JP2007119718A - 硬化性組成物、硬化物及びこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

硬化性組成物、硬化物及びこれを用いた液晶表示装置 Download PDF

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Yuuji Mizuho
右二 瑞穂
Makoto Fukui
誠 福井
Toshiyuki Tanaka
俊行 田中
Junji Mizukami
潤二 水上
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Abstract

【課題】液晶ディスプレイ等に用いられる硬化性組成物であって、外部圧力を受けたときの変形量が大きく(即ち、基板作成時の圧着力不均一を吸収することができ)、高圧力下でも復元率が著しく低下しない(即ち、復元率の圧力依存性が少ない)硬化物を形成しうる硬化性組成物を提供する。
【解決手段】微小硬度計による負荷−除荷試験において、下記指標式(1)及び(2)を満たす硬化物を形成しうる硬化性組成物。
|H1−H2|/|P1−P2|≧0.35 (1)
|R1−R2|/|P1−P2|≦15 (2)
(式(1)中、H1、H2はそれぞれ上断面積が40±5μm2、150±5μm2のスペーサーの総変形量(μm)を示す。式(1)(2)中、P1、P2はそれぞれ上断面積が40±5μm2、150±5μm2のスペーサーにかかる圧力(mN/μm2)を示す。式(2)中、R1、R2はそれぞれ上断面積が40±5μm2、150±5μm2のスペーサーの弾性復元率(%)を示す。)
【選択図】図3

Description

本発明は、硬化性組成物、硬化物及び液晶表示装置に関する。詳しくは、例えば液晶ディスプレイ等のカラーフィルタにおいて、画像形成用、オーバーコート用、リブ用及びスペーサー用に用いられる硬化性組成物と、この硬化性組成物により形成された硬化物と、この硬化物を有する液晶表示装置に関する。
従来、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタにおいて、ブラックマトリックス、オーバーコート、リブ及びスペーサー等を形成する際、樹脂、光重合性モノマー及び光重合開始剤等を含む硬化性組成物が用いられてきた。この硬化性組成物については、現像性、パターン精度、密着性等の観点から種々の組成が提案されているが、その一つとして、形成プロセスにおける効率化(硬化時間の短縮)、歩留まりの向上を目的として、上記硬化性組成物に含まれる樹脂として、エポキシ樹脂と不飽和基含有カルボン酸の反応物をさらに多塩基性カルボン酸又はその無水物と反応させて得られる不飽和基含有樹脂を用いた技術が開示されている(特許文献1)。
一方、カラーフィルタ用硬化性組成物には、高い硬化性や優れた機械的特性が要求される場合がある。例えば、スペーサー(本明細書において、「スペーサー」とは、硬化性組成物により形成されるものであって、所謂、柱状スペーサー、フォトスペーサーなどを示す。)は、液晶パネルにおいて、2枚の基板の間隔(セルギャップ)を一定に保つ目的で使用されるものであるが、液晶パネル製造時には、カラーフィルタと基板とを高温高圧下で圧着する工程を経るため、この圧着時の高温高圧条件によっても変形せず、スペーサー機能が維持されるという物性が要求される。即ち、外部圧力により変形しても、外部圧力が除かれた場合には元の形状に戻るための、回復率、弾性復元率等の機械的特性が、カラーフィルタ用硬化性組成物の機械的特性として必要とされる。この機械的特性を満たすものとして、従来、多官能アクリレートモノマーの含有量を規定した硬化性組成物等が提案されている(特許文献2)。
また、液晶ディスプレイ分野では、テレビ用途等を中心に、液晶ディスプレイの大型化の要求が高まっており、これに伴い液晶パネル製造時の基板サイズの大型化が進んでいる。このような大型基板を圧着する場合は、小型基板サイズと比較して圧着力の不均一が生じやすく、圧着力不均一を吸収するためには、従来の機械特性を維持したまま、外部圧力を受けたときの変形量が大きいスペーサーを形成する必要がある。
しかしながら、従来の種々の硬化性組成物をスペーサーに用いた場合、変形量が大きい程、復元率が小さいため、圧力変化に対する変形量の勾配が大きい程、復元率の勾配も大きくなり、高圧力下での復元率が著しく低下するという問題があった。即ち、(1)高圧力部分に位置するスペーサーは、復元率が低く、逆に、低圧力部分に位置するスペーサーは、復元率が高い。(2)そのため、加圧後のフォトスペーサーに高さの不均一が生ずることとなる。(3)その結果、製品としての液晶パネルにセルギャップのムラが生ずることとなった。
特開2001−174621号公報 特開2002−174812号公報
本発明の目的は、液晶ディスプレイ等に用いられる硬化性組成物であって、外部圧力を受けたときの変形量が大きく(即ち、基板作成時の圧着力不均一を吸収することができ)、高圧力下でも復元率が著しく低下しない(即ち、復元率の圧力依存性が少ない)硬化物を形成しうる硬化性組成物を提供することにある。
本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、特定の機械的特性を有する硬化物を形成しうる硬化性組成物が上記目的を達成可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の要旨は次の通りである。
1.微小硬度計による負荷−除荷試験において、下記指標式(1)及び(2)を満たす硬化物を形成しうることを特徴とする硬化性組成物。
|H1−H2|/|P1−P2|≧0.35 (1)
|R1−R2|/|P1−P2|≦15 (2)
(式(1)中、H1、H2はそれぞれ上断面積が40±5μm2、150±5μm2のスペーサーの総変形量(μm)を示す。式(1)(2)中、P1、P2はそれぞれ上断面積が40±5μm2、150±5μm2のスペーサーにかかる圧力(mN/μm2)を示す。式(2)中、R1、R2はそれぞれ上断面積が40±5μm2、150±5μm2のスペーサーの弾性復元率(%)を示す。)
2.二重結合当量が400以下であるエチレン性不飽和化合物を含有することを特徴とする1.に記載の硬化性組成物。
3.該エチレン性不飽和化合物が、エポキシ基含有化合物より得られる2.の硬化性組成物。
4.該エチレン性不飽和化合物が、カルボキシル基を含有する2.又は3.の硬化性組成物。
5.カルボキシル基含有ビニル樹脂、カルボキシル基及びエポキシ基を含有する共重合体、並びに酸変性エポキシ(メタ)アクリレート類から選ばれる1以上の化合物を含有する1.〜4.の硬化性組成物。
6.1.〜5.の硬化性組成物により形成されたことを特徴とする硬化物。
7.6.の硬化物を有することを特徴とする液晶表示装置。
本発明の硬化性組成物によれば、外部圧力を受けたときの変形量が大きく(即ち、基板作成時の圧着力不均一を吸収することができ)、高圧力下でも復元率が著しく低下しない(即ち、復元率の圧力依存性が少ない)硬化物を形成することができ、これにより、高品質な液晶表示装置等を提供することが出来る。
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に特定はされない。
なお、本発明において、「(メタ)アクリル」とは、「アクリル」及び/又は「メタクリル」を意味するものとする。また、本発明において、「全固形分」とは、硬化性組成物中の溶媒を除く全ての成分を意味するものとする。
[1]硬化性組成物
本発明の硬化性組成物は、微小硬度計による負荷−除荷試験において、下記指標式(1)及び(2)を満たす硬化物を形成しうることを特徴とするものであるが、好ましくは、二重結合当量が400以下であるエチレン性不飽和化合物を含有する。また、必要に応じて、その他の樹脂、重合性モノマー、熱及び/又は光重合開始剤等を含有する。
|H1−H2|/|P1−P2|≧0.35 (1)
|R1−R2|/|P1−P2|≦15 (2)
(式(1)中、H1、H2はそれぞれ上断面積が40±5μm2、150±5μm2のスペーサーの総変形量(μm)を示す。式(1)(2)中、P1、P2はそれぞれ上断面積が40±5μm2、150±5μm2のスペーサーにかかる圧力(mN/μm2)を示す。式(2)中、R1、R2はそれぞれ上断面積が40±5μm2、150±5μm2のスペーサーの弾性復元率(%)を示す。)
また、本発明の硬化性組成物は、通常は塗布−乾燥等の手段により基板上に硬化性組成物の層を形成させる為、各成分を溶剤に溶解或いは分散された状態で使用される。
なお、本発明における硬化性組成物とは、該硬化性組成物が溶剤に溶解或いは分散された状態、その溶剤成分を揮発除去した状態、及びその後、熱及び/又は光等により硬化した状態のいずれをも包含するものとする。
[1−1]エチレン性不飽和化合物
エチレン性不飽和化合物は、硬化性組成物が活性光線の照射を受けたとき、或いは加熱されたときに、後述の光重合開始剤及び/又は熱重合開始剤を含む重合開始系の作用により付加重合し、場合により架橋、硬化するようなラジカル重合性のエチレン性不飽和結合を分子内に少なくとも1個有する化合物である。
本発明の硬化性組成物は、その硬化物が後記[1−6]章に記載の機械的特性を達成するために、二重結合当量が400以下であるエチレン性不飽和化合物(以下「特定エチレン性不飽和化合物(A)」と称す場合がある。)を含有することが好ましい。
[1−1−1]特定エチレン性不飽和化合物(A)
本発明に係る特定エチレン性不飽和化合物(A)は、その二重結合当量が小さく、単位重量あたりの二重結合が多いほど、得られる硬化物の弾性復元率及び回復率が大きくなる。従って、本発明に係る特定エチレン性不飽和化合物(A)の二重結合当量は400以下、好ましくは350以下、さらに好ましくは300以下である。特定エチレン性不飽和化合物(A)の二重結合当量の下限は通常100以上である。
ここで、二重結合当量とは、化合物の二重結合1モルあたりの重量であり、下記式で算出され、単位重量あたりの二重結合が多いほど二重結合当量の値は小さくなる。
二重結合当量=化合物の重量(g)/化合物の二重結合含有モル数
なお、特定エチレン性不飽和化合物(A)を含む場合の本発明の硬化性組成物が、溶剤に溶解ないしは分散された状態(以下、「硬化組成物溶液」と称す場合がある。)における固形分全体としての二重結合当量は、上記特定エチレン性不飽和化合物(A)の二重結合当量と同様な理由から小さいほど得られる硬化物の弾性復元率及び回復率が大きくなるため好ましく、300以下であることが好ましく、更に好ましくは250以下である。この硬化性組成物溶液の固形分全体としての二重結合当量の下限は通常100以上である。
ここで、硬化性組成物溶液における固形分全体の二重結合当量は、硬化性組成物を調製する際の、エチレン性二重結合をもつ化合物の仕込み量から上記式にて計算することもでき、また公知の方法により硬化性組成物溶液における固形分全体の二重結合当量を測定した後、硬化性組成物の固形分濃度を公知の方法により測定して、下記式で算出することもできる。
二重結合当量=硬化性組成物溶液の二重結合当量×固形分濃度
また、上記特定エチレン性不飽和化合物(A)は、酸基を有するものが好ましい。ここで「酸基を有する」とは、KOHによる滴定により決定される酸価として0より大きい値を与える基を有することをいう。具体的にはカルボキシル基、フェノール性水酸基、スルホン酸基、リン酸基等を有することをいうが、この中で特にカルボキシル基を有することが好ましい。
また、特定エチレン性不飽和化合物(A)は、後述の如く、エポキシ化合物より得られるものであることが好ましい。
また、上記特定エチレン性不飽和化合物(A)は、重量平均分子量が1,000以上であるものが好ましく、より好ましくは1,500以上、特に好ましくは2,000以上である。また、特定エチレン性不飽和化合物(A)の重量平均分子量は、通常、100,000以下、好ましくは10,000以下である。特定エチレン性不飽和化合物(A)の重量平均分子量が小さすぎると変位量が小さくなる傾向があり、大きすぎると現像不良になりやすい傾向がある。
なお、重量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)によってポリスチレン換算により測定される。
本発明に係る特定エチレン性不飽和化合物(A)としては、二重結合当量が400以下であれば特に限定はないが、後述の如く、エポキシ基含有化合物より得られるものであることが好ましく、また、カルボキシル基を含有していることが好ましい。
このような特定エチレン性不飽和化合物(A)としては例えば下記一般式(A−I)で表される化合物を挙げることが出来る。
Figure 2007119718
〔式(A−I)中、R11は、置換基を有していても良いアルキレン基又は置換基を有していても良いアリーレン基を示す。R12は置換基を有していても良いエチレン性不飽和基含有カルボニルオキシ基を示す。R13及びR14は、それぞれ独立して任意の置換基を示す。nは0〜10の整数である。mは1以上の整数である。Xは置換基を有していても良い任意の有機基を示す。〕
