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JP2013148857A - 感光性樹脂組成物、カラーフィルタ及び液晶表示装置 - Google Patents

感光性樹脂組成物、カラーフィルタ及び液晶表示装置 Download PDF

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JP2013148857A JP2012174448A JP2012174448A JP2013148857A JP 2013148857 A JP2013148857 A JP 2013148857A JP 2012174448 A JP2012174448 A JP 2012174448A JP 2012174448 A JP2012174448 A JP 2012174448A JP 2013148857 A JP2013148857 A JP 2013148857A
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Abstract

【課題】低露光量で密着性に優れたパターンを形成可能な感光性樹脂組成物、該感光性樹脂組成物を用いて形成された、カラーフィルタ及び液晶表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の感光性樹脂組成物は、有機結合材と式(1)で表される化合物とを含有し、有機結合材は、分子内に少なくとも2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物(a)と、不飽和基含有カルボン酸(b)との反応物を、更にイソシアネート基を有する化合物(c)と反応させることにより得られるアルカリ可溶性不飽和樹脂を含有する。式中、R及びRは、それぞれ独立に水素原子又は有機基を示すが、少なくとも一方は有機基を示す。R及びRは結合して環状構造を形成していてもよい。Rは、単結合又は有機基を示す。R〜Rは、それぞれ独立に水素原子、有機基等を示すが、R及びRが水酸基となることはない。R10は、水素原子又は有機基を示す。
Figure 2013148857

【選択図】なし

Description

本発明は、感光性樹脂組成物、該感光性樹脂組成物を用いて形成された、カラーフィルタ及び液晶表示装置に関する。
液晶ディスプレイ等の液晶パネルに用いられるカラーフィルタのカラー画素、ブラックマトリックス、オーバーコート、リブ、スペーサ等の形成には、樹脂、光重合性モノマー、光重合開始剤等からなる感光性樹脂組成物(レジスト)が用いられている。
このような感光性樹脂組成物は、一般に塗布・乾燥・露光・現像の工程を経る光リソグラフィ工程に供されるため、かかる工程において、
(1)現像工程での除去部分に残渣や地汚れが生じないこと
(2)除去部分が十分な溶解性を有すること
(3)パターンエッジのシャープさ等の画素形成性を上げること
が、常に求められているが、色材の含量が高い感光性着色樹脂組成物を用いて画素を形成した場合、
(1)現像工程で未露光部の基板上に残渣や地汚れが生じる
(2)未露光部に良好な溶解性が得られない等のために、画素のエッジ形状のシャープ性に劣る
(3)露光部に形成された画素の感度が十分ではなく表面平滑性が悪い
という現象が顕著に生じやすく、実用上の大きな問題となっていた。
特に、樹脂ブラックマトリックスのように光の全波長領域において遮光能力が要求される場合では、
(1)露光部分と未露光部分における架橋密度の差をつけることが著しく困難なこと
(2)露光された部分でも膜厚方向に対する架橋密度の差が発生すること、つまり、光照射面側では十分に硬化しても、基底面側では硬化しないこと
(3)現像液に不溶な多量な黒色色材を配合するため、現像性の低下が著しいこと
等が、良好な感光特性を付与する上で障害となっていた。
このような問題を解決するため、特許文献1では、有機結合剤として特定の構造を有するアルカリ可溶性不飽和樹脂を含有する感光性樹脂組成物が提案されている。
特開2006−79064号公報
ところで、近年、より一層の生産性向上の観点から、感光性樹脂組成物としては、低露光量でも良好な形状のパターンを形成可能であることが求められている。また、製品の信頼性を確保するため、感光性樹脂組成物としては、微小パターンを形成した場合にも基板に密着するような高い密着性を有することが求められている。
しかしながら、特許文献1の感光性樹脂組成物は、低露光量で密着性に優れたパターンを形成するには未だ特性が十分ではなかった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、低露光量で密着性に優れたパターンを形成可能な感光性樹脂組成物、該感光性樹脂組成物を用いて形成された、カラーフィルタ及び液晶表示装置を提供することを目的とする。
本発明者らは鋭意検討した結果、特許文献1に記載されているアルカリ可溶性不飽和樹脂に加えて、特定の化合物を使用することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の第一の態様は、有機結合材と下記式(1)で表される化合物とを含有する感光性樹脂組成物であって、前記有機結合材が、分子内に少なくとも2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物(a)と、不飽和基含有カルボン酸(b)との反応物を、更にイソシアネート基を有する化合物(c)と反応させることにより得られるアルカリ可溶性不飽和樹脂を含有することを特徴とする感光性樹脂組成物である。
Figure 2013148857
(式(1)中、R及びRは、それぞれ独立に水素原子又は有機基を示す。ただし、R及びRの少なくとも一方は有機基を示す。R及びRは、それらが結合して環状構造を形成していてもよく、ヘテロ原子の結合を含んでいてもよい。Rは、単結合又は有機基を示す。R及びRは、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、又は有機基を示す。R、R、R、及びRは、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、アミノ基、アンモニオ基、又は有機基を示す。ただし、R及びRが水酸基となることはない。R、R、R、及びRは、それらの2つ以上が結合して環状構造を形成していてもよく、ヘテロ原子の結合を含んでいてもよい。R10は、水素原子又は有機基を示す。)
本発明の第二の態様は、有機結合材と上記式(1)で表される化合物とを含有する感光性樹脂組成物であって、前記有機結合材が、分子内に少なくとも2個以上のフェノール性水酸基を有するフェノール性水酸基含有化合物(f)と、不飽和基含有エポキシ化合物(g)との反応物を、更にイソシアネート基を有する化合物(c)と反応させることにより得られるアルカリ可溶性不飽和樹脂を含有することを特徴とする感光性樹脂組成物である。
本発明の第三の態様は、第一又は第二の態様における感光性樹脂組成物を用いて形成されたカラーフィルタである。
本発明の第四の態様は、第一又は第二の態様における感光性樹脂組成物を用いて形成された部材を有する液晶表示装置である。
本発明によれば、低露光量で密着性に優れたパターンを形成可能な感光性樹脂組成物、該感光性樹脂組成物を用いて形成された、カラーフィルタ及び液晶表示装置を提供することができる。
≪感光性樹脂組成物≫
<式(1)で表される化合物>
本発明に係る感光性樹脂組成物は、下記式(1)で表される化合物を含有するものである。以下ではまず、式(1)で表される化合物について説明する。
Figure 2013148857
上記式(1)中、R及びRは、それぞれ独立に水素原子又は有機基を示すが、R及びRの少なくとも一方は有機基を示す。
及びRにおける有機基としては、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、アリール基、アラルキル基等が挙げられる。この有機基は、該有機基中にヘテロ原子等の炭化水素基以外の結合や置換基を含んでいてもよい。また、この有機基は、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれでもよい。
この有機基は、通常は1価であるが、環状構造を形成する場合等には、2価以上の有機基となり得る。
及びRは、それらが結合して環状構造を形成していてもよく、ヘテロ原子の結合を更に含んでいてもよい。環状構造としては、ヘテロシクロアルキル基、ヘテロアリール基等が挙げられ、縮合環であってもよい。
及びRの有機基中の炭化水素基以外の結合としては、本発明の効果が損なわれない限り特に限定されず、酸素原子、窒素原子、珪素原子等のヘテロ原子を含む結合が挙げられる。具体例としては、エーテル結合、チオエーテル結合、カルボニル結合、チオカルボニル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、イミノ結合(−N=C(−R)−、−C(=NR)−:Rは水素原子又は有機基を示す)、カーボネート結合、スルホニル結合、スルフィニル結合、アゾ結合等が挙げられる。
耐熱性の観点から、R及びRの有機基中の炭化水素基以外の結合としては、エーテル結合、チオエーテル結合、カルボニル結合、チオカルボニル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、イミノ結合(−N=C(−R)−、−C(=NR)−:Rは水素原子又は1価の有機基を示す)、カーボネート結合、スルホニル結合、スルフィニル結合が好ましい。
及びRの有機基中の炭化水素基以外の置換基としては、本発明の効果が損なわれない限り特に限定されず、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シアノ基、イソシアノ基、シアナト基、イソシアナト基、チオシアナト基、イソチオシアナト基、シリル基、シラノール基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、チオカルバモイル基、ニトロ基、ニトロソ基、カルボキシル基、カルボキシラート基、アシル基、アシルオキシ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、ヒドロキシイミノ基、アルキルエーテル基、アルケニルエーテル基、アルキルチオエーテル基、アルケニルチオエーテル基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アミノ基(−NH、−NHR、−NRR’:R及びR’はそれぞれ独立に炭化水素基を示す)等が挙げられる。上記置換基に含まれる水素原子は、炭化水素基によって置換されていてもよい。また、上記置換基に含まれる炭化水素基は、直鎖状、分岐鎖状、及び環状のいずれでもよい。
及びRの有機基中の炭化水素基以外の置換基としては、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シアノ基、イソシアノ基、シアナト基、イソシアナト基、チオシアナト基、イソチオシアナト基、シリル基、シラノール基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、チオカルバモイル基、ニトロ基、ニトロソ基、カルボキシル基、カルボキシラート基、アシル基、アシルオキシ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、ヒドロキシイミノ基、アルキルエーテル基、アルケニルエーテル基、アルキルチオエーテル基、アルケニルチオエーテル基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基が好ましい。
以上の中でも、R及びRとしては、少なくとも一方が炭素数1〜12のアルキル基若しくは炭素数1〜12のアリール基であるか、互いに結合して炭素数2〜20のヘテロシクロアルキル基若しくはヘテロアリール基を形成するものであることが好ましい。ヘテロシクロアルキル基としては、ピペリジノ基、モルホリノ基等が挙げられ、ヘテロアリール基としては、イミダゾリル基、ピラゾリル基等が挙げられる。
上記式(1)中、Rは、単結合又は有機基を示す。
における有機基としては、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、アリール基、アラルキル基等から1個の水素原子を除いた基が挙げられる。この有機基は、該有機基中に置換基を含んでいてもよい。置換基としては、R及びRにおいて例示したものが挙げられる。また、この有機基は、直鎖状、分岐鎖状のいずれでもよい。
以上の中でも、Rとしては、単結合、又は炭素数1〜12のアルキル基若しくは炭素数1〜12のアリール基から1個の水素原子を除いた基であることが好ましい。
上記式(1)中、R及びRは、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、又は有機基を示す。
及びRにおける有機基としては、R及びRにおいて例示したものが挙げられる。この有機基は、R及びRの場合と同様に、該有機基中にヘテロ原子等の炭化水素基以外の結合や置換基を含んでいてもよい。また、この有機基は、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれでもよい。
以上の中でも、R及びRとしては、それぞれ独立に水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数4〜13のシクロアルキル基、炭素数4〜13のシクロアルケニル基、炭素数7〜16のアリールオキシアルキル基、炭素数7〜20のアラルキル基、シアノ基を有する炭素数2〜11のアルキル基、水酸基を有する炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数2〜11のアミド基、炭素数1〜10のアルキルチオ基、炭素数1〜10のアシル基、炭素数2〜11のエステル基(−COOR、−OCOR:Rは炭化水素基を示す)、炭素数6〜20のアリール基、電子供与性基及び/又は電子吸引性基が置換した炭素数6〜20のアリール基、電子供与性基及び/又は電子吸引性基が置換したベンジル基、シアノ基、メチルチオ基であることが好ましい。より好ましくは、R及びRの両方が水素原子であるか、又はRがメチル基であり、Rが水素原子である。
上記式(1)中、R、R、R、及びRは、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、アミノ基、アンモニオ基、又は有機基を示す。
、R、R、及びRにおける有機基としては、R及びRにおいて例示したものが挙げられる。この有機基は、R及びRの場合と同様に、該有機基中にヘテロ原子等の炭化水素基以外の結合や置換基を含んでいてもよい。また、この有機基は、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれでもよい。
なお、上記式(1)中、R及びRが水酸基となることはない。R又はRが水酸基である場合、電磁波照射及び加熱によって環化反応が生じる。このため、このような化合物を感光性樹脂組成物に含有させても、光エネルギが環化のために消費され、良好な微小パターニング特性を得ることができない。これに対して上記式(1)で表される化合物は、R及びRが水酸基となることはないため、環化反応は生じず、感光性樹脂組成物に含有させた際に良好な微小パターニング特性を得ることが可能である。
、R、R、及びRは、それらの2つ以上が結合して環状構造を形成していてもよく、ヘテロ原子の結合を含んでいてもよい。環状構造としては、ヘテロシクロアルキル基、ヘテロアリール基等が挙げられ、縮合環であってもよい。例えば、R、R、R、及びRは、それらの2つ以上が結合して、R、R、R、及びRが結合しているベンゼン環の原子を共有してナフタレン、アントラセン、フェナントレン、インデン等の縮合環を形成してもよい。
以上の中でも、R、R、R、及びRとしては、それぞれ独立に水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数4〜13のシクロアルキル基、炭素数4〜13のシクロアルケニル基、炭素数7〜16のアリールオキシアルキル基、炭素数7〜20のアラルキル基、シアノ基を有する炭素数2〜11のアルキル基、水酸基を有する炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数2〜11のアミド基、炭素数1〜10のアルキルチオ基、炭素数1〜10のアシル基、炭素数2〜11のエステル基、炭素数6〜20のアリール基、電子供与性基及び/又は電子吸引性基が置換した炭素数6〜20のアリール基、電子供与性基及び/又は電子吸引性基が置換したベンジル基、シアノ基、メチルチオ基、ニトロ基であることが好ましい。
また、R、R、R、及びRとしては、それらの2つ以上が結合して、R、R、R、及びRが結合しているベンゼン環の原子を共有してナフタレン、アントラセン、フェナントレン、インデン等の縮合環を形成している場合も、吸収波長が長波長化する点から好ましい。
より好ましくは、R、R、R、及びRの全てが水素原子であるか、又はR、R、R、及びRのいずれか1つがニトロ基であり、残り3つが水素原子である。
上記式(1)中、R10は、水素原子又は有機基を示す。
10における有機基としては、R及びRにおいて例示したものが挙げられる。この有機基は、R及びRの場合と同様に、該有機基中にヘテロ原子等の炭化水素基以外の結合や置換基を含んでいてもよい。また、この有機基は、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれでもよい。
上記式(1)で表される化合物は、ベンゼン環のパラ位に−OR10基を有するため、有機溶剤への溶解性が良好である。
以上の中でも、R10としては、水素原子、又は炭素数1〜12のアルキル基であることが好ましく、メチル基であることがより好ましい。
上記式(1)で表される化合物のうち、特に好ましい具体例としては、下記式で表される化合物が挙げられる。
Figure 2013148857
Figure 2013148857
Figure 2013148857
Figure 2013148857
このような上記式(1)で表される化合物は、有機溶剤への溶解性が良好であり、感光性樹脂組成物に含有させた際に良好な微小パターニング特性を得ることが可能である。
なお、この化合物は、後述する実施例のようにして合成することができる。
<アルカリ可溶性不飽和樹脂>
本発明の感光性樹脂組成物に含まれる有機結合材としてのアルカリ可溶性不飽和樹脂は、結果的に本願請求項に記載される化合物と同様の化学構造を持っているものであれば、本願発明の目的及び効果を達するので、その製造方法については特に限定されないが、例えば、下記の[A−1]又は[A−2]を挙げることができる。
[A−1]分子内に少なくとも2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物(a)と、不飽和基含有カルボン酸(b)との反応物を、更にイソシアネート基を有する化合物(c)と反応させることにより得られるアルカリ可溶性不飽和樹脂。このアルカリ可溶性不飽和樹脂は、エポキシ化合物(a)と不飽和基含有カルボン酸(b)との反応物の水酸基にイソシアネート基を有する化合物(c)を付加させた後、酸価の調整のために更に多塩基酸無水物(d)を付加させたものであることが好ましい。また、エポキシ化合物(a)と不飽和基含有カルボン酸(b)との反応物のイソシアネート化合物(c)付加物に、多塩基酸無水物(d)を付加させた後、更に、生成したカルボキシル基の一部にエポキシ基含有化合物(e)を付加させたものであってもよい。
[A−2]分子内に少なくとも2個以上のフェノール性水酸基を有するフェノール性水酸基含有化合物(f)と、不飽和基含有エポキシ化合物(g)との反応物を、更にイソシアネート基を有する化合物(c)と反応させることにより得られるアルカリ可溶性不飽和樹脂。このアルカリ可溶性不飽和樹脂は、フェノール性水酸基含有化合物(f)と不飽和基含有エポキシ化合物(g)との反応物の水酸基にイソシアネート基を有する化合物(c)を付加させた後、酸価の調整のために更に多塩基酸無水物(d)を付加させたものであることが好ましい。また、フェノール性水酸基含有化合物(f)と不飽和基含有エポキシ化合物(g)との反応物のイソシアネート化合物(c)付加物に、多塩基酸無水物(d)を付加させた後、更に、生成したカルボキシル基の一部にエポキシ基含有化合物(e)を付加させたものであってもよい。
本発明の感光性樹脂組成物は、有機結合材として、上記[A−1]又は[A−2]のアルカリ可溶性不飽和樹脂の少なくとも1種を含有するものであればよく、[A−1]のアルカリ可溶性不飽和樹脂の2種以上、[A−2]のアルカリ可溶性不飽和樹脂の2種以上、或いは、[A−1]のアルカリ可溶性不飽和樹脂の1種以上と[A−2]のアルカリ可溶性不飽和樹脂の1種以上とを含有するものであってもよい。
