JP2003213035A - ブラックマトリックス用カーボンブラックおよび樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 遮光性能に優れたブラックマトリックス形成
に好適なカーボンブラックおよびブラックマトリックス
形成用樹脂組成物を提供する。 【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
全酸素原子と全炭素原子との原子比を０．１以上に酸化
処理されて生成したカーボンブラック粒子表面のカルボ
キシル基に、エーテル結合、および末端あるいは側鎖に
アルコール系水酸基を持つ直鎖状、分枝状あるいは環状
の化合物がエステル化反応により結合されたブラックマ
トリックス用カーボンブラック。その樹脂組成物は、こ
のカーボンブラック２〜２０wt％、溶媒６０〜９６wt
％、樹脂２〜２０wt％の組成からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、導電性が低い表面平滑なブラック
マトリックスの形成に好適なカーボンブラック、および
該カーボンブラックを用いたブラックマトリックス形成
用の樹脂組成物に関する。

【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。

【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。

【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、導電性が低い
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。

【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。

【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。

【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）。

【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。

【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。

【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。

【００１１】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、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（特願2000−257473
号）、および、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（特願2001−227404号）、を開
発、提案した。

【００１２】これらのカーボンブラックを遮光剤として
用いたブラックマトリックスは総合的に優れた性能を有
しているが、ブラックマトリックスの膜強度が若干不足
し、改善する必要性のあることが認められた。そこで、
本発明者は酸化処理したカーボンブラック表面のカルボ
キシル基をカリウム塩（ＣＯＯＫ基）に変換して基幹と
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
合されてなるブラックマトリックス用カーボンブラック
顔料（特願2001−258986号）を開発した。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このブラックマトリッ
クス用カーボンブラック顔料を用いることにより、形成
したブラックマトリックスの膜強度を向上させることが
可能となる。しかしながら、このカーボンブラック顔料
を用いて作製した樹脂組成物やインキ組成物は粘度が増
大する難点があることが認められた。粘度が増大する
と、例えば、樹脂組成物をスロットコータやロールコー
タにより透明基板に塗布してスピンコートする際、均一
に塗布することが難しいため形成したブラックマトリッ
クスの膜厚が不均一化し、遮光性能が低下する問題点が
ある。

【００１４】本発明者は、この問題点を解消するために
鋭意研究を行い、酸化処理によりカーボンブラック粒子
表面に生成したカルボキシル基に、エーテル結合、およ
び末端あるいは側鎖にアルコール系水酸基を持つ直鎖
状、分枝状あるいは環状の化合物を反応させてエステル
結合させると、ブラックマトリックス形成に好適な樹脂
組成物やインキ組成物が得られることを確認した。

【００１５】本発明は上記の知見に基づいて完成したも
のであり、その目的は、ブラックマトリックス形成用の
黒色顔料として、高度の遮光性および黒色度を有し、導
電性が低く、平滑性、絶縁性、膜強度などに優れたブラ
ックマトリックスの形成に好適なカーボンブラックおよ
び樹脂組成物を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】すなわち、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が湿式酸化により、Ｘ線光
電子分光法により測定した全酸素原子と全炭素原子との
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て生成した
カーボンブラック粒子表面のカルボキシル基に、エーテ
ル結合、および末端あるいは側鎖にアルコール系水酸基
を持つ直鎖状、分枝状あるいは環状の化合物がエステル
化反応により結合されてなることを構成上の特徴とす
る。

【００１７】また、本発明によるブラックマトリックス
形成用の樹脂組成物は、上記のカーボンブラックを２〜
２０wt％、溶媒を６０〜９６wt％、樹脂を２〜２０wt％
の量比で混合した組成からなることを構成上の特徴とす
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】まず、本発明のカーボンブラック
には窒素吸着比表面積(N₂SA)５０m²/g以上、ＤＢＰ吸収
量１４０cm³/100g以下の特性のものが適用される。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
粒径が大きくなり、形成したブラックマトリックスの黒
色度および光遮蔽力が低下し、遮光層の膜厚が厚くなる
ためである。但し、好ましくは３００m²/g以下のものが
用いられる。また、ＤＢＰ吸収量が１４０cm³/100g以下
のカーボンブラックを用いるのは、１４０cm³/100gを越
えると、樹脂などの溶媒に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ためである。なお、好まし
くはＤＢＰ吸収量は１１０cm³/100g以下のものが用いら
れる。

【００１９】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、湿式酸化処理によりカー
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に、エーテル結合、および末
端あるいは側鎖にアルコール系水酸基を持つ直鎖状、分
枝状あるいは環状の化合物をエステル化反応により結合
させてなるものである。

【００２０】カーボンブラックの湿式酸化処理は、酸化
剤として、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酸塩あるいはペルオキソ酸が好適に用い
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。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る。

