CN101154039A - 可固化组合物、滤色器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可固化组合物,其包含:具有至少一个烯键式不饱和双键的化合物(A)、光聚合引发剂(B)、着色剂(C)、碱溶性树脂(D)、以及在分子中具有氨基甲酸酯、酰胺或脲的部分结构的化合物(E)。本发明还提供使用可固化组合物的滤色器及其制造方法。通过使用本发明的可固化组合物,可以提供分辨率以及与支持体的粘合性优异并具有着色图案的滤色器,还可以提供以高生产性制造滤色器的制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种适于形成液晶显示元件(LCD)和固态摄像元件(如CCD和CMOS)中所用的滤色器的可固化组合物、滤色器和滤色器的制造方法。
此外,本发明涉及一种可固化组合物,所述可固化组合物可用在:三维光加工和全息术;成像材料例如滤色器、光致抗蚀剂、平版印版材料和试色校样;以及可光固化的材料如油墨、油漆、粘合剂、涂布剂和牙科材料。本发明还涉及使用可固化组合物的滤色器及其制造方法。
背景技术
滤色器是液晶显示器和固态摄像元件的必要的构成部件。
作为显示器,由于与CRT相比,液晶显示器紧凑并提供同等或更好的性能,因此它们正在取代CRT作为电视屏幕、个人电脑屏幕或其他显示装置。近年来,液晶显示器的发展趋势是从屏幕尺寸相对小的常规监视器应用到要求大型屏幕和高图像质量的电视应用。
在滤色器用于液晶显示器(LCD)时,由于生产大尺寸电视的原因,基板尺寸正在扩大,并且希望在低能量下固化以提高使用大型基板时的生产性。此外,在应用于电视的液晶显示器中,与之前的监视器应用相比,需求更高的图像质量。即,需要改进对比度和色纯度。为改进对比度,关于制造滤色器时使用的可固化组合物,需要使用较小粒径的着色剂(有机颜料等)(例如参见日本专利申请公开(JP-A)No.2006-30541)。同时,用于分散颜料的分散剂加入量有增加的趋势。此外,为改进色纯度,可固化组合物的固体含量中着色剂(有机颜料)的含量需要是较高的。因此,可固化组合物的固体含量中光聚合引发剂和可光聚合的单体的含量有降低的趋势。
另一方面,在滤色器用于固态摄像元件时,也要求在低能量下固化。此外,薄膜图案在变得更薄,同时,这种组合物中的颜料浓度在增大。此外,在颜料基滤色器中,随着颜料变得更细,组合物中的颜料分散剂的比例有增加的趋势。由于这些因素,在液晶显示器应用和固态摄像元件应用中,由于固化可固化组合物所必需的成分光聚合引发剂和可光聚合的单体的含量受到限制,并且着色剂的浓度增加,因此引发感光度降低的问题,并且不得获得充分固化。这意味着与基板的粘合不充分,并且在形成所需图案时存在显著困难。对于这种问题的对策,提出了引入改进基板粘合的硅烷偶联剂的技术(例如参见JP-A No.2006-30541和JP-A No.H11-38226),以及使用具有特定官能团的光聚合引发剂的技术(例如参见JP-A No.2005-99488),然而,实际应用中需要进一步改良。
此外,由于含有多官能丙烯酸酯化合物的可固化组合物可以用光化能量射线如紫外线照射在非常短时间内固化,并且生产性优异,因此常规广泛用于三维光加工和全息术;或用作例如滤色器、光致抗蚀剂、平版印版材料和试色校样中的成像材料;用在油墨、油漆、粘合剂、涂布剂和牙科材料中。
这种多官能丙烯酸酯化合物的例子包括多官能丙烯酸酯,如二丙烯酸聚乙二醇酯、三丙烯酸三羟甲基乙烷酯、二丙烯酸新戊二醇酯、三丙烯酸季戊四醇酯、四丙烯酸季戊四醇酯、五丙烯酸二季戊四醇酯、六丙烯酸二季戊四醇酯、丙烯酸己二醇酯、三羟甲基丙烷三(丙烯酰氧基丙基)醚、异氰脲酸三(丙烯酰氧基乙基)酯;将环氧乙烷或环氧丙烷加到多官能醇如甘油和三羟甲基乙烷上,然后丙烯酸化(acrylation)而得到的化合物;含有氨基甲酸酯基团的丙烯酸酯(例如参见JP-A No.5-170705、JP-A No.11-193325、JP-A No.2000-239332和JP-A No.2005-104842)、聚酯丙烯酸酯(例如参见JP-A No.S48-64183、日本专利申请公开(JP-B)No.S49-43191和JP-B No.S52-30490)、多官能丙烯酸酯如作为环氧树脂与丙烯酸的反应产物的环氧丙烯酸酯、和它们的混合物。
近年来,对这种可固化组合物的需求增加,在上述应用中进一步增强,要求在低能量下固化的组合物、更加快速固化的组合物和形成更所精细图像的组合物。其中,由于滤色器、油墨和油漆用的可固化组合物含有吸收光化能量射线如紫外线的色素,因此存在尽管表面被固化但内部没有充分固化的问题。
在滤色器用于固态摄像元件(CCD、CMOS等)时,因为需要更高分辨率的图案,并且需要薄膜厚度为1.2μm或更小,因此必须将大量色素加到可固化组合物中,这样多官能丙烯酸酯的比例有降低的趋势。此外,在滤色器用于液晶显示器(LCD)时,由于生产大尺寸TV的原因,基板尺寸正在扩大,并且需要在低能量下固化以提高使用大型基板时的生产性。此外,随着为改进对比度而使颜料变得更细,组合物中的颜料分散剂比例有增大的趋势,并且多官能丙烯酸酯的比例有降低的趋势。由于这些因素,在固态摄像元件应用和LCD应用中存在的问题是感光度下降,并且不能获得充分的固化。这意味着与基板的粘合不充分,甚至在曝光部分发生褪色,并且在形成所需图案时存在显著困难。
发明内容
针对上述情况进行了本发明,本发明提供一种可固化组合物、滤色器及其制造方法。
本发明的第一方面提供一种可固化组合物,其包含:具有至少一个烯键式不饱和双键的化合物(A);光聚合引发剂(B);着色剂(C);碱溶性树脂(D);以及在分子中具有氨基甲酸酯、酰胺或脲的部分结构的化合物(E)。
本发明的第二方面提供一种可固化组合物,其包含下式(I)代表的化合物和光聚合引发剂。
[其中在式(I)中,R1代表n价有机基团,R2代表氢原子或具有1-4个碳原子的烷基,R3和R5各自独立地代表氢原子或甲基,X代表-O-、-NH-、-NR4-或-S-,R4代表氢原子或一价有机基团,n代表1-12的整数]
具体实施方式
(第一方面)
下面详细说明本发明第一方面涉及的可固化组合物、使用所述可固化组合物的滤色器及其制造方法。
[可固化组合物]
本发明的可固化组合物是对照射敏感的组合物,特别适于用光固化,其含有具有至少一个烯键式不饱和双键的化合物(A)(可聚合化合物);光聚合引发剂(B);着色剂(C);碱溶性树脂(D);以及在分子中具有氨基甲酸酯、酰胺或脲的部分结构的化合物(E),并在需要时含有溶剂和其他成分。
以下依次说明在本发明的可固化组合物中所含的各化合物。首先,说明在分子中具有氨基甲酸酯、酰胺或脲的部分结构的化合物(E)[下面,适当地称作(E)成分],其是本发明的重要构成成分。
<在分子中具有氨基甲酸酯、酰胺或脲的部分结构的(E)化合物>
作为本发明的在分子中具有氨基甲酸酯、酰胺或脲的部分结构的(E)化合物,可以使用任何化合物,只要其选自在分子中具有氨基甲酸酯键的化合物、具有酰氨基的化合物和具有脲键的化合物。从形成图案性能的观点来看,具有氨基甲酸酯键作为分子中的部分结构的化合物是优选的。(E)成分优选是在其结构中具有含有氮原子的杂环的化合物,更优选异氰脲酸酯。
此外,当考虑到(E)成分对本发明可固化组合物物理性能的影响时,例如,从显影性的观点来看,优选的是除了上述结构之外,在分子中还具有环氧烷烃基团,作为环氧烷烃基团,环氧乙烷基团和环氧丙烷基团是优选的,环氧乙烷基团是特别优选的。
此外,从从改进组合物可固化的观点来看,优选的是在分子中具有烯键式不饱和双键基团。
适于作为本发明(E)成分的氨基甲酸酯化合物和具有烯键式不饱和键基团的异氰脲酸酯化合物的具体例子优选包括具有异氰酸酯键的化合物与下式(I′)代表的醇化合物的反应产物。
在式(I′)中,R1和R2各自独立地代表氢原子或烷基,作为烷基,碳数1-5的烷基是优选的。R1和R2更优选分别是氢原子或甲基。
R3代表氢原子、烷基、烷氧基、烯丙基、芳基、下式(II′)代表的官能团或下式(III′)代表的官能团。其中,氢原子、碳数1-5的烷基、碳数1-5的烷氧基或式(III′)代表的官能团是优选的,甲基或式(III′)代表的官能团是更优选的。
式(II′) 式(III′)
在式(II′)中,n代表1-10的整数,优选1-5。在式(II′)和式(III′)中,R4代表氢原子或烷基,作为烷基,碳数1-5的烷基是优选的。在式(III′)中,在分子中存在的多个R4可以相同或不同。更优选地,R4包括氢原子和甲基。
式(I′)代表的醇化合物包括但不限于以下例示的化合物(MA-1)-(MA-4)、(MA-11)和(MA-12)和化合物(MA-5)-(MA-10)。
[醇:例示化合物(MA-1)-(MA-12)]
m=1-20的整数
R=氢或甲基
o,p,q,r,s,t=0-20的有理数
作为(E)成分,选自例示化合物的醇类与选自以下异氰酸酯-基化合物(MU-1)-(MU-27)的化合物的反应产物是优选的。
具有异氰酸酯键的化合物与醇化合物之间的反应例如在以下条件下进行。
调节异氰酸酯化合物和醇化合物的加入量,使得异氰酸酯化合物的异氰酸酯基团摩尔数和醇化合物的羟基摩尔数相等。
反应催化剂没有特别限制,但优选使用有机锡(甲基)丙烯酸盐如三(2-乙基己酸)铋、二月桂酸二丁基锡、乙酸二丁基锡、二丁基锡二氯化物和辛酸锡,有机锌(甲基)丙烯酸盐如辛酸锌和环烷酸锌,叔胺类如三亚乙基二胺和三乙胺,以及具有脒骨架的(甲基)丙烯酸酯如1,8-二氮杂双环[5,4,0]-7-十一烯,相对于100重量份的硫醇或异氰酸酯,可以加入0.0001-10重量份催化剂。
在本说明书中,当表示丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯之一或二者时,表示为“(甲基)丙烯酸酯”。
作为反应条件,通常使用-50℃至100℃的温度范围。在-50℃或更低时,反应进行极慢,在100℃或更高时,不仅副产物增加,产率下降,而且可能发生凝胶化,因而不是优选的。在需要时,通过用溶剂稀释来进行反应。作为使用的溶剂,可以使用与异氰酸酯反应的溶剂如醇、羧酸和胺类之外的溶剂。从反应速率和溶解性的观点来看,优选使用极性溶剂如乙腈、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)和N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP),氯-基溶剂如氯仿,以及芳香族溶剂如甲苯和二甲苯。此外,为防止残余水与异氰酸酯之间的反应,适宜地使用脱水溶剂。
反应完成后,减压浓缩反应溶液,然后用硅胶柱纯化(洗脱剂:乙酸乙酯/正己烷=1∶1)。反应溶液也可通过色谱、重结晶或再沉淀纯化。
可生成作为本发明优选(E)成分的氨基甲酸酯化合物或具有烯键式不饱和键基团的异氰脲酸酯化合物的异氰酸酯MU的具体化合物如下所示。
[异氰酸酯:例示化合物(MU-1)-(MU-27)]
m=0,1或更大的整数
l=1-20的整数
作为本发明(E)成分其他优选例子的具有烯键式不饱和键基团的脲化合物的例子包括胺化合物与具有氨基甲酸酯键的化合物的反应产物。
具有异氰酸酯键的化合物与胺化合物之间的反应例如在以下条件下进行。
(加入量)
调节加入量,使得异氰酸酯化合物的异氰酸酯基团摩尔数和脲化合物的脲基团摩尔数相等。催化剂没有特别限制,但优选使用有机锡(甲基)丙烯酸盐如三(2-乙基己酸)铋、二月桂酸二丁基锡、乙酸二丁基锡、二丁基锡二氯化物和辛酸锡,有机锌(甲基)丙烯酸盐如辛酸锌和环烷酸锌,叔胺类如三亚乙基二胺和三乙胺,以及具有脒骨架的(甲基)丙烯酸酯如1,8-二氮杂双环[5,4,0]-7-十一烯,相对于100重量份的硫醇或异氰酸酯,可以加入0.0001-10重量份催化剂。
(催化剂、溶剂、反应温度)
通常使用-20℃至80℃的温度范围。温度范围优选-10℃至50℃,更优选-5℃至30℃。作为溶剂,可以使用与异氰酸酯反应的溶剂如醇、羧酸和胺类之外的溶剂。从反应速率和溶解性的观点来看,优选使用极性溶剂如乙腈、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)和N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP),氯-基溶剂如氯仿,以及芳香族溶剂如甲苯和二甲苯。此外,为防止残余水与异氰酸酯之间的反应,适宜地使用脱水溶剂。
反应完成后,减压浓缩反应溶液,然后用硅胶柱纯化(洗脱剂:乙酸乙酯/正己烷=1/1)。反应溶液也可通过色谱、重结晶或再沉淀纯化。
作为这种脲化合物的原料的胺化合物和具有氨基甲酸酯键的化合物的具体例子包括胺化合物(A-1)-(A-15)和含有氨基甲酸酯键作为部分结构的化合物(MU-28)-(MU-30)。
其中l,m和n各自独立地是0-20的整数。
作为本发明(E)成分其他优选例子的具有烯键式不饱和键基团的酰胺化合物的例子包括胺化合物与含卤素化合物的反应产物。
作为反应方法,加入两种化合物,使得氨基的摩尔数和卤化酰基的摩尔数相等,并加入从催化量到与酰卤等量的碱。碱性物质的例子包括三乙胺和吡啶。溶剂的例子包括THF、乙腈和二甲基乙酰胺。反应温度优选为-30℃至100℃,更优选-20℃至80℃,更优选-20℃至50℃。反应完成后,减压浓缩反应溶液,然后用硅胶柱纯化(洗脱剂:乙酸乙酯/正己烷=1/1)。反应溶液也可通过色谱、重结晶或再沉淀纯化。
具有烯键式不饱和键基团的这种酰胺化合物的例子优选包括在合成脲化合物中所用的胺化合物(A-1)-(A-15)与含卤素的化合物的反应产物。所述合成中所用的含卤素的化合物[例示化合物(C-1)-(C-3)]如下所示。
在本发明可固化组合物的总固体物中,含有优选0.3-5.0质量%,更优选0.5-2.0质量%的由此得到的(E)成分。
此外,相对于100质量份的后述烯键式不饱和双键化合物(A),含有优选2质量份或更大且小于25质量份,更优选5质量份或更大且小于10质量份的(E)成分。
<含有烯键式不饱和双键的(A)化合物>
本发明的可固化组合物包含含有烯键式不饱和双键的化合物(A)。
本发明可以使用的含有烯键式不饱和双键的化合物是具有至少一个烯键式不饱和双键的加成聚合化合物,并选自具有至少一个、优选两个或多个末端烯键式不饱和键的化合物。这种化合物组是本领域公知的,并且在本发明中,可以没有任何限制地使用这些化合物。这些化合物具有诸如单体、预聚物即二聚体、三聚体和低聚物、及它们的混合物以及它们的共聚物的化学形式。单体及其共聚物的例子包括不饱和羧酸(例如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、异巴豆酸、马来酸等),以及它的酯和它的酰胺。优选使用不饱和羧酸与脂肪族多元醇化合物的酯以及不饱和羧酸与脂肪族多价氨基化合物的酰胺。此外,还适宜使用具有亲核性取代基如羟基、氨基和巯基的不饱和羧酸酯或酰胺与单官能或多官能异氰酸酯或环氧化物的加成反应产物,以及与单官能或多官能羧酸的脱水缩合反应产物。此外,还优选使用具有亲电性取代基如异氰酸酯基团和环氧基团的不饱和羧酸酯或酰胺与单官能或多官能醇、胺或硫醇的加成反应产物,以及具有可消除取代基如卤素基团和甲苯磺酰氧基团的不饱和羧酸酯或酰胺与单官能或多官能醇、胺或硫醇的取代反应产物。作为另一个例子,代替不饱和羧酸的是,可以使用用不饱和膦酸、苯乙烯或乙烯基醚取代的化合物组。
作为脂肪族多元醇化合物与不饱和羧酸的酯的单体的具体例子,有丙烯酸酯,如二丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸三乙二醇酯、二丙烯酸-1,3-丁二醇酯、二丙烯酸-1,4-丁二醇酯、二丙烯酸丙二醇酯、二丙烯酸新戊二醇酯、三丙烯酸三羟甲基丙烷酯、三羟甲基丙烷三(丙烯酰氧基丙基)醚、三丙烯酸三羟甲基乙烷酯、二丙烯酸己二醇酯、二丙烯酸-1,4-环己二醇酯、二丙烯酸四乙二醇酯、二丙烯酸季戊四醇酯、三丙烯酸季戊四醇酯、四丙烯酸季戊四醇酯、二丙烯酸二季戊四醇酯、六丙烯酸二季戊四醇酯、三丙烯酸山梨糖醇酯、四丙烯酸山梨糖醇酯、五丙烯酸山梨糖醇酯、六丙烯酸山梨糖醇酯、异氰脲酸三(丙烯酰氧基乙基)酯、聚酯丙烯酸酯低聚物和异氰脲酸EO-改性的三丙烯酸酯。
有甲基丙烯酸酯,如二甲基丙烯酸-1,4-丁二醇酯、二甲基丙烯酸三乙二醇酯、二甲基丙烯酸新戊二醇酯、三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯、三甲基丙烯酸三羟甲基乙烷酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸-1,3-丁二醇酯、二甲基丙烯酸己二醇酯、二甲基丙烯酸季戊四醇酯、三甲基丙烯酸季戊四醇酯、四甲基丙烯酸季戊四醇酯、二甲基丙烯酸二季戊四醇酯、六甲基丙烯酸二季戊四醇酯、三甲基丙烯酸山梨糖醇酯、四甲基丙烯酸山梨糖醇酯、双[对-(3-甲基丙烯酰氧基-2-羟基丙氧基)苯基]二甲基甲烷和双-[对-(甲基丙烯酰氧基乙氧基)苯基]二甲基甲烷。
有衣康酸酯,如二衣康酸乙二醇酯、二衣康酸丙二醇酯、二衣康酸-1,3-丁二醇酯、二衣康酸-1,4-丁二醇(1,4-butanediol)酯、二衣康酸-1,4-丁二醇(tetramethylene glycol)酯、二衣康酸季戊四醇酯和四衣康酸山梨糖醇酯。有巴豆酸酯,如二巴豆酸乙二醇酯、二巴豆酸-1,4-丁二醇酯和二巴豆酸季戊四醇酯。有异巴豆酸酯,如二异巴豆酸乙二醇酯、二异巴豆酸季戊四醇酯和四异巴豆酸山梨糖醇酯。有马来酸酯,如二马来酸乙二醇酯、二马来酸三乙二醇酯、二马来酸季戊四醇酯和四马来酸山梨糖醇酯。
作为其他酯的例子,例如,还优选使用记载在JP-B No.51-47334和JP-A No.57-196231中的脂肪族醇-基酯,记载在JP-A No.59-5240、JP-A No.59-5241和JP-A No.2-226149中具有芳香族骨架的酯,以及记载在JP-A No.1-165613中含有氨基的酯。此外,上述酯单体还可以作为混合物使用。
此外,作为脂肪族多元胺化合物与不饱和羧酸的酰胺的单体的具体例子,有亚甲基双-丙烯酰胺、亚甲基双-甲基丙烯酰胺、1,6-六亚甲基双-丙烯酰胺、1,6-六亚甲基双-甲基丙烯酰胺、二亚乙基三胺三丙烯酰胺、苯二甲基双丙烯酰胺和苯二甲基双甲基丙烯酰胺。其他优选的酰胺-基单体的例子包括记载在JP-B No.54-21726中具有亚环己基结构的单体。
此外,使用异氰酸酯与羟基的加成反应所制造的氨基甲酸酯-基加成聚合化合物也是优选的,这种化合物的具体例子包括记载在JP-BNo.48-41708中的在一个分子中含有两个或多个可聚合乙烯基的乙烯基氨基甲酸酯化合物,其中下式(V)代表的含有羟基的乙烯基单体加到在一个分子中具有两个或多个异氰酸酯基团的多异氰酸酯化合物中。
CH2=C(R4)COOCH2CH(R5)OH (V)
(其中R4和R5代表H或CH3)
此外,记载在JP-A No.51-37193、JP-B No.2-32293和JP-B No.2-16765中的氨基甲酸酯丙烯酸酯以及记载在JP-B No.58-49860、JP-B No.56-17654、JP-B No.62-39417和JP-B No.62-39418中的具有环氧乙烷-基骨架的氨基甲酸酯化合物也是优选的。此外,通过使用记载在JP-ANo.63-277653、JP-ANo.63-260909和JP-A No.1-105238中的在分子中具有氨基结构或硫化物结构的加成聚合化合物,可以得到感光速度非常优异的可光聚合的组合物。
其他例子包括在JP-A No.48-64183、JP-B No.49-43191和JP-BNo.52-30490各公报中记载的多官能丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯,如聚酯丙烯酸酯、以及环氧树脂与(甲基)丙烯酸反应得到的环氧丙烯酸酯。此外,所述例子包括记载在JP-B No.46-43946、JP-B No.1-40337和JP-B No.1-40336中的特定不饱和化合物以及记载在JP-A No.2-25493中的乙烯基膦酸-基化合物。在一些情况下,优选使用记载在JP-A No.61-22048中的含有全氟烷基的结构。此外,还可以使用Journal of Adhesion Society of Japan,vol.20,No.7,p.300-308(1984)中的作为可光固化的单体和低聚物介绍的化合物。
关于这些加成聚合化合物,使用细节如其结构、单独使用还是组合使用和加入量可以根据最终感光材料的性能设计来任意设定。例如,从以下观点选择细节。
关于感光度,在每个分子中具有较高不饱和基团含量的结构是优选的,并且在许多情况下,双官能的或更高官能的是优选的。此外,为增大图像部分即固化膜的强度,三官能的或更高官能是有利的,此外,组合使用不同官能数·不同可聚合基团(例如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯-基化合物、乙烯基醚-基化合物)来调节感光度和强度的方法也是有效的。从固化感光度的观点来看,优选的是使用含有2个或更多个(甲基)丙烯酸酯结构的化合物,更优选的是使用含有3个或更多个结构的化合物,最优选的是使用含有4个或更多个结构的化合物。此外,从固化感光度和未曝光部分的显影性的观点来看,优选的是含有EO-改性的化合物。此外,从固化感光度和曝光部分强度的观点来看,优选的是含有氨基甲酸酯键。
此外,从与可聚合层中的其他成分(例如粘结剂聚合物、引发剂、着色剂(颜料,染料等))的相容性和分散性来看,选择和使用加成聚合化合物的方法是重要因素,例如,在一些情况下,通过使用低纯度化合物或组合使用两种或多种来提高相容性。可选择地,为提高基板或上涂层(overcoated layer)的粘合性,可以选择特定结构。
从以上观点来看,优选的例子包二丙烯酸括双酚A酯、EO-改性的二丙烯酸双酚A酯、三丙烯酸三羟甲基丙烷酯、三羟甲基丙烷三(丙烯酰氧基丙基)醚、三丙烯酸三羟甲基乙烷酯、二丙烯酸四乙二醇酯、二丙烯酸季戊四醇酯、三丙烯酸季戊四醇酯、四丙烯酸季戊四醇酯、四丙烯酸二季戊四醇酯、五丙烯酸二季戊四醇酯、六丙烯酸二季戊四醇酯、三丙烯酸山梨糖醇酯、四丙烯酸山梨糖醇酯、五丙烯酸山梨糖醇酯、六丙烯酸山梨糖醇酯、异氰脲酸三(丙烯酰氧基乙基)酯、EO-改性的四丙烯酸季戊四醇酯和EO-改性的六丙烯酸二季戊四醇酯。作为市售产品,氨基甲酸酯低聚物UAS-10、UAB-140(Sanyo KokusakuPulp制造)、DPHA-40H(Nippon Kayaku Co.,Ltd.制造)、UA-306H、UA-306T、UA-306I、AH-600、T-600和AI-600(Kyoeisha Chemical CO.,LTd.制造)是优选的。
其中,EO-改性的二丙烯酸双酚A酯、三丙烯酸季戊四醇酯、四丙烯酸季戊四醇酯、五丙烯酸二季戊四醇酯、六丙烯酸二季戊四醇酯、异氰脲酸三(丙烯酰氧基乙基)酯、EO-改性的四丙烯酸季戊四醇酯和EO-改性的六丙烯酸二季戊四醇酯是更优选的。作为市售产品,DPHA-40H(Nippon Kayaku Co.,Ltd.制造)、UA-306H、UA-306T、UA-306I、AH-600、T-600和AI-600(Kyoeisha Chemical CO.,LTd.制造)是更优选的。
在本发明的可固化组合物的固体物中,具有烯键式双键的(A)化合物的含量优选是1-90质量%,更优选5-80质量%,更优选10-70质量%。
特别地,当本发明的可固化组合物用于形成滤色器的着色图案时,其含量优选为上述含量范围内的5-50质量%,更优选7-40质量%,更优选10-35质量%。
<(B)光聚合引发剂>
本发明的可固化组合物含有(B)光聚合引发剂。
本发明的光聚合引发剂是这样一种化合物:它可被光降解,引发和促进含有烯键式不饱和键的(A)化合物的聚合,并优选在波长300-500nm的区域具有吸收。光聚合引发剂可以单独使用,或组合使用两种或多种。
光聚合引发剂的例子包括有机卤化的化合物、噁二唑(oxydiazole)化合物、羰基化合物、缩酮化合物、苯偶姻化合物、吖啶化合物、有机过氧化物化合物、偶氮化合物、香豆素化合物、叠氮化合物、茂金属化合物、六芳基双咪唑化合物、有机硼化合物(boric compound)、二磺酸化合物、肟酯化合物、鎓盐化合物和酰基膦(氧化物)化合物。在本发明中,2,2′-双(O-氯苯基)-4,4′,5,5′-四苯基双咪唑是优选的,并且采用通过组合这种聚合引发剂与增感染料和巯基化合物得到的光聚合引发体系,可以获得较高的感光度。
引发剂、增感染料和巯基化合物的组合比例,使得相对于增感染料,2,2′-双(O-氯苯基)-4,4′,5,5′-四苯基双咪唑的量优选为1-5当量,更优选1-2当量。
此外,相对于2,2′-双(O-氯苯基)-4,4′,5,5′-四苯基双咪唑,巯基化合物的量优选为0.5-10当量,更优选1-3当量。
在本发明的可固化组合物中(B)光聚合引发剂的优选含量以固体物浓度计优选为约3-20质量%,更优选5-10质量%。
