CN105556390A - 感光性着色组合物、黑色矩阵、着色间隔物、图像显示装置及颜料分散液 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题是提供一种遮光性优异、分散性及制版性也优异、且显示足够低的相对介电常数的感光性着色组合物。本发明的感光性着色组合物至少含有:(A)色材、(B)分散剂、(C)可溶于碱的树脂及(D)光聚合引发剂,(A)色材包含(A-1)有机黑色颜料,所述有机黑色颜料是下述通式(1)表示的化合物、其几何异构体、其盐、或其几何异构体的盐,并且,(B)分散剂包含具有季铵盐基作为官能团的高分子分散剂。
Description
技术领域
本发明涉及感光性着色组合物、黑色矩阵、着色间隔物及图像显示装置。更详细地,涉及遮蔽性及制版特性优异的感光性着色组合物及其用途。
背景技术
液晶显示元件用黑色矩阵是为了防止在液晶显示元件中从驱动电极间漏光而使用的。一般来说,黑色矩阵是使用光刻法形成在与TFT(thinfilmtransistor)元件基板成对设置的玻璃或塑料片等透明基板上的条状或格子状的遮光性材料的图案。
最近,为了应对彩色液晶显示元件的进一步的高精细、高亮度化,提出了在有源矩阵型液晶显示器中的TFT元件基板侧设置滤色器的滤色器阵列方式(COA方式)、以及在TFT元件基板侧仅设置黑色矩阵的黑色矩阵阵列方式(BOA方式)。采用该方式,与在滤色器侧形成黑色矩阵的情况相比,由于无需采取与有源元件侧的位置对合边缘,因此可以提高开口率,其结果,可以谋求高亮度化。
但是,在采取这样的结构的情况下,要求黑色矩阵具有一定值以上的体积电阻率及一定值以下的相对介电常数,使得即使将其直接装载于TFT元件上也不会引起电气电路的短路。
作为这样的黑色矩阵,提出了颜料中使用了多种有机着色颜料和炭黑的黑色矩阵(例如参照专利文献1)。
另外,还已知使用了有机黑色颜料作为颜料的黑色矩阵用感光性组合物,具体来说,已知使用了苯胺黑(例如参照专利文献2)及使用了苝黑(例如参照专利文献3)的感光性组合物。
另一方面,作为有机颜料,已知有双-氧代二氢吲哚亚基苯并呋喃(ビス-オキソジヒドロ-インドリレン-ベンゾフラン)着色剂(例如参照专利文献4)。在该文献中记载了将该颜料用于形成滤色器的红色层、青色层及绿色层。另外,已知该颜料还可作为电泳显示器用有机黑色颜料使用(例如参照专利文献5)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2009-75446号公报
专利文献2:日本特开平8-44049号公报
专利文献3:日本特开2006-235153号公报
专利文献4:日本特表2002-528448号公报
专利文献5:日本特表2012-515240号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明人等进行了深入研究的结果可知,专利文献1中记载的感光性组合物的有机着色颜料的遮蔽率(光学浓度)低,为了获得足够的光学浓度需要增加膜厚。
另外可知,专利文献2及3中记载的上述苯胺黑及苝黑的分散性差,为了分散需要使用较多的分散剂,有时会在制版性等方面产生问题。另外还可知,其遮蔽率(光学浓度)也并不充分。
此外,专利文献4及5中对于使用双-氧代二氢吲哚亚基苯并呋喃着色剂作为图像显示装置中所使用的遮蔽剂没有记载也没有暗示,用作图像显示装置中所使用的遮蔽剂时的光学浓度、分散性及制版性这样的特性也不明确。
本发明是鉴于上述以往的实际情况进行的,其目的在于提供一种遮光性优异、分散性及制版性也优异、且显示足够低的相对介电常数的感光性着色组合物。
解决课题的方法
本发明人等为了解决上述课题进行了深入研究,结果发现,通过使用具有特定结构的有机黑色颜料作为感光性着色组合物中的色材,并使用特定的分散剂,可以解决上述课题,从而完成了本发明。
即,本发明具有以下[1]~[17]的构成。
[1]一种感光性着色组合物,其至少含有:(A)色材、(B)分散剂、(C)可溶于碱的树脂及(D)光聚合引发剂,其中,
所述(A)色材包含(A-1)有机黑色颜料,所述有机黑色颜料是下述通式(1)表示的化合物、其几何异构体、其盐、或其几何异构体的盐,并且,
所述(B)分散剂包含具有季铵盐基作为官能团的高分子分散剂,
[化学式1]
[式(1)中,R1及R6相互独立地为氢原子、CH3、CF3、氟原子或氯原子;R2、R3、R4、R5、R7、R8、R9及R10彼此间相互独立地为氢原子、卤原子、R11、COOH、COOR11、COO-、CONH2、CONHR11、CONR11R12、CN、OH、OR11、COCR11、OOCNH2、OOCNHR11、OOCNR11R12、NO2、NH2、NHR11、NR11R12、NHCOR12、NR11COR12、N=CH2、N=CHR11、N=CR11R12、SH、SR11、SOR11、SO2R11、SO3R11、SO3H、SO3 -、SO2NH2、SO2NHR11或SO2NR11R12;且选自R2与R3、R3与R4、R4与R5、R7与R8、R8与R9及R9与R10中的至少一个组合相互间直接键合、或者通过氧原子、硫原子、NH或NR11桥联而相互键合;R11及R12相互独立地为碳原子数1~12的烷基、碳原子数3~12的环烷基、碳原子数2~12的链烯基、碳原子数3~12的环烯基或碳原子数2~12的炔基。]
[2]上述[1]所述的感光性着色组合物,其中,
在所述通式(1)中,R2、R4、R5、R7、R9及R10相互独立地为氢原子、氟原子或氯原子,R3及R8相互独立地为氢原子、NO2、OCH3、OC2H5、溴原子、氯原子、CH3、C2H5、N(CH3)2、N(CH3)(C2H5)、N(C2H5)2、α-萘基、β-萘基、SO3H或SO3 -,R1与R6相同、R2与R7相同、R3与R8相同、R4与R9相同、R5与R10相同。
[3]上述[1]或[2]所述的感光性着色组合物,其中,所述高分子分散剂还具有叔胺作为官能团。
[4]上述[1]~[3]中任一项所述的感光性着色组合物,其中,所述(C)可溶于碱的树脂包含下述可溶于碱的树脂(c1)及下述可溶于碱的树脂(c2)中的至少一种,
<可溶于碱的树脂(c1)>
使α,β-不饱和单羧酸或具有羧基的α,β-不饱和单羧酸酯与环氧树脂加成,再使其与多元酸和/或其酸酐反应而得到的可溶于碱的树脂,
<可溶于碱的树脂(c2)>
使α,β-不饱和单羧酸或具有羧基的α,β-不饱和单羧酸酯与环氧树脂加成,再使其与多元醇及多元酸和/或其酸酐反应而得到的可溶于碱的树脂。
[5]上述[1]~[4]中任一项所述的感光性着色组合物,其中,(A)色材还含有(A-2)有机着色颜料。
[6]上述[5]所述的感光性着色组合物,其中,(A-2)有机着色颜料含有以下的颜料中的至少一种,
青色:C.I.颜料蓝60或15:6
红色:C.I.颜料红177、254或272
紫色:C.I.颜料紫23或29
橙色:C.I.颜料橙43、64或72。
[7]上述[5]或[6]所述的感光性着色组合物,其中,相对于(A)色材100质量%,所述(A-1)有机黑色颜料的含有比例为30~90质量%、(A-2)有机着色颜料的含有比例为10~70质量%。
[8]上述[1]~[7]中任一项所述的感光性着色组合物,其中,(A)色材还含有(A-3)炭黑。
[9]上述[8]所述的感光性着色组合物,其中,相对于(A)色材100质量%,所述(A-1)有机黑色颜料的含有比例为50~90质量%、(A-3)炭黑的含有比例为10~50质量%。
[10]上述[1]~[9]中任一项所述的感光性着色组合物,其中,(D)光聚合引发剂是肟酯引发剂、和/或酮肟酯引发剂。
[11]一种固化物,其是将上述[1]~[10]中任一项所述的感光性着色组合物固化而得到的。
[12]一种黑色矩阵,其是由上述[11]所述的固化物形成的。
[13]一种着色间隔物,其是由上述[11]所述的固化物形成的。
[14]一种图像显示装置,其包含上述[12]所述的黑色矩阵或上述[13]所述的着色间隔物。
[15]一种颜料分散液,其含有(A)色材及(B)分散剂,其中,
所述(A)色材包含(A-1)有机黑色颜料,所述有机黑色颜料是下述通式(1)表示的化合物、其几何异构体、其盐、或其几何异构体的盐,并且,
所述(B)分散剂包含具有季铵盐基作为官能团的高分子分散剂,
[化学式2]
[式中,R1及R6相互独立地为氢原子、CH3、CF3、氟原子或氯原子;R2、R3、R4、R5、R7、R8、R9及R10彼此间相互独立地为氢原子、卤原子、R11、COOH、COOR11、COO-、CONH2、CONHR11、CONR11R12、CN、OH、OR11、COCR11、OOCNH2、OOCNHR11、OOCNR11R12、NO2、NH2、NHR11、NR11R12、NHCOR12、NR11COR12、N=CH2、N=CHR11、N=CR11R12、SH、SR11、SOR11、SO2R11、SO3R11、SO3H、SO3 -、SO2NH2、SO2NHR11或SO2NR11R12;且选自R2与R3、R3与R4、R4与R5、R7与R8、R8与R9及R9与R10中的至少一个组合相互间直接键合、或者通过氧原子、硫原子、NH或NR11桥联而相互键合;R11及R12相互独立地为碳原子数1~12的烷基、碳原子数3~12的环烷基、碳原子数2~12的链烯基、碳原子数3~12的环烯基或碳原子数2~12的炔基。]
[16]上述[15]所述的颜料分散液,其中,
所述通式(1)中,R2、R4、R5、R7、R9及R10相互独立地为氢原子、氟原子或氯原子,R3及R8相互独立地为氢原子、NO2、OCH3、OC2H5、溴原子、氯原子、CH3、C2H5、N(CH3)2、N(CH3)(C2H5)、N(C2H5)2、α-萘基、β-萘基、SO3H或SO3 -,R1与R6相同、R2与R7相同、R3与R8相同、R4与R9相同、R5与R10相同。
[17]上述[15]或[16]所述的颜料分散液,其中,所述高分子分散剂还具有叔胺作为官能团。
发明的效果
本发明的感光性着色组合物通过含有具有特定结构的有机黑色颜料,可以在制作颜料分散体时减少分散剂的量,因此显示优异的制版特性,并且分散性也优异。因此,由本发明的感光性着色组合物形成的黑色矩阵显示优异的遮光性。另外,本发明的黑色矩阵及着色间隔物显示即使形成在TFT元件基板上也不会引起短路、误动作等的足够低的相对介电常数。具有本发明的黑色矩阵的图像显示装置不会产生TFT故障及液晶驱动紊乱等问题,可靠性优异。
附图说明
[图1]图1是示出有机EL元件的一例的剖面示意图。
符号说明
10透明支撑基板
20像素
30有机保护层
40无机氧化膜
50透明阳极
51空穴注入层
52空穴传输层
53发光层
54电子注入层
55阴极
100有机EL元件
500有机发光体
具体实施方式
以下,对本发明的实施方式进行具体说明,但本发明并不限于以下的实施方式,可以在其要点的范围内进行各种变更后实施。
需要说明的是,在本发明中,“(甲基)丙烯基”是指“丙烯基和/或甲基丙烯基”,“(甲基)丙烯酸酯”、“(甲基)丙烯酰基”也表示同样的含义。
所述“(共)聚合物”的含义包括均聚物(homopolymer)和共聚物(copolymer)这两者,所述“酸(酸酐)”、“…酸(酐)”的含义包括酸及其酸酐这两者。另外,在本发明中,所述“丙烯酸类树脂”是指包含(甲基)丙烯酸的(共)聚合物、包含具有羧基的(甲基)丙烯酸酯的(共)聚合物。
另外,在本发明中,所述“单体”是与所谓的高分子物质(聚合物)相对的用语,除了狭义的单体(monomer)以外,还包括二聚物、三聚物、低聚物等含义。
在本发明中,所述“总固体成分”是指感光性着色组合物中或后面叙述的油墨中所含的溶剂以外的全部成分。
在本发明中,重均分子量是指采用GPC(凝胶渗透色谱法)测定并换算成聚苯乙烯的重均分子量(Mw)。
另外,在本发明中,只要没有特别说明,所述“胺值”表示换算成有效固体成分的胺值,是用当量的KOH质量表示为相当于分散剂的每1g固体成分的碱量的值。需要说明的是,关于其测定方法,在后面叙述。另一方面,只要没有特别说明,所述“酸值”表示换算成有效固体成分的酸值,其通过中和滴定算出。
另外,在本说明书中,用“质量”表示的百分率及份与用“重量”表示的百分率及份表示相同含义。
[感光性着色组合物]
本发明的感光性着色组合物(以下,有时称为“感光性着色组合物”或“着色树脂组合物”)含有(A)色材、(B)分散剂、(C)可溶于碱的树脂、(D)光聚合引发剂作为必须成分,并根据需要进一步含有有机溶剂、硅烷偶联剂等密合性提高剂、涂布性提高剂、显影改良剂、紫外线吸收剂、抗氧剂、表面活性剂、颜料衍生物等其它配合成分,各配合成分通常以溶解或分散于有机溶剂中的状态使用。
<(A)色材>
本发明中使用的(A)色材包含(A-1)有机黑色颜料,所述有机黑色颜料是下述通式(1)表示的化合物、其几何异构体、其盐、或其几何异构体的盐。
[化学式3]
[式(1)中,R1及R6相互独立地为氢原子、CH3、CF3、氟原子或氯原子;R2、R3、R4、R5、R7、R8、R9及R10相互独立地为氢原子、卤原子、R11、COOH、COOR11、COO-、CONH2、CONHR11、CONR11R12、CN、OH、OR11、COCR11、OOCNH2、OOCNHR11、OOCNR11R12、NO2、NH2、NHR11、NR11R12、NHCOR12、NR11COR12、N=CH2、N=CHR11、N=CR11R12、SH、SR11、SOR11、SO2R11、SO3R11、SO3H、SO3 -、SO2NH2、SO2NHR11或SO2NR11R12;且选自R2与R3、R3与R4、R4与R5、R7与R8、R8与R9及R9与R10中的至少一个组合相互间直接键合、或者通过氧原子、硫原子、NH或NR11桥联而相互键合;R11及R12相互独立地为碳原子数1~12的烷基、碳原子数3~12的环烷基、碳原子数2~12的链烯基、碳原子数3~12的环烯基或碳原子数2~12的炔基。]