(分子内に少なくとも2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物(a))
エポキシ化合物(a)は分子内に少なくとも2個以上のエポキシ基を有するものであれば特に限定はないが、例えば下記一般式(I−a)で表されるエポキシ化合物が挙げられる。
Figure 2013148857
[式(I−a)中、Xは、下記式(II)で表される。
Figure 2013148857
(式(II)中、R11〜R26は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、又は置換基を有していてもよいフェニル基を示し、R11とR12、R13とR14がそれぞれ共にアルキル基の場合は互いに連結して環を形成していてもよい。nは0又は1である。)]
上記一般式(I−a)において、X部位の分子量が小さすぎると、アルカリ現像液への溶解性が速すぎるため、特に樹脂ブラックマトリックスにおいては、露光部においても現像液の浸透が生じ、密着性が悪化する。また、X部位の分子量が大きすぎると、アルカリ現像液への溶解性が遅すぎるため、タクトタイムの延長等で生産性が悪化する。X部分の分子量は、好ましくは200以上、より好ましくは220以上、更に好ましくは280以上、特に好ましくは300以上、とりわけ好ましくは330以上であり、好ましくは430以下、より好ましくは410以下、更に好ましくは380以下である。以下において、上記一般式(I−a)で表されるエポキシ化合物であって、分子量200〜430のエポキシ化合物を「エポキシ化合物(a−1)」と称す場合がある。
なお、上記一般式(I−a)において、R11〜R26のアルキル基は、直鎖アルキル基、分岐アルキル基、シクロアルキル基のいずれであってもよく、アルキル基が直鎖又は分岐の場合、好ましい炭素数は1〜10であり、シクロアルキル基の場合、好ましい炭素数は5〜10である。
また、R11とR12、R13とR14とが連結して形成する環としては、炭素数5〜15のシクロアルカン環、或いはアダマンタン環が挙げられる。なお、R11とR12、R13とR14とが連結して形成される環は、任意の箇所に任意の数の置換基を有してもよく、その置換基としては炭素数1〜5のアルキル基が挙げられる。
上記一般式(I−a)におけるXは、好ましくは下記一般式(IIA)、(IIB)又は(IIC)で表される。
Figure 2013148857
(一般式(IIA)〜(IIC)において、R11〜R26及びnは上記一般式(II)におけると同義である。)
上記一般式(IIA)はまた、好ましくは下記一般式(IIAa)又は(IIab)で表される。
Figure 2013148857
(式中、R11,R12は前記一般式(II)におけると同義である。)
上記条件を満たす、X部位の具体例としては、下記構造が挙げられるが、何ら以下のものに限定されるものではない。
Figure 2013148857
Figure 2013148857
Figure 2013148857
Figure 2013148857
Figure 2013148857
(R51,R52はそれぞれ独立に、置換基を有していてもよいアルキレン基、又は置換基を有していてもよいアリーレン基を示し、j,kはそれぞれ独立に0〜10の整数を示す。)
なお、上記例示構造のうち、(X−1)〜(X−12),(X−40)〜(X−43)は、上記一般式(I−a)におけるXが上記一般式(IIAa)又は(IIAb)で表されるものの具体例であるが、これらのうち、特に(X−1),(X−2),(X−40),及び(X−41)で表される構造のものが好ましい。
本発明で用いるエポキシ化合物(a)は、上記一般式(I−a)で表されるエポキシ化合物で、Xの分子量が200未満、又は480を超えるエポキシ化合物(以下「エポキシ化合物(a−2)」と称す場合がある。)であってもよく、また、このようなエポキシ化合物(a−2)をエポキシ化合物(a−1)と併用してもよい。このエポキシ化合物(a−2)としては、特に上記一般式(I−a)において、Xが下記一般式(IID)又は(IIE)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2013148857
(一般式(IID),(IIE)において、R11,R12は上記一般式(II)におけると同義であり、R17〜R34はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を有していてもよい炭素数1〜3のアルキル基を示す。)
また、上記エポキシ化合物(a−2)の中では、Xが下記一般式(IIDa)で表される化合物が特に好ましい。
Figure 2013148857
(一般式(IIDa)において、R11,R12は上記一般式(II)におけると同義であり、R27,R31はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を有していてもよい炭素数1〜3のアルキル基を示す。)
上記エポキシ化合物(a−2)とエポキシ化合物(a−1)とを併用する場合、エポキシ化合物(a−1)に対して、エポキシ化合物(a−2)を通常20質量%以下、好ましくは15質量%以下併用することが好ましい。
上記一般式(I−a)で表されるエポキシ化合物は、例えば下記一般式(IV)で表される化合物と、エピクロルヒドリン、エピブロムヒドリン等のエピハロヒドリンとを、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物の存在下に20〜120℃の温度で1〜10時間反応させることにより得ることができる。
HO−X−OH ・・・(IV)
(一般式(IV)中、Xは一般式(I−a)におけるものと同じ意味を表す。)
上記一般式(I−a)で表されるエポキシ化合物を得る反応において、アルカリ金属水酸化物はその水溶液を使用してもよく、その場合に該アルカリ金属水酸化物の水溶液を連続的に反応系内に添加すると共に減圧下、又は常圧下連続的に水及びエピハロヒドリンを留出させ、更に分液し、水は除去しエピハロヒドリンは反応系内に連続的に戻す方法であってもよい。
また、上記一般式(IV)で表される化合物とエピハロヒドリンの溶解混合物にテトラメチルアンモニウムクロライド、テトラメチルアンモニウムブロマイド、トリメチルベンジルアンモニウムクロライド等の4級アンモニウム塩を触媒として添加し、50〜150℃で1〜5時間反応させて得られる、一般式(IV)で表される化合物のハロヒドリンエーテル化物に、アルカリ金属水酸化物の固体又は水溶液を加え、再び20〜120℃の温度で1〜10時間反応させて脱ハロゲン化水素(閉環)させる方法でもよい。
このような反応において使用されるエピハロヒドリンの量は一般式(IV)で表される化合物の水酸基1当量に対し通常1モル以上、好ましくは2モル以上で、通常30モル以下、好ましくは20モル以下である。また、アルカリ金属水酸化物の使用量は一般式(IV)で表される化合物の水酸基1当量に対し通常0.8モル以上、好ましくは0.9モル以上で、通常15モル以下、好ましくは11モル以下である。
更に、反応を円滑に進行させるためにメタノール、エタノール等のアルコール類の他、ジメチルスルホン、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性極性溶媒等を添加して反応を行ってもよい。アルコール類を使用する場合、その使用量はエピハロヒドリンの量に対し、通常2質量%以上、好ましくは4質量%以上で、通常20質量%以下、好ましくは15質量%以下である。また、非プロトン性極性溶媒を用いる場合、その使用量はエピハロヒドリンの量に対し通常5質量%以上、好ましくは10質量%以上で、通常100質量%以下、好ましくは90質量%以下である。
これらのエポキシ化反応の反応物を水洗後、又は水洗無しに加熱減圧下、110〜250℃、圧力1.3kPa(10mmHg)以下でエピハロヒドリンや他の添加溶媒等を除去する。また、更に加水分解性ハロゲンの少ないエポキシ樹脂とするために、得られたエポキシ樹脂を再びトルエン、メチルイソブチルケトン等の溶剤に溶解し、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物の水溶液を加えて反応を行い、閉環を確実なものにすることもできる。この場合、アルカリ金属水酸化物の使用量はエポキシ化に使用した一般式(IV)で表される化合物の水酸基1当量に対して好ましくは0.01モル以上、特に好ましくは0.05モル以上で、好ましくは0.3モル以下、特に好ましくは0.2モル以下である。反応温度は50〜120℃、反応時間は通常0.5〜2時間である。
反応終了後、生成した塩を濾過、水洗等により除去し、更に、加熱減圧下トルエン、メチルイソブチルケトン等の溶剤を留去することにより、前記一般式(I−a)で表されるエポキシ化合物が得られる。
本発明において用いるエポキシ化合物(a)は、上記一般式(I−a)で表されるエポキシ化合物に何ら限定されず、その具体例としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(例えば、油化シェルエポキシ(株)製「エピコート828」、「エピコート1001」、「エピコート1002」、「エピコート1004」等)、ビスフェノールA型エポキシ樹脂のアルコール性水酸基とエピクロルヒドリンの反応により得られるエポキシ樹脂(例えば、日本化薬(株)製「NER−1302」(エポキシ当量323,軟化点76℃))、ビスフェノールF型樹脂(例えば、油化シェルエポキシ(株)製「エピコート807」、「EP−4001」、「EP−4002」、「EP−4004等」)、ビスフェノールF型エポキシ樹脂のアルコール性水酸基とエピクロルヒドリンの反応により得られるエポキシ樹脂(例えば、日本化薬(株)製「NER−7406」(エポキシ当量350,軟化点66℃))、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビフェニルグリシジルエーテル(例えば、油化シェルエポキシ(株)製「YX−4000」)、フェノールノボラック型エポキシ樹脂(例えば、日本化薬(株)製「EPPN−201」、油化シェルエポキシ(株)製「EP−152」、「EP−154」、ダウケミカル(株)製「DEN−438」)、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(例えば、日本化薬(株)製「EOCN−102S」、「EOCN−1020」、「EOCN−104S」)、トリグリシジルイソシアヌレート(例えば、日産化学(株)製「TEPIC」)、トリスフェノールメタン型エポキシ樹脂(例えば、日本化薬(株)製「EPPN−501」、「EPN−502」、「EPPN−503」)、フルオレンエポキシ樹脂(例えば、新日鐵化学(株)製カルドエポキシ樹脂「ESF−300」)、脂環式エポキシ樹脂(ダイセル化学工業(株)製「セロキサイド2021P」、「セロキサイドEHPE」)、ジシクロペンタジエンとフェノールの反応によるフェノール樹脂をグリシジル化したジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、日本化薬社製「XD−1000」、大日本インキ社製「EXA−7200」、日本化薬社製「NC−3000」、「NC−7300」)等が挙げられる。
エポキシ化合物(a)の他の例としては共重合型エポキシ樹脂が挙げられる。共重合型エポキシ樹脂としては、例えばグリシジル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロイルメチルシクロヘキセンオキサイド、ビニルシクロヘキセンオキサイド等(以下「共重合型エポキシ樹脂の第1成分」と称す。)とこれら以外の1官能エチレン性不飽和基含有化合物(以下、「共重合型エポキシ樹脂の第2成分」と称す。)、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸、スチレン、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、α−メチルスチレン、グリセリンモノ(メタ)アクリレート、下記一般式(IA)で表される化合物から選ばれる1種又は2種以上、とを反応させて得られた共重合体が挙げられる(なお、本明細書において、「(メタ)アクリレート」、「(メタ)アクリル〜」等は、「アクリレート又はメタクリレート」、「アクリル〜又はメタクリル〜」等を意味するものとし、例えば後述の「(メタ)アクリル酸」は「アクリル酸又はメタクリル酸」を意味するものとする)。
Figure 2013148857
(式中、R31は水素原子又はエチル基、R32は水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を示し、rは2〜10の整数である。)
上記一般式(IA)の化合物としては例えばジエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等のポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、メトキシジエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、メトキシテトラエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、等のアルコキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート等が挙げられる。
上記共重合型エポキシ樹脂の分子量は約1000〜200000が好ましい。また、上記共重合型エポキシ樹脂の第1成分の使用量は、上記共重合型エポキシ樹脂の第2成分に対して好ましくは10質量%以上、特に好ましくは20質量%以上で、好ましくは70質量%以下、特に好ましくは50質量%以下である。
このような共重合型エポキシ樹脂としては、具体的には日本油脂(株)製「CP−15」、「CP−30」、「CP−50」、「CP−20SA」、「CP−510SA」、「CP−50S」、「CP−50M」、「CP−20MA」等が例示される。
上述したようなエポキシ化合物(a)のうち、特に、上記一般式(I−a)で表されるビスフェノール類のジグリシジルエーテル類が好ましく、とりわけ、前記エポキシ化合物(a−1)が好ましい。
なお、エポキシ化合物(a)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。2種以上を併用する場合のエポキシ化合物の組合せとしては、エポキシ基を2個含有するエポキシ化合物と、エポキシ基を3個以上含有するエポキシ化合物の組合せが好ましく、このようなエポキシ化合物の組合せとしては、具体的には一般式(I−a)で表される化合物と日本化薬社製「XD−1000」、大日本インキ社製「EXA−7200」、トリスフェノールメタン型エポキシ化合物との組合せ等が挙げられる。
(不飽和基含有カルボン酸(b))
不飽和基含有カルボン酸(b)としては、エチレン性不飽和二重結合を有する不飽和カルボン酸が挙げられ、具体例としては、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、o−、m−、p−ビニル安息香酸、(メタ)アクリル酸のα位ハロアルキル、アルコキシル、ハロゲン、ニトロ、シアノ置換体等のモノカルボン酸、2−(メタ)アクリロイロキシエチルコハク酸、2−(メタ)アクリロイロキシエチルアジピン酸、2−(メタ)アクリロイロキシエチルフタル酸、2−(メタ)アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2−(メタ)アクリロイロキシエチルマレイン酸、2−(メタ)アクリロイロキシプロピルコハク酸、2−(メタ)アクリロイロキシプロピルアジピン酸、2−(メタ)アクリロイロキシプロピルテトラヒドロフタル酸、2−(メタ)アクリロイロキシプロピルフタル酸、2−(メタ)アクリロイロキシプロピルマレイン酸、2−(メタ)アクリロイロキシブチルコハク酸、2−(メタ)アクリロイロキシブチルアジピン酸、2−(メタ)アクリロイロキシブチルヒドロフタル酸、2−(メタ)アクリロイロキシブチルフタル酸、2−(メタ)アクリロイロキシブチルマレイン酸(メタ)、アクリル酸にε−カプロラクトン、β−プロピオラクトン、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン等のラクトン類を付加させたものである単量体、(メタ)アクリル酸ダイマー、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートと無水コハク酸との反応で生成する化合物、或いは、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートと無水フタル酸との反応で生成する化合物等が挙げられる。
特に好ましいものは、(メタ)アクリル酸である。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
(エポキシ化合物(a)と不飽和基含有カルボン酸(b)との反応)
エポキシ化合物(a)中のエポキシ基と不飽和基含有カルボン酸(b)とを反応させる方法としては公知の手法を用いることができる。例えば、上記エポキシ化合物(a)と不飽和基含有カルボン酸(b)とを、トリエチルアミン、ベンジルメチルアミン等の3級アミン、ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド、テトラメチルアンモニウムクロライド、テトラエチルアンモニウムクロライド、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライド等の4級アンモニウム塩、ピリジン、トリフェニルホスフィン等を触媒として、有機溶剤中、反応温度50〜150℃で数〜数十時間反応させることにより、エポキシ化合物にカルボン酸を付加することができる。
該触媒の使用量は、反応原料混合物(エポキシ化合物(a)と不飽和基含有カルボン酸(b)との合計)に対して好ましくは0.01質量%以上、特に好ましくは0.3質量%以上で、好ましくは10質量%以下、特に好ましくは5質量%以下である。また反応中の重合を防止するために、重合防止剤(例えばメトキノン、ハイドロキノン、メチルハイドロキノン、p−メトキシフェノール、ピロガロール、tert−ブチルカテコール、フェノチアジン等)を使用することが好ましく、その使用量は、反応原料混合物に対して好ましくは0.01質量%以上、特に好ましくは0.1質量%以上で、好ましくは10質量%以下、特に好ましくは5質量%である。
エポキシ化合物(a)のエポキシ基に不飽和基含有カルボン酸(b)を付加させる割合は、通常90〜100モル%である。エポキシ基の残存は保存安定性に悪影響を与えるため、不飽和基含有カルボン酸(b)はエポキシ化合物(a)のエポキシ基1当量に対して、通常0.8当量以上、特に0.9当量以上で、通常1.5当量以下、特に1.1当量以下の割合で反応を行うことが好ましい。
(イソシアネート基を有する化合物(c))
エポキシ化合物(a)と不飽和基含有カルボン酸(b)との反応物の水酸基に付加させるイソシアネート基を有する化合物(c)としては、公知のものが使用できる。この化合物(c)は、イソシアネート基を分子中に1つ有するものでもよいし、イソシアネート基を複数有するポリイソシアネート化合物であってもよい。架橋して分子量の大きな樹脂を得るためには好ましくはポリイソシアネート化合物を用いるのがよい。
イソシアネート基を分子中に1つ有する化合物としては、ブタンイソシアネート、3−クロロベンゼンイソシアネート、4−クロロベンゼンイソシアネート、シクロヘキサンイソシアネート、ベンゼンイソシアネート、3−イソプロペノイル−α,α−ジメチルベンジルイソシアネート、m−トルエンイソシアネート等が挙げられる。
ポリイソシアネート化合物の例としてはパラフェニレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフタレン−1,5−ジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、等の芳香族ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、リジンメチルエステルジイソシアネート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ダイマー酸ジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、ω,ω’−ジイソシネートジメチルシクロヘキサン等の脂環族ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート等の芳香環を有する脂肪族ジイソシアネート、リジンエステルトリイソシアネート、1,6,11−ウンデカントリイソシアネート、1,8−ジイソシアネート−4−イソシアネートメチルオクタン、1,3,6−ヘキサメチレントリイソシアネート、ビシクロヘプタントリイソシアネート、トリス(イソシアネートフェニルメタン)、トリス(イソシアネートフェニル)チオホスフェート等のトリイソシアネート、及びこれらの3量体、水付加物、及びこれらのポリオール付加物等が挙げられる。
