JP2003041149A - Carbon black for black matrix and method for producing the same - Google Patents
Carbon black for black matrix and method for producing the sameInfo
- Publication number
- JP2003041149A JP2003041149A JP2001227404A JP2001227404A JP2003041149A JP 2003041149 A JP2003041149 A JP 2003041149A JP 2001227404 A JP2001227404 A JP 2001227404A JP 2001227404 A JP2001227404 A JP 2001227404A JP 2003041149 A JP2003041149 A JP 2003041149A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon black
- black
- carbon
- black matrix
- group
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Materials For Photolithography (AREA)
- Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Graft Or Block Polymers (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
- Optical Filters (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高度の遮光性および黒色度を有し、導電性が
極めて低いブラックマトリックス形成に好適なカーボン
ブラックとその製造方法を提供する。
【解決手段】 窒素吸着比表面積(N2SA)が50m2/g以
上、DBP吸収量が140cm3/100g以下のカーボンブラ
ックを酸化処理して、X線光電子分光法により測定した
全炭素原子当たりの全酸素原子の原子比(酸素結合エネ
ルギーの強度/炭素結合エネルギーの強度)の値を0.
1以上に酸化処理したカーボンブラック表面の官能基を
アゾ基に変換して基幹とし、該基幹にビニル基を含むモ
ノマーがラジカルグラフト重合して生成したビニルポリ
マーが化学結合されてなることを特徴とするブラックマ
トリックス用カーボンブラックとその製法。PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon black which has a high light-shielding property and blackness and is suitable for forming a black matrix having extremely low conductivity, and a method for producing the same. A nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) of 50 m 2 / g or more, and DBP absorption amount by oxidizing the following carbon black 140cm 3/100 g, total carbon atoms per measured by X-ray photoelectron spectroscopy The value of the atomic ratio (intensity of oxygen binding energy / intensity of carbon binding energy) of all the oxygen atoms of the above is set to 0.
A functional group on the surface of carbon black that has been oxidized to at least one is converted into an azo group to form a backbone, and a vinyl polymer formed by radical graft polymerization of a monomer containing a vinyl group is chemically bonded to the backbone. Carbon black for black matrix and its manufacturing method.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置用カ
ラーフィルターやプラズマディスプレイなどに用いられ
るブラックマトリックス用の顔料として、高度の遮光性
および黒色度を有し、導電性が極めて低いブラックマト
リックス形成に好適なカーボンブラックとその製造方法
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a black matrix pigment having a high light-shielding property and a high degree of blackness and an extremely low conductivity, as a pigment for a black matrix used in color filters for liquid crystal display devices, plasma displays and the like. And a method for producing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】液晶ディスプレイは、液晶となる結晶材
料を透明電極間に挟み、電極間に電圧を印加して液晶の
分子配列を変えることにより入射光の透過を制御し、反
射板と偏光板を組み合わせることにより画像や文字など
を表示するものであり、消費電力が少なくて済むため、
携帯電話、時計、カメラ、各種電気機器などの表示装置
として広く使用されている。2. Description of the Related Art A liquid crystal display controls a transmission of incident light by sandwiching a crystal material to be a liquid crystal between transparent electrodes and applying a voltage between the electrodes to change the molecular arrangement of the liquid crystal. Image and characters are displayed by combining and because it consumes less power,
It is widely used as a display device for mobile phones, watches, cameras, and various electric devices.
【0003】この液晶ディスプレイをカラー化したカラ
ー液晶ディスプレイは、画素ごとに赤、青、緑のカラー
フィルターを付けて光の三原色をつくり、各画素の明暗
を制御して色の変化を表現するものである。すなわち、
カラーフィルターは透明基板上に赤、青、緑の三原色の
画素をつくり、各画素を透過する光量を制御して三原色
の加色による発色によってカラー表示を行うものであ
り、各画素間の漏光を防止し、コントラストおよび色純
度の低下を防止するために各画素間の光を遮断するため
の遮断層(ブラックマトリックス)が形成されている。A color liquid crystal display in which this liquid crystal display is colorized is one in which red, blue, and green color filters are attached to each pixel to create the three primary colors of light, and the brightness of each pixel is controlled to express a color change. Is. That is,
The color filter creates pixels of three primary colors of red, blue, and green on a transparent substrate, controls the amount of light that passes through each pixel, and performs color display by coloring by adding the three primary colors. A blocking layer (black matrix) for blocking light between each pixel is formed in order to prevent deterioration of contrast and color purity.
【0004】このブラックマトリックスには、当然、遮
光性に優れていることが要求されるが、その他に、表面
が平滑で、層の厚さが薄いこと、導電性が小さいこと、
などが必要とされている。すなわち、表面平滑性が劣
り、層厚が厚いと三原色の色パターンを形成する際に凹
凸が生じることになり、また導電性が高いと印加電圧に
より半導体素子が誤作動を起こすおそれがあるためであ
る。Naturally, the black matrix is required to have excellent light-shielding properties, but in addition, the surface is smooth, the layer thickness is thin, and the conductivity is small.
Are needed. That is, when the surface smoothness is poor and the layer thickness is large, unevenness occurs when forming the color patterns of the three primary colors, and when the conductivity is high, the semiconductor element may malfunction due to the applied voltage. is there.
【0005】このブラックマトリックスには従来から
フォトリソグラフィ法によるCr、Ni、Alなどの金
属薄膜からなるブラックマトリックス、黒色顔料を分
散した黒色有機樹脂膜からなるブラックマトリックス、
が用いられてきた。このうちの金属薄膜により形成さ
れたブラックマトリックスは、遮光率や光学濃度が高く
解像度に優れている反面、導電性が高く、また光反射率
が大きいので反射光による写り込みが生じ易く、表示品
位が損なわれる難点がある。As the black matrix, a black matrix made of a metal thin film of Cr, Ni, Al or the like by a photolithography method, a black matrix made of a black organic resin film in which a black pigment is dispersed, is used.
Has been used. Among them, the black matrix formed by the metal thin film has high light-shielding rate and optical density and excellent resolution, but has high conductivity and high light reflectance, so that reflection due to reflected light is likely to occur and display quality is improved. There is a drawback that is damaged.
【0006】一方、の黒色有機樹脂膜からなるブラッ
クマトリックスには上記のような難点が少なく、特に、
カーボンブラックは黒色顔料として優れた黒色度を備え
ているのでブラックマトリックス用の黒色顔料として好
適である。そこで、カーボンブラックを分散した光重合
性樹脂組成物を透明基板に塗布してブラックマトリック
スを形成する方法やカーボンブラックを含有するインキ
を透明基板に印刷してブラックマトリックスを形成する
方法などが開発されている。このブラックマトリックス
用のカーボンブラックあるいはカーボンブラックを用い
たブラックマトリックスのカーボンブラックの特性を規
制するものとして、例えば、下記の技術などが開発、提
案されている。On the other hand, the black matrix composed of the black organic resin film has few problems as described above, and in particular,
Carbon black is suitable as a black pigment for a black matrix because it has excellent blackness as a black pigment. Therefore, a method of applying a photopolymerizable resin composition in which carbon black is dispersed to a transparent substrate to form a black matrix, a method of printing an ink containing carbon black on a transparent substrate to form a black matrix, etc. have been developed. ing. The following techniques, for example, have been developed and proposed as the ones that regulate the characteristics of the carbon black for the black matrix or the carbon black of the black matrix using the carbon black.
【0007】樹脂中に少なくともカーボンブラックを含
むインキにおいて、前記カーボンブラックが、カーボン
ブラック100g 当たり40〜130mlの吸油量を有
し、かつ950℃で7分間加熱したときの揮発減量分が
3重量%以上であって、樹脂100重量部に対して10
〜50重量部の割合で配合されることを特徴とする液晶
カラーフィルター遮光層用インキ(特開平8−262223号
公報)、樹脂中に遮光剤を分散せしめてなる樹脂ブラッ
クマトリックスにおいて、該遮光剤として下記(A)〜
(D)のうち少なくとも1つを満たすカーボンブラック
を用いることを特徴とする樹脂ブラックマトリックス。
但し、(A)PH値が6.5以下、(B)表面のカルボ
キシル基濃度〔COOH〕が、全炭素原子あたりのモル
比で、0.001<〔COOH〕、(C)表面の水酸基
濃度〔OH〕が全炭素原子あたりのモル比で、0.00
1<〔OH〕、(D)表面のスルホン基濃度〔SO
3 H〕が、全炭素原子あたりのモル比で0.001<
〔SO3 H〕、(特開平9−15403号公報)。In an ink containing at least carbon black in a resin, the carbon black has an oil absorption of 40 to 130 ml per 100 g of carbon black and has a volatilization loss of 3% by weight when heated at 950 ° C. for 7 minutes. The above is 10 with respect to 100 parts by weight of the resin.
