KR20090013685A - 경화성 조성물, 경화막, 포토 스페이서의 제조 방법, 액정표시 장치용 기판 및 액정 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
분기 및/또는 지환 구조를 갖는 기와, 산성기를 갖는 기와, 에폭시기를 갖는 기를 함유하는 수지와, 중합성 화합물과, 광중합 개시제와, 계면 활성 광중합 개시제를 적어도 함유하는 경화성 조성물을 제공한다. 본 발명에 의하면, 경화 후에 고도의 변형 회복성을 갖는 경화성 조성물, 및 표시얼룩이 적은 액정 표시 장치가 얻어진다.
경화성 조성물, 경화막, 포토 스페이서, 액정 표시 장치 기판, 액정 표시 장치
Description
본 발명은 경화성 조성물, 경화막, 포토 스페이서의 제조 방법, 액정 표시 장치용 기판 및 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 고화질 화상을 표시하는 표시 장치로 널리 이용되고 있다. 액정 표시 장치는 일반적으로 한쌍의 기판 사이에 소정의 배향에 의해 화상 표시를 가능하게 하는 액정층이 배치되어 있다. 이 기판 간격, 즉 액정층의 두께를 균일하게 유지하는 것이 화질을 결정하는 요소의 하나이며, 그 때문에 액정층의 두께를 일정하게 유지하기 위한 스페이서가 배치되어 있다. 이 기판 사이의 두께는 일반적으로 「셀 두께」라고 칭해지고, 셀 두께는 통상 상기 액정층의 두께, 바꿔 말하면 표시 영역의 액정에 전계를 가하고 있는 2장의 전극 사이의 거리를 나타낸다.
스페이서는 종래 비드 산포에 의해 형성되고 있었지만, 최근에서는 경화성 조성물을 이용하여 포토리소그래피에 의해 위치 정밀도가 높은 스페이서가 형성되 게 되어 오고 있다. 이와 같은 경화성 조성물을 이용하여 형성된 스페이서는 포토 스페이서(photo spacer, 광 기둥)라고 불리고 있다.
경화성 조성물을 이용하여 패터닝, 알칼리 현상, 및 베이킹을 거쳐 제작된 포토 스페이서에 대해서는 그 스페이서 도트의 압축 강도가 약해 패널 형성시에 소성변형이 커지는 경향을 갖고 있다. 고화질의 화상 표시에는 이에 기인하여 액정층의 두께가 설계값보다 작아지거나 하여 균일성을 유지할 수 없는 문제나, 화상얼룩을 발생시킨다는 문제가 없을 것이 요구된다. 또한, 액정 표시 장치의 고정밀도화의 점에서는 경화성 조성물의 알칼리 현상 잔사가 발생하지 않는 것도 중요하다.
상기와 관련하여, 액정층의 두께(셀 두께)를 일정하게 유지하기 위한 포토 스페이서 형성 기술로서, 포토 스페이서 형성용으로 알릴기를 갖는 수지를 이용하는 것이 개시되어 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 2003-207787호 공보 참조).
또한, 제조가 용이하고 저장 안정성이 우수한 포토 스페이서용의 경화성 조성물이 개시되어 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 2005-62620호 공보 참조).
또한, 내냉열 충격성이 우수한 조성물도 개시되어 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 2002-287354호 공보 참조).
또한, 경화성 조성물로서, 형성되는 경화막의 표면 강도를 개량할 수 있는 계면 활성 광 개시제를 함유하는 경화성 조성물이 개시되어 있다(예를 들면, 일본 특허 공표 2004-515611호 공보, 일본 특허 공표 2004-522819호 공보, 일본 특허 공표 2004-525994호 공보 참조).
원래, 액정 셀에 이용되는 포토 스페이서에는 높은 변형 회복성이 요구되고 있다. 이를 실현하기 위해 모노머 등의 가교 반응률을 높이는 것이 행해져 변형 회복률을 어느 정도 높일 수 있지만, 그 향상 효과는 한계점에 이른 경향이 있어 더나은 개선이 요구되고 있었다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 경화 후에 고도의 변형 회복성을 갖고, 예를 들면 액정 표시 장치를 형성했을 때에는 표시얼룩을 해소할 수 있는 경화성 조성물, 및 경화막, 포토 스페이서의 제조 방법, 및 표시얼룩을 방지하여 고화질 화상의 표시를 가능하게 하는 액정 표시 장치용 기판, 및 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 하며, 상기 목적을 달성하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 구체적 수단은 이하와 같다.
<1> 분기 및/또는 지환 구조를 갖는 기와, 산성기를 갖는 기와, 에폭시기를 갖는 기를 함유하는 수지와, 중합성 화합물과, 광중합 개시제와, 계면 활성 광중합 개시제를 적어도 함유하는 경화성 조성물.
<2> 상기 계면 활성 광중합 개시제는 치환되어 있어도 좋은 탄소수 3 이상 30 이하의 알킬기, 치환되어 있어도 좋은 실록산기 및 치환되어 있어도 좋은 불소화 알킬기로부터 선택되는 적어도 1종을 갖는 화합물인 상기 <1>에 기재된 경화성 조성물.
<3> 상기 계면 활성 광중합 개시제는 트리할로메틸-s-트리아진 화합물, 트리할로메틸옥사디아졸 화합물, α-아미노케톤 화합물, α-히드록시케톤 화합물, 또는 옥심 화합물로부터 유도되는 치환기를 함유하는 화합물인 상기 <1> 또는 <2>에 기재된 경화성 조성물.
<4> 상기 지환 구조를 갖는 기는 치환되어 있어도 좋은 탄소수 6 이상 25 이하의 환상 화합물에 유래하는 기인 상기 <1>~<3>의 어느 한 항에 기재된 경화성 조성물.
<5> 상기 <1>~<4>의 어느 한 항에 기재된 경화성 조성물을 경화시켜 이루어지는 경화막.
<6> <1>~<4>의 어느 한 항에 기재된 경화성 조성물을 도포함으로써 지지체 상에 경화성 조성물층을 형성하는 공정을 갖는 포토 스페이서의 제조 방법.
<7> 상기 <6>에 기재된 포토 스페이서의 제조 방법에 의해 제조된 포토 스페이서를 구비한 액정 표시 장치용 기판.
<8> 상기 <7>에 기재된 액정 표시 장치용 기판을 구비한 액정 표시 장치.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면, 경화 후에 고도의 변형 회복성을 갖고, 예를 들면 액정 표시 장치를 형성했을 때에는 표시얼룩을 해소할 수 있는 경화성 조성물, 및 경화막, 포토 스페이서의 제조 방법, 및 표시얼룩을 방지하여 고화질 화상의 표시를 가능하게 하는 액정 표시 장치용 기판, 및 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 경화성 조성물, 및 경화막, 포토 스페이서의 제조 방법, 및, 액정 표시 장치용 기판, 및 액정 표시 장치에 대해 상세하게 설명한다.
<경화성 조성물 및 포토 스페이서의 제조 방법>
본 발명의 경화성 조성물은 분기 및/또는 지환 구조를 갖는 기와, 산성기를 갖는 기와, 에폭시기를 갖는 기를 함유하는 수지(A) 중 적어도 1종과, 중합성 화합물(B) 중 적어도 1종과, 광중합 개시제(C) 중 적어도 1종과, 계면 활성 광중합 개시제(D) 중 적어도 1종을 적어도 함유한다. 본 발명의 경화성 조성물에 의해 제조되는 포토 스페이서는 고도의 변형 회복성을 갖기 때문에 표시 장치에 있어서의 표시얼룩을 해소할 수 있다.
또한, 본 발명의 포토 스페이서의 제조 방법은 적어도 2장의 지지체와, 상기 지지체 사이에 설치된 액정과, 상기 액정에 전계를 인가하는 2장의 전극과, 상기 지지체 사이의 셀 두께를 규제하기 위한 포토 스페이서를 구비한 액정 표시 장치에 있어서의 상기 포토 스페이서를 제조하는 방법이고, 상기 2장의 지지체 중 한쪽 위에 본 발명의 경화성 조성물을 이용한 경화성 조성물층을 형성하는 층 형성 공정을 갖는다.
본 발명의 포토 스페이서의 제조 방법에 의하면 고도의 변형 회복성을 갖는 포토 스페이서를 용이하게 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 포토 스페이서의 제조 방법에 대해 설명하고, 상기 설명을 통해 본 발명의 경화성 조성물의 상세에 대해서도 서술한다.
[층 형성 공정]
본 발명에 있어서의 층 형성 공정은 지지체 상에 본 발명의 경화성 조성물을 도포함으로써 포함하는 경화성 조성물층(이하, 간단히 「경화성 수지층」이라고도 함)을 형성하는 공정이다.
이 경화성 수지층은 후술하는 패터닝 공정을 거쳐 변형 회복성이 양호하고 셀 두께를 균일하게 유지할 수 있는 포토 스페이서를 구성할 수 있다. 상기 포토 스페이서를 이용함으로써 특히 셀 두께의 변동으로 표시얼룩이 생기기 쉬운 표시 장치에 있어서의 화상 중의 표시얼룩이 효과적으로 해소된다.
