本発明は、第1混合物を重合反応させて得られた第1アルカリ可溶性樹脂(A−1)を含むアルカリ可溶性樹脂を提供し、該第1混合物は、式(1)で表される少なくとも二つのエポキシ基を有するエポキシ化合物(a−1−1)と、少なくとも一つのカルボキシル基と少なくとも一つのエチレン性不飽和基とを有する化合物(a−1−2)とを含む。
式中、
R
1、R
2およびR
3は、それぞれ独立に、炭素数1乃至6の分岐または直鎖のアルキレン基または炭素数1乃至6の分岐または直鎖のオキシアルキレン基を表し、かつ
E
1、E
2およびE
3は、それぞれ独立に、式(2)で表されるエポキシ基含有基、式(3)で表される有機基または水素原子を表し、E
1、E
2およびE
3のうち、少なくとも二つは、式(2)で表されるエポキシ基含有基を表し、
式(2)および式(3)中、R
4は、水素原子またはメチル基を表す。
該第1アルカリ可溶性樹脂(A−1)は、第1混合物を重合反応させて得られ、該第1混合物は、式(1)で表される少なくとも二つのエポキシ基を有するエポキシ化合物(a−1−1)と、少なくとも一つのカルボキシル基と少なくとも一つのエチレン性不飽和基とを有する化合物(a−1−2)とを含む。また、該第1混合物は、さらに、カルボン酸無水物化合物(a−1−3)またはエポキシ基含有化合物(a−1−4)または上記二者の組合せを選択的に含んでもよい。
式中、
R
1、R
2およびR
3は、それぞれ独立に、炭素数1乃至6の分岐または直鎖のアルキレン基または炭素数1乃至6の分岐または直鎖のオキシアルキレン基を表し、かつ
E
1、E
2およびE
3は、それぞれ独立に、式(2)で表されるエポキシ基含有基、式(3)で表される有機基または水素原子を表し、E
1、E
2およびE
3のうち、少なくとも二つは、式(2)で表されるエポキシ基含有基を表し、
式(2)および式(3)中、R
4は、水素原子またはメチル基を表す。
アルキレン基としては炭素数1乃至6のアルキレン基が挙げられ、例えばメチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、イソプロピレン基、シクロプロピレン基、n−ブチレン基、イソブチレン基、s−ブチレン基、t−ブチレン基、シクロブチレン基、1−メチル−シクロプロピレン基、2−メチル−シクロプロピレン基、n−ペンチレン基、1−メチル−n−ブチレン基、2−メチル−n−ブチレン基、3−メチル−n−ブチレン基、1,1−ジメチル−n−プロピレン基、1,2−ジメチル−n−プロピレン基、2,2−ジメチル−n−プロピレン基、1−エチル−n−プロピレン基、シクロペンチレン基、1−メチル−シクロブチレン基、2−メチル−シクロブチレン基、3−メチル−シクロブチレン基、1,2−ジメチル−シクロプロピレン基、2,3−ジメチル−シクロプロピレン基、1−エチル−シクロプロピレン基、2−エチル−シクロプロピレン基、n−ヘキシレン基、1−メチル−n−ペンチレン基、2−メチル−n−ペンチレン基、3−メチル−n−ペンチレン基、4−メチル−n−ペンチレン基、1,1−ジメチル−n−ブチレン基、1,2−ジメチル−n−ブチレン基、1,3−ジメチル−n−ブチレン基、2,2−ジメチル−n−ブチレン基、2,3−ジメチル−n−ブチレン基、3,3−ジメチル−n−ブチレン基、1−エチル−n−ブチレン基、2−エチル−n−ブチレン基、1,1,2−トリメチル−n−プロピレン基、1,2,2−トリメチル−n−プロピレン基、1−エチル−1−メチル−n−プロピレン基、1−エチル−2−メチル−n−プロピレン基、シクロヘキシレン基、1−メチル−シクロペンチレン基、2−メチル−シクロペンチレン基、3−メチル−シクロペンチレン基、1−エチル−シクロブチレン基、2−エチル−シクロブチレン基、3−エチル−シクロブチレン基、1,2−ジメチル−シクロブチレン基、1,3−ジメチル−シクロブチレン基、2,2−ジメチル−シクロブチレン基、2,3−ジメチル−シクロブチレン基、2,4−ジメチル−シクロブチレン基、3,3−ジメチル−シクロブチレン基、1−n−プロピル−シクロプロピレン基、2−n−プロピル−シクロプロピレン基、1−イソプロピル−シクロプロピレン基、2−イソプロピル−シクロプロピレン基、1,2,2−トリメチル−シクロプロピレン基、1,2,3−トリメチル−シクロプロピレン基、2,2,3−トリメチル−シクロプロピレン基、1−エチル−2−メチル−シクロプロピレン基、2−エチル−1−メチル−シクロプロピレン基、2−エチル−2−メチル−シクロプロピレン基及び2−エチル−3−メチル−シクロプロピレン基等が挙げられる。特に炭素数1乃至3のアルキレン基が好ましい。
オキシアルキレン基としては炭素数1乃至6のオキシアルキレン基が挙げられ、例えばオキシメチレン基、オキシエチレン基、オキシn−プロピレン基、オキシイソプロピレン基、オキシシクロプロピレン基、オキシn−ブチレン基、オキシイソブチレン基、オキシs−ブチレン基、オキシt−ブチレン基、オキシシクロブチレン基、オキシ1−メチル−シクロプロピレン基、オキシ2−メチル−シクロプロピレン基、オキシn−ペンチレン基、オキシ1−メチル−n−ブチレン基、オキシ2−メチル−n−ブチレン基、オキシ3−メチル−n−ブチレン基、オキシ1,1−ジメチル−n−プロピレン基、オキシ1,2−ジメチル−n−プロピレン基、オキシ2,2−ジメチル−n−プロピレン基、オキシ1−エチル−n−プロピレン基、オキシシクロペンチレン基、オキシ1−メチル−シクロブチレン基、オキシ2−メチル−シクロブチレン基、オキシ3−メチル−シクロブチレン基、オキシ1,2−ジメチル−シクロプロピレン基、オキシ2,3−ジメチル−シクロプロピレン基、オキシ1−エチル−シクロプロピレン基、オキシ2−エチル−シクロプロピレン基、オキシn−ヘキシレン基、オキシ1−メチル−n−ペンチレン基、オキシ2−メチル−n−ペンチレン基、オキシ3−メチル−n−ペンチレン基、オキシ4−メチル−n−ペンチレン基、オキシ1,1−ジメチル−n−ブチレン基、オキシ1,2−ジメチル−n−ブチレン基、オキシ1,3−ジメチル−n−ブチレン基、オキシ2,2−ジメチル−n−ブチレン基、オキシ2,3−ジメチル−n−ブチレン基、オキシ3,3−ジメチル−n−ブチレン基、オキシ1−エチル−n−ブチレン基、オキシ2−エチル−n−ブチレン基、オキシ1,1,2−トリメチル−n−プロピレン基、オキシ1,2,2−トリメチル−n−プロピレン基、オキシ1−エチル−1−メチル−n−プロピレン基、オキシ1−エチル−2−メチル−n−プロピレン基、オキシシクロヘキシレン基、オキシ1−メチル−シクロペンチレン基、オキシ2−メチル−シクロペンチレン基、オキシ3−メチル−シクロペンチレン基、オキシ1−エチル−シクロブチレン基、オキシ2−エチル−シクロブチレン基、オキシ3−エチル−シクロブチレン基、オキシ1,2−ジメチル−シクロブチレン基、オキシ1,3−ジメチル−シクロブチレン基、オキシ2,2−ジメチル−シクロブチレン基、オキシ2,3−ジメチル−シクロブチレン基、オキシ2,4−ジメチル−シクロブチレン基、オキシ3,3−ジメチル−シクロブチレン基、オキシ1−n−プロピル−シクロプロピレン基、オキシ2−n−プロピル−シクロプロピレン基、オキシ1−イソプロピル−シクロプロピレン基、オキシ2−イソプロピル−シクロプロピレン基、オキシ1,2,2−トリメチル−シクロプロピレン基、オキシ1,2,3−トリメチル−シクロプロピレン基、オキシ2,2,3−トリメチル−シクロプロピレン基、オキシ1−エチル−2−メチル−シクロプロピレン基、オキシ2−エチル−1−メチル−シクロプロピレン基、オキシ2−エチル−2−メチル−シクロプロピレン基及びオキシ2−エチル−3−メチル−シクロプロピレン基等が挙げられる。特に、オキシエチレン基、オキシイソプロピレン基が好ましく用いられる。
特に、R1、R2、及びR3が炭素数1乃至3のアルキレン基を表す。
本発明の好ましい具体例は、式(1)で表される少なくとも2つのエポキシ基を有するエポキシ化合物(a-1-1)は、モノアリルジグリシジルイソシアヌレート(monoallyldiglycidyl isocyanurate)、1−アリル−3,5−ビス(2−メチルエポキシプロピル)イソシアヌレート(1-allyl-3,5-bis (2-methyl-epoxy propyl) isocyanurate)、1−(2−メチルプロペニル)−3,5−ジグリシジルイソシアヌレート(1-(2-methyl-propenyl)-3,5-diglycidyl isocyanurate)、1−(2−メチルプロペニル)−3,5−ビス(2−メチルエポキシプロピル)イソシアヌレート(1-(2-methyl-propenyl)-3,5-bis (2-methyl-epoxy propyl) isocyanurate)および式(1-1)〜(1-13)で表されるエポキシ化合物等を含む(ただし、これらに限定されない)
本発明に用いられる式(1)で表される少なくとも2つのエポキシ基を有するエポキシ化合物(a-1-1)は、式(1−2)で表される化合物を例とすると以下の方法で得ることができる。
上記反応ではイソシアヌール酸を水酸化ナトリウムでイソシアヌール酸Na塩に変換する。この反応は、水中で、0乃至100℃、1乃至10時間で行うことができる。更にイソシアヌール酸Na塩とハロゲン化アルケンとを反応させて、アルケン置換イソシアヌール酸を得る。この反応は例えばDMF(ジメチルホルムアミド)溶媒中で、0乃至150℃、1乃至10時間で行うことができる。式中Xはハロゲン原子であり、ハロゲン化アルケンはモノブロモアルケンや、モノクロロアルケンを用いることができる。そしてアルケン置換イソシアヌール酸を過酸で酸化してエポキシ化合物を得ることができる。ここで過酸は例えば、メタクロロ過安息香酸、過酢酸、過酸化水素−タングステン酸等を用いることができる。この反応は塩化メチレン、トルエン等の溶媒中で、0乃至110℃、1乃至10時間で行うことができる。上記式(1−1)、式(1−3)、式(1−6)乃至式(1−8)で表される化合物も同様の方法で合成することができる。
本発明に用いられる式(1)で表される少なくとも2つのエポキシ基を有するエポキシ化合物(a-1-1)は、式(1−4)で表される化合物を例とすると以下の方法で得ることが出来る。
上記反応ではヒドロキシアルキルイソシアヌレートとエピハロヒドリン(epihalohydrin)を反応させてトリス(アルキレンオキシグリシジル)イソシアヌレート[tris (alkyleneoxy glycidyl) isocyanurate]が得られる。ヒドロキシアルキルイソシアヌレートの例としては、ヒドロキシエチルイソシアヌレート等が挙げられ、エピハロヒドリンの例としてはエピクロルヒドリン、エピブロモヒドリン等が挙げられる。反応はジオキサン等の溶媒中で、BF3や塩化錫を触媒として用い、0乃至100℃で、1乃至10時間の反応によって行われる。上記式(1−5)、式(1−9)、式(1−10)で表される化合物も同様の方法で合成することができる。
式(1−11)乃至式(1−13)で表される化合物の前駆体、メチル及びアルケニル置換イソシアヌール酸は、イソシアヌール酸をハロゲン化アルケンと反応させることでトリアルケニル置換イソシアヌール酸との混合物として得られる。この反応は例えば、炭酸カリウム存在下、N,N−ジメチルイミダゾリジノン(N,N-dimethyl imidazolidinone)中で0乃至150℃、1乃至20時間で行うことができる。無機塩基は他にも、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムを使用することができる。この反応では溶剤に使用したN,N−ジメチルイミダゾリジノンのメチル基が部分的にイソシアヌール酸と反応することにより得られたものと考えられる。
そして、メチル及びアルケニル置換イソシアヌール酸を過酸で酸化してエポキシ化合物を得ることができる。ここで過酸は例えば、メタクロロ過安息香酸、過酢酸、過酸化水素−タングステン酸等を用いることができる。この反応は塩化メチレン、トルエン等の溶媒中で0乃至110℃、1乃至20時間で行うことができる。
該少なくとも一つのカルボキシル基および少なくとも一つのエチレン性不飽和基化合物(a−1−2)を有する具体例は、下記(1)〜(3)からなる群より選択される:(1)アクリル酸、メタクリル酸、2−メタクリロイルオキシエチルコハク酸(2−methacryloyloxyethylbutanedioic acid)、2−メタクリロイルオキシブチルコハク酸、2−メタクリロイルオキシエチルアジピン酸、2−メタクリロイルオキシブチルアジピン酸、2−メタクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2−メタクリロイルオキシエチルマレイン酸、2−メタクリロイルオキシプロピルマレイン酸、2−メタクリロイルオキシブチルマレイン酸、2−メタクリロイルオキシプロピルコハク酸、2−メタクリロイルオキシプロピルアジピン酸、2−メタクリロイルオキシプロピルテトラヒドロフタル酸、2−メタクリロイルオキシプロピルフタル酸、2−メタクリロイルオキシブチルフタル酸または2−メタクリロイルオキシブチルヒドロフタル酸;(2)ヒドロキシル基含有(メタ)アクリレートがアジピン酸、コハク酸、マレイン酸またはフタル酸を含む二価カルボン酸化合物と反応して得た化合物;および(3)(2−ヒドロキシエチル)アクリレート[(2−hydroxyethyl)acrylate]、(2−ヒドロキシエチルメタクリレート[(2−hydroxyethyl)methacrylate]、(2−ヒドロキシプロピル)アクリレート[(2−hydroxypropyl)acrylate]、(2−ヒドロキシプロピル)メタクリレート[(2−hydroxypropyl)methacrylate]、(4−ヒドロキシブチル)アクリレート[(4−hydroxybutyl)acrylate]、(4−ヒドロキシブチル)メタクリレート[(4−hydroxybutyl)methacrylate]、ペンタエリスリトールトリメタクリレートなどを含むヒドロキシル基含有(メタ)アクリレートが下記カルボン酸無水物化合物(a−1−3)と反応して得た半エステル化合物。
該カルボン酸無水物化合物(a−1−3)は、下記(1)〜(2)からなる群より選択することができる:(1)ブタン二酸無水物(butanedioic anhydride)、マイレン酸無水物(maleic anhydride)、イタコン酸無水物(itaconic anhydride)、フタル酸無水物(phthalic anhydride)、テトラヒドロフタル酸無水物(tetrahydrophthalic anhydride)、ヘキサヒドロフタル酸無水物(hexahydrophthalic anhydride)、メチルテトラヒド口フタル酸無水物、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物、メチルエンドメチレンテトラヒドロフタル酸無水物(methyl endo−methylene tetrahydrophthalic anhydride)、クロレンド酸無水物(chlorendic anhydride)、グルタル酸無水物、トリメリット酸無水物(1,2,4−benzenetricarboxylic anhydride)などの二価カルボン酸無水物化合物;および(2)3, 3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(3,3’,4,4’−benzophenone tetracarboxylic dianhydride;BTDA)、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(3,3’,4,4’−biphenyl tetracarboxylic dianhydride)、3,3’,4,4’−オキシジフェニルテトラカルボン酸二無水物(3,3’,4,4’−oxy−diphenyl tetracarboxylic dianhydride)などの四価テトラカルボン酸無水物化合物。
