液晶显示器的滤色系统

本发明涉及其中液晶光切换系统与嵌镶滤色器组合形成液晶显示屏的显色板。

这种显示板包括具有插在一对基底之间的液晶层的光切换系统以及配备于该光切换系统之上的嵌镶滤色器。

本发明尤其涉及制备具有精美、逼真图象的多色板的方法。本发明还涉及应用滤色器制造多色显示器的方法。

制造多色板的传统方法包括利用金属铁的表面扩散、被称作所谓染色法的着色方法，另一种着色方法是印染与燃烧低熔点玻璃粉，再有一种着色法就是利用含有有机聚合物粘合剂的印刷油墨。

然而，这些传统的方法存在着各种各样的缺点。例如，通过印染进行的着色法存在着着色层相当不均匀且缺乏透明度等缺点。染色法同样存在着由于采用热而使其制作过程复杂化以及尽管基底表面保持其原有的光洁度但是其可能的色调受到限制等缺点。此外，这些方法的共同不足之处在于所显示的精密多色图象缺乏精确度并且在于不同色调的色彩彼此于间隔两部分的交界处混合。

同样已知的是借助阳极氧化铝薄膜的着色制造多色板的方法，这种膜的优点在于着色层平滑、具备各种可能的色调并易于加工制作。该方法包括这样一些步骤：先使铝在一底板上形成薄膜，随后使其变为阳极氧化薄膜，采用有机或无机着色材料对这种阳极氧化铝薄膜进行着色处理，然后密封该膜表面上的孔隙从而使着色层得到稳定化处 理。另一种方法采用光刻法或借助升华染料的热升华进行的升华物转化法以便将阳极氧化铝薄膜划分为色彩不同的部分。前一种方法的缺点在于制作加工过程复杂，而后一种方法的不足之处则在于升华物染料种类有限使得色调受到限制同时还在于借助此方法难以获得非常精美的图象。

在具有滤色器的多色显示器的制作过程中，难以使透明电极的图象与滤色器的图象相吻合。图象越精密、色彩越多，则越难以吻合。可以借助屏幕印刷、光刻等方法形成滤色器。然而，采用屏幕印刷法无法得到如此精密的图案。也就是说，若图象的色彩种类越多，则印刷部分的精密度越差，同时出现色彩剪切。而在采用光刻法时，所得到的图象可以非常精密，但是其方法却很复杂。

本发明采用简便方法由施用于具有显示电极的记录器中色彩防护膜生产显示板。

本发明提供一种生产显示器的方法，该方法包括：在第一个板的表面上形成显示电极系统;在具有上述显示电极系统的记录器中，于上述第一个板上形成滤色元件系统;在第二个板上形成反电极;将第二个板与第一个板彼此分隔地排布，而显示电极则与反电极相对地排列;将显示材料限制在分隔开的第一与第二板之间;其中至少有一个板以及位于该板上的电极是透明的，其中所述滤色元件通过下述步骤所形成：

A）提供一种光敏元件，其中依次含有：

ⅰ）具有释放表面的基底;和

ⅱ）位于上述释放表面上的光敏层，其中包括选自负性聚合重氮化合物、正性醌二叠氮化合物和可光致聚合的组合物之类的光敏组 分，以及树脂状粘合剂组合物，其中主要部分至少含有一种选自聚乙烯醇缩丁醛聚合物、聚乙烯醇/乙酸乙烯酯/乙烯基乙缩醛三元共聚物和苯乙烯-马来酐共聚物半酯之类的树脂以及至少一种着色剂;

ⅲ）直接粘着于上述着色光敏层之上的粘合层，该粘合层包括聚乙酸乙烯酯聚合物或含乙酸乙烯酯的共聚物，该粘合层的软化点范围为大约60-180℃;