一般式(A−I)において、R11のアルキレン基としては、炭素数が1〜5であるものが好ましく、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基が更に好ましく、また、アリーレン基としては、炭素数が6〜10であるものが好ましく、フェニレン基であるのが更に好ましい。中でも、本発明においては、アルキレン基であるのが好ましい。
11のアルキレン基、アリーレン基が有していても良い置換基としては、例えば、ハロゲン原子、水酸基、炭素数1〜15好ましくは炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、フェニル基、カルボキシル基、スルファニル基、ホスフィノ基、アミノ基、ニトロ基等が挙げられる。
また、nは0〜10の整数であり、0〜5であるのが好ましく、0〜3であるのが更に好ましい。nが上記範囲超過では、得られる硬化性組成物を硬化物とする際、現像時に画像部として膜減り等が生じたり、耐熱性が低下したりすることとなる。
一般式(A−I)におけるR12の置換基を有していても良いエチレン性不飽和基含有カルボニルオキシ基の炭素数は、下限が通常3、好ましくは5、さらに好ましくは10である。上限は特に制限はないが、好ましくは50、更に好ましくは40、特に好ましくは35である。上記炭素数は、大きすぎても小さすぎても本発明の硬化性組成物により形成される硬化物の機械的特性が得られない場合がある。
このR12は、下記一般式(A−II)で表される基であるのが更に好ましい。
Figure 2007119718
〔式(A−II)中、R15、R16、R17はそれぞれ独立して水素原子又はメチル基を示し、Qは任意の2価基を示す。〕
なお、Qは、好ましくは置換基を有していても良いアルキレン基及び/又は置換基を有していても良いアリーレン基と、カルボニルオキシ基とを含む2価基を示し、更に好ましくは、置換基を有していても良い炭素数1〜10のアルキレン基又は/及び置換基を有していても良い炭素数1〜10のアリーレン基と、カルボニルオキシ基とを含む2価基を示す。
13は、好ましくは水素原子、下記一般式(A−IIIa)で表される置換基、又は下記一般式(A−IIIb)で表される置換基を示す。
Figure 2007119718
〔式(A−IIIa),(A−IIIb)中、R21,R22は、置換基を有していても良いアルキル基、置換基を有していても良いアルケニル基、置換基を有していても良いシクロアルキル基、置換基を有していても良いシクロアルケニル基又は置換基を有していても良いアリール基を示す。〕
ここで、R21,R22のアルキル基としては炭素数が1〜20であるものが好ましく、また、アルケニル基としては炭素数が2〜20であるものが好ましく、また、シクロアルキル基としては炭素数が3〜20であるものが好ましく、また、シクロアルケニル基としては炭素数が3〜20であるものが好ましく、また、アリール基としては炭素数が6〜20であるものが好ましい。
また、R21,R22が有していても良い置換基としては、例えば、ハロゲン原子、水酸基、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、フェニル基、カルボキシル基、カルボニル基、スルファニル基、ホスフィノ基、アミノ基、ニトロ基等が挙げられる。R21は、中でも、置換基としてカルボキシル基を有しているのが好ましい。
前記一般式(A−I)におけるR14で表される置換基は特に制限はないが、例えば、下記一般式(A−IV)で表される置換基が挙げられる。
Figure 2007119718
〔式(A−IV)中、R11、R12、R13及びnは前記一般式(A−I)におけると同義である。〕
前記一般式(A−I)におけるXは、置換基を有していても良い任意の有機基を表す。このXは、二重結合含有基を結合させるベースの働きをもち、全体としての二重結合当量を上げないため、適度な分子量及び適度な数の置換基を結合するサイトとなる官能基を提供する機能がある。
Xの分子量としては通常14以上、好ましくは28以上であり、通常1000以下、好ましくは800以下である。
具体的にXとして使用可能な有機基としては、直鎖状、又は環状の有機基が挙げられる。
直鎖状のものとしては、例えば、アルカン、アルケン、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリルアミド、マレイン酸、スチレン、酢酸ビニル、塩化ビニリデン、マレイミド等の単独又は共重合体、酸変性型エポキシアクリレート類、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリビニルブチラール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、アセチルセルロース等由来の有機基が挙げられる。
また、環状のものとしては、脂環式環、芳香環、脂環式複素環、複素環等、又はそれらの環が縮環したものあるいは連結基を介して結合したもの等由来の有機基が挙げられる。このうち、脂環式環としてはシクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロヘキセン環、トリシクロデカン環等が、芳香環としてはベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、アズレン環、フルオレン環、アセナフチレン環、ビフェニレン環、インデン環等が、脂環式複素環、複素環としてはフラン環、チオフェン環、ピロール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、フラザン環、トリアゾール環、ピラン環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環等が挙げられる。
環状の有機基の結合に介する連結基としては、直接結合か、又は2価以上の連結基が挙げられる。2価以上の連結基としては公知のものを使うことができるが、例えば、アルキレン、ポリオキシアルキレン、アミン、O原子、S原子、ケトン基、チオケトン基、−C(=O)O−、アミド、Se、Te、P、As、Sb、Bi、Si、Bなどの金属、複素環、芳香環、複素芳香環、及びこれらの任意の組み合わせなど等が挙げられる。
Xの有機基としては、例えば、炭素数1〜20、好ましくは炭素数2〜10のアルキレン基や、炭素数6〜10のアリーレン基、炭素数2〜50、好ましくは炭素数2〜30のポリエーテルや、下記に示すビスフェノールA、ビスフェノールF等のビスフェノール類、トリスフェノール、ノボラック等のポリオール化合物の水酸基を除いた残基などが挙げられる。
Figure 2007119718
Figure 2007119718
なお、上記例示式中、zは0以上の整数を表す。例示(X−13)、(X−15)、(X−18)、(X−19)、(X−20)において、※は結合手を表す。これらの例示構造において、結合手※が3以上ある場合、連結基Xとしての結合手は、これらのうちの少なくとも2個を取る。この場合において、残る1以上の結合手に連結する置換基としては任意の置換基が挙げられるが、好ましくは、前記一般式(A−IV)で表される基が挙げられる。
なお、前記一般式(A−I)で表される化合物がベンゼン環を有する場合、そのベンゼン環の置換基としては、例えば、炭素数が1〜15のアルキル基、炭素数が1〜15のアルコキシ基、炭素数が2〜15のアシル基、炭素数が6〜14のアリール基、カルボキシル基、水酸基、炭素数1〜16のアルコキシカルボニル基、カルボキシル基、ハロゲン原子等が挙げられ、炭素数が1〜5のアルキル基、フェニル基、ハロゲン原子が更に好ましい。
前記一般式(A−I)で表される化合物は、その構造を持っているものであれば、その製造方法については特に限定されないが、例えば下記一般式(A−V)で表されるエポキシ基含有化合物より得られる化合物を例に挙げて説明するならば、下記一般式(A−V)で表される化合物を原料として、これにエチレン性不飽和基含有カルボニルオキシ基を形成し、更に多価カルボン酸及びその無水物、並びにイソシアネート基を有する化合物よりなる群から選ばれる1以上の化合物を反応させる方法を挙げることが出来る。
Figure 2007119718
〔式(A−V)中、R11、X及びnは、それぞれ一般式(A−I)におけると同義である。R18は、一般式(A−I)におけるR11と同義である。〕
上記一般式(A−V)で表されるエポキシ基含有化合物としては、例えば後述の[1−5−6]章に記載のエポキシ化合物、及びビス(ヒドロキシフェニル)フルオレン型エポキシ化合物等が挙げられる。ビス(ヒドロキシフェニル)フルオレン型エポキシ化合物を形成するビス(ヒドロキシフェニル)フルオレンとしては、例えば、9,9−ビス(4'−ヒドロキシフェニル)フルオレン、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−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−ビス(4'−ヒドロキシ−3'−メトキシフェニル)フルオレン、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−ビス(4'−ヒドロキシ−3'−クロロフェニル)フルオレン、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−ビス(4'−ヒドロキシ−3'−ブロモフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4'−ヒドロキシ−3',5'−ジブロモフェニル)フルオレン等が挙げられる。
一般式(A−V)で表されるエポキシ基含有化合物は1種を単独で用いても、2種以上を併用しても良い。
また、前記一般式(A−V)で表されるエポキシ基含有化合物に形成させるエチレン性不飽和基含有カルボニルオキシ基の炭素数は下限が通常3、好ましくは5、さらに好ましくは10である。上限は特に制限はないが、好ましくは50、更に好ましくは40、特に好ましくは35である。炭素数が上記範囲未満では、硬化性組成物を硬化物とした際、柔軟性が不足して基板に対する密着性が劣ることとなり、一方、炭素数が多すぎると耐熱性が低下することとなる。
これらのエチレン性不飽和基含有カルボニルオキシ基は、前記一般式(A−II)で表される基であるのが好ましい。
ここで、前記一般式(A−II)で表されるエチレン性不飽和基含有カルボニルオキシ基は、前記一般式(A−V)で表される化合物を原料とした反応により、結果として形成されていればその形成方法は限定されるものではない。その形成方法としては、具体的には、前記一般式(A−V)で表される化合物に、エチレン性不飽和基含有カルボン酸類(a)を反応させる方法や、まずエチレン性不飽和基を含有しないカルボン酸類(b)を反応させた後、続いて、生成する水酸基やカルボキシル基に反応する官能基を有する化合物(c)を反応させて、エチレン性不飽和基含有カルボニルオキシ基を形成させる等の方法を挙げる事が出来る。
そのエチレン性不飽和基含有カルボン酸類(a)としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、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、シアノ置換体などのモノカルボン酸;(メタ)アクリル酸とラクトン或いはポリラクトンとの反応生成物類;無水琥珀酸、無水アジピン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチル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、無水フタル酸等の飽和若しくは不飽和ジカルボン酸無水物と、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(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、グリセリンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(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、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリレート等の1分子中に1個以上のヒドロキシル基を有する(メタ)アクリレート誘導体とを反応させて得られる半エステル類;前記の如き飽和若しくは不飽和ジカルボン酸無水物と、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チル(メタ)アクリレート、8,9−エポキシ〔ビシクロ[4.3.0]ノニ−3−イル〕(メタ)アクリレート、8,9−エポキシ〔ビシクロ[4.3.0]ノニ−3−イル〕オキシメチル(メタ)アクリレート等の不飽和基含有グリシジル化合物とを反応させて得られる半エステル類;等が挙げられる。これらの中で、本発明においては、無水琥珀酸、無水マレイン酸、テトラヒドロ無水フタル酸、無水フタル酸等と、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(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、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、等とを反応させて得られる半エステル類が特に好ましい。