作为在本发明的光聚合引发体系中使用的增感染料,Michler’s酮是优选的,记载在JP-A No.2006-171689的段落号[0022]-[0042]中的染料是优选的,以下化合物B是特别优选的。
化合物B
作为光聚合引发体系中使用的巯基化合物,除了后述实施例中也使用的巯基苯并噻唑之外,具有以下结构的化合物也是优选的。
以下化合物中的SH基团是单官能的,但不限于此。即使多官能化合物也能发挥本发明的作用。
溶解度20g/L或更大 溶解度20g/L或更大 溶解度20g/L或更大
溶解度20g/L或更大 溶解度20g/L或更大 溶解度20g/L或更大
溶解度20g/L或更大 溶解度20g/L或更大 溶解度20g/L或更大
溶解度20g/L或更大 溶解度20g/L或更大 溶解度20g/L或更大
溶解度20g/L或更大 溶解度20g/L或更大 溶解度20g/L或更大
溶解度20g/L或更大 溶解度20g/L或更大 溶解度20g/L或更大
<(D)着色剂>
在需要时本发明的可固化组合物可以使用着色剂(D)。通过使用着色剂,可以形成由可固化组合物构成的有色固化材料,所述有色固化材料可用于形成成像材料和滤色器的着色图案。
在需要时加到本发明的可固化组合物中的着色剂没有特别限制,然而可以单独使用常规已知的各种染料和颜料,或混合两种或多种使用。从耐久性如耐热性和耐光性的观点来看,着色剂优选是颜料。
作为可以用于本发明的可固化组合物中的颜料,可以使用常规已知的各种无机颜料或有机颜料。不管颜料是无机颜料还是有机颜料,考虑到颜料具有高透过率是优选的,优选的是使用尽可能细的颜料。当还考虑加工性能时,颜料的平均粒径优选是0.01μm-0.1μm,更优选0.01μm-0.05μm。上述无机颜料的例子包括金属化合物,如金属氧化物和金属络合物盐,具体而言,铁、钴、铝、镉、铅、铜、钛、镁、铬、锌和锑的金属氧化物,以及这些金属的复合氧化物。
有机颜料的例子包括:
C.I.颜料黄11、24、31、53、83、93、99、108、109、110、138、139、147、150、151、154、155、167、180、185、199;
C.I.颜料橙36、38、43、71;
C.I.颜料红81、105、122、149、150、155、171、175、176、177、209、220、224、242、254、255、264、270;
C.I.颜料紫19、23、32、39;
C.I.颜料蓝1、2、15、15:1、15:3、15:6、16、22、60、66;
C.I.颜料绿7、36、37;
C.I.颜料棕25、28;
C.I.颜料黑1、7;
炭黑。
在本发明中,特别优选使用在结构中具有碱性N原子的颜料。这些具有碱性N原子的颜料在本发明的组合物中表现出良好的分散性。尽管原因还不十分清楚,但可以推定,感光性聚合成分与颜料之间的良好亲合性对其有一定影响。
作为本发明优选使用的颜料,可以例举出以下那些,然而本发明不限于此。
C.I.颜料黄11、24、108、109、110、138、139、150、151、154、167、180、185;
C.I.颜料橙36、71;
C.I.颜料红122、150、171、175、177、209、224、242、254、255、264,;
C.I.颜料紫19、23、32;
C.I.颜料蓝15:1、15:3、15:6、16、22、60、66;
C.I.颜料黑1。
这些有机颜料可以单独使用,或组合不同种使用以增强色纯度。组合的例子如下所示。例如,蒽醌-基颜料、二萘嵌苯-基颜料或二酮吡咯并吡咯-基(diketopyrrolopyrrole-based)颜料单独作为红色颜料,或可以使用它们中的至少一种与双偶氮-基黄颜料、异吲哚啉-基黄颜料、喹诺酞酮-基(quinophthalone-based)黄颜料或二萘嵌苯-基红颜料的混合物。例如,蒽醌-基颜料包括C.I.颜料红177,二萘嵌苯-基颜料包括C.I.颜料红155和C.I.颜料红224,二酮吡咯并吡咯-基颜料包括C.I.颜料红254。从颜色再现性来看,与C.I.颜料黄的混合物139是优选的。红颜料与黄颜料的质量比优选为100∶5-100∶50。当比值为100∶4或更小时,难于抑制400nm-500nm的光透过率,并且在一些情况下不能增强色纯度。此外,当比值为100∶51或更大时,主波长移向短波长,并在一些情况下与NTSC目标色调的偏离变大。特别地,质量比最佳为100∶10-100∶30。在红颜料组合的情况下,可以根据色度调节质量比。
此外,作为绿颜料,可以单独使用卤化酞菁-基颜料,或可以使用其与双偶氮-基黄颜料、喹诺酞酮-基黄颜料、偶氮甲碱-基黄颜料或异吲哚啉-基黄颜料的混合物。作为这种例子,C.I.颜料绿7、36、37与C.I.颜料黄83、C.I.颜料黄138、C.I.颜料黄139、C.I.颜料黄150、C.I.颜料红黄180或C.I.颜料红黄185的混合物是优选的。绿颜料与黄颜料的质量比优选为100∶5-100∶150。质量比特别优选为100∶30-100∶120。
作为蓝颜料,可以单独使用酞菁-基颜料,或可以使用其与二噁嗪-基紫颜料的混合物。例如,C.I.颜料蓝15:6和C.I.颜料紫23的混合物是优选的。蓝颜料与紫颜料的质量比优选为100∶0-100∶30,更优选100∶10或更小。
此外,作为黑矩阵(black matrix)用的颜料,单独使用碳、钛碳(titanium carbon)、铁氧化物和钛氧化物,或使用它们的混合物。碳和钛碳的组合是优选的。碳与钛碳的质量比优选为100∶0-100∶60。
当本发明的组合物用于滤色器时,从颜色不均匀性和对比度的观点来看,颜料的初级粒径优选为10-100nm,更优选10-70nm,更优选10-50nm,最优选10-40nm。
此外,当本发明的组合物用于滤色器时,从颜色不均匀性和对比度的观点来看,优选的是使用在组合物中均匀溶解的染料。
可以用作本发明的可固化组合物中所含的着色剂的染料没有特别限制,然而,可以使用常规已知的用于滤色器的染料。例如,可以使用记载在JP-A No.64-90403、JP-A No.64-91102、JP-A No.1-94301、JP-A No.6-11614、日本专利No.2592207、USP No.4,808,501、USP No.5,667,920、USP No.5,059,500、JP-A No.5-333207、JP-A No.6-35183、JP-A No.6-51115、JP-A No.6-194828、JP-A No.8-211599、JP-A No.4-249549、JP-A No.10-123316、JP-A No.11-302283、JP-A No.7-286107、JP-A No.2001-4823、JP-A No.8-15522、JP-A No.8-29771、JP-A No.8-146215、JP-A No.11-343437、JP-A No.8-62416、JP-A No.2002-14220、JP-A No.2002-14221、JP-A No.2002-14222、JP-A No.2002-14223、JP-A No.8-302224、JP-A No.8-73758、JP-A No.8-179120和JP-A No.8-151531中的色素。
作为化学结构,可以使用以下的染料:吡唑偶氮系列、苯胺基偶氮系列、三苯基甲烷系列、蒽醌系列、蒽吡啶酮系列、亚苄基系列、oxonol系列、吡唑并三唑(pyrazolotriazol)系列、吡啶酮偶氮系列、花青系列、吩噻嗪系列、吡咯并吡唑偶氮甲碱系列、夹氧杂蒽系列、酞菁系列、苯并吡喃系列和靛蓝系列。
此外,当可固化组合物的图案曝光和曝光部分固化后,用水或碱显影除去未曝光部分,形成图案,例如,当形成抗蚀剂或滤色器的着色图案时,从完全除去显影导致的光未照射部的粘结剂和染料的观点来看,在一些情况下可以适当地使用酸性染料和/或其衍生物。
此外,还可以使用直接染料、碱性染料、媒染染料、酸性媒染染料、偶氮染料、分散染料、油溶染料、食品染料和/或其衍生物。
酸性染料没有特别限制,只要其具有酸性基团,如磺酸和羧酸,但考虑到所有的所需性能对酸性染料进行选择,所需性能如在有机溶剂和显影剂中的溶解性、与碱性化合物的成盐性能、吸光度、与组合物中其他成分的相互作用、耐光性和耐热性。
以下是酸性染料的例子,然而本发明不限于此。其例子包括:
酸性茜素紫N;
酸性黑1、2、24、48;
酸性蓝1、7、9、15、18、23、25、27、29、40、42、45、51、62、70、74、80、83、86、87、90、92、96、103、112、113、120、129、138、147、150、158、171、182、192、210、242、243、256、259、267、278、280、285、290、296、315、324:1、335、340;
酸性铬紫K;
酸性品红;
酸性绿1、3、5、9、16、25、27、50、58、63、65、80、104、105、106、109;
酸性橙6、7、8、10、12、26、50、51、52、56、62、63、64、74、75、94、95、107、108、169、173;
酸性红1、4、8、14、17、18、26、27、29、31、34、35、37、42、44、50、51、52、57、66、73、80、87、88、91、92、94、97、103、111、114、129、133、134、138、143、145、150、151、158、176、182、183、198、206、211、215、216、217、227、228、249、252、257、258、260、261、266、268、270、274、277、280、281、195、308、312、315、316、339、341、345、346、349、382、383、394、401、412、417、418、422、426;
酸性紫6B、7、9、17、19;
酸性黄1、3、7、9、11、17、23、25、29、34、36、38、40、42、54、65、72、73、76、79、98、99、111、112、113、114、116、119、123、128、134、135、138、139、140、144、150、155、157、160、161、163、168、169、172、177、178、179、184、190、193、196、197、199、202、203、204、205、207、212、214、220、221、228、230、232、235、238、240、242、243、251;
直接黄2、33、34、35、38、39、43、47、50、54、58、68、69、70、71、86、93、94、95、98、102、108、109、129、136、138、141;
直接橙34、39、41、46、50、52、56、57、61、64、65、68、70、96、97、106、107;
直接红79、82、83、84、91、92、96、97、98、99、105、106、107、172、173、176、177、179、181、182、184、204、207、211、213、218、220、221、222、232、233、234、241、243、246、250;
直接紫47、52、54、59、60、65、66、79、80、81、82、84、89、90、93、95、96、103、104;
直接蓝57、77、80、81、84、85、86、90、93、94、95、97、98、99、100、101、106、107、108、109、113、114、115、117、119、137、149、150、153、155、156、158、159、160、161、162、163、164、166、167、170、171、172、173、188、189、190、192、193、194、196、198、199、200、207、209、210、212、213、214、222、228、229、237、238、242、243、244、245、247、248、250、251、252、256、257、259、260、268、274、275、293;
直接绿25、27、31、32、34、37、63、65、66、67、68、69、72、77、79、82;
媒染黄5、8、10、16、20、26、30、31、33、42、43、45、56、50、61、62、65;
媒染橙3、4、5、8、12、13、14、20、21、23、24、28、29、32、34、35、36、37、42、43、47、48;
媒染红1、2、3、4、9、11、12、14、17、18、19、22、23、24、25、26、30、32、33、36、37、38、39、41、43、45、46、48、53、56、63、71、74、85、86、88、90、94、95;
媒染紫2、4、5、7、14、22、24、30、31、32、37、40、41、44、45、47、48、53、58;
媒染蓝2、3、7、8、9、12、13、15、16、19、20、21、22、23、24、26、30、31、32、39、40、41、43、44、48、49、53、61、74、77、83、84;
媒染绿1、3、4、5、10、15、19、26、29、33、34、35、41、43、53;
食品黄3;
以及这些染料的衍生物。
在上述酸性染料中,染料如酸性黑24;
酸性蓝23、25、29、62、80、86、87、92、138、158、182、243、324:1;
酸性橙8、51、56、74、63;
酸性红1、4、8、34、37、42、52、57、80、97、114、143、145、151、183、217、249;
酸性紫7;
酸性黄17、25、29、34、42、72、76、99、111、112、114、116、134、155、169、172、184、220、228、230、232、243;
酸性绿25和这些染料的衍生物是优选的。
除了上述染料之外,偶氮系列、夹氧杂蒽系列和酞菁系列的酸性染料也是优选的,还优选使用酸性染料如C.I.溶剂蓝44、38;C.I.溶剂橙45;若丹明B、若丹明110和这些染料的衍生物。
其中,着色剂(D)优选选自以下的着色剂:三烯丙基甲烷系列、蒽醌系列、偶氮甲碱系列、亚苄基系列、o xonol系列、花青系列、吩噻嗪系列、吡咯并吡唑偶氮甲碱系列、夹氧杂蒽系列、酞菁系列、苯并吡喃系列、靛蓝系列、吡唑并偶氮系列、苯胺基偶氮系列、吡唑并三唑偶氮系列、吡啶酮偶氮系列和蒽吡啶酮系列。
着色剂用在本发明的可固化组合物中时,在可固化组合物的总固体物中,其含量优选为5-80质量%,更优选10-70质量%,更优选20-70质量%。
特别地,当本发明的可固化组合物用于形成滤色器的着色的图案时,着色剂的含量优选为上述含量范围内的20质量%或更高,更优选30质量%或更高。
<(D)碱溶性树脂>
在本发明的可固化组合物中,使用作为粘结剂聚合物的碱溶性树脂,以改进涂膜性能。优选的是使用线性有机聚合物作为碱溶性树脂。作为所述“线性有机聚合物”,可以任意使用已知的线性有机聚合物。优选地,为能够进行水显影或弱碱性水显影,选择在水或弱碱性水中可溶或可溶胀的线性有机聚合物。依据不仅作为成膜剂而且作为水、弱碱性水或有机溶剂显影剂的用途来选择使用线性有机聚合物。例如,当使用水溶性有机聚合物时,水显影成为可能。所述线性有机聚合物的例子包括侧链上具有羧酸基团的自由基聚合物,例如,记载在JP-A No.59-44615、JP-B No.54-34327、JP-B No.58-12577、JP-B No.54-25957、JP-A No.54-92723、JP-A No.59-53836和JP-A No.59-71048中的那些,即通过均聚或共聚具有羧基的单体得到的树脂,通过均聚或共聚具有酸酐的单体、并且水解、半酯化或半酰氨化酸酐单元得到的树脂,以及通过用不饱和一元羧酸和酸酐将环氧树脂改性得到的环氧丙烯酸酯。具有羧基的单体的例子包括丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、马来酸、富马酸和4-羧基苯乙烯,具有酸酐的单体的例子包括马来酸酐。
相似地,有在侧链上具有羧酸基团的酸性纤维素衍生物。此外,其中环状酸酐加到具有羟基的聚合物上的树脂也是有用的。
当碱溶性树脂作为共聚物使用时,作为待共聚的化合物,还可以使用上述单体之外的单体。其他单体的例子包括以下(1)-(12)的化合物。
(1)具有脂肪族羟基的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯,如丙烯酸2-羟基乙基酯、丙烯酸-2-羟基丙基酯、丙烯酸-3-羟基丙基酯、丙烯酸-4-羟基丁基酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙基酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙基酯、甲基丙烯酸-3-羟基丙基酯和甲基丙烯酸-4-羟基丁基酯。
(2)丙烯酸烷基酯,如丙烯酸甲基酯、丙烯酸乙基酯、丙烯酸丙基酯、丙烯酸丁基酯、丙烯酸异丁基酯、丙烯酸戊基酯、丙烯酸己基酯、丙烯酸-2-乙基己基酯、丙烯酸辛基酯、丙烯酸苄基酯、丙烯酸-2-氯乙基酯、丙烯酸缩水甘油基酯、丙烯酸-3,4-环氧环己基甲基酯、丙烯酸乙烯基酯、丙烯酸-2-苯基乙烯基酯、丙烯酸-1-丙烯基酯、丙烯酸烯丙基酯、丙烯酸-2-烯丙氧基乙基酯和丙烯酸炔丙基酯。
(3)甲基丙烯酸烷基酯,如甲基丙烯酸甲基酯、甲基丙烯酸乙基酯、甲基丙烯酸丙基酯、甲基丙烯酸丁基酯、甲基丙烯酸异丁基酯、甲基丙烯酸戊基酯、甲基丙烯酸己基酯、甲基丙烯酸-2-乙基己基酯、甲基丙烯酸环己基酯、甲基丙烯酸苄基酯、甲基丙烯酸-2-氯乙基酯、甲基丙烯酸缩水甘油基酯、甲基丙烯酸-3,4-环氧环己基甲基酯、甲基丙烯酸乙烯基酯、甲基丙烯酸-2-苯基乙烯基酯、甲基丙烯酸-1-丙烯基酯、甲基丙烯酸烯丙基酯、甲基丙烯酸-2-烯丙氧基乙基酯和甲基丙烯酸炔丙基酯。
(4)丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺,如丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺、N-己基甲基丙烯酰胺、N-环己基丙烯酰胺、N-羟基乙基丙烯酰胺、N-苯基丙烯酰胺、N-硝基苯基丙烯酰胺、N-乙基-N-苯基丙烯酰胺、乙烯基丙烯酰胺、乙烯基甲基丙烯酰胺、N,N-二烯丙基丙烯酰胺、N,N-二烯丙基甲基丙烯酰胺、烯丙基丙烯酰胺和烯丙基甲基丙烯酰胺。
(5)乙烯基醚,如乙基乙烯基醚、2-氯乙基乙烯基醚、羟基乙基乙烯基醚、丙基乙烯基醚、丁基乙烯基醚、辛基乙烯基醚和苯基乙烯基醚。
(6)乙烯基酯,如乙酸乙烯基酯、氯乙酸乙烯基酯、丁酸乙烯基酯和苯甲酸乙烯基酯。
(7)苯乙烯,如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、甲基苯乙烯、氯甲基苯乙烯和对-乙酰氧基苯乙烯。
(8)乙烯基酮,如甲基乙烯基酮、乙基乙烯基酮、丙基乙烯基酮和苯基乙烯基酮。
(9)烯烃,如乙烯、丙烯、异丁烯、丁二烯和异戊二烯。
(10)N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯腈和甲基丙烯腈。
(11)不饱和酰亚胺,如马来酰亚胺、N-丙烯酰基丙烯酰胺、N-乙酰基甲基丙烯酰胺、N-丙酰基甲基丙烯酰胺、N-(对-氯苯甲酰基)甲基丙烯酰胺。
(12)其中杂原子与α-位键合的甲基丙烯酸-基单体,例如,记载在日本专利申请No.2001-115595和日本专利申请No.2001-115598中的化合物。
其中,在侧链上具有烯丙基或乙烯基酯基团和羧基的(甲基)丙烯酰基树脂、记载在JP-A No.2000-187322和JP-A No.2002-62698中的在侧链上具有双键的碱溶性树脂、以及记载在JP-A No.2001-242612中的在侧链上具有酰氨基的碱溶性树脂在薄膜强度、感光度和显影性之间具有优异的平衡,因而是优选的。
此外,记载在JP-B No.7-12004、JP-B No.7-120041、JP-B No.7-120042、JP-B No.8-12424、JP-A No.63-287944、JP-A No.63-287947、JP-A No.1-271741和日本专利申请No.10-116232中的具有酸基团的氨基甲酸酯-基粘结剂聚合物,以及记载在JP-A No.2002-107918中的在侧链上具有酸基团和双键的氨基甲酸酯-基粘结剂聚合物具有非常优异的强度,因此,具有有利的印刷耐久性和低曝光适用性。
记载在EP No.993966、EP No.1204000和JP-A No.2001-318463中的具有酸基团的缩醛-改性的聚乙烯醇-基粘结剂聚合物在薄膜强度和显影性之间具有优异的平衡,因而是适合的。
此外,作为水溶性线性有机聚合物,聚乙烯基吡咯烷酮和聚环氧乙烷是有用的。此外,为增强固化膜的强度,醇溶性尼龙和2,2-双-(4-羟基苯基)-丙烷和表氯醇的聚醚也是有用的。
可以用于本发明中的碱溶性树脂的重均分子量优选为5,000或更大,更优选为10,000-300,000。数均分子量优选为1,000或更大,更优选为2,000-250,000。多分散性(重均分子量/数均分子量)优选为1或更大,更优选为1.1-10。
这些聚合物可以是无规聚合物、嵌段聚合物和接枝聚合物中的任一种。
在本发明的可固化组合物的总固体物中,碱溶性树脂的加入量优选为5-20质量%,更优选5-12质量%。
<(F)烷氧基硅烷化合物>
本发明的可固化组合物含有作为必要成分的上述(A)-(E)成分,此外,从改进与基板的粘合性的观点来看,优选的是组合使用烷氧基硅烷化合物,特别是硅烷偶联剂。
在硅烷偶联剂中,可以与无机材料化学结合的可水解的基团优选是烷氧基甲硅烷基,并且与有机树脂结合的基团优选是(甲基)丙烯酰基、苯基、巯基或环氧硅烷。其中,更优选(甲基)丙烯酰基丙基三甲氧基硅烷。
当使用硅烷偶联剂时,在本发明的可固化组合物的总固体物中,其加入量优选为0.2-3.0质量%,更优选0.5-1.0质量%。
下面说明其他优选的添加剂。
<共增感剂>
优选的是本发明的可固化组合物在需要时含有共增感剂。在本发明中,共增感剂具有如下作用:进一步改进增感染料或引发剂对活性射线的敏感度,并抑制对可聚合化合物与氧聚合的阻抑。
所述共增感剂的例子包括胺类,例如,记载在M.R.Sander等人,“Journal of Polymer Society”,Vol.10,p 3173(1972)、JP-B No.44-20189、JP-A No.51-82102、JP-A No.52-134692、JP-A No.59-138205、JP-A No.60-84305、JP-A No.62-18537、JP-A No.64-33104和Research Disclosure No.33825中的化合物,具体而言,三乙醇胺、对-二甲基氨基苯甲酸乙基酯、对-甲酰基二甲基苯胺和对-甲基硫代二甲基苯胺。
共增感剂的其他例子包括硫醇和硫化物,例如,记载在JP-A No.53-702、JP-B No.55-500806和JP-A No.5-142772中的硫醇化合物和记载在JP-A No.56-75643中的二硫化物化合物,具体而言,2-巯基苯并噻唑、2-巯基苯并噁唑、2-巯基苯并咪唑、2-巯基-4(3H)-喹唑啉和β-巯基萘。
此外,共增感剂的其他例子包括氨基酸化合物(例如N-苯基氨基乙酸等)、记载在JP-B No.48-42965中的有机金属化合物(例如乙酸三丁基锡等)、记载在JP-B No.55-34414中的供氢化合物和记载在JP-ANo.6-308727中的硫化合物(例如三噻烷等)。
从由于聚合生长速率和链转移之间的平衡而改进固化速率的观点来看,相对于可固化组合物的总固体物的质量,这些共增感剂的含量优选为0.1-30质量%,更优选为1-25质量%,更优选为0.5-20质量%。
<聚合抑制剂>
在本发明中,为了抑制在可固化组合物的制造中或保存中具有可聚合烯键式不饱和双键的化合物的不必要的热聚合,需要加入少量热聚合抑制剂。
可以用于本发明中的热聚合抑制剂的例子包括氢醌、对-甲氧基苯酚、二-叔丁基-对-甲酚、焦酚、叔丁基儿茶酚、苯醌、4,4′-硫双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)、2,2′-亚甲基双(2-甲基-6-叔丁基苯酚)和N-亚硝基苯基羟基胺cerrous盐。
相对于总组合物的质量,热聚合抑制剂的加入量优选为约0.01质量%-约5质量%。在需要时,为防止对与氧的聚合的阻抑,可以加入高级脂肪酸衍生物如山嵛酸和山嵛酸酰胺,在涂布后的干燥过程中在感光层的表面上不均匀分布。高级脂肪酸衍生物的加入量优选占总组合物的约0.5质量%-约10质量%。
<其他添加剂>
此外,在本发明中,为了改进固化膜的物理性能,可以加入已知的添加剂,如无机填料、增塑剂和能够改进感光层表面上的油墨粘合性能的脂增感剂(fat-sensitizing agent)。
