JP2012167194A - Black material, black material dispersed liquid, black resin composition, black film, and base material coated with the black film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、黒色材料及びそれを用いた黒色材料分散液、並びに黒色樹脂組成物、黒色膜及び黒色膜付き基材に関する。 The present invention relates to a black material, a black material dispersion using the black material, a black resin composition, a black film, and a substrate with a black film.
従来から、黒色材料は、黒色遮光性フィルム、黒色遮光性ガラス、黒色紙、黒色布、黒色インキに加え、プラズマディスプレイパネル(PDP)、液晶ディスプレイ(LCD)及び有機エレクトロルミネッセンス(EL)ディスプレイなどの表示素子のブラックマトリックス材料、ブラックシール材、ブラックマスク材等に黒色や遮光性を付与する材料として利用されている。 Conventionally, black materials include black light-shielding film, black light-shielding glass, black paper, black cloth, black ink, plasma display panel (PDP), liquid crystal display (LCD), and organic electroluminescence (EL) display. It is used as a material that imparts black color or light-shielding properties to black matrix materials, black seal materials, black mask materials, and the like of display elements.
このような黒色材料としては、カーボンブラック、チタンブラック(低次酸化チタン又は酸窒化チタン)、酸化鉄、クロム等の金属材料や無機材料以外に、銀微粒子が知られている(例えば、特許文献1参照)。
上記銀微粒子からなる黒色材料を用いて黒色遮光膜を作製した場合、この黒色材料は遮光性には優れるものの、メタリック色およびプラズモン吸収による色を帯びるために、遮光膜における可視光線の反射率が高く、優れた黒色度を発現することができないという問題点があった。
As such a black material, silver fine particles are known in addition to metal materials and inorganic materials such as carbon black, titanium black (low-order titanium oxide or titanium oxynitride), iron oxide, and chromium (for example, Patent Documents). 1).
When a black light-shielding film is produced using a black material composed of the above-mentioned silver fine particles, this black material is excellent in light-shielding properties, but has a metallic color and a color due to plasmon absorption. There is a problem that it is high and cannot exhibit excellent blackness.
この問題点を改善するために、分散物中で金属微粒子が球状粒子としてランダムに連結した連結形等とすることにより、可視分光波長400〜700nmの範囲において、分光吸収スペクトルの極小値におけるモル吸光係数が1800L/mol・cm以上となる黒色分散物の提案がなされている(例えば、特許文献2参照) In order to remedy this problem, the molar absorption at the minimum value of the spectral absorption spectrum in the visible spectral wavelength range of 400 to 700 nm is obtained by adopting a connected form in which metal fine particles are randomly connected as spherical particles in the dispersion. A black dispersion having a coefficient of 1800 L / mol · cm or more has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
一方、本発明者等は、既に、銀錫合金微粒子からなる黒色材料を提案している(例えば、特許文献3、4参照)。この銀錫合金微粒子からなる黒色材料は、可視光線の反射率が低くて黒色度に優れ、光遮蔽性にも優れた黒色遮光膜を形成し得る。 On the other hand, the present inventors have already proposed a black material composed of silver tin alloy fine particles (for example, see Patent Documents 3 and 4). The black material composed of the silver-tin alloy fine particles can form a black light-shielding film having low visible light reflectance, excellent blackness, and excellent light shielding properties.
しかし、これらの公知技術で得られた黒色遮光膜は、可視光域の吸光度の波長依存性が大きいために、黒色遮光膜を透過光で見た場合に、膜が茶色、赤茶色等の色味を帯び自然な色調の黒色が得られ難かったり、透過濃度計で膜の遮光性を測定する場合に、波長依存性が異なる分光フィルタを用いている透過濃度計では、透過濃度計の違いによって異なる測定値が得られてしまったりするといった問題があった。 However, the black light-shielding films obtained by these known techniques have a large wavelength dependency of the absorbance in the visible light region, so when the black light-shielding film is viewed with transmitted light, the film has a color such as brown or reddish brown. In transmission densitometers that use spectral filters with different wavelength dependencies when measuring the light-shielding properties of the film with a transmission densitometer, it is difficult to obtain a tasteful and natural color tone. There was a problem that different measured values could be obtained.
本発明はかかる状況に鑑みなされたもので、可視光線の反射率が低い上に黒色度が高く、光遮蔽性に優れ、さらに可視光域の吸光度の波長依存性が小さく、自然な色調の黒色膜が得られる黒色材料及びこの黒色材料を用いた黒色材料分散液、並びに黒色樹脂組成物、黒色膜及びこの黒色膜を有する黒色膜付き基材を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and has a low visible light reflectance, high blackness, excellent light shielding properties, small wavelength dependency of absorbance in the visible light region, and natural black tone. It aims at providing the black material from which a film | membrane is obtained, the black material dispersion liquid using this black material, a black resin composition, a black film, and the base material with a black film which has this black film.
上記課題は、下記本発明により解決される。すなわち、本発明は、
〔1〕 少なくとも銀元素及び錫元素を含有する微粒子を含む金属微粒子からなり、該銀元素の含有量が30質量%以上99質量%以下であり、前記金属微粒子の円直径相当の平均一次粒子径が3nm以上100nm以下である黒色材料であって、
分散媒中に固形分量が0.0005体積%になるようにして前記黒色材料を分散させた分散液における、光路長10mmでの380nmから800nmの平均吸光度が0.8以上であり、420nmにおける吸光度d420と680nmにおける吸光度d680との比d420/d680が0.6以上2.5以下である黒色材料、
〔2〕 前記金属微粒子が、銀錫合金部を有する微粒子、銀錫合金部を有する微粒子と銀微粒子との混合微粒子、銀錫合金部を有する微粒子と錫微粒子との混合微粒子、銀錫合金部を有する微粒子と銀微粒子と錫微粒子との混合微粒子、及び銀微粒子と錫微粒子との混合微粒子、のいずれかである〔1〕に記載の黒色材料、
〔3〕 〔1〕または〔2〕に記載の黒色材料を、分散媒中に分散した黒色材料分散液、
〔4〕 前記黒色材料の平均分散粒子径が5nm以上100nm以下であり、かつ90%累積体積粒子径が1μm以下である〔3〕に記載の黒色材料分散液、
〔5〕 〔1〕または〔2〕に記載の黒色材料と、樹脂形成成分または樹脂成分と、を少なくとも含む黒色樹脂組成物、
〔6〕 〔1〕または〔2〕に記載の黒色材料と、樹脂成分と、を少なくとも含む黒色膜、
〔7〕 体積抵抗率が1011Ω・cm以上である〔6〕に記載の黒色膜、及び
〔8〕 〔6〕または〔7〕に記載の黒色膜を基材表面に有する黒色膜付き基材、
を提供するものである。
The above problems are solved by the present invention described below. That is, the present invention
[1] It is composed of metal fine particles including fine particles containing at least silver element and tin element, the silver element content is 30% by mass or more and 99% by mass or less, and the average primary particle diameter corresponding to the circle diameter of the metal fine particles Is a black material having a thickness of 3 nm to 100 nm,
In the dispersion liquid in which the black material is dispersed so that the solid content is 0.0005% by volume in the dispersion medium, the average absorbance from 380 nm to 800 nm at an optical path length of 10 mm is 0.8 or more, and the absorbance at 420 nm. black material ratio d 420 / d 680 between the absorbance d 680 in the d 420 and 680nm is 0.6 to 2.5,
[2] The metal fine particles include fine particles having a silver-tin alloy portion, mixed fine particles of fine particles having a silver-tin alloy portion and silver fine particles, mixed fine particles of fine particles having a silver-tin alloy portion and tin fine particles, and a silver-tin alloy portion. The black material according to [1], which is any one of a mixed fine particle of silver fine particles and tin fine particles, and a mixed fine particle of silver fine particles and tin fine particles,
[3] A black material dispersion in which the black material according to [1] or [2] is dispersed in a dispersion medium,
[4] The black material dispersion liquid according to [3], wherein an average dispersed particle diameter of the black material is 5 nm or more and 100 nm or less, and a 90% cumulative volume particle diameter is 1 μm or less,
[5] A black resin composition comprising at least the black material according to [1] or [2] and a resin forming component or a resin component,
[6] A black film containing at least the black material according to [1] or [2] and a resin component,
[7] Black film base according to [6] having a volume resistivity of 10 11 Ω · cm or more, and a base with black film having the black film according to [8] [6] or [7] on the substrate surface Material,
Is to provide.
本発明によれば、可視光線の反射率が低い上に黒色度が高く、光遮蔽性に優れ、さらに可視光域の吸光度の波長依存性が小さく、自然な色調の黒色膜が得られる黒色材料及びこの黒色材料を用いた黒色材料分散液、並びに黒色樹脂組成物、黒色膜及びこの黒色膜を有する黒色膜付き基材を提供することができる。 According to the present invention, a black material that has a low visible light reflectance, a high blackness, excellent light shielding properties, a small wavelength dependency of absorbance in the visible light region, and a natural color tone black film can be obtained. And a black material dispersion using the black material, a black resin composition, a black film, and a substrate with a black film having the black film.
以下、本発明を実施形態により説明する。なおこの実施形態は、発明の趣旨をより良く説明するために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を制限するものでない。
<黒色材料>
本実施形態の黒色材料は、少なくとも銀元素及び錫元素を含有する微粒子を含む金属微粒子からなり、銀元素の含有量が30質量%以上かつ99質量%以下であり、円直径相当の平均一次粒子径が3nm以上かつ100nm以下である。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to embodiments. This embodiment is specifically described in order to better explain the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified.
<Black material>
The black material of the present embodiment is composed of metal fine particles including fine particles containing at least silver element and tin element, the silver element content is 30% by mass or more and 99% by mass or less, and average primary particles corresponding to a circle diameter. The diameter is 3 nm or more and 100 nm or less.
金属微粒子においては、粒子径や粒子形状を制御することで金属微粒子が光を吸収する波長が変わることが知られており、吸収波長が異なる微粒子を組み合わせることで可視光域の吸光度の波長依存性を小さくできる可能性がある。ただし、一般に知られている金、銀、銅など可視光領域でプラズモン吸収を有する金属では、粒子径や粒子形状の制御だけでは、遮光性や黒色度が高いままで吸光度の波長依存性を小さくすることはできなかった。例えば、球状で粒子径が小さい銀微粒子は420nm付近にプラズモン吸収を有しており、波長により吸光度が大きく異なる。銀微粒子の粒子径を大きくしていくと可視光域での吸光度スペクトルはフラットになり波長依存性は小さくなっていくが、粒子径が大きいために粒子を十分に分散できず遮光性が低下したり、粒子の散乱によって外観が白っぽくなり黒色度が低下したりするといった問題点があった。 In metal fine particles, it is known that the wavelength at which metal fine particles absorb light changes by controlling the particle size and particle shape, and the wavelength dependence of absorbance in the visible light region by combining fine particles with different absorption wavelengths May be reduced. However, generally known metals such as gold, silver, and copper that have plasmon absorption in the visible light region can reduce the wavelength dependence of absorbance while maintaining high light shielding properties and blackness only by controlling the particle diameter and particle shape. I couldn't. For example, silver fine particles having a small particle diameter have plasmon absorption around 420 nm, and the absorbance varies greatly depending on the wavelength. As the particle size of the silver fine particles increases, the absorbance spectrum in the visible light region becomes flat and the wavelength dependence decreases, but the particle size is too large to disperse the particles sufficiently and the light shielding property decreases. There is a problem that the appearance becomes whitish due to scattering of particles and the blackness is lowered.
本実施形態では、可視光領域での吸光度の波長依存性が小さい錫を活用することで、遮光性及び黒色度が高く、可視光領域での吸光度の波長依存性が小さいという特性を同時に実現することができた。この観点から定められる前記の金属微粒子中の銀元素の含有量範囲が、1つ目の要件となる。 In the present embodiment, by utilizing tin that has a small wavelength dependency of absorbance in the visible light region, the characteristics that the light shielding property and blackness are high and the wavelength dependency of absorbance in the visible light region is small are simultaneously realized. I was able to. The content range of the silver element in the metal fine particles determined from this viewpoint is the first requirement.
黒色材料中の銀元素の含有量が30質量%を下回ると、黒色材料中に占める錫の割合が多くなってしまい、黒色膜の製造プロセス中に熱がかかる部分があると十分な光遮蔽性を得ることができない。錫は融点が230℃でありそれに近い温度以上では錫が酸化して黒色度が低い酸化錫となり黒色度が低下してしまうためである。
一方、黒色材料中の銀元素の含有量が99質量%を上回ると、銀元素のために反射率が高くなってしまい十分な黒色度が得られなかったり、可視光域の吸光度の波長依存性が大きくなり自然な黒色が得られなかったりしてしまう。
また、黒色材料が銀のみで形成されていると、大気中200℃以上で黒色膜を焼成すると、焼成前にくらべ可視光中央域である550nm付近の透過率が高くなり遮光性が低下する場合があるため、黒色膜の製造プロセス中に熱がかかる部分があると黒色材料が銀のみで形成されているのは好ましくない。この観点からも、黒色材料中の銀元素の含有量が99質量%以下であることが必要である。
前記黒色材料中の銀元素の含有量は、45質量%以上99質量%以下が好ましく、60質量%以上98質量%以下がより好ましく、70質量%以上95質量%以下がさらに好ましい。
If the content of silver element in the black material is less than 30% by mass, the proportion of tin in the black material will increase, and there will be sufficient light shielding properties if there is a part that is heated during the black film manufacturing process. Can't get. This is because tin has a melting point of 230 ° C., and at temperatures close to that, tin is oxidized to become tin oxide having a low blackness, resulting in a decrease in blackness.
On the other hand, if the content of the silver element in the black material exceeds 99% by mass, the reflectivity increases due to the silver element, and sufficient blackness cannot be obtained, or the wavelength dependence of the absorbance in the visible light region. May become larger and natural black color may not be obtained.
In addition, when the black material is made of only silver, when the black film is baked at 200 ° C. or higher in the atmosphere, the transmittance near 550 nm, which is the central region of visible light, is higher than that before baking, and the light shielding property is reduced. For this reason, it is not preferable that the black material is formed only of silver if there is a portion where heat is applied during the manufacturing process of the black film. Also from this viewpoint, it is necessary that the content of the silver element in the black material is 99% by mass or less.
45 mass% or more and 99 mass% or less are preferable, as for content of the silver element in the said black material, 60 mass% or more and 98 mass% or less are more preferable, and 70 mass% or more and 95 mass% or less are more preferable.
前記黒色材料中の銀元素の含有量は、当該黒色材料を酸等で溶解させた溶液をICP発光分析等の湿式定量分析を行うことで求めればよいが、主成分が金属元素である銀と錫のみで軽元素を含まないことから、圧粉体を用いたEPMA(電子線マイクロアナライザー)分析で測定することができる。本実施形態の黒色材料の主成分である金属元素は銀と錫だけであるから、金属微粒子中の銀元素の含有量(%)は、EPMAの測定値から下記式(1)により求めることができる。
銀元素の含有量(%)=〔銀元素の質量/(銀元素の質量+錫元素の質量)〕×100 ・・・ (1)
なお、式(1)中の分母には、例えば金属微粒子の周囲に付着している分散剤等に起因する炭素や金属微粒子の表面の酸化などに起因する酸素など、金属以外の元素は含まない。
The content of the silver element in the black material may be obtained by performing a wet quantitative analysis such as ICP emission analysis on a solution in which the black material is dissolved with an acid or the like. Since it is only tin and does not contain a light element, it can be measured by EPMA (electron beam microanalyzer) analysis using a green compact. Since the metal elements that are the main components of the black material of this embodiment are only silver and tin, the content (%) of the silver element in the metal fine particles can be obtained from the measured value of EPMA by the following formula (1). it can.
Content of silver element (%) = [mass of silver element / (mass of silver element + mass of tin element)] × 100 (1)
Note that the denominator in the formula (1) does not include elements other than metals such as carbon resulting from a dispersant or the like adhering to the periphery of metal fine particles or oxygen due to oxidation of the surface of the metal fine particles. .
また2つ目の要件として、黒色材料分散液中の金属微粒子の円直径相当の平均一次粒子径は、3nm以上かつ100nm以下であることが必要である。平均一次粒子径をこの範囲内とすることで所望の黒色遮蔽膜を容易に形成できる。すなわち、平均一次粒子径が3nm未満では、可視光の波長と比較して小さすぎるために透過光量が増加して所望の黒色度が得られないおそれがある。一方、平均一次粒子怪が100nmを超えると、散乱が生じて所望の黒色度が得られ難くなったり、黒色遮光膜の表面の凹凸が大きくなったりするおそれある。 As a second requirement, the average primary particle diameter corresponding to the circular diameter of the metal fine particles in the black material dispersion liquid needs to be 3 nm or more and 100 nm or less. By setting the average primary particle diameter within this range, a desired black shielding film can be easily formed. That is, when the average primary particle diameter is less than 3 nm, the amount of transmitted light is increased and the desired blackness may not be obtained because it is too small compared to the wavelength of visible light. On the other hand, if the average primary particle size exceeds 100 nm, scattering may occur and it may be difficult to obtain a desired blackness, or the unevenness of the surface of the black light shielding film may be increased.
上記平均一次粒子径は、3nm以上60nm以下が好ましく、5nm以上60nm以下がより好ましく、5nm以上40nm以下がさらに好ましい。
なお、本実施形態における円直径相当の平均一次粒子径とは、後述するように種々の形状を持つ金属微粒子をTEM(透過型電子顕微鏡)で観察し、確認された微粒子と面積が同じになるような円に相当する直径である。
The average primary particle size is preferably 3 nm to 60 nm, more preferably 5 nm to 60 nm, and still more preferably 5 nm to 40 nm.
