黑矩陣基板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及能夠用于濾色器的黑矩陣基板，該濾色器使用于液晶顯示裝置、發(fā)光 器件。
【背景技術(shù)】
[0002] 液晶顯示裝置采用在2張基板間夾著液晶層的結(jié)構(gòu)，利用液晶層的電光響應(yīng)來(lái)表 現(xiàn)明暗，也可以通過(guò)使用濾色器基板進(jìn)行彩色顯示。
[0003] 以往，形成于濾色器基板、成為遮光層的黑矩陣，以鉻系材料形成的金屬薄膜為主 流，但是為了降低成本、環(huán)境污染，開(kāi)發(fā)了含有樹(shù)脂和遮光材料的樹(shù)脂黑矩陣。具備具有含 有炭黑等遮光材料的樹(shù)脂黑矩陣的濾色器基板的液晶顯示裝置，在屋內(nèi)的可見(jiàn)性?xún)?yōu)異，但 是將其在屋外使用的情況下，黑矩陣由來(lái)的、起因于外光反射的可見(jiàn)性的惡化就成為了問(wèn) 題。
[0004] 從這樣的背景出發(fā)，為了實(shí)現(xiàn)光密度（以下有時(shí)稱(chēng)為"0D值"。）高，且從透明基板 側(cè)看時(shí)反射率低的樹(shù)脂黑矩陣，進(jìn)行了各種研究。例如，提出了下述方法：使用由絕緣性物 質(zhì)被覆表面的黑色色劑微粒的方法（專(zhuān)利文獻(xiàn)1)，向氮氧化鈦中添加炭黑的方法（專(zhuān)利文 獻(xiàn)2)，使用鈦氮化物和鈦碳化物的混合物的方法（專(zhuān)利文獻(xiàn)3)，制作著色浮雕層和黑色浮 雕層的2層結(jié)構(gòu)的方法（專(zhuān)利文獻(xiàn)4)以及制作包含形狀各向異性金屬微粒的光吸收層和 反射光吸收層的2層結(jié)構(gòu)的方法（專(zhuān)利文獻(xiàn)5)。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0007] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1 :日本特開(kāi)2001-183511號(hào)公報(bào)
[0008] 專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)2006-209102號(hào)公報(bào)
[0009] 專(zhuān)利文獻(xiàn)3 :日本特開(kāi)2010-95716號(hào)公報(bào)
[0010] 專(zhuān)利文獻(xiàn)4 :日本特開(kāi)平8-146410號(hào)公報(bào)
[0011] 專(zhuān)利文獻(xiàn)5 :日本特開(kāi)2006-251237號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 發(fā)明所要解決的課題
[0013] 然而，由于高遮光性的材料原理上反射率高，所以，對(duì)于樹(shù)脂黑矩陣，達(dá)到充分的 光密度和低反射率這兩方面是非常困難的。而且，關(guān)于將樹(shù)脂黑矩陣做成2層結(jié)構(gòu)的方法， 也存在難于經(jīng)過(guò)可見(jiàn)光的全部區(qū)域而實(shí)現(xiàn)低反射率的問(wèn)題，而且因?yàn)槭褂媒饘傥⒘６優(yōu)?尚傳導(dǎo)性，可能會(huì)廣生由電場(chǎng)異常引起的顯不不良。
[0014] 所以，本發(fā)明目的在于，提供一種雖然具有充分的光密度，但反射率低，且具有高 電阻值，可靠性高的形成有樹(shù)脂黑矩陣的黑矩陣基板。
[0015] 用于解決課題的方法
[0016] 本發(fā)明提供以下的黑矩陣基板等。
[0017](1) -種黑矩陣基板，依次具有透明基板、遮光層㈧和遮光層（B)，遮光層（A)的 每單位厚度的光密度比遮光層（B)的每單位厚度的光密度低，遮光層（A)含有遮光材料和 折射率1. 4~1. 8的微粒。
[0018] 作為上述發(fā)明的優(yōu)選形態(tài)，本發(fā)明提供以下的黑矩陣基板。
[0019] ⑵根據(jù)上述的黑矩陣基板，折射率1. 4~1. 8的微粒是選自氧化錯(cuò)、氧化娃、硫酸 鋇、硫酸鈣、碳酸鋇、碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鍶以及偏硅酸鈉中的1種以上的微粒。
