色滤光片的方法。首先，提供一基材。其次，在基材上形成第一图案化颜色层，此第一图案化颜色层具有第一颜色。然后，在具有第一图案化颜色层的基材上又形成第二图案化颜色层，此第二图案化颜色层具有第二颜色。接着，在同时具有第一图案化颜色层与第二图案化颜色层的基材上，再形成第三图案化颜色层。此第三图案化颜色层具有第三颜色，而且第一颜色、第二颜色与第三颜色彼此各不相同，而且配置的位置亦不相同。继续，同时烘烤第一图案化颜色层、第二图案化颜色层与第三图案化颜色层，使得第一图案化颜色层成为彩色滤光片的第一像素颜色层、第二图案化颜色层成为彩色滤光片的第二像素颜色层、而第三图案化颜色层则成为彩色滤光片的第三像素颜色层。
在本发明一实施例中，使用网印法与喷涂法其中的至少一者，来形成第一图案化颜色层、第二图案化颜色层与第三图案化颜色层。
在本发明另一实施例中，形成第一图案化颜色层的步骤包含先在基材上形成第一颜色光阻层，然后曝光并显影第一颜色光阻层以形成第一图案化颜色层。
在本发明另一实施例中，形成第一图案化颜色层后还包含冲洗第一图案化颜色层，但实质上不损伤第一图案化颜色层。
在本发明另一实施例中，形成第一图案化颜色层后还包含刷理第一图案化颜色层，但实质上不损伤第一图案化颜色层。
在本发明另一实施例中，形成第二图案化颜色层的步骤包含先在在基材上形成第二颜色光阻层，然后曝光并显影第二颜色光阻层以形成第二图案化颜色层。
在本发明另一实施例中，形成第二图案化颜色层后还包含冲洗第二图案化颜色层，但实质上不损伤第二图案化颜色层。
在本发明另一实施例中，形成第二图案化颜色层后还包含刷理第二图案化颜色层，但实质上不损伤第二图案化颜色层。
在本发明另一实施例中，形成第三图案化颜色层包含先在基材上形成第三颜色光阻层，然后曝光并显影第三颜色光阻层以形成第三图案化颜色层。
在本发明另一实施例中，形成第三图案化颜色层后还包含冲洗第三图案化颜色层，但实质上不损伤第三图案化颜色层。
在本发明另一实施例中，形成第三图案化颜色层后更包含刷理第三图案化颜色层，但实质上不损伤第三图案化颜色层。
在本发明另一实施例中，在200℃-240℃温度下烘烤第一图案化颜色层、第二图案化颜色层与第三图案化颜色层20-40分钟。
在本发明另一实施例中，第一颜色、第二颜色与第三颜色分别不重复地选自红色、绿色与蓝色。
在本发明另一实施例中，第一图案化颜色层、第二图案化颜色层与第三图案化颜色层分别独立包含：
一疏水性树脂，具有15%-25%的总重量比；
一丙烯酸化合物反应型单体，具有10%-20%的总重量比；
一光起始剂，具有0.5%-3%的总重量比；以及
一溶剂，具有55%-75%的总重量比。
在本发明另一实施例中，第一图案化颜色层、第二图案化颜色层与第三图案化颜色层的至少一者还包含：
一添加剂，具有最多达3%的总重量比。
本发明在另一方面又提出一种彩色树脂组合物，其具有较高的机械强度与优良的疏水性，可以承受必要的清洗刷理过程而不会剥落或是缺损。本发明的彩色树脂组合物包含：
一疏水性树脂，具有15%-25%的总重量比；
一丙烯酸化合物反应型单体，具有10%-20%的总重量比；
一光起始剂，具有0.5%-3%的总重量比；以及
一溶剂，具有55%-75%的总重量比。
在本发明一实施例中，疏水性树脂可以是如图12绘示的化合物。
在本发明另一实施例中，丙烯酸化合物反应型单体包含 
，其中a可以为6 、b为0。
在本发明另一实施例中，彩色树脂组合物更包含：
一添加剂，具有最多达3%的总重量比。
在本发明另一实施例中，添加剂包含一硫醇化合物。
在本发明另一实施例中，彩色树脂组合物具有红色、绿色与蓝色其中一种颜色。
附图说明
图1-图11绘示本发明形成多色彩色滤光片方法的一较佳实施方式。
图12例示适当的疏水性树脂。
图13A-图13C例示适当的光起始剂。
具体实施方式
本发明所提供制造多色彩色滤光片的新颖方法，可以省略不必要的烘烤步骤而节省热预算，同时使用本发明新颖方法所制造的多色彩色滤光片，与使用传统制程所得到的多色彩色滤光片并无实质上的差异。另外，本发明的彩色滤光片具有新颖配方，可以承受曝光显影之后清洗刷理过程而不会剥落或是缺损。