In the liquid crystal color filter light-shielding layer ink (Japanese Patent Laid-Open No. 8-262223), a resin black matrix in which a light-shielding agent is dispersed in a resin, As below (A)
A resin black matrix comprising carbon black satisfying at least one of (D).
However, (A) PH value is 6.5 or less, (B) surface carboxyl group concentration [COOH] is 0.001 <[COOH] in terms of molar ratio per total carbon atom, (C) surface hydroxyl group concentration. [OH] is a molar ratio per total carbon atom of 0.00
1 <[OH], (D) surface sulfo group concentration [SO
3 H] is 0.001 <in molar ratio per total carbon atom
[SO 3 H], (JP-A-9-15403).
【0008】また、黒色顔料としてカーボンブラックを
含有するブラックマトリックスにおいて、該カーボンブ
ラックの平均粒子径が40〜300nmであることを特徴
とするカラーフィルター用ブラックマトリックス(特開
平9−15419 号公報)、黒色顔料としてカーボンブラッ
クを含有するブラックマトリックスにおいて、該カーボ
ンブラックは、950℃における揮発分中のCO及びC
O2 から算出した全酸素量が、カーボンブラックの表面
積100m2当たり7mg以上であることを特徴とするカラ
ーフィルター用ブラックマトリックス(特開平9−2265
3 号公報)、平均粒径50〜200nm、DBP吸油量1
0〜40ml/100g の範囲にあるカーボンブラックを含有
することを特徴とするブラックマトリックス用カラーフ
ィルターレジスト(特開平9−80220 号公報)、平均一
次粒子径35〜150nm、凝集体径60〜300nm、ジ
ブチルフタレート吸油量30〜90ml/100g のカーボン
ブラックを樹脂で被覆してなることを特徴とする黒色レ
ジストパターン形成用カーボンブラック(特開平11−80
583 号公報)、なども提案されている。Further, in a black matrix containing carbon black as a black pigment, the average particle size of the carbon black is 40 to 300 nm, and a black matrix for a color filter (JP-A-9-15419), In a black matrix containing carbon black as a black pigment, the carbon black contains CO and C in the volatile matter at 950 ° C.
A black matrix for a color filter, characterized in that the total oxygen amount calculated from O 2 is 7 mg or more per 100 m 2 of surface area of carbon black (JP-A-9-2265).
No. 3), average particle size 50-200 nm, DBP oil absorption 1
Color filter resist for black matrix, characterized by containing carbon black in the range of 0 to 40 ml / 100 g (JP-A-9-80220), average primary particle diameter 35 to 150 nm, aggregate diameter 60 to 300 nm, Carbon black for forming a black resist pattern, characterized in that carbon black having a dibutyl phthalate oil absorption of 30 to 90 ml / 100 g is coated with a resin (JP-A-11-80).
No. 583), etc. have also been proposed.
【0009】更に、全酸素量が15mg/g以上、全酸素量
/比表面積が0.10mg/m2 以上であるカーボンブラッ
クを樹脂で被覆処理してなる絶縁性ブラックマトリック
ス用カーボンブラック(特開平9−95625 号公報)や表
面のカルボキシル基濃度〔COOH〕、表面の水酸基濃
度〔OH〕、表面のスルホン酸基濃度〔SO3 H〕の少
なくとも1つが、全炭素原子あたりのモル比で、0.0
05より大きいカーボンブラックを遮光剤として含む樹
脂からなるブラックマトリックスであって、比抵抗率
が、7×104 Ω・cm以上であることを特徴とする樹脂
ブラックマトリックス(特開平9−265006号公報)など
が提案されている。Further, carbon black for an insulating black matrix obtained by coating a carbon black having a total oxygen content of 15 mg / g or more and a total oxygen content / specific surface area of 0.10 mg / m 2 or more (Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10 (1999) -96). 9-95625), at least one of the surface carboxyl group concentration [COOH], the surface hydroxyl group concentration [OH], and the surface sulfonic acid group concentration [SO 3 H] is 0 in terms of molar ratio per total carbon atom. .0
A resin black matrix comprising a resin containing a carbon black larger than 05 as a light-shielding agent and having a specific resistance of 7 × 10 4 Ω · cm or more (Japanese Patent Laid-Open No. 9-265006). ) Etc. have been proposed.
【0010】一般に、ブラックマトリックスには黒色度
および遮光性が高く、遮光層の膜厚が薄くても高い遮光
率を有し、また遮光層の表面が平滑で、遮光層の導電性
が小さいこと、などが必要とされている。そこで、本発
明者はこれらのブラックマトリックスに要求される諸性
能の向上について別異の観点から研究を行い、カーボン
ブラック粒子表面にビニルポリマーを化学結合させるこ
とにより、導電性を著しく低位にするとともにブラック
マトリックス形成用樹脂液中への分散性も向上できるこ
とを見出した。Generally, the black matrix has a high degree of blackness and a light-shielding property, has a high light-shielding rate even when the film thickness of the light-shielding layer is thin, the surface of the light-shielding layer is smooth, and the conductivity of the light-shielding layer is small. , Etc. are needed. Therefore, the present inventor conducted research from a different point of view on the improvement of various performances required for these black matrices, and by chemically bonding a vinyl polymer to the surface of carbon black particles, the conductivity was remarkably lowered and It was found that the dispersibility in the black matrix forming resin liquid can also be improved.
【0011】この知見を基に、本発明者は窒素吸着比表
面積(N2SA)50m2/g以上、DBP吸収量140cm3/100g
以下のカーボンブラックを湿式酸化して、X線光電子分
光法により測定した全炭素原子当たりの全酸素原子の原
子比(酸素結合エネルギーの強度/炭素結合エネルギー
の強度)の値が0.1以上に酸化処理されたカーボンブ
ラック表面の官能基を基幹として、ビニルモノマーを反
応させてカチオン重合によりビニルポリマーが化学結合
されてなることを特徴とするブラックマトリックス用カ
ーボンブラック顔料(特願2000−257473号)を開発、提
案した。[0011] Based on this finding, the present inventor has a nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) 50m 2 / g or more, DBP absorption amount 140cm 3/100 g
The following carbon black was wet-oxidized to have an atomic ratio of all oxygen atoms per total carbon atom (intensity of oxygen bond energy / intensity of carbon bond energy) measured by X-ray photoelectron spectroscopy of 0.1 or more. A carbon black pigment for a black matrix, characterized in that the vinyl polymer is chemically bonded by cationic polymerization by reacting a vinyl monomer with a functional group on the surface of the oxidized carbon black as a backbone (Japanese Patent Application No. 2000-257473). Developed and proposed.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】本発明者は引き続き研
究を行う過程で、カーボンブラック表面に酸化生成した
官能基をアゾ基に変換して基幹とし、ビニルモノマーを
グラフト重合して化学結合させると、樹脂液中への分散
性が優れるとともに導電性を著しく低位にできることを
確認した。すなわち、本発明はブラックマトリックス用
の顔料として、高度の遮光性および黒色度を有し、導電
性が極めて低いブラックマトリックス形成に好適なカー
ボンブラックとその製造方法の提供を目的として開発さ
れたものである。In the course of conducting subsequent research, the present inventor converts a functional group oxidized and formed on the surface of carbon black into an azo group to form a backbone, and graft-polymerizes a vinyl monomer to chemically bond the same. It was confirmed that the dispersibility in the resin liquid is excellent and the conductivity can be remarkably lowered. That is, the present invention was developed as a pigment for a black matrix with the purpose of providing a carbon black suitable for forming a black matrix having a high light-shielding property and blackness and having an extremely low conductivity, and a method for producing the same. is there.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるブラックマトリックス用カーボンブラ
ックは、窒素吸着比表面積(N2SA)50m2/g以上、DBP
吸収量140cm3/100g以下のカーボンブラックを酸化処
理して、X線光電子分光法により測定した全炭素原子当
たりの全酸素原子の原子比(酸素結合エネルギーの強度
/炭素結合エネルギーの強度)の値を0.1以上に酸化
処理したカーボンブラック表面の官能基をアゾ基に変換
して基幹とし、該基幹にビニル基を含むモノマーがラジ
カルグラフト重合して生成したビニルポリマーが化学結
合されてなることを構成上の特徴とする。The carbon black for a black matrix according to the present invention for achieving the above object has a nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) of 50 m 2 / g or more, a DBP
The absorption 140cm 3/100 g or less of carbon black by oxidizing the value of the atomic ratio of the total oxygen atoms per total carbon atoms measured by X-ray photoelectron spectroscopy (intensity of the intensity / carbon bond energy of the oxygen binding energy) A functional group on the surface of carbon black that has been oxidized to 0.1 or more is converted to an azo group as a backbone, and a vinyl polymer produced by radical graft polymerization of a monomer containing a vinyl group is chemically bonded to the backbone. Is a structural feature.
