JP2006182818A - Manufacturing method of carbon black for black matrix and carbon black for black matrix - Google Patents
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Abstract
【課題】 ブラックマトリックス形成用の樹脂組成物中における分散性能に優れ、ブラックマトリックス形成に好適なカーボンブラックの製造方法および該製造方法により製造されるカーボンブラックを提供すること。
【解決手段】 カーボンブラックを酸化剤水溶液中に分散したスラリーを高圧ホモジナイザーにより、解砕しつつ酸化処理を行い、次いで、精製し、乾燥す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の製造方法。および、この製造方法により製造されたカーボンブラックであって、
(1)アグリゲートのストークスモード径Dst(nm)とアグロメレートの平均粒径
Dupa50%(nm)の比Dupa50%/Dstの値が2.0以下、
(2)カーボンブラック粒子表面のカルボキシル基が、カーボンブラック粒子の外部比表面積STSA当たり1.1〜8.0μmol/m2 、
であ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。
【選択図】 なしPROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon black production method excellent in dispersion performance in a resin composition for forming a black matrix and suitable for black matrix formation, and carbon black produced by the production method.
A method for producing carbon black for a black matrix, characterized in that a slurry in which carbon black is dispersed in an oxidizing agent aqueous solution is subjected to oxidation treatment while being pulverized by a high-pressure homogenizer, then purified and dried. And carbon black produced by this production method,
(1) The ratio Dupa50% / Dst between the Stokes mode diameter Dst (nm) of the aggregate and the average particle diameter Dupa50% (nm) of the agglomerate is 2.0 or less,
(2) The carboxyl group on the surface of the carbon black particles is 1.1 to 8.0 μmol / m 2 per external specific surface area STSA of the carbon black particles,
Carbon black for black matrix, characterized by
[Selection figure] None
Description
本発明は、液晶ディスプレイ用カラーフィルターなどに用いられるブラックマトリックス形成用のカーボンブラックの製造方法、および、ブラックマトリックス形成用のカーボンブラックに関する。 The present invention relates to a method for producing carbon black for forming a black matrix used for a color filter for liquid crystal displays, and a carbon black for forming a black matrix.
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、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。 A liquid crystal display uses a combination of a reflector and a polarizing plate to control the transmission of incident light by sandwiching a crystal material that becomes liquid crystal between transparent electrodes and applying a voltage between the electrodes to change the molecular arrangement of the liquid crystal. This color liquid crystal display, which displays images and text, is a color LCD that uses red, blue, and green color filters for each pixel to create the three primary colors of light, and controls the brightness of each pixel. To express color changes.
すなわち、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層を通して透明基板上に光の三原色をつくり、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てコントラストの向上を図り、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。また、ブラックマトリックスは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回路を遮光する機能も有している。 That is, a color liquid crystal display produces three primary colors of light on a transparent substrate through a color filter layer of red, blue, and green for each pixel, and controls the amount of light transmitted through each pixel to perform color display by coloring by adding the three primary colors. A blocking layer (black matrix) is formed to block light between pixels in order to prevent light leakage between the pixels to improve contrast and prevent a decrease in color purity. The black matrix also has a function of shielding a transistor circuit such as a liquid crystal driving electrode and a TFT (thin film transistor) provided on a substrate facing the color filter.
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、その他にも表面が平滑で、層の厚さが薄いこと、導電性が低く絶縁性が高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などのおそれがあるためである。 Therefore, the black matrix is naturally required to have excellent light-shielding properties, but it must also have a smooth surface, thin layer thickness, low electrical conductivity and high insulation. It is said that. That is, when the surface smoothness is inferior and the layer thickness is thick, irregularities are generated when forming the color pattern of the three primary colors, and when the conductivity is high, the semiconductor element may malfunction due to the applied voltage. Because.
このブラックマトリックスには、従来から、(1)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、(2)黒色顔料を樹脂に分散した黒色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(1)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度や光学濃度が高く、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り、更に工程が煩雑なためコストが高くなるなどの難点がある。 Conventionally, (1) a black matrix made of a metal thin film of Cr, Ni, Al or the like by photolithography, and (2) a black matrix made of a black resin film in which a black pigment is dispersed in a resin, are used for this black matrix. I came. Among these, the black matrix formed of the metal thin film (1) has a high light shielding degree and optical density and is excellent in resolution, but is highly conductive and has a high light reflectance, so that reflection due to reflected light tends to occur. However, there is a problem that the display quality is impaired, and there is a problem that the cost is increased because the process is complicated.
一方、(2)の黒色顔料を樹脂に分散した黒色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、遮光性を備えているとともに導電性も低く、ブラックマトリックス用の黒色顔料として好適である。 On the other hand, the black matrix comprising the black resin film in which the black pigment of (2) is dispersed in the resin has few of the above-mentioned disadvantages. In particular, carbon black has excellent blackness and light shielding properties as a black pigment. It has low conductivity and is suitable as a black pigment for black matrix.
そこで、カーボンブラックと光重合性樹脂とを有機溶媒を介して分散させた樹脂組成物を透明基板面に塗布や印刷し、乾燥、光重合することによりブラックマトリックスを形成する方法が開発されている。しかし、カーボンブラックは樹脂や有機溶媒への分散性が悪いため、均一に安定分散した樹脂組成物を作製することが難しく、均一で、薄い樹脂膜の形成が困難となる。そこで、カーボンブラックの表面性状を改質して光重合性樹脂および有機溶媒に対する分散性を向上させたカーボンブラックを用いる技術が開発されている。 Therefore, a method of forming a black matrix by applying or printing a resin composition in which carbon black and a photopolymerizable resin are dispersed through an organic solvent on a transparent substrate surface, drying, and photopolymerizing has been developed. . However, since carbon black has poor dispersibility in resins and organic solvents, it is difficult to produce a uniformly and stably dispersed resin composition, making it difficult to form a uniform and thin resin film. In view of this, a technique using carbon black in which the surface properties of carbon black are modified to improve dispersibility in a photopolymerizable resin and an organic solvent has been developed.
