專利名稱：黑色涂料組合物及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及黑色涂料組合物及其應(yīng)用。更具體地說，本發(fā)明涉及一種形成液晶顯示裝置(LCD)、成像裝置等所用濾色器的遮光薄膜的黑色涂料組合物，以及用該黑色涂料組合物制造濾色器的方法。
為了提高濾色器的對比度和彩色純度或防止光線向液晶顯示裝置等所用濾色器的開關(guān)裝置等漏出，已知的如以下方法一種稱為黑色基質(zhì)的遮光薄膜形成在透明被涂物上形成的分別為紅色、綠色和藍色的透明、彩色并細致的圖案之間的空隙中，或者，遮蔽不必要光線的遮光薄膜形成在位于開關(guān)裝置上的被涂物上。
在近幾年，隨著LCD的尺寸、產(chǎn)量等的迅速增長，對遮光薄膜的性能和生產(chǎn)率尋求進一步改進的愿望有所增加。例如，所希望的不僅有涂膜的高遮光性，還有改進的平坦度和光潔度以及改進的對被涂物和罩面層(保護膜)的粘接性。另外，近來特別對包含耐熱性、耐水性、耐濕性、耐堿性、耐溶劑性、耐液晶性等在內(nèi)的可靠性有迫切的愿望。
作為形成這種遮光薄膜的材料，主要使用金屬材料和樹脂基材料。鉻等被用作金屬材料，包含高分子材料(如樹脂)和遮光材料(如炭黑)的涂料組合物被用作樹脂基材料。就這些材料而言，金屬材料如鉻涉及環(huán)境污染問題，所形成的遮光薄膜具有不希望的高光反射性，生產(chǎn)成本高等等。因此，目前關(guān)注的是樹脂基材料。
但是，樹脂基材料的缺點在于其遮光性能比金屬材料差。為了通過使用樹脂基材料而獲得高的遮光性能，提高遮光材料加入量是有效的。但是，提高遮光材料加入量使涂料組合物粘度升高，貯存穩(wěn)定性降低，并使涂料組合物的分散體穩(wěn)定性降低，尤其是降低了涂覆效率，所以會引起下面的問題濾色器的生產(chǎn)率降低，此外上面提到的遮光薄膜特性的可靠性下降。
為了找到一種具有高遮光性，貯存穩(wěn)定性、分散體穩(wěn)定性和涂覆效率優(yōu)秀，并在液晶顯示裝置等所用濾色器的遮光薄膜所需的各種性能方面令人滿意的有利于工業(yè)應(yīng)用的樹脂基材料，本發(fā)明人進行了認真的研究并且完成了本發(fā)明。
本發(fā)明提供了一種包含遮光材料和高分子材料的黑色涂料組合物，其特征在于遮光材料由具有復(fù)合粒度分布的顆粒組成。
以下，詳細說明本發(fā)明的實施方案。
用于本發(fā)明的遮光材料在種類上沒有特別的限制。遮光材料包括如炭黑，鈦黑，金屬氧化物(如氧化鐵黑)，金屬硫化物(如硫化鉍)，選自苝型、酞菁型、蒽醌型、二噁嗪型、喹吖啶酮型、偶氮型、異吲哚啉型、硫靛型等顏料的黑色有機顏料(如酞菁黑、尼格、苯胺黑和苝黑)。黑色有機顏料包括許多有色有機顏料等。這些遮光材料可以單獨使用或兩種或更多種混合使用。遮光材料能適當?shù)貜氖袌隹少彽玫牟牧现羞x出，如Special Black 550(Degussa)，Raven 410、1250等(Colombian Carbon)，BY-004(Mitsubishi MaterialsCorp.)，Paliogen Black L0084(BASF AG)等。
當用本發(fā)明的涂料組合物作為形成濾色器遮光薄膜的材料時，特別適于使用炭黑、鈦黑、有機顏料或它們的混合物。作為有機顏料，苝型顏料如苝黑是特別適宜的。當使用混合遮光材料時，鈦黑與有機顏料的混合物是特別適宜的。
有機顏料和鈦黑的混合比例完全能由它們的類型和性能確定。從黑色涂料組合物的分散體穩(wěn)定性和由該組合物形成的遮光薄膜的性能方面看，以每100重量份混合物計，通常有機顏料與鈦黑的比例最好選擇在20到80重量份比80到20重量份范圍內(nèi)。