該エポキシ基含有化合物(a−1−4)は、グリシジルメタクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメタクリレート、不飽和基含有グリシジルエーテル化合物、エポキシ基含有不飽和化合物または上記化合物の組合せから選択することができる。上記不飽和基含有グリシジルエーテル化合物は、長瀬化成工業株式会社製、型番Denacol EX−111、Denacol EX−121、Denacol EX―141、Denacol EX−145、Denacol EX−146、Denacol EX−171またはDenacol EX−192などの商品を含む。
本発明の一つの具体例においては、該第1アルカリ可溶性樹脂(A−1)は、式(1)で表される少なくとも二つのエポキシ基を有するエポキシ化合物(a−1−1)と、少なくとも一つのカルボキシル基および少なくとも一つのエチレン性不飽和基を有する化合物(a−1−2)とを重合反応させて形成されたヒドロキシル基含有反応生成物であってもよい。次に、カルボン酸無水物化合物(a−1−3)を反応溶液に添加して重合反応させる。上記ヒドロキシル基含有反応生成物のヒドロキシル基の総当量数1当量に対して、カルボン酸無水物化合物(a−1−3)に含有された酸無水物基の当量数は、好ましくは0.4〜1当量であり、より好ましくは0.75〜1当量である。複数のカルボン酸無水物化合物(a−1−3)を用いる場合、これらのカルボン酸無水物化合物は反応中で順に添加されてもまたは同時に添加されてもよい。二価カルボン酸無水物化合物および四価カルボン酸無水物化合物をカルボン酸無水物化合物(a−1−3)として用いる場合、二価カルボン酸無水物化合物および四価カルボン酸無水物化合物のモル比率は、好ましくは1/99〜90/10であり、より好ましくは5/95〜80/20である。また、上記反応の操作温度は50〜130℃であってもよい。
本発明の別の具体例においては、該第1アルカリ可溶性樹脂(A−1)は、式(1)で表される少なくとも二つのエポキシ基を有するエポキシ化合物(a−1−1)と、少なくとも一つのカルボキシル基および少なくとも一つのエチレン性不飽和基を有する化合物(a−1−2)とを反応させて形成されたヒドロキシル基含有反応生成物であってもよい。次に、カルボン酸無水物化合物(a−1−3)、エポキシ基含有化合物(a−1−4)または上記二者の組合せを反応溶液に添加することによって重合反応させる。式(1)で表される化合物中のエポキシ基の総当量数1当量に対して、上記少なくとも一つのカルボキシル基および少なくとも一つのエチレン性不飽和基を有する化合物(a−1−2)の酸価当量数は、好ましくは0.8〜1.5当量であり、より好ましくは0.9〜1.1当量である。上記ヒドロキシル基含有反応生成物のヒドロキシル基の総使用量100モル%に対して、カルボン酸無水物化合物(a−1−3)の使用量は10〜100モル%であり、好ましくは20〜100モル%であり、より好ましくは30〜100モル%である。
上記第1アルカリ可溶性樹脂(A−1)を製造する際に、反応時間を短縮するために、通常、アルカリ性化合物を反応触媒として反応溶液に添加する。反応触媒は、トリフェニルホスフィン(triphenyl phosphine)、トリフェニルアンチモン(triphenyl stibine)、トリエチルアミン(triethylamine)、トリエタノールアミン(triethanolamine)、塩化テトラメチルアンモニウム(tetramethylammonium chloride)または塩化ベンジルトリエチルアンモニウム(benzyltriethylammonium chloride)などを含む。反応触媒は、単独で使用してもまたは複数を組み合わせて使用してもよい。
上記式(1)で表される少なくとも二つのエポキシ基を有するエポキシ化合物(a−1−1)と、少なくとも一つのカルボキシル基および少なくとも一つのエチレン性不飽和基を有する化合物(a−1−2)との総使用量100重量部に対して、反応触媒の使用量は、好ましくは0.01〜10重量部であり、より好ましくは0.3〜5重量部である。
また、重合度を制御するために重合禁止剤(polymerization inhibitor)を反応溶液に添加することができる。重合禁止剤は、メトキシフェノール(methoxyphenol)、メチルヒドロキノン(methylhydroquinone)、ヒドロキノン(hydroquinone)、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール(2,6−di−t−butyl−p−cresol)、フェノチアジン(phenothiazine)などを含む。重合禁止剤は、単独で使用してもまたは複数種を組み合わせて使用してもよい。
上記式(1)で表される少なくとも二つのエポキシ基を有するエポキシ化合物(a−1−1)と、少なくとも一つのカルボキシル基および少なくとも一つのエチレン性不飽和基を有する化合物(a−1−2)との総使用量100重量部に対して、重合禁止剤の使用量は、好ましくは0.01〜10重量部であり、より好ましくは0.1〜5重量部である。
第1アルカリ可溶性樹脂(A−1)を製造する際に、重合反応溶剤は選択的に使用されてもよい。重合反応溶剤は、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、2−ブタノール、ヘキサノール、エチレングリコールなどのアルコール系溶剤;メチルエチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶剤;トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒;セロソルブ(cellosolve)、ブチルセロソルブ(butyl cellosolve)などのセロソルブ系溶剤;カルビトール(carbitol)、ブチルカルビトール(butyl carbitol)などのカルビトール系溶剤;プロピレングリコールモノメチルエーテル(propylene glycol monomethyl ether)などのプロピレングリコールアルキルエーテル系溶剤;ジプロピレングリコールモノメチルエーテル[di(propylene glycol)methyl ether]などのポリプロピレングリコールアルキルエーテル[poly(propylene glycol)alkyl ether]系溶剤;酢酸エチル、酢酸ブチル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート(ethylene glycol monoethyl ether acetate)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(propylene glycol monomethyl ether acetate)などの酢酸エステル系溶剤;乳酸エチル(ethyl lactate)、乳酸ブチル(butyl lactate)などの乳酸アルキル(alkyl lactate)系溶剤;またはジアルキレングリコールエーテル系溶剤を含む。重合反応溶剤は、単独で使用してもまたは複数種を組み合わせて使用してもよい。また、第1アルカリ可溶性樹脂(A−1)の酸価は、好ましくは50〜200mgKOH/gであり、より好ましくは60〜150mgKOH/gである。
本発明においては、第1アルカリ可溶性樹脂(A−1)の数平均分子量は、通常500〜5,000であり、好ましくは600〜4,800であり、より好ましくは700〜4,600である。
本発明はさらに、
アルカリ可溶性樹脂(A)と、
エチレン性不飽和基を有する化合物(B)と、
光開始剤(C)と、
有機溶剤(D)と
を含むカラーフィルター用感光性樹脂組成物を提供する。
該アルカリ可溶性樹脂(A)は、第1アルカリ可溶性樹脂(A−1)を含み、かつ該第1アルカリ可溶性樹脂(A−1)は、第1混合物を重合反応させて得られ、該第1混合物は、式(1)で表される少なくとも二つのエポキシ基を有するエポキシ化合物(a−1−1)と、少なくとも一つのカルボキシル基と少なくとも一つのエチレン性不飽和基とを有する化合物(a−1−2)とを含む。
式中、
R
1、R
2およびR
3は、それぞれ独立に、炭素数1乃至6の分岐または直鎖のアルキレン基または炭素数1乃至6の分岐または直鎖のオキシアルキレン基を表し、かつ
E
1、E
2およびE
3は、それぞれ独立に、式(2)で表されるエポキシ基含有基、式(3)で表される有機基または水素原子を表し、E
1、E
2およびE
3のうち、少なくとも二つは、式(2)で表されるエポキシ基含有基を表し、
式(2)および式(3)中、R
4は、水素原子またはメチル基を表す。
本発明のアルカリ可溶性樹脂(A)は、第1アルカリ可溶性樹脂(A−1)を含む。また、該アルカリ可溶性樹脂(A)は、さらに第2アルカリ可溶性樹脂(A−2)を含むことができる。また、該アルカリ可溶性樹脂(A)は、さらに第3アルカリ可溶性樹脂(A−3)を含む。
本発明の該第1アルカリ可溶性樹脂(A−1)は上記で詳細に説明したため、ここでは、さらに説明しない。
アルカリ可溶性樹脂(A)の総使用量100重量部に対して、該第1アルカリ可溶性樹脂(A−1)の使用量は10〜100重量部であり、好ましくは15〜90重量部であり、より好ましくは20〜80重量部である。アルカリ可溶性樹脂(A)は、第1アルカリ可溶性樹脂(A−1)を使用しない場合、作製された感光樹脂組成物の高精度パターンの直線性が良くない。
該アルカリ可溶性樹脂(A)は、第2アルカリ可溶性樹脂(A−2)を含み、かつ該第2アルカリ可溶性樹脂(A−2)は、第2混合物を重合反応させて得られ、該第2混合物は、式(4)または式(5)で表される少なくとも二つのエポキシ基を有するエポキシ化合物(a−2−1)と、少なくとも一つのカルボキシル基と少なくとも一つのエチレン性不飽和基とを有する化合物(a−2−2)とを含む。また、該第2混合物は、さらにカルボン酸無水物化合物(a−2−3)またはエポキシ基含有化合物(a−2−4)または上記二者の組合せを選択的に含むことができる。
該式(4)または式(5)で表される少なくとも二つのエポキシ基を有するエポキシ化合物(a−2−1)は、式(4)で表される化合物または式(5)で表される化合物または上記二者の組合せを含む。
具体的に言えば、式(4)で表される化合物は下記の通りである:
式(4)中、R
61、R
62、R
63およびR
64は、それぞれ同じであるかまたは異なり、水素原子、ハロゲン原子、C
1〜C
5のアルキル基、C
1〜C
5のアルコキシ基、C
6〜C
12のアリール基またはC
6〜C
12のアラルキル基を表す。
式(4)で表される化合物は、ビスフェノールフルオレン系化合物(bisphenol fluorene)とエピハロヒドリン(epihalohydrin)とを反応させて得ることができる。
詳しく言えば、ビスフェノールフルオレン系化合物の具体例は、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン(9,9−bis(4−hydroxyphenyl)fluorene)、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレン(9,9−bis(4−hydroxy−3−methylphenyl)fluorene)、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−クロロフェニル)フルオレン(9,9−bis(4−hydroxy−3−chlorophenyl)fluorene)、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−ブロモフェニル)フルオレン(9,9−bis(4−hydroxy−3−bromophenyl)fluorene)、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−フルオロフェニル)フルオレン(9,9−bis(4−hydroxy−3−fluorophenyl)fluorene)、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メトキシフェニル)フルオレン(9,9−bis(4−hydroxy−3−methoxyphenyl)fluorene)、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)フルオレン(9,9−bis(4−hydroxy−3,5−dimethylphenyl)fluorene)、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジクロロフェニル)フルオレン(9,9−bis(4−hydroxy−3,5−dichlorophenyl)fluorene)、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジブロモフェニル)フルオレン(9,9−bis(4−hydroxy−3,5−dibromophenyl)fluorene)またはその類似物、または上記化合物の組合せを含む。
エピハロヒドリン(epihalohydrin)の具体例は、3−クロロ−1,2−プロピレンオキシド(epichlorohydrin)、3−ブロモ−1,2−プロピレンオキシド(epibromohydrin)またはその類似物、または上記化合物の組合せを含む。
式(4)で表される化合物は、エポキシ基を有するビスフェノールフルオレン系化合物であり、その具体例は、(1)新日鉄化学(Nippon steel chemical Co.,Ltd)製商品:例えばESF−300またはその類似物;(2)大阪ガス(Osaka Gas Co.,Ltd)製商品:例えばPG−100、EG−210またはその類似物;(3)短信科技(S.M.S Technology Co.,Ltd)製商品:例えばSMS−F9PhPG、SMS−F9CrG、SMS−F914PGまたはその類似物を含む。
また、具体的に言えば、式(5)で表される化合物は下記の通りである。
式(5)中、R
65〜R