通式(1)表示的化合物的几何异构体具有以下的核心结构(其中,省略了结构式中的取代基),反-反异构体可能是最稳定的。
[化学式4]
通式(1)表示的化合物为阴离子性的情况下,优选为利用任意公知的合适的阳离子,例如金属、有机、无机或金属有机阳离子、具体为碱金属、碱土金属、过渡金属、伯胺、仲胺、三烷基胺等叔胺、四烷基铵等季铵或有机金属配位化合物对其电荷进行补偿而得到的盐。另外,通式(1)表示的化合物的几何异构体为阴离子性的情况下,优选为同样的盐。
在通式(1)的取代基及它们的定义中,从具有提高遮蔽率的倾向考虑,优选以下的取代基。这是由于,可以认为以下的取代基无吸收,对颜料的色相无影响。
R2、R4、R5、R7、R9及R10相互独立地优选为氢原子、氟原子或氯原子,更优选为氢原子。
R3及R8相互独立地优选为氢原子、NO2、OCH3、OC2H5、溴原子、氯原子、CH3、C2H5、N(CH3)2、N(CH3)(C2H5)、N(C2H5)2、α-萘基、β-萘基、SO3H或SO3 -,更优选为氢原子或SO3H。
R1及R6相互独立地优选为氢原子、CH3或CF3,更优选为氢原子。
优选选自R1与R6、R2与R7、R3与R8、R4与R9、及R5与R10中的至少一个组合相同,更优选R1与R6相同、R2与R7相同、R3与R8相同、R4与R9相同、且R5与R10相同。
碳原子数1~12的烷基例如为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、2-甲基丁基、正戊基、2-戊基、3-戊基、2,2-二甲基丙基、正己基、庚基、正辛基、1,1,3,3-四甲基丁基、2-乙基己基、壬基、癸基、十一烷基或十二烷基。
碳原子数3~12的环烷基例如为环丙基、环丙基甲基、环丁基、环戊基、环己基、环己基甲基、三甲基环己基、苧基(thujyl)、降冰片烯基、冰片基、降蒈烷基、蒈烷基、烷基、降蒎烷基、蒎烷基、1-金刚烷基或2-金刚烷基。
碳原子数2~12的链烯基例如为乙烯基、烯丙基、2-丙烯-2-基、2-丁烯-1-基、3-丁烯-1-基、1,3-丁二烯-2-基、2-戊烯-1-基、3-戊烯-2-基、2-基-1-丁烯-3-基、2-甲基-3-丁烯-2-基、3-甲基-2-丁烯-1-基、1,4-戊二烯-3-基、己烯基、辛烯基、壬烯基、癸烯基或十二烯基。
碳原子数3~12的环烯基例如为2-环丁烯-1-基、2-环戊烯-1-基、2-环己烯-1-基、3-环己烯-1-基、2,4-环己二烯-1-基、1-对烯-8-基、4(10)-苧烯-10-基、2-降冰片烯-1-基、2,5-降冰片二烯-1-基、7,7-二甲基-2,4-降蒈二烯-3-基或莰基。
碳原子数2~12的炔基例如为1-丙炔-3-基、1-丁炔-4-基、1-戊炔-5-基、2-甲基-3-丁炔-2-基、1,4-戊二炔-3-基、1,3-戊二炔-5-基、1-己炔-6-基、顺-3-甲基-2-戊烯-4-炔-1-基、反-3-甲基-2-戊烯-4-炔-1-基、1,3-己二炔-5-基、1-辛炔-8-基、1-壬炔-9-基、1-癸炔-10-基或1-十二炔-12-基。
卤原子例如为氟原子、氯原子、溴原子或碘原子。
优选的(A-1)有机黑色颜料为下述通式(2)表示的化合物。
[化学式5]
作为这样的有机黑色颜料的具体例,可以举出商品名为Irgaphor(注册商标)BlackS0100CF(BASF公司制造)的有机黑色颜料。
(A-1)有机黑色颜料优选通过后述的方法分散在分散剂、溶剂中使用。另外,如果在分散时存在上述通式(2)的磺酸衍生物,则分散性、保存性有时会提高。
本发明的感光性着色组合物有时还含有(A-1)以外的色材作为(A)色材。作为该色材,可以使用染料、颜料,但从耐热性、耐光性等方面考虑,优选颜料。特别优选使用(A-2)有机着色颜料和/或(A-3)炭黑。需要说明的是,在本说明书中,所述有机着色颜料是指以用来着色的有机化合物为成分、且不溶于水及油的粉末。
作为(A-2)有机着色颜料,可使用青色颜料、绿色颜料、红色颜料、黄色颜料、紫色颜料、橙色颜料、棕色颜料、(A-1)及(A-3)以外的黑色颜料等各种颜色的有机颜料。另外,作为其结构,除了偶氮类、酞菁类、喹吖酮类、苯并咪唑酮类、异吲哚啉酮类、二嗪类、阴丹士林类等有机颜料以外,还可以利用各种无机颜料等。需要说明的是,在本说明书中,只要没有特别说明,颜料的颜色是指单独使用该颜料作为色材而形成感光性着色组合物时所呈现的颜色。即,例如所述黑色颜料是指单独使用该颜料作为色材而形成感光性着色组合物时所呈现的颜色为黑色的颜料。
以下,以颜料序号示出可以在本发明中使用的颜料的具体例。需要说明的是,以下列举的“C.I.颜料红2”等用语是指颜料索引号(C.I.)。
作为红色颜料,可以举出C.I.颜料红1、2、3、4、5、6、7、8、9、12、14、15、16、17、21、22、23、31、32、37、38、41、47、48、48:1、48:2、48:3、48:4、49、49:1、49:2、50:1、52:1、52:2、53、53:1、53:2、53:3、57、57:1、57:2、58:4、60、63、63:1、63:2、64、64:1、68、69、81、81:1、81:2、81:3、81:4、83、88、90:1、101、101:1、104、108、108:1、109、112、113、114、122、123、144、146、147、149、151、166、168、169、170、172、173、174、175、176、177、178、179、181、184、185、187、188、190、193、194、200、202、206、207、208、209、210、214、216、220、221、224、230、231、232、233、235、236、237、238、239、242、243、245、247、249、250、251、253、254、255、256、257、258、259、260、262、263、264、265、266、267、268、269、270、271、272、273、274、275、276。其中,可以优选举出C.I.颜料红48:1、122、168、177、202、206、207、209、224、242、254,更优选举出C.I.颜料红177、209、224、254。需要说明的是,从分散性、遮光性方面考虑,优选使用C.I.颜料红177、254、272,利用紫外线使本发明的感光性着色组合物固化的情况下,优选使用紫外线吸产率低的颜料作为红色颜料,从这样的观点考虑,更优选使用C.I.颜料红254、272。
作为青色颜料,可以举出C.I.颜料蓝1、1:2、9、14、15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6、16、17、19、25、27、28、29、33、35、36、56、56:1、60、61、61:1、62、63、66、67、68、71、72、73、74、75、76、78、79。其中,优选举出C.I.颜料蓝15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6,更优选举出C.I.颜料蓝15:6。需要说明的是,从分散性、遮光性方面考虑,优选使用C.I.颜料蓝15:6、16、60,在利用紫外线使本发明的感光性着色组合物固化的情况下,优选使用紫外线吸产率低的颜料作为青色颜料,从这样的观点考虑,更优选使用C.I.颜料蓝60。
作为绿色颜料,C.I.颜料绿1、2、4、7、8、10、13、14、15、17、18、19、26、36、45、48、50、51、54、55。其中,优选举出C.I.颜料绿7、36。
作为黄色颜料,可以举出C.I.颜料黄1、1:1、2、3、4、5、6、9、10、12、13、14、16、17、24、31、32、34、35、35:1、36、36:1、37、37:1、40、41、42、43、48、53、55、61、62、62:1、63、65、73、74、75、81、83、87、93、94、95、97、100、101、104、105、108、109、110、111、116、117、119、120、126、127、127:1、128、129、133、134、136、138、139、142、147、148、150、151、153、154、155、157、158、159、160、161、162、163、164、165、166、167、168、169、170、172、173、174、175、176、180、181、182、183、184、185、188、189、190、191、191:1、192、193、194、195、196、197、198、199、200、202、203、204、205、206、207、208。其中,优选举出C.I.颜料黄83、117、129、138、139、150、154、155、180、185,更优选举出C.I.颜料黄83、138、139、150、180。
作为橙色颜料,可以举出C.I.颜料橙1、2、5、13、16、17、19、20、21、22、23、24、34、36、38、39、43、46、48、49、61、62、64、65、67、68、69、70、71、72、73、74、75、77、78、79。其中,优选举出C.I.颜料橙38、71。需要说明的是,从分散性、遮光性方面考虑,优选使用C.I.颜料橙43、64、72,在利用紫外线使本发明的感光性着色组合物固化的情况下,优选使用紫外线吸产率低的颜料作为橙色颜料,从这样的观点考虑,更优选使用C.I.颜料橙64、72。
作为紫色颜料,可以举出C.I.颜料紫1、1:1、2、2:2、3、3:1、3:3、5、5:1、14、15、16、19、23、25、27、29、31、32、37、39、42、44、47、49、50。其中,优选举出C.I.颜料紫19、23,更优选举出C.I.颜料紫23。需要说明的是,从分散性、遮光性方面考虑,优选使用C.I.颜料紫23、29,在利用紫外线使本发明的感光性着色组合物固化的情况下,优选使用紫外线吸产率低的颜料作为紫色颜料,从这样的观点考虑,更优选使用C.I.颜料紫29。
这些当中,优选含有以下的颜料中的至少一种以上。
青色:C.I.颜料蓝60或15:6
红色:C.I.颜料红177、254或272
紫色:C.I.颜料紫23或29
橙色:C.I.颜料橙43、64或72
需要说明的是,将不同颜色的颜料组合使用的情况下,对于颜色的组合没有特别限定,但从遮光性的观点考虑,可以举出例如红色颜料和青色颜料的组合、或者青色颜料和橙色颜料和紫色颜料的组合等。
另外,可以使用染料来代替(A-2)有机着色颜料,还可以除了使用(A-2)有机着色颜料以外还使用染料。作为能够用作色材的染料,可以举出偶氮类染料、蒽醌类染料、酞菁类染料、醌亚胺类染料、喹啉类染料、硝基类染料、羰基类染料、甲川类染料等。
作为偶氮类染料,可以举出例如:C.I.酸性黄11、C.I.酸性橙7、C.I.酸性红37、C.I.酸性红180、C.I.酸性蓝29、C.I.直接红28、C.I.直接红83、C.I.直接黄12、C.I.直接橙26、C.I.直接绿28、C.I.直接绿59、C.I.活性黄2、C.I.活性红17、C.I.活性红120、C.I.活性黑5、C.I.分散橙5、C.I.分散红58、C.I.分散蓝165、C.I.碱性蓝41、C.I.碱性红18、C.I.媒介红7、C.I.媒介黄5、C.I.媒介黑7等。
作为蒽醌类染料,可以举出例如:C.I.还原蓝4、C.I.酸性蓝40、C.I.酸性绿25、C.I.活性蓝19、C.I.活性蓝49、C.I.分散红60、C.I.分散蓝56、C.I.分散蓝60等。
此外,作为酞菁类染料,可以举出例如C.I.还原蓝5等,作为醌亚胺类染料,可以举出例如C.I.碱性蓝3、C.I.碱性蓝9等,作为喹啉类染料,可以举出例如C.I.溶剂黄33、C.I.酸性黄3、C.I.分散黄64等,作为硝基类染料,可以举出例如C.I.酸性黄1、C.I.酸性橙3、C.I.分散黄42等。
另外,在本发明的感光性着色组合物中,还可以使用(A-1)以外的黑色颜料。(A-1)以外的黑色颜料可以是单独的黑色颜料,或者也可以是由红色、绿色、青色等混合而成的黑色颜料。另外,这些色材可以从无机或有机的颜料、染料中适宜选择。
作为能够混合使用而用来制备黑色色材的色材,可以举出维多利亚纯蓝(42595)、碱性槐黄O(41000)、カチロンブリリアントフラビン(basic13)、若丹明6GCP(45160)、若丹明B(45170)、藏红OK70:100(50240)、罂红X(42080)、No.120/雷奥诺尔黄(LionolYellow)(21090)、雷奥诺尔黄GRO(21090)、斯姆勒坚牢黄8GF(SymulerFastYellow8GF)(21105)、联苯胺黄4T-564D(21095)、斯姆勒坚牢红4015(12355)、雷奥诺尔红7B4401(15850)、FastogenBlueTGR-L(74160)、雷奥诺尔蓝SM(26150)、雷奥诺尔蓝ES(颜料蓝15:6)、LionogenredGD(颜料红168)、雷奥诺尔绿2YS(颜料绿36)等(需要说明的是,上述()内的数字是指颜料索引号(C.I.))。
另外,对于其它能够混合使用的颜料,如果用C.I.号来表示的话,则可以举出例如:C.I.黄色颜料20、24、86、93、109、110、117、125、137、138、147、148、153、154、166;C.I.橙色颜料36、43、51、55、59、61;C.I.红色颜料9、97、122、123、149、168、177、180、192、215、216、217、220、223、224、226、227、228、240;C.I.紫色颜料19、23、29、30、37、40、50;C.I.青色颜料15、15:1、15:4、22、60、64;C.I.绿色颜料7;C.I.棕色颜料23、25、26等。
