CN103270435A - 用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物、以及使用其的固态摄影元件的彩色滤光片的制造方法、固态摄影元件的彩色滤光片以及固态摄影元件 - Google Patents
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Abstract
提供一种用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物,其含有(A)光聚合起始剂、(B)可聚合化合物以及(C)碱溶性树脂,其中由所述感光性透明组成物获得的固化膜对于波长为633纳米的光具有1.60至1.90的折射率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物、以及使用所述组成物的固态摄影元件的彩色滤光片的制造方法、固态摄影元件的彩色滤光片以及固态摄影元件。
背景技术
近年来,影像感测器(image sensor)的像素的微型化以及像素数目的增加正在不断发展,其试图提高影像感测器(CCD、CMOS)的解析度,但另一方面,孔径变小,导致灵敏度降低。
因此,出于增加灵敏度的目的,如图1中所示,有时使多个彩色滤光片中的一者成为白色(透明)滤光片(参见JP-A-2007-53153(如本文中所使用,术语“JP-A”意谓“未审查公开日本专利申请案”))。在所述图中,W指示白色图案(透明图案),R指示红色图案,G指示绿色图案,且B指示蓝色图案。
作为在彩色滤光片中制造所述白色图案(白色滤光片像素)的方法,例如已知藉由使用含有可聚合单体、碱溶性树脂、光聚合起始剂(photopolymerization initiator)以及特定紫外线吸收剂的感光性透明组成物形成涂布层,且随后使所述涂布层经受曝光以及显影剂以形成彩色滤光片的技术(参见JP-A-2009-265642)。
据称,根据JP-A-2009-265642中所述的感光性透明组成物,曝光照度依赖性(exposure illuminance dependency)保持较低,残余膜比率较高且显影浮渣极少,可稳定形成解析度极佳的图案,且可提供不降低可见光透射率并能够显示明确高品质影像的彩色滤光片。
发明内容
然而,在像素进一步微型化的情况下,尤其需要滤光片像素单边为约1微米的彩色滤光片,且需要亦可在安装具有所述尺寸的白色滤光片影像的彩色滤光片的影像感测器中捕捉高品质影像。
附带而言,JP-A-2008-185683例如在实例中揭示,使用含有金属氧化物粒子、具有大于或等于两个丙烯酰基的化合物、光聚合起始剂以及界面活性剂的组成物形成膜且使所述膜曝光以及显影,藉此形成微透镜阵列。然而,在JP-A-2008-185683中,既未揭示亦未暗示获得具有白色滤光片像素的彩色滤光片或获得单边尺寸为约1微米的精细滤光片像素。
在这些情况下,已作出本发明,且本发明的一目的在于提供一种用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物,其可制造含有单边为约1微米的白色滤光片像素的彩色滤光片,且确保当所述彩色滤光片安装于影像感测器中时,可在所述影像感测器中在高灵敏度下捕捉高品质影像;以及使用所述组成物的固态摄影元件的彩色滤光片的制造方法、固态摄影元件的彩色滤光片以及固态摄影元件。
藉由深入地研究,本发明者已发现,当设计感光性透明组成物以使得由感光性透明组成物获得的固化膜具有相对高的折射率时且当含有所述固化膜作为单边为约1微米的白色滤光片像素的彩色滤光片安装于影像感测器中时,可在高灵敏度下进行在所述影像感测器中的摄影。
此外,本发明者已发现,当将碱溶性树脂并入感光性透明组成物中时且当使用以上所获得的感光性透明组成物形成膜且使所述膜曝光以及碱性显影时,在显影浮渣减少的状态下在高解析度下获得尽管单边尺寸为约1微米但仍具有极佳图案轮廓的图案。另外,已发现,当使用由此获得的图案作为彩色滤光片中的白色滤光片像素时,可在影像感测器中捕捉高品质影像。
本发明具有以下组态,且上述目的可藉由这些组态实现。
(1)一种用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物,其含有:
(A)光聚合起始剂,
(B)可聚合化合物,以及
(C)碱溶性树脂,
其中由所述感光性透明组成物获得的固化膜对于波长为633纳米的光具有1.60至1.90的折射率。
(2)如上文(1)中所述的用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物,其更含有无机精细粒子。
(3)如上文(2)中所述的用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物,其中所述无机精细粒子是含有选择自由Si、Ti、Zr、Al以及Sn所组成的群中的一个成员或大于或等于两个成员的氧化物。
(4)如上文(1)至(3)中任一者所述的用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物,其中所述碱溶性树脂为具有可聚合基团的树脂。
(5)如上文(1)至(4)中任一者所述的用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物,其更含有分散剂。
(6)如上文(1)至(5)中任一者所述的用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物,其更含有紫外线吸收剂。
(7)如上文(1)至(6)中任一者所述的用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物,其中当由所述感光性透明组成物形成厚度为1微米的固化膜时,在所述固化膜的厚度方向上的透光率在400纳米至700纳米的整个波长区域内大于或等于90%。
(8)一种制造固态摄影元件的彩色滤光片的方法,其包括:
涂布如上文(1)至(7)中任一者所述的用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物以形成涂布层,以及
使所述涂布层曝光以及显影以形成图案,由此获得固化膜。
(9)一种固态摄影元件的彩色滤光片,其藉由如上文(8)所述的固态摄影元件的彩色滤光片的制造方法制造。
(10)一种固态摄影元件,其包括如上文(9)所述的固态摄影元件的彩色滤光片。
本发明较佳更具有以下组态。
(11)如上文(1)至(7)中任一者所述的用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物,其中所述可聚合化合物为具有大于或等于两个末端乙烯系不饱和键的可聚合化合物。
(12)如上文(5)至(7)中任一者所述的用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物,其中所述分散剂为含有至少由以下式(1)至式(4)中的任一者表示的结构单元的树脂:
在式(1)至式(4)中,X1、X2、X3、X4以及X5各独立地表示氢原子或单价有机基团。
在式(3)中,R′表示分支链或直链亚烷基。
在式(1)至式(4)中,Y1、Y2、Y3以及Y4各独立地表示二价键联基团。
在式(1)至式(4)中,Z1、Z2、Z3以及Z4各独立地表示氢原子或单价取代基。
在式(1)至式(4)中,n、m、p以及q各表示1至500的整数。
在式(1)以及式(2)中,j以及k各独立地表示2至8的整数。
在式(4)中,R表示氢原子或单价有机基团。
根据本发明,可提供一种用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物,其可制造含有单边为约1微米的白色滤光片像素的彩色滤光片,且确保当所述彩色滤光片安装于影像感测器中时,可在所述影像感测器中在高灵敏度下捕捉高品质影像;以及使用所述组成物的固态摄影元件的彩色滤光片的制造方法、固态摄影元件的彩色滤光片以及固态摄影元件。
附图说明
图1为显示含有白色滤光片像素的彩色滤光片的实例的示意图,所述彩色滤光片安装于固态摄影元件中。
具体实施方式
以下详细描述本发明的用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物。
在本发明的描述中,当在不指定是否经取代或未经取代的情况下表示基团(原子团)时,所述基团包括不具有取代基的基团与具有取代基的基团。举例而言,“烷基”不仅包括不具有取代基的烷基(未经取代的烷基),而且包括具有取代基的烷基(经取代的烷基)。
在本发明的描述中,术语“光化射线”或“放射线”指示例如汞灯的明线光谱、由准分子雷射(excimer laser)代表的远紫外线、极紫外线(EUV光)、X射线或电子束。又,在本发明中,“光”意谓光化射线或放射线。在本发明的描述中,除非另有指示,否则“曝光”不仅包括曝露于汞灯、由准分子雷射代表的远紫外线、X射线、EUV光或其类似物,而且包括用诸如电子束以及离子束的粒子束的微影。
以下根据本发明的代表性实施例来描述组分要求,但本发明并不限于这些实施例。附带而言,在本发明的描述中,以“(数值)至(数值)”表示的范围意谓包括“至”之前以及之后的数值分别作为下限以及上限的范围。
在本发明的描述中,术语“(甲基)丙烯酸酯”指示丙烯酸酯以及甲基丙烯酸酯,术语“(甲基)丙烯基”指示丙烯基以及甲基丙烯基,且术语“(甲基)丙烯酰基”指示丙烯酰基以及甲基丙烯酰基。又,在本发明的描述中,“单体物质”与“单体”具有相同含义。如本发明中所用的“单体”与寡聚物以及聚合物有所区别且指示质量平均分子量为小于或等于2,000的化合物。在本发明的描述中,术语“可聚合化合物”指示具有可聚合基团且可为单体或聚合物的化合物。术语“可聚合基团”指示参与聚合反应的基团。
本发明的用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物为含有(A)光聚合起始剂、(B)可聚合化合物以及(C)碱溶性树脂的用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物,其中由所述感光性透明组成物获得的固化膜对于波长为633纳米的光具有1.60至1.90的折射率。
藉由使用本发明的用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物,可在显影浮渣减少的状态下在高解析度下获得尽管单边尺寸为约1微米但仍具有极佳图案轮廓的图案,以及藉由使用所获得的图案作为白色滤光片,可在影像感测器中捕捉高品质影像的原因尚不清楚,但认为感光性透明组成物含有碱溶性树脂的组态极大地有助于获得以上效果。
又,藉由设计感光性透明组成物以使得由感光性透明组成物获得的固化膜具有相对高的折射率,更特定言之,使得由用于彩色滤光片的感光性透明组成物获得的固化膜对于波长为633纳米的光的折射率大于或等于1.60,当将所述膜安装于影像感测器中作为单边尺寸为约1微米的白色滤光片时,可在高灵敏度下进行在所述影像感测器中的摄影,且认为这是因为白色滤光片的折射率大于或等于1.60且由此可能藉由波导作用(waveguide effect)而易于在固态摄影元件的摄影部分中收集入射光。
藉由设计感光性透明组成物以使得由用于彩色滤光片的感光性透明组成物获得的固化膜对于波长为633纳米的光具有小于或等于1.90的高折射率,可形成单边尺寸为约1微米的图案。
通常,本发明的感光性透明组成物较佳为负片组成物(用于形成负片图案的组成物)。
以下详细描述本发明的感光性透明组成物的每一组分。
[1](A)光聚合起始剂
本发明的感光性透明组成物含有光聚合起始剂。
由于含有光聚合起始剂,故赋予透明组成物感光性,且由于含有稍后所述的可聚合化合物以及碱溶性树脂,故可藉由由透明组成物形成涂布层并使所述涂布层曝光以及显影来形成图案。由此获得的图案可用作固态摄影元件的彩色滤光片中的白色(透明)滤光片。
光聚合起始剂不受特别限制,只要其具有起始可聚合化合物聚合的能力即可,且可适当地选自己知光聚合起始剂。举例而言,对紫外光至可见光的区域内的光具有感光性的彼等起始剂为较佳,且起始剂可为能够用光激发感光剂(photoexcited sensitizer)制造某种作用以产生活性基团的活化剂或能够根据单体的种类起始阳离子性聚合的起始剂。
光聚合起始剂较佳含有至少一个种类的在约300纳米至800纳米(更佳为330纳米至500纳米)的范围内分子消光系数(molecularextinction coefficient)为至少约50的组分。
光聚合起始剂的实例包括卤化烃(halogenated hydrocarbon)衍生物(例如具有三嗪(triazine)骨架的化合物,以及具有恶二唑(oxadiazole)骨架的化合物)、酰基膦(acylphosphine)化合物(诸如酰基膦氧化物)、六芳基联咪唑(hexaarylbiimidazole)、肟化合物(诸如肟衍生物)、有机过氧化物、硫醇化合物、酮化合物、芳族鎓盐(aromatic onium salt)、酮肟醚(ketoxime ether)、胺基苯乙酮(aminoacetophenone)化合物以及羟基苯乙酮(hydroxyacetophenone)。
具有三嗪骨架的卤化烃化合物的实例包括瓦卡巴亚什(Wakabayashi)等人,日本化学会公报(Bull.Chem.Soc.Japan),42,2924(1969)中所述的化合物、英国专利1388492中所述的化合物、JP-A-53-133428中所述的化合物、德国专利3337024中所述的化合物、F.C.斯卡夫(F.C.Schaefer)等人,有机化学杂志(J.Org.Chem.),29,1527(1964)中所述的化合物、JP-A-62-58241中所述的化合物、JP-A-5-281728中所述的化合物、JP-A-5-34920中所述的化合物以及美国专利4,212,976中所述的化合物。
美国专利4,212,976中所述的化合物包括例如具有恶二唑骨架的化合物(例如2-三氯甲基-5-苯基-1,3,4-恶二唑、2-三氯甲基-5-(4-氯苯基)-1,3,4-恶二唑、2-三氯甲基-5-(1-萘基)-1,3,4-恶二唑、2-三氯甲基-5-(2-萘基)-1,3,4-恶二唑、2-三溴甲基-5-苯基-1,3,4-恶二唑、2-三溴甲基-5-(2-萘基)-1,3,4-恶二唑、2-三氯甲基-5-苯乙烯基-1,3,4-恶二唑、2-三氯甲基-5-(4-氯苯乙烯基)-1,3,4-恶二唑、2-三氯甲基-5-(4-甲氧基苯乙烯基)-1,3,4-恶二唑、2-三氯甲基-5-(1-萘基)-1,3,4-恶二唑、2-三氯甲基-5-(4-正丁氧基苯乙烯基)-1,3,4-恶二唑、2-三溴甲基-5-苯乙烯基-1,3,4-恶二唑)。
