JP2009084417A - 酸性分散助剤、これを用いた有機顔料ナノ粒子の水性分散物、凝集体、及び非水性分散物、それらにより得られる着色感光性樹脂組成物、カラーフィルタ、及び液晶表示装置 - Google Patents
酸性分散助剤、これを用いた有機顔料ナノ粒子の水性分散物、凝集体、及び非水性分散物、それらにより得られる着色感光性樹脂組成物、カラーフィルタ、及び液晶表示装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】
下記一般式(1)で表される酸性分散助剤。
(式中、Aは窒素原子によりカルボニル基と連結する複素環基を表す。Xは、置換基を有してもよい炭素原子数2〜10の2価のアルキレン基、エーテル基、又はポリエーテル基を表す。)
【選択図】なし
Description
(1)下記一般式(1)で表されることを特徴とする酸性分散助剤。
(2)水性分散物から媒体を切り換えて得た非水性分散物中で、非水性分散剤とともに有機顔料ナノ粒子に分散性を付与することを特徴とする(1)記載の酸性分散助剤。
(3)有機顔料ナノ粒子と水と(1)に記載の酸性分散助剤とを含む水性分散物であって、前記有機顔料ナノ粒子が、良溶媒に有機顔料を溶解させた有機顔料溶液と、前記良溶媒と相溶し前記有機顔料に対する貧溶媒とを混合させ、その混合液中に前記酸性分散助剤の存在下で前記有機顔料をナノメートルサイズの微粒子として析出させたものであることを特徴とする有機顔料ナノ粒子の水性分散物。
(4)前記有機顔料ナノ粒子の一次粒子の平均粒径が10〜500nmであることを特徴とする(3)記載の有機顔料ナノ粒子の水性分散物。
(5)(3)又は(4)に記載の水性分散物のpHを変化させ、前記有機顔料ナノ粒子を再分散可能な凝集状態とした有機顔料ナノ粒子の凝集体。
(6)(5)記載の凝集体の凝集を解き非水性媒体に再分散させた有機顔料ナノ粒子の非水性分散物。
(7)数平均分子量1000以上の高分子化合物を少なくとも1種含むことを特徴とする(6)に記載の有機顔料粒子の非水性分散物。
(8)(6)又は(7)に記載の非水性分散物と、バインダーと、モノマーもしくはオリゴマーと、光重合開始剤もしくは光重合開始剤系とを少なくとも含有させたことを特徴とする着色感光性樹脂組成物。
(9)(8)に記載の着色感光性樹脂組成物を用いて作製したことを特徴とするカラーフィルタ。
(10)(9)に記載のカラーフィルタを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
本発明において有機顔料は、色相的に限定されるものではなく、例えば、ペリレン、ペリノン、キナクリドン、キナクリドンキノン、アントラキノン、アントアントロン、ベンズイミダゾロン、ジスアゾ縮合、ジスアゾ、アゾ、インダントロン、フタロシアニン、トリアリールカルボニウム、ジオキサジン、アミノアントラキノン、ジケトピロロピロール、チオインジゴ、イソインドリン、イソインドリノン、ピラントロンもしくはイソビオラントロン化合物顔料、またはそれらの混合物などが挙げられる。
更に詳しくは、たとえば、C.I.ピグメントレッド190(C.I.番号71140)、C.I.ピグメントレッド224(C.I.番号71127)、C.I.ピグメントバイオレット29(C.I.番号71129)等のペリレン化合物顔料、C.I.ピグメントオレンジ43(C.I.番号71105)、もしくはC.I.ピグメントレッド194(C.I.番号71100)等のペリノン化合物顔料、C.I.ピグメントバイオレット19(C.I.番号73900)、C.I.ピグメントバイオレット42、C.I.ピグメントレッド122(C.I.番号73915)、C.I.ピグメントレッド192、C.I.ピグメントレッド202(C.I.番号73907)、C.I.ピグメントレッド207(C.I.番号73900、73906)、もしくはC.I.ピグメントレッド209(C.I.番号73905)のキナクリドン化合物顔料、C.I.ピグメントレッド206(C.I.番号73900/73920)、C.I.ピグメントオレンジ48(C.I.番号73900/73920)、もしくはC.I.ピグメントオレンジ49(C.I.番号73900/73920)等のキナクリドンキノン化合物顔料、C.I.ピグメントイエロー147(C.I.番号60645)等のアントラキノン化合物顔料、C.I.ピグメントレッド168(C.I.番号59300)等のアントアントロン化合物顔料、C.I.ピグメントブラウン25(C.I.番号12510)、C.I.ピグメントバイオレット32(C.I.番号12517)、C.I.ピグメントイエロー180(C.I.番号21290)、C.I.ピグメントイエロー181(C.I.番号11777)、C.I.ピグメントオレンジ62(C.I.番号11775)、もしくはC.I.ピグメントレッド185(C.I.番号12516)等のベンズイミダゾロン化合物顔料、C.I.ピグメントイエロー93(C.I.番号20710)、C.I.ピグメントイエロー94(C.I.番号20038)、C.I.ピグメントイエロー95(C.I.番号20034)、C.I.ピグメントイエロー128(C.I.番号20037)、C.I.ピグメントイエロー166(C.I.番号20035)、C.I.ピグメントオレンジ34(C.I.番号21115)、C.I.ピグメントオレンジ13(C.I.番号21110)、C.I.ピグメントオレンジ31(C.I.番号20050)、C.I.ピグメントレッド144(C.I.番号20735)、C.I.ピグメントレッド166(C.I.番号20730)、C.I.ピグメントレッド220(C.I.番号20055)、C.I.ピグメントレッド221(C.I.番号20065)、C.I.ピグメントレッド242(C.I.番号20067)、C.I.ピグメントレッド248、C.I.ピグメントレッド262、もしくはC.I.ピグメントブラウン23(C.I.番号20060)等のジスアゾ縮合化合物顔料、C.I.ピグメントイエロー13(C.I.番号21100)、C.I.ピグメントイエロー83(C.I.番号21108)、もしくはC.I.ピグメントイエロー188(C.I.番号21094)等のジスアゾ化合物顔料、C.I.ピグメントレッド187(C.I.番号12486)、C.I.ピグメントレッド170(C.I.番号12475)、C.I.ピグメントイエロー74(C.I.番号11714)、C.I.ピグメントイエロー150(C.I.番号48545)、C.I.ピグメントレッド48(C.I.番号15865)、C.I.ピグメントレッド53(C.I.番号15585)、C.I.ピグメントオレンジ64(C.I.番号12760)、もしくはC.I.ピグメントレッド247(C.I.番号15915)等のアゾ化合物顔料、C.I.ピグメントブルー60(C.I.番号69800)等のインダントロン化合物顔料、C.I.ピグメントグリーン7(C.I.番号74260)、C.I.ピグメントグリーン36(C.I.番号74265)、ピグメントグリーン37(C.I.番号74255)、ピグメントブルー16(C.I.番号74100)、C.I.ピグメントブルー75(C.I.番号74160:2)、もしくは15(C.I.番号74160)等のフタロシアニン化合物顔料、C.I.ピグメントブルー56(C.I.番号42800)、もしくはC.I.ピグメントブルー61(C.I.番号42765:1)等のトリアリールカルボニウム化合物顔料、C.I.ピグメントバイオレット23(C.I.番号51319)、もしくはC.I.ピグメントバイオレット37(C.I.番号51345)等のジオキサジン化合物顔料、C.I.ピグメントレッド177(C.I.番号65300)等のアミノアントラキノン化合物顔料、C.I.ピグメントレッド254(C.I.番号56110)、C.I.ピグメントレッド255(C.I.番号561050)、C.I.ピグメントレッド264、C.I.ピグメントレッド272(C.I.番号561150)、C.I.ピグメントオレンジ71、もしくはC.I.ピグメントオレンジ73等のジケトピロロピロール化合物顔料、C.I.ピグメントレッド88(C.I.番号73312)等のチオインジゴ化合物顔料、C.I.ピグメントイエロー139(C.I.番号56298)、C.I.ピグメントオレンジ66(C.I.番号48210)等のイソインドリン化合物顔料、C.I.ピグメントイエロー109(C.I.番号56284)、もしくはC.I.ピグメントオレンジ61(C.I.番号11295)等のイソインドリノン化合物顔料、C.I.ピグメントオレンジ40(C.I.番号59700)、もしくはC.I.ピグメントレッド216(C.I.番号59710)等のピラントロン化合物顔料、またはC.I.ピグメントバイオレット31(60010)等のイソビオラントロン化合物顔料が挙げられる。なかでも、キナクリドン化合物顔料、ジケトピロロピロール化合物顔料、ジオキサジン化合物顔料、フタロシアニン化合物顔料、またはアゾ化合物顔料であることが好ましく、ジケトピロロピロール化合物顔料、フタロシアニン化合物顔料、ジオキサジン化合物顔料がより好ましい。
