JP2003064279A - Carbon black pigment for black matrix and method for producing the same - Google Patents
Carbon black pigment for black matrix and method for producing the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高度の遮光性を有し、導電性が低く、膜硬度
の高いブラックマトリックス形成に好適なカーボンブラ
ック顔料および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カルボキシル
基(COOH)をカリウム塩(COOK)に置換して基
幹とし、該基幹にエポキシドと環状酸無水物とのアニオ
ン開環交互共重合により生成したポリエステルがグラフ
ト結合されたブラックマトリックス用カーボンブラック
顔料および製造方法。PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon black pigment suitable for forming a black matrix having a high light-shielding property, a low conductivity and a high film hardness, 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 is wet oxidation of the following carbon black 140cm 3/100 g, total carbon atoms per measured by X-ray photoelectron spectroscopy The carboxyl group (COOH) on the surface of carbon black oxidized to an atomic ratio of all oxygen atoms of 0.1 or more is replaced with a potassium salt (COOK) to form a base, and the base contains an epoxide and a cyclic acid anhydride. Carbon black pigment for black matrix grafted with polyester formed by anionic ring-opening alternating copolymerization of the above and a production 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顔料およびその
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
料を透明な電極間に挟み、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 the transmission of incident light by sandwiching a crystalline material that becomes liquid crystal between transparent electrodes and applying a voltage between the electrodes to change the molecular arrangement of the liquid crystal.
It is used to display images and characters by combining a reflector and a polarizing plate and consumes less power. Therefore, 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。
ブラックマトリックスは、また、カラーフィルターに対
向する基板上に設けられた液晶の駆動用電極やTFT
(薄膜トランジスタ)などのトランジスタを遮光する機
能も有している。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.
The black matrix is a liquid crystal driving electrode or TFT provided on the substrate facing the color filter.
It also has a function of shielding a transistor such as a (thin film transistor) from light.
【0004】したがって、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。Therefore, in the black matrix,
Naturally, it is required to have excellent light-shielding properties, but in addition, it is required to have a smooth surface, a thin layer, and low conductivity. 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
ているため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,
Since carbon black has excellent blackness as a black pigment, it is suitable as a black pigment for a black matrix. 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
究を行っている過程で、ブラックマトリックスの膜強度
がやや不足気味で、膜強度を上げる必要性があることが
認められた。すなわち、本発明の目的は、高度の遮光性
および黒色度を有し、導電性が低く、更に膜強度の高い
ブラックマトリックスの形成に好適なカーボンブラック
顔料およびその製造方法を提供することにある。In the course of continuing research, the present inventor has recognized that the film strength of the black matrix is somewhat insufficient and it is necessary to increase the film strength. That is, it is an object of the present invention to provide a carbon black pigment suitable for forming a black matrix having a high light-shielding property and a blackness, a low conductivity and a high film strength, and a method for producing the same.
【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
ック顔料は、窒素吸着比表面積(N2SA)50m2/g以上、D
BP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)の値を0.1以上に
酸化処理したカーボンブラック表面のカルボキシル基
(COOH)をカリウム塩(COOK)に置換して基幹
とし、該基幹にエポキシドと環状酸無水物とのアニオン
開環交互共重合により生成したポリエステルがグラフト
結合されてなることを構成上の特徴とする。To achieve the above object, a carbon black pigment for a black matrix according to the present invention has a nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) of 50 m 2 / g or more, D
The BP absorption 140cm 3/100 g or less of carbon black to wet oxidation, 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) The carboxyl group (COOH) on the surface of carbon black oxidized to a value of 0.1 or more is substituted with potassium salt (COOK) to form a backbone, and the backbone is formed by anionic ring-opening alternating copolymerization of an epoxide and a cyclic acid anhydride. The structural feature is that the produced polyester is graft-bonded.