B）ⅰ）通过加热加压将上述元件经所述粘合层层压到第一个板的一侧上;通过施加剥离力脱除上述基底;随后用光化射线辐射上述光敏层使其成象曝光;或

ⅱ）用光化射线辐射上述光敏层使其成象曝光;经加热加压将上述元件经所述粘合层层压到上述第一个板的一侧上;随后通过施加剥离力脱除所述基底;或

ⅲ）通过加热加压将上述元件经粘合层层压到第一个板的一侧;用光化射线辐射光敏层使其曝光成象;随后通过施加剥离力脱除上述基底;以及

C）借助液体显影剂脱除上述光敏层中非成象部分，其过程于所述粘合层基本上呈非粘性存在状态的温度下进行;随后

D）视具体情况重复步骤A至C至少一次，从而使另一种具有至少一种不同着色剂的光敏元件被层压至所述第一个板上，该板的另一侧有先前层压产生且未被脱除的光敏层。

液晶显示屏是本领域的公知内容，具体地讲可参见US3840695，4528073和4690511，这些文献在此引为参考。

下面参照图1和2讨论先有技术中液晶彩色显示屏的构造。图1 所示为US专利No.3840695所披露的液晶彩色显示屏10。前部透明板11的内表面上具有前部透明电极13，后部透明板12的内表面上具有配备光点电极嵌镶系统的后部透明电极14，板11和板12彼此平行地排列，其间夹有衬垫15。

将弯曲90°的向列液晶层16插在透明板11和12之间。前部透明板11的外表面可视具体情况配备有前部线偏振镜17，而后部透明板12的外表面则可视具体情况配备有后部线偏振镜18，这样，偏振镜17和18的偏振轴彼此平行。在后部线偏振镜18的外表面上有嵌镶滤色镜19，其上的红、绿和蓝滤色镜嵌镶系统与后部透明电极14精确重合。显示板10位于前部（图的顶部）并受到尾部（图的底部）光源的照射。若液晶层16不存在电场的话，通过后部线偏振镜18的偏振光平面因弯曲向列液晶层16而旋转90°，这样偏振光便难以通过前部线偏振镜17。

另外，当将电压施加于前部透明电极13与后部透明电极14之间时，液晶层16上被弯曲的晶体结构暂时破裂，其结果是通过后部线偏振镜18的偏振光并未受到液晶层16的影响并且通过前部线偏振镜17。这样，通过有选择地驱使嵌镶透明电极14与嵌镶滤色镜19相对，从而可以选择观测红、绿和蓝光。在实际显示板上，这些彩光组合重现自然光。

现在，假设显示板距前部的距离约为显示板宽度的三倍。板周边上的色彩错合为液晶层16与滤色镜19间距的1/6。从强度的观点考虑，透明板12的最小厚度为大约500μ，而偏振镜18的厚度通常约为100μ。所以，上述距离约为600μ。结果是不可避免地产生大约100μ色彩错合。在具备紧密配置的嵌镶滤器的高分 辨率显色板中，大约100μ的色彩错合便会带来严重的问题。图2所示的是显示板20，其中组件的排布与图1所示的相似，所不同的是嵌镶滤色器29被直接涂复于具有光点电极嵌镶系统的后部透明电极24表面之上。

在上述结构的显示元件中，将用作快门的显示材料如液晶、电致变色材料等等插入到基底之间。当快门“打开”时，滤色镜显色;而当快门“关闭”时，滤色镜便不再显色。因此，当滤色器选用三原色时，那么这三原色便会定期地重复呈现出多色彩图象于单一光电管上。更具体地讲，为了显示红色，则只有红色图象的快门“打开”而绿和蓝的快门则“关闭”。为了显示黄色，则红色图象和绿色图象的快门“打开”而蓝绿色的快门则“关闭”。在后一种情况中，黄色可通过添加着色混合物来显示。若滤色镜具备适宜的透光性并且对应基底也是透明的话，所产生的效果类似于将发光显示材料夹在透明基底与对应基底之间所产生的结果，该结果可以由对应基底的方向来观察，可通过在显示电极的特定图案上经反电极施加或不施加电压来完成选择或非选择。适宜的板非限制性地包括诸如玻璃和聚合物薄膜之类的透明材料。电极显示系统和反电极可由诸如二氧化锡或二氧化锡铟之类的材料构成。可借助本领域已知方法将其施用于适当位置并将其蚀刻为所需图案。

