DE69526776T2

DE69526776T2 - Schwarze kunststoffmatrix für flüssigkristallanzeige

Info

Publication number: DE69526776T2
Application number: DE69526776T
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Goto; Keijiro Inoue; Fumio Tomita
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1994-06-21
Filing date: 1995-06-21
Publication date: 2002-12-19
Anticipated expiration: 2015-06-22
Also published as: DE69526776D1; CA2169921A1; JP2861391B2; EP0715203A4; CA2169921C; WO1995035525A1; KR100376156B1; US5880799A; KR960001828A; EP0715203B1; EP0715203A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine schwarze Matrix ("black matrix") aus Harz für Farbfilter, die in Flüssigkristallanzeige-Geräten verwendet wird, insbesondere eine schwarze Harzmatrix für Farbfilter, die gute Anzeigeeigenschaften aufweist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Im Allgemeinen besteht ein Farbfilter für Flüssigkristallanzeigen aus einer großen Anzahl an Farbtripletts, die jeweils aus drei Farbpixeln (rot, grün und blau; auf einem transparenten Substrat ausgebildet) bestehen. Um den Kontrast der Anzeige zu erhöhen, sind diese Pixel in spezifischen Abständen über einer Lichttönungsfläche verteilt, die aufgrund der Farbe auf dem Schirm als schwarze Matrix bezeichnet wird.
Die meisten herkömmlichen Farbfilter verwenden eine durch Photolitographie erzeugte schwarze Matrix und umfassen einen dünnen Metallfilm mit feinem Muster. Die für solche schwarze Matrizen verwendeten Metalle sind z. B. Cr, Ni und Al, und die für ihre Herstellung herangezogenen Verfahren sind Vakuumfilmbildungsverfahren wie etwa Sputtern und Vakuumablagerung. Beim Ausbilden eines feinen Musters wendet man in den meisten Fällen Photolitographie an, um ein Muster auf Photoresist auszubilden, wobei dieses Photoresistmuster dann als Ätzmaske zum Ätzen eines dünnen Metallfilms dient. Der durch dieses Verfahren erzeugte dünne Metallfilm besitzt das gleiche feine Muster wie das Photoresist.
Die Verfahren zur Erzeugung von Pixeln sind z. B. Färben eines färbbaren durch Photolithographie hergestellten Mediums, Verwendung einer lichtempfindlichen Zusammensetzung, die aus dispergiertem Pigment besteht, Ätzen einer aus dispergiertem Pigment bestehenden nicht-lichtempfindlichen Zusammensetzung sowie kostengünstige Verfahren wie die Bildung gefärbter Abschnitte durch Tintenstrahl- oder andere Drucker.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine schwarze Harzmatrix aus einem dünnen Metallfilm zieht allerdings hohe Kosten für die Herstellung des dünnen Metallfilms nach sich, was auch der Grund für den hohen Preis von Farbfiltern ist. Außerdem besitzt Chrom, das im Allgemeinen als dünner Metallfilm für schwarze Matrizen verwendet wird, hohes Reflexionsvermögen, was zu starker Reflexion von der Chromebene an jenen Stellen führt, an denen starkes Licht von der Umgebung einfällt. Insbesondere kann die Anzeigeleistung stark beeinträchtigt sein, wenn ein Farbfilter mit einer Durchlicht-Anzeigevorrichtung verwendet wird. Es wurde ein Verfahren vorgeschlagen, in dem eine Schicht aus einem Material wie Chromoxid zwischen der Chromschicht und dem transparenten Substrat vorgesehen ist, um das Reflexionsvermögen der schwarzen Matrix zu reduzieren. Dies erhöht allerdings die Herstellungskosten der schwarzen Matrix und kann demnach nicht zur Preissenkung beitragen.
Um dieses Problem zu lösen, wurden andere Verfahren vorgeschlagen, in denen z. B. eine schwarze Matrix durch Anordnen von Harz in einem Muster ausgebildet wird, welches Harz mit einem Lichttönungsmaterial gefärbt ist, gefolgt von der Ausbildung von Farbpixeln zwecks Herstellung eines Farbfilters. Ruß, der gute Lichttönungseigenschaften aufweist, wird im Allgemeinen als Lichttönungsmaterial verwendet, wie dies z. B. für die schwarze Matrix im IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 34, Nr. 4A, September 1991, S. 122-123, geoffenbart ist. Allerdings war es mit Ruß bislang nicht möglich, im Vergleich zum dünnen Metallfilm einen ausreichend hohen Grad an Lichttönungseigenschaften zu erzielen. In der Folge kann ein Teil des Rücklichts die schwarze Matrix passieren und die Anzeigeoberfläche erreichen. Wenn das übertragene Licht aus Ruß Farbe aufweist und wenn ein solches gefärbtes Licht die Anzeigeoberfläche erreicht, ist es unmöglich, die beabsichtigten Farben darzustellen, insbesondere für Schwarz oder andere Farben mit geringer Helligkeit. Die Lichttönungsleistung kann durch Erhöhen der Dicke der schwarzen Matrix gesteigert werden, aber dies verringert die Flachheit der Oberfläche, was zu anderen Problemen wie beeinträchtigter Bildqualität führt.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf diese Probleme und mit dem Ziel entwickelt, eine stark lichttönende schwarze Matrix mit achromatischen Eigenschaften bereitzustellen.
Dieses Ziel der Erfindung wird durch Verwendung einer unten beschriebenen schwarzen Matrix für Flüssigkristallanzeige-Vorrichtungen erreicht. Konkret bezieht sich die Erfindung auf eine schwarze Harzmatrix für eine Flüssigkristallanzeige-Vorrichtung, worin die schwarze Matrix Harz umfasst, in dem ein Lichttönungsmittel dispergiert sind, wobei die Matrix dadurch gekennzeichnet ist, dass die Lichttönungsmittel und das Harz so beschaffen sind, dass die Matrix Licht aus einer trichromatischen Lichtquelle durchlassen und/oder reflektieren kann, das im XYZ-Farbsystem die Chromatizitätskoordinaten (0,34, 0,37) aufweist, so dass das durchgelassene und/oder reflektierte Licht Chromatizitätskoordinaten (x, y) aufweist, die sich aus der Beziehung:
(x - 0,34)² + (y - 0,37)² < 0,0025
ergeben
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die schwarze Harzmatrix auch in der Lage, Licht aus einer Quelle C durchzulassen und/oder zu reflektieren, das die Chromatizitätskoordinaten (0,31, 0,32) aufweist, so dass das durchgelassene und/oder reflektierte Licht Chromatizitätskoordinaten (x, y) aufweist, die sich aus der Beziehung:
(x - 0,31)² + (y - 0,32)² ≤ 0,01
ergeben.
Andere Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend ausführlich beschrieben.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Farb-Flüssigkristallanzeige-Vorrichtung mit einem Farbfilter, der die obige schwarze Harzmatrix enthält und mit einer trichromatischen Hintergrundbeleuchtungsquelle versehen ist, in dem sich Energie bei den Wellenlängen für rote, blaue und grüne Pixel im Durchlässigkeitsspektrum konzentriert.
Die vorliegende schwarze Harzmatrix kann Licht aus der obigen trichromatischen Lichtquelle gemäß der Beziehung (x - 0,34)2 + (y - 0,37)2 < 0,0025, noch bevorzugter (x - 0,34)² + (y - 0,37)² < 0,0004 durchlassen und/oder reflektieren.