[0020] (3)根據(jù)上述任一項(xiàng)的黑矩陣基板，折射率1. 4~1. 8的微粒的通過(guò)依照J(rèn)IS P8148 (2001)的方法測(cè)定得到的白度為30 %以上。
[0021] (4)根據(jù)上述任一項(xiàng)的黑矩陣基板，透明基板由聚酰亞胺樹(shù)脂形成。
[0022] 另外，本發(fā)明提供使用了上述黑矩陣基板的以下的物質(zhì)。
[0023] (5) -種濾色器基板，上述任一項(xiàng)的黑矩陣基板的遮光層（A)和遮光層（B)具有圖 案形狀，在不存在圖案的部分存在著色了的像素。
[0024] (6)-種發(fā)光器件，具有上述濾色器基板和發(fā)光元件。
[0025] (7)根據(jù)上述的發(fā)光器件，發(fā)光元件為有機(jī)EL元件。
[0026] (8) -種液晶顯示裝置，具有上述濾色器基板、液晶化合物和對(duì)置基板。
[0027] 另外，本發(fā)明提供用于制造上述黑矩陣基板和濾色器的如下的優(yōu)選方法。
[0028](9)-種黑矩陣基板的制造方法，具有下述工序：
[0029] 在透明基板的上方形成含有遮光材料和樹(shù)脂的組合物的層的工序；
[0030] 在該組合物的層的上方形成含有遮光材料的感光性樹(shù)脂組合物的層的工序；
[0031] 進(jìn)行圖案曝光，通過(guò)顯影液或者溶劑對(duì)上述2種層進(jìn)行圖案加工的工序。
[0032] (10) -種濾色器的制造方法，具有通過(guò)上述方法制造了黑矩陣基板后，在不存在 圖案的地方設(shè)置像素的工序。
[0033] 發(fā)明的效果
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的黑矩陣基板，不僅遮光層能夠?qū)崿F(xiàn)不讓背光源的光通過(guò)的充分的遮 光性，得到高襯度、鮮明的圖像，而且得到由于反射率低即使在外光下可見(jiàn)性也非常優(yōu)異、 且電可靠性高的液晶顯示裝置成為可能。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1是表示本發(fā)明的黑矩陣基板的幾種實(shí)施方式的截面示意圖。
[0036] 圖2是表示本發(fā)明的黑矩陣基板的一種實(shí)施方式的截面示意圖。
[0037] 圖3是表示本發(fā)明的發(fā)光器件的一種實(shí)施方式的截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 本發(fā)明的黑矩陣基板的特征在于，依次具有形成于透明基板上的遮光層（A)和遮 光層（B)，遮光層（A)的每單位厚度的光密度比遮光層（B)的每單位厚度的光密度低，遮光 層（A)含有遮光材料和折射率1. 4~1. 8的微粒。
[0039] 已知，通常，樹(shù)脂黑矩陣（以下稱(chēng)為"樹(shù)脂BM"。）每單位厚度的光密度（用光密度 除以厚度的值。以下稱(chēng)為"0D/T"。）越大，反射率越高。這是由于下述的理由。
[0040] 一般地，相對(duì)的2種無(wú)色透明的物質(zhì)相接的情況下，入射到其界面的光的反射率R 可以如下述數(shù)學(xué)式（1)這樣用折射率差來(lái)表示。
[0041]反身才率R= (nfnjVO^+n；；)2 (1)
[0042] (在這里，叫、n2分別表示任意的無(wú)色透明的物質(zhì)npn2的折射率）
[0043] 另一方面，金屬等非無(wú)色透明的物質(zhì)的情況下，折射率有必要以復(fù)折射率來(lái)表示，
[0044] 使用復(fù)折射率N=n-ik(n表示物質(zhì)n的折射率的實(shí)數(shù)部，k表示消光系數(shù)）。 無(wú)色透明的物質(zhì)m和非無(wú)色透明的物質(zhì)n相接的情況下，從物質(zhì)m側(cè)垂直入射到其界面的 光的反射率R可以如下述數(shù)學(xué)式（2)這樣表示。
[0045] 反射'率R= {(m_n)2+k2}/{ (m+n)2+k2} ⑵
[0046] (在這里，m表示無(wú)色透明的物質(zhì)m的折射率，n表示物質(zhì)n的折射率的實(shí)數(shù)部，k 表示物質(zhì)n的消光系數(shù)）
[0047] 根據(jù)此數(shù)學(xué)式（2)可知，消光系數(shù)k越大，反射率就越大。另外，假設(shè)消光系數(shù)k 為〇,即物質(zhì)n為無(wú)色透明的情況下，變成與數(shù)學(xué)式（1)同樣的結(jié)果。