另外,作为能够单独使用的黑色色材,可以举出乙炔黑、灯黑、骨炭、石墨、铁黑、苯胺黑、赛安宁黑、钛黑、苝黑等。
另外,从遮光率、图像特性的观点考虑,优选使用作为(A-1)有机黑色颜料以外的色材的(A-3)炭黑。作为炭黑的实例,可以举出以下的炭黑。
三菱化学株式会社制造:MA7、MA8、MA11、MA77、MA100、MA100R、MA100S、MA220、MA230、MA600、MCF88、#5、#10、#20、#25、#30、#32、#33、#40、#44、#45、#47、#50、#52、#55、#650、#750、#850、#900、#950、#960、#970、#980、#990、#1000、#2200、#2300、#2350、#2400、#2600、#2650、#3030、#3050、#3150、#3250、#3400、#3600、#3750、#3950、#4000、#4010、OIL7B、OIL9B、OIL11B、OIL30B、OIL31B
Degussa公司制:Printex(注册商标,下同)3、Printex3OP、Printex30、Printex30OP、Printex40、Printex45、Printex55、Printex60、Printex75、Printex80、Printex85、Printex90、PrintexA、PrintexL、PrintexG、PrintexP、PrintexU、PrintexV、PrintexG、SpecialBlack550、SpecialBlack350、SpecialBlack250、SpecialBlack100、SpecialBlack6、SpecialBlack5、SpecialBlack4、ColorBlackFW1、ColorBlackFW2、ColorBlackFW2V、ColorBlackFW18、ColorBlackFW18、ColorBlackFW200、ColorBlackS160、ColorBlackS170
Cabot公司制:Monarch(注册商标,以下相同)120、Monarch280、Monarch460、Monarch800、Monarch880、Monarch900、Monarch1000、Monarch1100、Monarch1300、Monarch1400、Monarch4630、REGAL(注册商标,以下相同)99、REGAL99R、REGAL415、REGAL415R、REGAL250、REGAL250R、REGAL330、REGAL400R、REGAL55R0、REGAL660R、BLACKPEARLS480、PEARLS130、VULCAN(注册商标,以下相同)XC72R、ELFTEX(注册商标)-8
ColumbianCarbon公司制:RAVEN(注册商标,以下相同)11、RAVEN14、RAVEN15、RAVEN16、RAVEN22、RAVEN30、RAVEN35、RAVEN40、RAVEN410、RAVEN420、RAVEN450、RAVEN500、RAVEN780、RAVEN850、RAVEN890H、RAVEN1000、RAVEN1020、RAVEN1040、RAVEN1060U、RAVEN1080U、RAVEN1170、RAVEN1190U、RAVEN1250、RAVEN1500、RAVEN2000、RAVEN2500U、RAVEN3500、RAVEN5000、RAVEN5250、RAVEN5750、RAVEN7000
炭黑也可以使用利用树脂包覆而得到的炭黑。使用利用树脂包覆而得到的炭黑时,具有提高对玻璃基板的密合性、体积电阻值的效果。作为利用树脂包覆而得到的炭黑,可以优选使用例如日本特开平09-71733号公报中记载的炭黑等。
作为供于利用树脂进行的包覆处理的炭黑,优选Na和Ca的总含量为100ppm以下。炭黑通常含有百分之几的灰分,所述灰分的组成是由制造时的原料油、燃油(或气)、反应停止水及造粒水、以及反应炉的炉材料等混入的Na、以及Ca、K、Mg、Al、Fe等。其中,Na及Ca通常分别含有几百ppm以上,这是由于,如果大量存在Na及Ca,则会浸入到透明电极(ITO)及其它电极中,有时会成为电气短路的原因。
作为降低这些含有Na、Ca的灰分的含量的方法,可以采用严格选择Na、Ca的含量极少的物质作为制造炭黑时的原料油、燃油(或气)及反应停止水、以及极力减少用于调整结构的碱物质的添加量的方法。作为其它方法,可以举出用水、盐酸等对从炉中制出的炭黑进行洗涤而溶解除去Na、Ca的方法。
具体地,使炭黑混合分散于水、盐酸或过氧化氢水中,然后添加难溶于水的溶剂,此时,炭黑转移至溶剂侧,与水完全分离的同时,存在于炭黑中的几乎所有Na及Ca溶解于水或酸中而被除去。为了将Na及Ca的总量降低至100ppm以下,虽然也有仅通过单独的严格选择了原材料的炭黑制造过程或者单独的溶解于水或酸溶解的方式就能够实现的情况,但通过将两种方式组合使用更容易使Na和Ca的总量为100ppm以下。
另外,树脂包覆炭黑优选pH6以下的所谓的酸性炭黑。由于在水中的分散径(凝聚粒径(agglomeratediameter))变小,甚至能够进行微细单元下的包覆,故优选。更优选粒径40nm以下、苯二甲酸二丁酯(DBP)吸收量140ml/100g以下的炭黑。这是由于,如果粒径大于40nm、DBP吸收量大于140ml/100g,则虽然在制成糊时的分散性优异,但有时涂膜的浓度感不充分,在膜厚1~2μm左右时有可能变得缺乏遮光性。
制备用树脂包覆的炭黑的方法没有特别限定,例如在将炭黑及树脂的配合量适宜调整后,可采用如下方法:
1.将树脂与环己酮、甲苯、二甲苯等溶剂混合并加热溶解而制成树脂溶液,将炭黑及水混合而制成悬浊液,将上述树脂溶液和上述悬浊液混合搅拌,使炭黑与水分离后,除去水并进行加热混炼,得到组合物,将得到的组合物成型为片状,进行粉碎后使其干燥;
2.将与上述同样制备的树脂溶液和悬浊液混合搅拌,将炭黑及树脂粒状化后,将得到的粒状物分离、加热,除去残存的溶剂及水;
3.使马来酸、富马酸等羧酸溶解在上述示例的溶剂中,添加炭黑并进行混合,使其干燥后除去溶剂,得到了粘附有羧酸的炭黑,然后在其中添加树脂并进行干混;
4.将构成待包覆的树脂的含有反应性基团的单体成分与水进行高速搅拌而制备悬浊液,聚合后进行冷却,从聚合物悬浊液中得到含有反应性基团的树脂,然后向其中添加炭黑并进行混炼,使炭黑与反应性基团反应(使炭黑接枝),再进行冷却及粉碎;等等。
进行包覆处理的树脂的种类也没有特别限定,通常为合成树脂,从分散性及分散稳定性方面考虑,优选在结构中进一步具有苯核的树脂,这是由于其作为两性表面活性剂的功能更强。
作为具体的合成树脂,可以使用酚醛树脂、三聚氰胺树脂、二甲苯树脂、苯二甲酸二烯丙酯树脂、甘酞树脂、环氧树脂、烷基苯树脂等热固性树脂、以及聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、改性聚苯醚、聚砜、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、聚氨基双马来酰亚胺、聚醚砜聚苯砜、聚芳酯、聚醚醚酮等热塑性树脂。树脂对于炭黑的包覆量优选相对于炭黑和树脂的总量为1~30质量%,低于1质量%的量有可能只能获得与未处理炭黑同样的分散性、分散稳定性。另一方面,如果超过30质量%,则树脂彼此间的粘合性强,可能会形成丸状的块状物而无法进行分散。
如上所述用树脂进行包覆处理而形成的炭黑可以按照通常的方法制成黑色矩阵的遮光材料而使用,可以按照通常的方法制成以该黑色矩阵作为构成要素的滤色器。如果使用这样的炭黑,则可以以低成本实现高遮光率、表面反射率低、且膜厚小的黑色矩阵。推测这是由于,相对于构成黑色矩阵液的树脂及溶剂,炭黑的分散性、分散稳定性得到了显著提高。另外可推测,通过利用树脂将炭黑表面包覆,还具有将Ca、Na封入到炭黑中的作用。
另外,作为颜料,还可以使用硫酸钡、硫酸铅、氧化钛、铅黄、铁红、氧化铬等。
上述各种颜料也可以组合使用多种。例如,为了调整色度,可以将绿色颜料与黄色颜料组合使用、或者将青色颜料与紫色颜料组合使用。
上述各种颜料中,作为(A-2)有机着色颜料,从遮光性方面考虑特别优选使用的颜料可以举出C.I.颜料蓝60、C.I.颜料蓝15:6、C.I.颜料红177、C.I.颜料红242、C.I.颜料蓝254、C.I.颜料紫23、C.I.颜料紫29、C.I.颜料橙49、C.I.颜料橙64、C.I.颜料橙79。包含(A-2)有机着色颜料的情况下,优选含有上述颜料中的至少一种以上,更优选含有2种以上。
另外,作为(A-3)炭黑,从体积电阻及介电常数方面考虑,优选使用树脂包覆炭黑。
这些颜料优选分散成平均粒径通常为1μm以下、优选为0.5μm以下、更优选为0.25μm以下而使用。其中,平均粒径的基准为颜料粒子的数均粒径。
需要说明的是,在本发明中,颜料的平均粒径是通过动态光散射(DLS)测定并由颜料粒径求出的值。粒径测定是对充分稀释的着色树脂组合物(通常进行稀释而制成颜料浓度0.005~0.2质量%左右,但根据测定仪器而存在推荐的浓度时,按该浓度进行)进行,并在25℃下测定。
<(B)分散剂>
在本发明的感光性着色组合物中,由于使(A)色材微细地分散、并使其分散状态稳定化对于确保品质稳定性是重要的,因此含有(B)分散剂,特别是,从(A-1)有机黑色颜料的分散性的观点考虑,含有具有季铵盐基团作为官能团的高分子分散剂。
从分散稳定性方面考虑,上述高分子分散剂还可以是进一步具有羧基;磷酸基;磺酸基;或它们的碱;伯氨基、仲氨基或叔氨基;来源于吡啶、嘧啶、吡嗪等含氮杂环的基团等官能团的物质。其中,从将颜料分散时能够以少量的分散剂进行分散的观点考虑,特别优选进一步具有伯氨基、仲氨基或叔氨基;来源于吡啶、嘧啶、吡嗪等含氮杂环的基团等碱性官能团的高分子分散剂。
上述当中,从(A-1)有机黑色颜料的分散性的观点考虑、以及从(A-2)有机着色颜料和/或(A-3)炭黑的分散性的观点考虑,优选具有季铵盐基及叔氨基作为官能团的高分子分散剂。
另外,作为高分子分散剂,可以举出例如:聚氨酯类分散剂、丙烯酸类分散剂、聚乙烯亚胺类分散剂、聚烯丙基胺类分散剂、具有氨基的单体与大单体形成的分散剂、聚氧乙烯烷基醚类分散剂、聚氧乙烯二酯类分散剂、聚醚磷酸类分散剂、聚酯磷酸类分散剂、山梨糖醇酐脂肪族酯类分散剂、脂肪族改性聚酯类分散剂等。
作为这样的分散剂的具体例子,可以举出商品名为EFKA(注册商标,BASF公司制造)、DISPERBYK(注册商标,BYK-Chemie公司制造)、Disparlon(注册商标,楠本化成株式会社制造)、SOLSPERSE(注册商标,Lubrizol公司制造)、KP(信越化学工业株式会社制造)、Polyflow(共荣社化学株式会社制造)、Ajisper(注册商标,味之素株式会社制造)等。
这些高分子分散剂可以单独使用一种,或者组合2种以上使用。
高分子分散剂的重均分子量(Mw)通常为700以上、优选为1000以上,并且通常为100,000以下,优选为50,000以下。
这些当中,从密合性及直线性方面考虑,(B)分散剂优选包含具有官能团的聚氨酯类高分子分散剂和/或丙烯酸类高分子分散剂,特别优选包含丙烯酸类高分子分散剂。
另外,从分散性、保存性方面考虑,优选具有碱性官能团、且具有聚酯键和/或聚醚键的高分子分散剂。
作为聚氨酯类及丙烯酸类高分子分散剂,可以举出例如DISPERBYK160~166、182系列(均为聚氨酯类)、DISPERBYK2000、2001、LPN21116等(均为丙烯酸类)(以上均为BYK-Chemie公司制造)。
如果具体地示例作为聚氨酯类高分子分散剂的优选的化学结构,则可以举出例如通过使多异氰酸酯化合物、分子内具有1个或2个羟基的数均分子量300~10,000的化合物、和同一分子内具有活泼氢和叔氨基的化合物反应而得到的重均分子量1,000~200,000的分散树脂等。通过用氯化苄等四级化剂对上述分散树脂进行处理,可以使叔氨基的全部或一部分转变为季铵盐基。
作为上述多异氰酸酯化合物的例子,可以举出对苯二异氰酸酯、甲苯-2,4-二异氰酸酯、甲苯-2,6-二异氰酸酯、4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、萘-1,5-二异氰酸酯、联甲苯胺二异氰酸酯等芳香族二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸甲酯二异氰酸酯、2,4,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯、二聚酸二异氰酸酯等脂肪族二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、4,4′-亚甲基双(环己基异氰酸酯)、ω,ω′-二异氰酸酯二甲基环己烷等脂环族二异氰酸酯、苯二甲基二异氰酸酯、α,α,α′,α′-四甲基苯二甲基二异氰酸酯等具有芳香环的脂肪族二异氰酸酯、赖氨酸酯三异氰酸酯、十一碳烷-1,6,11-三异氰酸酯、1,8-二异氰酸酯-4-异氰酸酯甲基辛烷、六亚甲基-1,3,6-三异氰酸酯、二环庚烷三异氰酸酯、三苯基甲烷三异氰酸酯、硫代磷酸三苯基三异氰酸酯等三异氰酸酯、以及它们的三聚体、水加成物、以及它们的多元醇加成物等。作为多异氰酸酯,优选的是有机二异氰酸酯的三聚体,最优选的是甲苯二异氰酸酯的三聚体和异佛尔酮二异氰酸酯的三聚体。它们可以单独使用1种,也可以组合2种以上使用。
