JP2003013008A

JP2003013008A - 表示デバイス用水性遮光塗料組成物および絶縁性遮光膜

Info

Publication number: JP2003013008A
Application number: JP2001194531A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Ebine; 俊裕海老根
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2003-01-15
Anticipated expiration: 2021-06-27
Also published as: JP3879444B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高い遮光性と高い表面電気抵抗値を同時に有
する表示デバイス用絶縁性遮光膜、およびこれを形成す
るための表示デバイス用水性遮光塗料組成物を提供する
こと。【解決手段】酸化カーボンブラック、重合度が１００
０〜３０００の水溶性樹脂、および水を含有し、該酸化
カーボンブラックと該水溶性樹脂の含有比率が、質量比
で１：２〜１：３の範囲にある表示デバイス用水性遮光
塗料組成物を提供し、さらに該表示デバイス用水性遮光
塗料組成物を使用して形成した表示デバイス用絶縁性遮
光膜を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界駆動型などの
表示デバイス用水性遮光塗料組成物、および該表示デバ
イス用水性遮光塗料組成物を使用して形成した絶縁性遮
光膜に関する。具体的には、液晶ディスプレイに使われ
るカラーフィルター用ブラックマトリックス部材、空間
光変調器や選択反射を利用した反射型表示デバイス用の
絶縁性部材などの分野で使用される水性遮光性塗料組成
物と絶縁性遮光膜に関する。

【０００２】

【従来の技術】電界駆動型などの表示デバイスでは、ブ
ラックマトリックスに代表されるように、最終的に得ら
れる膜に対して大きな遮光性（黒色度）と高い表面電気
抵抗値を同時に付与できるような材料がしばしば要求さ
れる。これまで、前記要求特性を満足する遮光膜用材料
として有機溶剤系の印刷インキやペーストなどが用いら
れてきたが、近年では環境および人体に悪影響を与える
これら有機溶剤の使用を制限する傾向が一般的となり、
当該材料についても水系のものが望まれるようになっ
た。

【０００３】しかし水性遮光性塗料組成物を調製するた
めに、着色剤として水溶性黒色染料を使用した場合に
は、得られる遮光膜の表面電気抵抗値は高いものの、高
い遮光性を付与させることは困難であった。また、単一
の染料だけでは光の吸収波長領域が狭く、また吸収ピー
ク波長の異なる染料を複数混合して吸収波長領域を広げ
ても、染料の水に対する溶解性があまり高くないことか
ら染料濃度を高めることができず、その結果、得られる
遮光膜に大きな遮光性能を付与することが困難であると
いう問題点があった。また染料は一般に耐光性、特に耐
紫外線性に劣るため、表示素子用の材料としては不向き
であるという欠点も有する。一方、可視光波長領域に大
きな吸収を有し、また耐光性にも優れるカーボンブラッ
ク顔料を用いた場合には、逆に得られる膜の遮光性は大
きくなるものの、主にカーボン粒子が有する導電性に起
因して、遮光膜の表面電気抵抗値が低くなってしまうと
いう問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、高い
遮光性（黒色度）と高い表面電気抵抗値を同時に有する
表示デバイス用絶縁性遮光膜、およびこれを形成するた
めの表示デバイス用水性遮光塗料組成物を提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、酸化カーボ
ンブラック、重合度が１０００〜３０００の水溶性樹
脂、および水を含有し、該酸化カーボンブラックと該水
溶性樹脂の含有比率が、質量比で１：２〜１：３の範囲
にある表示デバイス用水性遮光塗料組成物を提供し、さ
らに、酸化カーボンブラックと、重合度が１０００〜３
０００の水溶性樹脂を含有し、該酸化カーボンブラック
と該水溶性樹脂の含有比率が、質量比で１：２〜１：３
の範囲にある表示デバイス用絶縁性遮光膜を提供するこ
とによって上記課題を解決した。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に本発明をさらに詳細に説明
する。表示デバイス用水性遮光塗料組成物（以下特に断
らない限り、「表示デバイス用水性遮光塗料組成物」
を、単に「遮光塗料組成物」という）に、遮光性顔料と
して従来多用されている、導電性を有するカーボンブラ
ックを使用した場合は、表面電気抵抗値の高い表示デバ
イス用絶縁性遮光膜（以下特に断らない限り、「表示デ
バイス用絶縁性遮光膜」を、単に「絶縁性遮光膜」とい
う）は得られない。そこで、本発明においては、カーボ
ンブラックの代わりに、電気抵抗値の高い酸化カーボン
ブラックを使用した遮光塗料組成物を用いて、以下の要
求特性を満足する絶縁性遮光膜を提供する。１．膜厚２μｍの絶縁性遮光膜の光透過率が、４００ｎ
ｍ〜８００ｎｍの波長領域において１％以下であるこ
と。２．膜厚２μｍの絶縁性遮光膜の表面電気抵抗値が、１
０^１３（Ω／□）以上であること。

