DE69911558T2

DE69911558T2 - Fotoempfindliche zusammensetzung für schwarzmatrix und verfahren zur herstellung der zusammensetzung

Info

Publication number: DE69911558T2
Application number: DE69911558T
Authority: DE
Inventors: W. Ram SABNIS; W. Jonathan MAYO; L. Terry BREWER; D. Michael STRODER; Kiyomi Chiba-shi EMA; Yasuhisa Funabashi-shi SONE; Takayasu Nihira; Kazuhiro Narashino-shi AOBA; Akira Musashino-shi YANAGIMOTO
Original assignee: Nissan Chemical Corp; Brewer Science Inc
Current assignee: Nissan Chemical Corp; Brewer Science Inc
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1999-07-14
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2019-07-15
Also published as: JP2002520679A; DE69911558D1; TW575799B; KR20010030594A; EP1012671B1; EP1012671A1; WO2000004421A1; KR100664496B1; EP1012671A4; US20020182522A1; CN1274432A

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Schwarzmatrixbeschichtungszusammensetzungen und insbesondere solche, die nach Ablagerung photolithograpisch mit einer hohen Auflösung bemustert werden können.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Flache Panel-Displays verwenden eine optisch opake Schwarzmatrixstruktur um die lichtemittierenden Elemente, um den Anzeigenkontrast zu verbessern. Displayhersteller haben primär auf Vakuum abgeschiedene Chrom-/Chromoxidmaterialien vertraut zur Bildung dünner (< 1 μm ) Schwarzmatrixstrukturen mit einer hohen optischen Dichte (> 3) und einem hohen Volumenwiderstand (> 10⁸ ohm-cm). Solche Verfahren sind beispielsweise beschrieben in US 5,378,274 von Yokoyama et al.; 5,587,818 von S. Lee; und 5,592,317 von Fujikawa et al.
Dort ist jedoch ein starker Wunsch auf den Teil der Industrie vorhanden, chrombasierte Materialien zu ersetzen durch kostengünstigere, leicht musterbare organische Schwarzmatrixbeschichtungen, die im Gegensatz zu Chrom-Materialien einen geringen oder keinen Einfluß auf die Umwelt ausüben.
Eine Menge von organischen Schwarzmatrixmaterialien ist über die letzten zehn Jahre aufgezeigt worden. Latham et al, in U.S. Patent 4,822,718 und Shimamura et al. in U.S. Patent 5,176,971 offenbarten gefärbte Schwarzmatrixzusammensetzungen, die einen Polyimid-Pre cursor-Binder enthalten. Diese Zusammensetzungen leiden jedoch an verschiedenen Nachteilen, wie beispielsweise einer kurzen Haltbarkeit, einer relativ geringen optischen Dichte (nach Ablagerung), einer schwachen thermischen Stabilität und einer nachlassenden Stabilität. Die farbstoffbasierenden Zusammensetzungen neigten ebenso dazu, daß die Farbstoffe der Zusammensetzung auslaugten während nachfolgender Verarbeitungsschritte. Die Beschichtungen waren nicht inhärent photoabbildbar und konnten daher nicht ohne eine separate Photoresistschicht bemustert werden.
Eine Vielzahl von pigment-dispergierten (unterschieden zu "farbstoffbasierten") Schwarzmatrixbeschichtungssystemen wurde entwickelt, um eine höhere optische Dichte zu erreichen, die thermische Stabilität zu verbessern und eine höhere Stabilität sowohl hinsichtlich des Ausbleichens/des Verfärbens und eines chemischen Angriffs.
Keine dieser Zusammensetzungen erfüllte die vollständigen Anforderungen für eine dünnes, eine hohe optische Dichte aufweisendes Schwarzmatrixsystem mit einem hohen elektrischen Widerstand. Die verschiedenen Systeme sind unten diskutiert.
U.S. Patent 5,251,071 von Kusukawa et al. beschreibt schwarz-pigmentierte Polyimid-Precursor-Zusammensetzungen. Obwohl eine verbesserte thermische Stabilität und optische Dichte der Schwarz-Matrix über gefärbte Systeme erreicht werden konnte, benötigten die Zusammensetzungen eine separate Applikation eines Photoresists zum Bemustern und wiesen kurze Gebrauchsfähigkeitsdauern, stammend vom Gebrauch des Polyimid-Precursor-Binders, auf.
Photosensitive rußgefüllte Zusammensetzungen wurden entwickelt, um Schwarzmatrixabscheidung zu verein fachen und weiterhin die optische Dichte zu erhöhen. Beispielsweise offenbart Hesler et al. im Artikel "Pigment-dispersed organic black matrix photoresists for LCD color filters" (SID Digest, vol. 26, Seite 446, 1995), daß Ruß, der in einem photosensitiven Acrylat-Polymer dispergiert ist, eine mittlere optische Dichte von 2,8 bei einer Filmdicke von 1,5 μm bereitstellt, wobei jedoch die Zusammensetzung schlechte Beschichtungseigenschaften und eine schlechte Bildqualität aufweist. Ähnliche Ergebnisse wurden berichtet von Hasumi et al. im Artikel "Carbon dispersed organic black matrix on thin film transistor", (Proc. of Int. Display Res. Conf. (EuroDisplay-96), vol. 16, Seite 237, 1996).
U.S. Patent 5,718,746 von Nagasawa et al. offenbart ebenso rußgefüllte Zusammmensetzungen. Nagasawa berichtet dort, daß, wenn die Pigmentkonzentration 30 in der Beschichtung überschreitet, die Stabilität der Dispersion schlecht wird. Ebenso war die hohe Leitfähigkeit der hohen Rußbeladung in der Beschichtung wünschenswert für Nagasawa's Zwecke.
Die Verwendung von Ruß, um eine hohe optische Dichte in dünnen Filmen zu erhalten, erzeugt unveränderlich einen Verlust hinsichtlich des Widerstands der Schwarzmatrix. Gemäß dieser Materialien wurde eine akzeptable Gebrauchsfähigkeit nur dann aufgefunden in den Fällen, in denen die Leitfähigkeit des Rußes toleriert werden kann. Unsere co-anhängige U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/982233 beschreibt beispielsweise eine verbesserte rußgefüllte Beschichtung für die Verwendung in solchen Situationen.
Die japanische Patentanmeldung 9-166869 (nicht geprüft) von Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. beschreibt eine Schwarzmatrixzusammensetzung, in der Rußpigmentpartikel beschichtet werden mit einer Polymerschicht, um deren Leitfähigkeit zu verringern. Dieser beschichtete Ruß wird anschließend in einem Photoresistharzsystem dispergiert, um die Schwarzmatrixzusammensetzung zu bilden. Obwohl die gehärteten Beschichtungen einen hohen Widerstand aufweisen, ist die optische Dichte nur halb so groß von dem, was für einen Chromschwarzmatrixaustausch benötigt wird.
