配备有黑矩阵的滤光器和液晶彩色显示器的制作方法

专利名称：配备有黑矩阵的滤光器和液晶彩色显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适于有选择地屏蔽从光引入侧入射的光并且将未屏蔽 的光透射到光输出侧的配备有黑矩阵的滤光器，还涉及一种使用该配备有 黑矩阵的滤光器的液晶显示器。具体而言，本发明涉及用于防止由于将内
部反射光照射到薄膜晶体管(FFT)上而引起TFT故障的改迸技术。
背景技术：
在当前极为普遍的彩色液晶显示器中使用的滤色器被配置为使得有色 像素层R、 G和B (分别对应于红色、绿色和蓝色)形成于透明基板上，以 及黑矩阵形成于有色像素R、 G和B的相邻像素之间的各间隙上以便增强 显示对比度。尤其是，在使用TFT的有源矩阵驱动型液晶显示设备中，黑 矩阵被用来防止由于将光照射到TFT上而引起的电流泄漏而使图片质量降 级。近年来，对于黑矩阵已经要求等于或者高于4.0的高的光学密度(O. D.)， 以便增强显示图像的显示对比度。另一方面，通过增加黑矩阵的厚度来减 小滤色器的表面光滑度。因此，有必要将黑矩阵形成为如同薄膜。
迄今为止，金属薄膜已经用来制造具有强光屏蔽能力的用于显示设备 的黑矩阵。通过执行以下方法(见Kyoritsu Shuppan有限公司于1997年4 月10日公布的"Color TFT Liquid Crystal Display"的第218至220页)来制 造黑矩阵。也就是说，将光阻剂涂敷于通过执行蒸发工艺或者溅射工艺来 形成的由比如铬的金属制成的金属薄膜上。随后，使用具有用于显示设备 的光屏蔽膜图案的光掩模对光阻剂进行曝光和显影。然后蚀刻曝光后的金 属薄膜。最后剥离和去除金属薄膜上余留的光阻剂以形成黑矩阵。
这一方法使用金属薄膜。因此，即使在模的厚度小的情况下，仍获得 好的光屏蔽效果。然而，这一方法要求执行蒸发工艺或者溅射工艺的真空 膜形成步骤，还要求蚀刻步骤。因此，这一方法的问题在于黑矩阵的成本 高。此外，由于使用金属膜，所以膜的反射率非常高。因此，这一方法的
另一问题在于显示对比度在弾外部光之下为低。另一方面，已经提出一种 使用低反射率铬膜(包括例如分别由金属铬和氧化铬制成的两层)的方法。 然而，由于在蚀刻步骤中对包含金属离子的废液放电，所以这一方法的主 要问题在于环境负担大。尤其是，最常使用的铬有害并且造成很大环境负
担。近来，如EU指令如ELV和RoHS所显露的，关于减少环境负担的公 共关注己经与日俱增。已经提出有望替代铬的金属材料。
同时，获得环境负担小的黑矩阵的技术之一是一种使用碳黑的技术(例 如见JP-A-62-9301 (术语"JP-A"如这里所用意指"未审
公开日本专利申 请"))。根据这一技术，如图7中所示，将包含碳黑的光敏树脂合成物涂敷 到基板1上。对这一涂敷层进行干燥。然后通过将该干燥层曝光和显影来 获得黑矩阵BM。然而，碳黑的单位涂敷量的光学密度低。因此，为了获得 好的光屏蔽能力和高的光学密度，有必要增加膜的厚度i。
在使用碳黑的情况下，当保证与金属膜的光学密度等效的例如4.0的光 学密度时，膜的厚度应当为1.2|im至1.5Kim。因此，在形成黑矩阵BM之 后形成RGB像素的情况下，相邻有色像素R和G的边界部分有时被扩张 为例如图7中所示的凸出部分3、 3。在平坦度和光滑度受损的滤色器5中， 外部光穿过该黑矩阵周围的凸出部分3并且由于光照射到薄膜晶体管 (TFT)上而引起光泄漏。因而，使用碳黑的技术的问题在于图片质量降级 以及来自背光光源的光从凸出部分3的侧部入射以由此使显示质量降级。
一种使用金属微粒取代碳黑的方法称为一种鉴于上述问题获得环境负 担小而光学密度高并且形成为薄膜的黑矩阵的方法(例如见 JP-A-2004-240039)。根据这一方法，与形成金属薄膜的方法相比，可以获 得环境负担小而光学密度高并且形成为薄膜的黑矩阵。
在使用金属微粒形成的配备有黑矩阵的滤光器情况下，与使用碳黑来 形成黑矩阵的情况相比，可以减少黑矩阵的膜厚度。另外，在具有使用金 属微粒形成的黑矩阵的滤光器情况下，与使用金属薄膜来形成黑矩阵的情 况相比，可以减少环境负担。

发明内容
然而，即使在使用金属微粒形成的黑矩阵情况下，膜的反射率仍然高。
因此，尤其是在具有设置于配备有黑矩阵的滤光器与背光光源之间的液晶 面板的平面液晶显示器的情况下，当来自背光光源的由液晶面板透射的光 从滤光器的光引入侧入射时，入射光有时被黑矩阵的光引入侧表面从该侧 表面朝向液晶面板反射。预期的是，当出现这样的内部反射时，会引起由
于光照射所致的在液晶面板中设置的TFT的故障。这样的问题在背光光源 用来增加亮度的情况下变得突出。