例えば、特許文献1には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が開示されており、特許文献2には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、0.001<〔OH〕、(D)表面のスルホン基濃度〔SO3 H〕が、全炭素原子あたりのモル比で0.001<〔SO3 H〕、が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses that 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 the volatile loss when heated at 950 ° C. for 7 minutes. 3% by weight or more, and 10 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the resin is disclosed. A resin black matrix obtained by dispersing a light-shielding agent in a resin, wherein carbon black satisfying at least one of the following (A) to (D) is used as the light-shielding agent. However, (A) PH value is 6.5 or less, (B) The carboxyl group concentration [COOH] on the surface is 0.001 <[COOH] as a molar ratio per total carbon atom, and (C) the hydroxyl group concentration on the surface. [OH] is the molar ratio per total carbon atom, 0.001 <[OH], (D) The surface sulfone group concentration [SO 3 H] is 0.001 <[SO 3 H].
また、特許文献3には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が、特許文献4には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CO2 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が、特許文献5には平均粒径50〜200nm、DBP吸油量10〜40ml/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が、特許文献6には平均一次粒子径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が開示されている。 Further, Patent Document 3 discloses a black matrix for a color filter, in which a black matrix containing carbon black as a black pigment has an average particle diameter of 40 to 300 nm. In the black matrix containing carbon black as a pigment, the carbon black is characterized in that the total oxygen amount calculated from CO and CO 2 in the volatile matter at 950 ° C. is 7 mg or more per 100 m 2 of the surface area of the carbon black. A black filter color filter resist comprising a carbon black having an average particle size of 50 to 200 nm and a DBP oil absorption of 10 to 40 ml / 100 g is disclosed in Patent Document 5, Patent Document 6 has an average of 1 There is disclosed a carbon black for forming a black resist pattern, characterized in that a carbon black having a secondary particle size of 35 to 150 nm, an aggregate diameter of 60 to 300 nm, and a dibutyl phthalate oil absorption of 30 to 90 ml / 100 g is coated with a resin. .
更に、特許文献7には全酸素量が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、特許文献8には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、0.005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、特許文献9には(A)平均一次粒子径20〜60nm、DBP吸油量30〜100ml/100g 、BET法による比表面積30〜150m2/g、粒子表面のカルボキシル基の濃度0.2〜1.0μmol/m2のカーボンブラック、(B)アミノ基および/またはその第4級アンモニウム塩を有する共重合体、及び(C)有機溶剤を含有することを特徴とするカラーフィルターブラックマトリックスレジスト用カーボンブラック分散液組成物、などが提案されている。 Further, Patent Document 7 discloses carbon black for an insulating black matrix obtained by coating carbon black having a total oxygen amount of 15 mg / g or more and a total oxygen amount / specific surface area of 0.10 mg / m 2 or more with a resin, In Patent Document 8, 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 0.005 in terms of a molar ratio per total carbon atoms. A resin black matrix comprising a resin containing a larger carbon black as a light-shielding agent and having a specific resistance of 7 × 10 4 Ω · cm or more, Patent Document 9 discloses (A) the average primary particle diameter of 20 to 60 nm, DBP oil absorption of 30 to 100/100 g, specific surface area by the BET method: 30 to 150 m 2 / g, a concentration of the carboxyl groups of the particle surface 0.2. [mu] mol / m 2 of carbon black, (B) an amino group and / or copolymer having a quaternary ammonium salt thereof, and (C) a color filter black matrix resist carbon black, characterized in that it contains an organic solvent Dispersion liquid compositions have been proposed.
また、本出願人は、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、グラフト化によるカーボンブラック粒子表面の改質を図るものとして、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ブラックマトリックス用カーボンブラック顔料(特許文献10)を開発した。 In addition, the present applicant has studied the performance improvement required for these black matrices from different viewpoints, and as a means of modifying the carbon black particle surface by grafting, the nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) 50m 2 / g or more, and wet oxidation of 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 (oxygen binding energy Strength / carbon bond energy strength) For black matrix in which the functional group on the surface of carbon black oxidized to 0.1 or more is used as a base and the vinyl monomer is reacted and the vinyl polymer is chemically bonded by cationic polymerization. A carbon black pigment (Patent Document 10) was developed.
更に、酸化処理され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ブラックマトリックス用カーボンブラック(特許文献11)を開発、提案した。
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度を有し、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。 In general, the black matrix has high blackness and light shielding properties, has a high light shielding degree even when the light shielding layer is thin, and the surface of the light shielding layer is smooth and the conductivity of the light shielding layer is small. is needed.
カーボンブラック粒子の表面には微細な細孔が存在しており、特に酸化処理されるとこれらの微細な細孔が形成され易く、一方、これらの微細細孔の内面は樹脂媒体との相溶性にはあまり関係しない。 Fine pores exist on the surface of the carbon black particles, and these fine pores are likely to be formed especially when oxidized, while the inner surfaces of these fine pores are compatible with the resin medium. It doesn't really matter.
そこで、本発明者は樹脂組成物中におけるカーボンブラックの分散性能および黒色度を向上させ、ブラックマトリックスの性能向上を図るためには、カーボンブラックと樹脂媒体との相溶性が重要であり、特に、樹脂媒体と接しているカーボンブラックの凝集粒子の表面性状が重要であると考えてカーボンブラックの基本粒子の凝集構造と粒子表面の官能基との関連において、カーボンブラックを黒色顔料とするブラックマトリックスの性能向上について鋭意研究を行った。 Therefore, in order to improve the dispersion performance and blackness of carbon black in the resin composition, and to improve the performance of the black matrix, the present inventor has an important compatibility with carbon black and the resin medium, Considering that the surface properties of the aggregated particles of carbon black in contact with the resin medium are important, in relation to the aggregate structure of the basic particles of carbon black and the functional groups on the particle surface, the black matrix with carbon black as the black pigment We conducted earnest research on performance improvement.
本発明は、上記の研究の結果開発に至ったもので、その目的は液晶ディスプレイなどに用いられるブラックマトリックス形成用の黒色顔料として、樹脂組成物中における分散性能が優れ、長期に亘って安定な分散状態を維持し、また、導電性が低く、高度の遮光性を有する、ブラックマトリックス用カーボンブラックの製造方法、および、この製造方法により製造されたブラックマトリックス形成に好適なブラックトリックス用カーボンブラックを提供することにある。 The present invention has been developed as a result of the above research, and its purpose is as a black pigment for forming a black matrix used in liquid crystal displays and the like, and it has excellent dispersion performance in a resin composition and is stable over a long period of time. A method for producing a black black for a black matrix, which maintains a dispersed state, has a low conductivity, and has a high light-shielding property, and a black black for a black matrix suitable for forming a black matrix produced by this production method. It is to provide.