【００２１】酸化処理の度合いは、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
どを適宜に設定することにより制御し、具体的にはＸ線
光電子分光法により測定した全酸素原子と全炭素原子の
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以上となるように湿式酸化処理
する。

【００２２】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酸素原子と全炭素原子の
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、カーボンブラック粒子表面のカルボ
キシル基の生成量に関連し、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、エーテル
結合、および末端あるいは側鎖にアルコール系水酸基を
持つ直鎖状、分枝状あるいは環状の化合物とのエステル
化反応が均一に進行せず、ブラックマトリックス形成用
の樹脂組成物を調製する際に溶媒への分散性が低下し
て、ブラックマトリックスの遮光性能の低下を招くこと
になる。なお、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
酸化処理が適用される。

【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、このようにして湿式酸化処理によりカーボ
ンブラック粒子表面に生成したカルボキシル基に、エー
テル結合、および末端あるいは側鎖にアルコール系水酸
基を持つ直鎖状、分枝状あるいは環状の化合物がエステ
ル化反応により結合されたものである。

【００２４】エステル化反応は、上記の湿式酸化処理を
施したカーボンブラックを容器に入れ、その中にエーテ
ル結合、および末端あるいは側鎖にアルコール系水酸基
を持つ直鎖状、分枝状あるいは環状の化合物および縮合
剤を加えて所定温度に所定時間、攪拌混合して反応させ
ることにより、下記 (1)〜(5) 式に示す反応式にしたが
ってエステル化反応が進む。次いで、未反応溶液をエバ
ポレータで回収したのち真空乾燥して本発明のブラック
マトリックス用カーボンブラックが得られる。なお、
(1)〜(5) 式において、Ｒ₁ は水素、メチル基、エチル
基、芳香族炭化水素など、Ｒ₂ は炭素数１〜４の２価の
炭化水素基（例えばメチレン基、エチレン基、プロピレ
ン基、ブチレン基など）を示し、ｎは１〜５である。

【００２５】

【化１】

【００２６】

【化２】

【００２７】

【化３】

【００２８】

【化４】

【００２９】

【化５】

【００３０】エーテル結合、および末端あるいは側鎖に
アルコール系水酸基を持つ直鎖状化合物としては、例え
ば、2-メトキシエタノール、2-エトキシエタノール、2-
（メトキシメトキシ）エタノール、2-イソプロポキシエ
タノール、2-ブトキシエタノール、2-（イソペンチルオ
キシ）エタノール、2-フェノキシエタノール、2-（ベン
ジルオキシ）エタノール、ジエチレングリコール、ジエ
チレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリ
コールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ
ブチルエーテル、トリエチレングリコール、トリエチレ
ングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコ
ール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジ
プロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピ
レングリコールモノメチルエーテルなどが、また、分枝
状化合物としては、1-メトキシ-2- プロパノール、1-エ
トキシ-2- プロパノール、環状化合物としては、フルフ
リルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、
などが例示される。

【００３１】また、縮合剤としては、例えば塩化水素、
濃硫酸、フッ化硼素などの無機酸、N,N-ジシクロヘキシ
ルカルボジイミド、N,N-ジイソプロピルカルボジイミ
ド、1-イソプロピル-3-(3-ジメチルアミノプロピル）カ
ルボジイミド過塩素酸塩、1-エチル-3-(3-ジメチルアミ
ノプロピル）カルボジイミド、1-エチル-3-(3-ジメチル
アミノプロピル）カルボジイミド塩酸塩、N-(3- ジメチ
ルアミノプロピル)-N-エチルカルボジイミド塩酸塩、メ
ト-P- トルエンスルホン酸-1- シクロヘキシル-3-(2-モ
ルホリノエチル）カルボジイミドなどのカルボジイミド
類、塩化チオニル／N-メチル-2 -ピロピドン、塩化チオ
ニル／N,N-ジメチルホルムアミド、塩化チオニル／ピリ
ジンなどがある。また、縮合剤を用いずにDean-Stark水
分離器などを用いる共沸蒸留法やソックスレー抽出器に
無水硫酸マグネシウムやモレキュラーシーブ5Aなどの乾
燥剤を入れて、溶媒を乾留させて縮合を行うなどの手法
を用いてもよい。

【００３２】本発明のブラックマトリックス用の樹脂組
成物は、このカーボンブラックを２〜２０wt％、溶媒を
６０〜９６wt％、樹脂を２〜２０wt％の量比で混合、分
散した組成からなる。

【００３３】溶媒としては、例えばメチルセロソルブ、
エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ジエチレングリ
コールモノメチルエーテル、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、メタノール、エタ
ノール、プロパノール、ブタノール、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
メチルスルホオキシド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。