78は、それぞれ同じであるかまたは異なり、水素原子、ハロゲン原子、C
1〜C
8のアルキル基またはC
6〜C
15のアリール基を表し、かつnは、0〜10の整数を表す。
式(5)で表される化合物は、アルカリ金属水酸化物の存在下で、式(5−1)で表される化合物を用いてエピハロヒドリンと反応させて得ることができる。
式(5−1)中、R
65〜R
78およびnの定義は、それぞれ式(5)におけるR
65〜R
78およびnの定義と同じであるため、ここでは、さらに説明しない。
式(5)で表される化合物の合成方法は下記の通りである:まず、酸触媒の存在下で、式(5−2)で表される化合物を用いてフェノール(phenol)類と縮合反応させて、式(5−1)で表される化合物を成形する。次に、過量のエピハロヒドリンを加え、エピハロヒドリンと式(5−1)で表される化合物とが脱ハロゲン化水素反応(dehydrohalogenation)を行うようにして、式(5)で表される化合物を得る。
式(5−2)中、R67〜R70の定義は、式(5)におけるR67〜R70の定義と同じであるため、ここでは、さらに説明しない。X1およびX2は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、炭素数1乃至6のアルキル基または炭素数1乃至6のアルコキシ基を表す。上記ハロゲン原子は塩素または臭素であってもよい。上記アルキル基は、好ましくはメチル基、エチル基またはt−ブチル基である。上記アルコキシ基は、好ましくはメトキシ基またはエトキシである。
フェノール類の具体例は、フェノール(phenol)、クレゾール(cresol)、エチルフェノール(ethylphenol)、n−プロピルフェノール(n−propylphenol)、イソブチルフェノール(isobutylphenol)、t−ブチルフェノール(t−butylphenol)、オクチルフェノール(octylphenol)、ノニルフェノール(nonylphenol)、キシレノール(xylenol)、メチルブチルフェノール(methylbutylphenol)、ジ−t−ブチルフェノール(di−t−butylphenol)、ビニルフェノール(vinylphenol)、プロペニルフェノール(propenylphenol)、エチニルフェノール(ethinylphenol)、シクロペンチルフェノール(cyclopentylphenol)、シクロヘキシルフェノール(cyclohexylphenol)、シクロヘキシルクレゾール(cyclohexylcresol)またはその類似物を含む。上記フェノール類は、単独で使用してもまたは複数種を組み合わせて使用してもよい。
上記式(5−2)で表される化合物の使用量1モルに対して、フェノール類の使用量は0.5〜20モルであり、好ましくは2〜15モルである。
酸触媒の具体例は、塩酸、硫酸、p−トルエンスルホン酸(p−toluenesulfonic acid)、シュウ酸(oxalic acid)、三フッ化ホウ素(boron trifluoride)、無水塩化アルミニウム(aluminium chloride anhydrous)、塩化亜鉛(zinc chloride)またはその類似物を含む。酸触媒は、好ましくはp−トルエンスルホン酸、硫酸、塩酸または上記化合物の組合せである。酸触媒は、単独で使用してもまたは複数種を組み合わせて使用してもよい。
また、上記酸触媒の使用量は特に限定されないが、上記式(5−2)で表される化合物の使用量100重量%に対して、酸触媒の使用量は、好ましくは0.1〜30重量%である。
上記縮合反応は、無溶媒または有機溶媒の存在下で行うことができる。また、上記有機溶剤の具体例は、トルエン(toluene)、キシレン(xylene)、メチルイソブチルケトン(methyl isobutyl ketone)またはその類似物を含む。上記有機溶剤は、単独で使用してもまたは複数種を組み合わせて使用してもよい。
式(5−2)で表される化合物およびフェノール類の総使用量100重量%に対して、上記有機溶剤の使用量は50〜300重量%であり、好ましくは100〜250重量%である。また、上記縮合反応の操作温度は40〜180℃であり、縮合反応の操作時間は1〜8時間である。
上記縮合反応終了後、中和処理または水洗処理を行うことができる。上記中和処理は、反応後の溶液のpH値をpH3〜pH7に調整し、好ましくはpH5〜pH7に調整することである。上記水洗処理は、中和剤を使用して行うことができ、この中和剤は、アルカリ性物質であり、具体的には、水酸化ナトリウム(sodium hydroxide)、水酸化カリウム(potassium hydroxide)またはその類似物のアルカリ金属水酸化物;水酸化カルシウム(calcium hydroxide)、水酸化マグネシウム(magnesium hydroxide)またはその類似物のアルカリ土類金属水酸化物;ジエチレントリアミン(diethylene triamine)、トリエチレンテトラミン(triethylenetetramine)、アニリン(aniline)、フェニレンジアミン(phenylene diamine)またはその類似物の有機アミン;アンモニア(ammonia)、リン酸二水素ナトリウム(sodium dihydrogen phosphate)または上記化合物の組合せを含む。上記中和剤は、単独で使用してもまたは複数種を組み合わせて使用してもよい。上記水洗処理は、従来の方法を用いることができ、例えば反応後の溶液に中和剤含有水溶液を加え、かつ繰り返し抽出すればよい。中和処理または水洗処理を経た後、減圧加熱処理を経て未反応のフェノール類および溶剤を留去し、かつ濃縮を行い、このようにすることによって、式(5−1)で表される化合物を得ることができる。
エピハロヒドリンの具体例は、3−クロロ−1,2−プロピレンオキシド、3−ブロモ−1,2−プロピレンオキシドまたは上記化合物の組合せを含む。上記脱ハロゲン化水素反応を行う前に、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物を、予めまたは反応プロセス中で添加することができる。上記脱ハロゲン化水素反応の操作温度は20〜120℃であり、その操作時間範囲は1〜10時間である。
一つの実施例において、上記脱ハロゲン化水素反応に添加されたアルカリ金属水酸化物はその水溶液であってもよい。この実施例においては、上記アルカリ金属水酸化物水溶液を、脱ハロゲン化水素反応系に連続的に添加すると同時に、減圧または常圧下で、水およびエピハロヒドリンを連続的に留去することができ、これによって水を分離して除去し、かつエピハロヒドリンを反応系内に連続的に還流することができる。
上記脱ハロゲン化水素反応を行う前に、触媒として、塩化テトラメチルアンモニウム(tetramethyl ammonium chloride)、臭化テトラメチルアンモニウム(tetramethyl ammonium bromide)、塩化ベンジルトリメチルアンモニウム(trimethyl benzyl ammonium chloride)またはその類似物の第4級アンモニウム塩を添加してもよく、かつ50〜150℃で、1〜5時間反応させた後、アルカリ金属水酸化物またはその水溶液を加える。次に、20〜120℃の温度で、1〜10時間反応させ、脱ハロゲン化水素反応を行う。
上記式(5−1)で表される化合物中のヒドロキシル基の総当量1当量に対して、上記エピハロヒドリンの使用量は1〜20当量であり、好ましくは2〜10当量である。上記式(5−1)構造を有する化合物中のヒドロキシル基の総当量1当量に対して、上記脱ハロゲン化水素反応に添加されたアルカリ金属水酸化物の使用量は0.8〜15当量であり、好ましくは0.9〜11当量である。
また、上記脱ハロゲン化水素反応を順調に行うために、メタノール、エタノールまたはその類似物のアルコール類を添加してもよい。この他に、ジメチルスルホン(dimethyl sulfone)、ジメチルスルホキシド(dimethyl sulfoxide)またはその類似物の非プロトン性(aprotic)極性溶剤を添加して反応させてもよい。アルコール類を用いる場合、上記エピハロヒドリンの総量100重量%に対して、アルコール類の使用量は2〜20重量%であり、好ましくは4〜15重量%である。非プロトン性極性溶剤を用いる場合、エピハロヒドリンの総量100重量%に対して、非プロトン性極性溶剤の使用量は5〜100重量%であり、好ましくは10〜90重量%である。
脱ハロゲン化水素反応終了後、水洗処理を選択的に行うことができる。その後、減圧蒸留の方法によって、例えば温度110〜250℃、圧力1.3kPa(10mm水銀柱(mmHg))以下で、エピハロヒドリン、アルコール系および非プロトン性極性溶剤を除去する。
形成されたエポキシ樹脂が加水分解性ハロゲンを含有することを避けるために、脱ハロゲン化水素反応後の溶液を、トルエン、メチルイソブチルケトン(methyl isobutyl ketone)などの溶剤および水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物水溶液に加え、かつ再度脱ハロゲン化水素反応を行うことができる。脱ハロゲン化水素反応中では、上記式(5−1)で表される化合物中のヒドロキシル基の総当量1当量に対して、アルカリ金属水酸化物の使用量は0.01〜0.3モルであり、好ましくは0.05〜0.2モルである。また、上記脱ハロゲン化水素反応の操作温度範囲は50〜120℃であり、その操作時間範囲は0.5〜2時間である。
脱ハロゲン化水素反応終了後、濾過および水洗などのステップで塩類を除去する。また、減圧蒸留の方法によりトルエン、メチルイソブチルケトンなどの溶剤を除去すれば、式(5)で表される化合物を得ることができる。上記式(5)で表される化合物の具体例は、商品名がNC−3000、NC−3000H、NC−3000SおよびNC−3000Pなどの日本化薬製商品を含む。
該少なくとも一つのカルボキシル基と少なくとも一つのエチレン性不飽和基とを有する化合物(a−2−2)は、前記第1アルカリ可溶性樹脂(A−1)中の、少なくとも一つのカルボキシル基および少なくとも一つのエチレン性不飽和基を有する化合物(a−1−2)と同じであるため、ここでは、さらに説明しない。
該カルボン酸無水物化合物(a−2−3)は、前記第1アルカリ可溶性樹脂(A−1)中のカルボン酸無水物化合物(a−1−3)と同じであるため、ここでは、さらに説明しない。
該エポキシ基含有化合物(a−2−4)は、前記第1アルカリ可溶性樹脂(A−1)中のエポキシ基含有化合物(a−1−4)と同じであるため、ここでは、さらに説明しない。
本発明の一つの具体例においては、該第2アルカリ可溶性樹脂(A−2)は、式(4)または式(5)で表される少なくとも二つのエポキシ基を有するエポキシ化合物(a−2−1)と、少なくとも一つのカルボキシル基と少なくとも一つのエチレン性不飽和基とを有する化合物(a−2−2)とを重合反応させて形成されたヒドロキシル基含有反応生成物であってもよい。次に、カルボン酸無水物化合物(a−2−3)を反応溶液に添加して重合反応させる。上記ヒドロキシル基含有反応生成物のヒドロキシル基の総当量数1当量に対して、カルボン酸無水物化合物(a−2−3)に含有された酸無水物基の当量数は、好ましくは0.4〜1当量であり、より好ましくは0.75〜1当量である。複数のカルボン酸無水物化合物(a−2−3)を用いる場合、これらのカルボン酸無水物化合物を反応中に順に添加してもまたは同時に添加してもよい。二価カルボン酸無水物化合物および四価カルボン酸無水物化合物をカルボン酸無水物化合物(a−2−3)として用いる場合、二価カルボン酸無水物化合物および四価カルボン酸無水物化合物のモル比率は、好ましくは1/99〜90/10であり、より好ましくは5/95〜80/20である。また、上記反応の操作温度は50C〜130℃であってもよい。
本発明の別の具体例においては、該第2アルカリ可溶性樹脂(A−2)は、式(4)または式(5)で表される少なくとも二つのエポキシ基を有するエポキシ化合物(a−2−1)と、少なくとも一つのカルボキシル基と少なくとも一つのエチレン性不飽和基とを有する化合物(a−2−2)とを反応させて形成されたヒドロキシル基含有反応生成物であってもよい。次に、カルボン酸無水物化合物(a−2−3)、エポキシ基含有化合物(a−2−4)または上記二者の組合せを反応溶液に添加することによって重合反応させる。式(4)または式(5)で表される少なくとも二つのエポキシ基を有するエポキシ化合物(a−2−1)中のエポキシ基の総当量数1当量に対して、上記少なくとも一つのカルボキシル基と少なくとも一つのエチレン性不飽和基とを有する化合物(a−2−2)との酸価当量数は、好ましくは0.8〜1.5当量であり、より好ましくは0.9〜1.1当量である。上記ヒドロキシル基含有反応生成物のヒドロキシル基の総使用量100モル%に対して、カルボン酸無水物化合物(a−2−3)の使用量は10〜100モル%であり、好ましくは20〜100モル%であり、より好ましくは30〜100モル%である。
上記第2アルカリ可溶性樹脂(A−2)を製造する際に、反応時間を短縮するために、通常、アルカリ性化合物を反応触媒として反応溶液に添加する。該反応触媒は、前記第1アルカリ可溶性樹脂(A−1)に用いられる反応触媒と同じであるため、ここでは、さらに説明しない。
上記式(4)または式(5)で表される少なくとも二つのエポキシ基を有するエポキシ化合物(a−2−1)と、少なくとも一つのカルボキシル基と少なくとも一つのエチレン性不飽和基とを有する化合物(a−2−2)との総使用量100重量部に対して、反応触媒の使用量は、好ましくは0.01〜10重量部であり、より好ましくは0.3〜5重量部である。
また、重合度を制御するために重合禁止剤(polymerization inhibitor)を反応溶液に添加することができる。該重合禁止剤は、前記第1アルカリ可溶性樹脂(A−1)に用いられる重合禁止剤と同じであるため、ここでは、さらに説明しない。
上記式(4)または式(5)で表される少なくとも二つのエポキシ基を有するエポキシ化合物(a−2−1)と、少なくとも一つのカルボキシル基と少なくとも一つのエチレン性不飽和基とを有する化合物(a−2−2)との総使用量100重量部に対して、重合禁止剤の使用量は、好ましくは0.01〜10重量部であり、より好ましくは0.1〜5重量部である。
第2アルカリ可溶性樹脂(A−2)を製造する際に、重合反応溶剤は選択的に使用されてもよい。該重合反応溶剤は、前記第1アルカリ可溶性樹脂(A−1)に用いられる重合反応溶剤と同じであるため、ここでは、さらに説明しない。
また、第2アルカリ可溶性樹脂(A−2)の酸価は、好ましくは50〜200mgKOH/gであり、より好ましくは60〜150mgKOH/gである。
アルカリ可溶性樹脂(A)の総使用量100重量部に対して、該第2アルカリ可溶性樹脂(A−2)の使用量は0〜75重量部であり、好ましくは5〜60重量部であり、より好ましくは10〜50重量部である。アルカリ可溶性樹脂(A)は、第2アルカリ可溶性樹脂(A−2)を用いる場合、作製された感光樹脂組成物の熱溶剤膜厚変化率が良い。