本発明においては、2種類以上の有機顔料または有機顔料の固溶体を組み合わせて用いることもできる。また、有機色素、高分子有機材料等と組み合わせてもよい。
有機顔料溶液の調製条件に特に制限はなく、常圧から亜臨界、超臨界条件の範囲を選択できる。常圧での温度は−10〜150℃が好ましく、−5〜130℃がより好ましく、0〜100℃が特に好ましい。
使用する塩基の量は特に限定されないが、無機塩基の場合、有機顔料に対して1.0〜30モル当量であることが好ましく、1.0〜25モル当量であることがより好ましく、1.0〜20モル当量であることが特に好ましい。有機塩基の場合、有機顔料に対して1.0〜100モル当量であることが好ましく、5.0〜100モル当量であることがより好ましく、20〜100モル当量であることが特に好ましい。
使用する酸の量は特に限定されないが、塩基に比べて過剰量用いられる場合が多い。無機酸および有機酸の場合を問わず、有機顔料に対して3〜500モル当量であることが好ましく、10〜500モル当量であることがより好ましく、30〜200モル当量であることが特に好ましい。
Re=ρUL/μ ・・・ 数式(1)
数式(1)中、Reはレイノルズ数を表し、ρは有機顔料溶液の密度[kg/m3]を表し、Uは有機顔料溶液と貧溶媒とが出会う時の相対速度[m/s]を表し、Lは有機顔料溶液と貧溶媒とが出会う部分の流路もしくは供給口の等価直径[m]を表し、μは有機顔料溶液の粘性係数[Pa・s]を表す。
L=4A/p ・・・ 数式(2)
配管を通じて有機顔料溶液を貧溶媒中に注入して粒子を形成することが好ましく、配管に円管を用いた場合には等価直径は円管の直径と一致する。例えば、液体供給口の開口径を変化させて等価直径を調節することができる。等価直径Lの値は特に限定されないが、例えば、上述した供給口の好ましい内径と同じである。
有機微粒子を析出させたとき、分散液中のナノ粒子濃度は特に制限されないが、溶媒1000mlに対して有機粒子が10〜40000mgの範囲であることが好ましく、より好ましくは20〜30000mgの範囲であり、特に好ましくは50〜25000mgの範囲である。
また、顔料ナノ粒子を生成させる際の調製スケールは、特に限定されないが、貧溶媒の混合量が10〜2000Lの調製スケールであることが好ましく、50〜1000Lの調製スケールであることがより好ましい。
有機粒子の粒径の測定方法としては、顕微鏡法、質量法、光散乱法、光遮断法、電気抵抗法、音響法、動的光散乱法が挙げられ、顕微鏡法、動的光散乱法が特に好ましい。顕微鏡法に用いられる顕微鏡としては、例えば、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡などが挙げられる。動的光散乱法による粒子測定装置として、例えば、日機装社製ナノトラックUPA−EX150、大塚電子社製ダイナミック光散乱光度計DLS−7000シリーズなどが挙げられる。
具体的には、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリビニルメチルエーテル、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリアクリルアミド、ビニルアルコール−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコール−部分ホルマール化物、ポリビニルアルコール−部分ブチラール化物、ビニルピロリドン−酢酸ビニル共重合体、ポリエチレンオキシド/プロピレンオキシドブロック共重合体、ポリアクリル酸塩、ポリビニル硫酸塩、ポリ(4−ビニルピリジン)塩、ポリアミド、ポリアリルアミン塩、縮合ナフタレンスルホン酸塩、セルロース誘導体、澱粉誘導体などが挙げられる。その他、アルギン酸塩、ゼラチン、アルブミン、カゼイン、アラビアゴム、トンガントゴム、リグニンスルホン酸塩などの天然高分子類も使用できる。なかでも、ポリビニルピロリドンが好ましい。これら高分子化合物は、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができ、また、低分子量の分散剤を組み合わせて用いてもよい。顔料の分散に用いる分散剤に関しては、「顔料分散安定化と表面処理技術・評価」(化学情報協会、2001年12月発行)の29〜46頁に詳しく記載されている。
ノニオン性分散剤(ノニオン性界面活性剤)としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、グリセリン脂肪酸エステルなどを挙げることができる。なかでも、ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテルが好ましい。これらノニオン性分散剤は、単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
良溶媒が酸性の場合は、有機顔料ナノ粒子の水性分散液も酸性になっており、良溶媒が塩基性の場合は、水性分散液も塩基性になっている。本発明における酸性分散助剤は、水性分散液が塩基性の場合、最も効果的である。
水性分散液が塩基性であれば、酸添加で中性から弱酸性に中和することで凝集させることができる。この際、酸性分散助剤は、アニオン化された状態で有機顔料ナノ粒子周りを被覆しているが、添加する酸としては、前記アニオンを中和して、有機顔料ナノ粒子周りに、中性の酸性分散助剤を生成させることが必要になる。そのために、酸性分散助剤のアニオン化状態を中和するだけの酸性、添加量を適宜選択する必要がある。
添加する酸としては、塩酸、硫酸、リン酸、硝酸などの無機酸、または酢酸、プロピオニック酸、ブチリック酢酸、バレリック酸、ヘキサノイック酸などの有機酸が挙げられるが、除去のしやすさやコスト的な観点で好ましくは、無機酸や酢酸である。これらで中和する場合、計全体としてpH7以下にまで中和することが好ましく、より好ましくはpH3以下である。
また、本発明における酸性分散助剤においては、酸性基を持つことから、後述の非水性分散剤と強く相互作用し、分散性向上、コントラスト向上が可能である。酸性分散助剤は顔料粒子周りを被覆しており、顔料粒子表面が酸性処理した状態とすることができる。これにより顔料粒子と非水性分散剤とが酸−塩基相互作用により強く結合し、該非水性分散剤による顔料粒子の分散性を向上させることが可能となる。この時、非水性分散剤が酸性基を有する場合は、酸性分散助剤と水素結合により相互作用し、非水性分散剤が塩基性基を有する場合は、酸性分散助剤と酸−塩基相互作用により相互作用する。非水性分散剤の有する、より好ましい基としては、酸性分散助剤とより強い相互作用が期待できる塩基性基を有する非水性分散剤である。
本発明においては、塩基性下では、上述の酸性分散助剤は、アニオン化され負電荷を帯びることにより、粒子同士が反発し合い分散傾向にある。中和することで、負電荷が消され、粒子同士の反発力がなくなり、凝集にいたる。
分散傾向にあるナノ粒子は、本来粒子が小さいために、そのままフィルタろ過や遠心ろ過による単離しようとしても、すり抜けてしまったり、詰まったりして、単離に莫大な時間がかかってしまう。しかし上述のようなpH制御により大きな凝集体を形成することにより、単離が大幅に改善される。本発明においてpH変化の幅は特に限定されないが、pHの変化の幅を1〜7とすることが好ましく、1〜3とすることがより好ましい。pH変化の方向は特に限定されないが、好ましくは(高)pH側から(低)pH側へ変化させること、すなわち酸性方向に変化させることが好ましい。