In addition, the average primary particle diameter corresponding to the circle diameter in the present embodiment means that the metal fine particles having various shapes are observed with a TEM (transmission electron microscope) as described later, and the area is the same as the confirmed fine particles. The diameter corresponding to such a circle.
すなわち、本実施形態における金属微粒子の構成は、銀錫合金部を有する微粒子、銀錫合金部を有する微粒子と銀微粒子との混合微粒子、銀錫合金部を有する微粒子と錫微粒子の混合微粒子、銀錫合金部を有する微粒子と銀微粒子と錫微粒子との混合微粒子、及び銀微粒子と錫微粒子との混合微粒子、のいずれかであり、これらの金属微粒子の円直径相当の平均一次粒子径が3nm以上100nm以下であることが好ましい。なお、銀錫合金部については後述する。 That is, the configuration of the metal fine particles in the present embodiment includes fine particles having a silver-tin alloy part, mixed fine particles of fine particles having a silver-tin alloy part and silver fine particles, mixed fine particles of fine particles having a silver-tin alloy part and tin fine particles, silver One of fine particles having a tin alloy part, mixed fine particles of silver fine particles and tin fine particles, and mixed fine particles of silver fine particles and tin fine particles, and the average primary particle diameter corresponding to the circle diameter of these metal fine particles is 3 nm or more It is preferable that it is 100 nm or less. The silver tin alloy part will be described later.
また、本実施形態における黒色材料は、銀錫合金部を有する微粒子を含むことが好ましい。ここで、上記「銀錫合金部」とは、銀と錫との金属間化合物、すなわち銀と錫を含み、かつ銀あるいは錫の結晶構造とは異なる結晶構造を有する部分を含むが、それだけではなく、銀中に銀の結晶構造を保った状態で錫が固溶した部分(以下、「錫固溶銀」とも言う)、あるいは錫中に錫の結晶構造を保った状態で銀が固溶した部分(以下、「銀固溶錫」とも言う)も含まれる。また、上記「銀錫合金部を有する微粒子」とは、後述するように前記銀錫合金部のみで構成される微粒子のみでなく、銀錫合金部を一部に有し他の金属部と複合した微粒子等を含むものを意味する。
このように金属微粒子が銀錫合金部を含むことで、合金化により発生した散乱(電子の移動を阻害する作用)の効果で電子の移動が単体金属の場合よりも阻害されるため、黒色遮光膜の反射率を低下させることができる。
Moreover, it is preferable that the black material in this embodiment contains the fine particle which has a silver tin alloy part. Here, the “silver-tin alloy part” includes an intermetallic compound of silver and tin, that is, includes a portion having a crystal structure different from the crystal structure of silver or tin. The portion where tin is solid-solved in a state where the silver crystal structure is maintained in silver (hereinafter also referred to as “tin-soluble silver”), or the solid solution of silver is maintained in the state where the tin crystal structure is maintained in tin. (Hereinafter also referred to as “silver solute tin”). The “fine particles having a silver-tin alloy part” are not only fine particles composed of only the silver-tin alloy part as described later, but also a composite with other metal parts having a silver-tin alloy part in part. Means containing fine particles.
Since the metal fine particles include a silver-tin alloy part in this manner, the movement of electrons is more inhibited than the case of a single metal due to the effect of scattering (an action that inhibits the movement of electrons) caused by alloying. The reflectance of the film can be reduced.
この観点から、本実施形態における金属微粒子の構成は、銀錫合金部を有する微粒子、銀錫合金部を有する微粒子と銀微粒子との混合微粒子、銀錫合金部を有する微粒子と錫微粒子の混合微粒子、銀錫合金部を有する微粒子と銀微粒子と錫微粒子との混合微粒子、のいずれかであることが好ましい。なおここで、銀微粒子とは、実質的に錫を含まない銀のみからなる微粒子であり、また錫微粒子とは、実質的に銀を含まない錫のみからなる微粒子である。
そして、銀錫合金部を有する微粒子としては、1つの粒子が銀錫合金部のみで構成された微粒子、銀錫合金部と銀部とが複合した微粒子、銀錫合金部と錫部とが複合した微粒子、銀錫合金部と銀部と錫部とが複合した微粒子、を挙げることができる。ここで、銀部とは、実質的に錫を含まない銀のみからなる部分であり、また錫部とは、実質的に銀を含まない錫のみからなる部分である。
このように、金属微粒子に銀錫合金部を有する微粒子を含ませることで、遮光性、黒色度、可視光領域での吸光度の低波長依存性の三者をバランス良く得ることができる。
From this point of view, the configuration of the metal fine particles in the present embodiment includes fine particles having a silver-tin alloy part, mixed fine particles having a silver-tin alloy part and fine silver particles, and mixed fine particles having fine particles having a silver-tin alloy part and tin fine particles. The fine particles having a silver-tin alloy portion and mixed fine particles of silver fine particles and tin fine particles are preferable. Here, the silver fine particles are fine particles made only of silver substantially not containing tin, and the tin fine particles are fine particles made only of tin substantially not containing silver.
The fine particles having a silver-tin alloy portion are fine particles in which one particle is composed of only a silver-tin alloy portion, fine particles in which a silver-tin alloy portion and a silver portion are combined, and a composite of a silver-tin alloy portion and a tin portion. And fine particles in which a silver tin alloy part, a silver part and a tin part are combined. Here, a silver part is a part which consists only of silver which does not contain tin substantially, and a tin part is a part which consists only of tin which does not contain silver substantially.
Thus, by including fine particles having a silver-tin alloy part in the metal fine particles, it is possible to obtain a good balance between light shielding properties, blackness, and low wavelength dependency of absorbance in the visible light region.
本実施形態において、銀錫合金部とは、例えば次のものであって、銀錫金属間化合物の結晶構造を有するもの(以下、「銀錫金属間化合物相」とも言う)だけではなく、銀の結晶構造を有するもの、すなわち銀中に銀の結晶構造を保った状態で錫が固溶したもの(以下、「錫固溶銀相」とも言う)を含んでもよい。
まず、銀錫金属間化合物相を有するものとしては、銀錫合金を化学式Ag1-XSnXで表した場合のXの範囲としては、0.118≦X≦0.2285のζ相(空間群P63/mmc)及び0.237≦X≦0.25のε相(空間群Pmmn)が知られている(Binary Alloy Phase Diagram,p.94−97による)。これらの相の組成と空間群を、X線回折のICDDカード(JCPDSカード)と比較すると、ε相のX線回折データがAg3Sn(IDCC 71−0530)、ζ相のX線回折データがAg4Sn(IDCC 29−1151)に相当すると考えられる。従って、斜方晶系であるε相(Ag3Sn)又は六方晶系であるζ相(Ag4Sn)の構造を有する銀錫合金部を有する微粒子であれば、化学的安定性と黒色度とを満足することができる。
In the present embodiment, the silver-tin alloy part is, for example, the following, not only having the crystal structure of silver-tin intermetallic compound (hereinafter also referred to as “silver-tin intermetallic compound phase”), but also silver In other words, a solid solution of tin in a state where the silver crystal structure is maintained in silver (hereinafter, also referred to as “tin solid solution silver phase”) may be included.
First, as for having a silver tin intermetallic compound phase, the range of X when the silver tin alloy is represented by the chemical formula Ag 1-X Sn X is ζ phase of 0.118 ≦ X ≦ 0.2285 (space Group P6 3 / mmc) and 0.237 ≦ X ≦ 0.25 epsilon phase (space group Pmmn) are known (according to Binary Alloy Phase Diagram, p. 94-97). Comparing the composition and space group of these phases with the X-ray diffraction ICDD card (JCPDS card), the X-ray diffraction data of the ε phase is Ag 3 Sn (IDCC 71-0530), and the X-ray diffraction data of the ζ phase is It is thought to correspond to Ag 4 Sn (IDCC 29-1151). Therefore, if the fine particles have a silver-tin alloy part having a structure of orthorhombic ε phase (Ag 3 Sn) or hexagonal ζ phase (Ag 4 Sn), chemical stability and blackness And can be satisfied.
次に、銀の結晶構造を有するものとしては、銀中に銀の結晶構造を保った状態で錫が固溶したもの(錫固溶銀相)、すなわち銀結晶中の銀原子の一部を錫原子が置換したものとなるが、この場合の銀錫合金を化学式Ag1-YSnYで表した場合、0<Y≦0.115であり、前記文献では(Ag)相(以下の表記で示される空間群:立方晶系)で示される。 Next, as for having a silver crystal structure, a solid solution of tin in a state where the crystal structure of silver is maintained (tin solid solution silver phase), that is, a part of silver atoms in the silver crystal. In this case, when the silver tin alloy is represented by the chemical formula Ag 1-Y Sn Y , 0 <Y ≦ 0.115, and in the above literature, the (Ag) phase (the following notation is used) The space group represented by: cubic system).
この範囲を、AgZSn(Zは実数)で表記すれば、7.70≦Z<∞(無限大)となる。
なお、Y=0(Ag1Sn0)あるいはZ=∞(Ag∞Sn)はAg単成分相に相当するため、ここで示す銀錫合金部としての規定範囲からは外してある。ただし、本実施形態において本黒色材料として用いられる銀元素及び錫元素を含有する微粒子を含む金属微粒子としては、前記のように銀錫合金部を有する微粒子だけでなく、銀錫合金部を有する微粒子及び銀微粒子の混合微粒子等も好適であることから、黒色材料中にはY=0のものを含んでもかまわない。
If this range is expressed by Ag Z Sn (Z is a real number), 7.70 ≦ Z <∞ (infinity).
Note that Y = 0 (Ag 1 Sn 0 ) or Z = ∞ (Ag ∞ Sn) corresponds to the Ag single component phase, and thus is excluded from the specified range as the silver-tin alloy part shown here. However, the metal fine particles including fine particles containing silver element and tin element used as the black material in the present embodiment are not only fine particles having a silver-tin alloy portion as described above, but also fine particles having a silver-tin alloy portion. In addition, since mixed fine particles of silver fine particles are also suitable, the black material may include Y = 0.
なお前記文献によれば、銀錫合金部として、錫の結晶構造を有するもの、すなわち錫中に錫の結晶構造を保った状態で銀が固溶したもの(以下、「銀固溶錫相」とも言う)は存在しないこととなっているため、銀固溶錫相に関する詳細な記載は省略する。ただし、銀固溶錫相が存在した場合には、本実施形態の銀錫合金部に含むものとする。 In addition, according to the said literature, as a silver tin alloy part, what has a crystal structure of tin, ie, the thing which silver solid-solved in the state which maintained the crystal structure of tin in tin (henceforth a "silver solid solution tin phase") Is also not present), and detailed description regarding the silver solid solution tin phase is omitted. However, when a silver solid solution tin phase exists, it shall be included in the silver tin alloy part of this embodiment.
また金属微粒子においては、粒子径だけでなく粒子形状を制御することで金属微粒子が光を吸収する波長が変わることが知られており、本実施形態においても、種々の粒子径や粒子形状の粒子を組み合わせることができる。粒子径の範囲は前述の通りである。粒子形状は、球状、楕円球状、角柱状、棒状、板状(三角板、六角板)等の中から1種または2種以上のものを適宜選択することができる。本実施形態における粒子形状は、次の(A)及び(B)を組み合わせて用いることが好ましい。
(A)球状、楕円球状のうち少なくとも1種以上の微粒子。
(B)角柱状、棒状、板状のうち少なくとも1種以上の微粒子。
このうち、(A)は可視光域の低波長側、(B)は可視広域の長波長側の光を多く吸収する。(A)と(B)とを組み合わせることにより、本実施形態の本黒色材料は広い波長領域で光を吸収することができ、可視光域の吸光度の波長依存性が小さく、自然な色調の黒色を得ることができる。
In addition, in the metal fine particles, it is known that the wavelength at which the metal fine particles absorb light is changed by controlling not only the particle diameter but also the particle shape. In this embodiment, particles having various particle sizes and particle shapes are also changed. Can be combined. The range of the particle diameter is as described above. The particle shape can be appropriately selected from one or more of spherical, elliptical, prismatic, rod, plate (triangular plate, hexagonal plate) and the like. The particle shape in the present embodiment is preferably used by combining the following (A) and (B).
(A) At least one kind of fine particles of spherical and elliptical spheres.
(B) At least one kind of fine particles among prismatic shape, rod shape, and plate shape.
Of these, (A) absorbs a lot of light on the low wavelength side of the visible light region, and (B) absorbs a lot of light on the long wavelength side of the visible light region. By combining (A) and (B), the black material of the present embodiment can absorb light in a wide wavelength region, the wavelength dependence of the absorbance in the visible light region is small, and the natural color black Can be obtained.
ここで、(B)の粒子は、一次粒子で角柱状、棒状、板状を形成していてもよく、球状、楕円球状等の一次粒子が凝集して角柱状、棒状、板状を形成していてもよい。微粒子は、その形状が変わると誘電関数が変化して微粒子が吸収する光の波長が変わるが、一次粒子ではなく、凝集粒子の形状変化でも誘電関数に影響を与え、吸収する光の波長を変えられる場合があるためである。
さらに(B)の粒子は、角柱状、棒状、板状の粒子あるいは凝集粒子が凝集(再凝集)して、デンドライト(樹枝状)や連通状の複雑な形状をしていても構わない。
Here, the particles in (B) may be primary particles that may have a prismatic shape, a rod shape, or a plate shape, and primary particles such as a spherical shape or an oval shape aggregate to form a prismatic shape, a rod shape, or a plate shape. It may be. When the shape of a fine particle changes, the dielectric function changes and the wavelength of the light absorbed by the fine particle changes, but the change in the shape of the aggregated particles, not the primary particles, also affects the dielectric function and changes the wavelength of the absorbed light. It is because it may be done.
Further, the particles (B) may have a complicated shape such as a dendrite (dendritic shape) or a continuous shape by agglomerating (reaggregating) prismatic, rod-like, plate-like particles or aggregated particles.
本実施形態の黒色材料の製造方法としては、上記のように、組成や粒子径を調整することにより黒色を呈する金属微粒子が得られる方法であれば、特に制限はなく、気相反応法、噴霧熱分解法、液相反応法、凍結乾燥法、水熱合成法など、通常の金属微粒子合成法を適用することができる。
これらの中でも銀錫合金部を有する微粒子を形成しやすいこと、合成条件により粒子の形状を制御しやすいことといった点から、液相反応法を用いることが好ましい。従来、金属微粒子の粒子径や粒子形状を制御しながら、酸化還元電位が大きく異なる錫と銀との合金を製造する方法は見出されていなかったが、本実施形態では、反応温度、pH、攪拌効率といった反応条件を厳密に制御することで、粒子径や粒子形状を制御しながら銀錫合金を生成させることが可能となった。
The method for producing the black material of the present embodiment is not particularly limited as long as it is a method capable of obtaining metal fine particles exhibiting black color by adjusting the composition and particle diameter as described above. Conventional metal fine particle synthesis methods such as a thermal decomposition method, a liquid phase reaction method, a freeze-drying method, and a hydrothermal synthesis method can be applied.
Among these, it is preferable to use a liquid phase reaction method from the viewpoints that it is easy to form fine particles having a silver-tin alloy part and that the shape of the particles can be easily controlled by synthesis conditions. Conventionally, a method for producing an alloy of tin and silver having greatly different oxidation-reduction potentials while controlling the particle diameter and particle shape of the metal fine particles has not been found, but in this embodiment, the reaction temperature, pH, By strictly controlling reaction conditions such as stirring efficiency, it became possible to produce a silver-tin alloy while controlling the particle diameter and particle shape.
上記液相反応法の一例としては、例えば、錫コロイド分散液中に銀化合物溶液を滴下し、錫で銀イオンを還元して錫と銀とを合金化させ、銀錫合金部を有する微粒子と銀微粒子とを生成する方法を例示することができる。
この製造方法にあっては、反応条件(例えば、錫と銀イオンとの比率、反応液のpH、反応温度、反応時間など)を適宜調整することにより、金属微粒子中の銀元素の含有量を任意に制御することができる。
As an example of the liquid phase reaction method, for example, a silver compound solution is dropped into a tin colloidal dispersion, silver ions are reduced with tin to alloy tin and silver, and fine particles having a silver-tin alloy part. A method for producing silver fine particles can be exemplified.
In this production method, the content of silver element in the metal fine particles is adjusted by appropriately adjusting the reaction conditions (for example, the ratio of tin and silver ions, the pH of the reaction solution, the reaction temperature, the reaction time, etc.). It can be controlled arbitrarily.
前記の液相反応では、液相中での反応により合成が完結するため、黒色材料を回収する必要はなく、そのままあるいは簡単な工程を経ることで、容易に後述する黒色材料分散液とすることも可能である。
また、この黒色材料を用いて黒色膜を作製する場合、樹脂成分との分散性を考慮して、水分散系から有機溶媒分散系に変更してもよい。有機溶媒分散系に変更する場合、液相から回収したケーキ状の凝集物を、ボールミル、ビーズミル等の湿式混合機を用いて有機溶媒中にて分散処理する方法が採られる。
In the liquid phase reaction, since the synthesis is completed by the reaction in the liquid phase, there is no need to recover the black material, and the black material dispersion described later can be easily obtained as it is or through a simple process. Is also possible.