用于本發(fā)明的遮光材料由具有復(fù)合粒徑分布的顆粒組成。
本發(fā)明中，術(shù)語“復(fù)合粒度分布”是指多于一種標準的組合，即高斯粒度分布。
更具體地說，本發(fā)明所用的遮光材料由顆粒的標準粒度分布具有預(yù)定平均粒度(下文稱為“具有較大平均粒度的分布”)的一組顆粒和另外的一組或多組顆粒組成，所述的“另外的一組或多組顆粒”的標準粒度分布都具有比具有較大平均粒度的分布小的平均粒度(下文稱為“具有較小平均粒度的分布)。
在另一方面，滿足以上條件的遮光材料在縱軸代表分布(wt％/nm)、橫軸代表粒度(nm)的圖中是這樣的或是得到一條具有一組表示平均粒度的峰的曲線，或是一條單峰曲線，而且該曲線朝小粒度的下降長于朝大粒度的下降。
盡管顆粒的粒度不受特別的限制，但優(yōu)選約為700nm或更小，更優(yōu)選約為300nm或更小。下降值通常約為5nm。
一組顆粒的平均粒度能根據(jù)所用遮光材料的種類和待混合顆粒組的數(shù)量而適當?shù)卮_定。
例如，當具有較大平均粒度的分布和具有較小平均粒度的分布的兩組粒子混合時，當具有較小平均粒度的分布的平均粒度被當作1時，則較大平均粒度的分布的平均粒度優(yōu)選不小于約4，并優(yōu)選不大于約50。
在這種情形下，具有較大粒度的分布的平均粒度優(yōu)選約為50nm或更大，更優(yōu)選約為100nm或更大，通常約為500nm或更小。以兩組顆粒的總重量為基準，具有較小粒度的分布的顆粒組的比例優(yōu)選從1到40％(重量)，更優(yōu)選從5到30％(重量)。
在本發(fā)明中，待混合的顆粒組數(shù)不限于上面的兩種，可包括三種或更多。
用于本發(fā)明遮光材料的顆粒形狀優(yōu)選為球形或近于球形。但是，它不限于此，也可以是片狀、棒形、針形等。
確定粒度和粒度分布的方法可以包括例如液相沉積法，小角度X射線散射法，X射線透射法，光散射法，光子關(guān)聯(lián)法，比表面積法和電子顯微鏡法。
通過適當?shù)剡x擇一種調(diào)節(jié)粒度的方法以得到上述粒度分布，或者適當?shù)剡x擇遮蔽或分類條件，就可以制成滿足上述條件的遮光材料。也可以這樣制備所需的遮光材料例如，按常規(guī)方法將粒度調(diào)節(jié)到所需粒度以制成兩組或多組顆粒，這些顆粒有互不相同的具有預(yù)定平均粒度的分布，并適當?shù)鼗旌先绱酥瞥傻膬山M或多組顆粒。在這種情況下，這兩組或多組將被混合的顆粒可以是同一種遮光材料或不同種的遮光材料。
本發(fā)明中所用高分子材料可以是任何本領(lǐng)域常用的高分子材料，包括如具有象耐熱和耐溶劑性的熱固性材料或光敏材料。
熱固性材料包括順丁烯二酸化油樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯樹脂、聚丁二烯樹脂、聚烯烴樹脂、可溶可熔酚醛樹脂、甲酚酚醛樹脂、聚酰亞胺、聚乙烯醇、改性丙烯酸樹脂、改性環(huán)氧樹脂、改性有機硅樹脂等。
光敏材料包括的材料諸如丙烯酸樹脂、聚酯樹脂、聚酰亞胺樹脂、環(huán)氧樹脂等。在工業(yè)應(yīng)用中，適用的是被稱為陽抗光蝕劑和陰抗光蝕劑的光敏材料。陰抗光蝕劑包括含有諸如二苯酮或蒽醌光引發(fā)劑的丙烯酸樹脂。市場可購得的陰抗光蝕劑包括V-259-PA(Shin-Nittetsu Kagaku)、Kayarad INC-116(Nippon Kayaku Co.，Ltd.)等。
陽抗光蝕劑包括含鄰醌二疊氮化物的酯化產(chǎn)物的可溶可熔酚醛樹脂。市場可購得的陽抗光蝕劑包括OFPR-800(Tokyo Ohka Kogyo Co.，Ltd.)，PF-7400(Sumitomo Chemical Co.，Ltd.)，F(xiàn)H-2030(Fuji HuntElectronics Technology，Co.，Ltd.)等。