除上述外的光聚合起始剂的实例包括吖啶(acridine)衍生物(例如9-苯基吖啶、1,7-双(9,9′-吖啶基)庚烷)、N-苯基甘胺酸(N-phenylglycine)、多卤化合物(例如四溴化碳、苯基三溴甲基砜、苯基三氯甲基酮)、香豆素(coumarin)(例如3-(2-苯并糠酰基)-7-二乙胺基香豆素、3-(2-苯并糠酰基)-7-(1-吡咯啶基)香豆素、3-苯甲酰基-7-二乙基胺基香豆素、3-(2-甲氧基苯甲酰基)-7-二乙基胺基香豆素、3-(4-二甲基胺基苯甲酰基)-7-二乙基胺基香豆素、3,3′-羰基双(5,7-二正丙氧基香豆素)、3,3′-羰基双(7-二乙基胺基香豆素)、3-苯甲酰基-7-甲氧基香豆素、3-(2-糠酰基)-7-二乙基胺基香豆素、3-(4-二乙基胺基桂皮酰基)-7-二乙基胺基香豆素、7-甲氧基-3-(3-吡啶基羰基)香豆素、3-苯甲酰基-5,7-二丙氧基香豆素、7-苯并三唑-2-基香豆素,JP-A-5-19475、JP-A-7-271028、JP-A-2002-363206、JP-A-2002-363207、JP-A-2002-363208以及JP-A-2002-363209中所述的香豆素化合物)、酰基膦氧化物(例如双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯膦氧化物、双(2,6-二甲氧基苯甲酰基)-2,4,4-三甲基-戊基苯基膦氧化物、Lucirin TPO)、茂金属(metallocene)(例如双(η5-2,4-环戊二烯-1-基)-双(2,6-二氟-3-(1H-吡咯-1-基)-苯基)钛、η5-环戊二烯基-η6-茴香基-铁(1+)-六氟磷酸盐(1-))以及JP-A-53-133428、JP-B-57-1819(如本文中所使用的术语“JP-B”意谓“经审查日本专利公开案”)、JP-B-57-6096以及美国专利3,615,455中所述的化合物。
酮化合物的实例包括二苯甲酮(benzophenone)、2-甲基二苯甲酮、3-甲基二苯甲酮、4-甲基二苯甲酮、4-甲氧基二苯甲酮、2-氯二苯甲酮、4-氯二苯甲酮、4-溴二苯甲酮、2-羧基二苯甲酮、2-乙氧羰基二苯甲酮、二苯甲酮四羧酸以及其四甲酯、4,4′-双(二烷基胺基)二苯甲酮(例如4,4′-双(二甲基胺基)二苯甲酮、4,4′-双(二环己基胺基)二苯甲酮、4,4′-双(二乙基胺基)二苯甲酮、4,4′-双(二羟基乙基胺基)二苯甲酮、4-甲氧基-4′-二甲基胺基二苯甲酮、4,4′-二甲氧基二苯甲酮、4-二甲基胺基二苯甲酮、4-二甲基胺基苯乙酮、苯甲基、蒽醌(anthraquinone)、2-第三丁基蒽醌、2-甲基蒽醌、菲醌(phenanthraquinone)、呫吨酮(xanthone)、噻吨酮(thioxanthone)、2-氯-噻吨酮、2,4-二乙基噻吨酮、茀酮(fluorenone)、2-苯甲基-二甲基胺基-1-(4-吗啉基苯基)-1-丁酮、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉基-1-丙酮、2-羟基-2-甲基-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙醇寡聚物、安息香(benzoin)、安息香醚(例如安息香甲醚、安息香乙醚、安息香丙醚、安息香异丙醚、安息香苯醚、苯甲基二甲基缩酮)、吖啶酮(acridone)、氯吖啶酮、N-甲基吖啶酮、N-丁基吖啶酮以及N-丁基-氯吖啶酮。
羟基苯乙酮化合物、胺基苯乙酮化合物以及酰基膦化合物亦可适合用作光聚合起始剂。更特定言之,举例而言,可使用JP-A-10-291969中所述的胺基苯乙酮类起始剂以及日本专利4225898中所述的酰基膦氧化物类起始剂。
作为羟基苯乙酮类起始剂,可使用艳佳固(IRGACURE)-184、达罗库(DAROCUR)-1173、艳佳固-500、艳佳固-2959以及艳佳固-127(商品名称,全部均由日本汽巴公司(CIBA Japan)制造)。作为胺基苯乙酮类起始剂,可使用市售产品艳佳固-907、艳佳固-369以及艳佳固-379(商品名称,全部均由日本汽巴公司制造)。JP-A-2009-191179中所述的吸收波长匹配具有诸如365纳米或405纳米的长波长的光源的化合物亦可用作胺基苯乙酮类起始剂。作为酰基膦类起始剂,亦可使用市售产品艳佳固-819以及达罗库-TPO(商品名称,两者皆由日本汽巴公司制造)。
更佳光聚合起始剂包括肟类化合物。可使用的肟类起始剂的特定实例包括JP-A-2001-233842中所述的化合物、JP-A-2000-80068中所述的化合物以及JP-A-2006-342166中所述的化合物。
在本发明中适合用作光聚合起始剂的肟化合物(诸如肟衍生物)的实例包括3-苯甲酰氧基亚胺基丁-2-酮、3-乙酰氧基亚胺基丁-2-酮、3-丙酰氧基亚胺基丁-2-酮、2-乙酰氧基亚胺基戊-3-酮、2-乙酰氧基亚胺基-1-苯基丙-1-酮、2-苯甲酰氧基亚胺基-1-苯基丙-1-酮、3-(4-甲苯磺酰基氧基)亚胺基丁-2-酮以及2-乙氧羰基氧基亚胺基-1-苯基丙-1-酮。
肟酯化合物的实例包括化学会志:帕金汇刊II(J.C.S.Perkin II),第1653-1660页(1979)、化学会志:帕金汇刊II,第156-162页(1979)、光聚合物科学与技术杂志(Journal of Photopolymer Science andTechnology),第202-232页(1995)、JP-A-2000-66385、JP-A-2000-80068、JP-T-2004-534797(如本文中所使用的术语“JP-T”意谓PCT专利申请案的公开日本翻译)以及JP-A-2006-342166中所述的化合物。
作为市售产品,亦可适合使用艳佳固-OXE01(由日本汽巴公司制造)以及艳佳固-OXE02(由日本汽巴公司制造)。
作为除上述者以外的肟酯化合物,举例而言,亦可使用JP-T-2009-519904中所述的肟键联于咔唑(carbazole)的N位的化合物、美国专利7,626,957中所述的杂取代基引入二苯甲酮部分中的化合物、JP-A-2010-15025以及美国专利申请公开案2009-292039中所述的硝基引入染料部分中的化合物、国际公开案2009-131189中所述的酮肟类化合物、美国专利7,556,910中所述的在同一分子中含有三嗪骨架以及氧化物骨架的化合物、以及JP-A-2009-221114中所述的在405纳米下具有最大吸收且对于g线光源展现良好灵敏度的化合物。
此外,亦可适合使用JP-A-2007-231000以及JP-A-2007-322744中所述的环肟化合物。在环肟化合物中,JP-A-2010-32985以及JP-A-2010-185072中所述的与咔唑染料稠合的环肟化合物由于高吸光度以及高灵敏度的原因而为较佳。
又,JP-A-2009-242469中所述的在肟化合物的特定位点具有不饱和键的化合物可藉由由聚合非活性基团再生活性基团而达成高灵敏度且因此可适合使用。
最佳为JP-A-2007-269779中所述的具有特定取代基的肟化合物以及JP-A-2009-191061中所述的具有硫芳基的肟化合物。
具体而言,肟化合物较佳为由下式(1)表示的化合物。附带而言,肟化合物可为肟的N-O键为(E)形式的化合物、所述键为(Z)形式的化合物,或所述键为(E)形式与(Z)形式的混合物的化合物。
(其中R以及B各独立地表示单价取代基,A表示二价有机基团,且Ar表示芳基)。
由R表示的单价取代基较佳为单价非金属原子团。单价非金属原子团的实例包括烷基、芳基、酰基、烷氧羰基、芳氧羰基、杂环基、烷基硫基羰基以及芳基硫基羰基。这些基团可具有一或多个取代基。上述取代基可进一步经另一取代基取代。
取代基的实例包括卤素原子、芳氧基、烷氧羰基、芳氧羰基、酰氧基、酰基、烷基以及芳基。
可具有取代基的烷基较佳为具有1个至30个碳数的烷基,且其特定实例包括甲基、乙基、丙基、丁基、己基、辛基、癸基、十二烷基、十八烷基、异丙基、异丁基、第二丁基、第三丁基、1-乙基戊基、环戊基、环己基、三氟甲基、2-乙基己基、苯甲酰甲基、1-萘甲酰基甲基、2-萘甲酰基甲基、4-甲基硫基苯甲酰甲基、4-苯基硫基苯甲酰甲基、4-二甲基胺基苯甲酰甲基、4-氰基苯甲酰甲基、4-甲基苯甲酰甲基、2-甲基苯甲酰甲基、3-氟苯甲酰甲基、3-三氟甲基苯甲酰甲基以及3-硝基苯甲酰甲基。
可具有取代基的芳基较佳为具有6个至30个碳数的芳基,且其特定实例包括苯基(phenyl group)、联苯基(biphenyl group)、1-萘基(1-naphthyl group)、2-萘基(2-naphthyl group)、9-蒽基(9-anthryl group)、9-菲基(9-phenanthryl group)、1-芘基(1-pyrenyl group)、5-稠四苯基(5-naphthacenyl group)、1-茚基(1-indenyl group)、2-薁基(2-azulenylgroup)、9-茀基(9-fluorenyl group)、联三苯基(terphenyl group)、联四苯基(quaterphenyl group)、邻甲苯基(o-tolyl group)、间甲苯基(m-tolyl group)、对甲苯基(p-tolyl group)、二甲苯基(xylyl group)、邻异丙苯基(o-cumenyl group)、间异丙苯基(m-cumenyl group)、对异丙苯基(p-cumenyl group)、均三甲苯基(mesityl group)、并环戊二烯基(pentalenyl group)、联萘基(binaphthalenyl group)、联三萘基(ternaphthalenyl group)、联四萘基(quaternaphthalenyl group)、并环庚三烯基(heptalenyl group)、亚联苯基(biphenylenyl group)、二环戊二烯并苯基(indacenyl group)、茀蒽基(fluoranthenyl group)、苊基(acenaphthylenyl group)、乙烯合蒽基(aceanthrylenyl group)、丙烯合萘基(phenalenyl group)、茀基(fluorenyl group)、蒽基(anthrylgroup)、联蒽基(bianthracenyl group)、联三蒽基(teranthracenyl group)、联四蒽基(quateranthracenyl group)、蒽醌基(anthraquinolyl group)、菲基(phenanthryl group)、联亚三苯基(triphenylenyl group)、芘基(pyrenyl group)、屈基(chrysenyl group)、稠四苯基(naphthacenyl group)、七曜烯基(pleiadenyl group)、苉基(picenyl group)、苝基(perylenylgroup)、联五苯基(pentaphenyl group)、稠五苯基(pentacenyl group)、联亚四苯基(tetraphenylenyl group)、联六苯基(hexaphenyl group)、稠六苯基(hexacenyl group)、茹基(rubicenyl group)、蔻基(coronenylgroup)、联亚三萘基(trinaphthylenyl group)、联七苯基(heptaphenylgroup)、稠七苯基(heptacenyl group)、苒基(pyranthrenyl group)以及莪基(ovalenyl group)。
可具有取代基的酰基较佳为具有2个至20个碳数的酰基,且其特定实例包括乙酰基、丙酰基、丁酰基、三氟乙酰基、戊酰基、苯甲酰基、1-萘甲酰基、2-萘甲酰基、4-甲基硫基苯甲酰基、4-苯基硫基苯甲酰基、4-二甲基胺基苯甲酰基、4-二乙基胺基苯甲酰基、2-氯苯甲酰基、2-甲基苯甲酰基、2-甲氧基苯甲酰基、2-丁氧基苯甲酰基、3-氯苯甲酰基、3-三氟甲基苯甲酰基、3-氰基苯甲酰基、3-硝基苯甲酰基、4-氟苯甲酰基、4-氰基苯甲酰基以及4-甲氧基苯甲酰基。
可具有取代基的烷氧羰基较佳为具有2个至20个碳数的烷氧羰基,且其特定实例包括甲氧羰基、乙氧羰基、丙氧羰基、丁氧羰基、己氧羰基、辛氧羰基、癸氧羰基、十八烷氧羰基以及三氟甲基氧羰基。
可具有取代基的芳氧羰基的特定实例包括苯氧羰基、1-萘氧羰基、2-萘氧羰基、4-甲基硫基苯氧羰基、4-苯基硫基苯氧羰基、4-二甲基胺基苯氧羰基、4-二乙基胺基苯氧羰基、2-氯苯氧羰基、2-甲基苯氧羰基、2-甲氧基苯氧羰基、2-丁氧基苯氧羰基、3-氯苯氧羰基、3-三氟甲基苯氧羰基、3-氰基苯氧羰基、3-硝基苯氧羰基、4-氟苯氧羰基、4-氰基苯氧羰基以及4-甲氧基苯氧羰基。
可具有取代基的杂环基较佳为含有氮原子、氧原子、硫原子或磷原子的芳族或脂族杂环。