これらのエチレン性不飽和基含有カルボン酸類(a)は1種を単独で用いても、2種以上を併用しても良い。
また、そのエチレン性不飽和基を含有しないカルボン酸類(b)としては、乳酸、ジヒドロキシプロピオン酸などの水酸基含有カルボン酸及びその無水物、琥珀酸、マレイン酸、テトラヒドロフタル酸、フタル酸、酒石酸等の飽和若しくは不飽和ジカルボン酸及びその無水物が挙げられる。
続いて、生成する水酸基やカルボキシル基に反応する官能基を有する化合物(c)を反応させて、エチレン性不飽和基含有カルボニルオキシ基を形成させる際に用いる水酸基やカルボキシル基に反応する官能基を有する化合物(c)としては、エポキシ基、カルボキシル基、イソシアネート基を有する化合物が好ましく、具体的には、前記のエチレン性不飽和基含有カルボン酸類(a)、前記の不飽和基含有グリシジル化合物等のエチレン性不飽和基含有化合物などを挙げる事が出来るが、これらに限定されるものではない。
上記化合物(b),(c)はいずれも1種を単独で用いても、2種以上を併用しても良い。
また、前記一般式(A−V)で表されるエポキシ基含有化合物を原料として、これにエチレン性不飽和基含有カルボニルオキシ基を形成した後、更に反応させる多価カルボン酸若しくはその無水物としては、例えば、琥珀酸、マレイン酸、イタコン酸、テトラヒドロフタル酸、メチルテトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、メチルヘキサヒドロフタル酸、メチルエンドメチレンテトラヒドロフタル酸、フタル酸、クロレンド酸等の飽和若しくは不飽和ジカルボン酸及びそれらの酸無水物、トリメリット酸及びその無水物、及び、ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ビフェニルテトラカルボン酸、ビフェニルエーテルテトラカルボン酸、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸等のテトラカルボン酸及びそれらの酸無水物等が挙げられる。これらの中で、硬化性組成物として、アルカリ現像時の非画像部の溶解除去性の観点から、琥珀酸、テトラヒドロフタル酸、フタル酸等のジカルボン酸及びその酸無水物、トリメリット酸及びその酸無水物、ピロメリット酸、ビフェニルテトラカルボン酸、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸等のテトラカルボン酸及びその酸二無水物等が好ましく、中でも酸解離定数(第一解離定数)が3.5以上の多価カルボン酸の酸無水物が更に好ましい。酸解離定数は更に3.8以上が好ましく、特に4.0以上が好ましい。そのような酸無水物としては、琥珀酸、及びテトラヒドロフタル酸の酸無水物、並びに1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸の酸二無水物が挙げられ、琥珀酸、及びテトラヒドロフタル酸の酸無水物が特に好ましい。
なお、酸解離定数は、Determination of Organic Structures by Physical Methods, Academic Press, New York, 1955 (Brown, H.C.ら)を参照することができる。
また、硬化性組成物の保存安定性の観点からは、琥珀酸、テトラヒドロフタル酸、フタル酸等のジカルボン酸及びその酸無水物、トリメリット酸及びその酸無水物を用いることが好ましい。
上記カルボン酸及びその無水物の選択においては、硬化性組成物の要求される性質に応じて適宜調整される。
本発明において、これらの多価カルボン酸及びその酸無水物は1種を単独で用いても、2種以上を併用しても良い。
また、前記一般式(A−V)で表されるエポキシ基含有化合物に、エチレン性不飽和基含有カルボニルオキシ基を形成した後、更に反応させるイソシアネート基を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、シクロヘキサンイソシアネート、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等の有機モノイソシアネート、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、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。これらの中で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。
上記化合物は1種を単独で用いても、2種以上を併用しても良い。
なお、本発明における前記一般式(A−I)で表される化合物としては、酸価が30〜150mg−KOH/gであるのが好ましく、40〜100mg−KOH/gであるのが更に好ましい。また、GPCによるポリスチレン換算の重量平均分子量が1,000〜100,000であるのが好ましく、1,500〜10,000であるのが更に好ましく、2,000〜10,000であるのが特に好ましい。
本発明における前記一般式(A−I)で表される化合物の具体的な合成方法の一例は次の通りである。
例えば、特開平4−355450号公報等に記載の従来公知の方法により、前記ビス(ヒドロキシフェニル)フルオレン型エポキシ化合物をメチルエチルケトン、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート等の有機溶剤に溶解させ、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、トリベンジルアミン等の第3級アミン類、又は、テトラメチルアンモニウムクロライド、メチルトリエ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、テトラブチルアンモニウムクロライド、トリメチルベンジルアンモニウムクロライド等の第4級アンモニウム塩類、トリフェニルホスフィン等の燐化合物、又は、トリフェニルスチビン等のスチビン類等の触媒の存在下、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、メチルハイドロキノン等の熱重合禁止剤の共存下に、前記エチレン性不飽和基含有カルボン酸類を、エポキシ化合物のエポキシ基の1化学当量に対して通常0.8〜1.5化学当量、好ましくは0.9〜1.1化学当量となる量で加え、通常60〜150℃、好ましくは80〜120℃の温度で付加反応させ、引き続き、前記多価カルボン酸若しくはその無水物を、前記反応で生じた水酸基の1化学当量に対して通常0.05〜1.0化学当量、好ましくは0.5化学当量となる量で加えて、前記条件下で反応を続けて、目的の化合物を得る。
なお、このようにして合成された前記一般式(A−I)で表される化合物を本発明の硬化性組成物に用いる場合、原料に含まれる混合物の影響や二重結合の反応中の熱重合により、一般式(A−I)で表される化合物以外の化合物を含むことがある。
本発明において、特定エチレン性不飽和化合物(A)としては、上記一般式(A−I)で表される化合物の他、例えば下記一般式(A−VI)で表される化合物を挙げることが出来る。
Figure 2007119718
〔式(A−VI)中、R12、R13、R14は、それぞれ式(A−I)おけると同義である。〕
一般式(A−VI)で表される化合物は、その構造を持っているものであれば、その製造方法については特に限定されないが、例えばジグリシジルエーテルを原料として、前述の一般式(A−I)における製法と同様に、これにエチレン性不飽和基含有カルボニルオキシ基を形成し、更に多価カルボン酸並びにその無水物、及びイソシアネート基を有する化合物より選ばれる1以上の化合物を反応させることにより得られる化合物を挙げることが出来る。
本発明の硬化性組成物において、二重結合当量が400以下の特定エチレン性不飽和化合物(A)は、1種を単独で或いは2種以上の混合物として用いることが出来る。
本発明の硬化性組成物中の特定エチレン性不飽和化合物(A)の含有量は、硬化性組成物中の全固形分に対して通常25重量%以上、好ましくは35重量%以上、更に好ましくは45重量%以上である。特定エチレン性不飽和化合物(A)の含有量は多いほど、後述の硬化物の総変形量が大きくなるので好ましい。一方、含有量が少なすぎると、硬化物の総変形量を大きくすることが出来ず、例えばスペーサーとしての機能を十分に担保することが出来ない。
[1−2]樹脂
本発明の硬化性組成物は、[1−1]のエチレン性不飽和化合物に加えて、又はこれに代えて、樹脂を含有していてもよい。配合される樹脂としては、公知のカラーフィルタ用樹脂組成物に用いられている樹脂の1種又は2種以上を用いる事が出来る。そのような樹脂としては、例えば、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリルアミド、マレイン酸、スチレン、酢酸ビニル、塩化ビニリデン、マレイミド等の単独又は共重合体、酸変性型エポキシアクリレート類、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリビニルブチラール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、アセチルセルロース等が挙げられるが、中で、アルカリ現像性等の面から、カルボキシル基含有ビニル系樹脂、カルボキシル基及びエポキシ基を含有する共重合体、酸変性型エポキシ(メタ)アクリレート類が好適である。また、カルボキシル基含有ビニル系樹脂の中でも、感度及び現像性向上の面から、「(E)成分:エポキシ基含有(メタ)アクリレート」5〜90モル%、「(R)成分:(E)成分と共重合し得る他のラジカル重合性化合物」10〜95モル%を共重合させ、得られた共重合物に含まれるエポキシ基の10〜100モル%に「(N)成分:不飽和一塩基酸」を付加させ、前記(N)成分を付加したときに生成される水酸基の10〜100モル%に「(T)成分:多塩基酸無水物」を付加させて得られる樹脂(以下、「E−R−N−T樹脂」と称す場合がある。)が好適である。
[1−2−1]カルボキシル基含有ビニル系樹脂
カルボキシル基含有ビニル系樹脂としては、具体的には、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、シトラコン酸等の不飽和カルボン酸と、スチレン、α−メチルスチレン、ヒドロキシスチレン、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、イソボニル(メタ)アクリレート、ヒドロキシメチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、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、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N−(メタ)アクリロイルモルホリン、(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、酢酸ビニル等のビニル化合物との共重合体等が挙げられる。
これらの中で、(メタ)アクリレート−(メタ)アクリル酸共重合体、及びスチレン−(メタ)アクリレート−(メタ)アクリル酸共重合体が好ましい。(メタ)アクリレート−(メタ)アクリル酸共重合体においては、(メタ)アクリレート5〜80モル%と、(メタ)アクリル酸20〜95モル%とからなる共重合体が更に好ましく、(メタ)アクリレート10〜90モル%と、(メタ)アクリル酸10〜90モル%とからなる共重合体が特に好ましい。また、スチレン−(メタ)アクリレート−(メタ)アクリル酸共重合体においては、スチレン3〜30モル%と、(メタ)アクリレート10〜70モル%と、(メタ)アクリル酸10〜60モル%とからなる共重合体が更に好ましく、スチレン5〜25モル%と、(メタ)アクリレート20〜60モル%と、(メタ)アクリル酸15〜55モル%とからなる共重合体が特に好ましい。また、これらカルボキシル基含有ビニル系樹脂は、酸価が30〜250mg−KOH/g、ポリスチレン換算の重量平均分子量が1,000〜300,000であるのが好ましい。