これらのうち、好ましいのは有機ジイソシアネートの二、三量体で、最も好ましいのはトリレンジイソシアネートのトリメチロールプロパン付加物、トリレンジイソシアネートの三量体、イソホロンジイソシアネートの三量体である。
イソシアネート基を有する化合物(c)は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
有機ジイソシアネートの三量体の製造方法としては、上記ポリイソシアネート類を適当な三量化触媒、例えば第3級アミン類、ホスフィン類、アルコキシド類、金属酸化物、カルボン酸塩類等を用いてイソシアネート基の部分的な三量化を行い、触媒毒の添加により三量化を停止させた後、未反応のポリイソシアネートを溶剤抽出、薄膜蒸留により除去して目的のイソシアヌレート基含有ポリイソシアネートを得る方法が挙げられる。
(イソシアネート基を有する化合物(c)の付加)
イソシアネート基を有する化合物(c)の付加率は、エポキシ化合物(a)に不飽和基含有カルボン酸(b)を付加させたときに生成される水酸基の、通常10モル%以上、好ましくは20モル%以上、特に好ましくは30モル%以上で、通常95モル%以下、好ましくは90モル%以下である。この付加率が少なすぎると、塗膜にした場合の膜物性が低下するおそれがあり、多いと、得られる樹脂溶液の粘度が増大し、取り扱いが困難となることがある。
上記のエポキシ化合物(a)に、不飽和基含有カルボン酸(b)を付加させた後、イソシアネート基を有する化合物(c)を付加させる方法としては、公知の方法を用いることができる。その反応温度は通常40℃以上、好ましくは50℃以上で、通常150℃以下、好ましくは100℃以下であり、反応時間は通常1〜100時間、好ましくは24時間以内である。反応温度が130℃を超えると、不飽和基の重合が一部起こり、分子量の急激な増大につながり、80℃未満では反応がスムーズに進まないおそれがある。
この付加反応では、触媒を用いてもよく、触媒としては通常のウレタン化反応触媒が用いられる。例えばジブチルチンジラウレート、ジオクチルチンジラウレート、ジブチルチンジオクトエート、スタナスオクトエート等の錫系、鉄アセチルアセトナート、塩化第二鉄等の鉄系、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン等の3級アミン系等が挙げられる。
(多塩基酸無水物(d)の付加)
本発明に係るアルカリ可溶性不飽和樹脂は、エポキシ化合物(a)と不飽和基含有カルボン酸(b)との反応物の水酸基にイソシアネート基を有する化合物(c)を付加させた後、酸価の調整のために更に多塩基酸無水物(d)を付加させたものであることが好ましい。
多塩基酸無水物(d)としては、公知のものが使用でき、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水イタコン酸、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルエンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、無水クロレンド酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸等のジカルボン酸無水物;無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物等のテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。特に、テトラヒドロ無水フタル酸又は無水コハク酸等のジカルボン酸無水物と、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ビフェニルテトラカルボン酸等のテトラカルボン酸二無水物を併用して使用することが、得られる感光性樹脂組成物を成膜した場合に、良好な膜特性を示すため好ましい。テトラカルボン酸二無水物を用いる場合、更に一方の酸無水物部に分子中に活性水素基を有する化合物を付加させて、酸価を調整したり、不飽和基を導入したりしてもよい。上述の分子中に活性水素基を有する化合物のうち、酸価調整用途としてはクエン酸、マリック酸、ヒドロキシピバリック酸等の活性水素基と有機酸基を有するものが挙げられ、また、不飽和基を導入する用途としては、ヒドロキシエチル(メタ)アクリル酸、ヒドロキシブチル(メタ)アクリル酸、2−ヒドロキシメチルアクリル酸メチルエステル、2−ヒドロキシメチルアクリル酸エチルエステル等の不飽和基と活性水素基を有するものが挙げられる。
多塩基酸無水物(d)の付加率は、エポキシ化合物(a)に不飽和基含有カルボン酸(b)を付加させたときに生成される水酸基の、通常5〜90モル%、好ましくは5〜80モル%、より好ましくは5〜70モル%である。この付加率が少なすぎると溶解性が不足したり、基板への密着性が不足することがある。
上記のエポキシ化合物(a)と不飽和基含有カルボン酸(b)との反応物のイソシアネート化合物(c)付加物に、多塩基酸無水物(d)を付加させる方法としては、公知の方法を用いることができる。その反応温度は通常80℃以上、好ましくは90℃以上で、通常130℃以下、好ましくは125℃以下である。反応温度が130℃を超えると、不飽和基の重合が一部起こり、分子量の急激な増大につながり、80℃未満では反応がスムーズに進まず、多塩基酸無水物(d)が残存するおそれがある。
(エポキシ基含有化合物(e)の付加)
本発明におけるアルカリ可溶性不飽和樹脂は、上記のエポキシ化合物(a)と不飽和基含有カルボン酸(b)との反応物のイソシアネート化合物(c)付加物に、多塩基酸無水物(d)を付加させた後、更に、生成したカルボキシル基の一部にエポキシ基含有化合物(e)を付加させたものであってもよい。
この場合、エポキシ基含有化合物(e)としては、光感度を向上させるための、グリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシル(メタ)アクリレートや、重合性不飽和基を有するグリシジルエーテル化合物等や、現像性を向上させるための、重合性不飽和基を有さないグリシジルエーテル化合物等を用いることができ、この両者を併用してもよい。重合性不飽和基を有さないグリシジルエーテル化合物の具体例としてはフェニル基やアルキル基を有するグリシジルエーテル化合物(ナガセ化成工業(株)製「デナコールEX−111」、「デナコールEX−121」、「デナコールEX−141」、「デナコールEX−145」、「デナコールEX−146」、「デナコールEX−171」、「デナコールEX−192」)等がある。
(分子内に少なくとも2個以上のフェノール性水酸基を有するフェノール性水酸基含有化合物(f))
フェノール性水酸基含有化合物(f)は分子内に少なくとも2個以上のフェノール性水酸基を有するものであれば特に限定はないが、例えば下記一般式(I−f)で表されるフェノール性水酸基含有化合物が挙げられる。
Figure 2013148857
[式(I−f)中、Xは、下記式(II)で表される。
Figure 2013148857
(式(II)中、R11〜R26は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、又は置換基を有していてもよいフェニル基を示し、R11とR12、R13とR14がそれぞれ共にアルキル基の場合は互いに連結して環を形成していてもよい。nは0又は1である。)]
上記一般式(I−f)において、Xは、上記一般式(I−a)におけるXと同義であり、その好ましい構造等についても前述の一般式(I−a)の説明において記載した通りである。
(不飽和基含有エポキシ化合物(g))
不飽和基含有エポキシ化合物(g)はエチレン性不飽和二重結合を有し、分子内にエポキシ基を有するものであれば特に限定はないが、エポキシ基を有するアクリレート類が好ましく、具体的には例えばグリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
(フェノール性水酸基含有化合物(f)と不飽和基含有エポキシ化合物(g)との反応)
フェノール性水酸基含有化合物(f)と不飽和基含有エポキシ化合物(g)とを反応させる方法としては公知の手法を用いることができる。例えば、上記のフェノール性水酸基含有化合物(f)と不飽和基含有エポキシ化合物(g)とをトリエチルアミン、ベンジルメチルアミン等の3級アミン、ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド、テトラメチルアンモニウムクロライド、テトラエチルアンモニウムクロライド、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライド等の4級アンモニウム塩、ピリジン、トリフェニルホスフィン等を触媒として、有機溶剤中、反応温度50〜150℃で数〜数十時間反応させることにより、フェノール性水酸基含有化合物(f)に不飽和基含有エポキシ化合物(g)を付加することができる。
該触媒の使用量は、反応原料混合物(フェノール性水酸基含有化合物(f)と不飽和基含有エポキシ化合物(g)との合計)に対して好ましくは0.01質量%以上、特に好ましくは0.3質量%以上で、好ましくは10質量%以下、特に好ましくは5質量%以下である。また反応中の重合を防止するために、重合防止剤(例えばメトキノン、ハイドロキノン、メチルハイドロキノン、p−メトキシフェノール、ピロガロール、tert−ブチルカテコール、フェノチアジン等)を使用することが好ましく、その使用量は、反応原料混合物に対して好ましくは0.01質量%以上、特に好ましくは0.1質量%以上で、好ましくは10質量%以下、特に好ましくは5質量%である。
フェノール性水酸基含有化合物(f)に対して反応させる不飽和基含有エポキシ化合物(g)の割合は、通常90〜120モル%である。エポキシ基の残存は保存安定性に悪影響を与えるため、フェノール性水酸基含有化合物(f)は不飽和基含有エポキシ化合物(g)のエポキシ基1当量に対して、通常0.8当量以上、特に0.9当量以上で、通常1.5当量以下、特に1.2当量以下の割合で反応を行うことが好ましい。
(イソシアネート基を有する化合物(c)の付加、多塩基酸無水物(d)の付加、エポキシ基含有化合物(e)の付加)
フェノール性水酸基含有化合物(f)と不飽和基含有エポキシ化合物(g)との反応物へのイソシアネート基を有する化合物(c)の付加、更には多塩基酸無水物(d)の付加、エポキシ基含有化合物(e)の付加はそれぞれ、上記の、分子内に少なくとも2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物(a)と不飽和基含有カルボン酸(b)との反応物へのイソシアネート基を有する化合物(c)の付加、多塩基酸無水物(d)の付加、エポキシ基含有化合物(e)の付加と同様の方法で行うことができる。
(アルカリ可溶性不飽和樹脂の物性)
上述のようにして得られる本発明におけるアルカリ可溶性不飽和樹脂のGPCで測定したポリスチレン換算質量平均分子量(Mw)は通常700以上、好ましくは1000以上であり、通常50000以下、好ましくは30000以下である。このアルカリ可溶性不飽和樹脂の質量平均分子量が小さすぎると、耐熱性、膜強度に劣り、大きすぎると現像液に対する溶解性が不足するため好ましくない。
また、本発明におけるアルカリ可溶性不飽和樹脂の酸価(mg−KOH/g)は、通常10以上、好ましくは30以上であり、通常200以下、好ましくは150以下である。アルカリ可溶性不飽和樹脂の酸価が低すぎると十分な溶解性が得られず、酸価が高すぎると硬化性が不足し、表面性が悪化する。
<光重合開始剤>
本発明の感光性樹脂組成物は、更に光重合開始剤を含有していてもよい。
本発明に用いられる光重合開始剤は、活性光線によりエチレン性不飽和基を重合させる化合物であれば特に限定されないが、本発明の感光性樹脂組成物が、重合可能な基を有する化合物としてエチレン性化合物を含む場合には、光を直接吸収するか光増感されて、分解反応又は水素引き抜き反応を起こし、重合活性ラジカルを発生する機能を有する光重合開始剤を使用するのが好ましい。
本発明で用いることができる光重合開始剤の具体的な例を以下に列挙する。2−(4−メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4−メトキシナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4−エトキシナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4−エトキシカルボニルナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン等のハロメチル化トリアジン誘導体;2−トリクロロメチル−5−(2’−ベンゾフリル)−1,3,4−オキサジアゾール、2−トリクロロメチル−5−〔β−(2’−ベンゾフリル)ビニル〕−1,3,4−オキサジアゾール、−トリクロロメチル−5−〔β−(2’−(6’’−ベンゾフリル)ビニル)〕−1,3,4−オキサジアゾール、2−トリクロロメチル−5一フリル−1,3,4−オキサジアゾール等のハロメチル化オキサジアゾール誘導体;2−(2’−クロロフェニル)−4,5−ジフェニルイミダソール2量体、2−(2’−クロロフェニル)−4,5−ビス(3’−メトキシフェニル)イミダゾール2量体、2−(2’−フルオロフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール2量体、2−(2’−メトキシフエニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール2量体、(4’−メトキシフエニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール2量体等のイミダゾール誘導体;ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインフェニルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル等のベンゾインアルキルエーテル類;2−メチルアントラキノン、2−エチルアントラキノン、2−t−ブチルアントラキノン、1−クロロアントラキノン等のアントラキノン誘導体;ベンゾフェノン、ミヒラーズケトン、2−メチルベンゾフェノン、3−メチルベンゾフェノン、4−メチルベンゾフェノン、2−クロロベンゾフェノン、4−ブロモベンゾフェノン、2−カルボキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン誘導体;2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、2,2−ジエトキシアセトフェノン、1−ヒドロキシシクロへキシルフェニルケトン、α−ヒドロキシ−2−メチルフェニルプロパノン、1−ヒドロキシ−1−メチルエチル−(p−イソプロピルフェニル)ケトン、1−ヒドロキシ−1−(p−ドデシルフェニル)ケトン、2−メチル−(4’−(メチルチオ)フェニル)−2−モルホリノ−1−プロパノン、1,1,1−トリクロロメチル−(p−ブチルフェニル)ケトン等のアセトフェノン誘導体;チオキサントン、2−エチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、2−クロロチオキサントン、2,4−ジメチルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2,4−ジイソプロピルチオキサントン等のチオキサントン誘導体;p−ジメチルアミノ安息香酸エチル、p−ジエチルアミノ安息香酸エチル等の安息香酸エステル誘導体;9−フェニルアクリジン、9−(p−メトキシフェニル)アクリジン等のアクリジン誘導体;9,10−ジメチルベンズフェナジン等のフェナジン誘導体;ベンズアンスロン等のアンスロン誘導体;ジシクロペンタジエニル−Ti−ジクロライド、ジシクロペンタジエニル−Ti−ビスフェニル、ジシクロペンタジエニル−Ti−ビス−2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニル−1−イル、ジシクロペンタジエニル−Ti−ビス−2,3,5,6−テトラフルオロフェニル−1−イル、ジシクロペンタジエニル−Ti−ビス−2,4,6−トリフルオロフェニ−1−イル、ジシクロペンタジエニル−Ti−2,6−ジプルオロフェニ−1−イル、ジシクロペンタジエニル−Ti−2,4−ジフルオロフエニ−1−イル、ジメチルシクロペンタジエニル−Ti−ビス−2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニ−1−イル、ジメチルシクロペンタジエニル−Ti−ビス−2,6−ジフルオロフェニ−1−イル、ジシクロペンタジェニル−Ti−2,6−ジフルオロ−3−(ピル−1−イル)−フェニ−1−イル等のチタノセン誘導体。更には、特開2000−80068号公報に記載されているオキシム系開始剤も特に好適に使用できる。
この他、本発明で用いることができる光重合開始剤は、ファインケミカル、1991年3月1日号、Vol.20、No.4,P.16〜P26や、特開昭59−152396号公報、特開昭61−151197号公報、特公昭45−37377号公報、特開昭58−40302号公報、特開平10−39503号公報にも記載されている。
<色材>
本発明の感光性樹脂組成物は、更に色材を含有する感光性着色樹脂組成物であってもよい。
色材としては、染顔料が使用できるが、耐熱性、耐光性等の点から顔料が好ましい。顔料としては青色顔料、緑色顔料、赤色顔料、黄色顔料、紫色顔料、オレンジ顔料、ブラウン顔料、黒色顔料等各種の色の顔料を使用することができる。また、その構造としてはアゾ系、フタロシアニン系、キナクリドン系、ベンズイミダゾロン系、イソインドリノン系、ジオキサジン系、インダンスレン系、ペリレン系等の有機顔料の他に種々の無機顔料等も利用可能である。以下に、使用できる顔料の具体例をピグメントナンバーで示す。なお、以下に挙げる「C.I.ピグメントレッド2」等の用語は、カラーインデックス(C.I.)を意味する。
赤色顔料としては、C.I.ピグメントレッド1、2、3、4、5、6、7、8、9、12、14、15、16、17、21、22、23、31、32、37、38、41、47、48、48:1、48:2、48:3、48:4、49、49:1、49:2、50:1、52:1、52:2、53、53:1、53:2、53:3、57、57:1、57:2、58:4、60、63、63:1、63:2、64、64:1、68、69、81、81:1、81:2、81:3、81:4、83、88、90:1、101、101:1、104、108、108:1、109、112、113、114、122、123、144、146、147、149、151、166、168、169、170、172、173、174、175、176、177、178、179、181、184、185、187、188、190、193、194、200、202、206、207、208、209、210、214、216、220、221、224、230、231、232、233、235、236、237、238、239、242、243、245、247、249、250、251、253、254、255、256、257、258、259、260、262、263、264、265、266、267、268、269、270、271、272、273、274、275、276を挙げることができる。この中でも、好ましくはC.I.ピグメントレッド48:1、122、168、177、202、206、207、209、224、242、254、更に好ましくはC.I.ピグメントレッド177、209、224、254を挙げることができる。
青色顔料としては、C.I.ピグメントブルー1、1:2、9、14、15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6、16、17、19、25、27、28、29、33、35、36、56、56:1、60、61、61:1、62、63、66、67、68、71、72、73、74、75、76、78、79を挙げることができる。この中でも、好ましくはC.I.ピグメントブルー15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6、更に好ましくはC.I.ピグメントブルー15:6を挙げることができる。