其特定实例包括噻吩基(thienyl group)、苯并[b]噻吩基(benzo[b]thienyl group)、萘并[2,3-b]噻吩基(naphtho[2,3-b]thienylgroup)、噻嗯基(thianthrenyl group)、呋喃基(furyl group)、哌喃基(pyranyl group)、异苯并呋喃基(isobenzofuranyl group)、苯并哌喃基(chromenyl group)、呫吨基(xanthenyl group)、啡恶噻基(phenoxathiinylgroup)、2H-吡咯基(2H-pyrrolyl group)、吡咯基(pyrrolyl group)、咪唑基(imidazolyl group)、吡唑基(pyrazolyl group)、吡啶基(pyridylgroup)、吡嗪基(pyrazinyl group)、嘧啶基(pyrimidinyl group)、哒嗪基(pyridazinyl group)、吲嗪基(indolizinyl group)、异吲哚基(isoindolylgroup)、3H-吲哚基(3H-indolyl group)、吲哚基(indolyl group)、1H-吲唑基(1H-indazolyl group)、嘌呤基(purinyl group)、4H-喹嗪基(4H-quinolizinyl group)、异喹啉基(isoquinolyl group)、喹啉基(quinolylgroup)、酞嗪基(phthalazinyl group)、萘啶基(naphthyridinyl group)、喹喏啉基(quinoxanilyl group)、喹唑啉基(quinazolinyl group)、噌啉基(cinnolinyl group)、喋啶基(pteridinyl group)、4aH-咔唑基(4aH-carbazolyl group)、咔唑基(carbazolyl group)、β-咔啉基(β-carbolinyl group)、啡啶基(phenanthridinyl group)、吖啶基(acridinylgroup)、呸啶基(perimidinyl group)、啡啉基(phenanthrolinyl group)、啡嗪基(phenazinyl group)、啡呻嗪基(phenarsazinyl group)、异噻唑基(isothiazolyl group)、啡噻嗪基(phenothiazinyl group)、异恶唑基(isoxazolyl group)、呋吖基(furazanyl group)、啡恶嗪基(phenoxazinylgroup)、异苯并二氢哌喃基(isochromanyl group)、苯并二氢哌喃基(chromanyl group)、吡咯啶基(pyrrolidinyl group)、吡咯啉基(pyrrolinylgroup)、咪唑啶基(imidazolidinyl group)、咪唑啉基(imidazolinyl group)、吡唑啶基(pyrazolidinyl group)、吡唑啉基(pyrazolinyl group)、哌啶基(piperidyl group)、哌嗪基(piperazinyl group)、吲哚啉基(indolinylgroup)、异吲哚啉基(isoindolinyl group)、奎宁环基(quinuclidinyl group)、吗啉基(morpholinyl group)以及噻吨酮基(thioxantholyl group)。
可具有取代基的烷硫基羰基的特定实例包括甲硫基羰基、丙硫基羰基、丁硫基羰基、己硫基羰基、辛硫基羰基、癸硫基羰基、十八烷硫基羰基以及三氟甲硫基羰基。
可具有取代基的芳硫基羰基的特定实例包括1-萘硫基羰基、2-萘硫基羰基、4-甲基硫基苯硫基羰基、4-苯基硫基苯硫基羰基、4-二甲基胺基苯硫基羰基、4-二乙基胺基苯硫基羰基、2-氯苯硫基羰基、2-甲基苯硫基羰基、2-甲氧基苯硫基羰基、2-丁氧基苯硫基羰基、3-氯苯硫基羰基、3-三氟甲基苯硫基羰基、3-氰基苯硫基羰基、3-硝基苯硫基羰基、4-氟苯硫基羰基、4-氰基苯硫基羰基以及4-甲氧基苯硫基羰基。
由B表示的单价取代基指示芳基、杂环基、芳基羰基或杂环羰基。这些基团可具有一或多个取代基。取代基的实例包括上述取代基。又,上述取代基可进一步经另一取代基取代。
特别是,以下所示的结构为较佳。
在所述结构中,Y、X以及n与稍后所述的式(2)中的Y、X以及n具有相同含义,且其较佳实例亦相同。
由A表示的二价有机基团的实例包括亚烷基(较佳为具有1个至12个碳数的亚烷基)、亚环己基(较佳为具有6个至12个碳数的亚环己基)以及亚炔基(较佳为具有2个至12个碳数的亚炔基)。这些基团可具有一或多个取代基。取代基的实例包括上述取代基。又,上述取代基可进一步经另一取代基取代。
特别是,根据提高灵敏度以及抑制由加热或老化引起的着色的观点,A较佳为未经取代的亚烷基、经烷基(例如甲基、乙基、第三丁基、十二烷基)取代的亚烷基、经烯基(例如乙烯基、烯丙基)取代的亚烷基或经芳基(例如苯基、对甲苯基、二甲苯基、茴香基、萘基、蒽基、菲基、苯乙烯基)取代的亚烷基。
由Ar表示的芳基较佳为具有6个至30个碳数的芳基且可具有取代基。取代基的实例与引入上文说明为可具有取代基的芳基的特定实例的经取代芳基中的取代基的实例相同。
特别是,根据提高灵敏度以及抑制由加热或老化引起的着色的观点,经取代或未经取代的苯基为较佳。
鉴于灵敏度,式(1)中由Ar以及与其相邻的S所形成的结构“SAr”较佳为以下所示的结构。在所述结构中,Me表示甲基,且Et表示乙基。
肟化合物较佳为由下式(2)表示的化合物:
(其中R以及X各独立地表示单价取代基,A以及Y各独立地表示二价有机基团,Ar表示芳基,且n为0至5的整数)。
在式(2)中,R、A以及Ar与式(1)中的R、A以及Ar具有相同含义,且其较佳实例亦相同。
由X表示的单价取代基的实例包括烷基、芳基、烷氧基、芳氧基、酰氧基、烷氧羰基、胺基、杂环基以及卤素原子。这些基团可具有一或多个取代基。取代基的实例包括上述取代基。又,上述取代基可进一步经另一取代基取代。
特别是,鉴于溶剂溶解度以及提高在长波长区中的吸收效率,X较佳为烷基。
在式(2)中,n表示0至5的整数且较佳为0至2的整数。
由Y表示的二价有机基团的实例包括以下所示的结构。在以下所示的基团中,“*”指示与相邻于式(2)中的Y的碳原子的键结位置。
在这些结构中,鉴于高灵敏度,以下所示的结构为较佳。
肟化合物更佳为由下式(3)表示的化合物:
在式(3)中,R以及X各独立地表示单价取代基,A表示二价有机基团,Ar表示芳基,且n为0至5的整数。
在式(3)中,R、X、A、Ar以及n与式(2)中的R、X、A、Ar以及n具有相同含义,且其较佳实例亦相同。
以下说明适合使用的肟化合物的特定实例(B-1)至(B-10),但本发明并不限于此。
肟化合物为在350纳米至500纳米的波长区域中具有最大吸收波长的化合物,较佳为在360纳米至480纳米的波长区域中具有吸收波长的化合物,更佳为在365纳米以及455纳米的波长下具有高吸光度的化合物。
鉴于灵敏度,肟化合物在365纳米或405纳米的波长下的摩尔消光系数(molar extinction coefficient)较佳为1,000至300,000,更佳为2,000至300,000,更佳为5,000至200,000。
化合物的摩尔消光系数可使用已知方法量测,但具体而言,例如摩尔消光系数较佳在紫外-可见光分光光度计(凯里(Carry)-5分光光度计,由瓦里安公司(Varian Inc.)制造)中藉由使用乙酸乙酯溶剂在0.01公克/公升的浓度下量测。
作为用于本发明中的自由基光聚合起始剂,必要时可组合使用大于或等于两个种类的化合物。
以本发明的感光性透明组成物的整个固体含量计,光聚合起始剂的含量较佳为0.1质量%至10质量%,更佳为0.3质量%至5质量%,更佳为0.4质量%至4质量%。
出于提高自由基起始剂的自由基产生效率以及使感光性波长向较长波长侧移动的目的,感光性透明组成物可含有感光剂。可用于本发明中的感光剂较佳为能够藉由电子转移机制或能量转移机制使(C)自由基光聚合起始剂灵敏的感光剂。
用于感光性透明组成物中的感光剂的实例包括JP-A-2008-32803第[0101]至[0154]段中所述的化合物。
鉴于光吸收至深部的效率以及起始-分解效率,就固体含量而言,感光性透明组成物中感光剂的含量较佳为0.1质量%至20质量%,更佳为0.5质量%至15质量%。
可单独使用一种感光剂,或可组合使用大于或等于两种感光剂。
[2](B)可聚合化合物
本发明的感光性透明组成物含有可聚合化合物。
此处,所述可聚合化合物为能够藉由活性物质的作用引起聚合的化合物。所述活性物质的实例包括自由基、酸以及碱。
在活性物质为自由基的情况下,通常使用具有末端乙烯系不饱和键作为可聚合基团的化合物作为可聚合化合物。
在活性物质为诸如磺酸、磷酸、亚磺酸、羧酸、硫酸以及硫酸单酯的酸的情况下,例如使用具有诸如环氧基、氧杂环丁烷基以及四氢呋喃基的环醚基团或乙烯基苯基团的化合物作为可聚合化合物。
在活性物质为碱(诸如胺基化合物)的情况下,例如使用具有诸如环氧基、氧杂环丁烷基以及四氢呋喃基的环醚基团或乙烯基苯基团的化合物作为可聚合化合物。
可聚合化合物较佳选自具有至少一个末端乙烯系不饱和键、更佳大于或等于两个末端乙烯系不饱和键的化合物。所述化合物在此工业领域中普遍已知,且这些化合物可用于本发明中而无任何特别限制。化合物可呈任何化学形式,诸如单体、预聚物(亦即二聚物、三聚物或寡聚物)以及其混合物或多聚物。关于用于本发明中的可聚合化合物,可单独使用一种化合物,或可组合使用大于或等于两种化合物。
更特定言之,单体以及其预聚物的实例包括不饱和羧酸(诸如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、丁烯酸、异丁烯酸以及顺丁烯二酸)、其酯以及酰胺、以及其多聚物。不饱和羧酸与脂族多元醇化合物的酯、不饱和羧酸与脂族多价胺化合物的酰胺以及其多聚物为较佳。举例而言,亦可适合使用具有亲核取代基(诸如羟基、胺基以及巯基)的不饱和羧酸酯或酰胺与单官能性或多官能性异氰酸酯或环氧化物的加成反应产物,以及所述不饱和羧酸酯或酰胺与单官能性或多官能性羧酸的脱水缩合反应产物。此外,具有亲电子取代基(诸如异氰酸酯基以及环氧基)的不饱和羧酸酯或酰胺与单官能性或多官能性醇、胺或硫醇的加成反应产物,以及具有离去取代基(诸如卤素基团以及甲苯磺酰氧基)的不饱和羧酸酯或酰胺与单官能性或多官能性醇、胺或硫醇的取代反应产物亦为较佳。作为其他实例,亦可使用经不饱和膦酸、乙烯基苯衍生物(诸如苯乙烯)、乙烯基醚、烯丙醚或其类似物置换的上述不饱和羧酸的化合物。
关于其特定化合物,JP-A-2009-288705第0095至0108段中所述的化合物亦可适用于本发明中。
具有至少一个加成可聚合亚乙基作为可聚合单体且在正常压力下沸点大于或等于100℃的含有乙烯系不饱和基团的化合物亦较佳作为可聚合化合物。其实例包括单官能性丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯,诸如聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇单(甲基)丙烯酸酯以及(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯;多官能性丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯,诸如聚乙二醇二(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、异戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、异戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二异戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、二异戊四醇六(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、异三聚氰酸三(丙烯酰基氧基乙基)酯,藉由使氧化乙烯或氧化丙烯与多官能性醇(例如甘油、三羟甲基乙烷)加成且使加合物(adduct)(甲基)丙烯酸化所获得的化合物,JP-B-48-41708、JP-B-50-6034以及JP-A-51-37193中所述的(甲基)丙烯酸胺基甲酸酯,JP-A-48-64183、JP-B-49-43191以及JP-B-52-30490中所述的丙烯酸聚酯,以及作为环氧树脂与(甲基)丙烯酸的反应产物的环氧丙烯酸酯;以及其混合物。
其他实例包括藉由使多官能性羧酸与具有环醚基团以及乙烯系不饱和基团(诸如(甲基)丙烯酸缩水甘油酯)的化合物反应所获得的多官能性(甲基)丙烯酸酯。
作为其他较佳可聚合化合物,亦可使用JP-A-2010-160418、JP-A-2010-129825以及日本专利4,364,216中所述的具有茀环以及双官能性或较高官能性乙烯系可聚合基团的化合物以及卡多树脂(cardoresin)。
作为在正常压力下沸点大于或等于100℃且具有至少一个加成可聚合乙烯系不饱和基团的化合物,JP-A-2008-292970第[0254]至[0257]段中所述的化合物亦为较佳。
另外,可适合使用由以下式(MO-1)至式(MO-5)所示的自由基可聚合单体。在所述式中,当T为氧化烯基时,R键结于碳原子侧的末端。
在所述式中,n为0至14且m为1至8。R或T各可与存在于一个分子中的每一个其他的R或T相同或不同。
在由式(MO-1)至式(MO-5)表示的自由基可聚合单体的每一者中,多个R中的至少一者表示由-OC(=O)CH=CH2或-OC(=O)C(CH3)=CH2表示的基团。
关于由式(MO-1)至式(MO-5)表示的自由基可聚合单体的特定实例,在本发明中亦可适合使用JP-A-2007-269779第0248至0251段中所述的化合物。
JP-A-10-62986中以式(1)以及式(2)描述的藉由使氧化乙烯或氧化丙烯与上述多官能性醇加成且使加合物(甲基)丙烯酸化所获得的化合物以及其特定实例亦可用作可聚合化合物。
特别是,较佳可聚合化合物为二异戊四醇六丙烯酸酯(作为市售产品,卡亚拉德(KAYARAD)D-330,由日本化药株式会社(Nippon KayakuCo.,Ltd.)制造)、二异戊四醇四丙烯酸酯(作为市售产品,卡亚拉德D-320,由日本化药株式会社制造)、二异戊四醇五(甲基)丙烯酸酯(作为市售产品,卡亚拉德D-310,由日本化药株式会社制造)、二异戊四醇六(甲基)丙烯酸酯(作为市售产品,卡亚拉德DPHA,由日本化药株式会社制造)以及以上化合物的(甲基)丙烯酰基经由乙二醇或丙二醇残基键结的结构。亦可使用其寡聚物类型。
可聚合化合物可具有诸如羧基、磺酸基以及磷酸基的酸性基团,且其适合实例包括含有酸性基团的乙烯系不饱和化合物。含有酸性基团的乙烯系不饱和化合物可例如藉由使多官能性醇中的一部分羟基经(甲基)丙烯酸化以及经由与酸酐的加成反应使剩余羟基转化为羧基的方法来获得。
如在以上混合物的情况下具有未反应的羧基的乙烯系化合物可直接使用,但必要时,可使非芳族羧酸酐与乙烯系化合物的羟基反应以引入酸性基团。在此情况下,非芳族羧酸酐的特定实例包括四氢邻苯二甲酸酐、烷基化四氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、烷基化六氢邻苯二甲酸酐、丁二酸酐以及顺丁烯二酸酐。