本發(fā)明的黑色涂料組合物中，遮光材料與高分子材料的混合比可大范圍選擇而不受特別限制。依據(jù)遮光材料和高分子材料的種類以及本發(fā)明中黑色涂料組合物的使用目的，該比例可從10∶90(重量)到80∶20(重量)的寬范圍內(nèi)適當選取，通常從20∶80(重量)到70∶30(重量)范圍內(nèi)選取。
根據(jù)目的，除了含遮光材料和高分子材料外，本發(fā)明的黑色涂料組合物還包括有機溶劑(如烴、醚、酮、醇和溶纖劑)，水，以及輔助添加劑如以上未提到的顏料、光敏劑、硅烷偶聯(lián)劑、鈦偶聯(lián)劑、鋁偶聯(lián)劑、分散劑、PH調(diào)節(jié)劑、消泡劑、涂料涂布劑等。
通過用輥式研磨機、球磨機、砂磨機、珠磨機等分散并混合預(yù)定數(shù)量的遮光材料、高分子材料、可選加的溶劑和添加劑，能容易地得到本發(fā)明的黑色涂料組合物。
如此得到的本發(fā)明黑色涂料組合物特別適用于制成表面有一種稱為黑色基質(zhì)的遮光薄膜的被涂物。這樣的遮光薄膜能通過常規(guī)的方法形成在被涂物上，該被涂物上可分別形成有諸如紅色、綠色和藍色的透明、彩色并細致的圖案。遮光薄膜可以在該透明、彩色并細致的圖案形成之前或之后形成于該透明、彩色并細致的圖案之間的間隙中，另一個辦法是，遮光薄膜可以形成在其他被涂物上，不依賴于透明、彩色并細致的圖案。
例如，具有形成在透明、彩色并細致的圖案之間空隙中的遮光薄膜的被涂物能夠如此制成按照常規(guī)方法在玻璃等透明被涂物上形成透明的、彩色的并細致的圖案，這些常規(guī)方法諸如印刷法、照相石版術(shù)法、電淀積法，然后通過常規(guī)方法利用本發(fā)明的黑色涂料組合物形成遮光薄膜。
使用本發(fā)明的具有光敏特性的黑色涂料組合物，就可以通過眾所周知的被稱為背面曝光的方法制成所需的被涂物，該方法包括在透明被涂物上形成希望的透明、彩色并細致的圖案，然后把本發(fā)明的黑色涂料組合物涂在被涂物的整個表面，以此覆蓋透明、彩色并細致的圖案，之后曝光并從被涂物背面顯影。
在本發(fā)明之前，采用常規(guī)涂料組合物的背面曝光法經(jīng)常帶來不充分的成膜，在遮光薄膜與透明、彩色并細致的圖案之間形成不希望的空隙，遮光薄膜與透明、彩色并細致的圖案形成不希望的重疊等。本發(fā)明黑色涂料組合物的特征在于可以制成不存在這些問題的理想的被涂物。
另一種辦法是，按照美國專利NO.550372公開的方法，可以通過先形成窗框形的遮光薄膜，然后形成各自具有窗形的透明、彩色并細致的圖案，從而得到理想的被涂物。
本發(fā)明的黑色涂料組合物的涂覆效率即使在為提高遮光性能而增加遮光材料加入量時仍是優(yōu)異的，而且上述組合物在貯存穩(wěn)定性和分散體穩(wěn)定性方面也是優(yōu)異的。此外，上述組合物的使用可以不拘于形成方法而形成具有高遮光性的遮光薄膜，該薄膜在所得涂膜的平坦度和光潔度以及對被涂物和罩面層(保護膜)的粘接性方面是優(yōu)異的，具有包括耐熱性、耐水性、耐濕性、耐堿性、耐溶劑性、耐液晶性等在內(nèi)的高可靠性，具有預(yù)定的精確形狀。而且，通過用本發(fā)明的黑色涂料組合物在透明、彩色并細致的圖案之間的空間里形成遮光薄膜則得到的被涂物是不漏光的且具有優(yōu)異的表面平坦度和光潔度。另外，被涂物不僅在其單獨使用時而且當其被置于兩個起偏振片之間并且起偏振片的偏振軸相交成直角時都不漏光。因此可以制造高性能濾色器，那么就可以制造具有高顯示質(zhì)量的液晶顯示裝置。
