JP4998735B2 - 感放射線性組成物、カラーフィルタ、ブラックマトリックスおよび液晶表示素子 - Google Patents
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Description
このような問題を発生することなく、色純度の高いカラーフィルタおよび遮光性の高いブラックマトリックスを形成しうる感放射線性組成物は従来知られていない。
(A)着色剤、(B)アルカリ可溶性樹脂、(C)多官能性単量体および(D)光重合開始剤を含有する感放射線性組成物であって、(B)アルカリ可溶性樹脂が下記式(B−1)
で表される構造を有し、そして上記感放射線性組成物が着色層の形成に用いられる感放射線性組成物によって達成される。
上記感放射線性組成物から形成された着色層を有するカラーフィルタまたは上記感放射線性組成物から形成された着色層からなるブラックマトリックスによって達成され、第三に、
上記カラーフィルタまたはブラックマトリックスを具備する液晶表示素子によって達成される。
また、本発明において「カラーフィルタ」とは、少なくとも基板とその表面上に形成された各色の画素アレイ(着色層)とからなり、さらにブラックマトリックス、透明導電膜、薄膜トランジスタ、保護膜、スペーサー等を有していてもよい。
本発明の感放射線性組成物に含有される(A)着色剤は、色調が特に限定されるものではなく、目的の着色層の用途に応じて適宜選定され、また有機着色剤でも無機着色剤でもよい。
有機着色剤としては、例えば有機顔料、天然色素等を挙げることができる。無機着色剤としては、無機顔料、体質顔料等を挙げることができる。
上記有機顔料としては、例えばカラーインデックス(C.I.;The Society of Dyers and Colourists社発行)においてピグメント(Pigment)に分類されている化合物、具体的には、下記のようなカラーインデックス(C.I.)番号が付されているものを挙げることができる。
C.I.ピグメントオレンジ36、C.I.ピグメントオレンジ43、C.I.ピグメントオレンジ51;
C.I.ピグメントレッド9、C.I.ピグメントレッド97、C.I.ピグメントレッド122、C.I.ピグメントレッド123、C.I.ピグメントレッド149、C.I.ピグメントレッド176、C.I.ピグメントレッド177、C.I.ピグメントレッド180、C.I.ピグメントレッド215、C.I.ピグメントレッド242、C.I.ピグメントレッド254;
C.I.ピグメントバイオレット19、C.I.ピグメントバイオレット23、C.I.ピグメントバイオレット29;
C.I.ピグメントブルー15、C.I.ピグメントブルー15:3、C.I.ピグメントブルー15:6;
C.I.ピグメントグリーン7、C.I.ピグメントグリーン36、C.I.ピグメントグリーン58;
C.I.ピグメントブラウン23、C.I.ピグメントブラウン25;
C.I.ピグメントブラック1、C.I.ピグメントブラック7。
上記体質顔料としては、例えば酸化チタン、硫酸バリウム、亜鉛華、炭酸カルシウム等を、それぞれ挙げることができる。
上記カーボンブラックとしては、例えばファーネスブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック等を挙げることができ、その具体例としては、ファーネスブラックとして、SAF、SAF−HS、ISAF、ISAF−LS、ISAF−HS、HAF、HAF−LS、HAF−HS、MAF、FEF、FEF−HS、SRF、SRF−LM、SRF−LS、GPF、ECF、N−339、N−351等;
サーマルブラックとして、FT、MT等を、それぞれ挙げることができる。
SAF−HSとしてダイアブラックSA(三菱化学(株)製)、シースト9H(東海カーボン(株)製)等;
ISAFとしてダイアブラックI(三菱化学(株)製)、シースト6(東海カーボン(株)製)等;
ISAF−LSとしてダイアブラックLI(三菱化学(株)製)、シースト600(東海カーボン(株)製)等;
ISAF−HSとしてダイアブラックN234(三菱化学(株)製)、シースト7HM(東海カーボン(株)製)等;
HAFとしてダイアブラックH(三菱化学(株)製)、シースト3(東海カーボン(株)製)等;
HAF−LSとしてダイアブラックLH(三菱化学(株)製)、シースト300(東海カーボン(株)製)等;
HAF−HSとしてダイアブラックSH(三菱化学(株)製)、シーストKH(東海カーボン(株)製)等;
MAFとしてダイアブラックN550M(三菱化学(株)製)、シースト116(東海カーボン(株)製)等;
FEFとして三菱化学社製のダイアブラックE(三菱化学(株)製)、シーストSO、同F、同FM(以上、東海カーボン(株)製)等;
SRF−LMとしてダイアブラックN760M(三菱化学(株)製)、HTC#SL(新日鐵化学(株)製)等;
GPFとしてダイアブラックG(三菱化学(株)製)、シーストV(東海カーボン(株)製)等を、それぞれ挙げることができる。
前記着色剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
本発明の感放射線性組成物をカラーフィルタの形成に用いる場合、カラーフィルタには高精細な発色と耐熱性が求められることから、(A)着色剤としては、発色性が高く且つ耐熱性の高い着色剤、特に耐熱分解性の高い着色剤が好ましく、具体的には有機着色剤が好ましく、特に有機顔料が好ましく用いられる。
一方、本発明の感放射線性組成物をブラックマトリックスの形成に用いる場合、ブラックマトリックスには高度の遮光性が要求されることから、(A)着色剤としては有機顔料またはカーボンブラックが好ましく用いられる。
上記分散剤としては、例えば、カチオン性、アニオン性、ノニオン性および両性の各種界面活性剤やポリマー分散剤等の適宜の分散剤を使用することができるが、これらのうちポリマー分散剤が好ましい。具体的には、アクリル系共重合体、変性アクリル系共重合体、ポリウレタン、ポリエステル、高分子共重合体のアルキルアンモニウム塩またはリン酸エステル塩、カチオン性櫛型グラフトポリマー等を挙げることができる。ここで、カチオン性櫛型グラフトポリマーとは、複数の塩基性基(カチオン性の官能基)を有する幹ポリマー1分子に、2分子以上の枝ポリマーがグラフト結合した構造のポリマーをいい、例えば、幹ポリマー部がポリエチレンイミン、枝ポリマー部がε−カプロラクトンの開環重合体で構成されるポリマー等が挙げられる。これら分散剤の中で、変性アクリル系共重合体、ポリウレタン、カチオン性櫛型グラフトポリマーが好ましい。