【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で攪拌混合したの
ち分離精製して、カーボンブラック表面の官能基が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、得ら
れた酸化カーボンブラックを水酸化カリウム水溶液で中
和してカルボキシル基(COOH)をカリウム塩(CO
OK)に置換したのち、エポキシドおよび環状酸無水物
を加えて反応後、未グラフトポリマーおよび未反応モノ
マーを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, was separated and purified After stirring and mixing the following carbon black DBP absorption 140cm 3/100 g in an oxidizing agent aqueous solution, the functional groups of the carbon black surface by X-ray photoelectron spectroscopy The measured atomic ratio of all oxygen atoms per total carbon atom (the strength of oxygen bond energy / the strength of carbon bond energy) was oxidized to 0.1 or more, and the resulting oxidized carbon black was treated with an aqueous potassium hydroxide solution. Neutralize to convert carboxyl group (COOH) to potassium salt (COOH)
After the substitution with OK), an epoxide and a cyclic acid anhydride are added, and after the reaction, the ungrafted polymer and the unreacted monomer are removed.
【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
ブラック顔料は、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、湿式酸化を行ってカ
ーボンブラック粒子表面に官能基を生成させ、生成した
官能基のうちカルボキシル基(COOH)をカリウム塩
(COOK)に置換して基幹とし、該基幹にエポキシド
と環状酸無水物とのアニオン開環交互共重合により生成
したポリエステルがグラフト結合されて、表面変性され
たものである。The carbon black pigment for black matrix of the present invention has a nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) of 50 m 2 described above.
/ g or more, as a target of carbon black having the following properties DBP absorption 140cm 3/100 g, by performing a wet oxidation to produce functional groups on the carbon black particle surface, carboxyl group of the resulting functional group (COOH) A polyester obtained by substituting potassium salt (COOK) for a backbone and graft-bonding a polyester produced by anionic ring-opening alternating copolymerization of an epoxide and a cyclic acid anhydride on the backbone is surface-modified.
【0017】本発明のブラックマトリックス用カーボン
ブラック顔料は、次の方法により製造される。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。本発明においては、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。The carbon black pigment for black matrix of the present invention is produced by the following method. Functional groups such as a carboxyl group (—COOH) and a hydroxyl group (—OH) are formed on the surface of the oxidized carbon black particles. In the present invention, the atomic ratio of total oxygen atoms per total carbon atom measured by X-ray photoelectron spectroscopy as the amount of these functional groups (strength of oxygen bond energy /
Oxidation treatment is performed so that the value of (carbon bond energy intensity) becomes 0.1 or more.
【0018】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の生成量が少ないために、置換した
COOKも少量となり、エポキシドと環状酸無水物との
アニオン開環交互共重合により生成し、グラフト結合さ
れるポリエステルが少なく、かつ不均一化し易くなるた
めである。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
こととなる。なお、通常のファーネスブラックではこの
原子比(強度比)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この値を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
理が施される。That is, the value of the 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 such as XPS or ESCA is equal to that of carboxyl group or Related to the amount of hydroxyl groups produced, when this value is less than 0.1, the amount of carboxyl groups produced is small, so the amount of COOK substituted is also small, and anion ring-opening alternation between epoxide and cyclic acid anhydride is performed. This is because the amount of polyester produced by copolymerization and graft-bonded is small, and it tends to be nonuniform. As a result, the electric resistance of the carbon black itself becomes small, and the dispersion performance in the resin decreases when the resin composition for forming the black matrix is produced. The value of this atomic ratio (strength ratio) is about 0.003 to 0.02 in ordinary furnace black, and in the case of vapor phase oxidation of ozone, etc., this value should be efficiently oxidized to 0.1 or more. However, a wet oxidation treatment is performed.
【0019】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 oxidant. 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.
【0020】酸化処理したのちカーボンブラックを濾別
し、得られた酸化カーボンブラックを水酸化カリウム水
溶液に入れて中和し、中和後、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)により残存
する塩を分離して精製し、濃縮したのち、真空乾燥など
により乾燥し、粉砕してカルボキシル基(COOH)が
カリウム塩(COOK)に置換されたカーボンブラック
が得られる。After the oxidation treatment, the carbon black is filtered off, and the obtained oxidized carbon black is put into an aqueous potassium hydroxide solution for neutralization. After neutralization, electrodialysis or a separation membrane (reverse osmosis membrane, ultrafiltration membrane) is conducted. , Loose RO, etc.) to separate and purify the remaining salt, concentrate, and then dry by vacuum drying, etc., and grind to obtain carbon black in which the carboxyl group (COOH) is replaced with potassium salt (COOK). .