作为异氰酸酯的三聚体的制造方法,可以举出如下方法:使用适当的三聚化催化剂、例如叔胺类、膦类、烷氧化物类、金属氧化物、羧酸盐类等对上述多异氰酸酯类进行异氰酸酯基的部分的三聚化,通过添加催化剂毒物使三聚化终止,然后用溶剂提取、薄膜蒸馏除去未反应的多异氰酸酯,从而得到目标的含有三聚异氰酸酯基的多异氰酸酯。
作为在同一分子内具有1个或2个羟基的数均分子量300~10,000的化合物,可以举出聚醚二元醇、聚酯二元醇、聚碳酸酯二元醇、聚烯烃二元醇等、以及这些化合物的一侧末端羟基被碳原子数1~25的烷基烷氧化而得到的物质、以及它们中的2种以上的混合物。
作为聚醚二元醇,可以举出聚醚二醇、聚醚酯二醇、以及它们的2种以上的混合物。作为聚醚二醇,可以举出将氧化烯均聚或共聚而得到的物质,例如聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙二醇丙二醇、聚氧亚丁基二醇、聚氧亚己基二醇、聚氧亚辛基二醇及它们的2种以上的混合物。
作为聚醚酯二醇,可以举出通过使含有醚基的二醇或与其它二醇的混合物与二羧酸或它们的酸酐反应、或者使氧化烯与聚酯二醇反应而得到的物质,例如聚(聚氧亚丁基)己二酸酯等。作为聚醚二醇,最优选的是聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧亚丁基二醇或这些化合物的一侧末端羟基被碳原子数1~25的烷基烷氧化而得到的化合物。
作为聚酯二醇,可以举出:二羧酸(琥珀酸、戊二酸、己二酸、癸二酸、富马酸、马来酸、苯二甲酸等)或它们的酸酐与二醇(乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、二丙二醇、三丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、新戊二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、2-甲基-2-丙基-1,3-丙二醇、2-丁基-2-乙基-1,3-丙二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、2-乙基-1,3-己二醇、2,5-二甲基-2,5-己二醇、1,8-辛二醇、2-甲基-1,8-辛二醇、1,9-壬二醇等脂肪族二醇、双(羟甲基)环己烷等脂环族二醇、苯二甲醇、双(羟基乙氧基)苯等芳香族二醇、N-甲基二乙醇胺等N-烷基二烷醇胺等)缩合而得到的物质,例如聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚己二酸1,6-己二醇酯、聚己二酸乙二醇丙二醇酯等,或者使用上述二醇类或碳原子数1~25的一元醇作为引发剂而得到的聚内酯二醇或聚内酯一元醇,例如聚己内酯二醇、聚甲基戊内酯及它们的2种以上的混合物。作为聚酯二醇,最优选的是聚己内酯二醇或以碳原子数1~25的醇为引发剂得到的聚己内酯。
作为聚碳酸酯二醇,可以举出聚碳酸(1,6-己二醇)酯二醇、聚碳酸(3-甲基-1,5-戊二醇)酯二醇等,作为聚烯烃二醇,可以举出聚丁二烯二醇、加氢型聚丁二烯二醇、加氢型聚异戊二烯二醇等。
它们可以单独使用一种,也可以组合2种以上使用。
同一分子内具有1个或2个羟基的化合物的数均分子量通常为300~10,000,优选为500~6,000,更优选为1,000~4,000。
对本发明中使用的在同一分子内具有活泼氢和叔氨基的化合物进行说明。
作为活泼氢、即直接键合在氧原子、氮原子或硫原子上的氢原子,可以举出羟基、氨基、巯基等官能团中的氢原子,其中,优选氨基、特别是伯氨基的氢原子。
叔氨基没有特别限定,可以举出例如具有碳原子数1~4的烷基的氨基,或者杂环结构、更具体为咪唑环或三唑环等。
如果示例这样的在同一分子内具有活泼氢和叔氨基的化合物,则可以举出N,N-二甲基-1,3-丙二胺、N,N-二乙基-1,3-丙二胺、N,N-二丙基-1,3-丙二胺、N,N-二丁基-1,3-丙二胺、N,N-二甲基乙二胺、N,N-二乙基乙二胺、N,N-二丙基乙二胺、N,N-二丁基乙二胺、N,N-二甲基-1,4-丁二胺、N,N-二乙基-1,4-丁二胺、N,N-二丙基-1,4-丁二胺、N,N-二丁基-1,4-丁二胺等。
另外,作为叔氨基为含氮杂环结构的情况下的该含氮杂环,可以举出:吡唑环、咪唑环、三唑环、四唑环、吲哚环、咔唑环、吲唑环、苯并咪唑环、苯并三唑环、苯并唑环、苯并噻唑环、苯并噻二唑环等含氮5元杂环,吡啶环、哒嗪环、嘧啶环、三嗪环、喹啉环、吖啶环、异喹啉环等含氮6元杂环。这些含氮杂环中,优选的是咪唑环或三唑环。
如果具体示例这些具有咪唑环和氨基的化合物,则可以举出1-(3-氨基丙基)咪唑、组氨酸、2-氨基咪唑、1-(2-氨基乙基)咪唑等。另外如果具体示例这些具有三唑环和氨基的化合物,则可以举出3-氨基-1,2,4-三唑、5-(2-氨基-5-氯苯基)-3-苯基-1H-1,2,4-三唑、4-氨基-4H-1,2,4-三唑-3,5-二醇、3-氨基-5-苯基-1H-1,3,4-三唑、5-氨基-1,4-二苯基-1,2,3-三唑、3-氨基-1-苄基-1H-2,4-三唑等。其中,优选N,N-二甲基-1,3-丙二胺、N,N-二乙基-1,3-丙二胺、1-(3-氨基丙基)咪唑、3-氨基-1,2,4-三唑。
它们可以单独使用一种,或者组合2种以上使用。
制造聚氨酯类高分子分散剂时原料的优选配合比率如下:相对于多异氰酸酯化合物100质量份,在同一分子内具有1个或2个羟基的数均分子量300~10,000的化合物为10~200质量份、优选为20~190质量份、更优选为30~180质量份,在同一分子内具有活泼氢和叔氨基的化合物为0.2~25质量份、优选为0.3~24质量份。
聚氨酯类高分子分散剂的制造按照聚氨酯树脂制造的公知方法来进行。作为制造时的溶剂,通常使用丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环戊酮、环己酮、异佛尔酮等酮类;乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸溶纤剂等酯类;苯、甲苯、二甲苯、己烷等烃类;二丙酮醇、异丙醇、仲丁醇、叔丁醇等部分醇类、二氯甲烷、氯仿等氯代物;四氢呋喃、乙醚等醚类;二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜等极性非质子溶剂等。它们可以单独使用一种,或者组合2种以上使用。
在上述制造时,通常使用氨基甲酸酯化反应催化剂。作为该催化剂,可以举出例如二丁基锡二月桂酸酯、二辛基锡二月桂酸酯、二丁基锡二辛酸酯、辛酸锡等锡类、乙酰丙酮铁、氯化铁等铁类、三乙胺、三乙二胺等叔胺类等。它们可以单独使用一种,或者组合2种以上使用。
同一分子内具有活泼氢和叔氨基的化合物的导入量优选为将反应后的胺值控制在1~100mgKOH/g范围的量,更优选为5~95mgKOH/g的范围。胺值是用酸对碱性氨基进行中和滴定,用KOH的mg数表示的与酸值相对应的值。胺值低于上述范围时,存在分散能力下降的倾向,另外,如果超过上述范围,则显影性容易降低。
需要说明的是,以上的反应中在高分子分散剂中残存异氰酸酯基的情况下,如果进一步用醇、氨基化合物来破坏异氰酸酯基,则生成物的经时稳定性变高,因此优选。
聚氨酯类高分子分散剂的重均分子量(Mw)通常为1,000~200,000,优选为2,000~100,000,更优选为3,000~50,000的范围。该分子量低于1,000时,分散性及分散稳定性差,如果超过200,000,则溶解性下降,分散性差,同时反应的控制变得困难。
作为丙烯酸类高分子分散剂,优选使用具有官能团(这里所说的官能团是作为高分子分散剂中所含的官能团在前面叙述的官能团)且含有不饱和基团的单体与不具有官能团但含有不饱和基团的单体形成的无规共聚物、接枝共聚物、嵌段共聚物。这些共聚物可以用公知的方法来制造。
作为具有官能团且含有不饱和基团的单体,可以举出(甲基)丙烯酸、2-(甲基)丙烯酰氧乙基琥珀酸、2-(甲基)丙烯酰氧乙基苯二甲酸、2-(甲基)丙烯酰氧乙基六氢苯二甲酸、丙烯酸二聚物等具有羧基的不饱和单体、二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、二乙基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯及它们的季化物等具有叔氨基、季铵盐基的不饱和单体作为具体例。它们可以单独使用一种,或者组合2种以上使用。
作为不具有官能团但含有不饱和基团的单体,可以举出(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸苯酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸苯氧基甲酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸三环癸酯、(甲基)丙烯酸四氢糠酯、N-乙烯基吡咯烷酮、苯乙烯及其衍生物、α-甲基苯乙烯、N-环己基马来酰亚胺、N-苯基马来酰亚胺、N-苄基马来酰亚胺等N-取代马来酰亚胺、丙烯腈、乙酸乙烯酯及聚(甲基)丙烯酸甲酯大单体、聚苯乙烯大单体、聚(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯大单体、聚乙二醇大单体、聚丙二醇大单体、聚己内酯大单体等大单体等。它们可以单独使用一种,或者组合2种以上使用。
丙烯酸类高分子分散剂特别优选由具有官能团的A嵌段与不具有官能团的B嵌段构成的A-B或B-A-B嵌段共聚物,此时,A嵌段中除了来源于上述包含官能团且含有不饱和基团的单体的部分结构以外,也可以含有来源于上述不包含官能团但含有不饱和基团的单体的部分结构,这些结构在该A嵌段中可以以无规共聚或嵌段共聚的任意的形态含有。另外,不含官能团的部分结构在A嵌段中的含量通常为80质量%以下,优选为50质量%以下,更优选为30质量%以下。
B嵌段包括来源于上述不含官能团但含有不饱和基团的单体的部分结构,在1个B嵌段中可以含有来源于2种以上单体的部分结构,这些结构在该B嵌段中可以以无规共聚或嵌段共聚的任意形态含有。
该A-B或B-A-B嵌段共聚物例如可采用以下所示的活性聚合法来制备。
活性聚合法包括阴离子活性聚合法、阳离子活性聚合法、自由基活性聚合法,其中,阴离子活性聚合法的聚合活性种是阴离子,例如由下述合成路线来表示。
[化学式6]
上述合成路线中、Ar1为1价有机基团,Ar2为不同于Ar1的1价有机基团,M为金属原子,s及t分别为1以上的整数。
自由基活性聚合法的聚合活性种是自由基,例如由下述合成路线来表示。
[化学式7]
上述合成路线中,Ar1为1价有机基团,Ar2为不同于Ar1的1价有机基团,j及k分别为1以上的整数,Ra为氢原子或1价有机基团,Rb与Ra不同,为氢原子或1价有机基团。
在合成该丙烯酸类高分子分散剂时,可以采用日本特开平9-62002号公报、P.Lutz,P.Massonetal,Polym.Bull.12,79(1984),B.C.Anderson,G.D.Andrewsetal,Macromolecules,14,1601(1981),K.Hatada,K.Ute,etal,Polym.J.17,977(1985),18,1037(1986),右手浩一、畑田耕一、高分子加工、36,366(1987),东村敏延、泽本光男、高分子论文集、46,189(1989),M.Kuroki,T.Aida,J.Am.Chem.Sic,109,4737(1987),相田卓三、井上祥平、有机合成化学、43,300(1985),D.Y.Sogoh,W.R.Hertleretal,Macromolecules,20,1473(1987)等中记载的公知方法。
能够在本发明中使用的丙烯酸类高分子分散剂可以为A-B嵌段共聚物,也可以为B-A-B嵌段共聚物,构成其共聚物的A嵌段/B嵌段比优选为1/99~80/20,特别优选为5/95~60/40(质量比),在该范围外时,有时不能兼备良好的耐热性和分散性。
另外,在1g能够在本发明中使用的A-B嵌段共聚物、B-A-B嵌段共聚物中,季铵盐基团的量通常优选为0.1~10mmol,在该范围外时,有时不能兼备良好的耐热性和分散性。
需要说明的是,在这样的嵌段共聚物中,有时通常会含有在制造过程中产生的氨基,其胺值为1~100mgKOH/g左右,从分散性的观点考虑,优选为10mgKOH/g以上、更优选为30mgKOH/g以上、进一步优选为50mgKOH/g以上,并且优选为90mgKOH/g以下、更优选为80mgKOH/g以下、进一步优选为75mgKOH/g以下。
这里,这些嵌段共聚物等的分散剂的胺值用相当于分散剂试料中除了溶剂以外的固体成分1g的碱量和当量的KOH质量来表示,通过下面的方法来测定。
在100mL的烧杯中精确称量分散剂试料0.5~1.5g,用50mL的乙酸溶解,使用具备pH电极的自动滴定装置,用0.1mol/L的HClO4乙酸溶液对该溶液进行中和滴定,将滴定pH曲线的拐点作为滴定终点,并按照下式求出胺值。
胺值[mgKOH/g]=(561×V)/(W×S)
[其中,W:表示分散剂试料称取量[g]、V:表示在滴定终点的滴定量[mL]、S:表示分散剂试料的固体成分浓度[质量%]。]
另外,该嵌段共聚物的酸值依赖于作为该酸值基础的酸性基团的有无及其种类,通常优选酸值较低者,通常为10mgKOH/g以下,其重均分子量(Mw)优选为1000~100,000的范围。嵌段共聚物的重均分子量低于1000时,存在分散稳定性降低的倾向,嵌段共聚物的重均分子量超过100,000时,存在显影性、分辨性下降的倾向。