Photosensitive Schwarzmatrixbeschichtungszusammensetzungen, die nichtleitende organische und anorganische Pigmente aufweisen, manchmal in Beimischung mit Ruß, sind kürzlich entwickelt worden, um simultan eine optische Dichte des Mediums, eine leichte Bemusterbarkeit und einen hohen Volumenwiderstand bei einer Filmdicke von 1,5–2,0 μm zu erhalten. Beispielsweise offenbart das U.S. Patent 5,368,976 von Tajima et al. pigmentdispergierte Farbfilterzusammensetzungen, die nützlich sind für die Produktion von LCD's und geladenen gekoppelten Vorrichtungen. Das Molekulargewicht des Copolymerbinders ist vorsichtig zu steuern, um eine gute Bildqualität zu erhalten. Die japanische Patentanmeldung 8-34923 (nicht geprüft) von Sekisui Chemical Industries, Ltd., offenbart einen Zweischrittschwarzmatrixprozeß, in dem eine photosensitive, pigmentierte Schwarzschicht abgeschieden wird auf einem Substrat, bemustert und anschließend weiterhin eingefärbt wird durch Diffusion eines schwarzen Farbstoffes in die Muster. Dieser Prozeß ist für die kommerzielle Verwendung zu aufwendig. Die japanische Patentanmeldung 8-36257 (nicht geprüft) von Sekisui Chemical Industries, Ltd., beschreibt Schwarzmatrixbeschichtungszusammensetzungen, die silicabeschichtete Metalloxidpigmente verwenden, um die Leitfähigkeit der Pigmentpartikel zu verringern. Sie beanspruchen, Widerstände größer als 10⁶ ohm-cm zu erreichen. Jedoch ist ein Widerstand von 10⁸ ohm-cm not wendig, um die Anforderungen für einen Chromschwarzmatrixaustausch zu erfüllen, so daß es daher zweifelhaft ist, daß diese Zusammensetzungen verwendet werden können bei einer Filmdicke ≤ 1 μm. Verwandte Zusammensetzungen mit einer verbesserten Gebrauchsfähigkeitsdauer sind beispielsweise beschrieben in den U.S. Patenten 5,626,796 von Tsujimura et al., 5,639,579 von Hayashi et al. und 5,714,286 von Uchikawa et al.. Keine dieser gebrauchsfähigkeitsdauerverbesserten Zusammensetzungen weist jedoch die hohe optische Dichte auf, die erreicht wird durch Chromschwarzmatrixsysteme.
Daher haben die pigmentdispergierten Systeme bis heute nicht die strengeren Anforderungen für Schwarzmatrixsysteme erfüllt, deren Chrom zu befriedigen scheinen.
Titan-Black, ein Metalloxidpigment, ist behandelt mit einem Organosilan oder einem reaktiven Silikonagens, um dessen Leitfähigkeit in der Schwarzmatrixbeschichtungszusammensetzung, offenbart in der japanischen Patentanmeldung 9-54431 (nicht geprüft) von Nippon Kayaku Co.l, Ltd., zu verringern. Jedoch ist der Widerstand dieser Zusammensetzung 10⁵ ohm-cm, was nicht ein Widerstand ist, der hoch genug ist, um die Anforderungen für Chromschwarzmatrixzusammensetzungen zu erfüllen.
Eine leicht zu applizierende, photodefinierbare organische Schwarzmatrixbeschichtung, vollständig mit anderen kritischen Performance-Charakteristika, würde eine willkommene Verbesserung im Stand der Technik darstellen und ein langersehntes Bedürfnis befriedigen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das prinzipielle Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte photodefinierbare Schwarzmatrixbeschichtung bereitzustellen, die die Notwendigkeit hinsichtlich eines Photoresists negiert und die eine hohe optische Dichte und einen hohen Volumenwiderstand aufweist, bei Applizierung bei einer Filmdicke von 1 μm.
Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, verbesserte Verfahren zur Herstellung und Verwendung der oben beschriebenen Beschichtungszusammensetzung bereitzustellen, um flache Panel-Displays und andere optoelektronische Vorrichtungen, die lichtblockierende Schichten benötigen, bereitzustellen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine hinsichtlich des Aspektes der Umwelt akzeptablere, noch effizientere Schwarzmatrixsysteme als Chrom-/Chromoxid bereitzustellen.
Wir haben entdeckt, daß diese Ziele durch eine Schwarzmatrixbeschichtung, wie im angehängten Anspruch 1 definiert, erfüllt werden.
Die organische Schwarzmatrix der vorliegenden Erfindung ist im allgemeinen charkterisiert durch die folgenden Performance-Eigenschaften:

1. Eine optische Dichte ≥ ∼3 über den optischen Wellenlängenbereich von 400–700 nm bei Applizierung bei Filmdicken von ≤ 1 μm;
2. ein hoher Volumenwiderstand, der > 10⁸ohm-cm ist;
3. eine exzellente Beschichtungsqualität; das bedeutet, keine Partikel oder Pinlöcher, die mittels Lichtmikroskopie beobachtbar sind, zu haben;
4. eine adäquate Gebrauchsfähigkeitsdauer (von 3 Monaten unter Einfrierbedingungen und > 1 Woche bei Raumtemperatur);
5. eine hohe thermische Stabilität, AE_ab < 3 nach Erwärmen auf 230°C für 7 Stunden an Luft (siehe 7);
6. eine hohe Ausbleichungs-/Verfärbungsbeständigkeit AE_ab < 3 nach einer Beleuchtung von 10⁸ lux-hrs (Lux- Stunden) mit simulierter Sonnenbestrahlung (siehe 8);
7. photodefinierbare Charakteristika ohne die Notwendigkeit für ein separates Photoresistmaterial.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist ein Flußdiagramm, das das Verfahren zur Verwendung der Schwarzmatrixbeschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung erläutert.
2 ist das optische Transmissionsspektrum eines 1 μm dicken gehärteten Films der in Beispiel 1 hergestellten Beschichtungszusammensetzung.
3 ist ein Graph, der das optische Absorptionsspektrum eines 1 μm dicken gehärteten Films des in Beispiel 1 hergestellten Beschichtungsmaterials zeigt, bei dem die optische Dichte definiert ist als die Absorbanz (A) des Beschichtungsfilms bei 540 nm.
4 ist ein Photomikrograph eines Auflösungskreuzmerkmals auf der verwendeten Testmaske, um die lithographischen Eigenschaften der Schwarzmatrixbeschichtung des Beispieles 1 zu bewerten.
5 ist ein Scanning-Elektronen-Mikrophotograph der Oberfläche eines gehärteten Films der Beschichtungszusammensetzung, die in Beispiel 1 hergestellt ist.
6 ist ein Graph, der die typische Oberflächenrauheit eines gehärteten Films der in Beispiel 1 hergestellten Beschichtungszusammensetzung darstellt.