Messverfahren, die für das durchgelassene und reflektierte Licht zur Verfügung stehen, umfassen die Verwendung eines Spektralphotometers oder eines Mikrospektralphotometers zur Messung von Reflexionsvermögen und Durchlässigkeit. Anhand der gemessenen Spektren werden die Referenzanregungen X, Y und Z für die Quelle C oder die Quelle F10 berechnet, um die Chromatizitätskoordinaten zu bestimmen. Einige im Handel erhältliche Mikrospektralphotometer, wie z. B. Otsuka Denshi MCPD-1000, enthalten Programme für diese Berechnungen.
Aufgrund von geringem Reflexionsvermögen über den gesamten Wellenlängenbereich und extrem niedriger Wellenlängenabhängigkeit des Reflexionsvermögens ist die Farbe der erfindungsgemäßen schwarzen Harzmatrix so genanntes neutrales Schwarz (nichtgefärbtes Schwarz).
Die trichromatische Lichtquelle zeigt starke Lichtenergiepeaks bei drei spezifischen Wellenlängen im sichtbaren Bereich (400-700 nm). Sie werden als dominante Wellenlängen bezeichnet. Dominante Wellenlängen sind als der 10 nm-Bereich um das Maximum des blauen Lichtenergiepeaks bei Wellenlängen von 400-490 nm, als 10 nm-Bereich um das Maximum des grünen Lichtenergiepeaks bei Wellenlängen von 490-580 nm und als 10 nm-Bereich um das Maximum des roten Lichtenergiepeaks bei Wellenlängen von 580-675 nm definiert. Normalerweise liegen sie in den Bereichen 440-460 nm, 530-550 nm und 600-620 nm. Die Durchlässigkeit einer schwarzen Matrix bei jeder dominanten Wellenlänge ist als Mittel der Messungen an den folgenden drei Punkten definiert: höchstes Peakmaximum, + 10 nm vom Maximum und -10 nm vom Maximum. Unter den Durchlässigkeitsmessungen für jede dominante Wellenlänge sollte das Maximum vorzugsweise nicht größer als das Vierfache des Minimums sein, noch bevorzugter nicht größer als das Doppelte des Minimums, am bevorzugtesten nicht größer als das 1,5fache des Minimums, sein. Wenn es größer ist, verfärbt sich das aus der trichromatischen Lichtquelle kommende Licht und beeinträchtigt die Bildqualität.
In Bezug auf die Lichttönungsleistung sollte eine für die Erfindung eingesetzte schwarze Matrix vorzugsweise das 2,3fache oder mehr, noch bevorzugter das 3,1fache oder mehr, insbesondere das 3,5fache oder mehr, der Dicke der schwarzen Matrix im sichtbaren Lichtwellenbereich von 430-640 nm aufweisen. Für die Zwecke der Erfindung ist die Lichttönungsleistung hierin als optische Dichte pro um der schwarzen Matrixdicke im sichtbaren Lichtwellenbereich von 430-640 nm definiert. Um die Lichttönungsleistung zu verbeessern, ist es wichtig, die Dispersion des Lichttönungsmaterials und die Stabilität der Dispersion des Lichttönungsmaterials zu steigern. Die Referenzfarbanregungen, d. h. Y im XYZ-Farbsystem, einer schwarzen Matrix im sichtbaren Lichtwellenbereich von 400-700 nm sollten vorzugsweise 0,50 oder weniger, noch bevorzugter 0,079 oder weniger, am bevorzugtesten 0,025 oder weniger, betragen.
Das Material für das transparente Substrat unterliegt zu allererst keinen speziellen Einschränkungen, wobei gewünschte Materialien beispielsweise anorganische Glasmaterialien, wie z. B. Quarzglas, Borosilikatglas und Natronkalkglas mit einer Silica-beschichteten Oberfläche und andere, wie z. B. Filme und Folien aus organischem Polymer, sind.
Verfügbare Lichttönungsmaterialien für schwarze Matrizen umfassen weiters Ruß und gepulverte Metalloxide wie z. B. Titanoxid und Eisenoxid (schwarzes Eisenoxid) sowie gepulverte Metallsulfide, gepulverte Metalle und Gemische roter, blauer und grüner Pigmente. Davon weist Ruß besonders gute Lichttönungsleistung auf und ist demnach besonders wünschenswert. Geeignete Rußprodukte sind jene, die durch das Kontaktverfahren erzeugt werden, z. B. Kanalruß, Walzenruß und Scheibenruß, jene, die durch das Ofenverfahren erzeugt wurden, z. B. Gasofenruß und Ölofenruß, und durch thermisches Verfahren erzeugte, z. B. Thermalruß und Acetylenruß. Davon werden Kanalruß, Gasofenruß und Ölofenruß besonders bevorzugt.
Ruße mit kleinen Teilchendurchmessern, insbesondere im Bereich von 5-50 nm durchschnittlicher Teilchendurchmesser, sollten vorzugsweise dazu dienen, die Lichttönungsleistung einer schwarzen Matrix zu verbessern. Ruß besitzt das Strukturmerkmal, dass feines Rußpulver aggregiert, um Sekundärteilchen zu bilden. Wenn der Sekundärteilchendurchmesser als Mittelwert der Durchmesser solcher Sekundärteilchen definiert ist, sollte der Ruß vorzugsweise solcherart dispergiert werden, dass der Sekundärteilchendurchmesser minimiert wird. Der Sekundärteilchendurchmesser sollte vorzugsweise im Bereich von 6-75 nm, noch bevorzugter 7-50 nm, am bevorzugtesten 8-30 nm, liegen. Ein größerer Sekundärteilchendurchmesser ist nicht günstig, da keine ausreichende Lichttönungsleistung erzielt werden kann. Um den Sekundärteilchendurchmesser zu bestimmen, wird Ruß durch ein Transmissions-Elektronenmikroskop usw. betrachtet, und der mittlere Teilchendurchmesser wird gemäß JIS R 6002 gemessen.
Ruß mit einem derartig kleinen Teilchendurchmesser besitzt normalerweise bräunliche Farbe. Ein derartiger Ruß sollte vorzugsweise durch Zugabe von Pigmenten additiver Komplementärfarbe achromatisch gemacht werden. Eine günstige schwarze Matrix ist Polyimidharz, das dispergiertes Lichttönungsmaterial umfasst, das Ruß und Pigmente additiver Komplementärfarbe zum Ruß enthält. Die additive Komplementärfarbe einer bräunlichen Farbe ist bläulich oder lila. Geeignete Pigmente einer additiven Komplementärfarbe sind blaue Pigmente, violette Pigmente und Gemische aus blauen und violetten Pigmenten. Bei Verwendung von gefärbtem Harz muss das Pigment eine Farbe aufweisen, die additiv komplementär zur Mischfarbe des Harzes mit dem Ruß ist.
Wenn das zu verwendende Lichttönungsmaterial ein Gemisch aus Ruß und Pigmenten mit additiver Komplementärfarbe zu Ruß ist, sollte der Rußanteil im Lichttönungsmaterial vorzugsweise 50 Gew.-% oder mehr, noch bevorzugter 60 Gew.-% oder mehr; am bevorzugtesten 70 Gew.-%, betragen.
Wichtige geeignete Pigmente sind unten mit ihren Farbindex- (Cl-) Zahlen angeführt. Dazu zählen Blaupigmente 15, 15 : 1, 15 : 2, 15 : 3, 15 : 4, 15 : 6, 16, 21, 22, 60 und 64, wovon die Blaupigmente 15, 15 : 1, 15 : 2 und 15 : 6 besonders vorzuziehen sind. Nützliche Violettpigmente sind 19, 23, 29, 31, 32, 33, 36, 37, 39, 43 und 50, wovon die Violettpigmente 23, 31, 33, 43 und 50 besonders vorzuziehen sind.
Auch andere Pigmente, wie z. B. Grün-, Gelb- und Orange-Pigment, können gegebenenfalls zugesetzt sein, doch ihr Anteil am Lichttönungsmaterial sollte vorzugsweise 10 Gew.-% oder weniger betragen. Die Zugabe größerer Mengen ist nicht wünschenswert, da sie die Lichttönungsleistung der schwarzen Matrix beeinträchtigen kann.