对于具有季铵盐基团作为官能团的高分子分散剂的具体结构没有特别限定,但从分散性的观点考虑,优选具有下述式(i)表示的重复单元(以下,有时称为“重复单元(i)”)。
[化学式8]
上述式(i)中,R31~R33各自独立地为氢原子、任选具有取代基的烷基、任选具有取代基的芳基或任选具有取代基的芳烷基,R31~R33中的2个以上可以相互键合而形成环状结构。R34为氢原子或甲基,X为2价的连结基团,Y-为抗衡阴离子。
上述式(i)的R31~R33中任选具有取代基的烷基的碳原子数没有特别限定,通常为1以上,并且优选为10以下,更优选为6以下。作为烷基的具体例子,可以举出甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基等,这些当中,优选为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或己基,更优选为甲基、乙基、丙基或丁基。另外,可以为直链状、支链状中的任意形式。另外,还可以含有环己基、环己基甲基等环状结构。
上述式(i)的R31~R33中任选具有取代基的芳基的碳原子数没有特别限定,通常为6以上,并且优选为16以下,更优选为12以下。作为芳基的具体例子,可以举出苯基、甲基苯基、乙基苯基、二甲基苯基、二乙基苯基、萘基、蒽基等,这些当中,优选为苯基、甲基苯基、乙基苯基、二甲基苯基或二乙基苯基,更优选为苯基、甲基苯基或乙基苯基。
上述式(i)的R31~R33中任选具有取代基的芳烷基的碳原子数没有特别限定,通常为7以上,并且优选为16以下,更优选为12以下。作为芳烷基的具体例子,可以举出苯基亚甲基、苯基亚乙基、苯基亚丙基、苯基亚丁基、苯基异亚丙基等,这些当中,优选苯基亚甲基、苯基亚乙基、苯基亚丙基或苯基亚丁基,更优选苯基亚甲基或苯基亚乙基。
这些当中,从分散性的观点考虑,优选R31~R33各自独立地为烷基或芳烷基,具体地,优选R31及R33各自独立地为甲基或乙基、且R32为苯基亚甲基或苯基亚乙基,更优选R31及R33为甲基、且R32为苯基亚甲基。
另外,上述高分子分散剂具有叔胺作为官能团的情况下,从分散性的观点考虑,优选具有下述式(ii)表示的重复单元(以下,有时称为“重复单元(ii)”)。
[化学式9]
上述式(ii)中,R35及R36各自独立地为氢原子、任选具有取代基的烷基、任选具有取代基的芳基或任选具有取代基的芳烷基,R35及R36可以相互键合而形成环状结构,R37为氢原子或甲基,Z为2价的连结基团。
另外,作为上述式(ii)的R35及R36中任选具有取代基的烷基,可以优选采用作为上述式(i)的R31~R33而示例的基团。
同样地,作为上述式(ii)的R35及R36中任选具有取代基的芳基,可以优选采用作为上述式(i)的R31~R33而示例的基团。另外,作为上述式(ii)的R35及R36中任选具有取代基的芳烷基,可以优选采用作为上述式(i)的R31~R33而示例的基团。
这些当中,R35及R36优选各自独立地为任选具有取代基的烷基,更优选为甲基或乙基。
作为上述式(i)的R31~R33及上述式(ii)的R35和R36中的烷基、芳烷基或芳基所任选具有的取代基,可以举出卤原子、烷氧基、苯甲酰基、羟基等。
在上述式(i)及(ii)中,作为2价的连结基团X及Z,可以举出例如:碳原子数1~10的亚烷基、碳原子数6~12的亚芳基、-CONH-R43-基、-COOR44-基[其中,R43及R44为单键、碳原子数1~10的亚烷基或碳原子数2~10的醚基(烷基氧烷基)]等,优选为-COO-R44-基。
另外,在上述式(i)中,作为抗衡阴离子的Y-,可以举出Cl-、Br-、I-、ClO4 -、BF4 -、CH3COO-、PF6 -等。
上述式(i)表示的重复单元的含有比例没有特别限定,从分散性的观点考虑,相对于上述式(i)表示的重复单元的含有比例和上述式(ii)表示的重复单元的含有比例的总计,优选为60摩尔%以下、更优选为50摩尔%以下、进一步优选为40摩尔%以下、特别优选为35摩尔%以下,并且优选为5摩尔%以上、更优选为10摩尔%以上、进一步优选为20摩尔%以上、特别优选为30摩尔%以上。
另外,上述式(i)表示的重复单元在高分子分散剂的全部重复单元中所占的含有比例没有特别限定,从分散性的观点考虑,优选为1摩尔%以上、更优选为5摩尔%以上、进一步优选为10摩尔%以上,并且优选为50摩尔%以下、优选为30摩尔%以下、更优选为20摩尔%以下、特别优选为15摩尔%以下。
另外,上述式(ii)表示的重复单元在高分子分散剂的全部重复单元中所占的含有比例没有特别限定,从分散性的观点考虑,优选为5摩尔%以上、更优选为10摩尔%以上、进一步优选为15摩尔%以上、特别优选为20摩尔%以上,并且优选为60摩尔%以下、更优选为40摩尔%以下、进一步优选为30摩尔%以下、特别优选为25摩尔%以下。
另外,从提高与溶剂等粘合剂成分的相溶性、使分散稳定性提高的观点考虑,高分子分散剂优选具有下述式(iii)表示的重复单元(以下,有时称为“重复单元(iii)”)。
[化学式10]
上述式(iii)中,R40为亚乙基或亚丙基,R41为任选具有取代基的烷基,R42为氢原子或甲基,n为1~20的整数。
上述式(iii)的R41中任选具有取代基的烷基的碳原子数没有特别限定,通常为1以上、优选为2以上,并且优选为10以下、更优选为6以下。作为烷基的具体例子,可以举出甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基等,这些当中,优选为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或己基,更优选为甲基、乙基、丙基或丁基。另外,可以是直链状、支链状中的任意形态。另外,也可以含有环己基、环己基甲基等环状结构。
另外,从相对于溶剂等粘合剂成分的相溶性和分散性的观点考虑,上述式(iii)中的n优选为1以上、更优选为2以上,并且优选为10以下、更优选为5以下。
另外,上述式(iii)表示的重复单元在高分子分散剂的全部重复单元中所占的含有比例没有特别限定,优选为1摩尔%以上、更优选为2摩尔%以上、进一步优选为4摩尔%以上,并且优选为30摩尔%以下、更优选为20摩尔%以下、进一步优选为10摩尔%以下。在上述范围内的情况下,存在能够兼备相对于溶剂等粘合剂成分的相溶性和分散稳定性的倾向。
另外,从提高分散剂相对于溶剂等粘合剂成分的相溶性、使分散稳定性提高的观点考虑,高分子分散剂优选具有下述式(iv)表示的重复单元(以下,有时称为“重复单元(iv)”)。
[化学式11]
上述式(iv)中,R38为任选具有取代基的烷基、任选具有取代基的芳基或任选具有取代基的芳烷基。R39为氢原子或甲基。
上述式(iv)的R38中任选具有取代基的烷基的碳原子数没有特别限定,通常为1以上、优选为2以上、更优选为4以上,并且优选为10以下、更优选为8以下。作为烷基的具体例子,可以举出甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基等,这些当中,优选为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或己基,更优选为甲基、乙基、丙基或丁基。另外,可以是直链状、支链状中的任意形态。另外,也可以含有环己基、环己基甲基等环状结构。
上述式(iv)的R38中任选具有取代基的芳基的碳原子数没有特别限定,通常为6以上,并且优选为16以下、更优选为12以下、进一步优选为8以下。作为芳基的具体例子,可以举出苯基、甲基苯基、乙基苯基、二甲基苯基、二乙基苯基、萘基、蒽基等,这些当中,优选为苯基、甲基苯基、乙基苯基、二甲基苯基或二乙基苯基,更优选为苯基、甲基苯基或乙基苯基。
上述式(iv)的R38中任选具有取代基的芳烷基的碳原子数没有特别限定,通常为7以上,并且优选为16以下、更优选为12以下、进一步优选为10以下。作为芳烷基的具体例子,可以举出苯基亚甲基、苯基亚乙基、苯基亚丙基、苯基亚丁基、苯基异亚丙基等,这些当中,优选为苯基亚甲基、苯基亚乙基、苯基亚丙基或苯基亚丁基,更优选为苯基亚甲基或苯基亚乙基。
这些当中,从溶剂相溶性和分散稳定性的观点考虑,R38优选为烷基或芳烷基,更优选为甲基、乙基或苯基亚甲基。
作为R38中的烷基所任选具有的取代基,可以举出卤原子、烷氧基等。另外,作为芳基或芳烷基所任选具有的取代基,可以举出链状的烷基、卤原子、烷氧基等。另外,R38所示的链状的烷基包括直链状及支链状中的任一种。
另外,从分散性的观点考虑,上述式(iv)表示的重复单元在高分子分散剂的全部重复单元中所占的含有比例优选为30摩尔%以上、更优选为40摩尔%以上、进一步优选为50摩尔%以上,并且优选为80摩尔%以下、更优选为70摩尔%以下。
高分子分散剂也可以具有重复单元(i)、重复单元(ii)、重复单元(iii)及重复单元(iv)以外的重复单元。作为这样的重复单元的例子,可以举出来源于苯乙烯、α-甲基苯乙烯等苯乙烯类单体;(甲基)丙烯酰氯等(甲基)丙烯酰氯类单体;(甲基)丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺等(甲基)丙烯酰胺类单体;乙酸乙烯酯;丙烯腈;烯丙基缩水甘油基醚、巴豆酸缩水甘油醚;N-甲基丙烯酰吗啉等单体的重复单元。
从进一步提高分散性的观点考虑,高分子分散剂优选为具有A嵌段和B嵌段的嵌段共聚物,所述A嵌段具有重复单元(i)及重复单元(ii),所述B嵌段不具有重复单元(i)及重复单元(ii)。该嵌段共聚物优选为A-B嵌段共聚物或B-A-B嵌段共聚物。通过在A嵌段中导入季铵盐基团及叔氨基,意外地具有显著提高分散剂的分散能力的倾向。另外,B嵌段优选具有重复单元(iii),此外,更优选具有重复单元(iv)。
在A嵌段中,可以以无规共聚、嵌段共聚的任意形态含有重复单元(i)及重复单元(ii)。另外,可以在1个A嵌段中分别含有2种以上重复单元(i)及重复单元(ii),该情况下,可以在该A嵌段中以无规共聚、嵌段共聚的任意形态含有各个重复单元。
另外,还可以在A嵌段中含有重复单元(i)及重复单元(ii)以外的重复单元,作为这样的重复单元的例子,可以举出来源于上述的(甲基)丙烯酸酯类单体的重复单元等。重复单元(i)及重复单元(ii)以外的重复单元在A嵌段中的含量优选为0~50摩尔%,更优选为0~20摩尔%,最优选在A嵌段中不含该重复单元。
可以在B嵌段中含有重复单元(iii)及(iv)以外的重复单元,作为这样的重复单元的例子,可以举出来源于苯乙烯、α-甲基苯乙烯等苯乙烯类单体;(甲基)丙烯酰氯等(甲基)丙烯酰氯类单体;(甲基)丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺等(甲基)丙烯酰胺类单体;乙酸乙烯酯;丙烯腈;烯丙基缩水甘油基醚、巴豆酸缩水甘油醚;N-甲基丙烯酰吗啉等单体的重复单元。重复单元(iii)及重复单元(iv)以外的重复单元在B嵌段中的含量优选为0~50摩尔%,更优选为0~20摩尔%,最优选在B嵌段中不含该重复单元。
另外,从提高分散稳定性方面考虑,优选(B)分散剂与后面叙述的颜料衍生物组合使用。
<(C)可溶于碱的树脂>
作为本发明中使用的(C)可溶于碱的树脂,只要是含有羧基或羟基的树脂就没有特别限定,可以举出例如:环氧(甲基)丙烯酸酯类树脂、丙烯酸类树脂、含有羧基的环氧树脂、含有羧基的聚氨酯树脂、酚醛清漆类树脂、聚乙烯基苯酚类树脂等,其中,优选环氧(甲基)丙烯酸酯类树脂、丙烯酸类树脂。这些树脂可以单独使用1种,或者混合多种使用。
作为本发明中使用的可溶于碱的树脂,从优异的制版性的观点考虑,特别优选使用下述可溶于碱的树脂(c1)和/或可溶于碱的树脂(c2)(以下,有时称为“含有羧基的环氧(甲基)丙烯酸酯树脂”)。
<可溶于碱的树脂(c1)>
其是如下获得的可溶于碱的树脂:使α,β-不饱和单羧酸或具有羧基的α,β-不饱和单羧酸酯与环氧树脂加成,再使其与多元酸和/或其酸酐反应。
<可溶于碱的树脂(c2)>
其是如下获得的可溶于碱的树脂:使α,β-不饱和单羧酸或具有羧基的α,β-不饱和单羧酸酯与环氧树脂加成,再使其与多元醇、及多元酸和/或其酸酐反应。
作为原料的环氧树脂,可以优选使用例如双酚A型环氧树脂(例如三菱化学株式会社制造的“Epikote(注册商标,以下相同)828”、“Epikote1001”、“Epikote1002”、“Epikote1004”等)、通过双酚A型环氧树脂的醇羟基与表氯醇反应而得到的环氧化物(例如日本化药株式会社制造的“NER-1302”(环氧当量323、软化点76℃))、双酚F型树脂(例如三菱化学株式会社制造的“Epikote807”、“EP-4001”、“EP-4002”、“EP-4004等”)、通过双酚F型环氧树脂的醇羟基与表氯醇反应而得到的环氧树脂(例如日本化药株式会社制造的“NER-7406”(环氧当量350、软化点66℃))、双酚S型环氧树脂、联苯缩水甘油醚(例如三菱化学株式会社制造的“YX-4000”)、苯酚酚醛清漆型环氧树脂(例如日本化药株式会社制造的“EPPN-201”、三菱化学株式会社制造的“EP-152”、“EP-154”、Dowchemical公司制造的“DEN-438”)、(邻、间、对-)甲酚酚醛清漆型环氧树脂(例如日本化药株式会社制造的“EOCN(注册商标,以下相同)-102S”、“EOCN-1020”、“EOCN-104S”)、异氰尿酸三缩水甘油酯(例如日产化学株式会社制造的“TEPIC(注册商标)”)、三酚基甲烷型环氧树脂(例如日本化药株式会社制造的“EPPN(注册商标,以下相同)-501”、“EPN-502”、“EPPN-503”)、脂环式环氧树脂(大赛璐化学工业株式会社制造的“Celloxide2021P”、“Celloxide(注册商标,以下相同)EHPE”)、将二环戊二烯与苯酚的反应而生成的酚醛树脂进行缩水甘油化而得到的环氧树脂(例如DIC公司制造的“EXA-7200”、日本化药株式会社制造的“NC-7300”)、下述通式(C1)~(C4)表示的环氧树脂等。具体地,可以举出下述通式(C1)表示的作为环氧树脂的日本化药株式会社制造的“XD-1000”、下述通式(C2)表示的作为环氧树脂的日本化药株式会社制造的“NC-3000”、下述通式(C4)表示的作为环氧树脂的新日铁化学株式会社制造的“ESF-300”等。