第3アルカリ可溶性樹脂(A−3)は第3混合物を重合反応させて得られ、該第3混合物は、少なくとも一つのカルボキシル基を有するエチレン性不飽和モノマー(a−3−1)およびその他の共重合可能なエチレン性不飽和モノマー(a−3−2)を共重合させてなるものを含み、該少なくとも一つのカルボキシル基を有するエチレン性不飽和モノマー(a−3−1)と、該その他の共重合可能なエチレン性不飽和モノマー(a−3−2)との総使用量は100重量部である。
該少なくとも一つのカルボキシル基を有するエチレン性不飽和モノマー(a−3−1)の具体例は、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、α−クロロアクリル酸、エタクリル酸、桂皮酸、2−アクリロイルエトキシコハク酸モノエステル、2−メタクリロイルエトキシコハク酸モノエステルなどの不飽和一価カルボン酸化合物;マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、無水イタコン酸、シトラコン酸、無水シトラコン酸などの不飽和二価カルボン酸(酸無水物)化合物;三価以上の不飽和多価カルボン酸(酸無水物)化合物を含む。上記少なくとも一つのカルボキシル基を有するエチレン性不飽和モノマー(a−3−1)は、単独で使用してもまたは複数種を組み合わせて使用してもよい。
該少なくとも一つのカルボキシル基を有するエチレン性不飽和モノマー(a−3−1)は、好ましくはアクリル酸、メタクリル酸、2−アクリロイルエトキシサクシネート、2−メタクリロイルエトキシサクシネートまたは上記化合物の組合せである。
該その他の共重合可能なエチレン性不飽和モノマー(a−3−2)の具体例は、ジシクロペンタニルアクリレート、ジシクロペンタニルエトキシアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート(dicyclopentenyl acrylate、以下、FA−511Aと略称する)、ジシクロペンテニルエトキシアクリレート(dicyclopentenyloxyethyl acrylate、以下、FA−512Aと略称する)、ジシクロペンタニルメタクリレート、ジシクロペンタニルエトキシメタクリレート、ジシクロペンテニルメタクリレート、ジシクロペンテニルエトキシメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、p−クロロスチレン、メトキシスチレンなどの芳香族ビニル化合物;N−フェニルマレイミド、N−o−ヒドロキシフェニルマレイミド、N−m−ヒドロキシフェニルマレイミド、N−p−ヒドロキシフェニルマレイミド、N−o−メチルフェニルマレイミド、N−m−メチルフェニルマレイミド、N−p−メチルフェニルマレイミド、N−o−メトキシフェニルマレイミド、N−m−メトキシフェニルマレイミド、N−p−メトキシフェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミドなどのマレイミド化合物;メチルアクリレート、メチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、n−プロピルアクリレート、n−プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、n−ブチルアクリレート、n−ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、sec−ブチルアクリレート、sec−ブチルメタクリレート、t−ブチルアクリレート、t−ブチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、3−ヒドロキシプロピルアクリレート、3−ヒドロキシプロピルメタクリレート、2−ヒドロキシブチルアクリレート、2−ヒドロキシブチルメタクリレート、3−ヒドロキシブチルアクリレート、3−ヒドロキシブチルメタクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、4−ヒドロキシブチルメタクリレート、アリルアクリレート、アリルメタクリレート、ベンジルアクリレート、ベンジルメタクリレート、フェニルアクリレート、フェニルメタクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート(methoxy triethylene glycol acrylate)、メトキシトリエチレングリコールメタクリレート(methoxy triethylene glycol methacrylate)、ドデシルメタクリレート(lauryl methacrylate)、テトラデシルメタクリレート(tertadecyl methacrylate)、セチルメタクリレート(cetyl methacrylate)、オクタデシルメタクリレート(octadecyl methacrylate)、エイコシルメタクリレート(eicosyl methacrylate)、ドコシルメタクリレート(docosyl methacrylate)などの不飽和カルボン酸エステル化合物;N,N−ジメチルアミノエチルアクリレート、N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート、N,N−ジエチルアミノプロピルアクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピルメタクリレート、N,N−ジブチルアミノプロピルアクリレート、N−イソブチルアミノエチルメタクリレート、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレートなどの不飽和カルボン酸グリシジルエステル化合物;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニルなどのカルボン酸ビニル化合物;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、アリルグリシジルエーテル、メチルアリルグリシジルエーテルなどの不飽和エーテル系化合物;アクリロニトリル、メタクリロニトリル、α−クロロアクリロニトリル、シアン化ビニリデンなどのシアン化ビニル化合物;アクリルアミド、メタクリルアミド、α−クロロアクリルアミド、N−ヒドロキシエチルアクリルアミド、N−ヒドロキシエチルメタクリルアミドなどの不飽和アミド化合物;1,3−ブタジエン、イソアミレン、塩化ブタジエンなどの脂肪族共役ジエン化合物または上記化合物の組合せを含む。その他の共重合可能なエチレン性不飽和モノマー(a−3−2)の具体例は、単独で使用してもまたは複数種を組み合わせて使用してもよい。
該その他の共重合可能なエチレン性不飽和モノマー(a−3−2)は、好ましくはジシクロペンタニルアクリレート、ジシクロペンタニルエトキシアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルエトキシアクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレート、ジシクロペンタニルエトキシメタクリレート、ジシクロペンテニルメタクリレート、ジシクロペンテニルエトキシメタクリレート、スチレン、N−フェニルマレイミド、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、ベンジルアクリレートおよびベンジルメタクリレートからなる群より選ばれる。
第3アルカリ可溶性樹脂(A−3)を製造するための溶剤は、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルエーテル、ジエチレングリコールn−プロピルエーテル、ジエチレングリコールn−ブチルエーテル、トリエチレングリコールメチルエーテル、トリエチレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールエチルエーテル、ジプロピレングリコールn−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールn−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル(tripropylene glycol monomethyl ether)、トリプロピレングリコールエチルエーテル(tripropylene glycol monoethyl ether)などの(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル系溶剤;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、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などの(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系溶剤;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などのその他のエーテル系溶剤;メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノンなどのケトン系溶剤;2−ヒドロキシアクリル酸メチル、2−ヒドロキシアクリル酸エチルなどの乳酸アルキル系溶剤;2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、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−メチル酪酸メチル、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、酢酸n−アミル、酢酸イソアミル、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−オキシ酪酸エチルなどのその他のエステル系溶剤;トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素化合物溶剤;または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などのカルボン酸アミド溶剤を含む。上記溶剤は、単独で使用してもまたは複数種を組み合わせて使用してもよい。
第3アルカリ可溶性樹脂(A−3)を製造するための溶剤は、好ましくは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−エトキシプロピオン酸エチルまたは上記二者の組合せである。
第3アルカリ可溶性樹脂(A−3)を製造するための開始剤は、通常ラジカル重合開始剤である。ラジカル重合開始剤は、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(2,2’−azobisisobutyronitrile)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)[2,2’−azobis−(2,4−dimethylvaleronitrile)]、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)[2,2’−azobis−(4−methoxy−2,4−dimethylvaleronitrile)]、2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル(2,2’−azobis−2−methyl butyronitrile)などのアゾ(azo)化合物;過酸化ベンゾイル(benzoylperoxide)などのペルオキシ化合物または上記化合物の組合せを含む。
アルカリ可溶性樹脂(A)の総使用量100重量部に対して、該第3アルカリ可溶性樹脂(A−3)の使用量は0〜50重量部であり、好ましくは5〜40重量部であり、より好ましくは10〜30重量部である。アルカリ可溶性樹脂(A)は、第3アルカリ可溶性樹脂(A−3)を用いる場合、作製された感光樹脂組成物の熱溶剤膜厚変化率が良い。
第2アルカリ可溶性樹脂(A−2)および第3アルカリ可溶性樹脂(A−3)を同時に用いる場合、作製された感光樹脂組成物の熱溶剤膜厚変化率はより良い。
本発明のエチレン性不飽和基を有する化合物(B)は、一つのエチレン性不飽和基を有する化合物または二つ以上(二つを含む)エチレン性不飽和基を有する化合物から選ばれる。
上記一つのエチレン性不飽和基を有する化合物の具体例は、(メタ)アクリルアミド((meth)acrylamide)、(メタ)アクリロイルモルホリン、7−アミノ−3,7−ジメチルオクチル(メタ)アクリレート、イソブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、イソボルニルオキシエチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、エチルジエチレングリコール(メタ)アクリレート、t−オクチル(メタ)アクリルアミド、ジアセトン(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、テトラクロロフェニル(メタ)アクリレート、2−テトラクロロフェノキシエチル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート(tetrahydrofurfuryl (meth)acrylate)、テトラブロモフェニル(メタ)アクリレート、2−テトラブロモフェノキシエチル(メタ)アクリレート、2−トリクロロフェノキシエチル(メタ)アクリレート、トリブロモフェニル(メタ)アクリレート、2−トリブロモフェノキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−(メタ)アクリル酸エチル、2−ヒドロキシ−(メタ)アクリル酸プロピル、ビニルカプロラクタム、N−ビニルピロリドン、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、ペンタクロロフェニル(メタ)アクリレート、ペンタブロモフェニル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ボルニル(メタ)アクリレートなどを含む。上記一つのエチレン性不飽和基を有する化合物は、単独で使用してもまたは複数種を組み合わせて使用してもよい。