Moreover, when producing a black film using this black material, the water dispersion system may be changed to the organic solvent dispersion system in consideration of dispersibility with the resin component. When changing to an organic solvent dispersion system, a method is adopted in which cake-like aggregates recovered from the liquid phase are dispersed in an organic solvent using a wet mixer such as a ball mill or a bead mill.
こうして得られた本実施形態の黒色材料は、以下の特性を満たすことが必要とされる。
すなわち、分散媒中に固形分量が0.0005体積%になるようにして黒色材料を分散させた分散液(以下、「評価用分散液」と称する場合がある)における吸光度を光路長10mmで測定した場合に、まず、380nmから800nmの平均吸光度が0.8以上であることが必要である。平均吸光度が0.8を下回ると、黒色材料を用いた黒色膜において遮光性が十分でなくなってしまう。
上記平均吸光度は、1.0以上であることが好ましく、1.1以上であることがよりに好ましく、1.2以上であることがさらに好ましい。
The black material of this embodiment thus obtained is required to satisfy the following characteristics.
That is, the absorbance in a dispersion liquid (hereinafter sometimes referred to as “evaluation dispersion liquid”) in which a black material is dispersed so that the solid content is 0.0005% by volume in the dispersion medium is measured at an optical path length of 10 mm. In this case, first, it is necessary that the average absorbance from 380 nm to 800 nm is 0.8 or more. When the average absorbance is less than 0.8, the black film using a black material has insufficient light shielding properties.
The average absorbance is preferably 1.0 or more, more preferably 1.1 or more, and further preferably 1.2 or more.
また、420nmにおける吸光度d420と680nmにおける吸光度d680との比d420/d680が0.6以上2.5以下であることが必要である。吸光度の比がこの範囲内にあれば、黒色膜における可視光領域における吸光度の波長依存性が小さく自然な色調の黒色を得ることができる。
前記420nm及び680nmにおける吸光度の比d420/d680は0.7以上1.6以下が好ましく、0.8以上1.5以下がより好ましく、0.8以上1.25以下がさらに好ましい。
Further, the ratio d 420 / d 680 between the absorbance d 420 at 420 nm and the absorbance d 680 at 680 nm needs to be 0.6 or more and 2.5 or less. If the ratio of absorbance is within this range, the wavelength dependence of the absorbance in the visible light region of the black film is small, and a black having a natural color tone can be obtained.
The absorbance ratio d 420 / d 680 at 420 nm and 680 nm is preferably from 0.7 to 1.6, more preferably from 0.8 to 1.5, and even more preferably from 0.8 to 1.25.
前記評価用分散液に用いる分散媒としては、吸光度が最も高くなるような溶媒を適宜選択することができる。なお本実施形態において、上記評価用分散液を後述する本実施形態の黒色材料分散液を希釈することにより得る場合においては、前記分散媒は、実際上は後述の黒色材料分散液に用いられる分散媒と同一か、黒色材料分散液に用いられる分散媒との相溶性が高い必要がある。
具体的に、前記吸光度測定のための希釈溶媒(分散媒)としては、黒色材料分散液の溶媒が水である場合には、水、エタノール、メタノール、1−プロパノール、アセトン等を、黒色材料分散液の溶媒が非水系である場合には、メチルエチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トルエン、ヘキサン等を例示できる。
As the dispersion medium used for the evaluation dispersion liquid, a solvent having the highest absorbance can be appropriately selected. In this embodiment, when the evaluation dispersion liquid is obtained by diluting the black material dispersion liquid of the present embodiment described later, the dispersion medium is actually a dispersion used for the black material dispersion liquid described later. It must be the same as the medium or highly compatible with the dispersion medium used in the black material dispersion.
Specifically, as the dilution solvent (dispersion medium) for the absorbance measurement, when the solvent of the black material dispersion is water, water, ethanol, methanol, 1-propanol, acetone or the like is dispersed in the black material. When the solvent of the liquid is non-aqueous, methyl ethyl ketone, propylene glycol monomethyl ether acetate, toluene, hexane and the like can be exemplified.
例えば、分散媒として水を用いた場合、水の比重を1.00、黒色材料の比重を10.00として概算すると、吸光度測定用に黒色材料分散液を固形分量が0.0005体積%となるように希釈した液は、黒色材料の質量比に換算すると0.005質量%となる。
吸光度測定用の希釈液中の固形分は、周囲に付いている分散剤等は含まない黒色材料の質量ないし体積から算出する。
For example, when water is used as the dispersion medium, when the specific gravity of water is 1.00 and the specific gravity of the black material is 10.00, the solid content of the black material dispersion is 0.0005% by volume for absorbance measurement. The liquid diluted in this way becomes 0.005% by mass when converted to the mass ratio of the black material.
The solid content in the diluted solution for absorbance measurement is calculated from the mass or volume of the black material that does not contain a dispersing agent or the like attached to the periphery.
この評価用分散液を、後述する本実施形態の黒色材料分散液を希釈することにより得る場合、前記黒色材料を分散させる分散条件としては、後述の本実施形態の黒色材料分散液の作製条件により定まるものであるが、基本的には前記銀元素及び錫元素を含有する微粒子を含む金属微粒子の平均分散粒子径が5nm以上100nm以下、かつ90%累積個数粒子径が1μm以下となる程度まで分散を行えばよい。このような粒子径、粒度分布となるのであれば、分散装置、分散時間等は特に制限されない。
すなわち、分散装置としては、ビーズミル、ボールミル、超音波分散機等の公知の分散処理装置を用い、各装置の特性に合わせた分散時間を選定すればよく、また分散性の向上や分散安定性の向上のための、分散剤や分散助剤、表面処理剤等を用いることもできる。
また、黒色材料分散液からこの評価用分散液を得る方法としては、例えば、後述の方法により黒色材料分散液中の金属微粒子の含有率が25質量%の黒色材料分散液を作製した場合、黒色材料分散液に用いられる分散媒で黒色材料分散液を0.05体積%になるように希釈して手振りで混合し、さらに同じ分散媒で100倍に希釈して手振りで混合して、固形分量が0.0005体積%の吸光度測定用の希釈液を得ることができる。
When the dispersion for evaluation is obtained by diluting the black material dispersion of the present embodiment described later, the dispersion condition for dispersing the black material depends on the preparation conditions of the black material dispersion of the present embodiment described later. Basically, the metal fine particles containing fine particles containing silver element and tin element are dispersed to such an extent that the average dispersed particle diameter is 5 nm to 100 nm and the 90% cumulative number particle diameter is 1 μm or less. Can be done. If it becomes such a particle diameter and particle size distribution, a dispersion apparatus, a dispersion time, etc. will not be restrict | limited in particular.
In other words, as a dispersion device, a known dispersion processing device such as a bead mill, a ball mill, an ultrasonic dispersion device, or the like may be used, and a dispersion time may be selected in accordance with the characteristics of each device. A dispersant, a dispersion aid, a surface treatment agent, or the like can be used for improvement.
Moreover, as a method of obtaining this evaluation dispersion from the black material dispersion, for example, when a black material dispersion having a metal fine particle content of 25% by mass in the black material dispersion is prepared by the method described later, Dilute the black material dispersion to 0.05% by volume with the dispersion medium used for the material dispersion, mix by hand shaking, further dilute 100 times with the same dispersion medium and mix by hand shaking, solid content Can be obtained as a dilution for absorbance measurement of 0.0005 vol%.
<黒色材料分散液>
本実施形態の黒色材料分散液は、本実施形態の黒色材料を分散媒中に分散させた分散液である。
この分散液中における黒色材料の含有率は、1質量%以上80質量%以下が好ましく、より好ましくは5質量%以上50重量%以下、さらに好ましくは10質量%以上40質量%以下である。ここで、黒色材料の含有率を1質量%以上80質量%以下が好ましいとした理由は、この範囲が黒色材料が良好な分散状態を取りうる範囲であり、含有率が1質量%未満であると、黒色材料としての効果が低下する場合があり、また、80質量%を超えると、黒色材料の濃度が高くなり過ぎてペースト状態となり、分散液としての特徴が消失する場合があるからである。
<Black material dispersion>
The black material dispersion of this embodiment is a dispersion in which the black material of this embodiment is dispersed in a dispersion medium.
The black material content in the dispersion is preferably 1% by mass to 80% by mass, more preferably 5% by mass to 50% by mass, and still more preferably 10% by mass to 40% by mass. Here, the reason why the content of the black material is preferably 1% by mass or more and 80% by mass or less is that this range is a range in which the black material can take a good dispersion state, and the content is less than 1% by mass. This is because the effect as a black material may be reduced, and if it exceeds 80% by mass, the concentration of the black material becomes too high and a paste is formed, and the characteristics as a dispersion may be lost. .
(分散媒)
前記分散媒は、基本的には、水及び有機溶媒の少なくともいずれかを含有したものである。
上記の有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、2−プロパノール、ブタノール、オクタノール等のアルコール類;ジエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル(メチルセロソルブ)、エチレングリコールモノエチルエーテル(エチルセロソルブ)、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル(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、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−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、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、ジプロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノエチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル類;
エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;
ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等の他のエーテル類;
アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン等のケトン類;
2−ヒドロキシプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、乳酸エチル等の乳酸アルキルエステル類;
2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチルブタン酸メチル、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルプロピオネート、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、蟻酸n−ペンチル、酢酸イソペンチル、プロピオン酸n−ブチル、酪酸エチル、酪酸n−プロピル、酪酸イソプロピル、酪酸n−ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸n−プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2−オキソブタン酸エチル、γ−ブチロラクトン等の他のエステル類;
ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類;及びN−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド類が好適に用いられ、これらの溶媒のうち1種または2種以上を用いることができる。
(Dispersion medium)
The dispersion medium basically contains at least one of water and an organic solvent.
Examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, 2-propanol, butanol, and octanol; diethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether (methyl cellosolve), ethylene glycol monoethyl ether (ethyl cellosolve), ethylene glycol mono -N-propyl ether, ethylene glycol mono-n-butyl ether (butyl cellosolve), diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol mono-n-propyl ether, diethylene glycol mono-n-butyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol Monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene Glycol monoethyl ether, propylene glycol mono-n-propyl ether, propylene glycol mono-n-butyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol mono-n-propyl ether, dipropylene glycol mono- (poly) alkylene glycol monoalkyl ethers such as n-butyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, tripropylene glycol monoethyl ether;
(Poly) alkylene glycol monoalkyl ether acetates such as ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate;
Other ethers such as diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, tetrahydrofuran;
Ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, acetylacetone, cyclohexanone, 2-heptanone, 3-heptanone;
Lactic acid alkyl esters such as methyl 2-hydroxypropionate, ethyl 2-hydroxypropionate, and ethyl lactate;
Ethyl 2-hydroxy-2-methylpropionate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, methyl 3-ethoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, ethyl ethoxyacetate, ethyl hydroxyacetate, 2-hydroxy Methyl-3-methylbutanoate, 3-methyl-3-methoxybutyl acetate, 3-methyl-3-methoxybutylpropionate, ethyl acetate, n-propyl acetate, isopropyl acetate, n-butyl acetate, isobutyl acetate, n formate -Pentyl, isopentyl acetate, n-butyl propionate, ethyl butyrate, n-propyl butyrate, isopropyl butyrate, n-butyl butyrate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, n-propyl pyruvate, methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, 2-oxobutanoic acid Le, other esters such as γ- butyrolactone;
Aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, and ethylbenzene; and amides such as N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide, and N, N-dimethylacetamide are preferably used. Among these solvents, 1 Species or two or more can be used.
上記のうち、非水溶性有機溶媒を用いた場合の分散液における含水率は、5質量%以下が好ましく、より好ましくは3質量%以下、さらに好ましくは2質量%以下である。
分散液の含水率が5質量%を超えると、黒色材料を分散した黒色材料分散液を塗料等の黒色樹脂組成物とする目的で非水系の樹脂成分ないしは樹脂形成成分と混合した場合に、分散液と樹脂成分ないしは樹脂形成成分とが分離し易くなり、安定した混合物(塗料等)が得難くなる場合がある。すなわち、分散液の含水率を5質量%以下とすることで、種類が多い非水系の樹脂成分ないしは樹脂形成成分の中から所望の特性に合ったものを適宜選択することができ、分散液、樹脂組成物(塗料)や塗膜における制約もなく、これらの設計の自由度を広げることができる。
Among the above, the water content in the dispersion when a water-insoluble organic solvent is used is preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, and still more preferably 2% by mass or less.
When the water content of the dispersion exceeds 5% by mass, the dispersion is caused when the black material dispersion in which the black material is dispersed is mixed with a non-aqueous resin component or resin-forming component for the purpose of forming a black resin composition such as paint. The liquid and the resin component or the resin-forming component are easily separated, and it may be difficult to obtain a stable mixture (paint or the like). That is, by setting the water content of the dispersion to 5% by mass or less, it is possible to appropriately select a non-aqueous resin component or a resin-forming component suitable for desired characteristics from among many types. There is no restriction in the resin composition (paint) or coating film, and the degree of freedom in designing can be expanded.
(その他の成分)
本実施形態の分散液では、黒色材料の分散性の向上、分散安定性の向上のために、分散剤及び/又は分散助剤や表面処理剤を併用することが好ましい。中でも、特に分散剤として高分子分散剤を用いると経時の分散安定性に優れるので好ましい。なお、ここで、分散剤は黒色材料の分散安定性を確保するための、黒色材料とは全く構造の異なるポリマー等であり、分散助剤とは黒色材料の分散性を高めるための顔料誘導体をいう。
(Other ingredients)
In the dispersion liquid of the present embodiment, it is preferable to use a dispersant and / or a dispersion aid or a surface treatment agent in combination in order to improve the dispersibility of the black material and the dispersion stability. Among these, it is particularly preferable to use a polymer dispersant as the dispersant because the dispersion stability over time is excellent. Here, the dispersant is a polymer having a completely different structure from the black material for ensuring the dispersion stability of the black material, and the dispersion aid is a pigment derivative for enhancing the dispersibility of the black material. Say.
一般的に高分子分散剤の分類としては、例えば、ウレタン系分散剤、ポリエチレンイミン系分散剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系分散剤、ポリオキシエチレングリコールジエステル系分散剤、ソルビタン脂肪族エステル系分散剤、脂肪族変性ポリエステル系分散剤、ポリカルボン酸塩、ポリアルキル硫酸塩、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリルアミド等が挙げられる。これらの中では、樹脂として使用する電離放射線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂との相溶性、有機溶剤に対する相溶性を考慮すると、ウレタン系分散剤が好ましい。 In general, the classification of polymer dispersants includes, for example, urethane dispersants, polyethyleneimine dispersants, polyoxyethylene alkyl ether dispersants, polyoxyethylene glycol diester dispersants, sorbitan aliphatic ester dispersants. , Aliphatic modified polyester dispersants, polycarboxylates, polyalkyl sulfates, polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA), polyacrylamide and the like. Of these, urethane dispersants are preferred in view of compatibility with ionizing radiation curable resins, thermosetting resins and thermoplastic resins used as resins, and compatibility with organic solvents.
また、高分子分散剤を製法に依存した構造で分類した場合、ランダムコポリマー、櫛型コポリマー、ABA型ブロックコポリマー、BAB型ブロックコポリマー、両末端親水基含有ポリマー、片末端親水基含有ポリマーなどがある。これらの中では、樹脂として使用する電離放射線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂との相溶性、有機溶剤に対する相溶性を考慮すると、ランダムコポリマー、櫛形ポリマーが好ましい。
これらの条件を満たす分散剤の具体例としては、商品名で、EFKA(エフカーケミカルズビーブイ(EFKA)社製)、Disperbyk(ビックケミー社製)、SOLSPERSE(ゼネカ社製)等を挙げることができる。また、これらの分散剤は、1種又は2種以上を混合して使用することができる。
In addition, when the polymer dispersant is classified by the structure depending on the production method, there are a random copolymer, a comb copolymer, an ABA block copolymer, a BAB block copolymer, a hydrophilic group-containing polymer at one end, a hydrophilic group-containing polymer at one end, etc. . Among these, a random copolymer and a comb polymer are preferable in consideration of compatibility with an ionizing radiation curable resin, a thermosetting resin, and a thermoplastic resin used as a resin, and compatibility with an organic solvent.
Specific examples of the dispersant satisfying these conditions include EFKA (manufactured by EFKA Chemicals Beebuy (EFKA)), Disperbyk (manufactured by BYK Chemie), and SOLPERSE (manufactured by Geneca). Moreover, these dispersing agents can be used 1 type or in mixture of 2 or more types.
また、上記分散剤の黒色材料に対する添加量は、黒色材料を100部とした場合5質量部以上50質量部以下であることが好ましい。分散剤添加量が5質量部未満であると、黒色微粒子の分散に必要な分散剤量が足りずに分散液の分散性が保持できず、請求項に示す分散液の平均分散粒子径、膜中の平均粒子径を満たすことができない場合がある。また、添加分散剤量が50質量部を超えると、黒色材料に対して分散剤量が過剰となり、分散剤同士の相互作用などにより分散液の分散性が保持できず、後述する分散液における平均分散粒子径、90%累積体積粒子径を満たすことができない場合がある。 Moreover, it is preferable that the addition amount with respect to the black material of the said dispersing agent is 5 to 50 mass parts when black material is 100 parts. When the amount of the dispersant added is less than 5 parts by mass, the amount of the dispersant necessary for dispersing the black fine particles is insufficient, so that the dispersibility of the dispersion cannot be maintained. The average particle size inside may not be satisfied. Further, when the amount of the added dispersant exceeds 50 parts by mass, the amount of the dispersant becomes excessive with respect to the black material, and the dispersibility of the dispersion cannot be maintained due to the interaction between the dispersants. The dispersed particle size, 90% cumulative volume particle size may not be satisfied.
