專利名稱：膽甾型濾色器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種膽甾型濾色器、一種包含該濾色器的裝置和一種制造這種濾色器的方法。
液晶顯示器(LCD)的市場份額在不斷增加，這是以其它顯示器技術(shù)為代價的。為了提供各種顏色，使用了濾色器。常規(guī)地，使用了吸光的濾色器，其中通過吸收三原色中的兩種顏色來生成各種顏色。這樣的濾色器披露在例如歐洲專利EP 0572089中。
但是，特別是對在例如蜂窩式移動電話的便攜應(yīng)用和例如PDA(個人信息輔助裝置)的需求嚴(yán)格的應(yīng)用中使用的LCD，對顯示器成像質(zhì)量來說低成本和低功率是同樣重要的。因此，近來已經(jīng)開發(fā)了基于膽甾型濾色器的顯示屏，并且形成了具有吸引力的吸光的濾色器的代替品。膽甾型濾色器可結(jié)合反射器功能、偏振器功能、和濾色器功能。然而，對某些應(yīng)用也可應(yīng)用透光的膽甾型濾色器。膽甾型濾色器一般比較簡單并且生產(chǎn)成本比吸光的濾色器低。
例如，在WO 00/34808中公開了用于可選擇地反射具有特定波長的圓偏振光的膽甾型液晶層。
但是，在試圖制造包含這樣的膽甾型濾色器的LCD時，膽甾型濾色器對于制造的條件明顯地表現(xiàn)出不穩(wěn)定性。
由本發(fā)明人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)是本發(fā)明的一基礎(chǔ)部分，該實(shí)驗(yàn)表明，在將膽甾型濾色器加熱到高于150℃時會造成膽甾型濾色器性能的顯著變化。在

圖1的曲線中，示出了在不同的時間段內(nèi)將膽甾型濾色器(CCF)加熱到200℃的透射光譜。在圖1中，最粗的最低曲線表示CCF在加熱前的透射光譜，而較高和較細(xì)的曲線順序地代表CCF分別加熱1小時、2小時、4小時后的透射光譜。由于加熱，反射光的波長改變到較低的波長并且反射光的強(qiáng)度也明顯降低。
但是，液晶顯示器的制造包括許多這樣的高溫步驟，特別是在180和250℃之間。
在顏色生成之后，通過聚合反應(yīng)來穩(wěn)定膽甾型層。雖然在聚合之后該系統(tǒng)的交聯(lián)密度是相當(dāng)高，這樣的密度應(yīng)該是耐高溫的，但是這并不能防止在加熱處理時膽甾型濾色器的變化。
因此，本發(fā)明的一目的是提供更加穩(wěn)定的膽甾型濾色器。
通過使用由后附的權(quán)利要求書限定的裝置和方法實(shí)現(xiàn)了該目的。
本發(fā)明涉及設(shè)置有阻止氧氣進(jìn)入的涂層的膽甾型濾色器(CCF)。
本發(fā)明是基于本發(fā)明的發(fā)明人所獲得的認(rèn)識，即，在加熱時濾色器的可同分異構(gòu)的摻雜物的氧化以及如GC-MS分析所證實(shí)的反應(yīng)產(chǎn)物的蒸發(fā)導(dǎo)致了在加熱過程中膽甾型濾色器波長的改變和反射強(qiáng)度的下降。因此，該層的結(jié)構(gòu)和取向的變化導(dǎo)致波長的值改變和反射強(qiáng)度下降。所以，膽甾型濾色器的溫度不穩(wěn)定性是其所用的特殊材料的結(jié)果。但是，目前尚無這些材料的已知代替品。
因此，本發(fā)明基于這樣的結(jié)論，即，為了防止摻雜物氧化，在加熱時該層應(yīng)該與空氣隔離。通過加入阻擋涂層防止氧氣進(jìn)入到膽甾型濾色器，來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)?？梢允褂萌魏晤愋偷淖钃跬繉?，只要它有能力阻止空氣進(jìn)入以達(dá)到這樣的必需程度，即在溫度為180-250℃加熱幾個小時的情況下以便防止濾色器變質(zhì)。合適的涂層可以由在商業(yè)可獲得的涂敷材料制成，如EP 572089中所披露的和所涉及的基于丙烯酸酯的材料。雖然可以采用熱固涂敷組合物，但這樣的組合物有缺點(diǎn)，其固化必須在升高的溫度下進(jìn)行，如在200℃溫度左右或甚至更高。如上所述，將膽甾型濾色器(CCF)暴露在該溫度下將損害CCF。解決這個問題的一個辦法是在惰性氣體的氣氛中，如在氮?dú)庵羞M(jìn)行固化。