【０００７】酸化カーボンブラックは、酸化度が高いほ
ど電気伝導度は低くなる。酸化カーボンブラックの酸化
度は、不活性ガス融解−赤外線吸収法（ＪＩＳＺ２６１
３−１９７６）に従って測定することができる。本発明
に使用する酸化カーボンブラックは、上記測定によって
算出される酸化カーボン中の酸素含有率が３質量％以上
のものが好ましく、８質量％以上の酸化カーボンブラッ
クが特に好ましい。酸素含有率が３〜５質量％程度の酸
化カーボンブラックは、電界酸化法や紫外線照射法等に
よっても得られるが、８質量％という高酸化度の酸化カ
ーボンブラックを得るためには、カーボンブラックを次
亜ハロゲン酸またはその塩を使用して酸化するのがよ
い。次亜ハロゲン酸とその塩を混合してカーボンブラッ
クの酸化に使用することもできる。

【０００８】酸化カーボンブラックの原料であるカーボ
ンブラックは、一般に天然ガスや液状炭化水素（重油や
タール等）を熱分解または不完全燃焼させて得られる炭
素粉末である。これらは、製造方法によりチャンネルブ
ラック、ファーネスブラック、ランプブラック等に分類
され市販されている。原料として用いるカーボンブラッ
クの種類は特に限定されるものではなく、酸性カーボン
ブラック、中性カーボンブラック、アルカリ性カーボン
ブラックのいずれでも使用できる。

【０００９】次亜ハロゲン酸またはその塩を使用した酸
化反応によって得られる、酸素含有率が８質量％以上の
酸化カーボンブラックは、少なくとも（ａ）カーボンブ
ラックを水中に微分散する工程と、（ｂ）次亜ハロゲン
酸またはその塩を用いて酸化する工程と、（ｃ）得られ
た酸化カーボンブラック分散液を精製後、酸化カーボン
ブラック濃度を１０〜３０質量％に調整する工程とから
なる方法によって製造することができる。

【００１０】次亜ハロゲン酸またはその塩の具体例に
は、次亜塩素酸ナトリウムや次亜塩素酸カリウムが挙げ
られ、次亜塩素酸ナトリウムの方が、カーボンブラック
との反応性が高いという点から特に好ましい。酸化反応
は、カーボンブラックと次亜ハロゲン酸塩(例えば次亜
塩素酸ナトリウム)とを適量の水中に仕込み、５時間以
上、好ましくは約１０〜１５時間、５０℃以上、好まし
くは９５〜１０５℃で撹拌することにより行う。その際
カーボンブラックは微分散された状態で酸化処理される
ことが好ましい。なお微分散とは、カーボンブラックの
２次粒子を水中で微砕して、１次粒子もしくはこれに近
い程度まで微細化することをいう。微分散されたカーボ
ンブラックの平均粒径は３００ｎｍ以下が好ましく、さ
らに好ましくは１５０ｎｍ以下、最も好ましいのは１０
０ｎｍ以下である。