【００３４】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。

【００３５】本発明のブラックマトリックス用樹脂組成
物においてカーボンブラックを２〜２０wt％、溶媒を６
０〜９６wt％、樹脂を２〜２０wt％の量比に設定するの
は、カーボンブラックが２wt％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２０wt％
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、溶媒が６０wt％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、９６wt％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２wt％未満であ
るとブラックマトリックスの膜強度が低下し、２０wt％
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。

【００３６】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。

【００３７】〔カーボンブラック試料の作製〕 実施例１〜３、比較例４〜６ 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 のペルオキソ２硫酸ナトリウム水溶
液３dm³ に添加し、回転数０．１２ s^-1で攪拌しなが
ら、６０℃の温度で１０時間、湿式酸化処理した。その
後、限外濾過膜（旭化成社製、AHP-1010、分画分子量 5
0000）で酸化反応液中に残存する過剰の塩を精製分離
し、更に濃縮精製した。次いで、この精製液を１１０℃
で１６時間真空乾燥した後、ミキサーで粉砕して酸化処
理したカーボンブラック試料８５g を得た。

【００３８】セパラブルフラスコ（容量 2000cm³）に、
上記の酸化カーボンブラック試料を２０g 、ジプロピレ
ングリコールモノメチルエーテルを４００cm³ 入れ、超
音波洗浄器を用いて窒素雰囲気中３００rpm の回転数で
６０分間攪拌混合した。次いで、この分散液中に、N,N
′−ジシクロヘキシルカルボジイミド２．９g をジプ
ロピレングリコールモノメチルエーテル４０cm³ に溶解
させた液を添加し、６０℃の温度で１２時間反応させ
た。

【００３９】反応後、エバポレーターを用いて未反応の
ジプロピレングリコールモノメチルエーテルを回収した
のち、真空乾燥機に入れて１１０℃で１６時間乾燥して
ジプロピレングリコールモノメチルエーテルを完全に除
去した。このようにして、カーボンブラック粒子表面の
カルボキシル基にジプロピレングリコールモノメチルエ
ーテルがエステル化反応によりエステル結合したブラッ
クマトリックス用カーボンブラック試料を作製した。

【００４０】実施例４ 実施例２のジプロピレングリコールモノメチルエーテル
に代えて、2-メトキシエタノールを使用した他は、全て
実施例２と同じ方法によりカーボンブラック試料を作製
した。

【００４１】比較例１〜３ 実施例１〜３に使用したカーボンブラックと同じカーボ
ンブラックを用い、実施例１〜３と同じ酸化処理を施し
て、カーボンブラック試料とした。

【００４２】比較例７〜９ 実施例１〜３に使用したカーボンブラックと同じカーボ
ンブラックを用い、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時間保持してオゾンによる気相酸化処
理した他は、実施例１〜３と同じ方法でカーボンブラッ
ク試料を作製した。

【００４３】比較例１０ セパラブルフラスコ（容量 2000cm³）に、実施例２と同
じカーボンブラックを実施例２と同一の方法で酸化処理
したカーボンブラック試料２０g 、ヘキサメチルリン酸
トリアミド４００cm³ 、クレゾール２０g を入れ、超音
波洗浄器を用いて窒素雰囲気中３００rpm の回転数で６
０分間攪拌混合した。次いで、この分散液中に、N,N ′
−ジシクロヘキシルカルボジイミド２．９g をヘキサメ
チルリン酸トリアミド４０cm³ に溶解させた液を添加し
て、実施例２と同じ方法により、クレゾールをエステル
結合させた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。

【００４４】このようにして作製したブラックマトリッ
クス用カーボンブラック試料について、エステル化反応
前の酸化処理した段階のカーボンブラック試料につい
て、S-Probe ESCA 2803 型（Surface Science Instrume
nts 社製）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、全酸素原子と全炭素
原子の原子比を求めた。測定は有姿状態の試料表面につ
いてワイドスキャン測定（定性分析）を行い、検出され
た元素の高分解測定（状態分析）を行った。なお結合エ
ネルギーは、Ｃ−Ｃ、Ｃ−Ｈを284.6 ｅＶして基準化し
た。得られた結果を、表１に示した。

【００４５】

【表１】 表注：*1 Ａ；ジプロピレングリコールモノメチルエーテル Ｂ；2-メトキシエタノール Ｃ；クレゾール

【００４６】〔樹脂組成物の調製〕カーボンブラック試
料１６g 、シクロヘキサノン６４g 、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粒子凝集体
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。

【００４７】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。

【００４８】表面張力；協和界面科学社製表面張力測定
装置を用いて、温度２５℃における表面張力を測定し
た。

【００４９】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 93
40）を用いて測定した。測定は、樹脂組成物中のカーボ
ンブラック粒子凝集体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
を最大粒径として求めた。なお、測定時、粘度調整の溶
媒としてはシクロヘキサノンを用いた。