上記の軟凝集状態の粒子を再分散させるには、通常の分散化方法では不十分なことがある。このような軟凝集体(フロック)の形成及びこの再分散に前記酸性分散助剤が作用し、一度軟凝集させても速やかに再分散させることができ、良好な分散状態を実現しうる。そのため、良溶媒と貧溶媒との混合液に析出させたときの良好な微細分散性(均一で微小な粒径が実現される特性)及び分散安定性(均一で微細な粒径が長期間維持される特性)が、媒体をカラーフィルタに適した最終溶媒に切り換え再分散させた後も維持され、カラーフィルタにおける高性能を実現しうる。しかも、上記酸性分散助剤はカラーフィルタの光学特性等を妨げることなく、カラーフィルタ及び液晶表示装置における高性能を実現しうる。
まず単離前に、凝集した液を0.5〜2時間静置してもよい。凝集体が速やかに沈降するので、上澄みをデカントしたり、吸い取ることにより除去でき、凝集体の単離がさらに容易になる。また静置の代わりに遠心分離を行うことで、より速い凝集体の沈降が可能であり、時間短縮ができる。
単離方法としては、様々なろ取方法が可能であり、限界ろ過、遠心分離、ろ紙やフィルタによるろ過が挙げられる。
限外ろ過による場合、例えばハロゲン化銀乳剤の脱塩/濃縮に用いられる方法を適用することができる。リサーチ・ディスクロージャー(Research Disclosure)No.10208(1972)、No.13 122(1975)およびNo.16 351(1977)が知られている。操作条件として重要な圧力差や流量は、大矢春彦著「膜利用技術ハンドブック」幸書房出版(1978)、p275に記載の特性曲線を参考に選定することができるが、目的の有機ナノ粒子分散物を処理する上では、粒子の凝集を抑えるために最適条件を見いだす必要がある。また、膜透過より損失する溶媒を補充する方法においては、連続して溶媒を添加する定容式と断続的に分けて添加する回分式とがあるが、脱塩処理時間が相対的に短い定容式が好ましい。こうして補充する溶媒には、イオン交換または蒸留して得られた純水を用いるが、純水の中に分散剤、分散剤の貧溶媒を混合してもよいし、有機ナノ粒子分散物に直接添加してもよい。
フィルタろ過は、例えば、加圧ろ過のような装置を用いることができる。好ましいフィルタとしては、ろ紙、ナノフィルタ、ウルトラフィルタなどが挙げられる。
遠心分離による有機ナノ粒子の濃縮に用いられる遠心分離機は有機ナノ粒子分散液(または有機ナノ粒子濃縮抽出液)中の有機ナノ粒子を沈降させることができればどのような装置を用いてもよい。遠心分離機としては、例えば、汎用の装置の他にもスキミング機能(回転中に上澄み層を吸引し、系外に排出する機能)付きのものや、連続的に固形物を排出する連続遠心分離機などが挙げられる。
遠心分離条件は、遠心力(重力加速度の何倍の遠心加速度がかかるかを表す値)で50〜10000が好ましく、100〜8000がより好ましく、150〜6000が特に好ましい。遠心分離時の温度は、分散液の溶剤種によるが、−10〜80℃が好ましく、−5〜70℃がより好ましく、0〜60℃が特に好ましい。
単離した凝集体については、脱塩、脱水、余分な分散剤の除去を目的に、洗浄を行うこともできる。洗浄操作は、限界ろ過、遠心分離、ろ紙やフィルタによるろ過の後に、そのまま洗浄液を添加してかけ洗いしてもよく、一旦凝集体を取り出し、洗浄液中でリスラリーした後に、限界ろ過、遠心分離、ろ紙やフィルタによるろ過で単離してもよく、それらを組み合わせた洗浄を行っても良い。
また、洗浄は上述のような単離の後に行うことだけでなく、単離前に行うこともできる。凝集したナノ顔料粒子分散液を静置し、上澄み液を除き、洗浄液を添加し、リスラリーさせることにより達成される。リスラリーの後は、静置し、上澄み液を除き、ろ過してもよいが、そのままろ過してもよい。単離前に洗浄を行うと、凝集体が常に湿潤しているため、洗浄効率が上がるのみならず、後述の再分散がより容易になる。
洗浄液としては、脱塩、脱水、余分な分散剤・凝集剤の除去水性溶媒が達成できれば、特に限定されないが、具体的には、水性溶媒(例えば、水、または塩酸、水酸化ナトリウム水溶液)、アルコール化合物溶媒、アミド化合物溶媒、ケトン化合物溶媒、エーテル化合物溶媒、芳香族化合物溶媒、二硫化炭素溶媒、脂肪族化合物溶媒、ニトリル化合物溶媒、スルホキシド化合物溶媒、ハロゲン化合物溶媒、エステル化合物溶媒、イオン性液体、これらの混合溶媒などが挙げられ、水性溶媒、アルコール化合物溶媒、ケトン化合物溶媒、エーテル化合物溶媒、ニトリル化合物溶媒、スルホキシド化合物溶媒、エステル化合物溶媒、アミド化合物溶媒、またはこれらの混合物が好ましく、特に水性溶媒、アルコール化合物溶媒、エステル化合物溶媒、ニトリル化合物溶媒が好ましい。
洗浄した凝集体については、そのまま後述の再分散を行っても、再分散溶媒(後述)で濡らした後再分散を行っても、乾燥して有機ナノ粒子分散物の粉体として取り出した後再分散を行っても良い。
本発明の非水性分散物において顔料の含有量は特に限定されないが、10〜20質量%であることが好ましく、5〜15質量%であることがより好ましい。本発明の非水性分散物に含まれる前記酸性分散助剤の含有量は特に限定されないが、0.05〜5質量%含まれていることが実際的である。
なかでも、本発明においては、グリコールエーテル化合物、グリコールエステル化合物、又はカルボン酸エステル化合物を用いることが好ましい。
また、沸点150℃以上の有機溶剤は1種類のみで用いてもよいが、複数種類から成っていても良い。
抽出溶媒を添加した後、分散液と十分に接触するように撹拌混合することが好ましい。撹拌混合は通常の方法を用いることができる。抽出溶媒を添加し混合するときの温度に特に制約はないが、1〜100℃であることが好ましく、5〜60℃であることがより好ましい。抽出溶媒の添加、混合はそれぞれの工程を好ましく実施できるものであればどのような装置を用いてもよいが、例えば、分液ロート型の装置を用いて実施できる。
限外ろ過、フィルタろ過、遠心分離法については先に述べた方法を利用できる。
加熱減圧乾燥温度は30〜230℃が好ましく、35〜200℃がより好ましく、40〜180℃が特に好ましい。減圧時の圧力は、100〜100000Paが好ましく、300〜90000Paがより好ましく、500〜80000Paが特に好ましい。
また次のような態様によって乾燥させてもよい。例えば、熱風を用いる乾燥機としては棚型乾燥機、バンド乾燥機、撹拌乾燥機、流動層乾燥機、噴霧乾燥機、気流乾燥機など、熱伝導を利用する乾燥機としてはドラム乾燥機、多重管乾燥機、円筒乾燥機などが好適に用いられる。また、溶媒組成によっては凍結乾燥機や赤外線乾燥機も使用することが可能である。
これらの手段の中では、分散液から直接乾燥した粉体を得るのに適しているという観点から、噴霧乾燥機(例えば大川原化工機(株)製COC−12)、流動層乾燥機(例えば(株)奈良機械製作所製MSD−100)が特に好ましく用いられる。また、残存溶媒量の少ない顔料粉体を作成するために複数の乾燥手段を組み合わせて使用しても良く、例えば円筒乾燥機で予備濃縮した顔料分散物をドラム乾燥機にて完全に乾燥させて粉体を得る、といったプロセスを使用することが出来る。
乾燥条件については、溶媒を蒸発させることが可能であり、かつ顔料や分散剤などの材料が変性しない範囲であれば特に制約されない。また、乾燥速度を増加させる目的で、乾燥機の種類によって減圧、撹拌混合、多段化などの手段を組み合わせることが可能である。
濃縮・除去工程により溶媒分を減少させたとき、残された分散物中の含水率は特に限定されないが、0.01〜3質量%とすることが好ましく、0.01〜1質量%とすることがより好ましい。このとき例えば上記の乾燥法等により溶媒分を除去して顔料ナノ粒子の粉末とすることが好ましく、例えば固形分の含率を50〜100質量%とすることが好ましく、70〜100質量%とすることがより好ましい。なお濃縮・除去工程は複数回行ってもよい。
また上記の凝集状態の粒子を分散させるには、通常の分散化方法では不十分なことがある。このような凝集状態にある有機粒子であっても、本発明においては、上述の酸性分散助剤とともに所定の分散剤を非水性分散物に含有させることにより、有機粒子を好適に再分散することができる。このとき非水性分散物とするために添加する分散剤をとくに非水性分散剤ということがある。