これらの分散剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
分散剤の使用量は、(A)着色剤100重量部に対して、好ましくは50重量部以下であり、より好ましくは30重量部以下である。
上記分散助剤としては、例えば青色顔料誘導体、黄色顔料誘導体等を挙げることができ、具体的には例えば銅フタロシアニン誘導体等を挙げることができる。
本発明の感放射線性組成物に含有される(B)アルカリ可溶性樹脂は、上記式(B−1)で表される構造を有する。
上記式(B−1)において、R1およびR2は水素原子であることが好ましい。R3は水素原子またはメチル基であることが好ましく、水素原子であることがより好ましい。hは1であることが好ましい。
上記式(B−1)におけるXとしては、下記式(X−1)
で表される一価の基であることが好ましい。上記式(X−1)において、iは好ましくは2または5であり、jは好ましくは0〜4の整数である。
で表される構造よりなる群から選択される少なくとも一種の構造を有するものであることが好ましい。
炭素数3〜10の脂環式基としては、例えばシクロヘキシル基等を、それぞれ挙げることができる。上記式(B−2)におけるR4としては、フェニル基が好ましい。
上記式(B−3)におけるR5〜R10のハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子が挙げられ、塩素原子が好ましい。
上記式(B−3)において、R5〜R10は、そのすべてが水素原子であるか、またはR7が塩素原子、水酸基またはヒドロキシメチル基であり且つR5およびR6ならびにR8〜R10のすべてが水素原子であることが好ましく、R5〜R10のすべてが水素原子であるか、またはR7が水酸基であり且つR5およびR6ならびにR8〜R10のすべてが水素原子であることがより好ましい。
本発明の感放射線性組成物に含有される(B)アルカリ可溶性樹脂は、上記式(B−2)で表される構造を、(B)アルカリ可溶性樹脂の全量に対して50重量%以下の範囲で有することが好ましく、5〜45重量%の範囲で有することがより好ましい。また、(B)アルカリ可溶性樹脂は、上記式(B−3)で表される構造を、(B)アルカリ可溶性樹脂の全量に対して60重量%以下の範囲で有することが好ましく、5〜40重量%の範囲で有することがより好ましい。さらに(B)アルカリ可溶性樹脂は、上記式(B−2)で表される構造および上記式(B−3)で表される構造の双方を有していてもよく、この場合、両者の含有割合の合計は(B)アルカリ可溶性樹脂の全量に対して好ましくは80重量%以下であり、より好ましくは10〜70重量%である。この場合、上記式(B−2)で表される構造または上記式(B−3)で表される構造の個別の含有割合は、それぞれ上記した値の範囲内であることが好ましい。
(B)アルカリ可溶性樹脂における上記式(B−2)で表される構造および上記式(B−3)で表される構造の含有割合を上記の範囲とすることにより、形成される着色層の基板に対する密着性がより向上するという利点が得られることとなり、好ましい。
このような(B)アルカリ可溶性樹脂は、例えば下記式(B−1’)
で表される構造を有する樹脂(以下、「スチレンエポキシ樹脂」という。)、好ましくは上記式(B−1’)で表される構造と、上記式(B−2)で表される構造および(B−3)で表される構造よりなる群から選択される少なくとも一種の構造とを有する樹脂に、下記式(a1)
で表される化合物(以下、「不飽和モノカルボン酸(a1)」という。)を付加し、次いで下記式(a2)
で表される化合物(以下、「多塩基酸無水物(a2)」という。)を付加することにより製造することができる。
で表される化合物(以下、「化合物(b1)」という。)の重合体または化合物(b1)と他のラジカル重合性化合物との共重合体であることが好ましい。
で表される化合物(以下、「化合物(b2)」という。)、下記式(b3)
で表される化合物(以下、「化合物(b3)」という。)ならびに化合物(b1)、(b2)および(b3)以外のラジカル重合性化合物(以下、「化合物(b4)」という。)を挙げることができる。
メチルアクリレート、メチルメタクリレート、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、i−プロピルアクリレート、i−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、i−ブチルアクリレート、i−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ルコールアクリレート、メトキシトリエチレングルコールメタクリレート、グリセリンモノメタクリレート等の不飽和カルボン酸エステル;
2−アミノエチルアクリレート、2−アミノエチルメタクリレート、2−アミノプロピルアクリレート、2−アミノプロピルメタクリレート、3−アミノプロピルアクリレート、3−アミノプロピルメタクリレート等の不飽和カルボン酸アミノアルキルエステル;
酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル等のカルボン酸ビニルエステル;
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、メタリルグリシジルエーテル等の不飽和エーテル;
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等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等の不飽和アミド;
1,3−ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等の脂肪族共役ジエン;
ポリスチレン、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリ−n−ブチルアクリレート、ポリ−n−ブチルメタクリレート、ポリシロキサン等の重合体分子鎖の末端にモノアクリロイル基またはモノメタクリロイル基を有するマクロモノマー等を挙げることができる。
これら化合物(b4)は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
