JP6453493B2 - 着色組成物、硬化膜、カラーフィルタ、カラーフィルタの製造方法、固体撮像素子、および画像表示装置 - Google Patents
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Landscapes
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Description
上記の方法は、顔料を用いることから光や熱に対して安定であると共に、フォトリソグラフィ法によってパターニングを行うことから位置精度が充分に確保され、カラーディスプレー用カラーフィルタ等の製造に好適な方法として広く利用されてきた。
(1)染料は、一般に顔料に比べて、耐光性、耐熱性に劣る。特に、液晶ディスプレイなどの電極として多用されているITO(酸化インジウムスズ)の成膜時の高温工程により、光学特性が変化してしまうという問題がある。
(2)染料は、ラジカル重合反応を抑制する傾向があるため、ラジカル重合を硬化手段として用いる系では、着色感光性組成物の設計に困難が伴う。
特に、カラーフィルタの作製にフォトリソグラフィ法を用いる場合には、以下に示す点が問題となる。
(3)通常の染料は、アルカリ水溶液または有機溶剤(以下単に溶剤ともいう)への溶解度が低いため、所望のスペクトルを有する着色感光性組成物を得るのが困難である。
(4)染料は、着色感光性組成物中の他の成分と相互作用を示すことが多く、露光部、未露光部の溶解性(現像性)の調節が難しい。
(5)染料のモル吸光係数(ε)が低い場合には多量の染料を添加しなければならず、そのために着色感光性組成物中の重合性化合物、光重合開始剤等の他の成分を相対的に減らさざるを得ず、組成物の硬化性、硬化後の耐熱性、現像性等が低下する。
本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであり、耐熱性に優れた着色組成物、硬化膜、カラーフィルタ、カラーフィルタの製造方法、固体撮像素子および画像表示装置を提供することを目的とする。
具体的には、下記手段<1>により、好ましくは、<2>〜<17>により、上記課題は解決された。
<1>(A)下記一般式(I)で示される色素および(B)重合性化合物を含有する着色組成物;
一般式(I)
(R)m−Q−(D)n
一般式(I)中、Qは、(m+n)価の連結基を表し、Rは、置換基を表し、Dは、色素残基を表し、mは、0〜6の整数を表し、nは、2〜8の整数を表し、(m+n)は2〜8の整数を表し、mが2以上の場合、複数のRは互いに異なっていても良く、nが2以上の場合、複数のDは互いに異なっていても良い。
<2>一般式(1)中の、連結基Q、置換基Rおよび色素残基Dから選ばれる少なくとも一つが、酸基を含有する、<1>に記載の着色組成物。
<3>一般式(I)中の色素残基Dが、カチオン部位と対アニオンから構成される、<1>または<2>に記載の着色組成物。
<4>一般式(I)中の色素残基Dが、分子内にカチオン部位とアニオン部位とを有する、<1>または<2>に記載の着色組成物。
<5>一般式(I)中の色素残基Dを構成するカチオン部位が、ジピロメテン色素、トリアリールメタン色素、キサンテン色素、シアニン色素およびスクアリリウム色素から選択される、<1>〜<4>のいずれかに記載の着色組成物。
<6>一般式(I)中の色素残基Dを構成する対アニオンが、スルホン酸アニオン、スルホニルイミドアニオン、ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチドアニオン、カルボン酸アニオン、テトラアリールボレートアニオン、BF4 -、PF6 -、およびSbF6 -から選択される、<3>に記載の着色組成物。
<7>一般式(I)中の置換基Rの少なくとも1つが酸基である、<1>〜<6>のいずれかに記載の着色組成物。
<8>さらに(A)色素以外の(C)顔料を含む、<1>〜<7>のいずれかに記載の着色組成物。
<9>さらに(D)光重合開始剤を含む、<1>〜<8>のいずれかに記載の着色組成物。
<10>(D)光重合開始剤が、オキシム化合物である、<9>に記載の着色組成物。
<11>カラーフィルタの着色層形成用である、<1>〜<10>のいずれかに記載の着色組成物。
<12>一般式(I)で示される色素が有機溶剤溶解性染料である、<1>〜<11>のいずれかに記載の着色組成物。
<13>一般式(I)で示される色素が重合性基を有する、<1>〜<12>のいずれかに記載の着色組成物。
<13−1>一般式(I)中の置換基Rの少なくとも1つが重合性基である、<1>〜<12>のいずれかに記載の着色組成物。
<14>一般式(I)で示される色素の分子量が2000〜6000である、<1>〜<13>のいずれかに記載の着色組成物。
<15><1>〜<14>のいずれかに記載の着色組成物を硬化して得られた硬化膜。
<16><1>〜<14>のいずれかに記載の着色組成物を用いてなるカラーフィルタ。
<17><1>〜<14>のいずれかに記載の着色組成物を支持体上に適用して着色組成物層を形成する工程と、着色組成物層をパターン状に露光する工程と、未露光部を現像除去して着色パターンを形成する工程と、を含むカラーフィルタの製造方法。
<18><1>〜<14>のいずれかに記載の着色組成物を支持体上に適用して着色組成物層を形成し、硬化して着色層を形成する工程と、着色層上にフォトレジスト層を形成する工程と、露光および現像することによりフォトレジスト層をパターニングしてレジストパターンを得る工程と、レジストパターンをエッチングマスクとして着色層をドライエッチングして着色パターンを形成する工程とを含む、カラーフィルタの製造方法。
<19><16>に記載のカラーフィルタ、または、<17>もしくは<18>に記載のカラーフィルタの製造方法によって製造したカラーフィルタを有する固体撮像素子または画像表示装置。
また、本発明によれば、かかる着色組成物を利用した、硬化膜、カラーフィルタ、カラーフィルタの製造方法、固体撮像素子および画像表示装置を提供可能になった。
また、本明細書中における「活性光線」または「放射線」とは、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光)、X線、電子線等を意味する。また、本発明において光とは、活性光線または放射線を意味する。本明細書中における「露光」とは、特に断らない限り、水銀灯、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、X線、EUV光などによる露光のみならず、電子線、イオンビーム等の粒子線による描画も露光に含める。
本明細書において、全固形分とは、着色組成物の全組成から溶剤を除いた成分の総質量をいう。
また、本明細書において、“単量体”と“モノマー”とは同義である。本明細書における単量体は、オリゴマーおよびポリマーと区別され、重量平均分子量が2,000以下の化合物をいう。本明細書において、重合性化合物とは、重合性官能基を有する化合物のことをいい、単量体であっても、ポリマーであってもよい。重合性官能基とは、重合反応に関与する基を言う。
本発明の着色組成物は、(A)下記一般式(I)で示される色素および(B)重合性化合物を含有することを特徴とする。
一般式(I)
(R)m−Q−(D)n
(一般式(I)中、Qは、(m+n)価の連結基を表し、Rは、置換基を表し、Dは、色素残基を表す。mは、0〜6の整数を表し、nは、2〜8の整数を表し、(m+n)は2〜8の整数を表す。mが2以上の場合、複数のRは互いに異なっていても良く、nが2以上の場合、複数のDは互いに異なっていても良い。)
第1は、過度の加熱プロセスにおいても染料の分解を抑制(耐熱性付与)し、且つ別パターンへの色移りが抑制される着色組成物を提供できる。
第2は、フォトリソグラフィ法で微細なパターンを形成する際においても、パターン欠損やパターンの直線性に優れた着色パターンが形成できる着色組成物を提供できる。
第3は、ドライエッチング法でパターンを形成する際においても、フォトレジストの現像液および剥離液耐性に優れた着色パターンが形成できる着色組成物を提供できる。
第4は、色特性に優れた硬化膜および硬化膜を備えたカラーフィルタを提供することである。
第5は、色特性に優れた着色パターンを形成しうるパターン形成方法およびカラーフィルタの製造方法を提供できる。
第6は、色特性に優れたカラーフィルタを備えた固体撮像素子および画像表示装置(液晶表示装置や有機EL表示装置等)を提供できる。
上記課題を達成できる作用機構については未だ明確ではないが、複数の色素残基を連結することで耐熱性が良好になり、且つ色素残基の過度な凝集が抑制されることにより、硬化および現像液の浸透が均一になることが一因だと推定している。
また、(A)色素は、従来の色素多量体(ポリマー)の場合と異なり分子量のばらつきが少ないので、上記課題をより解決しやすくなる。このような課題は、染料に起こりやすいが、顔料を用いる場合にも、特に、染料に近い性能を有する顔料を用いる場合に、本発明は好ましく採用できる。
例えば、フォトレジストによって、着色層を形成する場合、本発明の着色組成物は、(A)色素、(B)重合性化合物、(C)顔料、(D)光重合開始剤、(F)アルカリ可溶性樹脂を含む組成物が好ましい。
また、ドライエッチングによって、着色層を形成する場合、本発明の(A)色素、(B)重合性化合物、(C)顔料および(D)光重合開始剤を含む組成物が好ましい。さらに、界面活性剤、溶剤等の成分を含んでいてもよい。
これらの成分は、それぞれ、1種類のみ含んでいても良いし、2種類以上含んでいても良い。
以下、本発明の着色組成物に含まれる成分について、詳細に説明する。
本発明の組成物は、下記一般式(I)で表される色素(以下、単に「色素(A)」ということがある。)の少なくとも1種を含有する。
(R)m−Q−(D)n
(一般式(I)中、Qは、(m+n)価の連結基を表し、Rは、置換基を表し、Dは、色素残基を表す。mは、0〜6の整数を表し、nは、2〜8の整数を表し、(m+n)は2〜8の整数を表す。mが2以上の場合、複数のRは互いに異なっていても良く、nが2以上の場合、複数のDは互いに異なっていても良い。)
一般式(1)中の、連結基Q、置換基Rおよび色素残基Dから選ばれる少なくとも一つが、酸基を含有することが好ましい。
一般式(Q−1)
R1〜R4が表す連結基は、RまたはDと中心のCをつなぐ原子の数が、それぞれ、1〜15であることが好ましく、それぞれ、1〜10であることがより好ましい。例えば、連結基が、−CH2−CH2−C(=O)−O−CH2−の場合、RまたはDと中心のCをつなぐ原子の数は5となる。
Rにより表される置換基としては、例えば、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アミノ基(アルキルアミノ基、アニリノ基を含む)、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキルまたはアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキルまたはアリールスルフィニル基、アルキルまたはアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリールまたはヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、ホスホノ基、シリル基などが挙げられる。以下詳細に記述する。