具体的には、A1は特に制限されるものではないが、前記「酸性基を有する1価の有機基」として、例えば、カルボン酸基、スルホン酸基、モノ硫酸エステル基、リン酸基、モノリン酸エステル基、ホウ酸基などを有する1価の有機基が挙げられる。また、前記「窒素原子を有する塩基性基を有する1価の有機基」として、例えば、アミノ基(−NH2)を有する1価の有機基、置換イミノ基(−NHR8、−NR9R10)を有する1価の有機基(ここで、R8、R9、およびR10は各々独立に、炭素数1以上20以下のアルキル基、炭素数6以上20以下のアリール基、又は炭素数7以上30以下のアラルキル基を表す。)、下記一般式(a1)で表されるグアニジル基を有する1価の有機基〔一般式(a1)中、Ra1およびRa2は各々独立に、炭素数1以上20以下のアルキル基、炭素数6以上20以下のアリール基、又は炭素数7以上30以下のアラルキル基を表す。〕、下記一般式(a2)で表されるアミジニル基を有する1価の有機基〔一般式(a2)中、Ra3およびRa4は各々独立に、炭素数1以上20以下のアルキル基、炭素数6以上20以下のアリール基、又は炭素数7以上30以下のアラルキル基を表す。〕などが挙げられる。
前記「ウレタン基を有する1価の有機基」として、例えば、−NHCOOR16、−OCONHR17(ここで、R16およびR17は各々独立に、炭素数1以上20以下のアルキル基、炭素数6以上20以下のアリール基、又は炭素数7以上30以下のアラルキル基を表す。)などが挙げられる。
前記「‘配位性酸素原子を有する基’を有する1価の有機基」としては、例えば、アセチルアセトナト基を有する基、クラウンエーテルを有する基などが挙げられる。
前記「炭素数4以上の炭化水素基を有する1価の有機基」としては、炭素数4以上のアルキル基(例えば、オクチル基、ドデシル基など)、炭素数6以上のアリール基(例えば、フェニル基、ナフチル基など)、炭素数7以上のアラルキル基(例えばベンジル基など)などが挙げられる。このとき炭素数に上限はないが、30以下であることが好ましい。 前記「アルコキシシリル基を有する1価の有機基」としては、例えば、トリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基などを有する基が挙げられる。
前記「エポキシ基を有する1価の有機基」としては、例えば、グリシジル基などを有する基が挙げられる。
前記「イソシアネート基を有する1価の有機基」としては、例えば、3−イソシアナトプロピル基などが挙げられる。
前記「水酸基を有する1価の有機基」としては、例えば、3−ヒドロキシプロピル基などが挙げられる。
前記R1で表される(m+n)価の連結基としては、1〜100個の炭素原子、0〜10個の窒素原子、0〜50個の酸素原子、1〜200個の水素原子、および0〜20個の硫黄原子から成り立つ基が含まれ、無置換でも置換基を更に有していてもよい。R1は有機連結基であることが好ましい。
R2の具体的な例として、前記t−3〜5、7〜18、22〜26、32、34の基又はその複数を組み合わせて構成される基を挙げることができる。R2は、R1との連結位置に硫黄原子を有することが好ましい。上記R2が置換基を有する場合、該置換基としては、前記置換基Tが挙げられる。
また、nは2〜9を表す。nとしては2〜8が好ましく、2〜7がより好ましく、3〜6が特に好ましい。
ポリマーの中でも、高分子骨格を構成するには、ビニルモノマーの重合体もしくは共重合体、エステル化合物ポリマー、エーテル化合物ポリマー、ウレタン化合物ポリマー、アミド化合物ポリマー、エポキシ化合物ポリマー、シリコーン化合物ポリマー、及びこれらの変性物、又は共重合体〔例えば、ポリエーテル/ポリウレタン共重合体、ポリエーテル/ビニルモノマーの重合体の共重合体など(ランダム共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体のいずれであってもよい。)を含む。〕からなる群より選択される少なくとも一種が好ましく、ビニルモノマーの重合体もしくは共重合体、エステル化合物ポリマー、エーテル化合物ポリマー、ウレタン化合物ポリマー、およびこれらの変性物又は共重合体からなる群より選択される少なくとも一種がより好ましく、ビニルモノマーの重合体もしくは共重合体が特に好ましい。
更には、前記ポリマーは有機溶媒に可溶であることが好ましい。有機溶媒との親和性が低いと、例えば、顔料分散剤として使用した場合、分散媒との親和性が弱まり、分散安定化に十分な吸着層を確保できなくなることがある。
また、P1はR1との連結位置に硫黄原子を有することが好ましい。
前記R4、R5で表される「2価の連結基」としては、置換基を有していてもよい、直鎖、分岐、もしくは環状の、アルキレン基、アリーレン基、もしくはアラルキレン基、−O−、−S−、−C(=O)−、−N(R19)−、−SO−、−SO2−、−CO2−、又は−N(R20)SO2−、あるいはこれらの基を2つ以上組み合わせた2価の基が好ましい(前記R19およびR20は、各々独立に、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。)。なかでも有機連結基であることが好ましい。
1.カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基等から選択される官能基を末端に導入したポリマーと、複数の官能基(前記一般式中のA1又はA2)を有する酸ハライド、あるいは複数の官能基(前記一般式中のA1又はA2)を有するアルキルハライド、あるいは複数の官能基(前記一般式中のA1又はA2)を有するイソシアネート等とを高分子反応させる方法。
2.末端に炭素−炭素二重結合を導入したポリマーと、複数の官能基(前記一般式中のA1又はA2)を有するメルカプタンとをマイケル付加反応させる方法。
3.末端に炭素−炭素二重結合を導入したポリマーと、複数の官能基(前記一般式中のA1又はA2)を有するメルカプタンとをラジカル発生剤存在下で反応させる方法。
4.末端に複数のメルカプタンを導入したポリマーと、炭素−炭素二重結合を導入した官能基(前記一般式中のA1又はA2)とをラジカル発生剤存在下で反応させる方法。
5.複数の官能基(前記一般式中のA1又はA2)を有するメルカプタン化合物を連鎖移動剤として、ビニルモノマーをラジカル重合する方法。
なかでも、合成上の容易さから2、3、4、5が好ましく、3、4、5がより好ましく、5が特に好ましい。なお、これらの合成方法については特願2006−129714号明細書の段落0184〜0216に記載の内容を参考にすることができる。
前記(A)カルボキシル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位として、下記一般式(I)で表される繰り返し単位であることが好ましく、アクリル酸またはメタクリル酸から導かれた繰り返し単位であることがより好ましく、前記(B)カルボン酸エステル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位として、下記一般式(II)で表される繰り返し単位であることが好ましく、下記一般式(IV)で表される繰り返し単位であることがより好ましく、ベンジルアクリレート、ベンジルメタクリレート、フェネチルアクリレート、フェネチルメタクリレート、3−フェニルプロピルアクリレート、または3−フェニルプロピルメタクリレートから導かれた繰り返し単位であることが特に好ましい。
本発明の製造方法において分子量とは、特に断らない限り、質量平均分子量をいう。分子量の測定方法としては、クロマトグラフィー法、粘度法、光散乱法、沈降速度法等が挙げられるが、本発明では、特に断らない限りゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(キャリア:テトラヒドロフラン)により測定したポリスチレン換算の質量平均分子量を用いる。
高分子化合物の添加方法は、水性溶媒または有機溶媒に溶解した溶液でも、固体状態でもよく、また、これらの組み合わせでもよい。溶媒に溶解した溶液で添加する方法としては、例えば、凝集有機粒子液に、凝集有機粒子液の溶媒と同様の溶媒に溶解した状態で添加する方法、凝集有機粒子液の溶媒と相溶する、異なる溶媒に溶解した状態で添加する方法が挙げられる。溶媒に溶解した溶液で添加する場合の、高分子化合物の濃度は、特に制限されないが、1〜70質量%が好ましく、2〜65質量%がより好ましく、3〜60質量%が特に好ましい。