增塑剂的例子包括邻苯二甲酸二辛基酯、邻苯二甲酸双十二烷基酯、二辛酸三乙二醇酯、邻苯二甲酸二甲基二醇(dimethyl glycol)酯、磷酸三甲苯基酯、己二酸二辛基酯、癸二酸(cebacate)二丁基酯和三乙酰基甘油,当使用粘结剂时,相对于具有烯键式不饱和双键的化合物和粘结剂的总质量,可以加入10质量%或更少的增塑剂。
本发明的可固化组合物在高感光度下固化,并具有良好的保存稳定性。此外,所述组合物对硬质材料(如涂布可固化组合物的基板)的表面表现出高粘合性。因此,本发明的固化组合物可以优选用于三维光成形(photoshaping)和全息术、成像材料如滤色器、油墨、油漆、粘合剂和涂布剂领域中。
[滤色器及其制造方法]
下面,说明本发明的滤色器及其制造方法。
本发明的滤色器的特征在于,在支持体上具有使用本发明的可固化组合物的着色图案。
下面,结合其制造方法(本发明的滤色器的制造方法)详细说明本发明的滤色器。
所述方法包括涂布本发明的可固化组合物来形成可固化组合物层的步骤(下面,适宜地简称作“可固化组合物层形成步骤”),通过掩模将可固化组合物层曝光的步骤(下面,适宜地简称作“曝光步骤”),以及在曝光后将固化组合物层显影来形成着色图案的步骤(下面,适宜地简称作“显影步骤”)。
下面说明本发明方法中的各步骤。
<可固化组合物层形成步骤>
在可固化组合物层形成步骤中,将本发明的可固化组合物涂布在支持体上,形成可固化组合物层。
在本步骤中可以使用的支持体的例子包括液晶显示元件中使用的钠玻璃、Pyrex(注册商标)玻璃和石英玻璃、附着有透明导电膜的那些玻璃,摄像元件中使用的光电转换元件基板例如硅基板,和互补金属氧化物薄膜半导体(CMOS)。在这些基板上,在一些情况下,形成用于隔离各像素的黑条纹。
在需要时,在这些支持体上可以设置内涂层,用于改进与上层的粘合、防止物质扩散并使基板表面平坦化。
作为在支持体上涂布本发明的可固化组合物的方法,可以使用各种涂布方法,如狭缝涂布、喷墨方法、旋涂、流延涂布、辊涂和丝网印刷(screen printing)方法。
可固化组合物的涂膜厚度优选0.1-10μm,更优选0.2-5μm,更优选0.2-3μm。
使用热板或烘箱在温度50℃-140℃对在基板上涂布的可光固化组合物层干燥(预烘焙)10-300秒。
<曝光步骤>
在曝光步骤中,在可固化组合物层形成步骤中形成的可固化组合物层通过具有预定掩模图案的掩模进行曝光。
在本步骤的曝光中,可以通过预定掩模图案使组合物曝光来进行涂膜的图案曝光,以仅使光照射涂膜部分固化,用显影剂显影,形成由每种颜色(三色或四色)的像素构成的图案状薄膜。作为曝光时可以使用的射线,优选使用紫外线,如g-射线和i-射线。照射量优选5-1500mJ/cm2,更优选10-1000mJ/cm2,最优选10-500mJ/cm2。
当本发明的滤色器用于液晶显示元件时,其量优选为上述范围内的5-200mJ/cm2,更优选10-150mJ/cm2,最优选10-100mJ/cm2上述范围内的。此外,当本发明的滤色器用于固态摄像元件时,其量优选为上述范围内的30-1500mJ/cm2,更优选50-1000mJ/cm2,最优选80-500mJ/cm2。
<显影步骤>
然后,通过进行碱性显影处理,将曝光中没有进行光照射的部分洗脱进碱性水溶液中,仅留下光固化部分。作为显影剂,优选的是,不会对内涂层上的电路造成破坏的有机碱性显影剂。显影温度通常为20℃-30℃,显影时间为20-90秒。
显影剂中使用的碱性试剂的例子包括有机碱性化合物,如氨水、乙胺、二乙胺、二甲基乙醇胺、氢氧化四甲基铵、氢氧化四乙基铵、胆碱、吡咯、哌啶和1,8-二氮杂双环-[5,4,0]-7-十一烯。通过用纯水将这些碱性试剂稀释到浓度0.001-10质量%,优选0.01-1质量%而得到的碱性水溶液优选用作显影剂。当使用由这种碱性水溶液构成的显影剂时,通常,在显影后,用纯水洗涤(漂洗)薄膜。
然后,洗掉余下的显影剂,进行干燥,然后加热处理(后烘焙)。同样,对于每种颜色,顺次重复上述步骤,从而,可以制造固化的薄膜。这样,得到滤色器。
后烘焙是显影后用于完成固化的热处理,热固化处理通常在100℃-240℃下进行。当基板是玻璃基板或硅基板时,上述温度范围内的200℃-240℃是优选的。
可以使用加热装置如热板、对流烘箱(热风循环式干燥机)和高频加热机,以连续或间歇方式进行所述后烘焙处理,使得显影后的涂膜置于上述条件下。
在本发明的方法中,在进行上述可固化组合物层形成步骤、曝光步骤和显影步骤之后,在需要时,可以包括通过加热和/或曝光来固化形成的着色图案的固化步骤。
通过根据所需色调的数量,重复上述可固化组合物层形成步骤、曝光步骤和显影步骤(以及在需要时的固化步骤),制造出由所需色调构成的滤色器。
尽管作为本发明的可固化组合物的用途,已经主要说明了在滤色器的像素中的用途,但不言而喻,所述组合物也适用于在滤色器的像素之间设置的黑矩阵。与制造像素的方法相同,除了使用其中加入有黑着色剂如炭黑和钛黑的组合物之外,可以通过进行图案曝光、碱性显影以及随后的后烘焙以促进薄膜的固化,来形成黑矩阵。
由于本发明的滤色器使用本发明的可固化组合物,因此形成的着色图案对支持体基板表现出高粘合性,并且固化的组合物耐显影性优异,因此,曝光感光度优异,曝光部分与基板的粘合性好,可以形成提供所需截面形状的高分辨率图案。因此,这种滤色器可以适用于液晶显示元件和固态摄像元件如CCD中,特别地,适用于具有超过1,000,000像素的高分辨率的CCD元件和CMOS元件。本发明的滤色器可以用作例如置于构成CCD的各像素的光接受部和用于集光的微透镜之间的滤色器。
(第二方面)
以下说明本发明的第二方面。
本发明第二方面涉及到的可固化组合物含有式(I)代表的化合物(下面,在一些情况下称作“本发明的特定化合物”或简称作“特定化合物”)和光聚合引发剂,以及在需要时的其他成分如增感剂、着色剂、涂布溶剂和碱溶性树脂。
下面,在一些情况下将式(I)代表的化合物称作“本发明的特定化合物”或简称作“特定化合物”。此外,在一些情况下将含有着色剂的可固化组合物称作“着色可固化组合物”。
首先,详细说明本发明的特定化合物。
<式(I)代表的化合物>
本发明的可固化组合物含有下式(I)代表的化合物。
在式(I)中,R1代表n价有机基团,并且R2代表氢原子或碳数1-4的烷基。R3和R5各自独立地代表氢原子或甲基。X代表-O-、-NH-、-NR4-或-S-,并且R4代表氢原子或一价有机基团。此外,n代表1-12的整数。X优选是-O-,并且式(I)由式(II)代表。
在式(II)中,R1代表n价有机基团,并且R2代表氢原子或碳数1-4的烷基。R3和R5各自独立地代表氢原子或甲基,并且n代表1-12的整数。
在式(I)和(II)中R2的例子包括氢原子、甲基、乙基、丙基和丁基,优选氢原子、甲基和乙基,更优选甲基。R3和R5优选是氢原子,并且n优选是2-9的整数。
式(I)代表的化合物通过在分子中具有至少一个羟基、伯氨基、仲氨基和硫醇基团的化合物与在分子中具有两个丙烯酸酯的单异氰酸酯之间的氨基甲酸酯化反应、脲化反应或硫代氨基甲酸酯化反应得到。
在式(I)和(II)中R1代表在分子中具有至少一个羟基、伯氨基、仲氨基或硫醇基团的化合物的具有脂肪族残基、芳香族残基或杂环残基的脂肪族残基、或在分子中具有杂原子、芳香环或杂环的脂肪族残基。
“脂肪族残基”代表在合成本发明的特定化合物时,当在分子中具有至少一个羟基、伯氨基、仲氨基或硫醇基团的脂肪族化合物用作原料时,通过从原料化合物的结构中除去“在形成氨基甲酸酯键的反应时与异氰酸酯化合物反应的羟基、伯氨基、仲氨基或硫醇基团”而得到的脂肪族基团,并且“脂肪族残基”可以是未被取代的或可以具有取代基(当具有两个或多个取代基时,这些取代基可以相同或不同)。
“取代基”可以是可置换基团,例如,代表脂肪族基团、芳香族基团、杂环基团、卤素原子、羟基、硫醇基、氰基、硝基、(甲基)丙烯酸酯基、羧基、氨基、脂肪族氨基、芳香族氨基、杂环氨基、脂肪族氧基、芳香族氧基、杂环氧基、脂肪族硫基、芳香族硫基、杂环硫基、脂肪族磺酰氨基、芳香族磺酰氨基、杂环磺酰氨基、酰基、酰氧基、酰基氨基、脂肪族氧羰基、芳香族氧羰基、杂环氧羰基、脂肪族氧羰基氨基、芳香族氧羰基氨基、杂环氧羰基氨基、脂肪族硫羰基氨基、芳香族硫羰基氨基、杂环硫羰基氨基、脂肪族氨基羰基氨基、芳香族氨基羰基氨基、杂环氨基羰基氨基、氨基甲酰基、氨基甲酰基氧基、氨基甲酰基氨基、脂肪族磺酰基、芳香族磺酰基、杂环磺酰基、脂肪族羟基氨基(oxyamino)、芳香族羟基氨基、杂环羟基氨基、甲硅烷基、脂肪族氧甲硅烷基、甲硅烷基氧基、脂肪族氧羰基氧基、芳香族氧羰基氧基、杂环氧羰基氧基、氨磺酰基氧基、脂肪族磺酰基氧基、芳香族磺酰基氧基、苯胺基、脂肪族偶氮基、芳香族偶氮基、杂环偶氮基、脂肪族亚磺酰基、芳香族亚磺酰基、杂环亚磺酰基、脂肪族磺酰基氧基、芳香族磺酰基氧基、杂环磺酰基氧基、氨磺酰基、磺基、膦酰基、膦酸基或亚膦酰基氨基。
其中,优选的取代基的例子包括脂肪族基团、芳香族基团、杂环基团、卤素原子、羟基、硫醇基、氰基、硝基、(甲基)丙烯酰基、羧基、氨基、脂肪族氨基、芳香族氨基、杂环氨基、脂肪族氧基、芳香族氧基、杂环氧基、脂肪族硫基、芳香族硫基、脂肪族磺酰氨基、芳香族磺酰氨基、酰基、脂肪族氧羰基、脂肪族氧羰基氨基、芳香族氧羰基氨基、脂肪族硫羰基氨基、芳香族硫羰基氨基、脂肪族氨基羰基氨基、芳香族氨基羰基氨基、氨基甲酰基、脂肪族磺酰基、芳香族磺酰基、甲硅烷基、脂肪族氧甲硅烷基、甲硅烷基氧基、脂肪族羰基氧基、芳香族羰基氧基、杂环氧羰基氧基、脂肪族氧羰基氧基、脂肪族磺酰基氧基、氨磺酰基、磺基、膦酰基和phosphone基。
特别地,从感光度和溶解性的观点来看,更优选的取代基的例子包括脂肪族基团、芳香族基团、杂环基团、卤素原子、羟基、硫醇基、(甲基)丙烯酰基、羧基、氨基、脂肪族氨基、芳香族氨基、脂肪族氧基、芳香族氧基、杂环氧基、脂肪族硫基、脂肪族磺酰氨基、脂肪族氧羰基、脂肪族氧羰基氨基、甲硅烷基、脂肪族氧甲硅烷基、脂肪族羰基氧基、脂肪族氧羰基氧基、脂肪族磺酰基氧基、磺基和phosphone基。
“脂肪族基团”指烷基、烯基或炔基。脂肪族基团可以具有支链或可以形成环。此外,脂肪族基团可以是未被取代的或可以具有取代基。当脂肪族基团具有取代基时,其可以具有上述“取代基”说明中例举的取代基,当具有两个或多个取代基时,这些取代基可以相同或不同。当脂肪族基团是烷基时,其可以是直链的、可以具有支链或可以形成环,其中,优选碳数为1-21,更优选碳数为1-16,特别优选碳数为1-12。
碳数1-21的烷基的优选例子包括甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十五烷基、正十六烷基、正十七烷基、正十八烷基、正十九烷基、正二十烷基、异丙基、仲丁基、异丁基、叔丁基、1-甲基丁基、1-乙基丙基、2-甲基丁基、异戊基、新戊基、1,2-二甲基丙基、1,1-二甲基丙基、叔戊基、1,3-二甲基丁基、3,3-二甲基丁基、
2-乙基丁基、2-乙基-2-甲基丙基、直链或支化的庚基、1-甲基庚基、2-乙基己基、1,5-二甲基己基、叔辛基、支化的壬基、支化的癸基、支化的十一烷基、支化的十二烷基、支化的十三烷基、支化的十四烷基、支化的十五烷基、支化的十六烷基、支化的十七烷基、支化的十八烷基、直链或支化的十九烷基、直链或支化的二十烷基、环丙基、环丙基甲基、环丁基、环丁基甲基、环戊基、环己基、环己基甲基、环庚基、环辛基、环己基丙基、环十二烷基、降冰片基、冰片基、顺式-桃金娘基(cis-myrtanyl group)、异松莰基(isopinocamphenylgroup)、降金刚烷基(noradamantyl group)、金刚烷基、金刚烷基甲基、1-(1-金刚烷基)乙基、3,5-二甲基金刚烷基、奎宁环基、环戊基乙基和双环辛基。
在上述基团中,甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、异丙基、仲丁基、异丁基、叔丁基、1-甲基丁基、1-乙基丙基、2-甲基丁基、异戊基、新戊基、1,2-二甲基丙基、1,1-二甲基丙基、叔戊基、1,3-二甲基丁基、3,3-二甲基丁基、2-乙基丁基、2-乙基-2-甲基丙基、直链或支化的庚基、1-甲基庚基、2-乙基己基、1,5-二甲基己基、叔辛基、支化的壬基、支化的癸基、支化的十一烷基、支化的十二烷基、支化的十三烷基、支化的十四烷基、环丙基、环丙基甲基、环丁基、环丁基甲基、环戊基、环己基、环己基甲基、环庚基、环辛基、环己基丙基、环十二烷基、降冰片基、冰片基、顺式-桃金娘基、异松莰基、降金刚烷基、金刚烷基、金刚烷基甲基、1-(1-金刚烷基)乙基、3,5-二甲基金刚烷基、奎宁环基、环戊基乙基或双环辛基是更优选的。
此外,甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、异丙基、仲丁基、异丁基、叔丁基、1-甲基丁基、1-乙基丙基、2-甲基丁基、异戊基、新戊基、1,2-二甲基丙基、1,1-二甲基丙基、叔戊基、1,3-二甲基丁基、3,3-二甲基丁基、2-乙基丁基、2-乙基-2-甲基丙基、直链或支化的庚基、1-甲基庚基、2-乙基己基、1,5-二甲基己基、叔辛基、支化的壬基、支化的癸基、环丙基、环丙基甲基、环丁基、环丁基甲基、环戊基、环己基、环己基甲基、环庚基、环辛基、环己基丙基、环十二烷基、降冰片基、冰片基、降金刚烷基、金刚烷基、金刚烷基甲基、1-(1-金刚烷基)乙基、3,5-二甲基金刚烷基、环戊基乙基或双环辛基是特别优选的。
在上面例示的烷基中,特别地,用氟取代的烷基也是优选的。作为氟取代的烷基,三氟甲基、三氟乙基、五氟乙基、七氟丙基、九氟丁基、十三氟己基、十五氟庚基、十七氟辛基、十三氟辛基、十九氟壬基、十七氟癸基或全氟癸基是优选的。其中,三氟甲基、五氟乙基、七氟丙基、九氟丁基、十三氟己基或十五氟庚基是更优选的,此外,三氟甲基、五氟乙基、七氟丙基、九氟丁基或十三氟己基是特别优选的。
当脂肪族基团是烯基时,其可以是未被取代的或可以具有取代基,碳数2-21的烯基是优选的。碳数2-16的烯基是更优选的,碳数2-10的烯基是更优选的。碳数2-21的烯基的优选例子包括乙烯基、异丙烯基、2-丙烯基、2-甲基-丙烯基、1-甲基-1-丙烯基、1-丁烯基、3-丁烯基、1-甲基-1-丁烯基、1,1-二甲基-3-丁烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、1-乙基-1-戊烯基、1-己烯基、1-庚烯基、2,6-二甲基-5-庚烯基、9-癸烯基、1-环戊烯基、2-环戊烯基甲基(2-cyclopentynylmethyl group)、亚环己基基、1-甲基-2-亚环己基基、1,4-二氢-2-甲基苯基、辛烯基、香茅基、油烯基、香叶基、法尼基和2-(1-亚环己基基)乙基。
其中,乙烯基、异丙烯基、2-丙烯基、2-甲基-丙烯基、1-甲基-1-丙烯基、1-丁烯基、3-丁烯基、1-甲基-1-丁烯基、1,1-二甲基-3-丁烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、1-乙基-1-戊烯基、1-己烯基、1-庚烯基、1-环戊烯基、2-环戊烯基甲基、亚环己基基、1-甲基-2-亚环己基基或1,4-二氢-2-甲基苯基是更优选的,此外,乙烯基、异丙烯基、2-丙烯基、2-甲基-丙烯基、1-甲基-1-丙烯基、1-丁烯基、3-丁烯基、1-甲基-1-丁烯基、1,1-二甲基-3-丁烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、1-乙基-1-戊烯基、1-己烯基、1-环戊烯基、2-环戊烯基甲基、亚环己基基、1-甲基-2-亚环己基基或1,4-二氢-2-甲基苯基是特别优选的。
“芳香族基团”指芳基。芳基可以是未被取代的或可以具有取代基,芳基优选碳数为6-21。其中,碳数6-15的芳基是优选的,碳数6-10的芳基是更优选的。
碳数6-21的芳基的优选例子包括苯基、萘基、联苯基、苊基、芴基、蒽基、蒽醌基和芘基。其中,苯基、萘基、联苯基、苊基、芴基或蒽基是更优选的,此外,苯基、萘基、联苯基或芴基是特别优选的。
芳基优选是苯基或萘基,特别优选苯基。
“杂环”在其环中具有杂原子(例如氮原子、硫原子、氧原子),它可以是饱和环或不饱和环,可以是单环或稠环,可以是未被取代的或可以具有取代基。杂环的碳数优选为1-32、更优选2-16。其例子包括isocyanul环、环氧环、氧杂环丁烷环、呋喃环、四氢呋喃环、吡喃环、四氢吡喃环、二噁烷环、三噁烷环、四氢噻吩环、噻吩环、二噻烷环、三噻烷环、吡咯烷环、哌啶环、哌嗪环、三嗪环、三氮杂环壬烷环、吗啉环、硫代吗啉环、吡咯环、吡唑环、咪唑环、三唑环、四唑环、噁唑环、异噁唑环、噻唑环、噻二唑环、吲哚环、咔唑环、苯并呋喃环、吡啶环、喹啉环、嘧啶环、哒嗪环、吡嗪环、菲咯啉环、喹唑啉环、吖啶环、尿嘧啶环和内酯环。
其中,isocyanul环、环氧环、呋喃环、四氢呋喃环、吡喃环、四氢吡喃环、四氢噻吩环、噻吩环、吡咯烷环、哌啶环、哌嗪环、吗啉环、硫代吗啉环、吡咯环、吡唑环、咪唑环、三唑环、噁唑环、噻唑环、噻二唑环、吲哚环、咔唑环、苯并呋喃环、吡啶环、喹啉环、嘧啶环、哒嗪环、吡嗪环、尿嘧啶环或内酯环是优选的,isocyanul环、环氧环、四氢呋喃环、四氢吡喃环、四氢噻吩环、吡咯烷环、哌啶环、吗啉环、吡咯环、吡唑环、咪唑环、三唑环、噁唑环、噻唑环、吡啶环、嘧啶环、哒嗪环、吡嗪环或内酯环是特别优选的。
“芳香族残基”代表在合成特定化合物时,当在分子中具有至少一个羟基的芳香族化合物用作原料时,通过从原料化合物的结构中除去“在形成氨基甲酸酯键的反应时与异氰酸酯化合物反应的羟基”而得到的芳香族基团,并且“芳香族残基”可以是未被取代的或可以具有取代基(当具有两个或多个取代基时,这些取代基可以相同或不同)。
“杂环残基”代表在合成特定化合物时,当在分子中具有至少一个羟基的杂环化合物用作原料时,通过从原料化合物的结构中除去“在形成氨基甲酸酯键的反应时与异氰酸酯化合物反应的羟基环基团”而得到的杂环基团,并且“杂环残基”可以是未被取代的或可以具有取代基(当具有两个或多个取代基时,这些取代基可以相同或不同)。
“在分子中具有杂原子、芳香环或杂环的脂肪族残基”代表在合成本发明的特定化合物时,当在分子中具有至少一个羟基并且在分子结构中还具有杂原子、芳香环或杂环的脂肪族化合物用作原料时,通过从原料化合物的结构中除去“在形成氨基甲酸酯键的反应时与异氰酸酯化合物反应的羟基”而得到的残基,并且“在分子中具有杂原子、芳香环或杂环的脂肪族残基”可以是未被取代的或可以具有取代基(当具有两个或多个取代基时,这些取代基可以相同或不同)。作为杂原子,氧原子、硫原子或氮原子是优选的,氧原子或氮原子是更优选的。
在式(I)中,当X是-NR4-时,R4代表氢原子、或碳数1-50的烃残基,所述烃残基可以在结构中具有选自醚键、氨基键、硫醚键、碳数3-10的烃环结构、芳香环、杂环、氨基甲酸酯键、硫代氨基甲酸酯键、酯键、酰氨基键、脲键和硫脲键中的部分结构,并可以是饱和或不饱和的。烃残基还可以具有取代基。当烃残基具有取代基时,所述取代基与式(I)和(II)的R1中说明的“取代基”具有相同含义,并且其优选的例子也相同。
在式(I)代表的化合物中,特别地,用作其中X是-O-的化合物的原料的“在分子中具有至少一个羟基的化合物”没有特别限制,然而其例子包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、辛醇、癸醇、十二烷醇、新戊醇、乙二醇、丙二醇、新戊二醇、丁二醇、己二醇、辛二醇、环戊二醇、环己二醇、4,4-异亚丙基二环己醇、1,3,5-环己三醇、环辛二醇、降冰片烷二醇、十氢化萘二醇、肌醇、2-(羟基甲基)-1,3-丙二醇、苏糖醇、甘油、赤糖醇、核糖醇、阿拉伯糖醇、木糖醇、山梨糖醇、甘露醇、艾杜糖醇、dalcitol、核糖、木糖、半乳糖、葡萄糖、蔗糖、乳糖、季戊四醇、二季戊四醇、三季戊四醇、1,3,5-三(2-羟基乙基)-氰脲酸、氢醌、儿茶酚、间苯二酚(resorsinol)、fluoroglucinol、二羟基萘、双(4-羟基苯基)甲烷、双酚A、1,4-苯二甲醇、二羟基二苯甲酮、呋喃二甲醇、羟基吲哚、(羟基甲基)亚乙基碳酸酯、二羟基吡啶、二羟基哒嗪、氰脲酸、二羟基嘧啶、
2-(甲硫基)乙醇、乙基-2-羟基乙基硫化物、3-(甲硫基)-1-丙醇、4-(甲硫基)-1-丁醇、3-(甲硫基)-1-己醇、2,2′-硫代二乙醇、2-羟基乙基二硫化物、3,6-二硫杂-1,8-辛二醇、3,3′-硫代二丙醇、3-甲硫基-1,2-丙二醇、3-乙硫基-1,2-丙二醇、D-葡萄糖、二乙基缩硫醛、1-硫代-β-D-葡萄糖、钠盐脱水物、反式-1,2-二噻烷-4,5-二醇、1,5-二硫杂环辛烷-3-醇、1,4-二硫杂螺(4.5)癸烷-8-醇、1,4-二噻烷-2,5-二醇、三乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇、4-氨基-4-(3-羟基丙基)-1,7-庚二醇、N,N,N′,N′-四(2-羟基丙基)-乙二胺、1,3-双[三(羟基甲基)-甲基氨基]丙烷、(R)-(+)-3-吡咯烷醇、1-[2-(2-羟基乙氧基)乙基]-哌嗪、4-(2-羟基乙基)吗啉和记载在JP-A No.2005-326556中的各种二醇,这些可以是未被取代的或可以具有取代基。当具有两个或多个取代基时,这些取代基可以相同或不同。
在式(I)代表的化合物中,特别地,用作其中X是-NH-的化合物的原料的“在分子中具有至少一个伯氨基的化合物”没有特别限制,然而其例子包括碳数1-32的正烷基胺、1,3-二甲基丁基胺、甲基胺、盐酸甲基胺、盐酸甲基胺-13C、甲基肼、乙胺、盐酸乙胺、丙基胺、盐酸丙基胺、丁基胺、戊基胺、己基胺、庚基胺、辛基胺、壬基胺、癸基胺、十一烷基胺、十二烷基胺、十三烷基胺、1-十四烷基胺、十五烷基胺、1-十六烷基胺、十八烷基胺、异丙基胺、仲丁基胺、(S)-(+)-仲丁基胺、(R)-(-)-仲丁基胺、异丁基胺、叔丁基胺、盐酸叔丁基肼、1-甲基丁基胺、1-乙基丙基胺、(S)-(-)-2-甲基丁基胺、2-甲基丁基胺、异戊基胺、1,2-二甲基丙基胺、叔戊基胺、1,3-二甲基丁基胺、3,3-二甲基丁基胺、2-氨基庚烷、3-氨基庚烷、1-甲基庚基胺、2-乙基己基胺、1,5-二甲基己基胺、叔辛基胺、
乙二胺、二盐酸乙二胺、1,3-二氨基丙烷、二盐酸-1,3-二氨基丙烷、1,2-二氨基丙烷、1,4-二氨基丁烷、1,2-二氨基-2-甲基丙烷、DYTEKEP二胺、1,5-二氨基戊烷、2,2-二甲基-1,3-丙二胺、六亚甲基二胺、DYTEK A胺、1,7-二氨基庚烷、1,8-二氨基辛烷、C,C,C-三甲基-1,6-己烷二胺、1,9-二氨基壬烷、1,10-二氨基癸烷、1,12-二氨基十二烷、N,N-二甲基乙二胺、N,N-二乙基乙二胺、N,N-二丁基乙二胺、N-(2-氨基乙基)-1,3-丙二胺、3,3′-二氨基-N-甲基二丙基胺、N-(3-氨基丙基)-1,3-丙二胺、亚精胺、4-(氨基甲基)-1,8-辛烷二胺、三(2-氨基乙基)胺、(氨基甲基)环丙烷、环丁基胺、环戊基胺、5-氨基-2,2,4-三甲基-1-环戊烷甲基胺、环己基胺、4,4′-亚甲基双(环己基-胺)、4,4′-亚甲基双(2-甲基环己基胺)、1,2-二氨基环己烷、反式-1,4-二氨基环己烷、环己烷甲基胺、1,3-环己烷双(甲基胺)、环辛基胺、EXO-2-氨基降冰片烷、1-金刚烷胺、2,2′-(亚乙基二氧)-双(乙胺)、4,7,10-三氧杂-1,13-十三烷二胺、四氢糠基胺、
乙醇胺、3-氨基-1-丙醇、4-氨基-1-丁醇、1,4-双(3-氨基丙基)哌嗪、4-(2-氨基乙基)吗啉、苯胺、3-氨基硫代苯酚、4,4′-亚乙基二苯胺、3,3′-亚甲基二苯胺、4,4′-亚甲基二苯胺、4,4′-氧二苯胺、4-氨基苯酚、4,4′-硫代二苯胺、邻-联甲苯胺、5,5′-(六氟异亚丙基)-二-邻-甲苯胺、3,5-双(三氟甲基)-苯胺、4,4′-亚甲基双(2,6-二乙基苯胺)、4,4′-二氨基八氟联苯、1,3-苯二胺、1,4-苯二胺、副品红碱、2,3-二氨基萘、联萘基-2,2′-二胺、内消旋-1,2-双(4-甲氧基苯基)-乙二胺、2-[2-(氨基甲基)苯硫基]苄基醇、间-苯二甲胺和对-苯二甲胺,这些可以是未被取代的或可以具有取代基。当具有两个或多个取代基时,这些取代基可以相同或不同。
在式(I)代表的化合物中,特别地,用作其中X是-NR4-的化合物的原料的“在分子中具有至少一个仲氨基的化合物”没有特别限制,然而其例子包括二甲基胺、1,1-二甲基肼、N-乙基甲基胺、二乙胺、N-甲基丙基胺、N-甲基异丙基胺、N-乙基异丙基胺、二丙基胺、二异丙基胺、N-甲基丁基胺、N-乙基丁基胺、N-甲基-叔丁基胺、N-叔丁基异丙基胺、二丁基胺、二-仲丁基胺、二异丁基胺、叔戊基-叔丁基胺、二戊基胺、N-甲基己基胺、二己基胺、叔戊基-叔辛基胺、二辛基胺、双(2-乙基己基)胺、二癸基胺、N-甲基十八烷基胺、