上記の目的を達成するための本発明に係るブラックマトリックス用カーボンブラックの製造方法は、カーボンブラックを酸化剤水溶液中に分散したスラリーを高圧ホモジナイザーにより、解砕しつつ酸化処理を行い、次いで、精製し、乾燥することを構成上の特徴とする。 In order to achieve the above object, a method for producing carbon black for a black matrix according to the present invention comprises subjecting a slurry in which carbon black is dispersed in an oxidizing agent aqueous solution to oxidization while crushing with a high-pressure homogenizer, and then purifying And drying is a structural feature.
また、本発明に係るブラックマトリックス用カーボンブラックは、上記の方法により製造されたカーボンブラックであって、
(1)アグリゲートのストークスモード径Dst(nm)とアグロメレートの平均粒径
Dupa50%(nm)の比Dupa/Dstの値が2.0以下、
(2)カーボンブラック粒子表面のカルボキシル基が、カーボンブラック粒子の外部比表面積STSA当たり1.1〜8.0μmol/m2 、
であることを構成上の特徴とする。
Further, the carbon black for black matrix according to the present invention is a carbon black produced by the above method,
(1) The ratio Dupa / Dst of the Stokes mode diameter Dst (nm) of the aggregate and the average particle diameter Dupa 50% (nm) of the agglomerate is 2.0 or less,
(2) The carboxyl group on the surface of the carbon black particles is 1.1 to 8.0 μmol / m 2 per external specific surface area STSA of the carbon black particles,
This is a structural feature.
本発明によれば、液晶ディスプレイなどに用いられるブラックマトリックスを形成するための樹脂組成物中における分散性能が優れ、長期に亘って安定な分散状態を維持し、導電性が低く、黒色度が高く、高度の遮光性を有する、ブラックマトリックス用カーボンブラックの製造方法、および、この製造方法により製造されたブラックマトリックス形成に好適なブラックトリックス用カーボンブラックの提供が可能となる。 According to the present invention, the dispersion performance in a resin composition for forming a black matrix used in a liquid crystal display or the like is excellent, a stable dispersion state is maintained over a long period of time, conductivity is low, and blackness is high. Thus, it is possible to provide a black matrix carbon black having a high light-shielding property and a black black carbon black suitable for forming a black matrix manufactured by this manufacturing method.
本発明で対象となるカーボンブラックには特に制限はなく、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラックなどいずれも適用することができるが、生産性に優れるファーネスブラックを用いることが好ましい。 There are no particular limitations on the carbon black that is the subject of the present invention, and furnace black, channel black, acetylene black, thermal black, and the like can be applied, but it is preferable to use furnace black that is excellent in productivity.
酸化剤としては、例えばペルオキソ2硫酸塩、ペルオキソ2硼酸塩、ペルオキソ2炭酸塩、ペルオキソ2リン酸塩などのペルオキソ2酸塩が好適に用いられ、ペルオキソ2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。 As the oxidizing agent, for example, peroxodiacid salts such as peroxodisulfate, peroxodiborate, peroxodicarbonate, peroxodiphosphate, etc. are preferably used. Examples of peroxodiacid salts include alkali metal salts and ammonium salts. Etc. are preferable.
酸化剤水溶液の濃度は0.1〜50重量%が好ましく、また酸化剤水溶液中に分散させるカーボンブラック濃度は3〜25重量%が好ましい。なお、酸化剤を溶解する水は脱イオン水が好適である。所定濃度の酸化剤水溶液中にカーボンブラックを添加して、40〜90℃の温度で攪拌、混合して所定の濃度にカーボンブラックを分散させたスラリーは、高圧ホモジナイザーにより高圧噴射流として相互に衝突あるいは壁面に衝突させる。 The concentration of the oxidizing agent aqueous solution is preferably 0.1 to 50% by weight, and the concentration of carbon black dispersed in the oxidizing agent aqueous solution is preferably 3 to 25% by weight. Note that deionized water is preferable as the water for dissolving the oxidizing agent. Slurries in which carbon black is added to an aqueous oxidizer solution of a predetermined concentration and stirred and mixed at a temperature of 40 to 90 ° C. to disperse the carbon black to a predetermined concentration collide with each other as a high-pressure jet stream by a high-pressure homogenizer. Or it is made to collide with a wall surface.
この相互衝突あるいは壁面衝突時の衝撃、および、噴射時のせん断力によりスラリー中のカーボンブラック粒子の凝集体は解砕される。また、衝突する際やせん断される際に生じる摩擦熱により、カーボンブラック粒子凝集体および粒子凝集体が解砕されて新たに生成した粒子表面は均一かつ効率よく酸化処理される。 The aggregate of the carbon black particles in the slurry is crushed by the impact at the time of mutual collision or wall collision and the shearing force at the time of jetting. Further, the carbon black particle aggregate and the particle aggregate newly crushed by the frictional heat generated during the collision and shearing are uniformly and efficiently oxidized.
この場合、摩擦熱によりスラリーの温度上昇が生じるが、その際温度を40〜90℃の範囲に調節することが好ましく、必要であればノズル構成部位を加熱または冷却して調節する。40℃未満であると酸化処理が十分に進まず、一方、90℃を越えると酸化反応が一挙に進み、酸化処理の制御が難しくなるためであり、好ましくは60〜80℃に調節する。 In this case, the temperature of the slurry rises due to frictional heat. In this case, the temperature is preferably adjusted to a range of 40 to 90 ° C., and if necessary, the nozzle component is adjusted by heating or cooling. When the temperature is lower than 40 ° C., the oxidation treatment does not proceed sufficiently. On the other hand, when the temperature exceeds 90 ° C., the oxidation reaction proceeds at once, and it becomes difficult to control the oxidation treatment, and the temperature is preferably adjusted to 60 to 80 ° C.
高圧ホモジナイザーとしては、市販されている相互衝突型、壁面衝突型、せん断型などの各種の解砕機が用いられ、相互衝突型の解砕機としては例えばマイクロフルイダイザー〔マイクロフルイディスク社製、商品名〕、アルティマイザー〔スギノマシン社製、商品名〕、ナノマイザー〔東海社製、商品名〕などが、壁面衝突型またはせん断型の解砕機としては例えば高圧ホモジナイザー〔ラニー社製、三丸機械工業社製、イズミフードマシンナリ社製〕などがある。 As the high-pressure homogenizer, various types of crushers such as a mutual collision type, a wall collision type, and a shear type that are commercially available are used. As the mutual collision type crusher, for example, a microfluidizer (manufactured by Microfluidic Corporation, trade name) ], An optimizer [made by Sugino Machine Co., Ltd., product name], nanomizer [made by Tokai Co., Ltd., product name], etc. Manufactured by Izumi Food Machine Nari Co., Ltd.).