本发明第一方面先提供一种坚固的彩色树脂组合物。本发明坚固的彩色树脂组合物，具有较高的机械强度与优良的疏水性，能够承受清洁液与毛刷的接触与摩擦而不会剥落或是缺损。本发明的彩色树脂组合物，包含疏水性树脂、丙烯酸化合物反应型单体、光起始剂与溶剂。疏水性树脂，通常占15%-25%的总重量比，较佳占17%的总重量，可以是一种有机疏水性分子。适当的疏水性树脂可以是如图12绘示的化合物。
丙烯酸化合物反应型单体，通常占10%-20%的总重量，较佳占16%的总重量，通常是一种具有活性双键而可以聚合的丙烯酸化合物。适当的丙烯酸化合物反应型单体可以是:
光起始剂，通常占0.5%-3%的总重量，较佳占2.2%的总重量，用来诱发光聚合反应。较佳的光起始剂具有高敏感度。例如，对于365nm波长的吸收率特别高。适当的光起始剂可以是如第13A-13C图绘示的化合物。
溶剂通常占组合物整体较大的的总重量比，例如溶剂可以占55%-75%的总重量，较佳占62.8%的总重量。溶剂是一种用来均匀溶解以上成分的惰性液体，例如溶剂可以是聚醚。适当的聚醚可以是丙二醇甲醚醋酸酯（PGMEA）、3-乙氧基丙酸乙酯、乙酸-3甲氧基丁酯或是环己酮。
视情况需要，本发明的彩色树脂组合物还可以包含最多达3%的总重量比的添加剂，以改良或是调整本发明彩色树脂组合物的性质。例如，添加剂可以包含以下结构式(1)所示的硫醇化合物，以增进光聚合反应。
Z可以为NH或是S
彩色树脂组合物，可以具有红色、绿色与蓝色其中任何一种颜色。本发明的彩色树脂组合物可以加强光阻感光交联性，与光阻疏水性，以防止经过显影制程发生潜在漏光或是剥离（peeling）的问题。所以当本发明的图案化颜色层在进行冲洗或是刷理的步骤，便具有足够的机械强度与疏水性承受清洁液与毛刷的伤害，所以本发明的图案化颜色层（即光阻层）在进行冲洗或是刷理的步骤后，实质上不会剥落或是缺损。
本发明第二方面又提供一种形成多色彩色滤光片的方法。第1-11图绘示本发明形成多色彩色滤光片方法的一较佳实施方式。首先，请参考图2，提供一基材101，并在基材101上形成有第一图案化颜色层110。基材101通常包含一透明绝缘材料，例如玻璃或是塑料。视情况需要，基材101还可以包含其它组件，例如黑色矩阵（black matrix, BM）。
第一图案化颜色层110可以是一种具有颜色的光阻材料，而使用曝光配合显影的方式得到预定的图案。例如，请参考图1，先全面性地在基材101上形成第一颜色光阻层111。然后，请参考图2，经过曝光与显影的步骤后，第一颜色光阻层便因为被图案化而形成第一图案化颜色层110。第一图案化颜色层110可以具有第一颜色，例如红、绿、蓝其中一种颜色。
视情况需要，请参考图3A或图3B，还可以利用一冲洗装置141或刷理装置145，对于经过曝光与显影的第一图案化颜色层110使用冲洗装置141进行冲洗（washing），或是使用刷理装置145进行刷理（brushing）的步骤。由于在冲洗或是刷理的步骤时，清洁液142与毛刷143的刷毛144会实际接触并摩擦第一图案化颜色层110，所以第一图案化颜色层110需要能承受清洁液与毛刷的接触与摩擦，而不会剥落或是缺损。
再来，请参考图5，继续在具第一图案化颜色层110的基材101上，形成第二图案化颜色层120，其中第二图案化颜色层120具有不同于第一颜色的第二颜色。
第二图案化颜色层120亦可以是一种具有颜色的光阻材料，例如红、绿、蓝其中一种颜色，使用曝光配合显影的方式得到预定的图案。例如，请参考图4，先全面性地在基材101上形成第二颜色光阻层121，其覆盖先前所形成的第一图案化颜色层110。然后，请参考图5，经过曝光与显影的步骤后，第二颜色光阻层121便因为被图案化而形成第二图案化颜色层120。较佳者，第二图案化颜色层120与第一图案化颜色层110配置的位置不同，但不以此为限。
视情况需要，请参考图6A或图6B，还可以对于经过曝光与显影的第二图案化颜色层120使用冲洗装置141进行冲洗或是使用刷理装置145进行刷理的步骤。由于在冲洗或是刷理的步骤时，清洁液142与毛刷143的刷毛144会实际接触并摩擦第一图案化颜色层110与第二图案化颜色层120，所以当本发明的第一颜色光阻层111与第二颜色光阻层121包含本发明的彩色树脂组合物时，第一图案化颜色层110与第二图案化颜色层120即能承受清洁液与毛刷的接触与摩擦而不会剥落或是缺损。