前記黒色材料分散液においては、溶媒中に分散した金属微粒子(黒色材料)の平均分散粒子径が5nm以上100nm以下であることが好ましい。本実施形態における金属微粒子の平均一次粒子径が3nm以上であるため、平均分散粒子径が5nm未満の分散液を得ることは困難である。平均分散粒子径が100nmを上回ると、黒色材料分散液中での微粒子の分散が十分でなく、遮光性が低下したり微粒子の散乱により外観が白っぽくなり、黒色度が低下したりする場合がある。
平均分散粒子径は5nm以上80nm以下がより好ましく、5nm以上50nm以下がさらに好ましい。
In the black material dispersion, the average dispersed particle diameter of the metal fine particles (black material) dispersed in the solvent is preferably 5 nm or more and 100 nm or less. Since the average primary particle diameter of the metal fine particles in this embodiment is 3 nm or more, it is difficult to obtain a dispersion having an average dispersed particle diameter of less than 5 nm. When the average dispersed particle diameter exceeds 100 nm, the dispersion of the fine particles in the black material dispersion is not sufficient, and the light-shielding property may be deteriorated or the appearance may become whitish due to the scattering of the fine particles and the blackness may be lowered. .
The average dispersed particle size is more preferably 5 nm or more and 80 nm or less, and further preferably 5 nm or more and 50 nm or less.
また、前記黒色材料分散液の溶媒中に分散した金属微粒子(黒色材料)の90%累積体積粒子径は1μm以下であることが好ましい。90%累積体積粒子径が1μmを上回ると、黒色材料分散液中での微粒子の分散が十分でなく粗大な粒子が存在するようになるため、遮光性が低下したり、微粒子の散乱により外観が白っぽくなり黒色度が低下したりする場合がある。
上記90%累積個数粒子径は0.6μm以下であることがより好ましい。
The 90% cumulative volume particle size of the metal fine particles (black material) dispersed in the solvent of the black material dispersion is preferably 1 μm or less. If the 90% cumulative volume particle diameter exceeds 1 μm, the dispersion of the fine particles in the black material dispersion is not sufficient and coarse particles are present, so that the light-shielding property is deteriorated or the appearance is caused by the scattering of the fine particles. It may become whitish and the blackness may decrease.
The 90% cumulative number particle size is more preferably 0.6 μm or less.
上記分散液中の平均分散粒子径及び90%累積体積粒子径の測定方法については、動的光散乱法による粒度分布測定装置を用いてこの分散液の粒度分布を測定し、分散液中の微粒子の全体積を100%として累積カーブを求めたとき、累積カーブが50%となる点の粒径を平均分散粒子径、90%となる点の粒径を90%累積体積粒子径とした。
また、後述の黒色塗料における平均分散粒子径及び90%累積体積粒子径についても、同様の測定方法により求めた。
Regarding the method of measuring the average dispersed particle size and 90% cumulative volume particle size in the above dispersion, the particle size distribution of this dispersion is measured using a particle size distribution measuring apparatus by a dynamic light scattering method, and the fine particles in the dispersion are measured. When the cumulative curve was determined with the total volume of 100% as the total volume, the particle size at the point where the cumulative curve was 50% was the average dispersed particle size, and the particle size at the point where the cumulative curve was 90% was the 90% cumulative volume particle size.
Further, the average dispersed particle size and 90% cumulative volume particle size in the black paint described later were also determined by the same measurement method.
本実施形態の黒色材料分散液は、黒色材料と、必要に応じて分散剤や分散助剤等の成分とを、分散媒に加えて混合分散することにより調製することができる。混合分散方法は、黒色材料等を混合した混合液を、超音波分散機、ペイントシェーカー、ボールミル、ビーズミル、アイガーミルなどの公知の分散処理方法より選択すればよいが、分散性の点からビーズミルが好ましい。また、複数の分散方法を組み合わせて使用してもよい。
例えば上記ビーズミルを用いた場合、バッチ式のビーズミルにおいて分散室内での(ビーズの質量)/(分散液の質量)の比を0.5以上15以下、回転数を1000rpm以上4000rpm以下で、0.1時間以上10時間以内程度分散させることが好ましい。
好ましい分散条件としては、例えば(ビーズの質量)/(分散液の質量)の比を3.5とし、2500rpmで2時間程度分散する条件が挙げられる。
The black material dispersion of this embodiment can be prepared by mixing and dispersing a black material and components such as a dispersant and a dispersion aid as required in addition to a dispersion medium. The mixed dispersion method may be selected from known dispersion treatment methods such as an ultrasonic disperser, a paint shaker, a ball mill, a bead mill, an Eiger mill, etc., but a bead mill is preferable from the viewpoint of dispersibility. . A plurality of dispersion methods may be used in combination.
For example, when the above bead mill is used, the ratio of (mass of beads) / (mass of dispersion) in the dispersion chamber in a batch type bead mill is 0.5 to 15 and the rotation speed is 1000 rpm to 4000 rpm. It is preferable to disperse for about 1 hour to 10 hours.
As preferable dispersion conditions, for example, a ratio of (mass of beads) / (mass of dispersion) is set to 3.5, and dispersion is performed at 2500 rpm for about 2 hours.
<黒色樹脂組成物>
本実施形態の黒色樹脂組成物は、少なくとも本実施形態の黒色材料と樹脂形成成分又は樹脂成分とを含むものであり、塗料等が含まれる。なお樹脂成分とは、後述の黒色膜における樹脂成分と同一であり、樹脂形成成分とは、後述の黒色膜における樹脂成分を形成するための成分である。
ここで、黒色樹脂組成物を構成するための主たる成分は次に示す[A]から[E]の5種類である。なお、[B]と[E]とは異なるものとする。
[A]黒色材料
[B]黒色材料分散媒
[C]樹脂形成成分
[D]樹脂成分
[E]樹脂形成成分又は樹脂成分の溶媒
<Black resin composition>
The black resin composition of the present embodiment includes at least the black material of the present embodiment and a resin forming component or a resin component, and includes a paint and the like. The resin component is the same as the resin component in the black film described later, and the resin forming component is a component for forming the resin component in the black film described later.
Here, the main components for constituting the black resin composition are the following five types [A] to [E]. Note that [B] and [E] are different.
[A] Black material [B] Black material dispersion medium [C] Resin forming component [D] Resin component [E] Resin forming component or solvent of resin component
前記黒色樹脂組成物は、主にこの5成分の組み合わせにより構成されており、その組み合わせは次の(1)から(7)の通りとなる。なお、黒色材料を構成する金属微粒子を黒色樹脂組成物中に分散させるために、黒色材料は分散剤で処理されていることが好ましいが、分散剤は付加的成分であるため、ここでの記述は省略する。また、必要に応じて添加することが可能な[A]から[E]以外の成分、すなわち、分散助剤や表面処理剤についても、ここでは記述を省略する。
(1):[A]+[C]
最小限の組み合わせである2成分系であり、液状の樹脂形成成分中に黒色材料を分散したものと捉えることができる。この場合、[C]は液状である必要がある。
(2):[A]+[B]+[C]
3成分系であり、前記「黒色材料分散液」と、樹脂形成成分とを混合したものと捉えることができる。一般的には[C]は液状である必要があるが、[C]が[B]に可溶の場合には、[C]は固体状であってもかまわない。
(3):[A]+[C]+[E]
3成分系であり、溶媒中に溶解させた樹脂形成成分中に黒色材料を分散させたものと捉えることができる。[C]は[E]に溶解させているため、液状でも固体状でもかまわない。
(4):[A]+[D]+[E]
3成分系であり、溶媒中に溶解させた樹脂成分中に黒色材料を分散させたものと捉えることができる。なお[D]は固体であるから、[D]が存在する限り[E]は不可欠である。
(5):[A]+[B]+[D]
[D]が[B]に可溶な場合にのみ可能な組み合わせであって、前記「黒色材料分散液」中に、樹脂成分を溶解したものと捉えることができる。この場合のみ、例外的に[E]は不要である。
(6):[A]+[B]+[C]+[E]
(7):[A]+[B]+[D]+[E]
4成分系であり、前記「黒色材料分散液」に、樹脂形成成分又は樹脂成分を溶解させた溶液を混合したものと捉えることができる。この場合、[B]と[E]とは相溶性が高い必要がある。両者の相溶性が低い場合、「黒色材料分散液」と「樹脂形成成分又は樹脂成分を溶解させた溶液」とがそれぞれ安定に存在しても、両者を混合した際に、相分離や粒子成分の凝集等が起こるため好ましくない。なお、[B]と[E]とが同一の場合には、(6)は(2)又は(3)に、(7)は(4)又は(5)に、それぞれ含めるものとする。
The black resin composition is mainly composed of a combination of these five components, and the combinations are as follows (1) to (7). In order to disperse the metal fine particles constituting the black material in the black resin composition, the black material is preferably treated with a dispersant. However, since the dispersant is an additional component, the description here Is omitted. In addition, descriptions of components other than [A] to [E] that can be added as necessary, that is, dispersion aids and surface treatment agents are omitted here.
(1): [A] + [C]
It is a two-component system that is a minimum combination, and can be regarded as a dispersion of a black material in a liquid resin-forming component. In this case, [C] needs to be liquid.
(2): [A] + [B] + [C]
It is a three-component system and can be regarded as a mixture of the “black material dispersion” and a resin-forming component. In general, [C] needs to be liquid, but when [C] is soluble in [B], [C] may be solid.
(3): [A] + [C] + [E]
It can be regarded as a three-component system in which a black material is dispersed in a resin-forming component dissolved in a solvent. Since [C] is dissolved in [E], it may be liquid or solid.
(4): [A] + [D] + [E]
It is a three-component system and can be considered as a black material dispersed in a resin component dissolved in a solvent. Since [D] is a solid, [E] is indispensable as long as [D] is present.
(5): [A] + [B] + [D]
This is a combination that is possible only when [D] is soluble in [B], and can be considered as a resin component dissolved in the “black material dispersion”. Only in this case, [E] is exceptionally unnecessary.
(6): [A] + [B] + [C] + [E]
(7): [A] + [B] + [D] + [E]
It is a four-component system, and can be regarded as a mixture of a resin forming component or a solution in which a resin component is dissolved in the “black material dispersion”. In this case, [B] and [E] must be highly compatible. When the compatibility between the two is low, even if the “black material dispersion liquid” and the “resin-forming component or solution in which the resin component is dissolved” exist stably, the phase separation and the particle component will occur when both are mixed. This is not preferable because aggregation of the liquid occurs. When [B] and [E] are the same, (6) is included in (2) or (3), and (7) is included in (4) or (5).
上記黒色材料[A]、黒色材料の分散媒[B]、樹脂形成成分[C]、樹脂成分[D]、樹脂形成成分又は樹脂成分の溶媒[E]の内、黒色材料、黒色材料の分散媒については上述していることから、ここでは樹脂成分、樹脂形成成分、樹脂形成成分又は樹脂成分の溶媒、について説明する。 Of the above black material [A], black material dispersion medium [B], resin forming component [C], resin component [D], resin forming component or resin component solvent [E], black material, black material dispersion Since the medium has been described above, the resin component, the resin forming component, the resin forming component, or the solvent of the resin component will be described here.
(樹脂形成成分、樹脂成分)
樹脂形成成分とは、後述の黒色膜における樹脂成分を形成するための成分であり、通常は樹脂成分のモノマー、オリゴマーやプレポリマーが含まれる。すなわち、樹脂成分として、電離放射線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等が各種使用可能であることから、これら樹脂のモノマー、オリゴマー、プレポリマーの少なくともいずれかもこれらに含まれる。
(Resin forming component, resin component)
The resin forming component is a component for forming a resin component in a black film, which will be described later, and usually includes a resin component monomer, oligomer, or prepolymer. That is, as the resin component, various kinds of ionizing radiation curable resins, thermosetting resins, thermoplastic resins, and the like can be used, and therefore at least any of monomers, oligomers, and prepolymers of these resins is included.
樹脂成分として電離放射線硬化性樹脂を選択する場合、樹脂形成成分である電離放射線重合性モノマー(単量体)としては、分子中にラジカル重合性官能基を有する重合性モノマーである多官能性(メタ)アクリレートが好ましく、具体的にはエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(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、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等が挙げられる。カチオン重合性官能基を有するモノマーとして、例えば、3,4−エポキシシクロへキセニルメチル−3',4'−エポキシシクロへキセンカルボキシレート等の脂環式エポキシド類、ビスフェノールAジグリシジルエーテル等グリシジルエーテル類、4−ヒドロキシブチルビニルエーテル等ビニルエーテル類、3−エチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン等オキセタン類等が挙げられる。これらの電離放射線重合性モノマーは、1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いてもよく、また、後述の電離放射線重合性プレポリマーと併用してもよい。 When an ionizing radiation curable resin is selected as the resin component, the ionizing radiation polymerizable monomer (monomer) that is the resin forming component is a polyfunctional compound that is a polymerizable monomer having a radical polymerizable functional group in the molecule ( (Meth) acrylates are preferred, specifically ethylene glycol di (meth) acrylate, propylene glycol di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, dipentaerythritol penta (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) ) Acrylate, caprolactone-modified dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, and the like. Examples of the monomer having a cationic polymerizable functional group include alicyclic epoxides such as 3,4-epoxycyclohexenylmethyl-3 ′, 4′-epoxycyclohexenecarboxylate, and glycidyl ethers such as bisphenol A diglycidyl ether. , Vinyl ethers such as 4-hydroxybutyl vinyl ether, and oxetanes such as 3-ethyl-3-hydroxymethyloxetane. These ionizing radiation polymerizable monomers may be used singly or in combination of two or more, or may be used in combination with an ionizing radiation polymerizable prepolymer described later.
また、電離放射線重合性プレポリマー(オリゴマーも包含する)としては、例えばポリエステル(メタ)アクリレート系、エポキシ(メタ)アクリレート系、ウレタン(メタ)アクリレート系、ポリオール(メタ)アクリレート系、シリコーン(メタ)アクリレート、不飽和ポリエステル系等の分子中にラジカル重合性官能基を有する重合性オリゴマー、あるいはノボラック系型エポキシ樹脂プレポリマー、芳香族ビニルエーテル系樹脂プレポリマー等のエポキシ系樹脂等の分子中にカチオン重合性官能基を有する重合性オリゴマー等が挙げられる。これらの電離放射線重合性プレポリマーは、1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。なおここで、「(メタ)アクリレート」とは「アクリレートまたはメタクリレート」を意味する。 Examples of the ionizing radiation polymerizable prepolymer (including oligomers) include polyester (meth) acrylate, epoxy (meth) acrylate, urethane (meth) acrylate, polyol (meth) acrylate, and silicone (meth). Cationic polymerization in molecules such as polymerizable oligomers having radical polymerizable functional groups in molecules such as acrylates and unsaturated polyesters, or epoxy resins such as novolac epoxy resin prepolymers and aromatic vinyl ether resin prepolymers And polymerizable oligomers having a functional functional group. These ionizing radiation polymerizable prepolymers may be used singly or in combination of two or more. Here, “(meth) acrylate” means “acrylate or methacrylate”.
また、前記樹脂成分として熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂、フェノール−ホルマリン樹脂、尿素樹脂、尿素−ホルマリン樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル−メラミン樹脂、メラミン−ホルマリン樹脂、アルキッド樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ−メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリシロキサン樹脂、ポリウレタン樹脂、汎用の2液硬化型アクリル樹脂(アクリルポリオール硬化物)等を選択する場合、樹脂形成成分としては、これら熱硬化性樹脂を形成するための原料化合物や、重合性樹脂のモノマー、オリゴマー、プレポリマーを挙げることができる。
さらに、前記樹脂成分として熱可塑性樹脂であるポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、 ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール等を選択する場合にも、樹脂形成成分としては、これらの熱可塑性樹脂を形成するための原料化合物や、重合性樹脂のモノマー、オリゴマー、プレポリマーを挙げることができる。
Further, the resin component is a thermosetting resin such as phenol resin, phenol-formalin resin, urea resin, urea-formalin resin, melamine resin, polyester-melamine resin, melamine-formalin resin, alkyd resin, epoxy resin, epoxy-melamine. When resin, unsaturated polyester resin, polyimide resin, acrylic resin, polysiloxane resin, polyurethane resin, general-purpose two-component curable acrylic resin (acrylic polyol cured product), etc. are selected, the resin-forming component is thermosetting Examples thereof include a raw material compound for forming a resin, a monomer, an oligomer, and a prepolymer of a polymerizable resin.
Further, when a polyester resin, alkyd resin, polyurethane, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol or the like, which is a thermoplastic resin, is selected as the resin component, the resin-forming component is a raw material compound for forming these thermoplastic resins. And monomers, oligomers, and prepolymers of polymerizable resins.
さらに、これらの原料化合物や重合性樹脂モノマー、オリゴマー、プレポリマーから樹脂を反応形成させるために添加する、反応剤、反応開始剤や、重合剤、重合開始剤等を、樹脂形成成分に含めてもよい。 Furthermore, a reactant, a reaction initiator, a polymerization agent, a polymerization initiator, and the like, which are added to form a resin from these raw material compounds, polymerizable resin monomers, oligomers and prepolymers, are included in the resin forming component. Also good.