上記二つ以上(二つを含む)エチレン性不飽和基を有する化合物の具体例は、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌル酸ジ(メタ)アクリレート、トリス(2−ヒドキシエチル)イソシアヌル酸トリ(メタ)アクリレート、カプロラクトンで変性されたトリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌル酸トリ(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、エチレンオキシド(ethylene oxide,EO)で変性されたトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド(propylene oxide,PO)で変性されたトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ポリエステルジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、カプロラクトンで変性されたジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、カプロラクトンで変性されたジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジ(トリメチロールプロパン)テトラ(メタ)アクリレート(di(trimethylolpropane)tetra(meth)acrylate)、エチレンオキシドで変性されたビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシドで変性されたビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、エチレンオキシドで変性された水素化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシドで変性された水素化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシドで変性されたグリセロールトリ(メタ)アクリレート、エチレンオキシドで変性されたビスフェノールFジ(メタ)アクリレート、ノボラックポリグリシジルエーテル(メタ)アクリレートまたはその類似物、または上記化合物の組合せを含む。上記二つ以上(二つを含む)エチレン性不飽和基を有する化合物は、単独で使用してもまたは複数種を組み合わせて使用してもよい。
該エチレン性不飽和基を有する化合物(B)の具体例は、トリメチロールプロパントリアクリレート、エチレンオキシドで変性されたトリメチロールプロパントリアクリレート、プロピレンオキシドで変性されたトリメチロールプロパントリアクリレート、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ヘキサアクリレート、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テトラアクリレート、カプロラクトンで変性されたジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジ(トリメチロールプロパン)テトラアクリレート、プロピレンオキシドで変性されたグリセロールトリアクリレートまたはその類似物、または上記化合物の組合せを含む。
該エチレン性不飽和基を有する化合物(B)は、好ましくはジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジ(トリメチロールプロパン)テトラアクリレートまたは上記化合物の組合せである。
アルカリ可溶性樹脂(A)の総使用量100重量部に対して、該エチレン性不飽和基を有する化合物(B)の使用量は40〜400重量部であり、好ましくは60〜300重量部であり、より好ましくは80〜200重量部である。
本発明の光開始剤(C)はラジカル光開始剤であってもよく、具体的に言えば、光開始剤(C)は、例えばO−アシルオキシム(oxime)系化合物、トリアジン(triazine)系化合物、アセトフェノン(acetophenone)系化合物、ビイミダゾール(biimidazole)系化合物またはベンゾフェノン(benzophenone)系化合物などである。
上記O−アシルオキシム系化合物の具体例は、1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−ヘプタン−1,2−ジオン−2−(O−ベンゾイルオキシム)、1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−オクタン−1,2−ジオン−2−(O−ベンゾイルオキシム)、1−[4−(ベンゾイル)フェニル]−ヘプタン−1,2−ジオン−2−(O−ベンゾイルオキシム)、1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−エタノン−1−(O−アセチルオキシム)、1−[9−エチル−6−(3−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−エタノン−1−(O−アセチルオキシム)、1−[9−エチル−6−ベンゾイル−9H−カルバゾール−3−イル]−エタノン−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−[9−エチル−6−(2−メチル−4−テトラヒドロフラニルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−[9−エチル−6−(2−メチル−5−テトラヒドロピラニルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−[9−エチル−6−(2−メチル−4−テトラヒドロフラニルメトキシベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−[9−エチル−6−(2−メチル−5−テトラヒドロフラニルメトキシベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−[9−エチル−6−{2−メチル−4−(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラニル)ベンゾイル}−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−[9−エチル−6−{2−メチル−4−(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラニル)メトキシベンゾイル}−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)または上記化合物の組合せを含む。
上記トリアジン系化合物の具体例は、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−(p−メトキシ)スチリル−s−トリアジン[2,4−bis(trichloromethyl)−6−(p−methoxy)styryl−s−triazine]、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−(1−p−ジメチルアミノフェニル−1,3−ブタジエニル)−s−トリアジン[2,4−bis(trichloromethyl)−6−(1−p−dimethylaminophenyl−1,3−butadienyl)−s−triazine]、2−トリクロロメチル−4−アミノ−6−p−メトキシスチリル−s−トリアジン[2−trichloromethyl−4−amino−6−(p−methoxy)styryl−s−triazine]または上記化合物の組合せを含む。
アセトフェノン化合物の具体例は、p‐ジメチルアミノ‐アセトフェノン、α,α’‐ジメトキシアゾキシ‐アセトフェノン、2,2’‐ジメチル‐2‐フェニル‐アセトフェノン、p‐メトキシ‐アセトフェノン(、2‐メチル‐1‐(4‐メチルチオフェニル)‐2‐モルホリノ‐1‐プロパノン、および2‐ベンジル‐2‐N,N‐ジメチルアミノ‐1‐(4‐モルホリノフェニル)‐1‐ブタノンを含む。
ビイミダゾール化合物の具体例は、2,2’‐ビス(o‐クロロフェニル)‐4,4’,5,5’‐テトラフェニル‐ビイミダゾール、 2,2’‐ビス(o‐フルオロフェニル)‐4,4’,5,5’‐テトラフェニル‐ビイミダゾール、2,2’‐ビス(o‐メチルフェニル)‐4,4’,5,5’‐テトラフェニル‐ビイミダゾール、2,2’‐ビス(o‐メトキシフェニル)‐4,4’,5,5’‐テトラフェニル‐ビイミダゾール、2,2’‐ビス(o‐エチルフェニル)‐4,4’,5,5’‐テトラフェニル‐ビイミダゾール、2,2’‐ビス(p‐メトキシフェニル)‐4,4’,5,5’‐テトラフェニル‐ビイミダゾール、2,2’‐ビス(2,2’,4,4’‐テトラメトキシフェニル)‐4,4’,5,5’‐テトラフェニル‐ビイミダゾール、2,2’‐ビス(2‐クロロフェニル)‐4,4’,5,5’‐テトラフェニル‐ビイミダゾール、および2,2’‐ビス(2,4‐ジクロロフェニル)‐4,4’,5,5’‐テトラフェニル‐ビイミダゾールを含む。
上記ベンゾフェノン系化合物の具体例は、チオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、チオキサントン−4−スルホン、ベンゾフェノン、4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、または4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンまたは上記化合物の組合せを含む。
該光開始剤(C)は、好ましくは2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルホリノ−1−プロパノン、1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−オクタン−1,2−ジオン−2−(O−ベンゾイルオキシム)、1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−エタノン−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−[9−エチル−6−(2−メチル−4−テトラヒドロフラニルメトキシベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−[9−エチル−6−{2−メチル−4−(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラニル)メトキシベンゾイル}−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−(p−メトキシ)スチリル−s−トリアジン、2−ベンジル−2−N,N−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−1−ブタノン、2,2’−ビス(2,4−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール[2,2’−bis(2,4−dichlorophenyl)−4,4’,5,5’−tetraphenyl−1,2’−biimidazole]、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンまたは上記化合物の組合せである。
上記光開始剤(C)は、単独で使用してもまたは複数種を組み合わせて使用してもよい。
アルカリ可溶性樹脂(A)の総使用量100重量部に対して、該光開始剤(C)の使用量は10〜100重量部であり、好ましくは15〜80重量部であり、より好ましくは20〜60重量部である。
また、物性に影響を与えない範囲で、本発明の感光性樹脂組成物は、必要に応じて、さらに上記光開始剤(C)以外の開始剤、例えばα−ジケトン(α−diketone)系化合物、アシロイン(acyloin)系化合物、アシロインエーテル(acyloin ether)系化合物、アシルホスフィンオキシド(acylphosphineoxide)系化合物、キノン(quinone)系化合物、ハロゲン系含有化合物またはペルオキシドなどを添加してもよい。
α‐ジケトン(α-diketone)化合物の具体例は、ベンジル(benzil)、アセチル(acetyl)、またはその組合せである。
アシロイン(acyloin)化合物の具体例は、ベンゾイン(benzoin)、またはその組合せである。
アシロインエーテル(acyloin ether)化合物の具体例は、ベンゾインメチルエーテル(benzoin methylether)、ベンゾインエチルエーテル(benzoin ethylether)、ベンゾインイソプロピルエーテル(benzoin isopropyl ether)、またはその組合せである。
アシルホスフィンオキシド(acylphosphineoxide)化合物の具体例は、2,4,6‐トリメチル‐ベンゾイル‐ジフェニル‐ホスフィンオキシド(2,4,6-trimethyl-benzoyl-diphenylphosphineoxide)、ビス‐(2,6‐ジメトキシ‐ベンゾイル)‐2,4,4‐トリメチル‐ベンジル‐ホスフィンオキシド(bis-(2,6-dimethoxy-benzoyl)-2,4,4-trimethyl-benzyl-phosphineoxide)、またはその組合せである。
キノン(quinone)化合物の具体例は、アントラキノン(anthraquinone)、1,4‐ナフトキノン(1,4-naphthoquinone)、またはその組合せである。
ハロゲン化合物の具体例は、塩化フェナシル(phenacyl chloride)、トリブロモメチルフェニルスルホン(tribromomethyl-phenylsulfone)、トリス(トリクロロメチル)‐s‐トリアジン(tris(trichloromethyl)-s-triazine)、またはその組合せである。
過酸化物の具体例は、ジ‐tert‐ブチルペルオキシド(di-tert-butyl peroxide)、またはその組合せである。
本発明の感光性樹脂組成物に含まれる有機溶媒(D)は、アルカリ可溶性樹脂(A)、エチレン性不飽和基含有化合物(B)、光重合開始剤(C)、以下の着色剤(E)および以下の染料(F)を溶解し、且つこれらの成分と反応せず、適切な揮発性を有することが要求される。
また、有機溶剤(D)は、第2アルカリ可溶性樹脂(A−2)を製造するための有機溶剤と同じであってもよいため、ここでは、さらに説明しない。有機溶剤(D)は、好ましくは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−エトキシプロピオン酸エチルまたは上記溶剤の組合せである。
アルカリ可溶性樹脂(A)の総使用量100重量部に対して、該有機溶剤(D)の使用量は500〜5000重量部であり、好ましくは800〜4500重量部であり、より好ましくは1000〜4000重量部である。
本発明の感光性樹脂組成物は、着色剤(E)を含んでもよい。着色剤(E)は、有機および無機顔料からなる群より選ばれた少なくとも1つの化合物である。
無機顔料は、金属酸化物、金属錯塩(metal complex salt)等の金属化合物を含み、例えば、鉄、コバルト、アルミニウム、カドミウム、鉛、銅、チタン、マグネシウム、クロム、亜鉛、アンチモン等の金属酸化物、および上述した金属の複合酸化物を含んでもよい。