지지체 상에 경화성 수지층을 형성하는 방법으로서는 (a) 본 발명의 경화성 조성물을 함유하는 용액을 공지의 도포법에 의해 도포하는 방법, 및 (b) 경화성 수지 전사 재료를 이용한 전사법에 의해 라미네이트하는 방법을 바람직하게 들 수 있다. 이하, 각각에 대해 서술한다.
(a) 도포법
경화성 조성물의 도포는 공지의 도포법, 예를 들면 스핀 코팅법, 커튼 코팅법, 슬릿 코팅법, 딥 코팅법, 에어 나이프 코팅법, 롤러 코팅법, 와이어 바 코팅법, 그라비어 코팅법, 또는 미국 특허 제 2681294호 명세서에 기재된 포퍼를 사용하는 압출 코팅법(extrusion coating) 등에 의해 행할 수 있다. 그 중에서도 일본 특허 공개 2004-89851호 공보, 일본 특허 공개 2004-17043호 공보, 일본 특허 공개 2003-170098호 공보, 일본 특허 공개 2003-164787호 공보, 일본 특허 공개 2003-10767호 공보, 일본 특허 공개 2002-79163호 공보, 일본 특허 공개 2001-310147호 공보 등에 기재된 슬릿 노즐 또는 슬릿 코터에 의한 방법이 바람직하다.
(b) 전사법
전사에 의한 경우, 가(假)지지체 상에 경화성 조성물층을 적어도 갖는 경화 성 수지 전사 재료를 이용하여 가지지체 상에 막형상으로 형성된 경화성 수지층을 지지체 면에 가열 및/또는 가압한 롤러 또는 평판으로 압착 또는 가열 압착함으로써 접합한 후, 가지지체의 박리에 의해 경화성 수지 조성물층을 지지체 상에 전사한다. 구체적으로는, 일본 특허 공개 평7-110575호 공보, 일본 특허 공개 평11-77942호 공보, 일본 특허 공개 2000-334836호 공보, 일본 특허 공개 2002-148794호 공보에 기재된 라미네이터 및 라미네이트 방법을 들 수 있고, 저이물의 관점에서 일본 특허 공개 평7-110575호 공보에 기재된 방법을 이용하는 것이 바람직하다.
가지지체 상에 경화성 수지층을 형성하는 경우, 경화성 수지층과 가지지체 사이에는 산소 차단층(이하, 「산소 차단막」 또는 「중간층」이라고도 함)을 더 형성할 수 있다. 이로 인해 노광 감도를 높일 수 있다. 또한, 전사성을 향상시키기 위해 쿠션성을 갖는 열가소성 수지층을 형성해도 좋다.
상기 경화성 전사 필름을 구성하는 가지지체, 산소 차단층, 열가소성 수지층, 그 밖의 층이나 상기 경화성 전사 필름의 제작 방법에 대해서는 일본 특허 공개 2006-23696호 공보의 단락번호 [0024]~[0030]에 기재된 구성, 제작 방법과 마찬가지이다.
(a) 도포법, (b) 전사법 모두 경화성 수지층을 도포 형성하는 경우, 그 층 두께는 0.5~10.0㎛가 바람직하고, 1~6㎛가 보다 바람직하다. 층 두께가 상기 범위이면 제조시에 있어서의 도포형성시의 핀홀 발생이 방지되어 미노광부의 현상 제거를 장시간을 필요로 하지 않고 행할 수 있다.
경화성 수지층을 형성하는 지지체로서는, 예를 들면 투명 기판(예를 들면 유 리 기판이나 플라스틱 기판), 투명 도전막(예를 들면 ITO막) 부착 기판, 컬러 필터 부착된 기판(컬러 필터 기판이라고도 함), 구동소자(예를 들면 박막 트랜지스터 [TFT]) 부착 구동 기판 등을 들 수 있다. 지지체의 두께로서는 700~1200㎛가 일반적으로 바람직하다.
~경화성 조성물~
다음으로, 경화성 조성물에 대해 설명한다.
경화성 조성물은 분기 및/또는 지환 구조를 갖는 기와, 산성기를 갖는 기와, 에폭시기를 갖는 기를 함유하는 수지(A)(이하, 간단히 「수지(A)」라고도 함)와, 중합성 화합물(B)과, 광중합 개시제(C)와, 계면 활성 광중합 개시제(D)를 적어도 함유한다. 또한, 필요에 따라 착색제나 계면 활성제 등의 그 밖의 성분을 이용하여 구성할 수 있다.
상기 경화성 조성물은 포토 스페이서용으로 특히 바람직하게 이용된다.
-수지(A)-
수지(A)는 측쇄에 분기 및/또는 지환 구조를 갖는 기:X와, 산성기를 갖는 기:Y와, 에폭시기를 갖는 기:Z를 함유하여 이루어지고, 필요에 따라 그 밖의 기(L)를 갖고 있어도 된다. 또한, 수지(A) 중 하나의 기 중에 X, Y, 및 Z가 복수 조합되어 있어도 된다.
-분기 및/또는 지환 구조를 갖는 기:X-
상기 「분기 및/또는 지환 구조를 갖는 기」에 대해 설명한다.
우선, 분기를 갖는 기로서는 탄소 원자수 3~12개의 분기형상의 알킬기를 나 타내고, 예를 들면 i-프로필기, i-부틸기, s-부틸기, t-부틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, 2-메틸부틸기, 이소헥실기, 2-에틸헥실기, 2-메틸헥실기, i-아밀기, t-아밀기, 3-옥틸, t-옥틸 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 i-프로필기, s-부틸기, t-부틸기, 이소펜틸기 등이 바람직하고, i-프로필기, s-부틸기, t-부틸기 등이 더욱 바람직하다.
다음으로 지환 구조를 갖는 기는 탄소수가 5~25의 치환되어 있어도 좋은 지환식 탄화수소기를 의미한다. 용해성, 합성 적성의 관점으로부터 지환 구조를 갖는 기의 탄소수는 6~20인 것이 바람직하고, 6~17인 것이 보다 바람직하다.
지환 구조를 갖는 기의 구체예로서는, 예를 들면 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기, 노르보닐기, 이소보닐기, 아다만틸기, 트리시클로데실기, 디시클로펜테닐기, 디시클로펜타닐기, 트리시클로펜테닐기, 및 트리시클로펜타닐기 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 시클로헥실기, 노르보닐기, 이소보닐기, 아다만틸기, 디시클로펜테닐기, 디시클로펜타닐기, 트리시클로데실기, 트리시클로펜테닐기, 및 트리시클로펜타닐기 등이 바람직하고, 시클로헥실기, 노르보닐기, 이소보닐기, 디시클로펜테닐기, 및 트리시클로펜테닐기 등이 더욱 바람직하다.
측쇄에 분기 및/또는 지환 구조를 갖는 기를 함유하는 단량체로서는 스티렌류, (메타)아크릴레이트류, 비닐에테르류, 비닐에스테르류, (메타)아크릴아미드류등을 들 수 있고, (메타)아크릴레이트류, 비닐에스테르류, (메타)아크릴아미드류가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 (메타)아크릴레이트류이다.
상기 측쇄에 분기 구조를 갖는 기를 함유하는 단량체의 구체예로서는 (메타) 아크릴산 i-프로필, (메타)아크릴산 i-부틸, (메타)아크릴산 s-부틸, (메타)아크릴산 t-부틸, (메타)아크릴산 i-아밀, (메타)아크릴산 t-아밀, (메타)아크릴산 sec-iso-아밀, (메타)아크릴산2-옥틸, (메타)아크릴산3-옥틸, (메타)아크릴산 t-옥틸 등을 들 수 있고, 그 중에서도 (메타)아크릴산 i-프로필, (메타)아크릴산 i-부틸, 메타크릴산 t-부틸 등이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 메타크릴산 i-프로필, 메타크릴산 t-부틸 등이다.