緑色顔料としては、C.I.ピグメントグリーン1、2、4、7、8、10、13、14、15、17、18、19、26、36、45、48、50、51、54、55を挙げることができる。この中でも、好ましくはC.I.ピグメントグリーン7、36を挙げることができる。
黄色顔料としては、C.I.ピグメントイエロー1、1:1、2、3、4、5、6、9、10、12、13、14、16、17、24、31、32、34、35、35:1、36、36:1、37、37:1、40、41、42、43、48、53、55、61、62、62:1、63、65、73、74、75,81、83、87、93、94、95、97、100、101、104、105、108、109、110、111、116、117、119、120、126、127、127:1、128、129、133、134、136、138、139、142、147、148、150、151、153、154、155、157、158、159、160、161、162、163、164、165、166、167、168、169、170、172、173、174、175、176、180、181、182、183、184、185、188、189、190、191、191:1、192、193、194、195、196、197、198、199、200、202、203、204、205、206、207、208を挙げることができる。この中でも、好ましくはC.I.ピグメントイエロー83、117、129、138、139、150、154、155、180、185、更に好ましくはC.I.ピグメントイエロー83、138、139、150、180を挙げることができる。
オレンジ顔料としては、C.I.ピグメントオレンジ1、2、5、13、16、17、19、20、21、22、23、24、34、36、38、39、43、46、48、49、61、62、64、65、67、68、69、70、71、72、73、74、75、77、78、79を挙げることができる。この中でも、好ましくは、C.I.ピグメントオレンジ38、71を挙げることができる。
紫色顔料としては、C.I.ピグメントバイオレット1、1:1、2、2:2、3、3:1、3:3、5、5:1、14、15、16、19、23、25、27、29、31、32、37、39、42、44、47、49、50を挙げることができる。この中でも、好ましくはC.I.ピグメントバイオレット19、23、更に好ましくはC.I.ピグメントバイオレット23を挙げることができる。
また、本発明の感光性樹脂組成物が、カラーフィルタの樹脂ブラックマトリックス用感光性着色樹脂組成物である場合、色材としては、黒色の色材を用いることができる。黒色色材は、黒色色材を単独でもよく、又は赤、緑、青等の混合によるものでもよい。また、これら色材は無機又は有機の顔料、染料の中から適宜選択することができる。無機、有機顔料の場合には平均粒径1μm以下、好ましくは0.5μm以下に分散して用いるのが好ましい。
黒色色材を調製するために混合使用可能な色材としては、ビクトリアピュアブルー(42595)、オーラミンO(41000)、カチロンブリリアントフラビン(ベーシック13)、ローダミン6GCP(45160)、ローダミンB(45170)、サフラニンOK70:100(50240)、エリオグラウシンX(42080)、No.120/リオノールイエロー(21090)、リオノールイエローGRO(21090)、シムラーファーストイエロー8GF(21105)、ベンジジンイエロー4T−564D(21095)、シムラーファーストレッド4015(12355)、リオノールレッド7B4401(15850)、ファーストゲンブルーTGR−L(74160)、リオノールブルーSM(26150)、リオノールブルーES(ピグメントブルー15:6)、リオノーゲンレッドGD(ピグメントレッド168)、リオノールグリーン2YS(ピグメントグリーン36)等が挙げられる(なお、上記の( )内の数字は、カラーインデックス(C.I.)を意味する)。
また、更に他の混合使用可能な顔料についてC.I.ナンバーにて示すと、例えば、C.I.黄色顔料20、24、86、93、109、110、117、125、137、138、147、148、153、154、166、C.I.オレンジ顔料36、43、51、55、59、61、C.I.赤色顔料9、97、122、123、149、168、177、180、192、215、216、217、220、223、224、226、227、228、240、C.I.バイオレット顔料19、23、29、30、37、40、50、C.I.青色顔料15、15:1、15:4、22、60、64、C.I.緑色顔料7、C.I.ブラウン顔料23、25、26等を挙げることができる。
また、単独使用可能な黒色色材としては、カーボンブラック、アセチレンブラック、ランプブラック、ボーンブラック、黒鉛、鉄黒、アニリンブラック、シアニンブラック、チタンブラック等が挙げられる。
これらの中で、特にカーボンブラック、チタンブラックが遮光率、画像特性の観点から好ましい。カーボンブラックの例としては、以下のようなカーボンブラックが挙げられる。
三菱化学社製:MA7、MA8、MA11、MA100、MA100R、MA220、MA230、MA600、#5、#10、#20、#25、#30、#32、#33、#40、#44、#45、#47、#50、#52、#55、#650、#750、#850、#950、#960、#970、#980、#990、#1000、#2200、#2300、#2350、#2400、#2600、#3050、#3150、#3250、#3600、#3750、#3950、#4000、#4010、OIL7B、OIL9B、OIL11B、OIL30B、OIL31B
デグサ社製:Printex3、Printex3OP、Printex30、Printex30OP、Printex40、Printex45、Printex55、Printex60、Printex75、Printex80、Printex85、Printex90、Printex A、Printex L、Printex G、Printex P、Printex U、Printex V、PrintexG、SpecialBlack550、SpecialBlack350、SpecialBlack250、SpecialBlack100、SpecialBlack6、SpecialBlack5、SpecialBlack4、Color Black FW1、Color Black FW2、Color Black FW2V、Color Black FW18、Color Black FW18、Color Black FW200、Color Black S160、Color Black S170
キャボット社製:Monarch120、Monarch280、Monarch460、Monarch800、Monarch880、Monarch900、Monarch1000、Monarch1100、Monarch1300、Monarch1400、Monarch4630、REGAL99、REGAL99R、REGAL415、REGAL415R、REGAL250、REGAL250R、REGAL330、REGAL400R、REGAL55R0、REGAL660R、BLACK PEARLS480、PEARLS130、VULCAN XC72R、ELFTEX−8
コロンビヤン カーボン社製:RAVEN11、RAVEN14、RAVEN15、RAVEN16、RAVEN22RAVEN30、RAVEN35、RAVEN40、RAVEN410、RAVEN420、RAVEN450、RAVEN500、RAVEN780、RAVEN850、RAVEN890H、RAVEN1000、RAVEN1020、RAVEN1040、RAVEN1060U、RAVEN1080U、RAVEN1170、RAVEN1190U、RAVEN1250、RAVEN1500、RAVEN2000、RAVEN2500U、RAVEN3500、RAVEN5000、RAVEN5250、RAVEN5750、RAVEN7000
チタンブラックの作製方法としては、二酸化チタンと金属チタンの混合体を還元雰囲気下で加熱し還元させる方法(特開昭49−5432号公報)、四塩化チタンの高温加水分解で得られた超微細二酸化チタンを水素を含む還元雰囲気中で還元する方法(特開昭57−205322号公報)、二酸化チタン又は水酸化チタンをアンモニア存在下で高温還元する方法(特開昭60−65069号公報、特開昭61−201610号公報)、二酸化チタン又は水酸化チタンにバナジウム化合物を付着させ、アンモニア存在下で高温還元する方法(特開昭61−201610号公報)、等があるが、これらに限定されるものではない。
チタンブラックの市販品の例としては、三菱マテリアル社製チタンブラック10S、12S、13R、13M、13M−C等が挙げられる。
他の黒色顔料の例としては、チタンブラック、アニリンブラック、酸化鉄系黒色顔料、及び、赤色、緑色、青色の三色の有機顔料を混合して黒色顔料として用いることができる。
また、顔料として、硫酸バリウム、硫酸鉛、酸化チタン、黄色鉛、ベンガラ、酸化クロム等を用いることもできる。
これら各種の顔料は、複数種を併用することもできる。例えば、色度の調整のために、顔料として、緑色顔料と黄色顔料とを併用したり、青色顔料と紫色顔料とを併用したりすることができる。
なお、これらの顔料の平均粒径は通常1μm、好ましくは0.5μm以下、更に好ましくは0.25μm以下である。また、色材として使用できる染料としては、アゾ系染料、アントラキノン系染料、フタロシアニン系染料、キノンイミン系染料、キノリン系染料、ニトロ系染料、カルボニル系染料、メチン系染料等が挙げられる。
アゾ系染料としては、例えば、C.I.アシッドイエロー11,C.I.アシッドオレンジ7,C.I.アシッドレッド37,C.I.アシッドレッド180,C.I.アシッドブルー29,C.I.ダイレクトレッド28,C.I.ダイレクトレッド83,C.I.ダイレクトイエロー12,C.I.ダイレクトオレンジ26,C.I.ダイレクトグリーン28,C.I.ダイレクトグリーン59,C.I.リアクティブイエロー2,C.I.リアクティブレッド17,C.I.リアクティブレッド120,C.I.リアクティブブラック5,C.I.ディスパースオレンジ5,C.I.ディスパースレッド58,C.I.ディスパースブルー165,C.I.ベーシックブルー41,C.I.ベーシックレッド18,C.I.モルダントレッド7,C.I.モルダントイエロー5,C.I.モルダントブラック7等が挙げられる。
アントラキノン系染料としては、例えば、C.I.バットブルー4,C.I.アシッドブルー40,C.I.アシッドグリーン25,C.I.リアクティブブルー19,C.I.リアクティブブルー49,C.I.ディスパースレッド60,C.I.ディスパースブルー56,C.I.ディスパースブルー60等が挙げられる。
この他、フタロシアニン系染料として、例えば、C.I.パッドブルー5等が、キノンイミン系染料として、例えば、C.I.ベーシックブルー3,C.I.ベーシックブルー9等が、キノリン系染料として、例えば、C.I.ソルベントイエロー33,C.I.アシッドイエロー3,C.I.ディスパースイエロー64等が、ニトロ系染料として、例えば、C.I.アシッドイエロー1,C.I.アシッドオレンジ3,C.I.ディスパースイエロー42等が挙げられる。
<分散剤>
本発明の感光性樹脂組成物が、色材を含有する感光性着色樹脂組成物である場合、この感光性着色樹脂組成物は、更に分散剤を含有するものであってもよい。
本発明に用いられる分散剤としては、窒素原子含有分散剤が好ましい。窒素原子含有分散剤としては、通常、界面活性剤、高分子分散剤等が使用されるが、特に高分子分散剤が好適である。高分子分散剤としては、
[1]ウレタン系分散剤
[2]窒素原子を含有するグラフト共重合体
[3]側鎖に4級アンモニウム塩基を有するAブロックと、4級アンモニウム塩基を有さないBブロックとからなる、A−Bブロック共重合体及び/又はB−A−Bブロック共重合体
の少なくともいずれか1つを含有することが好ましい。分散剤は、1種を単独で使用しても、2種類以上を混合して使用してもよい。
本発明では、これらの窒素原子含有分散剤と、上述した特定のアルカリ可溶性不飽和樹脂とを組み合わせて使用することによって、分散安定性を保ちつつ、感光性着色樹脂組成物により形成される塗膜と基板との現像時の高い密着性、及び未溶解物の残存抑制を達成することができる。
窒素原子含有分散剤中の窒素原子の形態としては、アミノ基、4級アンモニウム塩等が好ましい。これらの官能基は、通常、塩基性を有するため顔料及び顔料誘導体等の酸性基と配位しやすく、その結果、分散安定化に寄与するためである。分散剤のアミン価は、通常2mg−KOH/g以上、好ましくは3mg−KOH/g以上で、通常100mg−KOH/g以下、好ましくは80mg−KOH/g以下である。アミン価が低すぎる場合は塩基性が不十分で分散安定性に乏しく、アミン価が高すぎる場合は液晶表示装置に用いた場合液晶の電圧保持率を低下させ、その結果、表示不良を起こしやすくなり好ましくない。
次に、好ましい分散剤について、詳細に説明する。
[1]ウレタン系分散剤
ウレタン系分散剤としては、(1)ポリイソシアネート化合物、(2)同一分子内に水酸基を1個又は2個有する化合物、(3)同一分子内に活性水素と3級アミノ基を有する化合物とを反応させることによって得られる分散樹脂であることが好ましい。
(1)ポリイソシアネート化合物
上記ポリイソシアネート化合物の例としてはパラフェニレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフタレン−1,5−ジイソシアネート、トリジンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、リジンメチルエステルジイソシアネート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ダイマー酸ジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、ω,ω’−ジイソシネートジメチルシクロヘキサン等の脂環族ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート等の芳香環を有する脂肪族ジイソシアネート、リジンエステルトリイソシアネート、1,6,11−ウンデカントリイソシアネート、1,8−ジイソシアネート−4−イソシアネートメチルオクタン、1,3,6−ヘキサメチレントリイソシアネート、ビシクロヘプタントリイソシアネート、トリス(イソシアネートフェニルメタン)、トリス(イソシアネートフェニル)チオホスフェート等のトリイソシアネート、及びこれらの3量体、水付加物、及びこれらのポリオール付加物等が挙げられる。ポリイソシアネートとして好ましいのは有機ジイソシアネートの三量体で、最も好ましいのはトリレンジイソシアネートの三量体とイソホロンジイソシアネートの三量体であり、これらは単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
有機ジイソシアネートの三量体の製造方法としては、前記ポリイソシアネート類を適当な三量化触媒、例えば第3級アミン類、ホスフィン類、アルコキシド類、金属酸化物、カルボン酸塩類等を用いてイソシアネート基の部分的な三量化を行い、触媒毒の添加により三量化を停止させた後、未反応のポリイソシアネートを溶剤抽出、薄膜蒸留により除去して目的のイソシアヌレート基含有ポリイソシアネートを得る方法が挙げられる。
(2)同一分子内に水酸基を1個又は2個有する化合物
同一分子内に水酸基を1個又は2個有する化合物としては、ポリエーテルグリコール、ポリエステルグリコール、ポリカーボネートグリコール、ポリオレフィングリコール等、及びこれらの化合物の片末端水酸基が炭素数1〜25のアルキル基でアルコキシ化されたものが挙げられ、これらは単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
ポリエーテルグリコールとしては、ポリエーテルジオール、ポリエーテルエステルジオール、及びこれら2種類以上の混合物が挙げられる。ポリエーテルジオールとしては、アルキレンオキシドを単独又は共重合させて得られるもの、例えばポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレン−プロピレングリコール、ポリオキシテトラメチレングリコール、ポリオキシヘキサメチレングリコール、ポリオキシオクタメチレングリコール及びそれらの2種以上の混合物が挙げられる。ポリエーテルエステルジオールとしては、エーテル基含有ジオール若しくは他のグリコールとの混合物をジカルボン酸又はそれらの無水物と反応させるか、又はポリエステルグリコールにアルキレンオキシドを反応させることによって得られるもの、例えばポリ(ポリオキシテトラメチレン)アジペート等が挙げられる。ポリエーテルグリコールとして最も好ましいのはポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリオキシテトラメチレングリコール又はこれらの化合物の片末端水酸基が炭素数1〜25のアルキル基でアルコキシ化された化合物である。
ポリエステルグリコールとしては、ジカルボン酸(コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、セバシン酸、フマル酸、マレイン酸、フタル酸等)又はそれらの無水物とグリコール(エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2−メチル−2−プロピル−1,3−プロパンジオール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジーオル、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、2,5−ジメチル−2,5−ヘキサンジオール、1,8−オクタメチレングリコール、2−メチル−1,8−オクタメチレングリコール、1,9−ノナンジオール等の脂肪族グリコール、ビスヒドロキシメチルシクロヘキサン等の脂環族グリコール、キシリレングリコール、ビスヒドロキシエトキシベンゼン等の芳香族グリコール、N−メチルジエタノールアミン等のN−アルキルジアルカノールアミン等)とを重縮合させて得られたもの、例えばポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペート、ポリヘキサメチレンアジペート、ポリエチレン/プロピレンアジペート等、又は前記ジオール類又は炭素数1〜25の1価アルコールを開始剤として用いて得られるポリラクトンジオール又はポリラクトンモノオール、例えばポリカプロラクトングリコール、ポリメチルバレロラクトン及びこれらの2種以上の混合物が挙げられる。ポリエステルグリコールとして最も好ましいのはポリカプロラクトングリコール又は炭素数1〜25のアルコールを開始剤としたポリカプロラクトン、より具体的には、モノオールにε−カプロラクトンを開環付加重合して得られる化合物である。
ポリカーボネートグリコールとしては、ポリ(1,6−ヘキシレン)カーボネート、ポリ(3−メチル−1,5−ペンチレン)カーボネート等が挙げられる。ポリオレフィングリコールとしては、ポリブタジエングリコール、水素添加型ポリブタジエングリコール、水素添加型ポリイソプレングリコール等が挙げられる。同一分子内に水酸基を1個又は2個有する化合物のうち、特にポリエーテルグリコールとポリエステルグリコールが好ましい。
同一分子内に水酸基を1個又は2個有する化合物の数平均分子量は、通常300以上、好ましくは500以上、より好ましくは1,000以上で、通常10,000以下、好ましくは6,000以下、より好ましくは4,000以下である。
(3)同一分子内に活性水素と3級アミノ基を有する化合物
活性水素、即ち、酸素原子、窒素原子又はイオウ原子に直接結合している水素原子としては、水酸基、アミノ基、チオール基等の官能基中の水素原子が挙げられ、中でもアミノ基、特に1級のアミノ基の水素原子が好ましい。
3級アミノ基は特に限定されないが、例えば、メチル、エチル、イソプロピル、n−ブチル等の炭素数1〜4のアルキル基を有するジアルキルアミノ基や、該ジアルキルアミノ基が連結してヘテロ環構造を形成している基、より具体的には、イミダゾール環又はトリアゾール環が挙げられる。
