JP2020019691A - 表面処理された窒化ジルコニウム粉末及びその表面処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐光性と耐湿性を兼備した耐候性に優れ、黒色顔料として黒色パターニング膜を形成するときに高解像度のパターニング膜を形成するとともに形成したパターニング膜が高い遮光性能を有する。【解決手段】エポキシ樹脂とアミノ基を含むシラン化合物で表面処理され、粉末Ｌ値が１５以下であり、Ｘ線回折プロファイルにおいて、窒化ジルコニウムのピークを有する一方、二酸化ジルコニウムのピーク、低次酸化ジルコニウムのピーク及び低次酸窒化ジルコニウムのピークを有さず、窒化ジルコニウム粉末を温度６０℃、湿度９０％の条件で１００時間高温耐湿試験を行ったときに、試験前と試験後の粉末体積抵抗率がそれぞれ４．９×１０6Ｐａの圧力をかけたときの１×１０８Ωｃｍ以上であり、かつ５４０Ｊ／ｃｍ２のＵＶ光を照射した後の４．９×１０6Ｐａの圧力をかけたときの粉末体積抵抗率が１×１０８Ωｃｍ以上である表面処理された窒化ジルコニウム粉末である。【選択図】図１

Description

本発明は、耐光性と耐湿性を兼備した耐候性に優れ、絶縁性の黒色顔料として好適に用いられる表面処理された窒化ジルコニウム粉末及びその表面処理方法に関する。更に詳しくは、黒色顔料として黒色パターニング膜を形成するときに高解像度のパターニング膜を形成するとともに形成したパターニング膜が高い遮光性能を有する、表面処理された窒化ジルコニウム粉末及びその表面処理方法に関するものである。

この種の黒色顔料は、感光性樹脂に分散されて黒色感光性組成物に調製され、この組成物を基板に塗布してフォトレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィー法でフォトレジスト膜に露光してパターニング膜を形成することで、液晶ディスプレイのカラーフィルター等の画像形成素子のブラックマトリックスに用いられる。従来の黒色顔料としてのカーボンブラックは導電性があるため、絶縁性が要求される用途には向かない。

本出願人は、絶縁性の高い黒色顔料として好適に用いられる窒化ジルコニウム粉末を提案した（例えば、特許文献１（要約、請求項３）参照。）。この窒化ジルコニウム粉末は、Ｘ線回折プロファイルにおいて、窒化ジルコニウムのピークを有する一方、二酸化ジルコニウムのピーク及び低次酸化ジルコニウムのピークを有さず、黒色顔料として黒色パターニング膜を形成するときに高解像度のパターニング膜を形成するとともに形成したパターニング膜が高い遮光性能を有する特長がある。

特許文献１に示される窒化ジルコニウム粉末は、窒素ガス単体、又は窒素ガスと水素ガスの混合ガス、又は窒素ガスとアンモニアガスの混合ガスの雰囲気下で、二酸化ジルコニウム粉末と金属マグネシウム粉末と窒化マグネシウム粉末の混合物を焼成して製造するため、大気雰囲気下で保管すると、耐候性が不十分であって、遮光性能が劣化し易く、未だ改善する余地があった。

従来、黒色顔料の一種である黒色酸窒化チタンにおいて、その原料粉末の鉛不純物に起因するα線を遮蔽するために、シリカ膜で被覆された黒色酸窒化チタン粉末が開示されている（例えば、特許文献２（請求項１）参照。）。

特開２０１７−２２２５５９号公報 特開２０１５−１１７３０２号公報

特許文献２に示されるシリカ膜で粉末表面を被覆する技術を窒化ジルコニウム粉末に適用した場合、窒化ジルコニウム粉末の耐湿性は向上するけれども、耐光性の改善がみられず、結果として、耐候性が不十分であった。

本発明の目的は、耐光性と耐湿性を兼備した耐候性に優れ、黒色顔料として黒色パターニング膜を形成するときにパターニング膜が高い遮光性能を有する、表面処理された窒化ジルコニウム粉末及びその表面処理方法を提供することにある。

本発明の第１の観点は、エポキシ樹脂とアミノ基を含むシラン化合物で表面処理された窒化ジルコニウム粉末であって、前記表面処理された窒化ジルコニウム粉末は、粉末Ｌ値が１５以下であり、Ｘ線回折プロファイルにおいて、窒化ジルコニウムのピークを有する一方、二酸化ジルコニウムのピーク、低次酸化ジルコニウムのピーク及び低次酸窒化ジルコニウムのピークを有さず、かつ前記窒化ジルコニウム粉末を温度６０℃、湿度９０％の条件で１００時間高温耐湿試験を行ったときに、試験前と試験後の４．９×１０⁶Ｐａの圧力をかけたときの粉末体積抵抗率がそれぞれ１×１０^８Ωｃｍ以上であり、かつ５４０Ｊ／ｃｍ^２のＵＶ光を照射した後の４．９×１０⁶Ｐａの圧力をかけたときの粉末体積抵抗率が１×１０^８Ωｃｍ以上であることを特徴とする。

