CN117545807A - 黑色树脂组合物及黑矩阵基板 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供可以在维持高遮光性的同时减少总反射率的黑色树脂组合物。一种黑色树脂组合物,其含有黑色粒子和树脂成分,上述黑色粒子的平均二次粒径为190~245nm,且由组成式:TiNxOy·zX(式中,X表示金属原子,x表示大于0且小于2的数,y表示0以上且小于2的数,z表示0以上且小于10的数)表示。
Description
技术领域
本发明涉及黑色树脂组合物以及黑矩阵基板。
背景技术
以往,作为显示器的黑矩阵所使用的具有低反射性的黑色树脂组合物的发明,有专利文献1所示的发明。专利文献1所示的发明的特征在于,使用炭黑作为黑色粒子,而且出于降低反射率的目的而添加特定的平均二次粒径的透明粒子。
另一方面,作为使用钛氮化物作为黑色粒子的黑色树脂组合物的发明,有专利文献2所示的发明。专利文献2所示的发明的特征在于,使用微晶尺寸为10nm以上且50nm以下的钛氮化物作为黑色粒子,虽然为树脂,但具有与金属黑矩阵同等的遮光性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2020-76983号公报
专利文献2:日本特开2011-227467号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而,上述专利文献1的黑色树脂组合物为了满足在用于重视低反射性的微LED显示器的黑矩阵用途等的情况下所要求的规格,需要与在其它用途中使用时相比更多地含有透明粒子的添加量。其结果,炭黑在黑色树脂组合物整体中所占的含有率降低,在形成黑矩阵时有遮光性不足而发生漏光等问题的可能性。此外,如果透明粒子的添加量增加,则树脂成分的含有率相对降低,因此炭黑和透明粒子的经时稳定性恶化,作为其结果,也有形成黑矩阵时的黑色的色调产生不均的可能性。
另一方面,上述专利文献2的黑色树脂组合物具有优异的遮光性。然而,仅通过选择钛氮化物作为黑色粒子而使用,有时不能满足微LED显示器的黑矩阵用途所要求的低反射性的规格。其结果,需要出于反射率降低的目的而添加特定的平均二次粒径的透明粒子,结果,有产生与上述专利文献1的发明同样的问题的可能性。
因此,本发明的目的是提供、可以在维持高遮光性的同时降低反射率的黑色树脂组合物。
用于解决课题的方法
本发明人等为了解决上述现有技术的课题而进行了深入研究,结果发现,可以如下来解决课题。
(1)一种黑色树脂组合物,其含有黑色粒子和树脂成分,上述黑色粒子的平均二次粒径为190~245nm,且由组成式:TiNxOy·zX(式中,X表示金属原子,x表示大于0且小于2的数,y表示0以上且小于2的数,z表示0以上且小于10的数)表示。
(2)根据(1)所述的黑色树脂组合物,上述黑色粒子的平均二次粒径为202~233nm。
(3)根据(1)或(2)所述的黑色树脂组合物,其进一步含有相对于上述黑色粒子的比重为0.7~2.5倍的比重的透明粒子。
(4)根据(1)~(3)中任一项所述的黑色树脂组合物,上述透明粒子为硫酸钡、滑石、云母、碳酸锌、碳酸钙、氟化钙、氟化镁和氟化钡中的任一者。
(5)一种黑矩阵基板,其是(1)~(4)中任一项所述的黑色树脂组合物的固化物在透明基材上矩阵状地进行图案形成而成的,从上述透明基材表面侧测得的黑矩阵的总反射率为5%以下,并且OD值为3.0以上。
(6)一种滤色器基板,其是在(5)所述的黑矩阵基板的开口部形成着色层而成的。
(7)一种微LED显示器或有机EL显示器,其在(5)所述的黑矩阵基板的开口部具备微LED或有机EL材料。
(8)一种微LED显示器或有机EL显示器,其具备(6)所述的滤色器基板。
发明的效果
上述本发明的黑色树脂组合物由于以代替在以往的专利文献1的发明中使用的炭黑,而含有与其相比平均二次粒径大的、由组成式:TiNxOy·zX(式中,X表示金属原子,x表示大于0且小于2的数,y表示0以上且小于2的数,z表示0以上且小于10的数)表示的黑色粒子作为特征,因此具有可以在维持高遮光性的同时降低总反射率的效果。
其结果,由于不需要添加在专利文献1的发明中使用的那样的透明粒子,或即使在添加的情况下也可以使其量为少量,因此可以使树脂成分在黑色树脂组合物整体中所占的含有率相对增加。如果该树脂成分的含有率相对增加,则有黑色树脂组合物中的黑色粒子的经时稳定性提高、减少形成黑矩阵时的产生不均的问题的效果。此外,如果由折射率低于该黑色粒子的树脂成分制成,该树脂成分的含有率增加,则也有制成黑矩阵时表面的总反射率进一步相对降低的效果。
进而,由于不含有成为使遮光性降低的原因的透明粒子,或即使有也为少量即可,因此在形成黑矩阵时也保持遮光性,没有发生漏光等问题的可能性,能够进一步维持黑色粒子所固有的黑色的色调。因此,使用该本发明的黑色树脂组合物形成的黑矩阵也有成为黑色的色彩非常优异的物质的效果。
附图说明