優(yōu)選的是，為了避免施加阻擋層本身損害CCF，阻擋涂層是由電磁輻射固化的涂層。如果需要，可以進(jìn)行輔助的加熱步驟以便獲得聚合反應(yīng)的完全轉(zhuǎn)化。雖然也可采用電磁輻射特別是UV(紫外)光來制備膽甾型濾色器，但在濾色器已經(jīng)穩(wěn)定之后輻射不會誘發(fā)濾色器中的變化。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，阻擋涂層是光固化的涂層，和UV光固化的涂層。
膽甾型濾色器可以是反射式或者透射式的。
另外，本發(fā)明涉及使用這樣的膽甾型濾色器的濾色器、裝置和顯示器。
本發(fā)明還涉及制造如上所述的膽甾型濾色器的相應(yīng)方法，其包括如下步驟在基板上設(shè)置膽甾型濾色器；用可固化的涂敷材料覆蓋該濾色器的至少一部分；和優(yōu)選地用電磁輻射使該可固化的涂敷材料固化，以便形成涂層。
從下面所給的詳細(xì)描述中本發(fā)明的適用性的其它范圍將變得很清楚。但是，應(yīng)該理解，雖然給出的詳細(xì)描述和特定實(shí)例指出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但它僅是為了說明，這是因?yàn)閷τ诒景l(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，從以下的詳細(xì)描述中可發(fā)現(xiàn)，各種變化和變型很顯然都在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
為了說明性的目的，下面將參考在附圖中示出的各實(shí)施例更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖中圖1是示出了由于加熱使得現(xiàn)有技術(shù)的膽甾型濾色器的透射光譜的變化的曲線圖；圖2是包括本發(fā)明實(shí)施例的膽甾型濾色器的裝置的示意剖面圖；圖3是包括本發(fā)明第二實(shí)施例的膽甾型濾色器的裝置的示意剖面圖；和圖4是示出了由于加熱使得本發(fā)明的膽甾型濾色器的透射光譜的變化的曲線圖。
圖2是反射式液晶顯示裝置的一部分的示意剖面圖，該裝置包括具有超扭曲向列(STN)液晶層1的顯示單元，液晶層基本上是夾在兩個玻璃基板，即前基板2和后基板3之間。然而，液晶顯示器(LCD)可以包括兩種無源矩陣尋址式LCD和有源矩陣尋址式LCD。當(dāng)LCD是無源矩陣尋址時液晶模式優(yōu)選地是STN(超扭曲向列)，但對有源矩陣尋址式顯示器可以使用許多除STN之外的液晶模式，如TN(扭曲向列)、ECB(場控雙折射)和VAN(垂直取向向列)。
另外，在所述高度扭曲向列的液晶層1和所述后基板3之間設(shè)置膽甾型濾色器4。該膽甾型濾色器通常地包括具有膽甾型序列的聚合物材料，并且最優(yōu)選地包括可光致同分異構(gòu)的手性征的化合物，該化合物能改變待聚合的膽甾型單體材料的間距(pitch)。因此，膽甾型層可包括可同分異構(gòu)的手性摻雜物和向列化合物的聚合混合物。在上面討論的應(yīng)用中，膽甾型濾色器基本上結(jié)合了反射器功能、偏振器功能和濾色器功能。
為了找出膽甾型濾色器不穩(wěn)定的原因，進(jìn)行了各種試驗(yàn)。因此，發(fā)現(xiàn)了在熱處理時可同分異構(gòu)的摻雜物本身會分解。例如，當(dāng)在150℃下加熱摻雜物一小時后出現(xiàn)顯著的分解。
在各種條件下還檢驗(yàn)了由可同分異構(gòu)的摻雜物和向列化合物的聚合混合物組成的膽甾型層的穩(wěn)定性。不僅改變溫度而且還改變大氣條件。在空氣中和在氮?dú)庵屑訜釣V色器。很清楚地顯示出，在氮?dú)庵袨V色器的藍(lán)移比在空氣中小得多。
波長的藍(lán)移可能是該間距的長度改變的結(jié)果。間距的這種減小可能起因于該層的厚度減小。為了檢驗(yàn)這種想法，在加熱該層幾小時之后測量該層的厚度。很顯然，該層的厚度確實(shí)減小了，并且這種減小對應(yīng)于反射波長的相對減小。
從這些結(jié)果中可得出結(jié)論，在濾色器加熱時，可同分異構(gòu)的摻雜物被氧化，接著反應(yīng)的產(chǎn)物蒸發(fā)。由于該層的結(jié)構(gòu)和取向被改變，導(dǎo)致波長的值改變和反射強(qiáng)度的降低。