다음으로, 상기 측쇄에 지환 구조를 갖는 기를 함유하는 단량체의 구체예로서는 탄소수 5~20의, 바람직하게는 탄소수 6~20의 지환식 탄화수소기를 갖는 (메타)아크릴레이트이다. 구체적인 예로서는, (메타)아크릴산(2-비시클로[2.2.1]헵틸), (메타)아크릴산-1-아다만틸, (메타)아크릴산-2-아다만틸, (메타)아크릴산-3-메틸-1-아다만틸, (메타)아크릴산-3,5-디메틸-1-아다만틸, (메타)아크릴산-3-에틸아다만틸, (메타)아크릴산-3-메틸-5-에틸-1-아다만틸, (메타)아크릴산-3,5,8-트리에틸-1-아다만틸, (메타)아크릴산-3,5-디메틸-8-에틸-1-아다만틸, (메타)아크릴산-2-메틸-2-아다만틸, (메타)아크릴산-2-에틸-2-아다만틸, (메타)아크릴산-3-히드록시-1-아다만틸, (메타)아크릴산 옥타히드로-4,7-멘타노인덴-5-일, (메타)아크릴산 옥타히드로-4,7-멘타노인덴-1-일메틸, (메타)아크릴산-1-멘틸, (메타)아크릴산 트리시클로데실, (메타)아크릴산-3-히드록시-2,6,6-트리메틸-비시클로[3.1.1]헵틸, (메타)아크릴산-3,7,7-트리메틸-4-히드록시-비시클로[4.1.0]헵틸, (메타)아크릴산 (노르)보닐, (메타)아크릴산 이소보닐, (메타)아크릴산 펜틸, (메타)아크릴산-2,2,5-트리메틸시클로헥실, (메타)아크릴산 시클로헥실 등을 들 수 있다. 이들 (메타)아 크릴레이트 중에서도 (메타)아크릴산 시클로헥실, (메타)아크릴산 (노르)보닐, (메타)아크릴산 이소보닐, (메타)아크릴산-1-아다만틸, (메타)아크릴산-2-아다만틸, (메타)아크릴산-2-메틸-2-아다만틸, (메타)아크릴산-2-에틸-2-아다만틸, (메타)아크릴산-3-히드록시-1-아다만틸, (메타)아크릴산 펜틸, (메타)아크릴산-1-멘틸, (메타)아크릴산 트리시클로데실 등이 바람직하고, (메타)아크릴산 시클로헥실, (메타)아크릴산 (노르)보닐, (메타)아크릴산 이소보닐, (메타)아크릴산-2-아다만틸이 특히 바람직하다.
또한, 상기 측쇄에 지환 구조를 갖는 기를 함유하는 단량체의 구체예로서는 하기 일반식(1) 또는 (2)로 나타내어지는 화합물을 들 수 있다. 여기에서, 일반식(1), (2)에 있어서 x는 1 또는 2를 나타내고, R은 수소원자 또는 메틸기를 나타낸다. m 및 n은 각각 독립적으로 0~15를 나타낸다. 일반식(1), (2) 중에서도 x=1 또는 2, m=0~8, n=0~4가 바람직하고, m=1~4, n=0~2가 보다 바람직하다. 일반식(1) 또는 (2)로 나타내어지는 화합물의 바람직한 구체예로서 하기 화합물(D-1~D-5, T-1~T-8)을 들 수 있다.
상기 측쇄에 지환 구조를 갖는 기를 함유하는 단량체는 적절히 제조한 것을 사용해도 좋고, 시판품을 사용해도 좋다.
상기 시판품으로서는 히타치 카세이 코교(주)제:FA-511A, FA-512A(S), FA-512M, FA-513A, FA-513M, TCPD-A, TCPD-M, H-TCPD-A, H-TCPD-M, TOE-A, TOE-M, H-TOE-A, H-TOE-M 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 현상성이 우수하고 변형 회복률이 우수한 점에서 FA-512A(S), 512M이 바람직하다.
-산성기를 갖는 기:Y-
상기 산성기로서는 특별히 제한은 없고, 공지된 것 중에서 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들면 카르복시기, 술폰산기, 술폰아미드기, 인산기, 페놀성 수산기 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 현상성 및 경화막의 내수성이 우수한 점으로부터 카르복시기, 페놀성 수산기인 것이 바람직하다.
상기 측쇄에 산성기를 갖는 기의 단량체로서는 특별히 제한은 없고, 스티렌류, (메타)아크릴레이트류, 비닐에테르류, 비닐에스테르류, (메타)아크릴아미드류등을 들 수 있으며, (메타)아크릴레이트류, 비닐에스테르류, (메타)아크릴아미드류가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 (메타)아크릴레이트류이다.
상기 측쇄에 산성기를 갖는 기의 단량체의 구체예로서는 공지의 것 중에서 적절히 선택할 수 있고, 예를 들면 (메타)아크릴산, 비닐 안식향산, 말레산, 말레산 모노알킬에스테르, 푸마르산, 이타콘산, 크로톤산, 계피산, 소르빈산, α-시아노계피산, 아크릴산 다이머, 수산기를 갖는 단량체와 환상 산무수물의 부가 반응물, ω-카르복시-폴리카프로락톤모노(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 이들은 적절히 제조한 것을 사용해도 좋고, 시판품을 사용해도 좋다.
상기 수산기를 갖는 단량체와 환상 산무수물의 부가 반응물로 이용되는 수산기를 갖는 단량체로서는, 예를 들면 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 상기 환상 산무수물로서는, 예를 들면 무수 말레산, 무수 프탈산, 시클로헥산디카르복실산 무수물 등을 들 수 있다.
상기 시판품으로서는 토아 고세이 카가쿠 코교(주)제:아로닉스 M-5300, 아로닉스 M-5400, 아로닉스 M-5500, 아로닉스 M-5600, 신나카무라 카가쿠 코교(주)제:NK 에스테르 CB-1, NK 에스테르 CBX-1, 쿄에샤 유시 카가쿠 코교(주)제:HOA-MP, HOA-MS, 오사카 유우키 카가쿠 코교(주)제:비스코트 #2100 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 현상성이 우수하고 저비용인 점에서 (메타)아크릴산 등이 바람직하다.
-에폭시기를 갖는 기:Z-
에폭시기를 갖는 기로서는 특별히 제한은 없고, 예를 들면 하기 구조식(1) 또는 구조식(2)로 나타내어지는 (메타)아크릴레이트 화합물에 유래하는 기를 바람직하게 들 수 있다.
구조식(1) 중, R1은 수소원자 또는 메틸기를 나타내고, L1은 2가의 연결기를 나타낸다.
구조식(2) 중 R2는 수소원자 또는 메틸기를 나타내고, L2는 2가의 연결기를 나타내며, W는 4~7원환의 지방족 탄화수소기를 나타낸다.
상기 구조식(1)로 나타내어지는 화합물 및 구조식(2)로 나타내어지는 화합물 중에서도 구조식(1)로 나타내어지는 화합물이 구조식(2)보다 바람직하다. 상기 구조식(1) 및 (2)에 있어서는, L1 및 L2가 각각 독립적으로 탄소수 1~4의 알킬렌기인 것이 보다 바람직하다.
상기 구조식(1)로 나타내어지는 화합물 또는 구조식(2)로 나타내어지는 화합물의 측쇄에 에폭시기를 갖는 단량체로서는 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 이하의 예시 화합물(1)~(16)을 들 수 있다.
본 발명에 있어서의 측쇄에 에폭시기를 갖는 단량체로서는, 용해성, 합성 적성의 관점으로부터 글리시딜(메타)아크릴레이트가 바람직하다. 또한, 이들 단량체는 1종 단독 또는 2종 이상을 조합시켜 이용해도 좋다.
-그 밖의 단량체-
상기 그 밖의 단량체로서는 특별히 제한은 없고, 예를 들면 분기 및/또는 지환 구조를 가지지 않는 (메타)아크릴산 에스테르, 스티렌, 비닐에테르, 이염기산무수물기, 비닐에스테르기, 탄화수소알케닐기 등을 갖는 단량체 등을 들 수 있다.
상기 비닐에테르기로서는 특별히 제한은 없고, 예를 들면 부틸비닐에테르기 등을 들 수 있다.
상기 이염기산무수물기로서는 특별히 제한은 없고, 예를 들면 무수 말레산기, 무수 이타콘산기 등을 들 수 있다.
상기 비닐에스테르기로서는 특별히 제한은 없고, 예를 들면 아세트산 비닐기 등을 들 수 있다.
상기 탄화수소알케닐기로서는 특별히 제한은 없고, 예를 들면 부타디엔기, 이소프렌기 등을 들 수 있다.
상기 수지(A)에 있어서의 그 밖의 단량체의 함유율로서는 몰 조성비가 0~30mol%인 것이 바람직하고, 0~20mol%인 것이 보다 바람직하다.
수지(A)의 구체예로서는, 예를 들면 하기 화합물 구조(P-1~P-7)로 나타내어지는 화합물을 들 수 있다. 또한, 하기 구조 중 x, y, z, 및 l은 각각의 구성비(몰%)를 나타낸다.
-제조법에 대해서-
상기 수지(A)는 상술한 단량체(모노머)의 (공)중합 반응의 공정을 적어도 포함하여 제조할 수 있다.
(공)중합 반응의 방법에는 특별히 제한은 없고 공지된 것 중에서 적절히 선택할 수 있다. 예를 들면, 중합의 활성종에 대해서는 라디컬 중합, 양이온 중합, 음이온 중합, 배위 중합 등을 적절히 선택할 수 있다. 이들 중에서도 합성이 용이하고 저비용인 점으로부터 라디컬 중합인 것이 바람직하다. 또한, 중합 방법에 대해서도 특별히 제한은 없고 공지된 것 중에서 적절히 선택할 수 있다. 예를 들면, 벌크 중합법, 현탁 중합법, 유화 중합법, 용액 중합법 등을 적절히 선택할 수 있다. 이들 중에서도 용액 중합법인 것이 보다 바람직하다.