鉴于上述境况而实现了本发明。本发明的一个目的在于提供一种能够 防止已经从光引入侧入射的光被黑矩阵反射以及再次从光引入侧输出的配 备有黑矩阵的滤光器。本发明的另一 目的在于提供一种利用该配备有黑矩 阵的滤光器的液晶显示器。因此，防止出现向其照射内部反射光的TFT的 故障。因而，可以增强液晶面板的显示质量。
根据本发明的配备有黑矩阵的滤光器包括黑矩阵，适于有选择地屏 蔽从光引入侧入射的光以及将未屏蔽的光透射到光输出侧。该黑矩阵包括 光屏蔽层以及在该光屏蔽层的光引入侧形成的第一反射抑制(inhibition)层。 因此，当己经从光输出侧入射的光照射到黑矩阵上时，在光屏蔽层的光引 入侧形成的第一反射抑制层抑制了入射光的反射。也可以防止造成已经从 光引入侧入射的光再次从光引入侧输出的内部反射。
根据本发明的液晶显示器被配置为使得配备有黑矩阵的滤光器被布置 为跨液晶面板与背光光源相对。因此，当已经从光输出侧入射的光照射到 配备有黑矩阵的滤光器的黑矩阵上时，在光屏蔽层的光引入侧形成的第一 反射抑制层抑制了入射光的反射。也减少了会照射到在液晶面板上设置的 TFT上的反射光的数量。因而，可以防止由于通过光屏蔽层将背光照射到 TFT上作为内部反射光而造成的TFT的故障。也可以增强液晶面板的显示
(1)根据本发明的第一方面， 一种配备有黑矩阵的滤光器包括黑矩 阵，适于有选择地屏蔽从光引入侧入射的光以及将未屏蔽的光透射到光输 出侧，其中该黑矩阵包括光屏蔽层；以及在光屏蔽层的光引入侧形成的 第一反射抑制层。
根据该配备有黑矩阵的滤光器，当己经从光输出侧入射的光照射到黑 矩阵上时，在光屏蔽层的光引入侧形成的第一反射抑制层抑制了该入射光
反射。也就是说，可以抑制出现造成已经从光引入侧入射的光再次从光引 入侧输出的内部反射。因而，在配备有黑矩阵的滤光器与背光光源之间设 置液晶面板的情况下，可以抑制来自背光光源的由液晶面板透射的光被滤
光器所配备的黑矩阵反射以及抑制将该光照射到液晶面板的TFT上。
(2) 根据第(1)项的配备有黑矩阵的滤光器，其中黑矩阵包括在光 屏蔽层的光输出侧设置的第二反射抑制层。
根据该配备有黑矩阵的滤光器，即使在光屏蔽层是金属膜的情况下， 仍通过在光屏蔽层的光输出侧形成第二反射抑制层，利用该第二反射抑制 层来减少金属膜的高反射率。因此，即使在外部光之下仍可获得高的显示 对比度。
(3) 根据第(1)或者(2)项的配备有黑矩阵的滤光器，其中所属反 射抑制层包括光吸收材料。
根据该配备有黑矩阵的滤光器，在黑矩阵的光引入侧形成的反射抑制 层由光吸收材料制成。因此，当来自例如背光光源的光从光引入侧照射到 黑矩阵上时，照射光被光吸收材料吸收并在穿过光吸收材料的过程中衰减。 未被完全吸收而到达光屏蔽层的光被反射。这一反射光被部分地吸收并在 再次穿过光吸收材料的过程中衰减。因而，抑制了来自光引入侧的照射到 黑矩阵上的光反射。
(4) 根据第(3)项的配备有黑矩阵的滤光器，其中光吸收材料是碳 黑和包括碳黑的混合物中之一。
根据该配备有黑矩阵的滤光器，碳黑或者包括碳黑的混合物用作光吸 收材料。因此，捏制和涂敷直径为5nm至500nm的精细碳微粒。因而，可 以容易地低成本形成高密度高精确度(或者高分辨率)的光吸收膜。
(5) 根据第(1)至(4)项中任一项的配备有黑矩阵的滤光器，其中 光屏蔽层包括金属微粒。
根据该配备有黑矩阵的滤光器，膜厚度大，并且与其中黑矩阵包括碳 黑的滤光器相比，可以获得高的光屏蔽能力。
(6) 根据第(5)项的配备有黑矩阵的滤光器，其中光屏蔽层被配置 为在粘合剂中分散金属微粒以能够屏蔽光。
根据该配备有黑矩阵的滤光器，可以通过应用印制技术的简单涂敷来
形成光屏蔽层。
(7) 根据第(6)项的配备有黑矩阵的滤光器，其中粘合剂包括有机 聚合物粘合剂。
根据该配备有黑矩阵的滤光器，通过在粘合剂中分散金属微粒以能够 屏蔽光来形成光屏蔽层。使用有机聚合物粘合剂作为用作接合剂的粘合剂。 有机聚合物粘合剂的例子是具有保护胶体性质的凝胶。
(8) 根据第(5)至(7)项中任一项的配备有黑矩阵的滤光器，其中 金属微粒包括银和包含银的化合物中之一。
根据该配备有黑矩阵的滤光器，金属微粒由银或者包含银的化合物制 成。由此获得优良的柔韧性和延展性。因而，可以容易地低成本印制形成 高密度高精确度(或者高分辨率)的光屏蔽层。
(9) 根据本发明的第二方面， 一种液晶显示器包括根据第(1)项 的配备有黑矩阵的滤光器；在配备有黑矩阵的滤光器的光引入侧布置的背 光光源；以及在配备有黑矩阵的滤光器与背光光源之间布置的液晶面板。
根据该液晶显示器，当已经从光引入侧入射的光照射到配备有黑矩阵 的滤光器的黑矩阵上时，在光屏蔽层的光引入侧形成的第一反射抑制层抑 制了入射光反射。因此，减少了照射到在液晶面板上设置的TFT上的反射 光的数量。