有機顔料の例は、C.I.ピグメントイエロー1、3、11、12、13、14、15、16、17、20、24、31、53、55、60、61、65、71、73、74、81、83、93、95、97、98、99、100、101、104、106、108、109、110、113、114、116、117、119、120、126、127、128、129、138、139、150、151、152、153、154、155、156、166、167、168、175;C.I.ピグメントオレンジ1、5、13、14、16、17、24、34、36、38、40、43、46、49、51、61、63、64、71、73;C.I.ピグメントレッド1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、14、15、16、17、18、19、21、22、23、30、31、32、37、38、40、41、42、48:1、48:2、48:3、48:4、49:1、49:2、50:1、52:1、53:1、57、57:1、57:2、58:2、58:4、60:1、63:1、63:2、64:1、81:1、83、88、90:1、97、101、102、104、105、106、108、112、113、114、122、123、144、146、149、150、151、155、166、168、170、171、172、174、175、176、177、178、179、180、185、187、188、190、193、194、202、206、207、208、209、215、216、220、224、226、242、243、245、254、255、264、265;C.I.ピグメントバイオレット1、19、23、29、32、36、38、39;C.I.ピグメントブルー1、2、15、15:3、15:4、15:6、16、22、60、66;C.I.ピグメントグリーン7、36、37;C.I.ピグメントブラウン23、25、28;C.I.ピグメントブラック1、7等を含んでもよい。
アルカリ可溶性樹脂(A)100重量部に対し、着色剤(E)の使用量は、20重量部〜200重量部であり、好ましくは、30重量部〜160重量部であり、より好ましくは、40重量部〜120重量部である。
本発明の好ましい具体例においては、該感光性樹脂組成物はさらに染料(F)を含む。本発明の染料(F)は、着色剤(E)と組み合わせて用いてもよく、当業者は、特定のスペクトルの染料(F)を選択してもよく、本発明の具体例においては、該染料(F)は、アゾ染料、アゾ金属錯体染料、アントラキノン染料、インジゴ染料、チオインジゴ染料、フタロシアニン染料、ジフェニルメタン染料、トリフェニルメタン染料、キサンテン染料、チアジン染料、カチオン染料、シアニン染料、ニトロ染料、キノリン染料、ナフトキノン染料、オキサジン染料等である。
本発明の具体例においては、赤色染料は、C.I.アシッドレッド1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、22、23、24、25、25:1、26、26:1、26:2、27、29、30、31、32、33、34、35、36、37、39、40、41、42、43、44、45、47、50、52、53、54、55、56、57、59、60、62、64、65、66、67、68、70、71、73、74、76、76:1、80、81、82、83、85、86、87、88、89、91、92、93、97、99、102、104、106、107、108、110、111、113、114、115、116、120、123、125、127、128、131、132、133、134、135、137、138、141、142、143、144、148、150、151、152、154、155、157、158、160、161、163、164、167、170、171、172、173、175、176、177、181、229、231、237、239、240、241、242、249、252、253、255、257、260、263、264、266、267、274、276、280、286、289、299、306、309、311、323、333、324、325、326、334、335、336、337、340、343、344、347、348、350、351、353、354、356、388など;および
C.I.ダイレクトレッド1、2、2:1、4、5、6、7、8、10、10:1、13、14、15、16、17、18、21、22、23、24、26、26:1、28、29、31、33、33:1、34、35、36、37、39、42、43、43:1、44、46、49、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、67、67:1、68、72、72:1、73、74、75、77、78、79、81、81:1、85、86、88、89、90、97、100、101、101:1、107、108、110、114、116、117、120、121、122、122:1、124、125、127、127:1、127:2、128、129、130、132、134、135、136、137、138、140、141、148、149、150、152、153、154、155、156、169、171、172、173、174、175、176、177、179、180、181、182、185、186、189、204、211、213、214、217、222、224、225、226、227、228、232、236、237、238などである。
イエロー染料の具体例は、C.I.アシッドイエロー2、3、4、5、6、7、8、9、9:1、10、11、11:1、12、13、14、15、16、17、17:1、18、20、21、22、23、25、26、27、29、30、31、33、34、36、38、39、40、40:1、41、42、42:1、43、44、46、48、51、53、55、56、60、63、65、66、67、68、69、72、76、82、83、84、86、87、90、94、105、115、117、122、127、131、132、136、141、142、143、144、145、146、149、153、159、166、168、169、172、174、175、178、180、183、187、188、189、190、191、192、199など;および
C.I.ダイレクトイエロー1、2、4、5、12、13、15、20、24、25、26、32、33、34、35、41、42、44、44:1、45、46、48、49、50、51、61、66、67、69、70、71、72、73、74、81、84、86、90、91、92、95、107、110、117、118、119、120、121、126、127、129、132、133、134などである。
オレンジ染料の具体例は、C.I.アシッドオレンジ1、1:1、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、17、18、19、20、20:1、22、23、24、24:1、25、27、28、28:1、30、31、33、35、36、37、38、41、45、49、50、51、54、55、56、59、79、83、94、95、102、106、116、117、119、128、131、132、134、136、138など;および
C.I.ダイレクトオレンジ1、2、3、4、5、6、7、8、10、13、17、19、20、21、24、25、26、29、29:1、30、31、32、33、43、49、51、56、59、69、72、73、74、75、76、79、80、83、84、85、87、88、90、91、92、95、96、97、98、101、102、102:1、104、108、112、114などである。
青色染料の具体例は、C.I.アシッドブルー1、2、3、4、5、6、7、8、9、11、13、14、15、17、19、21、22、23、24、25、26、27、29、34、35、37、40、41、41:1、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、62、62:1、63、64、65、68、69、70、73、75、78、79、80、81、83、84、85、86、88、89、90、90:1、91、92、93、95、96、99、100、103、104、108、109、110、111、112、113、114、116、117、118、119、120、123、124、127、127:1、128、129、135、137、138、143、145、147、150、155、159、169、174、175、176、183、198、203、204、205、206、208、213、227、230、231、232、233、235、239、245、247、253、257、258、260、261、262、264、266、269、271、272、273、274、277、278、280など;および
C.I.ダイレクトブルー1、2、3、4、6、7、8、8:1、9、10、12、14、15、16、19、20、21、21:1、22、23、25、27、29、31、35、36、37、40、42、45、48、49、50、53、54、55、58、60、61、64、65、67、79、96、97、98:1、101、106、107、108、109、111、116、122、123、124、128、129、130、130:1、132、136、138、140、145、146、149、152、153、154、156、158、158:1、164、165、166、167、168、169、170、174、177、181、184、185、188、190、192、193、206、207、209、213、215、225、226、229、230、231、242、243、244、253、254、260、263などである。
紫色染料の具体例は、C.I.アシッドバイオレット1、2、3、4、5、5:1、6、7、7:1、9、11、12、13、14、15、16、17、19、20、21、23、24、25、27、29、30、31、33、34、36、38、39、41、42、43、47、49、51、63、67、72、76、96、97、102、106、109など;および
C.I.ダイレクトバイオレット1、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、16、17、18、21、22、25、26、27、28、29、30、31、32、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、45、51、52、54、57、58、61、62、63、64、71、72、77、78、79、80、81、82、83、85、86、87、88、93、97などである。
緑色染料の具体例は、C.I.アシッドグリーン2、3、5、6、7、8、9、10、11、13、14、15、16、17、18、19、20、22、25、25:1、27、34、36、37、38、40、41、42、44、54、55、59、66、69、70、71、81、84、94、95など;および
C.I.ダイレクトグリーン11、13、14、24、30、34、38、42、49、55、56、57、60、78、79、80などである。
アルカリ可溶性樹脂(A)の総使用量100重量部に対して、該染料(F)の使用量は3〜30重量部であり、好ましくは4〜25重量部であり、より好ましくは5〜20重量部である。
本発明の機能効果に影響を与えないことを前提として、本発明の感光性樹脂組成物は、添加剤(G)をさらに選択的に添加することができる。添加剤(G)の具体例は、充填剤、ポリマー(上記アルカリ可溶性樹脂(A)以外のポリマーを意味する)、密着促進剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤または凝集防止剤を含む。
充填剤の具体例は、ガラスまたはアルミニウムなどを含む。
ポリマーの具体例は、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル、ポリフルオロアルキルアクリレートまたは上記ポリマーの組合せを含む。
密着促進剤の具体例は、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)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メトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−メチルプロペニルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシランまたは上記化合物の組合せを含む。
酸化防止剤の具体例は、2,2−チオビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,6−ジ−t−ブチルフェノールまたは上記化合物の組合せを含む。
紫外線吸収剤の具体例は、2−(3−t−ブチル−5−メチル−2−ヒドロキシフェニル)−5−クロロフェニルアジド、アルコキシフェノン(alkoxy phenone)または上記化合物の組合せを含む。
凝集防止剤の具体例は、ポリアクリル酸ナトリウム(sodium polyacrylate)などを含む。
アルカリ可溶性樹脂(A)の総使用量100重量部に対して、該添加剤(G)の使用量は1〜10重量部であり、好ましくは1.5〜9重量部であり、より好ましくは2〜8重量部である。
本発明はさらに、前記カラーフィルター用感光性樹脂組成物を用いて保護膜を形成するカラーフィルターの製造方法を提供する。
本発明はさらに、前記カラーフィルター用感光性樹脂組成物を用いて画素層を形成するカラーフィルターの製造方法を提供する。
本発明は、また、前記方法により作製されたカラーフィルターを提供する。
好ましくは、該カラーフィルターは画素層を含み、かつ該画素層は前記カラーフィルター用感光性樹脂組成物により形成される。
アルカリ可溶性樹脂(A)、エチレン性不飽和基含有化合物(B)、光重合開始剤(C)および有機溶媒(D)を攪拌器の中で攪拌し、混合物を均等に混合して溶液状態にする。そして、必要であれば、着色剤(E)、染料(F)または添加剤(G)を添加してもよい。上述した成分を均等に混合した後、溶液状態の感光性樹脂組成物を得ることができる。
本発明は、透明の感光性樹脂組成物の製造方法に限定する意図はなく、例えば、アルカリ可溶性樹脂(A)の一部およびエチレン性不飽和基含有化合物(B)の一部を有機溶媒(D)の媒体の一部に分散させて分散液を形成してから、その中に残りのアルカリ可溶性樹脂(A)、残りのエチレン性不飽和基含有化合物(B)、光重合開始剤(C)および有機溶媒(D)を混合して感光性樹脂組成物を取得してもよい。