In Bezug auf die Lichttönungsleistung sollte die erfindungsgemäße schwarze Matrix vorzugsweise das 2,3fache oder mehr, noch bevorzugter das 3,1fache oder mehr, am bevorzugtesten das 4,0fache oder mehr, der optischen Dichte pro um der Dicke der schwarzen Matrix im Wellenlängenbereich von sichtbarem Licht (430-675 nm) aufweisen. Für die Zwecke der Erfindung ist die Lichttönungsleistung hierin als optische Dichte pro um der Dicke der schwarzen Matrix im Wellenlängenbereich von sichtbarem Licht von 430-675 nm definiert. Um die Lichttönungsleistung zu verbessern, ist es wichtig, die Dispersion des Lichttönungsmaterials und die Stabilität der Dispersion des Lichttönungsmaterials zu verbessern.
Die für die schwarze Matrix zu verwendenden Harze unterliegen keinen speziellen Einschränkungen, und es kann eine Vielzahl von Harzen verwendet werden. Geeignete Harze sind beispielsweise lichtempfindliche und nicht-lichtempfindliche Harze, wie z. B. Epoxyharze, Acrylharze, Polyimidharze, einschließlich Polyamidimid, Urethanharze, Polyesterharze, Polyvinylharze und färbbare tierische Protein-Harze wie etwa Gelatine. Solche Harze sollten jedoch höhere Hitzebeständigkeit aufweisen als die in den Pixeln und dem Schutzfilm verwendeten Harze. Konkret sollten sie vorzugsweise gegenüber Temperaturen von 250ºC und darüber beständig sein. Von den obigen Harzen sind Polyimidharze besonders günstig, da gefärbte Harze in Bezug auf Verbesserungen der Lichttönungseigenschaften wünschenswert sind. Die Polyimidharze unterliegen keinen speziellen Einschränkungen, doch besonders wünschenswerte sind die durch Erhitzen oder Behandeln mit Katalysator erzeugten, einem Polyimidvorläufer (n = 1-2), der vor allem aus Struktureinheiten der nachstehenden allgemeinen Formel (1) besteht. Konkret sollte eine schwarze Matrix vorzugsweise durch Beschichten mit schwarzer Paste erzeugt werden, die durch Dispergieren eines Lichttönungsmaterials aus Ruß und anderen Pigmenten in einer Lösung des Polyimidvorläufers gebildet wird.
In obiger allgemeiner Formel (1) steht R¹ für eine dreiwertige oder vierwertige organische Gruppe mit zumindest zwei Kohlenstoffatomen. Betreffend Hitzebeständigkeit sollte R¹ vorzugsweise eine dreiwertige oder vierwertige organische Gruppe sein, die einen carbozyklischen Ring, aromatischen Ring oder aromatischen heterozyklischen Ring enthält und 6-30 Kohlenstoffatome besitzt. Zu solchen R¹-Gruppen zählen beispielsweise Phenyl, Biphenyl, Terphenyl, Naphthalin, Perylen, Diphenylether, Diphenylsulfon, Diphenylpropan, Benzophenon, Biphenyltrifluorpropan, Cyclobutyl und Cyclopentyl.
In der Formel steht R² für eine zweiwertige organische Gruppe mit zumindest zwei Kohlenstoffatomen. Betreffend Hitzebeständigkeit sollte R² vorzugsweise eine zweiwertige organische Gruppe sein, die einen carbozyklischen Ring, aromatischen Ring oder aromatischen heterozyklischen Ring enthält und 6-30 Kohlenstoffatome besitzt. Zu solchen R²-Gruppen zählen beispielsweise Phenyl, Biphenyl, Terphenyl, Naphthalin, Perylen, Diphenylether, Diphenylsulfon, Diphenylpropan, Benzophenon, Biphenyltrifluorpropan, Diphenylmethan und Dicyclohexylmethan.
In einem Polymer, das hauptsächlich aus der Struktureinheit (1) besteht, können R¹ und R² getrennt voneinander eine der oben angeführten Gruppen oder ein Copolymer sein, das aus zweien oder mehreren davon besteht. Außerdem sollte das Polymer vorzugsweise ein Copolymersegment besitzen, das Bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxan enthält, das eine Siloxanstruktur besitzt (als Diaminkomponente), um die Haftung mit dem Substrat zu verstärken, sofern die Hitzebeständigkeit nicht verringert wird.
Solche hauptsächlich aus Struktureinheit (1) bestehenden Polymere sind beispielsweise Polyimidvorläufer, synthetisiert aus einem oder mehreren Carbonsäuredianhydriden, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Pyromellithsäuredianhydrid, 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid, 3,3',4,4'-Biphenyltrifluorpropantetracarbonsäuredianhydrid, 3,3',4,4'-Biphenylsulfontetracarbonsäuredianhydrid und 2,3,5-Tricarboxycyclopentylessigsäuredianhydrid, sowie einem oder mehreren Diaminen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus p-Phenylendiamin, 3,3'-Diaminophenylether, 4,4'-Diaminodiphenylether, 3,4'-Diaminodiphenylether, 3,3'-Diaminodiphenylsulfon, 4,4'-Diaminodiphenylsulfon, 4,4'-Diaminodicyclohexylmethan und 4,4'-Diaminodiphenylmethan. Diese Polyimidvorläufer können durch ein bekanntes Verfahren synthetisiert werden, in dem eine ausgewählte Kombination eines Tetracarbonsäuredianhydrids und eines Diamins in einem Lösungsmittel umgesetzt wird.
Ein Dicarbonsäuredianhydrid, wie z. B. Maleinsäureanhydrid, wird normalerweise zugesetzt, um die Polymerisationsreaktion durch Sättigen der Molekülenden des Polyimidvorläufers abzubrechen. Die Aminogruppe sollte vorzugsweise an den Molekülenden des Polyimidharzes angeordnet sein, um durch Verbesserung der Dispersion des Lichttönungsmaterials höhere Wirkung zu erzielen. Der Anteil an Molekülenden mit einer Aminogruppe sollte vorzugsweise 50%, noch günstiger 80%, am günstigsten 90%, betragen. Damit Polyimidharz an seinen Molekülenden eine Aminogruppe aufweisen kann, sollte die Molmenge des Diamins etwas größer als jene des Tetracarbonsäuredianhydrids sein, wenn der Polyimidvorläufer der Synthesereaktion in einem Lösungsmittel ausgesetzt wird. Konkret sollte die Menge an Tetracarbonsäuredianhydrid vorzugsweise 100-90 Mol, noch günstiger 98-93 Mol, am günstigsten 97-95 Mol, bezogen auf 100 Mol des Diamins, betragen.
Unter den Polyimidharzen sind jene mit hohem Lichtabsorptionsvermögen im Wellenlängenbereich von sichtbarem Licht vorzuziehen, da die resultierende schwarze Matrix höhere Lichttönungsleistung zeigt. Konkret sollten die Referenzfarbanregungen, d. h. Y im XYZ-Farbsystem, für einen 2 um dicken Polyimidfilm vorzugsweise 96 oder weniger, noch bevorzugter 90 oder weniger, am bevorzugtesten 80 oder weniger, betragen. Diese Werte können anhand der Lichtdurchlässigkeitsspektren des Polyimidfilms für sichtbares Licht mit einer Wellenlänge von 400-700 nm bestimmt werden. Betreffend das Tetracarbonsäuredianhydrid beispielsweise sollte die Säuredianhydridgruppe möglichst hohe Elektronenaffinität aufweisen. Somit sind nützliche Keton-artige Gruppen, wie z. B. Benzophenon, Ether-artige Gruppen, wie z. B. Diphenylether, Phenyl-hältige Gruppen und Sulfon-hältige Gruppen, wie z. B. Diphenylsulfon. Sie umfassen Pyromellithsäuredianhydrid und 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid. Betreffend das Diamin sollte die Diaminogruppe möglichst hohe Elektronendonor-Leistung aufweisen. Geigenete Beispiele sind somit jene, die Gruppen wie etwa Biphenyl, p,p-substituierten oder m,p-substituierten Diaminodiphenylether, Methylendianilin, Naphthalin und Perylen enthalten. Konkret umfassen sie 4,4'- oder 3,4'-Diaminodiphenylether und p-Phenylendiamin. Außerdem können ihre aromatischen Ringe eine Nitrogruppe enthalten.