7 zeigt die Veränderung in Prozent Durchlässigkeit gegen das sichtbare Spektrum für eine 1 μm-dicke Beschichtung der Zusammensetzung des Beispieles 1, wenn diese bei 230°C mit ansteigenden Zeitdauern gebacken wird. Die AE_ab (thermische Stabilität), die aus den spektralen Daten nach 7 Stunden Backen berechnet wurde, betrug 1,9.
8 zeigt die Veränderung in Prozent Durchlässigkeit gegen das sichtbare Spektrum für eine 1 μm-dicke Beschichtung der Zusammensetzung aus Beispiel 1, wenn diese einer künstlichen Sonnenbestrahlung einer kumulativen Dosis von einer Million Lux-Stunden exponiert wird. Die AE_ab (Verfärbungs-/Ausbleichungsbeständigkeit), der aus den spektralen Daten berechnet wurde, betrug 1,23.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die verbesserten Schwarzmatrixbeschichtungen der Erfindung, formuliert bei 20–50 Gew.-% Gesamtfeststoffen, in Lösung, weisen einen Volumenwiderstand > 10⁸ ohm-cm und eine optische Dichte > 3,0 bei einer Filmdicke von 1 μm oder weniger, auf, aufweisend:

a. ein Binder-System, bestehend aus:
1) einem alkalilöslichen Polymer-Binder und
2) einem photopolymerisierbaren polyfunktionellen Acrylat- oder Methacrylat-Co-Monomer oder einer Mischung aus Co-Monomeren, wobei jedes Co-Monomer eine oder mehrere ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen je Molekül aufweist;
b. ein silicabeschichtetes Metalloxidpigment oder Pigmente mit einer primären Partikelgröße von 0,01– 0,02 μm, wobei wenigstens 50 Gew.-% der Partikel eine primäre Partikelteilchengröße < 0,02 μm aufweisen;
c. ein Trialkoxyorganosilan-Kopplungsagens oder Beimischungen davon;
d. einen freie Radikale erzeugenden Photoinitiator oder Photoinitiatorsystem oder Beimischungen davon, gebrauchbar bei weniger als 400 nm Expositionswellenlängen;
e. ein Lösungsmittelvehikel, ausgewählt aus Alkoholen, Estern, Glykolethern (Glymes), Ethern, Glykolethern, Ketonen, Dialkylamiden, Lactamen, Lactonen und deren Beimischungen; und
f. einen lösungsmittellöslichen organischen Farbstoff in Mengen von weniger als 3 Gew.-% des Gewichtes der dazugegebenen Pigmentfeststoffe; wobei die Zusammensetzung eine wesentlich verbesserte Gebrauchsfähigkeitsdauer im Vergleich zu anderen photoabbildbaren organischen Schwarzmatrices mit hoher optischer Dichte und geringer Leitfähigkeit aufweist.

KOMPONENTEN DER ZUSAMMENSETZUNG
a. Bindersystem
Der alkalilösliche Polymerbinder ist vorzugsweise ein Vinylpolymer oder Copolymer, enthaltend Acryl- oder Methacrylsäure oder andere ethylenisch ungesättigte Monomere mit Carboxylsäure-, Sulfonsäure-, Sulfonamidphenolischer oder anderen sauren funktionalen Gruppen, die in der Lage sind, dem Binder eine Löslichkeit in wässrigen Basen zu verleihen. Insbesonders bevorzugte Polymerbinder sind Copolymere, die formuliert sind aus (a.) einem oder mehreren der oben beschriebenen acidischen Monomeren, insbesondere der Methacrylsäure oder saurem Acrylatmonomer, und (b.) einem oder mehreren nichtacidischen (Meth)-acrylatmonomeren.
Der gewünschte Level an acidischen Monomeren im besonders bevorzugten Copolymerbinder ist eine Menge, die ein rückstandsfreies Naßätzen der gesamten Schwarzmatrixzusammensetzung in traditionellen alkalischen Entwicklerlösungen während des Photo-Imagings, d. h. dem Bemustern, effektiv erlaubt. Unser insbesonders bevorzugter Polymerbinder dieses Typs, zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung, ist ein Copolymer, aufgebaut aus ungefähr 70 Mol-% Benzylmethacrylat und ungefähr 30 Mol-% Methacrylsäure.
Die Acrylat-Co-Monomer-Komponente des Bindersystems wird wenigstens eine ethylenisch ungesättigte Doppelbindung aufweisen, die zur freien radikal-initiierten Photopolymerisation in der Lage ist, was das hocheffektive Bemustern erleichert. Die Verwendung eines Co-Monomers oder einer Mischung von Co-Monomeren mit zwei oder mehreren ethylenisch ungesättigten Doppelbindungen je Molekül ist sogar bevorzugter zu Zwekken, eine hohe Photogeschwindigkeit und eine gute Auflösung zu erhalten. Beispiele von geeigneten Co-Monomeren beinhalten weitbekannte (Meth)-acrylatester wie beispielsweise 2-Hydroxylethyl-(Meth)acrylat, Hydroxypropyl-Methacrylat, Benzyl-Methacrylat, Isobutyl-(Meth)-acrylat und Phenyl-(Meth)-acrylat. Ebenso geeignet sind Ethylen-Glykol-Dimethacrylat, Pentaerythritol-Triacrylat und -Tetraacrylat; Dipentaerythritol-Pentaacrylat und -Hexaacrylat; Polyester-(Meth)-acrylate, die erhalten werden durch Reaktion von (Meth)-acrylsäure mit Polyester-Präpolymeren; Urethan-(Meth)-acrylate; Epoxy-Meth)-acrylate, die präpariert werden mittels Reaktion von (Meth)-acrylsäure mit Epoxy-Harzen, wie beispielsweise Bisphenol-A-Typ-Harzen, Bisphenol-F-Typ-Epoxy-Harzen und Novolak-Typ-Epoxy-Harzen; und Tris (2-Acryloyloxyethyl)Isocyanurat. von diesen sind polyfunktionale Acrylatmonomere wie beispielsweise Pentaerythritol-Tetraacrylat, Dipentaerythritol-Pentaacrylat und Dipentaerythritol-Hexaacrylat bevorzugt zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung. Die Verwendung von Pentaerythritol-Tetraacrylat ist besonders bevorzugt.
