Способ изготовления многоцветного оптического фильтра для жидкокристаллического устройства

 

Использование: оптоэлектроника. Сущность изобретения: способ включает нанесение на прозрачную подложку со сформированными прозрачными элекродами слоя негативного фоторизиста на основе казеина следущего состава, мас.%: казеин 8,0 - 15,0; едкое кали 0,5 - 1,0; бихромат аммония 0,16 - 2,0; вода 82,0 - 90,0: термообработку, экспонирование, проявление изображения в воде, окрашивание его в водном растворе красителя, задубливание, нанесение защитного слоя оптически прозрачного полимерного материала. Затем эти операции повторяются для получения каждого из цветов фильтра. 3 ил.

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано при изготовлении устройств отображения информации на жидких кристаллах с цветным изображением, например, телевизоров, электронных табло и т.д.

Известен способ изготовления многоцветного оптического фильтра для жидкокристаллического устройства (ЖКУ), включающий нанесение цветных фильтров на внешнюю сторону прозрачной подложки жидкокристаллической ячейки методом трафаретной печати [1]. Недостатками этого способа является то, что элементы цветных фильтров не обладают высокой равномерностью по толщине, что снижает чистоту цветопередачи, имеют низкую разрешающую способность (2 лин/мм), подвержены воздействию внешних факторов (влажностью воздуха, механические повреждения), поскольку они расположены на внешней поверхности ЖКУ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ изготовления многоцветного оптического фильтра для ЖКУ, включающий нанесение на внутреннюю поверхность стеклянной подложки со сформированными прозрачными электродами слоя негативного фоторезиста, термообработку, экспонирование, проявление изображения в воде, удаление остатков фоторезиста в воде, последовательное окрашивание структуры фильтра в водном растворе соответствующего красителя с использованием защитной маски из позитивного фоторезиста и задубливание, нанесение защитного слоя оптически прозрачного полимерного материала, который одновременно является и ориентирующим [2]. Недостатками известного способа являются: низкая цветоконтрастность из-за недостаточной селективности негативного фоторезиста по отношению к позитивному, что приводит к его растворению при многократном удалении маски; высокая дефектность поверхности фильтра, изготовлен- ного из негативного фоторезиста, которая проявляется в виде темных точек, разводов. Плотность дефектов составляет от 0,5 до 2,0 деф/см², что недопустимо для цветных фильтров; низкая разрешающая способность (3-4 лин/мм).

В настоящем способе изготовления многоцветного оптического фильтра для ЖКУ, включающем нанесение на прозрачную подложку со сформированными прозрачными электродами слоя негативного фоторезиста, термообработку, эксонирование, проявление изображения в воде, окрашивание его в водном растворе красителя, задубливание, и нанесение на полученную структуру защитного слоя оптически прозрачного полимера, осуществляют повторение перечисленных операций для получения каждого из цветов фильтра, а в качестве фоторезиста используют негативный фоторезист на основе казеина следующего состава, мас. доли: Казеин 8,0-15,0 Едкое кали 0,5-1,0 Бихромат аммония 0,16-2,0 Вода 82,0-90,0 Казеин, как исходный продукт для негативного фоторезиста, имеет однородный и постоянный состав, регламентируемый техническими условиями. Фоторезист на основе казеина имеет высокие смачивающие свойства, равномерно распределяется по поверхности подложки, что способствует формированию однородной пленки, имеет довольно длительное время сохранения светочувствительных свойств - до 10 дней.

Предлагаемый способ изготовления фильтров для ЖКУ позволяет повысить цветоконтрастность, поскольку светофильтр каждого из независимых цветов (например, зеленый, красный, желтый) сформирован в своем слое фоторезиста на основе казеина и отделен от другого слоя светофильтра защитным слоем оптически прозрачного полимера.

Использование фоторезиста на основе казеина позволяет по сравнению с известным способом повысить разрешающую способность (20 лин/мм), снизить количество дефектов на поверхности фильтра с 0,5 деф/см² до 0,01 деф/см², обеспечивая высокий процент выхода годных изделий.

При изготовлении цветных матричных ЖК экранов с высокой информационной емкостью, например 625 х 625 элементов, при размере одного элемента 5 х 8 мкм, по данному способу процент выхода годных изделий практически составляет 100%.

На фиг. 1 изображена подложки со сформированными элементами фильтра, окрашенными в один цвет; на фиг.2 - то же, окрашенными в два цвета; на фиг. 3 - то же, окрашенными в три цвета.

Подложка имеет прозрачную подложку 1; прозрачные электроды 2; элементы фильтра 3, окрашенные в один цвет; защитные слои 4; элементы фильтра 5, окрашенные во второй цвет; элементы фильтра 6, окрашенные в третий цвет.