本発明の第２の観点は、エポキシ樹脂(a)と、下記式（１）で表されるアミノ基を含むシラン化合物(b)と、シリコンアルコキシド又はその縮合物(c)と、有機溶媒とを質量比で(b)／(a)＝０．１〜３．０及び(c)／(a)＝０．０１〜１．５の割合で混合した混合液に、粉末Ｌ値が１５未満であり、Ｘ線回折プロファイルにおいて、窒化ジルコニウムのピークを有する一方、二酸化ジルコニウムのピーク、低次酸化ジルコニウムのピーク及び低次酸窒化ジルコニウムのピークを有しない窒化ジルコニウム粉末(d)を質量比で（(a)＋(b)＋(c)）／(d)＝０．０１〜０．２５の割合で添加して分散液を調製し、前記分散液の有機溶媒を除去した後、加熱粉砕して前記窒化ジルコニウム粉末の表面を処理する方法である。
Ｒ_(4-n)−Ｓｉ−（ＯＲ’）_n （１）
但し、式中、Ｒはアミノ基含有の有機基を表し、Ｒ’はメチル基、エチル基又はプロピル基を表し、ｎは１〜３から選択される整数を表す。

本発明の第３の観点は、第２の観点に基づく発明であって、前記シラン化合物(b)が、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジエトキシシラン及びＮ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシランからなる群より選択される少なくとも１種のシラン化合物である窒化ジルコニウム粉末の表面処理方法である。

本発明の第４の観点は、第２の観点に基づく発明であって、前記エポキシ樹脂(a)が、ビスフェノールＡ型又はビスフェノールＦ型のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、脂環族エポキシ樹脂及びポリグリコール型エポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも１種のエポキシ樹脂である窒化ジルコニウム粉末の表面処理方法である。

本発明の第５の観点は、第１の観点の表面処理された窒化ジルコニウム粉末を黒色顔料として含む黒色感光性組成物である。

本発明の第６の観点は、第５の観点の黒色感光性組成物を用いて黒色パターニング膜を形成する方法である。

本発明の第１の観点の表面処理された窒化ジルコニウム粉末は、黒色顔料として黒色パターニング膜を形成するときにパターニング膜が十分な遮光性を有する必要があることから、処理後の粉末Ｌ値が１５以下にすることが求められる。そのために、表面処理される前の窒化ジルコニウム粉末の粉末Ｌ値が１５未満の窒化ジルコニウムを用いることが必要である。またＸ線回折プロファイルにおいて、窒化ジルコニウムのピークを有する一方、二酸化ジルコニウムのピーク、低次酸化ジルコニウムのピーク及び低次酸窒化ジルコニウムのピークを有しないため、粉末濃度５０ｐｐｍの分散液透過スペクトルにおいて、３７０ｎｍの光透過率Ｘが少なくとも１８％であり、５５０ｎｍの光透過率Ｙが１２％以下である特徴を有する。またエポキシ樹脂とアミノ基を含むシラン化合物で表面処理されるため、表面処理された窒化ジルコニウム粉末を温度６０℃、湿度９０％の条件で１００時間高温耐湿試験を行ったときに、試験前と試験後の４．９×１０⁶Ｐａの圧力をかけたときの粉末体積抵抗率がそれぞれ１×１０^８Ω／ｃｍ²以上であり、かつ５４０Ｊ／ｃｍ^２のＵＶ光を照射した後の４．９×１０⁶Ｐａの圧力をかけたときの粉末体積抵抗率が１×１０^８Ω／ｃｍ²以上である特徴を有し、耐候性に優れる。特に耐水性の強いエポキシ樹脂成分で表面処理することにより、窒化ジルコニウム粉末の耐湿性が向上し、かつ二酸化ケイ素（シリカ）等、金属酸化物のみで形成された処理膜は、光照射により価電子帯が励起され、導電性が生じやすくなるが、エポキシ樹脂成分との組み合わせにより、導電性が生じにくくなり、ＵＶ光を照射した後の電気的絶縁性を安定に維持することができる。

本発明の第２の観点の表面処理法では、エポキシ樹脂(a)と、所定の構造式のアミノ基を含むシラン化合物(b)と、シリコンアルコキシド又はその縮合物(c)と、有機溶媒とを所定の質量比で混合し、この混合液に所定の窒化ジルコニウム粉末(d)を所定の質量比で分散させ、この分散液から有機溶媒を除去した後、加熱粉砕して窒化ジルコニウム粉末を表面処理するため、この表面処理された窒化ジルコニウム粉末は、耐光性と耐湿性を兼備した耐候性に優れ、黒色顔料として黒色パターニング膜を形成するときにパターニング膜が高い遮光性能を有する。

本発明の第３の観点の表面処理法では、前記シラン化合物(b)が所定のシラン化合物であるため、このシラン化合物がエポキシと反応することで、化学的結合の効果が得られ、この結果、絶縁性が得られる。

本発明の第４の観点の表面処理法では、前記エポキシ樹脂(a)が所定のエポキシ樹脂であるため、このエポキシ樹脂は窒化ジルコニウム粉末とシラン化合物とが均一に混ざり合う効果があり、表面処理された窒化ジルコニウム粉末のＬ値を１５以下であることを保つことができる。

本発明の第５の観点の黒色感光性組成物によれば、黒色顔料として表面処理された窒化ジルコニウム粉末を用いるため、この組成物を用いて黒色パターニング膜を形成すれば、高解像度のパターニング膜を形成することができ、しかも形成したパターニング膜は高い遮光性能を有するようになる。