高圧ホモジナイザーによる解砕および酸化処理は、図1のフローチャートに示したように、先ず、カーボンブラックを酸化剤水溶液中に所定の割合で加えて、混合攪拌槽で適宜な温度、例えば40〜90℃で十分に攪拌、混合して、スラリーを作製する。 As shown in the flowchart of FIG. 1, the crushing and oxidation treatment by the high-pressure homogenizer is performed by first adding carbon black to the aqueous oxidizer solution at a predetermined ratio, and then at an appropriate temperature, for example, 40 to 90 ° C. in a mixing and stirring tank. Stir and mix thoroughly to prepare a slurry.
スラリーは高圧ポンプにより例えば50〜250MPa程度に加圧されて解砕機に移送され、噴射ノズルから高速噴射流として噴射されて、噴射流を相互衝突あるいは壁面衝突および噴射の際のせん断力により、スラリー中のカーボンブラック粒子凝集体は解砕される。 The slurry is pressurized to, for example, about 50 to 250 MPa by a high-pressure pump, transferred to a crusher, and jetted as a high-speed jet from the jet nozzle, and the jet flow is subjected to mutual collision or wall collision and shearing force during jetting. The carbon black particle aggregate inside is crushed.
解砕機により解砕処理されたスラリーは、貯槽混合攪拌槽に移送されて攪拌され、次いで混合攪拌槽に再送されて攪拌され、スラリーの分散状態を安定に維持する。混合攪拌槽中のスラリーは、再び解砕機に移送されてスラリー中のカーボンブラック粒子凝集体は再度解砕され、この循環操作を繰り返し行って所望する状態に解砕する。なお、貯槽混合攪拌槽を通さずに、解砕機により処理されたスラリーを直接混合攪拌槽に移送して解砕機に噴射する循環操作を繰り返し行ってもよい。 The slurry crushed by the crusher is transferred to a storage tank mixing and stirring tank and stirred, then retransmitted to the mixing and stirring tank and stirred to maintain the dispersion state of the slurry stably. The slurry in the mixing and stirring tank is again transferred to the crusher, and the carbon black particle aggregates in the slurry are crushed again, and this circulation operation is repeated to crush to a desired state. In addition, you may perform repeatedly the circulation operation which transfers the slurry processed with the crusher directly to a mixing stirring tank, and does not pass through a storage tank mixing stirring tank, and injects it to a crushing machine.
このように高圧ホモジナイザーにより解砕され、酸化処理されたスラリーは精製および乾燥してブラックマトリックス用のカーボンブラックが製造される。精製は、例えばスラリー中の残塩を限外濾過膜(UF)、逆浸透膜(RO)、電気透析膜などの分離膜で除去し、次いでスラリー中の未分散塊や粗粒を遠心分離や濾過などの手段により除去し、精製する。 The slurry crushed by the high-pressure homogenizer and oxidized in this way is purified and dried to produce carbon black for the black matrix. In the purification, for example, residual salts in the slurry are removed by a separation membrane such as an ultrafiltration membrane (UF), a reverse osmosis membrane (RO), and an electrodialysis membrane, and then undispersed lump and coarse particles in the slurry are centrifuged or Remove and purify by means such as filtration.
精製したスラリーは適宜な濃度、例えば3〜50重量%に濃縮して、乾燥することによりブラックマトリックス用のカーボンブラックが製造される。乾燥はSKジェット・オー・ミル、ミストドライヤー、スプレードライヤー、流動媒体槽、スラリードライヤーなどの噴霧乾燥することが好ましい。 The refined slurry is concentrated to an appropriate concentration, for example, 3 to 50% by weight, and dried to produce carbon black for a black matrix. The drying is preferably performed by spray drying using a SK jet o mill, mist dryer, spray dryer, fluid medium tank, slurry dryer or the like.
本発明のブラックマトリックス用カーボンブラックは、上記の製造方法により製造され(1)アグリゲートのストークスモード径Dst(nm)とアグロメレートの平均粒径
Dupa50%(nm)の比Dupa50%/Dstの値が2.0以下、
(2)カーボンブラック粒子表面のカルボキシル基が、カーボンブラック粒子の外部比表面積STSA当たり1.1〜8.0μmol/m2 、
の性状を有していることを特徴とする。
The carbon black for black matrix of the present invention is produced by the above production method. (1) The ratio of the Stokes mode diameter Dst (nm) of the aggregate to the average particle diameter Dupa 50% (nm) of the agglomerate is Dupa 50% / Dst. 2.0 or less,
(2) The carboxyl group on the surface of the carbon black particles is 1.1 to 8.0 μmol / m 2 per external specific surface area STSA of the carbon black particles,
It is characterized by having the following properties.
カーボンブラック粒子の凝集構造は、一次粒子が融着して強固に結合した凝集体(アグリゲート)とアグリゲートが絡み合いなどにより二次的に凝集した凝集体(アグロメレート)とからなり、アグリゲートは強固に結合しているため凝集構造を解放することは困難であるが、アグロメレートは比較的に容易に凝集構造を解放することができる。 The aggregate structure of the carbon black particles consists of aggregates (aggregates) in which the primary particles are fused and firmly bonded, and aggregates (agglomerates) in which the aggregates are secondarily aggregated due to entanglement and the like. Although it is difficult to release the aggregated structure because it is firmly bonded, agglomerate can release the aggregated structure relatively easily.
そこで、本発明においてはアグロメレートを解砕して、アグリゲートのストークスモード径Dst(nm)とアグロメレートの平均粒径Dupa50%(nm)の比Dupa50%/Dstの値を2.0以下に解砕するものである。Dupa50%/Dstの値が2.0を越える場合には、アグロメレート凝集体の割合が大きいために、ブラックマトリックス形成用の樹脂組成物を作製した際に、樹脂組成物中において長期に安定分散を維持することが困難となるためである。なお、これらの値は下記の方法により測定した値である。 Therefore, in the present invention, the agglomerate is crushed, and the ratio Dupa 50% / Dst ratio between the Stokes mode diameter Dst (nm) of the aggregate and the average particle diameter Dupa 50% (nm) of the agglomerate is crushed to 2.0 or less. To do. When the value of Dupa 50% / Dst exceeds 2.0, since the ratio of agglomerate aggregates is large, when a resin composition for forming a black matrix is prepared, long-term stable dispersion in the resin composition is achieved. This is because it is difficult to maintain. These values are values measured by the following method.