在本发明中,含有酸性基团的单体较佳为多官能性单体,其为脂族聚羟基化合物以及不饱和羧酸的酯且藉由使非芳族羧酸酐与脂族聚羟基化合物的未反应的羟基反应来获得,更佳为以上脂族聚羟基化合物为异戊四醇及/或二异戊四醇的酯。其市售产品的实例包括经多元酸修饰的丙烯酰基寡聚物M-510以及M-520,其由东亚合成株式会社(ToagoseiCO.,Ltd)制造。
可单独使用这些单体中的一者,但因为鉴于生产而难以使用单一化合物,所以可混合并使用大于或等于两种单体。必要时,亦可组合使用无酸性基团的多官能性单体以及含有酸性基团的单体作为所述单体。
含有酸性基团的多官能性单体的酸值较佳为0.1毫克KOH/公克至40毫克KOH/公克,更佳为5毫克KOH/公克至30毫克KOH/公克。若多官能性单体的酸值过低,则显影剂的溶解度特征降低,然而若其过高,则生产或处理变得困难,且光聚合效能下降,从而削弱诸如像素的表面光滑度的固化性。因此,在组合使用大于或等于两种酸性基团不同的多官能性单体或组合使用无酸性基团的多官能性单体的情况下,有必要调整单体以使得整个多官能性单体的酸值在以上范围内。
用于本发明中的可聚合化合物亦较佳为选择自由以下式(i)以及式(ii)表示的化合物所组成的群中的至少一化合物:
在式(i)及式(ii)中,各E独立地表示-((CH2)yCH2O)-或-((CH2)yCH(CH3)O)-,各y独立地表示0至10的整数,且各X独立地表示丙烯酰基、甲基丙烯酰基、氢原子或羧基。
在式(i)中,丙烯酰基以及甲基丙烯酰基的总数为3或4,各m独立地表示0至10的整数,且各别m的总和为0至40的整数,其限制条件为当各别m的总和为0时,任一X为羧基。
在式(ii)中,丙烯酰基以及甲基丙烯酰基的总数为5或6,各n独立地表示0至10的整数,且各别n的总和为0至60的整数,其限制条件为当各别n的总和为0时,任一X为羧基。
在式(i)中,m较佳为0至6的整数,更佳为0至4的整数,各别m的总和较佳为2至40的整数,更佳为2至16的整数,更佳为4至8的整数。
在式(ii)中,n较佳为0至6的整数,更佳为0至4的整数,各别n的总和较佳为3至60的整数,更佳为3至24的整数,更佳为6至12的整数。
在式(i)或式(ii)中的-((CH2)yCH2O)-或-((CH2)yCH(CH3)O)-的一较佳实施例中,在氧原子侧的末端键结于X。
可单独使用由式(i)以及式(ii)表示的化合物中的一者,或可组合使用其中大于或等于两者。详言之,式(ii)中的所有6个X均为丙烯酰基的实施例为较佳。
可聚合化合物中由式(i)或式(ii)表示的化合物的总含量较佳大于或等于20质量%,更佳大于或等于50质量%。
由式(i)或式(ii)表示的化合物可经由以下步骤合成:藉由开环加成反应使氧化乙烯或氧化丙烯的开环骨架结合至异戊四醇或二异戊四醇的步骤,以及藉由例如使(甲基)丙烯酰基氯化物反应来将(甲基)丙烯酰基引入所述开环骨架的末端羟基中的步骤,所述步骤为通常已知的步骤。每一过程为习知过程且由式(i)或式(ii)表示的化合物可由所属领域具通常知识者容易地合成。
在由式(i)及(ii)表示的化合物中,异戊四醇衍生物及/或二异戊四醇衍生物为较佳。
化合物的特定实例包括由以下式(a)至式(f)表示的化合物(下文有时称为化合物(a)至化合物(f)),其中化合物(a)、化合物(b)、化合物(e)以及化合物(f)为较佳。
(各别n的总和为6)
(各别n的总和为12)
(各别n的总和为12)
(各别n的总和为6)
(各别m的总和为4)
(各别m的总和为12)
由式(i)以及式(ii)表示的可聚合化合物的市售产品的实例包括具有四个亚乙基氧基链的四官能性丙烯酸酯SR-494,由沙多玛公司(Sartomer Company,Inc)制造;以及具有六个亚戊基氧基链的六官能性丙烯酸酯DPCA-60及具有三个亚异丁基氧基链的三官能性丙烯酸酯TPA-330,皆由日本化药株式会社制造。
此外,JP-B-48-41708、JP-A-51-37193、JP-B-2-32293以及JP-B-2-16765中所述的丙烯酸胺基甲酸酯以及JP-B-58-49860、JP-B-56-17654、JP-B-62-39417以及JP-B-62-39418中所述的具有氧化乙烯类骨架的胺基甲酸酯化合物亦适合用作可聚合化合物。另外,藉由使用JP-A-63-277653、JP-A-63-260909以及JP-A-1-105238中所述的在分子中具有胺基结构或硫化物结构的加成-可聚合化合物作为可聚合化合物,可获得具有极佳感光性速度的可固化组成物。
可聚合化合物的市售产品的实例包括胺基甲酸酯寡聚物UAS-10、UAB-140(由山阳国策造纸株式会社(Sanyo Kokusaku Pulp Co.,Ltd.)制造)、UA-7200(由新中村化学工业株式会社(Shin-Nakamura ChemicalCo.,Ltd.)制造)、DPHA-40H(由日本化药株式会社制造)、UA-306H、UA-306T、UA-306I、AH-600、T-600以及AI-600(由共荣社化学株式会社(Kyoeisha Chemical Co.,Ltd.)制造)。
关于可聚合化合物,结构以及使用方法(诸如单一或组合使用)以及添加量的详情可根据感光性透明组成物的最终效能的设计任意设定。举例而言,鉴于灵敏度,每一分子具有大的不饱和基团含量的结构为较佳,且在许多情况下,双官能性或较高官能性结构为较佳。根据增加固化膜的强度的观点,三官能性或较高官能性化合物为较佳,且组合使用官能基数目不同或可聚合基团不同的化合物(例如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯类化合物以及乙烯基醚类化合物)来控制灵敏度与强度的方法亦有效。此外,因为可控制感光性透明组成物的可显影性且获得极佳图案形成,故组合使用氧化乙烯链长度不同的三官能性或较高官能性可聚合化合物为较佳。可聚合化合物的选择以及使用方法对于与感光性透明组成物中所含的其他组分(例如光聚合起始剂以及碱溶性树脂)的相容性以及可分散性亦为重要因素。举例而言,相容性有时可藉由使用低纯度化合物或组合使用大于或等于两个种类的化合物来增强。亦可以改良与载体或其类似物的硬表面的粘着性为目的来选择特定结构。
以下说明可聚合化合物的特定实例,但本发明并不限于此。
关于可聚合化合物,可使用一个种类的化合物,或可组合使用大于或等于两个种类的化合物。
以感光性透明组成物中的固体含量计,本发明的感光性透明组成物中可聚合化合物的含量较佳为0.1质量%至90质量%,更佳为1.0质量%至80质量%,更佳为2.0质量%至70质量%。
[3](C)碱溶性树脂
本发明的感光性透明组成物更含有碱溶性树脂。
所述碱溶性树脂可适当地选自如下碱溶性树脂:其为线性有机高分子聚合物且含有至少一个能够提高分子(较佳为丙烯基类共聚物或苯乙烯类共聚物为主链的分子)的碱溶性的基团。鉴于耐热性,聚羟基苯乙烯类树脂、聚硅氧烷类树脂、丙烯酸系树脂、丙烯酰胺类树脂以及丙烯基/丙烯酰胺共聚物树脂为较佳,且鉴于可显影性控制,丙烯酸系树脂、丙烯酰胺类树脂以及丙烯基/丙烯酰胺共聚物树脂为较佳。
能够提高碱溶性的基团的实例包括酸性基团、醇系羟基、吡咯啶酮基团以及氧化烯基团,其中酸性基团为较佳。
所述酸性基团不受特别限制,但其实例包括羧基、活性亚甲基、磷酸基、磺酸基、酚系羟基以及羧酸酐基团。可溶于有机溶剂中且用弱碱性水溶液可显影的基团为较佳,且羧基尤其较佳。可仅使用这些酸性基团中的一者,或可使用其中大于或等于两者。
在碱溶性树脂的生产中,例如可应用藉由已知自由基聚合过程的方法。所属领域具通常知识者可容易地设定藉由自由基聚合过程生产碱溶性树脂时的聚合条件,诸如温度、压力、自由基起始剂的种类以及量、以及溶剂的种类,且亦可以实验方式确定所述条件。
用作碱溶性树脂的线性有机高分子聚合物较佳为侧链中具有羧酸的聚合物,且其实例包括甲基丙烯酸共聚物、丙烯酸共聚物、衣康酸共聚物、丁烯酸共聚物、顺丁烯二酸共聚物、部分酯化顺丁烯二酸共聚物、碱溶性酚醛树脂(诸如清漆型酚醛树脂(novolak resin))、侧链中具有羧酸的酸性纤维素衍生物以及藉由使酸酐与具有羟基的聚合物加成所获得的树脂。详言之,(甲基)丙烯酸与另一与其可共聚合的单体的共聚物适合用作碱溶性树脂。另一与(甲基)丙烯酸可共聚合的单体包括例如(甲基)丙烯酸烷酯、(甲基)丙烯酸芳酯以及乙烯基化合物。(甲基)丙烯酸烷酯以及(甲基)丙烯酸芳酯的实例包括(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸苯酯、(甲基)丙烯酸苯甲酯、(甲基)丙烯酸甲苯酯、(甲基)丙烯酸萘酯以及(甲基)丙烯酸环己酯。乙烯基化合物的实例包括苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯腈、乙酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯啶酮、甲基丙烯酸四氢糠酯、聚苯乙烯大分子单体、聚甲基丙烯酸甲酯大分子单体以及JP-A-10-300922中所述的N上经取代的顺丁烯二酰亚胺单体(N-substituted maleimide monomer)(诸如N-苯基顺丁烯二酰亚胺以及N-环己基顺丁烯二酰亚胺)。关于另一与(甲基)丙烯酸可共聚合的单体,可使用仅一个种类的单体,或可使用大于或等于两个种类的单体。
作为碱溶性树脂,亦较佳使用具有由以下式(ED)表示的化合物(下文有时称为“醚二聚物”)作为单体组分的碱溶性树脂。
式(ED):
在式(ED)中,R1以及R2各独立地表示氢原子或烃基。作为R1以及R2的烃基较佳为具有1个至25个碳数的烃基且可更具有取代基。
由于此树脂,本发明的感光性透明组成物可形成透明度以及耐热性极佳的固化膜。在显示醚二聚物的式(ED)中,由具有1个至25个碳数的R1以及R2表示且可具有取代基的烃基不受特别限制,但其实例包括直链或分支链烷基,诸如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、第三丁基、第三戊基、硬脂酰基、月桂基以及2-乙基己基;芳基,诸如苯基;脂环基,诸如环己基、第三丁基环己基、二环戊二烯基、三环癸基、异冰片基、金刚烷基以及2-甲基-2-金刚烷基;经烷氧基取代的烷基,诸如1-甲氧基乙基以及1-乙氧基乙基;以及经芳基取代的烷基,诸如苯甲基。在这些烃基中,鉴于耐热性,在酸或加热作用下不太可能离去的一级碳或二级碳的取代基(诸如甲基、乙基、环己基以及苯甲基)为较佳。
醚二聚物的特定实例包括2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二甲酯、2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二乙酯、2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二(正丙基)酯、2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二(异丙基)酯、2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二(正丁基)酯、2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二(异丁基)酯、2,2′-[氧基双(亚甲基)双-2-丙烯酸二(第三丁基)酯、2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二(第三戊基)酯、2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二(硬脂酰基)酯、2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二(月桂基)酯、2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二(2-乙基己基)酯、2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二(1-甲氧基乙基)酯、2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二(1-乙氧基乙基)酯、2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二苯甲酯、2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸联苯酯、2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二环己酯、2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二(第三丁基环己基)酯、2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二(二环戊二烯基)酯、2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二(三环癸基)酯、2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二(异冰片基)酯、2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二金刚烷酯以及2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二(2-甲基-2-金刚烷基)酯。在这些基团中,2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二甲酯、2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二乙酯、2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二环己酯以及2,2′-[氧基双(亚甲基)]双-2-丙烯酸二苯甲酯为较佳。可仅使用这些醚二聚物中的一者,或可使用其中大于或等于两者。衍生自由式(ED)表示的化合物的结构可与另一单体共聚合。