重合性基としては、ラジカル、酸、熱により架橋可能な公知の重合性基を用いることができ、例えば、エチレン性不飽和結合を含む基、環状エーテル基(エポキシ基、オキセタン基)、メチロール基等が挙げられるが、特にエチレン性不飽和結合を含む基が好ましく、(メタ)アクリロイル基がさらに好ましく、(メタ)アクリル酸グリシジルおよび3,4−エポキシーシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート由来の(メタ)アクリロイル基が特に好ましい。
本発明では、一般式(I)で示される色素中、重合性基としてのRは1個または2個が好ましく、1個がより好ましい。重合性基の数をこのような範囲とすることにより、色抜けをより効果的に抑制できる。特に、分子内にカチオン部位とアニオン部位とを有する色素残基を有する場合にその効果が顕著に発揮される。
本発明では、一般式(I)で示される色素中、酸基としてのRは1〜3個が好ましく、1または2個がより好ましい。酸基の数をこのような範囲とすることにより、現像性がより向上する傾向にある。特に、分子内にカチオン部位とアニオン部位とを有する色素残基を有する場合にその効果が顕著に発揮される。
nは2〜8の整数を表し、2〜6の整数であることが好ましく、2〜5の整数であることがより好ましい。
m+nは、2〜8の整数を表し、2〜7の整数であることが好ましく、3〜6の整数であることがより好ましい。
色素(A)における色素残基Dとしては、最大吸収波長が400nm〜780nmの範囲に存在するものであれば特に制限はなく、公知の色素構造を含む種々のものを適用することができる。公知の色素構造としては、例えば、ジピロメテン色素、カルボニウム色素(ジフェニルメタン色素、トリアリールメタン色素、キサンテン色素、アクリジン色素など)、ポリメチン色素(オキソノール色素、メロシアニン色素、アリーリデン色素、スチリル色素、シアニン色素、スクアリリウム色素、クロコニウム色素など)、サブフタロシアニン色、およびそれらの金属錯体色素から選ばれる色素に由来する色素構造などを挙げることができる。また、本発明で用いる色素残基は、色素残基内で、カチオン部位とアニオン部位を有していても良いし、カチオン部位と対アニオンから構成されていてもよい。本発明では、色素残基は、カチオン部位と対アニオンから構成されていることが好ましい。色素残基が、カチオン部位と対アニオンから構成されていることにより、450nmにおける透過率をより低くでき、550nmにおける透過率をより高くできる。
本発明に係る色素(A)における一般式(I)中のDの態様の一つは、下記に示すジピロメテン色素に由来する部分構造を、色素部位の部分構造として有する色素である。
なお、本発明では、ジピロメテン構造を含む化合物をジピロメテン化合物と称し、ジピロメテン構造を含む化合物に金属または金属化合物に配位した錯体をジピロメテン金属錯体化合物と称する。
色素(A)における一般式(I)中のDの好ましい態様の一つは、下記一般式(M)で表される化合物(ジピロメテン化合物)またはその互変異性体が、金属または金属化合物に配位した錯体(以下、適宜「特定錯体」と称する。)を色素部位として含む色素構造である。
R10がアルキル基、アリール基、または、ヘテロ環基を表す場合の、アルキル基、アリール基、および、ヘテロ環基が、さらに置換可能な基である場合には、後述する置換基群Aの項において説明する置換基で置換されていてもよく、2個以上の置換基で置換されている場合には、それらの置換基は同一であっても異なっていてもよい。
本発明における特定錯体は、既述の一般式(M)で表されるジピロメテン化合物またはその互変異性体が金属または金属化合物に配位した錯体である。
ここで、金属または金属化合物としては、錯体を形成可能な金属または金属化合物であればいずれであってもよく、2価の金属原子、2価の金属酸化物、2価の金属水酸化物、または2価の金属塩化物が含まれる。金属または金属化合物としては、例えば、Zn、Mg、Si、Sn、Rh、Pt、Pd、Mo、Mn、Pb、Cu、Ni、Co、Fe等の金属の他に、AlCl、InCl、FeCl、TiCl2、SnCl2、SiCl2、GeCl2などの金属塩化物、TiO、VO等の金属酸化物、Si(OH)2等の金属水酸化物も含まれる。
これらの中でも、錯体の安定性、分光特性、耐熱、耐光性、および製造適性等の観点から、Fe、Zn、Mg、Si、Pt、Pd、Mo、Mn、Cu、Ni、Co、TiO、またはVOが好ましく、Zn、Mg、Si、Pt、Pd、Cu、Ni、Co、またはVOがさらに好ましく、Znが特に好ましい。
色素(A)における一般式(I)中のDの好適な態様の一つは、下記一般式(7)で表されるジピロメテン金属錯体化合物に由来する色素構造である。
なお、一般式(7)で表されるジピロメテン金属錯体化合物は、互変異性体を含む。
一般式(7)における中のR4〜R9は、一般式(M)におけるR4〜R9と同義であり、好ましい態様も同様である。
例えば、Zn、Mg、Si、Sn、Rh、Pt、Pd、Mo、Mn、Pb、Cu、Ni、Co、Fe等、およびAlCl、InCl、FeCl、TiCl2、SnCl2、SiCl2、GeCl2などの金属塩化物、TiO、V=O等の金属酸化物、Si(OH)2等の金属水酸化物が含まれる。
なお、一般式(8)で表されるジピロメテン金属錯体化合物は、互変異性体を含む。
R13およびR14としては、置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のアリール基、置換または無置換のヘテロ環基が好ましく、さらに好ましくは置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のアリール基である。ここで、より好ましいアルキル基、アリール基、およびヘテロ環基の具体例は、一般式(M)のR6およびR7において列記した具体例を同様に挙げることができる。
ここで、立体パラメータ−Es’値は、置換基の立体的嵩高さを表すパラメータであり、文献(J.A.Macphee,et al,Tetrahedron,Vol.34,pp3553〜3562、藤田稔夫編 化学増刊107 構造活性相関とドラックデザイン、1986年2月20日発行(化学同人))に示されている−Es'値を用いる。
本発明に係る色素における一般式(I)中のDの態様の一つは、トリアリールメタン色素(トリアリールメタン化合物)に由来する部分構造を有するものである。色素(A)としては、下記一般式(TP)で表される化合物(トリアリールメタン化合物)に由来する部分構造を、色素部位の部分構造として有する色素が含まれる。本発明においてトリアリールメタン化合物とは、分子内にトリアリールメタン骨格を含む色素部位を有する化合物を総称するものである。
X-は後述する対アニオンX群から選択されることが好ましい。
本発明における色素における一般式(I)中のDの好ましい態様は、キサンテン色素(キサンテン化合物)に由来する部分構造を有するものである。色素(A)としては、下記一般式(J)で表されるキサンテン化合物に由来する部分構造を、色素部位の部分構造として有する色素が含まれる。
上記一般式(J)中のR81とR82、R83とR84、およびmが2以上の場合のR85同士は、各々独立に、互いに結合して、置換基を有しない5員、6員並びに7員の飽和環または5員、6員並びに7員の不飽和環を形成する場合、置換基を有しない5員、6員並びに7員の飽和環または5員、6員並びに7員の不飽和環としては、例えば、ピロール環、フラン環、チオフェン環、ピラゾール環、イミダゾール環、トリアゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピロリジン環、ピペリジン環、シクロペンテン環、シクロヘキセン環、ベンゼン環、ピリジン環、ピラジン環、ピリダジン環が挙げられ、好ましくは、ベンゼン環、ピリジン環が挙げられる。
X-は後述する対アニオンX群から選択されることが好ましい。
本発明に係る色素における一般式(I)中のDの態様の一つは、シアニン色素(シアニン化合物)に由来する部分構造を有するものである。色素(A)としては、下記一般式(PM)で表される化合物(シアニン化合物)に由来する部分構造を、色素部位の部分構造として有する色素が含まれる。本発明においてシアニン化合物とは、分子内にシアニン骨格を含む色素部位を有する化合物を総称するものである。
環Z1および環Z2が取りうる置換基は、後述する置換基群Aの項で説明する置換基と同様である。X-は対アニオンを表す。X-は後述する対アニオンX群から選択されることが好ましい。
nは、0以上3以下の整数を表す。
A1およびA2は、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子、セレン原子、炭素原子または窒素原子を表す。
R1およびR2は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい1価の炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基を表す。
R3およびR4は、それぞれ独立に水素原子または1価の炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基を表すか、1個のR3と1個のR4とが一緒になって形成された2価の炭素数2〜6の脂肪族炭化水素基を表す。
aおよびbは、それぞれ独立に、0以上2以下の整数を表す。
本発明に係る色素における一般式(I)中のDの態様の一つは、サブフタロシアニン色素(フタロシアニン化合物)に由来する部分構造を有するものである。色素(A)としては、下記一般式(SP)で表される化合物(サブフタロシアニン化合物)に由来する部分構造を、色素部位の部分構造として有する色素が含まれる。本発明においてサブフタロシアニン化合物とは、分子内にサブフタロシアニン骨格を含む色素部位を有する化合物を総称するものである。本発明では、下記化合物がカチオン部位を形成するが、例えば、一般式(SP)のホウ素原子がカチオン部位を形成しうる。
一般式(SP)中のZ1〜Z12が有してもよいアルキル基は直鎖または分岐の置換または無置換のアルキル基を表す。Z1〜Z12としては、特に、炭素数1〜20が好ましく、炭素数1〜10がさらに好ましい。Z1〜Z12が有してもよい置換基としては後述する置換基群Aの項で挙げる置換基が挙げられるが、特にフッ素原子、ヒドロキシ基およびメルカプト基が好ましい。
X-は後述する対アニオンX群から選択されることが好ましい。
本発明で用いるスクアリリウム色素としては、下記一般式(K)で表される色素が好ましい。
R93及びR97は、それぞれ独立に、水素原子、直鎖もしくは分岐のアルキル基、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アリール基又はヘテロ環基を表す。