-분자량-
수지(A)로서 바람직한 상기 공중합체의 중량 평균 분자량은 10,000~10만이 바람직하고, 12,000~6만이 더욱 바람직하며, 15,000~4.5만이 특히 바람직하다. 중량 평균 분자량이 상기 범위내이면 공중합체의 제조 적성, 현상성의 점에서 바람직하다. 또한, 용융 점도의 저하에 의해 형성된 형상이 손상되기 어려운 점, 가교 불량이 되기 어려운 점, 현상에 있어서의 잔사를 억제할 수 있다는 점에서 바람직하다.
또한, 중량 평균 분자량은, 예를 들면 겔 침투 크로마토그래프(GPC)를 이용하여 측정된다.
-유리 전이 온도-
수지(A)로서 바람직한 유리 전이 온도(Tg)는 40~180℃인 것이 바람직하고, 45~140℃인 것은 보다 바람직하며, 50~130℃인 것이 특히 바람직하다. 유리 전이 온도(Tg)가 상기 바람직한 범위내이면 양호한 현상성, 역학 강도를 갖는 포토 스페이서가 얻어진다.
-산가-
수지(A)로서 바람직한 산가는 취할 수 있는 분자 구조에 따라 바람직한 범위는 변동되지만 일반적으로는 20㎎KOH/g 이상인 것이 바람직하고, 50㎎KOH/g 이상인 것은 보다 바람직하며, 70~130㎎KOH/g인 것이 특히 바람직하다. 산가가 상기 바람직한 범위내이면 양호한 현상성, 역학 강도를 갖는 포토 스페이서가 얻어진다.
상기 수지(A)의 유리 전이 온도(Tg)가 40~180℃이고, 또한 중량 평균 분자량이 10,000~100,000인 것이 양호한 현상성, 역학 강도를 갖는 포토 스페이서가 얻어 진다는 점에서 바람직하다.
또한, 상기 수지(A)의 바람직한 예는 바람직한 상기 분자량, 유리 전이 온도(Tg), 및 산가 각각의 조합이 보다 바람직하다.
본 발명에 있어서의 수지(A)는 상기 측쇄에 분기 및/또는 지환 구조를 갖는 기:X와, 산성기를 갖는 기:Y와, 에폭시기를 갖는 기:Z를 각각 다른 공중합 단위로 갖는 적어도 3원 공중합 이상의 공중합체인 것이 변형 회복률, 현상 잔사, 레티큘레이션의 관점으로부터 바람직하다. 구체적으로는, 상기 X, Y, Z를 구성하는 각각의 단량체를 적어도 1개 공중합시켜 이루어지는 공중합체가 바람직하다.
상기 수지(A)의 상기 각 성분의 공중합 조성비에 대해서는 유리 전이 온도와 산가를 감안하여 결정되고, 일률적으로 말할 수 없지만 「분기 및/또는 지환 구조를 갖는 기」는 10~70몰%가 바람직하며, 15~65몰%가 더욱 바람직하고, 20~60몰%가 특히 바람직하다. 측쇄에 분기 및/또는 지환 구조를 갖는 기의 조성비가 상기 범위내이면 양호한 현상성이 얻어짐과 아울러 화상부의 현상액에 대한 내성도 양호하다.
또한, 「산성기를 갖는 기」는 5~70몰%가 바람직하고, 10~60몰%가 더욱 바람직하며, 20~50몰%가 특히 바람직하다. 측쇄에 산성기를 갖는 기의 조성비가 상기 범위내이면 양호한 경화성, 현상성이 얻어진다.
또한, 「에폭시기를 갖는 기」는 10~70몰%가 바람직하고, 20~70몰%가 더욱 바람직하며, 30~70몰%가 특히 바람직하다. 측쇄에 에폭시기를 갖는 기의 조성비가 상기 범위내이면 안료 분산성이 우수함과 아울러 현상성 및 경화성도 양호하다.
상기 수지(A)의 함유량으로서는, 상기 경화성 조성물 전체 고형분에 대하여 5~70질량%가 바람직하고, 10~50질량%가 보다 바람직하다. 본 발명의 경화성 조성물은 수지(A) 이외의 수지를 함유해도 되지만, 수지(A)만을 함유하는 것이 바람직하다.
-수지(A) 이외의 수지-
상기 수지(A)와 병용할 수 있는 수지로서는 알카리성 수용액에 대하여 팽윤성을 나타내는 화합물이 바람직하고, 알카리성 수용액에 대하여 가용성인 화합물이 보다 바람직하다.
알카리성 수용액에 대하여 팽윤성 또는 용해성을 나타내는 수지로서는, 예를 들면 산성기를 갖는 것을 바람직하게 들 수 있고, 구체적으로는 에폭시 화합물에 에틸렌성 불포화 이중 결합과 산성기를 도입한 화합물(에폭시아크릴레이트 화합물), 측쇄에 (메타)아크릴로일기, 및 산성기를 갖는 비닐 공중합체, 에폭시아크릴레이트 화합물과 측쇄에 (메타)아크릴로일기 및 산성기를 갖는 비닐 공중합체의 혼합물, 말레아미드산계 공중합체 등이 바람직하다.
상기 산성기로서는 특별히 제한은 없고 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들면 카르복실기, 술폰산기, 인산기 등을 들 수 있고, 이들 중에서도 원료의 입수성 등의 관점으로부터 카르복실기를 바람직하게 들 수 있다.
-수지(A) 및 수지(A) 이외의 수지의 합계 함유량-
상기 수지(A) 및 수지(A) 이외의 수지의 합계 함유량으로서는 상기 경화성 조성물 전체 고형분에 대하여 5~70질량%가 바람직하고, 10~50질량%가 보다 바람직 하다. 상기 함유량이 5질량% 미만이면 후술하는 경화성 수지층의 막강도가 약해지기 쉽고, 상기 경화성 수지층의 표면의 점착성이 악화되는 일이 있으며, 70질량%를 넘어서면 노광 감도가 저하되는 일이 있다. 또한, 상기 함유량은 고형분 함유량에 관한 것을 나타낸다.
-중합성 화합물(B), 광중합 개시제(C), 그 밖의 성분-
본 발명에 있어서, 중합성 화합물(B), 광중합 개시제(C), 그 밖의 성분으로서 공지의 조성물을 구성하는 성분을 바람직하게 이용할 수 있고, 예를 들면 일본 특허 공개 2006-23696호 공보의 단락번호 [0010]~[0020]에 기재된 성분이나, 일본 특허 공개 2006-64921호 공보의 단락번호 [0027]~[0053]에 기재된 성분을 들 수 있다.
-계면 활성 광중합 개시제(D)-
본 발명에 있어서의 계면 활성 광중합 개시제(D)로서는 계면 활성 작용과 광중합 개시 작용을 갖는 화합물이면 특별히 제한없이 이용할 수 있고, 예를 들면 계면 활성 작용을 갖는 치환기의 적어도 1종과 광중합 개시 작용을 갖는 치환기의 적어도 1종을 동일 분자내에 함유하는 화합물을 들 수 있다.
본 발명의 경화성 조성물에 있어서는 광중합 개시제(C)에 추가로 계면 활성 광중합 개시제(D)를 더 함유하고 있음으로써 경화성 조성물에 의해 형성되는 경화막의 표면 특성이 향상되고, 양호한 현상 내성을 나타낼 수 있다. 이로 인해, 예를 들면 표시 장치를 구성하는 포토 스페이서를 제작한 경우에는 고도의 변형 회복성을 나타낸다.
상기 계면 활성 작용을 갖는 치환기는 경화막의 표면 특성의 관점으로부터 치환되어 있어도 좋은 탄소수 3 이상 30 이하의 알킬기, 치환되어 있어도 좋은 실록산기 및 치환되어 있어도 좋은 불화알킬기로부터 선택되는 적어도 1종인 것이 바람직하다.
이들 기가 치환기를 갖고 있는 경우의 치환기로서는, 예를 들면 탄소수 1~8의 알킬기, 탄소수 1~8의 알콕시기, 할로겐기, 아미노기, 시아노기 등을 들 수 있다.
상기 치환기를 갖고 있어도 좋은 탄소수 3 이상 30 이하의 알킬기는 탄소수 4 이상 20 이하인 것이 보다 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들면 헥실기, 옥틸기, 도데실기, 옥타데실기, 헥사데실기 등을 들 수 있다.
또한, 상기 치환기를 갖고 있어도 좋은 실록산기로서는, 예를 들면 하기 일반식(3)으로 나타내어지는 구조 단위를 포함하는 것이 바람직하다.
식 중, R31은 수소원자, 탄화수소기 또는 -OR33을 나타내고, R32는 수소원자, 탄화수소기 또는 -OR34를 나타낸다. R33 및 R34는 각각 독립적으로 탄화수소기를 나타 낸다. R31~R34로 나타내어지는 탄화수소기로서는 탄소수 1~8의 알킬기를 들 수 있고, 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기 등이 바람직하다.
상기 일반식(3)으로 나타내어지는 구조 단위의 반복수로서는 경화막의 표면 특성의 관점으로부터 2~20인 것이 바람직하고, 2~10인 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 치환기를 갖고 있어도 좋은 불화알킬기는 탄소수가 1 이상 16 이하의 불화알킬기인 것이 바람직하고, 탄소수가 3 이상 12 이하의 불화알킬기인 것이 보다 바람직하다.