具有可聚合基团的碱溶性树脂亦可用于提高本发明的感光性透明组成物的交联效率。作为具有可聚合基团的碱溶性树脂,例如侧链中含有烯丙基、(甲基)丙烯基或烯丙氧基烷基的碱溶性树脂为适用的。含有可聚合基团的聚合物的实例包括黛安娜(DIANAL)NR系列(由三菱丽阳高分子材料有限公司(Mitsubishi Rayon Co.,Ltd.)制造)、富特姆(Photomer)6173(含有COOH的聚胺基甲酸酯丙烯酸系寡聚物,由钻石三叶草有限公司(Diamond Shamrock Co.,Ltd.)制造)、维思克特(Viscoat)R-264、KS Resist-106(两者皆由大阪有机化学工业株式会社(Osaka Organic Chemical Industry Ltd.)制造)、CYCLOMER P系列、普拉赛(PLACCEL)CF200系列(全部均由大赛璐化学工业株式会社(Daicel Chemical Industries,Ltd.)制造)以及艾比克尔(Ebecryl)3800(由大赛璐UCB有限公司(Daicel-UCB Company Ltd.)制造)。具有可聚合基团的碱溶性树脂的较佳实例包括经胺基甲酸酯修饰且含有可聚合双键的丙烯酸系树脂,其藉由先使异氰酸酯基与OH基团反应,同时留下一个未反应的异氰酸酯基,且使含有(甲基)丙烯酰基的化合物与含有羧基的丙烯酸系树脂反应来获得;含有不饱和基团的丙烯酸系树脂,其藉由使含有羧基的丙烯酸系树脂与具有环氧基与可聚合双键的化合物反应来获得;酸侧位型环氧丙烯酸酯树脂;含有可聚合双键的丙烯酸系树脂,其藉由使含有OH基团的丙烯酸系树脂与含有可聚合双键的二元酸酐反应来获得;藉由使含有OH基团的丙烯酸系树脂与具有异氰酸酯基以及可聚合基团的化合物反应所获得的树脂;以及藉由对JP-A-2002-229207以及JP-A-2003-335814中所述的侧链中含有在α位或β位具有离去基(诸如卤素原子以及磺酸酯基)的酯基的树脂应用碱性处理所获得的树脂。
作为碱溶性树脂,详言之,(甲基)丙烯酸苯甲酯/(甲基)丙烯酸共聚物以及由(甲基)丙烯酸苯甲酯/(甲基)丙烯酸/另一单体构成的多共聚物为较佳。其他实例包括甲基丙烯酸2-羟基乙酯的共聚物;以及(甲基)丙烯酸2-羟基丙酯/聚苯乙烯大分子单体/甲基丙烯酸苯甲酯/甲基丙烯酸共聚物、丙烯酸2-羟基-3-苯氧基丙酯/聚甲基丙烯酸甲酯大分子单体/甲基丙烯酸苯甲酯/甲基丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸2-羟基乙酯/聚苯乙烯大分子单体/甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸共聚物以及甲基丙烯酸2-羟基乙酯/聚苯乙烯大分子单体/甲基丙烯酸苯甲酯/甲基丙烯酸共聚物,其描述于JP-A-7-140654中。
碱溶性树脂的酸值较佳为30毫克KOH/公克至200毫克KOH/公克,更佳为50毫克KOH/公克至150毫克KOH/公克,且最佳为70毫克KOH/公克至120毫克KOH/公克。
碱溶性树脂的重量平均分子量(Mw)较佳为2,000至50,000,更佳为5,000至30,000,且最佳为7,000至20,000。
以组成物的整个固体含量计,感光性透明组成物中碱溶性树脂的含量较佳为1质量%至60质量%,更佳为2质量%至50质量%,更佳为3质量%至40质量%。
碱溶性树脂的特定实例包括以下说明的树脂(E-1)至树脂(E-8),但本发明并不限于此。连接于各单元的数值指示各单元在树脂分子中的摩尔分率。
[4](D)无机精细粒子
本发明的感光性透明组成物较佳含有无机精细粒子,且由于此无机精细粒子,由感光性透明组成物获得的固化膜对于波长为633纳米的光的折射率可容易调整至处于1.60至1.90的范围内。
无机精细粒子较佳含有选择自由Si、Ti、Zr、Al以及Sn所组成的群中的一个成员或大于或等于两个成员的氧化物,更佳为选自Ti、Al以及Sn的一个成员或大于或等于两个成员的氧化物,更佳为选自Ti以及Al的一个成员或大于或等于两个成员的氧化物。
氧化物的特定实例包括TiO2、Al2O3、SiO2、SnO以及SnO2。
无机精细粒子的制备方法例如描述于JP-A-10-81517以及JP-A-2001-26423中。
无机精细粒子较佳具有1纳米至200纳米、更佳具有10纳米至100纳米的平均粒子直径。
无机精细粒子的平均粒子直径可自藉由经由穿透式电子显微镜观察分散粒子所获得的照片来测定。测定粒子的投影面积,且由其获得圆当量直径(equivalent-circle diameter)并定义为平均粒子直径(通常量测大于或等于300个粒子以测定平均粒子直径)。
无机精细粒子的折射率较佳为1.6至2.8,更佳为1.7至2.7,且最佳为1.8至2.7。
无机精细粒子的初始粒子直径较佳为1纳米至100纳米,更佳为1纳米至60纳米。
无机精细粒子可为结晶或非晶形且可为单分散粒子或可甚至为聚集体粒子(aggregate particle),只要满足预定粒子直径即可。粒子最佳呈球形形状,但亦可呈珠粒形状、长轴/短轴比率大于或等于1的形状或不定形状。
无机精细粒子的比表面积较佳为10平方公尺/公克至2,000平方公尺/公克,更佳为20平方公尺/公克至1,800平方公尺/公克,且最佳为40平方公尺/公克至1,500平方公尺/公克。
作为无机精细粒子,可较佳使用市售产品。
可使用的市售产品的实例包括TTO系列(例如TTO-51(A)、TTO-51(C))、TTO-S以及V系列(例如TTO-S-1、TTO-S-2、TTO-V-3),其由石原产业株式会社(Ishihara Sangyo Kaisha Ltd.)制造;以及MT系列(例如MT-01、MT-05),其由帝国化工公司(Tayca Corporation)制造。
在添加无机精细粒子至含有无机精细粒子以及分散剂(稍后详细描述所述分散剂)的液体分散液式感光性透明组成物的情况下,无机精细粒子液体分散液中的无机精细粒子的含量较佳为10质量%至50质量%,更佳为15质量%至40质量%,更佳为15质量%至30质量%。
以感光性透明组成物的整个固体含量计,无机精细粒子的含量较佳为10质量%至95质量%,更佳为20质量%至90质量%,更佳为30质量%至80质量%。
在藉由使用感光性透明组成物形成膜的情况下,无机精细粒子的涂布量较佳为1毫克/平方公尺至100毫克/平方公尺,更佳为5毫克/平方公尺至80毫克/平方公尺,更佳为10毫克/平方公尺至60毫克/平方公尺。当涂布重量大于或等于1毫克/平方公尺时,由本发明的感光性透明组成物获得的固化膜对于波长为633纳米的光的折射率可容易地调整至大于或等于1.60,且当涂布重量小于或等于100毫克/平方公尺时,可防止所述膜在表面上微小不均匀性的形成以降低总反射率(integratedreflectance)。
[5](E)分散剂
本发明的感光性透明组成物,尤其在含有上述无机精细粒子的情况下,根据增强无机精细粒子的可分散性的观点,较佳更含有分散剂。
可用于本发明中的分散剂包括聚合物分散剂[例如聚酰胺基胺以及其盐、多元羧酸以及其盐、高分子量不饱和酸酯、经修饰的聚胺基甲酸酯、经修饰的聚酯、经修饰的聚(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸系共聚物以及萘磺酸-福马林(formalin)缩合物],以及界面活性剂(诸如聚氧乙烯磷酸烷基酯、聚氧乙烯烷基胺以及烷醇胺)。
根据结构,聚合物分散剂可分类为线性聚合物、末端经修饰聚合物、接枝聚合物以及嵌段聚合物。
具有锚定于表面的锚定部分的末端经修饰聚合物的实例包括JP-A-3-112992以及JP-T-2003-533455中所述的末端具有磷酸基的聚合物、JP-A-2002-273191中所述的末端具有磺酸基的聚合物、JP-A-9-77994中所述的具有有机染料部分骨架或杂环的聚合物以及JP-A-2008-29901中所述的藉由用酸酐修饰一个末端具有羟基或胺基的寡聚物或聚合物所产生的聚合物。JP-A-2007-277514中所述的将锚定于红外阻挡材料表面的大于或等于两个锚定部分(例如酸性基团、碱性基团、有机染料部分骨架、杂环)引入聚合物末端的聚合物的分散稳定性极佳且所述聚合物亦为较佳。
具有锚定于表面的锚定部分的接枝聚合物的实例包括JP-A-54-37082、JP-T-8-507960以及JP-A-2009-258668中所述的聚(低碳亚烷基亚胺)与聚酯的反应产物,JP-A-9-169821中所述的聚烯丙基胺与聚酯的反应产物,JP-A-2009-203462中所述的具有碱性基团以及酸性基团的两性分散剂树脂,JP-A-10-339949以及JP-A-2004-37986中所述的大分子单体与含有氮原子的单体的共聚物,JP-A-2003-238837、JP-A-2008-9426以及JP-A-2008-81732中所述的具有有机染料部分骨架或杂环的接枝聚合物,以及JP-A-2010-106268中所述的大分子单体与含有酸性基团的单体的共聚物。
关于藉由自由基聚合产生具有锚定于表面的锚定部分的接枝聚合物时所用的大分子单体,可使用已知大分子单体,且其实例包括大单体(MACROMONOMER)AA-6(端基为甲基丙烯酰基的聚甲基丙烯酸甲酯)、AS-6(端基为甲基丙烯酰基的聚苯乙烯)、AN-6S(苯乙烯与端基为甲基丙烯酰基的丙烯腈的共聚物)以及AB-6(端基为甲基丙烯酰基的聚丙烯酸丁酯),全部均由东亚合成株式会社(Toagosei Ltd.)制造;普拉赛FM5(5摩尔当量ε-己内酯与甲基丙烯酸2-羟基乙酯的加合物)以及FA10L(10摩尔当量ε-己内酯与丙烯酸2-羟基乙酯的加合物),两者皆由大赛璐化学工业株式会社制造;以及JP-A-2-272009中所述的聚酯类大分子单体。在这些物质中,聚酯类大分子单体具有可挠性且溶剂亲和性极佳,且鉴于无机精细粒子在感光性透明组成物中的可分散性以及分散稳定性以及使用无机精细的可聚合组成物的可显影性,其为较佳,且以JP-A-2-272009中所述的聚酯类大分子单体为代表的聚酯类大分子单体为最佳。
关于具有锚定于表面的锚定部分的嵌段聚合物,例如JP-A-2003-49110以及JP-A-2009-52010中所述的嵌段聚合物为较佳。
可使用的分散剂可适当地例如选自已知分散剂以及界面活性剂。
其特定实例包括“迪斯帕布(Disperbyk)-101(聚酰胺基胺磷酸酯)、107(羧酸酯)、110(含有酸性基团的共聚物)、130(聚酰胺)、161、162、163、164、165、166、170(高分子共聚物)”以及“毕克(BYK)-P104、P105(高分子量不饱和多元羧酸)”,全部均由毕克化学公司(BYK-Chemie)制造;“埃夫卡(EFKA)4047、4050-4010-4165(聚胺基甲酸酯类)、埃夫卡4330-4340(嵌段共聚物)、4400-4402(经修饰的聚丙烯酸酯)、5010(聚酯酰胺)、5765(高分子量聚羧酸酯)、6220(脂肪酸聚酯)以及6745(酞菁衍生物)”,全部均由埃夫卡公司(EFKA)制造;“味的素(Ajispur)PB821、PB822、PB880以及PB881”,由味之素精细化学株式会社(Ajinomoto Fine Techno Co.,Inc.)制造;“富劳伦(Flowlen)TG-710(胺基甲酸酯寡聚物)”以及“泊里富劳(Polyflow)第50E号以及第300号(丙烯酸系共聚物)”,全部均由共荣社化学株式会社制造;“迪斯帕隆(Disperon)KS-860、873SN、874、#2150(脂族多价羧酸)、#7004(聚醚酯)、DA-703-50、DA-705以及DA-725”,由楠本化成株式会社(Kusumoto Chemicals Ltd.)制造;“戴莫(Demol)RN、N(萘磺酸-福马林聚缩物)、MS、C、SN-B(芳族磺酸-福马林聚缩物)”、“赫莫吉诺(Homogenol)L-18(高分子多元羧酸)”、“艾牧金(Emulgen)920、930、935、985(聚氧乙烯壬基苯基醚)”以及“乙酰胺86(乙酸十八烷胺)”,全部均由花王株式会社(Kao Corporation)制造;“索斯帕思(Solsperse)5000(酞菁衍生物)、13240(聚酯胺)、3000、17000、27000(末端部分中具有官能性部分的聚合物)、24000、28000、32000、38500(接枝聚合物)”,全部均由路博润日本公司(LubrizolJapan Ltd.)制造;“尼科尔(Nikkol)T106(聚氧乙烯脱水山梨糖醇单油酸酯)、MYS-IEX(聚氧乙烯单硬脂酸酯)”,两者皆由日光化学株式会社(Nikko Chemicals Co.,Ltd.)制造;西诺科特(Hinoact)T-8000E,由川研精化株式会社(Kawaken Fine Chemicals Co.,Ltd.)制造;有机硅氧烷聚合物KP341,由信越化学株式会社(Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.)制造;“W001,阳离子性界面活性剂”,诸如聚氧乙烯月桂基醚、聚氧乙烯硬脂酰基醚、聚氧乙烯油醚、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以及脱水山梨糖醇脂肪酸酯的非离子性界面活性剂,以及诸如“W004、W005以及W017”的阴离子性界面活性剂,全部均由大港株式会社(Yusho Co.,Ltd.)制造;“埃夫卡-46、埃夫卡-47、埃夫卡-47EA、埃夫卡聚合物100、埃夫卡聚合物400、埃夫卡聚合物401以及埃夫卡聚合物450”,全部均由森下株式会社(Morishita & Co.,Ltd.)制造;聚合物分散剂,诸如“分散助剂6、分散助剂8、分散助剂15以及分散助剂9100”,全部均由圣诺普科有限公司(San Nopco Ltd.)制造;“艾迪科(Adeka)普洛尼克(Pluronic)L31、F38、L42、L44、L61、L64、F68、L72、P95、F77、P84、F87、P94、L101、P103、F108、L121以及P-123”,全部均由艾迪科公司(ADEKACorporation)制造;以及“伊能特(IONET)(商品名称)S-20”,由三洋化成工业株式会社(Sanyo Chemical Industries,Co.,Ltd)制造。
可单独使用这些分散剂中的一者,或可组合使用其中大于或等于两者。关于本发明的分散剂,具有锚定于红外阻挡材料的表面的锚定部分的末端经修饰聚合物、接枝聚合物或嵌段聚合物亦可与碱溶性树脂组合使用。碱溶性树脂的实例包括(甲基)丙烯酸共聚物、衣康酸共聚物、丁烯酸共聚物、顺丁烯二酸共聚物、部分酯化顺丁烯二酸共聚物、侧链中具有羧酸的酸性纤维素衍生物以及藉由用酸酐修饰含羟基聚合物所获得的树脂,且在这些物质中,(甲基)丙烯酸共聚物为较佳。又,JP-A-10-300922中所述的N上经取代的顺丁烯二酰亚胺单体共聚物、JP-A-2004-300204中所述的醚二聚体共聚物以及JP-A-7-319161中所述的含有可聚合基团的碱溶性树脂为较佳。