本発明の第６の観点の黒色パターニング膜の形成方法によれば、高解像度のパターニング膜を形成することができ、しかも形成したパターニング膜は高い遮光性能を有するようになる。

本発明の実施例１と比較例１でそれぞれ得られた窒化ジルコニウム粉末のＸ線回折プロファイルである。

次に本発明を実施するための形態を説明する。

［表面処理される前の窒化ジルコニウム粉末］
本実施形態の表面処理される前の窒化ジルコニウム粉末は、粉末Ｌ値が１５未満であり、Ｘ線回折プロファイルにおいて、窒化ジルコニウムのピークを有する一方、二酸化ジルコニウムのピーク、低次酸化ジルコニウムのピーク及び低次酸窒化ジルコニウムのピークを有しない特徴がある。これにより、窒化ジルコニウム粉末は、粉末濃度５０ｐｐｍの分散液透過スペクトルにおいて、３７０ｎｍの光透過率Ｘが少なくとも１８％、すなわち、１８％以上であり、５５０ｎｍの光透過率Ｙが１２％以下である。光透過率Ｘが１８％未満では、黒色顔料としてパターニング膜を形成するときにフォトレジスト膜の底部まで露光されず、パターニング膜のアンダーカットが発生する。また光透過率Ｙが１２％を超えると、形成したパターニング膜の遮光性が不足し高いＯＤ値が得られない。好ましい光透過率Ｘは１９％以上であり、好ましい光透過率Ｙは８％以下である。この粉末のＸ線回折プロファイル特性は、次に述べる表面処理を行っても不変である。

上記光透過率Ｘと光透過率Ｙの二律背反的な特性を考慮して、本実施形態の表面処理される前の窒化ジルコニウム粉末は、３７０ｎｍの光透過率Ｘに対する前記５５０ｎｍの光透過率Ｙ（Ｘ／Ｙ）が２．５以上であることが好ましく、３．０以上であることが更に好ましい。Ｘ／Ｙが２．５以上であることにより、紫外線透過の効果があり、パターニング膜のアンダーカットを発生しないことが優先されるからである。

表面処理される前の窒化ジルコニウム粉末は、ＢＥＴ法により測定される比表面積が２０ｍ²／ｇ〜９０ｍ²／ｇであることが好ましい。窒化ジルコニウム粉末の上記比表面積が２０ｍ²／ｇ以下では、黒色レジストとしたときに、長期保管時に顔料が沈降し易いからであり、９０ｍ²／ｇを超えると、黒色顔料としてパターニング膜を形成したときに、遮光性が不足し易い。３０ｍ²／ｇ〜６０ｍ²／ｇがより好ましい。表面処理される前の窒化ジルコニウム粉末は、例えば特許文献１に示される方法で製造される。この方法では、窒化ジルコニウム粉末は、二酸化ジルコニウム粉末又はシリカがコーティングされた二酸化ジルコニウム粉末と、金属マグネシウム粉末と、窒化マグネシウム粉末とを、金属マグネシウムが二酸化ジルコニウムの２．０倍モル〜６．０倍モルの割合になるように、かつ窒化マグネシウムが二酸化ジルコニウムの０．３倍モル〜３．０倍モルの割合になるように混合して混合物を得た後、前記混合物を窒素ガス単独、又は窒素ガスと水素ガスの混合ガス、又は窒素ガスとアンモニアガスの混合ガスの雰囲気下、６５０℃〜９００℃の温度で焼成して、前記二酸化ジルコニウム粉末を還元することにより、製造される。

［窒化ジルコニウム粉末の表面処理方法］
上述した窒化ジルコニウム粉末を表面処理するために、先ず、エポキシ樹脂(a)と、上述した式（１）で表されるアミノ基を含むシラン化合物(b)と、シリコンアルコキシド又はその縮合物(c)と、有機溶媒とを用意する。

本実施形態のエポキシ樹脂(a)としては、ビスフェノールＡ型又はビスフェノールＦ型のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、脂環族エポキシ樹脂、ポリグリコール型エポキシ樹脂等が例示される。このエポキシ樹脂は単独で使用することも、また２種以上で併用することもできる。これらのエポキシ樹脂は窒化ジルコニウム粉末とシラン化合物とが均一に混ざり合うことができるので、好ましい。その中でもビスフェノールＡ型のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂が、表面処理された窒化ジルコニウム粉末に対して、隠蔽力を維持しながら、耐候性を付与しやすいため、特に好ましい。

本実施形態のアミノ基を含むシラン化合物(b)としては、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン（上述した式（１）のｎ＝３）、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン（同じくｎ＝３）、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン（同じくｎ＝３）、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジエトキシシラン（同じくｎ＝２）、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン（同じくｎ＝３）等が例示される。このシラン化合物は単独で使用することも、また２種以上で併用することもできる。これらのシラン化合物はエポキシ樹脂のエポキシ基との反応により、化学的結合が生じるため、好ましい。その中でもγ−アミノプロピルトリメトキシシランが、表面処理された窒化ジルコニウム粉末に対して、隠蔽力を維持しながら、耐候性を付与しやすいため、特に好ましい。