R91とR92、及び、R95とR96は、それぞれ、互いに連結して環を形成してもよい。
色素が有してもよい置換基としては、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アミノ基(アルキルアミノ基、アニリノ基を含む)、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキルまたはアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキルまたはアリールスルフィニル基、アルキルまたはアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリールまたはヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、シリル基などが挙げられる。以下詳細に記述する。
一般式(I)中の色素残基Dに好ましく含まれる対アニオンは、対アニオンであれば特に制限は無いが、耐熱性の観点で非求核性のアニオンであることが好ましい。非求核性の対アニオンとしては、特開2007−310315号公報[0075]等に記載の公知の非求核性アニオンが好ましく、以下の対アニオン群Xがより好ましい;
スルホン酸アニオン、カルボン酸アニオン、スルホニルイミドアニオン、ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチドアニオン、カルボン酸アニオン、テトラアリールボレードアニオン、−CON-CO−、−CON-SO2−、BF4 -、PF6 -、SbF6 -、B-(CN)3OMe。
対アニオン群Xは、さらに好ましくは、スルホン酸アニオン、スルホニルイミドアニオン、ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチドアニオン、カルボン酸アニオン、テトラアリールボレートアニオン、BF4 -、PF6 -、およびSbF6 -がさらに好ましい。
本発明の色素は、非求核性対アニオンを1種類のみ含んでいても良いし、2種類以上を含んでいても良い。
色素残基Dは、重合性基を有していてもよい。
重合性基としては、ラジカル、酸、熱により架橋可能な公知の重合性基を用いることができ、例えば、エチレン性不飽和結合を含む基、環状エーテル基(エポキシ基、オキセタン基)、メチロール基等が挙げられるが、特にエチレン性不飽和結合を含む基が好ましく、(メタ)アクリロイル基がさらに好ましく、(メタ)アクリル酸グリシジルおよび3,4−エポキシーシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート由来の(メタ)アクリロイル基が特に好ましい。
色素残基D中の重合性基は、色素残基1つに対し、1つであるであることが好ましい。
本発明に係る色素(A)のTgは、50℃以上であることが好ましく、100℃以上であることがより好ましい。また、熱重量分析(TGA測定)による5%重量減少温度が、120℃以上であることが好ましく、150℃以上であることがより好ましく、200℃以上であることがさらに好ましい。この領域にあることで、本発明の着色組成物をカラーフィルタ等の作製に適用する際に、加熱プロセスに起因する濃度変化を低減する事ができるようになる。
本発明においては、一般式(1)の連結基Q、置換基Rおよび色素残基Dから選ばれる少なくとも一つが、酸基を含有することが好ましい。酸基としては、カルボキシル基、スルホ基、リン酸基が好ましく、さらに好ましくはカルボキシル基である。
本発明において、色素(A)全体に含まれる重合性基の数は、1〜2個が好ましく、1個がより好ましい。また、色素(A)全体に含まれる酸基の数は、1〜4個が好ましく、1〜3個がより好ましく、1〜2個がさらに好ましい。
有機溶剤としては、エステル類(例えば、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、乳酸エチル、酢酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル等)、エーテル類(例えばメチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、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等)、ケトン類(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)、芳香族炭化水素類(例えば、トルエン、キシレン等)が挙げられ、これら溶剤に対し、1質量%以上50質量%以下溶解することが好ましく、より好ましくは5質量%以上40質量%以下、さらに好ましくは10質量%以上30質量%以下であることが好ましい。この領域にあることで、本発明の着色組成物をカラーフィルタ等の作製に適用する際に、好適な塗布面状や、他色塗布後の溶出による濃度低下を低減するができるようになる。
顔料に対する色素の質量比(色素(A)/顔料)としては、0.1〜5が好ましく、0.2〜2がよりに好ましく、0.3〜1がさらに好ましい。
本発明の着色組成物は、重合性化合物を含有する。重合性化合物としては、ラジカル、酸、熱により架橋可能な公知の重合性化合物を用いることができる。例えば、エチレン性不飽和結合、環状エーテル(エポキシ、オキセタン)、メチロール等を含む重合性化合物が挙げられる。重合性化合物は、感度の観点から、末端エチレン性不飽和結合を少なくとも1個、好ましくは2個以上有する化合物から好適に選ばれる。中でも、4官能以上の多官能重合性化合物が好ましく、5官能以上の多官能重合性化合物がさらに好ましい。また、後述する重合性基を有したアルカリ可溶性樹脂を、重合性化合物として用いることもできる。
これらの具体的な化合物としては、特開2009−288705号公報の段落番号〔0095〕〜〔0108〕に記載されている化合物を本発明においても好適に用いることができる。
多官能カルボン酸にグリシジル(メタ)アクリレート等の環状エーテル基とエチレン性不飽和基を有する化合物を反応させ得られる多官能(メタ)アクリレートなども挙げることができる。
また、その他の好ましい重合性化合物として、特開2010−160418号公報、特開2010−129825号公報、特許第4364216号明細書等に記載される、フルオレン環を有し、エチレン性不飽和基を2官能以上有する化合物、カルド樹脂も使用することが可能である。
一般式(MO−1)〜(MO−5)で表される重合性化合物の各々において、複数存在するRの少なくとも1つは、−OC(=O)CH=CH2、または、−OC(=O)C(CH3)=CH2で表される基を表す。
一般式(MO−1)〜(MO−5)で表される重合性化合物の具体例としては、特開2007−269779号公報の段落番号0248〜段落番号0251に記載されている化合物を本発明においても好適に用いることができる。
酸基を有する多官能モノマーの好ましい酸価としては、0.1mgKOH/g〜40mgKOH/gであり、特に好ましくは5mgKOH/g〜30mgKOH/gである。多官能モノマーの酸価が低すぎると現像溶解特性が落ち、高すぎると製造や取扱いが困難になり光重合性能が落ち、画素の表面平滑性等の硬化性が劣るものとなる。従って、異なる酸基の多官能モノマーを2種以上併用する場合、或いは酸基を有しない多官能モノマーを併用する場合、全体の多官能モノマーとしての酸基が上記範囲に入るように調整することが好ましい。
カプロラクトン構造を有する多官能性単量体としては、その分子内にカプロラクトン構造を有する限り特に限定されるものではないが、例えば、トリメチロールエタン、ジトリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ジ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、トリペンタエリスリトール、グリセリン、ジグリセロール、トリメチロールメラミン等の多価アルコールと、(メタ)アクリル酸およびε−カプロラクトンをエステル化することにより得られる、ε−カプロラクトン変性多官能(メタ)アクリレートを挙げることができる。なかでも下記一般式(Z−1)で表されるカプロラクトン構造を有する多官能性単量体が好ましい。
本発明において、カプロラクトン構造を有する多官能性単量体は、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。
一般式(Z−4)中、アクリロイル基およびメタクリロイル基の合計は3個または4個であり、mは各々独立に0〜10の整数を表し、各mの合計は0〜40の整数である。但し、各mの合計が0の場合、Xのうちいずれか1つはカルボキシル基である。
一般式(ii)中、アクリロイル基およびメタクリロイル基の合計は5個または6個であり、nは各々独立に0〜10の整数を表し、各nの合計は0〜60の整数である。但し、各nの合計が0の場合、Xのうちいずれか1つはカルボキシル基である。
また、各mの合計は、2〜40の整数が好ましく、2〜16の整数がより好ましく、4〜8の整数が特に好ましい。
一般式(Z−5)中、nは、0〜6の整数が好ましく、0〜4の整数がより好ましい。
また、各nの合計は、3〜60の整数が好ましく、3〜24の整数がより好ましく、6〜12の整数が特に好ましい。
また、一般式(Z−4)または一般式(Z−5)中の−((CH2)yCH2O)−または−((CH2)yCH(CH3)O)−は、酸素原子側の末端がXに結合する形態が好ましい。
具体的には、下記式(a)〜(f)で表される化合物(以下、「例示化合物(a)〜(f)」ともいう。)が挙げられ、中でも、例示化合物(a)、(b)、(e)、(f)が好ましい。
重合性化合物の市販品としては、ウレタンオリゴマーUAS−10、UAB−140(山陽国策パルプ社製)、UA−7200」(新中村化学社製、DPHA−40H(日本化薬社製)、UA−306H、UA−306T、UA−306I、AH−600、T−600、AI−600(共栄社製)などが挙げられる。
また、着色組成物に含有される他の成分(例えば、光重合開始剤、被分散体、アルカリ可溶性樹脂等)との相溶性、分散性に対しても、重合性化合物の選択・使用法は重要な要因であり、例えば、低純度化合物の使用や2種以上の併用により相溶性を向上させうることがある。また、支持体などの硬質表面との密着性を向上させる観点で特定の構造を選択することもあり得る。
また、本発明では、後述する
本発明の着色組成物は、重合性化合物の反応を促進させることなどを目的として、分子内に2個以上のメルカプト基を有する多官能チオール化合物を含んでいてもよい。多官能チオール化合物は、2級のアルカンチオール類であることが好ましく、特に下記一般式(I)で表される構造を有する化合物であることが好ましい。
一般式(T1)
本発明の着色組成物は、顔料を含有することが好ましい。
顔料としては、従来公知の種々の無機顔料または有機顔料を用いることができる。顔料としては、高透過率であることが好ましい。