【００５０】

【表２】

【００５１】〔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で洗浄した透明ガラ
ス板上にスピンコーターを用いて回転数０．０６ s^-1で
塗布し、常温で３０分間保持したのち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、炭酸ナトリウ
ム０．０５％、エマルゲンＡ−６０（花王製）０．４％
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。

【００５２】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。

【００５３】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１
μm 当たりの光学濃度を求めた。

【００５４】膜厚；膜断面をＳＥＭ（電子顕微鏡、日立
製作所製 S-2100B）により観察して、膜厚を測定した。

【００５５】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。

【００５６】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）

【００５７】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。

【００５８】

【表３】

【００５９】表１〜３より、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、ペルオキソ２硫酸ナトリウム水溶液
で湿式酸化して全酸素原子／全炭素原子の原子比を０．
１以上に酸化処理し、生成したカルボキシル基と、ジプ
ロピレングリコールモノメチルエーテルをエステル化反
応させてエステル結合させた実施例１〜３、および、2-
メトキシエタノールをエステル化反応させてエステル結
合させた実施例４のカーボンブラックから調製した樹脂
組成物の粘度が低く、樹脂組成物中のカーボンブラック
凝集粒子径も低位にあり、これらの樹脂組成物で形成し
た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、膜硬度など、いずれも良好なレベル
にあることが認められる。

【００６０】これに対して、比較例１〜３は実施例１〜
３と同じカーボンブラックを用い、同じ酸化処理を施し
たものであるが、実施例１〜３のようにジプロピレング
リコールモノメチルエーテルとのエステル化反応をさせ
ていないので、調製した樹脂組成物の粘度、表面張力も
高く、カーボンブラック粒子凝集体も大きいことが認め
られる。そして、形成したブラックマトリックスも実施
例１〜３に対比して、光学的濃度、膜厚、表面粗さ、体
積固有抵抗、膜硬度などいずれも劣ることが判る。

【００６１】また、窒素吸着比表面積(N₂SA)およびＤＢ
Ｐ吸収量のカーボンブラック特性が本発明で特定した要
件を外れる比較例４〜６では、実施例１〜４に比べて形
成したブラックマトリックスの光学的濃度が低く、表面
粗さも若干大きくなることが認められる。

【００６２】オゾンによる気相酸化を施した比較例７〜
９は酸化処理が不充分なため、実施例１〜４に比べて全
酸素原子／全炭素原子の原子比が著しく低く、調製した
樹脂組成物は粘度が高く、表面張力、カーボンブラック
粒子凝集体も大きいものである。その結果、形成したブ
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、膜硬度のいずれも劣ることが判る。

【００６３】比較例１０は、実施例２と同じカーボンブ
ラックを実施例２と同一の方法で酸化処理したカーボン
ブラック試料にクレゾールをエステル化反応させた場合
であるが、実施例２に比較して調製した樹脂組成物は粘
度が高く、また表面張力、カーボンブラック粒子凝集体
も大きく、形成した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
劣るものである。

【００６４】

【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
を湿式酸化して全酸素原子と全炭素原子との原子比を
０．１以上に酸化し、生成したカーボンブラック粒子表
面のカルボキシル基に、エーテル結合、および末端ある
いは側鎖にアルコール系水酸基を持つ直鎖状、分枝状あ
るいは環状の化合物をエステル化反応によりエステル結
合させた構造を特徴とし、このカーボンブラックを分散
させた本発明のブラックマトリックス用樹脂組成物は粘
度が低く、この樹脂組成物によれば遮光性、表面平滑
性、膜強度などに優れ、体積固有抵抗が高く絶縁性に優
れ、膜厚が薄くても高い遮光率を示すブラックマトリッ
クスの形成が可能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H042 AA06 AA09 AA15 AA26 2H048 BA11 BA45 BA47 BA48 BB28 BB42 4J002 BE021 BG041 CC031 CC101 CC121 CC181 CD001 CF001 CF181 CM041 DA036 FB086 FD096 GP00 4J037 AA02 CB04 CB07 CC15 CC16 CC21 CC22 CC23 CC24 DD07 DD20 DD23 EE02 EE19 EE43

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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が
   湿式酸化により、Ｘ線光電子分光法により測定した全酸
   素原子と全炭素原子との原子比（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
   酸化処理されて生成したカーボンブラック粒子表面のカ
   ルボキシル基に、エーテル結合、および末端あるいは側
   鎖にアルコール系水酸基を持つ直鎖状、分枝状あるいは
   環状の化合物がエステル化反応により結合されてなるこ
   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。
2. 【請求項２】 請求項１のカーボンブラックを２〜２０
   wt％、溶媒を６０〜９６wt％、樹脂を２〜２０wt％の量
   比で混合した組成からなるブラックマトリックス用樹脂
   組成物。