[化学式12]
上述通式(C1)中,a表示平均值,表示0~10的数,R111表示氢原子、卤原子、碳原子数1~8的烷基、碳原子数3~10的环烷基、苯基、萘基或联苯基中的任意基团。需要说明的是,1个分子中存在的多个R111可以相同也可以不同。
[化学式13]
上述通式(C2)中,b表示平均值,表示0~10的数,R121表示氢原子、卤原子、碳原子数1~8的烷基、碳原子数3~10的环烷基、苯基、萘基或联苯基中的任意基团。需要说明的是,1个分子中存在的多个R121可以相同也可以不同。
[化学式14]
上述通式(C3)中,X表示下述通式(C3-1)或(C3-2)表示的连结基团。但分子结构中包含1个以上的金刚烷结构。c表示2或3的整数
[化学式15]
上述通式(C3-1)及(C3-2)中,R131~R134及R135~R137分别独立地表示任选具有取代基的金刚烷基、氢原子、任选具有取代基的碳原子数1~12的烷基、或任选具有取代基的苯基。*表示键合位置。
[化学式16]
上述通式(C4)中,p及q分别独立地表示0~4的整数,R141及R142分别独立地表示碳原子数1~4的烷基或卤原子,R143及R144分别独立地表示碳原子数1~4的亚烷基,x及y分别独立地表示0以上的整数。
这些当中,优选使用通式(C1)~(C4)中的任一个所表示的环氧树脂。
作为α,β-不饱和单羧酸或具有羧基的α,β-不饱和单羧酸酯,可以举出(甲基)丙烯酸、巴豆酸、邻-、间-或对-乙烯基苯甲酸、(甲基)丙烯酸的α位卤代烷基、烷氧基、卤原子、硝基、氰基取代物等单羧酸、2-(甲基)丙烯酰氧乙基琥珀酸、2-(甲基)丙烯酰氧乙基己二酸、2-(甲基)丙烯酰氧乙基苯二甲酸、2-(甲基)丙烯酰氧乙基六氢苯二甲酸、2-(甲基)丙烯酰氧乙基马来酸、2-(甲基)丙烯酰氧丙基琥珀酸、2-(甲基)丙烯酰氧丙基己二酸、2-(甲基)丙烯酰氧丙基四氢苯二甲酸、2-(甲基)丙烯酰氧丙基苯二甲酸、2-(甲基)丙烯酰氧丙基马来酸、2-(甲基)丙烯酰氧丁基琥珀酸、2-(甲基)丙烯酰氧丁基己二酸、2-(甲基)丙烯酰氧丁基四氢苯二甲酸、2-(甲基)丙烯酰氧丁基苯二甲酸、2-(甲基)丙烯酰氧丁基马来酸、在(甲基)丙烯酸上加成ε-己内酯、β-丙内酯、γ-丁内酯、δ-戊内酯等内酯类而得到的单体、或者在(甲基)丙烯酸羟基烷基酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯上加成琥珀酸(酐)、苯二甲酸(酐)、马来酸(酐)等酸(酸酐)而得到的单体、(甲基)丙烯酸二聚体等。
这些当中,从灵敏度方面考虑,特别优选的是(甲基)丙烯酸。
作为在环氧树脂上加成α,β-不饱和单羧酸或具有羧基的α,β-不饱和单羧酸酯的方法,可以使用公知的方法。例如,可以在酯化催化剂存在下、在50~150℃的温度下使α,β-不饱和单羧酸或具有羧基的α,β-不饱和单羧酸酯与环氧树脂反应。作为这里使用的酯化催化剂,可以使用三乙胺、三甲胺、苄基二甲基胺、苄基二乙基胺等叔胺、四甲基氯化铵、四乙基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵等季铵盐等。
需要说明的是,环氧树脂、α,β-不饱和单羧酸或具有羧基的α,β-不饱和单羧酸酯、以及酯化催化剂均可以单独使用一种,也可以组合2种以上使用。
α,β-不饱和单羧酸或具有羧基的α,β-不饱和单羧酸酯的使用量如下:相对于环氧树脂的环氧基1当量,优选为0.5~1.2当量的范围,更优选为0.7~1.1当量的范围。如果α,β-不饱和单羧酸或具有羧基的α,β-不饱和单羧酸酯的使用量较少,则不饱和基团的导入量不足,接下来的与多元酸和/或其酸酐的反应也变得不充分。另外,残留大量的环氧基也是不利的。另一方面,如果该使用量较多,则α,β-不饱和单羧酸或具有羧基的α,β-不饱和单羧酸酯作为未反应物而残留下来。任何一种情况下均确认到固化特性恶化的倾向。
作为多元酸和/或其酸酐,可以举出选自马来酸、琥珀酸、衣康酸、苯二甲酸、四氢苯二甲酸、六氢苯二甲酸、均苯四甲酸、偏苯三酸、二苯甲酮四羧酸、六氢苯二甲酸甲酯、桥亚甲基四氢苯二甲酸、六氯降冰片烯二酸、四氢苯二甲酸甲酯、联苯四羧酸、以及这些酸的酸酐等中的一种或2种以上。
优选马来酸、琥珀酸、衣康酸、苯二甲酸、四氢苯二甲酸、六氢苯二甲酸、均苯四甲酸、偏苯三酸、联苯四羧酸或这些酸的酸酐。特别优选四氢苯二甲酸、联苯四羧酸、四氢苯二甲酸酐或联苯四羧酸二酐。
关于多元酸和/或其酸酐的加成反应,可以使用公知的方法,可以在与α,β-不饱和单羧酸或具有羧基的α,β-不饱和单羧酸酯对环氧树脂的加成反应同样的条件下,使其继续反应而得到目标物。多元酸和/或其酸酐成分的加成量优选使生成的含羧基的环氧(甲基)丙烯酸酯树脂的酸值为10~150mgKOH/g范围的程度的加成量,更优选为20~140mgKOH/g范围的程度的加成量。含羧基的环氧(甲基)丙烯酸酯树脂的酸值低于上述范围时,存在碱显影性变差的倾向,另外,含羧基的环氧(甲基)丙烯酸酯树脂的酸值超过上述范围时,存在固化性能差的倾向。
需要说明的是,在该多元酸和/或其酸酐的加成反应时,可以添加三羟甲基丙烷、季戊四醇、二季戊四醇等多官能醇来导入多分支结构。
含羧基的环氧(甲基)丙烯酸酯树脂通常如下获得:在向环氧树脂与α,β-不饱和单羧酸或具有羧基的α,β-不饱和单羧酸酯的反应物中混合多元酸和/或其酸酐之后、或者在向环氧树脂与α,β-不饱和单羧酸或具有羧基的α,β-不饱和单羧酸酯的反应物中混合多元酸和/或其酸酐及多官能醇之后进行加温。该情况下,多元酸和/或其酸酐与多官能醇的混合顺序没有特别限制。通过加温,多元酸和/或其酸酐和存在于环氧树脂与α,β-不饱和单羧酸或具有羧基的α,β-不饱和单羧酸酯的反应物和多官能醇的混合物中的任意羟基进行加成反应。
通过凝胶渗透色谱法(GPC)测定的含羧基的环氧(甲基)丙烯酸酯树脂的换算成聚苯乙烯的重均分子量(Mw)通常为1000以上、优选为1500以上,且通常为10000以下、优选为8000以下、更优选为6000以下。该重均分子量较小时,对显影液的溶解性高,该重均分子量过大时,对显影液的溶解性低。
含羧基的环氧(甲基)丙烯酸酯树脂可以单独使用一种,也可以混合2种以上树脂使用。
另外,对于本发明中使用的(C)可溶于碱的树脂而言,只要不损害本发明的性能,也可以将上述含羧基的环氧(甲基)丙烯酸酯树脂的一部分置换为其它粘合剂树脂。即,可以将含羧基的环氧(甲基)丙烯酸酯树脂与其它粘合剂树脂组合使用。该情况下,(C)可溶于碱的树脂中含羧基的环氧(甲基)丙烯酸酯树脂的比例优选为50质量%以上、特别优选为80质量%以上。
只要不损害本发明的性能,能够与含羧基的环氧(甲基)丙烯酸酯树脂组合使用的其它粘合剂树脂就没有限制,可以从通常在感光性着色组合物中使用的树脂中选择。可以举出例如日本特开2007-271727号公报、日本特开2007-316620号公报、日本特开2007-334290号公报等中记载的粘合剂树脂等。
需要说明的是,其它粘合剂树脂均可以单独使用一种,也可以组合2种以上使用。
<(D)光聚合引发剂>
(D)光聚合引发剂是直接吸收光而引起分解反应或夺氢反应,从而具有产生聚合活性自由基的功能的成分。也可以根据需要添加聚合促进剂(链转移剂)、敏化染料等附加剂使用。
作为光聚合引发剂,可以举出例如日本特开昭59-152396号公报、包含日本特开昭61-151197号各公报中记载的茂钛化合物的金属茂化合物;日本特开2000-56118号公报中记载的六芳基二咪唑衍生物;日本特开平10-39503号公报中记载的卤甲基化二唑衍生物、卤甲基均三嗪衍生物、N-苯基氨基乙酸等N-芳基-α-氨基酸类、N-芳基-α-氨基酸盐类、N-芳基-α-氨基酸酯类等自由基活性剂、α-氨基烷基苯酮衍生物;日本特开2000-80068号公报、日本特开2006-36750号公报等中记载的肟酯衍生物等。
具体地,例如,作为茂钛衍生物类,可以举出:二环戊二烯基二氯化钛、二环戊二烯基二苯基钛、二环戊二烯基二(2,3,4,5,6-五氟苯-1-基)钛、二环戊二烯基二(2,3,5,6-四氟苯-1-基)钛、二环戊二烯基二(2,4,6-三氟苯-1-基)钛、二环戊二烯基二(2,6-二氟苯-1-基)钛、二环戊二烯基二(2,4-二氟苯-1-基)钛、二(甲基环戊二烯基)二(2,3,4,5,6-五氟苯-1-基)钛、二(甲基环戊二烯基)二(2,6-二氟苯-1-基)钛、二环戊二烯基[2,6-二氟-3-(吡咯-1-基)-苯-1-基]钛等。
另外,作为二咪唑衍生物类,可以举出:2-(2’-氯苯基)-4,5-二苯基咪唑2聚体、2-(2’-氯苯基)-4,5-二(3’-甲氧基苯基)咪唑2聚体、2-(2’-氟苯基)-4,5-二苯基咪唑2聚体、2-(2’-甲氧基苯基)-4,5-二苯基咪唑2聚体、(4’-甲氧基苯基)-4,5-二苯基咪唑2聚体等。
另外,作为卤甲基化二唑衍生物,可以举出:2-三氯甲基-5-(2’-苯并呋喃基)-1,3,4-二唑、2-三氯甲基-5-[β-(2’-苯并呋喃基)乙烯基]-1,3,4-二唑、2-三氯甲基-5-[β-(2’-(6”-苯并呋喃基)乙烯基)]-1,3,4-二唑、2-三氯甲基-5-呋喃基-1,3,4-二唑等。
另外,作为卤甲基均三嗪衍生物类,可以举出:2-(4-甲氧基苯基)-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-(4-甲氧基萘基)-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-(4-乙氧基萘基)-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-(4-乙氧羰基萘基)-4,6-双(三氯甲基)均三嗪等。
另外,作为α-氨基烷基苯酮衍生物类,可以举出:2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉基丙烷-1-酮、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉基苯基)-丁酮-1、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉基苯基)丁烷-1-酮、4-二甲基氨基乙基苯甲酸酯、4-二甲基氨基异戊基苯甲酸酯、4-二乙基氨基苯乙酮、4-二甲基氨基苯丙酮、2-乙基己基-1,4-二甲基氨基苯甲酸酯、2,5-双(4-二乙基氨基亚苄基)环己酮、7-二乙基氨基-3-(4-二乙基氨基苯甲酰基)香豆素、4-(二乙基氨基)查耳酮等。
作为光聚合引发剂,特别是从灵敏度及制版性方面考虑,肟衍生物类(肟类及酮肟类化合物)是有效的,由于使用含有酚羟基的可溶于碱的树脂的情况等在灵敏度方面是不利的,因此,这样的灵敏度优异的肟衍生物类(肟酯及酮肟酯化合物)是特别有用的。
作为肟类化合物,可以举出包含下述通式(3)所示结构部分的化合物,优选举出下述通式(3a)所示的肟酯类化合物。
[化学式17]
式(3)中,R22表示分别任选被取代的碳原子数2~12的烷酰基、碳原子数1~20的杂芳基烷酰基、碳原子数3~25的烯酰基、碳原子数3~8的环烷酰基、碳原子数3~20的烷氧羰基烷酰基、碳原子数8~20的苯氧羰基烷酰基、碳原子数3~20的杂芳氧羰基烷酰基、碳原子数2~10的氨基烷基羰基、碳原子数7~20的芳酰基、碳原子数1~20的杂芳酰基、碳原子数2~10的烷氧羰基、或碳原子数7~20的芳氧羰基。
[化学式18]
式(3a)中,R21a表示氢原子、或分别任选被取代的碳原子数1~20的烷基、碳原子数2~25的链烯基、碳原子数1~20的杂芳基烷基、碳原子数3~20的烷氧羰基烷基、碳原子数8~20的苯氧羰基烷基、碳原子数1~20的杂芳氧羰基烷基或杂芳基硫烷基、碳原子数1~20的氨基烷基、碳原子数2~12的烷酰基、碳原子数3~25的烯酰基、碳原子数3~8的环烷酰基、碳原子数7~20的芳酰基、碳原子数1~20的杂芳酰基、碳原子数2~10的烷氧羰基、碳原子数7~20的芳氧羰基、或碳原子数1~10的环烷基烷基。R21b表示包含芳香环或杂芳环的任意的取代基。
需要说明的是,R21a可以与R21b一起形成环,其连结基团可以举出分别任选具有取代基的碳原子数1~10的亚烷基、聚乙烯基(-(CH=CH)r-)、聚亚乙炔基(-(C≡C)r-)或将它们组合而成的基团(其中,r为0~3的整数)。
式(3a)中,R22a表示分别任选被取代的碳原子数2~12的烷酰基、碳原子数1~20的杂芳基烷酰基、碳原子数3~25的烯酰基、碳原子数3~8的环烷酰基、碳原子数3~20的烷氧羰基烷酰基、碳原子数8~20的苯氧羰基烷酰基、碳原子数3~20的杂芳氧羰基烷酰基、碳原子数2~10的氨基羰基、碳原子数7~20的芳酰基、碳原子数1~20的杂芳酰基、碳原子数2~10的烷氧羰基或碳原子数7~20的芳氧羰基。
作为上述通式(3)中的R22及上述通式(3a)中的R22a,优选举出碳原子数2~12的烷酰基、碳原子数1~20的杂芳基烷酰基、碳原子数3~8的环烷酰基。
作为上述通式(3a)中的R21a,优选举出未取代的甲基、乙基、丙基、被N-乙酰基-N-乙酰氧基氨基取代的丙基。