例えば化合物(b1)の共重合割合は、好ましくは5〜80重量%、より好ましくは10〜60重量%である。化合物(b1)の共重合割合が80重量%を超えると、後述の不飽和モノカルボン酸(a1)の付加反応時にゲル化が起こりやすくなり、製造が困難となる場合がある。一方化合物(b1)の共重合割合が5重量%未満では、スチレンエポキシ樹脂と不飽和モノカルボン酸(a1)および多塩基酸無水物(a2)の付加反応の結果として得られる樹脂のアルカリ可溶性が不足して、これを含有する感放射線性組成物を着色層の形成に用いた場合、未露光部の基板上または遮光層上に残渣や地汚れを生じるおそれがある。
(1)化合物(b1)、
(2)化合物(b2)および(b3)のうちの少なくとも1種、ならびに
(3)化合物(b4)
の共重合体であることが好ましく、この場合の各化合物の共重合割合としては、化合物(b1)につき10〜60重量%、化合物(b2)および(b3)のうちの少なくとも1種(化合物(b2)および(b3)を併用する場合はその合計量)につき5〜60重量%、ならびに化合物(b4)につき50重量%以下であることが好ましい。
スチレンエポキシ樹脂の重量平均分子量Mwおよび重量平均分子量と数平均分子量との比Mw/Mnは、所望の(B)アルカリ可溶性樹脂のMwおよびMw/Mnに応じて適宜に設定することができる。
上記多塩基酸無水物(a2)は、上記式(B−1)における所望のYの種類に応じて適宜に選択することができる。好ましい多塩基酸無水物(a2)としては、例えば無水マロン酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水コハク酸、無水グルタル酸、無水グルタコン酸、無水イタコン酸、無水ジグリコール酸、無水フタル酸、シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸無水物、4−シクロへキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、無水ジフェン酸等を挙げることができる。これらのうち、特に無水コハク酸、無水グルタル酸、無水フタル酸または4−シクロへキセン−1,2−ジカルボン酸無水物が、反応性に富むため好ましい。
多塩基酸無水物(a2)の使用量は、スチレンエポキシ樹脂のエポキシ基1当量に対して、0.2〜1.0当量の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは0.4〜0.9当量の範囲である。
本発明の感放射線性組成物における(C)多官能性単量体としては、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール等のアルキレングリコールのジアクリレートまたはジメタクリレート;
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ポリアルキレングリコールのジアクリレートまたはジメタクリレート;
グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール等の3価以上の多価アルコールのポリアクリレートまたはポリメタクリレート;
上記の3価以上の多価アルコールのジカルボン酸変性物のポリアクリレートまたはポリメタクリレート;
ポリエステル、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アルキド樹脂、シリコーン樹脂、スピラン樹脂等のオリゴアクリレートまたはオリゴメタクリレート;
両末端ヒドロキシポリブタジエン、両末端ヒドロキシポリイソプレン、両末端ヒドロキシポリカプロラクトン等の両末端ヒドロキシル化重合体のジアクリレートまたはジメタクリレート;
トリスアクリロイロキシエチルフォスフェート、トリスメタクリロイロキシエチルフォスフェート等を挙げることができる。上記のうち、「3価以上の多価アルコールのジカルボン酸変性物のポリアクリレートまたはポリメタクリレート」とは、3価以上の多価カルボン酸に1個のジカルボン酸が付加したモノエステル化合物のポリアクリレートまたはポリメタクリレートを意味する。
で表される化合物である、これらの多官能性単量体のうち、特に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、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートが、得られる着色層の強度が高く、着色層表面の平滑性に優れ、かつ着色層のパターンが形成される部分以外の領域での地汚れや膜残りを発生し難い点で好ましい。
前記多官能性単量体は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
このような単官能性単量体の具体例としては、ω−カルボキシ−ポリカプロラクトンモノアクリレート、ω−カルボキシ−ポリカプロラクトンモノメタクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、メトキシトリエチレングリコールメタクリレート、メトキシジプロピレングリコールアクリレート、メトキシジプロピレングリコールメタクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルメタクリレート、2−アクリロイロキシエチルこはく酸、2−メタクリロイロキシエチルこはく酸等を挙げることができ、さらに市販品としてM−5300(商品名、東亞合成(株)製)等を挙げることができる。
これらの単官能性単量体は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
前記単官能性単量体の使用量は、多官能性単量体と単官能性単量体との合計に対して、好ましくは90重量%以下であり、より好ましくは50重量%以下である。
本発明の感放射線性組成物に含有される光重合開始剤とは、可視光線、紫外線、遠紫外線、電子線、X線等の放射線の照射により、前記(C)多官能性単量体および場合により使用される単官能性単量体の重合を開始しうるラジカルを発生する成分である。光重合開始剤としては、オキシム化合物、ビイミダゾール化合物、ベンゾイン化合物、アセトフェノン化合物、ベンゾフェノン化合物、α−ジケトン化合物、多核キノン化合物、キサントン化合物、ホスフィン化合物、トリアジン化合物、ジアゾ化合物、オニウム塩、イミドスルホナート化合物等を好適に用いることができる。