Der bevorzugte Molekulargewichtsbereich des Acrylat-Polymerbinders beträgt 25.000–150.000 als durchschnittliches Molekulargewicht. Das am meisten bevorzugte durchschnittliche Molekulargewicht beträgt 50.000 –120.000.
b. Silicabeschichtete Metalloxidpigmente
Silicabeschichtete Pigmente, bestehend aus einzelnen/einfacher oder gemischten Metalloxiden von Kupfer, Mangan, Kobalt, Nickel, Chrom und Eisen, werden bevorzugt oder verwendet in der vorliegenden Erfindung, da diese eine hohe optische Dichte und einen hohen Widerstand der finalen Schwarzmatrixstruktur verleihen und überlegene Dispergierbarkeit zeigen bei weiterer Behandlung mit Silan-Kopplungsagenzien. Passende Pigmente beinhalten beispielsweise Pigment Black 22 (C. I. 774429), Pigment Black 26 (C. I. 77494), Pigment Black 27 (C. I. 77502) und Pigment Black 28 (C. I. 77428). Die Pigmente können einzeln oder in Beimischungen verwendet werden, einschließlich Beimischungen mit organischen Pigmenten. Die Verwendung von Pigment Black 26 (beispielsweise Daipyroxide Black-3551, erhalten von Dainichiseika Color & Chemicals Mfg. Co. Ltd., Japan), das ein silicabeschichtetes gemischtes Metalloxid von Kupfer, Mangan und Eisen ist, wird besonders bevorzugt, um eine Schwarzmatrixstruktur mit hoher optischer Dichte und geringer Oberflächenleitfähigkeit zu erhalten.
Die Silicabeschichtung der Pigmentpartikel sollte vorzugsweise 0,5–5% des gesamten Pigmentgewichtes ausmachen und noch bevorzugter 1–3% des Pigmentgewichtes.
Das silicabeschichtete Pigment sollte Partikelgrößen aufweisen, die ausreichend sind, um eine Filtration bei Auflösungen < 1 μm zu erlauben. Beispielsweise funktioniert eine primäre Partikelgröße von 0,01 –0,02 μm für die bevorzugten silicabeschichteten Metalloxidpigmente gut, insbesondere wenn wenigstens 50 Gew.-% der Partikel eine primäre Partikelteilchengröße < 0,02 μm aufweisen.
c. Silan-Kopplungsagenzien
Trialkoxyorganosilan-Kopplungsagenzien sind anwe send in den verbesserten Schwarzmatrixbeschichtungszusammensetzungen, um die Dispergierbarkeit der silicabeschichteten Pigmente in organischen Medien zu verbessern, deren Kompatibilität und die Benetzbarkeit durch die organischen Komponenten der Beschichtungen zu erhöhen, und die gesamte Adhäsion der Beschichtung zum Display-Substrat zu verbessern. Die Struktur der Kopplungsagenzien kann allgemein dargestellt werden als: (R'O)₃-Si-R'' wobei R' typischerweise Methyl oder Ethyl und R" ein nicht-hydrolysierbares Radikal ist, das eine Funktionalität aufweist, die es dem Kopplungsagens erlaubt zu binden, entweder physikalisch oder chemisch, mit den organischen Komponenten der Beschichtung. Es wird angenommen, daß die Trialkoxysilanfunktion des Kopplungsagenzes chemische Bindungen bildet mit Hydroxylgruppen auf der Oberfläche der silikabeschichteten Pigmente, austretend die mehr hydrophobische R''-Gruppen, um mit dem Solvens und den Kinderkomponenten zu interagieren. Die Kopplungsagensmoleküle können darüber hinaus in die Oberflächen gebundene Polymerschichten kondensieren.
Beispiele von Trialkoxyorganosilan-Kopplungsagenzien, die passend verwendet werden können in der vorliegenden Erfindung, beinhalten Methyltrimethoxysilan, n-Butyl-Trimethoxysilan, 3-Chlorpropyl-Trimethoxysilan, Ethyl-Trimethoxysilan, n-Propyl-Trimethoxysilan, Phenyl-Trimethoxysilan, 3-(Trimethoxysilyl)-Propyl-Methacrylat, 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, Vinyl-Trimethoxysilan, n-Octadecyl-Triethoxysilane, Amyl-Triethoxysilan, Chlormethyl-Triethoxysilan, Chlorphenyl-Triethoxysilan, Benzyl-Triethoxysilan, n-Octyl-Triethoxysilan, Phenyl-Triethoxysilan, Vinyl-Triethoxysilan, Vinyl-Triphenoxysilan und n-Octadecyl-Trieth-oxysilan. Die Kopplungsagenzien können einzeln oder in Beimischungen verwendet werden und werden typischerweise mit ungefähr 5 Gew.-%, basierend auf den Pigmentfeststoffen, dazugegeben. Die Verwendung von Methyl-Trimethoxysilan ist höchst bevorzugt zum Erhalten einer guten Dispersionsstabilität und Pigmentbenetzung.
d. Photopolymerisations-Initiatoren oder Initiator-Systeme
Alle bekannten freien Radikal-Initiatoren oder Initiator-Systeme, die effektiv bei < 400 nm Expositionswellenlängen agieren, können im wesentlichen verwendet werden als der Photopolymerisations-Initiator oder das Initiator-System für die vorliegende Erfindung. Beispiele hierfür umfassen:

1) Trihalomethyl-substituierte Triazine, wie beispielsweise p-Methoxy-Phenyl-2,4-bis(Trichlormethyl)-S-Triazin;
2) Trihalomethyl-substituierte Oxadiazole, wie beispielsweise 2-(p-Butoxy-Styryl)-5-Trichlormethyl-1,3,4-Oxadiazol;
3) Imidazol-Derivate, wie beispielsweise 2-(2'-Chlorphenyl)-4,5-Diphenylimidazol-Dimer (mit einem Protonenspender, wie beispielsweise Mercaptobenzimidazol);
4) Hexaaryl-Biimidazole, wie beispielsweise 2,2'-bis(o-Chlor-Phenyl)-4,4',5,5'-Tetraphenylbiimidazol;
5) Benzoin-Alkyl-Ether, wie beispielsweise Benzoin-Isopropylether;
6) Anthrachinon-Derivate, wie beispielsweise 2-Ethylanthrachinon;
7) Benzanthrone;
8) Benzophenone, wie beispielsweise Michler's Keton;
9) Acetophenone, wie beispielsweise 2,2-Diethoxy-2-Phenylacetophenon und 2-Benzyl-2-N,N-Dimethylamino-1-(4-Morpholinphenyl)-1-Butanon;
10) Thioxanthone, wie beispielsweise 2-Isopropylthioxanthon;
11) Benzoesäure-Ester-Derivate, wie beispielsweise Octyl-p-Dimethyl-Aminobenzoat;
12) Acridine, wie beispielsweise 9-Phenylacridin;
13) Phenazine, wie beispielsweise 9,10-Dimethylbenzphenazin; und
14) Titan-Derivate, wie beispielsweise bis(Cyclopentadienyl)-bis(2,6-difluor-3-(pyl-1-yl)-Titan.