用下面的實施例進一步詳細說明本發(fā)明，不應(yīng)將這些實施例解釋為對本發(fā)明范圍的限定。在實施例中，份數(shù)均指重量份。實施例1將作為遮光材料的7份平均粒度25nm的炭黑分末(Special Black550，Degussa制造)和18份平均粒度130nm的黑色有機顏料(PaliogenBlack L0084，BASF AG制造)與75份光敏樹脂(Kayarad INC-116N，NipponKayaku Co.，Ltd.制造)和作為溶劑的50份丙二醇單甲醚預(yù)混合，用三輥機分散處理所得混合物。然后，向其中加入光引發(fā)劑(Irgacure 907，CibaGeigy Ltd.制造)，跟著，充分混合，由此得到一種黑色涂料組合物。
將得到的組合物用輥涂機涂在玻璃被涂物上，在95℃預(yù)干10分鐘，在曝光量從200到2500mJ/cm2的超高壓汞燈光中通過一個帶有預(yù)定圖案的光掩模曝光，然后用丁基溶纖劑顯影形成遮光薄膜。
在上面的過程中，黑色涂料組合物的性質(zhì)是令人滿意和長時間穩(wěn)定的，它的涂覆效率很高使涂覆工作能順利進行。此外，形成的遮光薄膜在用于濾色器方面的性能是優(yōu)異的。實施例2重復(fù)實施例1的同樣過程，不同的是以6份Raven 1250(炭黑粉末，Colombian Carbon制造；平均粒度20nm)和19份Raven 410(炭黑粉末，Colombian Carbon制造；平均粒度101nm)替代遮光材料以得到黑色涂料組合物。
以按實施例1中的同樣方法形成遮光薄膜估量，這樣得到的黑色涂料組合物的性質(zhì)和涂覆效率都是優(yōu)異的。實施例3重復(fù)實施例1的同樣過程，不同的是以25份鈦黑粉末代替遮光材料，該鈦黑粉末有復(fù)合粒度分布，并由30％(重量)的具有約30nm平均粒度的粒度分布的粉末和余下的即70％(重量)的具有約180nm平均粒度的粒度分布的粉末組成，粒度范圍在10到500μm之內(nèi)，得到黑色涂料組合物。
以按實施例1中的同樣方法形成遮光薄膜估量，這樣得到的黑色涂料組合物的性質(zhì)和涂覆效率都是優(yōu)異的。實施例4用珠磨機等來完成100重量份組合物的分散，該100重量份組合物由9.3重量份的平均粒度520nm的Paliogen Black L0084(苝黑，BASFAG制造)和24.8重量份的平均粒度為130nm的BY-004(鈦黑，Mitsubishi材料公司制造)，28重量份的INC-116N 丙烯酸陰抗光蝕劑組合物，Nippon Kayaku Co.，Ltd.制造)，33.5重量份的丙二醇單甲醚和4.4重量份的二乙二醇單丁醚構(gòu)成的顏料混合物組成。向所得分散體中加入0.5重量份的Irgacure#907(光聚合引發(fā)劑，Ciba Geigy Ltd.制造)，并且充分攪拌。這樣，就得到了本發(fā)明的黑色涂料組合物。
另一方面，準備帶有間隔20μm、寬80μm的條狀透明電導(dǎo)ITO膜的玻璃被涂物。電導(dǎo)膜的表面電阻率約為60Ω/cm2。用一種電沉積用的藍色涂覆材料于40到80V在透明被涂物上進行10-20秒的電沉積，該藍色涂覆材料由25重量份的Rionol Blue ES(TOYO Ink Co.，Ltd.制造)和75重量份的Esbia#3000 Clear(可電泳熱固性熱脂，Shinto Paint Co.，Ltd.制造)制成。用水洗滌經(jīng)這樣處理的透明被涂物，然后在200℃熱處理30分鐘以得到約1.5μm厚的透明、彩色并細致的圖案。