N-甲基乙二胺、N-乙基乙二胺、N-丙基乙二胺、N-异丙基乙二胺、N,N′-二甲基乙二胺、N,N′-二乙基乙二胺、N,N′-二异丙基乙二胺、N,N,N′-三甲基乙二胺、N,N-二甲基-N′-乙基乙二胺、N,N-二乙基-N′-甲基乙二胺、N,N,N′-三乙基乙二胺、N,N,N′,N′-四甲基乙二胺、N-甲基-1,3-丙二胺、N-丙基-1,3-丙二胺、N-异丙基-1,3-丙二胺、N,N′-二乙基-1,3-丙二胺、N,N′-二异丙基-1,3-丙二胺、N,N,N′-三甲基-1,3-丙二胺、N,N′-二甲基-1,6-己二胺、N-甲基环己基胺、N-乙基环己基胺、N-异丙基环己基胺、N-叔丁基环己基胺、二环己基胺、(1S,2S)-N,N′-双(3,3-二甲基丁基)-1,2-环己二胺、二烯丙基胺、N-烯丙基环戊基胺、烯丙基环己基胺、双(2-甲氧基乙基)胺、二苯基胺、N-苯基苄基胺和1,2-二苯胺基乙烷,这些可以是未被取代的或可以具有取代基。当具有两个或多个取代基时,这些取代基可以相同或不同。
在式(I)代表的化合物中,特别地,用作其中X是-S-的化合物的原料的“在分子中具有至少一个硫醇基团的化合物”没有特别限制,然而其例子包括甲硫醇、乙硫醇、1-丙硫醇、1-丁硫醇、1-戊硫醇、1-己硫醇、庚基硫醇、1-辛硫醇、壬基硫醇、1-癸硫醇、1-十二烷硫醇、十六烷基硫醇、十八烷基硫醇、2-甲基-1-丙硫醇、2-甲基-1-丁硫醇、3-甲基-1-丁硫醇、2-丙硫醇、1-甲基-1-丙硫醇、2-甲基-2-丙硫醇、2-甲基-2-丁硫醇、芳基硫醇、环戊基硫醇、环己基硫醇、1,2-乙烷二硫醇、1,3-丙烷二硫醇、1,4-丁烷二硫醇、2,3-丁烷二硫醇、1,5-戊烷二硫醇、1,6-己烷二硫醇、1,8-辛烷二硫醇、1,9-壬烷二硫醇、2,2,2-三氟乙烷硫醇、3-氯-1-丙硫醇、2-巯基乙醇、1-巯基-2-丙醇、3-巯基-1-丙醇、3-巯基-2-丁醇、3-巯基-1,2-丙二醇、2,3-二巯基-1-丙醇、二硫代苏糖醇、二硫代赤糖醇、1,4-二硫代-L-苏糖醇、2-巯基乙基醚、2-巯基乙基硫化物、糠基硫醇、硫代苯酚、硫代甲酚、乙硫基苯酚、苄基硫醇、1,2,3-丙烷三硫醇、1,1-环己烷二硫醇、1,2-环己烷二硫醇、双环[2,2,1]七-外-顺式-2,3-二硫醇、
1,1-双(巯基甲基)环己烷、乙二醇双(2-巯基乙酸酯)、二乙二醇双(3-巯基丙酸酯)、双(2-巯基乙基)醚、乙二醇双(2-巯基乙酸酯)、乙二醇双(3-巯基丙酸酯)、三羟甲基丙烷双(2-巯基乙酸酯)、三羟甲基丙烷双(3-巯基丙酸酯)、季戊四醇四(2-巯基乙酸酯)、季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)、
1,2-二巯基苯、1,3-二巯基苯、1,4-二巯基苯、1,2-双(巯基甲基)苯、1,3-双(巯基甲基)苯、1,4-双(巯基甲基)苯、1,2-双(2-巯基乙基)苯、1,3-双(2-巯基乙基)苯、1,4-双(2-巯基乙基)苯、1,2-双(2-巯基乙烯氧)苯、1,3-双(2-巯基乙烯氧)苯、1,4-双(2-巯基乙烯氧)苯、1,2,3-三巯基苯、1,2,4-三巯基苯、1,3,5-三巯基苯、
1,2,3-三(巯基甲基)苯、1,2,4-三(巯基甲基)苯、1,3,5-三(巯基甲基)苯、1,2,3-三(2-巯基乙基)苯、1,2,4-三(2-巯基乙基)苯、1,3,5-三(2-巯基乙基)苯、1,2,3-三(2-巯基乙烯氧)苯、1,2,4-三(2-巯基乙烯氧)苯、1,3,5-三(2-巯基乙烯氧)苯、1,2,3,4-四巯基苯、1,2,3,5-四巯基苯、1,2,4,5-四巯基苯、1,2,3,4-四(巯基甲基)苯、1,2,3,5-四(巯基甲基)苯、1,2,4,5-四(巯基甲基)苯、1,2,3,4-四(2-巯基乙基)苯、1,2,3,5-四(2-巯基乙基)苯、1,2,4,5-四(2-巯基乙基)苯、1,2,3,4-四(2-巯基乙烯氧)苯、1,2,3,5-四(2-巯基乙烯氧)苯、1,2,4,5-四(2-巯基乙烯氧)苯、2,2′-二巯基联苯、4,4′-硫代双-苯硫醇、4,4′-二巯基联苯、4,4′-二巯基双苄基、2,5-甲苯二硫醇、3,4-甲苯二硫醇、1,4-萘二硫醇、1,5-萘二硫醇、2,6-萘二硫醇、2,7-萘二硫醇、2,4-二甲基苯-1,3-二硫醇、4,5-二甲基苯-1,3-二硫醇、9,10-蒽二甲硫醇、
2-双(2-巯基乙硫基)苯、1,3-双(2-巯基乙硫基)苯、1,4-双(2-巯基乙硫基)苯、1,2-双(2-巯基乙硫基甲基)苯、1,3-双(2-巯基乙硫基甲基)苯、1,4-双(2-巯基乙硫基甲基)苯、1,2,3-三(2-巯基乙硫基)苯、1,2,4-三(2-巯基乙硫基)苯、1,3,5-三(2-巯基乙硫基)苯、1,2,3,4-四(2-巯基乙硫基)苯、1,2,3,5-四(2-巯基乙硫基)苯、1,2,4,5-四(2-巯基乙硫基)苯、双(2-巯基乙基)硫化物、双(2-巯基乙硫基)甲烷、1,2-双(2-巯基乙硫基)乙烷、1,3-双(2-巯基乙硫基)丙烷、1,2,3-三(2-巯基乙硫基)丙烷、四(2-巯基乙硫基甲基)甲烷、1,2-双(2-巯基乙硫基)丙硫醇、2,5-二巯基-1,4-二噻烷、双(2-巯基乙基)二硫化物、3,4-噻吩二硫醇、1,2-双(2-巯基乙基)硫代-3-巯基丙烷和双-(2-巯基乙硫基-3-巯基丙烷)硫化物,这些可以是未被取代的或可以具有取代基。当具有两个或多个取代基时,这些取代基可以相同或不同。
此外,作为具有两个丙烯酸酯的单异氰酸酯化合物,具体而言,使用1,1-(双丙烯酰氧基甲基)乙基异氰酸酯。
然后,示出式(I)代表的多官能丙烯酸酯化合物的例子(I-1)-(I-62),然而本发明不限于此。
下面,说明制备式(I)代表的化合物的方法。
在式(I)代表的化合物中,特别是为得到其中X是-O-的化合物,相对于在分子中具有至少一个羟基的化合物的羟基,在分子中具有两个丙烯酸酯的单异氰酸酯的异氰酸酯基团的摩尔比被制成0.7-1.5,优选0.8-1.3,更优选0.9-1.2,最优选0.95-1.1。当摩尔比小于0.7时,具有未反应的羟基的产物比例增大,纯化变难。另一方面,当摩尔比大于1.5时,存在在反应完成后发生不优选的副反应的可能,从而导致凝胶化。
此外,在式(I)代表的化合物中,特别是为得到其中X是-NH-的化合物,相对于在分子中具有至少一个伯氨基的化合物的伯氨基,在分子中具有两个丙烯酸酯的单异氰酸酯的异氰酸酯基团的摩尔比被制成0.7-1.5,优选0.8-1.3,更优选0.9-1.2,最优选0.95-1.1。当摩尔比小于0.7时,具有未反应的伯氨基的产物比例增大,纯化变难。另一方面,当摩尔比大于1.5时,也存在在反应完成后发生不优选的副反应的可能,从而导致凝胶化。
相似地,在式(I)代表的化合物中,特别是为得到其中X是-NR4-的化合物,相对于在分子中具有至少一个仲氨基的化合物的仲氨基,在分子中具有两个丙烯酸酯的单异氰酸酯的异氰酸酯基团的摩尔比被制备成0.7-1.5,优选0.8-1.3,更优选0.9-1.2,最优选0.95-1.1。当摩尔比小于0.7时,具有未反应的仲氨基的产物比例增大,纯化变难。另一方面,当摩尔比大于1.5时,存在在反应完成后发生不优选的副反应的可能,从而导致凝胶化。
此外,在式(I)代表的化合物中,特别是为得到其中X是-S-的化合物,相对于在分子中具有至少一个硫醇基团的化合物的硫醇基团,在分子中具有两个丙烯酸酯的单异氰酸酯的异氰酸酯基团的摩尔比被制成0.7-1.5,优选0.8-1.3,更优选0.9-1.2,最优选0.95-1.1。当摩尔比小于0.7时,具有未反应的硫醇基团的产物比例增大,纯化变难。另一方面,当摩尔比大于1.5时,存在在反应完成后发生不优选的副反应的可能,从而导致凝胶化。
氨基甲酸酯化反应、酰氨化反应或硫代氨基甲酸酯化反应中使用的催化剂没有特别限制,但优选使用三(2-乙基己酸)铋,有机锡(甲基)丙烯酸盐如二月桂酸二丁基锡、乙酸二丁基锡、二丁基锡二氯化物和辛酸锡,和有机锌(甲基)丙烯酸盐,如辛酸锌和环烷酸锌,叔胺类如三亚乙基二胺和三乙胺,或具有脒骨架的(甲基)丙烯酸酯如1,8-二氮杂双环[5,4,0]-7-十一烯,相对于100质量份的硫醇或异氰酸酯,催化剂的加入量是0.0001-10质量份。
在上述反应中,通常使用-50℃至100℃的温度范围。在-50℃或更低时,反应进行极慢,在100℃或更高时,副产物增加,不仅产率可能下降,而且可能发生凝胶化,因而不是优选的。在需要时,通过用溶剂稀释来进行反应。作为溶剂,可以使用与异氰酸酯反应的溶剂如醇、羧酸和胺类之外的溶剂。从反应速率和溶解性的观点来看,优选使用极性溶剂如乙腈、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)和N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP),氯-基溶剂如氯仿,以及芳香族溶剂如甲苯和二甲苯。为防止残余水和异氰酸酯之间的反应,适宜地使用脱水溶剂。
此外,为了防止氨基甲酸酯化反应中的不优选的副反应(丙烯酸酯聚合反应),优选的是加入聚合抑制剂。作为聚合抑制剂,使用醌类如氢醌和苯醌,酚类如对-甲氧基苯酚,或N-亚硝基苯基羟基胺盐。
在本发明的可固化组合物中,式(I)代表的化合物可以单独使用,或可以组合使用两种或多种。
从感光度和显影性的观点来看,相对于组合物的总固体物,本发明的可固化组合物中的特定化合物含量优选0.01-90质量%,更优选0.1-70质量%,特别优选0.5-50质量%。
优选的是,本发明的可固化组合物含有特定化合物之外的含有烯键式不饱和双键的化合物(下面,在一些情况下简称作“含有烯键式不饱和双键的化合物”)。
可以用于本发明中的含有烯键式不饱和双键的化合物是特定化合物以外的化合物,选自具有至少一个烯键式不饱和双键的加成聚合化合物,并且具有至少一个、优选两个或多个末端烯键式不饱和键的化合物。这种化合物组的具体例子包括记载在本发明的第一方面中的化合物。此外,选择这些加成聚合化合物的观点和从该观点的优选化合物相似。
在本发明的可固化组合物的固体物中,特定化合物之外的含有烯键式不饱和双键的化合物的含量优选1质量%-90质量%,更优选5质量%-80质量%,更优选10质量%-70质量%。
特别地,当本发明的可固化组合物用于形成滤色器的着色图案时,特定化合物之外的含有烯键式不饱和双键的化合物的含量优选为上述范围内的5质量%-50质量%,更优选7质量%-40质量%,更优选10质量%-35质量%。
此外,从感光度和未曝光部分的除去性(显影性)的观点来看,特定化合物与特定化合物之外的含有烯键式不饱和双键的化合物的含量比(质量比),(特定化合物)/(特定化合物之外外的含有烯键式不饱和双键的化合物),优选为0.001-100,更优选0.005-50,更优选0.01-10。
<光聚合引发剂>
除了特定化合物之外,本发明的可固化组合物还含有光聚合引发剂。可以用于本发明的可固化组合物中的光聚合引发剂是经作为射线如UV、DeepUV、可见光、红外光和电子束的光照射引起产生自由基的化学反应的化合物,并且通过由该化合物生成的自由基(引发物)来时作用在下述粘结剂上,所述粘结剂在由可固化组合物构成的可固化组合物层中共存,从而通过反应诸如交联、聚合和酸性基团的降解等使粘结剂不溶解,或通过引起并进行反应诸如在可固化组合物层中共存的后述可聚合单体和低聚物的聚合和交联剂的交联,使可固化组合物层相对于碱性显影剂不溶解。
除了光聚合引发剂之外,可以通过类似这样的射线引起化学反应如酸生成和碱生成的射线敏感性化合物的例子还包括光酸产生剂和光碱产生剂,并且为引起和促进本发明的多官能丙烯酸酯化合物的聚合反应,使用光聚合引发剂是适合的。
光聚合引发剂没有特别限制,只要其能够通过引发剂产生的引发物聚合本发明的多官能丙烯酸酯化合物和可聚合单体,但优选从性能、引发效率、吸收波长、可用性和成本的观点选择。此外,光聚合引发剂可以单独使用,或可以组合使用两种或多种。
光聚合引发剂的例子包括选自如下的至少一种活性卤化的化合物:卤甲基噁二唑化合物、和卤甲基-均三嗪化合物、苄基二甲基缩酮化合物、α-羟基酮化合物、α-氨基酮化合物、酰基膦-基化合物、膦氧化物-基化合物、茂金属化合物、3-芳基-取代的香豆素化合物、三烯丙基咪唑二聚体、鎓-基化合物、苯并噻唑-基化合物、二苯甲酮化合物、苯乙酮化合物和其衍生物、环戊二烯-苯-铁络合物和其盐以及肟-基化合物。
活性卤素化合物如卤甲基噁二唑的例子包括记载在JP-B No.57-6096中的2-卤甲基-5-乙烯基-1,3,4-噁二唑化合物、2-三氯甲基-5-苯乙烯基-1,3,4-噁二唑、2-三氯甲基-5-(对-氰基苯乙烯基)-1,3,4-噁二唑、和2-三氯甲基-5-(对-甲氧基苯乙烯基)-1,3,4-噁二唑。
光聚合引发剂的例子包括记载在JP-B No.59-1281中的乙烯基-卤甲基-均三嗪化合物、记载在JP-A No.53-133428中的2-(萘并-1-基)-4,6-双-卤甲基-均三嗪化合物和4-(对-氨基苯基)-2,6-二-卤甲基-均三嗪化合物。
其他例子包括2,4-双(三氯甲基)-6-对-甲氧基苯乙烯基-均三嗪、2,6-双(三氯甲基)-4-(3,4-亚甲基二氧苯基)-1,3,5-三嗪、2,6-双(三氯甲基)-4-(4-甲氧基苯基)-1,3,5-三嗪、2,4-双(三氯甲基)-6-(1-对-二甲基氨基苯基-1,3-丁二烯基)-均三嗪、2-三氯甲基-4-氨基-6-对-甲氧基苯乙烯基-均三嗪、2-(萘并-1-基)-4,6-双-三氯甲基-均三嗪、2,4-三氯甲基(pipenyl)-6-三嗪、2-(4-甲氧基-萘并-1-基)-4,6-双-三氯甲基-均三嗪、2-(4-乙氧基-萘并-1-基)-4,6-双-三氯甲基-均三嗪、2-(4-丁氧基-萘并-1-基)-4,6-双-三氯甲基-均三嗪、2-[4-(2-甲氧基乙基)-萘并-1-基]-4,6-双-三氯甲基-均三嗪、2-[4-(2-乙氧基乙基)-萘并-1-基]-4,6-双-三氯甲基-均三嗪、
2-[4-(2-丁氧基乙基)-萘并-1-基]-4,6-双-三氯甲基-均三嗪、2-(2-甲氧基-萘并-1-基)-4,6-双-三氯甲基-均三嗪、2-(6-甲氧基-5-甲基-萘并-2-基)-4,6-双-三氯甲基-均三嗪、2-(6-甲氧基-萘并-2-基)-4,6-双-三氯甲基-均三嗪、2-(5-甲氧基-萘并-1-基)-4,6-双-三氯甲基-均三嗪、2-(4,7-二甲氧基-萘并-1-基)-4,6-双-三氯甲基-均三嗪、2-(6-乙氧基-萘并-2-基)-4,6-双-三氯甲基-均三嗪、2-(4,5-二甲氧基-萘并-1-基)-4,6-双-三氯甲基-均三嗪、4-[对-N,N-二(乙氧基羰基甲基)氨基苯基]-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-[邻-甲基-对-N,N-二(乙氧基羰基甲基)氨基苯基]-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-[对-N,N-二(氯乙基)氨基苯基]-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-[邻-甲基-对-N,N-二(氯乙基)氨基苯基]-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-(对-N-氯乙基氨基苯基)-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-(对-N-乙氧基羰基甲基氨基苯基)-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-[对-N,N-二(苯基)氨基苯基]-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-(对-N-氯乙基羰基氨基苯基)-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-[对-N-(对-甲氧基苯基)羰基氨基苯基]-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-[间-N,N-二(乙氧基羰基甲基)氨基苯基]-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-[间-溴-对-N,N-二(乙氧基羰基甲基)氨基苯基]-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-[间-氯-对-N,N-二(乙氧基羰基甲基)氨基苯基]-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-[间-氟-对-N,N-二(乙氧基羰基甲基)氨基苯基]-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-[邻-溴-对-N,N-二(乙氧基羰基甲基)氨基苯基]-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-[邻-氯-对-N,N-二(乙氧基羰基甲基)氨基苯基]-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-[邻-氟-对-N,N-二(乙氧基羰基甲基)氨基苯基]-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-[邻-溴-对-N,N-二(氯乙基)氨基苯基]-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-[邻-氯-对-N,N-二(氯乙基)氨基苯基]-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-[邻-氟-对-N,N-二(氯乙基)氨基苯基]-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-[间-溴-对-N,N-二(氯乙基)氨基苯基]-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、
4-[间-氯-对-N,N-二(氯乙基)氨基苯基]-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-[间-氟-对-N,N-二(氯乙基)氨基苯基]-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-[间-溴-对-N-乙氧基羰基甲基氨基苯基]-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-(间-氯-对-N-乙氧基羰基甲基氨基苯基)-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-(间-氟-对-N-乙氧基羰基甲基氨基苯基)-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-(邻-溴-对-N-乙氧基羰基甲基氨基苯基)-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-(邻-氯-对-N-乙氧基羰基甲基氨基苯基)-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-(邻-氟-对-N-乙氧基羰基甲基氨基苯基)-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-(间-溴-对-N-氯乙基氨基苯基)-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-(间-氯-对-N-氯乙基氨基苯基)-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-(间-氟-对-N-氯乙基氨基苯基)-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-(邻-溴-对-N-氯乙基氨基苯基)-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、4-(邻-氯-对-N-氯乙基氨基苯基)-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪、和4-(邻-氟-对-N-氯乙基氨基苯基)-2,6-二(三氯甲基)-均三嗪。
其他有用的例子包括Midori Chemical Co.制造的TAZ系列化合物,如TAZ-107、TAZ-110、TAZ-104、TAZ-109、TAZ-140、TAZ-204、TAZ-113和TAZ-123;Panchim Co.制造的T-系列化合物,如T-OMS、T-BMP、T-R和T-B;Ciba Specialty Chemicals制造的IRGACURE系列化合物,如IRGACURE 369、IRGACURE 784、IRGACURE 651、IRGACURE 184、IRGACURE 500、IRGACURE 1000、IRGACURE149、IRGACURE 819和IRGACURE 261;Ciba Specialty Chemicals制造的DAROCURE系列化合物,如DAROCURE 1173;4,4′-双(二乙基氨基)-二苯甲酮、2-(O-苯甲酰基肟)-1-[4-(苯硫基)苯基]-1,2-辛烷二酮、2-苄基-2-二甲基氨基-4-吗啉基苯丁酮(butylophenone)、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、2-(邻-氯苯基)-4,5-二苯基咪唑基二聚体、2-(邻-氟苯基)-4,5-二苯基咪唑基二聚体、2-(邻-甲氧基苯基)-4,5-二苯基咪唑基二聚体、2-(对-甲氧基苯基)-4,5-二苯基咪唑基二聚体、2-(对-二甲氧基苯基)-4,5-二苯基咪唑基二聚体、2-(2,4-二甲氧基苯基)-4,5-二苯基咪唑基二聚体、2-(对-甲基巯基苯基)-4,5-二苯基咪唑基二聚体和苯偶姻异丙基醚。
上述光聚合引发剂之外的已知光聚合引发剂可以一起用于本发明的可固化组合物中。
其具体例子包括在USP No.2,367,660中公开的vicinal polyketolaldonil化合物、在USP No.2,367,661和2,367,670中公开的α-羰基化合物、在USP NO.2,448,828中公开的偶姻醚、在UP No.2,722,512中公开的用α-烃取代的芳香族偶姻化合物、在USP No.3,046,127和2,951,758中公开的多核醌化合物、在USP No.3,549,367中公开的三烯丙基咪唑二聚体和对-氨基苯基酮的组合、在JP-B No.51-48516中公开的苯并噻唑化合物/三卤甲基-均三嗪化合物。
相对于本发明中的多官能丙烯酸酯化合物和可聚合单体的总固体物,可固化组合物中的光聚合引发剂的含量优选为0.01-50质量%、更优选1-40质量%、特别优选1-30质量%。当含量小于0.01质量%时,难于进行聚合,当含量超过50质量%,聚合速率变得较大,然而分子量下降,并且在一些情况下薄膜强度下降。
<增感剂>
在本发明的可固化组合物中,为改进自由基生成效率和使感光性波长变长,增感剂和光稳定剂可以与光聚合引发剂组合使用。作为可以用于本发明中的增感剂,通过电子转移机理或能量转移机理增感光聚合引发剂的试剂是优选的。
增感剂和光稳定剂的具体例子包括苯偶姻、苯偶姻甲基醚、9-芴酮、2-氯-9-芴酮、2-甲基-9-芴酮、9-蒽酮、2-溴-9-蒽酮、2-乙基-9-蒽酮、9,10-蒽醌、2-乙基-9,10-蒽醌、2-叔丁基-9,10-蒽醌、2,6-二氯-9,10-蒽醌、氧杂蒽酮、2-甲基氧杂蒽酮、2-甲氧基氧杂蒽酮、2-甲氧基氧杂蒽酮、噻吨酮、2,4-二乙基噻吨酮、acrydone、10-丁基-2-氯acrydone、苄基、二亚苄基丙酮、对-(二甲基氨基)苯基苯乙烯基酮、对-(二甲基氨基)苯基-对-甲基苯乙烯基酮、二苯甲酮、对-(二甲基氨基)二苯甲酮(或Michller’s酮)、对-(二乙基氨基)二苯甲酮、苯并蒽酮、记载在JP-BNo.51-48516中的苯并噻唑化合物以及Tinuvin 1130和400。
此外,还例示有属于下列化合物和吸收波长在300nm-450nm波长区的增感剂。
优选的增感剂的例子包括属于以下化合物和吸收波长在330nm-450nm波长区的增感剂。
其例子包括多核芳香族化合物(例如菲、蒽、芘、二萘嵌苯、三亚苯、9,10-二烷氧基蒽)、氧杂蒽类(例如荧光素、曙红、赤藓红、若丹明B、玫瑰红)、噻吨酮类(异丙基噻吨酮、二乙基噻吨酮、氯噻吨酮)、花青类(例如硫杂羰花青、氧杂羰花青)、部花青类(例如部花青、羰部花青)、酞菁类、噻嗪类(例如硫堇、亚甲基蓝、甲苯胺蓝)、吖啶类(例如吖啶橙、氯黄素、吖啶黄素)、蒽醌类(例如蒽醌)、squaliums(例如squalium)、吖啶橙、香豆素类(例如7-二乙基氨基-4-甲基香豆素)、氧代香豆素、吩噻嗪类、吩嗪类、苯乙烯基苯类、偶氮化合物、二苯基甲烷、三苯基甲烷、二苯乙烯基苯类、咔唑类、卟啉、螺化合物、喹吖啶酮、靛蓝、苯乙烯基、吡喃鎓化合物、pyromethene化合物、吡唑并三唑化合物、苯并噻唑化合物、巴比妥酸衍生物、硫代巴比妥酸衍生物、苯乙酮、二苯甲酮、噻吨酮、芳香族酮化合物如Michler’s酮以及杂环化合物如N-芳基噁唑啉酮,其他例子包括记载在EP No.568,993、USP No.4,508,811、USP No.5,227,227、JP-A No.2001-125255和JP-ANo.11-271969中的化合物。
