CN111919143B - 黑色结构体以及具备该黑色结构体的自发光图像显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种表面反射率被抑制得较低的黑色结构体以及具备该黑色结构体的自发光显示装置。黑色结构体在同一面内具有吸收来自视觉辨认侧的光线的黑色层和透射从与视觉辨认侧相反一侧入射的光的透光部，在黑色层的视觉辨认侧表面具有周期为380nm以下的微细凹凸结构，黑色层在与具有微细凹凸结构的面相反一侧的面与基材接合，本发明的自发光图像显示装置包括自发光图像显示面板及在同一面内具有黑色层和透光部的黑色结构体，黑色层具有设置于视觉辨认侧表面的微细凹凸结构且在与具有微细凹凸结构的面相反一侧的面与图像显示面板相向，透光部设置于自发光图像显示面板的发光元件的上方。

Description

黑色结构体以及具备该黑色结构体的自发光图像显示装置
技术领域
本发明涉及一种黑色结构体以及具备该黑色结构体的自发光图像显示装置。
背景技术
以往，在液晶显示装置中，在液晶单元内设置滤色器来进行全彩显示。并且，在滤色器内设置区分像素的黑色层(还称为黑矩阵)来抑制像素彼此的混色或漏光且兼具遮蔽的作用以使TFT(薄膜晶体管：thin film transistor)元件或配线等非显示区域不会被观察者看见(参考专利文献1)。
通常，滤色器以及黑色层形成于构成液晶单元的基板上(主要为玻璃基板)，而且由于在基板的观察者侧存在偏振片或表面膜而其表面反射成为降低显示对比度的主要原因，黑色层在显示区域整体中所占的比例也小，因此黑色层的视觉辨认侧界面所具有的反射至今未得到重视。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平6-347778号公報
发明内容
发明要解决的技术课题
然而，近年来，随着自发光图像显示装置的普及，黑色层再次被采用。这是因为自发光图像显示装置的像素自身以全彩闪烁且理论上来讲不需要滤色器，但驱动用电路仍然存在于面板上，这些会反射来自外部的光而降低显示对比度。在有机EL显示装置中，在视觉辨认侧设置圆偏振片而防止来自外部的光在面板上的电极等反射，但同时存在也降低显示亮度的缺点。
因此，对将黑色层设置于面板表面来设置包覆了非发光区域的黑色结构体以提高显示对比度进行研究的结果，可知在亮度方面虽获得优异性，但现有已知的黑矩阵材料在黑色层的表面反射率方面还存在改善的空间。
因此，本发明的课题在于提供一种表面反射率被抑制得较低的黑色结构体以及具备该黑色结构体的自发光显示装置。
用于解决技术课题的手段
作为以现有黑矩阵材料无法获得所希望的特性的理由，发明人等考虑如下：现有材料主要以在视觉辨认侧与玻璃接触使用为前提设计折射率分布、吸光特性或材料，只是单纯地将这些设置于自发光型的图像显示面板前面则无法获得令人满意的特性。并且，在表面设置电介质多层膜来实现低反射化的方法中存在色调容易在斜向视野方向上发生变化的难点，并且在另外设置低折射率层的方法中存在无法实现充分降低反射率的难点。
因此，发明人等进行深入研究的结果，发现通过在黑色结构体的表面上赋予微细凹凸结构，能够克服上述问题。
即，发现通过以下结构能够解决上述问题。
[1]一种黑色结构体，其在同一面内具有吸收来自视觉辨认侧的光线的黑色层和透射从与视觉辨认侧相反一侧入射的光的透光部，在黑色层的视觉辨认侧表面具有周期为380nm以下的微细凹凸结构，黑色层在与具有微细凹凸结构的面相反一侧的面与基材接合。
[2]根据[1]所述的黑色结构体，其中，透光部中填充有透明材料。
[3]根据[2]所述的黑色结构体，其中，黑色层的视觉辨认侧表面和填充有透明材料的透光部的视觉辨认侧表面在同一平面上，在透光部的视觉辨认侧表面上也设置有与设置于黑色层上的微细凹凸结构相同的微细凹凸结构。
[4]根据[1]至[3]中任一项所述的黑色结构体，其中，微细凹凸结构由蛾眼结构构成，所述蛾眼结构由埋入粘合剂树脂层内的平均一次粒径为100～250nm的微粒子组成。
[5]一种自发光图像显示装置，其包括自发光图像显示面板及在同一面内具有黑色层和透光部的黑色结构体，黑色层具有设置于视觉辨认侧表面的微细凹凸结构，在与具有微细凹凸结构的面相反一侧的面与图像显示面板相向，透光部设置于自发光图像显示面板的发光元件的上方。
[6]根据[5]所述的自发光图像显示装置，其中，通过连续的透明层包覆自发光图像显示面板的表面，在透明层的视觉辨认侧表面设置有黑色结构体。
[7]根据[6]所述的自发光图像显示装置，其中，黑色结构体的透光部中填充有透明材料。
[8]根据[7]所述的自发光图像显示装置，其中，透明层和填充有透明材料的透光部形成为一体。
[9]根据[8]所述的自发光图像显示装置，其中，黑色层的视觉辨认侧表面和透光部的视觉辨认侧表面在同一平面上，在透光部的视觉辨认侧表面上也设置有与设置于黑色层上的周期为380nm以下的微细凹凸结构相同的微细凹凸结构。
[10]根据[5]至[9]中任一项所述的自发光图像显示装置，其中，微细凹凸结构由蛾眼结构构成，所述蛾眼结构由埋入粘合剂树脂层内的平均一次粒径为100～250nm的微粒子组成。
发明效果
根据本发明，能够提供一种表面反射率被抑制得较低的黑色结构体以及具备该黑色结构体、表面反射率低、非显示时的漆黑性高、显示对比度优异的自发光显示装置。