【0014】また、その製造方法は、窒素吸着比表面積
(N2SA)50m2/g以上、DBP吸収量140cm3/100g以下
のカーボンブラックを酸化剤水溶液中に入れ、攪拌混合
したのち分離精製して、カーボンブラック表面の官能基
をX線光電子分光法により測定した全炭素原子当たりの
全酸素原子の原子比(酸素結合エネルギーの強度/炭素
結合エネルギーの強度)の値が0.1以上に酸化処理
し、該酸化カーボンブラックを溶媒中に分散させ、ジア
ゾ化剤を加えて反応後、溶媒および未反応物を除去して
官能基をアゾ基に変換し、次いでビニル基を含むモノマ
ーを添加した溶媒中に入れてラジカルグラフト重合反応
させたのち、未グラフトポリマーおよび未反応モノマー
を溶媒中に抽出除去することを構成上の特徴とする。Further, the manufacturing method is based on the nitrogen adsorption specific surface area.
(N 2 SA) 50m 2 / g or more, put less carbon black DBP absorption 140cm 3/100 g in an oxidizing agent aqueous solution, was separated and purified After stirring and mixing, X-rays light functional groups of the carbon black surface electron spectroscopy Oxidation treatment is performed so that the value of the atomic ratio of all oxygen atoms per total carbon atom (oxygen bond energy strength / carbon bond energy strength) measured by the method is 0.1 or more, and the oxidized carbon black is dispersed in a solvent. After the reaction by adding a diazotizing agent, the solvent and unreacted substances are removed to convert the functional group into an azo group, and then the monomer is added to a solvent containing a vinyl group-containing group for radical graft polymerization reaction, The structural feature is that the ungrafted polymer and the unreacted monomer are extracted and removed in a solvent.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】カーボンブラックには窒素吸着比
表面積(N2SA)が50m2/g以上、DBP吸収量が140cm
3/100g以下の特性のものが用いられる。窒素吸着比表面
積(N2SA)が50m2/g未満であると溶媒に分散させた際
に、分散液中におけるカーボンブラックの平均粒径が大
きくなるためブラックマトリックスの黒色度および遮光
力が低下することとなり、遮光層の膜厚が厚くなる。ま
たDBP吸収量が140cm3/100gを越えると樹脂と混合
した場合、粘度が増大して遮光層の平滑性が損なわれる
こととなるためである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Carbon black has a nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) of 50 m 2 / g or more and a DBP absorption amount of 140 cm.
Those with the characteristics of 3 / 100g or less are used. When the nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) is less than 50 m 2 / g, when dispersed in a solvent, the average particle size of carbon black in the dispersion becomes large, so that the blackness of the black matrix and the light-shielding power decrease. As a result, the light-shielding layer becomes thicker. Also if the DBP absorption amount is mixed with the resin exceeds 140cm 3 / 100g, is because so that the smoothness of the light-shielding layer increases viscosity is impaired.
【0016】本発明のブラックマトリックス用カーボン
ブラックは、上記の窒素吸着比表面積(N2SA)50m2/g以
上、DBP吸収量140cm3/100g以下の特性を有するカ
ーボンブラックを対象として酸化処理を行って、カーボ
ンブラック粒子表面に官能基を生成させ、生成した官能
基をアゾ基に変換して基幹とし、該基幹にビニル基を含
むモノマーをラジカルグラフト重合して生成したビニル
ポリマーが化学結合されて、表面変性したものである。The black matrix for carbon black of the present invention, the nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) 50m 2 / g or more, the oxidation treatment by setting a carbon black having a DBP absorption 140cm 3/100 g or less of properties Then, a functional group is generated on the surface of the carbon black particles, the generated functional group is converted into an azo group to form a backbone, and a vinyl polymer produced by radical graft polymerization of a monomer containing a vinyl group is chemically bonded to the backbone. Surface modified.
【0017】一般に、カーボンブラックを分散媒中に分
散させる場合、カーボンブラック表面に存在する官能基
は分散媒との濡れ性を左右する主要因となり、またカー
ボンブラック粒子相互の界面における接触電気抵抗に影
響する。すなわち、官能基はブラックマトリックス形成
用のカーボンブラック分散樹脂組成物を作製する際の分
散媒中への分散性能および形成したブラックマトリック
スの電気抵抗などを決定する要因となる。Generally, when carbon black is dispersed in a dispersion medium, the functional groups present on the surface of the carbon black are the main factors affecting the wettability with the dispersion medium, and the contact electric resistance at the interface between the carbon black particles is also increased. Affect. That is, the functional group becomes a factor that determines the dispersion performance in the dispersion medium and the electrical resistance of the formed black matrix when the carbon black dispersion resin composition for forming the black matrix is prepared.
【0018】酸化処理されたカーボンブラック粒子表面
にはカルボキシル基(−COOH)やヒドロキシル基
(−OH)などの官能基が形成される。本発明のブラッ
クマトリックス用カーボンブラックは、これらの官能基
量としてX線光電子分光法により測定した全炭素原子当
たりの全酸素原子の原子比(酸素結合エネルギーの強度
/炭素結合エネルギーの強度)の値が0.1以上になる
ように酸化処理する。Functional groups such as a carboxyl group (-COOH) and a hydroxyl group (-OH) are formed on the surface of the oxidized carbon black particles. The carbon black for a black matrix of the present invention has a value of atomic ratio of total oxygen atoms per total carbon atom (intensity of oxygen bond energy / intensity of carbon bond energy) measured by X-ray photoelectron spectroscopy as the amount of these functional groups. Is oxidized to 0.1 or more.
【0019】すなわち、XPSやESCAなどのX線光
電子分光法により測定される全炭素原子当たりの全酸素
原子の原子比(酸素結合エネルギーの強度/炭素結合エ
ネルギーの強度)の値は、カルボキシル基やヒドロキシ
ル基などの生成量に関連し、この値が0.1未満の場合
にはカルボキシル基やヒドロキシル基の生成量が少ない
ために、変換したアゾ基も少量となり、ビニル基を含む
モノマーをラジカルグラフト重合させた場合に、生成
し、化学結合したビニルポリマーが少なく、かつ不均一
化し易い。その結果、カーボンブラック自体の電気抵抗
が小さくなり、またブラックマトリックス形成用の樹脂
組成物を作製する場合に樹脂中への分散性能が低下す
る。なお、通常のファーネスブラックではこの強度比
(原子比)の値は0.003〜0.02程度であり、ま
たオゾンなどの気相酸化では強度比(原子比)の値を
0.1以上に効率よく酸化処理することが難しいため、
湿式酸化処理が好ましい。That is, the value of the atomic ratio of all oxygen atoms per total carbon atom (the strength of oxygen bond energy / the strength of carbon bond energy) measured by X-ray photoelectron spectroscopy such as XPS or ESCA is Related to the amount of hydroxyl groups produced, when this value is less than 0.1, the amount of carboxyl groups and hydroxyl groups produced is small, so the amount of converted azo groups also becomes small, and monomers containing vinyl groups are radical-grafted. When polymerized, the amount of vinyl polymer formed and chemically bonded is small, and it tends to be non-uniform. As a result, the electric resistance of the carbon black itself becomes small, and the dispersion performance in the resin is lowered when the resin composition for forming the black matrix is prepared. The value of the intensity ratio (atomic ratio) is about 0.003 to 0.02 in ordinary furnace black, and the value of the intensity ratio (atomic ratio) is 0.1 or more in vapor phase oxidation such as ozone. Because it is difficult to oxidize efficiently,
Wet oxidation treatment is preferred.