このような同一分子内に活性水素と3級アミノ基を有する化合物を例示するならば、N,N−ジメチル−1,3−プロパンジアミン、N,N−ジエチル−1,3−プロパンジアミン、N,N−ジプロピル−1,3−プロパンジアミン、N,N−ジブチル−1,3−プロパンジアミン、N,N−ジメチルエチレンジアミン、N,N−ジエチルエチレンジアミン、N,N−ジプロピルエチレンジアミン、N,N−ジブチルエチレンジアミン、N,N−ジメチル−1,4−ブタンジアミン、N,N−ジエチル−1,4−ブタンジアミン、N,N−ジプロピル−1,4−ブタンジアミン、N,N−ジブチル−1,4−ブタンジアミン等が挙げられる。
また、3級アミノ基が窒素含有ヘテロ環であるものとして、ピラゾール環、イミダゾール環、トリアゾール環、テトラゾール環、インドール環、カルバゾール環、インダゾール環、ベンズイミダゾール環、ベンゾトリアゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、ベンゾチアジアゾール環等のN含有ヘテロ5員環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、トリアジン環、キノリン環、アクリジン環、イソキノリン環、等の窒素含有ヘテロ6員環が挙げられる。これらの窒素含有ヘテロ環として好ましいものはイミダゾール環又はトリアゾール環である。
これらのイミダゾール環と一級アミノ基を有する化合物を具体的に例示するならば、1−(3−アミノプロピル)イミダゾール、ヒスチジン、2−アミノイミダゾール、1−(2−アミノエチル)イミダゾール等が挙げられる。また、トリアゾール環と一級アミノ基を有する化合物を具体的に例示するならば、3−アミノ−1,2,4−トリアゾール、5−(2−アミノ−5−クロロフェニル)−3−フェニル−1H−1,2,4−トリアゾール、4−アミノ−4H−1,2,4−トリアゾール−3,5−ジオール、3−アミノ−5−フェニル−1H−1,3,4−トリアゾール、5−アミノ−1,4−ジフェニル−1,2,3−トリアゾール、3−アミノ−1−ベンジル−1H−2,4−トリアゾール等が挙げられる。なかでも、N,N−ジメチル−1,3−プロパンジアミン、N,N−ジエチル−1,3−プロパンジアミン、1−(3−アミノプロピル)イミダゾール、3−アミノ−1,2,4−トリアゾールが好ましい。
ウレタン系分散樹脂原料の好ましい配合比率は、ポリイソシアネート化合物100質量部に対し、同一分子内に水酸基を1個又は2個有する化合物が通常10質量部以上、好ましくは20質量部以上、更に好ましくは30質量部以上で、通常200質量部以下、好ましくは190質量部以下、更に好ましくは180質量部以下、同一分子内に活性水素と3級アミノ基を有する化合物は通常0.2質量部以上、好ましくは0.3質量部以上で、通常25質量部以下、好ましくは24質量部以下である。
本発明に係るウレタン系分散樹脂のGPCで測定されるポリスチレン換算質量平均分子量は、通常1,000以上、好ましくは2,000以上、より好ましくは3,000以上で、通常200,000以下、好ましくは100,000以下、より好ましくは50,000以下の範囲である。この分子量が1,000未満では分散性及び分散安定性が劣り、200,000を超えると溶解性が低下し、分散性が劣ると同時に反応の制御が困難となる。
本発明におけるウレタン系分散樹脂の製造は、ポリウレタン樹脂製造の公知の方法に従って行われる。製造する際の溶媒としては、通常、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、イソホロン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸セロソルブ等のエステル類、ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキサン等の炭化水素類、ダイアセトンアルコール、イソプロパノール、第二ブタノール、第三ブタノール等一部のアルコール類、塩化メチレン、クロロホルム等の塩化物、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル等のエーテル類、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキサイド等の非プロトン性極性溶媒等が用いられる。
また、製造する際の触媒としては通常のウレタン化反応触媒が用いられる。例えばジブチルチンジラウレート、ジオクチルチンジラウレート、ジブチルチンジオクトエート、スタナスオクトエート等の錫系、鉄アセチルアセトナート、塩化第二鉄等の鉄系、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン等の3級アミン系等が挙げられる。
同一分子内に活性水素と3級アミノ基を有する化合物の導入量は反応後の分散樹脂のアミン価で1mg−KOH/g以上、特に5mg−KOH/g以上で、100mg−KOH/g以下、特に95mg−KOH/g以下の範囲に制御することが好ましい。アミン価が上記範囲未満であると分散能力が低下する傾向があり、また、上記範囲を超えると現像性が低下しやすくなる。なお、以上の反応で分散樹脂にイソシアネート基が残存する場合には更に、アルコールやアミノ化合物でイソシアネート基を潰すと分散樹脂の経時安定性が高くなるので好ましい。
[2]窒素原子を含有するグラフト共重合体
窒素原子を含有するグラフト共重合体としては、主鎖に窒素原子を含有する繰り返し単位を有するものが好ましい。中でも、下記一般式(i)で表される繰り返し単位又は/及び下記一般式(ii)で表される繰り返し単位を有することが好ましい。
Figure 2013148857
(一般式(i),(ii)中、R41は、メチレン、エチレン、プロピレン等の直鎖状又は分岐状の炭素数1〜5のアルキレン基を表し、好ましくは炭素数2〜3のアルキレン基であり、更に好ましくはエチレン基である。Aは水素原子又は下記一般式(iii)〜(v)のいずれかを表すが、好ましくは下記一般式(iii)である。)
Figure 2013148857
(一般式(iii)中、Wは炭素数2〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を表し、中でもブチレン、ペンチレン、ヘキシレン等の炭素数4〜7のアルキレン基が好ましい。pは1〜20の整数を表し、好ましくは5〜10の整数である。)
Figure 2013148857
(一般式(iv)中、Gは2価の連結基を表し、中でもエチレン、プロピレン等の炭素数1〜4のアルキレン基とエチレンオキシ、プロピレンオキシ等の炭素数1〜4のアルキレンオキシ基が好ましい。Wはエチレン、プロピレン、ブチレン等の直鎖状又は分岐状の炭素数2〜10のアルキレン基を表し、中でもエチレン、プロピレン等の炭素数2〜3のアルキレン基が好ましい。Gは水素原子又は−CO−R42(R42はエチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル等の炭素数1〜10のアルキル基を表し、中でもエチル、プロピル、ブチル、ペンチル等の炭素数2〜5のアルキル基が好ましい)を表す。qは、1〜20の整数を表し、好ましくは5〜10の整数である。)
Figure 2013148857
(一般式(v)中、Wは炭素数1〜50のアルキル基又は水酸基を1〜5有する炭素数1〜50のヒドロキシアルキル基を表し、中でもステアリル等の炭素数10〜20のアルキル基、モノヒドロキシステアリル等の水酸基を1〜2個有する炭素数10〜20のヒドロキシアルキル基が好ましい。)
本発明のグラフト共重合体における一般式(i)又は(ii)で表される繰り返し単位の含有率は、高い方が好ましく、合計で通常50モル%以上であり、好ましくは70モル%以上である。一般式(i)で表される繰り返し単位と、一般式(ii)で表される繰り返し単位の、両方を併有してもよく、その含有比率に特に制限は無いが、好ましくは一般式(i)の繰り返し単位の方を多く含有していた方が好ましい。グラフト共重合体中の一般式(i)又は一般式(ii)で表される繰り返し単位の合計数は、1以上、好ましくは10以上、更に好ましくは20以上で、通常100以下、好ましくは70以下、更に好ましくは50以下である。また、グラフト共重合体中には一般式(i)及び一般式(ii)以外の繰り返し単位を含んでいてもよく、他の繰り返し単位としては、例えばアルキレン基、アルキレンオキシ基等が例示できる。本発明におけるグラフト共重合体は、その末端が−NH及び−R41−NH(R41は、一般式(i),(ii)におけると同義)のものが好ましい。
なお、上述したようなグラフト共重合体であれば、主鎖が直鎖状であっても分岐していてもよい。
このグラフト共重合体のGPCで測定した質量平均分子量としては、3,000以上、特に5,000以上が好ましく、100,000以下、特に50,000以下が好ましい。この質量平均分子量が3,000未満であると、色材の凝集を防ぐことができず、高粘度化ないしはゲル化してしまうことがあり、100,000を超えるとそれ自体が高粘度となり、また有機溶媒への溶解性が不足するため好ましくない。
上記分散剤の合成方法は、公知の方法が採用でき、例えば特公昭63−30057号公報に記載の方法を用いることができる。
[3]側鎖に4級アンモニウム塩基を有するAブロックと、4級アンモニウム塩基を有さないBブロックとからなる、A−Bブロック共重合体及び/又はB−A−Bブロック共重合体
分散剤のブロック共重合体を構成するAブロックは、4級アンモニウム塩基、好ましくは−N1a2a3a・Y(但し、R1a、R2a及びR3aは、各々独立に、水素原子、又は置換されていてもよい環状若しくは鎖状の炭化水素基を表す。或いは、R1a、R2a及びR3aのうち2つ以上が互いに結合して、環状構造を形成していてもよい。Yは、対アニオンを表す。)で表される4級アンモニウム塩基を有する。この4級アンモニウム塩基は、直接主鎖に結合していてもよいが、2価の連結基を介して主鎖に結合していてもよい。
−N1a2a3aにおいて、R1a、R2a及びR3aのうち2つ以上が互いに結合して形成する環状構造としては、例えば5〜7員環の含窒素複素環単環又はこれらが2個縮合してなる縮合環が挙げられる。該含窒素複素環は芳香性を有さないものが好ましく、飽和環であればより好ましい。具体的には、例えば下記のものが挙げられる。
Figure 2013148857
(式中、RはR1a〜R3aのうちいずれかの基を表す。)
これらの環状構造は、更に置換基を有していてもよい。
−N1a2a3aにおけるR1a〜R3aとして、より好ましいのは、置換基を有していてもよい炭素数1〜3のアルキル基、又は置換基を有していてもよいフェニル基である。
Aブロックとしては、特に、下記一般式(1)で表わされる部分構造を含有するものが好ましい。
Figure 2013148857
(一般式(2)中、R1a、R2a、R3aは各々独立に、水素原子、又は置換されていてもよい環状若しくは鎖状の炭化水素基を表す。或いは、R1a、R2a及びR3aのうち2つ以上が互いに結合して、環状構造を形成していてもよい。R4aは、水素原子又はメチル基を表す。Qは、2価の連結基を表し、Yは、対アニオンを表す。)
上記一般式(2)において、2価の連結基Xとしては、例えば、炭素数1〜10のアルキレン基、アリーレン基、−CONH−R5a−、−COO−R6a−(但し、R5a及びR6aは、直接結合、炭素数1〜10のアルキレン基、又は炭素数1〜10のエーテル基(−R7a−O−R8a−:R7a及びR8aは、各々独立にアルキレン基)を表す。)等が挙げられ、好ましくは−COO−R6a−である。
また、対アニオンのYとしては、Cl、Br、I、ClO 、BF 、CHCOO、PF 等が挙げられる。
上記の如き特定の4級アンモニウム塩基を含有する部分構造は、1つのAブロック中に2種以上含有されていてもよい。その場合、2種以上の4級アンモニウム塩基含有部分構造は、該Aブロック中においてランダム共重合又はブロック共重合のいずれの態様で含有されていてもよい。また、該4級アンモニウム塩基を含有しない部分構造が、Aブロック中に含まれていてもよく、該部分構造の例としては、後述の(メタ)アクリル酸エステル系モノマー由来の部分構造等が挙げられる。かかる4級アンモニウム塩基を含まない部分構造の、Aブロック中の含有量は、好ましくは0〜50質量%、より好ましくは0〜20質量%であるが、かかる4級アンモニウム塩基非含有部分構造はAブロック中に含まれないことが最も好ましい。
一方、分散剤のブロック共重合体を構成するBブロックとしては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン等のスチレン系モノマー;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、グリシジル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、エチルアクリル酸グリシジル、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル系モノマー;(メタ)アクリル酸クロライド等の(メタ)アクリル酸塩系モノマー;(メタ)アクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアミノエチルアクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド系モノマー;酢酸ビニル;アクリロニトリル;アリルグリシジルエーテル、クロトン酸グリシジルエーテル;N−メタクリロイルモルホリン、等のコモノマーを共重合させたポリマー構造が挙げられる。
Bブロックは、特に下記一般式(3)で表される、(メタ)アクリル酸エステル系モノマー由来の部分構造であることが好ましい。
Figure 2013148857
(一般式(3)中、R9aは、水素原子又はメチル基を表す。R10aは、置換基を有していてもよい環状又は鎖状のアルキル基、置換基を有していてもよいアリル基、又は置換基を有していてもよいアラルキル基を表す。)
上記(メタ)アクリル酸エステル系モノマー由来の部分構造は、1つのBブロック中に2種以上含有されていてもよい。もちろん該Bブロックは、更にこれら以外の部分構造を含有していてもよい。2種以上のモノマー由来の部分構造が、4級アンモニウム塩基を含有しないBブロック中に存在する場合、各部分構造は該Bブロック中においてランダム共重合又はブロック共重合のいずれの態様で含有されていてもよい。Bブロック中に上記(メタ)アクリル酸エステル系モノマー由来の部分構造以外の部分構成を含有する場合、当該(メタ)アクリル酸エステル系モノマー以外の部分構造の、Bブロック中の含有量は、好ましくは0〜50質量%、より好ましくは0〜20質量%であるが、かかる(メタ)アクリル酸エステル系モノマー以外の部分構造はBブロック中に含まれないことが最も好ましい。
本発明で用いる分散剤は、このようなAブロックとBブロックとからなる、A−Bブロック又はB−A−Bブロック共重合型高分子化合物であるが、このようなブロック共重合体は、例えば以下に示すリビング重合法にて調製される。
リビング重合法にはアニオンリビング重合法、カチオンリビング重合法、ラジカルリビング重合法がある。アニオンリビング重合法は、重合活性種がアニオンであり、例えば下記スキームで示される。
Figure 2013148857
の場合、
Figure 2013148857
ラジカルリビング重合法は重合活性種がラジカルであり、例えば下記スキームで示される。
Figure 2013148857
の場合、
Figure 2013148857
Figure 2013148857
の場合、
Figure 2013148857
このような分散剤を合成するに際しては、特開平9−62002号公報や、P. Lutz, P. Masson et al, Polym. Bull. 12, 79 (1984), B. C. Anderson, G. D. Andrews et al, Macromolecules, 14, 1601 (1981), K. Hatada, K. Ute, et al, Polym. J. 17, 977 (1985), 18, 1037 (1986), 右手浩一、畑田耕一、高分子加工、36、366(1987),東村敏延、沢本光男、高分子論文集、46、189(1989), M. Kuroki, T. Aida, J. Am. Chem. Sic, 109, 4737 (1987), 相田卓三、井上祥平、有機合成化学、43,300(1985),D. Y. Sogoh, W. R. Hertler et al, Macromolecules, 20, 1473 (1987)等に記載の公知の方法を採用することができる。
本発明で用いる分散剤がA−Bブロック共重合体であっても、B−A−Bブロック共重合体であっても、その共重合体を構成するAブロック/Bブロック比(質量比)は、通常1/99以上、中でも5/95以上、また、通常80/20以下、中でも60/40以下の範囲であることが好ましい。この範囲外では、良好な耐熱性と分散性を兼備することができない場合がある。
また、本発明で用いるA−Bブロック共重合体、B−A−Bブロック共重合体1g中の4級アンモニウム塩基の量は、通常0.1〜10mmolであることが好ましく、この範囲外では、良好な耐熱性と分散性を兼備することができない場合がある。なお、このようなブロック共重合体中には、通常、製造過程で生じたアミノ基が含有される場合があるが、そのアミン価は1〜100mg−KOH/g程度である。なお、アミン価は、塩基性アミノ基を酸により中和滴定し、酸価に対応させてKOHのmg数で表した値である。
また、このブロック共重合体の酸価は、該酸価の元となる酸性基の有無及び種類にもよるが、一般に低い方が好ましく、通常10mg−KOH/g以下であり、その分子量は、ポリスチレン換算の質量平均で、通常1000以上、100,000以下の範囲が好ましい。ブロック共重合体の分子量が1000未満であると分散安定性が低下し、100,000を超えると現像性、解像性が低下する傾向にある。
また、本発明においては、前記ブロック共重合体に加えて、リン酸エステル型分散剤を含有することが好ましい。これによって、現像時の溶解性が良好になる。
リン酸エステルは、1〜3級エステルのどれでもよいが、分散性能の点から、1級エステルが好ましい。リン酸と結合する部分の構造は、例えばポリカプロラクトン等のポリエステル、ポリエチレングリコール等のポリエーテルに代表される、末端に水酸基を持つ構造が挙げられる。これらは、ポリエステルとポリエーテルの共重合体でも差し支えない。また、ポリエステル鎖及び/又はポリエーテル鎖の片末端に(メタ)アクリレート等の二重結合を有し、他のラジカル重合性化合物と共重合体を形成してもよい。
具体的に、リン酸エステルとしては、下記構造式(4)で表される部分構造を有するものが好ましい。
Figure 2013148857
この様なリン酸エステルは、例えば特公昭50−22536号公報、特開昭58−128393号に記載の方法によって製造することができる。
上記リン酸エステル型分散剤の分子量Mwは、通常200以上、また、通常5000以下、好ましくは1000以下の範囲である。このリン酸エステル型分散剤は、元来、現像溶解性を付与する目的で添加しているため、あまり高分子量にすることは好ましくない。
<光重合性モノマー>
本発明の感光性樹脂組成物においては、光重合開始剤に加え、更に光重合性モノマー(光重合性化合物)を使用するのが感度等の点で好ましい。本発明に用いられる光重合性モノマーとしては、エチレン性不飽和基を少なくとも1個有する化合物を挙げることができる。分子内にエチレン性不飽和基を有する化合物の具体例としては、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸のアルキルエステル、アクリロニトリル、スチレン、エチレン性不飽和結合を1個有するカルボン酸と多(単)価アルコールのモノエステル等が挙げられる。
光重合性モノマーとしては、特に、1分子中にエチレン性不飽和基を2個以上有する多官能エチレン性単量体を使用することが望ましい。かかる多官能エチレン性単量体の例としては、例えば脂肪族ポリヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸とのエステル;芳香族ポリヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸とのエステル;脂肪族ポリヒドロキシ化合物、芳香族ポリヒドロキシ化合物等の多価ヒドロキシ化合物と、不飽和カルボン酸及び多塩基性カルボン酸とのエステル化反応により得られるエステル等が挙げられる。
上記脂肪族ポリヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸とのエステルとしては、エチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、ペンタエリスリトールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、グリセロールアクリレート等の脂肪族ポリヒドロキシ化合物のアクリル酸エステル、これら例示化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたメタクリル酸エステル、同様にイタコネートに代えたイタコン酸エステル、クロネートに代えたクロトン酸エステル、若しくはマレエートに代えたマレイン酸エステル等が挙げられる。