C.I.ピグメントイエロー11,24,31,53,83,93,99,108,109,110,138,139,147,150,151,154,155,167,180,185,199,;
C.I.ピグメントオレンジ36,38,43,71;
C.I.ピグメントレッド81,105,122,149,150,155,171,175,176,177,209,220,224,242,254,255,264,270;
C.I.ピグメントバイオレット19,23,32,39;
C.I.ピグメントブルー1,2,15,15:1,15:3,15:6,16,22,60,66;
C.I.ピグメントグリーン7,36,37,58;
C.I.ピグメントブラウン25,28;
C.I.ピグメントブラック1;
等を挙げることができる。
C.I.ピグメントオレンジ36,71,
C.I.ピグメントレッド122,150,171,175,177,209,224,242,254,255,264,
C.I.ピグメントバイオレット19,23,32,
C.I.ピグメントブルー15:1,15:3,15:6,16,22,60,66,
C.I.ピグメントグリーン7,36,37,58;
C.I.ピグメントブラック1
顔料の一次粒子サイズは、電子顕微鏡等の公知の方法で測定することができる。
本発明の着色組成物が顔料を有する場合は、顔料分散剤を、所望により併用することができる。
顔料分散剤としては、高分子分散剤〔例えば、ポリアミドアミンとその塩、ポリカルボン酸とその塩、高分子量不飽和酸エステル、変性ポリウレタン、変性ポリエステル、変性ポリ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系共重合体、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物〕、および、ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルカノールアミン等の界面活性剤、および、顔料誘導体等を挙げることができる。
高分子分散剤は、その構造からさらに直鎖状高分子、末端変性型高分子、グラフト型高分子、ブロック型高分子に分類することができる。
また、顔料誘導体を併用する場合、顔料誘導体の使用量としては、顔料100質量部に対し、1〜30質量部が好ましく、3〜20質量部がより好ましく、5〜15質量部のが特に好ましい。
本発明の着色組成物は、光重合開始剤を含有することが、さらなる感度向上の観点から好ましい。
光重合開始剤としては、重合性化合物の重合を開始する能力を有する限り、特に制限はなく、公知の光重合開始剤の中から適宜選択することができる。例えば、紫外線領域から可視の光線に対して感光性を有するものが好ましい。また、光励起された増感剤と何らかの作用を生じ、活性ラジカルを生成する活性剤であってもよく、モノマーの種類に応じてカチオン重合を開始させるような開始剤であってもよい。
また、光重合開始剤は、約300nm〜800nm(330nm〜500nmがより好ましい。)の範囲内に少なくとも約50の分子吸光係数を有する化合物を、少なくとも1種含有していることが好ましい。
具体的には、トリハロメチルトリアジン化合物としては、以下の化合物が例示される。なお、Phはフェニル基である。
特に、固体撮像素子用のカラーフィルタの作製に使用する場合には、微細なパターンをシャープな形状で形成する必要があるために、硬化性とともに未露光部に残渣がなく現像されることが重要である。このような観点からは、光重合開始剤としてはオキシム化合物が特に好ましい。特に、固体撮像素子において微細なパターンを形成する場合、硬化用露光にステッパー露光を用いるが、この露光機はハロゲンにより損傷される場合があり、光重合開始剤の添加量も低く抑える必要があるため、これらの点を考慮すれば、固体撮像素子の如き微細パターンを形成するには(D)光重合開始剤としては、オキシム化合物を用いるのが最も好ましい。
ヒドロキシアセトフェノン系開始剤としては、IRGACURE−184、DAROCUR−1173、IRGACURE−500、IRGACURE−2959,IRGACURE−127(商品名:いずれもBASF社製)を用いることができる。アミノアセトフェノン系開始剤としては、市販品であるIRGACURE−907、IRGACURE−369、および、IRGACURE−379、IRGACURE−OXE379(商品名:いずれもBASF社製)を用いることができる。アミノアセトフェノン系開始剤として、365nmまたは405nm等の長波光源に吸収波長がマッチングされた特開2009−191179公報に記載の化合物も用いることができる。また、アシルホスフィン系開始剤としては市販品であるIRGACURE−819やDAROCUR−TPO(商品名:いずれもBASF社製)を用いることができる。
市販品ではIRGACURE−OXE01(BASF社製)、IRGACURE−OXE02(BASF社製)、TR−PBG−304(常州強力電子新材料有限公司社製)、アデカアークルズNCI−831、アデカアークルズNCI−930(ADEKA社製)も好適に用いられる。
また、オキシム化合物の特定部位に不飽和結合を有する特開2009−242469号公報に記載の化合物も、重合不活性ラジカルから活性ラジカルを再生することで高感度化を達成でき好適に使用することができる。
具体的には、光重合開始剤であるオキシム化合物としては、下記一般式(OX−1)で表される化合物が好ましい。なお、オキシムのN−O結合が(E)体のオキシム化合物であっても、(Z)体のオキシム化合物であっても、(E)体と(Z)体との混合物であってもよい。
一般式(OX−1)中、Rで表される一価の置換基としては、一価の非金属原子団であることが好ましい。
一価の非金属原子団としては、アルキル基、アリール基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、複素環基、アルキルチオカルボニル基、アリールチオカルボニル基等が挙げられる。また、これらの基は、1以上の置換基を有していてもよい。また、前述した置換基は、さらに他の置換基で置換されていてもよい。
置換基としてはハロゲン原子、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基またはアリールオキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシル基、アルキル基、アリール基等が挙げられる。
具体的には、チエニル基、ベンゾ[b]チエニル基、ナフト[2,3−b]チエニル基、チアントレニル基、フリル基、ピラニル基、イソベンゾフラニル基、クロメニル基、キサンテニル基、フェノキサチイニル基、2H−ピロリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、ピリジル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、インドリジニル基、イソインドリル基、3H−インドリル基、インドリル基、1H−インダゾリル基、プリニル基、4H−キノリジニル基、イソキノリル基、キノリル基、フタラジニル基、ナフチリジニル基、キノキサリニル基、キナゾリニル基、シンノリニル基、プテリジニル基、4aH−カルバゾリル基、カルバゾリル基、β−カルボリニル基、フェナントリジニル基、アクリジニル基、ペリミジニル基、フェナントロリニル基、フェナジニル基、フェナルサジニル基、イソチアゾリル基、フェノチアジニル基、イソキサゾリル基、フラザニル基、フェノキサジニル基、イソクロマニル基、クロマニル基、ピロリジニル基、ピロリニル基、イミダゾリジニル基、イミダゾリニル基、ピラゾリジニル基、ピラゾリニル基、ピペリジル基、ピペラジニル基、インドリニル基、イソインドリニル基、キヌクリジニル基、モルホリニル基、および、チオキサントリル基が例示できる。
下記の構造中、Y、X、および、nは、それぞれ、後述する一般式(OX−2)におけるY、X、および、nと同義であり、好ましい例も同様である。
中でも、式(OX−1)におけるAとしては、感度を高め、加熱経時による着色を抑制する点から、無置換のアルキレン基、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、tert−ブチル基、ドデシル基)で置換されたアルキレン基、アルケニル基(例えば、ビニル基、アリル基)で置換されたアルキレン基、アリール基(例えば、フェニル基、p−トリル基、キシリル基、クメニル基、ナフチル基、アンスリル基、フェナントリル基、スチリル基)で置換されたアルキレン基が好ましい。
なかでも、感度を高め、加熱経時による着色を抑制する点から、置換または無置換のフェニル基が好ましい。
また、式(2)におけるnは、0〜5の整数を表し、0〜2の整数が好ましい。
一般式(OX−3)または(OX−4)におけるR、X、A、Ar、および、nは、一般式(OX−2)におけるR、X、A、Ar、および、nとそれぞれ同義であり、好ましい例も同様である。
化合物のモル吸光係数は、公知の方法を用いることができるが、具体的には、例えば、紫外可視分光光度計(Varian社製Carry−5 spctrophotometer)にて、酢酸エチル溶媒を用い、0.01g/Lの濃度で測定することが好ましい。
本発明の着色組成物は、さらに、アルカリ可溶性樹脂を含有することが好ましい。なお、ここでいうアルカリ可溶性樹脂には、顔料分散剤として本発明の着色組成物に含有される成分は含まれない。
なお、重合後に酸基を付与しうるモノマーを単量体成分として酸基を導入する場合には、重合後に例えば後述するような酸基を付与するための処理が必要となる。
重合性基を有するアルカリ可溶性樹脂の例としては、ダイヤナ−ルNRシリーズ(三菱レイヨン株式会社製)、Photomer6173(COOH含有 polyurethane acrylic oligomer. Diamond Shamrock Co.Ltd.,製)、ビスコートR−264、KSレジスト106(いずれも大阪有機化学工業株式会社製)、サイクロマーPシリーズ、プラクセル CF200シリーズ(いずれもダイセル化学工業株式会社製)、Ebecryl3800(ダイセルユーシービー株式会社製)などが挙げられる。重合性基を有するアルカリ可溶性樹脂としては、予めイソシアネート基とOH基を反応させ、未反応のイソシアネート基を1つ残し、かつ(メタ)アクリロイル基を含む化合物とカルボキシル基を含むアクリル樹脂との反応によって得られるウレタン変性した重合性二重結合含有アクリル樹脂、カルボキシル基を含むアクリル樹脂と分子内にエポキシ基および重合性二重結合を共に有する化合物との反応によって得られる不飽和基含有アクリル樹脂、酸ペンダント型エポキシアクリレート樹脂、OH基を含むアクリル樹脂と重合性二重結合を有する2塩基酸無水物を反応させた重合性二重結合含有アクリル樹脂、OH基を含むアクリル樹脂とイソシアネートと重合性基を有する化合物を反応させた樹脂、特開2002−229207号公報および特開2003−335814号公報に記載されるα位またはβ位にハロゲン原子或いはスルホネート基などの脱離基を有するエステル基を側鎖に有する樹脂を、塩基性処理することで得られる樹脂などが好ましい。