更に、そのカルボキシル基含有ビニル系樹脂として、側鎖にエチレン性不飽和結合を有するものが好適であり、具体的には、前記カルボキシル基含有ビニル系樹脂に、アリルグリシジルエーテル、グリシジル(メタ)アクリレート、α−エチルグリシジル(メタ)アクリレート、グリシジルクロトネート、グリシジルイソクロトネート、クロトニルグリシジルエーテル、イタコン酸モノアルキルモノグリシジルエステル、フマル酸モノアルキルモノグリシジルエステル、マレイン酸モノアルキルモノグリシジルエステル等の脂肪族エポキシ基含有不飽和化合物、又は、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、2,3−エポキシシクロペンチルメチル(メタ)アクリレート、7,8−エポキシ〔トリシクロ[5.2.1.0]デシ−2−イル〕オキシメチル(メタ)アクリレート等の脂環式エポキシ基含有不飽和化合物を、カルボキシル基含有ビニル系樹脂の有するカルボキシル基の5〜90モル%、好ましくは30〜70モル%程度を反応させて得られた反応生成物、及び、アリル(メタ)アクリレート、3−アリルオキシ−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、シンナミル(メタ)アクリレート、クロトニル(メタ)アクリレート、メタリル(メタ)アクリレート、N,N−ジアリル(メタ)アクリルアミド等の2種以上の不飽和基を有する化合物、又は、ビニル(メタ)アクリレート、1−クロロビニル(メタ)アクリレート、2−フェニルビニル(メタ)アクリレート、1−プロペニル(メタ)アクリレート、ビニルクロトネート、ビニル(メタ)アクリルアミド等の2種以上の不飽和基を有する化合物と、(メタ)アクリル酸等の不飽和カルボン酸、又は更に不飽和カルボン酸エステルとを、前者の不飽和基を有する化合物の全体に占める割合を10〜90モル%、好ましくは30〜80モル%程度となるように共重合させて得られた反応生成物等が挙げられる。
[1−2−1−1]E−R−N−T樹脂
上述の様に本発明の硬化性組成物は、感度及び現像性向上の面から、「(E)成分:エポキシ基含有(メタ)アクリレート」5〜90モル%、「(R)成分:(E)成分と共重合し得る他のラジカル重合性化合物」10〜95モル%を共重合させ、得られた共重合物に含まれるエポキシ基の10〜100モル%に「(N)成分:不飽和一塩基酸」を付加させ、前記(N)成分を付加したときに生成される水酸基の10〜100モル%に「(T)成分:多塩基酸無水物」を付加させて得られるE−R−N−T樹脂を含むことが好ましい。
ここで、(E)成分、即ち、エポキシ基含有(メタ)アクリレートとしては、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシブチル(メタ)アクリレート、(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートグリシジルエーテル等が例示できるが、中でもグリシジル(メタ)アクリレートが好ましい。これらの(E)成分は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
(E)成分の共重合割合((E)成分と(R)成分とを共重合させて共重合物を製造する際の共重合割合。以下適宜、単に「共重合割合」という)は、上記した通り、通常5〜90モル%であるが、好ましくは20モル%以上、より好ましくは30モル%以上、また、好ましくは80モル%以下、より好ましくは70モル%以下である。この割合が多すぎると(R)成分が減少し、耐熱性や強度が低下することがあり、少なすぎると重合性成分及びアルカリ可溶性成分の付加量が不十分となるため好ましくない。
一方、(R)成分の共重合割合は、上記の通り10〜95モル%であるが、好ましくは20モル%以上、より好ましくは30モル%以上、また、通常80モル%以下、より好ましくは70モル%以下である。この割合が多すぎると(E)成分が減るため重合性成分及びアルカリ可溶性成分の付加量が不十分となる虞があり、少なすぎると耐熱性や強度が低下する虞がある。
この(R)成分としては、例えば、下記式(13)で表される部分構造を有するモノ(メタ)アクリレートの1種又は2種以上を用いることが好ましい。
Figure 2007119718
(式(13)中、R1d〜R6dは、それぞれ独立に、水素原子、又は、メチル、エチル、プロピル等の炭素数1〜3のアルキル基を表し、R7dとR8dは、それぞれ独立に、水素原子、又はメチル基、エチル基、プロピル基などの炭素数1〜3のアルキル基を表す。また、R7dとR8dは連結して環を形成していてもよい。R7dとR8dが連結して形成される環は、好ましくは脂肪族環であり、飽和又は不飽和の何れでもよく、好ましくは炭素数5〜6である。)
上記式(13)の中では、下記式(14)、式(15)、又は式(16)で表される構造を有するモノ(メタ)アクリレートが好ましい。これらの部分構造を導入することによって、耐熱性や強度を増すことが可能である。なお、これらのモノ(メタ)アクリレートは、1種を用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
Figure 2007119718
前記の式(13)で表される部分構造を有するモノ(メタ)アクリレートとしては、公知の各種のものが使用できるが、特に次の化学式(17)で表されるものが好ましい。
Figure 2007119718
(式(17)中、R9dは水素原子又はメチル基を表し、R10dは前記の式(13)を表す。)
共重合モノマー(即ち、(E)成分と(R)成分との共重合物)中の前記の式(13)の部分構造を有するモノ(メタ)アクリレートの含有量は、通常5モル%以上、好ましくは10モル%以上、より好ましくは15モル%以上、また、通常90モル%以下、好ましくは70モル%以下であり、より好ましくは50モル%以下である。前記のモノ(メタ)アクリレートの含有量が少なすぎると残渣が十分に抑制できない虞があり、多すぎると分散安定性が低下する虞がある。
また、(R)成分のうち、上記以外のラジカル重合性化合物としては、特に限定されるものではないが、例えば、次のようなものが挙げられる。
スチレン、スチレンのα−、o−、m−、p−アルキル、ニトロ、シアノ、アミド、エステル誘導体;
ブタジエン、2,3−ジメチルブタジエン、イソプレン、クロロプレンなどのジエン類;
(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−n−プロピル、(メタ)アクリル酸−iso−プロピル、(メタ)アクリル酸−n−ブチル、(メタ)アクリル酸−sec−ブチル、(メタ)アクリル酸−tert−ブチル、(メタ)アクリル酸ペンチル、(メタ)アクリル酸ネオペンチル、(メタ)アクリル酸イソアミル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸シクロペンチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−メチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸ジシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸イソボロニル、(メタ)アクリル酸アダマンチル、(メタ)アクリル酸アリル、(メタ)アクリル酸プロパギル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ナフチル、(メタ)アクリル酸アントラセニル、(メタ)アクリル酸アントラニノニル、(メタ)アクリル酸ピペロニル、(メタ)アクリル酸サリチル、(メタ)アクリル酸フリル、(メタ)アクリル酸フルフリル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフリル、(メタ)アクリル酸ピラニル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸フェネチル、(メタ)アクリル酸クレジル、(メタ)アクリル酸−1,1,1−トリフルオロエチル、(メタ)アクリル酸パーフルオルエチル、(メタ)アクリル酸パーフルオロ−n−プロピル、(メタ)アクリル酸パーフルオロ−iso−プロピル、(メタ)アクリル酸トリフェニルメチル、(メタ)アクリル酸クミル、(メタ)アクリル酸3−(N,N−ジメチルアミノ)プロピル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシプロピルなどの(メタ)アクリル酸エステル類;
(メタ)アクリル酸アミド、(メタ)アクリル酸N,N−ジメチルアミド、(メタ)アクリル酸N,N−ジエチルアミド、(メタ)アクリル酸N,N−ジプロピルアミド、(メタ)アクリル酸N,N−ジ−iso−プロピルアミド、(メタ)アクリル酸アントラセニルアミドなどの(メタ)アクリル酸アミド;
(メタ)アクリル酸アニリド、(メタ)アクリロイルニトリル、アクロレイン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、N−ビニルピロリドン、ビニルピリジン、酢酸ビニルなどのビニル化合物;
シトラコン酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、フマル酸ジエチル、イタコン酸ジエチルなどの不飽和ジカルボン酸ジエステル;
N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−ラウリルマレイミド、N−(4−ヒドロキシフェニル)マレイミドなどのモノマレイミド;
N−(メタ)アクリロイルフタルイミドなど。
中でも、より優れた耐熱性及び強度を付与させるためには、(R)成分として、スチレン、ベンジル(メタ)アクリレート及びモノマレイミドから選択された少なくとも1種を使用することが有効である。この場合、スチレン、ベンジル(メタ)アクリレート及びモノマレイミドから選択された少なくとも一種の共重合割合は、通常1モル%以上、好ましくは3モル%以上、また、通常70モル%以下、好ましくは50モル%以下である。
また、(E)成分と(R)成分との共重合物に含まれるエポキシ基に付加させる(N)成分は、不飽和一塩基酸である。(N)成分としては、公知のものを使用することができる。例えば、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る。その具体例としては、前記特定エチレン性不飽和化合物(A)の項に記載のエチレン性不飽和基含有カルボン酸類(a)等が挙げられる。中でも好ましくはアクリル酸及び/又はメタクリル酸である。これらの(N)成分は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
さらに、(N)成分は、(E)成分と(R)成分との共重合反応で得られた共重合物に含まれるエポキシ基の10〜100モル%に付加させるが、好ましくは30モル%以上、より好ましくは50モル%以上に付加させる。この(N)成分の付加割合が少なすぎると経時安定性等、残存エポキシ基による悪影響が懸念されるからである。
なお、(E)成分と(R)成分との共重合物に(N)成分を付加させる方法としては、公知の方法を採用することができる。
(E)成分と(R)成分との共重合物に(N)成分を付加させたときに生成される水酸基に付加させる(T)成分、即ち、多塩基酸無水物としては、公知のものが使用できる。その具体例としては、前記特定エチレン性不飽和化合物(A)の項に記載の「エチレン性不飽和基含有カルボニルオキシ基を形成した後、更に反応させる多価カルボン酸若しくはその無水物」等が挙げられる。
なお、(T)成分は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。このような成分を付加させることにより、窒素非含有樹脂をアルカリ可溶性にすることができる。
(T)成分は、(N)成分を付加させたときに生成される水酸基の10〜100モル%に付加させるが、好ましくは20モル%以上、より好ましくは30モル%以上、また、好ましくは90モル%以下、より好ましくは80モル%以下に付加させる。この付加割合が多すぎると、現像時の残膜率が低下することがあり、少なすぎると溶解性が不十分となる虞がある。
また、(E)成分と(R)成分との共重合物に(N)成分を付加させたときに生成される水酸基に、(T)成分を付加させる方法としては、公知の方法を任意に採用することができる。
E−R−N−T樹脂には、さらに光感度を向上させるために(T)成分付加後、生成したカルボキシル基の一部にグリシジル(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を付加させたり、現像性を向上させるために(T)成分付加後、生成したカルボキシル基の一部に重合性不飽和基を有さないグリシジルエーテル化合物を付加させることもでき、また、この両者を付加させても良い。
なお、上記樹脂としては、例えば特開平8−297366号公報や特開2001−89533号公報に記載の樹脂が挙げられる。