本実施形態のシリコンアルコキシド又はその縮合物(c)としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン等の４つのアルコキシ基を有するテトラアルコキシシラン類、及びモノメチルトリアルコシキシラン、モノフェニルトリアルコキシシラン等の３つのアルコキシ基と１つのアルキル基又はアリ−ル基を有するトリアルコキシシラン類、もしくはそれらの混合物、更にはこれらのシリコンアルコキシドを部分加水分解・重縮合させたもののうち、有機溶媒に溶解もしくは均質懸濁するものが用いられる。このシリコンアルコキシドとその縮合物(c)は単独で使用することも、また２種以上で併用することもできる。

本実施形態のシリコンアルコキシドの縮合物の平均重合度としては２〜１０が好ましく、予め調製したものを用いても、又は均質な混合液中で調製してもよい。またシリコンアルコキシド又はその縮合物(c)の沸点が有機溶媒の沸点より高いものを用いることは特に好ましい。

またシリコンアルコキシド又はその縮合物(c)として、有機溶媒を分散溶媒とするシリカゾルを用いることも可能である。具体的には、例えば、メタノ−ル、メチルセルソルブ等に分散されたシリカゾルが挙げられる。本実施形態では、シリコンアルコキシド又はその縮合物(c)とともに、例えば、チタンアルコキシド、アルミニウムアルコシキド、ジルコニウムアルコシキドなどの他の金属アルコキシドを少量用いてもよい。

本実施形態の有機溶媒としては、エポキシ樹脂(a)とアミノ基を含むシラン化合物(b)とシリコンアルコキシド又はその縮合物(c)とともに溶解もしくは均質懸濁することができるものが用いられる。また、有機溶媒の沸点が、シリコンアルコキシド又はその縮合物(c)の沸点より低いものは特に好ましく用いられる。

本実施形態の有機溶媒としては、メタノ−ル、エタノ−ル、プロパノ−ル、シクロヘキサノ−ル、フェノ−ル、エチレングリコ−ル、アセトン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキサン、シクロヘキサン、テトラヒドロフラン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、キノリン、アニソ−ル、ジメチルエ−テル、ジメチルスルホオキシド、メチルセルソルブ、３−メトキシ−３−メチルブタノールなどが用いられる。

次に、用意したエポキシ樹脂(a)と、上述した式（１）で表されるアミノ基を含むシラン化合物(b)と、シリコンアルコキシド又はその縮合物(c)と、有機溶媒とを混合して混合液を調製する。表面処理剤としてエポキシ樹脂(a)を含むことにより、表面処理された窒化ジルコニウム粉末には耐湿性と耐光性の効果を生じる。また表面処理剤としてアミノ基を含むシラン化合物を含むことにより、表面処理された窒化ジルコニウム粉末にはエポキシ樹脂との反応効果と、シリコンアルコキシドとの結合効果を生じる。更に表面処理剤としてシリコンアルコキシド又はその縮合物を含むことにより、表面処理された窒化ジルコニウム粉末には電気的絶縁性の効果を生じる。エポキシ樹脂(a)とアミノ基を含むシラン化合物(b)とを混合する比率は、質量比で(b)／(a)＝０．１〜３．０の割合である。(b)／(a)が０．１未満であると、エポキシ樹脂中のエポキシ基とアミノ基を含むシランの反応が少ないため、フリーのエポキシ樹脂が多く存在し、このため表面処理された窒化ジルコニウム粉末のＬ値が１５以下にならず、また表面処理された窒化ジルコニウム粉末の粉末体積抵抗率が１×１０⁸Ωｃｍ以上にならない。(b)／(a)が３．０を超えると、フリーのアミノシランが多く存在し、このため表面処理された窒化ジルコニウム粉末をＵＶ照射した後の粉末体積抵抗率が１×１０⁸Ωｃｍ以上にならず、耐光性に劣る。(b)／(a)は０．２〜２．５であることが好ましい。

またエポキシ樹脂(a)とシリコンアルコキシド又はその縮合物(c)とを混合する比率は、質量比で(c)／(a)＝０．０１〜１．５の割合である。(c)／(a)が０．０１未満であると、シリコンアルコキシドがエポキシ樹脂に対して少な過ぎるため、表面処理された窒化ジルコニウム粉末の粉末体積抵抗率が１×１０⁸Ωｃｍ以上にならない。(c)／(a)が１．５を超えると、シリコンアルコキシドがエポキシ樹脂に対して多過ぎるため、即ち金属酸化物の割合が高くなり過ぎるため、表面処理された窒化ジルコニウム粉末にＵＶ光を照射した後の粉末体積抵抗率が１×１０⁸Ωｃｍ以上にならず、耐光性に劣る。(c)／(a)は０．０２〜１．３であることが好ましい。また有機溶媒は、上記(a)、(b)及び(c)の固形分１００質量％に対して５０質量％〜５００質量％加えることが好ましい。

得られた混合液に、上述した表面処理される前の窒化ジルコニウム粉末(d)を添加混合して分散液を調製する。添加する比率は、質量比で（(a)＋(b)＋(c)）／(d)＝０．０１〜０．２５の割合である。（(a)＋(b)＋(c)）／(d)が０．０１未満であると、粉末の被覆膜が薄くなり過ぎるため、表面処理された窒化ジルコニウム粉末の粉末体積抵抗率が１×１０⁸Ωｃｍ以上にならない。（(a)＋(b)＋(c)）／(d)が０．２５を超えると、粉末の被覆膜が厚くなり過ぎるため、表面処理された窒化ジルコニウム粉末のＬ値が２０を超える。（(a)＋(b)＋(c)）／(d)は０．０２〜０．２３であることが好ましい。

