СПОСОБ СОЗДАНИЯ МАТРИЧНОЙ ТРИАДЫ СВЕТОФИЛЬТРОВ ДЛЯ АКТИВНО-МАТРИЧНЫХ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЭКРАНОВ
METHOD OF FORMING MATRIX TRIADS OF LIGHT FILTERS FOR ACTIVE-MATRIX LIQUID CRYSTAL SCREENS

Изобретение относится к способу создания матричной триады светофильтров (красный, синий, зеленый), которые используются в активно-матричных жидкокристаллических экранах, а также в радио- и телевизионной технике.
Наличие чистого тона фильтра обеспечивается тем, что краситель при формировании каждого последующего окрашенного элемента не должен диффундировать в соседние уже сформированные участки слоя в процессе создания заданного микрорельефа. В этом случае очень важно так подобрать компоненты композиции (полимер, краситель фоточувствительный компонент, структурирующий агент или защитное покрытие), чтобы композиция обеспечивала создание высоко разрешенного микрорельефа с заданными спектральными характеристиками. При кажущейся простоте их формирования сама операция является достаточно сложной в технологическом исполнении.
Известен способ создания матричной триады светофильтров на прозрачных подложках с помощью полимерных светочувствительных композиций с последующим окрашиванием сформированного рельефа. В качестве полимерной основы светочувствительных композиций используют желатин, акрилатные полимеры, сополимеры акрилата с соединениями, содержащими оксиэтиленовый скелет [W.S.O'Mara // Solid State Technology. 1991. V.34. №12. P.65-70; Kim К.Т., Kim J-R., Kim J-Y. Pat. Repub. Korea. 9, 507, 419. Appl. 9, 217, 663. 1995; Kim К.Т., Kim J-R., Kim J-Y. Pat. Republ. Korea. 9, 604, 193. Appl. 9, 225, 560, 1995; Kim J-M., Kim J-Y., Kim T-H., et al // Chem. Lett. 2000. №4. P.360-361]. Светочувствительным компонентом в таких композициях является бихромат калия, который при УФ-облучении нанесенного слоя через маску структурирует желатин в местах облучения, и после обработки облученного таким образом слоя проявителем, например водой, на подложке формируется неокрашенный микрорельеф в виде полос, который затем подвергается окрашиванию соответствующим красителем путем сорбирования красителя из раствора красителя в органическом растворителе.
Основным недостатком известного способа является то, что создание матричной триады включает предварительное формирование микрорельефа из неокрашенного материала. После получения первого окрашенного слоя при последующем окрашивании уже окрашенный слой должен быть защищен промежуточным слоем (желатином, акрилатным полимером) во избежание диффузии в него красителя. Кроме этого недостатка сорбирование красителя при таком окрашивании происходит в основном с поверхности, а не на всю глубину слоя, что значительно ухудшает спектральные характеристики фильтра.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ создания матричной триады светофильтров на прозрачных подложках, включающий нанесение каждого окрашенного полимерного слоя на субстрат, экспонирование пленки через маску УФ-светом, проявление органическим или неорганическим проявителем [GB №2081462, 1982]. Этот способ основан на применении материала, который включает пленкообразующую матрицу, краситель или пигмент, фоточувствительный компонент и отвердитель. В качестве гидрофильного пленкообразователя также используют желатин, фоточувствительного отвердителя - бихромат калия. Наряду с желатином используют олеофильный циклокаучук, который под действием УФ-излучения структурируется органическими диазидами с образованием в местах экспонирования после проявления окрашенного микрорельефа. Однако, как в предыдущем способе, во избежание проникновения последующего красителя в уже окрашенный слой сформированный микрорельеф требуется защитить одним из возможных бесцветных защитных покрытий, например тем же желатином или каучуком, и после формирования второго окрашенного рельефа этот защитный слой необходимо удалять. Подобная операция значительно усложняет технологический процесс. Другим недостатком является низкая термостойкость сформированного окрашенного рельефа, что не позволяет осуществлять критичное по температурным параметрам напыление металлов при создании многослойных микроструктур.
Технической задачей и положительным результатом заявляемого способа является уход от использования защитных промежуточных слоев при нанесении каждого последующего окрашенного слоя, что значительно сокращает число технологических операций при создании матричной триады светофильтров, улучшает физико-технические и колористические параметры фильтра, повышает качество каждого фильтра и триады в целом.
Сущностью способа создания матричной триады светофильтров для активно-матричных жидкокристаллических экранов является использование трех окрашенных светочувствительных композиций, включающих краситель определенной цветовой гаммы и бис-диазонафталиноновое производное или продукт поликонденсации дихлорида изофталевой кислоты с 3,3'-дигидрокси-4,4'-диаминодифенилметаном и бис-диазонафталиноновым производным, причем каждый сформированный окрашенный микрорельеф перед нанесением последующего окрашенного слоя подвергают термической обработке, при 200-220°С в течение 15-20 мин.