Photopolymerisation-Initiatoren können alleine oder in Beimischungen verwendet werden, beispielsweise durch Kombinieren von 2-Isopropylthioxanthon mit Octyl-p-Dimethylaminobenzoat (ODAB). Die Verwendung von amin-substituierten Acetophenonen, wie beispielsweise 2-Benzyl-2-N-,N-Dimethylamino-1-(4-Morpholin-Phenyl)-1-Butanon(IR GACURE 369⁸ Ciba Geigy Corporation) in Kombination mit Thioxanthon-ODAB-Mischungen sind bevorzugt zum Erhalten einer hohen Photogeschwindigkeit und scharfen Bebilderungseigenschaften.
e. Solvens/Lösungsmittel-Vehikel
Geeignete Lösungsmittel für die verbesserte Schwarzmatrixzusammensetzungen sind Alkohole, Ester, Glykolalkohole (Glymes), Ether, Glykol-Ether, Ketone, Dialkylamide, Lactame, Lactone und deren Beimischungen. Beispiele von nützlichen Lösungsmitteln beinhalten N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP), Dimethylacetamid (DMAc), Dimethylformamid (DMF), Cyclohexanon, bis-2-Methylethyl-Glykol-ether-diethylenglykol-dimethylether, Tetrahydrofurfuyl-Alkohol (THFA), Dimethylsulf oxid (DMSO), Xylene, 2-Heptanon, Ethyl-Lactat, Ethyl-3-Ethoxypropionat, Methyl-3-Meth-oxypropionat, Propylen-Glykol-Methyl-Ether-Acetat. Die Verwendung von Mischungen von NMP und Cyclohexanon sind besonders bevorzugt zum Erhalten einer guten Beschichtungsqualität und einer langen Lagerhaltbarkeit.
f. Lösungsmittel-lösliche organische Farbstoffe
Lösungsmittel-lösliche organische Farbstoffe werden zugegeben in kleinen Mengen zur verbesserten Schwarzmatrixzusammensetzung, um kritisch die Beschichtungseigenschaften zu verbessern, wie beispielsweise die Beschichtungsqualität und die Gebrauchsfähigkeitsdauer. Die Zugabe von ausgewählten Farbstoffen reduziert signifikant das Auftreten von Partikeln, Poren, Pinlöchern und Streifen in der beschichteten Zusammensetzung und erhöhen die Raumtemperatur-Gebrauchsfähigkeitsdauer der Beschichtungsformulierung von typischerweise einigen Stunden auf 5 – 10 Tage. Die Farbstoffzugabe kann ebenso marginale Verbesserungen beim Beschichten der optischen Dichte und des Volumenwiderstands bereitstellen.
Die chemische Natur des Farbstoffes ist kritisch zum Erreichen der gewünschten Verbesserungen. Beispielsweise erhöhen bevorzugte Azo-1,2-Chrom-Komplex-Farbstoffe, wie beispielsweise Solvent Black 28, Solvent Black 27, Solvent Black 29 und Solvent Black 45, signifikant die Beschichtungsqualität und die Gebrauchsfähigkeitsdauer, wobei lösungsmittel-lösliche Farbstoffe von anderen Klassen im allgemeinen keine Verbesserungen ergeben oder aktuell Beschichtungseigenschaften verringern. Beispiele von Farbstoffen mit schlechter Performance beinhalten Solvent Black 35, Solvent Brown 44, Solvent Blue 67, Solvent Black 3, Solvent Black 5, Solvent Black 7, Solvent Black 46 und Solvent Black 47. Innerhalb der Azo-1,2-Chrom-Komplex-Farbstoffklasse ist Solvent Black 28 der am meisten bevorzugte, da dieser nicht nur die Gebrauchsfähigkeitsdauer und die Beschichtungsqualität verbessert, sondern ebenso eine hohe Auflösung-(3μm)-Bemusterung von Schwarzmatrixmerkmalen mit scharfen vertikalen Seitenwänden ermöglicht.
Die Menge an Farbstoff ist ebenso kritisch zum Erhalten der gewünschten Verbesserungen bei der Beschichtungsperformance und Stabilität. Die lösungsmittel-löslichen Farbstoffe werden bevorzugt verwendet bei 0,2–3,0 Gew.-% , basierend auf dem Gewicht des dazugegebenen Pigments/der dazugegebenen Pigmente, und bevorzugter bei 1,0–2,0 Gew.-%, basierend auf dem Pigmentgewicht. Wenn mehr als 5 Gew.-% verwendet wird, wird die Beschichtung sich zu schnell entwickeln, die Musterauflösung sich verringern oder die Bildung von Rückständen während der Entwicklung verursacht.
BEVORZUGTE ZUSAMMENSETZUNGSBEREICHE
Die verbesserte Schwarzmatrixbeschichtungszusammensetzungen werden bevorzugt formuliert bei 20–50 Gew.-% Gesamtfeststoffen in Lösung, um Beschichtungen zu erhalten mit einer Schichtdicke von 1–2 μm nach Applikation und Härtung. Ein Beschichtungsfeststofflevel von 30–40 Gew.-% ist insbesondere bevorzugt zum Erhalten von Spinbeschichtungen mit guter Qualität mit Schichtdicken von ungefähr einem Mikrometer.
Die untere Tabelle gibt die bevorzugten und am meisten bevorzugten Beladungen (ausgedrückt als Gew.-% an Gesamtbeschichtungsfeststoffen) für jede Hauptkomponente in den Beschichtungen an.
Der gewünschte Bereich des Silankopplungsagenzes zum lösungsmittel-löslichen Farbstoff/zu den lösungsmittel-löslichen Farbstoffen beträgt 10/1–1/4 mittels Gewicht; vorzugsweise 5/1–1/2 mittels Gewicht und am meisten bevorzugt 5/1 mittels Gewicht.
VERWENDUNGSMETHODE
Die verbesserte Schwarzmatrixbeschichtungszusammensetzungen werden appliziert, bemustert und in einem photolithographischen Prozeß gehärtet, um thermisch stabile Schwarzmatrixstrukturen zu erhalten, die eine hohe optische Dichte und elektrischen Widerstand aufzeigen. Der Abscheidungsprozeß kann wie folgt zusammengefaßt werden (1). Das Displaysubstrat, typischerweise Glas, wird gereinigt. Die Schwarzmatrixbeschichtung wird spinbeschichtet auf das Glassubstrat bei 1000–1200 Umdrehungen pro Minute für 90 Sekunden und anschließend α-gebacken auf einer heißen Platte bei 100°C für 60 Sekunden, um eine gleichmäßige Schicht zu erhalten, die annähernd einen Mikrometer Dicke aufweist. Die Beschichtung wird ausgesetzt bei 200–2000 mJ/cm², vorzugsweise bei 500–1200 mJ/cm², durch eine Negativ-Farbtonmaske unter Verwendung einer Mittelultraviolett-Lichtquelle, um ein latentes Bild in der Schwarzmatrixschicht zu bilden. Dieses wird anschließend entwickelt in einer Kaliumcarbonat-Lösung für 30 Sekunden, mittels Sprühen gespült für 10 Sekunden und spingetrocknet, um die nicht von Licht getroffenen Bereiche in der Schicht wegzuätzen. Schließlich wird die bemusterte Schwarzmatrixbeschichtung bei 230°C gehärtet in einem Konvektionsofen für 1 Stunde, um diese vollständig resistent gegen nachfolgende applizierte Beschichtungsschichten während der Bildung der flachen Panel-Displays und anderer optoelektronischer Vorrichtungen, die lichtempfindliche Schichten benötigen, zu machen.