또한, 불화알킬기가 치환기를 갖고 있는 경우의 치환기로서는, 예를 들면 탄소수 1~8의 알킬기, 탄소수 1~8의 알콕시기, 할로겐원자, 아미노기, 시아노기 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서는 하기 일반식(4)로 나타내어지는 불화알킬기인 것이 바람직하다.
식 중, L4는 산소원자 또는 단결합을 나타내고, i는 0~8의 정수를 나타내며, j는 1~12의 정수를 나타낸다. 본 발명에 있어서는 i가 0~6의 정수이고 j가 1~10의 정수인 것이 바람직하며, i가 1~4의 정수이고 j가 2~8의 정수인 것이 보다 바람직하다.
구체적으로는, 예를 들면 퍼풀루오로헥실옥시에틸기, 퍼풀루오로옥틸에틸기 등을 들 수 있다.
또한, 광중합 개시 작용을 갖는 치환기로서는 상기 광중합 개시제(C)로서 설명한 광중합 개시제로부터 유도되는 치환기를 들 수 있다. 그 중에서도, 광중합 개시 활성의 관점으로부터 트리할로메틸-s-트리아진 화합물, 트리할로메틸옥사디아졸 화합물, α-아미노케톤 화합물, α-히드록시케톤 화합물 등으로부터 유도되는 치환기인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서의 계면 활성 광중합 개시제(D)는 계면 활성 작용을 갖는 치환기와 광중합 개시 작용을 갖는 치환기 사이에 연결기를 갖고 있어도 좋다. 상기 연결기로서는 특별히 제한은 없고, 예를 들면 산소원자(-O-), 유황원자(-S-), 질소원자, 카르보닐기, 아미드 결합, 에스테르 결합, 알킬렌기, 알케닐렌기, 아릴렌기, 및 이들의 조합으로 이루어지는 연결기를 들 수 있다. 또한, 2가의 연결기에 한정되지 않고, 3가 이상의 연결기여도 좋다.
본 발명에 있어서의 계면 활성 광중합 개시제(D)로서는, 구체적으로는 일본 특허 공표 2004-515611호 공보, 일본 특허 공표 2004-522819호 공보, 일본 특허 공표 2004-525994호 공보 등에 기재된 화합물이나, 하기 예시 화합물(1~44)를 들 수 있다.
본 발명에 있어서의 계면 활성 광중합 개시제(D)로서는 경화막의 표면 특성의 관점으로부터 계면 활성 작용을 갖는 치환기가, 치환되어 있어도 좋은 장쇄 알킬기, 치환되어 있어도 좋은 실록산기 및 치환되어 있어도 좋은 불화알킬기로부터 선택되는 적어도 1종이고, 광중합 개시 작용을 갖는 치환기가 트리할로메틸-s-트리아진 화합물, 트리할로메틸옥사디아졸 화합물, α-아미노케톤 화합물, α-히드록시 케톤 화합물로부터 유도되는 치환기인 것이 바람직하며, 계면 활성 작용을 갖는 치환기가 탄소수 1~16의 불화알킬기, 규소수 2~20의 폴리메틸실록산기, 또는 탄소수 4~20의 알킬기이고, 광중합 개시 작용을 갖는 치환기가 트리할로메틸-s-트리아진 화합물인 것이 보다 바람직하다. 그 중에서도, 상기 예시 화합물 9, 30, 31 등이 특히 바람직하다.
본 발명의 경화성 조성물에 있어서는 경화막의 표면 특성의 관점으로부터 수지(A)로서 지환 구조를 갖는 기가 시클로헥실기, 트리시클로펜테닐기 또는 디시클로펜테닐기이고, 산성기가 카르복실기인 수지(예를 들면, 화합물 구조 P-4, P-6 등)를 이용하고, 계면 활성 화합물(D)로서 트리할로메틸-s-트리아진 화합물에서 유도되는 기와 탄소수 1~16의 불화알킬기, 규소수 2~20의 폴리메틸실록산기 또는 탄소수 4~20의 알킬기를 갖는 화합물(예를 들면, 예시 화합물 9, 30, 31 등)을 이용하는 것이 바람직하며, 수지(A)로서 지환 구조를 갖는 기가 디시클로펜테닐기이고, 산성기가 카르복실기인 수지(예를 들면, 화합물 구조 P-6 등)를 이용하고, 계면 활성 화합물(D)로서 트리할로메틸-s-트리아진 화합물에서 유도되는 기와 탄소수 1~16의 불화알킬기를 갖는 화합물(예를 들면, 예시 화합물 30 등)을 이용하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 경화성 조성물에 있어서는 중합성 화합물(B)의 수지(A)에 대한 질량 비율((B)/(A)비)이 0.3~1.5인 것이 바람직하고, 0.4~1.4인 것은 보다 바람직하며, 0.5~1.2인 것이 특히 바람직하다. (B)/(A)비가 상기 바람직한 범위내이면 양호한 현상성, 역학 강도를 갖는 포토 스페이서가 얻어진다.
또한, 경화막의 역학 강도의 관점으로부터 상기 광중합 개시제(C)의 함유량으로서는 수지(A)에 대하여 0.1~20질량%가 바람직하고, 0.5~10질량%가 보다 바람직하다.
또한, 경화막의 역학 강도의 관점으로부터 상기 계면 활성 광중합 개시제(D)의 함유량으로서는 중합성 화합물(B)에 대하여 0.1~10질량%가 바람직하고, 0.2~5질량%가 보다 바람직하다.
또한, 상기 광중합 개시제(C)에 대한 상기 계면 활성 광중합 개시제(D)의 질량 비율((D)/(C)비)로서는 0.1~1이 바람직하다.
-미립자-
본 발명의 경화성 조성물에 있어서는 미립자를 더 함유시킬 수 있다. 상기 미립자로서는 특별히 제한은 없고 목적에 따라 적절히 선택할 수 있지만, 예를 들면 일본 특허 공개 2003-302639호 공보 [0035]~[0041]에 기재된 체질안료를 이용할 수 있다. 그 중에서도 양호한 현상성, 역학 강도를 갖는 포토 스페이서가 얻어진다는 관점으로부터 콜로이달실리카가 바람직하다.
상기 미립자의 평균 입자 지름은 높은 역학 강도를 갖는 포토 스페이서가 얻어진다는 관점으로부터 5~50㎚인 것이 바람직하고, 10~40㎚인 것이 보다 바람직하며, 15~30㎚인 것이 특히 바람직하다.
또한, 상기 미립자의 함유량은 높은 역학 강도를 갖는 포토 스페이서가 얻어진다는 관점으로부터 본 발명에 있어서의 경화성 조성물 중의 전체 고형분에 대한 질량 비율이 5~50질량%인 것이 바람직하고, 10~40질량%인 것이 보다 바람직하며, 15~30질량%인 것이 특히 바람직하다.
[패터닝 공정]
본 발명에 있어서는 지지체 상에 형성된 경화성 수지층을 노광 및 현상하여 패터닝하는 패터닝 공정을 더 포함할 수 있다. 패터닝 공정의 구체예로서는, 일본 특허 공개 2006-64921호 공보의 단락번호 [0071]~[0077]에 기재된 형성예나, 일본 특허 공개 2006-23696호 공보의 단락번호 [0040]~[0051]에 기재된 공정 등을 본 발명에 있어서도 바람직한 예로서 들 수 있다.
본 발명의 경화막은 상기 경화성 조성물을 경화시켜 이루어지는 것이므로 표면 특성이 양호한 경화막이다. 본 발명의 경화막은 상기 층 형성 공정에 의해 경화성 수지층을 형성한 후, 활성 에너지선의 조사에 의해 경화시켜 형성된다. 활성 에너지선의 조사에 의한 경화에 추가로 가열에 의한 경화를 더 행해도 좋다. 또한, 상기 패터닝 공정에 의해 패터닝되어 있어도 좋다.
본 발명의 경화막은 표면 특성이 양호하기 때문에 외력에 대한 소성변형 회복이 양호하고, 예를 들면 포토 스페이서, 착색층, 보호층 등의 형성에 바람직하게 적용시킬 수 있다.
본 발명에 있어서의 포토 스페이서는 블랙 매트릭스 등의 흑색 차폐부 및 착색 화소 등의 착색부를 포함하는 컬러 필터를 형성한 후에 형성할 수 있다.
상기 흑색 차폐부 및 착색부와 포토 스페이서는 경화성 조성물을 도포하는 도포법과 경화성 조성물로 이루어지는 감광성 수지층을 갖는 전사 재료를 이용하는 전사법을 임의로 조합시켜 형성하는 것이 가능하다.