【0021】このカーボンブラックを容器に入れ、エポ
キシドと環状酸無水物を加えて攪拌し、反応温度、反応
時間などを制御して反応させ、下記 (1)式に示す反応式
にしたがってアニオン開環交互共重合反応させる。な
お、エポキシドとしては、例えば、スチレンオキシド、
グリシジルフェニルエーテル、エピクロルヒドリン、グ
リシジルメタクリレートなどが、また、環状酸無水物と
しては、例えば、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水
フタル酸などが用いられる。This carbon black was placed in a container, epoxide and cyclic acid anhydride were added and stirred, and the reaction was carried out by controlling the reaction temperature, reaction time, etc., and the anion ring-opening was carried out according to the reaction formula shown in the following formula (1). Alternate copolymerization reaction is performed. As the epoxide, for example, styrene oxide,
Glycidyl phenyl ether, epichlorohydrin, glycidyl methacrylate, etc. are used, and as the cyclic acid anhydride, for example, succinic anhydride, maleic anhydride, phthalic anhydride, etc. are used.
【0022】[0022]
【化1】 [Chemical 1]
【0023】アニオン開環交互共重合反応の終了後、反
応液を大量のメタノールあるいはエタノールに投入して
攪拌し、未グラフトポリマーおよび未反応モノマーをメ
タノールあるいはエタノールに移相するとともにカーボ
ンブラックを沈殿させ、濾過分離することにより未グラ
フトポリマーおよび未反応モノマーが除去される。この
ようにして、アニオン開環交互共重合により生成したポ
リエステルがカーボンブラック表面の(COOK)にグ
ラフト結合した本発明のカーボンブラック顔料が製造さ
れる。After the completion of the anionic ring-opening alternating copolymerization reaction, the reaction solution is poured into a large amount of methanol or ethanol and stirred, and the ungrafted polymer and unreacted monomer are phase-shifted to methanol or ethanol and carbon black is precipitated. The ungrafted polymer and the unreacted monomer are removed by filtration separation. Thus, the carbon black pigment of the present invention in which the polyester produced by the anionic ring-opening alternating copolymerization is graft-bonded to (COOK) on the surface of carbon black is produced.
【0024】本発明のブラックマトリックス用カーボン
ブラック顔料は、このようにして酸化処理によりカーボ
ンブラックの表面に生成した官能基のうち、カルボキシ
ル基(COOH)をカリウム塩(COOK)に置換して
基幹とし、この基幹にエポキシドと環状酸無水物とがア
ニオン開環交互共重合して生成したポリエステルがグラ
フト結合した構造からなるものである。この場合、モノ
マーがグラフト結合した割合(グラフト化率)は10重
量%以上であることが望ましい。なお、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。In the carbon black pigment for black matrix of the present invention, the carboxyl group (COOH) among the functional groups thus formed on the surface of the carbon black by the oxidation treatment is replaced with a potassium salt (COOK) to form a backbone. The polyester having a structure in which an epoxide and a cyclic acid anhydride are copolymerized by anionic ring-opening alternating copolymerization and graft-bonded to the backbone. In this case, it is desirable that the proportion of grafted monomers (grafting rate) is 10% by weight or more. The grafting ratio is a value calculated from the weight of the grafted monomer (g) / the weight of carbon black (g) × 100.
【0025】このカーボンブラック顔料を溶媒および樹
脂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 pigment 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.
【0026】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.
【0027】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.
【0028】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、などの理由によるものである。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,
The reason is that if it exceeds 20% by weight, the viscosity increases and it becomes difficult to control the film thickness.
【0029】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。The examples of the present invention will be specifically described below in comparison with comparative examples.
【0030】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、回転速度0.12(1/s)の条件で酸化処理を行
い、次いで、濾別して酸化カーボンブラックを得た。こ
の酸化カーボンブラック試料について、Surface Scienc
e Instruments 社製 S-Probe 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。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
Oxidation treatment was carried out under conditions of time and rotation speed of 0.12 (1 / s) and then filtered to obtain oxidized carbon black. About this oxidized carbon black sample, Surface Scienc
The intensity of oxygen binding energy and the intensity of carbon binding energy were measured by using S-Probe ESCA 2803 manufactured by e Instruments, and the atomic ratio of total oxygen atoms per total carbon atom was determined.