アグリゲートのストークスモード径Dst(nm)の測定;
JIS K6221(82)5「乾燥試料の作り方」に基づいて乾燥したカーボンブラック試料を少量の界面活性剤を含む20容量%エタノール水溶液と混合してカーボンブラック濃度0.1kg/m3 の分散液を作製し、これを超音波で十分に分散させて試料とする。ディスクセントリフュージ装置(DCF;英国 Joyes Lobel 社製)を100s-1の回転数に設定し、スピン液(2重量%グリセリン水溶液、25℃)を0.015dm3 加えた後、0.001dm3 のバッファー液(20容量%エタノール水溶液、25℃)を注入する。次いで、温度25℃のカーボンブラック分散液0.0005dm3 を注射器で加えた後、遠心沈降を開始し、同時に記録計を作動させて図2に示す分布曲線(横軸;カーボンブラック分散液を注射器で加えてからの経過時間、縦軸;カーボンブラックの遠心沈降に伴い変化した特定点での吸光度)を作成する。この分布曲線より各時間Tを読み取り、次式(数1)に代入して各時間に対応するストークス相当径を算出する。
Measurement of the Stokes mode diameter Dst (nm) of the aggregate;
A carbon black sample dried according to JIS K6221 (82) 5 “How to make a dry sample” is mixed with a 20 vol% ethanol aqueous solution containing a small amount of a surfactant to obtain a carbon black concentration of 0.1 kg / m 3. The sample is prepared and sufficiently dispersed with ultrasonic waves to obtain a sample. A disc centrifuging device (DCF; manufactured by Joyes Lobel, UK) was set to a rotation speed of 100 s −1 , and 0.015 dm 3 of spin solution (2 wt% glycerin aqueous solution, 25 ° C.) was added, and then a buffer of 0.001 dm 3 A liquid (20% by volume ethanol aqueous solution, 25 ° C.) is injected. Next, after adding 0.0005 dm 3 of carbon black dispersion at a temperature of 25 ° C. with a syringe, centrifugal sedimentation was started, and at the same time, the recorder was operated, and the distribution curve shown in FIG. 2 (horizontal axis; carbon black dispersion with syringe) Elapsed time after addition in step, vertical axis; absorbance at a specific point changed with centrifugal precipitation of carbon black). Each time T is read from this distribution curve and substituted into the following equation (Equation 1) to calculate the Stokes equivalent diameter corresponding to each time.
数1において、ηはスピン液の粘度(0.935×10-3Pa・s)、Nはディスク回転スピード(100s-1)、r1 はカーボンブラック分散液注入点の半径(0.0456m)、r2は吸光度測定点までの半径(0.0482m)、ρCBはカーボンブラックの密度(kg/m3 )、ρ1 はスピン液の密度(1.00178kg/m3 )である。 In Equation 1, η is the viscosity of the spin liquid (0.935 × 10 −3 Pa · s), N is the disk rotation speed (100 s −1 ), r 1 is the radius of the carbon black dispersion injection point (0.0456 m). , the radius of r 2 until the absorbance measuring point (0.0482m), ρ CB is carbon black density (kg / m 3), ρ 1 is the density of the spin fluid (1.00178kg / m 3).
このようにして得られたストークス相当径と吸光度の分布曲線(図3)における最大頻度のストークス相当径をアグリゲートのストークスモード径Dst(nm)とする。 The maximum Stokes equivalent diameter in the Stokes equivalent diameter and absorbance distribution curve (FIG. 3) thus obtained is defined as the Stokes mode diameter Dst (nm) of the aggregate.
アグロメレートの平均粒径Dupa50%(nm)の測定;
スラリー中のカーボンブラック濃度を0.1〜0.5kg/cm3 に調整し、ヘテロダインレーザー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 model9340 〕を用いて測定した。この測定装置は、懸濁液中においてブラウン運動している粒子にレーザー光を照射するとドップラー効果により散乱光の周波数が変調するので、周波数の変調度合いからブラウン運動の激しさ、すなわち粒子径を測定するものである。このようにして測定したカーボンブラック粒子の凝集体の粒径から、その累積度数分布曲線を作成し、累積度数分布曲線の50%累積度数の値をアグロメレートの平均粒径Dupa50%(nm)とする。
Measurement of agglomerate average particle size Dupa 50% (nm);
The concentration of carbon black in the slurry was adjusted to 0.1 to 0.5 kg / cm 3 and measured using a heterodyne laser Doppler type particle size distribution analyzer (UPA model 9340 manufactured by Microtrac). This measurement device measures the intensity of Brownian motion, that is, the particle diameter, from the degree of frequency modulation because the frequency of scattered light is modulated by the Doppler effect when laser light is irradiated onto particles that are in Brownian motion in suspension. To do. A cumulative frequency distribution curve is created from the particle diameters of the aggregates of carbon black particles measured in this manner, and the 50% cumulative frequency value of the cumulative frequency distribution curve is defined as the average particle diameter Dupa 50% (nm) of the agglomerate. .
更に、本発明のブラックマトリックス用カーボンブラックは、上記の凝集構造に加え、カーボンブラック粒子表面のカルボキシル基が、カーボンブラック粒子の外部比表面積STSA当たり1.1〜8.0μmol/m2 であることを特徴とする。 Furthermore, the carbon black for black matrix of the present invention has a carboxyl group on the surface of the carbon black particles of 1.1 to 8.0 μmol / m 2 per external specific surface area STSA of the carbon black particles in addition to the above aggregated structure. It is characterized by.
カーボンブラックを酸化処理するとカーボンブラック粒子表面にはカルボキシル基やヒドロキシル基、キノン基などの種々の官能基が生成する。これらの官能基のうち、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、メトキシブチルアセテートなどの有機溶媒に対する親和性が高く、溶媒中で安定した分散状態を維持するためにはカルボキシル基が大きく関係する。そこで、本発明においてはカーボンブラック粒子表面に存在するカルボキシル基量を外部比表面積STSA当たり1.1〜8.0μmol/m2 に特定するものである。 When carbon black is oxidized, various functional groups such as a carboxyl group, a hydroxyl group, and a quinone group are generated on the surface of the carbon black particles. Among these functional groups, the affinity for organic solvents such as propylene glycol monomethyl ether acetate and methoxybutyl acetate is high, and the carboxyl group is greatly involved in maintaining a stable dispersion state in the solvent. Therefore, in the present invention, the amount of carboxyl groups present on the surface of the carbon black particles is specified as 1.1 to 8.0 μmol / m 2 per external specific surface area STSA.