(10) 根据本发明的第三方面， 一种配备有黑矩阵的滤光器包括黑 矩阵，适于有选择地屏蔽从光引入侧入射的光以及将未屏蔽的光透射到光 输出侧，其中该黑矩阵包括光屏蔽层；以及在光屏蔽层的光引入侧形成 的回复反射层(retro-reflection layer)。
根据该配备有黑矩阵的滤光器，当已经从光输出侧入射的光照射到黑 矩阵上时，在光屏蔽层的光引入侧形成的回复反射层沿与入射方向相同的 方向返回该入射光。也就是说，已经从光引入侧入射的光没有成为在除入 射方向之外的方向上行迸的内部反射光(或者杂散光)。因而，在液晶面板 布置在配备有黑矩阵的滤光器与背光光源之间的情况下，防止来自背光光 源的由液晶面板透射的光被配备有黑矩阵的滤光器的黑矩阵反射以及防止 将该光照射到液晶面板的TFT上。
(11) 根据第(10)项的配备有黑矩阵的滤光器，其中该黑矩阵包括
在光屏蔽层的光输出侧设置的反射抑制层。
根据该配备有黑矩阵的滤光器，即使在光屏蔽层是金属膜的情况下， 仍通过在光屏蔽层的光输出侧形成反射抑制层，利用反射抑制层来减少金 属膜的高反射率。因此，即使在外部光之下仍可获得高的显示对比度。
(12) 根据第(11)项的配备有黑矩阵的滤光器，其中所述反射抑制 层包括光吸收材料。
根据该配备有黑矩阵的滤光器，所述反射抑制层由光吸收材料制成。 因此，当外部光照射到黑矩阵上时，照射光被光吸收材料部分吸收并且在 穿过光吸收材料的过程中衰减。未被吸收而到达光屏蔽层的光被反射。该 反射光被部分地吸收并在再次穿过光吸收材料的过程中衰减。因而，抑制 了来自光输出恻的照射到黑矩阵上的外部光反射。
(13) 根据第(12)项的配备有黑矩阵的滤光器，其中光吸收材料是 碳黑和包括碳黑的混合物中之一。
根据该配备有黑矩阵的滤光器，碳黑或者包括碳黑的混合物用作光吸 收材料。因此，捏制和涂敷直径为5nm至500nm的精细碳微粒。因而，可 以容易地低成本形成高密度高精确度(或者高分辨率)的光吸收膜。
(14) 根据第(10)项的配备有黑矩阵的滤光器，其中光屏蔽层包括 金属微粒。
根据该配备有黑矩阵的滤光器，膜厚度大，并且与其中黑矩阵包括碳 黑的滤光器相比，可以获得高的光屏蔽能力。
(15) 根据第(14)项的配备有黑矩阵的滤光器，其中光屏蔽层被配 置为在粘合剂中分散金属微粒以能够屏蔽光。
根据该配备有黑矩阵的滤光器，可以通过应用印制技术的简单涂敷来 形成光屏蔽层。
(16) 根据第(15)项的配备有黑矩阵的滤光器，其中粘合剂包括有 机聚合物粘合剂。
根据该配备有黑矩阵的滤光器，通过在粘合剂中分散金属微粒以能够 屏蔽光来形成光屏蔽层。使用有机聚合物粘合剂作为用作接合剂的粘合剂。 有机聚合物粘合剂的例子是具有保护胶体性质的凝胶。
(17) 根据第(14)至(16)项中任一项的配备有黑矩阵的滤光器，
其中金属微粒包括银和包含银的化合物中之一 。
根据该配备有黑矩阵的滤光器，金属微粒由银或者包含银的化合物制 成。由此获得优良的柔韧性和延展性。因而，可以容易地低成本印制形成 高密度高精确度(或者高分辨率)的光屏蔽层。
(18) 根据第(10)至(17)项中任一项的配备有黑矩阵的滤光器，
其中回复反射层包括接合剂层，形成于光屏蔽层的在光引入侧设置的表 面上并且具有光吸收材料；以及多个微小玻璃珠，布置在接合剂层上并且 具有光折射作用。
根据该配备有黑矩阵的滤光器，光吸收材料被添加到其上布置有玻璃 珠的接合剂层。当已经从光引入侧入射的光照射到配备有黑矩阵的滤光器 的黑矩阵上时，再次沿入射方向返回已经在各玻璃珠上入射的入射光。另 一方面，已经在接合剂层上入射的光被光吸收材料部分地吸收并在穿过光 吸收材料的过程中衰减。因而，抑制了来自光引入侧的照射到黑矩阵上的 光反射。
(19) 根据本发明的第四方面， 一种液晶显示器包括根据第(10) 至(18)项中任一项的配备有黑矩阵的滤光器；在配备有黑矩阵的滤光器 的光引入侧布置的背光光源；以及在配备有黑矩阵的滤光器与背光光源之 间布置的液晶面板。
根据该配备有黑矩阵的滤光器，当已经从光输出侧入射的光照射到配 备有黑矩阵的滤光器的黑矩阵上时，在光屏蔽层的光引入侧形成的回复反 射层沿与入射方向相同的方向返回入射光。因此，防止入射光成为内部反 射光以及照射到在液晶面板上设置的TFT上。
根据本发明的配备有黑矩阵的滤光器包括适于有选择地屏蔽从光引入 侧入射的光并将未屏蔽的光透射到光输出侧的黑矩阵。该黑矩阵包括光屏 蔽层和在光屏蔽层的光引入侧形成的第一反射抑制层。因此，当已经从光 输出侧入射的光照射到黑矩阵上时，在光屏蔽层的光引入侧形成的第一反 射抑制层抑制了入射光反射。也可以防止造成已经从光引入侧入射的光再 次从光引入侧输出的内部反射。
根据本发明的配备有黑矩阵的滤光器包括适于有选择地屏蔽从光引入 侧入射的光并将未屏蔽的光透射到光输出侧的黑矩阵。该黑矩阵包括光屏