【0031】(2) 中和処理;酸化カーボンブラック試料
を水酸化カリウム水溶液に入れ、攪拌して中和したの
ち、限外濾過膜(旭化成製、AHP-1010、分画分子量 500
00)により残存する塩を分離したのち、濃縮精製し、次
いで真空乾燥機により乾燥し、ミキサーで粉砕してカル
ボキシル基(COOH)をカリウム塩(COOK)に置
換したカーボンブラック(K置換酸化カーボンブラッ
ク)試料85g を得た。(2) Neutralization treatment: An oxidized carbon black sample was put into an aqueous potassium hydroxide solution, stirred and neutralized, and then subjected to an ultrafiltration membrane (AHP-1010, manufactured by Asahi Kasei, molecular weight cutoff of 500).
00) to separate the remaining salt, then concentrate and purify, then dry with a vacuum dryer, pulverize with a mixer and replace the carboxyl group (COOH) with potassium salt (COOK) to replace carbon black (K-substituted oxidized carbon black). ) A sample of 85 g was obtained.
【0032】(3) アニオン開環交互共重合;2000cm
3 のセパラブルフラスコにK置換酸化カーボンブラック
試料45gを入れ、エポキシドとしてグリシジルメタク
リレート200g 、環状酸無水物として無水フタル酸2
10g を加えて、窒素雰囲気中0.2(1/s) の回転速度
で攪拌しながら、120℃の温度で5時間反応させた。
次いで、この反応スラリーを約10倍量のメタノール中
に投入し、デカンテーションおよび遠心分離し、真空乾
燥してポリエステルがグラフト結合したカーボンブラッ
ク顔料を製造した。(3) Anionic ring-opening alternating copolymerization; 2000 cm
Into a separable flask of No. 3 , 45 g of K-substituted oxidized carbon black sample was put, 200 g of glycidyl methacrylate as an epoxide and 2 phthalic anhydride as a cyclic acid anhydride.
10 g was added, and the mixture was reacted at a temperature of 120 ° C. for 5 hours while stirring in a nitrogen atmosphere at a rotation speed of 0.2 (1 / s).
Next, this reaction slurry was put into about 10 times the amount of methanol, decanted and centrifuged, and vacuum dried to produce a carbon black pigment grafted with polyester.
【0033】比較例1〜3
上記実施例1〜3において、(3) アニオン開環交互共重
合を行わない他は、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) 中和
処理を施してカーボンブラック顔料を製造した。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 anionic ring-opening alternating copolymerization was not carried out. ) Oxidation treatment and (2) neutralization treatment were carried out to produce a carbon black pigment.
【0034】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) 中和処理、(3)アニ
オン開環交互共重合を施してカーボンブラック顔料を製
造した。Comparative Examples 4 to 6 Examples 1 to 3 except that carbon black having a nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) and a DBP absorption amount outside the requirements of the present invention was used.
Under the same conditions as above, (1) oxidation treatment, (2) neutralization treatment, and (3) anionic ring-opening alternating copolymerization were performed to produce a carbon black pigment.
【0035】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)中和処理、(3) アニオン開環交互共重合応を施
してカーボンブラック顔料を作製した。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 oxidize ozone, and the atomic ratio of all oxygen atoms per total carbon atom (strength of oxygen bond energy / The value of (the strength of carbon bond energy) was less than 0.1, and the same carbon black as in Examples 1 to 3 was used, and under the same conditions, (2) neutralization treatment and (3) alternating anion ring-opening Copolymerization was performed to prepare a carbon black pigment. Ozone oxidation treatment: 150 g of carbon black was put into an ozone treatment device, and was kept for 5 hours under the conditions of a generation voltage of 200 V and an ozone generation amount of 5 mg / s by an ozone generator (Japan Ozone Co., Ltd. IOT-4A6). .
【0036】これらのカーボンブラック顔料について、
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、6×10-3 (1/s)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)×100Regarding these carbon black pigments,
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 6 × 10 −3 (1 / s) 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
【0037】[0037]
【表1】 注 *1 JIS K1469 により測定[Table 1] Note * 1 Measured according to JIS K1469
【0038】〔樹脂組成物の調製〕カーボンブラック顔
料10g 、シクロヘキサノン70g 、メタクリル酸樹脂
20g 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] 10 g of carbon black pigment, 70 g of cyclohexanone and 20 g of methacrylic acid resin were lightly mixed, and then 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.