另外,作为上述通式(3a)中的R21b,优选举出任选被取代的咔唑基、任选被取代的噻吨酮基、任选被取代的苯硫基。
另外,作为上述通式(3)及(3a)中的任意的取代基,可以举出烷基、芳基、脂环基、杂环基、卤素基团、羟基、羧基、氨基、酰胺基等。
作为本发明中优选的肟酯类化合物,具体可举出以下示例的化合物,但并不限定于这些化合物。
[化学式19]
[化学式20]
另外,具有带有硝基的咔唑基的肟酯引发剂也是有效的。
作为酮肟类化合物,可举出包含下述通式(4)表示的部分结构的化合物,优选举出下述通式(5)所示的肟酯类化合物。
[化学式21]
上述通式(4)中,R24与上述通式(3)中的R22同义。
[化学式22]
上述通式(5)中,R23a表示分别任选被取代的苯基、碳原子数1~20的烷基、碳原子数2~25的链烯基、碳原子数1~20的杂芳基烷基、碳原子数3~20的烷氧羰基烷基、碳原子数8~20的苯氧羰基烷基、碳原子数2~20的烷基硫烷基、碳原子数1~20的杂芳氧羰基烷基或杂芳基硫烷基、碳原子数1~20的氨基烷基、碳原子数2~12的烷酰基、碳原子数3~25的烯酰基、碳原子数3~8的环烷酰基、碳原子数7~20的芳酰基、碳原子数1~20的杂芳酰基、碳原子数2~10的烷氧羰基、碳原子数7~20的芳氧羰基、或碳原子数1~10的环烷基烷基。
R23b表示包含芳香环或杂芳环的任意的取代基。
需要说明的是,R23a可以与R23b一起形成环,其连结基团可以举出分别任选具有取代基的碳原子数1~10的亚烷基、聚乙烯基(-(CH=CH)r-)、聚亚乙炔基(-(C≡C)r-)或将它们组合而成的基团(其中,r为0~3的整数)。
通式(5)中,R24a表示分别任选被取代的碳原子数2~12的烷酰基、碳原子数3~25的烯酰基、碳原子数4~8的环烷酰基、碳原子数7~20的苯甲酰基、碳原子数3~20的杂芳酰基、碳原子数2~10的烷氧羰基、碳原子数7~20的芳氧羰基、碳原子数2~20的杂芳基、或碳原子数2~20的烷基氨基羰基。
作为上述通式(4)中的R24及上述通式(5)中的R24a,优选举出碳原子数2~12的烷酰基、碳原子数1~20的杂芳烷酰基、碳原子数3~8的环烷酰基、碳原子数7~20的芳酰基。
作为上述通式(5)中的R23a,优选举出未取代的乙基、丙基、丁基、以及被甲氧基羰基取代的乙基或丙基。
另外,作为上述通式(5)中的R23b,优选举出任选被取代的的咔唑基、任选被取代的苯硫基。
另外,作为上述通式(4)及(5)中的任意的取代基,可以举出烷基、芳基、脂环基、杂环基、卤素基团、羟基、羧基、氨基、酰胺基等。
作为本发明中优选的酮肟酯类化合物,具体可举出以下示例的化合物,但并不限定于这些化合物。
[化学式23]
[化学式24]
这些肟及酮肟酯类化合物本身是公知的化合物,例如为日本特开2000-80068号公报、日本特开2006-36750号公中记载的一系列化合物中的一种。在本发明中,(D)光聚合引发剂优选为肟酯引发剂和/或酮肟酯引发剂。
上述光聚合引发剂可以单独使用一种,也可以组合2种以上使用。
本发明的感光性着色组合物中光聚合引发剂的比例相对于总固体成分通常为0.4~15质量%,优选为0.5~10质量%。光聚合引发剂的比例如果多于该范围,则存在显影性下降的倾向,另一方面,如果光聚合引发剂的比例过少,则有时无法形成优选的着色固化物的形状、高低差。
此外,还可以举出:苯偶姻甲基醚、苯偶姻苯基醚、苯偶姻异丁基醚、苯偶姻异丙基醚等苯偶姻烷基醚类;2-甲基蒽醌、2-乙基蒽醌、2-叔丁基蒽醌、1-氯蒽醌等蒽醌衍生物类;二苯甲酮、米蚩酮、2-甲基二苯甲酮、3-甲基二苯甲酮、4-甲基二苯甲酮、2-氯二苯甲酮、4-溴二苯甲酮、2-羧基二苯甲酮等二苯甲酮衍生物类;2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、2,2-二乙氧基苯乙酮、1-羟基环己基苯基酮、α-羟基-2-甲基苯基丙酮、1-羟基-1-甲基乙基(对异丙基苯基)酮、1-羟基-1-(对十二烷基苯基)酮、2-甲基-(4’-甲硫基苯基)-2-吗啉代-1-丙酮、1,1,1-三氯甲基-(对丁基苯基)酮等苯乙酮衍生物类;噻吨酮、2-乙基噻吨酮、2-异丙基噻吨酮、2-氯噻吨酮、2,4-二甲基噻吨酮、2,4-二乙基噻吨酮、2,4-二异丙基噻吨酮等噻吨酮衍生物类;对(二甲基氨基)苯甲酸乙酯、对(二乙基氨基)苯甲酸乙酯等苯甲酸酯衍生物类;9-苯基吖啶、9-(对甲氧基苯基)吖啶等吖啶衍生物类;9,10-二甲基苯并吩嗪等吩嗪衍生物类;苯并蒽酮等蒽酮衍生物类等。
上述光聚合引发剂中,从灵敏度方面考虑,特别优选肟酯衍生物类(肟酯类化合物)。
肟酯衍生物类中,从耐溶剂性的观点考虑,优选具有二苯基硫醚骨架的光聚合引发剂,例如可以使用下述通式(5-1)所示的物质。
[化学式25]
其中,R23a、R24a与上述通式(5)同义。
R25a及R25b分别独立地表示R25c、OR25c、CN、OH或卤原子,f表示0~5的整数,g表示0~4的整数。
R25c表示碳原子数1~20的烷基、碳原子数6~30的芳基、或碳原子数7~30的芳烷基。R25c表示的取代基的氢原子可以进一步被卤原子取代,R25c表示的取代基的亚烷基部分可以被-O-、-S-、-COO-、-OCO-或-NR25d-截断1~5次。R25d表示氢原子、碳原子数1~20的烷基、碳原子数6~30的芳基、或碳原子数7~30的芳烷基。R25c表示的取代基的烷基部分可以具有分支侧链,也可以为环戊基或环己基。
R26表示OH、COOH或下述通式(5-2)表示的基团,h表示0~5的整数。
[化学式26]
式(5-2)中,R26a表示-O-、-S-、-OCO-或-COO-。
R26b表示碳原子数1~20的亚烷基、碳原子数6~30的亚芳基、或碳原子数7~30的亚芳基亚烷基。
R26b表示的取代基的亚烷基部分可以被-O-、-S-、-COO-或-OCO-截断1~5次。R26b表示的取代基的亚烷基部分可以具有分支侧链,也可以为环亚己基。
R26c表示OH或COOH,i表示1~3的整数。
*表示键合位置。
光聚合引发剂可以单独使用一种,也可以组合2种以上使用。
为了提高感应灵敏度,可以根据需要在光聚合引发剂中配合对应于图像曝光光源的波长的敏化染料、聚合促进剂。作为敏化染料,可以举出:日本特开平4-221958号、日本特开平4-219756号公报中记载的呫吨色素、日本特开平3-239703号、日本特开平5-289335号公报中记载的具有杂环的香豆素色素、日本特开平3-239703号、日本特开平5-289335号中记载的3-氧代香豆素化合物、日本特开平6-19240号公报中记载的甲撑吡咯色素、以及日本特开昭47-2528号、日本特开昭54-155292号、日本特公昭45-37377号、日本特开昭48-84183号、日本特开昭52-112681号、日本特开昭58-15503号、日本特开昭60-88005号、日本特开昭59-56403号、日本特开平2-69号、日本特开昭57-168088号、日本特开平5-107761号、日本特开平5-210240号、日本特开平4-288818号公报中记在的具有二烷基氨基苯骨架的色素等。
这些敏化染料中,优选的是含氨基的敏化染料,更优选的是在同一分子内具有氨基及苯基的化合物。特别优选例如4,4’-二甲基氨基二苯甲酮、4,4’-二乙基氨基二苯甲酮、2-氨基二苯甲酮、4-氨基二苯甲酮、4,4’-二氨基二苯甲酮、3,3’-二氨基二苯甲酮、3,4-二氨基二苯甲酮等二苯甲酮类化合物;2-(对二甲基氨基苯基)苯并唑、2-(对二乙基氨基苯基)苯并唑、2-(p-二甲基氨基苯基)苯并[4,5]苯并唑、2-(对二甲基氨基苯基)苯并[6,7]苯并唑、2,5-双(对二乙基氨基苯基)-1,3,4-唑、2-(对二甲基氨基苯基)苯并噻唑、2-(对二乙基氨基苯基)苯并噻唑、2-(对二甲基氨基苯基)苯并咪唑、2-(对二乙基氨基苯基)苯并咪唑、2,5-双(对-二乙基氨基苯基)-1,3,4-噻二唑、(对二甲基氨基苯基)吡啶、(对二乙基氨基苯基)吡啶、(对二甲基氨基苯基)喹啉、(对二乙基氨基苯基)喹啉、(对二甲基氨基苯基)嘧啶、(对二乙基氨基苯基)嘧啶等含有对二烷基氨基苯基的化合物等。其中,最优选的是4,4’-二烷基氨基二苯甲酮。
敏化染料也可以单独使用一种,或者组合2种以上使用。
作为聚合促进剂,可使用例如对二甲基氨基苯甲酸乙基、苯甲酸2-二甲基氨基乙酯等芳香族胺、正丁胺、N-甲基二乙醇胺等脂肪族胺、后面叙述的巯基化合物等。聚合促进剂可以单独使用一种,也可以组合2种以上使用。
<光聚合性单体>
从灵敏度等方面考虑,优选在本发明的感光性着色组合物中进一步含有光聚合性单体(光聚合性化合物)。
作为在本发明中使用的光聚合性单体,可以举出在分子内具有至少一个烯属不饱和基团的化合物(以下,有时称为“烯属单体”)。具体可举出例如(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸烷基酯、丙烯腈、苯乙烯、以及具有1个烯属不饱和键的羧酸与多元醇或一元醇形成的单酯等。
在本发明中,特别优选使用在1分子中具有两个以上烯属不饱和基团的多官能烯属单体。
作为这样的多官能烯属单体的例子,可以举出例如:脂肪族多羟基化合物与不饱和羧酸形成的酯;芳香族多羟基化合物与不饱和羧酸形成的酯;通过脂肪族多羟基化合物、芳香族多羟基化合物等多羟基化合物与不饱和羧酸及多元羧酸的酯化反应而得到的酯等。
作为上述脂肪族多羟基化合物与不饱和羧酸形成的酯,可以举出:乙二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基乙烷三丙烯酸酯、季戊四醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、甘油丙烯酸酯等脂肪族多羟基化合物的丙烯酸酯;将这些示例化合物的丙烯酸酯替换成甲基丙烯酸酯而得到的甲基丙烯酸酯;同样地将上述示例化合物的丙烯酸酯替换成衣康酸酯而得到的衣康酸酯、替换成巴豆酸酯而得到的巴豆酸酯或者替换成马来酸酯而得到的马来酸酯等。
作为芳香族多羟基化合物与不饱和羧酸形成的酯,可以举出对苯二酚二丙烯酸酯、对苯二酚二甲基丙烯酸酯、间苯二酚二丙烯酸酯、间苯二酚二甲基丙烯酸酯、邻苯三酚三丙烯酸酯等芳香族多羟基化合物的丙烯酸酸酯及甲基丙烯酸酯等。
作为通过多元羧酸及不饱和羧酸与多羟基化合物的酯化反应而得到的酯,未必是单一物质,作为其代表性的具体例子,可以举出丙烯酸、苯二甲酸及乙二醇的缩合物、丙烯酸、马来酸及二乙二醇的缩合物、甲基丙烯酸、对苯二甲酸及季戊四醇的缩合物、丙烯酸、己二酸、丁二醇及甘油的缩合物等。
另外,作为本发明中使用的多官能烯属单体的例子,多异氰酸酯化合物与含羟基的(甲基)丙烯酸酯、或者多异氰酸酯化合物与多元醇及含羟基的(甲基)丙烯酸酯反应而得到的聚氨酯(甲基)丙烯酸酯类;多元环氧化合物与羟基(甲基)丙烯酸酯或(甲基)丙烯酸的加成反应物这样的环氧丙烯酸酯类;亚乙基双丙烯酰胺等丙烯酰胺类;苯二甲酸二烯丙酯等烯丙基酯类;苯二甲酸二乙烯基酯等含有乙烯基的化合物等是有用的。
作为上述聚氨酯(甲基)丙烯酸酯类,可以举出例如DPHA-40H、UX-5000、UX-5002D-P20、UX-5003D、UX-5005(日本化药株式会社制造)、U-2PPA、U-6LPA、U-10PA、U-33H、UA-53H、UA-32P、UA-1100H(新中村化学工业株式会社制造)、UA-306H、UA-510H、UF-8001G(协荣社化学株式会社制造)、UV-1700B、UV-7600B、UV-7605B、UV-7630B、UV7640B(日本合成化学株式会社制造)等。
它们可以单独使用一种,或者组合2种以上使用。
<感光性着色组合物的其它配合成分>
本发明的感光性着色组合物中,除了上述成分以外,还可以适当配合有机溶剂、硅烷偶联剂等密合提高剂、涂布性提高剂、显影改良剂、紫外线吸收剂、抗氧剂、表面活性剂、颜料衍生物等。
(1)有机溶剂
本发明的感光性着色组合物通常以(A)色材、(B)分散剂、(C)可溶于碱的树脂、(D)光聚合引发剂、以及根据需要使用的光聚合性单体、其它各种材料溶解或分散于有机溶剂中的状态使用。
作为有机溶剂,优选选择沸点为100~300℃范围的溶剂。更优选具有120~280℃的沸点的溶剂。
作为这样的有机溶剂,可列举例如以下溶剂。
乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丙醚、乙二醇单丁醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、丙二醇单正丁醚、丙二醇叔丁醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单正丁醚、甲氧基甲基戊醇、二丙二醇单乙醚、二丙二醇单甲醚、3-甲基-3-甲氧基丁醇、三乙二醇单甲醚、三乙二醇单乙醚、三丙二醇甲醚这样的二醇单烷基醚类;
乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇二丙醚、二乙二醇二丁醚、二丙二醇二甲醚这样的二醇二烷基醚类;
乙二醇单甲醚乙酸酯、乙二醇单乙醚乙酸酯、乙二醇单正丁醚乙酸酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、丙二醇单乙醚乙酸酯、丙二醇单丙醚乙酸酯、丙二醇单丁醚乙酸酯、甲氧基丁基乙酸酯、3-甲氧基丁基乙酸酯、甲氧基戊基乙酸酯、二乙二醇单甲醚乙酸酯、二乙二醇单乙醚乙酸酯、二乙二醇单正丁醚乙酸酯、二丙二醇单甲醚乙酸酯、三乙二醇单甲醚乙酸酯、三乙二醇单乙醚乙酸酯、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯这样的二醇烷基醚乙酸酯类;
乙二醇二乙酸酯、1,3-丁二醇二乙酸酯、1,6-己二醇二乙酸酯等二醇二乙酸酯类;