【００１１】一般に、微分散はミル媒体および粉砕装置
を用いて水性媒体中３〜１０時間湿式粉砕することによ
り行う。ミル媒体としては、ガラスビーズ、ジルコニア
ビーズ、磁性ビーズ、ステンレス製ビーズ等を用いる。
粉砕装置にはボールミル、アトライター、フーロジェッ
トミキサー、インペラーミル、コロイダルミル、サンド
ミル［例えば、ビーズミル、サンドグライダー、スーパ
ーミル、アジテーターミル、ダイノーミル（商品名）］
等が挙げられる。

【００１２】しかしながら、原料として用いるカーボン
ブラックの種類によっては水溶媒中でホモジナイザー
（ホモミキサー）等を用いて高速撹拌するだけで微分散
される場合もある。微分散は必ずしも酸化処理の前に行
われる必要はなく、次亜ハロゲン酸塩等の水溶媒中で撹
拌もしくは粉砕を行うことにより、酸化処理と同時に微
分散処理を行ってもよい。次亜ハロゲン酸塩の使用量は
その種類により異なるが、１００％次亜塩素酸ナトリウ
ムに換算した場合、カーボンブラックの質量を基準にし
て、１．５〜１５０質量％、好ましくは４〜７５質量％
である。

【００１３】このようにして得られた酸素含有率が８質
量％以上の酸化カーボンブラックは、水中に安定分散し
た水分散体として入手可能であり、具体的にはオリエン
ト化学工業社製「ＢＯＮＪＥＴＢＬＡＣＫＣＷ−１
（平均粒径１００ｎｍ以下）」や「ＢＯＮＪＥＴＢＬ
ＡＣＫＣＷ−２（平均粒径２００ｎｍ以下）」等を挙
げることができる。

【００１４】また遮光塗料組成物には、これを支持体上
に塗布した際、塗膜に皮膜形成能をもたせるために、水
溶性樹脂を添加する。水溶性樹脂は、水に可溶で、酸化
カーボンブラックの分散性に悪影響を与えず、そして支
持体に塗布後乾燥して得られる絶縁性遮光膜に、高い絶
縁性と耐薬品性を付与できるものが好ましい。

【００１５】このような水溶性樹脂としては、たとえ
ば、完全ケン化または部分ケン化ポリビニルアルコー
ル、水溶性ポリビニルセタール、水溶性ポリビニルホル
マール、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、
ポリ（メタ）アクリル酸、水溶性ポリ（メタ）アクリル
酸共重合体、ポリアルキレンオキサイド、水溶性ポリエ
ステル、水溶性マレイン酸樹脂などが挙げられるが、こ
の中でもポリビニルアルコールや、水溶性ポリビニルア
セタール、水溶性ポリビニルホルマール等のポリビニル
アルコール誘導体が、皮膜形成能や耐薬品性に優れ、か
つ安価であるという観点から特に好ましい。

【００１６】一方、樹脂の重合度と樹脂の電気抵抗値と
の間には相関関係があり、重合度が高いほど電気抵抗値
が高くなる傾向にある。特に本発明において、表面電気
抵抗値の高い絶縁性遮光膜を得るためには、使用する水
溶性樹脂の重合度が１０００〜３０００であることが望
ましく、１３００〜２０００の範囲であればなお好まし
い。重合度が１０００未満の場合は表面抵抗値が低下
し、３０００を超えると遮光塗料組成物の粘度が高くな
って、支持体に塗布しにくくなる。

【００１７】本発明に使用する水溶性樹脂としては、た
とえば、クラレ社製「クラレポバールＰＶＡ−ＨＣ
Ｗ」、「クラレポバールＰＶＡ−２１７Ｃ」、「エクセ
バールＲＳ−２６１７」や「エクセバールＲＳ−２７１
３」等のポリビニルアルコールが挙げられ、またポリビ
ニルアセタールとしては、積水化学工業社製の「エスレ
ックＫＷ−１」などを挙げることができる。本発明にお
いては、これらの水溶性樹脂を単独で、あるいは２種類
以上を混合して使用することができる。