【0039】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.
【0040】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の粒径も大きいことが認められ
る。From Table 2, it is recognized that the resin compositions of Comparative Examples 1 to 3 and Comparative Examples 7 to 9 have high viscosities and the particle size of the carbon black particle aggregates in the resin compositions is large.
【0041】[0041]
【表2】 [Table 2]
【0042】〔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0.06 (1/s)
で塗布し、常温で30分間保持したのち、120〜25
0℃のホットプレート上で120秒間処理した。次い
で、500W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/c
m2のエネルギーを塗膜上から照射した。その後、0.0
5%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8.33
cm3/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 resin composition thus prepared was spin-coated on a transparent glass plate washed with trichloroethylene at a rotation speed of 0.06 (1 / s).
After applying and holding at room temperature for 30 minutes, 120 ~ 25
It processed on the hotplate of 0 degreeC for 120 second. Then, using a 500 W ultra-high pressure mercury lamp, 100 mJ / c was passed through a photomask on which a black matrix pattern was drawn.
Energy of m 2 was applied from above the coating film. Then 0.0
A developer (25 ° C.) containing 5% sodium carbonate and 0.4% Emulgen A-60 (manufactured by Kao Corporation) was used, and the flow rate was 8.33.
60 cm 3 / s, discharge pressure 0.098 MPa, shower shower 60
Went for a second. After washing with water, post-baking was performed on a hot plate having a surface temperature of 250 ° C. to form a black matrix.
【0043】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)
膜硬度;JIS K5400「鉛筆ひっかき試験」の方
法に準拠して測定した。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) Film hardness: Measured according to the method of JIS K5400 “pencil scratch test”.
【0044】[0044]
【表3】 [Table 3]
【0045】表1〜3の結果から、本発明のカーボンブ
ラック顔料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
抵抗および膜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、K置換酸化カーボンブラックに
エポキシドと環状酸無水物がアニオン開環交互共重合し
て生成したポリエステルがグラフト結合していないカー
ボンブラック顔料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1μ
m 当たりの光学的濃度および体積固有抵抗が低く、また
膜面の表面粗さおよび膜硬度も劣ることが認められる。From the results of Tables 1 to 3, the black matrices of Examples 1 to 3 formed by using the carbon black pigment of the present invention have optical density, film thickness, surface roughness, volume resistivity and film hardness. It is recognized that all are at a good level. On the other hand, in the black matrixes of Comparative Examples 1 to 3, which are formed by using carbon black pigments in which polyesters produced by anionic ring-opening alternating copolymerization of epoxide and cyclic acid anhydride with K-substituted oxidized carbon black are not graft-bonded, The dispersion performance of carbon black in a resin is low, and since the particle aggregate of carbon black in the resin composition is large, the viscosity of the resin composition is high,
It becomes difficult to form a uniform and thin film, and the film thickness is large, and the film thickness is 1μ.
It is recognized that the optical density and volume resistivity per m 2 are low, and the surface roughness and hardness of the film surface are also poor.
【0046】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顔料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
顔料を用いた比較例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、膜硬度の
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。Comparative Examples 4 to 4 formed using carbon black pigments whose carbon black characteristics deviate from the requirements of the present invention
It can be seen that the black matrix of No. 6 has lower optical density and surface smoothness than the black matrices of Examples 1 to 3. Further, the black matrixes of Comparative Examples 7 to 9 using the carbon black pigments in which the value of the atomic ratio of all oxygen atoms to all carbon atoms due to the oxidation treatment is less than 0.1
It is recognized that all of the optical density, film thickness, surface roughness, volume resistivity and film hardness are significantly inferior to those of the black matrices of Examples 1 to 3.