更优选的增感剂的例子包括下式(i)-(iv)代表的化合物。
在式(I)中,A1代表硫原子或NR50,R50代表烷基或芳基,L2与相邻A1和相邻碳原子一起代表形成色素的碱性核的非金属原子团(atomic entity),R51和R52各自独立地代表氢原子或一价非金属原子团,R51和R52可以一起形成色素的酸性核,并且W代表氧原子或硫原子。
在式(II)中,Ar1和Ar2各自独立地代表芳基,并通过-L3-通过键连接,其中L3代表-O-或-S-。W按在式(I)中定义的。
在式(III)中,A2代表硫原子或NR59,L4与相邻A2和碳原子一起代表形成色素的碱性核的非金属原子团,R53、R54、R55、R56、R57和R58各自独立地代表一价非金属原子团,并且R59代表烷基或芳基。
在式(IV)中,A3和A4各自独立地代表-S-或-NR62-或-NR63-,R63和R64各自独立地代表取代或未取代的烷基,或取代或未取代的芳基,L5和L6各自独立地与相邻A3和A4和相邻碳原子一起代表形成色素的碱性核的非金属原子团,并且R60和R61各自独立地是一价非金属原子团,或可以一起形成脂肪族环或芳香环。
此外,除了(e)增感染料之外,本发明的可固化组合物中可含的优选增感色素的例子还包括选自下式(VI)-(VIII)代表的化合物中的至少一种。这些可以单独使用,或可以组合使用两种或多种。
在式(VI)或式(VII)中,R1和R2各自独立地代表一价取代基,R3、R4、R5和R6各自独立地代表氢原子或一价取代基,n代表0-5的整数,n′代表0-5的整数,前提是n和n′不同时代表0。当n是2或更大时,多个R1可以相同或不同。当n′是2或更大时,多个R2可以相同或不同。
从感光度和含有颜料时的着色性能的观点来看,式(VI)代表的化合物优选是下式(VI-1)代表的化合物。
在式(VI-1)中,R1和R2各自独立地代表一价取代基,n代表0-5的整数,n′代表1-5的整数。当n是2或更大时,多个R1可以相同或不同,当n′是2或更大时,多个R2可以相同或不同。
在式(VI-1)中,R1和R2代表的一价取代基与式(VI)中R1和R2代表的一价取代基具有相同含义,优选范围也相似。
式(VI)或式(VII)代表的化合物在波长365nm下的摩尔消光系数ε优选500mol-1·L·cm-1或更大,波长365nm下的ε更优选3000mol-1·L·cm-1或更大,波长365nm下的ε最优选20000mol-1·L·cm-1或更大。当各波长下的摩尔消光系数ε的值在上述范围内时,改进感光度的效果较高,从光吸收效率的观点来看是优选的。
这里,通过使用在1-甲氧基-2-丙醇溶液中制备成浓度0.01g/l的色素溶液作为样品,测量样品在365nm下的透射光谱,并从样品的UV-可见吸收光谱得到吸光度,从而获得摩尔消光系数ε。作为测量装置,使用Varian制造的UV-Vis-MR Spectrophotometer Cary5G-型分光光度计。
式(VI)或式(VII)代表的化合物的优选例子如下所示,然而本发明的可固化组合物中使用的增感剂不限于此。
在本说明书中,在一些情况下以简化结构式描述化学式,特别地,没有明确显示元素或取代基的实线代表烃基团。在以下例子中,Me代表甲基,Et代表乙基,Bu代表丁基,n-Bu代表正丁基,以及Ph代表苯基。
在式(VIII)中,A代表任选具有取代基的芳香环或杂环,X代表氧原子、硫原子或-N(R3)-,并且Y代表氧原子、硫原子或-N(R3)-。
R1、R2和R3各自独立地代表氢原子或一价非金属原子团,并且A、R1、R2和R3可以一起形成脂肪族环或芳香环。
在式(VIII)中,当R1、R2和R3代表一价非金属原子时,取代或未取代的烷基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的芳香族杂环残基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的烷硫基、羟基或卤素原子是优选的。
从提高光聚合引发剂的降解效率的观点来看,在式(VIII)代表的化合物中,Y优选是氧原子或-N(R3)-。R3各自独立地代表氢原子或一价非金属原子团。此外,Y最优选是-N(R3)-。
式(VIII)代表的化合物的优选例子(VIII-1)-(VIII-124)如下所示,然而本发明的可固化组合物中所用的增感剂不限于此。此外,由于连接酸性核和碱性核的双键引起的异构体不明确,因此本发明不限于任何异构体。
本发明的式(VI)代表的化合物可以进行进一步的各种化学修改,以改变可固化组合物的性能。
例如,通过诸如共价键键合、离子键键合和氢键键合等方法连接增感染料和加成聚合化合物的结构(例如丙烯酰基或甲基丙烯酰基),可以增强曝光薄膜的强度,并且可以抑制曝光后增感染料从薄膜不需要的沉淀出来。
此外,通过将增感染料与具有在上述光聚合引发剂中产生自由基能力的部分结构(例如可还原降解位置,如卤化烷基、鎓、过氧化物和双咪唑,或可氧化解离位置,如硼酸酯、胺、三甲基甲硅烷基甲基、羧基甲基、羰基和亚胺)连接,特别地,可以显著增强引发体系的低浓度状态下的感光度。
在本发明的可固化组合物中,式(VI)-(VIII)代表的化合物可以单独使用,或可以组合使用两种或多种。
当可固化组合物中的颜料浓度非常高和形成的着色图案(感光层)的光透过率极低时,具体而言,当没有加入增感染料时形成的感光层在365nm下的光透过率为10%或更低时,通过加入式(VI)-(VIII)代表的化合物,发挥显著效果。特别地,在式(VI)-(VIII)中,式(VIII)代表的化合物是最优选的,具体而言,(VIII56)-(VIII122)的化合物是最优选的。
增感剂可以单独使用,或可以组合使用两种或多种。从将光吸收进深处部分的效率和引发降上解效率的观点来看,相对于本发明的可固化组合物的总固体物,在本发明的可固化组合物中增感剂含量优选0.1质量%-20质量%,更优选0.5质量%-15质量%。
<共增感剂>
还优选的是,本发明的可固化组合物含有共增感剂。在本发明中,共增感剂具有如下作用:进一步改进增感染料和引发剂对活性射线的感光度,或抑制对可聚合化合物与氧聚合的阻抑。
所述共增感剂的例子和其他例子包括记载在本发明第一方面中的化合物。
从由于聚合生长速率和链转移之间的平衡而改进固化速率的观点来看,相对于可固化组合物的总固体物质量,这些共增感剂的含量优选为0.1质量%-30质量%,更优选为0.5质量%-25质量%,更优选为1.0质量%-20质量%。
此外,优选的是,除了上述增感剂和共增感剂之外,还加入热聚合防止剂。例如,氢醌、对-甲氧基苯酚、二-叔丁基-对-甲酚、焦酚、叔丁基儿茶酚、苯醌、4,4′-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)、2,2′-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)和2-巯基苯并咪唑是有用的。
<着色剂>
当本发明的可固化组合物含有着色剂时,所述着色剂可以是染料或颜料,并优选是选自以下的色素:三烯丙基甲烷系列、蒽醌系列、偶氮甲碱系列、亚苄基系列、oxonol系列、花青系列、吩噻嗪系列、吡咯并吡唑偶氮甲碱系列、夹氧杂蒽系列、酞菁系列、苯并吡喃系列、靛蓝系列、吡唑偶氮系列、苯胺基偶氮系列、吡唑并三唑偶氮系列、吡啶酮偶氮系列和蒽吡啶酮系列,优选下式(III)-(V)代表的化合物。
在式(III)中,A代表芳基或5-6元芳香族杂环重氮成分A-NH2的残基。B1和B2各自独立地代表-CR3=、-CR4=或氮原子,前提是B1和B2不同时代表氮原子。R5和R6各自独立地代表氢原子或取代基。G、R3和R4各自独立地代表氢原子或取代基。R3和R4、和/或R5和R6可以相互键合形成5元或6元环。
在式(IV)中,Ra1、Ra3和Ra4各自独立地代表氢原子、碳数1-21的烷基、碳数2-21的烯基、碳数6-21的芳基或碳数7-21的芳烷基。可选择地,Ra3和Ra4可以与与它们连接的氮原子一起形成杂环。Ra2代表碳数1-10的烷基、甲氧基甲基或三氟甲基。
在式(V)中,Rb1代表氢原子或取代基,Rb2-Rb5各自独立地代表氢原子或取代基,Rb6和Rb7各自独立地代表烷基、烯基或芳基,并且Za和Zb各自独立地代表-N=或-C(Rb8)=。Rb8代表氢原子、烷基、芳基或杂环基团。Rb2和Rb3,Rb3和Rb6,Rb4和Rb5,Rb5和Rb7和/或Rb6和Rb7可以相互结合各自独立地形成5元、6元或7元环。
式(III)代表的着色剂的例子包括记载在JP-A No.2005-99677、JP-A No.2005-250224、JP-A No.2006-39301、JP-A No.2006-58701、JP-A No.2006-91190、JP-A No.2006-243040和JP-A No.2006-243173中的着色剂(色素,染料),式(IV)代表的着色剂的例子包括记载在JP-ANo.2006-124634中的着色剂(色素、染料),式(V)代表的着色剂的例子包括记载在JP-A No.2006-58700和JP-A No.2006-72135中的着色剂(色素、染料),然而本发明的可固化组合物中所用的着色剂不限于此。
-染料-
当本发明的可固化组合物含有作为着色剂的染料时,可以使用已知的染料。例如,可以使用记载在JP-A No.64-90403、JP-A No.64-91102、JP-A No.1-94301、JP-A No.6-11614、日本专利No.2592207、USP No.4,808,501、USP No.5,667,920、USP No.5,059,500、JP-A No.5-333207、JP-A No.6-35183、JP-A No.6-51115和JP-A No.6-194828中的着色剂。
作为化学结构,上述三烯丙基甲烷系列、蒽醌系列、偶氮甲碱系列、亚苄基系列、oxonol系列、花青系列、吩噻嗪系列、吡咯并吡唑偶氮甲碱系列、夹氧杂蒽系列、酞菁系列、苯并吡喃系列、靛蓝系列、吡唑偶氮系列、苯胺基偶氮系列、吡唑并三唑偶氮系列、吡啶酮偶氮系列和蒽吡啶酮系列染料是优选的,三苯基甲烷系列、蒽醌系列、酞菁系列、亚苄基系列、oxonol系列、花青系列、吩噻嗪系列、吡咯并吡唑偶氮甲碱系列、夹氧杂蒽系列、酞菁系列、苯并吡喃系列、和靛蓝系列染料是更优选的,吡唑偶氮系列、苯胺基偶氮系列、吡唑并三唑偶氮系列、酞菁系列、吡啶酮偶氮系列、和蒽吡啶酮系列染料是特别优选的。作为染料分类,还可以使用酸性染料、直接染料、碱性染料、媒染染料、酸性媒染染料、偶氮染料、分散染料、油溶染料、食品染料和/或它们的衍生物。这些染料可以单独使用,或可以组合使用两种或多种。
-颜料-
当本发明的可固化组合物含有颜料时,可以使用常规已知的各种无机颜料或有机颜料。不管颜料是无机颜料还是有机颜料,考虑到高透过率是优选的,优选的是使用尽可能细的颜料。此外,当还考虑加工性能时,颜料的平均粒径优选是0.01μm-0.1μm,更优选0.01μm-0.05μm。
无机颜料的例子包括金属化合物,如金属氧化物和金属络合物盐,具体而言,金属如铁、钴、铝、镉、铅、铜、钛、镁、铬、锌和锑的氧化物,以及这些金属的复合氧化物。
作为有机颜料,例如,可以使用以下颜料,然而本发明不限于此。
C.I.颜料黄11、24、31、53、83、93、99、108、109、110、138、139、147、150、151、154、155、167、180、185、199;
C.I.颜料橙36、38、43、71;
C.I.颜料红81、105、122、149、150、155、171、175、176、177、209、220、224、242、254、255、264、270;
C.I.颜料紫19、23、32、39;
C.I.颜料蓝1、2、15、15:1、15:3、15:6、16、22、60、66;
C.I.颜料绿7、36、37;
C.I.颜料棕25、28;
C.I.颜料黑1、7;
炭黑。
在本发明中,特别地,可以优选使用在结构中具有碱性N原子的颜料。这些具有碱性N原子的颜料在本发明的组合物中表现出良好的分散性。尽管原因还不十分清楚,但可以推定,感光性聚合成分与颜料之间的良好亲合性对其有一定影响。
本发明优选使用的颜料的例子包括以下颜料,然而本发明不限于此。
C.I.颜料黄11、24、108、109、110、138、139、150、151、154、167、180、185,
C.I.颜料橙36、71,
C.I.颜料红122、150、171、175、177、209、224、242、254、255、264,C.I.颜料紫19、23、32,
C.I.颜料蓝15:1、15:3、15:6、16、22、60、66,
C.I.颜料黑1。
这些有机颜料可以单独使用,或组合不同种使用以增强色纯度。组合的例子如下所示。例如,蒽醌-基颜料、二萘嵌苯-基颜料或二酮吡咯并吡咯-基颜料单独作为红色颜料,或可以使用上述至少一种与双偶氮-基黄颜料、异吲哚啉-基黄颜料、喹诺酞酮-基黄颜料或二萘嵌苯-基红颜料的混合物。蒽醌-基颜料的例子包括C.I.颜料红177,二萘嵌苯-基颜料的例子包括C.I.颜料红155和C.I.颜料红224,二酮吡咯并吡咯-基颜料的例子包括C.I.颜料红254,并且从颜色再现性的观点来看与C.I.颜料黄139的混合物是优选的。红颜料与黄颜料的质量比优选为100∶5-100∶50。当比值为100∶4或更小时,难于抑制400nm-500nm的光透过率,并且在一些情况下不能增强色纯度。另一方面,当比值为100∶51或更大时,主波长移向短波长,并在一些情况下与NTSC目标色调的偏离变大。特别地,质量比最佳为100∶10-100∶30。在红颜料组合的情况下,可以根据色度调节比值。
此外,作为绿颜料,可以单独使用卤化酞菁-基颜料,或可以使用其与双偶氮-基黄颜料、喹诺酞酮-基黄颜料、偶氮甲碱-基黄颜料或异吲哚啉-基黄颜料的混合物。例如,作为这种例子,C.I.颜料绿7,36,37与C.I.颜料黄83,C.I.颜料黄138,C.I.颜料黄139,C.I.颜料黄150,C.I.颜料红黄180或C.I.颜料红黄185的混合物是优选的。绿颜料与黄颜料的质量比优选为100∶5-100∶150。当质量比小于100∶5时,难于抑制400nm-450nm的光透过率,并且在一些情况下不能增强色纯度。另一方面,当质量比超过100∶150时,主波长移向长波长,并在一些情况下与NTSC目标色调的偏离变大。作为质量比,100∶30-100∶120是特别优选的。
作为蓝颜料,可以单独使用酞菁-基颜料,或可以使用其与二噁嗪-基紫颜料的混合物。例如,C.I.颜料蓝15:6和C.I.颜料紫23的混合物是优选的。蓝颜料与紫颜料的质量比优选为100∶0-100∶30,更优选100∶10或更小。
此外,作为黑矩阵用的颜料,使用碳、钛碳、铁氧化物或钛氧化物或它们的混合物,碳和钛碳的组合是优选的。碳与钛碳的质量比优选为100∶0-100∶60。当质量比为100∶61或更大时,在一些情况下分散稳定性降低。
此外,可以使用记载在JP-A No.2003-315998和JP-A No.2005-331610中的颜料。这些颜料可以单独使用,或可以组合使用两种或多种。可选择地,它们可以与染料一起使用。
当用于滤色器时,从颜色不均匀性和对比度的观点来看,颜料的初级粒径为80nm或更小,从分散稳定性的观点来看,为5nm或更大。初级粒径优选5-75nm,更优选5-55nm,特别优选5-35nm。
颜料的初级粒径可通过已知方法如电子显微镜来测量。
作为化学结构,优选的是选自上述的颜料:三烯丙基甲烷系列、蒽醌系列、偶氮甲碱系列、亚苄基系列、oxonol系列、花青系列、吩噻嗪系列、吡咯并吡唑偶氮甲碱系列、夹氧杂蒽系列、酞菁系列、苯并吡喃系列、靛蓝系列、吡唑偶氮系列、苯胺基偶氮系列、吡唑并三唑偶氮系列、吡啶酮偶氮系列和蒽吡啶酮系列,更优选的是选自蒽醌系列、偶氮甲碱系列、亚苄基系列、花青系列、二酮吡咯并吡咯系列和酞菁系列的颜料。
当本发明的可固化组合物用于形成滤色器的着色的图案时,颜料的含量使得在可固化组合物的固体物中的质量比优选为20质量%或更大且85质量%或更小,更优选30质量%或更大且80质量%或更小,特别优选50质量%或更大且75质量%或更小。
<分散剂>
当本发明的可固化组合物含有颜料时,可以加入常规已知的颜料分散剂和表面活性剂,以改进颜料的分散性。
可以用于本发明中的分散剂(颜料分散剂)的例子包括聚合物分散剂[例如聚酰氨基胺和其盐、聚羧酸和其盐、高分子量不饱和酸酯、改性的聚氨基甲酸酯、改性的聚酯、改性的聚(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酰基-基共聚物、萘磺酸福尔马林缩合物]、聚氧乙烯烷基磷酸酯、聚氧乙烯烷基胺、烷醇胺和颜料衍生物。
聚合物分散剂依据其结构可以进一步分为直链聚合物、末端改性的聚合物、接枝聚合物和嵌段聚合物。
聚合物分散剂吸附在颜料表面上,用于防止再聚集。为此,优选的结构的例子包括末端-改性的聚合物、接枝聚合物和嵌段聚合物,它们具有颜料表面用的定位部位(anchoring site)。另一方面,通过改变颜料表面,颜料衍生物具有促进聚合物分散剂吸附的效果。
作为这些分散剂,可以使用多种化合物,其例子包括酞菁衍生物(市售产品,EFKA-745,制造EFKA),Solsperse 5000(Zeneca制造);阳离子表面活性剂,如有机硅氧烷聚合物KP341(Shin-Etsu ChemicalCo.,Ltd.制造)、(甲基)丙烯酸-基(共)聚合物Polyflow No.75,No.90,No.95(Kyoeisha Chemical Co.,Ltd.制造)和W001(Yusho Co.,Ltd.制造);非离子表面活性剂,如聚氧乙烯月桂基醚、聚氧乙烯硬脂基醚、聚氧乙烯油烯基醚、聚氧乙烯辛基苯基醚、聚氧乙烯壬基苯基醚、聚乙二醇二月桂酸酯、聚乙二醇二硬脂酸酯和山梨糖醇脂肪酸酯;阴离子表面活性剂,如W004、W005、W017(Yusho Co.,Ltd.制造);聚合物分散剂,如EFKA-46,EFKA-47,EFKA-47EA,EFKA聚合物100,EFKA聚合物400,EFKA聚合物401,EFKA聚合物450(均由Morishita& Co.,Ltd.制造),Disperse Aid 6、Disperse Aid 8、Disperse Aid 15、Disperse Aid 9100(San Nopco Restricted制造);各种Solsperse分散剂,如Solsperse 3000、5000、9000、12000、13240、13940、17000、24000、26000、28000(Zeneca制造);ADEKA Pluronic L31、F38、L42、L44、L61、L64、F68、L72、P95、F77、P84、F87、P94、L101、P103、F108、L121、P-123(Asahi Denka Kogyo K.K.制造)和Isonet S-20(SanyoChemical Industries,Ltd.制造)。
其例子还包括BYK Chemie制造的“Disperbyk-101(聚酰氨基胺磷酸酯)、107(羧酸酯)、110(含有酸基团的共聚物)、130(聚酰胺)、161、162、163、164、165、166、170(高分子量共聚物)”、“BYK-P104、P105(高分子量不饱和聚羧酸)”、EFKA制造的“EFKA4047、4050、4010、4165(聚氨基甲酸酯-基)、EFKA4330、4340(嵌段共聚物)、4400、4402(改性的聚丙烯酸酯)、5010(聚酯酰胺)、5765(高分子量聚羧酸盐)、6220(脂肪酸聚酯)、6745(酞菁衍生物)、6750(偶氮颜料衍生物)”、Ajinomoto Fine Techno Co.,Inc.制造的“Ajispur PB821、PB822”、Kyoeisha Chemical Co.,Ltd.制造的“Flowlen TG-710(氨基甲酸酯低聚物)”、“Polyflow No.50E、No.300(丙烯酰基-基共聚物)”、KusumotoChemicals Ltd.制造的“Disperon KS-860、873SN、874、#2150(脂肪族多元羧酸)、#7004(聚醚酯)、DA-703-50、DA-705、DA-725”、KaoCorporation制造的“Demol RN、N(萘磺酸福尔马林缩聚物)、MS、C、SN-B(芳香族磺酸福尔马林缩聚物)”、“Homogenol L-18(高分子量聚羧酸)”、“Emulgen 920、930、935、985、(聚氧乙烯壬基苯基醚)”、“Acetamine 86(硬脂基胺乙酸酯)、13240(聚酯胺)、3000、17000、27000(在末端部分具有功能位置的聚合物)、24000、28000、32000、38500(接枝聚合物)”、Nikko Chemicals Co.、Ltd.制造的“Nikkol T106(聚氧乙烯山梨糖醇单油酸酯)、MYS-IEX(聚氧乙烯单硬脂酸酯)”。
这些分散剂可以单独使用,或可以组合使用本发明的两种或多种。特别地,优选的是,组合使用颜料衍生物和聚合物分散剂。
相对于颜料,本发明的分散剂含量优选是1质量%-100质量%,更优选3质量%-100质量%,更优选5质量%-80质量%。
具体而言,当使用聚合物分散剂时,相对于颜料,其用量优选为5质量%-100质量%,更优选为10质量%-80质量%。此外,当使用颜料衍生物时,相对于颜料,其用量优选为1质量%-30质量%,更优选为3质量%-20质量%,特别优选为5质量%-15质量%。
在本发明中,当使用颜料和分散剂时,从固化感光度和色浓度的观点来看,相对于构成可固化组合物的总固体物,颜料和分散剂的含量总和优选为35质量%或更大且90质量%或更小,更优选45质量%或更大且85质量%或更小,更优选50质量%或更大且80质量%或更小。
<粘结剂>
本发明的可固化组合物可以含有用于改进薄膜性能的粘结剂。尽管本发明的可固化组合物不是必须含有交联剂,但是当组合物在需要时含有交联剂时,优选的是组合物含有至少一种粘结剂。
可以用于本发明中的粘结剂没有特别限制,只要其是碱溶性聚合物化合物,并从耐热性、显影性和可用性的观点来优选选择。
作为碱溶性粘结剂,优选的粘结剂是可在有机溶剂中溶解并能用弱碱性水溶液显影的线性有机高分子量聚合物。
所述线性有机聚合物的例子包括在侧链具有羧酸的聚合物,例如记载在JP-A No.59-44615、59-53836和59-71048、和JP-B No.54-34327、58-12577和54-25957的说明书中的甲基丙烯酸共聚物、丙烯酸共聚物、衣康酸共聚物、巴豆酸共聚物、马来酸共聚物和部分酯化的马来酸共聚物。在侧链具有羧酸的酸性纤维素衍生物是特别有用的。其他有用的粘结剂包括通过将酸酐加到具有羟基的聚合物上而制备的聚合物、多羟基苯乙烯树脂、聚硅氧烷树脂、聚((甲基)丙烯酸-2-羟基乙基酯)、聚乙烯基吡咯烷酮、聚环氧乙烷和聚乙烯醇。
粘结剂树脂可以通过共聚合具有亲水性基团的单体来制备。所述单体的例子包括(甲基)丙烯酸烷氧基烷基酯、(甲基)丙烯酸羟基烷基酯、(甲基)丙烯酸甘油酯、(甲基)丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、仲和叔烷基丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸二烷基氨基烷基酯、(甲基)丙烯酸吗啉基酯、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己内酰胺、乙烯基咪唑、乙烯基三唑、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、支化的或线性(甲基)丙烯酸丙酯、支化的或线性(甲基)丙烯酸丁酯和(甲基)丙烯酸苯氧基羟基丙基酯。
其他有用的具有亲水性基团的单体包括具有四氢糠基、磷酸盐、磷酸酯、季铵盐、乙烯氧链、丙烯氧链、磺酸和其盐或吗啉基乙基等的单体。
粘结剂可以在其侧链具有可聚合基团以改进交联效率。在侧链含有烯丙基、(甲基)丙烯酰基或烯丙氧基烷基等的聚合物是有用的。具有这种可聚合基团的聚合物的例子包括KS resist 106(商品名,OsakaOrganic Chemical Industries,Ltd.制造)和Cyclomer-P系列(商品名,Daicel Chemical Industries,Ltd.制造).