【0020】カーボンブラックの湿式酸化処理は、例え
ば、酸化剤として過硫酸塩、過硼酸塩、過炭酸塩、過リ
ン酸塩などのペルオキソ酸塩あるいはペルオキソ酸が好
適に用いられ、ペルオキソ酸塩としてはアルカリ金属塩
やアンモニウム塩などが好ましい。湿式酸化処理は、こ
れらの酸化剤水溶液中にカーボンブラックを入れて攪
拌、混合することにより行われ、酸化剤水溶液の濃度、
カーボンブラックの添加量、反応温度、反応時間などを
適宜に制御することにより、全炭素原子当たりの全酸素
原子の原子比(酸素結合エネルギーの強度/炭素結合エ
ネルギーの強度)の値が0.1以上となるように酸化処
理される。In the wet oxidation treatment of carbon black, for example, a peroxo acid salt such as persulfate, perborate, percarbonate, perphosphate or the like, or a peroxo acid is preferably used as an oxidizing agent. Is preferably an alkali metal salt or ammonium salt. The wet oxidation treatment is carried out by adding carbon black to these oxidant aqueous solutions and stirring and mixing them to obtain the concentration of the oxidant aqueous solution,
By appropriately controlling the amount of carbon black added, the reaction temperature, the reaction time, etc., the value of the atomic ratio of all oxygen atoms per total carbon atom (the strength of oxygen bond energy / the strength of carbon bond energy) is 0.1. Oxidation is performed as described above.
【0021】湿式酸化処理したカーボンブラック分散液
は電気透析あるいは分離膜(逆浸透膜、限外濾過膜、ル
ーズR.O など)によりカーボンブラックを分離、精製す
る。この場合、カーボンブラック分散液中の残塩濃度が
高いと、例えばカルボキシル基とビニルモノマーとの反
応に障害が生じることになるので、カーボンブラック分
散液中の残塩濃度は、カーボンブラック含有濃度を20
wt%として、電導度が0.2s/m 未満となるように精製
することが好ましい。次いで、真空乾燥などにより11
0℃程度に加熱して乾燥し、粉砕して酸化処理されたカ
ーボンブラックが得られる。The carbon black dispersion liquid subjected to the wet oxidation treatment is subjected to electrodialysis or a separation membrane (reverse osmosis membrane, ultrafiltration membrane, loose RO, etc.) to separate and purify carbon black. In this case, if the residual salt concentration in the carbon black dispersion is high, for example, the reaction between the carboxyl group and the vinyl monomer will be hindered. Therefore, the residual salt concentration in the carbon black dispersion should be the same as the carbon black content concentration. 20
It is preferable to purify so as to have a conductivity of less than 0.2 s / m 2 as wt%. Then, by vacuum drying or the like 11
It is heated to about 0 ° C., dried, and pulverized to obtain an oxidation-treated carbon black.
【0022】このようにして酸化処理され、カーボンブ
ラックの粒子表面に形成されたカルボキシル基やヒドロ
キシル基などの官能基を、次いで、アゾ基に変換する。
アゾ基への変換は、 2,2′- アゾビス (2-シアノ-n- プ
ロパノール)(ACP)、 4,4′-アゾビス (4-シアノバレリ
ン酸)(ACV)、あるいは 4,4′- (4-シアノバレリン塩化
物)(ACV-COCl) などに代表されるアゾビス系の薬品が用
いられるが、この限りではない。The functional groups such as carboxyl groups and hydroxyl groups formed on the surface of the carbon black particles by the oxidation treatment as described above are then converted into azo groups.
Conversion to an azo group can be accomplished by 2,2'-azobis (2-cyano-n-propanol) (ACP), 4,4'-azobis (4-cyanovaleric acid) (ACV), or 4,4 '-(4 -Azobis chemicals such as cyanovalerin chloride) (ACV-COCl) are used, but not limited to this.
【0023】本発明のブラックマトリックス用カーボン
ブラックは、このようにして酸化処理されてカーボンブ
ラックの表面に生成したカルボキシル基やヒドロキシル
基などの官能基をアゾ基に変換して基幹とし、該基幹
に、ビニル基を含むモノマーがラジカルグラフト重合に
より生成したビニルポリマーが化学結合した構造からな
るものである。この場合、モノマーがラジカルグラフト
重合した割合(グラフト化率)は10重量%以上である
ことが望ましい。グラフト化率が10重量%未満では化
学結合したビニルポリマーが少ないためにブラックマト
リックス形成用の樹脂液を作製する際に樹脂液中への分
散性の改善が充分でなく、またブラックマトリックスの
電気抵抗を低位にすることが困難となるためである。但
し、グラフト化率は、グラフト化したモノマー重量 (g)
/カーボンブラック重量 (g)×100から算出される値
である。The carbon black for a black matrix of the present invention is converted to a azo group by converting functional groups such as carboxyl groups and hydroxyl groups produced on the surface of the carbon black by the oxidization treatment as described above into a skeleton, The vinyl group-containing monomer has a structure in which a vinyl polymer produced by radical graft polymerization is chemically bonded. In this case, it is desirable that the rate of radical graft polymerization of the monomer (grafting rate) is 10% by weight or more. When the grafting ratio is less than 10% by weight, the amount of vinyl polymer chemically bonded is small, so that the dispersibility in the resin liquid for forming the black matrix is not sufficiently improved, and the electrical resistance of the black matrix is insufficient. This is because it becomes difficult to lower the level. However, the grafting ratio is the weight of the grafted monomer (g)
/ It is a value calculated from carbon black weight (g) x 100.
【0024】ビニルモノマーとしては、N-ビニル-2- ピ
ロリドン(ピロリジノン)、N-ビニルアセトアミド、N-
ビニルホルムアミド、α- メチルスチレン、N-ビニルカ
ルバゾール、イソブチルビニルエーテル、N-ブチルビニ
ルエーテル、エチルビニルエーテル、4-ビニルピリジ
ン、メタクリル酸メチル、グリシジルメタクリレート、
アクリル酸メチル、アクリロニトリルなどが用いられ、
ビニル基を含むモノマーを添加した所定の溶媒中にカー
ボンブラックを入れ、所定の温度下に所定時間、攪拌、
反応させて、例えば下記 (1)式に示す反応式にしたがっ
てラジカルグラフト重合によりビニルポリマーが化学結
合される。なお、未グラフトポリマー(ホモポリマー)
および未反応モノマーはメタノールやエタノールなどの
溶媒中に抽出除去する。Vinyl monomers include N-vinyl-2-pyrrolidone (pyrrolidinone), N-vinylacetamide and N-
Vinyl formamide, α-methyl styrene, N-vinyl carbazole, isobutyl vinyl ether, N-butyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, 4-vinyl pyridine, methyl methacrylate, glycidyl methacrylate,
Methyl acrylate, acrylonitrile, etc. are used,
Put carbon black in a predetermined solvent containing a vinyl group-containing monomer, stir at a predetermined temperature for a predetermined time,
After the reaction, the vinyl polymer is chemically bonded by radical graft polymerization according to the reaction formula shown in the following formula (1). In addition, ungrafted polymer (homopolymer)
And unreacted monomer is extracted and removed in a solvent such as methanol or ethanol.
【0025】[0025]
【化1】 [Chemical 1]
【0026】このカーボンブラックを溶媒および樹脂中
に混合してブラックマトリックス形成用の樹脂組成物を
作製し、樹脂組成物を基板に塗布しフォトレジスト法に
より形成する方法、樹脂組成物を透明基板に印刷する方
法あるいはスピンコートにより透明基板に塗布する方法
などによりブラックマトリックスが形成される。This carbon black is mixed with a solvent and a resin to prepare a resin composition for forming a black matrix, and the resin composition is applied to a substrate and formed by a photoresist method. The resin composition is applied to a transparent substrate. The black matrix is formed by a printing method, a spin coating method, or the like, which is applied to a transparent substrate.