調製した分散液を乾燥することにより、有機溶媒を除去した後、大気雰囲気下又は窒素雰囲気下、８０℃〜１２０℃で、１時間〜７２時間加熱する。最後に凝集した粉末を乳鉢、ヘンシェルミキサー、ボールミル等を用いて粉砕して、表面処理された窒化ジルコニウム粉末が得られる。

［表面処理された後の窒化ジルコニウム粉末］
本実施形態の表面処理された後の窒化ジルコニウム粉末は、粉末Ｌ値が１５以下であり、Ｘ線回折プロファイルにおいて、窒化ジルコニウムのピークを有する一方、二酸化ジルコニウムのピーク、低次酸化ジルコニウムのピーク及び低次酸窒化ジルコニウムのピークを有しない。また上述した条件で表面処理することにより、表面処理された窒化ジルコニウム粉末を温度６０℃、湿度９０％の条件で１００時間高温耐湿試験を行ったときに、試験前と試験後の４．９×１０⁶Ｐａの圧力をかけたときの粉末体積抵抗率がそれぞれ１×１０^８Ωｃｍ以上であり、かつ５４０Ｊ／ｃｍ^２のＵＶ光を照射した後の４．９×１０⁶Ｐａの圧力をかけたときの粉末体積抵抗率が１×１０^８Ωｃｍ以上である特徴を有する。表面処理された後の窒化ジルコニウム粉末は、ＢＥＴ法により測定される比表面積が５ｍ²／ｇ〜５０ｍ²／ｇである。

〔窒化ジルコニウム粉末を黒色顔料として用いたパターニング膜の形成方法〕
表面処理された窒化ジルコニウム粉末を黒色顔料として用いた、ブラックマトリックスに代表されるパターニング膜の形成方法について述べる。先ず、表面処理された窒化ジルコニウム粉末を感光性樹脂に分散して黒色感光性組成物に調製する。次いでこの黒色感光性組成物を基板上に塗布した後、プリベークを行って溶剤を蒸発させて、フォトレジスト膜を形成する。次にこのフォトレジスト膜にフォトマスクを介して所定のパターン形状に露光したのち、アルカリ現像液を用いて現像して、フォトレジスト膜の未露光部を溶解除去し、その後好ましくはポストベークを行うことにより、所定の黒色パターニング膜が形成される。

形成されたパターニング膜の遮光性（透過率の減衰）を表す指標として光学濃度、即ちＯＤ（Optical Density）値が知られている。本実施形態の表面処理された窒化ジルコニウム粉末を用いて形成されたパターニング膜は高いＯＤ値を有する。ここでＯＤ値は、光がパターニング膜を通過する際に吸収される度合を対数で表示したものであって、次の式（２）で定義される。式（２）中、Ｉは透過光量、Ｉ₀は入射光量である。
ＯＤ値＝−log₁₀(Ｉ／Ｉ₀） （２）

上記基板としては、例えば、ガラス、シリコン、ポリカーボネート、ポリエステル、芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド等を挙げることができる。また上記基板には、所望により、シランカップリング剤等による薬品処理、プラズマ処理、イオンプレーティング、スパッタリング、気相反応法、真空蒸着等の適宜の前処理を施しておくこともできる。黒色感光性組成物を基板に塗布する際には、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の適宜の塗布法を採用することができる。塗布厚さは、乾燥後の膜厚として、通常、０．１μｍ〜１０μｍ、好ましくは０．２μｍ〜７．０μｍ、更に好ましくは０．５μｍ〜６．０μｍである。パターニング膜を形成する際に使用される放射線としては、本実施形態では、波長が２５０ｎｍ〜３７０ｎｍの範囲にある放射線が好ましい。放射線の照射エネルギー量は、好ましくは１０Ｊ／ｍ²〜１０，０００Ｊ／ｍ² である。また上記アルカリ現像液としては、例えば、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、コリン、１，８−ジアザビシクロ−［５．４．０］−７−ウンデセン、１，５−ジアザビシクロ−［４．３．０］−５−ノネン等の水溶液が好ましい。上記アルカリ現像液には、例えばメタノール、エタノール等の水溶性有機溶剤や界面活性剤等を適量添加することもできる。なお、アルカリ現像後は、通常、水洗する。現像処理法としては、シャワー現像法、スプレー現像法、ディップ（浸漬）現像法、パドル（液盛り）現像法等を適用することができ、現像条件は、常温で５〜３００秒が好ましい。このようにして形成されたパターニング膜は、高精細の液晶、有機ＥＬ用ブラックマトリックス材、イメージセンサー用遮光材。光学部材用遮光材、遮光フィルター、ＩＲカットフィルター等に好適に用いられる。

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。

（実施例及び比較例で用いるエポキシ樹脂(a)）
実施例１〜１５及び比較例１、３〜８において使用されるエポキシ樹脂(a)を表１に示す。

（実施例及び比較例で用いるアミノ基を含むシラン化合物(b)）
実施例１〜１５及び比較例１、３〜８において使用されるアミノ基を含むシラン化合物(b)を表２に示す。

（実施例及び比較例で用いるシリコンアルコキシド又はその縮合物(c)）
実施例１〜１５及び比較例１、３〜８において使用されるシリコンアルコキシド又はその縮合物(c)を表３に示す。