상기 흑색 차폐부 및 착색부 및 상기 포토 스페이서는 각각 경화성 조성물로 형성할 수 있고, 구체적으로는 예를 들면 기판에 액체의 상기 경화성 조성물을 직접 도포함으로써 경화성 수지층을 형성한 후에 노광·현상을 행하고, 상기 흑색 차폐부 및 착색부를 패턴형상으로 형성하며, 그 후 다른 액체의 상기 경화성 조성물을 상기 기판과는 다른 별도의 기판(가지지체) 상에 설치하여 경화성 수지층을 형성함으로써 제작된 경화성 수지 전사 재료를 이용하고, 이 경화성 수지 전사 재료를 상기 흑색 차폐부 및 착색부가 형성된 상기 기판에 밀착시켜 경화성 수지층을 전사한 후에 노광·현상을 행함으로써 포토 스페이서를 패턴형상으로 형성할 수 있다. 이와 같이 하여, 포토 스페이서가 형성된 컬러 필터를 제작할 수 있다.
또한, 흑색 차폐부 및 착색부를 각각 경화성 수지 전사 재료를 기판에 밀착시켜 경화성 수지층을 전사한 후에 노광·현상을 행하고, 상기 흑색 차폐부 및 착색부를 패턴형상으로 형성하며, 그 후 액체의 경화성 조성물을 직접 도포함으로써 상기 흑색 차폐부 및 착색부가 형성된 상기 기판 상에 경화성 수지층을 형성한 후에 노광·현상을 행함으로써 포토 스페이서를 패턴형상으로 형성할 수 있다. 이와 같이 하여 포토 스페이서가 형성된 컬러 필터를 제작할 수 있다.
본 발명의 포토 스페이서의 제조 방법에 있어서는 표시 품질의 관점으로부터 흑색 차폐부 및 착색부가 형성된 지지체 상에 상기 경화성 조성물을 도포함으로써 경화성 수지층(경화성 조성물층)을 형성하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
<액정 표시 장치용 기판>
본 발명의 액정 표시 장치용 기판은 상기 본 발명의 포토 스페이서의 제조 방법에 의해 얻어진 포토 스페이서를 구비한 것이다. 포토 스페이서는 지지체 상에 형성된 블랙 매트릭스 등의 표시용 차광부 상이나 TFT 등의 구동소자 상에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 블랙 매트릭스 등의 표시용 차광부나 TFT 등의 구동소자와 포토 스페이서 사이에 ITO 등의 투명 도전층(투명 전극)이나 폴리이미드 등의 액정 배향막이 존재하고 있어도 좋다.
예를 들면, 포토 스페이서가 표시용 차광부나 구동소자 상에 형성된 경우, 상기 지지체에 미리 배치된 표시용 차광부(블랙 매트릭스 등)나 구동소자를 피복하도록 하여, 예를 들면 감광성 수지 전사 필름의 감광성 수지층을 지지체면에 라미네이트하고 박리 전사하여 감광성 수지층을 형성한 후, 이에 노광, 현상, 가열 처리 등을 실시하여 포토 스페이서를 형성함으로써 본 발명의 액정 표시 장치용 기판을 제작할 수 있다.
본 발명의 액정 표시 장치용 기판에는 필요에 따라 적색(R), 청색(B), 녹색(G) 3색 등의 착색 화소가 더 형성되어 있어도 좋다.
<액정 표시 소자>
상기 본 발명의 액정 표시 장치용 기판을 설치하여 액정 표시 소자를 구성할 수 있다. 액정 표시 소자의 하나로서 적어도 한쪽이 광 투과성인 한쌍의 지지체(본 발명의 액정 표시 장치용 기판을 포함함) 사이에 액정층과 액정 구동 수단(단순 매트릭스 구동 방식 및 액티브 매트릭스 구동 방식을 포함함)을 적어도 구비한 것을 들 수 있다.
이 경우, 본 발명의 액정 표시 장치용 기판은 복수의 RGB화소군을 갖고, 상 기 화소군을 구성하는 각 화소가 서로 블랙 매트릭스로 구분되어 있는 컬러 필터 기판으로서 구성할 수 있다. 이 컬러 필터 기판에는 높이 균일하고 변형 회복성이 우수한 포토 스페이서가 형성되기 때문에 상기 컬러 필터 기판을 구비한 액정 표시 소자는 컬러 필터 기판과 대향 기판 사이에 셀 갭 편차(셀 두께 변동)의 발생이 억제되고, 색얼룩 등의 표시얼룩의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다. 이로 인해, 제작된 액정 표시 소자는 선명한 화상을 표시할 수 있다.
또한, 액정 표시 소자의 별도 형태로서, 적어도 한쪽이 광 투과성인 한쌍의 지지체(본 발명의 액정 표시 장치용 기판을 포함함) 사이에 액정층과 액정 구동 수단을 적어도 구비하고, 상기 액정 구동 수단이 액티브 소자(예를 들면 TFT)를 가지며, 또한 한쌍의 기판 사이가 높이 균일하고 변형 회복성이 우수한 포토 스페이서에 의해 소정 폭으로 규제되어 구성된 것이다.
이 경우에도, 본 발명의 액정 표시 장치용 기판은 복수의 RGB화소군을 갖고, 상기 화소군을 구성하는 각 화소가 서로 블랙 매트릭스로 구분된 컬러 필터 기판으로서 구성되어 있다.
본 발명에 있어서 사용가능한 액정으로서는 네마틱 액정, 콜레스테릭 액정, 스멕틱 액정, 강유전 액정을 들 수 있다.
또한, 상기 컬러 필터 기판의 상기 화소군은 서로 다른 색을 나타내는 2색의 화소로 이루어지는 것이어도, 3색의 화소, 4색 이상의 화소로 이루어지는 것이어도 좋다. 예를 들면 3색의 경우, 빨강(R), 초록(G) 및 파랑(B)의 3개 색상으로 구성된다. RGB 3색의 화소군을 배치하는 경우에는 모자이크형, 트라이앵글형 등의 배치가 바람직하고, 4색 이상의 화소군을 배치하는 경우에는 어떠한 배치여도 좋다. 컬러 필터 기판의 제작은, 예를 들면 2색 이상의 화소군을 형성한 후 기술한 바와 같이 블랙 매트릭스를 형성해도 좋고, 반대로 블랙 매트릭스를 형성한 후에 화소군을 형성하도록 해도 좋다. RGB화소의 형성에 대해서는 일본 특허 공개 2004-347831호 공보 등을 참고로 할 수 있다.
<액정 표시 장치>
본 발명의 액정 표시 장치는 상기 액정 표시 장치용 기판을 설치하여 구성된 것이다. 또한, 본 발명의 액정 표시 장치는 상기 액정 표시 소자를 설치하여 구성된 것이다. 즉, 서로 마주보도록 대향 배치된 한쌍의 기판 사이를 기술한 바와 같이 본 발명의 포토 스페이서의 제조 방법에 의해 제작된 포토 스페이서로 소정 폭으로 규제하고, 규제된 간극에 액정 재료를 봉입(봉입 부위를 액정층이라고 칭함)하여 구성되어 있으며, 액정층의 두께(셀 두께)가 원하는 균일 두께로 유지되도록 되어 있다.
액정 표시 장치에 있어서의 액정 표시 모드로서는 STN형, TN형, GH형, ECB형, 강유전성 액정, 반강유전성 액정, VA형, IPS형, OCB형, ASM형, 그 외 여러가지의 것을 바람직하게 들 수 있다. 그 중에서도, 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서는 가장 효과적으로 본 발명의 효과를 나타내는 관점으로부터 액정 셀의 셀 두께의 변동에 의해 표시얼룩을 일으키기 쉬운 표시 모드가 바람직하고, 셀 두께가 2~4㎛인 VA형 표시 모드, IPS형 표시 모드, OCB형 표시 모드로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 액정 표시 장치의 기본적인 구성 형태로서는 (a) 박막 트랜지스터(TFT) 등의 구동소자와 화소전극(도전층)이 배열 형성된 구동측 기판과 대향 전극(도전층)을 구비한 대향 기판을 포토 스페이서를 개재시켜 대향 배치하고, 그 간극부에 액정 재료를 봉입하여 구성한 것, (b) 구동 기판과 대향 전극(도전층)을 구비한 대향 기판을 포토 스페이서를 개재시켜 대향 배치하고, 그 간극부에 액정 재료를 봉입하여 구성한 것 등을 들 수 있고, 본 발명의 액정 표시 장치는 각종 액정 표시 기기에 바람직하게 적용될 수 있다.
액정 표시 장치에 대해서는, 예를 들면 「차세대 액정 디스플레이 기술(우치다 타츠오 편집, 측 코교 쵸사카이, 1994년 발행)」에 기재가 있다. 본 발명의 액정 표시 장치에는 본 발명의 액정 표시 소자를 구비하는 것 이외에 특별히 제한은 없고, 예를 들면 상기 「차세대 액정 디스플레이 기술」에 기재된 여러가지 방식의 액정 표시 장치로 구성할 수 있다. 그 중에서도 특히 컬러TFT 방식의 액정 표시 장치를 구성하기에 유효하다. 컬러TFT 방식의 액정 표시 장치에 대해서는, 예를 들면 「컬러TFT 액정 디스플레이(쿄리츠 슛판(주), 1996년 발행)」에 기재가 있다.