鉴于可分散性、可显影性以及可沈积性,JP-A-2010-106268中所述的以下树脂为较佳。详言之,鉴于可分散性,侧链中具有聚酯链的聚合物分散剂为较佳,且鉴于可分散性以及藉由光微影所形成的图案的解析度,具有酸性基团以及聚酯链的树脂为较佳。关于分散剂中的酸性基团,鉴于吸附性,pKa小于或等于6的酸性基团为较佳,且羧酸、磺酸以及磷酸为更佳。
以下描述较佳用于本发明中的JP-A-2010-106268中所述的分散剂树脂。
分散剂较佳为具有选自聚酯结构、聚醚结构以及聚丙烯酸酯结构的接枝链的接枝共聚物,其中除氢原子外的原子数目为40至10,000,且接枝共聚物较佳至少含有由以下式(1)至式(4)中的任一者表示的结构单元,更佳至少含有由以下式(1A)、式(2A)、式(3)以及式(4)中的任一者表示的结构单元。
在式(1)至式(4)中,X1、X2、X3、X4以及X5各独立地表示氢原子或单价有机基团,且鉴于对合成的限制,其较佳为氢原子或具有1个至12个碳数的烷基,更佳为氢原子或甲基,更佳为甲基。
在式(3)中,R′表示分支链或线性亚烷基(较佳具有1个至10个、更佳2个或3个碳数)。
在式(1)至式(4)中,Y1、Y2、Y3以及Y4各独立地表示二价键联基团且其结构不受特别限制。其特定实例包括以下式(Y-1)至式(Y-20)的键联基团。在以下结构中,A以及B分别指示与式(1)至式(4)中的左端基以及右端基键结的键。在以下所示的结构中,鉴于容易合成,(Y-2)以及(Y-13)为较佳。
在式(1)至式(4)中,Z1、Z2、Z3以及Z4各独立地表示氢原子或单价取代基,且取代基的结构不受特别限制。其特定实例包括烷基、羟基、烷氧基、芳氧基、杂芳氧基、烷硫基醚基、芳硫基醚基、杂芳硫基醚基以及胺基。在这些基团中,根据增强可分散性的观点,具有空间推斥效应的彼等基团为较佳,且具有5个至24个碳数的烷基为较佳。特别是,具有5个至24个碳数的分支链烷基或具有5个至24个碳数的环状烷基为较佳。
在式(1)至式(4)中,n、m、p以及q各表示1至500的整数。
在式(1)以及式(2)中,j以及k各独立地表示2至8的整数。鉴于分散稳定性以及可显影性,式(1)以及式(2)中的j以及k各较佳为4至6的整数,且最佳为5。
在式(4)中,R表示氢原子或单价有机基团且其结构不受特别限制,但较佳为氢原子、烷基、芳基或杂芳基,更佳为氢原子或烷基。当R为烷基时,所述烷基较佳为具有1个至20个碳数的直链烷基、具有3个至20个碳数的分支链烷基或具有5个至20个碳数的环状烷基,更佳为具有1个至20个碳数的直链烷基,更佳为具有1个至6个碳数的直链烷基。
关于式(4)中的R,结构不同的大于或等于两个R可混合且用于特定树脂中。
鉴于分散稳定性以及可显影性,由式(1)表示的结构单元较佳为由下式(1A)表示的结构单元。
又,鉴于分散稳定性以及可显影性,由式(2)表示的结构单元较佳为由下式(2A)表示的结构单元。
在式(1A)中,X1、Y1、Z1以及n与式(1)中的X1、Y1、Z1以及n具有相同含义,且较佳范围亦相同。
在式(2A)中,X2、Y2、Z2以及m与式(2)中的X2、Y2、Z2以及m具有相同含义,且较佳范围亦相同。
此外,由式(3)表示的结构单元较佳为由以下式(3A)或式(3B)表示的结构单元:
在式(3A)以及式(3B)中,X3、Y3、Z3以及p与式(3)中的X3、Y3、Z3以及p具有相同含义,且较佳范围亦相同。
其特定实例包括以下所说明的化合物。在以下所说明的化合物中,连接于每一结构单元的数值(连接于主链的重复单元的数值)指示所述结构单元的含量[质量%;以“重量%”表示]。连接于侧链的重复单元的数值指示重复单元的重复次数。
在使用分散剂的情况下,根据增强可分散性的观点,较佳藉由使用适当溶剂制备无机精细粒子与分散剂的分散液组成物并将所述分散液组成物掺合于感光性透明组成物中。
感光性透明组成物可能含有或可能不含分散剂,但在含有分散剂的情况下,以分散液组成物中的无机精细粒子的整个固体含量质量计,所述分散剂在分散液组成物中的含量较佳为1质量%至90质量%,更佳为3质量%至80质量%,更佳为4质量%至40质量%。
[6](F)有机溶剂
本发明的感光性透明组成物一般可使用有机溶剂形成。基本上,有机溶剂不受特别限制,只要满足每一组分的溶解度以及彩色可固化组成物的涂布性即可,但有机溶剂较佳是藉由考虑碱溶性树脂的溶解度、尤其是涂布性以及安全性来选择。
有机溶剂的较佳实例包括酯,诸如乙酸乙酯、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、丁酸乙酯、丁酸丁酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、氧乙酸烷基酯(例如氧乙酸甲酯、氧乙酸乙酯、氧乙酸丁酯(例如甲氧基乙酸甲酯、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(例如3-氧丙酸甲酯、3-氧丙酸乙酯(例如3-甲氧基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯))、2-氧丙酸烷基酯(例如2-氧丙酸甲酯、2-氧丙酸乙酯、2-氧丙酸丙酯(例如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-氧基-2-甲基丙酸甲酯、2-氧基-2-甲基丙酸乙酯(例如2-甲氧基-2-甲基丙酸甲酯、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-侧氧基丁酸甲酯以及2-侧氧基丁酸乙酯;醚,诸如二乙二醇二甲醚、四氢呋喃、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇乙酸甲醚(methyl cellosolve acetate)、乙二醇乙酸乙醚(ethyl cellosolve acetate)、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚乙酸酯、丙二醇单乙醚乙酸酯以及丙二醇单丙醚乙酸酯;酮,诸如甲基乙基酮、环己酮、2-庚酮以及3-庚酮;以及芳族烃,诸如甲苯以及二甲苯。
根据例如改良碱溶性树脂的溶解度或涂布表面轮廓的观点,混合这些有机溶剂中的大于或等于两者的实施例亦为较佳。在此情况下,由选自3-乙氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、乙二醇乙酸乙醚、乳酸乙酯、二乙二醇二甲醚、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(ethyl carbitol acetate)、丁基卡必醇乙酸酯、丙二醇甲醚以及丙二醇甲醚乙酸酯的大于或等于两种溶剂组成的混合溶剂为更佳。
鉴于涂布性,感光性透明组成物中有机溶剂的含量较佳为使组成物的整个固体含量浓度为5质量%至80质量%、更佳5质量%至60质量%、更佳10质量%至50质量%的量。
[7]添加剂
在本发明的感光性透明组成物中,可在不削弱使用所述组成物所获得的膜的特征(例如耐热性、机械强度、涂布性、粘着性)的范围内添加诸如界面活性剂、粘着促进剂、聚合抑制剂、紫外线吸收剂、抗氧化剂以及聚集抑制剂的添加剂。
<界面活性剂>
根据更加增强涂布性的观点,各种界面活性剂可添加至本发明的感光性透明组成物中。作为界面活性剂,可使用诸如含氟界面活性剂、非离子性界面活性剂、阳离子性界面活性剂、阴离子性界面活性剂以及含硅酮的界面活性剂的各种界面活性剂。
特定而言,当本发明的感光性透明组成物含有含氟界面活性剂时,所制备的涂布溶液的液体特征(尤其是流动性)得到更加增强,以使得涂层厚度均匀性或液体节省可得到更加改良。
亦即,在藉由使用施用含有含氟界面活性剂的感光性透明组成物的涂布溶液形成膜的情况下,涂布表面与涂布溶液之间的界面张力降低,藉此涂布表面的可湿性得到改良且涂布表面上的涂布性得到增强。此为有效的,因为即使当用少量液体体积形成约数微米的薄膜时,可更加适当地完成较少遭受厚度不均匀性且具有均匀厚度的膜。
含氟界面活性剂中的氟含量较佳为3质量%至40质量%,更佳为5质量%至30质量%,更佳为7质量%至25质量%。鉴于涂布膜的厚度均匀性以及液体节省,具有在以上范围内的氟含量的含氟界面活性剂为有效的且亦展现于感光性透明组成物中的良好溶解度。
含氟界面活性剂的实例包括梅格非斯(Megaface)F171、梅格非斯F172、梅格非斯F173、梅格非斯F176、梅格非斯F177、梅格非斯F141、梅格非斯F142、梅格非斯F143、梅格非斯F144、梅格非斯R30、梅格非斯F437、梅格非斯F475、梅格非斯F479、梅格非斯F482、梅格非斯F554、梅格非斯F780、梅格非斯F781(全部均由DIC公司(DICCorporation)制造)、福罗拉德(Florad)FC430、福罗拉德FC431、福罗拉德FC171(全部均由住友3M株式会社(Sumitomo3M Ltd.)制造)、萨福隆(Surflon)S-382、萨福隆SC-101、萨福隆SC-103、萨福隆SC-104、萨福隆SC-105、萨福隆SC-1068、萨福隆SC-381、萨福隆SC-383、萨福隆S-393、萨福隆KH-40(全部均由朝日玻璃株式会社(Asahi Glass Co.,Ltd.)制造)以及索斯帕思20000(由路博润公司(The LubrizolCorporation)制造)。
非离子性界面活性剂的特定实例包括甘油、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、其乙氧基化物以及丙氧基化物(例如甘油丙氧基化物、甘油乙氧基化物)、聚氧乙烯月桂基醚、聚氧乙烯硬脂酰基醚、聚氧乙烯油醚、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以及脱水山梨糖醇脂肪酸酯(诸如普洛尼克L10、L31、L61、L62、10R5、17R2、25R2,特求尼克(Tetronic)304、701、704、901、904以及150R1,全部均由巴斯夫公司(BASF)制造)。
阳离子性界面活性剂的特定实例包括酞菁衍生物(埃夫卡-745,商品名称,由森下产业株式会社(Morishita Sangyo K.K.)制造)、有机硅氧烷聚合物KP341(由信越化学株式会社制造)、(甲基)丙烯酸类(共)聚合物泊里富劳第75号、第90号、第95号(由共荣社化学株式会社制造)以及W001(由大港株式会社制造)。
阴离子性界面活性剂的特定实例包括WO04、WO05以及WO17(全部均由大港株式会社制造)。
含硅酮的界面活性剂的实例包括“东丽(Toray)硅酮DC3PA”、“东丽硅酮SH7PA”、“东丽硅酮DC11PA”、“东丽硅酮SH21PA”、“东丽硅酮SH28PA”、“东丽硅酮SH29PA”、“东丽硅酮SH30PA”、“东丽硅酮SH8400”(全部均由道康宁东丽硅酮有限公司(Dow CorningToray Silicone Co.,Ltd.)制造)、“TSF-4440”、“TSF-4300”、“TSF-4445”、“TSF-4460”、“TSF-4452”(全部均由迈图高新材料公司(MomentivePerformance Materials)制造)、“KP341”、“KF6001”、“KF6002”(全部均由信越硅酮株式会社(Shin-Etsu Silicone Co.,Ltd.)制造)、“毕克-323”以及毕克-330(由毕克化学公司(Byk Chemie)制造)。
可单独使用一种界面活性剂,或可组合大于或等于两个种类的界面活性剂。
感光性透明组成物可能含有或可能不含界面活性剂,但在含有界面活性剂的情况下,以感光性透明组成物的整个质量计,其添加量较佳为0.001质量%至2.0质量%,更佳为0.005质量%至1.0质量%。
<粘着促进剂>
本发明的感光性透明组成物可含有在不削弱本发明目的的范围内的任何粘着促进剂。粘着促进剂的实例包括3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷、1-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-胺基缩水甘油基氧基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油基氧基丙基甲基二甲氧基硅烷以及3-胺基丙基三甲氧基硅烷。另外,可使用JP-A-2008-243945第[0048]段中所述的化合物。
本发明的感光性透明组成物可能含有或可能不含粘着促进剂,且在含有粘着促进剂的情况下,其所用的较佳量不受特别限制,但通常以组成物中的整个固体含量计,较佳小于或等于10质量%,更佳为0.005质量%至5质量%。
<聚合抑制剂>
在本发明的感光性透明组成物中,较佳添加少量聚合抑制剂以抑制在感光性透明组成物的制备或储存期间可聚合化合物的不必要的热聚合。
可用于本发明中的聚合抑制剂的实例包括氢醌、对甲氧基苯酚、二第三丁基-对甲酚、连苯三酚(pyrogallol)、第三丁基邻苯二酚、苯醌、4,4′-硫基双(3-甲基-6-第三丁基苯酚)、2,2′-亚甲基双(4-甲基-6-第三丁基苯酚)以及N-亚硝基苯基羟基胺铈盐。
以整个组成物的质量计,聚合抑制剂的添加量较佳为约0.01质量%至约5质量%。
<紫外线吸收剂>
本发明的感光性透明组成物较佳含有紫外线吸收剂,且由于紫外线吸收剂,可获得具有更佳(精确)轮廓的图案。
作为紫外线吸收剂,可使用水杨酸酯类、二苯甲酮类、苯并三唑类、经取代的丙烯腈类以及三嗪类紫外线吸收剂。
水杨酸酯类紫外线吸收剂的实例包括水杨酸苯酯、水杨酸对辛基苯酯以及水杨酸对第三丁基苯酯。二苯甲酮类紫外线吸收剂的实例包括2,2′-二羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2,2′-二羟基-4,4′-二甲氧基二苯甲酮、2,2′,4,4′-四羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮以及2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮。苯并三唑类紫外线吸收剂的实例包括2-(2′-羟基-3′,5′-二第三丁基苯酚)-5-氯苯并三唑、2-(2′-羟基-3′-第三丁基-5′-甲基苯基)-5-氯苯并三唑、2-(2′-羟基-3′-第三戊基-5′-异丁基苯基)-5-氯苯并三唑、2-(2′-羟基-3′-异丁基-5′-甲基苯基)-5-氯苯并三唑、2-(2′-羟基-3′-异丁基-5′-丙基苯基)-5-氯苯并三唑、2-(2′-羟基-3′,5′-二第三丁基苯基)苯并三唑、2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑以及2-[2′-羟基-5′-(1,1,3,3-四甲基)苯基]苯并三唑。