[0048] 另外，消光系數(shù)在某些波長(zhǎng)處與吸光系數(shù)a成比例。再者，吸光系數(shù)a可近似為 OD/T乘以了常數(shù)而得的值。即，消光系數(shù)k與OD/T的值成比例，如果使用數(shù)學(xué)式（2)，則 可知，OD/T越大，原理上物質(zhì)m和物質(zhì)n的界面處的反射率R就越高。
[0049] 本發(fā)明人等將上述數(shù)學(xué)式（2)的物質(zhì)m對(duì)應(yīng)為透明基板，物質(zhì)n對(duì)應(yīng)為樹(shù)脂BM，推 斷作為樹(shù)脂BM的特性被要求的低反射率和高遮光性，在一定的膜厚條件下處于折衷選擇 的關(guān)系。為了低反射化，減小OD/T是有效的，但是這種情況下為了確保充分的遮光性，需要 加大黑矩陣的膜厚。膜厚大的黑矩陣成為液晶的取向紊亂的原因，襯度下降。所以，為解決 該折衷選擇深入研究的結(jié)果是，考慮到在透明基板的上方依次具有OD/T小的層、即可以說(shuō) 是低光密度層的遮光層（A)，和OD/T比遮光層（A)大的層、即可以說(shuō)是高光密度層的遮光 層（B)的黑矩陣基板適于課題的解決。另外，這里所說(shuō)的"遮光層"并不限于100%遮斷光 的層。根據(jù)該黑矩陣基板的結(jié)構(gòu)，由于遮光層（A)具有較低的OD/T，因此對(duì)于從透明基板側(cè) 進(jìn)來(lái)的光，在遮光層（A)的透明基板側(cè)的界面處的反射降低。由于光在遮光層（A)中也衰 減，所以在遮光層（B)的遮光層（A)側(cè)的界面處的光的反射量也減少。其結(jié)果是，本發(fā)明的 黑矩陣基板的反射率變低。再者，由于具有遮光層（B)，使得對(duì)于從遮光層（B)透射進(jìn)來(lái)的 光具有充分的遮光性成為可能。即推測(cè)通過(guò)這樣的黑矩陣基板的結(jié)構(gòu)，對(duì)于從透明基板側(cè) 進(jìn)來(lái)的光，能夠使低反射和充分的遮光性并存。
[0050] 然而，根據(jù)本發(fā)明人等的研究表明，單是上述那樣的結(jié)構(gòu)，從透明基板側(cè)入射的光 通過(guò)OD/T小的層，在OD/T大的層的、OD/T小的層側(cè)的界面處的反射存在，不容易實(shí)現(xiàn)所期 望的樹(shù)脂BM的低反射化。因此，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)具有這樣的結(jié)構(gòu)的黑矩陣基板中，通過(guò)使 上述OD/T小的層含有遮光材料和折射率1. 4~1. 8的微粒，能夠使充分的遮光性和低反射 并存，進(jìn)而完成本發(fā)明。
[0051] 本發(fā)明的遮光層（A)的光密度不為0,是實(shí)質(zhì)上不透明的層結(jié)構(gòu)，其OD/T比遮光層 (B)的OD/T小。而且，本發(fā)明的遮光層（B)的光密度不為0,是實(shí)質(zhì)上不透明的層結(jié)構(gòu)。另 外，本發(fā)明中所說(shuō)的0D值采用在波長(zhǎng)380~700nm的區(qū)域使用下式以5nm間隔求得的值的 平均值。
[0052] 0D值=log10 (1。/1)
[0053]I。:入射光強(qiáng)度
[0054]I:透射光強(qiáng)度
[0055]〈〈遮光層（A)》
[0056]〈光密度〉
[0057] 遮光層（A)的0D/T優(yōu)選0.511m1以上，更優(yōu)選1ym1以上。另外，該值優(yōu)選3iim1 以下，更優(yōu)選2.5ym1以下。如果該值過(guò)小，層疊的樹(shù)脂BM為了得到所期望的0D值，就不得 不增大膜厚。如果該值過(guò)大，反射率有變高的趨勢(shì)。遮光層（B)的0D/T優(yōu)選3ym1以上， 更優(yōu)選3. 5 11m1以上。且更優(yōu)選8ym1以下，進(jìn)一步更優(yōu)選6ym1以下。如果該值過(guò)小，樹(shù) 脂BM為了得到所期望的0D值，膜厚變得過(guò)厚；如果大了，不得不增多遮光材料的添加量，圖 案加工有時(shí)會(huì)變得困難。
[0058]本發(fā)明的黑矩陣基板中存在的遮光層整體的0D值優(yōu)選3以上，更優(yōu)選4以上。另 外更優(yōu)選6以下，進(jìn)一步更優(yōu)選5以下。如果整體的0D值過(guò)低，有時(shí)背光源的光會(huì)透射一 部分，襯度降低。另一方面，如果過(guò)高，不僅是遮光層（B)，遮光層（A)的遮光材料的添加量 也不得不增加，在成為所期望的膜厚的情況下，反射率有變高的趨勢(shì)。