芳香族ポリヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸とのエステルとしては、ハイドロキノンジアクリレート、ハイドロキノンジメタクリレート、レゾルシンジアクリレート、レゾルシンジメタクリレート、ピロガロールトリアクリレート等の芳香族ポリヒドロキシ化合物のアクリル酸エステル及びメタクリル酸エステル等が挙げられる。
多塩基性カルボン酸及び不飽和カルボン酸と、多価ヒドロキシ化合物のエステル化反応により得られるエステルとしては必ずしも単一物ではないが代表的な具体例を挙げれば、アクリル酸、フタル酸、及びエチレングリコールの縮合物、アクリル酸、マレイン酸、及びジエチレングリコールの縮合物、メタクリル酸、テレフタル酸及びペンタエリスリトールの縮合物、アクリル酸、アジピン酸、ブタンジオール及びグリセリンの縮合物等がある。
その他、本発明に用いられる多官能エチレン性単量体の例としては、ポリイソシアネート化合物と水酸基含有(メタ)アクリル酸エステル又はポリイソシアネート化合物とポリオール及び水酸基含有(メタ)アクリル酸エステルを反応させて得られるようなウレタン(メタ)アクリレート類;多価エポキシ化合物とヒドロキシ(メタ)アクリレート又は(メタ)アクリル酸との付加反応物のようなエポキシアクリレート類;エチレンビスアクリルアミド等のアクリルアミド類;フタル酸ジアリル等のアリルエステル類;ジビニルフタレート等のビニル基含有化合物等が有用である。
<感光性樹脂組成物のその他の配合成分>
本発明の感光性樹脂組成物には、上述の成分の他、有機溶剤、密着向上剤、塗布性向上剤、現像改良剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、シランカップリング剤等を適宜配合することができる。
(1)有機溶剤
有機溶剤としては特に制限は無いが、例えば、ジイソプロピルエーテル、ミネラルスピリット、n−ペンタン、アミルエーテル、エチルカプリレート、n−ヘキサン、ジエチルエーテル、イソプレン、エチルイソブチルエーテル、ブチルステアレート、n−オクタン、バルソル#2、アプコ#18ソルベント、ジイソブチレン、アミルアセテート、ブチルブチレート、アプコシンナー、ブチルエーテル、ジイソブチルケトン、メチルシクロヘキセン、メチルノニルケトン、プロピルエーテル、ドデカン、Socal solvent No.1及びNo.2、アミルホルメート、ジヘキシルエーテル、ジイソプロピルケトン、ソルベッソ#150、酢酸ブチル(n、sec、t)、ヘキセン、シェル TS28 ソルベント、ブチルクロライド、エチルアミルケトン、エチルベンゾネート、アミルクロライド、エチレングリコールジエチルエーテル、エチルオルソホルメート、メトキシメチルペンタノン、メチルブチルケトン、メチルヘキシルケトン、メチルイソブチレート、ベンゾニトリル、エチルプロピオネート、メチルセロソルブアセテート、メチルイソアミルケトン、メチルイソブチルケトン、プロピルアセテート、アミルアセテート、アミルホルメート、ビシクロヘキシル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジペンテン、メトキシメチルペンタノール、メチルアミルケトン、メチルイソプロピルケトン、プロピルプロピオネート、プロピレングリコール−t−ブチルエーテル、メチルエチルケトン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、カルビトール、シクロヘキサノン、酢酸エチル、プロピレングリコール、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、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、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アセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3−メトキシプロピオン酸、3−エトキシプロピオン酸、3−エトキシ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−メトキシプロピオン酸プロピル、3−メトキシプロピオン酸ブチル、ジグライム、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールアセテート、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール−t−ブチルエーテル、3−メチル−3−メトキシブタノール、トリプロピレングリコールメチルエーテル、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート等の有機溶剤を具体的に挙げることができる。
溶剤は各成分を溶解又は分散させることができるもので、沸点が100〜250℃の範囲のものを選択するのが好ましい。より好ましくは120〜170℃の沸点をもつものである。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
(2)シランカップリング剤
基板との密着性を改善するため、シランカップリング剤を添加することも可能である。シランカップリング剤の種類としては、エポキシ系、メタクリル系、アミノ系等種々の物が使用できるが、特にエポキシ系のシランカップリング剤が好ましい。
<感光性樹脂組成物の製造方法>
本発明の感光性樹脂組成物は、常法に従って製造される。
例えば、色材を含有する感光性着色樹脂組成物であれば、まず、色材、溶剤、及び分散剤を各所定量秤量し、分散処理工程において、色材を分散させて液状の着色組成物(インク状液体)とする。この分散処理工程では、ペイントコンディショナー、サンドグラインダー、ボールミル、ロールミル、ストーンミル、ジェットミル、ホモジナイザー等を使用することができる。この分散処理を行うことによって色材が微粒子化されるため、感光性着色樹脂組成物の塗布特性が向上し、製品のカラーフィルタ基板の透過率が向上する。
色材を分散処理する際に、上記のアルカリ可溶性不飽和樹脂を併用してもよい。例えば、サンドグラインダーを用いて分散処理を行う場合は、0.1から数mm径のガラスビーズ、又は、ジルコニアビーズを用いるのが好ましい。分散処理する際の温度は通常、0℃〜100℃の範囲、好ましくは室温〜80℃の範囲に設定する。なお、分散時間は、インキ状液体の組成(色材、溶剤、分散剤)、及びサンドグラインダーの装置の大きさ等により適正時間が異なるため、適宜調整する必要がある。
上記分散処理によって得られたインキ状液体に、溶剤、上記式(1)で表される化合物、アルカリ可溶性不飽和樹脂、光重合開始剤、場合によっては上記以外の他の成分等を混合し、均一な分散溶液とする。なお、分散処理工程及び混合の各工程においては、微細なゴミが混入することがあるため、得られた感光性着色樹脂組成物をフィルタ等によって、濾過処理することが好ましい。
色材を含有しない感光性樹脂組成物は、上記感光性着色樹脂組成物の製造方法における色材の分散処理を行わずに、各成分を混合することにより製造することができる。
<感光性樹脂組成物中の成分配合量>
上記式(1)で表される化合物の配合量は、本発明の感光性樹脂組成物の全固形分に対して、通常1質量%以上、好ましくは3質量%以上であり、通常10質量%以下、好ましくは5質量%以下である。上記の範囲とすることにより、良好な現像性を得ながら、良好な微小パターニング特性を得ることができる。
アルカリ可溶性不飽和樹脂の配合量は、本発明の感光性樹脂組成物の全固形分に対して、通常10質量%以上、好ましくは20質量%以上であり、通常80質量%以下、好ましくは70質量%以下である。また、本発明の感光性樹脂組成物が色材を含有する感光性着色樹脂組成物である場合、アルカリ可溶性不飽和樹脂の色材に対する比率としては、通常5質量%以上、好ましくは10質量%以上で、通常500質量%以下、好ましくは200質量%以下の範囲である。アルカリ可溶性不飽和樹脂の含有量が少なすぎると、未露光部分の現像液に対する溶解性が低下し、現像不良を誘起させやすく、逆に多いと、所望の画素膜厚が得られ難くなる。
なお、本発明において「全固形分」とは、溶剤以外の全ての成分を意味し、本発明の感光性樹脂組成物中の全固形分は、通常10質量%以上、90質量%以下である。
光重合開始剤を配合する場合、その含有量は、本発明の感光性樹脂組成物の全固形分に対して、通常0.1質量%以上、好ましくは0.5質量%以上、更に好ましくは0.7質量以上であり、通常30質量%以下、好ましくは20質量%以下である。光重合開始剤の含有率が少なすぎると感度低下を起こすことがあり、反対に多すぎると未露光部分の現像液に対する溶解性が低下し、現像不良を誘起させやすい。
色材を配合する場合、その含有量は、本発明の感光性着色樹脂組成物中の全固形分量に対して通常1〜70質量%の範囲で選ぶことができる。この範囲の中では、10〜70質量%がより好ましく、中でも20質量%以上60質量%以下が特に好ましい。色材の含有量が少なすぎると、色濃度に対する膜厚が大きくなりすぎて、液晶セル化の際のギャップ制御等に悪影響を及ぼす。また、逆に色材の含有量が多すぎると、十分な画像形成性が得られなくなることがある。
分散剤を配合する場合であって、窒素原子含有分散剤のうち、上記[1]ウレタン系分散樹脂を用いる場合、感光性着色樹脂組成物中の色材成分に対する含有量としては、通常10質量%以上、好ましくは20質量%以上、特に好ましくは30質量%以上であり、通常300質量%以下、好ましくは100質量%以下、特に好ましくは80質量%以下である。窒素原子含有分散剤が少なすぎると、色材への吸着が不足し、凝集を防ぐことができず、高粘度化ないしゲル化してしまうことがあり、逆に多すぎると、膜厚が厚くなりすぎて、カラーフィルタにした後、液晶セル化工程でのセルギャップ制御不良が出ることがあるため、どちらも好ましくない。
また、分散剤として上記[2]グラフト共重合体を用いる場合、感光性着色樹脂組成物中の色材成分に対する含有量としては、通常10質量%以上、好ましくは20質量%以上、特に好ましくは30質量%以上であり、通常300質量%以下、好ましくは100質量%以下、特に好ましくは80質量%以下である。分散剤成分が少なすぎると、色材への吸着が不足し、凝集を防ぐことができず、高粘度化ないしゲル化してしまうことがあり、逆に多すぎると、膜厚が厚くなりすぎて、カラーフィルタにした後、液晶セル化工程でのセルギャップ制御不良が出ることがあるため、どちらも好ましくない。
また、分散剤として上記[3]ブロック共重合体を用いる場合、感光性着色樹脂組成物中の色材成分に対する含有量としては、通常10質量%以上、好ましくは20質量%以上、特に好ましくは30質量%以上であり、通常300質量%以下、好ましくは100質量%以下、特に好ましくは80質量%以下である。分散剤成分が少なすぎると、色材への吸着が不足し、凝集を防ぐことができず、高粘度化ないしゲル化してしまうことがあり、逆に多すぎると、膜厚が厚くなりすぎて、カラーフィルタにした後、液晶セル化工程でのセルギャップ制御不良が出ることがあるため、どちらも好ましくない。
また、上記リン酸エステル型分散剤は、上記[3]ブロック共重合体100質量部に対して、通常5質量部以上、好ましくは10質量部以上、また、通常100質量部以下、好ましくは80質量部以下で用いることが好ましい。リン酸エステル型分散剤の割合が少な過ぎると、十分な現像溶解性が発現されないおそれがある。一方、逆にリン酸エステル型分散剤の割合が多すぎても、効果は飽和して、逆に分散性が低下するおそれがある。
光重合性モノマーを用いる場合、その含有量は、本発明の感光性樹脂組成物の全固形分に対して、通常90質量%以下、好ましくは80質量%以下である。光重合性モノマーの含有量が多すぎると、露光部への現像液の浸透性が高くなり、良好な画像を得ることが困難となる。なお、光重合性モノマーの含有量の下限は、通常0質量%以上、好ましくは5質量%以上である。
<感光性樹脂組成物の用途>
本発明の感光性樹脂組成物は、液晶ディスプレイ等の液晶パネルに用いられるカラーフィルタの画像形成用、ブラックマトリックス用、オーバーコート用、リブ用、及びスペーサ用感光性樹脂組成物として有用である。また、本発明の感光性樹脂組成物は、カラーフィルタ用途以外にも、フレキシブルプリント配線板用ソルダーレジスト、メッキレジスト、多層プリント配線板用相関絶縁膜、感光性光導波路、光硬化型液晶シール材、光硬化型ELシール材、光硬化性接着剤等として有用である。
[カラーフィルタ]
透明基板上に、ブラックマトリックスを設け、通常、赤色、緑色、青色の画素画像を形成することにより、本発明のカラーフィルタを製造することができ、色材を含む本発明の感光性着色樹脂組成物は、黒色、赤色、緑色、青色のうち少なくとも一種のレジスト形成用塗布液として使用される。ブラックレジストに関しては、透明基板上素ガラス面上、赤色、緑色、青色に関しては透明基板上に形成された樹脂ブラックマトリックス形成面上、又は、クロム化合物その他の遮光金属材料を用いて形成した金属ブラックマトリックス形成面上に、塗布、加熱乾燥、画像露光、現像及び熱硬化の各処理を行って各色の画素画像を形成する。また、色材を含まない本発明の感光性樹脂組成物は、オーバーコート用、リブ用、及びスペーサ用感光性樹脂組成物として用いられる。
カラーフィルタの透明基板としては、透明で適度の強度があれば、その材質は特に限定されるものではない。材質としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリスルホンの熱可塑性樹脂製シート、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂等の熱硬化性樹脂シート、又は各種ガラス等が挙げられる。この中でも、耐熱性の観点からガラス、耐熱性樹脂が好ましい。
透明基板及びブラックマトリックス形成基板には、接着性等の表面物性の改良のため、必要に応じ、コロナ放電処理、オゾン処理、シランカップリング剤や、ウレタン系樹脂等の各種樹脂の薄膜形成処理等を行ってもよい。
透明基板の厚さは、通常0.05〜10mm、好ましくは0.1〜7mmの範囲とされる。また各種樹脂の薄膜形成処理を行う場合、その膜厚は、通常0.01〜10μm、好ましくは0.05〜5μmの範囲である。
[1]ブラックマトリックス
ブラックマトリックスは、遮光金属薄膜又は樹脂ブラックマトリックス用感光性着色樹脂組成物を利用して、透明基板上に形成される。遮光金属材料としては、金属クロム、酸化クロム、窒化クロム等のクロム化合物、ニッケルとタングステン合金等が用いられ、これらを複数層状に積層させたものであってもよい。
これらの金属遮光膜は、一般にスパッタリング法によって形成され、ポジ型フォトレジストにより、膜状に所望のパターンを形成した後、クロムに対しては硝酸第二セリウムアンモニウムと過塩素酸及び/又は硝酸とを混合したエッチング液を用い、その他の材料に対しては、材料に応じたエッチング液を用いて蝕刻され、最後にポジ型フォトレジストを専用の剥離剤で剥離することによって、ブラックマトリックスを形成することができる。
この場合、まず、蒸着又はスパッタリング法等により、透明基板上にこれら金属又は金属・金属酸化物の薄膜を形成する。次いで、この薄膜上に感光性着色樹脂組成物の塗膜を形成した後、ストライプ、モザイク、トライアングル等の繰り返しパターンを有するフォトマスクを用いて、塗膜を露光・現像し、レジスト画像を形成する。その後、この塗膜にエッチング処理を施してブラックマトリックスを形成することができる。
樹脂ブラックマトリックス用感光性着色樹脂組成物を利用する場合は、黒色の色材を含有する本発明の感光性着色樹脂組成物を使用して、ブラックマトリックスを形成する。例えば、カーボンブラック、黒鉛、鉄黒、アニリンブラック、シアニンブラック、チタンブラック等の黒色色材単独又は複数、若しくは、無機又は有機の顔料、染料の中から適宜選択される赤色、緑色、青色等の混合による黒色色材を含有する感光性着色樹脂組成物を使用し、下記の赤色、緑色、青色の画素画像を形成する方法と同様にして、ブラックマトリックスを形成することができる。
[2]画素
ブラックマトリックスを設けた透明基板上に、赤色、緑色、青色のうち一色の色材を含有する感光性着色樹脂組成物を塗布し、乾燥した後、塗膜の上にフォトマスクを重ね、このフォトマスクを介して画像露光、現像、必要に応じて熱硬化又は光硬化により画素画像を形成させ、着色層を作成する。この操作を、赤色、緑色、青色の三色の感光性着色樹脂組成物について各々行うことによって、カラーフィルタ画像を形成することができる。
(2−1)塗布方法
カラーフィルタ用の感光性着色樹脂組成物の塗布は、スピナー法、ワイヤーバー法、フローコート法、ダイコート法、ロールコート法、又はスプレーコート法等によって行うことができる。中でも、ダイコート法によれば、塗布液使用量が大幅に削減され、且つ、スピンコート法によった際に付着するミスト等の影響が全くなく、異物発生が抑制される等、総合的な観点から好ましい。
塗膜の厚さは、厚すぎると、パターン現像が困難となると共に、液晶セル化工程でのギャップ調整が困難となることがあり、薄すぎると顔料濃度を高めることが困難となり所望の色発現が不可能となることがある。塗膜の厚さは、乾燥後の膜厚として、通常0.2〜20μmの範囲とするのが好ましく、より好ましいのは0.5〜10μmの範囲、更に好ましいのは0.8〜5μmの範囲である。
(2−2)乾燥方法
基板に感光性着色樹脂組成物を塗布した後の塗膜の乾燥は、ホットプレート、IRオーブン、又はコンベクションオーブンを使用した乾燥法によるのが好ましい。乾燥の条件は、前記溶剤成分の種類、使用する乾燥機の性能等に応じて適宜選択することができる。乾燥時間は、溶剤成分の種類、使用する乾燥機の性能等に応じて、通常は、40〜200℃の温度で15秒〜5分間の範囲で選ばれ、好ましくは50〜130℃の温度で30秒〜3分間の範囲で選ばれる。
乾燥温度は、高いほど透明基板に対する塗膜の接着性が向上するが、高すぎるとバインダー樹脂が分解し、熱重合を誘発して現像不良を生ずる場合がある。なお、この塗膜の乾燥工程は、温度を高めず、減圧チャンバー内で乾燥を行う、減圧乾燥法であってもよい。
(2−3)露光方法
画像露光は、感光性着色樹脂組成物の塗膜上に、ネガのマスクパターンを重ね、このマスクパターンを介し、紫外線又は可視光線の光源を照射して行う。この際、必要に応じ、酸素による光重合性層の感度の低下を防ぐため、光重合性の塗膜上にポリビニルアルコール層等の酸素遮断層を形成した後に露光を行ってもよい。上記の画像露光に使用される光源は、特に限定されるものではない。光源としては、例えば、キセノンランプ、ハロゲンランプ、タングステンランプ、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、中圧水銀灯、低圧水銀灯、カーボンアーク、蛍光ランプ等のランプ光源や、アルゴンイオンレーザー、YAGレーザー、エキシマレーザー、窒素レーザー、ヘリウムカドミニウムレーザー、半導体レーザー等のレーザー光源等が挙げられる。特定の波長の光を照射して使用する場合には、光学フィルタを利用することもできる。
(2−4)現像方法
本発明に係るカラーフィルタは、感光性着色樹脂組成物による塗膜を、上記の光源によって画像露光を行った後、有機溶剤、又は、界面活性剤とアルカリ性化合物とを含む水溶液を用いる現像によって、基板上に画像を形成して作製することができる。この水溶液には、更に有機溶剤、緩衝剤、錯化剤、染料又は顔料を含ませることができる。
アルカリ性化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、メタケイ酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸水素カリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素カリウム、水酸化アンモニウム等の無機アルカリ性化合物や、モノ−・ジ−又はトリエタノールアミン、モノ−・ジ−又はトリメチルアミン、モノ−・ジ−又はトリエチルアミン、モノ−又はジイソプロピルアミン、n−ブチルアミン、モノ−・ジ−又はトリイソプロパノールアミン、エチレンイミン、エチレンジイミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、コリン等の有機アルカリ性化合物が挙げられる。これらのアルカリ性化合物は、2種以上の混合物であってもよい。