【0027】溶媒としては、例えば、水、メタノール、
エタノール、N-メチル-2- ピロリドン、 N,N′- ジメチ
ルホルムアミド、 N,N′- ジメチルアセトアミド、 N,
N′-ジメチルスルホオキシド、シクロヘキサノン、テト
ラヒドロフラン、乳酸エチル、ピリジン、メチルイソブ
チルケトン、メチルエチルケトン、キシレン、トルエ
ン、ベンゼンなど樹脂の溶解性やカーボンブラックの分
散性に支障を来さない限り、種々の溶媒を使用すること
ができる。As the solvent, for example, water, methanol,
Ethanol, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N'-dimethylformamide, N, N'-dimethylacetamide, N,
Various solvents such as N'-dimethyl sulfoxide, cyclohexanone, tetrahydrofuran, ethyl lactate, pyridine, methyl isobutyl ketone, methyl ethyl ketone, xylene, toluene, and benzene can be used as long as they do not affect the solubility of the resin and the dispersibility of carbon black. Can be used.
【0028】また樹脂としては、例えば、フェノール樹
脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、ジアリルフタレート
樹脂、グリプタル樹脂、エポキシ樹脂、アルキルベンゼ
ン樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル酸樹脂、メタクリル
酸樹脂、ポリビニルアルコール、ポリエステル樹脂、な
ど耐熱性、流動性、カーボンブラックの分散性に支障を
来さない限り、各種の樹脂が用いられる。As the resin, for example, phenol resin, melamine resin, xylene resin, diallyl phthalate resin, glyptal resin, epoxy resin, alkylbenzene resin, polyimide resin, acrylic acid resin, methacrylic acid resin, polyvinyl alcohol, polyester resin, etc. Various resins are used as long as they do not affect heat resistance, fluidity and dispersibility of carbon black.
【0029】ブラックマトリックス形成用の樹脂組成物
は、カーボンブラックと溶媒および樹脂とを、カーボン
ブラック2〜20重量%、溶媒60〜96重量%、樹脂
2〜20重量%の割合で混合することにより調製され
る。このような量比に調整するのはカーボンブラックが
2重量%未満であると遮光性が低く、20重量%を越え
ると膜厚が厚くなり、溶媒が60重量%未満であると流
動性が低下し、96重量%を越えると遮光性が低下し、
また、樹脂分が2重量%未満であると膜強度が低下し、
20重量%を越えると粘度が増大して膜厚の制御が困難
となる、などの傾向があるためである。The resin composition for forming the black matrix is prepared by mixing carbon black, a solvent and a resin in a proportion of 2 to 20% by weight of carbon black, 60 to 96% by weight of solvent and 2 to 20% by weight of resin. Is prepared. When the amount of carbon black is less than 2% by weight, the light-shielding property is low. When the amount of carbon black is more than 20% by weight, the film thickness becomes thick, and when the amount of solvent is less than 60% by weight, the fluidity is lowered. However, when it exceeds 96% by weight, the light-shielding property is deteriorated,
If the resin content is less than 2% by weight, the film strength will decrease,
This is because if it exceeds 20% by weight, the viscosity tends to increase, making it difficult to control the film thickness.
【0030】以下、本発明の実施例を比較例と対比して
具体的に説明する。Hereinafter, examples of the present invention will be specifically described in comparison with comparative examples.
【0031】実施例1〜3
(1) 酸化処理;窒素吸着比表面積(N2SA)およびDBP吸
収量が異なるカーボンブラックを用いて、カーボンブラ
ック100g を濃度1.0mol/dm3 の過硫酸ナトリウム
水溶液3dm3 に添加し、反応温度60℃、反応時間10
時間、毎分500回転の攪拌速度で処理した。この酸化
反応液から限外濾過膜(旭化成製、AHP-1010、分画分子
量 50000)により反応液中に残存する塩を分離したの
ち、濃縮精製した。次いで真空乾燥機により110℃で
乾燥し、ミキサーで粉砕してカーボンブラック試料85
g を得た。Examples 1 to 3 (1) Oxidation treatment: Using carbon black having different nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) and DBP absorption amount, 100 g of carbon black was added with sodium persulfate having a concentration of 1.0 mol / dm 3. Add to 3 dm 3 of aqueous solution, reaction temperature 60 ℃, reaction time 10
The treatment was carried out at a stirring speed of 500 rpm for an hour. The salt remaining in the reaction solution was separated from this oxidation reaction solution by an ultrafiltration membrane (AHP-1010, manufactured by Asahi Kasei, molecular weight cutoff: 50,000), and then concentrated and purified. Then, it is dried at 110 ° C. in a vacuum dryer and pulverized with a mixer to obtain a carbon black sample 85.
got g.
【0032】これらの酸化処理したカーボンブラック試
料について、Surface Science Ins-truments社製 S-Pro
be ESCA 2803型を用いて酸素結合エネルギーの強度およ
び炭素結合エネルギーの強度を測定し、全炭素原子当た
りの全酸素原子の原子比を求めた。For these oxidized carbon black samples, S-Pro manufactured by Surface Science Ins-truments
The intensity of oxygen binding energy and the intensity of carbon binding energy were measured using be ESCA 2803 type, and the atomic ratio of all oxygen atoms per total carbon atom was determined.
【0033】(2) アゾ基に変換処理;2000cm3 のセ
パラブルフラスコに、溶媒としてジメチルスルホキシド
(DMSO)500cm3 、トリレンジイソシアネート(TDI)
5.0cm3 、および少量のα−ピコリンを加え、この溶
液中にカーボンブラック試料30g を入れ、窒素雰囲気
中、毎分300回転の攪拌速度で攪拌しながら、60℃
の温度で4時間反応させた。反応後、室温まで冷却し、
4,4′- アゾビス (4-シアノバレリン酸ACV)20g を加
え、窒素雰囲気中、30℃で8時間反応させた。反応
後、未反応のACV や溶媒を除去するため大量のメタノー
ル中に反応スラリーを入れ、デカンテーションおよび遠
心分離によりカーボンブラックを沈殿させた。沈殿した
カーボンブラックは30℃で真空乾燥して、表面官能基
をアゾ基に変換したカーボンブラック試料を作製し、冷
暗所に保存した。(2) Azo group conversion treatment; 2000 cm 3 separable flask was charged with dimethyl sulfoxide as a solvent.
(DMSO) 500 cm 3 , Tolylene diisocyanate (TDI)
5.0 cm 3 and a small amount of α-picoline were added, 30 g of carbon black sample was put in this solution, and the mixture was stirred at a stirring speed of 300 rpm in a nitrogen atmosphere at 60 ° C.
It was made to react at the temperature of 4 hours. After the reaction, cool to room temperature,
20 g of 4,4′-azobis (4-cyanovaleric acid ACV) was added, and the reaction was carried out at 30 ° C. for 8 hours in a nitrogen atmosphere. After the reaction, the reaction slurry was put into a large amount of methanol to remove unreacted ACV and solvent, and carbon black was precipitated by decantation and centrifugation. The precipitated carbon black was vacuum dried at 30 ° C. to prepare a carbon black sample in which the surface functional group was converted into an azo group, and the sample was stored in a cool dark place.
【0034】(3) ラジカルグラフト重合;次に、200
0cm3 のセパラブルフラスコに、これらのカーボンブラ
ック試料25g およびビニル基を含むモノマーとしてメ
タクリル酸モノマー500cm3 を入れ、窒素雰囲気中、
毎分300回転の攪拌速度で攪拌しながら70℃の温度
で8時間反応させた。反応後、生成物を大量のメタノー
ル中に入れ、カーボンブラックを含むポリマーを沈殿さ
せた。沈殿したカーボンブラックを40℃で真空乾燥し
て、カーボンブラック表面に、ラジカルグラフト重合に
より生成したビニルポリマーが化学結合した、本発明の
ブラックマトリックス用カーボンブラック試料を作製し
た。(3) Radical graft polymerization; Next, 200
In a 0 cm 3 separable flask, 25 g of these carbon black samples and 500 cm 3 of a methacrylic acid monomer as a monomer containing a vinyl group were placed, and the mixture was placed in a nitrogen atmosphere.