上記オキシム化合物としては、例えばカルバゾール化合物、その他のオキシム化合物を挙げることができる。
カルバゾール化合物としては、例えば下記式(D−1)
R12およびR13は相互に独立に水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜8のシクロアルキル基、置換されていてもよいフェニル基または炭素数7〜20の1価の脂環式基(ただし前記シクロアルキル基を除く。)を示し、
R14は炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜8のシクロアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシル基または炭素数3〜8のシクロアルキルオキシ基を示し、R14が複数存在するときには相互に同一でも異なってもよく、
R15は炭素数4〜20の1価の含酸素複素環式基、炭素数4〜20の1価の含窒素複素環式基または炭素数4〜20の1価の含硫黄複素環式基を示し、R15が複数存在するときには相互に同一でも異なってもよく、
pは0〜6の整数であり、qは0または1であり、nは0〜5の整数であり、mは0〜5の整数であり、ただし(n+m)≦5である。〕
で表される化合物を挙げることができる。
式(D−1)におけるnは0、1または2が好ましく、特に1であることが好ましく、mは0または1であることが好ましい。
上記式(D−1)で表される化合物のうち、qが0である化合物(以下、「カルバゾール化合物(1)」という。)またはqが1であり且つmが1である化合物(以下、「カルバゾール化合物(2)」という。)が好ましい。
1−〔9−エチル−6−ベンゾイル−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1,2−ノナン−2−オキシム−O−ベンゾエート、1−〔9−エチル−6−ベンゾイル−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1,2−ノナン−2−オキシム−O−アセテート、1−〔9−エチル−6−ベンゾイル−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1,2−ペンタン−2−オキシム−O−アセテート、1−〔9−エチル−6−ベンゾイル−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−オクタン−1−オンオキシム−O−アセテート、1−〔9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−エタン−1−オンオキシム−O−ベンゾエート、1−〔9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−エタン−1−オンオキシム−O−アセテート、1−〔9−n−ブチル−6−(2−エチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−エタン−1−オンオキシム−O−ベンゾエート、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)−9.H.−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−テトラヒドロピラニルベンゾイル)−9.H.−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ベンゾイル)−9.H.−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)−9.H.−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}−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)等を挙げることができる。
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)−9.H.−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−テトラヒドロピラニルメトキシベンゾイル)−9.H.−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)−9.H.−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メトキシベンゾイル)−9.H.−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}−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)等を挙げることができる。
上記アミン化合物は、ベンゼン環または複素環と、これに直接結合した1個以上、好ましくは1〜3個、さらに好ましくは1〜2個のアミノ基とを有する化合物である。かかるアミン化合物の具体例としては、例えば4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、4−ジエチルアミノアセトフェノン、4−ジメチルアミノプロピオフェノン、4−ジメチルアミノ安息香酸エチル、4−ジメチルアミノ安息香酸i−アミル、4−ジメチルアミノ安息香酸、4−ジメチルアミノベンゾニトリル等を挙げることができる。
上記ベンゾイン化合物としては、例えばベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、2−ベンゾイル安息香酸メチル等を挙げることができる。
上記α−ジケトン化合物としては、例えばジアセチル、ジベンゾイル、メチルベンゾイルホルメート等を挙げることができる。
上記多核キノン化合物としては、例えばアントラキノン、2−エチルアントラキノン、2−t−ブチルアントラキノン、1,4−ナフトキノン等を挙げることができる。
上記キサントン化合物としては、例えばキサントン、チオキサントン、2−クロロチオキサントン等を挙げることができる。
上記ホスフィン化合物としては、例えばビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキサイド、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サイド等を挙げることができる。