蔽层和在光屏蔽层的光引入侧形成的回复反射层。因此，当已经从光输出 侧入射的光照射到黑矩阵上时，在光屏蔽层的光引入侧形成的回复反射层 沿与入射方向相同的方向反射入射光。因此，当已经从光输出侧入射的光 照射到黑矩阵上时，在光屏蔽层的光引入侧形成的回复反射层沿与入射方 向相同的方向反射入射光。因而，可以防止已经从光引入侧入射的光成为 内部反射光(或者杂散光)。
根据本发明的液晶显示器被配置为使得配备有黑矩阵的滤光器被布置 为跨液晶面板与背光光源相对。因此，当已经从光输出侧入射的光照射到 配备有黑矩阵的滤光器的黑矩阵时，在光屏蔽层的光引入侧形成的第一反
射抑制层抑制了入射光反射。也减少了会照射到在液晶面板上设置的TFT 上的反射光的数量。因而，可以防止由于通过光屏蔽层将背光照射到TFT 上作为内部反射光而造成的TFT的故障。也可以增强液晶面板的显示质量。 根据本发明的液晶显示器被配置为使得配备有黑矩阵的滤光器被布置 为跨液晶面板与背光光源相对。因此，当已经从光输出侧入射的光照射到 配备有黑矩阵的滤光器的黑矩阵上时，在光屏蔽层的光引入侧形成的回复 反射层沿入射方向返回入射光。因此，入射光既不成为内部反射光(或者 杂散光)也不照射到在液晶面板上设置的TFT上。因而，可以防止由于通 过光屏蔽层将背光照射到TFT上作为内部反射光而造成的TFT的故障。也 可以增强液晶面板的显示质量。


将参照以下附图更好地理解这里公开的本发明，在附图中 图1是图示了根据第一实施例的配备有黑矩阵的滤光器的主要部分的 大致放大剖面图2是图示了具有图1中所示的配备有黑矩阵的滤光器的液晶显示器 的例子的框图3是图示了图2中所示液晶面板的主要部分的放大顶视图； 图4是在图3中所示箭头方向上沿着线A-A得到的截面图； 图5是图示了 TFT的连接状态的示意图； 图6是图示了第一实施例中黑矩阵的修改型的截面图；图7是图示了在第一实施例中使用碳黑来形成常规黑矩阵的配备有黑 矩阵的滤光器的放大截面图8是图示了根据本发明第二实施例的配备有黑矩阵的滤光器的主要 部分的大致放大截面图9是图示了图8中所示回复反射层的放大截面图；以及
图io是图示了第二实施例中黑矩阵的修改型的截面图。
具体实施例方式
(第一实施例)
下文参照附图具体描述根据本发明的配备有黑矩阵的滤光器和液晶显 示器的第一实施例。
图1是图示了根据本发明的配备有黑矩阵的滤光器的主要部分的放大 图。图2是图示了具有图1中所示的配备有黑矩阵的滤光器的液晶显示器 的例子的框图。图3是图示了图2中所示液晶板的主要部分的放大平面图。 图4是在图3中所示箭头方向上沿着线A-A得到的截面图。图5是图示了 TFT的连接状态的示意图。
如图2中所示，液晶显示器100被配置为使得水平奇数扫描电路13a、 水平偶数扫描电路13b和垂直扫描电路15连接到液晶面板11。 RGB极性 切换电路17和控制信号生成电路19连接到各水平奇数扫描电路13a和水 平偶数扫描电路13b。控制信号生成电路19连接到垂直扫描电路15。另外， 控制信号生成电路19的水平同步信号和垂直同步信号从视频电路21输入 到RGB极性切换电路17。
根据水平同步信号和垂直同步信号，控制信号生成电路19生成与液晶 面板11的光通/断特性对应的RGB信号电压，并且还生成具有正极性和负 极性的RGB信号以执行对液晶面板11的AC驱动。这防止由于只将仅在 单个方向上作用的电场施加到液晶面板ll而使液晶的特性降级。RGB信号 依照与像素数目对应的定时由RGB极性切换电路17进行切换并且被输入 到水平奇数扫描电路13a和水平偶数扫描电路13b。另一方面，如在该图中 所示，控制信号电压从顶部扫描线开始串行地施加到垂直扫描电路15。因 此，连接到施加有控制信号电压的各扫描线的所有TFT (见图3)被导通。信号电压通过图5中所示的信号线、TFT 23的源极S及其漏极电极D从水 平奇数扫描电路13a或者水平偶数扫描电路13b施加到像素电极25。所施 加的信号电压存储于作为电容器工作的像素电极25中并且继续驱动图4中 所示的液晶lla直至执行下一扫描。
如图4中所示，液晶显示器100具有在液晶面板11的一个表面(图4 中所示底表面)上设置的背光光源30，并且还具有在其另一表面(图4中 所示顶表面)上设置的配备有黑矩阵的滤光器27。也就是说，背光光源30 布置在配备有黑矩阵的滤光器27的光引入侧。液晶面板11布置在配备有 黑矩阵的滤光器27和背光光源30之间。
合适配置的光源可以用作背光光源，例如利用通过棱镜从冷阴极射线 管或者LED输出的光的光源。
配备有黑矩阵的滤光器27被配置为使得有色像素层R、 G和B (分别 对应于红色、绿色和蓝色)形成于透明基板29上(也就是说，在图4中所 示底表面上)，而黑矩阵31形成于有色像素R、 G和B的各相邻像素对之 间的间隙中以增强显示对比度。配备有黑矩阵的滤光器27具有黑矩阵，使 得有选择地屏蔽已经从光引入侧入射的光并将未屏蔽的光透射到光输出 侧。