The reaction was carried out at a temperature of 70 ° C. for 8 hours while stirring at a stirring speed of 300 rpm. After the reaction, the product was put in a large amount of methanol to precipitate a polymer containing carbon black. The precipitated carbon black was vacuum dried at 40 ° C. to prepare a carbon black sample for black matrix of the present invention in which a vinyl polymer produced by radical graft polymerization was chemically bonded to the surface of the carbon black.
【0035】比較例1〜3
上記実施例1〜3において、(3) ラジカルグラフト重合
反応を行わない他は、実施例1〜3と同一のカーボンブ
ラックを用い、同一の条件で(1) 酸化処理および(2) ア
ゾ基に変換処理を施してカーボンブラック試料を作製し
た。Comparative Examples 1 to 3 In the above Examples 1 to 3, the same carbon black as in Examples 1 to 3 was used, except that (3) the radical graft polymerization reaction was not carried out. A carbon black sample was prepared by treating and (2) converting the azo group.
【0036】比較例4〜6
窒素吸着比表面積(N2SA)、DBP吸収量が本発明の要件
を外れるカーボンブラックを用いた他は、実施例1〜3
と同一の条件で(1) 酸化処理、(2) アゾ基に変換処理、
(3) ラジカルグラフト重合反応を施してカーボンブラッ
ク試料を作製した。Comparative Examples 4 to 6 Examples 1 to 3 except that carbon black whose nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) and DBP absorption amount are outside the requirements of the present invention was used.
Under the same conditions as (1) Oxidation treatment, (2) Azo group conversion treatment,
(3) A carbon black sample was prepared by performing a radical graft polymerization reaction.
【0037】比較例7〜9
上記実施例1〜3において、(1) 酸化処理を下記の方法
によりオゾン酸化を行って、全酸素原子/全炭素原子の
原子比の値を0.1未満に酸化した他は、実施例1〜3
と同一のカーボンブラックを用い、同一の条件で(2) ア
ゾ基に変換処理、(3) ラジカルグラフト重合反応を施し
てカーボンブラック試料を作製した。オゾン酸化処理;
カーボンブラック150g をオゾン処理器中に入れて、
オゾン発生機(日本オゾン社 (株) 製 IOT-4A6)によ
り、発生電圧200V、オゾン発生量5mg/sの条件で5
時間保持する。Comparative Examples 7 to 9 In the above Examples 1 to 3, (1) Oxidation was carried out by the following method to reduce the atomic ratio of total oxygen atoms / total carbon atoms to less than 0.1. Examples 1-3 except oxidation
Using the same carbon black as above, under the same conditions, (2) azo group conversion treatment and (3) radical graft polymerization reaction were performed to prepare a carbon black sample. Ozone oxidation treatment;
Put 150g of carbon black in the ozonator,
5 with an ozone generator (IOT-4A6 manufactured by Nippon Ozone Co., Ltd.) under conditions of a generation voltage of 200 V and an ozone generation amount of 5 mg / s.
Hold for time.
【0038】これらのカーボンブラック試料について、
カーボンブラックの特性、酸化処理後の全炭素原子当た
りの全酸素原子の原子比、および下記の方法によりグラ
フト化率を測定して、その結果を表1に示した。なお、
比較例7〜9は酸化処理が充分でなく、グラフト化率が
低く、またカーボンブラックの粉体抵抗も小さい例であ
る。グラフト化率の測定;カーボンブラック試料をシク
ロヘキサノンに分散させ、1×104rpmで遠心分離を行
ってカーボンブラックを完全に沈降させる。沈降したカ
ーボンブラックを円筒ろ紙へ移し、ソックスレー抽出を
行って残存する非グラフトポリマーを完全に除去し、次
式よりグラフト化率(重量%)を算出した。
グラフト化したモノマー重量 (g)/カーボンブラック重
量 (g)×100For these carbon black samples,
The characteristics of carbon black, the atomic ratio of all oxygen atoms per total carbon atom after the oxidation treatment, and the grafting ratio were measured by the following methods, and the results are shown in Table 1. In addition,
Comparative Examples 7 to 9 are examples in which the oxidation treatment is insufficient, the grafting ratio is low, and the carbon black powder resistance is small. Measurement of grafting ratio: A carbon black sample is dispersed in cyclohexanone and centrifuged at 1 × 10 4 rpm to completely settle the carbon black. The precipitated carbon black was transferred to a cylindrical filter paper, subjected to Soxhlet extraction to completely remove the remaining non-grafted polymer, and the grafting ratio (% by weight) was calculated from the following formula. Grafted monomer weight (g) / carbon black weight (g) x 100
【0039】[0039]
【表1】 注 *1 JIS K1469 により測定[Table 1] Note * 1 Measured according to JIS K1469
【0040】〔樹脂組成物の調製〕カーボンブラック1
0g 、シクロヘキサノン70g 、メタクリル酸樹脂20
gを軽く混合した後、ホモジナイザーによりカーボンブ
ラックを微分散させてブラックマトリックス形成用の樹
脂組成物を調製した。この樹脂組成物の粘度、表面張力
および樹脂組成物中のカーボンブラックの粒径を下記の
方法により測定し、その結果を表2に示した。[Preparation of Resin Composition] Carbon Black 1
0 g, cyclohexanone 70 g, methacrylic acid resin 20
After lightly mixing g, carbon black was finely dispersed by a homogenizer to prepare a resin composition for forming a black matrix. The viscosity, surface tension and particle size of carbon black in the resin composition were measured by the following methods, and the results are shown in Table 2.
【0041】粘度;回転振動式粘度計(山一電機株式会
社製、VM-100A-L )を用いて、温度25℃における粘度
を測定した。
表面張力;協和界面科学社製表面張力測定装置を用いて
測定した。
粒径;ヘテロダインレーザドップラー方式粒度分布測定
装置(マイクロトラック社製UPA model 9340)を用いて
測定した。なお、樹脂組成物中の粒度分布の累積度数分
布曲線から、50%累積度数の値を平均粒径、99%累
積度数の値を最大粒径とした。Viscosity: The viscosity at a temperature of 25 ° C. was measured using a rotational vibration type viscometer (VM-100A-L manufactured by Yamaichi Denki Co., Ltd.). Surface tension: Measured using a surface tension measuring device manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd. Particle size: Measured using a heterodyne laser Doppler type particle size distribution measuring device (UPA model 9340 manufactured by Microtrac). From the cumulative frequency distribution curve of the particle size distribution in the resin composition, the value of 50% cumulative frequency was taken as the average particle size, and the value of 99% cumulative frequency was taken as the maximum particle size.
【0042】表2から、比較例1〜3、比較例7〜9の
樹脂組成物は粘度が高く、また樹脂組成物中のカーボン
ブラックの粒子凝集体も大きいことが認められる。It can be seen from Table 2 that the resin compositions of Comparative Examples 1 to 3 and Comparative Examples 7 to 9 have high viscosities and the carbon black particle aggregates in the resin compositions are also large.
【0043】[0043]
【表2】 [Table 2]
【0044】〔ブラックマトリックスの形成〕調製した
樹脂組成物をトリクロロエチレンにて洗浄した透明ガラ
ス板上にスピンコーターを用いて回転数16.7/s で
塗布し、常温で30分間保持した後、120〜250℃
のホットプレート上で120秒間処理した。次いで、5
00W超高圧水銀灯を用い、ブラックマトリックスパタ
ーンの描かれたフォトマスクを通して100mJ/cm2のエ
ネルギーを塗膜上から照射した。その後、0.05%炭
酸ナトリウム、0.4%エマルゲンA−60(花王製)
からなる現像液(25℃)を用いて、流量8.33cm3/s
、吐出圧0.098MPaでシャワー洗浄を60秒間
行った。水洗後、表面温度250℃のホットプレート上
でポストベークしてブラックマトリックスを形成した。[Formation of Black Matrix] The prepared resin composition was applied onto a transparent glass plate washed with trichloroethylene at a rotation speed of 16.7 / s by using a spin coater and kept at room temperature for 30 minutes, and then 120 ~ 250 ° C
On a hot plate for 120 seconds. Then 5
The coating film was irradiated with energy of 100 mJ / cm 2 through a photomask on which a black matrix pattern was drawn using a 00 W ultra-high pressure mercury lamp. After that, 0.05% sodium carbonate, 0.4% Emulgen A-60 (manufactured by Kao)
Flow rate of 8.33 cm 3 / s using the developing solution (25 ℃)
The shower cleaning was performed for 60 seconds at a discharge pressure of 0.098 MPa. After washing with water, post-baking was performed on a hot plate having a surface temperature of 250 ° C. to form a black matrix.