酸化処理によりカーボンブラック粒子の表面には微細なポアが形成され易く、またこれらの微細なポアは界面における分散性能には殆ど影響しない。そこで、ポア内面の面積も測定される窒素吸着比表面積(N2 SA)ではなく、例えば20オングストローム以下の微細ポアを含まない外部表面積を測定する外部比表面積STSAを基準とすることにより分散性能に大きく影響するカーボンブラック粒子の単位表面積当たりのカルボキシル基量を的確に評価することが可能となる。 By the oxidation treatment, fine pores are easily formed on the surface of the carbon black particles, and these fine pores hardly affect the dispersion performance at the interface. Therefore, dispersion performance is improved by using the external specific surface area STSA for measuring an external surface area not including fine pores of 20 angstroms or less, for example, instead of the nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) in which the area of the pore inner surface is also measured. It becomes possible to accurately evaluate the amount of carboxyl groups per unit surface area of the carbon black particles that greatly influence.
そして、カルボキシル基量を1.1〜8.0μmol/m2 の範囲に設定する理由は、1.1μmol/m2 未満では分散性の向上が十分でなく、しかし8.0μmol/m2 を越えても分散性の向上には顕著な効果が認められないためである。 The reason for setting the amount of carboxyl group in the range of 1.1~8.0μmol / m 2 is not sufficient to improve the dispersibility is less than 1.1μmol / m 2, but exceed 8.0μmol / m 2 This is because no significant effect is observed in improving dispersibility.
なお、これらの特性は下記の方法によって測定される。
(a)外部表面積(STSA);
自動比表面積測定装置(島津製作所製、Gemini 2375 )を用いて、ASTM D5816−99 “Standard Test Methods for Carbon Black−External Surface Area by Multipoint Nitrogen Adsorption ”に記載の方法に準拠して測定する。
These characteristics are measured by the following method.
(A) External surface area (STSA);
Using an automatic specific surface area measuring device (manufactured by Shimadzu Corporation, Gemini 2375), measurement is performed in accordance with the method described in ASTM D5816-99 “Standard Test Methods for Carbon Black—External Surface Area by Multipoint Nitrogen Adsorption”.
(b)カルボキシル基;
0.976mol/dm3 炭酸水素ナトリウム0.5dm3 の中にカーボンブラック2〜5g を添加して6時間振盪した後、カーボンブラックを反応液から濾別し、濾液に0.05mol/dm3 塩酸水溶液を加えた後、pHが7.0になるまで0.05mol/dm3 水酸化ナトリウム水溶液にて中和滴定試験を行ってカルボキシル基を定量する。
(B) a carboxyl group;
After shaking the addition of carbon black 2~5g 6 hours in 0.976Mol / dm 3 sodium bicarbonate 0.5 dm 3, was filtered carbon black from the reaction solution, 0.05 mol to the filtrate / dm 3 HCl After adding the aqueous solution, a neutralization titration test is performed with a 0.05 mol / dm 3 aqueous sodium hydroxide solution until the pH becomes 7.0 to quantify the carboxyl group.
このように、本発明のブラックマトリックス用カーボンブラックは、カーボンブラック粒子の二次的凝集体であるアグロメレートの割合が少なく、かつ凝集体も小さいことを特徴とし、加えて、分散性能に影響する粒子表面のカルボキシル基量を粒子表面のポアを含まない外部比表面積で特定することにより、ブラックマトリックス用の樹脂組成物中に安定分散させることが可能となる。 Thus, the carbon black for black matrix of the present invention is characterized in that the ratio of agglomerates which are secondary aggregates of carbon black particles is small and the aggregates are also small, and in addition, particles that affect the dispersion performance By specifying the amount of the carboxyl group on the surface by the external specific surface area not containing pores on the particle surface, it becomes possible to stably disperse the resin in the black matrix resin composition.
更に、カーボンブラックのアグロメレートの平均粒径が小さいので、遮光層の膜厚も薄くでき、黒色度および遮光性の高いブラックマトリックスの形成が可能となる。 Furthermore, since the average particle diameter of carbon black agglomerates is small, the thickness of the light shielding layer can be reduced, and a black matrix having high blackness and light shielding properties can be formed.
本発明のブラックマトリックス用カーボンブラックは、有機溶媒および樹脂と混合して樹脂組成物を作製し、樹脂組成物をスピンコータにより透明基板に塗布してフォトレジストする方法、あるいは、印刷インキとして透明基板に印刷するなどの方法で樹脂膜を被覆し、焼き付けすることによりブラックマトリックスが形成される。 The carbon black for black matrix of the present invention is a method of preparing a resin composition by mixing with an organic solvent and a resin, applying the resin composition to a transparent substrate by a spin coater, or applying a photoresist to the transparent substrate as a printing ink. A black matrix is formed by coating and baking the resin film by a method such as printing.
有機溶媒としては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、メトキシブチルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、トルエン、キシレン、ベンゼン、クロロホルム、ジクロロメタン、酢酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、トリエチレングリコール、テトラハイドロフラン、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′- ジメチルスルホキシドなどが用いられる。 Examples of the organic solvent include propylene glycol monomethyl ether acetate, methoxybutyl acetate, diethylene glycol monomethyl ether, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, toluene, xylene, benzene, chloroform, dichloromethane, ethyl acetate, methyl lactate, methyl lactate, methyl cellosolve. , Ethyl cellosolve, butyl cellosolve, methanol, ethanol, propanol, butanol, triethylene glycol, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N'-dimethylformamide, N, N'-dimethylacetamide, N, N ' -Dimethyl sulfoxide or the like is used.
また、樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、メタクリル酸樹脂、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、クリプタル樹脂、エポキシ樹脂、アルキルベンゼン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリビニルアルコール、など耐熱性、流動性に優れた光重合性樹脂が用いられる。 Examples of the resin include heat resistance and fluidity such as acrylic resin, methacrylic acid resin, phenol resin, melamine resin, xylene resin, diallyl phthalate resin, cryptal resin, epoxy resin, alkylbenzene resin, polyester resin, and polyvinyl alcohol. An excellent photopolymerizable resin is used.