さらに、特開2012−32767号公報に記載の段落番号0029〜0063に記載の共重合体(B)および実施例で用いられているアルカリ可溶性樹脂、特開2012−208474号公報の段落番号0088〜0098に記載のバインダー樹脂および実施例で用いられているバインダー樹脂、特開2012−137531号公報の段落番号0022〜0032に記載のバインダー樹脂および実施例で用いられているバインダー樹脂、特開2013−024934号公報の段落番号0132〜0143に記載のバインダー樹脂および実施例で用いられているバインダー樹脂、特開2011−242752号公報の段落番号0092〜0098および実施例で用いられているバインダー樹脂、特開2012−032770号公報の段落番号0030〜0072の記載のバインダー樹脂を用いること好ましい。これらの内容は本願明細書に組み込まれる。より具体的には、下記の樹脂が好ましい。
また、アルカリ可溶性樹脂の重量平均分子量(Mw)としては、2,000〜50,000が好ましく、5,000〜30,000がさらに好ましく、7,000〜20,000が最も好ましい。本発明で用いられる化合物の分子量の測定方法は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により測定でき、GPCの測定によるポリスチレン換算値として定義される。例えば、HLC−8220(東ソー(株)製)を用い、カラムとしてTSKgel Super AWM―H(東ソー(株)製、6.0mmID×15.0cmを、溶離液として10mmol/L リチウムブロミドNMP(N−メチルピロリジノン)溶液を用いることによって求めることができる。
本発明の着色組成物は、アルカリ可溶性樹脂を、1種類のみを含んでいてもよいし、2種類以上含んでいてもよい。2種類以上含む場合は、その合計量が上記範囲となることが好ましい。
本発明の着色組成物は、上述の各成分に加えて、本発明の効果を損なわない範囲で、さらに、有機溶剤、架橋剤などの他の成分を含んでいてもよい。
本発明の着色組成物は、有機溶剤を含有してもよい。
有機溶剤は、各成分の溶解性や着色組成物の塗布性を満足すれば基本的には特に制限はないが、特に紫外線吸収剤、アルカリ可溶性樹脂や分散剤等の溶解性、塗布性、安全性を考慮して選ばれることが好ましい。また、本発明における着色組成物を調製する際には、少なくとも2種類の有機溶剤を含むことが好ましい。
本発明の着色組成物に補足的に架橋剤を用い、着色組成物を硬化させてなる硬化膜の硬度をより高めることもできる。
架橋剤としては、架橋反応により膜硬化を行なえるものであれば、特に限定はなく、例えば、(a)エポキシ樹脂、(b)メチロール基、アルコキシメチル基、およびアシロキシメチル基から選ばれる少なくとも1つの置換基で置換された、メラミン化合物、グアナミン化合物、グリコールウリル化合物またはウレア化合物、(c)メチロール基、アルコキシメチル基、およびアシロキシメチル基から選ばれる少なくとも1つの置換基で置換された、フェノール化合物、ナフトール化合物またはヒドロキシアントラセン化合物、が挙げられる。中でも、多官能エポキシ樹脂が好ましい。
架橋剤の具体例などの詳細については、特開2004−295116号公報の段落0134〜0147の記載を参照することができる。
本発明の着色組成物中に架橋剤を含有する場合、架橋剤の配合量は、特に定めるものではないが、組成物の全固形分の2〜30質量%が好ましく、3〜20質量%がより好ましい。
本発明の着色組成物は、架橋剤を、1種類のみを含んでいてもよいし、2種類以上含んでいてもよい。2種類以上含む場合は、その合計量が上記範囲となることが好ましい。
本発明の着色組成物においては、着色組成物の製造中または保存中において、重合性化合物の不要な熱重合を阻止するために、少量の重合禁止剤を添加することが望ましい。
本発明に用いうる重合禁止剤としては、ハイドロキノン、p−メトキシフェノール、ジ−tert−ブチル−p−クレゾール、ピロガロール、tert−ブチルカテコール、ベンゾキノン、4,4’−チオビス(3−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、N−ニトロソフェニルヒドロキシアミン第一セリウム塩等が挙げられる。
本発明の着色組成物中に重合禁止剤を含有する場合、重合禁止剤の添加量は、全組成物の質量に対して、約0.01質量%〜約5質量%が好ましい。
本発明の組成物は、重合禁止剤を、1種類のみを含んでいてもよいし、2種類以上含んでいてもよい。2種類以上含む場合は、その合計量が上記範囲となることが好ましい。
本発明の着色組成物には、塗布性をより向上させる観点から、各種の界面活性剤を添加してもよい。界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤などの各種界面活性剤を使用できる。
即ち、フッ素系界面活性剤を含有する着色組成物を適用した塗布液を用いて膜形成する場合においては、被塗布面と塗布液との界面張力を低下させることにより、被塗布面への濡れ性が改善され、被塗布面への塗布性が向上する。このため、少量の液量で数μm程度の薄膜を形成した場合であっても、厚みムラの小さい均一厚の膜形成をより好適に行える点で有効である。
界面活性剤は、1種のみを用いてもよいし、2種類以上を組み合わせてもよい。
本発明の着色組成物に界面活性剤を含有する場合、界面活性剤の添加量は、着色組成物の全固形分に対して、0.001〜2.0質量%が好ましく、より好ましくは0.005〜1.0質量%である。
本発明の組成物は、界面活性剤を、1種類のみを含んでいてもよいし、2種類以上含んでいてもよい。2種類以上含む場合は、その合計量が上記範囲となることが好ましい。
着色組成物には、必要に応じて、各種添加物、例えば、充填剤、密着促進剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、凝集防止剤等を配合することができる。これらの添加物としては、特開2004−295116号公報の段落0155〜0156に記載のものを挙げることができる。
本発明の着色組成物においては、特開2004−295116号公報の段落0078に記載の増感剤や光安定剤、同公報の段落0081に記載の熱重合防止剤を含有することができる。
本発明の着色組成物は、分子量1000以下の有機カルボン酸、および/または有機カルボン酸無水物を含有していてもよい。
有機カルボン酸化合物としては、具体的には、脂肪族カルボン酸または芳香族カルボン酸が挙げられる。脂肪族カルボン酸としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、ピバル酸、カプロン酸、グリコール酸、アクリル酸、メタクリル酸等のモノカルボン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、シクロヘキセンジカルボン酸、イタコン酸、シトラコン酸、マレイン酸、フマル酸等のジカルボン酸、トリカルバリル酸、アコニット酸等のトリカルボン酸等が挙げられる。また、芳香族カルボン酸としては、例えば、安息香酸、フタル酸等のフェニル基に直接カルボキシル基が結合したカルボン酸、およびフェニル基から炭素結合を介してカルボキシル基が結合したカルボン酸類が挙げられる。これらの中では、特に分子量600以下、とりわけ分子量50〜500のもの、具体的には、例えば、マレイン酸、マロン酸、コハク酸、イタコン酸が好ましい。
これら分子量1000以下の有機カルボン酸、および/または有機カルボン酸無水物を添加することによって、高いパターン密着性を保ちながら、着色組成物の未溶解物の残存をより一層低減することが可能である。
本発明の着色組成物は、前述の成分を混合することで調製される。
なお、着色組成物の調製に際しては、着色組成物を構成する各成分を一括配合してもよいし、各成分を溶剤に溶解・分散した後に逐次配合してもよい。また、配合する際の投入順序や作業条件は特に制約を受けない。例えば、全成分を同時に溶剤に溶解・分散して組成物を調製してもよいし、必要に応じては、各成分を適宜2つ以上の溶液・分散液としておいて、使用時(塗布時)にこれらを混合して組成物として調製してもよい。
上記のようにして調製された着色組成物は、好ましくは、孔径0.01μm〜3.0μm、より好ましくは孔径0.05μm〜0.5μm程度のフィルタなどを用いて濾別した後、使用に供することができる。
次に、本発明における硬化膜、パターン形成方法およびカラーフィルタについて、その製造方法を通じて詳述する。
また、本発明のパターン形成方法の第二の態様は、本発明の着色組成物を支持体上に適用して着色組成物層を形成し、硬化して着色層を形成する工程と、着色層上にフォトレジスト層を形成する工程と、露光および現像することによりフォトレジスト層をパターニングしてレジストパターンを得る工程と、レジストパターンをエッチングマスクとして着色層をドライエッチングして着色パターンを形成する工程と、を含むことを特徴とする。
すなわち、本発明では、フォトリソグラフィ法でパターン形成することもでき、また、ドライエッチング法でパターン形成することもできる。
本発明のパターン形成方法は、カラーフィルタが有する着色パターン(画素)の形成に好適に適用することができる。
本発明のカラーフィルタの製造方法の第一の態様は、本発明の着色組成物を支持体上に適用して着色組成物層を形成する工程と、着色組成物層をパターン様に露光する工程と、未露光部を現像除去して着色パターンを形成する工程と、を含むことを特徴とする。さらに、必要に応じて、着色組成物層をベークする工程(プリベーク工程)、および、現像された着色パターンをベークする工程(ポストベーク工程)を設けてもよい。以下、これらの工程をあわせて、パターン形成工程ということがある。
また、本発明のカラーフィルタの製造方法の第二の態様は、本発明の着色組成物を支持体上に適用して着色組成物層を形成し、硬化して着色層を形成する工程と、着色層上にフォトレジスト層を形成する工程と、露光および現像することによりフォトレジスト層をパターニングしてレジストパターンを得る工程と、レジストパターンをエッチングマスクとして着色層をドライエッチングして着色パターンを形成する工程とを含むことを特徴とする。
本発明のカラーフィルタは、上記製造方法により好適に得ることができる。
以下、固体撮像素子用カラーフィルタを単に「カラーフィルタ」ということがある。
着色組成物層を形成する工程では、支持体上に、本発明の着色組成物を適用して着色組成物層形成工程を形成する。
本発明における着色パターンは、固体撮像素子用基板の撮像素子形成面側(おもて面)に形成されてもよいし、撮像素子非形成面側(裏面)に形成されてもよい。
固体撮像素子における着色パターンの間や、固体撮像素子用基板の裏面には、遮光膜が設けられていてもよい。
また、支持体上には、必要により、上部の層との密着改良、物質の拡散防止或いは基板表面の平坦化のために下塗り層を設けてもよい。
<<<露光工程>>>
露光工程では、着色組成物層形成工程において形成された着色組成物層を、例えば、ステッパー等の露光装置を用い、所定のマスクパターンを有するマスクを介してパターン露光する。これにより、硬化膜が得られる。