附图说明
图1是表示本发明的黑色结构体及来自视觉辨认侧的光、显示光的状态的概念图。
图2中，(a)～(c)是表示本发明中的黑色层的形成方法的概念图。
图3是表示能够用于本发明的微细凹凸结构的形成方法的一例的概念图。
图4是表示能够用于本发明的微细凹凸结构的形成方法的一例的概念图。
图5中，(a)～(c)是表示透光部中填充有透明材料或透明树脂层的形态的剖视图。
图6是利用电子显微镜从视觉辨认侧拍摄实际在黑色层上制成的微细凹凸结构α的一例。
图7是本说明书中的制造例1及制造例2中制成的黑色层的反射光谱。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细说明。
以下所记载的构成要件的说明有时根据本发明的代表性实施方式进行，但本发明并不限于这些实施方式。
另外，在本说明书中，用“～”表示的数值范围表示将在“～”的前后记载的数值作为下限值及上限值来包括的范围。
[黑色结构体]
本发明的黑色结构体在同一面内具有吸收来自视觉辨认侧的光线的黑色层和透射从与视觉辨认侧相反一侧入射的光的透光部，在上述黑色层的视觉辨认侧表面具有周期为380nm以下的微细凹凸结构。如图1所示，黑色结构体1的黑色层2在未设置有微细凹凸结构3的一侧，能够直接或经由粘接层等其他层与任意的基材4接触。黑色层2具有吸收从视觉辨认侧入射的光5的作用，微细凹凸结构3降低在黑色层2中的视觉辨认侧表面上的反射6。透光部7透射从设置于与视觉辨认侧相反一侧的光源发射的光8。
发明人等为了实现表面反射少且高效吸收来自视觉辨认侧的入射光的黑色结构体，进行各种研究的结果，发现若采用通过微细凹凸结构降低反射率的结构，则黑色结构体呈现高漆黑性，从而完成本发明。
通常，反射率降低结构中存在利用干扰的方法(例如设置电介质多层膜或控制膜厚的低折射率层的方法)和利用折射率调制的方法(例如使用比可见光波长微细的结构体的方法)，但发明人等认为从反射特性在宽频带中均匀且不存在视角依赖性这一方面考虑，利用折射率调制会更有利。并且，若为本发明所述的方式，则即使较薄也能够再现性良好地赋予充分的折射率调制。认为一旦入射到黑色层内的光在内部反复吸收和散射/折射/反射的过程中几乎其全部会被消减，因此能够呈现优异的黑色(漆黑性)。
以下，举出材料及形成方法的一例，对构成黑色结构体的黑色层以及微细凹凸结构进行详细说明。
〔黑色层〕
构成本发明的黑色结构体的黑色层能够无限制地使用公知的黑色材料。黑色层的光学浓度(OD)值优选为1.5/μm以上，更优选为3.0/μm以上。关于这种黑色材料，例如能够使用对表面进行发黑处理的铬、镍、铝等金属材料覆膜或黑色树脂层。从视觉上呈现更中性的黑色的方面考虑，优选使用黑色树脂层。黑色树脂层能够由黑色组合物形成。以下，对黑色组合物进行说明。
＜黑色组合物＞
能够用于本发明的黑色组合物并无特别限定，例如能够包含黑色颜料及粘合剂前体。并且，可根据需要包含其他成分。黑色组合物可以是感光性的，也可以是非感光性的。其形成方法并无特别限定，能够根据所使用的黑色组合物的特性，通过印刷法、喷墨法、光刻法、转印法及对这些方法组合加热或曝光来形成。
作为黑色颜料，并无特别限定，例如，可优选使用以炭黑为首的碳系黑色颜料、有机黑色颜料等。还能够使用在碳纳米管或石墨等碳纳米材料中呈现黑色的材料。为了通过改善对粘合剂的分散性或控制表面的电子状态来实现色调的调整，能够对这些黑色颜料实施各种表面处理。
以提高黑色层的光遮蔽性或校正色调为目的，除了黑色颜料以外，还能够添加各种辅助颜料。作为辅助颜料，作为黑色有机颜料，可举出苝黑、苯胺黑等，作为混色有机颜料，可举出将选自红色、蓝色、绿色、紫色、黄色、品红色、青色等中的至少2种以上颜料混合而类似黑色化的颜料，作为无机颜料，可举出石墨及钛、铜、铁、锰、钴、铬、镍、锌、钙、银等金属微粒子、金属氧化物、复合氧化物、金属硫化物、金属氮化物等。通过黑色组合物获得的黑色层存在根据所添加的颜料的浓度或分散状态会伴有被称为“青铜现象”的斜方向上的反射色调的变化的情况，但通过适当选择这些辅助颜料，能够实现漆黑性在任何角度均优异的黑色层。
作为粘合剂前体，能够利用各种有机高分子材料、聚合性单体、交联剂的组合，但从能够精确控制图案边缘的观点考虑，优选使用感光性的粘合剂前体。感光性的粘合剂前体可以为正型，也可以为负型。去除未曝光部时，能够适用各种蚀刻工艺，从通用性优异这一方面考虑，能够利用基于碱显影液的蚀刻。
作为感光性的粘合剂前体，若使用具有碱显影性的感光性的粘合剂前体，则能够进行基于碱显影的蚀刻。作为具有碱显影性的感光性的粘合剂前体，能够使用碱可溶性树脂与聚合性单体、聚合引发剂的组合作为一例。
作为碱可溶性树脂，并无特别限定，例如，可举出使双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛清漆型环氧树脂、多元羧酸缩水甘油酯、多元醇聚缩水甘油酯、脂肪族或脂环式环氧树脂、氨基环氧树脂、三酚甲烷型环氧树脂、在侧链具有羧基等酸性基或其盐等极性基团的(甲基)丙烯酸树脂、二羟基苯型环氧树脂等环氧树脂与(甲基)丙烯酸进行反应来获得的环氧(甲基)丙烯酸酯等通常的能够光聚合的树脂等或卡多树脂。