ブラックマトリックス形成用の樹脂組成物は、本発明のカーボンブラックと有機溶媒および樹脂とを混合することにより調製され、混合比としては、例えば、カーボンブラック2〜20重量%、有機溶媒60〜96重量%、樹脂2〜20重量%の割合で混合する。 The resin composition for forming a black matrix is prepared by mixing the carbon black of the present invention with an organic solvent and a resin. The mixing ratio is, for example, 2 to 20% by weight of carbon black, 60 to 96% by weight of the organic solvent. %, Resin in a ratio of 2 to 20% by weight.
カーボンブラックの割合が2重量%未満であると形成したブラックマトリックスの遮光性が低くなり、一方20重量%を越えるとブラックマトリックスの膜厚が厚くなるためである。また、有機溶媒が60重量%未満であると流動性が著しく低下するために均一な膜厚のブラックマトリックスの形成が困難となり、96重量%を越えると遮光性の低下が著しくなるためである。また、樹脂が2重量%未満であるとブラックマトリックスの膜強度が低下し、20重量%を越えると樹脂組成物の粘度が増大して膜厚の制御が困難となるためである。 This is because if the proportion of carbon black is less than 2% by weight, the light-shielding property of the formed black matrix becomes low, while if it exceeds 20% by weight, the thickness of the black matrix becomes thick. Further, when the organic solvent is less than 60% by weight, the fluidity is remarkably lowered, so that it is difficult to form a black matrix having a uniform film thickness, and when it exceeds 96% by weight, the light shielding property is remarkably lowered. Further, if the resin is less than 2% by weight, the film strength of the black matrix decreases, and if it exceeds 20% by weight, the viscosity of the resin composition increases and it becomes difficult to control the film thickness.
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。 Examples of the present invention will be specifically described below in comparison with comparative examples.
実施例1〜4、比較例1〜2
表1に示す外部比表面積STSAおよびDBP吸油量の異なるカーボンブラック100gを、濃度の異なるペルオキソ2硫酸ナトリウム水溶液3dm3 とともに図1に示した混合攪拌槽に入れて混合し、スラリーを作製した。
Examples 1-4, Comparative Examples 1-2
100 g of carbon blacks having different external specific surface areas STSA and DBP oil absorption shown in Table 1 were mixed in a mixing and stirring tank shown in FIG. 1 together with 3 dm 3 of sodium peroxodisulfate aqueous solution having different concentrations to prepare slurry.
解砕機として高圧ホモジナイザー〔三丸機械工業社製〕を用い、スラリーを100MPaの圧力で噴射して、噴射流を相互衝突させた。噴射衝突後のスラリーは貯槽混合攪拌槽に移送して、攪拌しつつ冷却した後、混合攪拌槽に再送した。このように、スラリーを噴射して噴射流を相互衝突させる循環操作を8時間繰り返し行って、カーボンブラックに解砕処理と酸化処理とを施した。 A high-pressure homogenizer (manufactured by Sanmaru Machinery Co., Ltd.) was used as a crusher, and the slurry was jetted at a pressure of 100 MPa to cause the jet streams to collide with each other. The slurry after the jetting collision was transferred to a storage tank mixing and stirring tank, cooled with stirring, and then retransmitted to the mixing and stirring tank. Thus, the circulation operation which injects a slurry and collides an injection flow mutually was performed repeatedly for 8 hours, and the crushing process and the oxidation process were performed to carbon black.
次いで、スラリーを精製するために限外濾過膜〔旭化成社製、AHP−1010、分画分子量50000〕により残存する塩を除去した後、濾過、乾燥してカーボンブラック試料を製造した。 Next, in order to purify the slurry, the remaining salt was removed by an ultrafiltration membrane [AHP-1010, manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., molecular weight cut off: 50000], followed by filtration and drying to produce a carbon black sample.
これらのカーボンブラック試料について、カルボキシル基、アグリゲートのストークスモード径Dstおよびアグロメレートの平均粒径Dupa50%を測定して、その結果を表1に示した。 With respect to these carbon black samples, the carboxyl group, the Stokes mode diameter Dst of the aggregate and the average particle diameter Dupa 50% of the agglomerate were measured, and the results are shown in Table 1.
比較例3
スラリーを高圧ホモジナイザーで解砕する代わりに、60℃の温度、0.12s-1の攪拌速度で10時間攪拌混合した以外は、実施例1と同じ方法によりカーボンブラック試料を製造した。
Comparative Example 3
A carbon black sample was produced in the same manner as in Example 1 except that the slurry was stirred and mixed at a temperature of 60 ° C. and a stirring speed of 0.12 s −1 for 10 hours instead of crushing the slurry with a high-pressure homogenizer.
これらのカーボンブラック試料16gと、有機溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを64g、樹脂としてアクリル酸樹脂を20g、光重合開始剤としてイルガキュア−907(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製)を3gの割合で軽く混合した後、ホモジナイザーにより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整した。この樹脂組成物の経時沈降度、粘度を下記の方法で測定し、その結果を表2に示した。 Lightly mix 16g of these carbon black samples with 64g of propylene glycol monomethyl ether acetate as the organic solvent, 20g of acrylic resin as the resin, and 3g of Irgacure-907 (manufactured by Ciba Specialty Chemicals) as the photopolymerization initiator. After that, a resin composition for forming a black matrix was prepared by finely dispersing with a homogenizer. The degree of sedimentation and viscosity with time of this resin composition were measured by the following methods, and the results are shown in Table 2.
経時沈降度;
樹脂組成物を作製した後、1ヶ月静置後の沈降状態を観察した。
Sedimentation over time;
After producing the resin composition, the sedimentation state after standing for 1 month was observed.
粘度;
回転振動式粘度計(山一電機製、VM−100A−L)を用いて、温度298Kにおける粘度を測定した。
viscosity;
The viscosity at a temperature of 298K was measured using a rotational vibration viscometer (manufactured by Yamaichi Denki, VM-100A-L).