また、上記樹脂の重量平均分子量に制限は無いが、例えば、GPCで測定したポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)としては、通常3000以上、好ましくは5000以上、また、通常100000以下、好ましくは50000以下である。この重量平均分子量が3000未満であると耐熱性、膜強度に劣る虞があり、100000を超えると現像液に対する溶解性が不足する虞がある。また、分子量分布(重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn))は、2.0〜5.0が好ましい。
[1−2−2]カルボキシル基及びエポキシ基を含有する共重合体
カルボキシル基及びエポキシ基を含有する共重合体としては、不飽和カルボン酸、エポキシ基を有する不飽和化合物、及び必要に応じてその他化合物との共重合体が挙げられ、例えば特開平11−133600号に記載の組成物に用いられるアルカリ可溶性樹脂等が挙げられる。
[1−2−3]酸変性エポキシ(メタ)アクリレート類
酸変性エポキシ(メタ)アクリレート類としては、例えば[1−1−1]に記載の特定エチレン性不飽和化合物(A)と同様の構造を有するもののうち、エポキシ基含有化合物より得られるものであって、かつ二重結合当量が400を超えるものを挙げることができる。
[1−2]に記載の樹脂の含有量は、本発明の硬化性組成物の全固形分に対して、通常20重量%以上、好ましくは25重量%以上であり、通常70重量%以下、好ましくは60重量%以下である。これらの樹脂の含有量が多すぎても、少なすぎても、現像性、硬化性や硬化物の機械的特性を低下させる傾向に有るため、好ましくない。
[1−3]重合性モノマー
本発明の硬化性組成物は、前記[1−1]章に記載のエチレン性不飽和化合物及び/又は[1−2]章に記載の樹脂に加え、重合性モノマーを含有することが好ましい。なお、本発明における「モノマー」とは、いわゆる高分子物質に相対する概念を意味し、狭義の「モノマー(単量体)」以外に「二量体」、「三量体」、「オリゴマー」をも包含する概念を意味する。
この重合性モノマーとしては、分子内に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。
本発明においては、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などが挙げられる。
前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、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も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。
多価ヒドロキシ化合物と、多塩基性カルボン酸及び不飽和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様なウレタン(メタ)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。
これらの重合性モノマーは、硬化性組成物中にその1種が単独で含まれていても良く、2種以上が含まれていても良い。
本発明の硬化性組成物中の重合性モノマーの含有率は、全固形分に対して、通常80重量%未満、好ましくは70重量%未満であり、好ましくは10重量%以上である。重合性モノマーの含有率が上記範囲外であると、パターンの良好な画像を得ることが困難となる。
[1−3−1]2級の水酸基を有する重合性モノマー
本発明の硬化性組成物は、基板に対する密着性、及び耐アルカリ性付与を目的として、2級の水酸基を有する重合性モノマーを含有していてもよい。2級の水酸基を有する重合性モノマーは、その分子中に2級の水酸基とエチレン性不飽和基を少なくとも一つずつ有する化合物であれば、特に制限は無いが、好ましくは、下記式(i)〜(iii)の部分構造を少なくとも一つ含む化合物を挙げる事が出来る。
Figure 2007119718
[式中、R61は、水素原子又はメチル基を表し、*は重合性モノマー中の他の部位との結合手を示す。]
これらの中で、式(i)で表される部分構造を有する化合物が特に好ましい。
また、別の好ましい化合物としては、下記式(iv),(v)で表される部分構造を少なくとも一つ含むか、下記式(vi)で表される化合物を挙げる事が出来る。
Figure 2007119718
[式中、R61は水素原子又はメチル基を表し、*は重合性モノマー中の他の部位との結合位置を示す。Gは任意の2価基を示す。]
なお、式(vi)において、Gで表される二価基としては、置換基を有していても良いアルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、アリーレン基等が挙げられる。また、Gが有していても良い置換基としては、例えば、ハロゲン原子、水酸基、アルキル基、アリール基などが挙げられる。
これらの中で、式(iv)で表される部分構造を有する化合物、及び式(vi)で表される化合物が特に好ましい。
本発明に好適な2級の水酸基を有する重合性モノマーについて、具体例を挙げるならば、プロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、グリセリンモノ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、グリセリンアクリレートメタクリレート、及びこれらのエチレンオキシドあるいはプロピレンオキシド等の炭素数2〜5のアルキレンオキシド変性物、脂肪族あるいは芳香族ジアルコール類、ポリアルキレングリコール類、あるいはビスフェノール類のジグリシジル化化合物と(メタ)アクリル酸との反応物及びそのアルキレンオキシド変性物などを挙げる事が出来る。
2級の水酸基を有する重合性モノマーは市販品を用いることもでき、市販品としては次のようなものが挙げられる。
共栄化学社製:
ライトエステル HOP,HOP−A,HOB,HO−MPP,G−101P,G−201P
エポキシエステル M−600A,40EM,70PA,200PA,80MFA,3002M,3002A,3000M,3000A
日本油脂社製:
ブレンマー GLM,GLM−R,GMR−H,GHR−R,GAM,GAM−R,G−FA−80,QA,P
新中村化学社製:
NKエステル 702A,701A,TOPOLENE−M,701
NKオリゴ EA−1020,EA−1025,EA−1026,EA−1028,EA−5520
上記のような2級の水酸基を有する重合性モノマーは、1種を単独で或いは2種以上の混合物として用いることが出来る。
本発明の硬化性組成物中の、2級の水酸基を有する重合性モノマーの含有量は、硬化性組成物中の全固形分に対して、通常0.5〜20重量%、好ましくは0.5〜15重量%、更に好ましくは0.5〜10重量%である。2級の水酸基を有する重合性モノマーの含有量が少なすぎると、基板との密着性の向上及び耐アルカリ性付与の効果が得られない。一方、2級の水酸基を有する重合性モノマーの含有量が多すぎると硬化性が損なわれるため、例えばスペーサー用として用いた場合に、必要な機械的特性が得られなくなるので、好ましくない。
[1−4]光重合開始剤及び/又は熱重合開始剤
本発明の硬化性組成物には、該硬化性組成物の硬化の方法に応じて、光重合開始剤及び/又は熱重合開始剤が含まれていても良い。本発明に係る光重合開始剤及び/又は熱重合開始剤は活性光線及び/又は熱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るものではなく、公知の光重合開始剤及び/又は熱重合開始剤重合開始剤を用いる事が出来る。
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−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オン、2−メチル−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノ−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−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;
特開2000−80068号公報、特願2004−183593号明細書等に記載されている、アセトフェノンオキシム−o−アセテート、1,2−オクタンジオン−1−[4−(フェニルチオ)−2−(o−ベンゾイルオキシム)]、1−[9−エチルー6−(2−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)等のオキシムエステル系化合物。
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号公報等にも記載されている。
これらの光重合開始剤は、硬化性組成物中にその1種が単独で含まれていても良く、2種以上が含まれていても良い。
また、本発明で用いられる熱重合開始剤の具体例としては、アゾ系化合物、有機過酸化物、過酸化水素等を挙げることができる。これらのうち、アゾ系化合物が好適に用いられる。
アゾ系化合物としては、2,2'-アゾビスイソブチロニトリル、2,2'-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、1,1'-アゾビス(シクロヘキセン-1-1-カルボニトリル)、2,2'-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、1-[(1-シアノ-1-メチルエチル)アゾ]ホルムアミド(2-(カルバモイルアゾ)イソブチロニトリル)、2,2-アゾビス[2-メチル-N-[1,1-ビス(ヒドロキシメチル)-2-ヒドロキシエチル]プロピオンアミド]、2,2'-アゾビス[N-(2-プロペニル)-2-メチルプロピオンアミド]、2,2'-アゾビス[N-(2-プロペニル)-2-エチルプロピオンアミド]、2,2'-アゾビス[N-ブチル-2-メチルプロピオンアミド]、2,2'-アゾビス(N-シクロヘキシル-2-メチルプロピオンアミド)、2,2'-アゾビス(ジメチル-2-メチルプロピオンアミド)、2,2'-アゾビス(ジメチル-2-メチルプロピオネート)、2,2'-アゾビス(2,4,4-トリメチルペンテン)等を挙げることができ、これらのうちでも、2,2'-アゾビスイソブチロニトリル、2,2'-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)等が好ましい。
有機過酸化物としては、過酸化ベンゾイル、過酸化ジ-t-ブチル、クメンハイドロパーオキシド等が挙げられる。具体的には、ジイソブチリルパーオキシド、クミルパーオキシネオデカノエート、ジ-n-プロピルパーオキシジカルボネート、ジイソプロピルパーオキシジカルボネート、ジ-sec-ブチルパーオキシジカルボネート、1,1,3,3-テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート、ジ(4-t-ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカルボネート、1-シクロヘキシル-1-メチルエチルパーオキシネオデカノエート、ジ(2-エトキシエチル)パーオキシジカルボネート、ジ(2-エチルヘキシル)パーオキシジカルボネート、t-ヘキシルパーオキシネオデカノエート、ジメトキシブチルパーオキシジカルボネート、t-ブチルパーオキシネオデカノエート、t-ヘキシルパーオキシピバレート、t-ブチルパーオキシピバレート、ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキシド、ジ-n-オクタノイルパーオキシド、ジラウロイルパーオキシド、ジステアロイルパーオキシド、1,1,3,3-テトラメチルブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、ジサッキニックアシドパーオキシド、2,5-ジメチル-2,5-ジ(2-エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン、t-ヘキシルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、ジ(4-メチルベンゾイル)パーオキシド、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、ジベンゾイルパーオキシド、t-ブチルパーオキシイソブチレート、1,1-ジ(t-ブチルパーオキシ)-2-メチルシクロヘキサン、1,1-ジ(t-ヘキシルパーオキシ)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、1,1-ジ(t-ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1-ジ(t-ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、2,2-ジ(4,4-ジ-(t-ブチルパーオキシ)シクロヘキシル)プロパン、t-ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカルボネート、t-ブチルパーオキシマレイン酸、t-ブチルパーオキシ-3,5,5-トリメチルヘキサノエート、t-ブチルパーオキシラウレート、2,5-ジメチル-2,5-ジ-(3-メチルベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、t-ブチルパーオキシイソプロピルモノカルボネート、t-ブチルパーオキシ2-エチルヘキシルモノカルボネート、t-ヘキシルパーオキシベンゾエート、2,5-ジ-メチル-2,5-ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、t-ブチルパーオキシアセテート、2,2-ジ-(t-ブチルパーオキシ)ブタン、t-ブチルパーオキシベンゾエート、n-ブチル4,4-ジ-(t-ブチルパーオキシ)バレレート、ジ(2-t-ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン、ジクミルパーオキシド、ジ-t-ヘキシルパーオキシド、2,5-ジメチル-2,5-ジ(t-ブチルパーオキシ)ヘキサン、ジ-t-ブチルパーオキシド、p-メンタンハイドロパーオキシド、2,5-ジメチル-2,5-ジ(t-ブチルパーオキシ)ヘキシン-3、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキシド、1,1,3,3-テトラメチルブチルハイドロパーオキシド、クメンハイドロパーオキシド、t-ブチルハイドロパーオキシド、t-ブチルトリメチルシリルパーオキシド、2,3-ジメチル-2,3-ジフェニルブタン、ジ(3-メチルベンゾイル)パーオキシドとベンゾイル(3-メチルベンゾイル)パーオキシドとジベンゾイルパーオキシドの混合物等を挙げることができる。