【0045】このようにして形成したブラックマトリッ
クスについて下記の方法により測定評価を行い、その結
果を表3に示した。
光学的濃度(OD値);マクベス濃度計(コルモーゲン
社製、RD-927)を用いて測定し、膜厚1μm 当たりの光
学濃度を求めた。
膜厚;膜断面をSEM(電子顕微鏡、日立製作所製 S-2
100B)により観察して、膜厚を測定した。
表面粗さ;SPM(走査型プローブ顕微鏡、AFM モード
SII社製 SPI-3100 )にて表面を観察し、表面の粗さを
測定した。
体積固有抵抗;ガラス板をクロム蒸着基板に変更した以
外は、ブラックマトリックスと同じ方法で塗膜を形成
し、硬化した塗膜上に面積0.28cm2(S)の円形電極を
銀ペーストにより形成し、この電極と対向電極であるク
ロム蒸着面との間に一定電圧発生装置(ケンウッド社製
PA36-2A レギュレーテッド DC パワーサプライ)を用
いて一定の電圧(100V)を印加し、膜に流れる電流(I) を
電流計(アドバンテスト社製 R644C デジタルマルチメ
ーター)にて測定した。次に、黒色膜の膜厚(d) cmを測
定し、下記式から体積固有抵抗Rを求めて、その対数値
(log10R)を算出した。
R(Ω・cm)=(V・S)/(I・d)
鉛筆硬度;JIS K5400「鉛筆ひっかき試験」に
より測定した。The black matrix thus formed was measured and evaluated by the following methods, and the results are shown in Table 3. Optical density (OD value): It was measured using a Macbeth densitometer (RD-927, manufactured by Kolmogen), and the optical density per 1 μm of film thickness was determined. Film thickness; SEM (electron microscope, Hitachi S-2
100B) and the film thickness was measured. Surface roughness: SPM (scanning probe microscope, AFM mode)
The surface was observed by SII SPI-3100) to measure the surface roughness. Volume resistivity: A coating film was formed in the same manner as the black matrix except that the glass plate was changed to a chromium vapor deposition substrate, and a circular electrode having an area of 0.28 cm 2 (S) was formed on the cured coating film by silver paste. A constant voltage generator (made by Kenwood) between this electrode and the chromium vapor deposition surface which is the counter electrode.
A constant voltage (100 V) was applied using a PA36-2A regulated DC power supply, and the current (I) flowing through the membrane was measured with an ammeter (R644C digital multimeter manufactured by Advantest). Next, the film thickness (d) cm of the black film was measured, the volume resistivity R was calculated from the following formula, and the logarithmic value (log 10 R) was calculated. R (Ω · cm) = (V · S) / (I · d) Pencil hardness: Measured by JIS K5400 “pencil scratch test”.
【0046】[0046]
【表3】 [Table 3]
【0047】表1〜3の結果から、本発明のカーボンブ
ラックを用いて形成した実施例1〜3のブラックマトリ
ックスは、光学的濃度、膜厚、表面粗さ、体積固有抵
抗、鉛筆硬度などがいずれも良好なレベルにあることが
認められる。一方、カーボンブラック表面官能基にビニ
ルポリマーが化学結合していないカーボンブラックを用
いて形成した比較例1〜3のブラックマトリックスで
は、カーボンブラックの樹脂中への分散性能が低く、ま
た樹脂組成物中のカーボンブラックの粒子凝集体が大き
いため、樹脂組成物の粘度が高く、均一で薄い膜形成が
困難となり、膜厚が厚く、膜厚1μm 当たりの光学的濃
度および体積固有抵抗が低く、また膜面の表面粗さも大
きくなることが判る。From the results shown in Tables 1 to 3, the black matrices of Examples 1 to 3 formed using the carbon black of the present invention have optical density, film thickness, surface roughness, volume resistivity, pencil hardness, etc. It is recognized that all are at a good level. On the other hand, in the black matrices of Comparative Examples 1 to 3 formed by using carbon black in which vinyl polymer is not chemically bonded to the carbon black surface functional group, the dispersion performance of the carbon black in the resin is low, and in the resin composition Since the carbon black particle agglomerates are large, the viscosity of the resin composition is high, making it difficult to form a uniform and thin film. The film thickness is large, and the optical density and volume resistivity per 1 μm of film thickness are low. It can be seen that the surface roughness of the surface also increases.
【0048】カーボンブラック特性が本発明の要件を外
れるカーボンブラックを用いて形成した比較例4〜6の
ブラックマトリックスでは、実施例1〜3のブラックマ
トリックスに比べ光学的濃度や表面平滑性が低位にある
ことが判る。また、酸化処理による全酸素原子と全炭素
原子の原子比の値が0.1未満のカーボンブラックを用
いた比較例7〜9のブラックマトリックスは、光学的濃
度、膜厚、表面粗さ、体積固有抵抗、鉛筆硬度のいずれ
も実施例1〜3のブラックマトリックスに比べ著しく劣
ることが認められる。In the black matrices of Comparative Examples 4 to 6 formed by using carbon black whose carbon black characteristics are out of the requirements of the present invention, the optical density and surface smoothness are lower than those of the black matrices of Examples 1 to 3. I know there is. Further, the black matrixes of Comparative Examples 7 to 9 using carbon black having an atomic ratio of total oxygen atoms and total carbon atoms of less than 0.1 by oxidation treatment have optical density, film thickness, surface roughness, and volume. It is recognized that both the specific resistance and the pencil hardness are significantly inferior to those of the black matrices of Examples 1 to 3.
【0049】[0049]
【発明の効果】以上のとおり、本発明のブラックマトリ
ックス用カーボンブラックは、窒素吸着比表面積(N2SA)
およびDBP吸収量が特定範囲にあるカーボンブラック
を酸化処理して、生成した表面官能基をアゾ基に変換
し、該アゾ基にビニル基を含むモノマーがラジカルグラ
フト重合して生成したビニルポリマーが化学結合して表
面変性した点に特徴があり、このカーボンブラックを遮
光剤として形成したブラックマトリックスによれば、遮
光層の膜厚が薄くても高い遮光率を示し、また遮光層の
表面が平滑で、遮光層の導電性も小さく、優れた遮光性
能を付与することが可能となる。 また、本発明の製造
方法によれば、これらのブラックマトリックス用カーボ
ンブラックを容易に製造することが可能である。As described above, the carbon black for a black matrix of the present invention has a nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA)
And a carbon polymer having a DBP absorption amount within a specific range is oxidized to convert the generated surface functional group into an azo group, and a vinyl polymer produced by radical graft polymerization of a monomer containing a vinyl group on the azo group is chemically produced. The black matrix formed by using carbon black as a light-shielding agent shows a high light-shielding rate even when the thickness of the light-shielding layer is small, and the surface of the light-shielding layer is smooth. The conductivity of the light-shielding layer is also small, and it becomes possible to impart excellent light-shielding performance. Further, according to the production method of the present invention, it is possible to easily produce these carbon blacks for the black matrix.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02B 5/20 101 G02B 5/20 101 4J100 G03F 7/004 505 G03F 7/004 505 5C094 G09F 9/30 349 G09F 9/30 349C Fターム(参考) 2H025 AA19 AA20 AB13 AB14 AB17 CC12 2H042 AA09 AA15 AA26 2H048 BA11 BA47 BB42 4J026 AC00 BA05 BA16 BA27 BA30 BA31 BA40 CA03 CA04 DB03 DB09 4J037 AA02 CB18 CC18 DD07 DD13 DD17 DD20 DD30 EE02 EE19 EE28 EE33 EE43 FF02 FF05 FF11 FF15 4J100 GB01 GC01 GC07 JA43 5C094 AA43 BA43 CA19 CA24 ED15 FB15 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) G02B 5/20 101 G02B 5/20 101 4J100 G03F 7/004 505 G03F 7/004 505 5C094 G09F 9/30 349 G09F 9/30 349C F term (reference) 2H025 AA19 AA20 AB13 AB14 AB17 CC12 2H042 AA09 AA15 AA26 2H048 BA11 BA47 BB42 4J026 AC00 BA05 BA16 BA27 BA30 BA31 DD40EE03 DD20EE17 DD201718 DD02DD1718A02 DD1818 DD02DD1718A02 DD1818 EE43 FF02 FF05 FF11 FF15 4J100 GB01 GC01 GC07 JA43 5C094 AA43 BA43 CA19 CA24 ED15 FB15
Claims (3)
DBP吸収量140cm3/100g以下のカーボンブラックを
酸化処理して、X線光電子分光法により測定した全炭素
原子当たりの全酸素原子の原子比(酸素結合エネルギー
の強度/炭素結合エネルギーの強度)の値を0.1以上
に酸化処理したカーボンブラック表面の官能基をアゾ基
に変換して基幹とし、該基幹にビニル基を含むモノマー
がラジカルグラフト重合して生成したビニルポリマーが
化学結合されてなることを特徴とするブラックマトリッ
クス用カーボンブラック。1. A nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) of 50 m 2 / g or more,
By oxidizing a DBP absorption 140cm 3/100 g or less of carbon black, the atomic ratio of the total oxygen atoms per total carbon atoms measured by X-ray photoelectron spectroscopy (intensity of the intensity / carbon bond energy of the oxygen binding energy) A functional group on the surface of carbon black that has been oxidized to a value of 0.1 or more is converted into an azo group to form a backbone, and a vinyl polymer produced by radical graft polymerization of a monomer containing a vinyl group is chemically bonded to the backbone. Carbon black for black matrix, which is characterized.