【0047】[0047]
【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顔料は、窒素吸着比表面積(N
2SA)およびDBP吸収量が特定範囲にあるカーボンブラ
ックを湿式酸化処理して、生成したカルボキシル基(C
OOH)をカリウム塩(COOK)に置換して基幹と
し、該基幹にエポキシドと環状酸無水物とのアニオン開
環交互共重合により生成したポリエステルがグラフト結
合された構造からなり、このカーボンブラック顔料を遮
光剤として形成したブラックマトリックスは遮光性が優
れ、ブラックマトリックス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、更に膜硬度も高く、優れた遮光性能が付与され
る。また、本発明の製造方法によれば、このような優れ
た遮光性能を有するブラックマトリックスの形成が可能
なカーボンブラック顔料を製造することが可能である。As described above, the carbon black pigment for black matrix of the present invention has a nitrogen adsorption specific surface area (N
2 SA) and carbon black having a DBP absorption amount within a specific range are subjected to a wet oxidation treatment to generate a carboxyl group (C
OOH) is replaced by a potassium salt (COOK) to form a backbone, and a polyester produced by anionic ring-opening alternating copolymerization of an epoxide and a cyclic acid anhydride is graft-bonded to the backbone. The black matrix formed as a light-shielding agent has excellent light-shielding properties, exhibits a high light-shielding rate even when the thickness of the black matrix is thin, the surface of the light-shielding layer is smooth, the light-shielding layer has low conductivity, and the film hardness is high. Excellent light shielding performance is provided. Further, according to the production method of the present invention, it is possible to produce a carbon black pigment capable of forming a black matrix having such excellent light-shielding performance.
───────────────────────────────────────────────────── 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) G02F 1/1335 G02F 1/1335 5C094 G09F 9/30 349 G09F 9/30 349C Fターム(参考) 2H042 AA09 AA15 AA26 2H048 BA11 BA47 2H091 FA35Y FB06 LA07 LA18 4J029 AA01 AB07 AC05 AE01 AE18 CA04 CB04A GA03 HB06 JA022 JB242 JB282 JB292 JB302 4J037 AA02 CA10 CC24 DD07 DD17 DD20 EE11 EE12 EE19 EE33 EE43 FF05 FF11 FF17 5C094 AA16 CA19 CA24 ED03 ED15─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) G02F 1/1335 G02F 1/1335 5C094 G09F 9/30 349 G09F 9/30 349C F term (reference) 2H042 AA09 AA15 AA26 2H048 BA11 BA47 2H091 FA35Y FB06 LA07 LA18 4J029 AA01 AB07 AC05 AE01 AE18 CA04 CB04A GA03 HB06 JA022 JB242 JB282 JB292 JB302 4J037 AA02 CA10 CC24 DD07 DD17 DD20 EE11 EE12 FF15EE4 EE12 EE43 EE19 EE19 EE43 EE19 EE19 EE43 EE19 EE19 FF19EE43
Claims (2)
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)の値を0.1以上
に酸化処理したカーボンブラック表面のカルボキシル基
(COOH)をカリウム塩(COOK)に置換して基幹
とし、該基幹にエポキシドと環状酸無水物とのアニオン
開環交互共重合により生成したポリエステルがグラフト
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。1. 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 to wet oxidation, 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) The carboxyl group (COOH) on the surface of carbon black oxidized to a value of 0.1 or more is substituted with potassium salt (COOK) to form a backbone, and the backbone is formed by anionic ring-opening alternating copolymerization of epoxide and cyclic acid anhydride. A carbon black pigment for a black matrix, wherein the produced polyester is graft-bonded.
DBP吸収量140cm3/100g以下のカーボンブラックを
酸化剤水溶液中で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が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、得られた酸化カーボンブラ
ックを水酸化カリウム水溶液で中和してカルボキシル基
(COOH)をカリウム塩(COOK)に置換したの
ち、エポキシドおよび環状酸無水物を加えて反応後、未
グラフトポリマーおよび未反応モノマーを除去すること
を特徴とする、請求項1記載のブラックマトリックス用
カーボンブラック顔料の製造方法。2. 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 separated and purified After stirring mixed in the oxidizing agent aqueous solution, the functional groups of the carbon black surface of the total oxygen atoms per total carbon atoms measured by X-ray photoelectron spectroscopy The value of atomic ratio (the strength of oxygen bond energy / the strength of carbon bond energy) is oxidized to 0.1 or more, and the resulting oxidized carbon black is neutralized with an aqueous solution of potassium hydroxide to change the carboxyl group (COOH) to potassium. 2. The production of a carbon black pigment for a black matrix according to claim 1, wherein after substitution with a salt (COOK), an epoxide and a cyclic acid anhydride are added and after the reaction, ungrafted polymer and unreacted monomer are removed. Method.
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- 2001-08-29 JP JP2001258986A patent/JP2003064279A/en active Pending
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