露光に際して用いることができる放射線(光)としては、特に、g線、i線等の紫外線が好ましく(特に好ましくはi線)用いられる。照射量(露光量)は30mJ/cm2〜1500mJ/cm2が好ましく50mJ/cm2〜1000mJ/cm2がより好ましく、80mJ/cm2〜500mJ/cm2が最も好ましい。
膜厚を、1.0μm以下とすることにより、高解像性、高密着性を得られるため、好ましい。
また、本工程においては、0.7μm以下の薄い膜厚を有する硬化膜も好適に形成することができ、得られた硬化膜を、後述するパターン形成工程にて現像処理することで、薄膜でありながらも、現像性、表面荒れ抑制、およびパターン形状に優れた着色パターンを得ることができる。
次いでアルカリ現像処理を行うことにより、露光工程における光未照射部分の着色組成物層がアルカリ水溶液に溶出し、光硬化した部分だけが残る。
現像液としては、下地の撮像素子や回路などにダメージを起さない、有機アルカリ現像液が望ましい。現像温度としては通常20℃〜30℃であり、現像時間は、従来20秒〜90秒であった。より残渣を除去するため、近年では120秒〜180秒実施する場合もある。さらには、より残渣除去性を向上するため、現像液を60秒ごとに振り切り、さらに新たに現像液を供給する工程を数回繰り返す場合もある。
なお、現像液には無機アルカリを用いてもよく、無機アルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、硅酸ナトリウム、メタ硅酸ナトリウムなどが好ましい。
なお、このようなアルカリ性水溶液からなる現像液を使用した場合には、一般に現像後純水で洗浄(リンス)する。
ポストベークは、硬化を完全なものとするための現像後の加熱処理であり、通常100℃〜240℃、好ましくは200℃〜240℃の熱硬化処理を行う。
このポストベーク処理は、現像後の塗布膜を、上記条件になるようにホットプレートやコンベクションオーブン(熱風循環式乾燥機)、高周波加熱機等の加熱手段を用いて、連続式あるいはバッチ式で行うことができる。
ドライエッチングは、着色層を、パターニングされたフォトレジスト層をマスクとしてエッチングガスを用いて行うことができる。具体的には、着色層上にポジ型またはネガ型の感放射線性組成物を塗布し、これを乾燥させることによりフォトレジスト層を形成する。フォトレジスト層の形成においては、さらにプリベーク処理を施すことが好ましい。特に、フォトレジストの形成プロセスとしては、露光後の加熱処理(PEB)、現像後の加熱処理(ポストベーク処理)を実施する形態が望ましい。
具体的には、ポジ型の感放射線性組成物として、キノンジアジド化合物およびアルカリ可溶性樹脂を含有する組成物が好ましい。キノンジアジド化合物およびアルカリ可溶性樹脂を含有するポジ型の感放射線性組成物は、500nm以下の波長の光照射によりキノンジアジド基が分解してカルボキシル基を生じ、結果としてアルカリ不溶状態からアルカリ可溶性になることを利用するものである。このポジ型フォトレジストは解像力が著しく優れているので、ICやLSI等の集積回路の作製に用いられている。キノンジアジド化合物としては、ナフトキノンジアジド化合物が挙げられる。市販品としては例えばFHi622BC」(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)などが挙げられる。
フッ素系ガスと酸素ガス(O2)との混合ガスを用い、支持体が露出しない領域(深さ)までエッチングを行なう第1段階のエッチングと、この第1段階のエッチングの後に、窒素ガス(N2)と酸素ガス(O2)との混合ガスを用い、好ましくは支持体が露出する領域(深さ)付近までエッチングを行なう第2段階のエッチングと、支持体が露出した後に行なうオーバーエッチングとを含む形態が好ましい。以下、ドライエッチングの具体的手法、並びに第1段階のエッチング、第2段階のエッチング、およびオーバーエッチングについて説明する。
(1)第1段階のエッチングにおけるエッチングレート(nm/min)と、第2段階のエッチングにおけるエッチングレート(nm/min)とをそれぞれ算出する。
(2)第1段階のエッチングで所望の厚さをエッチングする時間と、第2段階のエッチングで所望の厚さをエッチングする時間とをそれぞれ算出する。
(3)上述した(2)で算出したエッチング時間に従って第1段階のエッチングを実施する。
(4)上述した(2)で算出したエッチング時間に従って第2段階のエッチングを実施する。あるいはエンドポイント検出でエッチング時間を決定し、決定したエッチング時間に従って第2段階のエッチングを実施してもよい。
(5)上述した(3)および(4)の合計時間に対してオーバーエッチング時間を算出し、オーバーエッチングを実施する。
上記のうち、アルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレートおよびアルキレングリコールモノアルキルエーテルが好ましい。
これら溶媒は、単独で用いても2種以上を混合して用いてもよい。2種以上を混合する場合、水酸基を有する溶剤と水酸基を有しない溶剤とを混合することが好ましい。水酸基を有する溶剤と水酸基を有しない溶剤との質量比は、1/99〜99/1、好ましくは10/90〜90/10、さらに好ましくは20/80〜80/20である。プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)とプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)の混合溶剤で、その比率が60/40であることが特に好ましい。なお、汚染物に対する洗浄液の浸透性を向上させるために、洗浄液には前掲の本組成物に関する界面活性剤を添加してもよい。
本発明のカラーフィルタは、CCD、CMOS等の固体撮像素子に好適に用いることができ、特に100万画素を超えるような高解像度のCCDやCMOS等に好適である。本発明の固体撮像素子用カラーフィルタは、例えば、CCDまたはCMOSを構成する各画素の受光部と、集光するためのマイクロレンズと、の間に配置されるカラーフィルタとして用いることができる。
また、着色パターン(着色画素)のサイズ(パターン幅)としては、2.5μm以下が好ましく、2.0μm以下がより好ましく、1.7μm以下が特に好ましい。
本発明の固体撮像素子は、本発明のカラーフィルタを備える。本発明の固体撮像素子の構成としては、本発明におけるカラーフィルタが備えられた構成であり、固体撮像素子として機能する構成であれば特に限定はないが、例えば、以下のような構成が挙げられる。
さらに、デバイス保護層上であってカラーフィルタの下(支持体に近い側)に集光手段(例えば、マイクロレンズ等。以下同じ)を有する構成や、カラーフィルタ上に集光手段を有する構成等であってもよい。
本発明のカラーフィルタは、固体撮像素子のみならず、液晶表示装置や有機EL表示装置などの、画像表示装置に用いることができ、特に液晶表示装置の用途に好適である。本発明のカラーフィルタを備えた液晶表示装置は、表示画像の色合いが良好で表示特性に優れた高画質画像を表示することができる。
また、本発明におけるカラーフィルタは、明るく高精細なCOA(Color-filter On Array)方式にも供することが可能である。COA方式の液晶表示装置にあっては、カラーフィルタ層に対する要求特性は、前述のような通常の要求特性に加えて、層間絶縁膜に対する要求特性、すなわち低誘電率および剥離液耐性が必要とされることがある。本発明のカラーフィルタにおいては、色相に優れた染料多量体を用いることから、色純度、光透過性などが良好で着色パターン(画素)の色合いに優れるので、解像度が高く長期耐久性に優れたCOA方式の液晶表示装置を提供することができる。なお、低誘電率の要求特性を満足するためには、カラーフィルタ層の上に樹脂被膜を設けてもよい。
これらの画像表示方式については、例えば、「EL、PDP、LCDディスプレイ−技術と市場の最新動向−(東レリサーチセンター調査研究部門 2001年発行)」の43ページなどに記載されている。
バックライトに関しては、SID meeting Digest 1380(2005)(A.Konno et.al)や、月刊ディスプレイ 2005年12月号の18〜24ページ(島 康裕)、同25〜30ページ(八木隆明)などに記載されている。
市販のローダミンB(10g)をクロロホルム40mlに溶解し、塩化ホスホリル5gを加えて2時間加熱還流した後、上記中間体(B−1)を1.7g添加した。さらに2時間加熱還流した後、溶液を水洗し、硫酸ナトリウムで乾燥後に溶媒を留去した。赤色残渣をイソプロパノール100mlで再結晶し、中間体(C−1)を5g得た。この中間体(C−1)を1規定の水酸化カリウム水溶液20mlに添加して1時間攪拌後、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドのリチウム塩の水溶液を添加し、生じる沈殿を濾取することで、(S−37)を4.5g得た。
<色素(S−40)の合成>
合成例1において、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドのリチウム塩の代わりに、トリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチドのリチウム塩を用いた以外は合成例1と同様にして色素(S−40)を合成した。
<色素(S−46)の合成>
合成例3において、(A−1)の代わりにローダミンBを、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドのリチウム塩の代わりにテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートのリチウム塩を用いた以外は合成例3と同様にして色素(S−46)を合成した。
得られた化合物(A−1) 150gにメタノール 985mL、2−メルカプトエタノール 49.0gを加え、窒素気流下、室温にてトリエチルアミン64.5gを加えた。室温にて1h攪拌した後、反応用液を減圧濃縮することでメタノールを除去した。濃縮した化合物に酢酸エチル900mL、飽和食塩水 800mL、飽和重曹水 100mLを加えて分液操作を行い、さらに有機層を水で3回洗浄した。得られた有機層を硫酸マグネシウムで脱水した後、有機層を減圧濃縮することで酢酸エチルを除去し、化合物(A−2)169.7gを得た。
得られた化合物(A−2)48.8gに、ジメチルアセトアミド(DMAc) 95mL、(2−イソシアナトエチルアクリラート)(AOI) 24.8g、ジブチルヒドロキシトルエン(BHT) 0.190gを加えた後、窒素気流下、室温にてネオスタンU−600 0.100gを加えた。85℃で1h攪拌した後、室温まで冷却してから酢酸エチル500 mL、飽和食塩水500 mLを加えて分液操作を行い、さらに有機層を水で3回洗浄した。得られた有機層を硫酸マグネシウムで脱水した後、有機層を減圧濃縮することで酢酸エチルを除去した。濃縮した化合物に0℃でクロロホルムを170mL加えることで再結晶を行い、さらにろ過することで化合物(A−3)59.7gを得た。