量%以上である請求項1記載のブラックマトリックス用
カーボンブラック。 グラフト化したモノマー重量 (g)/カーボンブラック重
量 (g)×1002. The carbon black for a black matrix according to claim 1, wherein the grafting ratio calculated by the following formula is 10% by weight or more. Grafted monomer weight (g) / carbon black weight (g) x 100
DBP吸収量140cm3/100g以下のカーボンブラックを
酸化剤水溶液中に入れ、攪拌混合したのち分離精製し
て、カーボンブラック表面の官能基をX線光電子分光法
により測定した全炭素原子当たりの全酸素原子の原子比
(酸素結合エネルギーの強度/炭素結合エネルギーの強
度)の値が0.1以上に酸化処理し、該酸化カーボンブ
ラックを溶媒中に分散させ、ジアゾ化剤を加えて反応
後、溶媒および未反応物を除去して官能基をアゾ基に変
換し、次いでビニル基を含むモノマーを添加した溶媒中
に入れてラジカルグラフト重合反応させたのち、未グラ
フトポリマーおよび未反応モノマーを溶媒中に抽出除去
することを特徴とする、請求項1記載のブラックマトリ
ックス用カーボンブラックの製造方法。3. A nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) of 50 m 2 / g or more,
The DBP absorption 140cm 3/100 g or less of carbon black was placed in an oxidizing agent aqueous solution, was separated and purified After stirring and mixing, the total oxygen per total carbon atoms of the measurement of the functional groups of the carbon black surface by X-ray photoelectron spectroscopy The atomic ratio of atoms (strength of oxygen bond energy / strength of carbon bond energy) is oxidized to a value of 0.1 or more, the oxidized carbon black is dispersed in a solvent, a diazotizing agent is added, and the reaction is conducted. After removing the unreacted material and converting the functional group into an azo group, and then introducing the monomer into the solvent containing a vinyl group for radical graft polymerization reaction, the ungrafted polymer and the unreacted monomer are added to the solvent. The method for producing carbon black for a black matrix according to claim 1, wherein the carbon black is extracted and removed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001227404A JP4780491B2 (en) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | Carbon black for black matrix and its manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001227404A JP4780491B2 (en) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | Carbon black for black matrix and its manufacturing method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003041149A true JP2003041149A (en) | 2003-02-13 |
JP4780491B2 JP4780491B2 (en) | 2011-09-28 |
Family
ID=19060072
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001227404A Expired - Fee Related JP4780491B2 (en) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | Carbon black for black matrix and its manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4780491B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005221842A (en) * | 2004-02-06 | 2005-08-18 | Lintec Corp | Member for mask film, method for manufacturing mask film using the same, and method for manufacturing photosensitive resin printing plate |
US9217944B2 (en) | 2007-04-24 | 2015-12-22 | Cabot Corporation | Low structure carbon black and method of making same |
CN111971334A (en) * | 2018-03-28 | 2020-11-20 | 陶氏环球技术有限责任公司 | Composite of non-polar organic polymer and ultra-low wettability carbon black |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63191864A (en) * | 1987-02-04 | 1988-08-09 | Fuji Xerox Co Ltd | Production of pigment having treated surface |
JPH02197102A (en) * | 1989-01-26 | 1990-08-03 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Surface modification method for magnetic material |
JP2001200178A (en) * | 2000-01-20 | 2001-07-24 | Tokai Carbon Co Ltd | Carbon black for black matrix |
-
2001
- 2001-07-27 JP JP2001227404A patent/JP4780491B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63191864A (en) * | 1987-02-04 | 1988-08-09 | Fuji Xerox Co Ltd | Production of pigment having treated surface |
JPH02197102A (en) * | 1989-01-26 | 1990-08-03 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Surface modification method for magnetic material |
JP2001200178A (en) * | 2000-01-20 | 2001-07-24 | Tokai Carbon Co Ltd | Carbon black for black matrix |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005221842A (en) * | 2004-02-06 | 2005-08-18 | Lintec Corp | Member for mask film, method for manufacturing mask film using the same, and method for manufacturing photosensitive resin printing plate |
US9217944B2 (en) | 2007-04-24 | 2015-12-22 | Cabot Corporation | Low structure carbon black and method of making same |
CN111971334A (en) * | 2018-03-28 | 2020-11-20 | 陶氏环球技术有限责任公司 | Composite of non-polar organic polymer and ultra-low wettability carbon black |
CN111971334B (en) * | 2018-03-28 | 2023-08-18 | 陶氏环球技术有限责任公司 | Compound of non-polar organic polymer and ultra-low wettability carbon black |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4780491B2 (en) | 2011-09-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI500686B (en) | Hardened composition and hardened product thereof | |
KR20220120548A (en) | Polymer and coating composition comprising said polymer | |
JP2002356602A (en) | Colored resin emulsion, ink for inkjet printing, electrodeposition liquid and color filter | |
JP2008150428A (en) | Colorant for black matrix, coloring composition for black matrix containing the colorant for black matrix and color filter | |
JP4033613B2 (en) | Carbon black pigment for black matrix | |
JP4780491B2 (en) | Carbon black for black matrix and its manufacturing method | |
JP4464081B2 (en) | Carbon black pigment for black matrix | |
TW202122502A (en) | Modified carbon black and preparation method thereof, resin composition, and copper-clad plate | |
TW202337964A (en) | Silicone chain-containing polymer, method for producing silicone chain-containing polymer, coating composition, resist composition, and article | |
JP4671144B2 (en) | Carbon black for black matrix | |
JP4229364B2 (en) | Carbon black pigment for black matrix | |
CN116034143B (en) | Polymer, coating composition, resist composition and article | |
JP2003064279A (en) | Carbon black pigment for black matrix and method for producing the same | |
JP3766632B2 (en) | Carbon black and resin composition for black matrix | |
JP3939060B2 (en) | Carbon black for black matrix | |
WO2021100699A1 (en) | Black particles, black coating material, coating film, and black matrix for color filters | |
JP2006182818A (en) | Manufacturing method of carbon black for black matrix and carbon black for black matrix | |
JP4247878B2 (en) | Carbon black pigment for black matrix | |
JP4117831B2 (en) | Carbon black pigment for black matrix | |
JP3895191B2 (en) | Carbon black pigment for black matrix and resin composition for forming black matrix | |
JP2004053726A (en) | Carbon black pigment for black matrix and resin composition for forming black matrix | |
JP5093442B2 (en) | Color filter colorant, color filter color composition containing the color filter colorant, and color filter | |
JP2006257110A (en) | Carbon microspheres for black matrix and production method thereof | |
JP2009242722A (en) | Colored fine colorant, transparent coloring composition for color filter containing colored fine colorant thereof, and color filter | |
JP2505285B2 (en) | Electrodeposition coating composition |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080110 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110114 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110125 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110308 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110330 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110524 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110620 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110624 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140715 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |