JP2003064279A

JP2003064279A - ブラックマトリックス用カーボンブラック顔料およびその製造方法

Info

Publication number: JP2003064279A
Application number: JP2001258986A
Authority: JP
Inventors: Shigemi Toda; 繁美戸田
Original assignee: Tokai Carbon Co Ltd
Current assignee: Tokai Carbon Co Ltd
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2003-03-05

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。

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。

【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。

【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
₃Ｈ〕が、全炭素原子あたりのモル比で０．００１＜
〔ＳＯ₃Ｈ〕、（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〔ＳＯ₃Ｈ〕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、７×１０⁴Ω・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。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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００２２】

【化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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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)×１００

【００３７】

【表１】注 *1 JIS K1469 により測定

【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。

【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。

【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。

【００４１】

【表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。

【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；ＪＩＳＫ５４００「鉛筆ひっかき試験」の方
法に準拠して測定した。

【００４４】

【表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。

【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。

【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。

───────────────────────────────────────────────────── 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 ５Ｃ０９４Ｇ０９Ｆ 9/30 ３４９Ｇ０９Ｆ 9/30 ３４９ＣＦ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

Claims

【特許請求の範囲】

【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。
【請求項２】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（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。