图1为绘制了实施例8的“钛BM”和比较例5的“碳BM”的OD值和总反射率的图。
图2为实施例9的黑矩阵的图案和截面形状的显微镜照片。
图3为由添加了少量的透明粒子的黑色树脂组合物形成的黑矩阵的膜的截面概略图,并且显示透明粒子与黑色粒子均匀地分散分布的状态。
图4为由添加了少量的透明粒子的黑色树脂组合物形成的黑矩阵的膜的截面概略图,并且显示透明粒子与黑色粒子相比偏置分布在下部的状态。
具体实施方式
以下,进一步详细地说明本发明。
<黑色粒子>
本发明的黑色树脂组合物的特征在于,含有黑色粒子和树脂成分,上述黑色粒子的平均二次粒径为190~245nm,且由组成式:TiNxOy·zX(式中,X表示金属原子,x表示大于0且小于2的数,y表示0以上且小于2的数,z表示0以上且小于10的数)表示。
由组成式:TiNxOy·zX表示的黑色粒子为由氮氧化钛粒子和金属X粒子形成的复合粒子,包含氮化钛作为主成分,通常,含有氧化钛TiO2、由TinO2n-1(1≤n≤20)表示的低价氧化钛和由TiNxOy(x为大于0且小于2的数,y为0以上且小于2的数)表示的氮氧化钛作为副成分。
这里所谓复合粒子,是指氮氧化钛粒子与金属X粒子复合化、或处于高度地分散了的状态的粒子。此外,所谓“复合化”,是指通过氮氧化钛和金属X粒子两种成分而构成粒子,所谓“高度地分散了的状态”,是指氮氧化钛粒子和金属X粒子分别单独存在,并且少量成分的粒子不凝集而均匀、一致地分散。
进而,在组成式:TiNxOy·zX中,x表示氮原子相对于钛原子之比,y表示氧原子相对于钛原子之比,z表示金属X原子相对于TiNxOy的摩尔比。X能够取大于0且小于2的数,但由于氮氧化钛主要由氮化钛构成,因此x优选为0.850~0.990。此外,y能够取0以上且小于2的数,y相对于x之比y/x优选为0.010~0.100的范围,更优选为0.015~0.050的范围,进一步优选为0.015~0.030的范围。此外,z能够取0以上且小于10的数,但为了抑制金属X粒子的熔合、氧化,优选为0.01~1的范围,更优选为0.01~0.50的范围。
这里,金属X原子的含量和钛原子的含量、氮原子的含量、氧原子的含量可以通过ICP发射光谱分析法而分析。基于这些分析结果,算出x、y、z。但是,根据粒子的制造方法,有时含有除上述钛原子、氮原子、氧原子、金属X原子以外的原子作为杂质,但在杂质量极少而难以特定的情况下,不考虑杂质而进行计算。
作为金属X,没有特别限定,作为优选的例子,可以举出选自铜、银、金、铂、钯、镍、锡、钴、铑、铱、铁、钌、锇、锰、钼、钨、铌、钽、钙、钛、铋、锑、铅、和它们的合金中的至少一种。进一步优选的金属为选自铜、银、金、铂、钯、镍、锡、钴、铑、铱和它们的合金中的至少一种,更优选的金属X为选自铜、银、金、铂、锡和它们的合金中的至少一种。
作为金属X粒子的含量,相对于黑色粒子的总质量,优选为5质量%以上且50质量%以下,进一步优选为10质量%以上且30质量%以下。如果金属X粒子的含量为5质量%以上,则遮光性进一步提高。另一方面,如果金属X粒子的含量为50质量%以下,则涂膜的总反射率进一步降低。
对于本发明的黑色粒子,与金属X粒子单独合成了的情况相比在稳定的状态下被粒子化,金属X粒子不进行表面被覆等处理而存在。作为金属X粒子,为了获得更高的遮光性,优选适度地微粒化,但另一方面,总反射率上升的情况多。因此在本发明中,在制造金属X粒子和氮氧化钛粒子的最初的过程中微粒化,在作为黑色树脂组合物而被含有的状态的最终的过程中制成适度大的粒子。
即,本发明的特征可举出:作为最初的金属X粒子、氮氧化钛粒子,为了维持高遮光性而以适度的微晶尺寸制造一次粒子,但作为最终作为黑色树脂组合物而被含有的状态的黑色粒子,制成适度大的粒径的二次粒子,从而获得兼有高遮光性和低总反射率的黑色粒子(参照图1)。
采用金属X粒子为银的情况作为例子,对作为金属X粒子的微晶尺寸进行描述。微粒银的X射线衍射光谱在将CuKα射线作为X射线源的情况下,作为强度最强的峰,在2θ=38.1°附近观察到来源于(111)面的峰。作为由该Ag(111)面的半峰宽求出的可获得高遮光性的微晶尺寸,优选为5nm以上且40nm以下。另外,这里所谓的微晶尺寸,是在X射线衍射光谱中由强度最强的主峰的半峰宽,使用下式(1)、(2)所示的谢乐公式而算出的微晶尺寸。
[数1]
[数2]
这里,K=0.9,λ(0.15418nm),βe:衍射峰的半峰宽,βo:半峰宽的校正值(0.12°)。其中,β、βe和βo由弧度计算。
此外,氮氧化钛粒子由于粒子表面的氧化少(所含有的氧量少)时可获得更高遮光性,因此是优选的,特别优选不含有TiO2作为副成分。作为该氧原子的含量,优选为10质量%以下,进一步优选为6.0质量%以下。氮氧化钛的微晶尺寸也与金属粒子X同样地优选为50nm以下,进一步优选为10nm以上且40nm以下。
如果使用相同微晶尺寸的氮氧化钛粒子而形成黑矩阵,则涂膜的透射光呈现其峰波长为475nm以下那样的蓝色~蓝紫色,可以获得具有高遮光性的黑矩阵。此外,由于与以往的遮光材料相比,紫外线(特别是i射线(365nm))透射率变高,因此在制成感光性的黑色树脂组合物时,采用光照射的膜固化也充分发展,能够形成高OD并且形状良好的黑矩阵。
成为本发明的由组成式:TiNxOy·zX表示的黑色粒子的基础的一次粒子的制造方法没有特别限定,可举出使用含有氮的气体作为等离子体气体的热等离子体法。具体而言,是下述方法:将钛粉末与金属粒子X粉末以规定的混合比率进行预混合,分散为一次粒子的状态,与此同时将这些粉末进一步均匀地混合,在维持了该混合状态的状态下向热等离子体火焰中供给。被喷雾到热等离子体火焰中的均匀地混合了的粉末材料蒸发而成为在气相状态下进一步高度地分散了的混合物,然后立即将该混合物在腔室内骤冷,生成一次粒子。
通过该热等离子体法等而获得的本发明的组成式:TiNxOy·zX的一次粒子具有特定的比表面积,其适合值优选为25m2/g~45m2/g,可以通过BET法而求出。如果由该BET法得到的数值为25m2/g以上,则在调制为具有所希望的平均二次粒径的黑色粒子时遮光性进一步提高,如果BET值为45m2/g以下,则在分散于分散介质时可以抑制一次粒子凝集而分散稳定性降低。
作为将该一次粒子作为基础而获得含有具有所希望的平均二次粒径的黑色粒子的本发明的黑色树脂组合物的方法,可举出使用混合分散机将该黑色粒子的一次粒子直接分散在溶剂等分散介质与后述树脂成分的混合物中,使该分散的时间为适当的时间的方法。或者,可以为将该黑色粒子的一次粒子与高分子分散剂、溶剂等分散介质一起分散,使该分散的时间为适当的时间而暂时制成了分散液后,之后加入后述树脂成分并使用混合分散机进行制作这样的方法。
在使用混合分散机时,可以使用珠磨机、球磨机、砂磨机、三辊磨、高速度冲击磨机等。如果以该珠磨机为例,则可举出コボールミル(Co-ball mill,商品名)、バスケットミル(Basket mill,商品名)、针磨机(pin mill)、戴诺磨(Dyno-Mill,商品名)、ナノミル(NanoMill,商品名)、アペックスミル(Apex Mill,商品名)等。作为珠磨机的珠,可举出二氧化钛珠、氧化锆珠、锆石珠等,可以使用具有采用能够将珠磨机与分散液分离的离心分离方式的隔板的珠磨机进行分散。该分散所使用的珠直径优选为0.05~0.5mm。
另外,在本发明中所谓“平均二次粒径”,是指将含有黑色粒子的黑色树脂组合物利用分散溶剂或相当的溶剂进行稀释,通过动态光散射法进行测定,通过累积量法(cumulant method)而求出的黑色粒子的平均粒径值,例如,在由组成式:TiNxOy·zX表示的黑色粒子和聚酰亚胺系树脂构成的黑色树脂组合物的情况下,是利用N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂稀释为0.24质量%粒子浓度而测得的数值。进而,如果将该黑色粒子的平均二次粒径值调制为190~245nm,则可以在维持遮光性的同时维持低反射性能。
在使黑色粒子的平均二次粒径大于245nm的情况下,发生在保存时黑色粒子沉降、或遮光性降低的问题。此外,由于沉降了的粗大粒子阻碍基板与涂布膜的密合,从而显影特性降低。这里,所谓显影特性,是指图案的直线性和涂布膜的截面形状。另一方面,在使黑色粒子的平均二次粒径小于190nm的情况下,即使作为黑色粒子的基础的微晶尺寸为上述适当范围值,也有总反射率变高的问题。
顺便提一下,对于微LED显示器用途的黑矩阵,至少要求高遮光度为OD(OD=-log[透射率])3.00以上的性能,另一方面,要求总反射率也小于5.35%的性能。进而,为了在黑矩阵的间隙稳定地形成微LED的RGB元件,除了需要形成上述黑矩阵的图案时的边缘的直线性以外,还必须确保黑矩阵表面的平坦性、与基材的密合性。为了满足这些要求性能,更优选将黑色粒子的平均二次粒径调制为202nm~233nm。
进一步,优选使与上述黑色粒子相比折射率低的树脂的含有率尽量增加。如果与该黑色粒子相比折射率低的树脂的含有率相对增加,则除了可获得黑色树脂组合物中的黑色粒子的经时稳定性提高的效果以外,也可以减少形成黑矩阵时发生不均的问题。此外,由于可以经时稳定地保持黑色粒子,因此即使是平均二次粒径大于专利文献1的发明的透明粒子的黑色粒子,也有可以没有问题地使用的效果。
进一步,通过上述树脂与黑色粒子相比折射率低,从而在材质上树脂表面的总反射率与黑色粒子表面相比减少,因此也有助于将黑色树脂组合物制成涂膜的情况下表面的总反射率降低。进而,上述树脂的含有率越增加,则该效果越大。关于这点,由于在本发明中不需要添加专利文献1的发明那样的透明粒子,或在添加的情况下也可以使其量为少量,因此可以使树脂在黑色树脂组合物整体中所占的含有率相对增加,与专利文献1的发明相比,本申请发明更优异。
此外,专利文献1的发明那样的透明粒子降低总反射率,另一方面,由于透射可见光,因此也成为使遮光性降低的原因。在本发明中,没有该透明粒子、或即使有也为少量即可,因此在形成黑矩阵时也保持遮光性而漏光等问题发生的可能性小。此外,虽说是透明粒子,但不是完全透射可见光,而是一部分漫反射而有表面白色地浑浊的倾向。因此,不能维持黑色粒子所固有的黑色的色调,成为稍微带灰色的黯淡黑色。关于这点,使用本发明的黑色树脂组合物形成的黑矩阵可以维持黑色粒子所固有的黑色的色调,黑色的色彩非常优异。
另外,上述所谓“树脂的折射率”,是使从本发明的黑色树脂组合物中除去黑色粒子和在制造或固化的过程中除去的溶剂等而得的、涂膜形成成分固化的情况下的涂膜表面的折射率,例如为了通过光或热进行固化而使固化剂、聚合引发剂等共存的情况下,不是树脂单独,而是也包含这些固化剂、聚合引发剂等在内而固化了的涂膜表面的折射率。因此,在测定涂膜表面而得的折射率的数值低于黑色粒子单独的折射率的情况下,符合“与黑色粒子相比折射率低的树脂”。
此外,上述“黑色粒子的折射率”,是利用JIS-K7142中揭示的浸液法而求出的数值。具体而言,是制成将黑色粒子分散于甲苯溶剂的分散液,改变分散液的折射率,照射光而将通过目视看不见由分散液中的黑色粒子引起的散射光时的折射率设为黑色粒子的折射率的方法。由于基于目视观察散射光的变化,有一定程度的主观性,数值产生幅度,在该幅度的上限值高于上述树脂的折射率的情况下,符合“与黑色粒子相比折射率低的树脂”。另外,本发明的TiNxOy·zX的黑色粒子的折射率在1.68±0.05的范围,如果至少树脂的折射率为1.6以下,则符合与黑色粒子相比折射率低的树脂。
<树脂>
作为与该由上述组成式:TiNxOy·zX表示的黑色粒子相比折射率低的树脂成分的例子,可举出聚酰亚胺系树脂、丙烯酸系树脂、聚酯系树脂、乙烯基系树脂、聚乙烯醇系树脂等。这些树脂中,优选为耐热性高的聚酰亚胺系树脂。聚酰亚胺系树脂中也包含聚酰胺酰亚胺,没有特别限定,但优选使用将聚酰亚胺前体通过加热或适当的催化剂而酰亚胺化了的物质。
该聚酰亚胺树脂中,特别是可见光区域的波长下的光吸收高的四羧酸二酐在还可获得遮光性方面是更优选的。四羧酸二酐的酸二酐残基的吸电子性越高越优选,可举出二苯甲酮基那样的酮型的物质、二苯基醚基那样的醚型的物质、具有苯基的物质、具有二苯基砜基那样的砜基的物质等。具体而言,为3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐、3,3’,4,4’-二苯甲酮四甲酸二酐、均苯四甲酸二酐等。
此外,可以在不使耐热性降低的范围内将二胺成分共聚。二胺的二胺残基的供电子性越强越优选,优选为联苯基、对-、对-取代或间-、对-取代结构的二氨基二苯基醚、亚甲基二苯胺、具有萘基、苝基等的物质,为4,4’-二氨基二苯基醚或3,4’-二氨基二苯基醚、对苯二胺等。此外,也可以为具有硝基在这些芳香族环上取代而得的结构的物质。
上述与黑色粒子相比折射率低的树脂成分的含有率优选为黑色树脂组合物整体的质量的45质量%~80质量%。如果为45质量%以上,则通过上述树脂成分的含有率增加,从而获得的效果变得显著,在为80质量%以下的情况下,黑色粒子的含有率相对变高,遮光性进一步提高。
进而在本发明中,以将上述特定的平均二次粒径的黑色粒子和树脂溶解或分散作为目的,可以含有1种或多种溶剂。溶剂的种类没有特别限定,可以为各种醇类、萜类、酮类、芳香族烃类、二醇醚类、乙酸酯类等等中的任一者,但需要具有将黑色粒子和树脂成分溶解或分散的功能。
例如,作为与黑色粒子相比折射率低的树脂,如果选择聚酰亚胺系树脂,则优选为可以使聚酰亚胺系树脂溶解、混合的N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺等酰胺系极性溶剂、内酯系极性溶剂、二甲基亚砜等。
以上,本发明的黑色树脂组合物虽然由特定的平均二次粒径的黑色粒子、树脂成分制成,但可以根据需要混配溶剂、固化促进剂、热阻聚剂、抗氧化剂、增塑剂、流平剂、消泡剂、偶联剂、表面活性剂等添加剂。
作为热阻聚剂,可以举出氢醌、氢醌单甲基醚、邻苯三酚、叔丁基儿茶酚、吩噻嗪等,作为抗氧化剂,可以举出受阻酚系化合物等,作为增塑剂,可以举出邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、磷酸三甲苯酯等,作为消泡剂、流平剂,可以举出有机硅系、氟系、丙烯酸系的化合物。此外,作为表面活性剂,可以举出氟系表面活性剂、有机硅系表面活性剂等。
<透明粒子>
此外,本发明的黑色树脂组合物如果有必要,则可以少量添加透明粒子。特别优选为相对于上述黑色粒子的比重为0.7~2.5倍的比重的透明粒子,更优选为0.9~2.5倍,进一步优选为1.4~2.5倍。如果加入少量该比重的透明粒子4而在基材2形成黑矩阵的膜1,则形成透明粒子4与黑色粒子3均匀地分散分布的黑矩阵的膜1(参照图3)、或透明粒子4与黑色粒子3相比偏置分布在下部的黑矩阵的膜1(参照图4)。
关于这样分布的黑矩阵的膜1,对来自下部穿过基材2而入射的光,通过透明粒子4使其散射的作用增大,镜面反射的比例减少,因此防反射效果提高。此外,由于添加的透明粒子4的量为少量,也几乎不阻碍黑色粒子3的遮光性、色相,因此不可能发生漏光等问题,也维持黑色粒子所固有的黑色的色调。