Die üblicherweise verwendeten schwarzen Pastenlösungsmittel sind polare Lösungsmittel auf Amidbasis, wie z. B. N-Methyl-2-pyrrolidon, N,N-Dimethylacetamid und N,N-Dimethylformamid, polare Lösungsmittel auf Lactonbasis und Dimethylsulfoxid. Verbindungen auf Lactonbasis sind als aliphatische zyklische Ester mit 3-12 Kohlenstoffatomen definiert; dazu zählen β-Propiolacton, γ-Butyrolacton, γ-Valerolacton, δ-Valerolacton, γ- Caprolacton und &epsi;-Caprolacton. Insbesondere ist γ-Butyrolacton hinsichtlich der Löslichkeit von Polyimidvorläufern vorzuziehen.
Zumindest ein polares Lösungsmittel auf Amidbasis sollte enthalten sein, um die Dispersion von Ruß zu verbessern. Vorzugsweise sollte man ein Lösungsmittel verwenden, das hauptsächlich aus polarem Lösungsmittel auf Amidbasis besteht oder nur aus einem polaren Lösungsmittel auf Amidbasis gebildet ist. Ein hierin angeführtes Lösungsmittel, das hauptsächlich aus einem polaren Lösungsmittel auf Amidbasis besteht, ist als Lösungsmittelgemisch definiert, das aus n Arten von Lösungsmittel besteht, wobei das polare Lösungsmittel auf Amidbasis mehr als (1/n) 100 Gew.-% ausmacht. Im Fall eines binären Lösungsmittelgemischs beispielsweise muss das polare Lösungsmittel auf Amidbasis mehr als 50 Gew.-% ausmachen, im Fall eines ternären Lösungsmittelgemisches mehr als 33 Gew.-%. Zumindest ein polares Lösungsmittel auf Lactonbasis sollte vorhanden sein, um die Dispersion additiver Komplementärpigmente zu verbessern. Außerdem wird vorzugsweise ein Lösungsmittel verwendet, das hauptsächlich aus einem polaren Lösungsmittel auf Lactonbasis besteht oder das nur aus einem polaren Lösungsmittel auf Lactonbasis gebildet ist, wobei eine Rosinharzsäure bei Verwendung als Dispergiermittel wirkungsvoll eingesetzt werden kann. Für die erfindungsgemäße schwarze Matrix ist daher die Verwendung eines Gemischs aus einem polaren Lösungsmittel auf Amidbasis und einem polaren Lösungsmittel auf Lactonbasis am meisten bevorzugt. Bezüglich anderer Lösungsmittel ist es vorzuziehen, ein Lösungsmittel mit relativ hohem Dampfdruck zu verwenden, wie z. B. Methylcellosolve, Ethylcellosolve, Methylcarbitol, Ethylcarbitol oder Ethyllactat (in bis zu 5-30 Gew.-% der gesamten Lösungsmittelgemischs).
Verfahren zum Dispergieren von Ruß oder Lichttönungsmitteln, z. B. von Pigment einer additiven Komplementärfarbe zum Ruß, sehen die Verwendung von Dispergiergeräten wie etwa einer Dreiwalzenmühle, eines Sandschleifsteins und einer Kugelmühle vor, worin die Polyimidvorläufer-Lösung mit dem Lichttönungsmittel und Dispergiermittel einer Dispergierbehandlung unterzogen wird. In einem bevorzugten Verfahren werden der Ruß und die Pigmente einer additiver Komplementärfarbe zum Ruß getrennt in jeweils optimalen Lösungsmitteln dispergiert, gefolgt vom Vermischen der Lösungsmittel. In einem bevorzugteren Verfahren, das dazu dient, Viskositätszunahme und Gelierung zu vermeiden, die möglicheweise durch Reaktionen unter Polyimidvorläufern oder zwischen Lichttönungsmitteln und Polyimidvorläufern im Lösungsmittel hervorgerufen werden, werden die Lichttönungsmittel dem Lösungsmittel zugesetzt, um eine Vordispersion durchzuführen, und dann die Polyimidvorläufer zugegeben, gefolgt von Nachdispersion oder Mischbehandlung. Der Dispersionsgrad und die Dispersionszeit sollten entsprechend gesteuert werden, um ausreichend feine Dispersion der Lichttönungsmittel zu gewährleisten.
Die schwarze Paste kann verschiedene Additive enthalten, um die Dispersion zu verbessern. Rosinharzsäuren sind als Dispergiermittel vorzuziehen, um additive Komplementärfarbpigmente zu dispergieren. Die Rosinharzsäuren sind beispielsweise Harzsäuren, wie z. B. Abieta-8,13-dien-18-carbonsäure, Abietinsäure, Dehydroabietinsäure, Neoabietinsäure, Pimarsäure, Sandaracopimarsäure, Isopimarsäure, Elliotionsäure, Dehydroagathsäure und Gemische davon. Sie können hydriert sein. Abietinsäure ist besonders vorzuziehen. Andere Additive können dazu dienen, die Beschichtungseigenschaften, Verlaufeigenschaften usw. zu verbessern.
In Bezug auf Rheologie sollte schwarze Paste eine untere Fließgrenze von vorzugsweise 0,1 Pa oder weniger, noch günstiger 0,01 Pa oder weniger, am günstigsten 0,001 Pa oder weniger, aufweisen (bestimmt aus der Casson-Strömungsgleichung). Eine höhere untere Fließgrenze ist ungünstig, da sie möglicherweise reduzierte Dispersion und daher Aggregation von Lichttönungsmitteln sowie eine Verschlechterung der Lichttönungsleistung der schwarzen Matrix bewirkt. Die Strömungsgleichung ist nachstehend als Formel 1 angegeben, worin S für die Scherspannung, D für die Scherrate, ro für die untere Fließgrenze und uo für die Casson-Viskosität steht. Die untere Fließgrenze wird aus dem Quadrat des Schnittpunkts der S1/2-D1/2-Kurve mit der S1/2-Achse bestimmt.
[Formel 1] S = τo + uo· D
Die Viskosität, die entsprechend eingestellt werden kann, um für das jeweils angewendete Beschichtungsverfahren in Frage zu kommen, sollte vorzugsweise 5-1.000 cp, noch bevorzugter 8-150 cp, am bevorzugtesten 10-100 cp, betragen.
Es folgt eine Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung einer schwarzen Matrix. Zunächst wird eine schwarze Matrix, bestehend aus Harz mit einem darin dispergierten Lichttönungsmittel, auf einem lichtdurchlässigen Substrat ausgebildet. Beispielsweise wird das Lichttönungsmittel in einer Polyimidvorläufer-Lösung dispergiert, um eine schwarze Paste zu formen, die dann zum Beschichten des lichtdurchlässigen Substrats dient. Geeignete Beschichtungsverfahren sind Eintauchen und andere Rotationsverfahren wie etwa unter Verwendung eines Walzbeschichters, eines Wirblers oder einer Spinnmaschine. Danach wird ein Heißluftofen, eine Heißplatte usw. zum Trocknen und Vorheizen verwendet. Je nach Art und Beschichtungsmenge des Polyimids sehen die Vorheizbedingungen normalerweise 1- bis 60-minütiges Erhitzen auf 100ºC bis 180ºC vor. Bei Verwendung eines nicht-lichtempfindlichen Polyimidvorläufers z. B. schließen sich an das Beschichtungsverfahren das Beschichten mit Photoresist, Vorbacken, Belichtung unter Einsatz einer optischen Maske und Entwicklung an. Geeignete flüssige Entwickler sind anorganische alkalische Lösungen, wie z. B. NaOH und KOH, sowie organische Aminlösungen, wie z. B. Tetramethylammoniumhydroxid; geeignetze Entwicklungsverfahren sind Eintauchen, Berieseln und Rühren. Es sind in der schwarzen Matrix Öffnungen mit einer Größe von normalerweise 20-200 um vorgesehen, und es werden in diesen Öffnungen in einem späteren Verfahrensschritt Pixel ausgebildet.