至于嵌镶滤色镜的排布，一般说来，红色（R）、绿色（G）和蓝色（B）的滤色元件交错地排布。然而，也可以在它们之间插入黑色滤色元件X，即形成R-X-G-X-B-X-R-X……。至于弯曲的向列液晶层，一般说来，可以采用具备阳极介电各向异性的液晶。但是，也可以采用具备阴极介电各向异性的液晶，此时，在电场 存在下，液晶层26的结构被扭曲，而在无电场存在的情况下，它则呈各向同性。

在无电场存在条件下，若选用其结构呈90°弯曲的液晶时，通常要设置一对线偏振镜以便使它们的偏振轴相互平行。此外，也可以选择垂直排布。这样，显示板的光切换特性是反向的。在生产本发明滤色元件的过程中，可以借助施用于第一个板并在其上成象和显影的摄影元件。该摄影元件大多含有具备释放表面的基底、位于释放表面的着色光敏层和位于光敏层上的粘合层。还可以视具体情况而定采用含有消晕作用材料粘合促进剂或释放剂的附加层。

在优选实施方案中，基底由其形状、尺寸与化学性质既使在必须经受的加热、涂敷或其它处理条件下均呈稳定状态的基底材料组成，以聚对苯二甲酸乙二醇酯为佳。通常情况下，其厚度为大约2-5密耳，以大约2-3密耳为佳。适宜的膜包括Hoechst    Celanese公司出品的Hostaphan    3000、杜邦公司出品的Mylar    D和ICI公司出品的Melinex    grades    0、052、516和S。

基底必须具备释放表面，也就是说，它能够持有可释放的光敏层。达到这一要求可以通过能够自身释放的基体表面、借助适宜的处理过程使其具备释放特性或借助基体表面上的释放层来实现。这种释放层包括聚乙烯醇。

粘结于释放表面的是可释放的光敏层。该光敏层包含光敏剂、着色剂、粘合树脂以及诸如增塑剂、酸性稳定剂、表面活性剂、抗静电组分、紫外线吸收剂和残余涂层溶剂之类其它可视具体情况而存在的组分。

在一实施方案中，光敏剂以光敏性、负性聚合物重氮盐为佳。最 好是选用3-甲氧基-4-重氮基-二苯胺硫酸盐以及4，4′-二甲氧基甲基-二苯醚的缩聚产物，在U.S.3849392中以均三甲苯磺酸酯（盐）的沉淀物的形式存在。U.S.4436804介绍了其它适宜的光敏剂，所选用的重氮化合物以可溶于有机溶剂为佳。

在另一实施方案中，光敏剂以光敏性萘醌二叠氮化物为佳。最好是U.S.4，407926介绍的双-（3-苯甲酰基-4，5，6-三羟基苯基）甲烷与2-重氮基-1-萘酚-5-磺酸的酯。其它适宜的光敏剂如U.S.4266001、3106365、3148983和3201239所述。所选用的重氮化合物以可溶于有机溶剂为佳。

在另一实施方案中，光敏剂包括光致聚合单体或低聚物组分以及光引发剂。着色层中所含的光致聚合材料通常包括可进行加聚的、非气态（常压下沸点高于100℃）且含有至少两个端烯基的烯属不饱和化合物，它们可以通过游离基引发、链增长加聚形成高分子量聚合物。适宜的聚合材料非限制性地包括聚丁二醇二丙烯酸酯、四甘醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙基三甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙基三丙烯酸酯、聚乙二醇（200）二丙烯酸酯、二甘醇二甲基丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二环戊烯基丙烯酸酯、二环戊烯基异丁烯酸酯、1，4-丁二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二异丁烯酸酯、二季戊四醇-羟基五丙烯酸酯、乙氧基化双酚二甲基丙烯酸酯和三丙二醇二丙烯酸酯。