Формирование каждого окрашенного микрорельефа включает нанесение окрашенного полимерного слоя на субстрат, экспонирование пленки через маску УФ-светом, проявление органическим или неорганическим проявителем и термическую обработку. Основными отличительными признаками заявляемого изобретения является то, что в светочувствительную композицию дополнительно вводят фотогенератор кислоты, в качестве которого используют гексафторфосфат дифенил-иодония или гексафторфосфат трифенилсульфония или их смесь, количество которого в светочувствительной композиции составляет 5 вес.ч.
Положительный эффект достигается тем, что фотогенераторы генерируют при облучении сильную кислоту, способствующую протеканию полигетероциклизации поли(о-гидроксиамида до поли(бензоксазола) при более низкой температуре. В отличие от поли(о-гидроксиамида), поли(бензоксазол) не растворяется в амидном растворителе, в котором проводится реакция поликонденсации.
В пленке достигается такое содержание поли(бензоксазола), что сформированный микрорельеф теряет растворимость в органическом растворителе, который содержится в последующей окрашенной композиции. Это исключает использование защитных промежуточных слоев при нанесении каждого последующего слоя и значительно сокращает число технологических операций при создании матричной триады светофильтров.
Использование термостойких светочувствительных композиций, способных к формированию полигетероариленовых матричных слоев, включающих красители, в присутствии каталитических количеств соединений, фотогенерирующих кислоту, позволяет создать практически не растворимые в органических растворителях пленки полигетероарилена - (поли)бензоксазола, из которых не происходит диффузия красителя. При этом обеспечивается создание высококонтрастного прозрачного изображения и чистота тона.
Пример 1. К 100 мас.ч. реакционного раствора продукта поликонденсации дихлорида изофталевой кислоты с 3,3'-дигидрокси-4,4'-диамино-дифенилметаном и бис-(3-аминопропил)диметил-силоксаном в амидном растворителе, содержащего 23.9 мас.ч. кремнийсодержащего поли(о-гидроксиамида), добавляют 4.78 мас.ч. β,β-бис-нафтохинон-диазидо-(1,2)-5-сульфоэфир-(4-гидрокси-фенил)пропана, 5 мас.ч. гексафторфосфата дифенил-иодония и 6.5 мас.ч. красителя Кислотного ярко-красного С. Смесь перемешивают при комнатной температуре в отсутствие света 1 ч до полного растворения компонентов. По окончании перемешивания полученный раствор фильтруют через фильтр (Millipor).
Аналогичным образом готовят полимерную светочувствительную композицию синего цвета, содержащую синий краситель - Кислотный темно-голубой З, и зеленого цвета, содержащую смесь красителей Кислотного темно-голубого З и Кислотного желтого метанилового, взятых в массовом соотношении 2:1.
Для получения на субстрате триады светофильтров первоначально на него методом центрифугирования наносят композицию красного цвета. Полученную пленку сушат при 90-95°С 15-20 мин, экспонируют с использованием ртутной лампы ДРШ-250 через маску, скрытое изображение проявляют смесью 0.3%-ного раствора едкого кали и изопропилового спирта, взятых в объемном соотношении 10: 1, и пленку с полученным микрорельефом подвергают термозадубливанию при 215°С 25 мин. Затем на пластину, на которой уже сформирован окрашенный в красный цвет микрорельеф, наносят композицию синего цвета, повторяют все литографические операции аналогично получению красного окрашенного микрорельефа. Полученный синий рельеф и имеющийся на пластине красный рельеф подвергают термозадубливанию при 215°С 25 мин. Далее на субстрат с полученным красным и синим микрорельефом наносят зеленую термостойкую светочувствительную композицию. Используя последовательность литографических операций, применяемую при формировании красного и синего микрорельефа, и в качестве проявителя смесь 0.3%-ного раствора едкого кали и насыщенного раствора хлористого калия, взятых в объемном соотношении 3:1, получают зеленый микрорельеф, и пластину с имеющимися рельефными изображениями подвергают термозадубливанию при 205°С 15 мин. Получается триада светофильтров, типичные спектральные характеристики которой приведены в таблице.
Пример 2. Все окрашенные композиции готовили аналогично примеру 1, но вместо гексафторфосфата дифенил-иодония использовали 5 мас.ч. гексафторфосфата триарилсульфония. При формировании триады светофильтров все литографические операции и процесс термозадубливания проводили аналогично примеру 1. Полученная триада светофильтров имела типичные спектральные характеристики с высокой чистотой каждого тона.