顺便提一点，如图1中所示，黑矩阵31包括光屏蔽层33和在光屏蔽 层33的光引入侧形成的第一反射抑制层35。使用用于产生黑矩阵的有色合 成物(下文有时简称为"有色合成物")来形成光屏蔽层33。有色合成物由 金属微粒组成或者包括金属微粒。有色合成物还可以包含作为粘结剂工作 的聚合物以及溶剂。在光屏蔽层33由金属微粒构成的情况下，光屏蔽层33 与包括碳黑的黑矩阵相比具有大的膜厚度和高的光屏蔽能力。此外，在通 过在粘结剂中分散金属微粒以能够屏蔽光来形成光屏蔽层33的情况下，可
以通过利用印制技术执行粘结剂的简单涂敷来实现形成光屏蔽层33。此外， 在通过在粘结剂中分散金属微粒以能够屏蔽光来形成光屏蔽层33的情况 下，可以使用有机聚合物粘结剂作为用作粘合剂的粘结剂。例如，具有保 护胶体性质的凝胶可以用作有机聚合物粘结剂。
例如，银微粒、由包括银的合成物制成的微粒、金微粒和铜微粒用作 金属微粒。虽然可以使用商业上可获得的金属微粒，但是可以通过对金属
离子执行化学还原方法或者非电解电镀方法或者通过执行金属蒸发方法来 制备金属微粒。在金属微粒是银微粒(或者胶体银)的情况下，可以利用 包括在溶液中将银离子化学还原为银的方法的以下常规己知方法，例如
如在美国专利No. 2,688,601的说明书中所述使用对苯二酚在胶凝水溶液中 化学还原可溶银盐的方法、如在德国专利No. 1,096,193的说明书中所述使 用肼还原微溶银盐的方法以及如在美国专利No. 2,921,914号中所述使用丹 宁酸将银离子还原为银的方法。常规已知方法也包括如在JP-A-5-134358中 所述通过执行非电解电镀方法形成银微粒的方法以及在非活性气体如氦气 中蒸发大块金属的气体蒸发方法。尤其是在金属微粒由银或者包含银的化 合物制成的情况下，获得优良的柔韧性和延展性。因而，可以容易地低成 本印制形成高密度高精确度(或者高分辨率)的光屏蔽层。
另外，在使用有色合成物形成光屏蔽层33的情况下，优选的是光屏蔽 层33的每pm厚度的光学密度(O.D.)等于或者高于l。考虑到在生产配 备有黑矩阵的滤光器时在加热步骤中防止金属微粒熔化，调整有色化合物
中金属微粒的含量，使得在将要形成的光屏蔽层33中包含的金属微粒的含 量的质量百分比优选为10%到90%、更优选为80%左右。顺便提一点，即 使当在光屏蔽层33中包含的金属微粒的含量具有同一数值，但是其所得到 的光学密度随金属微粒的平均微粒直径而变化。
从光屏蔽层33的光学密度的观点来看，在有色合成物中使用的金属微 粒的平均微粒直径的范围优选为从60nm至250nm、更优选为从70nm至 200nm。金属微粒的平均微粒直径是根据使用透射电子显微镜(TEM)进行 观察而测量的50个微粒的直径的平均值。
有色合成物可以具有光敏性。为了向有色合成物赋予光敏性，向有色 合成物添加光敏树脂合成物。在JP-A-10-160926的第16至22和29段中描 述的合成物可以用作光敏树脂合成物。在金属微粒用作水分散体的情况下， 类似于银胶体，需要水基合成物作为光敏树脂合成物。在JP-A-8-271727的 第15至23段中描述了这样的光敏树脂合成物。此外，商业上可获得的光 敏树脂合成物是例如由Toyo Gosei有限公司制造的"SPP-M20"(商标名)。 可以由这些有色合成物(包括光敏合成物)制造作为薄膜并且光学密度高 的光屏蔽层33。
还使用光敏有色合成物来制造光敏转移材料。然后，可以使用这一光
敏转移材料来制造光屏蔽层33。光敏转移材料适于利用至少光敏有色合成 物作为支撑介质以及具有光敏光屏蔽层。因此，提供光敏光屏蔽层作为光 屏蔽层。优选地，光敏光屏蔽层的膜厚度约为0.25pm。优选地，支撑介质 由化学和热稳定的柔性材料制成。具体而言，对于支撑介质的材料而言， 由Teflon (注册商标)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二酯、 Polyalylate、聚碳酸酯、聚乙烯和聚丙烯制成的薄片或者由这些材料制成的 层压产物是优选的。此外，在提供碱可溶型热塑层的情况下，优选的是， 在这一层与支撑介质之间的可剥离性良好。支撑介质的适当厚度范围从 5fim至30(im、尤其优选为20|im至150|jm。
可以通过使用涂敷器如旋涂器、Whiler涂敷器、辊式涂敷器、帘式涂 敷器、刀式涂敷器、拉丝式涂敷器或者挤压器(extruder)来涂敷并且干燥 有色光敏合成物的溶液以制造光敏转移材料。在提供碱可溶型热塑层的情 况下，类似地制造光敏转移材料。由于光敏转移材料具有由有色合成物制 造的光敏光屏蔽层，所以可以制造作为薄膜并且光学密度高的光屏蔽层33。