醇溶性尼龙和2,2-双(4-羟基苯基)丙烷和表氯醇的聚醚也可用于增强固化涂膜的强度。
在这些粘结剂中,从耐热性的观点来看,聚羟基苯乙烯树脂、聚硅氧烷树脂、丙烯酸酯树脂、丙烯酰胺树脂和丙烯酸酯/丙烯酰胺共聚物树脂是优选的,从控制显影性的观点来看,丙烯酸酯树脂、丙烯酰胺树脂和丙烯酸酯/丙烯酰胺共聚物树脂是优选的。优选的丙烯酸酯树脂包括含有选自苄基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸羟基乙基酯或(甲基)丙烯酰胺等的单体的共聚物。KS-resist 106(商品名,Osaka Organic Chemical Industries,Ltd.制造)和Cyclomer-P系列(商品名,制造Daicel Chemical Industries Co.)优选用作市售产品。
此外,可以用于本发明中的粘结剂的其他例子包括碱溶性酚醛树脂。本发明的着色可固化组合物配制成正型组合物(positive-typecomposition)时,可以适当地使用碱溶性酚醛树脂。
碱溶性酚醛树脂的例子更具体而言包括酚醛清漆树脂和乙烯基聚合物。
酚醛清漆树脂的例子包括通过在酸催化剂存在下缩合苯酚和醛得到的酚醛清漆树脂。用于合成酚醛清漆树脂的苯酚的例子包括苯酚、甲酚、乙基苯酚、丁基苯酚、二甲苯酚、苯基苯酚、儿茶酚、间苯二酚、焦酚、萘酚和双酚A。
醛的例子包括甲醛、多聚甲醛、乙醛、丙醛和苯甲醛。
苯酚和醛可以单独使用,或组合两种或多种使用。
酚醛清漆树脂的例子包括间甲酚、对甲酚或它们的混合物与福尔马林的缩合产物。
可以使用已经使用诸如分馏等方式调节过分子量分布的酚醛清漆树脂,具有酚羟基的低分子量成分如双酚C和双酚A可以与酚醛清漆树脂混合使用。
作为粘结剂,通过GPC(凝胶渗透色谱)法测量,以聚苯乙烯计的质量平均分子量为1000-2×105的聚合物是优选的,分子量为2000-1×105的聚合物是更优选的,分子量为5000-5×104的聚合物是特别优选的。
相对于组合物的总固体物,在本发明的着色可固化组合物中粘结剂用量优选为0-90质量%,更优选0-60质量%,特别优选0-30质量%。
<交联剂>
在本发明中,使用式(I)代表的多官能丙烯酸酯化合物,固化薄膜的反应可以比常规更高度地进行,并得到具有良好可固化的薄膜。通过在组合物中补充使用交联剂,可以得到更高度固化的薄膜。
尽管可以用于本发明中的交联剂没有特别限制,只要它们能够通过交联反应固化薄膜,但是交联剂的例子包括(a)环氧树脂,(b)用选自羟甲基、烷氧基甲基和酰氧基甲基中的至少一个取代基取代的三聚氰胺化合物、胍胺化合物、甘脲基化合物或脲化合物,和(c)用选自羟甲基、烷氧基甲基和酰氧基甲基中的至少一个取代基取代的苯酚化合物、萘酚化合物或羟基蒽化合物。其中,多官能环氧树脂是特别优选的。
[(a)环氧树脂]
尽管任何树脂可以用作成分(a)的环氧树脂,只要它们含有环氧基团并能够形成交联,但是这些化合物的例子包括双酚A-缩水甘油基醚;乙二醇二缩水甘油基醚;乙二醇二缩水甘油基醚;丁二醇二缩水甘油基醚;己二醇二缩水甘油基醚;二羟基苯基二缩水甘油基醚;邻苯二甲酸二缩水甘油基酯;含有二价缩水甘油基的低分子量化合物,如N,N-二缩水甘油基苯胺;三羟甲基丙烷三缩水甘油基醚、三羟甲基苯酚三缩水甘油基醚和Tris P-PA三缩水甘油基醚代表的含有三价缩水甘油基的低分子量化合物;季戊四醇四缩水甘油基醚和四羟甲基双酚-A-四缩水甘油基醚代表的含有四价缩水甘油基的低分子量化合物;含有多价缩水甘油基的低分子量化合物,如二季戊四醇五缩水甘油基醚和二季戊四醇六缩水甘油基醚;聚(甲基)丙烯酸缩水甘油基酯、2,2-双(羟基甲基)-1-丁醇的1,2-环氧-4-(2-氧硅烷基)环己烷加成物代表的含有缩水甘油基的聚合物化合物。
[(b)用选自羟甲基、烷氧基甲基和酰氧基甲基中的至少一个取代基取代的三聚氰胺化合物、胍胺化合物、甘脲基化合物或脲化合物(交联剂(b))]
交联剂(b)成分中所含的羟甲基、烷氧基甲基或酰氧基甲基的取代数在三聚氰胺化合物的情况下为2-6,在甘脲基化合物、胍胺化合物或脲化合物的情况下为2-4,在三聚氰胺化合物的情况下优选为5-6,在甘脲基化合物、胍胺化合物或脲化合物的情况下优选时为3-4。
下面,在一些情况下,上述(b)的三聚氰胺化合物、胍胺化合物、甘脲基化合物和脲化合物统称作(b)的化合物(含有羟甲基的化合物、含有烷氧基甲基的化合物或含有酰氧基甲基的化合物)。
通过在酸催化剂如盐酸、硫酸、硝酸和甲烷磺酸存在下在醇中加热(b)的含有烷氧基甲基的化合物,得到(b)的含有羟甲基的化合物。通过在碱性催化剂存在下,混合搅拌含有羟甲基的化合物与酰氯,得到(b)的含有酰氧基甲基的化合物。
具有上述取代基的化合物(b)的具体例子包括下面的。
三聚氰胺化合物的例子包括六羟甲基三聚氰胺、六甲氧基甲基三聚氰胺、其中六羟甲基三聚氰胺的1-5个羟甲基被甲氧基甲基化的化合物或其混合物、六甲氧基乙基三聚氰胺、六酰氧基甲基三聚氰胺和其中六羟甲基三聚氰胺的1-5个羟甲基被酰氧基甲基化的化合物或其混合物。
胍胺化合物的例子包括四羟甲基胍胺、四甲氧基甲基胍胺、其中四羟甲基胍胺的1-3个羟甲基被甲氧基甲基化的化合物或其混合物、四甲氧基乙基胍胺、四酰氧基甲基胍胺和其中四羟甲基胍胺的1-3个羟甲基被酰氧基甲基化的化合物或其混合物。
甘脲基化合物的例子包括四羟甲基甘脲、四甲氧基甲基甘脲、其中四羟甲基甘脲的1-3个羟甲基被甲氧基甲基化的化合物或其混合物,和其中四羟甲基甘脲的1-3个羟甲基被酰氧基甲基化的化合物或其混合物。
脲化合物的例子包括四羟甲基脲、四甲氧基甲基脲、其中四羟甲基脲的1-3个羟甲基被甲氧基甲基化的化合物或其混合物和四甲氧基乙基脲。上述化合物可以单独使用,或组合使用。
化合物(b)可以单独使用,或组合使用。
[(c)用选自羟甲基、烷氧基甲基和酰氧基甲基中的至少一个取代基取代的苯酚化合物、萘酚化合物或羟基蒽化合物(交联剂(c))]
交联剂(c):用选自羟甲基、酰氧基甲基和烷氧基甲基中的至少一个取代基取代的苯酚化合物、萘酚化合物或羟基蒽化合物,与在交联剂(b)的情况下相同,通过热交联抑制与上涂层光致抗蚀剂的混合,同时进一步增强薄膜强度。
下面,这些化合物统称作(c)的化合物(含有羟甲基的化合物、含有烷氧基甲基的化合物或含有酰氧基甲基的化合物)。
交联剂(c)中所含的羟甲基、酰氧基甲基或烷氧基甲基的数量各自分子中最小需要2个,并且从热交联性能和保存稳定性的观点来看,其中作为骨架的苯酚化合物的所有2-位和4-位均被取代的化合物是优选的。此外,关于作为骨架的萘酚化合物或羟基蒽化合物,其中OH-基团的所有邻位和对位均被取代的化合物是优选的。作为骨架的苯酚化合物的3-位或5-位可以是未被取代的,或可以具有取代基。此外在作为骨架的萘酚化合物中,OH-基团邻位之外的位置可以是未被取代的,或可以具有取代基。
通过使用其中酚OH基团的邻位或对位(2-位或4-位)是氢原子的化合物作为原料,并在碱性催化剂如氢氧化钠、氢氧化钾、氨和四烷基氢氧化铵存在下使这种化合物与福尔马林反应,可以得到交联剂(c)的含有羟甲基的化合物。此外,在酸催化剂如盐酸、硫酸、硝酸和甲磺酸存在下在醇中加热含有羟甲基的化合物,可以得到(c)的含有烷氧基甲基的化合物。通过在碱性催化剂存在下使上述含有羟甲基的化合物与酰氯反应,可以得到(c)的含有酰氧基甲基的化合物。
成分(c)中的框架化合物(frame compound)的例子包括在酚OH基团的邻位或对位未取代的苯酚化合物、萘酚化合物;羟基蒽化合物,如苯酚和甲酚的异构体;2,3-二甲苯酚,2,5-二甲苯酚,3,4-二甲苯酚和3,5-二甲苯酚;双酚,如双酚A;4,4′-双羟基联苯;Tris P-PA(HonshuChemical Industry Co.制造);萘酚;二羟基萘;以及2,7-二羟基蒽。
成分(c)的具体例子包括三羟甲基苯酚、三(甲氧基甲基)苯酚、其中三羟甲基苯酚的1-2个羟甲基被甲氧基甲基化的化合物、三羟甲基-3-甲酚、三(甲氧基甲基)-3-甲酚、其中三羟甲基-3-甲酚的1-2个羟甲基被甲氧基甲基化的化合物、二羟甲基甲酚如2,6-二羟甲基-4-甲酚、四羟甲基双酚A、四甲氧基甲基双酚A、其中四羟甲基双酚A的1-3个羟甲基被甲氧基甲基化的化合物;四羟甲基-4,4′-双羟基联苯、四甲氧基甲基-4,4′-双羟基联苯、Tris P-PA的六羟甲基衍生物、Tris P-PA的六甲氧基甲基衍生物、其中Tris-P的六羟甲基衍生物的1-5个羟甲基被甲氧基甲基化的化合物和双羟基甲基萘二醇。
羟基蒽化合物的例子包括1,6-二羟基甲基-2,7-二羟基蒽。
含有酰氧基甲基的化合物的例子包括其中上述含有羟甲基的化合物的部分或所有羟甲基被酰氧基甲基化的化合物。
在这些化合物中,优选的化合物是三羟甲基苯酚、双羟基甲基-对-甲酚、四羟甲基双酚A、Tris P-PA的六羟甲基衍生物(HonshuChemical Industry Co.制造)、或通过用烷氧基甲基或者羟甲基和烷氧基甲基取代上述六羟甲基衍生物的羟甲基制备的苯酚化合物。
包括成分(c)的化合物可以单独使用,或组合使用。
尽管本发明的着色可固化组合物中不必须含有交联化合物,在含有交联化合物的情况下,相对于组合物的固体物,其总含量优选1-70质量%,更优选5-50质量%,特别优选7-30质量%,但成分(a)-(c)的总含量根据所用材料的不同而不同。
<可聚合单体>
使用式(I)代表的多官能丙烯酸酯化合物,本发明的可固化组合物可以比常规更高度地进行固化薄膜的反应,并得到具有良好可固化的薄膜。通过在组合物中补充使用其他可聚合单体,可以得到更高度固化的薄膜。
下面说明式(I)代表的多官能丙烯酸酯化合物之外的可聚合单体。
作为式(I)代表的多官能丙烯酸酯化合物之外的可聚合单体,在常压下沸点为100℃或更高、具有至少一个可加成-聚合亚乙基基团的具有烯键式不饱和基团的化合物是优选的,其例子包括单官能丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯,如聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇单(甲基)丙烯酸酯和苯氧基乙基(甲基)丙烯酸酯;聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基乙烷三(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、己二醇(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(丙烯酰氧基丙基)醚、三(丙烯酰氧基乙基)异氰脲酸酯、通过将环氧乙烷或环氧丙烷加到多官能醇如甘油和三羟甲基乙烷上并进行(甲基)丙烯酰化得到的单体、氨基甲酸酯丙烯酸酯如记载在JP-B No.48-41708、JP-B No.50-6034和JP-A No.51-37193中的那些、记载在JP-A No.48-64183、JP-B No.49-43191和JP-B No.52-30490中的聚酯丙烯酸酯、作为环氧树脂与(甲基)丙烯酸的反应产物的多官能丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯如环氧丙烯酸酯、和它们的混合物。
其他例子包括在Journal of the Japanese Adhesive Association,Vol.20,No.7,p300-308中作为可光固化的单体和低聚物介绍的那些。
相对于固体物,可聚合单体的含量优选为0.1-90质量%,更优选1.0-80质量%,特别优选2.0-70质量%。
-溶剂-
在制备本发明的可固化组合物时,通常可以含有溶剂。尽管溶剂没有特别限制,只要溶剂满足组合物各成分的溶解性和可固化组合物的涂布性,但优选考虑安全性进行选择。
优选的溶剂的具体例子包括酯,如乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、甲酸戊酯、乙酸异戊酯、乙酸异丁酯、丙酸丁酯、丁酸异丙酯和丁酸乙酯、烷基酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、氧乙酸甲酯、氧乙酸乙酯、氧乙酸丁酯、甲氧基乙酸甲酯、甲氧基乙酸乙酯、甲氧基乙酸丁酯、乙氧基乙酸甲酯、乙氧基乙酸乙酯、3-氧丙酸烷基酯如3-氧丙酸甲酯和3-氧丙酸乙酯;3-甲氧基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸甲酯和3-乙氧基丙酸乙酯、2-氧丙酸甲酯、2-氧丙酸乙酯、2-氧丙酸丙酯、2-甲氧基丙酸甲酯、2-甲氧基丙酸乙酯、2-甲氧基丙酸丙酯、2-乙氧基丙酸甲酯、2-乙氧基丙酸乙酯、2-氧-2-甲基丙酸甲酯、2-氧-2-甲基丙酸乙酯、2-甲氧基-2-甲基丙酸甲酯和2-乙氧基-2-甲基丙酸乙酯、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、丙酮酸丙酯;乙酰乙酸甲酯;乙酰乙酸乙酯;2-氧丁酸甲酯和2-氧丁酸乙酯;
醚,如二乙二醇二甲基醚、四氢呋喃、乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、甲基溶纤剂乙酸酯、乙基溶纤剂乙酸酯、二乙二醇单甲基醚、二乙二醇单乙基醚、二乙二醇单丁基醚、丙二醇甲基醚、丙二醇甲基醚乙酸酯、丙二醇乙基醚乙酸酯和丙二醇丙基醚乙酸酯;酮,如甲基乙基酮、环己酮、2-庚酮和3-庚酮;以及芳香族烃,如甲苯和二甲苯。
其中更优选的例子包括3-乙氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、乙基溶纤剂乙酸酯、乳酸乙酯、二乙二醇二甲基醚、乙酸丁酯、3-甲氧基丙酸甲酯、2-庚酮、环己酮、乙基卡必醇乙酸酯、丁基卡必醇乙酸酯、丙二醇甲基醚和丙二醇甲基醚乙酸酯。
-各种添加剂-
本发明的着色可固化组合物可以含有各种添加剂,例如填料、上述聚合物化合物之外的聚合物化合物、表面活性剂、粘合促进剂、抗氧化剂、UV吸收剂和聚集抑制剂。
添加剂的具体例子包括填料如玻璃和氧化铝;粘结剂树脂之外的聚合物化合物,如聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙二醇单烷基醚和聚氟烷基丙烯酸酯;非离子、阳离子和阴离子表面活性剂;粘合促进剂,如乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基-三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-氯丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氯丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和3-巯基丙基三甲氧基硅烷;抗氧化剂,如2,2-硫代双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)和2,6-二-叔丁基苯酚;UV吸收剂,如2-(3-叔丁基-5-甲基-2-羟基苯基)-5-氯苯并三唑和烷氧基二苯甲酮;以及聚集抑制剂,如聚丙烯酸钠。
为促进未照射部分(非图像部分)的碱溶性,以改进本发明的可固化组合物的显影性,可以加入有机羧酸,优选分子量不大于1000的低分子量羧酸。
其具体例子包括脂肪族一元羧酸,如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、新戊酸、己酸、二乙基乙酸、庚酸和辛酸;脂肪族二元羧酸,如草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、cebacic acid、十三烷二酸、甲基丙二酸、乙基丙二酸、二甲基丙二酸、甲基琥珀酸、四甲基琥珀酸和柠康酸;脂肪族三元羧酸,如丙三羧酸、乌头酸和樟脑三酸;芳香族一元羧酸,如苯甲酸、苯乙酸、枯酸、2,3-二甲基苯甲酸和3,5-二甲基苯甲酸;芳香族多元羧酸,如邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、偏苯三酸、均苯三酸、苯偏四甲酸和均苯四酸;苯基乙酸、氢化阿托酸、氢化肉桂酸、扁桃酸、苯基琥珀酸、阿托酸、肉桂酸、肉桂酸甲酯、肉桂酸苄酯、亚肉桂酸(cinnamilydenic acid)、阔马酸、伞形酸和其他羧酸。
当本发明的可固化组合物含有颜料时,优选的是通过混合和分散步骤制备可固化组合物,混合式(I)代表的多官能丙烯酸酯化合物、颜料、射线敏感性化合物以及在需要时的碱溶性树脂和其他添加剂与溶剂,并使用各种混合机和分散机混合和分散它们。优选的是混合和分散步骤包括捏合分散处理和随后的细分散处理,然而可以省略捏合分散。
作为制备本发明组合物的优选方法,优选的方法是,捏合分散处理着色剂与树脂成分,使得捏合分散处理后的粘度为10,000mPa·s或更高的相对较高粘度,优选100,000mPa·s或更高,然后加入溶剂,将其细分散处理,使得细分散处理后的粘度为1,000mPa·s或更低的相对低粘度,优选100mPa·s或更低,此外,加入高沸点溶剂,然后搅拌和混合。
捏合分散处理用的机器是双辊、三辊、球磨、tron mill、分散机、捏合机、共捏合机、均质机、共混机和单轴或双轴挤出机,并在施加强剪切力下分散材料。然后,加入溶剂,主要使用立式或水平砂磨机、pin mill、slit mill或超声分散机,用粒径0.1-1mm的由玻璃或氧化锆制成的球进行细分散处理。可选择地,可以省略捏合分散处理。在这种情况下,用颜料和分散剂、或表面处理剂、和本发明的丙烯酰基-基共聚物和溶剂分散球。捏合和分散的细节还记载在John Wiley andSons在1964年出版的T.C.Patton“Paint Flow and Pigment Dispersion”中,并可以使用这种方法。
由于包含着色剂,本发明的可固化组合物适用于形成着色像素,如液晶显示元件(LCD)和固态摄像元件(例如CCD,CMOS等)中使用的滤色器,或适用于制备印刷油墨、喷墨油墨和油漆的用途。
[滤色器及其制造方法]
本发明的滤色器的特征在于,使用本发明的特定化合物。
此外,所述滤色器可以通过以下制造方法制造,所述方法包括在支持体上涂布至少一种本发明的着色可固化组合物形成着色层的着色层形成步骤,使着色层通过掩模进行图案曝光并进行显影形成着色图案的显影步骤。
下面,结合其制造方法详细说明本发明的滤色器。
在制造本发明的滤色器的方法中,使用本发明的着色可固化组合物。对于本发明的滤色器,本发明的着色可固化组合物通过以下涂布方法涂布在支持体上,如狭缝涂布、喷墨方法、旋涂、流延涂布、辊涂和丝网印刷方法,形成射线敏感性着色可固化组合物层(着色层)(着色层形成步骤),通过预定掩模图案将其曝光,用显影剂显影,从而可以形成着色图案(抗蚀剂图案)(显影步骤)。随后,在需要时,可以通过加热和/或曝光固化所形成的图案进行固化步骤。得到的着色图案构成滤色器中的像素。
由着色可固化组合物形成的着色可固化组合物层的厚度可以根据目的方便地选择,优选厚度尽可能小,只要能够保持所需的色浓度。上限优选2.0μm或更小,更优选1.0μm或更小,特别优选0.7μm或更小。
为用作LCD(液晶显示元件)的滤色器,从LCD可以更薄并保持色浓度的观点来看,着色可固化组合物层的厚度优选0.1μm或更大且小于2.0μm,更优选0.2μm或更大且1.8μm或更小,特别优选0.3μm或更大且1.75μm或更小。
此外,为用作IS(图像传感器;摄像元件)的滤色器,从保持色浓度并降低如下缺点的观点来看,所述缺点是指倾斜方向的光不能到达光接受部分和装置端部与中心集光率差异显著,厚度优选0.05μm或更大且小于1.0μm,更优选0.1μm或更大且0.8μm或更小,特别优选0.2μm或更大且0.7μm或更小。
作为显影步骤和固化步骤中使用的光或射线,特别地,优选使用紫外线,如g-射线、h-射线和i-射线。
在制造具有多种色调的像素的滤色器时,通过根据所需色数,重复显影步骤(以及在需要时的固化步骤),可以制造由所需数量的色调构成的滤色器。
作为制造本发明的滤色器的方法中使用的显影剂,可以使用任何显影剂,只要其组成使得本发明的着色可固化组合物的未固化部分溶解,而另一方面,射线照射部分(固化部分)不溶解。具体而言,可以使用各种有机溶剂的组合或碱性水溶液。
可以用于显影的有机溶剂的例子包括在制备本发明的组合物时使用的上述溶剂。
作为可以用于显影的碱性水溶液,例如,可以使用其中碱性化合物如氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、硅酸钠、正硅酸钠、氨水、乙胺、二乙胺、二甲基乙醇胺、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、胆碱、吡咯、哌啶和1,8-二氮杂双环-[5.4.0]-7-十一烯溶解成浓度为0.001-10质量%,优选0.01-1质量%的碱性水溶液。当使用由这种碱性水溶液构成的显影剂时,通常,在显影后,用水洗涤滤色器。
本发明的滤色器中使用的支持体的例子包括液晶显示元件中使用的钠玻璃、Pyrex(注册商标)玻璃和石英玻璃,附着有透明导电膜的那些玻璃,摄像元件中使用的光电转换元件基板例如,硅基板和互补金属氧化物薄膜半导体(CMOS)。在这些支持体中,在一些情况下,形成用于隔离像素的黑色条纹。
可选择地,在需要时,在这些支持体上可以设置内涂层,用于改进与上层的粘合、防止物质扩散或使支持体表面平坦化。
本发明的滤色器可以用于液晶显示元件和固态摄像元件如CCD中,特别地,适用于具有超过1,000,000像素的高分辨率的CCD元件和CMOS元件。本发明的滤色器可以用作置于构成CCD的各像素的光接受部分和用于集光的微透镜之间的滤色器。
下面例举第一方面涉及到的本发明的示例性方面。