Als Nächstes werden Pixel unterschiedlicher Farben in den Öffnungen der schwarzen Matrix ausgebildet. Normalerweise werden Pixel nach präziser Ausrichtung gegenüber der Position der Öffnungen ausgebildet. Je nach Art der Belichtungsgeräte und Entwicklungsbedingungen beträgt die Ausrichtungspräzision normalerweise 2- 10 um, weshalb Pixel, die größer als die Ausrichtungspräzision sind, auf der schwarzen Matrix leicht überlappend ausgebildet werden. Normalerweise besitzt jeder Pixel eine der drei Farben Rot, Blau und Grün und ist mit einem Färbemittel gefärbt. Geeignete Färbemittel zum Färben dieser Pixel sind organische Pigmente, anorganische Pigmente und Farbstoffe. Verschiedene Additive, wie z. B. UV-Absorptionsmittel, Dispergiermittel und Egalisierungsmittel, können diesen Färbemitteln zugegeben werden. Geeignete organische Pigmente sind beispielsweise jene, die aus Phthalocyaninen, Azolaken, kondensierten Azoverbindungen, Chinacridonen, Anthrachinonen, Perylenen und Periononen hergestellt sind. Für Pixel verwendete Harze sind lichtempfindliche oder nicht-lichtempfindliche Harze, wie z. B. Epoxy, Acryl, Polyimid, Urethan, Polyester, Polyvinyl sowie Gelatine und andere färbbare Harze aus tierischem Eiweiß. Diese Harze sollten vorzugsweise durch Dispergieren oder Lösen von darin enthaltenen Färbemitteln gefärbt sein oder mit solchen Mitteln gefärbt werden. Geeignete lichtempfindliche Harze sind photolytische, photovernetzbare und photopolymerisierbare Harze. Besonders geeignet sind lichtempfindliche Zusammensetzungen, die aus einem Monomer, Oligomer oder Polymer mit ethylenischen ungesättigten Bindungen und einem Initiator bestehen, der Radikale erzeugt, wenn er UV- Licht und lichtempfindlichen Polyimidvorläufern ausgesetzt ist. Ihre Filmdicke sollte vorzugsweise im Bereich von 0,5-3 um liegen.
Es können bekannte Verfahren zum Dispergieren oder Lösen von Färbemitteln angewendet werden. Ein dem Lösungsmittel zugesetztes Färbemittel kann in einer Dispergiervorrichtung wie etwa einer Kugelmühle dispergiert oder in einer Rührvorrichtung gelöst werden. Geeignete Beschichtungsverfahren sind Eintauchen und andere Rotationsverfahren, wie z. B. unter Verwendung eines Walzbeschichters, eines Wirblers oder einer Spinnmaschine. Rotationsverfahren, wie z. B. Eintauchen, Wirbeln und Spinnen, sind besonders günstig, da die Beschichtungsdicke der Pixel-Ausbildungslösung während des Beschichtungsverfahrens zumeist gleichmäßig über das Substrat verteilt ist, was zur Ausbildung von Pixeln in einheitlicher Dicke führt.
Anschließend erfolgt Trocknen mittels eines Heißluftofens, einer Heizplatte usw., um eine gefärbte Schicht der ersten Farbe auf der gesamten Oberfläche der schwarzen Matrix auszubilden. Normalerweise enthält ein Farbfilter mehrere Farben, weshalb unnötige Abschnitte durch Photolitographie entfernet werden, um das erforderliche Pixelmuster der ersten Farbe zu erzeugen. Solche nicht notwendigen Abschnitte sind beispielsweise jene für zusätzliche Pixel, die später ausgebildet werden, und pixelfreie periphere Abschnitte des Substrats. Wenn die gefärbte Schicht lichtempfindlich ist, erfolgt die Belichtung mittels einer optischen Maske, wobei unnötige Abschnitte durch Entwicklung entfernt werden, um ein Pixelmuster auszubilden. Wenn die gefärbte Schicht nicht lichtempfindlich ist, wird das Substrat mit Resist beschichtet und die Belichtung mit einer optischen Maske durchgeführt, gefolgt von Entwicklung. Dann dient das mit Muster versehene Resist als Maske, um unnötige Abschnitte durch Ätzen zu entfernen, gefolgt von der Entfernung des Resists, um das Pixelmuster zu vervollständigen. Dieses Verfahren wird für jede Farbe wiederholt, sodass Pixel mehrerer Farben erzeugt und somit ein Farbfilter gebildet werden kann.
In einem anderen Verfahren namens Rückbelichtung werden mit Muster versehene Pixel zunächst auf einem lichtdurchlässigen Substrat ausgebildet, das dann mit der lichtempfindlichen schwarzen Paste beschichtet wird, gefolgt von der Belichtung von der Seite des lichtdurchlässigen Substrats aus, um eine schwarze Matrix zwischen Pixeln unter Verwendung der Pixel als Maske zu bilden.
Danach kann der Schutzfilm (die Überzugsschicht) je nach Bedarf ausgebildet werden. Der Schutzfilm unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, doch geeignete Filmmaterialien sind Acrylharz, Epoxyharz, Silikonharz und Polyimidharz. Um die Qualität der Flüssigkristallanzeigen-Vorrichtung zu verbessern, sollte die Dicke des Schutzfilms vorzugsweise 20 um oder weniger betragen, wobei die Höhendifferenz über der Oberfläche des Schutzfilms vorzugsweise 0,5 um oder weniger, noch bevorzugter 0,3 um oder weniger, am bevorzugtesten 0,2 um oder weniger, beträgt. Die hierin angeführte Höhendifferenz über der Oberfläche des Schutzfilms ist als maximale Höhendifferenz zwischen dem untersten Teil eines Pixels in einer Öffnung der schwarzen Matrix und dem obersten Teil eines angrenzenden Pixels an der Oberseite der schwarzen Matrix definiert.
Schließlich kann je nach Bedarf gemäß bekannter Verfahren eine lichtdurchlässige ITO- Elektrode oder ein Muster ausgebildet werden.
Die erfindungsgemäße schwarze Harzmatrix für eine Flüssigkeirstallanzeigen-Vorrichtung kann auf dem Substrat anstatt auf dem Farbfilter der Flüssigkristallanzeigen-Vorrichtung vorgesehen sein. Beispielsweise kann sie auf dem TFT-Matrixarray-Substrat (im Falle einer TFT-LCD), auf dem MIM-Matrixarray-Substrat (im Falle einer MIM-LCD) oder auf dem Substrat mit gegenüberliegenden streifenförmigen Elektroden (im Fall einer STN-LCD) ausgebildet sein.
Ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeigen-Vorrichtung, deren Farbfilter mit einer wie oben erzeugten schwarzen Harzmatrix versehen ist, sieht folgendermaßen aus: Es wird eine Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht auf einem Farbfilter ausgebildet und Reibbehandlung unterzogen und eine weitere Bahn einer Ausrichtungsschicht in gleicher Weise auf den Gegenelektroden ausgebildet und ebenfalls Reibbehandlung unterzogen. Sie werden kombiniert, und anschließend erfolgt die Einspritzung von Flüssigkristallen zwischen den Elektroden und das Assemblieren von Flüssigkristallzellen, um eine Flüssigkristallanzeigen-Vorrichtung bereitzustellen, die einen oben beschriebenen Farbfilter in den Flüssigkristallzellen aufweist.
Im Vergleich zu anderen schwarzen Matrizen besitzt die gemäß obigen Herstellungsverfahren erzeugte schwarze Matrix in einer LCD-Vorrichtung geringes Reflexionsvermögen, und ihre Farbe ist neutrales Schwarz, was zu folgenden günstigen Eigenschaften führt:
1) Hoher Kontrast der Anzeige sogar an hellen Orten (gute Sichtbarkeit).
2) Die Farben Rot, Grün und Blau sind kräftig.
3) Es wird eine natürliche schwarze Farbe erzielt.
4) Die Reflexion umgebender Rahmen usw. ist gering.
5) Die Reflexion ist nicht getönt.

BESTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Um die Erfindung näher zu veranschaulichen, werden die folgenden nicht einschränkenden Beispiele beschrieben.

Herstellung einer Polyamidsäure-Lösung

Zunächst wurden 140,9 g 3,3',4,4'-Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid und 775 g N- Methyl-2-pyrrolidon in einen Behälter geleert und 95,10 g 4,4'-Diaminodiphenylether und 6,20 g Bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxan zugesetzt und bei 60ºC 3 h lang umgesetzt, um eine Polyamidsäure-Lösung mit einer Viskosität von 600 Poise (25ºC) zu erzeugen. Sie besaß einen mittleren Polymerisationsgrad von etwa 27 und Amino- Endgruppen an jeder Kette. Ein alkalifreies Glassubstrat (OA-2, ein Produkt von Nippon Denki Glass, Co., Ltd.) wurde mit dieser Lösung mit einer Spinnmaschine in einer Enddicke von 2 um überzogen und 10-minütigem Heißlufttrocknen bei 80ºC, 20-minütigem Vorheizen bei 120ºC und 30-minütigem Härten bei 300ºC unterzogen. Die Referenzfarbanregung Y des resultierenden Polyimidfilms betrug 95.

Beispiel 1 (Referenz)

Rußpaste und Blaupigmentpaste mit der nachstehend angeführten Zusammensetzung wurden 30-minütiger Dispersionsbehandlung in einem Homogenisator bei 7000 U/min unterzogen und dann vermischt, gefolgt von der Entfernung von Glasperlen durch Filtrieren zwecks Herstellung einer schwarzen Paste. Diese besaß eine Viskosität von 36 cp und eine untere Fließgrenze von 6,9 10&supmin;&sup4; Pa. Braun gefärbter Ruß wurde als Lichttönungsmittel in Kombination mit einem Pigment der additiven Komplementärfarbe zu Blau verwendet.

Ruß-Mahlgut

Ruß (mittlerer Primärdurchmeser 32 nm, mittlerer Sekundärdurchmesser 60 nm, Ofenruß) 4,6 Teile
Polyimidvorläufer-Lösung 23,0 Teile
N-Methylpyrrolidon 61,4 Teile
Glasperlen 90,0 Teile

Blaupigment-Mahlgut

Pigmentblau 15 (Lionol Blue Es, ein Produkt von Toyo Ink Mfg. Co., Ltd) 2, 2 Teile
Polyimidvorläufer-Lösung 23,0 Teile
Abietinsäure 0,2 Teile
γ-Butyrolacton 63,6 Teile
Glasperlen 90,0 Teile
Ein alkalifreies Glassubstrat (OA-2, ein Produkt von Nippon Denki Glass, Co., Ltd.) wurde mit der schwarzen Paste mittels einer Spinnmaschine beschichtet und 10-minütigem Heißlufttrocknen bei 80ºC sowie 20-minütigem Vorheizen bei 120ºC ausgesetzt. Es wurde dann mit positivem Resist (Shipley "Microposit" RC100, 30 cp) mit einer Spinnmaschine beschichtet und 20 Minuten lang bei 80ºC getrocknet. Anschließend wurde es durch eine Photomaske hindurch mittels einer Belichtungsvorrichtung (PLA-501 F, Produkt von Canon Inc.) belichtet; die Entwicklung des positiven Resists und das Ätzen des Polyimidvorläufers erfolgten gleichzeitig unter Verwendung eines alkalischen flüssigen Entwicklers (Shipley "Microposit" 351), gefolgt von der Entfernung des positiven Resists mittels Methylcellosolveacetat. Dann erfolgte eine 30-minütige Härtung bei 300 ºC, um eine 0,98 um dicke schwarze Gittermatrix mit Öffnungen zu bilden, die in Längsrichtung eine Länge von 240 um und in seitlicher Richtung eine Breite von 60 um aufwiesen.
Ein Dianthrachinon-Farbstoff, der Pigmentrot 177 (Farbindex Nr. 65300) entsprach, ein grüner Kupferphthalocyanin-Farbstoff, der Pigmentgrün 36 (Farbindex Nr. 74265) entsprach, und ein blauer Kupferphthalocyanin-Farbstoff, der Pigmentblau 15 (Farbindex Nr. 74160) entsprach, wurden zur Verwendung als roter, grüner bzw. blauer Farbstoff herangezogen. Jedes dieser Pigmente wurde der oben beschriebenen Polyimidvorläufer- Lösung zugesetzt und anschließend vermischt, um drei gefärbte Pasten in rot, grün und blau zu erhalten. Die Seite der schwarzen Matrix eines lichtdurchlässigen Glassubstrats wurde dann mit der grünen Paste bestrichen und 10-minütigem Heißlufttrocknen bei 80ºC und 20-minütigem Vorheizen bei 120ºC ausgesetzt. Anschließend wurde sie mit positivem Resist (Shipley "Microposit" RC100, 30 cp) mit einer Spinnmaschine beschichtet und 20 Minuten lang bei 80ºC getrocknet. Die Belichtung erfolgte mit einer Maske, und die Entwicklung des positiven Resists und das Ätzen des Polyimidvorläufers fanden gleichzeitig mittels eines alkalischen flüssigen Entwicklers (Shipley "Microposit" 351) statt, gefolgt von der Entfernung des positiven Resists mittels Methylcellosolveacetat, um längsgestreckte streifenförmige grüne Pixel mit einer Breite von etwa 90 um, parallel angeordnet in seitlichen Intervallen von 300 um, zu bilden, die weitere 30 Minuten lang bei 300ºC gehärtet wurden. Die Dicke der Pixelschicht betrug 1,5 um. Nach dem Ausspülen mit Wasser wurden rote und blaue streifenförmige Pixel in ähnlicher Weise ausgebildet, sodass die Pixel der drei Farben in Intervallen von 10 um angeordnet waren.
Danach wurde der Schutzfilm auf den Pixeln und der schwarzen Matrix ausgebildet. Um den Schutzfilm zu erzeugen, wurde Methyltrimethoxysilan mit Essigsäure hydrolysiert, um ein Organosilankondensat zu erhalten. Andererseits wurden 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid und 3-Aminopropyltriethoxysilan in einem Molverhältnis von 1 : 2 in einem n-Methyl-2-pyrrolidon-Lösungsmittel vermischt und umgesetzt, um ein Kondensat mit einer Imidgruppe zu bilden. Das Organosilan-Gemisch, das Kondensat mit Imidgruppe und n-Methyl-2-pyrrolidon wurden in einem Gewichtsverhältnis von 5 : 2 : 4 vermischt, um eine Zusammensetzung zu bilden, die dazu diente, das Substrat mit einer roten, blauen und grünen organischen Schicht zu überziehen, gefolgt vom Härten zwecks Erzeugung eines 3,0 um dicken Schutzfilms aus Polyimid-modifiziertem Silikonpolymer.
Die Lichttönungsleistung der schwarzen Matrix war wenig wellenlängenabhängig und wies bei Wellenlängen von 430-640 nm eine optische Dichte/um von 2,5-2,8 auf. Die Referenzfarbanregung Y betrug bei Wellenlängen von 400-700 0,40. Die maximale Oberflächen-Höhendifferenz über dem Schutzfilm betrug 0,48 um. Dieser Farbfilter wurde dann mit lichtdurchlässigen ITO-Elektroden, einer Ausrichtungsschicht usw. versehen und eine LCD-Vorrichtung zusammengebaut. Eine trichromatische Fluoreszenzfampe mit Wellenlängenpeaks von 450 nm, 540 nm und 610 nm diente als Rückbeleuchtung. Die Chromatizität des unmittelbar aus der Rücklichtquelle kommenden Lichts und jene durch die schwarze Matrix hindurch wurde mit einem Spektralphotometer gemessen (MCPD-1000, ein Produkt von Otsuka Electronics Co., Ltd.). Die Ergebnisse sind aus Tabelle 1 ersichtlich. Messungen der optischen Durchlässigkeit durch die schwarze Matrix bei jeder dominanten Wellenlänge des Rücklichts und ihr Maximum- Minimum-Verhältnis sind aus Tabelle 2 ersichtlich. Die LCD-Vorrichtung besaß sogar in einem Anzeigemodus niedriger Helligkeit hohe Farbwiedergabe-Leistung, war frei von Darstellungsfehlern und wies hohe Bildqualität auf.

Beispiel 2

Ruß-Mahlgut, Violettpigment-Mahlgut und Blaupigment-Mahlgut mit den nachstehend angeführten Zusammensetzungen wurden getrennt einer 30-minütigen Dispersionsbehandlung in einem Homogenisator bei 7000 U/min ausgesetzt und anschließend vermischt, gefolgt von der Entfernung von Glasperlen durch Filtrieren zwecks Herstellung einer schwarzen Paste. Diese besaß eine Viskosität von 40 cp und eine untere Fließgrenze von 5,8 10&supmin;³ Pa. Bräunlich gefärbter Ruß wurde als Lichttönungsmittel in Kombination mit Pigmenten der additiven Komplementärfarben zu Blau und Violett verwendet.