界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルエステル類、ソルビタンアルキルエステル類、モノグリセリドアルキルエステル類等のノニオン系界面活性剤、アルキルベンゼンスルホン酸塩類、アルキルナフタレンスルホン酸塩類、アルキル硫酸塩類、アルキルスルホン酸塩類、スルホコハク酸エステル塩類等のアニオン性界面活性剤、アルキルベタイン類、アミノ酸類等の両性界面活性剤が挙げられる。
有機溶剤としては、例えば、イソプロピルアルコール、ベンジルアルコール、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、フェニルセロソルブ、プロピレングリコール、ジアセトンアルコール等が挙げられる。有機溶剤は、単独で用いてもよく、また、水溶液と混合して用いてもよい。
現像処理の条件は特に制限はなく、通常、現像温度は10〜50℃の範囲、中でも15〜45℃、特に好ましくは20〜40℃で、現像方法は、浸漬現像法、スプレー現像法、ブラシ現像法、超音波現像法等のいずれかの方法によることができる。
(2−5)熱硬化処理方法
現像の後のカラーフィルタ基板には、熱硬化処理を施す。この際の熱硬化処理条件は、温度は100〜280℃の範囲、好ましくは150〜250℃の範囲で選ばれ、時間は5〜60分間の範囲で選ばれる。これら一連の工程を経て、一色のパターニング画像形成は終了する。この工程を順次繰り返し、ブラック、赤色、緑色、青色をパターニングし、カラーフィルタを形成する。なお、4色のパターニングの順番は、上記した順番に限定されるものではない。
(2−6)透明電極の形成方法
カラーフィルタは、このままの状態で画像上にITO等の透明電極を形成して、カラーディスプレイ、液晶表示装置等の部品の一部として使用されるが、表面平滑性や耐久性を高めるため、必要に応じ、画像上にポリアミド、ポリイミド等のトップコート層を設けることもできる。また一部、平面配向型駆動方式(IPSモード)等の用途においては、透明電極を形成しないこともある。
[3]スペーサ
本発明の感光性樹脂組成物をスペーサ用感光性樹脂組成物として用いる場合、通常、スペーサが設けられるべき基板上に、溶剤に溶解或いは分散された感光性樹脂組成物を、塗布等の方法により膜状或いはパターン状に供給し、溶剤を乾燥させた後、膜状に供給された場合には、必要により露光−現像を行うフォトリソグラフィ等の方法によりパターン形成を行う。その後、必要により熱硬化処理を行うことにより、該基板上にスペーサが形成される。
(3−1)基板への供給方法
本発明の感光性樹脂組成物は、通常溶剤に溶解或いは分散された状態で、基板上へ供給される。その供給方法としては、従来公知の方法、例えば、スピナー法、ワイヤーバー法、フローコート法、ダイコート法、ロールコート法、スプレーコート法等によって行うことができる。また、インクジェット法や印刷法等により、パターン状に供給してもよい。中でも、ダイコート法によれば、塗布液使用量が大幅に削減され、且つ、スピンコート法によった際に付着するミスト等の影響が全くない、異物発生が抑制される等、総合的な観点から好ましい。
塗布量は用途により異なるが、例えばスペーサの場合には、乾燥膜厚として、通常0.5μm以上、好ましくは1μm以上で、通常10μm以下、好ましくは8μm以下、特に好ましくは5μm以下の範囲である。また、乾燥膜厚或いは最終的に形成されたスペーサの高さが、基板全域に渡って均一であることが重要である。ばらつきが大きい場合には、液晶パネルにムラ欠陥を生ずることとなる。
(3−2)乾燥方法
基板上に感光性樹脂組成物を供給した後の乾燥は、ホットプレート、IRオーブン、コンベクションオーブンを使用した乾燥法によるのが好ましい。また、温度を高めず、減圧チャンバー内で乾燥を行う減圧乾燥法を組み合わせてもよい。乾燥の条件は、溶剤成分の種類、使用する乾燥機の性能等に応じて適宜選択することができる。乾燥時間は、溶剤成分の種類、使用する乾燥機の性能等に応じて、通常は、40〜100℃の温度で15秒〜5分間の範囲で選ばれ、好ましくは50〜90℃の温度で30秒〜3分間の範囲で選ばれる。
(3−3)露光方法
露光は、感光性樹脂組成物の塗布膜上に、ネガのマスクパターンを重ね、このマスクパターンを介し、紫外線又は可視光線の光源を照射して行う。またレーザー光による走査露光方式によってもよい。この際、必要に応じ、酸素による光重合性層の感度の低下を防ぐため、光重合性層上にポリビニルアルコール層等の酸素遮断層を形成した後に露光を行ってもよい。上記の露光に使用される光源は、特に限定されるものではない。光源としては、例えば、キセノンランプ、ハロゲンランプ、タングステンランプ、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、中圧水銀灯、低圧水銀灯、カーボンアーク、蛍光ランプ等のランプ光源や、アルゴンイオンレーザー、YAGレーザー、エキシマレーザー、窒素レーザー、ヘリウムカドミニウムレーザー、青紫色半導体レーザー、近赤外半導体レーザー等のレーザー光源等が挙げられる。特定の波長の光を照射して使用する場合には、光学フィルタを利用することもできる。
(3−4)現像方法
上記の露光を行った後、アルカリ性化合物と界面活性剤とを含む水溶液、又は有機溶剤を用いる現像によって、基板上に画像パターンを形成することができる。この水溶液には、更に有機溶剤、緩衝剤、錯化剤、染料又は顔料を含ませることができる。
アルカリ性化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、メタケイ酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸水素カリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素カリウム、水酸化アンモニウム等の無機アルカリ性化合物や、モノ−・ジ−又はトリエタノールアミン、モノ−・ジ−又はトリメチルアミン、モノ−・ジ−又はトリエチルアミン、モノ−又はジイソプロピルアミン、n−ブチルアミン、モノ−・ジ−又はトリイソプロパノールアミン、エチレンイミン、エチレンジイミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、コリン等の有機アルカリ性化合物が挙げられる。これらのアルカリ性化合物は、2種以上の混合物であってもよい。
界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルエステル類、ソルビタンアルキルエステル類、モノグリセリドアルキルエステル類等のノニオン系界面活性剤、アルキルベンゼンスルホン酸塩類、アルキルナフタレンスルホン酸塩類、アルキル硫酸塩類、アルキルスルホン酸塩類、スルホコハク酸エステル塩類等のアニオン性界面活性剤、アルキルベタイン類、アミノ酸類等の両性界面活性剤が挙げられる。
有機溶剤としては、例えば、イソプロピルアルコール、ベンジルアルコール、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、フェニルセロソルブ、プロピレングリコール、ジアセトンアルコール等が挙げられる。有機溶剤は単独で用いてもよく、水溶液と併用して使用してもできる。
(3−5)熱硬化処理方法
現像の後の基板には、熱硬化処理を施すのが好ましい。この際の熱硬化処理条件は、温度は100〜280℃の範囲、好ましくは150〜250℃の範囲で選ばれ、時間は5〜60分間の範囲で選ばれる。
[4]リブ(液晶分割配向突起)
リブ(液晶分割配向突起)とは、液晶表示装置の視野角を改善するために、透明電極上に形成する突起をいい、前記突起のスロープを利用して液晶を局所的に傾け、一画素内で液晶を多方向に分割させるものである。以下、リブの形成方法を詳述する。
(4−1)塗布及び現像方法
ブラックマトリクスとレッド、ブルー、グリーンのカラーフィルタを設け、更にその上に、150nm厚のITOを蒸着した通常0.1〜2mm厚の透明基板上に、本発明の感光性樹脂組成物をスピナー、ワイヤーバー、フローコーター、ダイコーター、ロールコーター、スプレー等の塗布装置を用いて塗布する。組成物の塗布膜厚は通常0.5〜5μmである。該組成物からなる塗布膜を乾燥した後、乾燥塗膜上にフォトマスクを置き、該フォトマスクを介して画像露光する。露光後、未露光の未硬化部分を現像にて除去することにより、画素を形成する。通常、現像後得られる画像は、5〜20μmの巾の細線再現性が求められ、高画質のディスプレイの要求からより高精細な細線再現性が要求さる傾向にある。高精細な細線を安定し再現する上で、現像後の細線画像の断面形状は、非画像と画像部のコントラストが明瞭な矩形型が、現像時間、現像液経時、現像シャワーの物理刺激等の現像マージンが広く好ましい。
(4−2)加熱方法
本発明では、現像後の画像は、矩形型に近い断面形状を有している。リブの形状に必要なアーチ状の形状を得るために、通常150℃以上、好ましくは180℃以上、更に好ましくは200℃以上、通常400℃以下、好ましくは300℃以下、更に好ましくは280℃以下で、且つ、通常10分以上、好ましくは15分以上、更に好ましくは20分以上、通常120分以下、好ましくは60分以下、更に好ましくは40分以下の加熱処理を施し、矩形状の断面形状をアーチ状の形状に変形させ、幅0.5〜20μm、高さ0.2〜5μmのリブを形成させる。この加熱時の変形の範囲としては感光性樹脂組成物と加熱条件を適宜調整し、加熱前の細線画像(矩形画像断面形状)の側面と基板平面から形成される接触角(W1)が上記加熱処理後の細線画像の側面と基板平面から形成される接触角(W2)を比較した場合、W1/W2が1.2以上、好ましくは1.3以上、更に好ましくは1.5以上、通常10以下、好ましくは8以下になるようにする。加熱温度が高い程、又は加熱時間が長い程変形率が大きく、反対に加熱温度が低い程、又は加熱時間が短い程その変形率は低い。
[液晶表示装置]
液晶表示装置は、通常、カラーフィルタ上に配向膜を形成し、この配向膜上にスペーサを散布した後、対向基板と貼り合わせて液晶セルを形成し、形成した液晶セルに液晶を注入し、対向電極に結線して完成する。配向膜としては、ポリイミド等の樹脂膜が好適である。配向膜の形成には、通常、グラビア印刷法及び/又はフレキソ印刷法が採用され、配向膜の厚さは数10nmとされる。熱焼成によって配向膜の硬化処理を行った後、紫外線の照射やラビング布による処理によって表面処理し、液晶の傾きを調整しうる表面状態に加工される。
スペーサとしては、対向基板とのギャップ(隙間)に応じた大きさのものが用いられ、通常2〜8μmのものが好適である。カラーフィルタ基板上に、前述の如く、フォトリソグラフィ法によって透明樹脂膜のフォトスペーサ(PS)を形成し、これをスペーサの代わりに活用することもできる。対向基板としては、通常、アレイ基板が用いられ、特にTFT(薄膜トランジスタ)基板が好適である。
対向基板との貼り合わせのギャップは、液晶表示装置の用途によって異なるが、通常2〜8μmの範囲で選ばれる。対向基板と貼り合わせた後、液晶注入口以外の部分は、エポキシ樹脂等のシール材によって封止する。シール材は、UV照射及び/又は加熱することによって硬化させ、液晶セル周辺がシールされる。
周辺をシールされた液晶セルは、パネル単位に切断した後、真空チャンバー内で減圧とし、上記液晶注入口を液晶に浸漬した後、チャンバー内をリークすることによって、液晶を液晶セル内に注入する。液晶セル内の減圧度は、通常、1×10−2〜1×10−7Paであるが、好ましくは1×10−3〜1×10−6Paである。また、減圧時に液晶セルを加温するのが好ましく、加温温度は通常30〜100℃であり、より好ましくは50〜90℃である。減圧時の加温保持は、通常10〜60分間の範囲とされ、その後液晶中に浸漬される。液晶を注入した液晶セルは、液晶注入口をUV硬化樹脂を硬化させて封止することによって、液晶表示装置(パネル)が完成する。
液晶の種類には特に制限がなく、芳香族系、脂肪族系、多環状化合物等、従来から知られている液晶であって、リオトロピック液晶、サーモトロピック液晶等のいずれでもよい。サーモトロピック液晶には、ネマティック液晶、スメスティック液晶及びコレステリック液晶等が知られているが、いずれであってもよい。
以下、実施例を示して本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲は、これらの実施例に限定されるものではない。
[上記式(1)で表される化合物及び比較化合物]
上記式(1)で表される化合物としては、下記式で表される化合物1〜20を準備した。この化合物1〜20の合成法を下記に示す。また、比較のため、下記式で表される比較化合物1〜8を準備した。
Figure 2013148857
Figure 2013148857
Figure 2013148857
<化合物1の合成法>
3−(4−メトキシフェニル)アクリル酸クロリド5.90g(30mmol)を50mlの乾燥したエーテルに溶解し、トリエチルアミン4.59ml(当量比1.1)、ジエチルアミン2.41ml(当量比1.1)を加え、室温にて1時間撹拌した。水50ml、飽和NaHCO水溶液50ml、及び1N塩酸で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。ヘキサン−酢酸エチルを展開溶媒とし、シリカゲルを支持担体としてカラムクロマトグラフィにより精製を行い、対応する化合物1(4.65g,20mmol)を得た。アクリル酸クロリド基準の収率は67%であった。
<化合物2の合成法>
3−(4−メトキシフェニル)アクリル酸クロリド5.90g(30mmol)を50mlの乾燥したエーテルに溶解し、トリエチルアミン4.59ml(当量比1.1)、アニリン3.07ml(当量比1.1)を加え、室温にて1時間撹拌した。水50ml、飽和NaHCO水溶液50ml、及び1N塩酸で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。ヘキサン−酢酸エチルを展開溶媒とし、シリカゲルを支持担体としてカラムクロマトグラフィにより精製を行い、対応する化合物2(6.31g,25mmol)を得た。アクリル酸クロリド基準の収率は83%であった。
<化合物3の合成法>
3−(4−メトキシフェニル)アクリル酸クロリド5.90g(30mmol)を50mlの乾燥したエーテルに溶解し、トリエチルアミン4.59ml(当量比1.1)、イミダゾール2.25ml(当量比1.1)を加え、室温にて1時間撹拌した。水50ml、飽和NaHCO水溶液50ml、及び1N塩酸で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。ヘキサン−酢酸エチルを展開溶媒とし、シリカゲルを支持担体としてカラムクロマトグラフィにより精製を行い、対応する化合物3(3.41g,15mmol)を得た。アクリル酸クロリド基準の収率は50%であった。
<化合物4の合成法>
3−(4−メトキシフェニル)アクリル酸クロリド5.90g(30mmol)を50mlの乾燥したエーテルに溶解し、トリエチルアミン4.59ml(当量比1.1)、モルホリン2.25ml(当量比1.1)を加え、室温にて1時間撹拌した。水50ml、飽和NaHCO水溶液50ml、及び1N塩酸で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。ヘキサン−酢酸エチルを展開溶媒とし、シリカゲルを支持担体としてカラムクロマトグラフィにより精製を行い、対応する化合物4(3.41g,15mmol)を得た。アクリル酸クロリド基準の収率は50%であった。
<化合物5の合成法>
3−(2−ニトロ−4−メトキシフェニル)アクリル酸クロリド7.25g(30mmol)を50mlの乾燥したエーテルに溶解し、トリエチルアミン4.59ml(当量比1.1)、イミダゾール2.25ml(当量比1.1)を加え、室温にて1時間撹拌した。水50ml、飽和NaHCO水溶液50ml、及び1N塩酸で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。ヘキサン−酢酸エチルを展開溶媒とし、シリカゲルを支持担体としてカラムクロマトグラフィにより精製を行い、対応する化合物5(4.08g,15mmol)を得た。アクリル酸クロリド基準の収率は50%であった。
<化合物6の合成法>
3−(3−ニトロ−4−メトキシフェニル)アクリル酸クロリド7.25g(30mmol)を50mlの乾燥したエーテルに溶解し、トリエチルアミン4.59ml(当量比1.1)、イミダゾール2.25ml(当量比1.1)を加え、室温にて1時間撹拌した。水50ml、飽和NaHCO水溶液50ml、及び1N塩酸で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。ヘキサン−酢酸エチルを展開溶媒とし、シリカゲルを支持担体としてカラムクロマトグラフィにより精製を行い、対応する化合物6(4.08g,15mmol)を得た。アクリル酸クロリド基準の収率は50%であった。
<化合物7の合成法>
2−メチル−3−(2−ニトロ−4−メトキシフェニル)アクリル酸クロリド7.67g(30mmol)を50mlの乾燥したエーテルに溶解し、トリエチルアミン4.59ml(当量比1.1)、イミダゾール2.25ml(当量比1.1)を加え、室温にて1時間撹拌した。水50ml、飽和NaHCO水溶液50ml、及び1N塩酸で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。ヘキサン−酢酸エチルを展開溶媒とし、シリカゲルを支持担体としてカラムクロマトグラフィにより精製を行い、対応する化合物7(4.29g,15mmol)を得た。アクリル酸クロリド基準の収率は50%であった。
<化合物8の合成法>
2−メチル−3−(3−ニトロ−4−メトキシフェニル)アクリル酸クロリド7.67g(30mmol)を50mlの乾燥したエーテルに溶解し、トリエチルアミン4.59ml(当量比1.1)、イミダゾール2.25ml(当量比1.1)を加え、室温にて1時間撹拌した。水50ml、飽和NaHCO水溶液50ml、及び1N塩酸で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。ヘキサン−酢酸エチルを展開溶媒とし、シリカゲルを支持担体としてカラムクロマトグラフィにより精製を行い、対応する化合物8(3.41g,15mmol)を得た。アクリル酸クロリド基準の収率は50%であった。
<化合物9の合成法>
3−(2−ニトロ−4−メトキシフェニル)アクリル酸クロリド7.25g(30mmol)を50mlの乾燥したエーテルに溶解し、トリエチルアミン4.59ml(当量比1.1)、ジエチルアミン2.41ml(当量比1.1)を加え、室温にて1時間撹拌した。水50ml、飽和NaHCO水溶液50ml、及び1N塩酸で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。ヘキサン−酢酸エチルを展開溶媒とし、シリカゲルを支持担体としてカラムクロマトグラフィにより精製を行い、対応する化合物9(5.55g,20mmol)を得た。アクリル酸クロリド基準の収率は67%であった。
<化合物10の合成法>
3−(3−ニトロ−4−メトキシフェニル)アクリル酸クロリド7.25g(30mmol)を50mlの乾燥したエーテルに溶解し、トリエチルアミン4.59ml(当量比1.1)、ジエチルアミン2.41ml(当量比1.1)を加え、室温にて1時間撹拌した。水50ml、飽和NaHCO水溶液50ml、及び1N塩酸で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。ヘキサン−酢酸エチルを展開溶媒とし、シリカゲルを支持担体としてカラムクロマトグラフィにより精製を行い、対応する化合物9(5.55g,20mmol)を得た。アクリル酸クロリド基準の収率は67%であった。
<化合物11の合成法>
2−メチル−3−(2−ニトロ−4−メトキシフェニル)アクリル酸クロリド7.67g(30mmol)を50mlの乾燥したエーテルに溶解し、トリエチルアミン4.59ml(当量比1.1)、ジエチルアミン2.41ml(当量比1.1)を加え、室温にて1時間撹拌した。水50ml、飽和NaHCO水溶液50ml、及び1N塩酸で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。ヘキサン−酢酸エチルを展開溶媒とし、シリカゲルを支持担体としてカラムクロマトグラフィにより精製を行い、対応する化合物11(5.83g,20mmol)を得た。アクリル酸クロリド基準の収率は67%であった。
<化合物12の合成法>
