黑矩阵基板的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及能够用于滤色器的黑矩阵基板，该滤色器使用于液晶显示装置、发光 器件。
【背景技术】
[0002] 液晶显示装置采用在2张基板间夹着液晶层的结构，利用液晶层的电光响应来表 现明暗，也可以通过使用滤色器基板进行彩色显示。
[0003] 以往，形成于滤色器基板、成为遮光层的黑矩阵，以铬系材料形成的金属薄膜为主 流，但是为了降低成本、环境污染，开发了含有树脂和遮光材料的树脂黑矩阵。具备具有含 有炭黑等遮光材料的树脂黑矩阵的滤色器基板的液晶显示装置，在屋内的可见性优异，但 是将其在屋外使用的情况下，黑矩阵由来的、起因于外光反射的可见性的恶化就成为了问 题。
[0004] 从这样的背景出发，为了实现光密度（以下有时称为"0D值"。）高，且从透明基板 侧看时反射率低的树脂黑矩阵，进行了各种研究。例如，提出了下述方法：使用由绝缘性物 质被覆表面的黑色色剂微粒的方法（专利文献1)，向氮氧化钛中添加炭黑的方法（专利文 献2)，使用钛氮化物和钛碳化物的混合物的方法（专利文献3)，制作着色浮雕层和黑色浮 雕层的2层结构的方法（专利文献4)以及制作包含形状各向异性金属微粒的光吸收层和 反射光吸收层的2层结构的方法（专利文献5)。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1 :日本特开2001-183511号公报
[0008] 专利文献2 :日本特开2006-209102号公报
[0009] 专利文献3 :日本特开2010-95716号公报
[0010] 专利文献4 :日本特开平8-146410号公报
[0011] 专利文献5 :日本特开2006-251237号公报
【发明内容】
[0012] 发明所要解决的课题
[0013] 然而，由于高遮光性的材料原理上反射率高，所以，对于树脂黑矩阵，达到充分的 光密度和低反射率这两方面是非常困难的。而且，关于将树脂黑矩阵做成2层结构的方法， 也存在难于经过可见光的全部区域而实现低反射率的问题，而且因为使用金属微粒而变为 尚传导性，可能会广生由电场异常引起的显不不良。
[0014] 所以，本发明目的在于，提供一种虽然具有充分的光密度，但反射率低，且具有高 电阻值，可靠性高的形成有树脂黑矩阵的黑矩阵基板。
[0015] 用于解决课题的方法
[0016] 本发明提供以下的黑矩阵基板等。
[0017](1) -种黑矩阵基板，依次具有透明基板、遮光层㈧和遮光层（B)，遮光层（A)的 每单位厚度的光密度比遮光层（B)的每单位厚度的光密度低，遮光层（A)含有遮光材料和 折射率1. 4~1. 8的微粒。
[0018] 作为上述发明的优选形态，本发明提供以下的黑矩阵基板。
[0019] ⑵根据上述的黑矩阵基板，折射率1. 4~1. 8的微粒是选自氧化错、氧化娃、硫酸 钡、硫酸钙、碳酸钡、碳酸钙、碳酸镁、碳酸锶以及偏硅酸钠中的1种以上的微粒。
[0020] (3)根据上述任一项的黑矩阵基板，折射率1. 4~1. 8的微粒的通过依照JIS P8148 (2001)的方法测定得到的白度为30 %以上。
[0021] (4)根据上述任一项的黑矩阵基板，透明基板由聚酰亚胺树脂形成。
[0022] 另外，本发明提供使用了上述黑矩阵基板的以下的物质。
[0023] (5) -种滤色器基板，上述任一项的黑矩阵基板的遮光层（A)和遮光层（B)具有图 案形状，在不存在图案的部分存在着色了的像素。
[0024] (6)-种发光器件，具有上述滤色器基板和发光元件。
[0025] (7)根据上述的发光器件，发光元件为有机EL元件。
[0026] (8) -种液晶显示装置，具有上述滤色器基板、液晶化合物和对置基板。
[0027] 另外，本发明提供用于制造上述黑矩阵基板和滤色器的如下的优选方法。
[0028](9)-种黑矩阵基板的制造方法，具有下述工序：
[0029] 在透明基板的上方形成含有遮光材料和树脂的组合物的层的工序；
[0030] 在该组合物的层的上方形成含有遮光材料的感光性树脂组合物的层的工序；
[0031] 进行图案曝光，通过显影液或者溶剂对上述2种层进行图案加工的工序。
[0032] (10) -种滤色器的制造方法，具有通过上述方法制造了黑矩阵基板后，在不存在 图案的地方设置像素的工序。
[0033] 发明的效果