ここで、黒色樹脂組成物における全固形分中の樹脂形成成分の含有量は、5質量%以上70質量%以下とすることが好ましく、10質量%以上50質量%以下とすることがより好ましい。
この範囲よりも樹脂形成成分が多すぎると、黒色膜を形成したときに、樹脂成分単位体積中の黒色材料存在量が不足するために十分な遮光性が確保されない場合があり、一方樹脂形成成分が少なすぎると、均一な膜体が形成されない、必要な膜厚が得られない等、黒色膜としての好ましい形状が形成されない場合がある。
Here, the content of the resin forming component in the total solid content in the black resin composition is preferably 5% by mass or more and 70% by mass or less, and more preferably 10% by mass or more and 50% by mass or less.
If there are too many resin-forming components than this range, when a black film is formed, there may be insufficient black material existing in the unit volume of the resin component, so that sufficient light-shielding properties may not be ensured. If the amount is too small, a preferable shape as a black film may not be formed, for example, a uniform film body may not be formed or a necessary film thickness may not be obtained.
(樹脂形成成分又は樹脂成分の溶媒)
樹脂形成成分又は樹脂成分の溶媒(以下、「樹脂溶媒」という場合がある)としては、樹脂形成成分又は樹脂成分の溶解度が高い液体であって、基本的には、水及び有機溶媒のうちの1種あるいは2種以上から選択されるものである。
前記樹脂溶媒としては、樹脂形成成分又は樹脂成分の溶解度が高いほかに、黒色材料の分散性が高いこと、黒色材料分散液との相溶性が高いこと、また、黒色材料分散液と混合した際に、黒色材料の分散性や樹脂成分や樹脂形成成分の溶解度が低下しないこと、という条件が必要である。これらの条件が満たされない場合には、「黒色材料分散液」と「樹脂形成成分又は樹脂成分を溶解させた溶液」とがそれぞれ安定に存在しても、両者を混合して黒色塗料を形成した際に、相分離、黒色材料の凝集や沈降、樹脂形成成分又は樹脂成分の析出等が起こり、良好な黒色塗料が得られなくなるため好ましくない。ここで、樹脂溶媒と黒色材料分散液として、同一あるいは同類の溶媒を選択することができれば、このような問題点を回避できるので好ましい。
なお、前記有機溶媒としては、前述の黒色材料分散液に用いられる有機溶媒を同様に用いることができる。
(Resin-forming component or resin component solvent)
The resin-forming component or the solvent for the resin component (hereinafter sometimes referred to as “resin solvent”) is a liquid in which the resin-forming component or the resin component is highly soluble. It is selected from one type or two or more types.
As the resin solvent, in addition to the high solubility of the resin-forming component or resin component, the dispersibility of the black material is high, the compatibility with the black material dispersion is high, and when mixed with the black material dispersion In addition, it is necessary to satisfy the condition that the dispersibility of the black material and the solubility of the resin component and the resin forming component do not decrease. When these conditions are not satisfied, even if the “black material dispersion liquid” and the “resin forming component or the solution in which the resin component is dissolved” exist stably, both are mixed to form a black paint. At this time, phase separation, aggregation and sedimentation of the black material, precipitation of the resin-forming component or resin component, etc. occur, which is not preferable because a good black paint cannot be obtained. Here, it is preferable that the same or similar solvent can be selected as the resin solvent and the black material dispersion because such problems can be avoided.
In addition, as said organic solvent, the organic solvent used for the above-mentioned black material dispersion liquid can be used similarly.
また、本実施形態の黒色樹脂組成物においても、黒色材料分散液と同様、黒色材料の分散性の向上、分散安定性の向上のために、分散剤及び/又は分散助剤や表面処理剤を併用することが好ましい。中でも、特に分散剤として高分子分散剤を用いると経時の分散安定性に優れるので好ましい。なお、分散剤や分散助剤については、黒色材料分散液において記載したものと同一であるから、詳細は省略する。
また、本実施形態の黒色材料分散液として分散剤及び/又は分散助剤や表面処理剤を含む分散液を選択し、この黒色材料分散液を黒色塗料の原料として使用する場合においては、当該分散液中に既に含まれている分散剤、分散助剤や表面処理剤をそのまま使用してもよい。その理由として、分散剤、分散助剤や表面処理剤は、黒色材料の表面を修飾することで黒色材料表面が分散媒や溶媒に対して親和性を有するようにする物質であることから、分散媒や溶媒と特性が変わらないのであれば、あえて別種の分散剤や分散助剤で処理する必要は無いからである。
Also in the black resin composition of the present embodiment, a dispersant and / or a dispersion aid and a surface treatment agent are added to improve the dispersibility and dispersion stability of the black material as in the black material dispersion. It is preferable to use together. Among these, it is particularly preferable to use a polymer dispersant as the dispersant because the dispersion stability over time is excellent. Since the dispersant and the dispersion aid are the same as those described in the black material dispersion, the details are omitted.
In addition, when a dispersion containing a dispersant and / or a dispersion aid or a surface treatment agent is selected as the black material dispersion of this embodiment, and this black material dispersion is used as a raw material for a black paint, the dispersion Dispersants, dispersion aids and surface treatment agents already contained in the liquid may be used as they are. The reason for this is that the dispersant, dispersion aid and surface treatment agent are substances that modify the surface of the black material so that the surface of the black material has an affinity for the dispersion medium and solvent. This is because it is not necessary to treat with another type of dispersant or dispersion aid if the characteristics are not different from those of the medium or solvent.
以上説明した黒色樹脂組成物は、少なくとも前記黒色材料並びに樹脂形成成分及び/又は樹脂成分を選択し、必要に応じて黒色材料分散媒や樹脂形成成分又は樹脂成分の溶媒を加え、さらには光重合開始剤、分散剤その他の成分を加えて混合分散することにより調製することができる。これらの内、黒色材料、黒色材料分散媒、樹脂形成成分、樹脂成分、樹脂形成成分又は樹脂成分の溶媒の組み合わせについては、前述の通りである。
この場合、予め黒色材料分散液を調製し、これに樹脂形成成分等や光重合開始剤等を加えて溶解させることにより黒色樹脂組成物を調製してもよい。また、予め調製した黒色材料分散液と、樹脂形成成分等や光重合開始剤等の成分とを溶解させた溶液とを、混合することにより調製することもできる。
混合分散方法は、黒色材料や樹脂形成成分等を混合した混合液を、超音波分散機、ペイントシェーカー、ボールミル、ビーズミル、アイガーミルなどの公知の分散処理方法より選択すればよいが、分散性の点からビーズミルが好ましい。また、複数の分散方法を組み合わせて使用してもよい。なお、予め調製した黒色材料分散液を用いる場合、黒色樹脂組成物の製造時には上記分散処理方法を行うことなく、黒色材料分散液と樹脂形成成分等を溶解させた溶液とを十分に混合・攪拌すればよい場合もある。
For the black resin composition described above, at least the black material and the resin-forming component and / or resin component are selected, and if necessary, a black material dispersion medium, a resin-forming component or a resin component solvent is added, and photopolymerization is further performed. It can be prepared by adding an initiator, a dispersant and other components and mixing and dispersing. Among these, the black material, the black material dispersion medium, the resin forming component, the resin component, the resin forming component, or the combination of the resin component solvents are as described above.
In this case, a black resin composition may be prepared by preparing a black material dispersion in advance and adding and dissolving a resin-forming component, a photopolymerization initiator, and the like. Moreover, it can also prepare by mixing the black material dispersion liquid prepared previously, and the solution which melt | dissolved components, such as a resin formation component and a photoinitiator.
The mixed dispersion method may be selected from known dispersion treatment methods such as an ultrasonic disperser, a paint shaker, a ball mill, a bead mill, an Eiger mill, etc., as a mixed liquid in which black materials and resin forming components are mixed. To bead mills are preferred. A plurality of dispersion methods may be used in combination. When a black material dispersion prepared in advance is used, the black material dispersion and the solution in which the resin-forming components are dissolved are sufficiently mixed and stirred without performing the above-described dispersion treatment method when the black resin composition is produced. There are cases where it may be sufficient.
<黒色膜>
本実施形態の黒色膜は、前記本実施形態の黒色材料と樹脂成分とを少なくとも含んでなるものである。
本実施形態における樹脂成分としては、黒色材料である黒色を呈する金属微粒子が均一に分散された状態で硬化するものであって、形成された黒色膜に要求される特性に適したものを選択すればよい。この樹脂成分としては、前述の黒色樹脂組成物において説明した電離放射線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等が各種使用可能である。
<Black film>
The black film of the present embodiment comprises at least the black material of the present embodiment and a resin component.
As the resin component in the present embodiment, a resin component that cures in a state where the metal fine particles exhibiting black, which is a black material, are uniformly dispersed, and that is suitable for the characteristics required for the formed black film should be selected. That's fine. As this resin component, various kinds of ionizing radiation curable resins, thermosetting resins, thermoplastic resins, etc. described in the above black resin composition can be used.
本実施形態の黒色膜は、前述の黒色樹脂組成物の1つである黒色塗料を用いて、公知の各種塗工法により膜体を形成することにより得られる。例えば、黒色膜は、前記の黒色塗料を、基材の一主面上に、ロールコート法、スピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法、バーコート法、スリットコート法、スリット&スピンコート法等の各種塗布法により塗布して塗膜を形成し、この塗膜から溶剤を揮発等により除去し、必要により硬化処理することにより、容易に得ることができる。 The black film of the present embodiment can be obtained by forming a film body by various known coating methods using a black paint that is one of the black resin compositions described above. For example, the black film is formed by applying the above black paint on one main surface of a substrate, roll coating method, spin coating method, dip coating method, spray coating method, bar coating method, slit coating method, slit & spin coating method. It can be easily obtained by forming the coating film by various coating methods such as, removing the solvent from the coating film by volatilization, etc., and performing a curing treatment if necessary.
この硬化処理は、通常は塗膜中の樹脂形成成分を重合等により反応させて樹脂成分とする工程であって、樹脂形成成分として電離放射線硬化型樹脂を用いる場合、紫外線、電子線、X線などの放射線の照射(放射線の照射後、必要に応じて熱処理を施してもよい。)が挙げられ、樹脂形成成分として熱重合触媒を添加した熱可塑性樹脂原料等の熱反応性樹脂を用いる場合には、加熱処理が挙げられる。
また、黒色塗料中の成分が溶媒中に溶解した樹脂成分の場合においては、硬化処理は、塗膜中の樹脂成分中から溶媒を除去する工程となり、大気圧下あるいは減圧下での加熱処理が挙げられる。この場合、溶媒除去により硬化した樹脂成分は、同様の溶媒に曝されることで再度膨潤・溶解する可能性があるため、加熱処理条件を厳しくすることにより、溶媒を完全に除去することが好ましい。ここで、樹脂成分として電離放射線硬化型樹脂を用いる場合には、溶媒除去後に紫外線、電子線、X線などの放射線の照射や、さらには熱処理を施して完全に硬化させればよく、樹脂成分として熱反応性樹脂を用いる場合には、溶媒除去後の熱処理により、硬化反応を完結させればよい。
This curing treatment is usually a process in which a resin-forming component in the coating film is reacted by polymerization or the like to form a resin component. When an ionizing radiation curable resin is used as the resin-forming component, ultraviolet rays, electron beams, X-rays are used. In the case of using a heat-reactive resin such as a thermoplastic resin material to which a thermal polymerization catalyst is added as a resin-forming component. Includes a heat treatment.
Further, in the case where the component in the black paint is a resin component dissolved in a solvent, the curing process is a step of removing the solvent from the resin component in the coating film, and the heat treatment is performed under atmospheric pressure or reduced pressure. Can be mentioned. In this case, since the resin component cured by solvent removal may be swollen and dissolved again by exposure to the same solvent, it is preferable to remove the solvent completely by tightening the heat treatment conditions. . Here, when an ionizing radiation curable resin is used as the resin component, the resin component may be completely cured by applying radiation such as ultraviolet rays, electron beams, and X-rays after the solvent is removed, and further by performing a heat treatment. When a heat-reactive resin is used, the curing reaction may be completed by heat treatment after removing the solvent.
前記黒色塗料を用いた黒色膜として、特定の形状にパターニングされた膜体、例えばブラックマトリックスとする場合には、アルカリ可溶性樹脂、光重合開始剤、エチレン性不飽和化合物を含む黒色塗料を用い、該黒色塗料を塗布して形成された塗膜に光(紫外線)感光性を持たせることが望ましい。塗膜が光感光性を有していれば、塗膜をフォトマスク等を用いて特定のパターン状に露光した後現像して硬化処理することにより、ブラックマトリックス等の特定の形状の黒色膜を容易に得ることができる。 As a black film using the black paint, in the case of a film body patterned into a specific shape, for example, a black matrix, a black paint containing an alkali-soluble resin, a photopolymerization initiator, an ethylenically unsaturated compound is used, It is desirable to impart light (ultraviolet) photosensitivity to the coating film formed by applying the black paint. If the coating film has photosensitivity, the coating film is exposed to a specific pattern using a photomask or the like, then developed and cured to form a black film having a specific shape such as a black matrix. Can be easily obtained.
前記アルカリ可溶性樹脂としては、カルボキシル基又は水酸基を含む樹脂であれば特に限定はなく、例えばエポキシアクリレート系樹脂、ノボラック系樹脂、ポリビニルフェノール系樹脂、アクリル系樹脂、カルボキシル基含有エポキシ樹脂、カルボキシル基含有ウレタン樹脂等が挙げられるが、これらのうち、エポキシアクリレート系樹脂、ノボラック系樹脂、アクリル系樹脂が好ましく、中でも芳香環構造を有する樹脂が高い体積抵抗率及び低い比誘電率を与える点において特に好ましい。
この場合、前記黒色塗料中の全固形分に対するアルカリ可溶性樹脂の割合は、5質量%以上70質量%以下が好ましく、より好ましくは10質量%以上50質量%以下である。この範囲よりもアルカリ可溶性樹脂の割合が多過ぎると、ブラックマトリックスパターン形成時に充分な感度が確保されず、また必要な遮光性も確保できない場合があり、一方少な過ぎると樹脂ブラックマトリックスの好ましい形状が形成されない場合がある。
The alkali-soluble resin is not particularly limited as long as it contains a carboxyl group or a hydroxyl group. For example, an epoxy acrylate resin, a novolac resin, a polyvinylphenol resin, an acrylic resin, a carboxyl group-containing epoxy resin, a carboxyl group-containing resin Urethane resins and the like can be mentioned, but among these, epoxy acrylate resins, novolac resins, and acrylic resins are preferable, and resins having an aromatic ring structure are particularly preferable in terms of providing high volume resistivity and low dielectric constant. .
In this case, the ratio of the alkali-soluble resin to the total solid content in the black paint is preferably 5% by mass or more and 70% by mass or less, more preferably 10% by mass or more and 50% by mass or less. If the proportion of the alkali-soluble resin is too much above this range, sufficient sensitivity may not be ensured when forming the black matrix pattern, and the necessary light-shielding properties may not be ensured. It may not be formed.
前記光重合開始剤とは、紫外線や熱によりエチレン性不飽和基を重合させるラジカルを発生させることのできる化合物である。
光重合開始剤としては、特に、感度の点でオキシム誘導体類(オキシム系化合物) が有効であり、遮光性を高くしたり、フェノール性水酸基を含むアルカリ可溶性樹脂を用いる場合などは、感度の点で不利になるため、特にこのような感度に優れたオキシム誘導体類(オキシム系化合物)が有用である。本実施形態では、上記光重合開始剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
樹脂ブラックマトリクスを形成する場合、分散液中の光重合開始剤の割合は、全固形分に対して0.4質量%以上15質量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.5質量%以上10質量%以下である。この範囲よりも光重合開始剤の割合が多すぎると現像速度が遅くなり過ぎる場合があり、一方少なすぎると十分な感度が得られず、好ましい樹脂ブラックマトリクス形状も形成されない場合がある。
The said photoinitiator is a compound which can generate the radical which superposes | polymerizes an ethylenically unsaturated group with an ultraviolet-ray or a heat | fever.
As the photopolymerization initiator, oxime derivatives (oxime compounds) are particularly effective in terms of sensitivity, and when the light-shielding property is increased or an alkali-soluble resin containing a phenolic hydroxyl group is used, the sensitivity point is increased. In particular, such oxime derivatives (oxime compounds) having excellent sensitivity are useful. In this embodiment, the said photoinitiator may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
When the resin black matrix is formed, the ratio of the photopolymerization initiator in the dispersion is preferably 0.4% by mass or more and 15% by mass or less, more preferably 0.5% by mass with respect to the total solid content. It is 10 mass% or less. If the proportion of the photopolymerization initiator is too much above this range, the development speed may be too slow, whereas if it is too small, sufficient sensitivity may not be obtained, and a preferable resin black matrix shape may not be formed.
前記エチレン性不飽和化合物としては、エチレン性不飽和結合を分子内に1個以上有する化合物を意味するが、重合性、架橋性、及びそれに伴う露光部と非露光部の現像液溶解性の差異を拡大できる等の点から、エチレン性不飽和結合を分子内に2個以上有する化合物であることが好ましく、また、その不飽和結合が(メタ)アクリロイルオキシ基に由来する(メタ)アクリレート化合物が更に好ましい。さらに、エチレン性不飽和結合を分子内に3個以上有する化合物を用いると、形成膜の体積抵抗率や比誘電率などの電気特性にとって好ましい。 The ethylenically unsaturated compound means a compound having at least one ethylenically unsaturated bond in the molecule, but there are differences in polymerizability, crosslinkability, and associated developer solubility in exposed and non-exposed areas. It is preferable that it is a compound which has two or more ethylenically unsaturated bonds in a molecule | numerator, and the (meth) acrylate compound from which the unsaturated bond originates in a (meth) acryloyloxy group from the point of being able to expand the ratio. Further preferred. Furthermore, the use of a compound having three or more ethylenically unsaturated bonds in the molecule is preferable for the electrical properties such as volume resistivity and relative dielectric constant of the formed film.