為了緩解這個問題，用阻擋涂層5至少部分地覆蓋膽甾型濾色器，該阻擋涂層是由電磁輻射來固化的。優(yōu)選地，阻擋涂層是光固化的，和最優(yōu)選地是紫外線固化的。因此，在將膽甾型濾色器設(shè)置在基板上之后，濾色器的至少一部分、最好是全部用涂敷組合物覆蓋，接著用電磁輻射固化該涂敷組合物以便獲得阻擋涂層5。
阻擋涂層5阻止摻雜物的氧化，并在加熱時保持膽甾型濾色器層與空氣隔離。
現(xiàn)在參考圖3，反射式液晶顯示裝置的第二實(shí)施例包括顯示單元，與前面討論的實(shí)施例一樣，其包括超扭曲向列(STN)的液晶層1和CCF(膽甾型濾色器)4，該層基本上夾在兩個玻璃基板之間，即前基板2和后基板3之間。這個實(shí)施例涉及有源矩陣式LCD，在底部玻璃基板3之下設(shè)置有黑的吸光層38。在底部玻璃基板3、CCF4、LC層1和頂部玻璃基板2之間分列設(shè)置PI(聚酰亞胺)取向?qū)?4、35、37。在LC層1上面設(shè)置TFT(薄膜晶體管)層33，以用于驅(qū)動LC層。透明和導(dǎo)電的層，如ITO(氧化銦錫)層36，可以進(jìn)一步沉積在CCF4之上用作TFT的配對電極。在板頂部上施加線性偏振器31和四分之一波長薄膜32，以這樣的方式將它們組合，即組合形成圓偏振器。在這種結(jié)構(gòu)中，原則上可以使用任何類型的液晶模式，只要液晶有半個波長的遲滯。在無源矩陣尋址顯示器的情況下，TFT可被具有圖案的ITO層代替，并可使用具有第二圖案的ITO層作為配對電極。
阻擋涂層5優(yōu)選地是直接設(shè)置在CCF的上面，即在CCF和ITO層之間。以這種方式，在ITO沉積過程中頂涂層還可保護(hù)膽甾型層免受氧化作用。
膽甾型濾色器優(yōu)選地由三個步驟來制造，其包括涂敷步驟和兩個曝光步驟。在第一步驟中將膽甾型單體混合物涂敷在玻璃基板上，優(yōu)選地使用被摩擦的聚酰胺層。聚酰胺層誘導(dǎo)該混合物的取向。通過灰度掩模用365mm(納米)的UV光輻照膽甾型層，可以制成帶顏色的像素。通過同分異構(gòu)反應(yīng)來改變光敏摻雜物的螺旋扭曲能力從而產(chǎn)生顏色。用灰度掩模控制UV光的量，這是產(chǎn)生正確的顏色所必需的。在最后一步，穩(wěn)定膽甾型的結(jié)構(gòu)而不使顏色改變。通過膽甾型層中的丙烯酸酯之間的聚合反應(yīng)來使該濾色器穩(wěn)定，該反應(yīng)用405nm的UV光來誘發(fā)。通過仔細(xì)地選擇材料和處理環(huán)境，使輻射過程不互相影響。
在本領(lǐng)域中，吸光的濾色器通常設(shè)置有用于平面化目的的涂層，這樣的涂層作為頂涂層或覆蓋層是已知的。在本發(fā)明的膽甾型濾色器中可適當(dāng)?shù)貞?yīng)用這樣的涂層作為阻擋涂層。這樣的各種類型的頂涂層材料可在市場上獲得，大多數(shù)是以丙烯酸酯為基礎(chǔ)。市場上銷售的熱固性頂涂層材料在涂層組合物沉積之后需要在升高的溫度下固化，在許多情況下在200℃左右或甚至更高。在該加熱過程中將發(fā)生聚合反應(yīng)并形成頂涂層材料的穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。但是，在施加這樣的頂涂層時，透射光譜顯示出類似于上述加熱試驗(yàn)(圖1)的反射率減小和藍(lán)移。很顯然仍然是使頂涂層穩(wěn)定所必需的加熱步驟損害了膽甾型層。避免這個問題的一種方法是在惰性氣體氣氛如氮?dú)庵羞M(jìn)行加熱固化的步驟。
解決該問題的另一種方法是使用可由電磁輻射如UV光來固化的涂層組合物，以代替由溫度改變來固化的涂層組合物。在優(yōu)選的實(shí)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(雙丙酐醇二丙烯酸酯)、Irgacure 651(光引發(fā)劑)和HQME(抑制劑)的混合物作為涂層組合物。
在可由UV來固化的涂層組合物沉積之后，該層可在氮?dú)鈿夥罩杏?65nm的UV光來固化。在這個UV固化步驟之后，可進(jìn)行輔助的加熱步驟，如在150℃下加熱14時，以便獲得聚合反應(yīng)的完全轉(zhuǎn)化。雖然也應(yīng)用365nm的UV光制備膽甾型濾色器，但在濾色器已經(jīng)穩(wěn)定之后它不會誘發(fā)濾色器中的變化。圖4中的透射光譜顯示，在UV固化的頂涂層沉積之后當(dāng)將膽甾型濾色器的樣品加熱到200℃時，膽甾型濾色器比沒有頂涂層時穩(wěn)定得多。在圖4中，最粗的最下面的曲線表示在加熱前具有阻擋涂層的CCF的透射光譜，而較高和較細(xì)的曲線順序地代表分別加熱1小時、2小時、4小時和6小時的CCF的透射光譜。