作为聚合性单体，并无特别限定，例如，能够利用环氧化合物、(甲基)丙烯酸酯化合物等，作为优选的一方式，能够利用分子量在300～1700范围内的具有乙烯性不饱和双键的化合物。具有乙烯性不饱和键的化合物1分子中的乙烯性不饱和双键的数量优选为2～6。若使用这种化合物，则能够形成膜强度优异，后述透光部的膜残留率低且边缘形状优异的黑色层。
作为聚合引发剂，能够利用公知的各种聚合引发剂，例如可举出肟酯系化合物、苯乙酮系化合物、三嗪系化合物、二苯甲酮系化合物、噻吨酮系化合物、咪唑系化合物、二茂钛化合物、酰基膦化合物等。即使是黑色层的光学浓度(OD)高的膜，从固化性优异的方面考虑，在肟酯系化合物或二茂钛系化合物、苯乙酮系化合物中，优选使用氨基苯乙酮系化合物。
能够根据需要对黑色组合物进一步添加颜料的分散稳定剂、表面活性剂、消泡剂、染料、抗氧化剂、阻聚剂、增感剂、增粘剂、粘附改善剂、脆性改善剂等。
＜黑色层的形成方法＞
如上所述，在形成黑色层及透光部时，能够利用各种形成方法。并且，能够设置于图像显示装置自身的表面或组装到图像显示装置的各种膜的表面，此时，能够直接设置于这些表面，也可以暂时将黑色层设置于形成用伪支撑体上之后转印到装置或各种膜的表面。以下，利用附图进行具体说明。
作为第一方式，如图2(a)所示，在作为基材4的图像显示装置自身的表面或组装到图像显示装置的各种膜的表面设置黑色组合物的涂膜12，适当实施图案化或蚀刻而设置透光部7，根据需要进一步进行固化或烘烤，由此能够在图像显示装置自身的表面或组装到图像显示装置的各种膜的表面形成黑色层2。
作为第二方式，如图2(b)所示，将黑色组合物的涂膜12设置于形成用伪支撑体11上，并在作为基材4的图像显示装置自身的表面或组装到图像显示装置的各种膜的表面，将该涂膜的表面与形成用伪支撑体11一同直接或经由粘接层(未图示)粘接之后，适当实施图案化，去除相当于透光部的部分的涂膜12来形成透光部7，并且，通过将形成用伪支撑体11剥离去除，能够在图像显示装置自身的表面或组装到图像显示装置的各种膜的表面形成黑色层2。在图2(b)中，描绘成与形成用伪支撑体11一同去除相当于透光部的部分的涂膜12，但无需一定要一同去除，也可以先剥离去除形成用伪支撑体之后，依次去除相当于透光部的部分的涂膜12。
作为第三方式，如图2(c)所示，在形成用伪支撑体上设置黑色组合物的涂膜，在形成用伪支撑体上进行蚀刻、图案化来形成透光部7之后，利用粘接层(未图示)或黑色层自身的粘接性，将黑色结构物转印到作为基材4的图像显示装置自身的表面或组装到图像显示装置的各种膜的表面，剥离去除形成用伪支撑体11，由此能够在图像显示装置自身的表面或组装到图像显示装置的各种膜的表面形成黑色层2。
关于在这些形成方法中使用的形成用伪支撑体，能够无限制地利用公知的塑料膜或玻璃等。作为塑料膜的一例，是聚对苯二甲酸乙二酯膜、聚萘二甲酸乙二酯膜等聚酯膜、三乙酰纤维素膜等纤维素系膜、丙烯酸树脂膜、聚乙烯膜、聚丙烯膜等聚烯烃膜、聚环烯烃膜等。
〔微细凹凸结构〕
设置于本发明的黑色结构体的黑色层上(视觉辨认侧表面)的微细凹凸结构是指周期为可见光波长以下，即380nm以下的凹凸结构。若凹凸的周期在该范围内，则光扩散的效果被降低而能够显示出没有雾度的透明的透射特性。并且，若周期为100nm以上，则在可见光区域的防反射性优异，因此优选。利用扫描型电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等观察表面形状，检查是否形成有上述微细凹凸结构，由此能够确认微细凹凸结构的有无。这种微细凹凸结构包括还被称为蛾眼结构的结构。
作为微细凹凸结构的形成方法，能够采用各种方法，可举出将具有微细凹凸的铸模按压在黑色层表面来赋形的方法、利用溶剂从构成黑色层的聚合物的混合溶液蒸发的过程中发生的相分离或自组装的方法等。
并且，作为优选的一方式，通过将另外制作的微细凹凸结构膜转印到黑色层表面而一体化，能够在黑色层表面形成微细凹凸结构。根据该方法，具有如下优点：上述黑色组合物的材料选择的自由度高的同时能够形成具有优异的防反射能力的微细凹凸结构。以下，对其具体例进行说明。
＜微细凹凸结构的形成例＞
在本发明中，例如，通过经下述(1)～(8)的工序，能够在黑色层的视觉辨认侧表面设置微细凹凸结构。将概念图示于图3、图4。
通过依次进行如下工序，能够在黑色层的视觉辨认侧表面上设置微细凹凸结构：
在伪支撑体上，将平均一次粒径为100nm以上且250nm以下的粒子(a2)和固化性化合物(a1)以上述粒子(a2)埋没在包含上述固化性化合物(a1)的层(a)中的厚度设置的工序(1)、
使上述层(a)的一部分固化来获得层(ca)的工序(2)、
将支撑体及在上述支撑体上具有包含粘合剂的层(b)的粘合膜的上述层(b)与上述层(ca)贴合的工序(3)、
使上述层(ca)的上述支撑体侧的界面的位置靠近上述伪支撑体侧，以使上述粒子(a2)埋没在将上述层(ca)及上述层(b)贴合而成的层中且从上述层(ca)的上述支撑体侧的界面突出的工序(4)、
剥离上述伪支撑体的工序(5)、
将设置于任意基材上的黑色层与包含上述工序(5)中获得的上述层(ca)的层叠体的上述层(ca)贴合的工序(6)、
在上述粒子(a2)埋没在将上述层(ca)和上述层(b)贴合而成的层中的状态下固化上述层(ca)的工序(7)、
剥离上述粘合膜的工序(8)。