（実施例及び比較例で用いる窒化ジルコニウム粉末(d)）
実施例１〜１５及び比較例１〜８において使用される窒化ジルコニウム粉末(d)を表４に示す。

＜実施例１＞
先ず、特許文献１の実施例１に記載された窒化ジルコニウム粉末を用意した。即ち、ＢＥＴ法により測定される比表面積から算出される平均一次粒径が５０ｎｍの単斜晶系二酸化ジルコニウム粉末７．４ｇに、平均一次粒径が１５０μｍの金属マグネシウム粉末７．３ｇと平均一次粒径が２００ｎｍの窒化マグネシウム粉末３．０ｇを添加し、石英製ガラス管に黒鉛のボートを内装した反応装置により均一に混合した。このとき金属マグネシウムの添加量は二酸化ジルコニウムの５．０倍モル、窒化マグネシウムの添加量は二酸化ジルコニウムの０．５倍モルであった。この混合物を窒素ガスの雰囲気下、７００℃の温度で６０分間焼成して焼成物を得た。この焼成物を、１リットルの水に分散し、１０％塩酸を徐々に添加して、ｐＨを１以上で、温度を１００℃以下に保ちながら洗浄した後、２５％アンモニア水にてｐＨ７〜８に調整し、濾過した。その濾過固形分を水中に４００ｇ／リットルに再分散し、もう一度、前記と同様に酸洗浄、アンモニア水でのｐＨ調整をした後、濾過した。このように酸洗浄−アンモニア水によるｐＨ調整を２回繰り返した後、濾過物をイオン交換水に固形分換算で５００ｇ／リットルで分散させ、６０℃での加熱攪拌とｐＨ７への調整をした後、吸引濾過装置で濾過し、更に等量のイオン交換水で洗浄し、設定温度；１２０℃の熱風乾燥機にて乾燥することにより、窒化ジルコニウム粉末(d)を用意した。

次いで、アミノ基を含むシラン化合物(b)として３−アミノプロピルトリメトキシシラン（信越化学社製、ＫＢＭ−９０３）２．０ｇに、シリコンアルコキシド(c)として平均重合度が４のテトラメトキシシラン（三菱ケミカル社製、ＭＫシリケート５１）１．０ｇと、有機溶媒として３−メトキシ−３−メチルブタノール１５０．０ｇとを混合し、更にエポキシ樹脂(a)としてビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂（三菱ケミカル社製、ｊＥＲ８２８）１０．０ｇを添加して、室温で１０分間撹拌混合して混合液を用意した。この混合液では、(b)／(a)＝０．２、(c)／(a)＝０．１であった。

次に、この混合液に、上記用意した窒化ジルコニウム粉末(d)１３０ｇを添加して、室温で１０分間撹拌した後、ビーズミル（アシザワ社製、ラボスターミニ）でビースミルの出口温度を４０℃に維持して、窒化ジルコニウム粉末の分散液を得た。この分散液では、（(a)＋(b)＋(c)）／(d)＝０．１であった。得られた分散液の有機溶媒を大気雰囲気下、室温にて蒸発させた後で、残留物を窒素雰囲気下、１００℃の温度で２時間、乾燥した。乾燥した後、乳鉢に移し、そこで残留物を粉砕し、表面処理された窒化ジルコニウム粉末を得た。

＜実施例２〜１５及び比較例３〜８＞
実施例２〜１５及び比較例３〜８では、実施例１と同一の窒化ジルコニウム粉末を用いた。以下の表５に示すように、エポキシ樹脂(a)、アミノ基を含むシラン化合物(b)及びシリコンアルコキシド又はその縮合物(c)の種類を実施例１と同一にするか、又は変更し、各質量比を実施例１と同一にするか、又は変更した。それ以外は、実施例１と同様にして実施例２〜１５及び比較例３〜８の表面処理された窒化ジルコニウム粉末を得た。

＜比較例１＞
窒化ジルコニウム粉末として、特許文献１の比較例１に記載された微粒子低次酸化ジルコニウム・窒化ジルコニウム複合体からなる窒化ジルコニウム粉末を用意した。即ち、平均一次粒径が１９ｎｍの二酸化ジルコニウム粉末７．２ｇと、平均一次粒径が２０ｎｍの微粒子酸化マグネシウム３．３ｇを混合粉砕して混合粉体Ａを得た。この混合粉体０．５ｇに平均一次粒径が１５０μｍの金属マグネシウム粉末２．１ｇを加えて混合し混合粉体Ｂを得た。このとき金属マグネシウムと酸化マグネシウムの添加量はそれぞれ二酸化ジルコニウムの１．４倍モル、１．４倍モルであった。この混合粉体Ｂを窒素ガスの雰囲気下、７００℃の温度で６０分間焼成した。以下、実施例１と同様にして、微粒子低次酸化ジルコニウム・窒化ジルコニウム複合体からなる窒化ジルコニウム粉末を得た。