ビニル化合物の例としては、スチレン又は置換されたスチレン(例えばビニルトルエン、ビニルエチルベンゼン)、ビニルナフタリン又は置換されたビニルナフタリン、アクリルアミド、メタアクリルアミド、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル等が挙げられ、スチレンが好ましい。
なお、本発明においては、上記第3溶媒及び後述する第4溶媒を含め、最終的に所望の分散媒(連続相)となる、第1溶媒及び第2溶媒のいずれとも異なる溶媒を総称して「第3の溶媒」という。
第3溶媒の添加量は特に限定されないが、顔料ナノ粒子100質量部に対して、100〜300000質量部であることが好ましく、500〜1000質量部であることがより好ましい。
上述した凝集化した有機顔料ナノ粒子を、速やかなフィルタろ過を可能とし、再度良好な分散状態を得るためには、再分散可能な程度に凝集させたフロックとして得ることが好ましい。
そのため、通常の分散化方法を用いて分散化した程度では微粒子化に不十分であり、さらに微細化効率の高い方法が必要となる。
このようなナノ粒子の凝集体を微細分散化する方法として、例えば超音波による分散方法や物理的なエネルギーを加える方法を用いることができる。
用いられる超音波照射装置は10kHz以上の超音波を印加できる機能を有することが好ましく、例えば、超音波ホモジナイザー、超音波洗浄機などが挙げられる。超音波照射中に液温が上昇すると、ナノ粒子の熱凝集が起こるため、液温を1〜100℃とすることが好ましく、5〜60℃がより好ましい。温度の制御方法は、分散液温度の制御、分散液を温度制御する温度調整層の温度制御、などによって行うことができる。
物理的なエネルギーを加えて濃縮した有機ナノ粒子を分散させる際に使用する分散機としては、特に制限はなく、例えば、ニーダー、ロールミル、アトライダー、スーパーミル、ディゾルバ、ホモミキサー、サンドミル等の分散機が挙げられる。また、高圧分散法や、微小粒子ビーズの使用による分散方法も好適なものとして挙げられる。
有機ナノ粒子分散物の好ましい製造方法としては、着色剤を樹脂成分で混練分散処理後の25℃における粘度が10,000mPa・s以上、望ましくは100,000mPa・s以上の比較的高粘度になるように混練分散処理し、次いで溶剤を添加して、微分散処理後の粘度が1,000mPa・s以下、望ましくは100mPa・s以下の比較的低粘度になるように微分散処理する方法が好ましい。
再分散処理で使用する機械は二本ロール、三本ロール、ボールミル、トロンミル、ディスパー、ニーダー、コニーダー、ホモジナイザー、ブレンダー、単軸および2軸の押出機等であり、強い剪断力を与えながら分散する。次いで、溶剤を加えて、主として縦型若しくは横型のサンドグラインダー、ピンミル、スリットミル、超音波分散機、高圧分散機等を使用し、0.1〜1mmの粒径のガラス、ジルコニア等でできたビーズで微分散処理する。さらに0.1mm以下の微小粒子ビーズを用いて精密分散処理をすることもできる。
また主顔料と補顔料を別々に分散処理した後、両者の分散液を混合して更に分散処理を加えたり、主顔料と補顔料をいっしょに分散処理することも可能である。
尚、分散についての詳細はT.C. Patton著“Paint Flow and ピグメント Dispersion”(1964年 John Wiley and Sons社刊)等にも記載されており、この方法を用いてもよい。
顔料ナノ粒子は例えばビヒクル中で分散させた状態で用いることができる。前記ビヒクルとは、塗料でいえば、液体状態にあるときに顔料を分散させている媒質の部分をいい、液状であって前記顔料と結合して塗膜を固める部分(バインダー)と、これを溶解希釈する成分(有機溶媒)とを含む。
再分散化後の顔料ナノ粒子の分散組成物の顔料ナノ粒子濃度は目的に応じて適宜定められるが、好ましくは分散組成物全量に対して顔料ナノ粒子が2〜30質量%であることが好ましく、4〜20質量%であることがより好ましく、5〜15質量%であることが特に好ましい。上記のようなビヒクル中に分散させる場合に、バインダーおよび溶解希釈成分の量は有機顔料の種類などにより適宜定められるが、分散組成物全量に対して、バインダーは1〜30質量%であることが好ましく、3〜20質量%であることがより好ましく、5〜15質量%であることが特に好ましい。溶解希釈成分は5〜80質量%であることが好ましく、10〜70質量%であることがより好ましい。
有機ナノ粒子分散組成物においては、再分散後の有機ナノ粒子(一次粒子)を微細分散化した粒子とすることができ、粒径を好ましくは10〜1000nmとすることができ、10〜500nmがより好ましく、10〜50nmが特に好ましい。また、再分散後の粒子のMv/Mnは、1.0〜2.0であることが好ましく、1.0〜1.8であることがより好ましく、1.0〜1.5であることが特に好ましい。
本発明の製造方法によれば、例えば、有機顔料ナノ粒子分散組成物や後述する着色感光性樹脂組成物に含まれる顔料粒子を、ナノメートルサイズ(例えば、10〜100nm)という微小な粒径にもかかわらず、濃縮再分散化することができる。このため、カラーフィルタに用いたときには、光学濃度が高く、フィルタ表面の均一性に優れ、コントラストが高く、かつ画像のノイズを少なくすることができる。
さらに、有機顔料ナノ粒子分散組成物、着色感光性組成物に含まれる有機顔料ナノ粒子を、高度に、また均一に、微細分散化することができるため、薄い膜厚さで、高い着色濃度を発揮し、例えばカラーフィルタ等の薄層化を可能とするものである。
また有機顔料ナノ粒子分散組成物、着色感光性樹脂組成物において、鮮明な色調と高い着色力とを示す顔料を含有させることで、例えばカラープルーフやカラーフィルタ等を作製するための画像形成材料として優れている。
さらに、着色画像形成時の露光・現像に用いられるアルカリ性の現像液に対して、有機ナノ粒子分散組成物、着色感光性樹脂組成物に、結合剤(バインダー)としてアルカリ性水溶液に可溶なものを用いることができ、環境上の要求にも応えることができる。
また有機顔料ナノ粒子分散組成物、着色感光性樹脂組成物に用いられる溶媒(顔料の分散媒)として適度な乾燥性を有する有機溶媒を用いることができ、塗布後の乾燥の点でもその要求を満足することができる。
これらの中で、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレートが好ましい。
また、この他、特開平11−133600号公報に記載の「重合性化合物B」も好適なものとして挙げることができる。
着色感光性樹脂組成物の全固形分に対する光重合開始剤又は光重合開始剤系の含有量は、0.5〜20質量%が一般的であり、1〜15質量%が好ましい。この量が多すぎると感度が高くなりすぎ制御が困難になる。少なすぎると露光感度が低くなりすぎる。
染料ないし顔料としては、具体的には、前記顔料として、特開2005−17716号公報[0038]〜[0040]に記載の色材や、特開2005−361447号公報[0068]〜[0072]に記載の顔料や、特開2005−17521号公報[0080]〜[0088]に記載の着色剤を好適に用いることができる。補助的に使用する染料もしくは顔料の含有量は、樹脂組成物全量に対して5質量%以下が好ましい。
紫外線吸収剤の含有量は、樹脂組成物全量に対して5質量%以下が好ましい。
カラーフィルタのコントラストが高いということは液晶と組み合わせたときの明暗のディスクリミネーションが大きくできるということを意味しており、液晶ディスプレイがCRTに置き換わるためには非常に重要な性能である。
x y Y
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
R 0.656 0.336 21.4
G 0.293 0.634 52.1
B 0.146 0.088 6.90
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
(合成例)酸性化合物の合成
1H NMR(300MHz,DMSO−d6)δ1.7−1.9(m,2H),2.2−2.4(m,4H),6.8(d,1H),7.0(d,1H),7.4(s,1H),9.7(s,1H),10.4(s,1H),10.5(s,1H).