【００１８】遮光塗料組成物を使用して形成される絶縁
性遮光膜を、液晶表示デバイスのブラックマトリックッ
スとして使用した場合は、該絶縁性遮光膜は直接液晶材
料と接触する。本発明の遮光塗料組成物を使用して液晶
表示デバイスなどの電界駆動型表示デバイスに絶縁性遮
光膜を形成する場合、該遮光塗料組成物中に不純物を含
有すると、表示デバイスの表示特性を損なうことがあ
る。特に、絶縁性遮光膜と表示材料が直接接触する液晶
表示デバイスなどの場合には、金属イオンや有機イオン
等のイオン性化合物の含有量を極力少なくすることが好
ましい。

【００１９】また、表示デバイスの電気特性に影響を及
ぼさないよう、絶縁性遮光膜の表面電気抵抗値を高くす
る必要がある。絶縁性遮光膜の電気抵抗値を下げる要因
として、上記イオン性不純物のほかに、カーボンブラッ
クの導電性を挙げることができる。一般に、絶縁性遮光
膜に含有させる遮光性顔料として導電性の高いカーボン
ブラックを使用した場合、所望の表面電気抵抗値を得る
ためにはカーボンブラックの含有量を少なくしなければ
ならず、高い遮光性能を得ることが困難である。

【００２０】本発明においては、酸化カーボンブラック
と水溶性樹脂の含有比率を、質量比で１：２〜１：３と
することにより、得られる絶縁性遮光膜に、二律背反す
る高い遮光性と高い表面電気抵抗値を同時に付与するこ
とが可能となった。酸化カーボンブラックと水溶性樹脂
の含有比率が１：２を超える場合、すなわち酸化カーボ
ンブラックの含有率が高くなると、得られる絶縁遮光膜
の遮光性は向上するが表面電気抵抗値が低下し、逆に
１：３未満の場合、すなわち酸化カーボンブラックの含
有率が低くなると、得られる絶縁遮光膜の表面電気抵抗
値は向上するが遮光性が低下する。

【００２１】本発明の遮光塗料組成物には、溶媒として
おもに水を使用するが、水溶性樹脂を析出させない範囲
内で、水と相溶性を有する有機溶剤を添加してもよい。
このような有機溶剤としては、メタノール、エタノール
などの低級アルコール、アセトン、ジオキサンなどが挙
げられる。遮光塗料組成物の不揮発分濃度は、５〜２０
質量％とするのが好ましい。

【００２２】本発明の遮光塗料組成物には、これを使用
して表示用デバイスに絶縁性遮光膜を形成した際に、そ
の電気的特性や表示特性を損なわない範囲内で、一般の
水性塗料に使用される消泡剤、分散剤などの各種添加剤
を添加してもよい。特にエタノールを添加した場合に
は、良好な消泡効果が得られる。

【００２３】遮光塗料組成物は、前記酸化カーボンの水
分散体と水溶性樹脂水溶液、および必要に応じて消泡剤
等の添加剤を添加して、超音波分散法、ホモジナイザー
法、ボールミル法、ミキサー法，サンドミル法，ニーダ
ー法等など、公知慣用の分散混合方法を用いて混合し、
調製する。

【００２４】絶縁性遮光膜は、支持体上に遮光塗料組成
物を塗布後、乾燥させることによって形成する。塗布方
法は、スピン塗布法、引上げ塗布法、エアドクター塗布
法、ブレード塗布法、ロッド塗布法、ナイフ塗布法、ス
クイズ塗布法、含浸塗布法、リバースロール塗布法、ト
ランスファー塗布法、グラビア塗布法、キスロール塗布
法、キャスト塗布法、スプレー塗布法、カーテン塗布
法、カレンダー塗布法、押し出し塗布法、静電塗布法、
バーコート法など、公知慣用の方法から適宜選択するこ
とができる。支持体としては、一般的にはプラスチック
フィルムやガラス板などが用いられるが、これらに限ら
れるものではない。