[0059] 遮光層（A)的0D值優(yōu)選0. 5以上，更優(yōu)選0. 8以上，且優(yōu)選2. 0以下，更優(yōu)選1. 5 以下。遮光層（B)的0D值更優(yōu)選1.5以上，進(jìn)一步更優(yōu)選2.0以上，另一方面更優(yōu)選5.0 以下，進(jìn)一步更優(yōu)選3. 5以下。
[0060]〈微?！?br>[0061]作為本發(fā)明所說(shuō)的微粒，優(yōu)選實(shí)質(zhì)上不著色，淡色、透明或者白色的微粒。關(guān)于黑 色顏料、紅、藍(lán)、綠、紫、黃色、洋紅或者青色等的顏料分類(lèi)到之后所述的遮光材料中。
[0062]作為微粒的成分，除了填充顏料或者白色顏料等的白色的微粒，可以舉出各種陶 瓷、各種樹(shù)脂等。但是如前所述折射率為1. 4~1. 8是必要的。
[0063]這里所說(shuō)的微粒的折射率，是可見(jiàn)光下的折射率，作為代表值，可以采用相當(dāng)于鈉D線的波長(zhǎng)589nm處的折射率的值。作為折射率的測(cè)定方法，可以以微粒自身或者與微粒相 同組成的物質(zhì)為試樣，使用浸液法即貝克線法測(cè)定。作為通過(guò)貝克線法求得折射率的方法， 準(zhǔn)備30個(gè)作為目的的微粒的同一物質(zhì)的樣品，在測(cè)定了每一個(gè)的折射率之后，通過(guò)它們的 平均值可以算出折射率。
[0064]本發(fā)明中使用的微粒的折射率為1.4~1.8是必要的，優(yōu)選1.5~1. 7。所謂折射 率低，原理上應(yīng)該是構(gòu)成微粒的物質(zhì)的密度低。因此，存在著這樣的低密度的粒子形成遮光 層時(shí)，相對(duì)于作為分散介質(zhì)使用的有機(jī)溶劑容易被侵害的問(wèn)題。進(jìn)而完成了的黑矩陣基板 的耐溶劑性變得不充分。另一方面，如果折射率過(guò)高，由于遮光層（A)的折射率相比于透明 基板來(lái)說(shuō)變得過(guò)大，因此遮光層（A)的透明基板側(cè)的表面處的反射變大，結(jié)果是，黑矩陣基 板的反射有變高的趨勢(shì)。根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，推測(cè)能夠通過(guò)具有上述范圍的折射率的微粒 分散于0D/T小的層，將入射光由于微粒而被散射的影響抑制到最小限度，同時(shí)使0D/T小的 層的折射率變成與透明基板相近的值，與遮光材料的遮光效果相配合，反射光衰減。
[0065]作為折射率1. 4~1. 8的微粒，具體的可以舉出丙烯酸樹(shù)脂、聚乙烯樹(shù)脂、有機(jī)硅 微粒、氟樹(shù)脂等樹(shù)脂制的微粒。作為市售品的丙烯酸樹(shù)脂微粒，可以舉出日本夂O卜制 FS-101、FS102、FS106、FS-107、FS-201、FS-301、FS-501、FS-701、MG-155E、MG-451、MG-351、 東洋紡制的"夕7于7夕"（注冊(cè)商標(biāo)）F-120、F-167等。
[0066] 如上所述，可以在本發(fā)明中使用的微粒優(yōu)選實(shí)質(zhì)上不著色，淡色、透明或者白色的 微粒，優(yōu)選白色的微粒。作為折射率為1. 4~1. 8的微粒，可以舉出例如滑石、云母或者高 嶺土等礦物，氧化錯(cuò)（aluminiumoxide)或者二氧化娃（siliconoxide)等氧化物，硫酸鋇 或者硫酸鈣等硫酸鹽，碳酸鋇、碳酸鈣、碳酸鎂或者碳酸鍶等碳酸鹽，偏硅酸鈉或者硬脂酸 鈉。從電可靠性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選選自氧化鋁、氧化硅、硫酸鋇、硫酸鈣、碳酸鋇、碳酸鈣、碳 酸鎂、碳酸鍶和偏硅酸鈉中的物質(zhì)，更優(yōu)選硫酸鋇。另外，作為市售的硫酸鋇，可舉出例如 "BARIFINE"（注冊(cè)商標(biāo)）BF-10、BF-1、BF-20或者BF-40 (以上均是堺化學(xué)工業(yè)社制）。本 發(fā)明的折射率1. 4~1. 8的微粒優(yōu)選依照J(rèn)ISP8148 (2001)的方法測(cè)定的白度為30%以 上，更優(yōu)選50%以上。微粒的白度的測(cè)定中，充分對(duì)微粒施加壓力使其填充于測(cè)定容器，以 便使白度變成一定的值進(jìn)行測(cè)定。