<1>一种可固化组合物,其包含:具有至少一个烯键式不饱和双键的化合物(A);光聚合引发剂(B);着色剂(C);碱溶性树脂(D);以及在分子中具有氨基甲酸酯、酰胺或脲的部分结构的化合物(E)。
<2>如<1>所述的可固化组合物,其中相对于100质量份的烯键式不饱和双键化合物(A),在分子中具有氨基甲酸酯、酰胺或脲的部分结构的化合物(E)的含量为5质量份或更大和小于25质量份。
<3>如<1>或<2>所述的可固化组合物,其中在分子中具有氨基甲酸酯、酰胺或脲的部分结构的化合物(E)是具有异氰脲酸酯骨架的化合物。
<4>如<1>-<3>中任一项所述的可固化组合物,其中在分子中具有氨基甲酸酯、酰胺或脲的部分结构的化合物(E)的分子量为100-5000。
<5>如<1>-<4>中任一项所述的可固化组合物,其中所述光聚合引发剂(B)是双咪唑化合物。
<6>如<1>-<5>中任一项所述的可固化组合物,其中在分子中具有氨基甲酸酯、酰胺或脲的部分结构的化合物(E)是具有异氰酸酯键的化合物与式(I′)代表的醇化合物的反应产物。
其中在式(I′)中,R1和R2各自独立地代表氢原子或烷基。R3代表氢原子、烷基、烷氧基、烯丙基、芳基、式(II′)代表的官能团或式(III′)代表的官能团。
式(II′) 式(III′)
其中在式(II′)中,n代表1-10的整数。此外,在式(II′)和式(III′)中,R4代表氢原子或烷基,在式(III′)中,在分子中存在的多个R4可以相同或不同。
<7>如<1>-<6>中任一项所述的可固化组合物,其还含有烷氧基硅烷化合物(F)。
<8>如<1>-<7>中任一项所述的可固化组合物,除了光聚合引发剂(B)之外,还包含巯基化合物、氨基苯衍生物、烷氧基苯衍生物、烷硫基苯衍生物、噻吨酮衍生物和/或香豆素衍生物中的至少一种化合物。
<9>一种滤色器,其特征在于,其具有使用如<1>-<8>中任一项所述的可固化组合物的着色图案。
<10>制造滤色器的方法,包括:在支持体上面或在支持体上方涂布如<1>-<8>中任一项所述的可固化组合物来形成着色可固化组合物层;通过掩模将所述可固化组合物层曝光;以及曝光后将所述可固化组合物层显影来形成着色图案。
本发明者发现,含有特定多官能丙烯酸酯化合物的可固化组合物具有良好感光度,并还在含有着色剂的固化体系中给出充分的可固化。下面例举第二方面涉及到的本发明的示例性方面。
<1>一种可固化组合物,其包含下式(I)代表的化合物和光聚合引发剂。
[在式(I)中,R1代表n价有机基团,R2代表氢原子或具有1-4个碳原子的烷基,R3和R5各自独立地代表氢原子或甲基,X代表-O-、-NH-、-NR4-或-S-,R4代表氢原子或一价有机基团,n代表1-12的整数]
<2>一种可固化组合物,含有下式(II)代表的化合物和光聚合引发剂。
[在式(II)中,R1代表n价有机基团,R2代表氢原子或1-4个碳原子的烷基,R3和R5各自独立地代表氢原子或甲基,n代表1-12的整数]
<3>如<1>或<2>所述的可固化组合物,其含有其中在式(I)或(II)中n是2-9的整数的化合物。
<4>如<1>-<3>中任一项所述的可固化组合物,其中在式(I)或(II)中,n是2-12的整数,n价R1具有(甲基)丙烯酸酯基团作为取代基。
<5>如<1>-<4>中任一项所述的可固化组合物,其中在式(I)或(II)中,R1是在结构中任选具有杂原子、芳香环和杂环中任一种的脂肪族残基、芳香族残基或杂环残基。
<6>如<1>-<5>中任一项所述的可固化组合物,其中所述式(I)或(II)代表的化合物通过在分子中具有至少一个羟基的化合物与1,1-(双丙烯酰氧基甲基)乙基异氰酸酯之间的氨基甲酸酯化反应得到。
<7>如<1>-<6>中任一项所述的可固化组合物,其中所述光聚合引发剂含有至少一种选自以下的化合物:三卤甲基三嗪-基化合物、苄基二甲基缩酮化合物、α-羟基酮化合物、α-氨基酮化合物、酰基膦-基化合物、膦氧化物-基化合物、茂金属-基化合物、肟-基化合物、三烯丙基咪唑二聚体、鎓-基化合物、苯并噻唑-基化合物、二苯甲酮-基化合物、苯乙酮-基化合物和其衍生物、环戊二烯-苯-铁络合物和其盐、卤甲基噁二唑化合物和3-芳基-取代的香豆素化合物。
<8>如<1>-<6>中任一项所述的可固化组合物,其中所述光聚合引发剂含有至少一种选自以下的化合物:三卤甲基三嗪-基化合物、α-氨基酮化合物、酰基膦-基化合物、膦氧化物-基化合物、肟-基化合物、三烯丙基咪唑二聚体、鎓-基化合物、二苯甲酮-基化合物和苯乙酮-基化合物。
<9>如<1>-<8>中任一项所述的可固化组合物,其还包含增感剂。
<10>如<1>-<9>中任一项所述的可固化组合物,其还包含着色剂。
<11>如<1>-<10>中任一项所述的可固化组合物,其还包含碱溶性树脂。
<12>如<11>所述的可固化组合物,其中所述碱溶性树脂是(甲基)丙烯酰基-基树脂.
<13>如<10>所述的可固化组合物,其中所述着色剂是有机或无机颜料。
<14>如<13>所述的可固化组合物,其中所述着色剂是初级粒径为80nm或更小的颜料。
<15>如<10>所述的可固化组合物,其中所述着色剂是染料。
<16>如<10>或<13>-<15>中任一项所述的可固化组合物,其中所述着色剂是选自以下的色素:三烯丙基甲烷系列、蒽醌系列、偶氮甲碱系列、亚苄基系列、oxonol系列、花青系列、吩噻嗪系列、吡咯并吡唑偶氮甲碱系列、夹氧杂蒽系列、酞菁系列、苯并吡喃系列、靛蓝系列、吡唑偶氮系列、苯胺基偶氮系列、吡唑并三唑偶氮系列、吡啶酮偶氮系列和蒽吡啶酮系列。
<17>如<10>或<13>-<16>中任一项所述的可固化组合物,其中所述可固化组合物含有式(III)-(V)代表化合物中的至少一种作为着色剂。
[在式(III)中,A代表芳基或5-6元芳香族杂环重氮成分A-NH2的残基,B1和B2各自独立地代表-CR3=、-CR4=或氮原子,前提是B1和B2不同时代表氢原子,R5和R6各自独立地代表氢原子或取代基,G、R3和R4各自独立地代表氢原子或取代基,R3和R4和/或R5和R6可以相互键合形成5-元或6元环]
[在式(IV)中,Ra1、Ra3和Ra4各自独立地代表氢原子、碳数1-21的烷基、碳数2-21的烯基、碳数6-21的芳基或碳数7-21的芳烷基,或Ra3和Ra4可以与与它们连接上的氮原子一起形成杂环,Ra2代表碳数1-10的烷基、甲氧基甲基或三氟甲基]
[在式(V)中,Rb1代表氢原子或取代基,Rb2-Rb5各自独立地代表氢原子或取代基,Rb6和Rb7各自独立地代表烷基、烯基或芳基,Za和Zb各自独立地代表-N=或-C(Rb8)=,Rb8代表氢原子、烷基、芳基或杂环基团,Rb2和Rb3,Rb3和Rb6,Rb4和Rb5,Rb5和Rb7和/或Rb6和Rb7可以相互结合各自独立地形成5元、6元或7元环]
<18>如<10>或<13>-<17>中任一项所述的可固化组合物,其中所述可固化组合物的固体物中着色剂的质量比为20质量%或更大。
<19>如<10>或<13>-<17>中任一项所述的可固化组合物,其中所述可固化组合物的固体物中着色剂的质量比为30质量%或更大。
<20>一种滤色器,其特征在于,其在支持体上具有使用如<1>-<19>中任一项所述的可固化组合物的着色图案。
<21>如<20>所述的滤色器,其中所述滤色器的薄膜厚度为2.0μm或更小。
<22>如<20>所述的滤色器,其中所述滤色器的薄膜厚度为1.0μm或更小。
<23>如<20>所述的滤色器,其中所述滤色器的薄膜厚度为0.7μm或更小。
<24>制造滤色器的方法,所述方法包括:在支持体上面或支持体上方涂布如<1>-<19>中任一项所述的可固化组合物来形成着色可固化组合物层;通过掩模将所述着色可固化组合物层进行曝光;以及曝光后将所述着色可固化组合物层显影来形成着色图案。
在需要时,该制造方法可以包括通过加热和/或曝光来固化图案的固化步骤,或可以多次重复这些步骤。可选择地,通过改变色素,可以形成具有由多种颜色构成的着色图案的滤色器。
实施例
下面将更具体说明本发明的第一方面,然而第一方面不限于以下以下实施例。除非另有规定,“%”和“份”按质量计。
[实施例1]
<1-1.颜料的捏合分散处理>
首先,用双辊捏合分散处理以下各成分。
·C.I.颜料红254 100质量份
·C.I.颜料红177 40质量份
·树脂溶液(甲基丙烯酸苄基酯/甲基丙烯酸/甲基丙烯酸羟基乙基酯共聚物,摩尔比:80/10/10,Mw:10000,溶剂:丙二醇甲基醚乙酸酯60%,树脂固体物浓度:40%) 60质量份
·溶剂:丙二醇甲基醚乙酸酯 140质量份
研磨得到的捏合的材料,相对于颜料,加入10%的分散剂:(商品名:EFKA-46),加入丙二醇单甲基醚乙酸酯,使得颜料浓度为15%,用球磨机(Dyno mill:分散机,Shinmaru Enterprises制造)分散,得到颜料分散体R。
<1-2.制备着色可固化组合物>
[着色可固化组合物1]
·颜料分散体R(颜料浓度15wt%)[(C)成分] 150份
·二季戊四醇六丙烯酸酯[(A)成分] 10份
·异氰脲酸酯化合物M1[(E)成分] 5份
·2,2′-双(O-氯苯基)-4,4′,5,5′-四苯基双咪唑[(B)成分] 2.0份
·Michler’s酮 0.6份
·巯基苯并噻唑 0.6份
·甲基丙烯酰基丙基三甲氧基硅烷[硅烷偶联剂] 0.6份
·甲基丙烯酸苄基酯/甲基丙烯酸=80/20摩尔比
[碱溶性树脂:(D)成分] 8份
·氢醌单甲基醚 0.005份
·丙二醇单甲基醚乙酸酯 100份
[实施例2-8]
按与实施例1相同的方式,除了实施例1的着色可固化组合物1中使用的各化合物按下表1记载的进行变化,得到实施例2-8的可固化组合物。
[表1]
可固化组合物的成分 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | |
颜料分散体A | (C) | 150份 | 150份 | 150份 | 150份 | 150份 | 150份 | 150份 | 150份 |
二季戊四醇六丙烯酸酯 | (A) | 10份 | 10份 | 10份 | 10份 | 10份 | 10份 | 10份 | 10份 |
M1 | (E) | 5份 | - | - | - | - | - | 5份 | 5份 |
M2 | - | 5份 | - | - | - | - | - | - | |
M3 | - | - | 5份 | - | - | - | - | - | |
M4 | - | - | - | 5份 | - | - | - | - | |
M5 | - | - | - | - | 5份 | - | - | - | |
M6 | - | - | - | - | 5份 | - | - | ||
2,2′-双(O-氯苯基)-4,4′,5,5′-四苯基咪唑 | (B) | 2份 | - | - | - | 2份 | 2份 | 2份 | 2份 |
化合物B | - | - | - | - | - | - | 0.6份 | 0.6份 | |
Michler’s酮 | 0.6份 | - | - | 0.8份 | - | - | - | - | |
噻吨酮 | - | - | - | 0.6份 | - | - | - | ||
香豆素 | - | - | - | 0.6份 | - | - | |||
巯基苯并噻唑 | 0.6份 | - | - | - | 0.6份 | 0.6份 | 0.6份 | - | |
化合物C | - | - | - | - | - | - | - | 0.6份 | |
4-[邻-溴-对-N,N-二(乙氧基羰基)氨基苯基]2,6-二(三氯甲基)-均-三嗪 | (B) | - | 3.2份 | - | - | - | - | - | - |
Irgacure 369 | - | - | - | 2.4份 | - | - | - | - | |
Irgacure 907 | - | - | 3.2份 | - | - | - | - | ||
甲基丙烯酰基丙基三甲氧基硅烷 | (F) | 0.6份 | 0.6份 | 0.6份 | 0.6份 | 0.6份 | 0.6份 | 0.6份 | 0.6份 |
碱溶性树脂(BzMA/MAA=8/2) | (D) | 8份 | 8份 | 8份 | 8份 | 8份 | 8份 | 8份 | 8份 |
氢醌单甲基醚 | 溶剂 | 0.005份 | 0.005份 | 0.005份 | 0.005份 | 0.005份 | 0.005份 | 0.005份 | 0.005份 |
丙二醇单甲基醚乙酸酯 | 100份 | 100份 | 100份 | 100份 | 100份 | 100份 | 100份 | 100份 |
表1记载的(E)成分的细节如下:
[合成实施例1]:合成M1
M1是醇化合物(MA-2)、(MA-3)与异氰酸酯系列(MU-22)的反应产物。
将MA-2(0.1mol)和MA-3(0.2mol)溶解在100ml乙腈中之后,加入100mg三(2-乙基己酸)铋(商品名:Neostan U-600(Nitto ChemicalIndustry Co.,Ltd.制造)),以制备均匀溶液。将溶液加热到60℃,滴加10ml MU-22(0.1mol)的乙腈溶液。加入后,混合物在55℃-65℃搅拌8小时。反应完成后,将反应溶液冷却到室温,蒸馏掉溶剂,残余物用硅胶柱色谱纯化,得到(M1),其是在分子中具有氨基甲酸酯、酰胺或脲的部分结构的(E)化合物。
[合成实施例2]:合成M2
M2是醇化合物(MA-8)与异氰酸酯-基化合物(MU-27)的缩合反应产物。
将MA-8(0.2mole)溶解在100ml乙腈中之后,加入100mg三(2-乙基己酸)铋(商品名:Neostan U-600(Nitto Chemical Industry Co.,Ltd.制造)),以制备均匀溶液。溶液加热到60℃,滴加10ml MU-27(0.1mol)的乙腈溶液。加入后,将混合物在55℃-65℃搅拌8小时。反应完成后,将反应溶液冷却到室温,蒸馏掉溶剂,残余物用硅胶柱色谱纯化,得到(M2),其是(E)成分。
相似地,使以下化合物反应,得到(M3)-(M6)
M3:胺化合物(A-2)与异氰酸酯-基化合物(MU-27)的反应产物
M4:胺化合物(A-2)与含卤素化合物(C-2)的反应产物
M5:醇化合物(MA-1)与异氰酸酯-基化合物(MU-21)的反应产物
M6:醇化合物(MA-11)与异氰酸酯-基化合物(MU-23)的反应产物。
[对比例1]
<制备可固化组合物>
·颜料分散体R(颜料浓度15wt%)[(C)成分] 150份
·二季戊四醇六丙烯酸酯[(A)成分] 15份
·4-{邻-溴-对-N,N-二(乙氧基羰基)氨基苯基}2,6-二(三氯甲基)-均-三嗪[(B)成分] 3.2份
·甲基丙烯酸苄基酯/甲基丙烯酸=70∶30摩尔比
50%PGMEA溶液[碱溶性树脂:(D)成分] 8份
·氢醌单甲基醚 0.005份
·PGMEA(丙二醇单甲基醚乙酸酯) 100份
根据以上配方,按实施例1制备对比例1的可固化组合物。
[对比例2]
<制备可固化组合物>
[颜料分散体R(颜料浓度15wt%)[(C)成分] 150份
·二季戊四醇六丙烯酸酯[(A)成分] 15份
·Irgacure 369[(B)成分] 2.4份
·Michler’s酮 0.8份
·甲基丙烯酸苄基酯/甲基丙烯酸=70∶30摩尔比
50%PGMEA溶液[碱溶性树脂:(D)成分] 8份
·氢醌单甲基醚 0.005份
·PGMEA(丙二醇单甲基醚乙酸酯) 100份
根据以上配方,按实施例1制备对比例2的可固化组合物。
[对比例3]
<制备可固化组合物>
[颜料分散体R(颜料浓度15wt%)[(C)成分] 150份
·二季戊四醇六丙烯酸酯 15份
·2,2′-双(O-氯苯基)-4,4′,5,5′-四苯基双咪唑 2.0份
·Michler’s酮 0.6份
·巯基苯并噻唑 0.6份
·碱溶性树脂(甲基丙烯酸苄基酯/甲基丙烯酸=70/30摩尔比,50%PGMEA溶液) 8份
·氢醌单甲基醚 0.005份
·PGMEA(丙二醇单甲基醚乙酸酯) 100份
根据以上配方,按实施例1制备对比例3的可固化组合物。
[2.制造滤色器]
<2-1.形成可固化组合物层>
将上面得到的各可固化组合物配制成抗蚀剂溶液,将溶液在以下条件下狭缝涂布在550mm×650mm玻璃基板上,保持此状态10分钟,进行真空干燥和预烘焙(100℃,80秒),形成可固化组合物涂膜(可固化组合物层)。
(狭缝涂布条件)
涂布头尖端的开口部间隙:50μm
涂布速率:100mm/秒
基板与涂布头之间的间隙:150μm
涂布厚度(干厚度):2μm
涂布温度:23℃
<2-2.曝光、显影>
随后,使用2.5kw超高压汞灯,使用线宽20μm的测试光掩模使可光固化的涂膜曝光成图案形状,曝光后,使用10%有机显影剂(商品名:CDK-1,Fuji Film Arch制造)水溶液覆盖涂膜的整个表面,然后静置90秒。
<2-3.热处理>
静置后,以淋浴方式喷射纯水,洗掉显影剂,将已经进行过光固化处理和显影处理的涂膜在220℃的烘箱中加热1小时(后烘焙)。从而,在玻璃基板上形成着色树脂薄膜(滤色器)。
[3.滤色器的评价]
按下述评价上面制备的着色可固化组合物涂布溶液的保存稳定性,以及使用着色可固化组合物在玻璃基板上形成的可固化组合物涂膜(着色层)的曝光感光度、基板粘合性、显影性和图案截面形状。结果示于表1。
<3-1.涂膜(着色层)的曝光感光度>
通过在10-200mJ/cm2的范围内改变曝光量,使滤色器曝光,后烘焙之后图案线宽变为20μm时的曝光量作为曝光感光度评价。曝光感光度的值越小表明感光度越高。
<3-2.显影性、图案截面形状、基板粘合性>
使用光学显微镜和SEM-相片观察的普通方法确认后烘焙之后的基板表面和截面形状。
观察曝光步骤中在光未照射区域(未曝光部分)上有无残余物,评价显影性。
<3-2-1.显影性>
A:在未曝光部分证实没有残余物。
B:在未曝光部分证实略有残余物,然而实用上没有问题。
C:在未曝光部分证实残余物显著。
观察形成的图案的截面形状。在图案截面形状中,正锥形是最优选的,矩形是次最优选的。倒锥形不是优选的。
为评价基板粘合性,观察是否生成图案缺陷。基于以下标准评价这些评价项目。
<3-2-2.基板粘合性>
A:没有观察到图案缺陷。
B:几乎没有观察到图案缺陷,然而观察到部分损坏。
C:观察到显著图案缺陷。
<3-2-3.图案截面形状>
A:圆锥角为30-70°(正锥形)。
B:圆锥角为70-90°(正锥形)。
C:圆锥角为90°(矩形)。
D:圆锥角超过90°(倒锥形)。
[表2]
显影性 | 基板粘合性 | 图案截面形状 | 曝光感光度(mJ/cm2) | |
实施例1 | A | A | B | 50 |
实施例2 | A | B | C | 90 |
实施例3 | A | B | C | 140 |
实施例4 | A | B | C | 100 |
实施例5 | A | A | B | 60 |
实施例6 | A | B | B | 70 |
实施例7 | A | A | A | 45 |
实施例8 | A | A | A | 35 |
对比例1 | A | C | D | 120 |
对比例2 | A | C | D | 150 |
对比例3 | A | A | D | 50 |
从表2可知,其中使用本发明的可固化组合物形成的着色图案的滤色器可以形成高感光度的图案,显影性和图案形成性能优异,适用作滤色器。
下面结合实施例更具体说明本发明的第二方面。
[本发明的式(I)代表的多官能丙烯酸酯化合物的合成实施例]
合成例示化合物(I-1)的具体方法如下所示。本发明的其他官能丙烯酸酯可以相似方案合成。合成多官能丙烯酸酯的方法不限于以下方法。
[合成实施例3]:合成例示化合物(I-1)
向1.5g(0.0136mol)氢醌中加入20ml乙腈,溶解,加入60mg(0.095mmol)三(2-乙基己酸)铋(商品名:Neostan U-600(Nitto ChemicalIndustry Co.,Ltd.制造)),得到均匀溶液。将溶液加热到60℃,滴加10ml 6.72g(0.028mol)1,1-(双丙烯酰氧基甲基)乙基异氰酸酯(商品名:Karenz BEI(Showa Denko K.K.制造))的乙腈溶液。滴加完成后,混合物在55℃-65℃搅拌8小时。反应完成后,反应溶液冷却到室温,加入30ml乙酸乙酯,加入50ml正己烷,过滤析出的无色晶体。向无色晶体中加入30ml正己烷,将再加入50ml正己烷,过滤析出的无色晶体的步骤再重复两次,得到1.2g(0.0216mol(产率:48%))化合物(I-1)。使用(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.)制造的氢醌。
关于上面得到的化合物(I-1),用NMR证实结构。1H-NMR(400MHz,溶剂:重氯仿(heavy chloroform),标准物质:四甲基硅烷)δ7.10(4H,s),6.48ppm(4H,dd),6.17ppm(2H,d),6.13ppm(2H,d),5.91ppm(4H,dd),5.45ppm(2H,brs),4.44ppm(4H,d),4.37ppm(4H,d),1.50ppm(6H,s)。
[合成实施例4]:合成例示化合物(I-3)
向2.61g(0.010mol)1,3,5-三(2-羟基乙基)-氰脲酸中加入30ml乙腈,溶解,加入130mg(0.20mmol)三(2-乙基己酸)铋(商品名:NeostanU-600(Nitto Chemical Industry Co.,Ltd.制造)),得到均匀溶液。将溶液加热到60℃,滴加10ml 7.53g(0.032mol)1,1-(双丙烯酰氧基甲基)乙基异氰酸酯(商品名:Karenz BEI(Showa Denko K.K.制造))的乙腈溶液。滴加完成后,混合物在55℃-65℃搅拌6小时。反应完成后,减压浓缩反应溶液,硅胶柱色谱纯化(洗脱剂:乙酸乙酯/正己烷=1/1),得到7.83g(0.008mol(产率:80%))化合物(I-3)。使用Aldrich制造的1,3,5-三(2-羟基乙基)-氰脲酸。