因?yàn)榭赏ㄟ^使用電磁輻射固化以獲得阻擋涂層，所以就可在光致同分異構(gòu)的具有手性征的化合物的分解溫度之下制造該阻擋涂層。因此，阻擋涂層防止了在接著的制造過程中的高溫步驟中(例如在沉積ITO層、固化聚酰亞胺取向?qū)雍皖愃撇襟E中)會發(fā)生的濾色器的退化變質(zhì)。
阻擋涂層不僅防止可同分異構(gòu)的摻雜物在加熱處理中氧化，而且在基本上防止膽甾型層的其它組分例如如液晶基質(zhì)的氧化。
所以，通過加入這樣的阻擋涂層提高了膽甾型濾色器的穩(wěn)定性，這對LCD的各種應(yīng)用是很大的優(yōu)點(diǎn)。
上面已經(jīng)在LCD的應(yīng)用中描述了本發(fā)明。但是本發(fā)明在使用膽甾型濾色器的其它應(yīng)用中也是有用的，如在其它類型的電光顯示裝置中，在拍攝照片的電荷耦合裝置(CCD)中，等等。還有，膽甾型濾色器可以是反射式或透射式。另外，阻擋涂層可以是在接著的制造步驟中保護(hù)膽甾型濾色器免受退化變質(zhì)的任何類型。也可以使用不是由UV光的其它類型的電磁輻射來固化的阻擋涂層。
這樣的明顯的各種變型必須認(rèn)為都落于在后附的權(quán)利要求書中所限定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種膽甾型濾色器，其包括用于阻止氧氣進(jìn)入的阻擋涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的膽甾型濾色器，其特征在于，該阻擋涂層是由電磁輻射來固化的涂層。
3.如權(quán)利要求1或2所述的膽甾型濾色器，其特征在于，該阻擋涂層是用光來固化的，優(yōu)選為紫外光。
4.一種包括如權(quán)利要求1、2或3所述的膽甾型濾色器的反射器。
5.一種包括如權(quán)利要求1、2或3所述的膽甾型濾色器的透射式濾色器。
6.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的膽甾型濾色器，其特征在于，該膽甾型濾色器包括具有膽甾型序列的聚合物材料。
7.一種制造膽甾型濾色器的方法，其特征在于如下各步驟將膽甾型濾色器設(shè)置在基板上；用可固化的涂層組合物覆蓋該濾色器的至少一部分；和優(yōu)選地使用電磁輻射使該可固化的涂層組合物固化。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該可固化的涂層組合物是用光固化的，優(yōu)選為紫外光。
9.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，在使用電磁輻射固化之后進(jìn)行所述可固化的涂層組合物的輔助加熱固化。
10.如權(quán)利要求7-9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該固化步驟是在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行的。
11.一種包括如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的濾色器的裝置。
12.一種包括例如液晶顯示器的顯示屏和如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的膽甾型濾色器的顯示裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及設(shè)置有阻止氧氣進(jìn)入的涂層的膽甾型濾色器(CCF)和用于制造這樣的膽甾型濾色器的方法。本發(fā)明還涉及一種如液晶顯示器(LCD)的裝置，其包括設(shè)置有這樣的膽甾型濾色器的基板。頂涂層優(yōu)選地是可由電磁輻射來固化的。
文檔編號G02F1/1335GK1473276SQ02802924
公開日2004年2月4日 申請日期2002年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月17日
發(fā)明者C·多恩坎普, R·T·維格, J·盧布, C 多恩坎普, 維格 申請人:皇家菲利浦電子有限公司