得られた化合物(A−3) 50.0gに塩化メチレン 500 mL、トリエチルアミン 34.0gを加え、窒素気流下、室温にて酸クロリド(A−4)108.0gを加えた。室温にて2h攪拌した後、クロロホルム200mL、水 500mL、飽和食塩水 200mLを加えて、分液操作を行った。得られた有機層を硫酸マグネシウムで脱水し、減圧濃縮することで酢酸エチルを除去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒 クロロホルム:酢酸エチル=10:1→5:5)で精製を行った。目的物の溶液を減圧濃縮し、得られた個体にアセトニトリル400mLを加えて1h攪拌した後、ろ過することで色素(D4´)108.0gを得た。
続いて、化合物(B−2)を30質量%含むNEP溶液 4.0gに対して、NEP9.6g、トリエチルアミン0.57g、色素(D4´)4.40gを加えて、室温にて1日反応させた。その後、反応溶液をヘキサン:酢酸エチル(1:5)溶液300mLに滴下することで再沈殿を行い、さらにろ過することでオリゴマー(B−3)を4.6g得た。
さらに、オリゴマー(B−3) 3.0gに、DMAc 24mL、(2−イソシアナトエチルメタクリレート)(MOI) 0.22g、BHT 0.10gを加えて、室温にて3時間反応させた。その後、反応用液をヘキサン:酢酸エチル(1:5)溶液300mLに滴下することで再沈殿を行い、さらにろ過することで色素(48)を1.9g得た。
続いて、化合物(C−1)を30質量%含むNEP溶液 4.0gに対して、NEP9.6g、トリエチルアミン0.51g、色素(D4´)5.13gを加えて1日撹拌した。その後、反応溶液をヘキサン:酢酸エチル(1:5)溶液300mLに滴下することで再沈殿を行い、さらにろ過することで色素(52)を4.8g得た。
下記組成の成分を混合して溶解し、下塗り層用レジスト液を調製した。
<下塗り層用レジスト液の組成>
・溶剤:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 19.20部
・溶剤:乳酸エチル 36.67部
・アルカリ可溶性樹脂:メタクリル酸ベンジル/メタクリル酸/メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル共重合体(モル比=60/22/18、重量平均分子量15,000、数平均分子量9,000)の40%PGMEA溶液 30.51部
・エチレン性不飽和二重結合含有化合物:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
12.20部
・重合禁止剤:p−メトキシフェノール 0.0061部
・フッ素系界面活性剤:F−475、DIC(株)製 0.83部
・光重合開始剤:トリハロメチルトリアジン系の光重合開始剤 0.586部
(TAZ−107、みどり化学社製)
6inchシリコンウエハをオーブン中で200℃のもと30分加熱処理した。次いで、このシリコンウエハ上に、レジスト液を乾燥膜厚が1.5μmになるように塗布し、さらに220℃のオーブン中で1時間加熱乾燥させて下塗り層を形成し、下塗り層付シリコンウエハ基板を得た。
3−1.青色顔料分散液の調製
青色顔料分散液1を、以下のようにして調製した。
C.I.Pigment Blue15:6を13.0部(青色顔料、平均粒子サイズ55nm)、および顔料分散剤であるDisperbyk111を5.0部、PGMEA82.0部からなる混合液を、ビーズミル(beads mill)(ジルコニアビーズ0.3mm径)により3時間混合・分散して、顔料分散液を調製した。その後さらに、減圧機構付き高圧分散機NANO−3000−10(日本ビーイーイー(株)製)を用いて、2000kg/cm3の圧力下で流量500g/minとして分散処理を行なった。この分散処理を10回繰り返し、実施例または比較例の着色組成物に用いる青色用顔料分散液1(C.I.Pigment Blue15:6分散液、顔料濃度13%)を得た。
得られた青色顔料分散液について、顔料の粒子サイズを動的光散乱法(Microtrac Nanotrac UPA−EX150(日機装社(Nikkiso Co., Ltd.)製))により測定したところ、24nmであった。
下記の各成分を混合して分散、溶解し、実施例1〜58、比較例1〜2の各着色組成物を得た。
・シクロヘキサノン 1.133部
・アルカリ可溶性樹脂(下記J1またはJ2:表1に記載の化合物) 0.030部
・ソルスパース20000(1%シクロヘキサン溶液、日本ルーブリゾール(株)製)
0.125部
・光重合開始剤(下記構造の化合物:下記表に記載の化合物) 0.012部
・色素(下記表に記載の化合物)
固形分として0.040部
・下記表に記載の顔料分散液(顔料濃度13.0%) 0.615部
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート 0.070部
・グリセロールプロポキシレート(1%シクロヘキサン溶液) 0.048部
PB15:3 C.I.ピグメントブルー15:3
PR254: C.I.ピグメントレッド254
<フォトリソグラフィ法を適用したパターン形成の例1>
上記のように調製した実施例および比較例の着色組成物の各々を、上記2.で得られた下塗り層付シリコンウエハ基板の下塗り層上に塗布し、着色組成物層(塗布膜)を形成した。そして、この塗布膜の乾燥膜厚が0.6μmになるように、100℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行なった。
その後、照射された塗布膜が形成されているシリコンウエハ基板をスピン・シャワー現像機(DW−30型、(株)ケミトロニクス製)の水平回転テーブル上に載置し、CD−2000(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製)を用いて23℃で60秒間パドル現像を行ない、シリコンウエハ基板に着色パターンを形成した。
以上のようにして、実施例または比較例の着色組成物により形成された着色パターンを有するカラーフィルタを作製した。
その後、測長SEM「S−9260A」(日立ハイテクノロジーズ(株)製)を用いて、着色パターンのサイズを測定した。パターンサイズが1.0μmとなる露光量を最適露光量とした。
5−1.パターン欠損
着色パターンを100個観察し、欠損しているパターンの個数を数えた。個数が多いほどパターン欠損が悪いことを示す。結果を下記表に示す。
パターン100個を測長SEMで観察し、パターン直線性を判定した。
A:形状は矩形であり、パターンの辺が直線である
B:形状は矩形であり、パターンの辺がややゆがんだ直線であるが実用上問題ないレベル
C:形状は丸みをおびており、パターンの辺は粗く、実用上問題があるレベル
各カラーフィルタにおける着色パターンの吸光度を、MCPD−3000(大塚電子(株)製)にて測定した(吸光度A)。
カラーフィルタの着色パターン形成面に、乾燥膜厚が1μmとなるようにCT−2000L溶液(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製;透明下地剤)を塗布し、乾燥させて、透明膜を形成した後、280℃で5分間加熱処理を行なった。
加熱終了後、着色パターンに隣接する透明膜の吸光度を、MCPD−3000(大塚電子(株)製)にて測定した(吸光度B)。
得られた透明膜の吸光度Bの値について、加熱前に測定した着色パターンの吸光度Aの値に対する割合[%]を算出した〔下記(式A)〕。これを隣接ピクセルへの色移りを評価する指標とした。
(式A) 色移り(%)=吸光度B/吸光度A×100
上記得た着色組成物が塗布されたガラス基板を、基板面で接するように200℃のホットプレートに載置して1時間加熱した後、色度計MCPD−1000(大塚電子(株)製)にて、加熱前後での色差(ΔE*ab値)を測定して熱堅牢性を評価する指標とし、下記判定基準に従って評価した。ΔE*ab値は、値の小さい方が、耐熱性が良好なことを示す。なお、ΔE*ab値は、CIE1976(L*,a*,b*)空間表色系による以下の色差公式から求められる値である(日本色彩学会編 新編色彩科学ハンドブック(昭和60年)p.266)。
ΔE*ab={(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2}1/2
6−1.着色組成物の調製
下記の各成分を混合して分散、溶解し、実施例59〜89、比較例3〜4の各着色組成物を得た。
・シクロヘキサノン 1.133部
・光重合開始剤(下記構造の化合物:表3に記載の化合物) 0.012部
・色素(下記表に記載の化合物)
固形分として0.040部
・下記表に記載の顔料分散液(顔料濃度13.0%) 0.615部
・重合性化合物(EHPE−3150(ダイセル化学社製2,2−ビス(ヒドロキシメチル)−1−ブタノールの1,2−エポキシ−4−(2−オキシラニル)シクロヘキサン付加物))
0.070部
・グリセロールプロポキシレート(1%シクロヘキサン溶液) 0.048部
7−1.耐アルカリ現像液性(現像液耐性)
ガラス基板上に、着色組成物を膜厚が0.6μmになるようにスピンコーターを用いて塗布し、100℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行った。次いで、220℃のホットプレートを用いて300秒間加熱処理(ポストベーク)を行い、硬化膜を作製した。
このようにして得られたカラーフィルタを、紫外可視近赤外分光光度計UV3600(島津製作所製)の分光光度計(レファレンス:ガラス基板)で300nm〜800nmの波長域で透過率を測定した。また、OLYMPUS製光学顕微鏡 BX60を用いて、反射観測(倍率50倍)にて微分干渉像を観察した。
次いで、アルカリ現像液FHD−5(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製)の中に5分間浸漬し、乾燥させた後に再度分光測定を実施し、下記式(1)からアルカリ現像液浸漬前後の透過率変動を求めて、以下の基準で評価した。
アルカリ現像液浸漬前後の透過率変動=|T0−T1| ・・・(1)
T0:アルカリ現像液に浸漬前のカラーフィルタの透過率
T1:アルカリ現像液に浸漬後のカラーフィルタの透過率
AA:良好 300nm〜800nmの全領域において、アルカリ現像液浸漬前後の透過率変動が2%未満
A:やや良好 300nm〜800nmの全領域において、アルカリ現像液浸漬前後の透過率変動が2%以上5%未満
B:十分 300nm〜800nmの全領域において、アルカリ現像液浸漬前後の透過率変動が5%以上10%未満
C:不十分 300nm〜800nmの全領域において、アルカリ現像液浸漬前後の透過率変動が10%以上