본 발명의 액정 표시 장치는 기술한 본 발명의 액정 표시 소자를 구비하는 것 이외에는 전극 기판, 편광 필름, 위상차 필름, 백라이트, 스페이서, 시야각 보상 필름, 반사 방지 필름, 광확산 필름, 방현(防眩) 필름 등의 여러가지 부재를 이용하여 일반적으로 구성할 수 있다. 이들 부재에 대해서는 예를 들면 「'94 액정 디스플레이 주변 재료·케미컬의 시장(시마 켄타로, (주)씨엠씨, 1994년 발행)」, 「2003 액정 관련 시장의 현상황과 장래 전망(하권)(오모테 료키치, (주)후지 키메 라 소우켄, 2003 등 발행)」에 기재되어 있다.
[실시예]
이하, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 그 주지를 넘어서지 않는 한 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 특별히 언급하지 않는 한 「부」 및 「%」는 질량 기준이다.
본 발명에 있어서의 수지(A)로서 화합물 구조 P-1~P-5로 나타내어지는 화합물의 합성예를 이하에 나타낸다.
(합성예 1)
반응 용기 내에 1-메톡시-2-프로판올(MFG, 다이셀 카가쿠 코교(주)제) 203.9부를 미리 질소가스 분위기하 70℃로 승온시키고, 스티렌 12.5부와, 글리시딜메타크릴레이트 76.8부와, 디시클로펜테닐메타크릴레이트 66.1부와, 메타크릴산 46.5부와, 아조계 중합 개시제(와코 쥰야큐샤제, V-65) 9.5부를 2시간에 걸쳐 적하했다.적하 후 4시간 반응시켜 화합물 구조 P-1로 나타내어지는 수지의 용액(28.6% 용액)을 얻었다.
상기 화합물 구조 P-1로 나타내어지는 수지의 중량 평균 분자량(Mw)을 겔 침투 크로마토그래프로 구한 결과 31,500이었다.
(합성예 2)
합성예 1에 있어서, 디시클로펜테닐메타크릴레이트 대신에 2-아다만틸메타크릴레이트를 이용한 것 이외에는 합성예 1과 마찬가지로 하여 화합물 구조 P-2로 나타내어지는 수지의 용액(28.0% 용액)을 얻었다.
상기 화합물 구조 P-2로 나타내어지는 수지의 중량 평균 분자량(Mw)은 28,700이었다.
(합성예 3)
합성예 1에 있어서, 디시클로펜테닐메타크릴레이트 대신에 이소보닐메타크릴레이트를 이용한 것 이외에는 합성예 1과 마찬가지로 하여 화합물 구조 P-3으로 나타내어지는 수지의 용액(28.6% 용액)을 얻었다.
상기 화합물 구조 P-3으로 나타내어지는 수지의 중량 평균 분자량(Mw)은 34,200이었다.
(합성예 4)
합성예 1에 있어서, 디시클로펜테닐메타크릴레이트 대신에 트리시클로펜테닐메타크릴레이트를 이용한 것 이외에는 합성예 1과 마찬가지로 하여 화합물 구조 P-4로 나타내어지는 수지의 용액(28.2% 용액)을 얻었다.
상기 화합물 구조 P-4로 나타내어지는 수지의 중량 평균 분자량(Mw)은 30,700이었다.
(합성예 5)
합성예 1에 있어서, 디시클로펜테닐메타크릴레이트 대신에 시클로헥실메타크릴레이트를 이용한 것 이외에는 합성예 1과 마찬가지로 하여 화합물 구조 P-5로 나타내어지는 수지의 용액(28.6% 용액)을 얻었다.
상기 화합물 구조 P-5로 나타내어지는 수지의 중량 평균 분자량(Mw)은 28,100이었다.
(합성예 6)
합성예 1에 있어서, 디시클로펜테닐메타크릴레이트 대신에 디시클로펜테닐옥시에틸메타아크릴레이트(히타치 카세이 코교(주)제의 판크릴 FA-512M)를 이용한 것 이외에는 합성예 1과 마찬가지로 하여 화합물 구조 P-6으로 나타내어지는 수지의 용액(28.2% 용액)을 얻었다.
상기 화합물 구조 P-6으로 나타내어지는 수지의 중량 평균 분자량(Mw)은 29,800이었다.
(합성예 7)
합성예 1에 있어서, 디시클로펜테닐메타크릴레이트 대신에 트리시클로펜테닐옥시에틸메타아크릴레이트(히타치 카세이 코교(주)제의 TCPD-M)를 이용한 것 이외에는 합성예 1과 마찬가지로 하여 화합물 구조 P-7로 나타내어지는 수지의 용액(28.5% 용액)을 얻었다.
상기 화합물 구조 P-7로 나타내어지는 수지의 중량 평균 분자량(Mw)은 31,800이었다.
-컬러 필터 기판의 제작-
일본 특허 공개 2005-3861호 공보의 단락번호 [0084]~[0095]에 기재된 방법으로 블랙 매트릭스, R화소, G화소, B화소를 갖는 컬러 필터 기판을 제작했다. 이어서, 컬러 필터 기판의 R화소, G화소, 및 B화소 및 블랙 매트릭스 상에 ITO(Indium Tin Oxide)의 투명 전극을 스퍼터링에 의해 더 형성했다.
(실시예 1)
상기에서 제작한 ITO막이 스퍼터 형성된 컬러 필터 기판의 ITO막 상에 슬릿형상 노즐을 갖는 유리 기판용 코터 MS-1600(에프 에이 에스 아시아샤제)으로 하기 표 1에 나타내는 처방 5로 이루어지는 경화성 수지층용 도포액을 도포했다. 이어서, 진공 건조기 VCD(토쿄 오우카샤제)를 이용하여 30초간 용매의 일부를 건조시켜 도포막의 유동성을 없앤 후, 120℃에서 3분간 프리베이킹하여 막 두께 3.8㎛의 경화성 수지층을 형성했다(층 형성 공정).
다음으로, 초고압 수은등을 갖는 프록시미티형 노광기(히타치 하이테크 덴시 엔지니어링(주)제)를 이용하여 마스크(화상 패턴을 갖는 석영 노광 마스크)와, 상기 마스크와 경화성 수지층이 마주보도록 배치한 컬러 필터 기판을 대략 평행하게 수직으로 세운 상태에서 마스크와 경화성 수지층의 노출면 사이의 거리를 40㎛로 하고, 마스크를 통해 경화성 수지층측으로부터 노광량 300mJ/㎠로 프록시미티 노광했다.
다음으로, 탄산Na계 현상액(0.38몰/리터의 탄산수소나트륨, 0.47몰/리터의 탄산나트륨, 5%의 디부틸나프탈렌술폰산 나트륨, 음이온 계면 활성제, 소포제 및 안정제 함유;상품명:T-CD1(후지필름(주)제)을 순수로 10배로 희석한 액)을 이용해 29℃에서 30초간 콘형 노즐 압력 0.15㎫로 샤워 현상하여 포토 스페이서의 패턴상을 얻었다.
이어서, 세정제(인산염·규산염·비이온 계면 활성제·소포제·안정제 함유;상품명:T-SD3(후지필름(주)제))를 순수로 10배로 희석한 액을 이용해 33℃에서 20초간 콘형 노즐 압력 0.02㎫로 샤워로 분사하여 형성된 패턴상의 주변의 잔사 제거 를 행해 원하는 스페이서 패턴을 얻었다.
다음으로, 스페이서 패턴이 형성된 컬러 필터 기판을 230℃하에서 30분간 가열 처리를 행하여(열처리 공정) 포토 스페이서를 제작했다.
얻어진 포토 스페이서는 직경 24㎛, 평균 높이 3.6㎛의 원기둥형상이었다. 또한, 평균 높이는 얻어진 포토 스페이서 1000개를 삼차원 표면 구조 해석 현미경(메이커:ZYGO Corporation, 형식:New View 5022)을 이용하여 ITO의 투명 전극 형성면으로부터 가장 높은 포토 스페이서의 가장 높은 위치를 측정(n=20)했다.
<액정 표시 장치의 제작>
별도, 대향 기판으로서 유리 기판을 준비하여 상기에서 얻어진 컬러 필터 기판의 투명 전극 상 및 대향 기판 상에 각각 PVA 모드용으로 패터닝를 실시하고, 그 위에 폴리이미드로 이루어지는 배향막을 더 형성했다.
그 후, 컬러 필터의 화소군을 둘러싸도록 주위에 설치된 블랙 매트릭스 바깥 프레임에 상당하는 위치에 자외선 경화수지의 시일제를 디스펜서 방식에 의해 도포하고, PVA 모드용 액정을 적하하여 대향 기판과 접합시킨 후, 접합된 기판을 UV조사한 후 열처리하여 시일제를 경화시켰다. 이와 같이 하여 얻은 액정 셀의 양면에 (주)산릿츠제의 편광판 HLC2-2518을 부착시켰다.