これらの光重合開始剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
本発明におけるオキシム化合物の使用割合としては、(D)光重合開始剤の全量に対して好ましくは20重量%以上であり、より好ましくは50重量%以上である。
本発明の感放射線性組成物は、上記の(A)着色剤、(B)アルカリ可溶性樹脂、(C)多官能性単量体および(D)光重合開始剤を含有するが、その他に必要に応じて種々のその他の添加剤を含有することができる。
このようなその他の添加剤としては、例えば充填剤、界面活性剤、密着促進剤、酸化防止剤、酸化防止剤、凝集防止剤、現像性調整剤等を挙げることができる。
上記界面活性剤としては、例えばノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤等;
上記密着促進剤としては、例えば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−メタクリロ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等;
上記酸化防止剤としては、例えば2,2−チオビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,6−ジ−t−ブチルフェノール等;
上記紫外線吸収剤としては、例えば2−(3−t−ブチル−5−メチル−2−ヒドロキシフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、アルコキシベンゾフェノン類等;
上記凝集防止剤としては、例えばポリアクリル酸ナトリウム等を、それぞれ挙げることができる。
しゅう酸、マロン酸、こはく酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ブラシル酸、メチルマロン酸、エチルマロン酸、ジメチルマロン酸、メチルこはく酸、テトラメチルこはく酸、シクロヘキサンジカルボン酸、イタコン酸、シトラコン酸、マレイン酸、フマル酸、メサコン酸等のジカルボン酸;
トリカルバリル酸、アコニット酸、カンホロン酸等のトリカルボン酸等を挙げることができる。
フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸等の芳香族ジカルボン酸;
トリメリット酸、トリメシン酸、メロファン酸、ピロメリット酸等の3価以上の芳香族ポリカルボン酸のほか、
フェニル酢酸、ヒドロアトロパ酸、ヒドロけい皮酸、マンデル酸、フェニルこはく酸、アトロパ酸、けい皮酸、シンナミリデン酸、クマル酸、ウンベル酸等を挙げることができる。
前記有機酸は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
本発明における現像性調整剤の使用量は、感放射線性組成物の全体に対して、好ましくは10重量%以下であり、より好ましくは0.001〜10重量%であり、さらに好ましくは0.01〜1重量%である。現像性調整剤の使用量が10重量%を超えると、形成された着色層の基板に対する密着性が不足する場合がある。
本発明の感放射線性組成物は、前記(A)着色剤、(B)アルカリ可溶性樹脂、(C)多官能性モノマーおよび(D)光重合開始剤を必須成分とし、必要に応じて前記その他の添加剤を含有するが、好ましくは(A)着色剤以外の各成分を適当な溶媒に溶解し、且つ(A)着色剤を均一に分散した液状の組成物として調製される。
前記溶媒としては、(A)着色剤、(B)アルカリ可溶性樹脂、(C)多官能性モノマーおよび(D)光重合開始剤やその他の添加剤を分散または溶解し、且つこれらの成分と反応せず、適度の揮発性を有するものである限り、適宜に選択して使用することができる。
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等の(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;
3−メトキシブチルアセテート;
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等の他のエーテル;
メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン等のケトン;
2−ヒドロキシプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル等の乳酸アルキルエステル;
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−ブチル、酢酸n−プロピル、酢酸i−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、酢酸n−アミル、酢酸i−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i−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−オキソ酪酸エチル等の他のエステル;
トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;
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等のカルボン酸アミド
等を挙げることができる。
さらに、前記溶媒と共に、ベンジルエチルエーテル、ジヘキシルエーテル、アセトニルアセトン、イソホロン、カプロン酸、カプリル酸、1−オクタノール、1−ノナノール、ベンジルアルコール、酢酸ベンジル、安息香酸エチル、しゅう酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、γ−ブチロラクトン、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、エチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート等の高沸点溶媒を併用することもできる。
これらの高沸点溶媒は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