これらの熱重合開始剤は、硬化性組成物中にその1種が単独で含まれていても良く、2種以上が含まれていても良い。また、光重合開始剤と熱重合開始剤とを併用しても良い。
これらの光重合開始剤及び/又は熱重合開始剤の含有率は、本発明の硬化性組成物の全固形分に対して、通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、更に好ましくは0.5重量以上であり、通常30重量%以下、好ましくは20重量%以下である。この含有率が低すぎると感度低下を起こすことがあり、反対に高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。
[1−5]その他の成分
また本発明の硬化性組成物には、上記成分以外にも、溶剤、着色剤、密着向上剤、塗布性向上剤、現像改良剤、紫外線吸収剤、重合禁止剤、酸化防止剤、シランカップリング剤、エポキシ化合物、アミノ化合物、重合加速剤等を適宜配合することができる。
[1−5−1]溶剤
本発明の硬化性組成物に用いられる溶剤としては特に制限は無いが、例えば、水、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、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、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アセテート、プロピレングリコールジアセテート、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、3−メトキシブチルアセテート等の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、本発明の硬化性組成物の使用方法に応じて選択されるが、沸点が60〜280℃の範囲のものを選択するのが好ましい。より好ましくは70〜260℃の沸点を持つものである。これらの溶剤は1種を単独でもしくは2種以上を混合して使用することができる。
これらの溶剤は、本発明の硬化性組成物中の全固形分の割合が、通常10重量%以上、90重量%以下となるような量で使用される。
[1−5−2]着色剤
本発明の硬化性組成物に用いられる着色剤としては、顔料、染料等公知の着色剤を用いる事が出来る。また例えば顔料を用いる際に、その顔料が凝集したりせずに安定して硬化性組成物中に存在できるように、公知の分散剤や分散助剤が併用されても良い。着色剤の含有量は特に制限はないが、通常硬化性組成物の全固形分に対して70重量%以下である。
[1−5−3]塗布性向上剤、現像改良剤
本発明の硬化性組成物に用いられる塗布性向上剤あるいは現像改良剤としては、例えば公知の、カチオン性、アニオン性、ノニオン性、フッ素系、シリコン系界面活性剤を用いる事が出来る。また現像改良剤として、有機カルボン酸及び/又はその無水物など公知のものを用いる事も出来る。またその含有量は、硬化性組成物の全固形分に対して、通常20重量%以下、好ましくは10重量%以下である。
[1−5−4]重合禁止剤、酸化防止剤
また、本発明の硬化性組成物は、その安定性向上等の為、ハイドロキノン、メトキシフェノール等の重合禁止剤や、2,6-ジ-tert-ブチル-4-クレゾール(BHT)等のヒンダードフェノール系の酸化防止剤を含有する事が好ましい。その含有量は、硬化性組成物の全固形分に対して、通常5ppm以上、好ましくは10ppm以上で、通常1000ppm以下、好ましくは600ppm以下の範囲である。この含有量が少なければ安定性が悪化する傾向にあるし、多すぎれば、例えば熱及び/又は光による硬化の際に、硬化が不充分となる可能性があり好ましくない。特に、通常のフォトリソグラフィー法に使用される場合には、硬化性組成物の保存安定性及び感度の両面から鑑みた最適量に設定する必要がある。
[1−5−5]シランカップリング剤
また、本発明の硬化性組成物は、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配合することも好ましい。シランカップリング剤の種類としては、エポキシ系、(メタ)アクリル系、アミノ系等種々の物が1種を単独で或いは2種以上を混合して使用できるが、特にエポキシ系のシランカップリング剤が好ましい。その含有量は、硬化性組成物中の全固形分に対して、通常20重量%以下、好ましくは15重量%以下である。
[1−5−6]エポキシ化合物
また硬化性や基板との密着性を改善するため、エポキシ化合物を添加することも好ましい。
そのエポキシ化合物としては、所謂エポキシ樹脂の繰返し単位を構成する、ポリヒドロキシ化合物とエピクロルヒドリンを反応させて得られるポリグリシジルエーテル化合物、ポリカルボン酸化合物とエピクロルヒドリンを反応させて得られるポリグリシジルエステル化合物、及び、ポリアミン化合物とエピクロルヒドリンを反応させて得られるポリグリシジルアミン化合物等の、低分子量物から高分子量物にわたる化合物が挙げられる。
そのポリグリシジルエーテル化合物としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール等の炭素数1〜20のアルキレングリコールのジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等の炭素数2〜50のポリアルキレングリコールのジグリシジルエーテル、グリセロール、ペンタエリスリトール等のポリオールのポリグリシジルエーテル、芳香族ジオールのジグリシジルエーテル、芳香族ポリオールのポリグリシジルエーテルなどが挙げられる。具体的には、ポリエチレングリコールのジグリシジルエーテル型エポキシ、ビス(4−ヒドロキシフェニル)のジグリシジルエーテル型エポキシ、ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)のジグリシジルエーテル型エポキシ、ビスフェノールFのジグリシジルエーテル型エポキシ、ビスフェノールAのジグリシジルエーテル型エポキシ、テトラメチルビスフェノールAのジグリシジルエーテル型エポキシ、エチレンオキシド付加ビスフェノールAのジグリシジルエーテル型エポキシ、フルオレン型ビスフェノールのジグリシジルエーテル型エポキシ、フェノールノボラック型エポキシ、クレゾールノボラック型エポキシ等が挙げられ、これらのポリグリシジルエーテル化合物は、残存するヒドロキシル基に酸無水物や2価の酸化合物等を反応させカルボキシル基を導入したものであっても良い。
また、そのポリグリシジルエステル化合物としては、例えば、ヘキサヒドロフタル酸のジグリシジルエステル型エポキシ、フタル酸のジグリシジルエステル型エポキシ等が、また、そのポリグリシジルアミン化合物としては、例えば、ビス(4−アミノフェニル)メタンのジグリシジルアミン型エポキシ、イソシアヌル酸のトリグリシジルアミン型エポキシ等が、それぞれ挙げられる。
このようなエポキシ化合物は、硬化性組成物中にその1種が単独で含まれていても良く、2種以上が含まれていても良い。硬化性組成物中のエポキシ化合物の含有量は、全固形分に対して、通常40重量%以下、好ましくは30重量%以下である。エポキシ化合物の含有量が多すぎる場合には、硬化性組成物の保存安定性が悪化する可能性がある。
また、この場合、公知のエポキシ硬化剤が併用されていても良い。
[1−5−7]アミノ化合物
また、本発明の硬化性組成物は、その硬化性(硬化性組成物の硬化速度、硬化物の機械的特性)や基板との密着性を改善するため、アミノ化合物の1種又は2種以上を添加することも好ましい。その含有量は、硬化性組成物中の全固形分に対して、通常40重量%以下、好ましくは30重量%以下である。また、通常0.5重量%以上、好ましくは1重量%以上である。この含有量が多すぎる場合には、硬化性組成物の保存安定性が悪化する可能性がある。また、含有量が少なすぎる場合には、前記の硬化性や基板との密着性の改善効果が低くなる。
また、特に硬化速度を期待する場合は、上記含有量は通常10重量%以下、好ましくは5重量%以下である。また、通常0.5重量%以上、好ましくは1重量%以上である。この含有量が大きすぎるとパターンの形成性が悪化する可能性がある。
そのアミノ化合物としては、官能基としてメチロール基、それを炭素数1〜8のアルコール縮合変性したアルコキシメチル基を少なくとも2個有するアミノ化合物が挙げられ、例えば、メラミンとホルムアルデヒドとを重縮合させたメラミン樹脂、ベンゾグアナミンとホルムアルデヒドとを重縮合させたベンゾグアナミン樹脂、グリコールウリルとホルムアルデヒドとを重縮合させたグリコールウリル樹脂、尿素とホルムアルデヒドとを重縮合させた尿素樹脂、メラミン、ベンゾグアナミン、グリコールウリル、又は尿素等の2種以上とホルムアルデヒドとを共重縮合させた樹脂、及び、それら樹脂のメチロール基をアルコール縮合変性した変性樹脂等が挙げられる。中で、本発明においては、メラミン樹脂及びその変性樹脂が好ましく、メチロール基の変性割合が70%以上の変性樹脂が更に好ましく、メチロール基の変性割合が80%以上の変性樹脂が特に好ましい。
これらのアミノ化合物の具体例として、メラミン樹脂及びその変性樹脂として、三井サイテック社の「サイメル」(登録商標)300、301、303、350、736、738、370、771、325、327、703、701、266、267、285、232、235、238、1141、272、254、202、1156、1158、及び、三和ケミカル社の「ニカラック」(登録商標)MW−390、MW−100LM、MX−750LM、MW−30M、MX−45、MX−302が、また、ベンゾグアナミン樹脂及びその変性樹脂として、「サイメル」(登録商標)1123、1125、1128、また、グリコールウリル樹脂及びその変性樹脂として、「サイメル」(登録商標)1170、1171、1174、1172、及び、「ニカラック」(登録商標)MX−270、BX−4000、また、尿素樹脂及びその変性樹脂として、三井サイテック社の「UFR」(登録商標)65、300、及び、「ニカラック」(登録商標)MX−290、等が挙げられる。
[1−5−8]重合加速剤
また、本発明の硬化性組成物は、重合硬化の促進の為、重合加速剤の1種又は2種以上を添加することも好ましい。
その重合加速剤としては、例えば、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾイミダゾール、2−メルカプトベンゾオキサゾール、3−メルカプト−1,2,4−トリアゾール、2−メルカプト−4(3H)−キナゾリン、β−メルカプトナフタレン、エチレングリコールジチオプロピオネート、トリメチロールプロパントリスチオプロピオネート、ペンタエリスリトールテトラキスチオプロピオネート等のメルカプト基含有化合物類、ヘキサンジチオール、トリメチロールプロパントリスチオグリコネート、ペンタエリスリトールテトラキスチオプロピオネート等の多官能チオール化合物類、N,N−ジアルキルアミノ安息香酸エステル、N−フェニルグリシン又はそのアンモニウム塩やナトリウム塩等の塩等の誘導体、フェニルアラニン、又はそのアンモニウムやナトリウム塩等の塩、エステル等の誘導体等の芳香族環を有するアミノ酸又はその双極イオン化合物などの誘導体類等が挙げられる。