이어서, 적색(R) LED로서 FR1112H(스탠리 덴키(주)제의 칩형 LED), 녹색(G) LED로서 DG1112H(스탠리 덴키(주)제의 칩형 LED), 청색(B) LED로서 DB1112H(스탠리 덴키(주)제의 칩형 LED)를 이용하여 사이드 라이트 방식의 백라이트를 구성하고, 상기 편광판이 설치된 액정 셀의 배면이 되는 측에 배치하여 액정 표시 장치로 했 다.
(실시예 2~실시예 4, 실시예 7~실시예 11, 비교예 2~비교예 4, 비교예 6, 비교예 7)
실시예 1에 있어서, 처방 5의 경화성 수지층용 도포액 대신에 하기 표 1a 및 표 1b에 나타낸 처방을 각각 이용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 포토 스페이서가 형성된 컬러 필터 기판을 제작했다. 얻어진 스페이서 패턴은 직경 24㎛, 평균 높이 3.6㎛의 원기둥형상이었다.
이어서, 실시예 1에서 얻어진 컬러 필터 기판 대신에 상기에서 얻어진 컬러 필터 기판을 각각 이용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 액정 표시 장치를 제작했다.
(실시예 5)
실시예 1에 있어서, 처방 5의 경화성 수지층용 도포액 대신에 하기 표 1에 나타낸 처방 8을 이용하고, 노광량을 300mJ/㎠ 대신에 100mJ/㎠로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 포토 스페이서가 형성된 컬러 필터 기판을 제작하고, 이를 이용하여 액정 표시 장치를 제작했다. 얻어진 스페이서 패턴은 지름 24㎛, 평균 높이 3.6㎛의 원기둥형상이었다.
(실시예 6)
실시예 1에 있어서, 노광량을 300mJ/㎠ 대신에 100mJ/㎠로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 포토 스페이서가 형성된 컬러 필터 기판을 제작하고, 이를 이용하여 액정 표시 장치를 제작했다. 얻어진 스페이서 패턴은 지름 24 ㎛, 평균 높이 3.6㎛의 원기둥형상이었다.
(비교예 1)
실시예 1에 있어서, 처방 5의 경화성 수지층용 도포액 대신에 하기 표 1에 나타낸 처방 1를 이용하고, 노광량을 300mJ/㎠ 대신에 100mJ/㎠로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 포토 스페이서가 형성된 컬러 필터 기판을 제작하고, 이를 이용하여 액정 표시 장치를 제작했다. 얻어진 스페이서 패턴은 직경 24㎛, 평균 높이 3.6㎛의 원기둥형상이었다.
(비교예 5)
실시예 1에 있어서, 처방 5의 경화성 수지층용 도포액 대신에 하기 표 1에 나타낸 처방 4를 이용하고, 노광량을 300mJ/㎠ 대신에 100mJ/㎠로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 포토 스페이서가 형성된 컬러 필터 기판을 제작하고, 이를 이용하여 액정 표시 장치를 제작했다. 얻어진 스페이서 패턴은 지름 24㎛, 평균 높이 3.6㎛의 원기둥형상이었다.
[평가]
상기에서 얻어진 포토 스페이서 및 액정 표시 장치에 대해서 이하의 평가를 행했다. 평가 결과를 표 2에 나타냈다.
-변형 회복률-
포토 스페이서 각각에 대해 미소 경도계(DUH-W201, (주)시마즈 세이사쿠쇼제)를 이용해 다음과 같이 하여 측정을 행해 평가했다. 측정은 50㎛φ의 원추대 압자(壓子)를 채용하고, 최대 하중 50mN, 유지 시간 5초로 하여 부하-제하(除荷) 시험법에 의해 행했다. 이 측정값으로부터 하기 식에 의해 변형 회복률〔%〕을 구하고, 하기 기준에 따라 평가했다. 측정은 22±1℃, 50% RH의 환경하에서 행했다.
(식) 변형 회복률(%)=
(가중 개방 후의 회복량[㎛]/가중에 의한 변형량[㎛])×100
<평가 기준>
5 : 변형 회복률이 90% 이상이었다.
4 : 변형 회복률이 87% 이상 90% 미만이었다.
3 : 변형 회복률이 85% 이상 87% 미만이었다.
2 : 변형 회복률이 80% 이상 85% 미만이었다.
1 : 변형 회복률이 75% 이상 80% 미만이었다.
0 : 변형 회복률이 75% 미만이었다.
-현상성-
상기 「-포토 스페이서의 제작-」에 있어서, 프록시미티 노광 후 각 실시예의 현상 조건과 마찬가지의 방법으로 현상하고, 형성한 포토 스페이서 주변 부분의 SEM 관찰을 행하여 주변에 잔사가 남아있는지 확인했다.
<평가 기준>
5 : 잔사가 전혀 보여지지 않는다.
4 : 패턴 주변에 약간의 잔사가 보여졌다.
3 : 패턴 주변에 잔사가 보여졌다.
2 : 패턴 주변과 패턴 근방의 기판 상에 잔사가 보여졌다.
1 : 기판 상 곳곳에 잔사를 확인할 수 있었다.
-라미네이트 적성<라미네이션 기포>평가-
컬러 필터 기판을 경화성 수지 전사 재료를 이용하여 경화성 수지층을 전사한 상태에 대해서 가지지체 박리 후, 광학 현미경으로 라미네이트 상태를 관찰하여 라미네이션 기포의 유무를 관찰했다.
<평가 기준>
3 : 라미네이션 기포가 전혀 없다.
2 : 라미네이션 기포가 패턴 형성 개소 이외에 발생했다.
1 : 라미네이션 기포가 패턴 형성부에 발생했다.
-레티큘레이션-
45℃/75% RH 환경하에서 24시간 방치한 후의 경화성 수지 전사 재료의 표면을 현미경을 이용하여 관찰하고, 하기 기준에 따라 육안에 의한 평가를 행했다.
<평가 기준>
4 : 미세한 「주름」 등의 발생은 전혀 확인되지 않았다.
3 : 미세한 「주름」 등의 발생이 약간 확인되었지만 실용상 사용 가능한 정도였다.
2 : 미세한 「주름」 등의 발생이 조금 확인되었다.
1 : 미세한 「주름」 등의 발생이 상당히 확인되었다.
-표시얼룩-
액정 표시 장치의 각각에 대해서 회색의 테스트 신호를 입력시켰을 때의 회색 표시를 육안 및 확대경으로 관찰하여 표시얼룩의 발생 유무를 하기 평가 기준에 따라 평가했다.
<평가 기준>
1 : 표시얼룩는 전혀 확인되지 않았다.
2 : 표시얼룩이 약간 확인되었다.
3 : 표시얼룩이 현저하게 확인되었다.
표 2로부터 본 발명의 경화성 조성물로 제작한 포토 스페이서는 높은 변형 회복률을 나타내는 것을 알 수 있다. 또한, 저노광량으로 포토 스페이서를 제작한 경우에도 마찬가지로 높은 변형 회복률을 나타내기 때문에 경화성 수지층의 표면으로부터의 산소 영향을 경감하여 경화성 수지층 전체의 효과적인 중합이 촉진되어 있다는 것이 추찰된다.
Claims (10)
- 분기 및/또는 지환 구조를 갖는 기와, 산성기를 갖는 기와, 에폭시기를 갖는 기를 함유하는 수지; 중합성 화합물; 광중합 개시제; 및 계면 활성 광중합 개시제를 적어도 함유하는 것을 특징으로 하는 경화성 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 상기 계면 활성 광중합 개시제는 치환되어 있어도 좋은 탄소수 3 이상 30 이하의 알킬기, 치환되어 있어도 좋은 실록산기 및 치환되어 있어도 좋은 불소화 알킬기로부터 선택되는 1종 이상을 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 경화성 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 상기 계면 활성 광중합 개시제는 트리할로메틸-s-트리아진 화합물, 트리할로메틸옥사디아졸 화합물, α-아미노케톤 화합물, α-히드록시케톤 화합물, 또는 옥심 화합물로부터 유도되는 치환기를 함유하는 화합물인 것을 특징으로 하는 경화성 조성물.
- 제 2 항에 있어서, 상기 계면 활성 광중합 개시제는 트리할로메틸-s-트리아진 화합물, 트리할로메틸옥사디아졸 화합물, α-아미노케톤 화합물, α-히드록시케톤 화합물, 또는 옥심 화합물로부터 유도되는 치환기를 함유하는 화합물인 것을 특징으로 하는 경화성 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 상기 지환 구조를 갖는 기는 치환되어 있어도 좋은 탄소수 6 이상 25 이하의 환상 화합물에 유래하는 기인 것을 특징으로 하는 경화성 조성물.
- 제 2 항에 있어서, 상기 지환 구조를 갖는 기는 치환되어 있어도 좋은 탄소수 6 이상 25 이하의 환상 화합물에 유래하는 기인 것을 특징으로 하는 경화성 조성물.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 경화성 조성물을 경화시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 경화막.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 경화성 조성물을 도포함으로써 지지체 상에 경화성 조성물층을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 포토 스페이서의 제조 방법.
- 제 8 항에 기재된 포토 스페이서의 제조 방법에 의해 제조된 포토 스페이서를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 기판.
- 제 9 항에 기재된 액정 표시 장치용 기판을 구비한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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