＜比較例２＞
比較例２では、実施例１と同じ窒化ジルコニウム粉末を用いたが、表面処理はしなかった。

＜比較試験と評価＞
実施例１〜１５、比較例１、３〜８で表面処理された窒化ジルコニウム粉末、比較例２の表面処理をしなかった窒化ジルコニウム粉末をそれぞれ試料として、以下に詳述する方法で、(1) Ｘ線回折プロファイル、(2) Ｌ値、(3) 高温耐湿試験前後の粉末体積抵抗率及び(4) ＵＶ光を照射した後の粉末体積抵抗率をそれぞれ測定又は算出した。それぞれの測定結果又は算出結果を以下の表６に示す。

(1) Ｘ線回折プロファイル： 実施例１と比較例１の試料について、Ｘ線回折装置（リガク社製、型番ＭｉｎｉｆｌｅｘII）により、ＣｕＫα線を用いて印加電圧４５ｋＶ，印加電流４０ｍＡの条件にて、θ−２θ法でＸ線回折プロファイルからＸ線回折分析を行った。そのＸ線回折プロファイルから、窒化ジルコニウムのピーク（２θ＝３３．９５°、３９．３°）、二酸化ジルコニウムのピーク（２θ＝３０．２°）及び低次酸化ジルコニウム又は低次酸窒化ジルコニウムのピーク（２θ＝３０．５°、３５．３°）の有無を調べた。図１にＸ線回折プロファイルを示す。図１において、「ＺｒＮ」は窒化ジルコニウムを、「Ｚｒ_２Ｎ_２Ｏ」は低次酸窒化ジルコニウムをそれぞれ意味する。

(2) Ｌ値：スガ試験機社製のカラーコンピュータ(SM-T)を用いて測定した。

(3) 高温耐湿試験前後の粉末体積抵抗率：試料を温度６０℃、湿度９０％に設定した恒温恒湿器に１００時間入れ、高温耐湿試験を行った。試験前と試験後の各粉末体積抵抗率をデジタルマルチメーター（横河電機社製、7561-02型）を用いて次の方法で測定した。先ず、絶縁性の円筒内に設けられた真鍮製の上型と下型の間に、試料を５ｇ投入し、真鍮とデジタルマルチメーターを接続した後、油圧プレス機にて、４．９×１０⁶Ｐａの圧力をかけて表示された抵抗値を読み取り、かつ厚さゲージにて試料の厚さを測定した。これにより粉末体積抵抗率を算出した。

(4) ＵＶ光を照射した後の粉末体積抵抗率：試料を透明なガラス容器に入れ、岩崎電機社製のＳＵＶ−Ｗ１６１を用いて５４０Ｊ／ｃｍ²のＵＶ光を試料に照射した後、上記(3)と同様にして、ＵＶ光を試料に照射した後の粉末体積抵抗率を算出した。

図１及び表６から明らかなように、比較例１の試料は、高温耐湿試験前後の９×１０⁶Ｐａの圧力をかけたときの粉末体積抵抗率（以下、第１体積抵抗率という。）及び５４０Ｊ／ｃｍ²のＵＶ光を照射した後の４．９×１０⁶Ｐａの圧力をかけたときの粉末体積抵抗率（以下、第２体積抵抗率という。）がそれぞれ１×１０⁸Ωｃｍ以上であり、耐候性に優れていた。しかし、Ｘ線回折プロファイルにおいて、窒化ジルコニウムのピーク（２θ＝３３．９５°、３９．３°）のみならず、低次酸窒化ジルコニウムのピーク（２θ＝３０．５°、３５．３°）を有した。この結果、Ｌ値は２３．１となり、黒色顔料として黒色パターニング膜を形成するときにパターニング膜が十分な遮光性を有しなかった。これに対して実施例１の試料は、第１及び第２体積抵抗率がそれぞれ１×１０⁸Ωｃｍ以上であり、耐湿性及び耐光性に優れていたことに加えて、Ｘ線回折プロファイルにおいて、窒化ジルコニウムのピークを有する一方、二酸化ジルコニウムのピーク及び低次酸化ジルコニウム又は低次酸窒化ジルコニウムのピークを有しなかったため、Ｌ値は１０．６であり、黒色顔料として黒色パターニング膜を形成するときにパターニング膜が十分な遮光性を有していた。

比較例２では、用いた試料が実施例１と同一ではあるが、表面処理されていない窒化ジルコニウム粉末であったため、Ｌ値は１０．５と低く、黒色度は高かったが、高温耐湿試験前の第１体積抵抗率が１．５×１０⁵Ωｃｍ及び高温耐湿試験後の第１体積抵抗率が９．８×１０⁴Ωｃｍであり、また第２粉末体積抵抗率が２．４×１０⁴Ωｃｍであり、いずれの体積抵抗率も低く、耐湿性及び耐光性に劣っていた。

比較例３では、(b)／(a)が０．０５と低く、エポキシ樹脂に比べてアミノ基含有シラン化合物が少な過ぎたため、表面処理された窒化ジルコニウム粉末中に未反応のエポキシ樹脂が多く存在し、第１及び第２体積抵抗率が１×１０⁸Ωｃｍ以上にならず、耐湿性及び耐光性に劣っていた。

比較例４では、(b)／(a)が３．３と高く、エポキシ樹脂に比べてアミノ基含有シラン化合物が多過ぎたため、表面処理された窒化ジルコニウム粉末中に未反応のアミノ基含有シランが多く存在し、第１体積抵抗率が１×１０⁸Ωｃｍ以上であって、耐湿性は良好であったが、フリーのアミノシランが多く、エポキシ樹脂の比率が低かったため、第２体積抵抗率が６．０×１０⁷Ωｃｍとなり、耐光性に劣っていた。またＬ値が２０．３であった。