BEISPIELE
Die folgenden Beispiele illustrieren den Prozeß und das Produkt der vorliegenden Erfindung. Die intermediären Pigmentdispersionen wurden präpariert in einer Eiger MINI-100-Motormühle unter Verwendung von 0,5 mm Glaskugeln als Mahlmedium. Der in Beispiel 1 beschriebene Prozeß wurde verwendet, um sämtliche Beispiele zu präparieren. Ein unterschiedlicher Farbstoff wurde für jedes Beispiel verwendet.
Die Beispiel-1-Zusammensetzung, die den Farbstoff Solvent Black 28 verwendet, war frei an Partikeln, Poren und Pinlöchern und Streifen, eine geringe Oberflächenrauhigkeit (5 & 6) zeigend. Die Zugabe von Solvent Black 28 erhöht ebenso die Gebrauchsfähigkeitsdauer der Zusammensetzung von weniger als einem Tag auf ungefähr 5–10 Tage, während die höchste Auflösungsbemu sterung ermöglicht wird. Die Muster waren rückstandsfrei und wiesen scharfe vertikale Seitenwände auf ( 4). Durchlässigkeitswerte für die Schwarzmatrixbeschichtungen sollten geringer als 1,0% über den Wellenlängenbereich 400–700 nm sein. 2 zeigt die Durchlässigkeit für die Schwarzmatrixbeschichtungszusammensetzung von Beispiel 1, daß sie gut unter diesem Wert ist. Die optische Dichte der Beschichtung in Beispiel 1 beträgt 3,1, wobei die optische Dichte definiert ist als die Absorbanz/Extinktion der Beschichtungsschicht bei 540 nm (3).
Die Verwendung des nicht-bevorzugten Solvent Black 35 in Beispiel 7 führt zu schlechten Qualitätsbeschichtungen mit vielen Partikeln und Pinlöchern.
Dies zeigt die Bedeutung der Verwendung des korrekten Farbstoffes für das Erhalten von überlegenen Ergebnissen; siehe Tabelle 1.
BEISPIEL 1
Herstellung einer intermediären Pigmentdispersion
In einem Plastikbecherglas wurden 20 g von N-Methylpyrrolidon (NMP), 111 g Cyclohexanon, 3,12 g Methyl-Trimethoxysilan, 62,4 g Pigment Black 26 (silicabeschichtet) und 20 g Polymerbinderlösung gegeben. Letztere war eine 25 Gew.-%ige NMP-Lösung eines Acrylat-Copolymers, enthaltend 70 Mol-% Benzyl-Methacrylat und 30 Mol-% Methacrylsäure. Die Mischung wurde gerührt mit einem Spatel für ungefähr 5 Minuten, bis diese homogen wurde. Diese Pigment-Slurry wurde anschließend in die Mühle eingeführt, die sich bei 1000 Umdrehungen pro Minute über eine Periode von 15 Minuten drehte. Die Inhalte wurden in die Mühle mit 10 g NMP gespült. Die Mahlgeschwindigkeit wurde langsam auf 3000 Umdrehungen pro Minute erhöht. Das Pigment wurde anschließend mit dieser Geschwindigkeit für 2 Stunden gemahlen.
In einem separaten Plastikbecherglas wurden 20 g Polymerbinderlösung und 0,62 g ORASOL Black CN (Ciba-Geigy Corporation, aka Solvent Black 28, l Gew.-%, basierend auf silicabeschichtetem Pigment) dazugegeben. Die Mischung wurde für 10 Minuten gerührt und anschließend zu den Inhalten der Mühle dazugegeben, nachdem diese für 2 Stunden gemahlen worden sind. Die Farb stofflösung wurde in die Mühle mit 34,2 g frischem NMP gespült. Die Mühleninhalte wurden anschließend weiterhin bei 3000 Umdrehungen pro Minute für 90 Minuten gemahlen. Die Pigmentdispersion wurde aus der Mühle entnommen und durch Filter mit einer Porengröße von 0,2 μm gefiltert.
Herstellung von Schwarzmatrixbeschichtungsformulierungen
30 g der obigen Pigmentdispersion, 0,5 g Pentaerythritol-Tetraacrylat, 0,6 g Isopropylthioxanthon, 1,2 g Octyl-p-Dimethylamino-Benzoat und 1,2 g IRGACURE 369 wurden mittels Rühren unter gelbem Licht für 15 Minuten kombiniert. Die erhaltene Produktzusammensetzung wurde durch einen Filter mit einer Porengröße von 0,2 μm gefiltert. Die Gebrauchsfähigkeitsdauer der Schwarzmatrix ist unter Gefrierbedingungen größer als drei Monate.
Applizieren der Schwarzmatrix
Die Schwarzmatrix wurde auf ein Glassubstrat bei 1 μm Filmdicke spin-beschichtet und auf einer heißen Platte bei 100°C für 1 Minute vorgebacken. Die Schwarzmatrix ist photosensitiv und verlangt nicht eine Photoresist-Beschichtung. Die Schwarzmatrix wurde mit einer Hochdruck-Quecksilberlampe bei 500–1000 mJ/cm² belichtet, in verdünntem alkalischen Entwickler für 30 Sekunden entwickelt, in deionisiertem Wasser für 30 Sekunden gespült. Das erhaltene Bild wurde für 1 Stunde endgehärtet in einem Konvektionsofen bei 230°C. Es wurde eine Auflösung im Bereich von 3–6 μm erreicht. Gemäß mit ASTM D257-Methoden für einen 1 μm-Film durchgeführte Volumenwiderstandsmessungen lagen in der Größenordnung von 10⁹–10¹¹ ohm-cm. Der Reflexionsgrad der 1 μm-Schwarzmatrix nach der Endhärtung betrug 2,1%. Die Oberflächenrauhigkeit lag im Bereich von 0,03– 0,05 μm.
Thermische Stabilität
Die Schwarzmatrix muß eine hohe thermische Stabilität während des Ausrichtungsschichtbildungsschrittes zeigen. 7 zeigt die spektrale Veränderung bei 1 μm-Filmdicke vor und nach dem Erwärmen. Die chromatischen Veränderungen (ΔE*ab) sind geringer als 3 (ΔE*ab = 1,9) nach Erwärmen in einem Konvektionsofen bei 230°C an Luft für 7 Stunden, dies eine exzellente thermische Stabilität aufzeigend.