Ruß-Mahlgut

Ruß (mittlerer Primärdurchmeser 32 nm, mittlerer Sekundärdurchmesser 60 nm, Ofenruß) 2,3 Teile
Polyimidvorläufer-Lösung 8,0 Teile
N-Methylpyrrolidon 61,2 Teile
Glasperlen 71,5 Teile

Violettpigment-Mahlgut

Pigmentviolett 23 (Sumitone Fast Violet, RL-GP, ein Produkt von Sumitomo Co., Ltd.) 0,3 Teile
Polyimidvorläufer-Lösung 1,2 Teile
γ-Butyrolacton 2,2 Teile
Glasperlen 3,7 Teile

Blaupigment-Mahlgut

Pigmentblau 15 (Lionol Blue Es, ein Produkt von Toyo Ink Mfg. Co., Ltd) 1,1 Teile
Polyimidvorläufer-Lösung 4,9 Teile
Abietinsäure 0,1 Teile
γ-Butyrolacton 8,8 Teile
Glasperlen 14,9 Teile
Ein Farbfilter wurde wie unten beschrieben in gleicher Weise wie in Beispiel 1 erzeugt, außer dass die Dicke der schwarzen Matrix 0,75 um betrug. Die Lichttönungsleistung der schwarzen Matrix war wenig wellenlängenabhängig und besaß eine optische Dichte/pm von 3,1-3,4 bei Wellenlängen von 430-640 nm. Die Referenzfarbanregung Y betrug bei Wellenlängen von 400-700 0,32. Die maximale Oberflächen-Höhendifferenz über dem Schutzfilm betrug 0,29 um. Dieser Farbfilter wurde dann mit lichtdurchlässigen ITO-Elektroden, einer Ausrichtungsschicht usw. versehen und eine LCD-Vorrichtung zusammengebaut. Eine trichromatische Fluoreszenzlampe mit Wellenlängenpeaks von 450 nm, 540 nm und 610 nm diente als Rückbeleuchtung. Die Chromatizität des unmittelbar aus der Rücklichtquelle kommenden Lichts und jene durch die schwarze Matrix hindurch wurde mit einem Spektralphotometer gemessen (MCPD-1000, ein Produkt von Otsuka Electronics Co., Ltd.). Die Ergebnisse sind aus Tabelle 1 ersichtlich. Messungen der optischen Durchlässigkeit durch die schwarze Matrix bei jeder dominanten Wellenlänge des Rücklichts und ihr Maximum-Minimum-Verhältnis sind aus Tabelle 2 ersichtlich. Die LCD-Vorrichtung besaß sogar in einem Anzeigemodus niedriger Helligkeit hohe Farbwiedergabe-Leistung, war frei von Darstellungsfehlern und wies hohe Bildqualität auf.

Beispiel 3

Ruß-Mahlgut, Violettpigment-Mahlgut und Blaupigment-Mahlgut mit den nachstehend angeführten Zusammensetzungen wurden getrennt einer 30-minütigen Dispersionsbehandlung in einem Homogenisator bei 7000 U/min ausgesetzt und anschließend vermischt, gefolgt von der Entfernung von Glasperlen durch Filtrieren zwecks Herstellung einer schwarzen Paste. Diese besaß eine Viskosität von 50 cp und eine untere Fließgrenze von 8,5 10&supmin;³ Pa. Bräunlich gefärbter Ruß wurde als Lichttönungsmittel in Kombination mit Pigmenten der additiven Komplementärfarben zu Blau und Violett verwendet.

Ruß-Mahlgut

Ruß (mittlerer Primärdurchmesser 32 nm, mittlerer Sekundärdurchmesser 60 nm, Ofenruß) 2,3 Teile
Polyimidvorläufer-Lösung 6,6 Teile
N-Methylpyrrolidon 61,2 Teile
Glasperlen 71,5 Teile

Violettpigment-Mahlgut

Pigmentviolett 23 (Sumitone Fast Violet, RL-GP, ein Produkt von Sumitomo Co., Ltd.) 0,3 Teile
Polyimidvorläufer-Lösung 1,0 Teile
γ-Butyrolacton 2,2 Teile
Glasperlen 3,7 Teile

Blaupigment-Mahlgut

Pigmentblau 15 (Lionol Blue Es, ein Produkt von Toyo Ink Mfg. Co., Ltd) 1,1 Teile
Polyimidvorläufer-Lösung 4,0 Teile
Abietinsäure 0,1 Teile
γ-Butyrolacton 8,8 Teile
Glasperlen 14,9 Teile
Ein Farbfilter wurde wie unten beschrieben in gleicher Weise wie in Beispiel 1 erzeugt, außer dass die Dicke der schwarzen Matrix 0,66 um betrug. Die Lichttönungsleistung der schwarzen Matrix war wenig wellenlängenabhängig und besaß eine optische Dichte/um von 3,5-3,8 bei Wellenlängen von 430-640 nm. Die Referenzfarbanregung Y betrug bei Wellenlängen von 400-700 0,33. Die maximale Oberflächen-Höhendifferenz über dem Schutzfilm betrug 0,24 um. Dieser Farbfilter wurde dann mit lichtdurchlässigen ITO-Elektroden, einer Ausrichtungsschicht usw. versehen und eine LCD-Vorrichtung zusammengebaut. Eine trichromatische Fluoreszenzlampe mit Wellenlängenpeaks von 450 nm, 540 nm und 610 nm diente als Rückbeleuchtung. Die Chromatizität des unmittelbar aus der Rücklichtquelle kommenden Lichts und jene durch die schwarze Matrix hindurch wurde mit einem Spektralphotometer gemessen (MCPD-1000, ein Produkt von Otsuka Electronics Co., Ltd.). Die Ergebnisse sind aus Tabelle 1 ersichtlich. Messungen der optischen Durchlässigkeit durch die schwarze Matrix bei jeder dominanten Wellenlänge des Rücklichts und ihr Maximum-Minimum-Verhältnis sind aus Tabelle 2 ersichtlich. Die LCD-Vorrichtung besaß sogar in einem Anzeigemodus niedriger Helligkeit hohe Farbwiedergabe-Leistung, war frei von Darstellungsfehlern und wies hohe Bildqualität auf.

Beispiel 4

Ein Farbfilter wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 erzeugt, außer dass die Dicke der schwarzen Matrix 0,95 um betrug. Die Lichttönungsleistung der schwarzen Matrix war wenig wellenlängenabhängig und besaß eine optische Dichte/um von 3,5-3,8 bei Wellenlängen von 430-640 nm. Die Referenzfarbanregung Y betrug bei Wellenlängen von 400-700 0,25. Die maximale Oberflächen-Höhendifferenz über dem Schutzfilm betrug 0,48 um. Dieser Farbfilter wurde dann mit lichtdurchlässigen ITO-Elektroden, einer Ausrichtungsschicht usw. versehen und eine LCD-Vorrichtung zusammengebaut. Eine trichromatische Fluoreszenzlampe mit Wellenlängenpeaks von 450 nm, 540 nm und 610 nm diente als Rückbeleuchtung. Die Chromatizität des unmittelbar aus der Rücklichtquelle kommenden Lichts und jene durch die schwarze Matrix hindurch wurde mit einem Spektralphotometer gemessen (MCPD-1000, ein Produkt von Otsuka Electronics Co., Ltd.). Die Ergebnisse sind aus Tabelle 1 ersichtlich. Messungen der optischen Durchlässigkeit durch die schwarze Matrix bei jeder dominanten Wellenlänge des Rücklichts und ihr Maximum-Minimum-Verhältnis sind aus Tabelle 2 ersichtlich. Die LCD- Vorrichtung besaß sogar in einem Anzeigemodus niedriger Helligkeit hohe Farbwiedergabe-Leistung, war frei von Darstellungsfehlern und wies hohe Bildqualität auf.