因此，黑矩阵31具有使用有色合成物或者光敏转移材料制造的光屏蔽 层33。优选地，光屏蔽层33的膜厚度约为0.25pm。通过分散金属微粒来 形成黑矩阵31的光屏蔽层33。因此，即使光屏蔽层33是薄膜，光屏蔽层 3仍具有足够的光学密度。
一种使用光敏有色合成物来制造光屏蔽层33的方法如下执行。也就是 说，首先，通过用于黑矩阵的光掩模，利用普通方法来曝光通过将包含金 属微粒的光敏有色合成物涂敷到光学透明基板上(使用涂敷光敏有色合成 物的方法，这类似于在制造光敏转移材料时使用的方法)而形成的层。随 后，对曝光层执行显影。可选地，在有色合成物无光敏性的情况下，在通 过在光学透明基板上涂敷包含金属微粒的有色合成物而形成的层上形成可 以显影的由光敏树脂合成物形成的层。然后，通过用于黑矩阵的光掩模， 利用普通方法来曝光由光敏树脂合成物形成的层。随后，对该层执行显影 和蚀刻。由此形成光屏蔽层33。
一种使用光敏转移材料制造光屏蔽层33的方法如下执行。首先，在光 学透明基板上放置和堆叠光敏转移材料，使得光敏转移材料的光敏光屏蔽
层与之接触。接着，从光敏转移材料的层叠体以及光学透明基板剥离支撑 介质。随后，通过用于黑矩阵的光掩模来曝光由光敏转移材料形成的层。
由此形成光屏蔽层33。可以无需执行复杂工艺而低成本地实现制造光屏蔽 层33的这一方法。
在光屏蔽层33的光引入侧形成的第一反射抑制层35包含光吸收材料。 光吸收材料可以是碳黑或者包含碳黑的混合物。可以通过曝光和显影通过 涂敷包含碳黑的光敏树脂合成物并且干燥涂敷的合成物而获得的涂敷层来 形成第一反射抑制层35。第一反射抑制层35的厚度可以设置为约0.25mm， 这约等于例如光屏蔽层33的厚度。
在黑矩阵31中，在光引入侧形成的第一反射抑制层35由光吸收材料 制成。因此，当来自例如背光光源的光从光引入侧照射到黑矩阵31时，照 射光由光吸收材料吸收并在穿过光吸收材料的过程中衰减。未被吸收而到 达光屏蔽层33的光被反射。这一反射光被部分地吸收并在再次穿过光吸收 材料的过程中衰减。因而，抑制了从光引入侧照射到黑矩阵31上的光中的 大部分光反射。
另外，碳黑或者包括碳黑的混合物用作光吸收材料。因此，捏制和涂 敷直径为5nm至500nm的精细碳微粒。因而，可以容易地低成本形成高密 度高精确度(或者高分辨率)的光吸收膜(第一反射抑制层35)。
图6是图示了黑矩阵的修改型的截面图。
如图6中所示，黑矩阵31可以在光屏蔽层33的光输出侧具有第二反 射抑制层37。在这一情况下，第二反射抑制层37的厚度可以设置为例如约 0.25pm，这约等于光屏蔽层33的厚度。因此，在根据这一修改型的黑矩阵 31A情况下，光屏蔽层33的膜厚度ta、第一反射抑制层35的膜厚度tb和 第二反射抑制层37的膜厚度tc的总膜厚度约为0.75pm。与在通过仅使用 碳黑形成的黑矩阵来保证相似光学密度(O.D.)的情况下约1.25pm的厚度 相比，可以实现黑矩阵厚度大大地减少。另外，即使在光屏蔽层33是金属 膜的情况下，仍可以通过在光屏蔽层33的光输出侧形成第二反射抑制层37， 利用第二反射抑制层37减少金属膜的高反射率。因此，即使在外部光之下 仍可获得高的显示对比度。
具有黑矩阵31的配备有黑矩阵的滤光器27被配置为使得当已经从光
输出侧入射的光照射到黑矩阵31上时，在光屏蔽层33的光引入侧形成的 第一反射抑制层35抑制了入射光反射。也就是说，抑制了造成已经从光引 入侧入射的光再次从光引入侧输出的内部反射。因而，在配备有黑矩阵的 滤光器27与背光光源之间设置液晶面板11的情况下，抑制了来自背光光 源的由液晶面板11透射的光被配备有黑矩阵的滤光器27的黑矩阵31反射 以及照射到液晶面板11的TFT 23上。因此，在具有配备有黑矩阵的滤光 器27的液晶面板100中，当已经从光输出侧入射的光照射到黑矩阵31上 时，第一反射抑制层35抑制了入射光反射。因此减少了照射到在液晶面板 11上设置的TFT23上的反射光的数量。
因此，根据上述实施例的配备有黑矩阵的滤光器27包括适于有选择地 屏蔽从光引入侧入射的光并将未屏蔽的光透射到光输出侧的黑矩阵31。该 黑矩阵31包括光屏蔽层33和在光屏蔽层33的光引入侧形成的第一反射抑 制层35。因此，当已经从光输出侧入射的光照射到黑矩阵31上时，在光屏 蔽层33的光引入侧形成的第一反射抑制层35抑制了入射光反射。还可以 防止造成已经从光引入侧入射的光再次从光引入侧输出的内部反射。
另外，使用配备有黑矩阵的滤光器27的液晶显示器100被配置为使得 配备有黑矩阵的滤光器27布置为跨液晶面板11与背光光源相对。因此， 当已经从光输出侧入射的光照射到配备有黑矩阵的滤光器27的黑矩阵31 上时，在光屏蔽层33的光引入侧形成的第一反射抑制层35抑制了入射光 反射。也减少了会照射到在液晶面板11上设置的TFT 23上的反射光的数 量。因而，可防止由于通过光屏蔽层33将背光照射到TFT 23上作为内部 反射光而造成的TFT23的故障。也可以增强液晶面板11的显示质量。