本発明は、カラーの感光性樹脂組成物の製造方法に限定する意図はなく、例えば、カラー感光性樹脂組成物は、着色剤(E)をカラーフィルターの感光性樹脂組成物の中に直接添加して分散させることによって製造するか、あるいは、着色剤(E)の一部をアルカリ可溶性樹脂(A)および有機溶媒(D)の一部に分散させて着色剤分散液を形成してから、その中に残りのアルカリ可溶性樹脂(A)、エチレン性不飽和基含有化合物(B)、光重合開始剤(C)および有機溶媒(D)を混合することによって製造することができる。着色剤(E)の分散プロセスは、ビーズミル(beads mill)やロールミル(roll mill)等のミキサーを使用することによって、上述した成分を混合することができる。
スピンコーティング、流延コーティング、ロールコーティング等を行って、基板の上に本発明の溶液状態の感光性樹脂組成物溶液をコーティングする。基板の例は、無アルカリガラス、ソーダライムガラス、パイレックス(登録商標)ガラス、石英ガラス、透明導電膜を付着したこれらのガラス等の液晶ディスプレイ用ガラス;光電変換装置(例えば、固体撮像デバイス)用の基板(例えば、シリコン基板);赤、緑、青等の画素着色層を隔離することのできる遮光用ブラックマトリックス(black matrix)が形成された基板を含んでもよい。
コーティングプロセスの後、減圧乾燥プロセスにより感光性樹脂組成物溶液に含まれる有機溶媒の大部分を除去してから、プリベーク(pre-bake)処理により残りの有機溶媒を完全に除去し、プリベークコーティング膜を形成する。プロセスの間、減圧乾燥プロセスおよびプリベーク処理の操作条件は、各成分の種類と配合率によって変わる。一般的に、減圧乾燥プロセスは、0mmHg〜200mmHgの圧力で1秒〜60秒間行われ、プリベーク処理は、70℃〜100℃の温度で1分〜15分間行われる。
プリベーク処理の後、所定のパターンを有するフォトマスクを使用してプリベークコーティング膜に対し、露光プロセスを行う。露光プロセスに使用する光は、好ましくは、g線、h線、i線等の紫外(UV)線であり、紫外線を出射する装置の例は、(超)高圧水銀ランプおよびメタルハライドランプである。
露光プロセスの後、23±2℃の温度で約15秒〜5分間、プリベークコーティング膜を現像液中に浸し、プリベークコーティング膜の不必要な部分を除去して、基板上に所定のパターンを形成する。現像液は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウムメチル、アンモニア水、エチルアミン、ジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、水酸化テトラエチルアンモニウム、コリン、ピロール、ピペリジン、1,8‐ジアザビシクロ[5,4,0]‐7‐ウンデセン等のアルカリ水溶液含有アルカリ化合物であってもよく、濃度は、0.001wt%〜10wt%であり、好ましくは、0.005wt%〜5wt%であり、より好ましくは、0.01wt%〜1wt%である。
そして、基板上のパターンを水で洗った後、圧縮空気または窒素を用いてパターンを乾燥させる。最後に、ホットプレートやオーブン等の加熱装置を使用して、パターンをポストベーク(post-bake)する。加熱温度は、150℃〜250℃の範囲に設定する。ホットプレートを使用する時の加熱時間は、5分〜60分であり、オーブンを使用する時の加熱時間は、15分〜150分である。それにより、パターンが固定され、画素着色層が形成される。上述したステップを繰り返すことにより、赤、緑、青色画素層等の画素着色層を基板の上に順番に形成することができる。
本発明の保護膜の形成方法は、赤、緑、青色画素層等の画素着色層が形成された基板の上に上述した透明感光性樹脂組成物をコーティングした後、プリベーク処理等の加熱プロセスを行って中の溶媒を除去し、カラーフィルター層の保護膜を形成する方法である。
上述したコーティング方法の例は、スプレーコーティング(spray coating)法、ロールコーティング(roller coating)法、スピンコーティング(spin coating)法、バーコーティング(bar coating)法、インクジェット(ink jet)法等を含む。 これらのコーティング法において、コーティングプロセスは、スピンコータ(spin coater)、スピンレスコーティング装置(spin-less coating machine), スリットダイコーティング装置(slit-die coating machine)等を使用して行うのが好ましい。
上述したプリベーク処理の条件は、各成分の種類と配合率によって変わる。一般的に、プリベーク処理は、70℃〜90℃の温度で1分〜15分間行う。プリベーク処理を行った後、プリベークコーティング膜の厚さは、0.15μm〜8.5μmであり、好ましくは、0.15μm〜6.5μmであり、最も好ましくは、0.15μm〜4.5μmである。理解すべきこととして、プリベークコーティング膜の厚さは、溶媒が除去された後の厚さを指す。
プリベークコーティング膜を形成した後、ホットプレートやオーブン等の加熱装置を使用して、加熱プロセスを行う。加熱プロセスは、一般的に、150℃〜250℃の温度で行い、ホットプレートを使用する時の加熱時間は、5分〜30分であり、オーブンを使用する時の加熱時間は、30分〜90分である。
上述した硬化型樹脂組成物に光重合開始剤を使用する時、必要であれば、硬化型樹脂組成物を基板の表面にコーティングし、プリベーク処理により溶媒を除去してプリベークコーティング膜を形成した後、プリベークコーティング膜を露光してもよい。
露光プロセスに使用する光は、可視光、紫外線、遠紫外線、電子ビーム(electron beam)、X線等を含んでもよく、好ましくは、190nm〜450nmの波長を有する紫外線である。
露光プロセスの露光量は、好ましくは、100J/m2〜20,000J/m2であり、より好ましくは、150J/m2〜10,000J/m2である。
上述した露光プロセスの後、ホットプレートやオーブン等の加熱装置を使用して、加熱プロセスを選択的に行うことができる。加熱プロセスの温度は、通常、150℃〜250℃であり、ホットプレートを使用する時の加熱時間は、5分〜30分であり、オーブンを使用する時の加熱時間は、30分〜90分である。
赤、緑、青色画素層等の画素着色層および保護膜を形成した後、温度が220℃〜250℃の真空環境で保護膜の表面にスパッタリングを行い、ITO保護膜を形成する。必要であれば、ITO保護膜に対し、エッチングおよび配線を行ってもよい。そして、ITO保護膜の表面に配向膜を配置する。それにより、本発明の感光性樹脂組成物を硬化させた硬化物を含むカラーフィルターを製造することができる。
本発明は、さらに、液晶表示装置を提供する。その製造方法は、以下の通りである。
上述したカラーフィルターの製造方法により形成されたカラーフィルターを有する基板と薄膜トランジスタ(thin film transistor, TFT)を設置した駆動基板を、セルギャップ(cell gap)を開けて対向配置する。封止剤で2つの基板の周辺部を接着して、基板の表面と封止剤によって定義されたセルギャップに液晶を充填し、注入孔を密封して液晶セル(cell)を形成する。その後、液晶セルの外側、つまり、各基板の液晶側と反対側の表面に偏光板を付着させて、液晶表示装置を製造する。本発明は、ここで説明した液晶および配向膜に限定する意図はなく、本分野において周知の任意の種類の液晶および配向膜を使用してもよい。
以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施形態の内容に限定されるものではない。
製造例1
反応器においては、イソシアヌル酸106gと水420mLとが添加されたスラリー(slurry)に、さらに48%水酸化ナトリウム溶液206gを滴下し、温度60〜70℃で2時間反応させ、その後に水を除去し、メタノールで洗浄し、乾燥後にイソシアヌル酸ナトリウム白色結晶157.5gを得た。次に、撹拌機、凝縮器が取り付けられた反応器に、溶剤としてジメチルホルムアミド400mLを加え、イソシアヌル酸ナトリウム157.5gと3−ブロモ−1−プロペン290.4gとを温度120〜125℃で6時間反応させ、その後に濾過して無機塩を除去し、トルエンを抽出し、水洗、乾燥および溶剤蒸発を経た後、トリアリルイソシアヌレート(Mw=249.3)のライトブラウン油状物154.6gを得た。ジクロロメタン8700mLを取って溶剤とし、上記トリアリルイソシアヌレート(Mw=249.3)154.6gとm−クロロ過安息香酸535g(30℃以下)とをゆっくりと冷却器に加えて撹拌し、温度25℃で4時間反応させた。反応終了後、20℃以下で10%亜硫酸水素ナトリウム水溶液3000mLをゆっくりと加え、濾過して不溶物を除去し、クロロホルムを加えて抽出し、10%亜硫酸水素ナトリウム溶液、飽和炭酸水素ナトリウム溶液で充分に洗浄し、乾燥、蒸留して溶剤を除去した後、エポキシ化合物を得ることができる。前記生成物をカラムクロマトグラフィーにより精製して透明油状物118gを得ることができる。得られたエポキシ化合物はすなわちモノアリルジグリシジルイソシアヌレート(monoallyldiglycidyl isocyanurate,Mw=281)であった。
上記製造されたエポキシ化合物100重量部、アクリル酸50重量部、塩化ベンジルトリエチルアンモニウム0.5重量部、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール0.2重量部およびプロピレングリコールメチルエーテルアセテート130重量部を取って連続的に500mLの四つ口フラスコに添加し、送り速度を25重量部/分に制御し、かつ温度を100〜110℃の範囲に維持して、15時間反応させた後、ヒドロキシル基含有化合物(S1)を得ることができる。
製造例2
撹拌機、凝縮器が取り付けられた反応器に、溶剤としてジメチルホルムアミド400mLを加え、上記製造例1におけるイソシアヌル酸ナトリウム157.5gを3−ブロモ−1−プロペン96.8gおよび3−ブロモ−2−メチルプロペン216gと温度120〜125℃で6時間反応させ、その後に濾過して無機塩を除去し、トルエンを抽出し、水洗、乾燥および溶剤蒸発を経た後、1−(アリル)−3,5−(2−メチルプロペニル)イソシアヌレート(Mw=277)のライトブラウン油状物171.7gを得た。ジクロロメタン8700mLを取って溶剤とし、1−(アリル)−3,5−(2−メチルプロペニル)イソシアヌレート171.7gとm−クロロ過安息香酸535g(30℃以下)とをゆっくりと冷却器に加えて撹拌し、温度25℃で4時間反応させた。反応終了後、20℃以下で10%亜硫酸水素ナトリウム水溶液3000mLをゆっくりと加え、濾過して不溶物を除去し、クロロホルムを加えて抽出し、10%亜硫酸水素ナトリウム溶液、飽和炭酸水素ナトリウム溶液で充分に洗浄し、乾燥、蒸留して溶剤を除去した後、エポキシ化合物を得ることができる。前記生成物はカラムクロマトグラフィーにより精製して透明油状物129.8gを得ることができる。得られたエポキシ化合物はすなわち1−アリル−3,5−ビス(2−メチル−エポキシプロピル)イソシアヌレート(1−allyl−3,5−bis(2−methyl−epoxy propyl)isocyanurate,Mw=309)であった。
上記製造されたエポキシ化合物100重量部、メタクリル酸55重量部、塩化ベンジルトリエチルアンモニウム0.5重量部、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール0.2重量部およびプロピレングリコールメチルエーテルアセテート130重量部を取って連続的に500mLの四つ口フラスコに添加し、送り速度を25重量部/分に制御し、かつ温度を100〜110℃の範囲に維持して、15時間反応させた後、ヒドロキシル基含有化合物(S2)を得ることができる。
製造例3
撹拌機、凝縮器が取り付けられた反応器に、溶剤としてジメチルホルムアミド400mLを加え、上記製造例1におけるイソシアヌル酸ナトリウム157.5gを3−ブロモ−1−プロペン193.6gおよび3−ブロモ−2−メチルプロペン108gと温度120〜125℃で6時間反応させ、その後に濾過して無機塩を除去し、トルエンを抽出し、水洗、乾燥および溶剤蒸発を経た後、1−(2−メチルプロペニル)−3,5−(3−プロペニル)イソシアヌレート(Mw=263.3)のライトブラウン油状物163.2gを得た。ジクロロメタン8700mLを取って溶剤とし、1−(2−メチルプロペニル)−3,5−(3−プロペニル)イソシアヌレート163.2gとm−クロロ過安息香酸535g(30℃以下)とをゆっくりと冷却器に加えて撹拌し、温度25℃で4時間反応させた。反応終了後、20℃以下で10%亜硫酸水素ナトリウム水溶液3000mLをゆっくりと加え、濾過して不溶物を除去し、クロロホルムを加えて抽出し、10%亜硫酸水素ナトリウム溶液、飽和炭酸水素ナトリウム溶液で充分に洗浄し、乾燥、蒸留して溶剤を除去した後、エポキシ化合物を得ることができる。前記生成物はカラムクロマトグラフィーにより精製して透明油状物123.9gを得ることができる。得られたエポキシ化合物はすなわち1−(2−メチルプロペニル)−3,5−ジグリシジルイソシアヌレート(1−(2−methyl−propenyl)−3,5−diglycidyl isocyanurate,Mw=295)であった。
上記製造されたエポキシ化合物100重量部、2−メタクリロイルオキシエチルコハク酸(Mw=230)155重量部、メトキシフェノール(methoxyphenol)0.3重量部、トリフェニルホスフィン0.2重量部およびプロピレングリコールメチルエーテルアセテート130重量部を取って反応フラスコに入れ、温度を95℃に維持して、9時間反応させた後、ヒドロキシル基含有化合物(S3)を得ることができる。
製造例4
撹拌機、凝縮器が取り付けられた反応器に、溶剤としてジメチルホルムアミド400mLを加え、上記製造例1におけるイソシアヌル酸ナトリウム157.5gと3−ブロモ−2−メチルプロペン324gとを温度120〜125℃で6時間反応させ、その後に濾過して無機塩を除去し、トルエンを抽出し、水洗、乾燥および溶剤蒸発を経た後、トリス(2−メチルプロペニル)イソシアヌレート(Mw=291)のライトブラウン油状物180.4gを得た。ジクロロメタン8700mLを取って溶剤とし、トリス(2−メチルプロペニル)イソシアヌレート180.4gとm−クロロ過安息香酸535g(30℃以下)とをゆっくりと冷却器に加えて撹拌し、温度25℃で4時間反応させた。反応終了後、20℃以下で10%亜硫酸水素ナトリウム水溶液3000mLをゆっくりと加え、濾過して不溶物を除去し、クロロホルムを加えて抽出し、10%亜硫酸水素ナトリウム溶液、飽和炭酸水素ナトリウム溶液で充分に洗浄し、乾燥、蒸留して溶剤を除去した後、エポキシ化合物を得ることができる。前記生成物はカラムクロマトグラフィーにより精製して透明油状物135.7gを得ることができる。得られたエポキシ化合物はすなわち1−(2−メチルプロペニル)−3,5−ビス(2−メチル−エポキシプロピル)イソシアヌレート(1−(2−methyl−propenyl)−3,5−bis(2−methyl−epoxy propyl)isocyanurate,Mw=323)であった。