比較例５では、(c)／(a)が０．００５と低く、エポキシ樹脂に比べてシリコンアルコキシドが少な過ぎたため、第１及び第２体積抵抗率が１×１０⁸Ωｃｍ以上にならず、耐湿性及び耐光性に劣っていた。またエポキシ樹脂の比率が高過ぎたため、Ｌ値が悪化し、１５．５であった。

比較例６では、(c)／(a)が１．８と高く、エポキシ樹脂に比べてシリコンアルコキシドが多過ぎたため、第１体積抵抗率が１×１０⁸Ωｃｍ以上ではあって、耐湿性は良好であったが、シリコンアルコキシドの比率が高いことによる金属酸化物の比率が高くなったため、第２体積抵抗率が５．６×１０⁷Ωｃｍとなり、耐光性に劣っていた。Ｌ値は１４．９と良好であった。

比較例７では、（(a)＋(b)＋(c)）／(d)が０．００５と低く、表面処理剤が窒化ジルコニウム粉末に対して少な過ぎ、表面された被覆膜が薄過ぎたため、第１及び第２体積抵抗率が１×１０^８Ωｃｍ以上にならず、耐湿性及び耐光性に劣っていた。

比較例８は、（(a)＋(b)＋(c)）／(d)が０．３と高く、表面処理剤が窒化ジルコニウム粉末に対して多過ぎたため、第１及び第２体積抵抗率が１×１０^８Ωｃｍ以上となり、耐湿性及び耐光性に優れていたが、表面された被覆膜が厚過ぎたため、Ｌ値が１５以下にならなかった。

これに対して、実施例１〜１５の試料は、本発明の第１の観点の要件を満たしているため、Ｌ値が１５以下であって可視光の遮光性能が高く、紫外線を透過するためパターニングに有利であることに加え、第１及び第２体積抵抗率は１×１０⁸Ωｃｍ以上であり、耐光性及び耐湿性の双方に優れ、耐候性を有することが判った。

本発明の表面処理された窒化ジルコニウム粉末は、高精細の液晶、有機ＥＬ用ブラックマトリックス材、イメージセンサー用遮光材。光学部材用遮光材、遮光フィルター、ＩＲカットフィルター等に利用することができる。

Claims (6)

1. エポキシ樹脂とアミノ基を含むシラン化合物で表面処理された窒化ジルコニウム粉末であって、
   前記表面処理された窒化ジルコニウム粉末は、粉末Ｌ値が１５以下であり、Ｘ線回折プロファイルにおいて、窒化ジルコニウムのピークを有する一方、二酸化ジルコニウムのピーク、低次酸化ジルコニウムのピーク及び低次酸窒化ジルコニウムのピークを有さず、
   前記窒化ジルコニウム粉末を温度６０℃、湿度９０％の条件で１００時間高温耐湿試験を行ったときに、試験前と試験後の４．９×１０⁶Ｐａの圧力をかけたときの粉末体積抵抗率がそれぞれ１×１０⁸Ωｃｍ以上であり、かつ５４０Ｊ／ｃｍ²のＵＶ光を照射した後の４．９×１０⁶Ｐａの圧力をかけたときの粉末体積抵抗率が１×１０⁸Ωｃｍ以上であることを特徴とする表面処理された窒化ジルコニウム粉末。
2. エポキシ樹脂(a)と、下記式（１）で表されるアミノ基を含むシラン化合物(b)と、シリコンアルコキシド又はその縮合物(c)と、有機溶媒とを質量比で(b)／(a)＝０．１〜３．０及び(c)／(a)＝０．０１〜１．５の割合で混合した混合液に、粉末Ｌ値が１５未満であり、Ｘ線回折プロファイルにおいて、窒化ジルコニウムのピークを有する一方、二酸化ジルコニウムのピーク、低次酸化ジルコニウムのピーク及び低次酸窒化ジルコニウムのピークを有しない窒化ジルコニウム粉末(d)を質量比で（(a)＋(b)＋(c)）／(d)＝０．０１〜０．２５の割合で添加して分散液を調製し、前記分散液の有機溶媒を除去した後、加熱粉砕して前記窒化ジルコニウム粉末の表面を処理する方法。
   Ｒ_(4-n)−Ｓｉ−（ＯＲ’）_n （１）
   但し、式中、Ｒはアミノ基含有の有機基を表し、Ｒ’はメチル基、エチル基又はプロピル基を表し、ｎは１〜３から選択される整数を表す。
3. 前記シラン化合物(b)が、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジエトキシシラン及びＮ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシランからなる群より選択される少なくとも１種のシラン化合物である、請求項２記載の表面処理方法。
4. 前記エポキシ樹脂(a)が、ビスフェノールＡ型又はビスフェノールＦ型のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、脂環族エポキシ樹脂及びポリグリコール型エポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも１種のエポキシ樹脂である、請求項２記載の表面処理方法。
5. 請求項１記載の表面処理された窒化ジルコニウム粉末を黒色顔料として含む黒色感光性組成物。
6. 請求項５記載の黒色感光性組成物を用いて黒色パターニング膜を形成する方法。

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