能够释放出游离基的光引发剂包括任何经光化辐射受激从而释放出游离基的化合物。较好的光引发剂包括美国专利2367661和2367670所述的α-羰合物类，美国专利2367660所述 的对甲氧基苯基喹喔啉、9-苯基吖啶、连位聚Retaldonyl化合物，美国专利2448828所述的偶姻醚，美国专利3549367所述的三芳基咪唑基二聚体/对氨基苯基酮的组合体以及供本文参考之美国专利3640718和3617288所述可染料增感光解的有机卤素化合物，等等。

适宜的粘合树脂包括聚乙烯醇缩丁醛和苯乙烯马来酐共聚物半酯及其混合物。这类树脂分别包括均为孟山都公司产品的Butvar    B72、B76和B90以及Scripset    540和550。选择树脂的重要标准是其必须为良好的成膜体。

适合这一应用的粘合剂为其中单体含量可在比值范围大约70/30至95/5内变化的苯乙烯/马来酐聚合物、单体比值范围约为70/30至95/5的聚甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸共聚物、单体比值范围约为50/30/20至90/5/5的聚甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸乙酯/甲基丙烯酸共聚物、单体比值范围约为50/30/20至90/5/5的聚甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸共聚物。不具有酸价但却具有溶度特性的粘合剂能够在适用于本发明的碱性含水显象液中适度地显象。这类粘合剂体系的实例包括聚乙烯基吡咯烷酮聚合物K-60和K-90（G.A.F.）纤维素树脂如羟丙基纤维素、甲基纤维素和乙基羟乙基纤维素聚合物，等等。附加粘合剂包括诸如孟山都公司以Butvar品名生产的聚乙烯醇缩丁醛之类聚乙烯醇缩醛类和聚乙烯醇。

优选粘合剂树脂的通式为-A-B-C，式中组分A、B和C于该树脂链区中以规则的或无序的方式排布，A的含量大约占树脂重量5-20%并且包含下式所示基团

B的含量大约占所述树脂重量4-30%并包含下式所示基团

而C的含量占所述树脂重量大约50-91%并且包含由下式所示基团组成的缩醛基团

中R为低级烷基或氢，基团Ⅰ大约占组分C75-85%，基团Ⅱ大约占组分C3-5%，而基团Ⅲ大约占组分C10-22%，所述基团Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ以组分C中缩醛基团数目为基础。供本文参考的美国专利4670507对该组合物进行了更充分的描述。

典型情况下，光致聚合组合物中可包含颜料或染料以便赋予成象区域以色彩。

对于本发明来说，较好的着色剂为颜料和染料。它们被少量地分散于诸如聚甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸（85/15）和甲乙酮溶剂之类适宜的载体之中。

适用于本发明的着色剂的附加非限制性实例如下所示：联苯胺黄G（C.I.21090）、联苯胺黄Gr（C.I.21100）、永久黄DHG（Hoechst    AG出品）、亮洋红GB（C.I.15850）、若丹明6G色沉（C.I.45160）、若丹明B色沉（C.I.45170）、酞菁蓝非晶体（C.I.74160）、酞菁绿（C.I.74260）、炭黑、脂肪黄5G、脂肪黄3G、脂肪红G、脂肪红HRR、脂肪红5B、脂肪黑HB、硝化纤维清漆（Zapon）坚牢黑RE、硝化纤维清漆坚牢黑G、硝化纤维清漆坚牢蓝HFL、硝化纤维清漆坚牢红BB、硝化纤维清漆坚牢红GE、硝化纤维清漆坚牢黄G、喹吖啶酮红（C.I.46500）。

在实施本发明的过程中，粘合剂组分以足以粘合组合物各组分形成均匀混合物及被覆基底之均匀薄膜的用量存在于光敏层中为佳。其用量取值范围，以大约占层中固体20-90%（重）为佳，更好的是大约为30-70%，最好是约为35-65%。