【００２５】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに具体的に
説明する。実施例中「部」および「％」は、特に断らな
い限りそれぞれ「質量部」および「質量％」を表す。

【００２６】（実施例１）重合度が１３００のポリビニ
ルアルコール（クラレ社製「エクセバールＲＳ−２７１
３」）８部を、比抵抗値が１７．２ＭΩ・ｃｍの純水９
２部に加熱溶解してポリビニルアルコール８％水溶液を
得た。上記ポリビニルアルコール８％水溶液２０部、酸
化カーボン２０％水分散体（オリエント化学工業社製
「ＢＯＮＪＥＴＢＬＡＣＫＣＷ−１」）４部、およ
びエタノール１．２部を、超音波分散機を使用して混合
し、遮光塗料組成物を調製した。該遮光塗料組成物を、
乾燥後の膜厚が２μmとなるように汎用の透明ポリエス
テルフィルムにワイアバーを使用して塗布し、乾燥させ
て絶縁性遮光膜を得た。

【００２７】（実施例２）重合度が１３００のポリビニ
ルアルコール（クラレ社製「エクセバールＲＳ−２７１
３」）の代わりに、重合度が１７００のポリビニルアル
コール（クラレ社製「エクセバールＲＳ−２６１７」）
を使用した以外は、実施例１と同様にして絶縁性遮光膜
を得た。

【００２８】（実施例３）実施例１で調製したポリビニ
ルアルコール８％水溶液の配合量を３０部、エタノール
の配合量を１．７部とした以外は、実施例１と同様にし
て絶縁性遮光膜を得た。

【００２９】（実施例４）実施例１で調製したポリビニ
ルアルコール８％水溶液２０部の代わりに、重合度が１
３００のポリビニルアルコール（クラレ社製「エクセバ
ールＲＳ−２１１３ＵＣ」）を比抵抗値が１７．２ＭΩ
・ｃｍの純水に加熱溶解して得たポリビニルアルコール
８％水溶液２３部を使用し、またエタノールの配合量を
１．４部とした以外は、実施例１と同様にして絶縁性遮
光膜を得た。

【００３０】（実施例５）実施例１で調製したポリビニ
ルアルコール８％水溶液２０部の代わりに、重合度が１
５００のポリビニルアセタール２０％水溶液（積水化学
工業社製「エスレックＫＷ−１」）を比抵抗値が１７．
２ＭΩ・ｃｍの純水で希釈して得たポリビニルアセター
ル１０％水溶液２４部を使用し、またエタノールの配合
量を１．４部とした以外は、実施例１と同様にして絶縁
性遮光膜を得た。

【００３１】（比較例１）重合度が４００のポリビニル
アルコール（クラレ社製「エクセバールＲＳ−４１０４
ＵＣ」）８部を、比抵抗値が１７．２ＭΩ・ｃｍの純水
９２部に加熱溶解することにより、ポリビニルアルコー
ル８％水溶液を得た。上記ポリビニルアルコール８％水
溶液２３部、酸化カーボン２０％水分散体（オリエント
化学工業社製「ＢＯＮＪＥＴＢＬＡＣＫＣＷ−
１」）４部、およびエタノール１．４部を、超音波分散
機を使用して混合し、遮光塗料組成物を調製した。該遮
光塗料組成物を、乾燥後の膜厚が２μmとなるように汎
用の透明ポリエステルフィルムにワイアバーを使用して
塗布し、乾燥して絶縁性遮光膜を得た。