これらの重合加速剤の含有量は、硬化性組成物中の全固形分に対して、通常10重量%以下、好ましくは5重量%以下である。この含有量が多すぎる場合には、現像性や密着性が劣るなどの不具合があり、好ましくない。
[1−6]総変形量、上断面積、及び弾性復元率
本発明の硬化性組成物は、微小硬度計による負荷−除荷試験において、下記指標式(1)及び(2)を満たす硬化物を形成しうることを特徴とし、この特性は特にスペーサー用途で用いる場合に好ましい。
|H1−H2|/|P1−P2|≧0.35 (1)
|R1−R2|/|P1−P2|≦15 (2)
(式(1)中、H1、H2はそれぞれ上断面積が40±5μm2、150±5μm2のスペーサーの総変形量(μm)を示す。式(1)(2)中、P1、P2はそれぞれ上断面積が40±5μm2、150±5μm2のスペーサーにかかる圧力(mN/μm2)を示す。式(2)中、R1、R2はそれぞれ上断面積が40±5μm2、150±5μm2のスペーサーの弾性復元率(%)を示す。)
前述の如く、大型液晶画面テレビの液晶表示装置(以下、「パネル」と称することがある。)等に供されるスペーサーは、該パネルの製造工程で、荷重がかかりやすく、スペーサーの総変形量が大きくなる傾向がある。また、特に大画面のパネルでは各部で荷重にムラが起こりやすい。
本発明の硬化性組成物はこのような場合において、硬化物(スペーサー)の外部圧力を受けたときの変形量が大きく(即ち、基板作成時の圧着力不均一を吸収することができ)、高圧力下でも弾性復元率が著しく低下しない(即ち、弾性復元率の圧力依存性が少ない)という点で有意義である。
上記指標式(1)で、|H1−H2|/|P1−P2|は0.35以上であるが、0.4以上が好ましく、0.5以上が更に好ましい。また、通常1以下である。|H1−H2|/|P1−P2|の値が大きすぎても小さすぎても指標式(1)、(2)を同時に満たすことによる特性が得られにくくなる。
また、上記指標式(2)で、|R1−R2|/|P1−P2|は15以下であるが10以下が好ましく、7以下が更に好ましく、理想値は0である。|R1−R2|/|P1−P2|の値が大きすぎると、指標式(1)、(2)を同時に満たす特性が得られにくくなる。
ここで、微小硬度計による負荷−除荷試験は、後述の[2]章や公知の方法により形成されたスペーサーパターンのうち、上断面積が40±10μm2及び150±5μm2、高さ3.5±0.1μmのパターン1個について、微小硬度計を用いて以下のようにして実施される。なお、スペーサーパターンは上面から見た形状が円形であるものが、正確に測定しうる点で好ましい。
ここで、スペーサーパターンの上断面積とは、以下の面積をいう。
まず、一個のスペーサーパターンについて、(株)キーエンス社製超深度カラー3D形状測定顕微鏡「VK−9500」を用いてスペーサーパターンの中軸を通る縦断面をプロファイルする。このスペーサーパターンのプロファイル手法について、図1,2を参照して説明する。図1はスペーサーパターンを上から見た際のプロファイルする位置を示す模式図であり、図2はスペーサーパターンの縦断面のプロファイルを示す模式図である。図1,2において、1はスペーサーパターン、2はスペーサーパターンの中軸、3はプロファイル位置、4はスペーサーパターンの縦断面のプロファイル、5は基板面から最高位置までの高さ、6は基板面から最高位置までの高さの95%の高さ、7は上断面の円の直径AA′である。
このように、プロファイルした図形(4)の基板面から最高位置の点Qまでの高さ(5)の95%の高さ(6)における、スペーサーパターンの図形内の基板面に平行な直線AA′の長さ(7)を測定する。このAA′を直径とする円の面積をスペーサーパターンの上断面積とする。また、上記の基板面からパターンの最高位置の点Qの95%の高さ(6)をスペーサー高さとする。
負荷−除荷試験の微小硬度計としては、フィッシャー・インストルメンツ社製「FISCHERSCOPE H100」、島津製作所社製「島津ダイナミック超微小硬度計DUH−W201S」等が用いられる。
試験条件は、測定温度23℃、直径50μmの平面圧子を使用し、一定速度(2mN/sec)でスペーサーに荷重を加え、所定の最大荷重80(mN)に達したところで5秒間保持し、続いて同速度にて除荷を行う。この試験より求められる、図3に示すような荷重−変位曲線より、最大変位H[max]、最終変位H[last]を測定し、前記最大変位H[max]を総変形量とする。
また、スペーサーにかかる圧力P(mN/μm2)及び弾性復元率R(%)は、上記測定値に基づいて、以下のように計算される。
圧力P(mN/μm2)=
最大荷重80(mN)/スペーサーパターン上断面積(μm2
弾性復元率R(%)=(H[max]−H[last])/H[max]×100
前記指標式(1)及び(2)の値は、上段面積が40±5μm2、150±5μm2のスペーサーの最大変位H[max](mN)をそれぞれH1、H2、スペーサーにかかる圧力P(mN/μm2)をそれぞれP1、P2、弾性復元率R(%)をそれぞれR1、R2として、計算により求められる。
本発明の硬化性組成物により形成される硬化物が[1−6]章に記載の機械的特性を有するに際しては、本発明の硬化性組成物の組成は限定されるものではないが、このような機械的特性は、例えば、(i)硬化性組成物が前述の二重結合当量が400以下であるエチレン性不飽和化合物の添加、(ii)E−R−N−T樹脂の添加、(iii)アミノ化合物の添加、(iv)組成物中における固形分全体としての二重結合当量を通常300以下、好ましくは250以下、通常100以上とすること等、により達成される。
[2]硬化性組成物の使用方法
本発明の硬化性組成物は、公知のカラーフィルタ用硬化性組成物と同様の方法で使用されるが、以下、特にスペーサー用感光性組成物として使用される場合について説明する。
通常、スペーサー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硬化性組成物を、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ーなどの方法によりパターン形成を行う。その後、必要により追露光や熱硬化処理を行うことにより、該基板上にスペーサーが形成される。
[2−1]基板への供給方法
本発明の硬化性組成物は、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、スプレーコート法など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、かつ、スピンコート法によった際に付着するミストなどの影響が全くない、異物発生が抑制されるなど、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、例えばスペーサーの場合には、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9μm以下、特に好ましくは7μm以下の範囲である。また、乾燥膜厚あるいは最終的に形成されたスペーサーの高さが、基板全域に渡って均一であることが重要である。スペーサー高さの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。また、硬化性組成物は、インクジェット法や印刷法などにより、パターン状に供給されても良い。
[2−2]乾燥方法
基板上に硬化性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良い。乾燥の条件は、溶剤成分の種類、使用する乾燥機の性能など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などに応じて、通常は40〜130℃の温度で15秒〜5分間の範囲で選ばれ、好ましくは50〜110℃の温度で30秒〜3分間の範囲で選ばれる。
[2−3]露光方法
露光は、硬化性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、マスクパターンを用いないレーザー光による走査露光方式によっても良い。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、脱酸素雰囲気下で行ったり、本発明の硬化性組成物よりなる光重合性層上にポリビニルアルコール層などの酸素遮断層を形成した後に露光を行っても良い。
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、蛍光ランプなどのランプ光源や、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などのレーザー光源などが挙げられる。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
上記の露光を行った後、アルカリ性化合物の水溶液、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、さらに界面活性剤、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など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)、コリンなど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良い。
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など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などのアニオン性界面活性剤、アルキルベタイン類、アミノ酸類などの両性界面活性剤が挙げられる。これらは1種を単独で用いても、2種以上を併用しても良い。
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などが挙げられる。有機溶剤は、1種を単独で用いても良く、2種以上の混合溶剤としても良く、また水溶液として用いても良い。
[2−5]追露光及び熱硬化処理
現像の後の基板には、必要により前記の露光方法と同様な方法により追露光を行っても良く、また熱硬化処理を行っても良い。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。このような熱硬化処理を施すことは特に好ましい。
本発明において、前記[1−6]章に記載の機械的特性を有する硬化物を形成するのに好ましい条件としては、例えば200〜250℃、特に230℃で、15〜30分間の熱硬化処理を挙げることができる。
次に、合成例、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
〈合成例1:エチレン性不飽和化合物(A1)の合成〉
無水琥珀酸120重量部と市販のペンタエリスリトールトリアクリレート596重量部を、トリエチルアミン2.5重量部及びハイドロキノン0.25重量部の存在下に100℃で5時間反応させることにより、1分子中に1個のカルボキシル基と2個以上のアクリロイル基を有する多官能アクリレート67重量%とペンタエリスリトールテトラアクリレート33重量%とからなる酸価94mg−KOH/gの多官能アクリレート混合物(エチレン性不飽和基含有カルボン酸混合物AA1)を得た。
次に1500mlの四つ口フラスコに、9,9−ビス(4'−ヒドロキシフェニル)フルオレンのジエポキシ化物(エポキシ当量231)231g、前記多官能アクリレート混合物(AA1)597g、トリエチルベンジルアンモニウムクロライド17.08g、及びp−メトキシフェノール0.25g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート219gを仕込み、25ml/分の速度で空気を吹き込みながら88〜90℃で加熱溶解させ、酸価が0.8mg−KOH/gに達するまで溶液を8時間加熱攪拌し続け、無色透明の反応生成物を得た。引き続いて、得られた反応生成物に1,2,3,6−テトラヒドロ無水フタル酸137gを加えて88〜90℃で4時間反応させた。
得られた溶液は、固形分中に主成分として、
・化合物(A1)である9,9−ビス(4'−ヒドロキシフェニル)フルオレンのジエポキシ化物のペンタエリスリトールトリアクリレートのコハク酸ハーフエステル付加物と1,2,3,6−テトラヒドロ無水フタル酸との反応物約80重量%(この成分の二重結合当量は261)
・ペンタエリスリトールテトラアクリレート約20重量%
とを含むものである。混合物(エチレン性不飽和化合物を含む混合物A1M)全体として、固形分酸価は54mg−KOH/g、重量平均分子量は2,500のものであった。
〈合成例2:エチレン性不飽和化合物(A2)の合成〉