在优选实施方案中，若光敏剂组分为重氮盐或二叠氮化合物，则在光敏层中其含量约为5-40%（重），更好的是约为10-35%（重）。

在实施本发明的过程中，若采用光引发剂化合物，其在光敏层中的用量以足以引发不饱和组分受到镜象能辐射后进行游离基聚合为 佳。以该层中固体重量为基准计，其用量取值范围约为1-30%，更好的是约为2-20%，最好是约为3-10%。

在实施本发明的过程中，着色剂组分的用量以足以对光敏层进行均匀着色为佳，以该层中的固体重量为基准计，其用量取值范围以约为5-50%为佳，以约为10-40%为更佳，以约为15-35%为最佳。

在实施本发明的过程中，不饱和组分以足以使被覆于基底上并受到镜象能辐射的可聚合组合物产生图象潜在反差的用量存在于光敏层为佳，其用量以该层中固体重量为基准计的取值范围以约为10-50%为佳，以约为20-40%为更佳，以约为25-35%为最佳。

可加在本发明光敏组合物层中的其它组分包括酸性稳定剂、曝光指示剂、增塑剂和光敏化剂。

适用于本发明的酸性稳定剂包括磷酸、柠檬酸、苯甲酸、间硝基苯甲酸、对（对-苯胺基苯偶氮基）苯磺酸、4，4′-二硝基-2，2′-茋二磺酸、衣康酸、酒石酸和对甲苯磺酸及其混合物。该酸性稳定剂以磷酸为佳。使用时，其在可辐射聚合的组合物中的用量以约为0.3-2.0%为佳，以约为7.5-1.5%为最佳，不过，本领域技术人员可根据需要或多或少地调整这一用量。适用于本发明的曝光指示剂（或光成象剂）包括4-苯偶氮基二苯胺、曙红、偶氮苯、Calcozine    Fuchine染料以及结晶紫和亚甲基蓝染料。曝光指示剂以4-苯偶氮基二苯胺为佳。该组合物中曝光指示剂的用量以大约0.001-0.0035%（重量）为佳。以大约0.002-0.030%为更佳，以大约0.005-0.20% 为最佳，不过，本领域技术人员可根据需要或多或少地调整这一用量。

本发明组合物中所含的光敏化剂应为含有胺的物质，它们可以与游离基光引发剂组合在一起发挥协合效应，以便延长其有效半衰期，其有效半衰期通常的近似取值范围约为10-9-10-15秒。适宜的光敏化剂包括2-（N-丁氧基）乙基-4-二甲氨基苯甲酸酯，2-（二甲氨基）苯甲酸酯和丙烯酸酯化的胺类。光敏化剂以乙基-4-二甲氨基苯甲酸酯为佳。本发明光敏组合物层中光敏化剂的用量以大约1.0-4.0%（重）为佳，不过，本领域技术人员可根据需要采用多于或少于该数值的用量。

本发明组合物中还可以包含增塑剂，以便防止涂层变脆并保持该组合物在必要时呈现柔韧性。

适宜的增塑剂包括苯二甲酸二丁酯、三芳基磷酸酯及其取代类似物，并且以苯二甲酸二辛酯为佳。本发明组合物中增塑剂的用量以大约0.5-1.25%（重）为佳，不过，本领域技术人员可根据需要采用多于或少于该数值的用量。

为了形成用于生产照像元件的涂料组合物，本发明组合物可被溶于溶剂或溶剂混合物中以便于该组合物被施用于基底之上。适用于这一目的溶剂包括水、四氢呋喃、丁内酯、诸如丙二醇单甲基醚和甲基溶纤剂之类的二醇醚、诸如乙醇和正丙醇之类的醇以及诸如甲乙酮之类的酮或它们的混合物。该溶剂以由四氢呋喃、丙二醇、单甲基醚和丁内酯组成的混合物为佳。一般说来，一旦涂料组合物被施用于适宜的基底之上，这种溶剂体系便会由该组合物中蒸发出来，但是，仍会残留有某些少量溶剂。