[0034] 根据本发明的黑矩阵基板，不仅遮光层能够实现不让背光源的光通过的充分的遮 光性，得到高衬度、鲜明的图像，而且得到由于反射率低即使在外光下可见性也非常优异、 且电可靠性高的液晶显示装置成为可能。
【附图说明】
[0035] 图1是表示本发明的黑矩阵基板的几种实施方式的截面示意图。
[0036] 图2是表示本发明的黑矩阵基板的一种实施方式的截面示意图。
[0037] 图3是表示本发明的发光器件的一种实施方式的截面示意图。
【具体实施方式】
[0038] 本发明的黑矩阵基板的特征在于，依次具有形成于透明基板上的遮光层（A)和遮 光层（B)，遮光层（A)的每单位厚度的光密度比遮光层（B)的每单位厚度的光密度低，遮光 层（A)含有遮光材料和折射率1. 4~1. 8的微粒。
[0039] 已知，通常，树脂黑矩阵（以下称为"树脂BM"。）每单位厚度的光密度（用光密度 除以厚度的值。以下称为"0D/T"。）越大，反射率越高。这是由于下述的理由。
[0040] 一般地，相对的2种无色透明的物质相接的情况下，入射到其界面的光的反射率R 可以如下述数学式（1)这样用折射率差来表示。
[0041]反身才率R= (nfnjVO^+n；；)2 (1)
[0042] (在这里，叫、n2分别表示任意的无色透明的物质npn2的折射率）
[0043] 另一方面，金属等非无色透明的物质的情况下，折射率有必要以复折射率来表示，
[0044] 使用复折射率N=n-ik(n表示物质n的折射率的实数部，k表示消光系数）。 无色透明的物质m和非无色透明的物质n相接的情况下，从物质m侧垂直入射到其界面的 光的反射率R可以如下述数学式（2)这样表示。
[0045] 反射'率R= {(m_n)2+k2}/{ (m+n)2+k2} ⑵
[0046] (在这里，m表示无色透明的物质m的折射率，n表示物质n的折射率的实数部，k 表示物质n的消光系数）
[0047] 根据此数学式（2)可知，消光系数k越大，反射率就越大。另外，假设消光系数k 为〇,即物质n为无色透明的情况下，变成与数学式（1)同样的结果。
[0048] 另外，消光系数在某些波长处与吸光系数a成比例。再者，吸光系数a可近似为 OD/T乘以了常数而得的值。即，消光系数k与OD/T的值成比例，如果使用数学式（2)，则 可知，OD/T越大，原理上物质m和物质n的界面处的反射率R就越高。
[0049] 本发明人等将上述数学式（2)的物质m对应为透明基板，物质n对应为树脂BM，推 断作为树脂BM的特性被要求的低反射率和高遮光性，在一定的膜厚条件下处于折衷选择 的关系。为了低反射化，减小OD/T是有效的，但是这种情况下为了确保充分的遮光性，需要 加大黑矩阵的膜厚。膜厚大的黑矩阵成为液晶的取向紊乱的原因，衬度下降。所以，为解决 该折衷选择深入研究的结果是，考虑到在透明基板的上方依次具有OD/T小的层、即可以说 是低光密度层的遮光层（A)，和OD/T比遮光层（A)大的层、即可以说是高光密度层的遮光 层（B)的黑矩阵基板适于课题的解决。另外，这里所说的"遮光层"并不限于100%遮断光 的层。根据该黑矩阵基板的结构，由于遮光层（A)具有较低的OD/T，因此对于从透明基板侧 进来的光，在遮光层（A)的透明基板侧的界面处的反射降低。由于光在遮光层（A)中也衰 减，所以在遮光层（B)的遮光层（A)侧的界面处的光的反射量也减少。其结果是，本发明的 黑矩阵基板的反射率变低。再者，由于具有遮光层（B)，使得对于从遮光层（B)透射进来的 光具有充分的遮光性成为可能。即推测通过这样的黑矩阵基板的结构，对于从透明基板侧 进来的光，能够使低反射和充分的遮光性并存。
[0050] 然而，根据本发明人等的研究表明，单是上述那样的结构，从透明基板侧入射的光 通过OD/T小的层，在OD/T大的层的、OD/T小的层侧的界面处的反射存在，不容易实现所期 望的树脂BM的低反射化。因此，本发明人等发现具有这样的结构的黑矩阵基板中，通过使 上述OD/T小的层含有遮光材料和折射率1. 4~1. 8的微粒，能够使充分的遮光性和低反射 并存，进而完成本发明。
[0051] 本发明的遮光层（A)的光密度不为0,是实质上不透明的层结构，其OD/T比遮光层 (B)的OD/T小。而且，本发明的遮光层（B)的光密度不为0,是实质上不透明的层结构。另 外，本发明中所说的0D值采用在波长380~700nm的区域使用下式以5nm间隔求得的值的 平均值。
[0052] 0D值=log10 (1。/1)