其中，“粒子(a2)埋没在层(a)中的厚度”是指层(a)的厚度为粒子(a2)的平均一次粒径的0.8倍以上的厚度。
并且，在本发明中，“粒子(a2)埋没在将层(ca)及层(b)贴合而成的层中”是指将层(ca)及层(b)贴合而成的层的厚度为粒子(a2)的平均一次粒径的0.8倍以上。
在工序(1)中，在伪支撑体上设置层(a)的方法并无特别限定，能够利用公知的方法。作为所涉及的涂布方法，能够无特别限定地利用公知的方法。例如，可举出浸涂法、气刀涂布法、帘涂法、辊涂法、线棒涂布法、凹版涂布法、模涂法等。
作为用于形成层(a)的组合物，能够包含固化性化合物(a1)和平均一次粒径为100nm以上且250nm以下的粒子(a2)，根据需要，也可以包含溶剂、粒子(a2)的分散稳定剂、聚合物、表面活性剂、其他成分。通过固化性化合物(a1)的反应物及聚合物等经过后述步骤，构成粘合剂树脂。
作为固化性化合物(a1)，优选具有聚合性官能团的化合物(优选为电离放射线固化性化合物)。作为具有聚合性官能团的化合物，能够使用各种单体、低聚物或聚合物，作为聚合性官能团(聚合性基团)，优选光、热、电子束、放射线聚合性官能团，其中优选光聚合性官能团。具体而言，可以是丙烯酸酯化合物，尤其是多官能性丙烯酸酯化合物。优选进一步添加引发或促进它们的聚合的化合物。
作为粒子(a2)，只要是平均一次粒径为100nm以上且250nm以下的粒子，则能够利用各种材料，但从易获得性或单分散性考虑，优选为二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆等金属氧化物微粒子、丙烯酸树脂或氨基甲酸酯树脂等树脂微粒子。尤其，使用金属氧化物微粒子时，优选添加硅烷偶联剂、聚乙烯醇等作为分散稳定剂。
作为聚合物，以改善层(a)的强度或脆性以及抑制各成分的凝聚为目的，能够添加公知的各种高分子材料。作为表面活性剂，能够无限制地利用阴离子性、非离子性、阳离子性的表面活性剂。
在工序(2)中，固化用于形成上述层(a)的组合物中包含的固化性化合物(a1)的一部分。作为固化的方法，根据固化性化合物，能够利用公知的方法。光固化性的情况下，能够通过将UV灯、UV-LED、电子束等作为光源，对用于形成层(a)的组合物的涂膜赋予规定的曝光能量来进行。
其中，使固化性化合物(a1)的一部分固化是指仅固化一部分而不是固化性化合物(a1)的全部。在接下来的工序中，通过残留的固化性化合物(a1)转移到其他层或被去除，层(a)能够形成微细凹凸结构。
作为在工序(3)中使用的包含粘合剂的层(b)，可以是包含粘合剂和各种成分的层，作为粘合剂，能够使用公知的各种粘合剂聚合物。从不会在之后的工序中引起残胶的观点考虑，层(b)中包含的粘合剂的凝胶分率优选为95％以上。
作为这种粘合剂聚合物，可举出丙烯酸系聚合物、苯乙烯系聚合物、丁二烯系聚合物、异戊二烯系聚合物、聚酯系聚合物、聚烯烃系聚合物、聚硅氧烷系聚合物以及这些的无规共聚物、嵌段共聚物等，尤其优选丙烯酸系聚合物。
粘合剂层能够根据需要包含增粘剂、抗氧化剂、增塑剂、防静电剂等。以在工序(5)中容易剥离层(ca)与层(b)为目的，优选预先在层(b)内添加氟化合物或硅酮化合物等易剥离剂。
作为在工序(3)中支撑包含粘合剂的层(b)的支撑体，能够无限制地使用公知的各种支撑体。典型的是聚对苯二甲酸乙二酯、纤维素酰化物、聚丙烯等。
工序(4)能够通过使层(b)吸收残留在层(ca)内的固化性化合物(a)来进行。吸收可以通过固化性化合物(a)的自然扩散来进行，也可以通过加压、加热等方法促进。
将如此获得的层(ca)、包括包含粘合剂的层(b)的膜在工序(5)中与另外设置于任意基材(例如图像显示面板或功能性膜)上的黑色层贴合。在此所说的黑色层可以是已被图案化并设置有透光部的层。
通过进一步经过工序(7)，黑色层与层(ca)一体化，并在黑色层表面形成微细凹凸结构。此时，若透光部为空隙，则层(ca)在黑色层与透光部之间的边界部容易破裂，在黑色层上残留层(ca)(严格来讲为源自层(ca)的结构物)，在透光部中，在层(b)上残留层(ca)，因此仅在黑色层上形成微细凹凸结构。并且，如下所述，在透光部中填充有透明材料，透光部的视觉辨认侧表面与黑色层的视觉辨认侧表面呈同一平面时，在透光部的视觉辨认侧表面上也能够赋予微细凹凸结构。
并且，作为优选的另一方式，除了在层(a)与伪支撑体之间设置黑色层以外，也能够经过上述(2)～(5)的步骤，对于依次层叠所获得的黑色层/层(ca)/具有包含粘合剂的层(b)的粘合膜的层叠体，将黑色层侧表面与图像显示装置的表面或组装到图像显示装置的各种膜的表面贴合来进行转印。
在本发明中，微细凹凸结构优选由蛾眼结构构成，所述蛾眼结构由埋入粘合剂树脂层内的平均一次粒径为100～250nm的微粒子组成。
在本发明的黑色结构体中，由于微细凹凸结构中的光的干扰效果或衍射，反射率有时根据波长发生变化，为了实现更接近中性的黑色调，优选反射光谱在可见光域范围内平坦。更具体而言，在黑色结构体中，波长380nm～780nm的范围内的正面的反射率的最大值与最小值之差ΔR优选为0.5％以下，更优选为0.3％以下，更优选低于0.1％。
〔透光部〕