經(jīng)絲網(wǎng)印花將以上得到的黑色涂料組合物涂在上述玻璃被涂物上帶有透明、藍色并細致的圖案的整個表面上，并在90℃預(yù)烘干10分鐘以得到大約8μm厚的涂膜。涂膜的反面—帶有被涂物的一面，在80w/cm2照度的高壓汞弧光燈的光下曝光3到20秒。然后將被涂物在常溫下浸在丁基溶纖劑中2分鐘以除去涂膜的未曝光部分，之后用去離子水洗滌被涂物并于200℃熱處理30分鐘。
這樣，得到了一種被涂物，其表面具有透明、彩色并細致的圖案及在有圖案的條紋中間形成的約1.5μm厚的遮光薄膜。
得到的被涂物在遮光薄膜和彩色細致圖案的界面處不漏光，并且具有平坦的和非常均勻的表面。而且，在單獨使用被涂物和將其置于兩個起偏振片之間并使起偏振片的偏振軸相交成直角時，都能獲得得不漏光的遮光性。這樣，被涂物作為濾色器可令人滿意。另外，上面得到的黑色涂料組合物具有高的涂覆效率而且穩(wěn)定性非常好，因此即使在寒冷和黑暗處貯存1個月后也不會變質(zhì)。
將日本專利中請8-115307和8-177057(分別于1996、4、11和1996、6、17提出)的全部公開內(nèi)容—包括說明書、權(quán)利要求及摘要結(jié)合入本中請中以供全面參考。
權(quán)利要求
1.一種黑色涂料組合物，包括遮光材料和高分子材料，其特征在于遮光材料由具有復(fù)合粒度分布的顆粒組成。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中遮光材料是從炭黑、鈦黑、金屬氧化物、金屬硫化物和有機顏料中選出的至少一種。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中顆粒具有大約700nm或更小的粒度。
4.權(quán)利要求1的組合物，其中遮光材料由一組具有預(yù)定平均粒度的標準粒度分布的顆粒和另外一組或多組各自具有比上述預(yù)定平均粒度小的平均粒度的標準粒度分布的顆粒組成。
5.權(quán)利要求1的組合物，其中遮光材料由一組具有預(yù)定平均粒度的標準粒度分布的顆粒和另外一組具有小于上述預(yù)定平均粒度的平均粒度的標準粒度分布的顆粒組成。
6.權(quán)利要求5的組合物，其中預(yù)定平均粒度是較小平均粒度的4倍或更多倍。
7.權(quán)利要求5的組合物，其中預(yù)定平均粒度大約是50nm或更大。
8.權(quán)利要求5的組合物，其中以兩組顆粒的總重量計，具有較小平均粒度的分布的顆粒占1到40％(重量)。
9.權(quán)利要求1的組合物，其中高分子材料是熱固性或光敏性材料。
10.權(quán)利要求1的組合物，其中遮光材料與高分子材料的重量比是從10∶90到80∶20。
11.一種遮光薄膜，包括高分子材料和由具有復(fù)合粒度分布的顆粒組成的遮光材料。
12.一種形成遮光薄膜的方法，包括用組合物涂覆被涂物，該組合物包括高分子材料和由具有復(fù)合粒度分布的顆粒組成的遮光材料。
13.一種制備濾色器的方法，包括用組合物涂覆被涂物以形成遮光薄膜，該組合物包括高分子材料和由具有復(fù)合粒度分布的顆粒組成的遮光材料。
全文摘要
一種黑色涂料組合物,包括遮光材料和高分子材料,其中遮光材料由具有復(fù)合粒度分布的顆粒組成,該涂料組合物具有高遮光性,在貯存穩(wěn)定性、分散體穩(wěn)定性和涂覆效率方面是優(yōu)異的,并且在用于液晶顯示裝置等的濾色器的遮光薄膜所需的其它性能上也令人滿意。
文檔編號C08K3/00GK1172137SQ9711120
公開日1998年2月4日 申請日期1997年4月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月11日
發(fā)明者山下敏信, 辻本耕嗣, 古林俊樹, 德田武雄, 中木代春 申請人:住友化學(xué)工業(yè)株式會社