Пример 3. Все окрашенные композиции готовили аналогично примеру 1, но в качестве катализатора гетероциклизации использовали смесь гексафторфосфата дифенил-иодония и гексафторфосфата триарилсульфония, взятых в массовом соотношении 1:1. При формировании триады светофильтров все литографические операции и процесс термозадубливания проводили аналогично примеру 1. Полученная триада светофильтров имела типичные спектральные характеристики с высокой чистотой каждого тона.
Пример 4. Красную и синюю композиции готовили аналогично примеру 1. При приготовлении зеленой композиции использовали смесь Кислотного темно-голубого З и Тиразоля желтого, взятых в массовом соотношении 2:1. Все параметры литографического процесса и условия термозадубливания сформированных микрорельефов аналогичны примеру 1. Полученная триада светофильтров имела типичные спектральные характеристики с высокой чистотой каждого тона.
Пример 5. Все окрашенные композиции готовили аналогично примеру 1, но количество введенного катализатора гетероциклизации составило 1.5 мас.ч. При формировании триады светофильтров все литографические операции и процесс термозадубливания проводили аналогично примеру 1. При выбранной температуре и времени термозадубливания не удалось полностью отвердить полимерный слой, и наблюдалась диффузия красителя в предыдущий сформированный слой, что ухудшало чистоту тона и не соответствовало задаваемым спектральным характеристикам светофильтра.
Пример 6. Все окрашенные композиции готовили аналогично примеру 1, но количество введенного катализатора гетероциклизации составило 6 мас.ч. При формировании триады светофильтров все литографические операции и процесс термозадубливания проводили аналогично примеру 1. При выбранной температуре и времени термозадубливания наблюдалось нарушение целостности слоя в микрорельефе, вызываемое разрушением не разложившихся при экспонировании иодониевых и арилсульфониевых гексафторфосфатов.
Пример 7. Окрашенные светочувствительные композиции готовили аналогично примеру 1, была сохранена последовательность литографических операций при формировании каждого окрашенного микрорельефа. Термозадубливание красного микрорельефа проводилось при 195°С в течение 15 мин. При нанесении следующей синей композиции наблюдалась частичная диффузия синего красителя в красный слой, что значительно ухудшало качество и спектральные характеристики фильтра.
Пример 8. Окрашенные светочувствительные композиции готовили аналогично примеру 1, была сохранена последовательность литографических операций при формировании каждого окрашенного микрорельефа. Термозадубливание красного микрорельефа проводилось при 215°С 25 мин, термозадубливание синего микрорельефа - при 220°С 5 мин. При нанесении зеленой композиции наблюдалось ухудшение чистоты как синего, так и зеленого светофильтров за счет взаимного проникновения красителей в соприкасающиеся слои.
Пример 9. Окрашенные светочувствительные композиции готовили аналогично примеру 1, была сохранена последовательность литографических операций при формировании каждого окрашенного микрорельефа. Температура термозадубливания слоев была повышена до 230°С при сохранении времени термозадубливания. Наблюдалось частичное разрушение красителя в красном и зеленом слоях, что ухудшало качество фильтра.
Пример 10. Окрашенные светочувствительные композиции готовили аналогично примеру 1, была сохранена последовательность литографических операций при формировании каждого окрашенного микрорельефа. Температура термозадубливания микрорельефа в каждом сформированном слое не превышала 220°С, время было увеличено до 40 мин. Наблюдалась неравномерная усадка по толщине слоя с частичным изменением чистоты тона.
Как видно из примеров, за указанными пределами количества введенного фотогенератора кислоты, температуры и времени термозадубливания каждого сформированного микрорельефа качество сформированного окрашенного микрорельефа (триады светофильтров) по своим физико-химическим параметрам существенно уступало качеству фильтровой триады, сформированной в описанных в заявке условиях, что свидетельствует о правильности и точности выбора условий создания матричной фильтровой триады. Это заключение подтверждается таблицей, в которой приведены полученные спектральные характеристики светофильтров.
Таблица
Спектральные характеристики триады светофильтров
Цвет фильтра
Длина волны, нм
Пропускание, %
Красный
440+20
20
550+20
20
620+20
70
Синий
470+20
70
540+20
20
600+20
20
Зеленый
440+20
20
550+20
70
650+20
20
Таким образом, предлагаемый способ создания матричной триады светофильтров для активно-матричных жидкокристаллических экранов надежно обеспечивает формирование высокоразрешенного окрашенного микрорельефа и полосовых фильтров на стеклянных подложках и может быть использован для формирования активно-матричных жидкокристаллических экранов, давая узкополосные контрастные линии.