(第二实施例)
下文参照附图具体描述根据本发明的配备有黑矩阵的滤光器和液晶显 示器的第一实施例。参照第二实施例，与先前参照第一实施例描述的部分 相似的部分用相同标号来表示。
图8是图示了根据第二实施例的配备有黑矩阵的滤光器的主要部分的 放大图。图9是图示了TFT的连接状态的示意图。
顺便提一点，如图8中所示，黑矩阵31'包括光屏蔽层33和在该光屏
蔽层33的光引入侧形成的回复反射抑制层35'。
如图9中所示，在光屏蔽层33的光引入侧形成的回复反射层35'包括 在光屏蔽层33的光引入侧这一侧的表面上形成的接合剂层41，并且还包括 具有光折射作用的布置在接合剂层41上的大量微小玻璃珠43。优选地，如 随后将要所述，向接合剂层41添加光吸收材料，比如碳黑。在制造回复反 射层35'的工艺中使用玻璃珠43,各玻璃珠的整个球面镀有例如铝。利用生 产率良好的等离子体离子电镀方法作为电镀各玻璃珠43的整个球面的方法 (例如见JP-A-2000-336473 )。
一种形成回复反射层35'的方法执行如下。首先，通过网印在光屏蔽层 33的光引入侧形成作为粘附剂层的接合剂层41。大量聚合物材料可以用作 在接合剂层41中使用的粘合剂。具体而言，热固材料和热塑材料用作接合 剂。适当的聚合物材料例如有聚氨酯、环氧树脂、醇酸树脂、丙烯酸树脂 和酸烯烃共聚物(例如乙烯-甲基丙烯酸和聚氯乙烯-多乙酸乙烯酯共聚物)。 接合剂的其它典型例子有聚乙烯醇縮丁醛、聚脂树脂、醇酸树脂、丙烯酸 树脂及其组合。
随后，在涂敷的接合剂层41上分散放置玻璃珠43,各玻璃珠的整个球 面镀有金属如铝45。可以通过网印涂敷添加有玻璃珠43的涂敷材料来分散 放置玻璃珠43。然而，根据本发明的分散放置玻璃珠43的方法不限于此。 玻璃珠43可以直接地分散放置于其上。因而，各玻璃珠43按半球嵌入于 接合剂层41中。虽然可能需要将分散放置的玻璃珠43推入接合剂层41中 的步骤，但是由于在玻璃珠43与接合剂层41之间的具体重力差可以通过 自发沉降将玻璃珠43推入其中。随后，在干燥和固化接合剂层41之后， 通过碱性水溶液来溶解或者剥离涂敷在各玻璃珠43的暴露半球上的金属膜 (由铝45制成)。随后清洗和干燥玻璃珠43。然后，形成保护层47，使得 各玻璃珠43的剥离金属膜的部分嵌入于其中。由此形成玻璃珠43嵌入于 其中的回复反射层35'。
此外，优选地，向其中放置玻璃珠43的接合剂层41添加光吸收材料。 碳黑可以用作光吸收材料。当已经从光引入侧入射的光照射到通过将光吸 收材料添加到接合剂层41而获得的回复反射层34，上时，已经在各玻璃珠 43上入射的入射光沿入射方向返回。另一方面，己经在接合剂层41上入射
的入射光由光吸收材料部分地吸收并在穿过光吸收材料的过程中衰减。因
而抑制了从光引入侧照射到回复反射层35，上的光反射。
图IO是图示了第二实施例中黑矩阵的修改型的截面图。 如图10中所示，黑矩阵31可以在光屏蔽层33的光输出侧具有反射抑 制层37。在这一情况下，反射抑制层37的厚度可以设置为例如约0.25^1111。 反射抑制层37包含光吸收材料。光吸收材料可以是碳黑或者包含碳黑的混 合物。可以通过涂敷和干燥包含碳黑的光敏树脂合成物并且曝光和显影已 经干燥的涂敷层来形成回复反射层35'。另外，碳黑或者包括碳黑的混合物 用作反射抑制层37中包含的光吸收材料。由此捏制和涂敷直径为5nm至 50nm的精细碳微粒。因而，可以容易地低成本形成高密度高精确度(或者 高分辨率)的光吸收膜(回复反射层35')。
在黑矩阵31，中，当已经从光引入侧入射的光照射到黑矩阵31'上时， 在光屏蔽层的光引入侧形成的回复反射层35'沿与入射方向相同的方向返 回入射光。也就是说，已经从光引入侧入射的光没有成为在除入射方向以 外的方向上行进的有害内部反射光(或者杂散光)。因而，在液晶面板11 设置在配备有黑矩阵的滤光器27与背光光源之间的情况下，防止了来自背 光光源的由液晶面板11透射的光被配备有黑矩阵的滤光器27的黑矩阵31' 反射以及照射到液晶面板11的TFT23上。
另外，在黑矩阵3r的光输出侧形成反射抑制层37。因此，当外部光从 光输出侧照射到黑矩阵31时，照射光由光吸收材料部分地吸收并在穿过光 吸收材料的过程中衰减。此外还反射未被吸收而到达光屏蔽层的光。这一 反射光被部分地吸收并在再次穿过光吸收材料的过程中衰减。因而，即使 在光屏蔽层33是金属膜的情况下，通过在光屏蔽层33的光输出侧形成反 射抑制层，利用反射抑制层37减少金属膜的高反射率。因此即使在外部光 之下仍可获得高的显示对比度。