[0053]I。:入射光强度
[0054]I:透射光强度
[0055]〈〈遮光层（A)》
[0056]〈光密度〉
[0057] 遮光层（A)的0D/T优选0.511m1以上，更优选1ym1以上。另外，该值优选3iim1 以下，更优选2.5ym1以下。如果该值过小，层叠的树脂BM为了得到所期望的0D值，就不得 不增大膜厚。如果该值过大，反射率有变高的趋势。遮光层（B)的0D/T优选3ym1以上， 更优选3. 5 11m1以上。且更优选8ym1以下，进一步更优选6ym1以下。如果该值过小，树 脂BM为了得到所期望的0D值，膜厚变得过厚；如果大了，不得不增多遮光材料的添加量，图 案加工有时会变得困难。
[0058]本发明的黑矩阵基板中存在的遮光层整体的0D值优选3以上，更优选4以上。另 外更优选6以下，进一步更优选5以下。如果整体的0D值过低，有时背光源的光会透射一 部分，衬度降低。另一方面，如果过高，不仅是遮光层（B)，遮光层（A)的遮光材料的添加量 也不得不增加，在成为所期望的膜厚的情况下，反射率有变高的趋势。
[0059] 遮光层（A)的0D值优选0. 5以上，更优选0. 8以上，且优选2. 0以下，更优选1. 5 以下。遮光层（B)的0D值更优选1.5以上，进一步更优选2.0以上，另一方面更优选5.0 以下，进一步更优选3. 5以下。
[0060]〈微粒〉
[0061]作为本发明所说的微粒，优选实质上不着色，淡色、透明或者白色的微粒。关于黑 色颜料、红、蓝、绿、紫、黄色、洋红或者青色等的颜料分类到之后所述的遮光材料中。
[0062]作为微粒的成分，除了填充颜料或者白色颜料等的白色的微粒，可以举出各种陶 瓷、各种树脂等。但是如前所述折射率为1. 4~1. 8是必要的。
[0063]这里所说的微粒的折射率，是可见光下的折射率，作为代表值，可以采用相当于钠D线的波长589nm处的折射率的值。作为折射率的测定方法，可以以微粒自身或者与微粒相 同组成的物质为试样，使用浸液法即贝克线法测定。作为通过贝克线法求得折射率的方法， 准备30个作为目的的微粒的同一物质的样品，在测定了每一个的折射率之后，通过它们的 平均值可以算出折射率。
[0064]本发明中使用的微粒的折射率为1.4~1.8是必要的，优选1.5~1. 7。所谓折射 率低，原理上应该是构成微粒的物质的密度低。因此，存在着这样的低密度的粒子形成遮光 层时，相对于作为分散介质使用的有机溶剂容易被侵害的问题。进而完成了的黑矩阵基板 的耐溶剂性变得不充分。另一方面，如果折射率过高，由于遮光层（A)的折射率相比于透明 基板来说变得过大，因此遮光层（A)的透明基板侧的表面处的反射变大，结果是，黑矩阵基 板的反射有变高的趋势。根据本发明的结构，推测能够通过具有上述范围的折射率的微粒 分散于0D/T小的层，将入射光由于微粒而被散射的影响抑制到最小限度，同时使0D/T小的 层的折射率变成与透明基板相近的值，与遮光材料的遮光效果相配合，反射光衰减。
[0065]作为折射率1. 4~1. 8的微粒，具体的可以举出丙烯酸树脂、聚乙烯树脂、有机硅 微粒、氟树脂等树脂制的微粒。作为市售品的丙烯酸树脂微粒，可以举出日本夂O卜制 FS-101、FS102、FS106、FS-107、FS-201、FS-301、FS-501、FS-701、MG-155E、MG-451、MG-351、 东洋纺制的"夕7于7夕"（注册商标）F-120、F-167等。
[0066] 如上所述，可以在本发明中使用的微粒优选实质上不着色，淡色、透明或者白色的 微粒，优选白色的微粒。作为折射率为1. 4~1. 8的微粒，可以举出例如滑石、云母或者高 岭土等矿物，氧化错（aluminiumoxide)或者二氧化娃（siliconoxide)等氧化物，硫酸钡 或者硫酸钙等硫酸盐，碳酸钡、碳酸钙、碳酸镁或者碳酸锶等碳酸盐，偏硅酸钠或者硬脂酸 钠。从电可靠性的观点出发，优选选自氧化铝、氧化硅、硫酸钡、硫酸钙、碳酸钡、碳酸钙、碳 酸镁、碳酸锶和偏硅酸钠中的物质，更优选硫酸钡。另外，作为市售的硫酸钡，可举出例如 "BARIFINE"（注册商标）BF-10、BF-1、BF-20或者BF-40 (以上均是堺化学工业社制）。本 发明的折射率1. 4~1. 8的微粒优选依照JISP8148 (2001)的方法测定的白度为30%以 上，更优选50%以上。微粒的白度的测定中，充分对微粒施加压力使其填充于测定容器，以 便使白度变成一定的值进行测定。