次に、本発明の感放射線性組成物を用いて、着色層を形成する方法について説明する。先ず着色層がカラーフィルタを構成する画素アレイからなる層である場合について説明し、次いで着色層がブラックマトリックスである場合について説明する。
先ず、基板の表面上の画素を形成する部分を区画するように遮光層(ブラックマトリックス)を形成し、この基板上に、例えば赤色の顔料が分散された感放射線性組成物の液状組成物を塗布した後、加熱処理(プレベーク)を行って溶剤を蒸発させて除去し、塗膜を形成する。次いで、この塗膜の一部の領域を放射線により露光した後、アルカリ現像液を用いて現像して塗膜の非露光部を溶解除去し、さらに加熱処理(ポストベーク)することにより、赤色の画素が所定のパターンで配置された画素アレイを形成する。
その後、緑色または青色の顔料が分散された各感放射線性組成物の液状組成物を用い、前記と同様にして、各液状組成物の塗布、プレベーク、露光および現像を行って、緑色の画素アレイおよび青色の画素アレイを同一基板上に順次形成することにより、赤色、緑色および青色の三原色の画素アレイ(着色層)が基板上に配置されたカラーフィルタを得ることができる。ただし、本発明においては、各色の画素アレイの形成順序は特に限定されるものではない。
感放射線性組成物を基板に塗布する方法としては、特に限定されるものでなく、例えばスリット・アンド・スピン塗布法、スリットダイ塗布法等の、スリットノズルを用いる方法(以下、「スリットノズル塗布法」という。)を例示することができる。
スリットノズル塗布法に使用する感放射線性組成物の固形分濃度(組成物中の溶媒以外の成分の合計重量が組成物の全重量に占める割合)は、好ましくは10〜20重量%、より好ましくは13〜18重量%である。
スリットノズル塗布法を採用する場合、プレベークは減圧下で行う「真空ベーク」とすることが好ましく、この真空ベークの条件は、真空度が好ましくは10〜150Pa、より好ましくは25〜75Pa程度であり、温度が好ましくは60〜120℃、より好ましくは70〜110℃程度であり、ベーク時間が好ましくは1〜5分、より好ましくは2〜4分程度である。
その後、形成された塗膜の少なくとも一部に露光する。塗膜の一部領域の露光は、例えば適当なパターンを有するフォトマスクを介して放射線を照射することにより行うことができる。
露光に使用される放射線としては、例えば可視光線、紫外線、遠紫外線、電子線、X線等を使用することができる。これらのうち、波長が190〜450nmの範囲にある放射線が好ましい。
放射線の露光量は、例えば10〜10,000J/m2程度である。
その後、現像液を用いて現像して、塗膜の未露光部を溶解除去する。
前記アルカリ現像液には、例えばメタノール、エタノール等の水溶性有機溶剤や界面活性剤等を適量添加することもできる。アルカリ現像後は、好ましくは水洗する。
現像処理法としては、例えばシャワー現像法、スプレー現像法、ディップ(浸漬)現像法、パドル(液盛り)現像法等を採用することができる。
現像条件は、常温で5〜300秒程度が好ましい。
その後、ポストベークすることにより、基板上に着色層を形成することができる。
ポストベークの条件は、180〜230℃で20〜40分程度が好ましい。
そして前記の諸工程を、赤色、緑色または青色の顔料が分散された各着色層形成用組成物を用いて任意の順序で繰り返すことにより、赤色の画素アレイ、緑色の画素アレイおよび青色の画素アレイ(着色層)が同一基板上に形成されたカラーフィルターを得ることができる。
上記「画素アレイからなる着色層の形成方法」において、組成物として黒色の顔料、または赤色顔料、黄色顔料および青色顔料の混合物が分散された感放射線性組成物を用いて上記の工程を順次行うことにより、ブラックマトリックスのパターンが所定の配列で配置された基板を得ることができる。
このようにして形成された着色層を有するカラーフィルタまたは着色層からなるブラックマトリックスは、例えばカラー液晶表示装置、カラー撮像管素子、カラーセンサー等に極めて有用である。
本発明の液晶表示素子は、本発明の感放射線性組成物から形成された着色層を有するカラーフィルタまたは本発明の感放射線性組成物から形成された着色層からなるブラックマトリックスを具備するものである。
本発明の液晶表示素子は、適宜の構造をとることができる。例えばカラーフィルタを、薄膜トランジスター(TFT)が配置された駆動用基板とは別の基板上に形成し、駆動用基板とカラーフィルタを形成した基板とが、液晶層を介して対向した構造をとることができ、あるいは薄膜トランジスター(TFT)が配置された駆動用基板の表面上にカラーフィルタを形成した基板と、ITO(錫をドープした酸化インジュウム)からなる電極を形成した基板とが、液晶層を介して対向した構造をとることもできる。後者の構造は、開口率を格段に向上させることができ、明るく高精細なカラー液晶表示素子が得られるという利点を有する。
上記液晶表示素子のその余の具体的態様については、当業者には自明であろう。
本発明の液晶表示素子は、色純度に優れるものである。
下記実施例中、ポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は東ソー(株)製GPCカラム(G2000HXL2本、G3000HXL1本およびG4000HXL1本を直列に接続)を用い、溶出溶媒テトラヒドロフラン、流量1.0ミリリットル/分、カラム温度40℃の条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。
合成例1
冷却管と攪拌機を備えたフラスコに、p−ビニルベンジルグリシジルエーテル40.0g、N−フェニルマレイミド27.0g、スチレン17.0gおよびベンジルメタクリレート16.0gをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート300gに溶解し、さらに2,2’−アゾビスイソブチロニトリル4.0gおよびα−メチルスチレンダイマー6.0gを投入し、その後15分間窒素パージした。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、5時間反応することにより、スチレンエポキシ樹脂[A−1]を25重量%含む溶液を得た。このスチレンエポキシ樹脂[A−1]のポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は6,000であった。