1H NMR(300MHz,DMSO−d6)δ4.1(s,2H),4.2(s,2H),6.8(d,1H),7.1(d,1H),7.5(s,1H),9.7(s,1H),10.4(s,1H),10.5(s,1H).
1H NMR(300MHz,DMSO−d6)δ1.8−1.9(m,2H),2.2−2.3(m,2H),2.4−2.5(m,2H),7.0−7.1(m,2H),7.4−7.5(m,2H).
1H NMR(300MHz,DMSO−d6)δ1.7−1.8(m,2H),2.2−2.3(m,2H),2.3−2.4(m,2H),8.0(d,1H),9.0(s,1H),10.8(brs,1H),11.4(s,1H),12.0(brs,1H).
C.I.ピグメントレッド254(45質量部)と前記例示化合物A−1(4.5質量部)をジメチルスルホキシド(DMSO)(953質量部)に添加し攪拌した。この溶液に28質量%ナトリウムメトキシドメタノール溶液(30体積部)を添加し、顔料溶液Aを調製した。一方、水(4000質量部)を顔料不溶性溶媒Bとして調製した。
前記顔料不溶性溶媒Bを30℃で藤沢製薬工業社製GK−0222−10型ラモンドスターラー(商品名)により500rpmで攪拌しながら、該顔料不溶性溶媒Bに前記顔料溶液Aを日本精密科学社製NP−KX−500型大容量無脈流ポンプ(商品名)で流速100mL/minで注入して有機顔料ナノ粒子を晶析させ、水性有機ナノ水性分散液を得た。この顔料分散液を、日機装社製ナノトラックUPA−EX150を用いて、粒径を測定した。
この顔料分散液のpHをpH試験紙(ADVANTEC社製)で測ったところ、12であり、これをpHが3になるまで濃塩酸を添加し、中和した。生じた凝集体を光学顕微鏡で観察した。
ろ紙(ADVANTEC社製、No.2)により上述の凝集体をろ取し、この時のろ過に要する時間を測定した。ろ取した有機ナノ顔料については、水(300質量部)で洗浄した。
乳酸エチル300質量部に非水性分散剤C−1(前記例示高分子化合物C−1)を80質量部添加した溶液を、上記顔料ナノ粒子濃縮ペーストに加え、ディソルバーで1500rpm・60分攪拌後、酢酸エチル25質量部を添加し、さらにディゾルバーで500rpm・10分攪拌し顔料ナノ粒子乳酸エチル分散液Aを得た。上記顔料ナノ粒子乳酸エチル分散液Aをエバポレーターにて溶剤除去することにより本発明の有機顔料粉末Aを得た。
前記有機顔料粉末A 1質量部
1−メトキシ−2−プロピルアセテート 4質量部
上記組成の顔料分散組成物AをモーターミルM−50(アイガー・ジャパン社製)で、直径0.65mmのジルコニアビーズを用い、周速9m/sで1時間分散し、有機顔料ナノ粒子の顔料分散組成物Aを得た。
得られた顔料分散組成物について下記の評価を行なった。結果を表1に示す。
(1)有機ナノ粒子水性分散液の平均粒径
日機装社製ナノトラックUPA−EX150を用いて、数平均粒径を測定した。
(2)凝集体の直径
凝集体を光学顕微鏡で観察し、別途観察したモノサシを参考に凝集体の直径を測定した。ここでいう凝集体の直径については、凝集体の端から端の長さを測定し、その長さが最も長いところを直径と定義した。ここでいう凝集体とは、本来肉眼では見ることができない一次粒子であるナノ粒子が、より集まって大きく成長して二次粒子になったものである。
(3)ろ過時間
直径9cmのヌッチェとろ紙(アドバンテック社製、No.2(商品名))を用いて、アスピレーターで減圧ろ過することにより顔料1g当たりのろ過時間を測定した。
(4)コントラスト評価
得られた顔料分散組成物A〜Fを、それぞれガラス基板上に厚みが2μmになるように塗布し、サンプルを作製した。バックライトユニットとして3波長冷陰極管光源(東芝ライテック(株)社製FWL18EX−N)に拡散板を設置したものを用い、2枚の偏光板((株)サンリツ社製の偏光板HLC2−2518)の間にこのサンプルを置き、偏光軸が平行のときと、垂直のときとの透過光量を測定し、その比をコントラストとした(「1990年第7回色彩光学コンファレンス、512色表示10.4”サイズTFT−LCD用カラーフィルタ、植木、小関、福永、山中」等参照。)。2枚の偏光板、サンプル、色彩輝度計の設置位置は、バックライトから13mmの位置に偏光板を、40mm〜60mmの位置に直径11mm長さ20mmの円筒を設置し、この中を透過した光を、65mmの位置に設置した測定サンプルに照射し、透過した光を、100mmの位置に設置した偏光板を通して、400mmの位置に設置した色彩輝度計で測定した。色彩輝度計の測定角は2°に設定した。バックライトの光量は、サンプルを設置しない状態で、2枚の偏光板をパラレルニコルに設置したときの輝度が1280cd/m2になるように設定した。
実施例1−1の非水性分散剤C−1の代わりに下記非水性分散剤C−9(前記例示高分子化合物C−9)を用いて、実施例1−1と同様の操作を行った。得られた有機ナノ粒子非水性分散液を顔料分散組成物Bとも言う。顔料分散組成物Bについて実施例1−1と同様の評価試験を行った結果を表1に示す。
実施例1−2の前記例示化合物A−1の添加の際、ポリビニルピロリドン(K−25、商品名、和光純薬工業社製、90質量部)も一緒に添加して、実施例1−1と同様の操作を行った。得られた有機ナノ粒子非水性分散液を顔料分散組成物Cとも言う。顔料分散組成物Cについて実施例1−1と同様の評価試験を行った結果を表1に示す。
実施例1−1の前記例示化合物A−1の代わりにA−4を用いて、実施例1−1と同様の操作を行った。得られた有機ナノ粒子非水性分散液を顔料分散組成物Dとも言う。顔料分散組成物Bについて実施例1−1と同様の評価試験を行った結果を表1に示す。
実施例1−1の前記例示化合物A−1の代わりに、ポリビニルピロリドン(K−25、商品名、和光純薬工業社製、90質量部)を添加して、前記例示高分子化合物C−1の代わりにメタクリル酸/メタクリル酸ベンジル共重合体を用いた他は、実施例1−1と同様の操作を行った。ただし、単離については、ろ紙(アドバンテック社製フィルタペーパーNo.2(商品名))では顔料が漏れてしまったため、フィルタ(アドバンテック社製H010A047A、商品名)で行った。
得られた有機ナノ粒子非水性分散液を顔料分散組成物Eとも言う。顔料分散組成物Eについて実施例1−1と同様の評価試験を行った結果を表1に示す。
実施例1−1と同様な操作で水性顔料分散液を調製し、pH操作を行わずに単離を行い、そのろ過時間を評価した。結果は表1に示す。ろ紙(アドバンテック社製フィルタペーパーNo.2(商品名))でろ過を行ったところ、顔料が漏れてしまったため、代わりにフィルタ(アドバンテック社製H010A047A、商品名)でろ過して分散組成物Fを調製した。
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顔料分散 一次粒子径 凝集体 ろ過時間 コントラスト
組成物 (nm) の直径 (顔料1g当り)
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A 36 100μm以上 4分 13000
B 36 100μm以上 3分 14000
C 30 100μm以上 5分 14500
D 35 100μm以上 4分 13500
E 38 1μm以下 10時間 12000
F 36 − 4時間 −
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表1に示すように、本発明の酸性分散助剤によれば水性分散液において一度微粒子を凝集させ、有機溶媒に媒体を切り換えて再分散させた非水性分散物において高いコントラストを実現し、しかもろ過性が極めて良く単離時間を大幅に低減し、所望の分散物及びカラーフィルタの特性及び生産性を格段に向上させることが分かる。
以下、着色感光性樹脂組成物、カラーフィルタの作製方法を説明する。
〔ブラック(K)画像の形成〕
無アルカリガラス基板を、UV洗浄装置で洗浄後、洗浄剤を用いてブラシ洗浄し、更に超純水で超音波洗浄した。該基板を120℃3分熱処理して表面状態を安定化させた。
該基板を冷却し23℃に温調後、スリット状ノズルを有すガラス基板用コーター(エフ・エー・エス・アジア社製、商品名:MH−1600)にて、下記表2に記載の組成よりなる着色感光性樹脂組成物K1を塗布した。引き続きVCD(真空乾燥装置;東京応化工業(株)社製)で30秒間、溶媒の一部を乾燥して塗布層の流動性を無くした後、120℃で3分間プリベークして膜厚2.4μmの感光性樹脂層K1を得た。
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組成成分 K 含有量(質量部)
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K顔料分散物1(カーボンブラック) 25