7−1で作製した着色膜上にポジ型フォトレジスト「FHi622BC」(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)を塗布し、プリベークを実施し、膜厚0.8μmのフォトレジスト層を形成した。続いて、フォトレジスト層を、i線ステッパー(キャノン(株)製)を用い、350mJ/cm2の露光量でパターン露光し、フォトレジスト層の温度または雰囲気温度が90℃となる温度で1分間、加熱処理を行なった。その後、フォトレジスト剥離液「MS230C」(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)を使用して120秒間、剥離処理を実施してレジストパターンを除去し、さらに純水による洗浄、スピン乾燥を実施した。その後、100℃で2分間の脱水ベーク処理を行った。
フォトレジスト剥離液浸漬前後の透過率変動=|T0−T2| ・・・(2)
T0:フォトレジスト剥離液に浸漬前のカラーフィルタの透過率
T2:フォトレジスト剥離液に浸漬後のカラーフィルタの透過率
AA:良好 300nm〜800nmの全領域において、フォトレジスト剥離液浸漬前後の透過率変動が2%未満
A:やや良好 300nm〜800nmの全領域において、フォトレジスト剥離液浸漬前後の透過率変動が2%以上5%未満
B:十分 300nm〜800nmの全領域において、フォトレジスト剥離液浸漬前後の透過率変動が5%以上10%未満
C:不十分 300nm〜800nmの全領域において、フォトレジスト剥離液浸漬前後の透過率変動が10%以上
8−1.着色組成物の調製
下記の各成分を混合して分散、溶解し、実施例90〜192の着色組成物を得た。
・シクロヘキサノン:17.12部
・アルカリ可溶性樹脂1(ベンジルメタクリレート(BzMA)とメタクリル酸(MAA)の共重合体、30%PGMEA溶液):1.23部
・アルカリ可溶性樹脂2(アクリキュア−RD−F8(日本触媒社製)):0.23部
・光重合開始剤I−2(IRGACURE OXE−02):0.975部
・色素(下記表に記載の化合物)のシクロヘキサノン溶液(固形分濃度12.3%):24.57部
・顔料分散液(C.I.Pigment Blue15:6分散液、PGMEA溶液、固形分濃度12.8%):51.40部
・重合性化合物(ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、NKエステル A−DPH−12E(新中村化学社製)):1.96部
・重合禁止剤(p−メトキシフェノール):0.0007部
・フッ素系界面活性剤(DIC社製F475、1%PGMEA溶液):2.50部
上記で調製した着色組成物を、上記2.で得られた下塗り層付シリコンウエハ基板の下塗り層上に塗布し、着色組成物層(塗布膜)を形成した。そして、この塗布膜の乾燥膜厚が1μmになるように、100℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行なった。
次いで、i線ステッパー露光装置FPA−3000i5+(Canon(株)製)を使用して365nmの波長でパターンが1.0μm四方のIslandパターンマスクを通して50〜1200mJ/cm2の種々の露光量で露光した。
その後、照射された塗布膜が形成されているシリコンウエハ基板をスピン・シャワー現像機(DW−30型、(株)ケミトロニクス製)の水平回転テーブル上に載置し、CD−2000(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製)を用いて23℃で60秒間パドル現像を行ない、下塗り層付シリコンウエハの下塗り層上に着色パターンを形成した。
着色パターンが形成されたシリコンウエハ基板を、真空チャック方式で水平回転テーブルに固定し、回転装置によってシリコンウエハ基板を回転数50rpmで回転させつつ、その回転中心の上方より純水を噴出ノズルからシャワー状に供給してリンス処理を行ない、その後スプレー乾燥した。次いで、200℃で300秒間、ホットプレートでポストベークを行い、シリコンウエハ基板上の膜厚1μmの着色パターン(硬化膜)を得た。
以上により、90〜192の着色組成物により形成された着色パターンを有するカラーフィルタを作製した。
その後、測長SEM「S−9260A」(日立ハイテクノロジーズ(株)製)を用いて、着色パターンのサイズを測定した。
パターンサイズが1.0μmとなる露光量の着色パターンを用い、透過率、現像性、色抜けの評価を行った。
色素に導入した重合性基数を色素の分子量で割ることで、色素のC=C価を算出した。
得られたカラーフィルタを、紫外可視近赤外分光光度計UV3600(島津製作所製)の分光光度計(レファレンス:ガラス基板)で300nm〜800nmの波長域で透過率を測定した。その後、450nmおよび550nmにおける透過率を算出し、下記基準に従って、450nmおよび550nmにおける透過率を評価した。
A: 450nmにおける透過率が85%以上、かつ、550nmにおける透過率が5%以下
B: 450nmにおける透過率が80%以上85%未満、かつ、550nmにおける透過率が5%以上10%未満
C: 450nmにおける透過率が80%以下、かつ、550nmにおける透過率が10%以上
D: A〜Cのいずれにも該当しない
作成したカラーフィルタをガラス切りにて切り出し、その断面を、走査式電子顕微鏡(S−4800、日立株式会社製)を用いて、倍率15,000倍にて観察し、下記評価基準に従って評価した。
A:パターンが問題なく形成されている
B:パターンがやや歪んでいるが、実用上問題ないレベルである
C:パターンが歪んでいるあるいは形成されておらず、実用上問題あるレベルである
8−6.色抜け
ガラス基板上に、実施例90〜192の着色組成物を膜厚が0.6μmになるようにスピンコーターを用いて塗布し、100℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行った。次いで、220℃のホットプレートを用いて300秒間加熱処理(ポストベーク)を行い、硬化膜を作製した。
得られたカラーフィルタを、紫外可視近赤外分光光度計UV3600(島津製作所製)の分光光度計(レファレンス:ガラス基板)で300nm〜800nmの波長域で透過率を測定した。また、OLYMPUS製光学顕微鏡 BX60を用いて、反射観測(倍率50倍)にて微分干渉像を観察した。
次いで、アルカリ現像液FHD−5(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製)の中に5分間浸漬し、乾燥させた後に再度分光測定を実施し、下記式(1)からアルカリ現像液浸漬前後の透過率変動を求めて、以下の基準で評価した。
アルカリ現像液浸漬前後の透過率変動=|T0−T1| ・・・(1)
T0:アルカリ現像液に浸漬前のカラーフィルタの透過率
T1:アルカリ現像液に浸漬後のカラーフィルタの透過率
AA:良好 300nm〜800nmの全領域において、アルカリ現像液浸漬前後の透過率変動が2%以上5%未満
B:十分 300nm〜800nmの全領域において、アルカリ現像液浸漬前後の透過率変動が5%以上10%未満
C:不十分 300nm〜800nmの全領域において、アルカリ現像液浸漬前後の透過率変動が10%以上
さらには、450nmにおける透過率が低く、かつ、550nmにおける透過率が高いことが分かった。青色用カラーフィルタにおいては、450nmにおける透過率が低く、かつ、550nmにおける透過率が高いことが望ましいため、実施例90〜192のカラーフィルタは、青色用カラーフィルタとして特に好ましい分光特性を有していることが分かった。
Claims (15)
- (A)下記一般式(I)で示される色素および(B)重合性化合物を含有する着色組成物;
一般式(I)
(R)m−Q−(D)n
一般式(I)中、Qは、下記式(10)〜(21)のいずれかで表される連結基を表し、
Rは、置換基を表し、
Dは、カチオン部位と、スルホニルイミドアニオン、ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチドアニオンおよびテトラアリールボレートアニオンから選択される対アニオンから構成される色素残基を表し、
mは、2〜4の整数を表し、
nは、2〜4の整数を表し、
(m+n)は4〜6の整数を表し、
mが2以上の場合、複数のRは互いに異なっていても良く、nが2以上の場合、複数のDは互いに異なっていても良く、
m個のRのうち、少なくとも一つは酸基で、他の少なくとも一つはエチレン性不飽和結合を含む基である。
- 一般式(I)中の色素残基Dを構成するカチオン部位が、ジピロメテン色素、トリアリールメタン色素、キサンテン色素、シアニン色素およびスクアリリウム色素から選択される、請求項1に記載の着色組成物。
- 一般式(I)中の色素残基Dを構成するカチオン部位が、トリアリールメタン色素またはキサンテン色素である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の着色組成物。
- さらに(A)色素以外の(C)顔料を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の着色組成物。
- さらに(D)光重合開始剤を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の着色組成物。
- (D)光重合開始剤が、オキシム化合物である、請求項6に記載の着色組成物。
- カラーフィルタの着色層形成用である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の着色組成物。
- 一般式(I)で示される色素が有機溶剤溶解性染料である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の着色組成物。
- 一般式(I)で示される色素の分子量が2000〜6000である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の着色組成物。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の着色組成物を硬化して得られた硬化膜。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の着色組成物を用いてなるカラーフィルタ。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の着色組成物を支持体上に適用して着色組成物層を形成する工程と、
前記着色組成物層をパターン状に露光する工程と、
未露光部を現像除去して着色パターンを形成する工程と、
を含むカラーフィルタの製造方法。 - 請求項1〜10のいずれか1項に記載の着色組成物を支持体上に適用して着色組成物層を形成し、硬化して着色層を形成する工程と、
前記着色層上にフォトレジスト層を形成する工程と、
露光および現像することにより前記フォトレジスト層をパターニングしてレジストパターンを得る工程と、
前記レジストパターンをエッチングマスクとして前記着色層をドライエッチングして着色パターンを形成する工程と、
を含むカラーフィルタの製造方法。 - 請求項12に記載のカラーフィルタを有する固体撮像素子または画像表示装置。
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