モノマーの種類および使用量ならびに2,2’−アゾビスイソブチロニトリル4.0gおよびα−メチルスチレンダイマーの使用量を表1に記載の通りとしたほかは上記合成例1と同様にして実施し、スチレンエポキシ樹脂[A−2]〜[A−8]をそれぞれ25重量%含む溶液を得た。なお、表1における各成分の使用量は、いずれも重量(g)である。
各合成例において得られたスチレンエポキシ樹脂のポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)を表1に示した。
合成例9
上記合成例1で得られたスチレンエポキシ樹脂[A−1]を含む溶液200g、不飽和モノカルボン酸としてのメタクリル酸10.0g、p−メトキシフェノール0.2g、テトラブチルアンモニウムブロマイド0.2g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300gをフラスコに仕込み、120℃の温度で9時間反応させた。これによりスチレンエポキシ樹脂のエポキシ基1当量に対し、アクリル酸1当量が反応した。さらに、多塩基酸無水物としての4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物を16.0g加え、80℃で6時間反応させた。この反応混合物につき、液温度を80℃に保持したまま2回水洗し、減圧濃縮を行うことにより、アルカリ可溶性樹脂[B−1]を20重量%含有する溶液を得た。アルカリ可溶性樹脂[B−1]のポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は7,800であった。
使用したスチレンエポキシ樹脂溶液の種類、不飽和モノカルボン酸の種類および使用量ならびに多塩基酸無水物の種類および使用量を表2に記載の通りとしたほかは上記合成例8と同様にして実施し、アルカリ可溶性樹脂[B−2]〜[B−10]をそれぞれ20重量%含有する溶液を得た。
各合成例において得られたアルカリ可溶性樹脂のポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)を表1に示した。
比較合成例1
冷却管と攪拌機を備えたフラスコに、スチレン30.0g、ベンジルメタクリレート45.0gおよびメタクリル酸15.0gをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート200gに溶解し、さらに2,2’−アゾビスイソブチロニトリル4.0gおよびα−メチルスチレンダイマー6.0gを投入し、その後15分間窒素パージした。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、5時間反応することにより、アルカリ可溶性樹脂[R−1]を33重量%含む溶液を得た。このアルカリ可溶性樹脂[R−1]のポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は6,000であった。
冷却管と攪拌機を備えたフラスコに、N−フェニルマレイミド30.0g、スチレン20.0g、ベンジルメタクリレート35.0gおよびメタクリル酸15.0gをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート200gに溶解し、さらに2,2’−アゾビスイソブチロニトリル3.0gおよびα−メチルスチレンダイマー5.0gを投入し、その後15分間窒素パージした。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、5時間反応することにより、アルカリ可溶性樹脂[R−2]を33重量%含む溶液を得た。このアルカリ可溶性樹脂[R−2]のポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は12,000であった。
実施例1
(A)着色剤として80重量%のC.I.ピグメントレッド254および20重量%のC.I.ピグメントレッド177の混合物15重量部、分散剤としてDisperbyk−2000(商品名、ビックケミー(BYK)社製)を固形分(溶媒以外の重量)に換算した値として4重量部ならびに顔料の分散媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート81重量部をビーズミルにより処理して、顔料分散液を調製した。
次いで、上記で調製した顔料分散液100重量部、(B)アルカリ可溶性樹脂としてアルカリ可溶性樹脂[B−1]を含む溶液(樹脂濃度20重量%)65重量部、(C)多官能性単量体としてジペンタエリスリトールヘキサアクリレート13重量部、(D)光重合開始剤として2−メチル−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノ−1−プロパン−1−オン4.3重量部および溶媒として3−エトキシプロピオン酸エチル63重量部を混合することにより、着色層形成用組成物を調製した。
得られた着色層形成用組成物について、下記の手順にしたがって評価を行った。評価結果を表3に示す。
得られた着色層形成用組成物を、表面にナトリウムイオンの溶出を防止するSiO2膜が形成されたソーダガラス基板に、スピンコーターを用いて塗布したのち、90℃のホットプレート上で2分間プレベークを行うことにより、膜厚1.7μmの塗膜を形成した。
この塗膜付き基板を室温まで冷却した後、幅5〜50μmの範囲でサイズの相異なる複数のスリットを有するフォトマスクを介して、高圧水銀ランプを用いて365nm、405nmおよび436nmの各波長を含む紫外線により、露光量1,000J/m2にて塗膜の露光を行なった。
次いで露光後の塗膜付き基板につき、23℃の0.04重量%の水酸化カリウム水溶液を用いて1分間のシャワー現像を行ない、超純水で洗浄した後、風乾した。さらに220℃のクリーンオーブン中で30分間ポストベークを行うことにより、基板上に赤色のストライプ状画素パターンが配列された画素アレイを形成した。
画素アレイが形成された基板上を光学顕微鏡により観察し、画素パターンのエッジに欠けが認められるかどうか、基板上の画素パターン以外の領域に顔料の残渣が残っているかどうかにつき、以下の三段階で評価した。
○:幅30μmの画素パターンに欠けが認められない。
△:幅30μmの画素パターンに欠けが少し認められる。
×:幅30μmの画素パターンに欠けが多数認められる。
○:残渣が認められない。
△:残渣が少し認められる。
×:残渣が多く認められる。