另外,如果为相对于黑色粒子的比重小于0.7倍的比重的透明粒子,则透明粒子4与黑色粒子3相比偏置分布在上部,对从下部穿过基材2而入射的光进行散射的作用降低。此外,如果为相对于黑色粒子的比重超过2.5倍的比重的透明粒子,则透明粒子4与黑色粒子3成为层分离了的分布状态而层间剥离易于发生、或透明粒子4的沉降的问题易于发生。
作为透明粒子的例子,可举出二氧化硅等金属氧化物、硫酸钡等金属化合物等无机系透明微粒、丙烯酸系树脂、苯乙烯-丙烯酸系树脂、有机硅树脂、环氧树脂、三聚氰胺树脂等树脂系透明微粒等。这些透明粒子可以根据黑色粒子、特别是组成式:TiNxOy·zX的金属X粒子的含量来适当选择。
例如,在z的值为0或小于0.01的情况下,黑色粒子的比重变低,因此优选为比重较低的二氧化硅等,在z的值为0.1以上的情况下,由于黑色粒子的比重变高,因此优选为比重较高的硫酸钡等金属化合物等,在z的值为0.01以上且小于0.1的情况下,优选为上述金属化合物等、丙烯酸系树脂等树脂系透明微粒。
如上述那样,为了抑制金属X粒子的熔合、氧化,z的值更优选为0.01~0.50的范围,因此透明粒子在上述中优选为硫酸钡、滑石、云母、碳酸锌、碳酸钙、氟化钙、氟化镁、氟化钡等。这些透明粒子即使为比重相对高、z值高的黑色粒子,也成为相对于其比重为0.7~2.5倍的比重的透明粒子。进一步其中,氟化钙、氟化镁、氟化钡由于折射率相对低,防反射效果进一步提高,因此是更优选的。
特别是在含有比重大、与基材同等或低于其的折射率的透明粒子的情况下,该透明粒子被偏置配置在与基材相接的区域附近,在该区域附近光从折射率相对高的基材向折射率低的介质区域行进,因此镜面反射不太发生,光在透明粒子内透射直行,在透明粒子与树脂粘合剂的界面附近光反射的频率变高。
该界面由于与平坦的基材表面不同,成为异形形状、曲面形状,因此在该界面进行反射的光基本上成为向多方向散射的扩散反射光,镜面反射光的比例大幅减少。该扩散反射光在黑色粒子的表面进一步向多方向散射,散射了的光互相彼此消除,结果认为总反射率降低。
关于透明粒子的平均二次粒径,为了赋予对入射光进行散射的作用,优选在与黑色粒子的相容性好的50~500nm的尺寸中适当选择。进一步优选在100~300nm的尺寸中适当选择。此外,关于透明粒子的含量,为了不阻碍黑色粒子3的遮光性、色相,优选相对于黑色树脂组合物总量,在0.0005~0.8质量%的范围中适当选择。进一步优选相对于黑色树脂组合物总量,在0.001~0.5质量%这样的少量的范围中适当选择。可举出例如下述例子,在二氧化硅粒子的情况下,相对于黑色树脂组合物总量添加0.003~0.1质量%的平均二次粒径140~230nm的粒子,在硫酸钡粒子的情况下,相对于黑色树脂组合物总量添加0.002~0.2质量%的平均二次粒径150~240nm的粒子。
<黑矩阵>
本发明的黑色树脂组合物由于具有上述高遮光性和低反射率,因此可以适合用于微LED显示器或有机EL显示器的黑矩阵。这些显示器为自发光型,为了使对比度提高,与以往的液晶显示器相比,黑矩阵的占有面积比率被设定得高。
如果黑矩阵的占有面积大,则在黑矩阵表面反射的外部光的光量也变大。其结果,黑矩阵的黑度降低,画面的对比度降低。因此,要求黑矩阵的低反射化,特别是在该自发光型显示器中是有用的。
<黑矩阵的制造方法>
作为将本发明的黑色树脂组合物涂布在微LED显示器或有机EL显示器基板上的方法,除了公知的溶液浸渍法、喷射法以外,还可以采用使用喷墨机、辊式涂布机、地涂布机(ランドコーター)、狭缝涂布机、旋涂机的方法等中的任一方法。如果树脂成分为聚酰亚胺系树脂,则采用逗点涂布机的方法在获得良好的涂布膜方面是优选的。在通过溶剂调整为适当粘度、涂布为所希望的厚度后,在加热或减压下将溶剂除去从而形成干燥涂膜,进一步通过光和/或热进行固化,从而可以形成作为目标的低反射性的黑色树脂组合物皮膜。
此外,作为在透明基板上将黑矩阵进行图案形成的方法,有在上述形成的黑色树脂组合物皮膜上涂布光致抗蚀剂,进行干燥,经由光掩模图案状地照射紫外线,通过曝光、显影而图案化的方法,即光刻法。由此,在透明基板上形成格子状即矩阵状的黑色图案。将该矩阵状的黑色图案称为黑矩阵,将具有其的基板称为黑矩阵基板。此外,将黑矩阵基板上的未形成黑矩阵的部分称为开口部。此外,可以应用丝网印刷法、凹版印刷、凹版印刷法等进行图案形成,也可以使用不需要掩模、印刷版的喷墨法。
另外,以微LED显示器或有机EL显示器用途作为对象而描述了本发明,但也可以将本发明的黑色树脂组合物应用于其它用途。例如,作为其它用途,可举出个人电脑、平板PC、游戏机、导航系统、液晶电视、视频等的显示画面、液晶投影仪等。
