[发明专利]引入了低结构炭黑的涂料组合物和由其形成的器件

说明书

技术领域

本发明涉及低结构炭黑在包含炭黑的能固化的涂料组合物、能固化的涂 层、和经固化涂层中的用途，以及可由其形成的黑色基体。

背景技术

黑色基体是用于彩色显示器中的通过将各种颜色像素分离而改善图像 对比度的材料的通称。在液晶显示器(LCD)中，黑色基体是具有高的光屏蔽 能力的薄膜并且形成于滤色器(color filter)的三元色元件之间。在使用薄膜晶 体管(TFT)的LCD中，黑色基体还防止由于反射光而在TFT中形成的光感生 电流(photo-induced current)。

液晶显示器中的黑色基体是通过Cr/CrO的气相沉积制造的。虽然基于 铬的膜具有优异的光屏蔽能力，但是该金属气相沉积工艺是昂贵的。此外， 铬的使用和处置受制于越来越严格的环境规章。铬膜还具有低的电阻率，这 将LCD的电设计限制为可行设计配置(configuration)的子集。

黑色颜料例如炭黑已用于聚合物组合物中以制造电阻性的黑色基体。对 这些黑色颜料的结构和表面积进行选择以允许基体中炭黑的特定负载水平 和降低电导率和介质中的电荷积聚。升高的负载水平不仅提高了介质的光密 度(OD)(材料不透明度的量度)，还提高了用于制造该介质的涂料组合物的粘 度。因此，通常难以实现整体性能的所需平衡。例如，虽然含有炭黑颜料的 黑色基体可提供所需要的光屏蔽能力(即阈值光密度)，但是该膜可能仅具有 中等电阻率，从而限制了其抑制光感生电流的能力。或者，如果制造了高度 电阻性的膜，则OD可能太低而在商业上不可行。

降低炭黑组分的结构可降低粘度，从而允许沉积无缺陷的较薄的介质 层，或者其可允许在给定粘度下引入更多的炭黑，从而导致较高的光密度。 对炉法炭黑的结构进行控制的一种方法是通过在使含碳(carbonaceous)原料 燃烧的同时将碱金属元素加入到炉子中。然而，所述炭黑中的所得金属组分 可对提高的电导率有贡献，并且该介质中的非碳材料对于光密度没有贡献。 而且，由于将钾和其它金属元素加入炉子中，所得炭黑在表面上具有更多的 带电基团并因此更加亲水。因此，结构降低可能以由炭黑中的非碳元素所引 起光密度的降低和电导率的提高为代价。更亲水或酸性的炭黑(例如pH小于 6)可能与用于涂料或者印刷应用所另外希望的各种聚合物和其它组分不相 容。此外，虽然可通过提高表面积来提高光密度或色度(tint)，但随着表面积 的提高变得越来越难以降低DBP。因此，希望开发这样的炭黑：具有低结构 且具有少量碱金属和高的疏水性并且未使引入了所述炭黑的组合物和器件 中的电性质、光密度和粘度折衷。

发明内容

在一个方面中，本发明包括至少包含第一炭黑的黑色基体。所述第一炭 黑具有30mg/g～200mg/g的I₂值、20cc/100g～45cc/100g的DBP、和至多为 y+(15*I₂值)的第IA族和第IIA族元素的总浓度(单位为μg/g)，其中y为250、 100、-50、-150、或-350。例如，所述第一炭黑可具有20～45cc/100g、20～30 cc/100g、25～43cc/100g、25～40cc/100g、30～39cc/100g的DBP值，或者在 由任意这些端点所约束的任意范围中的DBP。替换地或此外，所述第一炭黑 可具有30～200mg/g例如30～45mg/g、45～100mg/g、60～80mg/g、70～100 mg/g、100～150mg/g、150～200mg/g、70～200mg/g或者在由任意这些端点 所约束的任意范围中的碘值(I₂值)。所述第一炭黑特征可为以下的至少一种： 从1到小于1.25的M比；6～10的pH；至多6mJ/m²的水铺展(spreading)压 力；或至少80的色度。