また、このときパターン全体が剥離することなく残存していた画素パターンの幅の最小値を形成可能な最小パターンの幅(μm)として評価した。
結果を表3に示した。
(A)着色剤、分散剤および顔料の分散媒の種類を表3に記載の通りとしたほかは実施例1と同様にして顔料分散液をそれぞれ調製した。
上記で調製した顔料分散液をそれぞれ用い、(B)アルカリ可溶性樹脂、(D)光重合開始剤および溶媒の種類および量ならびに(C)多官能性単量体としてのジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの使用量を表3に記載の通りとしたほかは実施例1と同様にして着色層形成用組成物をそれぞれ調製し、評価した。結果を表3に示した。
赤色顔料:80重量%のC.I.ピグメントレッド254および20重量%のC.I.ピグメントレッド177の混合物
緑色顔料:60重量%のC.I.ピグメントグリーン36および40重量%のC.I.ピグメントイエロー150の混合物
分散剤;
BYK−2000:Disperbyk−2000(商品名、ビックケミー(BYK)社製)
BYK−2001:Disperbyk−2001(商品名、ビックケミー(BYK)社製)
顔料の分散媒;
PGMEA:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
3MBA:3−メトキシブチルアセテート
(D)光重合開始剤;
開始剤A:2−メチル−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノ−11−プロパン−1−オン
開始剤B: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]−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)
溶媒;
3EPE:3−エトキシプロピオン酸エチル
3MBA:3−メトキシブチルアセテート
表3における各成分の使用量は、重量部である。
(B)アルカリ可溶性樹脂は、上記合成例で調製した各アルカリ可溶性樹脂を含有する溶液として添加し、表3におけるアルカリ可溶性樹脂の使用量は、溶液としての量である。
(A)着色剤として、カーボンブラック20重量部、分散剤としてDisperbyk−167(商品名、ビックケミー(BYK)社製)を4重量部および顔料の分散媒として3−メトキシブチルアセテート76重量部を、ビーズミルにより処理して、黒色の顔料分散液を調製した。
次いで、上記で調製した顔料分散液100重量部、(B)アルカリ可溶性樹脂として上記で調製したアルカリ可溶性[B−2]を含む溶液(樹脂濃度20重量%)を52.5重量部、(C)多官能性単量体としてペンタエリスリト−ルテトラアクリレート5.6重量部およびジペンタエリスリトールヘキサアクリレート2.4重量部、(D)光重合開始剤としてエタノン−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]−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)3.7重量部ならびに溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート76重量部を混合することにより、着色層形成用組成物を調製した。
得られた着色層形成用組成物について、形成した塗膜の膜厚を1.0μmとしたほかは実施例1の手順にしたがって評価を行った。評価結果を表4に示す。
実施例4〜6、8、9および10ならびに比較例2においては、実施例1と同様にして顔料分散液をそれぞれ調製した。実施例7においては顔料の分散媒として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使用したほかは実施例3と同様にして顔料分散液を調製した。
上記で調製した顔料分散液をそれぞれ用い、(B)アルカリ可溶性樹脂および溶媒の種類および量を表4に記載の通りとし、(C)多官能性単量体および(D)光重合開始剤としてそれぞれ表4に記載のものを表4に記載の量で使用したほかは実施例3と同様にして着色層形成用組成物をそれぞれ調製し、評価した。結果を表4に示した。
また、表4における各成分の使用量は、重量部である。
(B)アルカリ可溶性樹脂は、上記合成例で調製した各アルカリ可溶性樹脂を含有する溶液として添加し、表4におけるアルカリ可溶性樹脂の使用量は、溶液としての量である。
Claims (9)
- (D)光重合開始剤が、下記式(D−1)
R12およびR13は相互に独立に水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜8のシクロアルキル基、置換されていてもよいフェニル基または炭素数7〜20の1価の脂環式基(ただし前記シクロアルキル基を除く。)を示し、
R14は炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜8のシクロアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシル基または炭素数3〜8のシクロアルキルオキシ基を示し、R14が複数存在するときには相互に同一でも異なってもよく、
R15は炭素数4〜20の1価の含酸素複素環式基、炭素数4〜20の1価の含窒素複素環式基または炭素数4〜20の1価の含硫黄複素環式基を示し、R15が複数存在するときには相互に同一でも異なってもよく、
pは0〜6の整数であり、qは0または1であり、nは0〜5の整数であり、mは0〜5の整数であり、ただし(n+m)≦5である。)
で表される化合物を含むものである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の感放射線性組成物。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の感放射線性組成物から形成された着色層を有するカラーフィルタ。
- 請求項5に記載のカラーフィルタを具備する液晶表示素子。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の感放射線性組成物から形成された着色層からなるブラックマトリックス。
- 請求項7に記載のブラックマトリックスを具備する液晶表示素子。
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