本发明的黑色结构体具有透射从黑色结构体的与视觉辨认侧相反一侧入射的光的透光部。透光部能够根据用途设为各种形状。根据本发明的黑色结构体的设置宗旨，透光部优选设置成与图像显示装置的像素部分对应的位置、形状。
通过适当设计透光部相对于像素大小(从法线方向的占有面积)的形状以及面积比，能够实现提高从图像显示面板提取光的效率、改善或控制视角特性、降低像素间的串扰。并且，通过控制透光部与黑色层的边界部的形状，也能够实现这些改善/控制。
透光部可以是空隙，但可根据需要填满透明树脂。尤其，如图5(a)所示，将黑色层2以及黑色结构体1埋入密封图像显示面板10的透明树脂层9中来形成时，透光部7可以被这种透明树脂层9占据。图5(a)的情况或如图5(b)用透明材料8填充透光部7的情况下，能够利用公知的透明材料，例如可以是玻璃或透明树脂。作为透明树脂，例如能够利用丙烯酸树脂、环氧树脂、聚烯烃树脂、聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺树脂等。透明树脂优选使用设为40μm厚膜时的总透光率为80％以上的树脂。
填充有透明材料时，如图5(a)所示，优选填满透明树脂的透光部的视觉辨认侧表面与黑色层的视觉辨认侧表面呈同一平面。通过如此处理，黑色结构体的视觉辨认侧表面成为平面，因此不易产生因凹凸导致的反射光或折射光，能够进一步提高显示画质。并且，填满透明树脂的透光部的视觉辨认侧表面与黑色层的视觉辨认侧表面呈同一平面时，如图5(c)所示，通过将上述微细凹凸结构3不仅设置于黑色层2的视觉辨认侧表面，还设置于填满透明树脂的透光部7的视觉辨认侧表面，能够对黑色结构体的视觉辨认侧表面整体赋予微细凹凸结构。通过如此处理，透射透光部的光的透射率变高，还能够进一步提高显示装置的亮度。
在本发明中，优选透光部中填充有透明材料。
并且，在本发明中，优选黑色层的视觉辨认侧表面和填充有上述透明材料的透光部的视觉辨认侧表面在同一平面上，在上述透光部的视觉辨认侧表面上也设置有与设置于黑色层上的微细凹凸结构相同的微细凹凸结构。
黑色结构体的平面视面积内的黑色层与透光部的面积比根据所适用的显示面板的像素尺寸或像素密度也会不同，若考虑视角、亮度、对比度比等的平衡，则黑色层与透光部的面积比优选黑色层:透光部在50:50～95:5的范围内。
[自发光图像显示装置]
本发明的自发光图像显示装置包括自发光图像显示面板及在同一面内具有黑色层和透光部的黑色结构体，黑色层具有设置于视觉辨认侧表面的微细凹凸结构，在与具有微细凹凸结构的面相反一侧的面与图像显示面板相向，透光部设置于自发光图像显示面板的发光元件的上方。
本发明的自发光图像显示装置在图像显示面板的表面包含上述本发明的黑色结构体。即，在图像显示面板上具有从视觉辨认侧依次层叠微细凹凸结构层、黑色层而成的黑色结构体。黑色结构体优选覆盖图像显示面板的非发光区域，并在发光区域上具有透光部。透光部的形状、黑色层:透光部的面积比如上所述。并且，透光部与发光区域的面积比(透光部:发光区域)还取决于从发光元件到设置黑色结构体的面为止的距离或发光元件的尺寸，但从视角与对比度改善效果的平衡考虑，优选在1:1.5～1:4的范围内。
本发明的自发光图像显示装置是利用连续的透明层包覆自发光图像显示面板的表面的装置，优选在透光层的视觉辨认侧表面具有黑色结构体。并且，优选黑色结构体的透光部中填充有透明材料，更优选透明层与填充有透明材料的透光部形成为一体。
＜图像显示面板＞
用于本发明的自发光图像显示装置的图像显示面板是任意自发光型显示面板，具体而言，可以是有机电致发光(OLED)面板、LED(发光二极管：light emitting diode)阵列面板、场发射显示器等。尤其，将微细的LED芯片密集地配置于显示基板上的微型LED阵列面板由于发光元件尺寸小且具有高亮度的像素，并且理论上不需要用于提高光提取效率的反射结构，因此从即使在外部光下也能够进行对比度比优异的图像显示这一点考虑，可优选使用。
如上所述，在本发明的黑色结构体中，存在反射率会根据波长发生变化的情况，并且存在黑色显示时的色调发生变化的情况。在本发明的黑色结构体中波长380nm～780nm的范围内的反射率的最大值与最小值之差ΔR只要在上述范围内，则能够降低反射的色调。更具体而言，在黑色显示时的面板反射中CIE1976L*a*b*颜色空间的L*、a*、b*值中，优选设为a*值在-0.5～+2.0、b*值在-0.3～+0.5的范围，更优选设为a*值在-0.3～+1.0、b*值在-0.2～+0.3的范围，尤其优选设为a*值在±0.0～+0.5、b*值在-0.1～+0.1的范围。例如能够利用色度特性测定装置Ezcontrast(ELDIM公司制)来测定面板上黑色显示时的色调评价。
实施例
以下，根据黑色层的实施例以及模拟自发光图像显示装置的仿真实验，对具备本发明的黑色结构物的自发光显示装置中的效果进行说明。
[制造例1：表面具有微细凹凸结构α的黑色层的形成]
为了测定黑色层的表面反射特性，制作了未设置透光层的仅有黑色层的样品。如下进行了制作。
(黑色层的形成)
作为黑色颜料分散物，制备包括炭黑(Degussa公司制，SPecial BlacK250)13.1质量％、0.65质量％的下述分散剂1、聚合物(甲基丙烯酸苄酯/甲基丙烯酸＝72/28摩尔比的无规共聚合物，分子量3.7万)6.72质量％及剩余部分为丙二醇单甲醚乙酸酯的组合物，并准备了利用油漆搅拌器均匀分散的黑色颜料分散物。