关于上面得到的化合物(I-3),用NMR证实结构。1H-NMR(400MHz,溶剂:重氯仿,标准物质:四甲基硅烷)δ6.42ppm(6H,dd),6.14ppm(3H,d),6.12ppm(3H,d),5.87ppm(6H,dd),5.43ppm(3H,brs),4.36ppm(6H,d),4.29ppm(6H,t),4.28ppm(6H,d),4.16ppm(6H,t),1.40ppm(9H,s)。
[合成实施例5]:合成例示化合物(I-5)
向2.5g(0.0184mol)季戊四醇中加入30ml乙腈,溶解,加入125mg(0.19mmol)三(2-乙基己酸)铋(商品名:Neostan U-600(NittoChemical Industry Co.,Ltd.制造)),得到均匀溶液。将溶液加热到60℃,滴加10ml 18.2g(0.077mol)1,1-(双丙烯酰氧基甲基)乙基异氰酸酯(商品名:Karenz BEI(Showa Denko K.K.制造))的乙腈溶液。滴加完成后,混合物在55℃-65℃搅拌6小时。反应完成后,减压浓缩反应溶液,硅胶柱色谱纯化(洗脱剂:乙酸乙酯/正己烷=1/1),得到15.8g(0.0144mol(产率:78%))化合物(I-5)。使用Aldrich制造的季戊四醇。
关于上面得到的化合物(I-5),用NMR证实结构。1H-NMR(400MHz,溶剂:重氯仿,标准物质:四甲基硅烷)δ6.44ppm(8H,dd),6.17ppm(4H,d),6.13ppm(4H,d),5.89ppm(8H,dd),5.22ppm(4H,brs),4.37ppm(8H,d),4.30ppm(8H,d),4.16ppm(8H,s),1.42ppm(12H,s)。
[合成实施例6]:合成例示化合物(I-6)
向1.0g(0.0039mol)二季戊四醇中加入15ml乙腈,溶解,加入60mg(0.094mmol)三(2-乙基己酸)铋(商品名:Neostan U-600(NittoChemical Industry Co.,Ltd.制造)),得到均匀溶液。将溶液加热到60℃,滴加5ml 5.38g(0.0248mol)1,1-(双丙烯酰氧基甲基)乙基异氰酸酯(商品名:Karenz BEI(Showa Denko K.K.制造))的乙腈溶液。滴加完成后,混合物在55℃-65℃搅拌6小时。反应完成后,减压浓缩反应溶液,硅胶柱色谱纯化(洗脱剂:乙酸乙酯/正己烷=1/1),得到4.0g(0.0023mol(产率:59%))化合物(I-6)。使用Aldrich制造的二季戊四醇。
关于上面得到的化合物(I-6),用NMR证实结构。1H-NMR(400MHz,溶剂:重氯仿,标准物质:四甲基硅烷)δ6.42ppm(12H,dd),6.16ppm(6H,d),6.12ppm(6H,d),5.87ppm(12H,dd),5.47ppm(6H,brs),4.38ppm(12H,d),4.32ppm(12H,d),4.03ppm(12H,s),3.31ppm(4H,s),1.42ppm(18H,s)。
(实施例9)
A1.制备可固化组合物
这里,说明一个实施例,其中制备含有着色剂(颜料)的可固化组合物,其用于形成液晶显示元件中使用的滤色器。
[A1-1.制备颜料分散体]
混合40质量份的100/60(质量比)的作为颜料的C.I.颜料绿36和C.I.颜料黄150(初级粒径32nm),50质量份(以固体物计约22.6质量份)作为分散剂的的BYK2001(Disperbyk:Big,Chemie(BYK)制造,固体物浓度45.1质量%),以及110质量份作为溶剂的3-乙氧基丙酸乙基酯的混合物,并用球磨机分散15小时,以制备颜料分散体(P1)。
[A1-2.制备可固化组合物(涂布溶液)]
使用分散处理的颜料分散体P1,搅拌各成分并按以下组成比混合,以制备可固化组合物溶液。
·液体组合物颜料分散体制剂(P1) 600质量份
·2,2′-双(2-氯苯基)-4,4′,5,5′-四苯基-1,2′-双咪唑[光聚合引发剂]30质量份
·二季戊四醇六丙烯酸酯 50质量份
[含有烯键式不饱和键的化合物]
·例示化合物(I-6) 10质量份
·碱溶性树脂 10质量份
(甲基丙烯酸苄基酯/甲基丙烯酸/甲基丙烯酸羟基乙基酯共聚物,摩尔比:80/10/10,Mw:10000)
·溶剂:PGME 900质量份
·3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷 1质量份
·增感剂(以下化合物,增感剂α) 12质量份
·共增感剂:2-巯基苯并咪唑 12质量份
增感剂α
[A2.制造滤色器]
A2-1.形成可固化组合物层
将含有上述颜料的可固化组合物配制成抗蚀剂溶液,将溶液在以下条件下狭缝涂布在550mm×650mm玻璃基板上,保持此状态10分钟,进行真空干燥和预烘焙(100℃,80秒),形成可固化组合物涂膜(可固化组合物层)。
[狭缝涂布条件]
涂布头尖端的开口部间隙:50μm
涂布速率:100mm/秒
基板与涂布头之间的间隙:150μm
涂布厚度(干厚度):1.7μm
涂布温度:23℃
A2-2.曝光、显影
随后,使用2.5kw超高压汞灯,使用线宽20μm的测试光掩模使着色可固化组合物涂膜曝光成图案形状,曝光后,使用10%有机显影剂(商品名:CD,Fuji Film Arch制造)水溶液覆盖涂膜的整个表面,然后静置60秒。
A2-3.热处理
静置后,以淋浴方式喷射纯水,洗掉显影剂,将已经进行过光固化处理和显影处理的涂膜在220℃的烘箱中加热1小时(后烘焙)。从而,在玻璃基板上形成着色可固化组合物薄膜(滤色器)。
[A3.性能评价]
按下述评价上面制备的着色可固化组合物涂布溶液的保存稳定性,以及使用着色可固化组合物在玻璃基板上形成的涂膜(着色可固化组合物层)的曝光感光度、基板粘合性、显影性和图案截面形状。结果示于表3(变化)。
A3-1.涂布溶液保存稳定性
涂布溶液在室温下保存1个月之后,测量溶液粘度,根据以下判定标准进行评价。
<判定标准>
A:确认粘度没有增加。
B:确认粘度增加5%或更大且小于10%。
C:确认粘度增加10%或更大。
A3-2.涂布的着色可固化组合物层的曝光感光度
通过在10-100mJ/cm2的范围内改变曝光量,使滤色器曝光,后烘焙之后图案线宽变为20μm时的曝光量作为曝光感光度评价。曝光感光度的值越小表明感光度越高。
A3-3.显影性、图案截面形状、基板粘合性
使用光学显微镜和SEM-相片观察的普通方法确认后烘焙之后的基板表面和截面形状。
观察曝光步骤中在光未照射区域(未曝光部分)上有无残余物,评价显影性。
<显影性>
A:在未曝光部分证实没有残余物。
B:在未曝光部分证实略有残余物,然而实用上没有问题。
C:在未曝光部分证实残余物显著。
观察形成的图案的截面形状。在图案截面形状中,正锥形是最优选的,矩形是次最优选的。倒锥形不是优选的。
为评价基板粘合性,观察是否生成图案缺陷。基于以下标准评价这些评价项目。
<基板粘合性>
A:没有观察到图案缺陷。
B:几乎没有观察到图案缺陷,然而观察到部分损坏。
C:观察到显著图案缺陷。
(实施例10-23)
按与实施例9相同的方式,除了在实施例9的可固化组合物中,用下表3所示的例示化合物取代例示化合物(I-6),得到着色图案,按实施例9进行评价。结果示于表3。
(对比例4,5)
按与实施例9相同的方式,除了在实施例9的可固化组合物中,用表3所示的化合物取代例示化合物(I-6),得到着色图案,按实施例9进行评价。结果示于表3。
[表3]
单体 | 保存稳定性 | 曝光感光度(mJ/cm2) | 显影性 | 基板粘合性 | 图案截面形状(mJ/cm2) | |
实施例9 | 例示化合物(I-6) | A | 35 | A | A | 正锥形 |
实施例10 | 例示化合物(I-3) | A | 40 | A | A | 正锥形 |
实施例11 | 例示化合物(I-4) | A | 55 | A | B | 正锥形 |
实施例12 | 例示化合物(I-5) | A | 40 | A | A | 正锥形 |
实施例13 | 例示化合物(I-12) | A | 40 | A | A | 正锥形 |
实施例14 | 例示化合物(I-16) | A | 45 | A | A | 正锥形 |
实施例15 | 例示化合物(I-20) | A | 45 | B | A | 正锥形 |
实施例16 | 例示化合物(I-22) | A | 50 | B | A | 正锥形 |
实施例17 | 例示化合物(I-27) | A | 60 | A | A | 矩形 |
实施例18 | 例示化合物(I-30) | A | 35 | B | A | 正锥形 |
实施例19 | 例示化合物(I-33) | A | 60 | A | B | 矩形 |
实施例20 | 例示化合物(I-34) | A | 45 | A | A | 正锥形 |
实施例21 | 例示化合物(I-40) | A | 35 | A | B | 矩形 |
实施例22 | 例示化合物(I-44) | A | 45 | A | A | 正锥形 |
实施例23 | 例示化合物(I-56) | A | 55 | A | A | 矩形 |
对比例4 | 季戊四醇四丙烯酸酯 | B | 75 | C | C | 倒锥形 |
对比例5 | 二季戊四醇六丙烯酸酯 | B | 65 | B | C | 倒锥形 |
从表3结果可知,可以看出,与使用其他多官能丙烯酸酯化合物的对比例相比,使用本发明多官能丙烯酸酯化合物的实施例的着色可固化组合物在其溶液状态具有优异的保存稳定性,并且当使用这种着色可固化组合物时,曝光感光度、显影性、基板粘合性和图案截面形状优异。
(实施例24)
说明一个实施例,其中制备含有着色剂(颜料)的可固化组合物,其用于形成固态摄像元件中使用的滤色器。
[B1.制备抗蚀剂溶液]
根据以下配方混合各成分,并溶解以制备抗蚀剂溶液。
<抗蚀剂溶液配方>
·丙二醇单甲基醚乙酸酯 19.20质量份
(PGMEA:溶剂)
·乙基乳酸酯 36.67质量份
·粘结剂聚合物 30.51质量份
[甲基丙烯酸苄基酯/甲基丙烯酸/甲基丙烯酸-2-羟基乙基共聚物(摩尔比=60/22/18)的40%PGMEA溶液]
·二季戊四醇六丙烯酸酯 12.20质量份
[(C)含有烯键式不饱和键的化合物]
·聚合抑制剂(对-甲氧基苯酚)0.0061质量份
·氟表面活性剂 0.83质量份
(F-475,Dainippon Ink and Chemicals,Incorporated制造)
·三卤甲基三嗪-基光聚合引发剂 0.586质量份
(TAZ-107,Midori Chemical Co.,Ltd.制造)[(B)光聚合引发剂]
[B2.制备具有内涂层的硅基板]
在200℃的烘箱中加热处理6英寸的硅晶片30分钟。然后,将抗蚀剂溶液涂布在硅晶片上,使得干薄膜厚度为2μm,将其在220℃的烘箱中进一步加热1小时至干,形成内涂层,得到具有内涂层的硅晶片基板。
[B3.制备颜料分散体]
混合40质量份的70/30(质量比)的作为颜料的C.I.颜料绿36和C.I.颜料黄139(初级粒径32nm),50质量份作为分散剂的(以固体物计约22.6质量份)的BYK2001(Disperbyk:Big,Chemie(BYK)制造,固体物浓度45.1质量%),以及110质量份作为溶剂的丙二醇单甲基醚的混合物,并用球磨机分散15小时,以制备颜料分散体(P1)。
[B4.制备可固化组合物(涂布溶液)]
使用分散处理的颜料分散体P1,搅拌各成分并按以下组成比混合,以制备可固化组合物溶液。
·液体组合物颜料分散体制剂(P1) 600质量份
·肟-基光聚合引发剂[光聚合引发剂] 30质量份
(CGI-124,Ciba Specialty Chemicals制造)
·TO-1382(Toagosei CO.,Ltd.制造)[含有烯键式不饱和键的化合物]
61质量份
·例示化合物(I-6) 8质量份
·溶剂:PGMEA 900质量份
·3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷 1质量份
[B5.从着色感光性树脂组合物制造滤色器并评价]
-形成图案和感光度的评价-
将上面制备的B4.可固化组合物(涂布溶液)涂布在B2.中所得到的具有内涂层的硅晶片基板的内涂层上,形成涂膜(着色可固化组合物层)。并且,使用100℃的热板热处理(预烘焙)120秒,使得涂膜的干薄膜厚度为0.7μm。
然后,使用i-射线步进式曝光装置FPA-3000i5+(Canon Inc.制造),以50-1600mJ/cm2的各种曝光量、通过具有1.2μm四方图案的Island图案掩模、在波长365nm下进行曝光。
随后,将其上已经形成有涂膜的经照射的硅晶片基板置于旋转淋浴式显影机(Model DW-30,Chemitronics Co.,Ltd.制造)的水平旋转台上,使用CD-2000(Fuji Film Electronics Materials Co.,Ltd.制造)在23℃进行桨式显影60秒,在硅晶片上形成着色图案。
将其上已经形成有着色图案的硅晶片基板以真空夹持方式固定在水平旋转台上,同时用旋转装置以50r.p.m转数使硅晶片基板旋转,以淋浴方式通过其旋转中心上方位置的喷嘴供给纯水,从而漂洗处理基板,然后喷射干燥。随后,使用长度测量SEM“S-9260A”(HitachiHigh-Technologies Corporation制造),测量着色图案的尺寸。图案线宽为1.2μm时的曝光量作为曝光感光度评价。曝光感光度的值越小表明感光度越高。测量评价结果示于下表4。
观察曝光步骤中在光未照射区域(未曝光部)上有无残余物,评价显影性。
<显影性>
A:在未曝光部证实没有残余物。
B:在未曝光部证实略有残余物,然而实用上没有问题。
C:在未曝光部证实残余物显著。
观察形成的图案的截面形状。图案截面形状优选是矩形,倒锥形不是优选的。
为评价基板粘合性,观察是否生成图案缺陷。基于以下标准评价这些评价项目。
<基板粘合性>
A:没有观察到图案缺陷。
B:几乎没有观察到图案缺陷,然而观察到部分损坏。
C:观察到显著图案缺陷。
此外,对于溶液随时间的稳定性(保存稳定性),涂布溶液在室温下保存1个月之后,测量溶液粘度,根据以下判定标准进行评价。
<判定标准>
A:确认粘度没有增加。
B:确认粘度增加5%或更大且小于10%。
C:确认粘度增加10%或更大。
(实施例25-30)
按与实施例24相同的方式,除了在实施例24的可固化组合物中,用下表所示的例示化合物取代例示化合物(I-6),得到着色图案,按实施例24进行评价。结果示于表4。
[对比例6]
按与实施例24相同的方式,除了在实施例24的可固化组合物中,用下表4所示的化合物取代例示化合物(I-6),得到着色图案,按实施例24进行评价。结果示于表4。
[表4]
单体 | 保存稳定性 | 曝光感光度(mJ/cm2) | 显影性 | 基板粘合性 | 图案截面形状(mJ/cm2) | |
实施例24 | 例示化合物(I-6) | A | 150 | A | A | 矩形 |
实施例25 | 例示化合物(I-1) | A | 250 | A | A | 矩形 |
实施例26 | 例示化合物(I-8) | A | 200 | A | A | 矩形 |
实施例27 | 例示化合物(I-10) | A | 150 | A | A | 矩形 |
实施例28 | 例示化合物(I-15) | A | 150 | B | A | 矩形 |
实施例29 | 例示化合物(I-17) | A | 250 | A | A | 矩形 |
实施例30 | 例示化合物(I-21) | A | 250 | A | A | 矩形 |
实施例31 | 例示化合物(I-6) | A | 400 | A | A | 矩形 |
实施例32 | 例示化合物(I-8) | A | 450 | A | A | 矩形 |
实施例33 | 例示化合物(I-9) | A | 400 | B | A | 矩形 |
实施例34 | 例示化合物(I-35) | A | 500 | A | A | 矩形 |
实施例35 | 例示化合物(I-43) | A | 550 | A | A | 矩形 |
实施例36 | 例示化合物(I-52) | A | 750 | A | B | 矩形 |
实施例37 | 例示化合物(I-55) | A | 650 | A | A | 矩形 |
实施例38 | 例示化合物(I-59) | A | 700 | A | B | 矩形 |
对比例6 | 季戊四醇四丙烯酸酯 | A | 550 | B | B | 倒锥形 |
对比例7 | 二季戊四醇六丙烯酸酯 | B | 1000 | B | C | 倒锥形 |
(实施例31)
说明一个实施例,其中制备含有着色剂(颜料)的可固化组合物,其用于形成固态摄像元件中使用的滤色器。
[C1.制备抗蚀剂溶液和制备具有内涂层的硅基板]
按与实施例24[B1.制备抗蚀剂溶液]、[B2.制备具有内涂层的硅基板]相同的方式,制造具有内涂层的硅基板。
C2.制备可固化组合物(涂布溶液)]
根据以下配方混合各化合物,并溶解以制备着色可固化组合物。
·环己酮[溶剂] 80质量份
·以下化合物A[染料] 6.0质量份
·酸红色57[染料] 6.0质量份
·二季戊四醇六丙烯酸酯 4.0质量份
[含有烯键式不饱和键的化合物]
·例示化合物(I-6) 2.0质量份
·肟-基光聚合引发剂[光聚合引发剂] 2.0质量份
(CGI-124,Ciba Specialty Chemicals制造)
化合物A
[C3.从着色可固化组合物制造滤色器并评价]
按与[B5.从着色可固化组合物制造滤色器并评价]相同的方式,制造滤色器并评价。结果示于上表4。
(实施例32-38)
按与实施例31相同的方式,除了在实施例31的可固化组合物中,用上表4所示的例示化合物取代例示化合物(I-6),得到着色图案,按实施例31进行评价。结果示于上表4。
[对比例7]
按与实施例31相同的方式,除了在实施例31的可固化组合物中,用上表4所示的化合物取代例示化合物(I-6),得到着色图案,按实施例31进行评价。结果示于上表4。
从表4结果可知,可以看出,与使用其他官能丙烯酸酯的对比例相比,使用本发明多官能丙烯酸酯化合物的实施例的着色可固化组合物在其溶液状态具有优异的保存稳定性,并且当使用这种着色可固化组合物时,曝光感光度、显影性、基板粘合性和图案截面形状优异。
根据本发明第一方面,即使在含有高浓度的着色剂时,所提供的薄膜涂布性能优异的可固化组合物也可以在高感光度下固化,表现出良好的图案形成性能,广泛用于显影时的区域,并且与基板的硬质表面的粘合性优异。
此外,根据本发明第一方面,通过使用本发明的可固化组合物,可能提供分辨率以及与支持体的粘合性优异并具有着色图案的滤色器,还可以提供以高生产性制造滤色器的制造方法。
根据本发明第二方面,所提供的可固化组合物在极高感光度下固化并且保存稳定性良好。此外,根据本发明第二方面,可以提供具有所需截面形状的着色图案的滤色器,其在含有吸收活性能量射线的色素的固化体系中表现出高感光度,未曝光部的显影残余物少,并且在曝光部与基板的粘合性优异,还可以提供生产性优异的滤色器制造方法。
通过引用的方式将本说明书中提及的所有出版物、专利申请以及技术标准都并入本文,其程度就好象每个出版物、专利申请以及技术标准都被具体和单独地通过引用的方式并入本文。
Claims (14)
1.一种可固化组合物,其包含:具有至少一个烯键式不饱和双键的化合物(A);光聚合引发剂(B);着色剂(C);碱溶性树脂(D);以及在分子中具有氨基甲酸酯、酰胺或脲的部分结构的化合物(E)。
2.如权利要求1所述的可固化组合物,其中相对于100质量份的所述烯键式不饱和双键化合物(A),所述具有氨基甲酸酯、酰胺或脲的部分结构的化合物(E)的含量为5质量份或更大且小于25质量份。
3.如权利要求1所述的可固化组合物,其中所述在分子中具有氨基甲酸酯、酰胺或脲的部分结构的化合物(E)是具有异氰脲酸酯骨架的化合物。
4.如权利要求1所述的可固化组合物,其中所述在分子中具有氨基甲酸酯、酰胺或脲的部分结构的化合物(E)的分子量为100-5000。
5.如权利要求1所述的可固化组合物,其中所述光聚合引发剂(B)是双咪唑化合物。
7.如权利要求1所述的可固化组合物,其还含有烷氧基硅烷化合物(F)。
8.如权利要求1所述的可固化组合物,除了所述光聚合引发剂(B)之外,其还包含选自巯基化合物、氨基苯衍生物、烷氧基苯衍生物、烷硫基苯衍生物、噻吨酮衍生物或香豆素衍生物中的至少一种化合物。
9.一种滤色器,其包括使用如权利要求1所述的可固化组合物所形成的着色图案。
10.滤色器的制造方法,所述方法包括:
在支持体上面或在支持体上方涂布如权利要求1所述的可固化组合物来形成着色可固化组合物层;
通过掩模将所述可固化组合物层曝光;以及
曝光后将所述可固化组合物层显影来形成着色图案。
12.如权利要求11所述的可固化组合物,其还包含着色剂。
13.一种滤色器,其包括使用如权利要求12所述的可固化组合物所形成的着色图案。
14.滤色器的制造方法,所述方法包括:
在支持体上面或在支持体上方涂布如权利要求12所述的可固化组合物来形成着色可固化组合物层;
通过掩模将所述着色可固化组合物层曝光;以及
曝光后将所述着色可固化组合物层显影来形成着色图案。
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