Lichtbeständigkeit
Die Lichtbeständigkeit von Pixeln ist wichtig, da diese Pixel mit Schwarzlicht von LCDs illuminiert werden. Die Schwarzmatrix wurde belichtet mittels einer Quecksilber-Xenon-Lampe (200–1300 Lux) mit einem UV-Filter. 8 zeigt die spektralen Veränderungen der Schwarzmatrix nach 1 Million Lux-Stunden. Die chromatischen Veränderungen (ΔE*ab) betragen weniger als 3 (ΔE*ab = 1,2), dies die überlegene Lichtbeständigkeit der Schwarzmatrix demonstrierend.

Chemische Beständigkeit Tabelle 2

Chemikalien	Chromatische Veränderungen nach Eintauchen für 1 Minute (ΔE*ab)
NMP	0,40
Ethanol	0,46
Aceton	0,13
g-Butyrolacton	0,68
Isopropanol	0,65
Cyclohexanon	0,27
PGMEA	0,37
5% HCl	1,06
5% Na₂CO₃	1,31
5% TMAH	1,24

Da Farbfilter Lösungsmitteln, Säuren und Basen während des LCD-Herstellungsprozesses ausgesetzt sind, ist die chemische Beständigkeit ein Schlüsselfaktor. Der gehärtete Film muß resistent sein gegen Ausrichtungsschichtlösungsmittel, wie beispielsweise NMP und g-Butyrolacton, gegen Säuren während des Ätzens des Indium-Zinn-Oxides (ITO) oder gegen Basen, die im Entwicklungssystem verwendet werden. Die chemische Stabilität des Schwarzresistes wurde bestimmt sowohl durch Musterbeobachtung als auch durch chromatische Veränderungen.
Nach Eintauchen der Pixel in Lösungsmittel, Säuren und alkalische Lösung für 1 Minute wurden Muster aufgefunden, die stabil sind, und es wurde weder ein Quellen noch ein Abschälen beobachtet. Die chromatischen Veränderungen (ΔE*ab) sind geringer als 3, dies eine sehr gute chemische Stabilität der Schwarzmatrix (Tabelle 2) anzeigend.
BEISPIEL 2
Eine Schwarzmatrixbeschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung wurde identisch zu der in Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme dahingehend, daß ZAPON Black X51 (BASF Corporation, aka Solvent Black 27/Cation 1, 1 Gew.-%, basierend auf silicabeschichtetem Pigment) anstelle von ORASOL Black CN verwendet wurde.
BEISPIEL 3
Eine Schwarzmatrixbeschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung wurde identisch zu der in Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme dahingehend, daß ORASOL Black RLI (Ciba-Geigy Corporation, aka Solvent Black 29) anstelle von ORASOL Black CN verwendet wurde.
BEISPIEL 4
Eine Schwarzmatrixbeschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung wurde identisch zu der in Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme dahingehend, daß NEOPON Black X53 (BASF Corporation, aka solvent Black 27/Cation 2) anstelle von 0,6 g ORASOL Black CN (1 Gew.-%, basierend auf silicabeschichtetem Pigment) verwendet wurde.
BEISPIEL 5
Eine Schwarzmatrixbeschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung wurde identisch zu der in Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme dahingehend, daß 1,2 g von SAVINYL Black RLS (Clariant Corporation, aka Solvent Black 45, 2 Gew.-%, basierend auf silicabeschichtetem Pigment) anstelle von 0,62 g ORASOL Black CN verwendet wurde.
BEISPIEL 6
Eine Schwarzmatrixbeschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung wurde identisch zu der in Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme dahingehend, daß kein Farbstoff verwendet wurde.
BEISPIEL 7
Eine Schwarzmatrixbeschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung wurde identisch zu der in Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme dahingehend, daß Solvent Black 35 anstelle von Solvent Black 28 verwendet wurde.

Claims

Photosensitive Schwarz-Matrix-Zusammensetzung, formuliert mit insgesamt 20–50 Gew.-% Feststoffen, in Lösung, mit einem spezifischen Volumenwiderstand größer als 10⁸ Ohm-cm und einer optischen Dichte größer als 3,0 bei einer Filmdicke von 1 μm oder weniger, aufweisend: a. ein Bindersystem, bestehend aus: 1) einem alkalilöslichen Polymer-Binder und 2) einem photopolymerisierbaren polyfunktionellen Acrylat- oder Methacrylat-Co-Monomer oder einer Mischung aus Co-Monomeren, wobei jedes Co-Monomer eine oder mehrere ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen je Molekül aufweist; b. ein silikabeschichtetes Metalloxidpigment oder Pigmente mit einer primären Partikelgröße von 0,01 bis 0,02 μm, wobei wenigstens 50 Gew.-% der Partikel eine primäre Partikelteilchengröße kleiner 0,02 μm aufweisen; c. ein Trialkoxyorganosilan-Kopplungsagens oder Beimischungen davon; d. einen freie Radikale erzeugenden Photoinitiator oder Photoinitiatorsystem oder Beimischungen davon, gebrauchbar bei weniger als 400 nm Expositions-Wellenlängen; e. ein Lösungsmittelvehikel, ausgewählt aus Alkoholen, Estern, Glykolethern (Glymes), Ethern, Glykolethern, Ketonen, Dialkylamiden, Lactamen, Lactonen und deren Beimischungen; und f. einen lösungsmittellöslichen organischen Farbstoff in Mengen von weniger als 3 Gew.-% des Gewichts der dazugegebenen Pigmentfeststoffe; wobei die Zusammenset zung eine wesentlich verbesserte Gebrauchsfähigkeitsdauer im Vergleich zu anderen photoabbildbaren organischen Schwarz-Matrices mit hoher optischer Dichte und geringer Leitfähigkeit aufweist.
Schwarz-Matrix-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der alkalilösliche Polymer-Binder ein Vinylpolymer oder ein Copolymer ist, aufweisend Acrylsäure, Methacrylsäure oder andere ethylenisch ungesättigte Monomere mit Carboxylsäure-, Sulfonsäure-, Sulfonamid-, phenolischer oder anderen sauren funktionalen Gruppen, die in der Lage sind, dem Binder eine Löslichkeit in wässrigen Basen zu verleihen.
Schwarz-Matrix-Zusammensetzung nach Anspruch 2, wobei der alkalilösliche Polymer-Binder weiterhin ein nicht-acidisches (Meth)Acryl-Monomer enthält.
Schwarz-Matrix-Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei der alkalilösliche Polymer-Binder ein Copolymer aus Methacrylsäure oder Acrylsäure und einem oder mehreren nich-acidischen (Meth)Acryl-Monomeren ist.
Schwarz-Matrix-Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei der alkalilösliche Polymer-Binder ein Copolymer ist, bestehend aus ungefähr 70 Mol-% Benzyl-Methacrylat und ungefähr 30 Mol-% Methacrylsäure.
Schwarz-Matrix-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Co-Monomer ein polyfunktionelles (meth)acrylisches Co-Monomer oder eine Mischung aus Co-Monomeren ist mit 2 oder mehreren ethylenisch ungesättigten Doppelbindungen je Molekül.