之后，请参考图8，继续在具第一图案化颜色层110与第二图案化颜色层120的基材101上，形成第三图案化颜色层130。第三图案化颜色层130会具有不同于第一颜色与第二颜色的第三颜色。较佳者，第三图案化颜色层130配置的位置既不同于第二图案化颜色层120，也不同于第一图案化颜色层110，但不以此为限。
第三图案化颜色层130亦可以是一种具有颜色的光阻材料，例如红、绿、蓝其中一种颜色，使用曝光配合显影的方式得到预定的图案。例如，请参考图7，先全面性地在基材101上形成第三颜色光阻层131，其覆盖先前所形成的第一图案化颜色层110与第二图案化颜色层120。然后，请参考图8，经过曝光与显影的步骤后，第三颜色光阻层131便因为被图案化而形成第三图案化颜色层130。较佳者，第三图案化颜色层130、第二图案化颜色层120与第一图案化颜色层110配置的位置彼此不同，但不以此为限。
视情况需要，请参考图9A或图9B，还可以对于经过曝光与显影的第三图案化颜色层130使用冲洗装置141进行冲洗或是使用刷理装置145进行刷理的步骤。由于在冲洗或是刷理的步骤时，清洁液142与毛刷143的刷毛144会实际接触并摩擦第一图案化颜色层110、第二图案化颜色层120与第三图案化颜色层130，所以当本发明的第一颜色光阻层111、第二颜色光阻层121与第三颜色光阻层131包含本发明的彩色树脂组合物时，第一图案化颜色层110、第二图案化颜色层120与第三图案化颜色层130即能承受清洁液与毛刷的接触与摩擦，而不会剥落或是缺损。
如果不使用曝光与显影的步骤来形成图案化颜色层时，请参考图10，则可以使用网印法及/或与喷涂法，来形成第一图案化颜色层110、第二图案化颜色层120与第三图案化颜色层130。
接下来，请参考图11，就可以进行一烘烤步骤，将第一图案化颜色层110、第二图案化颜色层120与第三图案化颜色层130一起转变成所需彩色滤光片的第一像素颜色层112、第二像素颜色层122、与第三像素颜色层132。本发明方法的特征之一即在于，只使用单次的烘烤步骤，便同时可以将第一图案化颜色层110、第二图案化颜色层120与第三图案化颜色层130一起转变成所需彩色滤光片的第一像素颜色层112、第二像素颜色层122、与第三像素颜色层132。换句话说，第一图案化颜色层110、第二图案化颜色层120与第三图案化颜色层130都只接受过单次的烘烤步骤。
例如，可以在200℃-240℃温度下，一起烘烤第一图案化颜色层110、第二图案化颜色层120与第三图案化颜色层130约20-40分钟，而同时得到热固化（cured）的彩色滤光片的第一像素颜色层112、第二像素颜色层122、与第三像素颜色层132。较佳者，烘烤前的第一图案化颜色层110、第二图案化颜色层120与第三图案化颜色层130，与烘烤后的彩色滤光片的第一像素颜色层112、第二像素颜色层122、与第三像素颜色层132，均彼此独立不互相接触或是重迭。本发明所提供制造多色彩色滤光片的新颖方法，可以省略不必要的烘烤步骤而节省热预算。同时，使用本发明新颖方法所制造的多色彩色滤光片，与使用传统制程所得到的多色彩色滤光片在质量或是色度上并无实质上的差异。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (22)
1. 一种形成多色彩色滤光片的方法，其特征在于，包含：
提供一基材；
在该基材上形成一第一图案化颜色层，其中该第一图案化颜色层具有一第一颜色；
在具有该第一图案化颜色层的该基材上形成一第二图案化颜色层，其中该第二图案化颜色层具有一第二颜色；
在同时具有该第一图案化颜色层与该第二图案化颜色层的该基材上，形成一第三图案化颜色层，其中该第三图案化颜色层具有一第三颜色，且该第一颜色、该第二颜色与该第三颜色各不相同；以及
烘烤该第一图案化颜色层、该第二图案化颜色层与该第三图案化颜色层，使得该第一图案化颜色层成为该多色彩色滤光片的一第一像素颜色层、该第二图案化颜色层成为该多色彩色滤光片的一第二像素颜色层、与该第三图案化颜色层成为该多色彩色滤光片的一第三像素颜色层。