根据本发明上述实施例的配备有黑矩阵的滤光器27包括适于有选择地 屏蔽从光引入侧入射的光并将未屏蔽的光透射到光输出侧的黑矩阵31'。该 黑矩阵31'包括光屏蔽层33和在光屏蔽层33的光引入侧形成的回复反射层 35，。因此，当己经从光输出侧入射的光照射到黑矩阵31，上时，在光屏蔽 层33的光引入侧形成的回复反射层35'沿与入射方向相同的方向反射入射
光。因此，当已经从光输出侧入射的光照射到黑矩阵3r上时，在光屏蔽层
的光引入侧形成的回复反射层35'沿与入射方向相同的方向反射入射光。因 而，可以防止已经从光引入侧入射的光成为内部反射光(或者杂散光)。
另外，使用配备有黑矩阵的滤光器27的液晶显示器100'被配置为使得 配备有黑矩阵的滤光器27被布置为跨液晶面板11与背光光源相对。因此， 当已经从光输出侧入射的光照射到配备有黑矩阵的滤光器27的黑矩阵31' 上时，在光屏蔽层3的光引入侧形成的回复反射层35，沿入射方向返回入射 光。因此，入射光既不成为内部反射光也不照射到在液晶面板ll上设置的 TFT23上。因而，可以防止由于通过光屏蔽层33将背光照射到TFT23上 作为内部反射光而造成的TFT 23的故障。也可以增强液晶面板11的显示 质量。
本申请基于通过引用将内容结合于此的申请日为2005年12月21日的 日本专利申请(jp 2005-368325)和申请日为2005年12月22日的日本专 利申请(JP2005-370313)而要求外国优先权。
权利要求
1、一种配备有黑矩阵的滤光器，包括黑矩阵，适于有选择地屏蔽从光引入侧入射的光并将未屏蔽的光透射到光输出侧，其中所述黑矩阵包括光屏蔽层；以及在所述光屏蔽层的所述光引入侧形成的第一反射抑制层。
2、 根据权利要求1所述的配备有黑矩阵的滤光器，其中所述黑矩阵包 括在所述光屏蔽层的所述光输出侧形成的第二反射抑制层。
3、 根据权利要求1所述的配备有黑矩阵的滤光器，其中所述反射抑制 层包括光吸收材料。
4、 根据权利要求3所述的配备有黑矩阵的滤光器，其中所述光吸收材 料是碳黑和包括碳黑的混合物中之一。
5、 根据权利要求1所述的配备有黑矩阵的滤光器，其中所述光屏蔽层 包括金属微粒。
6、 根据权利要求5所述的配备有黑矩阵的滤光器，其中所述光屏蔽层 被配置为在粘合剂中分散所述金属微粒以能够屏蔽光。
7、 根据权利要求6所述的配备有黑矩阵的滤光器，其中所述粘合剂包 括有机聚合物粘合剂。
8、 根据权利要求5所述的配备有黑矩阵的滤光器，其中所述金属微粒 包括银和包含银的化合物中之一。
9、 一种液晶显示器，包括 根据权利要求1所述的配备有黑矩阵的滤光器； 在所述配备有黑矩阵的滤光器的光引入侧布置的背光光源；以及 在所述配备有黑矩阵的滤光器与所述背光光源之间布置的液晶面板。
10、 一种配备有黑矩阵的滤光器，包括黑矩阵，适于有选择地屏蔽 从光引入侧入射的光并将未屏蔽的光透射到光输出侧，其中所述黑矩阵包括 光屏蔽层；以及在所述光屏蔽层的所述光引入侧形成的回复反射层。
11、 根据权利要求10所述的配备有黑矩阵的滤光器，其中所述黑矩阵 包括在所述光屏蔽层的所述光输出侧设置的反射抑制层。
12、 根据权利要求11所述的配备有黑矩阵的滤光器，其中所述反射抑 制层包括光吸收材料。
13、 根据权利要求12所述的配备有黑矩阵的滤光器，其中所述光吸收 材料是碳黑和包括碳黑的混合物中之一。
14、 根据权利要求10所述的配备有黑矩阵的滤光器，其中所述光屏蔽 层包括金属微粒。
15、 根据权利要求14所述的配备有黑矩阵的滤光器，其中所述光屏蔽 层被配置为在粘合剂中分散所述金属微粒以能够屏蔽光。
16、 根据权利要求15所述的配备有黑矩阵的滤光器，其中所述粘合剂 包括有机聚合物粘合剂。
17、 根据权利要求14所述的配备有黑矩阵的滤光器，其中所述金属微 粒包括银和包含银的化合物中之一。
18、 根据权利要求10所述的配备有黑矩阵的滤光器，其中所述回复反射层包括接合剂层，形成在所述光屏蔽层的在所述光引入侧设置的表面上并且 具有所述光吸收材料；以及多个微小玻璃珠，布置在所述接合剂层上并且具有光折射作用。
19、 一种液晶显示器，包括根据权利要求10所述的配备有黑矩阵的滤光器； 在所述配备有黑矩阵的滤光器的光引入侧布置的背光光源；以及 在所述配备有黑矩阵的滤光器与所述背光光源之间布置的液晶面板。
全文摘要
一种配备有黑矩阵的滤光器包括适于有选择地屏蔽从光引入侧入射的光并将未屏蔽的光透射到光输出侧的黑矩阵，其中该黑矩阵包括光屏蔽层；以及在光屏蔽层的光引入侧形成的第一反射抑制层。
文档编号G02B5/20GK101341428SQ20068004803
公开日2009年1月7日 申请日期2006年12月21日 优先权日2005年12月21日
发明者矢内雄二郎 申请人:富士胶片株式会社