进而,如果将本发明的黑色树脂组合物并列地涂布形成于透明基材,则可获得从透明基材表面侧测得的黑色树脂组合物形成部分即黑矩阵部分的总反射率为5%以下、并且OD值为3.0以上的黑矩阵基板。如果在该黑矩阵基板的开口部涂布形成彩色树脂组合物,则可获得滤色器基板。如果同样地在该黑矩阵基板的开口部形成微LED或有机EL材料,则可获得微LED显示器或有机EL显示器。此外,通过将上述滤色器基板与上述微LED显示器或有机EL显示器组合,从而可获得更高画质的微LED显示器或有机EL显示器。
实施例
以下,说明本发明的实施例,但本发明不限定于这些实施例。
(实施例1)
[一次粒子的制造]
在等离子体袋(プラズマポーチ)内供给50升/分钟的氩气和50升/分钟的氮气,施加高频电压而使氩气-氮气热等离子体火焰产生。接着,将以规定的比率混合了钛粒子与银粒子的日清エンジニアリング株式会社制的粉末材料、与从材料供给装置供给的10升/分钟的氩气一起供给到等离子体袋内的热等离子体火焰中,在热等离子体火焰中使其蒸发,制成了在气相状态下高度地分散了的混合物。然后,将该混合物在腔室内骤冷,获得了氮氧化钛银的一次粒子。
[一次粒子BET比表面积测定]
向上述获得的一次粒子中以粒子浓度成为0.1质量%左右的方式添加溶剂进行稀释,将所得的稀释液向带有碳支持膜的金属性筛网滴加而制作测定用样品,使用MacsorbHM MODEL-1208(株式会社マウンテック制)利用BET流动法(1点法)、前处置条件300℃30分钟加热(N2气流),测定了BET比表面积。所得的BET比表面积为36.4m2/g。
[一次粒子组成分析、微晶尺寸测定]
此外,使用ICP质谱分析装置(株式会社日立ハイテクサイエンス公司制,attomES)进行了组成分析,结果钛含量为68.4质量%,氮含量19.6质量%,氧含量0.5质量%,银含量11.5质量%,钛:氮:氧:银的原子的比率成为68.4/47.867:19.6/14.007:0.5/15.999:11.5/107.868=1.429:1.399:0.031:0.107=1:0.979:0.022:0.075。因此,组成式为TiN0.979O0.022·0.075Ag(y/x:0.022)。使用荧光X射线装置(株式会社リガク制,ZSX-PrimusIII),利用输出30kV 100mA、波长分散法并使用氟化锂,利用2θ=10°~90°测定而获得的微晶尺寸为33.6nm。
[聚酰亚胺前体溶液的制造]
将3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐147g与N-甲基-2-吡咯烷酮775g一起加入,添加4,4’-二氨基二苯基醚95.1g和双(3-氨基丙基)四甲基二硅氧烷6.20g,在60℃下使其反应3小时,获得了作为聚酰亚胺前体的聚酰胺酸溶液。
[黑色树脂组合物的调制]
接着,将具有上述氮氧化钛银一次粒子12.8质量份、上述聚酰亚胺前体溶液22.6质量份、N-甲基-2-吡咯烷酮30.9质量份、γ-丁内酯31.7质量份、玻璃珠110.0质量份的组成的研磨基料,使用NanoMill进行了粉碎分散。该粉碎分散的处理时间(RT)为7分钟。进而,将玻璃珠通过过滤而除去,分别将全部量混合,从而调制出含有黑色粒子的黑色树脂组合物。
[平均二次粒径测定]
关于所得的黑色树脂组合物中的黑色粒子,使用动态光散射法纳米粒子解析装置(株式会社堀场制作所制,HORIBA SZ-100),在测定模式为标准、单元(cell)的种类为4面透射单元、分布形态为单分散的设定条件下,测定了通过累积量法求出的平均二次粒径。所得的数值为244.8nm,其是将黑色树脂组合物利用N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂稀释为0.24质量%黑色粒子浓度而测得的数值。
[总反射率(低反射性能)测定]
关于所得的黑色树脂组合物,用旋涂器涂布在无碱玻璃(日本電気硝子公司制,OA-2,折射率1.52)基板上,在80℃进行了10分钟热风干燥后,在120℃下使其加热固化1小时,制作出形成了膜厚1.0μm的涂膜的带有黑色树脂组合物膜的玻璃基板。使用紫外可见分光光度计(株式会社岛津制作所制,UV-2450),在入射角/反射角都为5°的设定条件下测定了从所得的带有黑色树脂组合物膜的玻璃基板的玻璃面侧通过的总反射率。将总反射率小于5.15%的情况设为◎,将5.15%以上且小于5.35%的情况设为〇,将5.35%以上且小于5.40%的情况设为△,将5.40%以上的情况设为×。在实施例1中获得的总反射率的值为4.80%,为极其优秀的低反射性能。另外,基于无碱玻璃的总反射率约为4.2%,测得的总反射率的测定值也包含基于无碱玻璃的总反射率。
[OD值(遮光性能)测定]
关于所得的黑色树脂组合物,用旋涂器涂布在无碱玻璃(日本電気硝子公司制,OA-2)基板上,在80℃进行了10分钟热风干燥后,在120℃下使其加热固化1小时,制作出形成了膜厚1.0μm的涂膜的带有黑色树脂组合物膜的玻璃基板。使用紫外可见分光光度计(株式会社岛津制作所制,UV-2450)在入射角/反射角都为5°的设定条件下测定了从所得的带有黑色树脂组合物膜的玻璃基板的玻璃面侧通过的OD值。将OD值为3.10以上的情况设为◎,将3.00以上且小于3.10的情况设为〇,将2.95以上且小于3.00的情况设为△,将小于2.95的情况设为×。在实施例1中获得的OD值为3.00,为良好的遮光性能。