【００３２】（比較例２）重合度が１３００のポリビニ
ルアルコール（クラレ社製「エクセバールＲＳ−２７１
３」）８部を、比抵抗値が１７．２ＭΩ・ｃｍの純水９
２部に加熱溶解することにより、ポリビニルアルコール
８％水溶液を得た。上記ポリビニルアルコール８％水溶
液１５部、酸化カーボン２０％水分散体（オリエント化
学工業社製「ＢＯＮＪＥＴＢＬＡＣＫＣＷ−１」）
４部、およびエタノール１部を、比較例１と同様に分散
混合して遮光塗料組成物を調製し、比較例と同様にして
絶縁性遮光膜を得た。

【００３３】（比較例３）比較例２で調製したポリビニ
ルアルコール８％水溶液の配合量を３５部、エタノール
の配合量を２部とした以外は、比較例２と同様にして絶
縁性遮光膜を得た。

【００３４】実施例および比較例で作製した絶縁性遮光
膜のそれぞれについて、４００〜８００ｎｍの波長領域
における光透過率と表面電気抵抗値を測定した。光透過
率の測定には、日立製作所社製「Ｕ−３４１０形自記分
光光度計」を、また表面電気抵抗値の測定には、三菱油
化社製「表面高抵抗計Ｈｉｒｅｓｔａ」を使用した。な
お表面電気抵抗値には、２点式プローブを用い５００Ｖ
電圧印加下１０秒平均の値を使用した。

【００３５】表１に、実施例および比較例で作製した絶
縁性遮光膜の測定結果を示す。なお、光透過率の値は、
４００〜８００ｎｍの波長領域における光透過率の上限
値を示した。また、表面電気抵抗値の「１０^１３≦」
は、上記測定条件における測定限界を超えていることを
意味する。

【００３６】

【表１】

【００３７】表１の結果から、本発明の表示デバイス用
水性遮光塗料組成物を使用して形成した表示デバイス用
絶縁性遮光膜が、高い遮光性と、高い表面電気抵抗値、
すなわち高い絶縁性とを同時に有していることがわか
る。

【００３８】

【発明の効果】酸化カーボンブラック、重合度が１００
０〜３０００の水溶性樹脂、および水を含有し、該酸化
カーボンブラックと該水溶性樹脂の含有比率が、質量比
で１：２〜１：３の範囲にある本発明の表示デバイス用
水性遮光塗料組成物を使用することにより、従来のカー
ボンブラックを使用した遮光塗料では実現できなかっ
た、大きな遮光性（黒色度）と高い表面電気抵抗値とい
う二律背反する性能を同時に有する表示デバイス用絶縁
性遮光膜を形成できる。

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｇ０２Ｂ 5/22 Ｇ０２Ｂ 5/22 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５００Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５００Ｆターム(参考） 2H048 BA02 BA45 BA47 BB01 BB02 BB42 CA05 CA14 CA19 CA21 2H091 FA34Y FA35Y FB02 FB13 FC12 LA30 4J038 CE021 CE061 CG031 CG071 CG171 CK031 DD001 DF021 HA026 KA14 MA08 MA10 MA14 NA19 NA21 PB08 PB09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化カーボンブラック、重合度が１００
０〜３０００の水溶性樹脂、および水を含有し、該酸化
カーボンブラックと該水溶性樹脂の含有比率が、質量比
で１：２〜１：３の範囲にあることを特徴とする表示デ
バイス用水性遮光塗料組成物。
【請求項２】前記酸化カーボンブラックが、カーボン
ブラックを次亜ハロゲン酸またはその塩を用いて酸化し
たものである請求項１に記載の表示デバイス用水性遮光
塗料組成物。
【請求項３】前記水溶性樹脂が、ポリビニルアルコー
ルまたはその誘導体である請求項１に記載の表示デバイ
ス用水性遮光塗料組成物。
【請求項４】酸化カーボンブラックと、重合度が１０
００〜３０００の水溶性樹脂を含有し、該酸化カーボン
ブラックと該水溶性樹脂の含有比率が、質量比で１：２
〜１：３の範囲にあることを特徴とする表示デバイス用
絶縁性遮光膜。