Vergleichsbeispiel 1

Eine Lösung mit der unten angeführten Zusammensetzung wurde einer 30-minütigen Dispersionsbehandlung in einem Homogenisator bei 7000 U/min ausgesetzt, gefolgt von der Entfernung von Glasperlen durch Filtrieren. Es wurde nur Ruß als Lichttönungsmittel verwendet.
Ruß (MA100, Produkt von Mitsubishi Kasei Corp.) 4,6 Teile
Polyimidvorläufer-Lösung 57,2 Teile
N-Methylpyrrolidon 127,4 Teile
Glasperlen 180,0 Teile
Ein Farbfilter wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 erzeugt, außer dass die Dicke der schwarzen Matrix 1,4 um betrug. Die Lichttönungsleistung der schwarzen Matrix war stark wellenlängenabhängig und war bei längeren Wellenlängen schlechter. Die Lichttönungsleistung der schwarzen Matrix betrug 1,6-2,5 (optische Dichte/um) bei Wellenlängen von 430-640 nm. Dieser Farbfilter wurde dann mit lichtdurchlässigen ITO- Elektroden, einer Ausrichtungsschicht usw. versehen und eine LCD-Vorrichtung zusammengebaut. Eine trichromatische Fluoreszenzlampe mit Wellenlängenpeaks von 450 nm, 540 nm und 610 nm diente als Rückbeleuchtung. Die Chromatizität des unmittelbar aus der Rücklichtquelle kommenden Lichts und jene durch die schwarze Matrix hindurch wurde mit einem Spektralphotometer gemessen (MCPD-1000, ein Produkt von Otsuka Electronics Co., Ltd.). Die Ergebnisse sind aus Tabelle 1 ersichtlich. Messungen der optischen Durchlässigkeit durch die schwarze Matrix bei jeder dominanten Wellenlänge des Rücklichts und ihr Maximum-Minimum-Verhältnis sind aus Tabelle 2 ersichtlich. Die Chromatizitätskonstanten von durch eine Quelle C erzeugtem und durch schwarze Matrizen übertragenem Licht und die Werte für (x - xo)² + (y - yo)² sind aus Tabelle 3 ersichtlich. Die angezeigten Farbtöne der LCD-Vorrichtung waren bei geringer Helligkeit leicht rötlich und wiesen einige Fehler auf, was zu mangelhafter Bildqualität führte. TABELLE T TABELLE 2 TABELLE 3
Es erfolgten Messungen, um die Beleuchtungsstärken-Abhängigkeit des Kontrastverhältnisses (Sichtbarkeit; normalerweise definiert als weiße Helligkeit/schwarze Helligkeit; wenn aber reflektiertes Licht vorliegt, ist sie als (weiße Helligkeit + Reflexion)/(schwarze Helligkeit + Reflexion) definiert) einer LCD-Vorrichtung (Dünnfilmtransistor, d. h. TFT) zu bestimmen, deren Farbfilter mit einer wie oben hergestellten schwarzen Harzmatrix versehen ist. Außerem erfolgten Bestimmungen für andere Geräte mit schwarzer Chrommatrix und mit schwarzer Doppelschicht-Chrommatrix sowie zum Vergleich mit Farb-CRT. Die Helligkeit wurde mittels Topcon Black Matrix 5 oder Black Matrix 7 gemessen. Die Ergebnisse zeigten, dass die LCD-Vorrichtung, die mit Farbfilter mit einer schwarzen Harzmatrix ausgestattet ist, keine starke Verringerung des Kontrastverhältnisses erfährt, selbst wenn die innere Beleuchtungsstärke hoch ist - ein Anzeichen, dass ihre Sichtbarkeit sogar an hellen Orten gut ist. Die Hauptvorteile einer LCD-Vorrichtung, deren Farbfilter mit schwarzer Harzmatrix versehen ist, sind wie folgt:
1) Die Farben Rot, Grün und Blau sind kräftig.
2) Es wird eine natürliche schwarze Farbe erzielt.
3) Die Reflexion umgebender Rahmen usw. ist gering.
4) Die Reflexion ist nicht getönt.
Es wurde eine Umfrage unter 100 Benutzern durchgeführt. Die Ergebnisse konnten die Vorteile der LCD-Vorrichtung, deren Farbfilter mit schwarzer Harzmatrix versehen ist, statistisch belegen.
Die vorliegende Erfindung bietet ein Verfahren, in dem - wie oben beschrieben - ein spezifisches Lichttönungsmittel in Harz dispergiert wird, um einen Farbfilter für eine LCD-Vorrichtung zu erhalten, die gute Farbeigenschaften aufweist, welcher Farbfilter dazu dient, Anzeigevorrichtungen mit hoher Darstellungsqualität zu erzeugen.

Claims

1. Schwarze Matrix ("black matrix") aus Harz für eine Flüssigkristallanzeigen- (LCD-) Vorrichtung, die ein Harz umfasst, in dem Lichttönungsmittel dispergiert sind, wobei die Matrix dadurch gekennzeichnet ist, dass die Lichttönungsmittel und das Harz so beschaffen sind, dass die Matrix Licht aus einer trichromatischen Lichtquelle durchlassen und/oder reflektieren kann, das im XYZ-Farbsystem die Chromatizitätskoordinaten (0,34, 0,37) aufweist, so dass das durchgelassene und/oder reflektierte Licht Chromatizitätskoordinaten (x, y) aufweist, die sich aus der Beziehung:

(x - 0,34)² + (y - 0,37)² < 0,0025 ergeben.

2. Schwarze Harzmatrix nach Anspruch 1, die fähig ist, Licht aus einer Quelle C durchzulassen und/oder zu reflektieren, das die Chromatizitätskoordinaten (0,31, 0,32) aufweist, so dass das durchgelassene und/oder reflektierte Licht Chromatizitätskoordinaten (x, y) aufweist, die sich aus der Beziehung:

(x - 0,31)² + (y - 0,32)² ≤ 0,01 ergeben.

3. Schwarze Harzmatrix nach Anspruch 1 oder 2, die als Lichttönungsmittel Ruß enthält.

4. Schwarze Harzmatrix nach Anspruch 3, worin der Ruß einen mittleren Primärteilchendurchmesser im Bereich von 5 bis 50 nm aufweist.

5. Schwarze Harzmatrix nach Anspruch 4, worin der Ruß einen mittleren Sekundärteilchendurchmesser im Bereich von 6 bis 75 nm aufweist.

6. Schwarze Harzmatrix nach einem dec Ansprüche 3 bis 5, die als Lichttönungsmittel Ruß und Pigment(e) mit der additiven Komplementärfarbe zum Ruß enthält.

7. Schwarze Harzmatrix nach Anspruch 6, worin das Pigment bzw. die Pigmente mit der additiven Komplementärfarbe zum Ruß blaue(s) und/oder violette(s) organische(s) Pigment(e) ist bzw. sind.

8. Schwarze Harzmatrix nach Anspruch 6 oder 7, worin der Gehalt an Ruß im Lichttönungsmittel 50 Gew.-% oder mehr beträgt.

9. Schwarze Harzmatrix nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die optische Dichte pro 1 um Dicke der schwarzen Matrix im Wellenlängenbereich sichtbaren Lichts von 430 bis 640 nm 2,3 oder mehr beträgt.

10. Schwarze Harzmatrix nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Harz ein Polyimidharz ist.

11. Schwarze Harzmatrix nach Anspruch 10, worin das Polyimidharz von einem Polyimidvorläufer der Formel (I)

herrührt, worin n = 1-2 ist, R¹ eine dreiwertige oder vierwertige organische Gruppe mit zumindest 2 Kohlenstoffatomen ist und R² eine zweiwertige organische Gruppe mit zumindest 2 Kohlenstoffatomen ist.

12. Schwarze Harzmatrix nach Anspruch 10 oder 11, worin das Polyimidharz einen Bezugsfarbenstimulus Y im XYZ-Farbsystem von 96 oder weniger pro 2 um Dicke des Polyimidfilms aufweist.

13. Verfahren zur Herstellung einer schwarzen Harzmatrix nach Anspruch 1, wobei das Verfahren die Zugabe der Lichttönungsmittel zu einem Lösungsmittel, um eine Vordispersion durchzuführen, und die anschließende Zugabe von Vorläufern des Harzes dazu umfasst.

14. Verfahren nach Anspruch 13, worin das Lösungsmittel aus einem polaren Lösungsmittel auf Amidbasis und einem polaren Lösungsmittel auf Lactonbasis ausgewählt ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, das das Dispergieren von Ruß in einem polaren Lösungsmittel auf Amidbasis, das Dispergieren eines oder mehrerer Pigmente mit der additiven Komplementärfarbe zu Ruß in einem Lösungsmittel auf Lactonbasis und das anschließende Vermischen der Dispersionen umfasst.

16. Farbfilter für eine Flüssigkristallanzeigen- (LCD-) Vorrichtung, wobei der Filter eine schwarze Harzmatrix gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 oder hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15 umfasst.

17. Farb-Flüssigkristallanzeigen- (LCD-) Vorrichtung, die mit einem Farbfilter gemäß Anspruch 16 und einer trichromatischen Hintergrundbeleuchtungsquelle versehen ist.