調製した樹脂組成物を、厚さ1.1mmの硼珪酸透明ガラス基板上にスピンコーターを用いて0.06s-1の回転速度で塗布した後、温度393Kのホットプレート上で120秒間熱処理した。次いで、線幅が20μm(ブラックマトリックスになる部分が20μm)のマスクを介して、露光装置(ウシオ電機製)により200100ml/cm2 の条件で紫外線を照射し、その後、富士フィルムオーリン社製現像液(FHD−5)に浸漬し、紫外線を照射して樹脂組成物を硬化した。その後、富士フィルムオーリン社製現像液FHD−5に浸漬し、流量8.33cm3 /s、吐出圧0.098MPaでシャワー洗浄して現像し、非露光部の黒色樹脂層を除去した。最後に、表面温度523Kのホットプレート上で1時間加熱してブラックマトリックスパターンを形成した。 The prepared resin composition was applied on a borosilicate transparent glass substrate having a thickness of 1.1 mm at a rotational speed of 0.06 s −1 using a spin coater, and then heat-treated on a hot plate having a temperature of 393 K for 120 seconds. Next, UV light is irradiated under a condition of 200100 ml / cm 2 by an exposure apparatus (USHIO INC.) Through a mask having a line width of 20 μm (the portion that becomes a black matrix is 20 μm), and then a developer manufactured by Fuji Film Ohlin. The resin composition was cured by immersion in (FHD-5) and irradiation with ultraviolet rays. Thereafter, the film was immersed in a developer FHD-5 manufactured by Fuji Film Olin Co., Ltd., washed with a shower at a flow rate of 8.33 cm 3 / s and a discharge pressure of 0.098 MPa, and developed to remove the black resin layer in the non-exposed area. Finally, it was heated for 1 hour on a hot plate having a surface temperature of 523 K to form a black matrix pattern.
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、それらの結果を表3に示した。 The black matrix thus formed was measured and evaluated by the following method, and the results are shown in Table 3.
塗膜表面電気比抵抗; ガラス基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を算出した。
R(Ω・cm)=(V・S)/(I・d)
Coating surface electrical resistivity: Except that the glass substrate was changed to a chromium deposition substrate, a coating film was formed in the same manner as the black matrix, and a circular electrode having an area of 0.28 cm 2 (S) was formed on the cured coating film using silver. A constant voltage (100 V) is applied using a constant voltage generator (Kenwood, PA36-2A, regulated DC power supply) between this electrode and the chrome vapor deposition surface as the counter electrode. The current (I) flowing through the membrane was measured with an ammeter (Advantest, R644C, digital multimeter). Next, the film thickness (d) cm of the black film was measured, and the volume resistivity R was calculated from the following formula.
R (Ω · cm) = (V · S) / (I · d)
光学的濃度(OD値);
マクベス濃度計(コルモーゲン社製、RD−927)を用いて透過光学的濃度(OD値)測定し、膜厚1μm 当たりの光学的濃度を求めた。
Optical density (OD value);
A transmission optical density (OD value) was measured using a Macbeth densitometer (RD-927, manufactured by Kolmorgen), and an optical density per 1 μm of film thickness was determined.
光感度;
光学密度0.00を1段目とし、1段ごとに光学密度が0.05ずつ増加する41段のステップタブレット(コダック社製、No.2)を用いて評価した。この値が大きい程、光感度が優れていることを示す。
Light sensitivity;
Evaluation was performed using a 41-step step tablet (manufactured by Kodak Co., No. 2) with an optical density of 0.00 as the first step and an optical density increasing by 0.05 at each step. The larger this value, the better the photosensitivity.
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。
Film hardness;
The measurement was performed according to the method of JIS K5400 “Pencil scratch test”.
表面粗さ;
SPM(走査型プローブ顕微鏡、AFMモード、SPI−3100)を用いて表面を観察し、表面粗さを測定した。
Surface roughness;
The surface was observed using SPM (scanning probe microscope, AFM mode, SPI-3100), and the surface roughness was measured.
ブラックマトリックス層残留の有無;
非露光部のブラックマトリックス層の現像による除去状況を光学顕微鏡で観察した。
Presence or absence of black matrix layer residue;
The state of removal of the black matrix layer in the non-exposed area by development was observed with an optical microscope.
表1、2、3の結果から、実施例1〜4は樹脂組成物中のカーボンブラックの分散性が優れ、1ヶ月静置後も殆ど沈殿物を生じることなく、粘度も低かった。また、この樹脂組成物で形成したブラックマトリックスは、塗膜表面電気比抵抗、光学濃度、光感度、膜硬度、表面粗さも良好であり、残留物も生じなかった。 From the results of Tables 1, 2, and 3, Examples 1 to 4 were excellent in dispersibility of carbon black in the resin composition, and did not produce a precipitate even after standing for 1 month, and the viscosity was low. Further, the black matrix formed from this resin composition had good coating surface electrical resistivity, optical density, photosensitivity, film hardness, surface roughness, and no residue.
これに対し、比較例1では樹脂組成物の調製後、初期に一部の粒子が浮遊し、1ヶ月静置後には上澄み部分の色が透明になり、この樹脂組成物で形成したブラックマトリックスには残留物が生じた。また、比較例2では樹脂組成物は1カ月静置後も殆ど沈殿物を生じなかったが、粘度が著しく増大した。高圧ホモジナイザーで解砕処理する代わりに攪拌混合した比較例3は1ヶ月静置後の樹脂組成物に沈殿物が生じた。このように、比較例ではカーボンブラックの樹脂中における分散性能が低下した。 In contrast, in Comparative Example 1, after preparing the resin composition, some of the particles floated in the initial stage, and after standing for one month, the color of the supernatant became transparent, and the black matrix formed with this resin composition Gave a residue. In Comparative Example 2, the resin composition hardly caused a precipitate even after standing for 1 month, but the viscosity was remarkably increased. In Comparative Example 3, which was stirred and mixed instead of crushing with a high-pressure homogenizer, a precipitate was formed in the resin composition after standing for 1 month. Thus, in the comparative example, the dispersion performance of carbon black in the resin was lowered.
Claims (2)
(1)アグリゲートのストークスモード径Dst(nm)とアグロメレートの平均粒径
Dupa50%(nm)の比Dupa50%/Dstの値が2.0以下、
(2)カーボンブラック粒子表面のカルボキシル基が、カーボンブラック粒子の外部比表面積STSA当たり1.1〜8.0μmol/m2 、
であ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。
A carbon black produced by the production method of claim 1,
(1) The ratio Dupa50% / Dst between the Stokes mode diameter Dst (nm) of the aggregate and the average particle diameter Dupa50% (nm) of the agglomerate is 2.0 or less,
(2) The carboxyl group on the surface of the carbon black particles is 1.1 to 8.0 μmol / m 2 per external specific surface area STSA of the carbon black particles,
Carbon black for black matrix, characterized by
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