2.如权利要求1所述的形成多色彩色滤光片的方法，其特征在于，使用一网印法与一喷涂法的至少一者，形成该第一图案化颜色层、该第二图案化颜色层与该第三图案化颜色层。
3.如权利要求1所述的形成多色彩色滤光片的方法，其特征在于，形成该第一图案化颜色层包含：
在该基材上形成一第一颜色光阻层；以及
曝光并显影该第一颜色光阻层以形成该第一图案化颜色层。
4. 如权利要求3所述的形成多色彩色滤光片的方法，其特征在于，形成该第一图案化颜色层后还包含：
冲洗该第一图案化颜色层而实质上不损伤该第一图案化颜色层。
5.如权利要求3所述的形成多色彩色滤光片的方法，其特征在于，形成该第一图案化颜色层后还包含：
刷理该第一图案化颜色层而实质上不损伤该第一图案化颜色层。
6.如权利要求1所述的形成多色彩色滤光片的方法，其特征在于，形成该第二图案化颜色层包含：
在该基材上形成一第二颜色光阻层；以及
曝光并显影该第二颜色光阻层以形成该第二图案化颜色层。
7.如权利要求6所述的形成多色彩色滤光片的方法，其特征在于，形成该第二图案化颜色层后还包含：
冲洗该第二图案化颜色层而实质上不损伤该第二图案化颜色层。
8. 如权利要求6所述的形成多色彩色滤光片的方法，其特征在于，形成该第二图案化颜色层后还包含：
刷理该第二图案化颜色层而实质上不损伤该第二图案化颜色层。
9. 如权利要求1所述的形成多色彩色滤光片的方法，其特征在于，形成该第三图案化颜色层包含：
在该基材上形成一第三颜色光阻层；以及
曝光并显影该第三颜色光阻层以形成该第三图案化颜色层。
10. 如权利要求9所述的形成多色彩色滤光片的方法，其特征在于，形成该第三图案化颜色层后还包含：
冲洗该第三图案化颜色层而实质上不损伤该第三图案化颜色层。
11. 如权利要求9所述的形成多色彩色滤光片的方法，其特征在于，形成该第三图案化颜色层后还包含：
刷理该第三图案化颜色层而实质上不损伤该第三图案化颜色层。
12. 如权利要求1所述的形成多色彩色滤光片的方法，其特征在于，在200℃-240℃温度下烘烤该第一图案化颜色层、该第二图案化颜色层与该第三图案化颜色层20-40分钟。
13. 如权利要求1所述的形成多色彩色滤光片的方法，其特征在于，该第一颜色、该第二颜色与该第三颜色选自由红色、绿色与蓝色所组成的群组。
14. 如权利要求1所述的形成多色彩色滤光片的方法，其特征在于，该第一图案化颜色层、该第二图案化颜色层与该第三图案化颜色层分别独立包含：
一疏水性树脂，具有15%-25%的总重量比；
一丙烯酸化合物反应型单体，具有10%-20%的总重量比；
一光起始剂，具有0.5%-3%的总重量比；以及
一溶剂，具有55%-75%的总重量比。
15.如权利要求14所述的形成多色彩色滤光片的方法，其特征在于，该第一图案化颜色层、该第二图案化颜色层与该第三图案化颜色层的至少一者还包含：
一添加剂，具有最多达3%的总重量比。
16. 一种彩色树脂组合物，其特征在于，包含：
一疏水性树脂，具有15%-25%的总重量比；
一丙烯酸化合物反应型单体，具有10%-20%的总重量比；
一光起始剂，具有0.5%-3%的总重量比；以及
一溶剂，具有55%-75%的总重量比。
17. 如权利要求16所述的彩色树脂组合物，其特征在于，该疏水性树脂选自下列化合物：
18. 如权利要求16所述的彩色树脂组合物，其特征在于，该丙烯酸化合物反应型单体包含：
，其中a为6 、b为0。
19.如权利要求16所述的彩色树脂组合物，其特征在于，还包含：
一添加剂，具有最多达3%的总重量比。
20.如权利要求19所述的彩色树脂组合物，其特征在于，该添加剂包含一硫醇化合物。
21.如权利要求16所述的彩色树脂组合物，其特征在于，其具有红色、绿色与蓝色其中一种颜色。
22.如权利要求16所述的彩色树脂组合物，其特征在于，该溶剂包含丙二醇甲醚醋酸酯、3-乙氧基丙酸乙酯、乙酸-3甲氧基丁酯与环己酮其中的至少一种。
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