前記エチレン性不飽和結合を分子内に1個以上有する化合物としては、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸、イタコン酸、シトラコン酸等の不飽和カルボン酸、及びそのアルキルエステル、(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリルアミド、スチレン等が挙げられる。
また、前記エチレン性不飽和結合を分子内に2個以上有する化合物としては、例えば、不飽和カルボン酸とポリヒドロキシ化合物とのエステル類、(メタ)アクリロイルオキシ基含有ホスフェート類、ヒドロキシ(メタ)アクリレート化合物とポリイソシアネート化合物とのウレタン(メタ)アクリレート類、及び、(メタ)アクリル酸又はヒドロキシ(メタ)アクリレート化合物とポリエポキシ化合物とのエポキシ(メタ)アクリレート類等が挙げられる。
Examples of the compound having one or more ethylenically unsaturated bonds in the molecule include unsaturated carboxylic acids such as (meth) acrylic acid, crotonic acid, isocrotonic acid, maleic acid, itaconic acid, citraconic acid, and alkyls thereof. Examples include ester, (meth) acrylonitrile, (meth) acrylamide, styrene and the like.
Examples of the compound having two or more ethylenically unsaturated bonds in the molecule include esters of unsaturated carboxylic acids and polyhydroxy compounds, (meth) acryloyloxy group-containing phosphates, and hydroxy (meth) acrylates. Examples include urethane (meth) acrylates of a compound and a polyisocyanate compound, and epoxy (meth) acrylates of a (meth) acrylic acid or hydroxy (meth) acrylate compound and a polyepoxy compound.
本実施形態の黒色膜は、厚さ1μm当たりの光学濃度(OD値)が1以上であることが好ましい。1μm当たりの光学濃度が1に満たないと、黒色膜の厚さが数μm程度では十分な遮光性が得られず、また十分な遮光性を得るためには膜厚を厚くせざるを得ないために、特にブラックマトリックス等として用いた場合、膜厚が厚くなることにより、配線の断線や表示ムラ等が生じ易くなる。そこで、膜厚を必要以上に厚くしなくても十分な遮光性が得られる範囲として、1μm当たりの光学濃度を1以上とすることが好ましい。
また、1μm当たりの光学濃度は1.2以上であることがより好ましく、1.5以上であることがさらに好ましい。
ここで、本実施形態の黒色材料は黒色度が高く、また樹脂中での分散性にも優れていることから、本実施形態の黒色膜は、黒色材料の量を増加させることにより、黒色材料の増加による悪影響、例えば膜強度の低下や黒色材料の凝集による黒色度の低下等を避けつつ、1μm当たりの光学濃度を2以上とすることも容易であり、3以上とすることもできる。従って、黒色膜の厚さを増すことなく、高い遮光性を得ることができる。なお、1μm当たりの光学濃度は高いほど望ましいが、測定上の限界から上限は10程度である。
さらに、黒色膜の反射率は低い方が黒色膜の黒色度が高まり好ましい。反射率が高いと黒色膜の外観が白っぽくなり膜の品位が低下してしまう。380nmから800nmまでの反射率を平均した可視光の平均反射率は20%以下であることが好ましく、15%以下であることがより好ましく、10%以下であることがさらに好ましい。
The black film of this embodiment preferably has an optical density (OD value) of 1 or more per 1 μm thickness. If the optical density per 1 μm is less than 1, sufficient light shielding properties cannot be obtained if the thickness of the black film is about several μm, and the film thickness must be increased to obtain sufficient light shielding properties. For this reason, particularly when used as a black matrix or the like, the disconnection of the wiring or the display unevenness is likely to occur due to the increase in the film thickness. Therefore, it is preferable to set the optical density per 1 μm to 1 or more as a range in which sufficient light shielding properties can be obtained without increasing the film thickness more than necessary.
The optical density per 1 μm is more preferably 1.2 or more, and further preferably 1.5 or more.
Here, since the black material of the present embodiment has a high blackness and is excellent in dispersibility in the resin, the black film of the present embodiment can be obtained by increasing the amount of the black material. The optical density per 1 μm can be easily set to 2 or more, and can also be set to 3 or more while avoiding adverse effects due to an increase in film thickness, for example, a decrease in film strength and a decrease in blackness due to aggregation of black materials. Therefore, a high light shielding property can be obtained without increasing the thickness of the black film. The higher the optical density per 1 μm, the better, but the upper limit is about 10 due to measurement limitations.
Furthermore, the lower the reflectance of the black film, the higher the blackness of the black film is preferable. When the reflectance is high, the black film looks white and the quality of the film deteriorates. The average reflectance of visible light obtained by averaging the reflectances from 380 nm to 800 nm is preferably 20% or less, more preferably 15% or less, and even more preferably 10% or less.
ここで、上記厚さ1μm当たりの光学濃度は、以下のようにして求めることができる。
試料は透過測定用として透明基板上に膜状に形成する。この膜状試料の光学濃度を透過濃度計で測定するとともに、触針式表面形状測定器等を用いて膜厚を測定し、得られた試料の光学濃度値を膜厚で除すことにより、厚さ1μm当たりの光学濃度を求めることができる。なお、膜状試料の光学濃度は4.0程度かそれ以下にしておくことが、測定精度の低下を防ぐことができるので好ましい。
Here, the optical density per 1 μm thickness can be determined as follows.
The sample is formed into a film on a transparent substrate for measurement of transmission. While measuring the optical density of this film-like sample with a transmission densitometer, measuring the film thickness using a stylus type surface shape measuring instrument, etc., and dividing the optical density value of the obtained sample by the film thickness, The optical density per 1 μm thickness can be determined. In addition, it is preferable that the optical density of the film-like sample is about 4.0 or less because a decrease in measurement accuracy can be prevented.
また、前記黒色膜の体積抵抗率は1011Ω・cm以上であることが好ましい。これは、COA方式やBOA方式の液晶表示素子や、自発光型表示装置において、ブラックマトリックス等や遮光壁に素子駆動用の配線が接触したり、ブラックマトリックスや遮光壁上に直接素子駆動用配線を設ける構造が主流となってきているために、前記黒色膜を用いて形成されたブラックマトリックス等や遮光壁の体積抵抗率が1011Ω・cmに満たないと、配線間が短絡を起こしやすくなり、TFT素子の動作不良等を起こすためである。またIPS駆動型液晶においても、前記黒色膜を用いて形成されたブラックマトリックスが導電性を有すると本来液晶を駆動するための電界とは異なる方向に不要電界が生じ、画像の乱れを誘発するためである。
この黒色膜の体積抵抗率は1012Ω・cm以上であることがより好ましく、1013Ω・cm以上であることがさらに好ましい。黒色膜の体積抵抗率は高いほど好ましく、その上限は特に制限はないが、通常1018Ω・cm以下である。
なお、体積抵抗率の測定は、市販の体積抵抗率計を用い、例えば4探針法等により測定することができる。
本実施形態の黒色材料は黒色度が高いことから、従来の黒色材料に比べて黒色膜中の含有量を減じることができ、また樹脂中での分散性にも優れていることから、黒色材料粒子同士が連なるように凝集して形成される導電パスが発生しない。そこで、上記のように1μm当たりの光学濃度を高めても、体積抵抗率を高い値に維持することができる。
The volume resistivity of the black film is preferably 10 11 Ω · cm or more. This is because, in a COA type or BOA type liquid crystal display element or a self-luminous display device, the element driving wiring contacts the black matrix or the light shielding wall, or the element driving wiring directly on the black matrix or the light shielding wall. Since the structure that provides the mainstream is becoming the mainstream, if the volume resistivity of the black matrix or the light shielding wall formed using the black film is less than 10 11 Ω · cm, it is easy to cause a short circuit between the wirings. This is to cause malfunction of the TFT element. Also, in the IPS drive type liquid crystal, if the black matrix formed using the black film has conductivity, an unnecessary electric field is generated in a direction different from the electric field for driving the liquid crystal, and the image is disturbed. It is.
The volume resistivity of the black film is more preferably 10 12 Ω · cm or more, and further preferably 10 13 Ω · cm or more. The higher the volume resistivity of the black film, the better. The upper limit is not particularly limited, but it is usually 10 18 Ω · cm or less.
The volume resistivity can be measured by using a commercially available volume resistivity meter, for example, by a four-probe method.
Since the black material of the present embodiment has high blackness, the content in the black film can be reduced compared to the conventional black material, and the dispersibility in the resin is also excellent. A conductive path formed by agglomerating particles so as to be continuous is not generated. Therefore, even if the optical density per 1 μm is increased as described above, the volume resistivity can be maintained at a high value.
<黒色膜付き基材>
本実施形態の黒色膜付き基材は、基材上に既述の本実施形態の黒色膜を設けて構成されたものである。具体的には、例えば光透過性基材の上に、前述の黒色樹脂組成物の1つである黒色塗料を用いて既述したように形成した層を、必要に応じてパターニングすることで作製される。
<Base material with black film>
The base material with a black film of the present embodiment is configured by providing the black film of the present embodiment described above on a base material. Specifically, for example, a layer formed as described above using a black paint that is one of the black resin compositions described above is patterned on a light-transmitting substrate as necessary. Is done.
前記基材としては、特に限定されるものではないが、ガラス基材、プラスチック基材(有機高分子基材)等を挙げることができる。また、その形状としては、平板、フィルム状、シート状等が挙げられる。また、上記のプラスチック基材としては、プラスチックシート、プラスチックフィルム等が好適である。 Although it does not specifically limit as said base material, A glass base material, a plastic base material (organic polymer base material), etc. can be mentioned. Moreover, as the shape, a flat plate, a film form, a sheet form, etc. are mentioned. Moreover, as said plastic base material, a plastic sheet, a plastic film, etc. are suitable.
前記ガラス基材の材質としては、特に限定されるものではないが、例えば、ソーダガラス、アルカリガラス、無アルカリガラス等から適宜選択することができる。
前記プラスチック基材の材質としては、特に限定されるものではないが、例えば、セルロースアセテート、ポリスチレン(PS)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテル、ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリカーボネート(PC)、ポリフッ化ビニリデン、トリアセチルセルロース、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリアクリレート等から、用途や使用条件に基づいて適宜選択することができる。
The material of the glass substrate is not particularly limited, and can be appropriately selected from, for example, soda glass, alkali glass, non-alkali glass, and the like.
The material of the plastic substrate is not particularly limited. For example, cellulose acetate, polystyrene (PS), polyethylene terephthalate (PET), polyether, polyimide, epoxy resin, phenoxy resin, polycarbonate (PC), It can be appropriately selected from polyvinylidene fluoride, triacetylcellulose, polyethersulfone (PES), polyacrylate, and the like based on the application and use conditions.
また、前記黒色塗料を用いて形成した層を、パターニングする方法は、特に限定はされず、前述のように黒色塗料中にアルカリ可溶性樹脂、光重合開始剤、エチレン性不飽和化合物を含ませ、この黒色塗料を塗布して光(紫外線)感光性を持たせた塗膜を形成し、該塗膜をパターン状に露光した後現像して黒色膜を形成する工程を有してなり、必要に応じてポスト露光やポストベークなどの他の工程を設けて構成することができる。
上記露光、現像などのパターニング工程については公知の方法を使用できるが、例えば画像表示装置用のブラックマトリックスとして適用する場合には、特開2006−251095号公報の段落番号0096から0106に記載の方法や、特開2006−251237号公報の段落番号0116から0126に記載の遮光画像の形成方法が、本実施形態においても好適に用いることができる。
Further, the method of patterning the layer formed using the black paint is not particularly limited, and as described above, an alkali-soluble resin, a photopolymerization initiator, an ethylenically unsaturated compound is included in the black paint, Applying this black paint to form a coating film with light (ultraviolet) photosensitivity, exposing the coating film to a pattern and developing it to form a black film, Accordingly, other processes such as post exposure and post bake can be provided.
For patterning processes such as exposure and development, known methods can be used. For example, when applied as a black matrix for an image display device, the methods described in paragraph numbers 0096 to 0106 of JP-A-2006-251095. Alternatively, the method for forming a light-shielded image described in paragraph numbers 0116 to 0126 of JP-A-2006-251237 can also be suitably used in this embodiment.
また、前記黒色塗料を使用し、インクジェット法を用いて、基材上に直接パターンが形成された層を作製する方法もある。この場合、黒色塗料の塗膜には光感光性を与える必要は無いが、黒色塗料においては、微小なインクジェットノズルからの吐出性(吐出量や吐出方向の安定性)に優れるとともに、吐出され基材に付着した塗料は、流出や変形しないように高粘度状態となるようにする必要がある。このため、黒色塗料の粘度を調整したり、チクソトロピーを与えるための助剤を添加したりする等の方法が用いられる。
この工程についても公知の方法を使用できるが、例えば画像表示装置用のブラックマトリックスとして適用する場合には、特開2008−116895号公報の段落番号0029から0031に記載の方法を用いることができる。
There is also a method for producing a layer in which a pattern is directly formed on a substrate using the black paint and using an inkjet method. In this case, it is not necessary to give photosensitivity to the black paint film, but the black paint is excellent in dischargeability (discharge volume and stability in the discharge direction) from a minute ink jet nozzle and is not discharged. The paint adhering to the material must be in a highly viscous state so that it does not flow out or deform. For this reason, methods such as adjusting the viscosity of the black paint or adding an auxiliary agent for giving thixotropy are used.
Although a known method can be used for this step, for example, when it is applied as a black matrix for an image display device, the method described in paragraph numbers 0029 to 0031 of JP-A-2008-116895 can be used.
本実施形態の黒色膜は、可視光領域の広い範囲において、高い遮光性(光を透過しない)および黒色度(光の低反射性)を示す。従って、本実施形態の黒色膜付き基材は、遮光性と黒色度を利用した画像表示装置用部材として、好適に用いることができる。これらの部材としては、液晶表示素子や自発光型表示装置におけるブラックマトリックスとそれを用いたカラーフィルターやブラックストライプ、液晶表示装置や自発光型表示装置において各色の画素間を分離する遮光壁、液晶表示装置において液晶を充填する基板間のスペーサー等を挙げることができる。
すなわち、本実施形態の黒色膜付き基材は、プラズマディスプレイ表示装置、EL表示装置等の自発光型表示装置、CRT表示装置、液晶表示装置等に好適に用いることができ、中でも液晶表示装置やEL表示装置に用いた場合に本実施形態の黒色膜の効果が顕著に発揮される。ここで、液晶表示装置の種類としては、STN、TN、VA、IPS、OCS、及びR−OCB等が挙げられる。
The black film of the present embodiment exhibits high light blocking properties (not transmitting light) and blackness (low light reflectivity) in a wide range of visible light region. Therefore, the base material with a black film of the present embodiment can be suitably used as a member for an image display device utilizing light shielding properties and blackness. These members include black matrixes in liquid crystal display elements and self-luminous display devices, color filters and black stripes using the same, light-shielding walls that separate pixels of each color in liquid crystal display devices and self-luminous display devices, liquid crystals Examples include a spacer between substrates filled with liquid crystal in a display device.
That is, the black film-coated substrate of the present embodiment can be suitably used for self-luminous display devices such as plasma display devices and EL display devices, CRT display devices, liquid crystal display devices, and the like. When used in an EL display device, the effect of the black film of this embodiment is remarkably exhibited. Here, examples of the liquid crystal display device include STN, TN, VA, IPS, OCS, and R-OCB.
本実施形態の黒色膜は遮光性および黒色度が高く、既存のカーボンブラック等の黒色材料を用いた黒色膜に比べて黒色材料の体積分率が少なくても高い遮光性を得ることができる。この結果、例えばブラックマトリックスとそれを用いたカラーフィルターへの適用においては、黒色度が高いことからブラックマトリックスの厚さを減じることができ、結果として得られるカラーフィルターの平坦性を高めることができることから、このカラーフィルターを備えた液晶表示装置は、カラーフィルターと基板との間にセルギャップムラが発生せず、色ムラ等の表示不良の発生が改善される。
すなわち、本実施形態の黒色膜付き基材をブラックマトリクス基板としたときの、黒色膜の膜厚は0.2μm以上5.0μm以下が好ましく、特に0.2μm以上4.0μm以下が好ましい。このように、ブラックマトリクス基板における黒色膜として本実施形態の黒色膜を使用しているので、薄膜でも高度の光学濃度を有する。
The black film of this embodiment has a high light-shielding property and blackness, and a high light-shielding property can be obtained even if the black material has a smaller volume fraction than a black film using a black material such as existing carbon black. As a result, for example, in application to a black matrix and a color filter using the same, the thickness of the black matrix can be reduced due to high blackness, and the flatness of the resulting color filter can be increased. Therefore, in the liquid crystal display device provided with this color filter, the cell gap unevenness does not occur between the color filter and the substrate, and the occurrence of display defects such as color unevenness is improved.