经取代的丙烯腈类紫外线吸收剂的实例包括2-氰基-3,3-二苯基丙烯酸乙酯以及2-氰基-3,3-二苯基甲基丙烯酸2-乙基己酯。三嗪类紫外线吸收剂的实例包括单(羟基苯基)三嗪化合物,诸如2-[4-[(2-羟基-3-十二烷基氧基丙基)氧基]-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪、2-[4-[(2-羟基-3-十三烷基氧基丙基)氧基]-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪以及2-(2,4-二羟基苯基)-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪;双(羟基苯基)三嗪化合物,诸如2,4-双(2-羟基-4-丙基氧基苯基)-6-(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪、2,4-双(2-羟基-3-甲基-4-丙基氧基苯基)-6-(4-甲基苯基)-1,3,5-三嗪以及2,4-双(2-羟基-3-甲基-4-己基氧基苯基)-6-(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪;以及三(羟基苯基)三嗪化合物,诸如2,4-双(2-羟基-4-丁氧基苯基)-6-(2,4-二丁氧基苯基)-1,3,5-三嗪、2,4,6-三(2-羟基-4-辛基氧基苯基)-1,3,5-三嗪以及2,4,6-三[2-羟基-4-(3-丁氧基-2-羟基丙基氧基)苯基]-1,3,5-三嗪。
以下说明紫外线吸收剂的特定实例,但本发明并不限于此。
x∶y=80∶20(以质量计)
在本发明中,可单独使用这些各种紫外线吸收剂中的一者,或可组合使用其中大于或等于两者。
感光性组成物可能含有或可能不含紫外线吸收剂,但在含有紫外线吸收剂的情况下,以本发明感光性透明组成物的整个固体含量质量计,紫外线吸收剂的含量较佳为0.001质量%至5质量%,更佳为0.01质量%至3质量%。
在以上各页中,描述本发明的感光性透明组成物的各别组分,且感光性组成物可为藉由将所述组分溶解于上述有机溶剂中所获得的溶液或可为不含有机溶剂的销售材料(sold material)。
如上文所述,本发明的感光性透明组成物具有如下性质:由感光性透明组成物获得的固化膜对于波长为633纳米的光具有1.60至1.90的折射率。
固化膜对于波长为633纳米的光的折射率为1.60至1.90的物理性质可藉由任何方法达成,只要感光性透明组成物含有(A)光聚合起始剂、(B)可聚合化合物以及(C)碱溶性树脂即可,但此性质例如藉由调整可聚合化合物(B)以及碱溶性树脂(C)的种类或含量或藉由不仅将无机精细粒子并入感光性透明组成物中而且调整所述无机精细粒子的种类或含量来适当地达成。
详言之,当将无机精细粒子并入感光性透明组成物中且所述无机精细粒子为含有由Si、Ti、Zr、Al以及Sn所构成的族群中选出的一个成员或大于或等于两个成员的氧化物的无机精细粒子时,上述物理性质可更加容易达成。
本发明的组成物为透明组成物,更特定言之,具有如下性质的组成物:当由所述组成物形成厚度为1微米的固化膜时,在所述固化膜的厚度方向上的透光率在400纳米至700纳米的整个波长区域内变成大于或等于90%。
以上透光率的物理性质可藉由任何方法达成,只要组成物含有(A)光聚合起始剂、(B)可聚合化合物以及(C)碱溶性树脂即可,但此性质例如藉由调整可聚合化合物(B)以及碱溶性树脂(C)的种类或含量来适当地达成。在本发明的感光性透明组成物含有无机精细粒子的情况下,以上透光率的物理性质可例如藉由调整无机精细粒子的粒子直径或藉由不仅添加分散剂而且调整分散剂的种类或添加量来适当地达成。
关于本发明的组成物,上述在400纳米至700纳米的整个波长区域内大于或等于90%的透光率是彩色滤光片中所含的白色滤光片像素令人满意地满足作为白色滤光片像素的功能所必需的(亦即,是在影像感测器中在高灵敏度下捕捉影像所必需的)。
上述透光率在400纳米至700纳米的整个波长区域内较佳大于或等于95%,更佳大于或等于99%,且最佳为100%。
本发明的组成物实质上不含着色剂(以组成物的整个固体含量计,着色剂的含量较佳为0质量%)。附带而言,上述无机精细粒子以及紫外线吸收剂不包括于如本文中所使用的着色剂中。
本发明的感光性透明组成物是用于固态摄影元件的彩色滤光片,更特定言之,用于固态摄影元件的彩色滤光片中的白色滤光片像素。
在本发明的感光性透明组成物中,作为杂质的金属的含量较佳足够小。组成物中的金属浓度可藉由ICP-MS或其类似方法在高灵敏度下量测。在此情况下,除过渡金属外的金属的含量较佳小于或等于300ppm,更佳小于或等于100ppm。
感光性透明组成物的制备方法不受特别限制且在含有有机溶剂的情况下,将组成物的各别组分添加至有机溶剂中并搅拌,藉此获得组成物。
上述组成物较佳在藉由经由过滤器过滤来移除不溶性物质、胶凝组分及其类似物后用于成膜。所用过滤器的孔径较佳为0.05微米至2.0微米,更佳为0.05微米至1.0微米,且最佳为0.05微米至0.5微米。过滤器的材料较佳为聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)、聚乙烯(polyethylene)、聚丙烯(polypropylene)或耐纶(nylon),更佳为聚四氟乙烯、聚乙烯或耐纶。
[8]固态摄影元件的彩色滤光片以及其制造方法
本发明的固态摄影元件的彩色滤光片(下文有时称为用于固态摄影元件的彩色滤光片)的制造方法包括如下:涂布本发明的上述用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物以形成涂布层(感光性透明组成物层)(下文有时称为“感光性透明组成物层形成步骤”)、使所述涂布层曝光(下文有时称为“曝光步骤”)以及使其显影以形成图案,藉此获得作为固态摄影元件的彩色滤光片中的白色滤光片像素的固化膜。
又,本发明的用于固态摄影元件的彩色滤光片为藉由本发明的用于固态摄影元件的彩色滤光片的制造方法所制造的彩色滤光片。
若本发明的用于固态摄影元件的彩色滤光片至少具有藉由本发明的用于固态摄影元件的彩色滤光片的制造方法所制造的透明(白色)图案(白色滤光片像素),则所述彩色滤光片为足够的。关于本发明的用于固态摄影元件的彩色滤光片的特定形式(例如多色滤光片形式),将透明图案与其他彩色图案(例如大于或等于四种颜色的彩色滤光片,其至少具有透明图案、红色图案、蓝色图案以及绿色图案)组合是适合的。
下文,用于固态摄影元件的彩色滤光片有时简称为“彩色滤光片”。
<感光性透明组成物层形成步骤>
在感光性透明组成物层形成步骤中,较佳将本发明的感光性透明组成物涂覆于载体上以形成感光性透明组成物层。
作为可用于此步骤的载体,例如可使用诸如电荷耦合元件(ChargeCoupled Device;CCD)以及互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetal-Oxide Semiconductor;CMOS)的摄影元件(光接收元件)提供于基板(例如硅基板)上的固态摄影元件基板。
在本发明中,透明图案可形成于固态摄影元件基板的形成摄影元件的表面侧(前表面)或不形成摄影元件的表面侧(背表面)。
遮光膜可提供于固态摄影元件基板的各别摄影元件之间或固态摄影元件基板的背表面上。
又,必要时,底涂层可提供于载体上以改良与其上的层的粘着性,防止物质扩散或使基板表面变平。
关于在载体上提供本发明的感光性透明组成物层的方法,可应用诸如狭缝涂布(slit coating)、喷墨法(inkjet method)、旋涂(spin coating)、浇铸涂布(cast coating)、滚涂(roll coating)以及网版印刷法(screenprinting method)的各种涂布方法。
感光性透明组成物层的膜厚度较佳为0.1微米至10微米,更佳为0.2微米至5微米,更佳为0.2微米至3微米。
涂布于载体上的感光性透明组成物层可藉由使用热板、烘箱或其类似物在50℃至140℃的温度下干燥(预烘烤)10秒至300秒。
<曝光步骤>
在曝光步骤中,感光性透明组成物层形成步骤中所形成的感光性透明组成物层例如藉由使用诸如步进器的曝光设备透过具有预定图案的遮罩逐图曝光。
可用于曝光的放射线(光)意谓包括例如可见光、紫外线、远紫外线以及X射线的光,且尤其较佳使用诸如g线以及i线的紫外线(更佳为i线)。照射剂量(曝光剂量)较佳为30毫焦耳/平方公分至1,500毫焦耳/平方公分,更佳为50毫焦耳/平方公分至1,000毫焦耳/平方公分,且最佳为80毫焦耳/平方公分至500毫焦耳/平方公分。
<显影步骤>
随后,进行碱性显影处理,藉此将在曝光步骤中未用光照射的部分中的感光性透明组成物层溶离于碱水溶液中且仅保留光固化部分。
作为显影剂,对下层摄影元件、电路及其类似物不造成破坏的有机碱显影剂为较佳。显影温度通常为20℃至30℃,且显影时间通常为20秒至90秒。为了更多地移除浮渣,近年来,显影有时进行120秒至180秒。此外,为了更加增强浮渣可移除性,在一些情况下重复每60秒震掉显影剂且重新供应显影剂的步骤若干次。
用于显影剂的碱试剂的实例包括有机碱性化合物,诸如氨水、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、哌啶以及1,8-二氮杂双环-[5,4,0]-7-十一碳烯。较佳使用藉由用纯水稀释所述碱试剂至0.001质量%至10质量%、较佳0.01质量%至1质量%的浓度所获得的碱性水溶液作为显影剂。
附带而言,无机碱亦可用于显影剂,且所述无机碱的较佳实例包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、硅酸钠以及偏硅酸钠。
在使用由以上碱性水溶液构成的显影剂的情况下,在显影后一般用纯水洗涤(冲洗)膜。
将膜干燥后,较佳进行热处理(后烘烤)。在形成多色图案的情况下,对每一种颜色依序重复以上步骤以制造固化膜,藉此获得彩色滤光片。
后烘烤是在显影后进行以完成固化的热处理,且热固化处理通常在100℃至240℃、较佳200℃至240℃下进行。
后烘烤处理可在显影后藉由使用诸如热板、对流烘箱(热空气循环干燥器)以及高频加热器的加热装置在上述条件下在连续或分批系统中对涂布膜进行。
附带而言,必要时,除上述彼等步骤外,本发明的制造方法可包括用于固态摄影元件的彩色滤光片的制造方法已知的步骤作为步骤。举例而言,进行上述感光性透明组成物层形成步骤、曝光步骤以及显影步骤后,必要时可包括藉由加热及/或曝光使所形成的透明图案固化的固化步骤。
在使用本发明的感光性透明组成物的情况下,例如由于涂布设备的管道部分或喷射部分中的喷嘴堵塞或由于感光性透明组成物或无机粒子在涂布机中附着、沈淀或干燥,可能会造成污染或其类似情况。为了有效地清洗由本发明的感光性透明组成物引起的污染,较佳使用关于本发明的组成物的上述溶剂作为清洗液(cleaning solution)。例如JP-A-7-128867、JP-A-7-146562、JP-A-8-278637、JP-A-2000-273370、JP-A-2006-85140、JP-A-2006-291191、JP-A-2007-2101、JP-A-2007-2102以及JP-A-2007-281523中所述的清洗液亦可适合用作用于清洗以及移除本发明的感光性透明组成物的清洗液。
在这些溶剂中,亚烷二醇单烷基醚羧酸酯以及亚烷二醇单烷基醚为较佳。
可单独使用这些溶剂中的一者,或可混合并使用其中大于或等于两者。在混合大于或等于两种溶剂的情况下,较佳混合具有羟基的溶剂与不具有羟基的溶剂。具有羟基的溶剂与不具有羟基的溶剂的质量比为1/99至99/1,较佳为10/90至90/10,更佳为20/80至80/20。丙二醇单甲醚乙酸酯(propylene glycol monomethyl ether acetate;PGMEA)与丙二醇单甲醚(propylene glycol monomethyl ether;PGME)以60/40比率的混合溶剂尤其较佳。附带而言,为了促使清洗液渗入污染,关于本发明的组成物的上述界面活性剂可添加至清洗液中。
在本发明的用于固态摄影元件的彩色滤光片中,使用本发明的感光性透明组成物获得彩色滤光片中所含的白色滤光片像素,且因此,即使当白色滤光片像素的单边尺寸为约1微米时,在显影浮渣减少的状态下在高解析度下形成具有极佳图案轮廓的图案。又,彩色滤光片中的白色滤光片像素对于波长为633纳米的光具有1.60至1.90的折射率。
因此,当本发明的用于固态摄影元件的彩色滤光片安装于影像感测器中时,可在摄影感测器中在高灵敏度下捕捉高品质影像。
本发明的用于固态摄影元件的彩色滤光片可适用于诸如CCD以及CMOS的固态摄影元件且尤其适合于具有超过1,000,000像素的高解析度的CCD、CMOS或其类似物。本发明的用于固态摄影元件的彩色滤光片可用作例如安置于构成CCD或CMOS的每一像素的光接收部分与用于收集光的微透镜之间的彩色滤光片。
用于固态摄影元件的彩色滤光片中的彩色图案(彩色像素)的膜厚度较佳小于或等于2.0微米,更佳小于或等于1.0微米。如本文中所使用,彩色图案(彩色像素)中的术语“彩色”为包括透明(白色)的概念。
又,彩色图案(彩色像素)的尺寸(图案宽度)较佳小于或等于2.5微米,更佳小于或等于2.0微米,更佳小于或等于1.7微米。
[固态摄影元件]
本发明的固态摄影元件包括本发明的上述用于固态摄影元件的彩色滤光片。本发明的固态摄影元件的组态不受特别限制,只要其为包括本发明的用于固态摄影元件的彩色滤光片且充当固态摄影元件的组态即可,但其实例包括以下组态。