[化学式1]
分散剂1
Figure GDA0002693903360000131
接着，作为黑色层形成用组合物，准备了下述组合物。
-黑色层形成用组合物-
Figure GDA0002693903360000132
Figure GDA0002693903360000141
(粘合剂溶液)
碱可溶性聚合物(甲基丙烯酸苄酯/甲基丙烯酸＝78/22摩尔比的无规共聚合物，分子量3.8万)27质量％及丙二醇单甲醚乙酸酯73质量％的均匀溶液。
(表面活性剂溶液)
30质量％下述结构物1及70质量％甲基乙基酮(MEK)的溶液
(聚合引发剂T)
2,4-双(三氯甲基)-6-[4-(N,N二乙氧基羰基甲基)-3-溴苯基]-s-三嗪
[化学式2]
结构物1
Figure GDA0002693903360000142
将上述黑色层形成用组合物旋涂在清洗的玻璃基板上，在100℃下干燥1分钟来去除溶剂之后，在氮气气氛下用LED灯(波长405nm)进行80mJ/cm2的全面曝光，在120℃下进一步进行3分钟烘烤，由此形成了设置于玻璃板上的黑色层1(无透光层，厚度2.4μm)。
(层(a)形成用组合物的制备)
将各成分以下述组成投入混合罐，搅拌60分钟，并用超声波分散机分散30分钟来作为涂布液。
-组合物(A-1)-
Figure GDA0002693903360000143
Figure GDA0002693903360000151
U-15HA、化合物C3、A-TMPT及KBM-4803为固化性化合物(a1)，煅烧二氧化硅微粒子为粒子(a)。
以下示出分别使用的化合物。
U-15HA(Shin-Nakamura Chemical Co.,Ltd.制)：氨基甲酸酯丙烯酸酯
A-TMPT：多官能丙烯酸酯(Shin-Nakamura Chemical Co.,Ltd.制)
KBM-4803：具有除自由基反应性基团以外的反应性基团的硅烷偶联剂(Shin-EtsuChemical Co.,Ltd.制)
Iracure 127：光聚合引发剂(BASF JAPAN制)
化合物P：由下述结构式表示的光酸发生剂(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制)
二氧化硅分散液PA-1：煅烧二氧化硅微粒子(液相合成法，平均一次粒径：170nm，粒径的分散度(CV值)：3.3％，煅烧后打碎并进行表面硅烷偶联剂处理)的MEK分散液(固体成分浓度20质量％)
[化学式3]
Figure GDA0002693903360000161
[化学式4]
化合物P
Figure GDA0002693903360000162
[化学式5]
FP-2
Figure GDA0002693903360000163
(工序(1)：层(a)的涂布)
作为伪支撑体，利用模涂布机在100μm的聚对苯二甲酸乙二酯膜(FD100M，FUJIFILM Corporation制)上涂布组合物(A-1)2.8ml/m2，并在30℃下干燥了90秒。如此涂布了层(a)。
(工序(2)：层(a)的预曝光)
一边进行氮气吹扫(以成为氧浓度为1.4体积％的气氛)，一边利用高压汞灯(Dr.honle Ag公司制，型式：33351N，产品编号：LAMP-HOZ 200D24 U450E)，从层(a)侧，以照射量5.0mJ/cm2、照度0.60mW进行光照射，由此使固化性化合物(a1)的一部分固化来获得了层(ca)。另外，关于照射量的测定，将HEAD SENSER PD-365安装在EYE GRAPHICS CO.,LTD.制EYE紫外线累积照度计UV METER UVPF-A1，在测定范围0.00内进行了测定。
(工序(3)：粘合膜的贴合)
接着，以粘合剂层(层(b))位于层(ca)侧的方式，在层(ca)上贴合了将剥离膜从FUJIMORI KOGYO CO.,LTD制的保护膜(MASTACK TFB AS3-304)剥离来获得的粘合膜。使用企业用层压机Bio330(DAE-EL Co.制)，以速度1实施了贴合。
另外，这里的保护膜是指由支撑体/粘合剂层/剥离膜构成的层叠体，将剥离膜从保护膜剥离的、由支撑体/粘合剂层构成的层叠体为粘合膜。
以下示出所使用的保护膜。
·MASTACK TFB AS3-304(FUJIMORI KOGYO CO.,LTD制的附带防静电功能的光学用保护膜)(以下，还称为“AS3-304”)
支撑体：聚酯膜(厚度38μm)
粘合剂层厚度：20μm
在将剥离膜剥离的状态下的波长250nm～300nm处的最大透射率：低于0.1％
利用SHIMADZU CORPORATION制的紫外可见近红外分光光度计UV3150进行了透射率的测定。
(工序(4)：固化性化合物(a1)对层(b)的渗透)
贴合到粘合膜之后，在25℃的环境下静置5分钟，使固化性化合物(a1)渗透到层(b)。
(工序(4-2)：层(ca)的部分固化)
接着，一边进行氮气吹扫(以成为氧浓度为0.01体积％以下的气氛)，一边利用160W/cm的气冷金属卤化物灯(EYE GRAPHICS CO.,LTD.制)，从支撑体的与层(ca)侧相反一侧照射照度150mW/cm2、照射量600mJ/cm2的紫外线，由此使层(ca)的一部分固化。