上記製造されたエポキシ化合物100重量部、2−メタクリロイルオキシブチルコハク酸(Mw=230)140重量部、塩化ベンジルトリエチルアンモニウム0.4重量部、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール0.1重量部およびプロピレングリコールメチルエーテルアセテート130重量部を取って連続的に500mLの四つ口フラスコに添加し、送り速度を25重量部/分に制御し、かつ温度を100〜110℃の範囲に維持して、15時間反応させた後、ヒドロキシル基含有化合物(S4)を得ることができる。
製造例5
反応器において、イソシアヌル酸106gと水420mLとが添加されたスラリー(slurry)に、さらに48%水酸化ナトリウム溶液206gを滴下し、温度60〜70℃で2時間反応させ、その後に水を除去し、メタノールで洗浄し、乾燥後にイソシアヌル酸ナトリウム白色結晶157.5gを得た。次に、撹拌機、凝縮器が取り付けられた反応器に、溶剤としてジメチルホルムアミド400mLを加え、イソシアヌル酸ナトリウム157.5gと5−ブロモ−1−ペンテン361.4gとを温度120〜125℃で6時間反応させ、その後に濾過して無機塩を除去し、トルエンを抽出し、水洗、乾燥および溶剤蒸発を経た後、トリス(5−ペンテニル)イソシアヌレートのライトブラウン油状物205gを得た。ジクロロメタン8700mLを取って溶剤とし、トリス(5−ペンテニル)イソシアヌレート(Mw=333)205gとm−クロロ過安息香酸815g(30℃以下)をゆっくりと冷却器に加えて撹拌し、温度25℃で4時間反応させた。反応終了後、20℃以下で10%亜硫酸水素ナトリウム水溶液3000mLをゆっくりと加え、濾過して不溶物を除去し、クロロホルムを加えて抽出し、10%亜硫酸水素ナトリウム溶液、飽和炭酸水素ナトリウム溶液で充分に洗浄し、乾燥、蒸留して溶剤を除去した後、エポキシ化合物を得ることができる。前記生成物はカラムクロマトグラフィーにより精製して透明油状物161.7gを得ることができる。得られたエポキシ化合物は式(1−2)の通りであり、すなわちトリス(4,5−エポキシペンチル)イソシアヌレート(Mw=381)であった。
上記製造されたエポキシ化合物100重量部、アクリル酸60重量部、塩化ベンジルトリエチルアンモニウム0.6重量部、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール0.2重量部およびプロピレングリコールメチルエーテルアセテート130重量部を取って連続的に500mLの四つ口フラスコに添加し、送り速度を25重量部/分に制御し、かつ温度を100〜110℃の範囲に維持して、15時間反応させた後、ヒドロキシル基含有化合物(S5)を得ることができる。
合成例:第1アルカリ可溶性樹脂(A−1)の合成例
表1に示すように、以下、第1アルカリ可溶性樹脂(A−1)の合成例A−1−1から合成例A−1−8を説明する。
合成例A−1−1
上記製造例1のヒドロキシル基含有化合物(S1)1.0モル、塩化ベンジルトリエチルアンモニウム1.3g、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール0.4gを、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート500gに溶解し、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物0.2モルおよびコハク酸無水物1.6モルを同時に添加し、110℃に加熱して、2時間反応させると(同時に添加する方法)、酸価が170mgKOH/g、数平均分子量が717のアルカリ可溶性樹脂(以下、A−1−1と略称する)を得ることができる。
合成例A−1−2
上記製造例2のヒドロキシル基含有化合物(S2)1.0モル、塩化ベンジルトリエチルアンモニウム1.4g、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール0.5gを、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート600gに溶解し、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物0.3モルを添加し、90℃で2時間反応させた後、次に、フタル酸無水物1.4モルを添加し、さらに90℃で4時間反応させると(分けて添加する方法)、酸価が140mgKOH/g、数平均分子量が1205のアルカリ可溶性樹脂(以下、A−1−2と略称する)を得ることができる。
合成例A−1−3〜合成例A−1−8
合成例A−1−3および合成例A−1−8の第1アルカリ可溶性樹脂は合成例A−1−1および合成例A−1−2と同じステップで製造され、第1アルカリ可溶性樹脂の成分の種類およびその使用量、反応時間、反応温度ならびに反応物の添加時間(表1に示される)を変えた所がそれらと異なる。
合成例:第2アルカリ可溶性樹脂(A−2)の合成例
以下、第2アルカリ可溶性樹脂(A−2)の合成例A−2−1〜合成例A−2−3を説明する。
合成例A−2−1
まず、フルオレンエポキシ化合物(型番ESF−300、新日鉄化学製、エポキシ当量231)100重量部、アクリル酸30重量部、塩化ベンジルトリエチルアンモニウム0.3重量部、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール0.1重量部およびプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート130重量部を、連続的に添加する方法で500mLの四つ口フラスコに加えた。送り速度を25重量部/分に制御し、かつ反応プロセスの温度を100〜110℃に維持して、15時間反応させた後、固体成分が50重量%の淡黄色透明混合液を得ることができる。
次に、上記混合液100重量部をエチレングリコールエチルエーテルアセテート25重量部に添加し、同時にテトラヒドロフタル酸無水物6重量部および3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物13重量部を添加し、110〜115℃に加熱した。2時間反応させた後、酸価が98mgKOH/g、重量平均分子量が3103の第2アルカリ可溶性樹脂A−2−1を得ることができる。
合成例A−2−2
フルオレンエポキシ化合物(新日鉄化学製、型番ESF−300、エポキシ当量為231)100重量部、アクリル酸30重量部、塩化ベンジルトリエチルアンモニウム0.3重量部、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール0.1重量部およびプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート130重量部を連続的に500mLの四つ口フラスコに添加した。送り速度を25重量部/分に制御し、かつ反応プロセスの温度を100〜110℃に維持して、15時間反応させた後、固体成分濃度が50重量%の淡黄色透明混合液を得ることができる。
次に、上記混合液100重量部をエチレングリコールエチルエーテルアセテート25重量部に溶解し、同時に3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物13重量部を添加し、90〜95℃に加熱した。2時間反応させた後、テトラヒドロフタル酸無水物6重量部を加え、かつ90〜95℃で4時間反応させると、酸価が99.0mgKOH/g、重量平均分子量が4624の第2アルカリ可溶性樹脂A−2−2を得ることができる。
合成例A−2−3
エポキシ化合物(日本化薬(株)製、型番NC−3000、エポキシ当量288)400重量部、アクリル酸102重量部、メトキシフェノール(methoxyphenol)0.3重量部、トリフェニルホスフィン5重量部およびプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート264重量部を反応フラスコに加え、温度を95℃に維持した。9時間反応させた後、酸価が2.2mgKOH/gの中間生成物を得ることができる。次に、テトラヒドロフタル酸無水物(tetrahydrophthalic anhydride)151重量部を加え、95℃で4時間反応させると、酸価が102mgKOH/g、重量平均分子量が5210の第2アルカリ可溶性樹脂A−2−3を得ることができる。
合成例:第3アルカリ可溶性樹脂(A−3)の合成例
表2に示すように、以下、第3アルカリ可溶性樹脂(A−3)の合成例A−3−1〜合成例A−3−4を説明する。
合成例A−3−1
容積1000mLの四つ口フラスコに窒素ガス入口、撹拌器、加熱器、凝縮管および温度計を設置し、窒素ガスを導入した。その後、2−メタクリロイルエトキシサクシネート(以下、HOMSと略称する)5重量部、ジシクロペンテニルアクリレート(dicyclopenteny acrylate、以下、FA−511Aと略称する)5重量部、スチレンモノマー(以下、SMと略称する)40重量部およびメチルメタクリレート(以下、MMAと略称する)50重量部を3−エトキシプロピオン酸エチル(以下、EEPと略称する)200重量部に溶解し、モノマー混合物の供給方法は連続的に添加する方式である。
均一に撹拌した後、油浴の温度を100℃に上げた。その後、重合開始剤2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)(以下、AMBNと略称する)6重量部をEEPに溶解し、5等分の分量を1時間内に間隔を置いて四首フラスコに添加した。
重合プロセスの反応温度を100℃に維持した。6時間が経ってから、重合生成物を四首フラスコから取り出し、溶剤を揮発して除去すると、第3アルカリ可溶性樹脂A−3−1を作製することができる。
合成例A−3−2〜合成例A−3−4
合成例A−3−2〜合成例A−3−4の第3アルカリ可溶性樹脂は合成例A−3−1と同じステップで製造され、第3アルカリ可溶性樹脂の成分の種類およびその使用量、反応時間、反応温度ならびに反応物の添加時間を変えた所がそれと異なり(表2に示される)、表2における標記番号に対応する化合物は下記の通りである。また、表2においては、「連続添加」とは、共重合用モノマーを連続的に反応器に供給し、持続的に反応させて連続的に取り出すことを意味する。「一括添加」とは、共重合用モノマーを反応器に一括供給し、反応が終了した後に一括して取り出すことを意味する。
実施例1
第1アルカリ可溶性樹脂A−1−1(以下、A−1−1と略称する)100重量部、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート(以下、B−3と略称する)40重量部、2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルホリノ−1−プロパノン(以下、C−1と略称する)3重量部、2,2’−ビス(2,4−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−ビイミダゾール(以下、C−2と略称する)5重量部、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン(以下、C−3と略称する)2重量部、重量部比が80/20のC.I.ピグメントレッド254とC.I.ピグメントイエロー139との混合物(以下、E−1と略称する)20重量部、C.I.ダイレクトレッド127(以下、F−1と略称する)3重量部および3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン(以下、G−1と略称する)1重量部を3−エトキシプロピオン酸エチル(以下、D−1と略称する)500重量部に加え、かつ揺動式撹拌器(shaking type stirrer)で均一に撹拌した後、実施例1の感光性樹脂組成物を作製することができる。作製された感光性樹脂組成物を後述の各評価方法で評価し、その結果を表3に示す。
実施例2〜14および比較例1〜比較例6
実施例2〜14および比較例1〜6は、感光性樹脂組成物中の原料の種類および使用量を変えたこと以外は、実施例1の感光性樹脂組成物の作製方法と同じであり、その配合方法および評価結果をそれぞれ表3および表4に示し、ここでは、さらに説明しない。
評価方法
高精度パターンの直線性
上記各実施例および比較例の感光性樹脂組成物をスピンコーティングの方法で長さ、幅がともに100mmのガラス基板上にコーティングする。その後、約100mm水銀柱(mmHg)の圧力下で約30秒間減圧乾燥する。次に、上記ガラス基板を80℃で3分間プリベークして、膜厚が2.5μmのプリベークコーティング膜を形成する。次に、幅25μm(ピッチ(pitch)50μm)のストライプ状パターンを有するフォトマスクを介して、上記プリベークコーティング膜を、露光機(Canon製、型番PLA−501F)により300ミリジュール/平方センチメートル(mJ/cm2)の紫外光で照射する。紫外光により照射した後、プリベークコーティング膜を23℃の現像液に2分間浸漬する。その後に、上記プリベークコーティング膜を純水で洗浄し、200℃でプリベークコーティング膜を80分間ベークすると、ガラス基板上に膜厚が2.0μmの感光性樹脂層を形成することができる。
上記方法で形成されたストライプ状パターンを光学顕微鏡により観察し、下記基準に基づいて高精度パターンの直線性を評価する。
◎:95%以上のストライプ状パターンの直線性が良好である。
○:90%以上、95%未満のストライプ状パターンの直線性が良好である。
△:80%以上、90%未満のストライプ状パターンの直線性が良好である。
×:80%未満のストライプ状パターンの直線性が良好である。
熱溶剤膜厚変化率
溶液状のカラーフィルター用感光性樹脂組成物を、スピンコーティングの方法で寸法が100mm×100mmのガラス基板上にコーティングし、約100mmHgの圧力下で約30秒間減圧乾燥する。その後、温度80℃で2分間プリベークして、膜厚が2.5μmのプリベークコーティング膜を形成する。次に、該プリベークコーティング膜をエネルギー60mJ/cm
2の紫外光で照射する。その後に、露光後のプリベークコーティング膜を23℃の現像液に浸漬する。1分が経ったら、純水で洗浄し、230℃でポストベーク処理を行う。ポストベーク処理を行った後、薄膜の厚み(Ti)を測定し、薄膜を60℃のプロピレングリコールメチルエーテルアセテート溶剤に浸漬する。6分が経ったら、薄膜の厚み(Tf)を測定し、下記式(I)で膜厚変化率を計算して、下記基準に基づいて評価する:
☆:膜厚変化率<1%;
◎:1%≦膜厚変化率<2%;
○:2%≦膜厚変化率<3%;
△:3%≦膜厚変化率<4%;
×:4%≦膜厚変化率。
上記実施例は、本発明の原理およびその機能効果を説明するためだけのものであり、本発明を制限するものではない。当業者が上記実施例に対して行う修正や変化は依然として本発明の主旨に背かない。本発明の権利範囲は後述の特許請求の範囲に示されるべきである。