[折射率的测定]
关于将聚酰亚胺前体溶液22.6份、N-甲基-2-吡咯烷酮30.9份、γ-丁内酯31.7份混合了的树脂组合物,用旋涂器涂布在无碱玻璃(日本電気硝子公司制,OA-2)基板上,在80℃进行了10分钟热风干燥后,在120℃下加热固化1小时,形成了膜厚1.0μm的涂膜。使用紫外可见分光光度计(株式会社岛津制作所制,UV-2450)测定了所得的涂膜的折射率。所得的折射率值为1.52。此外,关于上述氮化钛银的一次粒子,使用カルニュー(Kalnew)精密折射计(KPR接触液(折射液))通过浸液法测定了折射率。所得的折射率值为1.68。
[沉降的有无确认(黑色粒子的经时稳定性评价)]
关于所得的黑色树脂组合物,通过目视确认了放置一天后的黑色粒子的沉降程度。虽然观察到若干黑色粒子有沉降的倾向,但为使用时没有障碍的水平。
[显影特性(图案直线性以及涂膜的截面形状)评价]
关于所得的黑色树脂组合物,用旋涂器涂布在无碱玻璃(日本電気硝子公司制,OA-2)基板上,在80℃下预烘烤1分钟。然后,将曝光间隔调整为80μm,在干燥涂膜上覆盖线/间距=20μm/20μm的负型光掩模,用I射线照度为30mW/cm2的超高压水银灯照射100mJ/cm2的紫外线而进行了感光部分的光固化反应。接下来,将该曝光完的涂板在0.05%氢氧化钾水溶液中、在23℃下进行1kgf/cm2压力喷淋显影,将观察到图案的时间设为显影脱离时间(BT秒),进一步进行了20秒显影后,进行5kgf/cm2压力的喷射水洗,将涂膜的未曝光部除去而在玻璃基板上形成像素图案,然后,使用热风干燥机在230℃下热后烘烤了30分钟。将所得的后烘烤后的20μm线用显微镜以及SEM进行观察,将观测到了参差不齐的情况设为×,将未观测到的情况设为○。此外,在虽然没有观测到参差不齐,但在表面观察到突起物而平坦性降低、或膜厚的偏差大的情况下判定为△。
(实施例2~7和比较例1~4)
变更了上述进行粉碎分散的处理时间(RT),除此以外,与实施例1同样地操作获得黑色树脂组合物,测定了平均二次粒径。此外,与实施例1同样地操作而通过目视确认了黑色粒子的沉降程度。此外,与实施例1同样地操作而形成黑色树脂组合物的涂膜,测定了总反射率和OD值。将其得到的结果与实施例1一起示于下述表1中。
[表1]
由上述表1的结果可知,如果为黑色粒子的平均二次粒径为190~245nm的实施例1~7,则反射率和OD值显示良好的数值,也几乎未见黑色粒子的沉降。进一步可知,如果为黑色粒子的平均二次粒径为202~233nm的实施例3~5,则为更良好的结果,可获得在微LED显示器用途的黑矩阵中要求的性能的反射率和OD值。
(实施例8)
使实施例6中黑色树脂组合物中的黑色粒子的含有比率(黑色粒子的质量%:树脂成分的质量%)变化多次,除此以外,与实施例6同样地操作而获得黑色树脂组合物的涂膜,测定OD值和总反射率,示于表2中。进而,取单位膜厚OD值作为横轴,取总反射率作为纵轴而绘制在图上,将所得的结果作为“钛BM”而示于图1中。
[表2]
表2
(比较例5)
将上述实施例8的黑色粒子变更为キャボット公司的炭黑TPK-1227R,除此以外,与实施例8同样地操作而获得黑色树脂组合物的涂膜,测定OD值和总反射率,示于表2中。进而,取OD值作为横轴,取总反射率作为纵轴而绘制在图上,将所得的结果作为“碳BM”而示于图1中。
根据图1可知,由实施例8得到的“钛BM”的近似相关直线与由比较例5得到的“碳BM”的近似相关直线相比,斜率缓和,截距也小(相同OD值下的总反射率低),因此由本发明的黑色树脂组合物的黑色粒子带来的低反射性能在黑色粒子的含有比率(黑色粒子的质量%:树脂成分的质量%)37:63~63:37的范围中,与使用了以往的炭黑的黑色树脂组合物相比更优异。
(实施例9)
将在实施例6中获得的黑色树脂组合物在G4.5(730mm×920mm)的玻璃基板上用逗点涂布机进行涂布,在80℃进行了10分钟热风干燥后,在120℃下进行了20分钟半固化。然后,将正型抗蚀剂(Shipley“Microposit”(注册商标)RC100 30cp)用逗点涂布机涂布后,在80℃下干燥了20分钟。使用曝光机PLA-501F(キャノン公司制),经由规定的光掩模进行曝光,用碱性显影液(Shipley“Microposit”(注册商标)351)同时进行了正型抗蚀剂的显影和聚酰亚胺前体的蚀刻后,将正型抗蚀剂用甲基溶纤剂乙酸酯进行了剥离。进一步,在300℃下固化30分钟,获得了膜厚1.1μm的黑矩阵基板。
将所得的黑矩阵基板的图案和截面形状的显微镜照片示于图2中。所得的黑矩阵基板的平均线宽为3.5μm,最小线宽为3.0μm,最大线宽为4.0μm,3σ=0.64,可以没有缺损地加工。此外,所得的黑矩阵的遮光性基本上没有波长依赖性,波长430~640nm中的OD值为3.16,总反射率为5.20,色相为x=0.31,y=0.32。因此可知,使用实施例6中获得的黑色树脂组合物可以形成所希望的黑矩阵。