(工序(5)：伪支撑体的剥离/层叠体的制作)
沿剥离角成为180°的方向，以速度30m/min，从上述层叠体剥离了作为伪支撑体的FD100M。如此获得了层叠体1。
(工序(6)：黑色层与层叠体的贴合)
贴合了上述黑色层1的表面与在工序(5)中去除了伪支撑体的层叠体1的层(ca)侧。之后，将所贴合的层叠体在140℃下加热了2分钟。
(工序(7)：层(ca)的部分固化)
接着，一边进行氮气吹扫(以成为氧浓度为0.01体积％以下的气氛)，一边利用160W/cm的气冷金属卤化物灯(EYE GRAPHICS CO.,LTD.制)，从支撑体的层(ca)侧照射照度150mW/cm2、照射量600mJ/cm2的紫外线，由此使层(ca)的一部分固化。
(工序(8)：粘合膜的剥离)
从以上制作的层叠体剥离了粘合膜(从MASTACK TFB AS3-304剥离了剥离膜)。
(工序(9)：层(ca)的固化)
接着，一边进行氮气吹扫(以成为氧浓度为0.01体积％以下的气氛)，一边利用160W/cm的气冷金属卤化物灯(EYE GRAPHICS CO.,LTD.制)，从层(ca)的与基材膜相反一侧照射照度150mW/cm2、照射量600mJ/cm2的紫外线，由此使层(ca)固化。
(工序(10)：清洗)
接着，向贴合有粘合膜的一面淋上甲基异丁基酮，由此冲洗粘合剂层的残渣。之后，在25℃下干燥10分钟，进一步在180℃下进行30分钟的后烘烤，由此获得了在表面设置有微细凹凸结构α(微细凹凸周期：190nm)的黑色层1b(厚度2.5μm)。通过下述方法测定了微细凹凸周期。
(测定方法)
在扫描型电子显微镜照片上从一端到另一端随机绘出直线，测定n＝50位于该直线上的相邻凸部的顶点之间的距离，并计算平均值，四舍五入小数点后一位(小于10nm)的数值来求出了微细结构周期。
[制造例2：表面不具有微细凹凸结构的黑色层的形成]
在上述工序中，在黑色层1的表面不转印微细凹凸结构，一边进行氮气吹扫(以成为氧浓度为0.01体积％以下的气氛)，一边利用160W/cm的气冷金属卤化物灯(EYEGRAPHICS CO.,LTD.制)，照射照度150mW/cm2、照射量600mJ/cm2的紫外线来固化黑色层1之后，进一步在180℃下进行30分钟后烘烤，由此在玻璃基板上形成了表面不具有微细凹凸结构的黑色层2(无透光部)。
[制造例3：表面具有微细凹凸结构β的黑色层3的形成]
作为支撑体，在100μm的聚对苯二甲酸乙二酯膜(FD100M，FUJIFILM Corporation制)上实施电晕处理之后，通过棒涂布机涂布了UV固化性树脂(Dexerials Corporation制，制品名“SK1100”)。接着，一边将UV固化性树脂的涂布层侧卷绕到具有微细凹凸的平均间距为230nm且凹部的深度为約250nm的微细凹凸图案的形状转印辊上，一边从支撑体侧照射UV光，由此获得了固化层。而且，在固化层上设置氧化钨的溅射层(厚度25nm)而作为脱模层。将其作为铸模膜1。
利用模涂布机在所获得的铸模膜1的无机层上涂布UV固化性树脂(DexerialsCorporation制，制品名“SK1100”)以使厚度成为2μm(最大厚度部分)。一边将该涂布层侧卷绕在表面平滑的脱模辊，一般从支撑体侧，以10KJ/cm2的照射量进行曝光，由此在铸模膜1的无机层上形成了具有微细凹凸结构β(微细凹凸周期：230nm)的树脂层。
在所获得的树脂层上涂布氰基丙烯酸酯系粘接剂，并层叠在制造例1中形成的黑色层1上，静置10分钟固化粘接剂，剥离铸模膜1，由此获得了表面具有微细凹凸结构β的黑色层3(厚度4.5μm)。
(反射特性的评价)
对于表面具有微细凹凸结构α的黑色层1b(制造例1)、表面不转印微细凹凸结构而固化的黑色层2b(制造例2)及表面具有微细凹凸结构β的黑色层3(制造例3)，分别在分光光度计V-5502[JASCO Corporation制]装上适配器“ARV-474”，在380～780nm的波长区域，测定了入射角5°的出射角-5°的镜面反射率。根据所获得的反射光谱(图7)，求出了450～650nm的平均反射率以及色调即CIE1976L*a*b*颜色空间的L*、a*、b*值。
(黑色结构体的形成)
在上述工序中，将黑色层形成用组合物的涂膜以80mJ/cm2曝光量图案化曝光成格子状来代替以曝光量80mJ/cm2全面曝光的工序，进行碱显影来去除未曝光部之后进行烘烤，除此以外，以与上述制造例1相同的方法，在玻璃基板上制作了黑色结构体(以90:10比率的面积比具有表面具有微细凹凸结构的黑色层与由空隙构成的透光部)。将该黑色结构体置于黑纸上，在明亮的室内观察的结果，具有良好的漆黑性。
[自发光图像显示装置的安装仿真实验1]
假设在基板上设置有发光元件封装(像素)，并利用折射率1.48的透明树脂层密封的图像显示面板，关于其表面反射行为进行了仿真实验。
设为黑色结构体被埋入透明树脂层而透光部中填充有透明树脂层，黑色结构体及透光部的视觉辨认侧的空气界面呈同一平面。假定入射透明树脂层并在透明树脂层的与设置有黑色结构体的面相向的表面反射的光全部只进行正反射且在所有波长区域具有4％的反射率。