在优选实施方案中，光敏层具有重量约为0.1-5.0g/m2的涂层，其重量以大约0.5-2.0g/m2为最佳。

位于光敏层之上的粘合层以包含聚乙烯基乙酸酯或诸如UCAR VYNC之类含有乙酸乙烯酯的共聚物为佳，并且可视具体情况而定含有诸如紫外线吸收剂、抗静电组合物及增塑剂之类其它所需组分。适用的聚乙烯基乙酸酯包括Hoechst AG出品的Mowilith DM-6、20、DM-22、25、30及其混合物等等。它们通常被分散于水中，或被溶于甲基异丁基酮或乙酸正丁酯或用于光敏层上的涂层的其它溶剂组合物之中。随后将其干燥至涂层重量约为5-30g/m2，以大约10-20g/m2为更佳。该层中视具体情况而定可含有诸如G.A.F。出品的Uvinul D-50之类紫外线吸收剂。它还可以含有诸如剑桥工业公司出品的Resoflex R-296之类增塑剂。它还可以含有诸如来自G.A.F.的Gafac和Gafstat之类抗静电剂。它还可以含有诸如由Hercules出品的硝基纤维素RS1/2之类其它树脂。在贮存或光敏元件显影期间，粘合层不应粘手。该层的软化点取值范围约为60-180℃，以60-120℃为佳，以60-100℃为更佳。在优选实施方案中，粘合层中聚乙烯基乙酸酯的用量大于50%（重量）左右。增塑剂的用量高达约30%（重），紫外线吸收剂的用量多达20%（重）左右，而其它树脂则多达50%（重）左右。

典型的粘合剂组合物非限制性地包括：

Ⅰ.水/50.00，Mowilith    DM-22/50.00

Ⅱ.乙酸正丁酯/78.00，Resoflex    R-296/1.00，Mowillth    25/21.00

Ⅲ.乙酸正丁酯/68、70，Uvinul    D-50/1.30，Nowilith    20/30.00

在操作过程中，该光敏层元件经过位于其上的粘合层被层压于第一个板的一侧上。

通过使第一个板的一侧与着色复合材料的粘合侧面接触，然后用一对压力适度的加热层压辊夹持这两种材料便可完成上述层压过程。适宜的层压温度取值范围通常约为60-90℃，以大约75-85℃为佳。层压完毕，通常仅仅借助人手施加剥离力剥掉基底。此时，粘合层及光敏层仍保留在第一个板上。

可借助本领域公知的装置于层压前或层压完成后使光敏层成象曝光。这一曝光过程可通过于真空条件下通过光掩蔽（photomask）用紫外线光源进行辐射来完成。

可以借助通过传统分离平面的光化光线完成曝光过程。对于乳液与乳液间的接触来说，以于层压及剥离完毕后进行曝光为佳。汞汽灯优于金属卤化物灯。可以采用滤器以便减少散射于这类材料之中的光。

层压完毕，剥离基底并进行曝光，通过将非曝区域溶于适宜的显象剂之中并进行干燥来使光敏层显象。在该显象过程中，未除去粘合层。适宜的显象剂非限制性地包括：

Ⅰ.水/95.0，癸基硫酸钠/3.0，磷酸氢二钠/1.5，偏硅酸钠/0.5

Ⅱ.水/89.264，磷酸二氢钠/0.269，磷酸三钠/2.230，十四烷基硫酸钠/8.237。

可以采用任何能够令人满意地脱除曝光后光敏层中非成象区域而 同时又能够保留成象部分的显象剂溶液，如何选择显象剂属于本领域技术人员公知内容。

然后，重复该方法从而在先前形成图象的同一个板上层压上另一个具有不同色彩的光敏元件。一般情况下，是采用四个着色层形成光点图象，这些光点在发光时以及借助电极对其进行适度选择后便能够全色彩地再现所需图象。这些着色层呈红、绿、蓝和黑色。