That is, the film thickness of the black film is preferably 0.2 μm or more and 5.0 μm or less, and particularly preferably 0.2 μm or more and 4.0 μm or less when the substrate with black film of the present embodiment is a black matrix substrate. Thus, since the black film of this embodiment is used as the black film in the black matrix substrate, even a thin film has a high optical density.
また、本実施形態の黒色膜は黒色材料の体積分率が少なくても高い遮光性を得ることができ、黒色材料の分散性にも優れているため、膜中で黒色材料間の導電パスが生じにくくなり、膜の体積抵抗率を高くすることができ、高い遮光性と高い膜の体積抵抗率とを両立できる。
これにより、COA方式やBOA方式の液晶表示素子や自発光型表示装置のように、ブラックマトリックスと画素駆動用の配線とが接触する場合においても、配線の短絡等による素子の駆動不良をおこす虞がない。
In addition, the black film of this embodiment can obtain a high light-shielding property even if the volume fraction of the black material is small, and is excellent in the dispersibility of the black material. It is difficult to occur, the volume resistivity of the film can be increased, and both high light shielding properties and high volume resistivity of the film can be achieved.
As a result, even when the black matrix and the pixel driving wiring are in contact with each other as in the case of a COA type or BOA type liquid crystal display element or a self-luminous display device, there is a risk of driving failure of the element due to a short circuit of the wiring. There is no.
また、遮光壁やスペーサーへの適用においても、体積抵抗率が高いことから、各画素間の配線が短絡する虞がなく、従って素子の駆動不良をおこすことがない。さらに黒色度が高いことから、遮光壁の厚さを減じることができ、各画素における発光領域の拡大によるコントラストの向上、あるいは画素間隔の減少に伴う発光素子の高密度化等をはかることができる。
さらには、高い光吸収性を利用して、コントラスト増強フィルム等へ応用することも可能である。
Further, even when applied to a light shielding wall or a spacer, since the volume resistivity is high, there is no possibility that the wiring between the pixels is short-circuited, and therefore, the driving failure of the element is not caused. Furthermore, since the blackness is high, the thickness of the light shielding wall can be reduced, and the contrast can be improved by expanding the light emitting region in each pixel, or the density of the light emitting elements can be increased due to the decrease in the pixel spacing. .
Furthermore, it can be applied to a contrast enhancement film or the like by utilizing high light absorption.
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
<各測定・評価方法>
以下に、実施例または比較例において採用した、材料及びシートの特性等の各測定または評価方法を示す。
・黒色材料
後述する黒色微粒子の水分散液から粒子を分離、乾燥して粉末試料とし、以下の評価を行った。
(含まれる微粒子種の同定)
粉末試料について、X線回折装置(XRD)により結晶相を同定するとともに、圧粉体を電子線マイクロアナライザー(EPMA)で定性及び定量分析することにより、結晶相と組成比(含有比率)から含まれる金属粒子種を確認した。
[XRD測定による結晶相同定]
粉末試料をガラス製試料ホルダーに詰め、X線回折装置(PANalytical製、X'Pert PRO)により、CuKα線を用いて測定した。得られたXRDプロファイルの回折角2θ=38°付近および44°付近のピークを銀、2θ=34.7°付近および39.7°付近のピークを銀錫金属間化合物(Ag3Sn及び/又はAg4Sn)、2θ=30.7°付近および32°付近のピークを錫の結晶相ピークとして同定することにより、含まれる金属粒子種の結晶相を確認した。
[EPMA測定による定性・定量分析]
黒色材料粉末の圧粉体を電子線マイクロアナライザー(EPMA、日本電子社製、JXA8800)にて分析し、波長分散型X線分光器を用いた定性ならびに定量分析によって粉末中の錫及び銀の存在及び含有比率(質量比)を測定した。
[XRD測定とEPMA測定からの微粒子種の同定]
XRD測定で同定された結晶相に対して、その結晶相を構成する元素が十分な量存在することをEPMA測定で確認することにより、微粒子種を同定した。
すなわち、XRD測定で銀錫金属間化合物の結晶相が確認された試料については、EPMA測定で銀及び錫の存在を確認することで、微粒子種が銀錫金属間化合物を含むと同定し、XRD測定で錫の結晶相が確認された試料については、EPMA測定で錫の存在を確認することで、微粒子種が錫を含むと同定した。また、XRD測定で銀の結晶相が確認された試料については、EPMA測定で銀の存在を確認することで、微粒子種が銀を含むと同定したが、XRD測定では銀の結晶相のみが確認されているにもかかわらず、EPMA測定で銀及び錫の存在が確認された試料については、錫量も考慮し、銀のほかに、銀中に銀の結晶構造を保った状態で錫が固溶した錫固溶銀、すなわち銀錫合金部も含まれると同定した。
(金属微粒子の平均一次粒子径、粒子形状)
黒色材料粉末より作製した黒色材料分散液を希釈したものを試料とし、透過型電子顕微鏡(TEM:日立ハイテクフィールディング製、H−800)により観察した。観察視野から任意の粒子50個乃至100個を選び、それぞれの粒子像を円で近似し、当該円の直径を該粒子の粒子径(円直径相当の粒子径)とした。得られた結果より粒子径の累積個数分布を求め、累積値50%に対応する粒子径(メジアン径)を膜中の黒色材料の平均一次粒子径とした。
また、同時に観察粒子の粒子形状を球状、楕円球状、角柱状、棒状、板状等に分類し、個数が多い順に合計数が全体中の80個数%以上となるまでの形状を記載した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited at all by these Examples.
<Measurement and evaluation methods>
Below, each measurement or evaluation method, such as the characteristic of a material and a sheet | seat employ | adopted in the Example or the comparative example, is shown.
-Black material Particles were separated from an aqueous dispersion of black fine particles, which will be described later, and dried to obtain a powder sample, which was evaluated as follows.
(Identification of contained fine particle species)
The powder phase is identified from the crystal phase and composition ratio (content ratio) by identifying the crystal phase with an X-ray diffractometer (XRD) and qualitatively and quantitatively analyzing the green compact with an electron beam microanalyzer (EPMA). The metal particle species to be confirmed was confirmed.
[Identification of crystal phase by XRD measurement]
The powder sample was packed in a glass sample holder and measured using CuKα rays with an X-ray diffractometer (manufactured by PANalytical, X′Pert PRO). In the obtained XRD profile, peaks at diffraction angles 2θ = 38 ° and 44 ° are silver, and peaks at 2θ = 34.7 ° and 39.7 ° are silver-tin intermetallic compounds (Ag 3 Sn and / or The crystal phases of the metal particle species contained were confirmed by identifying the peaks around 2θ = 30.7 ° and 32 ° as tin crystal phase peaks (Ag 4 Sn).
[Qualitative and quantitative analysis by EPMA measurement]
The presence of tin and silver in the powder by analyzing the green compact powder using an electron beam microanalyzer (EPMA, JEOL Ltd., JXA8800) and qualitative and quantitative analysis using a wavelength dispersive X-ray spectrometer. And the content ratio (mass ratio) was measured.
[Identification of fine particle species from XRD measurement and EPMA measurement]
By confirming that the crystal phase identified by the XRD measurement has a sufficient amount of elements constituting the crystal phase by EPMA measurement, the fine particle species was identified.
That is, for a sample in which the crystal phase of the silver-tin intermetallic compound was confirmed by XRD measurement, the presence of silver and tin was confirmed by EPMA measurement, whereby the fine particle species was identified as containing a silver-tin intermetallic compound, and XRD About the sample in which the crystalline phase of tin was confirmed by the measurement, the presence of tin was confirmed by the EPMA measurement, whereby the fine particle species was identified as containing tin. In addition, regarding the sample in which the silver crystal phase was confirmed by XRD measurement, the presence of silver was identified by confirming the presence of silver by EPMA measurement. However, only the silver crystal phase was confirmed by XRD measurement. In spite of this, for samples in which the presence of silver and tin was confirmed by EPMA measurement, the amount of tin was also taken into account, and in addition to silver, tin remained solid while maintaining the crystal structure of silver. It was identified that a dissolved tin solid solution silver, that is, a silver tin alloy part was also included.
(Average primary particle diameter and particle shape of metal fine particles)
A sample obtained by diluting a black material dispersion prepared from a black material powder was observed with a transmission electron microscope (TEM: H-800, manufactured by Hitachi High-Tech Fielding). Arbitrary 50 to 100 particles were selected from the observation field, each particle image was approximated by a circle, and the diameter of the circle was defined as the particle diameter of the particle (particle diameter corresponding to the circle diameter). The cumulative number distribution of particle diameters was obtained from the obtained results, and the particle diameter (median diameter) corresponding to the cumulative value of 50% was taken as the average primary particle diameter of the black material in the film.
At the same time, the particle shapes of the observation particles were classified into spherical, elliptical, prismatic, rod, and plate shapes, and the shapes until the total number reached 80% by number or more in the order of increasing number were described.
・黒色材料分散液
(平均分散粒子径、90%累積体積粒子径)
調製した黒色材料分散液について、動的光散乱法を適用した粒度分布測定装置(日機装社製、Microtrac 9340−UPA)を用いて、この分散液の粒度分布を測定し、得られた分布結果より体積平均粒子径(MV値)を算術平均により求め、その値を平均分散粒子径とした。また、前記測定された粒度分布から粒度の累積分布を算出し、体積累積値90%に対応する90%累積体積粒子径を求めた。
(分散液の吸光度)
黒色材料分散液を、その分散媒で黒色材料の固形分量が0.0005体積%になるように希釈し、希釈した液の吸光度を自記分光光度計(島津製作所社製、UV−3150)で測定した。
1nmごとに計測された380nmから800nmまでの吸光度を平均し、可視光域での平均吸光度とした。また、380nm、420nm、680nm、800nmにおける吸光度を示すとともに、420nmにおける吸光度d420と680nmにおける吸光度d680の比(d420/d680)を算出した。
Black material dispersion (average dispersed particle size, 90% cumulative volume particle size)
For the prepared black material dispersion, the particle size distribution of the dispersion is measured using a particle size distribution measuring apparatus (Nikkiso Co., Ltd., Microtrac 9340-UPA) to which the dynamic light scattering method is applied. From the obtained distribution result The volume average particle size (MV value) was determined by arithmetic average, and the value was defined as the average dispersed particle size. Further, a cumulative particle size distribution was calculated from the measured particle size distribution, and a 90% cumulative volume particle diameter corresponding to a volume cumulative value of 90% was determined.
(Absorbance of the dispersion)
The black material dispersion is diluted with the dispersion medium so that the solid content of the black material is 0.0005% by volume, and the absorbance of the diluted liquid is measured with a self-recording spectrophotometer (Shimadzu Corporation, UV-3150). did.
The absorbance from 380 nm to 800 nm measured every 1 nm was averaged to obtain the average absorbance in the visible light region. Further, the absorbance at 380 nm, 420 nm, 680 nm, and 800 nm was shown, and the ratio (d 420 / d 680 ) of the absorbance d 420 at 420 nm and the absorbance d 680 at 680 nm was calculated.
・黒色膜
(光学濃度(膜の遮光性))
黒色膜を形成したガラス基板について、透過率濃度計(TECHKON社製、RT−120)を用いて可視光領域における光学濃度(OD値:Optical Densty)を測定し、同様に測定したガラス基板単体(膜なし)の測定値を参照値とすることにより、黒色膜自体のOD値を得た。
(反射率)
黒色膜付きガラス基板の反射率を分光光度計(ジャスコエンジニアリング製、V−570)で測定し、380nmから800nmまでの反射率を平均したものを可視光の平均反射率とした。
(色味)
黒色材料、または黒色材料分散液では黒色度が高く色味の評価が困難であるため、吸光度測定用に黒色材料分散液を固形分量が0.0005体積%に希釈した液を目視観察し、色味を評価した。
(黒色膜の体積抵抗率)
成膜基板としてITO膜をスパッタ法により表面に成膜したガラス基板を選択し、この基板上に成膜した黒色膜について、絶縁抵抗計(エーディーシー社製、超高抵抗/微小電流計R8340A)を用いて体積抵抗率を測定した。なお、体積抵抗率測定はDC5Vにて実施した。
・ Black film (optical density (film shading))
About the glass substrate in which the black film was formed, the optical density (OD value: Optical Density) in the visible light region was measured using a transmittance densitometer (manufactured by TECHKON, RT-120), and the glass substrate alone measured in the same manner ( By using the measured value of “without film” as a reference value, the OD value of the black film itself was obtained.
(Reflectance)
The reflectance of the glass substrate with the black film was measured with a spectrophotometer (manufactured by Jusco Engineering, V-570), and the average reflectance of 380 nm to 800 nm was defined as the average reflectance of visible light.
(Color)
Since black materials or black material dispersion liquids have high blackness and it is difficult to evaluate the color, a liquid obtained by diluting the black material dispersion liquid to a solid content of 0.0005% by volume for the absorbance measurement is visually observed. Taste was evaluated.
(Volume resistivity of black film)
A glass substrate having an ITO film formed on the surface by sputtering is selected as the film forming substrate, and an insulation resistance meter (Ultra High Resistance / Microammeter R8340A, manufactured by ADC) is used for the black film formed on the substrate. Was used to measure the volume resistivity. The volume resistivity measurement was performed at DC 5V.
<実施例1>
(黒色材料分散液の調製)
硝酸銀56gを純水に溶解し1500gの硝酸銀水溶液(A液)を調製した。また、クエン酸3ナトリウム2水和物157g及び1質量%に希釈したポリビニルピロリドン180gを純水に溶解し、2500gのクエン酸3ナトリウム水溶液(B液)を調製した。次いで、B液中にA液を滴下して混合したのち、これに水素化ホウ素ナトリウム0.2gを純水に溶解した500gの水溶液を滴下して混合し、さらにアスコルビン酸18gを純水に溶解した500gの水溶液を滴下、混合してC液を得た。
次いで、錫コロイドA(平均粒子径:20nm、固形分:10質量%、住友大阪セメント社製)150g及び純水を混合した4000gの錫微粒子分散液中に、上記C液を滴下、混合した。さらに酒石酸180gを純水2000gに溶解した水溶液を錫微粒子分散液とC液との混合液中に滴下、攪拌し、過剰の錫コロイドを溶解させた。その後、遠心分離により洗浄を行い、黒色微粒子の水分散液(D液、固形分:25質量%)を調製した。
<Example 1>
(Preparation of black material dispersion)
The silver nitrate 56g was melt | dissolved in the pure water, and 1500 g of silver nitrate aqueous solution (A liquid) was prepared. Further, 157 g of trisodium citrate dihydrate and 180 g of polyvinylpyrrolidone diluted to 1% by mass were dissolved in pure water to prepare 2500 g of an aqueous solution of trisodium citrate (solution B). Next, after liquid A was dropped into and mixed with liquid B, 500 g of an aqueous solution in which 0.2 g of sodium borohydride was dissolved in pure water was dropped and mixed, and further 18 g of ascorbic acid was dissolved in pure water. 500 g of the aqueous solution was added dropwise and mixed to obtain solution C.
Subsequently, the said C liquid was dripped and mixed in 4000 g of tin fine particle dispersion liquid which mixed tin colloid A (average particle diameter: 20 nm, solid content: 10 mass%, Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd.) and pure water. Further, an aqueous solution in which 180 g of tartaric acid was dissolved in 2000 g of pure water was dropped into a mixed liquid of the tin fine particle dispersion and the C liquid and stirred to dissolve excess tin colloid. Thereafter, washing was performed by centrifugation to prepare an aqueous dispersion of black fine particles (liquid D, solid content: 25% by mass).
次いで、上記D液100g、櫛形ウレタン系高分子分散剤3.75g及びメチルエチルケトン34gを混合した後、エバポレーターを用いて混合物から水分及びメチルエチルケトンを蒸発させて、乾燥粉(E粉)を得た。
次いで、上記E粉29gと、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)71gとを混合し、これをビーズミルを用いて分散させ、黒色材料分散液(F液、固形分:25質量%)を得た。
Next, after mixing 100 g of the above solution D, 3.75 g of a comb-shaped urethane polymer dispersant and 34 g of methyl ethyl ketone, moisture and methyl ethyl ketone were evaporated from the mixture using an evaporator to obtain a dry powder (E powder).
Next, 29 g of the above E powder and 71 g of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) were mixed and dispersed using a bead mill to obtain a black material dispersion (liquid F, solid content: 25% by mass).
(黒色膜の作製)
黒色材料分散液(F液)、多官能性アクリレートを樹脂形成成分とするレジスト(分散媒:PGMEA)及び溶媒としてのPGMEAを、固形分体積比(黒色微粒子:レジスト)が10:90となるように混合し、超音波処理により分散して黒色塗料とした。なお、上記固形分体積比は仕込比である。
次いで、厚さ0.7mmのガラス基板上に、前記調製した黒色塗料をスピンコーターを用いて塗布し、ホットプレート上で120℃にて2分間プリベークし、さらに230℃で30分間ポストベークし、黒色膜付きガラス基板を得た。黒色膜の膜厚は1μmであった。
(Production of black film)
A black material dispersion (liquid F), a resist (dispersion medium: PGMEA) containing polyfunctional acrylate as a resin-forming component, and PGMEA as a solvent so that the solid content volume ratio (black fine particles: resist) is 10:90. And dispersed by sonication to obtain a black paint. In addition, the said solid content volume ratio is a preparation ratio.
Next, the prepared black paint was applied onto a 0.7 mm thick glass substrate using a spin coater, pre-baked on a hot plate at 120 ° C. for 2 minutes, and further post-baked at 230 ° C. for 30 minutes, A glass substrate with a black film was obtained. The film thickness of the black film was 1 μm.