并且，黑色层的反射光谱分别使用了上述黑色层1b、2b、3的数据。在透明树脂层上设置了微细凹凸结构α或β时的反射光谱利用了在PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)膜上设置有微细凹凸结构α或β的膜的反射光谱。
通过仿真实验获得从观察者侧朝向这些黑色结构体照射日本工业规格(JIS)Z8720中记载的标准光源D65光源来获得的反射光谱，在表1示出通过程序将所获得的光谱换算成L*值、a*值、b*值的结果。黑色层与透光部的面积比(黑色层/透光部)设定为50/50、75/25、90/10、95/5。另外，忽视在黑色层与透光部的边界产生的衍射或反射的效果。
比较例1是使用不具有微细结构的黑色层2b的例子。
实施例1～8是使用具有微细结构α的黑色层1b的例子。
实施例9～16是使用具有微细结构β的黑色层3的例子。
[表1]
Figure GDA0002693903360000211
可知相较于配置了表面不具有微细凹凸结构而仅由黑色层和透光部构成的黑色结构体的情况(比较例1)，在对黑色层表面赋予微细凹凸结构且降低了表面反射率的黑色结构体(实施例1～16)中，L*值为25.0以下，尤其在微细结构α的情况下，L*值满足被认为是漆黑性的基准的24.0以下，并可赋予良好的漆黑性。
并且，若比较对黑色结构体中的黑色层区域与透光部区域的面积比进行各种变更的结果，则可知透光部区域的比率越低，显示越良好的漆黑性。发光元件尺寸小且具有高亮度的像素，从而若与透光部相对少的图像显示面板组合，则能够期待显著地显示出本发明的效果。
而且，可知在黑色结构体中，不仅在黑色层上，还在透光部的视觉辨认侧表面上赋予微细凹凸结构时(实施例5～8、实施例13～16)，透光部的视觉辨认侧表面的反射成分减少，从而黑色结构体整体的反射率降低，观察者视觉辨认上的漆黑性进一步变高(L*值变得更小)。
如实施例1～8所示，可知若微细凹凸结构是由埋入粘合剂树脂层内的平均一次粒径为100～250nm的微粒子组成的蛾眼结构，则可见光范围内的反射率变化小，反射色调更接近中性黑，因此观察者视觉辨认上的漆黑性进一步变高(a*值、b*值更接近±0)。
[自发光图像显示装置的安装仿真实验2]
分解有机EL面板搭载的SAMSUNG公司制GALAXY S IV，剥离圆偏振片，测定了所获得的有机EL显示面板的平均正反射光谱(含有正反射)。将该反射光谱数据假定为基板的反射光谱，关于其表面反射行为，进行了与上述安装仿真实验1相同的仿真实验。将结果示于表2。
[表2]
Figure GDA0002693903360000221
这些仿真实验结果只是简单地示出了将本发明的黑色结构体组装到自发光图像显示装置时的效果，实际上也应考虑例如发光元件或配线、设置有这些的基板、透明树脂层的反射率或各部件中的散射的影响，尤其，本领域技术人员应充分理解本发明的黑色结构体对因从图像显示装置的视觉辨认侧入射的外部光导致的显示对比度降低有用。
符号说明
1-黑色结构体，2-黑色层，3-微细凹凸结构，4-基材，5-从视觉辨认侧入射的光，6-黑色层的表面反射光，7-透光部，8-从光源发射的光，9-透明树脂层(密封层)，10-自发光图像显示面板，11-形成用伪支撑体，12-黑色层形成组合物的涂膜，31-层(a)，32-粒子(a2)，33-伪支撑体，34-层(b)，35-支撑体，36-粘合膜，37-层叠体，UV-紫外线。

Claims (5)

1.一种黑色结构体，其在同一面内具有吸收来自视觉辨认侧的光线的黑色层和透射从与视觉辨认侧相反一侧入射的光的透光部，
在所述黑色层的视觉辨认侧表面具有周期为380nm以下的微细凹凸结构，所述黑色层在与具有所述微细凹凸结构的面相反一侧的面与基材接合，
所述透光部中填充有透明材料，
所述黑色层的视觉辨认侧表面和填充有所述透明材料的所述透光部的视觉辨认侧表面在同一平面上，在所述透光部的视觉辨认侧表面上也设置有与设置于所述黑色层上的所述周期为380nm以下的微细凹凸结构相同的微细凹凸结构。
2.根据权利要求1所述的黑色结构体，其中，
所述微细凹凸结构由蛾眼结构构成，所述蛾眼结构由埋入粘合剂树脂层内的平均一次粒径为100～250nm的微粒子组成。
3.一种自发光图像显示装置，其包括：自发光图像显示面板及在同一面内具有黑色层和透光部的黑色结构体，
所述黑色层具有设置于视觉辨认侧表面的微细凹凸结构，在与具有所述微细凹凸结构的面相反一侧的面与图像显示面板相向，
所述透光部设置于自发光图像显示面板的发光元件的上方，
通过连续的透明层包覆所述自发光图像显示面板的表面，
在所述透明层的视觉辨认侧表面设置有所述黑色结构体，
所述黑色结构体的透光部中填充有透明材料，
所述透明层和填充有所述透明材料的透光部形成为一体，
所述黑色层的视觉辨认侧表面和所述透光部的视觉辨认侧表面在同一平面上，在所述透光部的视觉辨认侧表面上也设置有与设置于所述黑色层上的周期为380nm以下的微细凹凸结构相同的微细凹凸结构。
4.根据权利要求3所述的自发光图像显示装置，其中，
所述微细凹凸结构由蛾眼结构构成，所述蛾眼结构由埋入粘合剂树脂层内的平均一次粒径为100～250nm的微粒子组成。
5.根据权利要求3或4所述的自发光图像显示装置，其中，
所述自发光图像显示面板是LED阵列面板。
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