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 8.0
メチルエチルケトン 53
バインダー2 9.1
ハイドロキノンモノメチルエーテル 0.002
DPHA液 4.2
重合開始剤A 0.16
界面活性剤1 0.044
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超高圧水銀灯を有すプロキシミティ型露光機(日立ハイテク電子エンジニアリング(株)社製)で、基板とマスク(画像パターンを有す石英露光マスク)を垂直に立てた状態で、露光マスク面と該感光性樹脂層の間の距離を200μmに設定し、露光量300mJ/cm2でパターン露光した。
次に、純水をシャワーノズルにて噴霧して、該感光性樹脂層K1の表面を均一に湿らせた後、KOH系現像液(KOH、ノニオン界面活性剤含有、商品名:CDK−1、富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)にて23℃で80秒、フラットノズル圧力0.04MPaでシャワー現像しパターニング画像を得た。引き続き、超純水を、超高圧洗浄ノズルにて9.8MPaの圧力で噴射して残渣除去を行い、ブラック(K)の画像Kを得た。引き続き、220℃で30分間熱処理した。
前記画像Kを形成した基板に、下記表3に記載の組成よりなる着色感光性樹脂組成物R1を用い、前記ブラック(K)画像の形成と同様の工程で、熱処理済み画素Rを形成した。該感光性樹脂層R1の膜厚及び顔料(C.I.P.R.254及びC.I.P.R.177)の塗布量を以下に示す。
感光性樹脂膜厚(μm) 1.60
顔料塗布量(g/m2) 1.00
C.I.P.R.254塗布量(g/m2) 0.70
C.I.P.R.177塗布量(g/m2) 0.30
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組成成分 含有量(質量部)
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R顔料分散物1(C.I.P.R254) 35
R顔料分散物2(C.I.P.R177) 6.8
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 7.6
メチルエチルケトン 37
バインダー1 0.7
DPHA液 3.8
重合開始剤B 0.12
重合開始剤A 0.05
フェノチアジン 0.01
界面活性剤1 0.06
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
〔グリーン(G)画素の形成〕
前記画像Kと画素Rを形成した基板に、下記表4に記載の組成よりなる着色感光性樹脂組成物G1を用い、前記ブラック(K)画像の形成と同様の工程で、熱処理済み画素Gを形成した。該感光性樹脂層G1の膜厚及び顔料(C.I.P.G.36及びC.I.P.Y.150)の塗布量を以下に示す。
感光性樹脂膜厚(μm) 1.60
顔料塗布量(g/m2) 1.92
C.I.P.G.36塗布量(g/m2) 1.34
C.I.P.Y.150塗布量(g/m2) 0.58
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
組成成分 含有量(質量部)
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
G顔料分散物1(C.I.P.G36) 28
Y顔料分散物1(C.I.P.Y150) 15
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 29
メチルエチルケトン 26
シクロヘキサノン 1.3
バインダー2 2.5
DPHA液 3.5
重合開始剤B 0.12
重合開始剤A 0.05
フェノチアジンン 0.01
界面活性剤1 0.07
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
前記画像K、画素R及び画素Gを形成した基板に、下記表5に記載の組成よりなる着色感光性樹脂組成物B1を用い、前記ブラック(K)画像の形成と同様の工程で、熱処理済み画素Bを形成し、目的のカラーフィルタAを得た。
該感光性樹脂層B1の膜厚及び顔料(C.I.P.B.15:6及びC.I.P.V.23)の塗布量を以下に示す。
感光性樹脂膜厚(μm) 1.60
顔料塗布量(g/m2) 0.75
C.I.P.B.15:6塗布量(g/m2) 0.45
C.I.P.V.23塗布量(g/m2) 0.30
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
組成成分 含有量(質量部)
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
B顔料分散物1(C.I.P.B.15:6) 15.0
V顔料分散組成物1(C.I.P.V.23) 7.5
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 28
メチルエチルケトン 26
バインダー3 17
DPHA液 4.0
重合開始剤B 0.17
フェノチアジン 0.02
界面活性剤1 0.06
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ここで、上記表2〜5に記載の着色感光性樹脂組成物K1、R1、G1、B1の調製についてさらに詳細に説明する。
着色感光性樹脂組成物K1は、まず表2に記載の量のK顔料分散物1、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はかり取り、温度24℃(±2℃)で混合して150rpmで10分間攪拌し、次いで、表2に記載の量のメチルエチルケトン、バインダー2、ハイドロキノンモノメチルエーテル、DPHA液、重合開始剤(2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−[4’−(N,N−ビスエトキシカルボニルメチル)アミノ−3’−ブロモフェニル]−s−トリアジン)、界面活性剤1をはかり取り、温度25℃(±2℃)でこの順に添加して、温度40℃(±2℃)で150rpmで30分間攪拌することによって得た。
尚、表2に記載の組成物の内、下記成分についてその組成を以下に示した。
<K顔料分散物1>
・カーボンブラック(商品名:Nipex 35、デグサ ジャパン(株)社製)
13.1質量部
・顔料分散剤A(特開2000−239554号公報に従い合成した下記化合物C−1) 0.65質量部
(特開2000−239554号公報を参照して下さい。)
・ポリマー(ベンジルメタクリレート/メタクリル酸=72/28モル比
のランダム共重合物、分子量3.7万) 6.72質量部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 79.53質量部
<界面活性剤1>
(メガファックF−780−F(大日本インキ化学工業(株)社製))
・C6F13CH2CH2OCOCH=CH2:40質量部と
H(OCH(CH3)CH2)7OCOCH=CH2:55質量部と
H(OCH2CH2)7OCOCH=CH2:5質量部との共重合体(分子量3万)
30質量部
<バインダー2>
・ポリマー(ベンジルメタクリレート/メタクリル酸=78/22モル比
のランダム共重合物、分子量3.8万) 27質量部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 73質量部
<DPHA液>
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(重合禁止剤MEHQ 500ppm含有、日本化薬(株)社製、商品名:KAYARAD DPHA) 76質量部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 24質量部
着色感光性樹脂組成物R1は、まず表3に記載の量の顔料分散物1、R顔料分散物2、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はかり取り、温度24℃(±2℃)で混合して150rpmで10分間攪拌し、次いで、表3に記載の量のメチルエチルケトン、バインダー1、DPHA液、2−トリクロロメチル−5−(p−スチリルスチリル)−1,3,4−オキサジアゾール、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−[4’−(N,N−ビスエトキシカルボニルメチル)アミノ−3’−ブロモフェニル]−s−トリアジン、フェノチアジンをはかり取り、温度24℃(±2℃)でこの順に添加して150rpmで30分間攪拌し、更に、表3に記載の量の界面活性剤1をはかり取り、温度24℃(±2℃)で添加して30rpmで5分間攪拌し、ナイロンメッシュ#200で濾過することによって得た。