1500mlの四つ口フラスコに、ビスフェノールA型エポキシ化合物(ジャパンエポキシレジン社製エピコート828、エポキシ当量186)30g、合成例1の多官能アクリレート混合物(AA1)と同様の方法で合成したジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとジペンタエリスリトールペンタアクリレートのコハク酸ハーフエステルの混合物(AA2)(酸価28.4mg−KOH/g、重量平均分子量830)321g、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン1-オキシル0.18g、トリフェニルフォスフィン7.02g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート96.4gを90℃で酸価が2.5mg−KOH/g以下になるまで撹拌した。引き続いて、得られた反応生成物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141gを加えて溶解させた後、1,2,3,6−テトラヒドロ無水フタル酸21.0gを加え、90℃で4時間反応させた。
得られた溶液は、固形分中に主成分として、
・化合物(A2)であるビスフェノールA型エポキシ化合物のジペンタエリスリトールペンタアクリレートのコハク酸ハーフエステル付加物と1,2,3,6−テトラヒドロ無水フタル酸との反応物約41重量%(この成分の二重結合当量は189)
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート約59重量%
とを含むものである。混合物(エチレン性不飽和化合物を含む混合物A2M)全体として、固形分酸価19.9mg−KOH/g、重量平均分子量が2,500のものであった。
〈合成例3:エチレン性不飽和化合物(A3)の合成〉
下記構造式で表されるエポキシ化合物(エポキシ当量305)45重量部、上記(AA2)300重量部、テトラメチルピペリジン1−オキシル0.17重量部、トリフェニルホスフィン6.9重量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート95重量部を反応容器に仕込み、90℃で酸価が2.5mg−KOH/g以下になるまで撹拌した。酸価が目標に達するまで8時間を要した。得られた反応液に1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物13.5重量部を添加し、90℃で4時間反応させた。
得られた溶液は、固形分中に主成分として、
・化合物(A3)である下記エポキシ化合物のコハク酸ハーフエステル付加物と1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸との反応物約43重量%(この成分の二重結合当量は200)
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート約57重量%
とを含むものである。混合物(エチレン性不飽和化合物を含む混合物A3M)全体として、固形分酸価22.8mg−KOH/g、重量平均分子量が1,600であった。
Figure 2007119718
〈合成例4:エチレン性不飽和化合物(A4)の合成〉
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート90重量部、アゾ系重合開始剤(和光純薬(株)製「V−59」)6.1重量部を反応容器に仕込み、窒素雰囲気下、80℃に昇温し、スチレン15重量部、グリシジルメタクリレート42重量部及びトリシクロデカン骨格を有するモノメタクリレート(日立化成社製「FA−513M」)30重量部を滴下し、更に4時間撹拌を行った。次いで、反応容器内を空気置換し、パラメトキシフェノール0.05重量部、アクリル酸21.3重量部及びテトラエチルアンモニウムクロライド2.1重量部を投入し、80℃で8時間反応を続けた。その後、テトラヒドロ無水フタル酸12.5重量部を加え、85℃で4時間反応させた。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を添加し、固形分濃度50重量%の溶液とした。得られたエチレン性不飽和化合物の固形分酸価は38mg−KOH/g、重量平均分子量は10,000、二重結合当量は409であった。
〈合成例5:エチレン性不飽和化合物(A5)の合成〉
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート180重量部、アゾ系重合開始剤(和光純薬(株)製「V−59」)7.3重量部を反応容器に仕込み、窒素雰囲気下、80℃に昇温し、メチルメタクリレート4重量部、メタクリル酸70重量部及びイソボルニルメタクリレート31重量部を滴下し、更に4時間撹拌を行った。次いで、反応容器内を空気置換し、パラメトキシフェノール0.1重量部、グリシジルメタクリレート103.8重量部及びテトラエチルアンモニウムクロライド4.2重量部を投入し、85℃で10時間反応を続けた。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を添加し、固形分濃度50重量%の溶液とした。得られたエチレン性不飽和化合物の固形分酸価は22mg−KOH/g、重量平均分子量は16,000、二重結合当量は286であった。
〈合成例6:比較例用アクリル樹脂(R1)の合成〉
公知のスペーサー用硬化性組成物を追試すべく、特開平11−133600号公報中合成例3に記載のアクリル樹脂を、以下の方法で合成した。
冷却管、攪拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)7重量部、ジエチレングリコールジメチルエーテル200重量部を仕込んだ。引き続きスチレン10重量部、メタクリル酸20重量部、メタクリル酸グリシジル45重量部、ジシクロペンタニルメタクリレート25重量部を仕込み窒素置換した後、ゆるやかに攪拌を始めた。溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持し、アクリル樹脂(R1)を含む重合体溶液を得た。得られたアクリル樹脂の固形分酸価は121mg−KOH/g、重量平均分子量は16,000であった。
該アクリル樹脂には、合成条件から鑑みて、エチレン性不飽和基はほとんど含有されていない(即ち、二重結合当量は無限大)。
〈実施例1〜6及び比較例1〉
〈1〉硬化性組成物の調製
エチレン性不飽和化合物、重合開始剤、重合性モノマー、界面活性剤、及びその他の添加剤を表1に示す配合割合で混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを加えて、固形分濃度35重量%に調整し、室温で撹拌して溶解させた後、ミリポアフィルタ(2μm)で濾過して、硬化性組成物を得た。
なお、表1中、「エチレン性不飽和化合物を含む混合物」とは、前記合成例1〜3で得られた混合物(各々、(A1M)、(A2M)、(A3M))を意味し、該混合物の全固形分の配合割合(重量部)を示した。また合成例1〜6で得られた化合物(A1)、(A2)、(A3)、(A4)、(A5)、(R1)以外の各成分の詳細は次の通りである。
(B1)光重合開始剤:チバスペシャリティーケミカルズ社製「Irgacure907」
(C1)ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート:日本化薬社製「KAYARAD DPHA」
(F1)フッ素系界面活性剤:住友スリーエム社製「FC430」
(N1)シランカップリング剤:東レダウコーニング社製「SH6040」
(N2)アミノ化合物:三和ケミカル社製「ニカラックMW−390」
Figure 2007119718
〈2〉スペーサーパターンの形成
表面にITO膜を形成したガラス基板の該ITO膜上に、スピナーを用いて上記〈1〉で得られた硬化性組成物を塗布した後、80℃で3分間ホットプレート上で加熱乾燥して塗膜を形成した。得られた塗膜に所定パターンマスクを用いて、365nmでの強度が32mW/cm2である紫外線を用いて、露光量が100mJ/cm2となるよう露光した。この際の紫外線照射は空気下で行った。次いで、23℃の0.1重量%水酸化カリウム水溶液で最小現像時間の2倍の時間スプレー現像した後、純水で1分間リンスした。ここで、最小現像時間とは、同現像条件にて、未露光部が完全に溶解される時間を意味する。これらの操作により、不要な部分が除去されてスペーサーパターンの形成された基板を、オーブン中230℃で30分間加熱し硬化させ、高さ3.5μmで異なるサイズの円柱状スペーサーパターンを得た。
〈3〉スペーサーパターンの形状計測
上記〈2〉で得られたパターンについて、(株)キーエンス社製超深度カラー3D形状測定顕微鏡「VK−9500」を用いて、図1に示す如く、スペーサーパターンの中軸を通る縦断面をプロファイルし、上断面積及び高さを計測した。プロファイルした図形(図2に模式図を示した)の基板面から最高位置の点Qまでの高さの、95%の高さをスペーサーの高さとし、この高さにおける、スペーサーパターンの図形内の基板面に平行な直線AA′の長さを測定し、AA′を直径とする円の面積をスペーサーパターンの上断面積とした。
〈4〉スペーサーの機械的特性の評価
上記〈2〉で得られたスペーサーパターンの機械的特性をフィッシャー・インストルメンツFISCHERSCOPE H100を用いた負荷−除荷試験により評価した。
測定温度23℃にて、50μm角の平面圧子により、一定速度(2mN/sec)でスペーサーパターンに荷重Lを加え、所定の最大荷重80(mN)に達したところで5秒間保持し、続いて同速度にて除荷を行った。
この試験より求められる荷重−変位曲線(図3に模式図を示した)より、最大変位(総変形量)H[max]及び最終変位H[last]を測定し、スペーサーにかかる圧力P(mN/μm2)及び弾性復元率R(%)は、上記測定値に基づいて、以下のように計算した。
圧力P(mN/μm2
=最大荷重80(mN)/スペーサーパターン上断面積(μm2
弾性復元率R(%)=(H[max]−H[last])/H[max]×100
上記スペーサーの機械的特性の評価を、表2に示すスペーサー形状(スペーサー上断面積、スペーサー高さ)、負荷−除荷条件(最大荷重、負荷速度)の下で行い、評価条件1で得られた圧力P1、総変形量H1、弾性復元率R1と、評価条件2で得られた圧力P2、総変形量H2、弾性復元率R2より前記指標式(1)、(2)の値を求め、下記評価基準でスペーサーの機械特性の評価を行い、結果を表3に示した。
(評価基準)
0.35>|H1−H2|/|P1−P2| :×
0.40>|H1−H2|/|P1−P2|≧0.35 :△
0.50>|H1−H2|/|P1−P2|≧0.40 :○
|H1−H2|/|P1−P2|≧0.50 :◎
|R1−R2|/|P1−P2|>15 :×
15≧|R1−R2|/|P1−P2|>10 :△
10≧|R1−R2|/|P1−P2|> 7 :○
7≧|R1−R2|/|P1−P2| :◎
Figure 2007119718
Figure 2007119718
スペーサーパターンを上から見た際のプロファイルする位置を示す模式図である。 スペーサーパターンの縦断面のプロファイルを示す模式図である。 スペーサーの負荷−除荷試験における荷重−変位曲線を示す模式図である。
符号の説明
1 スペーサーパターン
2 スペーサーパターンの中軸
3 プロファイル位置
4 スペーサーパターンの縦断面のプロファイル
5 基板面から最高位置までの高さ
6 基板面から最高位置までの高さの95%の高さ
7 上断面の円の直径AA′

Claims (7)

  1. 微小硬度計による負荷−除荷試験において、下記指標式(1)及び(2)を満たす硬化物を形成しうることを特徴とする硬化性組成物。
    |H1−H2|/|P1−P2|≧0.35 (1)
    |R1−R2|/|P1−P2|≦15 (2)
    (式(1)中、H1、H2はそれぞれ上断面積が40±5μm2、150±5μm2のスペーサーの総変形量(μm)を示す。式(1)(2)中、P1、P2はそれぞれ上断面積が40±5μm2、150±5μm2のスペーサーにかかる圧力(mN/μm2)を示す。式(2)中、R1、R2はそれぞれ上断面積が40±5μm2、150±5μm2のスペーサーの弾性復元率(%)を示す。)
  2. 二重結合当量が400以下であるエチレン性不飽和化合物を含有することを特徴とする請求項1に記載の硬化性組成物。
  3. 該エチレン性不飽和化合物が、エポキシ基含有化合物より得られる請求項2に記載の硬化性組成物。
  4. 該エチレン性不飽和化合物が、カルボキシル基を含有する請求項2又は3に記載の硬化性組成物。
  5. カルボキシル基含有ビニル樹脂、カルボキシル基及びエポキシ基を含有する共重合体、並びに酸変性エポキシ(メタ)アクリレート類から選ばれる1以上の化合物を含有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  6. 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の硬化性組成物により形成されたことを特徴とする硬化物。
  7. 請求項6に記載の硬化物を有することを特徴とする液晶表示装置。
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