Schwarz-Matrix-Zusammensetzung nach Anspruch 5, wobei das Co-Monomer oder eine Mischung aus Co-Monomeren aus einem polyfunktionellen Acrylat-Monomer besteht.
Schwarz-Matrix-Zusammensetzung nach Anspruch 6, wobei das polyfunktionelle Acrylat-Monomer Pentaerythritol-Tetraacrylat ist.
Schwarz-Matrix-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das silikabeschichtete Metalloxidpigment oder Pigmente ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Kupfer-, Mangan-, Kobalt-, Nickel-, Chrom- und Eisenoxiden oder Beimischungen davon.
Schwarz-Matrix-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das silikabeschichtete Metalloxidpigment oder Pigmente verwendet werden in Beimischungen mit organischen Pigmenten, wobei die organischen Pigmente in Mengen von weniger als 5 Gew.-% der gesamten Beschichtungsfeststoffe vorliegen.
Schwarz-Matrix-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das silikabeschichtete Metalloxidpigment das Pigment Black 26 ist.
Schwarz-Matrix-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Trialkoxyorganosilan-Kopplungsagentien in Mengen von ungefähr 5 Gew.-%, basierend auf Pigmentfeststoffen, vorliegen.
Schwarz-Matrix-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Trialkoxyorganosilan-Kopplungsagens Methyltrimethoxysilan ist.
Schwarz-Matrix-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Photoinitiator oder das Photoinitiatorsystem besteht aus aminsubstituierten Acetophenonen kombiniert mit Thioxanthon und Octyl-N, N-Dimethylaminbenzoat.
Schwarz-Matrix-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittelvehikel eine Mischung aus N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) und Cyclohexanon ist.
Schwarz-Matrix-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der lösungsmittellösliche organische Farbstoff ein Azo-1,2-Chrom-Komplex-Farbstoff ist.
Schwarz-Matrix-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der lösungsmittellösliche organische Farbstoff ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Solvent Black 27, Solvent Black 28, Solvent Black 29 und Solvent Black 45.
Schwarz-Matrix-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der lösungsmittellösliche organische Farbstoff Solvent Black 28 mit 1 Gew.-%, basierend auf Pigmentfeststoffen, ist.
Schwarz-Matrix-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Beschichtungsfeststoffe 30–40 Gew.-% der gesamten Beschichtungszusammensetzung ausmachen.
Schwarz-Matrix-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der alkalilösliche Polymer-Binder 5 bis 15 Gew.-% an gesamten Feststoffen ausmacht, das polyfunktionale Acrylat- oder Methacrylat-Co-Monomer 2–7 Gew.-% der gesamten Feststoffe ausmacht, die Pigmente 40–70 Gew.-% der gesamten Feststoffe ausmachen, das Trialkoxyorgano silan 1–5 Gew.-% der gesamten Feststoffe ausmacht, der Photoinitiator 10–40 Gew.-% der gesamten Feststoffe ausmacht und der lösungsmittellösliche Farbstoff 0,2-3,0 Gew.-%, basierend auf der Pigmentbeladung, ausmacht.
Schwarz-Matrix-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der alkalilösliche Polymer-Binder 8–12 Gew.-% der gesamten Feststoffe ausmacht, das polyfunktionale Acrylat- oder Methacrylat-Co-Monomer 3–5 Gew.-% der gesamten Feststoffe ausmacht, die Pigmente 50–60 Gew.-% der gesamten Feststoffe ausmachen, das Trialkoxyorganosilan 3–4 Gew.-% der gesamten Feststoffe ausmacht, der Photoinitiator 20–30 Gew.-% der gesamten Feststoffe ausmacht und die lösungsmittellöslichen Farbstoffe 1,0–2,0 Gew.-%, basierend auf der Pigmentbeladung, ausmachen.
Schwarz-Matrix-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Gehalt an lösungsmittellöslichem organischen Farbstoff 0,2–3,0 Gew.-%, basierend auf Pigmentfeststoffen, beträgt.
Schwarz-Matrix-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Gehalt an lösungsmittellöslichem organischen Farbstoff 1,0–2,0 Gew.-%, basierend auf Pigmentfeststoffen, beträgt.
Verfahren zur Herstellung einer photosensitiven Schwarz-Matrix-Zusammensetzung mit einem spezifischen Volumenwiderstand größer als 10⁸ ohm-cm und einer optischen Dichte größer 3,0 bei einer Filmdicke von 1 μm oder weniger, wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei das Verfahren das Beimischen beinhaltet von: einem Bindersystem, bestehend aus einem alkalilöslichen Polymer-Binder und einem Additionsphotopolymerisierbaren polyfunktionellen Acrylat- oder Methacrylat-Co-Monomer oder Mischung aus Co-Monomeren, wobei das Co-Monomer oder Mischungen aus Co-Monomeren wenigstens eine ethylenisch ungesättigte Doppelbindung je Molekül aufweist, die für eine freie Radikale initiierte Polymerisation fähig ist, einem silikabeschichteten Metalloxidpigment oder Pigmenten, einem Trialkoxyorganosilan-Kopplungsagens oder -beimischung, einem freie Radikale erzeugendenden Photoinitiator oder Photointiatorsystem oder -beimischung, die wirksam ist bei weniger als 400 nm Expositionswellenlängen, einem Lösungsmittelvehikel ausgewählt aus Alkoholen, Estern, Glykolethern (Glymes), Ethern, Glykolethern, Ketonen, Dialkylamiden, Lactamen, Lactonen und deren Beimischungen, und einem lösungsmittellöslichen organischen Farbstoff bei Mengen von weniger als 3 Gew.-%, basierend auf Pigmentfeststoffen.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei der alkalilösliche Polymer-Binder ein Co-Polymer ist, bestehend aus ungefähr 70 Mol-% Benzyl-Methacrylat und ungefähr 30 Mol-% Methacrylsäure, wobei das polyfunktionelle Acrylat-Co-Monomer Pentaerythritol-Tetraacrylat ist, das silikabeschichtete Metalloxidpigment Pigment Black 26 mit einer Primärpartikelgröße von 0,01–0,02 μm ist und wenigstens 50 Gew.-% der Partikel eine Primärpartikelgröße kleiner als 0,02 μm aufweisen, wobei das Trialkoxyorganosilan-Kopplungs-Agens Methyltrimethoxysilan ist, wobei der Photoinitiator oder das Photoinitiatorsystem besteht aus amin-substituierten Acetophenonen kombiniert mit Thioxanthon und Octyl-N, N-Dimethylaminbenzoat, wobei das Lösungsmittelvehikel eine Mischung aus N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) und Cyclohexanon ist, und der lösungsmittellösliche organische Farbstoff Solvent Black 28 bei 1 Gew.-%, basierend auf Pigment-Feststoffen, ist.