Предлагаемый способ заключается в следующем. На внутреннюю поверхность прозрачных подложек, например стеклянных, наносят методом вакуумного напыления прозрачный слой на основе оксидов индия и олова, методом фотолитографии получают требуемую конфигурацию электродов. Затем на поверхность электродов наносят слой негативного фоторезиста на основе казеина. Слой фоторезиста сушат и экспонируют УФ-излучением через фотошаблон соответствующей топологии. Фоторезист, используемый в данном способе, является водорастворимым, поэтому проявление конфигурации элементов фильтра и удаление необлученных участков осуществляют в воде при комнатной температуре. Окрашивание элементов формируемого фильтра в разные цвета, например красный, зеленый, желтый, проводят в данном растворе соответствующего красителя при комнатной температуре. После формирования элементов одного цвета наносят защитный слой из оптически прозрачного полимерного материала, после чего путем указанной последовательности операций формируют элементы фильтра другого цвета. Защитный слой для последних элементов фильтра может быть одновременно ориентирующим для жидкого кристалла и может быть выполнен на основе таких материалов как полиимид, полистирол и т.д.

П р и м е р. В соответствии с предлагаемым способом был изготовлен трехцветный матричный экран с информационной емкостью 96 х 32 элемента, предназначенный для отображения алфавитно-знаковой и графической информации в составе персональных ЭВМ и радиоизмерительной аппаратуры. Шаг элементов отображения 50 мкм, изображение в красном, зеленом, желтом цветах. На стеклянную подложку методом вакуумного напыления наносят прозрачный слой на основе оксидов индия и олова толщиной 0,1 мкм, методом фотолитографии получают конфигурацию электродов, ширина линий 40 мкм, минимальное расстояние 5 мкм. На поверхность электродов центрифугированием наносят слой фоторезиста толщиной 0,5 мкм, содержащего 11,65 г казеина, 0,52 г едкого кали, 0,23 г бихромата аммония, 87,6 г воды. Нанесенный слой сушат в течение 20 мин при комнатной температуре и 30 мин при температуре 52 5^оС. Затем этот слой фоторезиста экспонируют через фотошаблон УФ-излучением в течение 1 мин. Проявление изображения элементов фильтра и удаление необлученных участков фоторезиста проводят в воде при комнатной температуре в течение 30 с. Затем окрашивают элементы фильтра в водном растворе красителя в течение 1,0-1,5 мин при комнатной температуре, состав красящей ванны, например, зеленого цвета: 1 г красителя, 1 мл уксусной кислоты и 100 мл воды. После чего промывают водой, задубливают при температуре 150 5^оС в течение 30 мин и получают элементы фильтра зеленого цвета. Поверх сформированных элементов фильтра наносят защитный слой оптически прозрачного полимерного материала - полиимида - толщиной 0,1 мкм. Затем формируют указанной последовательностью операций элементы фильтра красного и желтого цветов. Защитный слой для элементов фильтра, формируемых последними, изготавливают таким образом, чтобы он одновременно выполнял роль ориентирующего слоя для жидкого кристалла. Толщина этого слоя 0,1 мкм.

Визуальный анализ изготовленного предлагаемым способом многоцветного фильтра подтверждает отсутствие на его поверхности дефектов: точек, полос и т. д. Такой фильтр является пригодным для использования в изготавливаемом цветном матричном экране с высокой информационной емкостью. Анализ, выполненный с помощью микроскопа при увеличении х350, выявил равномерно текстурированную структуру пленки с неоднородностями в виде бугорков размером несколько микрон, которые не видимы невооруженным глазом. Пленка фильтра имеет высокую адгезию как к поверхности подложки, так и к поверхности электродов, имеет интенсивную и равномерную окраску. Края элементов фильтра ровные и четкие.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известными обеспечивает высокое качество многоцветного оптического фильтра ЖКУ и является более технологичным при массовом серийном производ- стве.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОЦВЕТНОГО ОПТИЧЕСКОГО ФИЛЬТРА ДЛЯ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА, включающий нанесение на прозрачную подложку со сформированными прозрачными электродами слоя негативного фоторезиста, термообработку, экспонирование, проявление изображения в воде, окрашивание в водном растворе красителя, задубливание, отличающийся тем, что на полученную структуру наносят защитный слой оптически прозрачного полимера, осуществляют повторение перечисленных операций для получения каждого из цветов фильтра, а в качестве негативного фоторезиста используют фоторезист на основе казеина следующего состава, мас. доли: Казеин - 8,0 - 15,0 Едкое кали - 0,5 - 1,0 Бихромат аммония - 0,16 - 2,0 Вода - 82,0 - 90,0

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3