(实施例10~21)
除了实施例4的黑色粒子(比重1.9)以外,还相对于黑色树脂组合物总量添加0.02质量%的下述各透明粒子,与实施例4同样地操作而形成黑色树脂组合物的涂膜,测定了总反射率和OD值。将其所得的结果示于下述表3中。此外,与实施例1同样地操作而测定下述透明粒子的平均二次粒径,通过目视确认了透明粒子的沉降程度。
硫酸钡;堺化学工业(株)制BARIFINE BF-20
滑石;日本タルク(株)制ミクロエースP-3
云母;日本光研工业(株)制NK-G/M NK-M
碳酸锌;关西触媒化学(株)制碱性碳酸锌
碳酸钙;竹原化学工业(株)制ホワイトシールWS-3K
氟化钙;ステラケミファ(株)制氟化钙纳米粒子
氟化镁;ステラケミファ(株)制氟化镁纳米粒子
氟化钡;ステラケミファ(株)制氟化钡
二氧化硅;日产化学(株)制有机二氧化硅溶胶NMP-ST
聚氯乙烯;東ソー(株)制リューロンペーストC38
聚碳酸酯;マテリス(株)制ポリカ-3Dパウダー
氧化钛;石原产业(株)制PT-401M
[表3]
由上述表3的结果可知,如果至少添加平均二次粒径为188~198nm的上述透明粒子,则反射率和OD值显示良好的数值,也未见透明粒子的沉降、显影特性的降低。
(实施例22)
代替在实施例6中获得了的黑色树脂组合物,而使用了在实施例4中获得了的黑色树脂组合物,除此以外,与实施例9同样地操作而获得了黑矩阵基板。所得的黑矩阵基板的平均线宽为3.4μm,最小线宽为3.0μm,最大线宽为3.9μm,3σ=0.63,可以没有缺损地加工。此外,所得的黑矩阵的遮光性基本上没有波长依赖性,波长430~640nm中的OD值为3.11,总反射率为5.11,色相为x=0.30,y=0.31。因此,即使使用在实施例4中获得的黑色树脂组合物,也可以形成所希望的黑矩阵。
(实施例23、24)
使用喷墨涂布装置,在实施例9和实施例22中获得的黑矩阵基板的开口部镶嵌状地填充形成下述红、绿、蓝的着色墨液,制作出滤色器基板。所得的滤色器基板的黑矩阵部的OD值和总反射率与在实施例9和实施例22中获得的黑矩阵基板的OD值和总反射率相同。
(实施例25、26)
使用喷墨涂布装置,在实施例9和实施例22中获得的黑矩阵基板的开口部镶嵌状地填充形成红、绿、蓝的有机EL材料(Merck公司制RGB ink set),制作出有机EL显示器。所得的有机EL显示器的黑矩阵部的OD值和总反射率与在实施例9和实施例22中获得的黑矩阵基板的OD值和总反射率相同。
(实施例27、28)
使用喷墨涂布装置,在实施例9和实施例22中获得的黑矩阵基板的开口部镶嵌状地填充形成红、绿、蓝的微LED显示器材料(DIC(株)制量子点颜色转换层用喷墨墨液),制作出微LED显示器。所得的微LED显示器的黑矩阵部的OD值和总反射率与在实施例9和实施例22中获得的黑矩阵基板的OD值和总反射率相同。
(实施例29、30)
在另行准备了的市售的有机EL显示器和微LED显示器的上部载置在实施例24中获得的滤色器基板,制作出具备滤色器基板的有机EL显示器和具备滤色器基板的微LED显示器。关于所得的有机EL显示器和微LED显示器,被载置在上部的滤色器基板的黑矩阵部的OD值和总反射率与在实施例22中获得的黑矩阵基板的OD值和总反射率相同。
由该结果可知,可获得在微LED显示器、有机EL显示器用途的黑矩阵中要求的性能的反射率和OD值。
符号的说明
1:黑矩阵
2:透明基材
3:黑色粒子
4:透明粒子。
Claims (8)
1.一种黑色树脂组合物,其含有黑色粒子和树脂成分,所述黑色粒子的平均二次粒径为190~245nm,且由组成式:TiNxOy·zX表示,式中,X表示金属原子,x表示大于0且小于2的数,y表示0以上且小于2的数,z表示0以上且小于10的数。
2.根据权利要求1所述的黑色树脂组合物,所述黑色粒子的平均二次粒径为202~233nm。
3.根据权利要求1或2所述的黑色树脂组合物,其进一步含有相对于所述黑色粒子的比重为0.7~2.5倍的比重的透明粒子。
4.根据权利要求3所述的黑色树脂组合物,所述透明粒子为硫酸钡、滑石、云母、碳酸锌、碳酸钙、氟化钙、氟化镁和氟化钡中的任一者。
5.一种黑矩阵基板,其是权利要求1或2所述的黑色树脂组合物的固化物在透明基材上矩阵状地进行图案形成而成的,从所述透明基材表面侧测得的黑矩阵的总反射率为5%以下,并且OD值为3.0以上。
6.一种滤色器基板,其是在权利要求5所述的黑矩阵基板的开口部形成着色层而成的。
7.一种微LED显示器或有机EL显示器,其在权利要求5所述的黑矩阵基板的开口部具备微LED或有机EL材料。
8.一种微LED显示器或有机EL显示器,其具备权利要求6所述的滤色器基板。
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