尚、表3に記載の組成物の内、顔料分散物1、2は国際公開第WO2006/121016号パンフレットの実施例1に記載の方法を用いて、その組成が下記質量部となるようにしてそれぞれ調製したものである。
・顔料分散組成物A
・ポリマー(ベンジルメタクリレート/メタクリル酸=72/28モル比
のランダム共重合物、分子量3万)
15質量部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 62.5質量部
<バインダー1>
・ポリマー(ベンジルメタクリレート/メタクリル酸/メチルメタクリレート
=38/25/37モル比のランダム共重合物、分子量4万)27質量部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 73質量部
・C.I.P.R.177(商品名:Cromophtal Red A2B、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)社製) 22.5質量部
・ポリマー(ベンジルメタクリレート/メタクリル酸=72/28モル比
のランダム共重合物、分子量3万)
15質量部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 62.5質量部
尚、表6に記載の組成物のうち、G顔料分散物1は、富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)社製の「商品名:GT−2」を用いた。Y顔料分散物1は、御国色素(株)社製の「商品名:CFエロ−EX3393」を用いた。
着色感光性樹脂組成物B1は、まず表5に記載の量のB顔料分散物1、B顔料分散物2、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はかり取り、温度24℃(±2℃)で混合して150rpmで10分間攪拌し、次いで、表2−5に記載の量のメチルエチルケトン、バインダー3、DPHA液、2−トリクロロメチル−5−(p−スチリルスチリル)−1,3,4−オキサジアゾール、フェノチアジンをはかり取り、温度25℃(±2℃)でこの順に添加して、温度40℃(±2℃)で150rpmで30分間攪拌し、更に、表2−5に記載の量の界面活性剤1をはかり取り、温度24℃(±2℃)で添加して30rpmで5分間攪拌し、ナイロンメッシュ#200で濾過することによって得た。
尚、表5に記載の組成物のうち、B顔料分散物1は、御国色素(株)社製の「商品名:CFブル−EX3357」を用いた。V顔料分散物として、御国色素(株)社製 CFブルーEX3383を用いた。
バインダー3の組成は、以下のとおりである。
<バインダー3>
・ポリマー(ベンジルメタクリレート/メタクリル酸/メチルメタクリレート=36/22/42モル比のランダム共重合物、分子量3.7万) 27質量部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 73質量部
以上のようにして、カラーフィルタAを作製した。カラーフィルタAでR顔料分散物1として用いた顔料分散組成物AをB〜Eに、それぞれ置き換えるほかはカラーフィルタAと同様の操作でカラーフィルタB〜Eを作製した。
それぞれのカラーフィルタについて前記コントラストの測定と同様にしてコントラストを測定した結果を表6に示した。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
コントラスト 備考
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
カラーフィルタA 12000 本発明
カラーフィルタB 13700 本発明
カラーフィルタC 14000 本発明
カラーフィルタD 12600 本発明
カラーフィルタE 11200 比較例
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
上記の結果から本発明のカラーフィルタは、いずれもコントラストが高く、良好なカラーフィルタであった。
カラーフィルタA〜Eを用いて液晶表示装置を作製し表示特性の評価を行った。
(ITO電極の形成)
カラーフィルタが形成されたガラス基板をスパッタ装置に入れて、100℃で1300Å厚さのITO(インヂウム錫酸化物)を全面真空蒸着した後、240℃で90分間アニールしてITOを結晶化しITO透明電極を形成した。
(スペーサの形成)
特開2004−240335号公報の[実施例1]に記載のスペーサ形成方法と同様の方法で、上記で作製したITO透明電極上にスペーサを形成した。
(液晶配向制御用突起の形成)
下記のポジ型感光性樹脂層用塗布液を用いて、前記スペーサを形成したITO透明電極上に液晶配向制御用突起を形成した。
但し、露光、現像、及び、ベーク工程は、以下の方法を用いた。
所定のフォトマスクが感光性樹脂層の表面から100μmの距離となるようにプロキシミティ露光機(日立ハイテク電子エンジニアリング株式会社製)を配置し、該フォトマスクを介して超高圧水銀灯により照射エネルギー150mJ/cm2でプロキシミティ露光した。
続いて、2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を、シャワー式現像装置にて33℃で30秒間基板に噴霧しながら現像した。こうして、感光性樹脂層の不要部(露光部)を現像除去することにより、カラーフィルタ側基板上に、所望の形状にパターニングされた感光性樹脂層よりなる液晶配向制御用突起が形成された液晶表示装置用基板を得た。
次いで、該液晶配向制御用突起が形成された液晶表示装置用基板を230℃下で30分ベークすることにより、液晶表示装置用基板上に硬化された液晶配向制御用突起を形成した。
<ポジ型感光性樹脂層用塗布液処方>
・ポジ型レジスト液(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)社製FH−2413F) : 53.3質量部
・メチルエチルケトン : 46.7質量部
・メガファックF−780F(大日本インキ化学工業(株)社製)
: 0.04質量部
上記で得られた液晶表示装置用基板上に更にポリイミドよりなる配向膜を設けた。
その後、カラーフィルタの画素群を取り囲むように周囲に設けられたブラックマトリックス外枠に相当する位置にエポキシ樹脂のシール剤を印刷すると共に、MVAモード用液晶を滴下し、対向基板と貼り合わせた後、貼り合わされた基板を熱処理してシール剤を硬化させた。このようにして得た液晶セルの両面に、(株)サンリツ社製の偏光板HLC2−2518を貼り付けた。次いで、3波長冷陰極管光源(東芝ライテック(株)社製FWL18EX−N)のバックライトを構成し、前記偏光板が設けられた液晶セルの背面となる側に配置し、液晶表示装置とした。
比較例のカラーフィルタを用いた液晶表示装置に対して、本発明のカラーフィルタを用いた液晶表示装置は黒のしまりおよび赤の描写力に優れ、良好な表示特性を示すことを確認した。
Claims (10)
- 水性分散物から媒体を切り換えて得た非水性分散物中で、非水性分散剤とともに有機顔料ナノ粒子に分散性を付与することを特徴とする請求項1記載の酸性分散助剤。
- 有機顔料ナノ粒子と水と請求項1に記載の酸性分散助剤とを含む水性分散物であって、
前記有機顔料ナノ粒子が、良溶媒に有機顔料を溶解させた有機顔料溶液と、前記良溶媒と相溶し前記有機顔料に対する貧溶媒とを混合させ、その混合液中に前記酸性分散助剤の存在下で前記有機顔料をナノメートルサイズの微粒子として析出させたものであることを特徴とする有機顔料ナノ粒子の水性分散物。 - 前記有機顔料ナノ粒子の一次粒子の平均粒径が10〜500nmであることを特徴とする請求項3記載の有機顔料ナノ粒子の水性分散物。
- 請求項3又は4に記載の水性分散物のpHを変化させ、前記有機顔料ナノ粒子を再分散可能な凝集状態とした有機顔料ナノ粒子の凝集体。
- 請求項5記載の凝集体の凝集を解き非水性媒体に再分散させた有機顔料ナノ粒子の非水性分散物。
- 数平均分子量1000以上の高分子化合物を少なくとも1種含むことを特徴とする請求項6に記載の有機顔料粒子の非水性分散物。
- 請求項6又は7に記載の非水性分散物と、バインダーと、モノマーもしくはオリゴマーと、光重合開始剤もしくは光重合開始剤系とを少なくとも含有させたことを特徴とする着色感光性樹脂組成物。
- 請求項8に記載の着色感光性樹脂組成物を用いて作製したことを特徴とするカラーフィルタ。
- 請求項9に記載のカラーフィルタを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
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