(評価)
上記で得られた黒色材料、黒色材料分散液、黒色膜について、前記の条件にしたがって微粒子の平均一次粒子径、黒色材料分散液の吸光度等の測定を行った。なお図1に、黒色材料を分散させた分散液の分光吸収スペクトルを示す。この図に示すように、吸収特性は400nmから800nmにわたりほぼ同一の吸光度を示し、色味も自然な黒色であった。さらに、黒色膜の体積抵抗率は1015Ω・cmであった。
結果をまとめて第1表に示す。
(Evaluation)
With respect to the black material, black material dispersion, and black film obtained above, the average primary particle diameter of fine particles, the absorbance of the black material dispersion, and the like were measured according to the above conditions. FIG. 1 shows a spectral absorption spectrum of a dispersion liquid in which a black material is dispersed. As shown in this figure, the absorption characteristics showed almost the same absorbance from 400 nm to 800 nm, and the color was also natural black. Furthermore, the volume resistivity of the black film was 10 15 Ω · cm.
The results are summarized in Table 1.
<実施例2>
実施例1の黒色材料分散液の調製において、錫コロイドAの量を75gとした以外は、実施例1と同様にして、黒色材料分散液及び黒色塗料の調製、黒色膜の作製を行い、同様の評価を行った。
これらの結果をまとめて第1表に示す。
<Example 2>
In the preparation of the black material dispersion liquid of Example 1, the black material dispersion liquid and the black paint were prepared and the black film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the colloidal tin A was 75 g. Was evaluated.
These results are summarized in Table 1.
<実施例3>
実施例1の黒色材料分散液の調製において、錫コロイドAの量を300gとした以外は、実施例1と同様にして、黒色材料分散液及び黒色塗料の調製、黒色膜の作製を行い、同様の評価を行った。
これらの結果をまとめて第1表に示す。
<Example 3>
In the preparation of the black material dispersion liquid of Example 1, the black material dispersion liquid and the black paint were prepared and the black film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the colloidal tin A was 300 g. Was evaluated.
These results are summarized in Table 1.
<実施例4>
実施例1の黒色材料分散液の調製において、錫コロイドA 150gの代わりに、錫コロイドB(平均粒子径:30nm、固形分:10質量%、住友大阪セメント社製)450gを用いた以外は、実施例1と同様にして黒色微粒子の水分散液(固形分:25質量%)を調製し、次いで、これを用いて黒色材料分散液及び黒色塗料の調製、黒色膜の作製を行い、同様の評価を行った。
これらの結果をまとめて第1表に示す。
<Example 4>
In the preparation of the black material dispersion liquid of Example 1, except that 150 g of tin colloid A was used, 450 g of tin colloid B (average particle size: 30 nm, solid content: 10% by mass, manufactured by Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd.) was used. An aqueous dispersion of black fine particles (solid content: 25% by mass) was prepared in the same manner as in Example 1, and then a black material dispersion and a black paint were prepared and a black film was prepared using the same. Evaluation was performed.
These results are summarized in Table 1.
<実施例5>
実施例1の黒色材料分散液の調製において、水素化ホウ素ナトリウムの量を0.3gとした以外は、実施例1と同様にして、黒色材料分散液の調製、黒色膜の作製を行い、同様の評価を行った。
これらの結果をまとめて第1表に示す。
<Example 5>
In the preparation of the black material dispersion liquid of Example 1, the black material dispersion liquid and the black film were prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of sodium borohydride was 0.3 g. Was evaluated.
These results are summarized in Table 1.
<実施例6>
実施例1の黒色材料分散液の調製において、水素化ホウ素ナトリウムの量を2gとした以外は、実施例1と同様にして、黒色材料分散液の調製、黒色膜の作製を行い、同様の評価を行った。
これらの結果をまとめて第1表に示す。
<Example 6>
In the preparation of the black material dispersion liquid of Example 1, except that the amount of sodium borohydride was changed to 2 g, the black material dispersion liquid and the black film were prepared in the same manner as in Example 1, and the same evaluation was performed. Went.
These results are summarized in Table 1.
<実施例7>
実施例1の黒色材料分散液の調製において、1質量%に希釈したポリビニルピロリドンの量を60gとした以外は、実施例1と同様にして、黒色材料分散液の調製、黒色膜の作製を行い、同様の評価を行った。
これらの結果をまとめて第1表に示す。
<Example 7>
In the preparation of the black material dispersion liquid of Example 1, the black material dispersion liquid and the black film were prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of polyvinylpyrrolidone diluted to 1% by mass was changed to 60 g. The same evaluation was performed.
These results are summarized in Table 1.
<比較例1>
硝酸銀56gを純水に溶解し1500gの硝酸銀水溶液(A液)を調製した。また、クエン酸3ナトリウム2水和物314g及び1質量%に希釈したポリビニルピロリドン360gを純水に溶解し、2500gのクエン酸3ナトリウム水溶液(G液)を調製した。次いで、G液中にA液を滴下して混合したのち、これに水素化ホウ素ナトリウム10gを純水に溶解した500gの水溶液を滴下して混合してH液を得た。
次いで、錫コロイドA(平均粒子径:20nm、固形分:10質量%、住友大阪セメント社製)150g及び純水を混合した4000gの錫微粒子分散液中に、上記H液を滴下、混合した。さらに酒石酸180gを純水2000gに溶解した水溶液を錫微粒子分散液とH液との混合液中に滴下、攪拌し、過剰の錫コロイドを溶解させた。その後、遠心分離により洗浄を行い、黒色微粒子の水分散液(I液、固形分:25質量%)を調製した。
<Comparative Example 1>
The silver nitrate 56g was melt | dissolved in the pure water, and 1500 g of silver nitrate aqueous solution (A liquid) was prepared. Further, 314 g of trisodium citrate dihydrate and 360 g of polyvinylpyrrolidone diluted to 1% by mass were dissolved in pure water to prepare 2500 g of an aqueous solution of trisodium citrate (G solution). Next, after liquid A was dropped into and mixed with liquid G, 500 g of an aqueous solution prepared by dissolving 10 g of sodium borohydride in pure water was dropped and mixed to obtain liquid H.
Next, the above H liquid was dropped and mixed in 4000 g of tin fine particle dispersion obtained by mixing 150 g of tin colloid A (average particle size: 20 nm, solid content: 10% by mass, manufactured by Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd.) and pure water. Further, an aqueous solution in which 180 g of tartaric acid was dissolved in 2000 g of pure water was dropped into a mixed liquid of the tin fine particle dispersion and the H liquid and stirred to dissolve excess tin colloid. Thereafter, washing was carried out by centrifugation to prepare an aqueous dispersion of black fine particles (Liquid I, solid content: 25% by mass).
その後、上記黒色微粒子の水分散液(I液)を用いて、実施例1と同様にして、黒色材料分散液及び黒色塗料の調製、並びに黒色膜の作製を行い、同様の評価を行った。なお図2に、黒色材料を分散させた分散液の分光吸収スペクトルを示す。この図に示すように、吸収特性は可視光領域の短波長側である420nm付近に吸収ピークがあり、短波長側での吸収特性はよいものの、長波長側での吸収は十分ではなかった。色味も自然な黒色ではなく赤茶色であった。
これらの結果をまとめて第1表に示す。
Thereafter, using the aqueous dispersion (I liquid) of the black fine particles, a black material dispersion and a black paint were prepared and a black film was prepared in the same manner as in Example 1, and the same evaluation was performed. FIG. 2 shows a spectral absorption spectrum of a dispersion in which a black material is dispersed. As shown in this figure, the absorption characteristic has an absorption peak near 420 nm on the short wavelength side of the visible light region, and although the absorption characteristic on the short wavelength side is good, the absorption on the long wavelength side is not sufficient. The color was not natural black but reddish brown.
These results are summarized in Table 1.
<比較例2>
実施例1の黒色材料分散液の調製において、クエン酸3ナトリウム2水和物の量を78gとし、1質量%に希釈したポリビニルピロリドンの量を60gとした以外は、実施例1と同様にして、黒色材料分散液及び黒色塗料の調製、並びに黒色膜の作製を行い、同様の評価を行った。
これらの結果をまとめて第1表に示す。
<Comparative example 2>
In the preparation of the black material dispersion of Example 1, the same procedure as in Example 1 was conducted except that the amount of trisodium citrate dihydrate was 78 g and the amount of polyvinylpyrrolidone diluted to 1% by mass was 60 g. A black material dispersion and a black paint were prepared, and a black film was prepared, and the same evaluation was performed.
These results are summarized in Table 1.
<比較例3>
硝酸銀56gを純水に溶解し1500gの硝酸銀水溶液(A液)を調製した。また、クエン酸3ナトリウム2水和物157g及び1質量%に希釈したポリビニルピロリドン180gを純水に溶解し、2500gのクエン酸3ナトリウム水溶液(B液)を調製した。次いで、B液中にA液を滴下して混合したのち、これに水素化ホウ素ナトリウム20gを純水に溶解した500gの水溶液を滴下、混合した後静値し、錫コロイドが存在しない状態で銀微粒子を析出させることにより、銀微粒子の水分散液(固形分:25質量%)を調製した。
<Comparative Example 3>
The silver nitrate 56g was melt | dissolved in the pure water, and 1500 g of silver nitrate aqueous solution (A liquid) was prepared. Further, 157 g of trisodium citrate dihydrate and 180 g of polyvinylpyrrolidone diluted to 1% by mass were dissolved in pure water to prepare 2500 g of an aqueous solution of trisodium citrate (solution B). Next, after the A liquid was dropped into and mixed with the B liquid, 500 g of an aqueous solution obtained by dissolving 20 g of sodium borohydride in pure water was dropped and mixed. By precipitating fine particles, an aqueous dispersion of fine particles of silver (solid content: 25% by mass) was prepared.
その後、実施例1における黒色微粒子の水分散液の代わりに上記銀微粒子の水分散液を用いた以外は、実施例1と同様にして、黒色材料分散液及び黒色塗料の調製、並びに黒色膜の作製を行い、同様の評価を行った。
これらの結果をまとめて第1表に示す。
Thereafter, in the same manner as in Example 1 except that the silver fine particle aqueous dispersion was used instead of the black fine particle aqueous dispersion in Example 1, the preparation of the black material dispersion and the black paint, and the black film The same evaluation was performed.
These results are summarized in Table 1.
<比較例4>
硝酸銀56gを純水に溶解し1500gの硝酸銀水溶液(A液)を調製した。また、クエン酸3ナトリウム2水和物157g及び1質量%に希釈したポリビニルピロリドン180gを純水に溶解し、2500gのクエン酸3ナトリウム水溶液(B液)を調製した。次いで、B液中にA液を滴下、混合したのち、これに水素化ホウ素ナトリウム0.2gを純水に溶解した500gの水溶液を滴下、混合し、さらにアスコルビン酸54gを純水に溶解した500gの水溶液を滴下、混合した後静置し、錫コロイドが存在しない状態で銀微粒子を析出させることにより、銀微粒子の水分散液(固形分:25質量%)を作製した。
<Comparative example 4>
The silver nitrate 56g was melt | dissolved in the pure water, and 1500 g of silver nitrate aqueous solution (A liquid) was prepared. Further, 157 g of trisodium citrate dihydrate and 180 g of polyvinylpyrrolidone diluted to 1% by mass were dissolved in pure water to prepare 2500 g of an aqueous solution of trisodium citrate (solution B). Next, after dripping and mixing A liquid in B liquid, 500 g of aqueous solution which melt | dissolved sodium borohydride 0.2g in the pure water was dripped and mixed in this, and also 500g of ascorbic acid 54g dissolved in the pure water. An aqueous solution of silver fine particles was allowed to stand after dropping and mixing, and silver fine particles were precipitated in the absence of tin colloid to prepare an aqueous dispersion of silver fine particles (solid content: 25% by mass).
その後、実施例1における黒色微粒子の水分散液の代わりに上記銀微粒子の水分散液を用いた以外は、実施例1と同様にして、黒色材料分散液及び黒色塗料の調製、並びに黒色膜の作製を行い、同様の評価を行った。
これらの結果をまとめて第1表に示す。
Thereafter, in the same manner as in Example 1 except that the silver fine particle aqueous dispersion was used instead of the black fine particle aqueous dispersion in Example 1, the preparation of the black material dispersion and the black paint, and the black film The same evaluation was performed.
These results are summarized in Table 1.
<比較例5>
実施例1における黒色微粒子の水分散液の代わりに、錫コロイドA(平均粒子径:20nm、固形分:10質量%、住友大阪セメント社製)を用いた以外は、実施例1と同様にして、黒色材料分散液及び黒色塗料の調製、並びに黒色膜の作製を行い、同様の評価を行った。
これらの結果をまとめて第1表に示す。
<Comparative Example 5>
The same procedure as in Example 1 was used except that tin colloid A (average particle size: 20 nm, solid content: 10% by mass, manufactured by Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd.) was used instead of the black fine particle aqueous dispersion in Example 1. A black material dispersion and a black paint were prepared, and a black film was prepared, and the same evaluation was performed.
These results are summarized in Table 1.
第1表において、*1の結晶相欄における「銀錫」とは、「銀錫金属間化合物(Ag3Sn、Ag4Sn)」を示し、*2の金属粒子種欄における「銀錫」とは、「銀錫合金(銀錫金属間化合物+錫固溶銀+銀固溶錫)」を示す。また、*3の「主な」とは、観察した粒子のうち、全体中の80個数%以上の形状を示したものである。 In Table 1, “silver tin” in the crystal phase column of * 1 indicates “silver tin intermetallic compound (Ag 3 Sn, Ag 4 Sn)”, and “silver tin” in the metal particle type column of * 2. And “silver tin alloy (silver tin intermetallic compound + tin solid solution silver + silver solid solution tin)”. In addition, “main” of * 3 indicates a shape of 80% by number or more of the observed particles.
第1表に示すように、実施例の黒色材料分散液は吸光度の波長依存性が小さく、自然な黒色が得られた。黒色遮光膜は膜のOD値が高く、遮光性に優れ、また反射率が低く黒色度が優れており、高い遮光性、黒色度、自然な色調の黒色という性能をすべて満たすことができた。 As shown in Table 1, the black material dispersion of the example had a small wavelength dependency of absorbance, and natural black color was obtained. The black light-shielding film has a high OD value, excellent light-shielding properties, low reflectivity, and excellent blackness, and was able to satisfy all of the properties of high light-shielding properties, blackness, and natural color black.
一方、比較例1は遮光性が高いものの、短波長側の吸光度が高いために色が赤味を帯び、自然な黒色が得られなかった。
比較例2は、短波長側に比して高波長側の吸光度が高いために色が青味を帯び、自然な黒色が得られなかった。
比較例3は液の平均吸光度は高いものの短波長側の吸光度が高いために色が赤味を帯び、また焼成する際に遮光性が低下したため、満足できる膜の遮光性は得られなかった。
比較例4は吸光度の波長依存性は小さいものの吸光度が低く、また粒子が大きいために散乱が大きくなり外観が灰色になってしまった。
比較例5は平均吸光度は高く、吸光度の波長依存性は小さいものの、焼成する際に錫が酸化して遮光性が低下したため、満足できる膜の遮光性は得られなかった。
On the other hand, although Comparative Example 1 has a high light-shielding property, since the absorbance on the short wavelength side is high, the color is reddish and a natural black color cannot be obtained.
In Comparative Example 2, since the absorbance on the high wavelength side was higher than that on the short wavelength side, the color was bluish and a natural black color could not be obtained.
In Comparative Example 3, although the average absorbance of the liquid was high, the absorbance on the short wavelength side was high, so the color was reddish, and the shading was reduced when baked, so that satisfactory shading of the film could not be obtained.
In Comparative Example 4, although the wavelength dependency of the absorbance was small, the absorbance was low, and since the particles were large, the scattering was increased and the appearance became gray.
In Comparative Example 5, although the average absorbance was high and the wavelength dependency of the absorbance was small, tin was oxidized during firing to reduce the light shielding properties, so that satisfactory film light shielding properties could not be obtained.
本発明の黒色膜及びこれを用いた黒色膜付き基材は、液晶表示素子や有機EL素子等の代表される表示素子やこれを用いた画像表示装置において、好適に使用することができる。また、本発明の黒色材料及びこれを用いた黒色材料分散液、黒色塗料は、前記黒色膜を有効に提供することができる。 The black film of the present invention and the substrate with the black film using the same can be suitably used in a display element typified by a liquid crystal display element and an organic EL element, and an image display apparatus using the same. Moreover, the black material of the present invention, the black material dispersion using the black material, and the black paint can effectively provide the black film.
Claims (8)
分散媒中に固形分量が0.0005体積%になるようにして前記黒色材料を分散させた分散液における、光路長10mmでの380nmから800nmの平均吸光度が0.8以上であり、420nmにおける吸光度d420と680nmにおける吸光度d680との比d420/d680が0.6以上2.5以下である黒色材料。 It is composed of metal fine particles including fine particles containing at least silver element and tin element, the silver element content is 30% by mass or more and 99% by mass or less, and the average primary particle size corresponding to the circle diameter of the metal fine particles is 3 nm or more. A black material of 100 nm or less,
In the dispersion liquid in which the black material is dispersed so that the solid content is 0.0005% by volume in the dispersion medium, the average absorbance from 380 nm to 800 nm at an optical path length of 10 mm is 0.8 or more, and the absorbance at 420 nm. black material ratio d 420 / d 680 between the absorbance d 680 in the d 420 and 680nm is 0.6 to 2.5.
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