2−メチル−3−(3−ニトロ−4−メトキシフェニル)アクリル酸クロリド7.67g(30mmol)を50mlの乾燥したエーテルに溶解し、トリエチルアミン4.59ml(当量比1.1)、ジエチルアミン2.41ml(当量比1.1)を加え、室温にて1時間撹拌した。水50ml、飽和NaHCO水溶液50ml、及び1N塩酸で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。ヘキサン−酢酸エチルを展開溶媒とし、シリカゲルを支持担体としてカラムクロマトグラフィにより精製を行い、対応する化合物12(5.83g,20mmol)を得た。アクリル酸クロリド基準の収率は67%であった。
<化合物13の合成法>
3−(2−ニトロ−4−メトキシフェニル)アクリル酸クロリド7.25g(30mmol)を50mlの乾燥したエーテルに溶解し、トリエチルアミン4.59ml(当量比1.1)、ピペリジン2.81ml(当量比1.1)を加え、室温にて1時間撹拌した。水50ml、飽和NaHCO水溶液50ml、及び1N塩酸で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。ヘキサン−酢酸エチルを展開溶媒とし、シリカゲルを支持担体としてカラムクロマトグラフィにより精製を行い、対応する化合物13(5.62g,23mmol)を得た。アクリル酸クロリド基準の収率は77%であった。
<化合物14の合成法>
3−(3−ニトロ−4−メトキシフェニル)アクリル酸クロリド7.25g(30mmol)を50mlの乾燥したエーテルに溶解し、トリエチルアミン4.59ml(当量比1.1)、ピペリジン2.81ml(当量比1.1)を加え、室温にて1時間撹拌した。水50ml、飽和NaHCO水溶液50ml、及び1N塩酸で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。ヘキサン−酢酸エチルを展開溶媒とし、シリカゲルを支持担体としてカラムクロマトグラフィにより精製を行い、対応する化合物14(5.62g,23mmol)を得た。アクリル酸クロリド基準の収率は67%であった。
<化合物15の合成法>
2−メチル−3−(2−ニトロ−4−メトキシフェニル)アクリル酸クロリド7.67g(30mmol)を50mlの乾燥したエーテルに溶解し、トリエチルアミン4.59ml(当量比1.1)、ピペリジン2.81ml(当量比1.1)を加え、室温にて1時間撹拌した。水50ml、飽和NaHCO水溶液50ml、及び1N塩酸で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。ヘキサン−酢酸エチルを展開溶媒とし、シリカゲルを支持担体としてカラムクロマトグラフィにより精製を行い、対応する化合物15(5.83g,23mmol)を得た。アクリル酸クロリド基準の収率は67%であった。
<化合物16の合成法>
2−メチル−3−(3−ニトロ−4−メトキシフェニル)アクリル酸クロリド7.67g(30mmol)を50mlの乾燥したエーテルに溶解し、トリエチルアミン4.59ml(当量比1.1)、ピペリジン2.81ml(当量比1.1)を加え、室温にて1時間撹拌した。水50ml、飽和NaHCO水溶液50ml、及び1N塩酸で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。ヘキサン−酢酸エチルを展開溶媒とし、シリカゲルを支持担体としてカラムクロマトグラフィにより精製を行い、対応する化合物16(5.83g,23mmol)を得た。アクリル酸クロリド基準の収率は67%であった。
<化合物17の合成法>
3−(4−メトキシフェニル)アクリル酸クロリド5.90g(30mmol)を50mlの乾燥したエーテルに溶解し、トリエチルアミン4.59ml(当量比1.1)、ピペリジン2.81ml(当量比1.1)を加え、室温にて1時間撹拌した。水50ml、飽和NaHCO水溶液50ml、及び1N塩酸で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。ヘキサン−酢酸エチルを展開溶媒とし、シリカゲルを支持担体としてカラムクロマトグラフィにより精製を行い、対応する化合物17(3.41g,15mmol)を得た。アクリル酸クロリド基準の収率は50%であった。
<化合物18の合成法>
2−メチル−3−(4−メトキシフェニル)アクリル酸クロリド6.32g(30mmol)を50mlの乾燥したエーテルに溶解し、トリエチルアミン4.59ml(当量比1.1)、イミダゾール2.25ml(当量比1.1)を加え、室温にて1時間撹拌した。水50ml、飽和NaHCO水溶液50ml、及び1N塩酸で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。ヘキサン−酢酸エチルを展開溶媒とし、シリカゲルを支持担体としてカラムクロマトグラフィにより精製を行い、対応する化合物18(3.62g,15mmol)を得た。アクリル酸クロリド基準の収率は50%であった。
<化合物19の合成法>
2−メチル−3−(4−メトキシフェニル)アクリル酸クロリド6.32g(30mmol)を50mlの乾燥したエーテルに溶解し、トリエチルアミン4.59ml(当量比1.1)、ジエチルアミン2.41ml(当量比1.1)を加え、室温にて1時間撹拌した。水50ml、飽和NaHCO水溶液50ml、及び1N塩酸で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。ヘキサン−酢酸エチルを展開溶媒とし、シリカゲルを支持担体としてカラムクロマトグラフィにより精製を行い、対応する化合物19(4.93g,20mmol)を得た。アクリル酸クロリド基準の収率は67%であった。
<化合物20の合成法>
2−メチル−3−(4−メトキシフェニル)アクリル酸クロリド6.32g(30mmol)を50mlの乾燥したエーテルに溶解し、トリエチルアミン4.59ml(当量比1.1)、アニリン3.07ml(当量比1.1)を加え、室温にて1時間撹拌した。水50ml、飽和NaHCO水溶液50ml、及び1N塩酸で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。ヘキサン−酢酸エチルを展開溶媒とし、シリカゲルを支持担体としてカラムクロマトグラフィにより精製を行い、対応する化合物20(4.29g,25mmol)を得た。アクリル酸クロリド基準の収率は83%であった。
[アルカリ可溶性不飽和樹脂]
アルカリ可溶性不飽和樹脂は、下記合成法により合成される。
<合成例1>
撹拌機、温度計、及び冷却管を取り付けたフラスコに窒素ガスパージを施してから、5,5’−(1−メチルエチリデン)ビス[2−シクロヘキシルフェノール](下記式(5))100.0gと、エピクロルヒドリン700.0gとを加え、溶解させた。更に、65℃に加熱し、水酸化ナトリウム11.0gを90分かけて分割添加し、その後、更に65℃にて2時間、70℃にて1時間反応させた。反応終了後、130℃でエピクロルヒドリンを留去し、水洗を3回繰り返し、下記式(6)で表されるエポキシ化合物を得た。得られたエポキシ化合物は、白色粉体であり、エポキシ当量は257g/eqであった。
Figure 2013148857
得られたエポキシ化合物100.0g、アクリル酸29.0g、p−メトキシフェノール0.06g、トリフェニルホスフィン2.6g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート126.0gを反応容器に仕込み、120℃で2時間、更に95℃で酸価が5mg−KOH/g以下になるまで撹拌した。酸価が目標に達するまで10時間を要した(酸価4.0)。
<アルカリ可溶性不飽和樹脂(A−I)溶液の合成法>
合成例1で得られた反応液257部にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート60部を加え、ヘキサメチレンジイソシアネート10.7部を添加し、90℃で3時間反応させ、更にトリメリット酸無水物28.5部を添加し、90℃で更に3時間反応させ、酸価96、GPCで測定したポリスチレン換算の重量平均分子量2580のアルカリ可溶性不飽和樹脂(A−I)溶液を得た。
<アルカリ可溶性不飽和樹脂(A−II)溶液の合成法>
合成例1で得られた反応液80部にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート15部を加え、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物9.6部を添加し、120℃で2時間反応させ、更にテトラヒドロ無水フタル酸5部を添加し、95℃で3時間反応させ、酸価106、GPCで測定したポリスチレン換算の重量平均分子量3700のアルカリ可溶性不飽和樹脂(A−II)溶液を得た。
<アルカリ可溶性不飽和樹脂(A−III)溶液の合成法>
ビスフェノールA型エポキシ化合物(下記式(7)、エポキシ当量186g/eq)100部、アクリル酸40部、p−メトキシフェノール0.06部、トリフェニルホスフィン2.4部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート126部を反応容器に仕込み、95℃で酸価が5mg−KOH/g以下になるまで撹拌した。酸価が目標に達するまで10時間を要した(酸価1.0)。次いで、得られた反応液にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート40部を加え、イソホロンジイソシアネート19.5部を添加し、90℃で3時間反応させ、更にトリメリット酸無水物39.3部を添加し、90℃で3時間反応させ、酸価113、GPCで測定したポリスチレン換算の重量平均分子量2400のアルカリ可溶性不飽和樹脂(A−III)溶液を得た。
Figure 2013148857
<アルカリ可溶性不飽和樹脂(A−IV)溶液の合成法>
ビスフェノールA型エポキシ化合物(上記式(7)、エポキシ当量186g/eq)100部、アクリル酸40部、p−メトキシフェノール0.06部、トリフェニルホスフィン2.4部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート126部を反応容器に仕込み、95℃で酸価が5mg−KOH/g以下になるまで撹拌した。酸価が目標に達するまで10時間を要した(酸価1.0)。次いで、得られた反応液にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート40部を加え、イソホロンジイソシアネート17.5部を添加し、90℃で3時間反応させ、更にトリメリット酸無水物46.8部を添加し、90℃で3時間反応させ、酸価136、GPCで測定したポリスチレン換算の重量平均分子量2840のアルカリ可溶性不飽和樹脂(A−IV)溶液を得た。
<感光性樹脂組成物の調製>
[実施例1]
撹拌機、温度計、及び窒素導入管を備えた三口フラスコにおいて、アルカリ可溶性不飽和樹脂(A−I)溶液を60.0g(固形分換算30.0g)とジペンタエリスリトールヘキサアクリレート10.0gと「CGI−242」(チバ・スペシャリティーケミカル社製。構造式は下記の通り。)4.0gとウレタン系窒素原子含有高分子分散剤としてビックケミー・ジャパン株式会社製、商品名「Disperbyk182」を用いて分散を行ったカーボンブラック分散体溶液224.0g(固形分換算56.0g。うちカーボンブラック43.0g、高分子分散剤13.0g)とを、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート218.0gに加え、更に上記化合物1を固形分中3質量%となるように添加し、室温下にて一昼夜撹拌溶解後、フィルタ濾過して感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例2〜20]
上記化合物1の代わりにそれぞれ、上記化合物2〜20を用いたほかは、実施例1と同様にして感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例21]
上記アルカリ可溶性不飽和樹脂(A−I)溶液の代わりに、上記アルカリ可溶性不飽和樹脂(A−III)溶液を用いたほかは、実施例1と同様にして感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例22]
上記アルカリ可溶性不飽和樹脂(A−I)溶液の代わりに、上記アルカリ可溶性不飽和樹脂(A−IV)溶液を用いたほかは、実施例1と同様にして感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例23]
上記アルカリ可溶性不飽和樹脂(A−I)溶液の代わりに、アルカリ可溶性不飽和樹脂(A−III)溶液を用いたほかは、実施例3と同様にして感光性樹脂組成物を調製した。
[実施例24]
上記アルカリ可溶性不飽和樹脂(A−I)溶液の代わりに、上記アルカリ可溶性不飽和樹脂(A−IV)溶液を用いたほかは、実施例3と同様にして感光性樹脂組成物を調製した。
[比較例1〜8]
上記化合物1の代わりにそれぞれ、上記比較化合物1〜8を用いたほかは、実施例1と同様にして感光性樹脂組成物を調製した。
[比較例9〜11]
上記アルカリ可溶性不飽和樹脂(A−1)溶液の代わりにそれぞれ、アルカリ可溶性不飽和樹脂(A−II)、(A−III)、(A−IV)溶液を用いたほかは、比較例7と同様にして感光性樹脂組成物を調製した。
[評価]
実施例1〜24、比較例1〜11の感光性樹脂組成物を、6インチシリコン基板上にスピンコートした後に乾燥して、5.0±1.0μmの塗膜を形成した。次いで、ミラープロジェクションアライナー(製品名:MPA−600FA、キヤノン社製)を用いて、5〜40μmのラインパターンの形成されたネガマスクを介して、塗膜に紫外線を照射した。露光量は100mJ/cmとした。次いで、1時間遮光箱内にて放置した後、ホットプレートにて120℃で60秒間加熱した。その後、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて、未露光部分が除去されるのに要する現像時間の1.2倍の時間にてパドル現像し、水でリンスした後、乾燥することにより、パターン密着性評価用のラインパターンを形成した。
そして、形成されたラインパターンを走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、パターン密着性を評価した。パターン密着性は、5μmのラインが完全に再現されているものを「良好」、全剥がれや一部剥がれ、欠けが生じているものを「不良」として評価した。
同様に、5〜40μmのラインパターンの形成されたネガマスクを介して、塗膜に紫外線を照射した。露光量は100mJ/cmとした。次いで、パターン密着性評価用のラインパターンの形成と同様の処理により、パターン直進性評価用のラインパターンを形成した。
そして、形成されたラインパターンを走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、パターン直進性を評価した。パターン直進性は、ラインのエッジにがたつきがないものを「良好」、がたつきがあるものを「不良」として評価した。
更に、現像後の未露光部における残渣の有無について評価した。
結果を下記表1、2に示す。
Figure 2013148857
Figure 2013148857
表1から分かるように、上記式(1)で表される化合物1〜20を添加した実施例1〜24の感光性樹脂組成物を用いた場合には、5μmのラインパターンが基板に密着し、しかもラインパターンの直進性にも優れていた。更に、実施例1〜24の感光性樹脂組成物を用いた場合には、現像残渣も存在しなかった。
これに対して、表2から分かるように、上記式(1)で表される化合物を添加していない比較例1〜11の感光性樹脂組成物を用いた場合には、パターン密着性、パターン直進性いずれも、実施例1〜24より劣っており、良好な微小パターニング特性が得られなかった。

Claims (11)

  1. 有機結合材と下記式(1)で表される化合物とを含有する感光性樹脂組成物であって、
    前記有機結合材が、分子内に少なくとも2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物(a)と、不飽和基含有カルボン酸(b)との反応物を、更にイソシアネート基を有する化合物(c)と反応させることにより得られるアルカリ可溶性不飽和樹脂を含有することを特徴とする感光性樹脂組成物。
    Figure 2013148857
    (前記式(1)中、R及びRは、それぞれ独立に水素原子又は有機基を示す。ただし、R及びRの少なくとも一方は有機基を示す。R及びRは、それらが結合して環状構造を形成していてもよく、ヘテロ原子の結合を含んでいてもよい。Rは、単結合又は有機基を示す。R及びRは、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、又は有機基を示す。R、R、R、及びRは、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、アミノ基、アンモニオ基、又は有機基を示す。ただし、R及びRが水酸基となることはない。R、R、R、及びRは、それらの2つ以上が結合して環状構造を形成していてもよく、ヘテロ原子の結合を含んでいてもよい。R10は、水素原子又は有機基を示す。)
  2. 前記分子内に少なくとも2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物(a)が下記式(I−a)で表される化合物を含む請求項1記載の感光性樹脂組成物。
    Figure 2013148857
    [前記式(I−a)中、Xは、下記式(II)で表される。
    Figure 2013148857
    (前記式(II)中、R11〜R26は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、又は置換基を有していてもよいフェニル基を示し、R11とR12、R13とR14がそれぞれ共にアルキル基の場合は互いに連結して環を形成していてもよい。nは0又は1である。)]
  3. 有機結合材と下記式(1)で表される化合物とを含有する感光性樹脂組成物であって、
    前記有機結合材が、分子内に少なくとも2個以上のフェノール性水酸基を有するフェノール性水酸基含有化合物(f)と、不飽和基含有エポキシ化合物(g)との反応物を、更にイソシアネート基を有する化合物(c)と反応させることにより得られるアルカリ可溶性不飽和樹脂を含有することを特徴とする感光性樹脂組成物。
    Figure 2013148857
  4. 前記分子内に少なくとも2個以上のフェノール性水酸基を有するフェノール性水酸基含有化合物(f)が下記式(I−f)で表される化合物を含む請求項3記載の感光性樹脂組成物。
    Figure 2013148857
    [前記式(I−f)中、Xは、下記式(II)で表される。
    Figure 2013148857
    (前記式(II)中、R11〜R26は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、又は置換基を有していてもよいフェニル基を示し、R11とR12、R13とR14がそれぞれ共にアルキル基の場合は互いに連結して環を形成していてもよい。nは0又は1である。)]
  5. 前記イソシアネート基を有する化合物(c)がイソシアネート基を分子内に2個以上有する化合物である請求項1から4のいずれか記載の感光性樹脂組成物。
  6. 前記式(I−a)又は前記式(I−f)におけるXが下記式(IIA)、(IIB)、(IIC)のいずれかで表される請求項2又は4記載の感光性樹脂組成物。
    Figure 2013148857
    (前記式(IIA)、(IIB)、(IIC)中、R11〜R26及びnは前記式(II)におけると同義である。)
  7. 前記式(IIA)が下記式(IIAa)又は(IIAb)で表される請求項6記載の感光性樹脂組成物。
    Figure 2013148857
    (前記式(IIAa)、(IIAb)中、R11,R12は前記式(II)におけると同義である。)
  8. 光重合開始剤を含有する請求項1から7のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
  9. 着色剤を含有する請求項1から8のいずれかに記載の感光性樹脂組成物。
  10. 請求項1から9のいずれかに記載の感光性樹脂組成物を用いて形成されたカラーフィルタ。
  11. 請求項1から9のいずれかに記載の感光性樹脂組成物を用いて形成された部材を有する液晶表示装置。
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