此为如下组态:在载体上具有构成固态摄影元件(例如CCD影像感测器、CMOS影像感测器)的光接收区域的多个光电二极管以及由多晶硅或其类似物构成的转移电极;在所述光电二极管以及所述转移电极上具有由钨或其类似物构成的遮光膜,其仅在光电二极管的光接收部分中打开;具有由氮化硅或其类似物构成的元件保护膜,其形成于遮光膜上以覆盖整个遮光膜表面以及光电二极管的光接收部分;以及在所述元件保护膜上具有本发明的用于固态摄影元件的彩色滤光片。
又,所述组态可为例如在上述元件保护层上但在彩色滤光片下(在接近载体侧)具有光收集元件(例如微透镜;以下同样适用)的组态,或在彩色滤光片上具有光收集元件的组态。
[实例]
以下藉由参看实例来更详细地描述本发明,但只要遵守本发明的要旨即可,本发明并不限于以下实例。附带而言,除非另有指示,否则“份”以及“%”是以质量计。
将下表1中所示的组分溶解于表1中所示的溶剂中,且经由孔径为0.2微米的由四氟乙烯制成的过滤器过滤所得溶液以制备实例1至实例43以及比较实例1至比较实例3的感光性透明组成物,其各具有表1中所示的固体含量浓度。
在表1中,碱溶性树脂、可聚合化合物、光聚合起始剂、分散剂以及紫外线吸收剂中的符号对应于上文在各别组分的特定实例中所用的符号。
关于无机精细粒子,使用以下市售产品。
氧化硅-氧化钛复合物粒子1):
欧普托拉克(OPTOLAKE),由触媒化成工业株式会社(Catalysts&Chemicals Ind.Co.,Ltd)制造。
氧化硅-氧化钛复合物粒子2):
MT-03,由帝国化工公司制造(平均初级粒子直径:10纳米)。
氧化铝-氧化钛复合物粒子3):
MT-05,由帝国化工公司制造(平均初级粒子直径:10纳米)。
氧化钛粒子4):
MT-02,由帝国化工公司制造(平均初级粒子直径:10纳米)。
氧化锆粒子5):
由高纯度化学实验室股份有限公司(Kojundo Chemical LaboratoryCo.,Ltd)制造。
氧化锡-氧化锆复合物粒子6):
由高纯度化学实验室股份有限公司制造。
氧化钛粒子7):
TTO-51C,由石原产业株式会社制造(平均初级粒子直径:15纳米)。
氧化钛粒子8):
TTO-51A,由石原产业株式会社制造(平均初级粒子直径:15纳米)。
氧化铝粒子9):
纳米毕克(NANOBYK)-3601,由毕克化学公司制造(粒子直径:40纳米,粒子含量:30质量%,分散液溶剂:三丙二醇二丙烯酸酯)。
氧化铝粒子10):
纳米毕克-3602,由毕克化学公司制造(粒子直径:40纳米,粒子含量:30质量%,分散液溶剂:己二醇二丙烯酸酯)。
经表面处理的氧化铝粒子11):
纳米毕克-3610,由毕克化学公司制造(粒子直径:20纳米,粒子含量:30质量%,分散液溶剂:乙酸甲氧基丙酯)。
经表面处理的二氧化硅粒子12):
纳米毕克-3650,由毕克化学公司制造(粒子直径:20纳米,粒子含量:25质量%,分散液溶剂:乙酸甲氧基丙酯与甲氧基丙醇的混合溶剂)。
经表面处理的二氧化硅粒子13):
纳米毕克-3651,由毕克化学公司制造(粒子直径:20纳米,粒子含量:20质量%,分散液溶剂:乙酸甲氧基丙酯与甲氧基丙醇的混合溶剂)。
经表面处理的二氧化硅粒子14):
纳米毕克-3652,由毕克化学公司制造(粒子直径:20纳米,粒子含量:25质量%,分散液溶剂:乙酸甲氧基丙酯与甲氧基丙醇的混合溶剂)。
关于光聚合起始剂,除以上所说明的化合物(B-1)至化合物(B-10)外,使用由日本汽巴公司制造的艳佳固-907。
关于紫外线吸收剂,使用以上所说明的化合物(1)至化合物(14)。
关于碱溶性树脂,使用以上所说明的化合物(E-1)至化合物(E-8)。
关于分散剂,除稍后所说明的化合物(D-1)至化合物(D-13)外,使用迪斯帕布-110、迪斯帕布-111、迪斯帕布-112、迪斯帕布-116、迪斯帕布-130、迪斯帕布-140、迪斯帕布-142、迪斯帕布-145、迪斯帕布-161、迪斯帕布-162、迪斯帕布-163、迪斯帕布-164、迪斯帕布-166、迪斯帕布-167、迪斯帕布-168、迪斯帕布-170、迪斯帕布-171、迪斯帕布-180、迪斯帕布-182、迪斯帕布-183、迪斯帕布-184以及迪斯帕布-185(所有分散剂均由毕克化学公司制造)。
表1
无机粒子 | 质量% | 碱溶性树脂 | 质量% | |
实例1 | 氧化硅-氧化钛复合物粒子1) | 60 | (E-1) | 18 |
实例2 | 氧化硅-氧化钛复合物粒子2) | 40 | (E-2) | 25 |
实例3 | 氧化铝-氧化钛复合物粒子3) | 30 | (E-3) | 28 |
实例4 | 氧化锆粒子5) | 55 | (E-4) | 18 |
实例5 | 氧化钛粒子4) | 60 | (E-5) | 15 |
实例6 | 氧化锡-氧化锆复合物粒子6) | 40 | (E-6) | 23 |
实例7 | 氧化钛粒子8) | 50 | (E-7) | 18 |
实例8 | 氧化铝粒子9) | 60 | (E-8) | 14 |
实例9 | 氧化铝粒子10) | 70 | (E-1) | 5 |
实例10 | 经表面处理的氧化铝粒子11) | 60 | (E-2) | 9 |
实例11 | 氧化锆粒子5) | 60 | (E-3) | 12 |
实例12 | 经表面处理的二氧化硅粒子13) | 40 | (E-4) | 25 |
实例13 | 经表面处理的二氧化硅粒子14) | 30 | (E-5) | 32 |
实例14 | 氧化钛粒子7) | 55 | (E-6) | 17 |
实例15 | 经表面处理的氧化铝粒子11) | 30 | (E-7) | 35 |
实例16 | 经表面处理的二氧化硅粒子12) | 45 | (E-8) | 25 |
实例17 | 经表面处理的二氧化硅粒子14) | 35 | (E-1) | 34 |
实例18 | 氧化锆粒子5) | 45 | (E-2) | 28 |
实例19 | 氧化钛粒子4) | 60 | (E-3) | 9 |
实例20 | 氧化钛粒子7) | 50 | (E-4) | 14 |
实例21 | 氧化钛粒子8) | 55 | (E-5) | 11 |
实例22 | 氧化硅-氧化钛复合物粒子1) | 60 | (E-6) | 8 |
实例23 | 氧化铝粒子10) | 60 | (E-7) | 7 |
实例24 | 经表面处理的氧化铝粒子11) | 35 | (E-8) | 19 |
表1(续)
无机粒子 | 质量% | 碱溶性树脂 | 质量% | |
实例25 | 氧化锆粒子5) | 40 | (E-1) | 16 |
实例26 | 氧化钛粒子4) | 30 | (E-2) | 30 |
实例27 | 氧化锡-氧化锆复合物粒子6) | 45 | (E-3) | 17 |
实例28 | 氧化钛粒子8) | 55 | (E-4) | 11 |
实例29 | 氧化铝粒子9) | 59 | (E-5) | 9 |
实例30 | 氧化铝粒子10) | 60 | (E-6) | 13 |
实例31 | 经表面处理的氧化铝粒子11) | 57 | (E-7) | 20 |
实例32 | 经表面处理的二氧化硅粒子12) | 50 | (E-8) | 29 |
实例33 | 经表面处理的二氧化硅粒子13) | 50 | (E-5) | 32 |
实例34 | 氧化钛粒子4) | 30 | (E-6) | 28 |
实例35 | 氧化锡-氧化锆复合物粒子6) | 45 | (E-7) | 21 |
实例36 | 氧化锡-氧化锆复合物粒子6) | 40 | (E-8) | 17 |
实例37 | 氧化硅-氧化钛复合物粒子1) | 60 | (E-8) | 4 |
实例38 | 氧化硅-氧化钛复合物粒子2) | 40 | (E-8) | 15 |
实例39 | 氧化铝-氧化钛复合物粒子3) | 30 | (E-1) | 23 |
实例40 | 氧化锆粒子5) | 55 | (E-2) | 16 |
实例41 | 氧化钛粒子4) | 60 | (E-8) | 7 |
实例42 | 氧化锡-氧化锆复合物粒子6) | 40 | (E-1) | 14 |
实例43 | 氧化钛粒子8) | 50 | (E-2) | 20 |
比较实例1 | 氧化硅-氧化钛复合物粒子1) | 50 | ||
比较实例2 | 氧化锡-氧化锆复合物粒子6) | 45 | ||
比较实例3 | 氧化铝粒子9) | 45 |
表1(续)
表1(续)
表1(续)
表1(续)
以下展示化学结构式、构成主链的每一重复单元的含量(质量%)、接枝链(侧链)的原子数目以及分散剂(D-1)至分散剂(D-13)中的每一者的质量平均分子量。在所说明的化合物中,连接于侧链的重复部分的数值指示重复部分的重复次数。
表2
<折射率以及透射率的量测>
藉由旋涂法将以上所获得的感光性透明组成物涂布于硅晶圆上,接着于热板上在100℃下加热2分钟,获得膜厚度为1微米的感光性透明组成物层。
随后,藉由使用i线步进器FPA-3000i5+(由佳能公司(Canon)制造),在365纳米的波长下,在200毫焦耳/平方公分的曝光剂量下使所获得的感光性透明组成物层经受整个表面曝光。
藉由使用由J.A.武兰有限公司(J.A.Woollam Co.,Inc)制造的椭偏仪(VASE)量测所获得的固化膜对于波长为633纳米的光的折射率。
又,藉由使用由大冢电子有限公司(Otsuka Electronics Co.,Ltd)制造的MCPD系列量测此固化膜在400纳米至700纳米的整个波长区域内的透光率。
量测结果展示于表3中。
<透明图案的制造>
藉由使用i线步进器FPA-3000i5+(由佳能公司制造),在365纳米的波长下,在200毫焦耳/平方公分的曝光剂量下,透过单边为1.1微米的正方形像素排列于基板上4毫米×3毫米的区域中的遮罩图案,使上文<折射率以及透射率的量测>中所述的感光性透明组成物层经受曝光。
在23℃下藉由使用0.3质量%氢氧化四甲基铵水溶液使上文曝光后的感光性透明组成物层经受覆液显影(puddle development)60秒,接着用旋转喷淋器冲洗并进一步用纯水洗涤。用高压空气吹去水滴后,自然干燥硅晶圆,接着藉助于热板在200℃下后烘烤300秒,在硅晶圆上获得膜厚度为1微米的透明图案(固化膜)。
<解析度、图案轮廓以及显影浮渣的评估>
藉由使用临界尺寸(Critical Dimension)SEM(S-7800H,由日立公司(Hitachi,Ltd)制造),在30,000的放大倍数下自硅晶圆上方观察所获得的透明图案。
根据以下标准判断解析度。
A:解析到单边呈1.1微米的正方形像素形式的图案。
B:未解析到单边呈1.1微米的正方形像素形式的图案。
根据以下标准判断图案轮廓。
A:可制造精确图案。
B:可制造图案,但所述图案边缘不明确。
C:无法制造图案。
根据以下标准判断显影浮渣。
A:未观察到微小浮渣。
B:观察到微小浮渣,但浮渣数目在可接受的范围内。
C:观察到许多微小浮渣且达到不可接受的程度。
解析度、图案轮廓以及显影浮渣的评估结果展示于表3中。
表3
表3(续)
如自表3中的结果可见,当使用本发明的感光性透明组成物时,可在显影浮渣减少的状态下在高解析度下获得尽管单边尺寸为约1微米但仍具有高折射率且具有极佳图案轮廓的图案。因此,当彩色滤光片中所含的白色滤光片像素由使用感光性透明组成物获得的透明图案(固化膜)构成时,可在其中安装有彩色滤光片的影像感测器中在高灵敏度下捕捉高品质影像。
另一方面,当使用不含碱溶性树脂的比较实例的感光性透明组成物时,无法获得呈单边为1.1微米的正方形像素形式的图案且尽管折射率较高,但所述图案未达到可用作彩色滤光片中所含的白色滤光片像素的程度。
工业适用性
根据本发明,可提供一种用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物,其可制造含有单边为约1微米的白色滤光片像素的彩色滤光片,并确保当所述彩色滤光片安装于影像感测器中时,可在所述影像感测器中在高灵敏度下捕捉高品质影像;以及使用所述组成物的固态摄影元件的彩色滤光片的制造方法、固态摄影元件的彩色滤光片以及固态摄影元件。
本申请案是根据2010年12月24日申请的日本专利申请案(日本专利申请案第2010-288927号),且其内容并入本案供参考。
Claims (10)
1.一种用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物,其含有:
(A)光聚合起始剂,
(B)可聚合化合物,以及
(C)碱溶性树脂,
其中由所述感光性透明组成物获得的固化膜对于波长为633纳米的光具有1.60至1.90的折射率。
2.根据权利要求1所述的用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物,其还含有无机精细粒子。
3.根据权利要求2所述的用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物,其中所述无机精细粒子含有选择自由Si、Ti、Zr、Al以及Sn所组成的群中的一个成员或大于或等于两个成员的氧化物。
4.根据权利要求1-3任一项所述的用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物,其中所述碱溶性树脂为具有可聚合基团的树脂。
5.根据权利要求1-4任一项所述的用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物,其还含有分散剂。
6.根据权利要求1-5任一项所述的用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物,其还含有紫外线吸收剂。
7.根据权利要求1-6任一项所述的用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物,其中当由所述感光性透明组成物形成厚度为1微米的所述固化膜时,在所述固化膜的厚度方向上的透光率在400内米至700纳米的整个波长区域内大于或等于90%。
8.一种制造固态摄影元件的彩色滤光片的方法,其包括:
涂布如权利要求1-7任一项所述的用于固态摄影元件的彩色滤光片的感光性透明组成物以形成涂布层,以及
使所述涂布层曝光以及显影以形成图案,由此获得固化膜。
9.一种固态摄影元件的彩色滤光片,其藉由如权利要求8所述的固态摄影元件的彩色滤光片的制造方法来制造。
10.一种固态摄影元件,其包括如权利要求9所述的固态摄影元件的彩色滤光片。
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