乙酸环己酯等乙酸烷基酯类;
戊醚、乙醚、二丙基醚、二异丙基醚、二丁基醚、二戊基醚、乙基异丁基醚、二己基醚这样的醚类;
丙酮、甲乙酮、甲基戊基酮、甲基异丙基酮、甲基异戊基酮、二异丙基酮、二异丁基酮、甲基异丁基酮、环己酮、乙基戊基酮、甲基丁基酮、甲基己基酮、甲基壬基酮、甲氧基甲基戊酮这样的酮类;
乙醇、丙醇、丁醇、己醇、环己醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、二乙二醇、二丙二醇、三乙二醇、甲氧基甲基戊醇、甘油、苄醇这样的一元醇或多元醇类;
正戊烷、正辛烷、二异丁烯、正己烷、己烯、异戊二烯、二戊烯、十二烷这样的脂肪族烃类;
环己烷、甲基环己烷、甲基环己烯、联二环己烷这样的脂环式烃类;
苯、甲苯、二甲苯、异丙苯这样的芳香族烃类;
甲酸戊酯、甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸丙酯、乙酸戊酯、异丁酸甲酯、乙二醇乙酸酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸丁酯、丁酸异丁酯、异丁酸甲酯、癸酸乙酯、硬脂酸丁酯、苯甲酸乙酯、3-乙氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-甲氧基丙酸丙酯、3-甲氧基丙酸丁酯、γ-丁内酯这样的链状或环状酯类;
3-甲氧基丙酸、3-乙氧基丙酸这样的烷氧基羧酸类;
氯丁烷、氯戊烷这样的卤代烃类;
甲氧基甲基戊酮这样的醚酮类;
乙腈、苄腈这样的腈类等。
作为相当于上述的市售的溶剂,可以举出:矿物油精(Mineralspirit)、Varsol#2、Apco#18solvent、Apcothinner、SocalsolventNo.1及No.2、Solvesso#150、ShellTS28solvent、卡必醇、乙基卡必醇、丁基卡必醇、甲基溶纤剂(“溶纤剂(cellosolve)”为注册商标,以下相同)、乙基溶纤剂、乙基溶纤剂乙酸酯、甲基溶纤剂乙酸酯、二乙二醇二甲醚(diglyme)(上述均为商品名)等。
这些有机溶剂可以单独使用,也可以组合2种以上使用。
用光刻法形成滤色器的像素或黑色矩阵的情况下,作为有机溶剂,优选选择沸点为100~200℃(在压力1013.25[hPa]条件下,以下,关于沸点均同样)范围的有机溶剂。更优选具有120~170℃的沸点的溶剂。
上述有机溶剂中,从涂布性、表面张力等的均衡性良好、组合物中的构成成分的溶解度较高方面考虑,优选二醇烷基醚乙酸酯类。
另外,二醇烷基醚乙酸酯类可以单独使用,也可以与其它有机溶剂组合使用。作为组合使用的有机溶剂,特别优选的是二醇单烷基醚类。其中,从组合物中的构成成分的溶解性考虑,特别优选丙二醇单甲醚。需要说明的是,二醇单烷基醚类的极性高,如果其添加量过多,则存在颜料容易凝聚而使其后得到的着色树脂组合物的粘度上升等保存稳定性下降的倾向,因此,溶剂中的二醇单烷基醚类的比例优选为5质量%~30质量%,更优选为5质量%~20质量%。
另外,还优选与具有150℃以上沸点的有机溶剂(以下,有时称为“高沸点溶剂”)组合使用。通过与这样的高沸点溶剂组合使用,虽然着色树脂组合物变得难以干燥,但具有防止在急剧干燥的情况下组合物中的颜料的均匀的分散状态被破坏的效果。即,具有例如防止在狭缝喷嘴前端因色材等的析出、固化而产生异物缺陷的效果。从这样的效果高方面考虑,上述各种溶剂中,特别优选二乙二醇单正丁醚、二乙二醇单正丁醚乙酸酯、以及二乙二醇单乙醚乙酸酯。
有机溶剂中高沸点溶剂的含有比例优选为3质量%~50质量%,更优选为5质量%~40质量%,特别优选为5质量%~30质量%。如果高沸点溶剂的量过少,则存在例如在狭缝喷嘴前端因色材等的析出、固化而产生异物缺陷的可能,另外,如果高沸点溶剂的量过多,则组合物的干燥温度变慢,可能存在在后述的黑色矩阵制造工序中产生减压干燥工艺的生产节拍不良、预烘焙(pre-bake)的销孔痕迹这样的问题。
需要说明的是,沸点150℃以上的高沸点溶剂可以是二醇烷基醚乙酸酯类,另外也可以是二醇烷基醚类,该情况下,也可以不另外含有沸点150℃以上的高沸点溶剂。
作为优选的高沸点溶剂,可以举出例如上述各种溶剂中的二乙二醇单正丁醚乙酸酯、二乙二醇单乙醚乙酸酯、二丙二醇甲基醚乙酸酯、1,3-丁二醇二乙酸酯、1,6-己二醇二乙酸酯、甘油三乙酸酯等。
(2)密合提高剂
为了改善与基板的密合性,可以在本发明的感光性着色组合物中含有密合提高剂。作为密合提高剂,优选硅烷偶联剂、含磷酸基的化合物等。
作为硅烷偶联剂的种类,可以将环氧类系、(甲基)丙烯酸类、氨基类等各种硅烷偶联剂中的1种单独使用,或者将2种以上混合使用。
作为优选的硅烷偶联剂,可以举出例如:3-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷等(甲基)丙烯酰氧基硅烷类、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基甲基二乙氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基三乙氧基硅烷等环氧硅烷类、3-脲丙基三乙氧基硅烷等脲基硅烷类、3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷等异氰酸酯硅烷类,特别优选的是环氧硅烷类的硅烷偶联剂。
作为含磷酸基的化合物,优选含有(甲基)丙烯酰基的磷酸酯类,更优选下述通式(g1)、(g2)或(g3)表示的化合物。
[化学式27]
上述通式(g1)、(g2)及(g3)中,R51表示氢原子或甲基,l及l’为1~10的整数,m为1、2或3。
这些含磷酸基的化合物可以单独使用一种,也可以组合2种以上使用。
(3)表面活性剂
为了提高涂布性,也可以在本发明的感光性着色组合物中含有表面活性剂。
作为表面活性剂,可以使用例如阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂等各种表面活性剂。其中,从对各种特性带来不良影响的可能性低这方面考虑,优选使用非离子型表面活性剂,其中,从涂布性方面考虑,氟类、硅类表面活性剂是有效的。
作为这样的表面活性剂,可以举出例如:TSF4460(GE东芝有机硅株式会社制造)、DFX-18(NEOS公司制造)、BYK-300、BYK-325、BYK-330(BYKChemie公司制造)、KP340(信越有机硅株式会社制造)、F-470、F-475、F-478、F-559(DIC公司制造)、SH7PA(ToraySilicone公司制造)、DS-401(大金株式会社制造)、L-77(日本尤尼卡株式会社制造)、FC4430(住友3M公司制造)等。
需要说明的是,表面活性剂可以使用一种,也可以以任意的组合和比率组合2种以上使用。
(4)颜料衍生物
为了提高分散性、保存性,本发明的感光性着色组合物中还可以含有作为分散助剂的颜料衍生物。
作为颜料衍生物,可以举出偶氮类、酞菁类、喹吖酮类、苯并咪唑酮类、喹酞酮类、异吲哚啉酮类、二嗪类、蒽醌类、阴丹士林类、二萘嵌苯类、芘酮类、二酮吡咯并吡咯类、二嗪类等的衍生物,其中,优选酞菁类、喹酞酮类。
作为颜料衍生物的取代基,可列举磺酸基、磺酰胺基及其季盐、邻苯二甲酰亚胺甲基、二烷基氨基烷基、羟基、羧基、酰胺基等,它们可直接或隔着烷基、芳基、杂环基等键合在颜料骨架上,上述颜料衍生物的取代基中,优选磺酸基。另外,在一个颜料骨架上可以取代多个这些取代基。
作为颜料衍生物的具体例,可列举酞菁的磺酸衍生物、喹酞酮的磺酸衍生物、蒽醌的磺酸衍生物、喹吖酮的磺酸衍生物、二酮吡咯并吡咯的磺酸衍生物、二嗪的磺酸衍生物等。这些颜料衍生物可以单独使用一种,或者组合2种以上使用。
(5)光产酸剂
所述光产酸剂是指能够通过紫外线而产生酸的化合物,其通过在进行曝光时所产生的酸的作用,在例如三聚氰胺化合物等交联剂的存在下使交联反应得以进行。在这样的光产酸剂中,优选的是在溶剂中的溶解性、特别是在用于感光性着色组合物的溶剂中的溶解性高的物质,例如可列举:二苯基碘、二甲苯基碘、苯基(对甲氧苯甲基)碘、双(间硝基苯基)碘、双(对叔丁基苯基)碘、双(对氯苯基)碘、双(正十二烷基)碘、对异丁基苯基(对甲苯基)碘、对异丙基苯基(对甲苯基)碘等二芳基碘、或三苯基锍等三芳基锍的氯化物、溴化物或硼氟化盐、六氟磷酸盐、六氟亚砷酸盐、芳香族磺酸盐、四(五氟苯基)硼酸盐等、二苯基苯酰甲基锍(正丁基)三苯基硼酸盐等锍有机硼络合物类、或者2-甲基-4,6-双(三氯甲基)三嗪、2-(4-甲氧基苯基)-4,6-双(三氯甲基)三嗪等三嗪化合物等,但并不限定于此。
(6)交联剂
本发明的感光性着色组合物中可以进一步加入交联剂,例如,可使用三聚氰胺或胍胺类化合物。作为这些交联剂,可列举例如下述通式(6)所示的三聚氰胺或胍胺类的化合物。
[化学式28]
式(6)中,R61表示-NR66R67基或碳原子数6~12的芳基,R61为-NR66R67基的情况下,R62、R63、R64、R65、R66及R67中的一个表示-CH2OR68基,R61为碳原子数6~12的芳基的情况下,R62、R63、R64及R65中的一个表示-CH2OR68基,其余的R62、R63、R64、R65、R66及R67彼此相互独立地表示氢或-CH2OR68基,其中,R68表示氢原子或碳原子数1~4的烷基。
这里,典型的碳原子数6~12的芳基为苯基、1-萘基或2-萘基,这些苯基、萘基上还可以键合烷基、烷氧基、卤原子等取代基。烷基及烷氧基的碳原子数分别为1~6左右。上述中,R68表示的烷基为甲基或乙基、特别优选为甲基。
与通式(6)相对应的三聚氰胺类化合物、即下述通式(6-1)的化合物包括:六羟甲基三聚氰胺、五羟甲基三聚氰胺、四羟甲基三聚氰胺、六甲氧基甲基三聚氰胺、五甲氧基甲基三聚氰胺、四甲氧基甲基三聚氰胺、六乙氧基甲基三聚氰胺等。
[化学式29]
式(6-1)中,R62、R63、R64、R65、R66及R67中的一个为芳基的情况下,R62、R63、R64及R65中的一个表示-CH2OR68基,其余的R62、R63、R64、R65、R66及R67彼此独立地表示氢原子或-CH2OR68基,这里,R68表示氢原子或烷基。
另外,与通式(6)相对应的胍胺类化合物、即通式(6)中的R61为芳基的化合物包括:四羟甲基苯并胍胺、四甲氧基甲基苯并胍胺、三甲氧基甲基苯并胍胺、四乙氧基甲基苯并胍胺等。
另外,还可以使用具有羟甲基或羟甲基烷基醚基的交联剂。以下列举其实例。
2,6-双(羟基甲基)-4-甲基苯酚、4-叔丁基-2,6-双(羟基甲基)苯酚、5-乙基-1,3-双(羟基甲基)全氢-1,3,5-三嗪-2-酮(通称N-乙基二羟甲基三嗪酮)或其二甲基醚体、二羟甲基三亚甲基尿素或其二甲基醚体、3,5-双(羟基甲基)全氢-1,3,5-二嗪-4-酮(通称二羟甲基糖醛)或其二甲基醚体、四羟甲基乙二醛二脲(tetramethyrolglyoxaldiureine)或其四甲基醚体。
需要说明的是,这些交联剂可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。使用交联剂时,其量相对于感光性着色组合物的全部固体成分优选为0.1~15重量%、特别优选为0.5~10重量%。
(7)巯基化合物
另外,为了提高对基板的密合性,还可以添加作为聚合促进剂的巯基化合物。
作为巯基化合物的种类,可以举出2-巯基苯并噻唑、2-巯基苯并唑、2-巯基苯并咪唑、己二硫醇、癸二硫醇、1,4-二甲基巯基苯、二巯基丙酸丁二醇酯、二巯基乙酸丁二醇酯、二巯基乙酸乙二醇酯、三羟甲基丙烷三巯基乙酸酯、二巯基丙酸丁二醇酯、三羟甲基丙烷三巯基丙酸酯、三羟甲基丙烷三巯基乙酸酯、季戊四醇四巯基丙酸酯、季戊四醇四巯基乙酸酯、三巯基丙酸三羟基乙酯、乙二醇双(3-巯基丁酸酯)、丁二醇双(3-巯基丁酸酯)、1,4-双(3-巯基丁酰氧基)丁烷、三羟甲基丙烷三(3-巯基丁酸酯)、季戊四醇四(3-巯基丁酸酯)、季戊四醇三(3-巯基丁酸酯)、乙二醇双(3-巯基异丁酸酯)、丁二醇双(3-巯基异丁酸酯)、三羟甲基丙烷三(3-巯基异丁酸酯)、1,3,5-三(3-巯基丁氧基乙基)-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮等具有杂环的巯基化合物或脂肪族多官能巯基化合物等。这些巯基化合物可以单独使用一种,或者也可以将2种以上混合使用。
<感光性着色组合物中的成分配合量>
在本发明的感光性着色组合物中,相对于感光性着色组合物中的总固体成分量,(A)色材的含量通常为10质量%以上、优选为20质量%以上,并且通常为50质量%以下。如果(A)色材的含量过少,则有时无法获得充分的光学浓度(OD),反之,如果(A)色材的含量过多,则有时无法获得充分的图像形成性。另外,相对于(A)色材100质量%,(A-1)有机黑色颜料的含有比例通常为10质量%以上、优选为30质量%以上,并且通常为100质量%以下。如果(A)色材中(A-1)有机黑色颜料的含有比例过少,则有时无法获得充分的光学浓度(OD)。
在本发明的感光性着色组合物中,也有在(A)色材中同时含有(A-1)有机黑色颜料和(A-2)有机着色颜料的情况。此时,相对于(A)色材100质量%,(A-1)有机黑色颜料的含有比例通常为10质量%以上、优选为20质量%以上、更优选为30质量%以上,并且通常为90质量%以下、优选为80质量%以下、更优选为60质量%以下。另外,(A-2)有机着色颜料的含有比例通常为10质量%以上、优选为20质量%以上、更优选为40质量%以上,并且通常为90质量%以下、优选为80质量%以下、更优选为70质量%以下。如果(A-2)有机着色颜料的含量过多,则有时无法获得充分的光学浓度。另外,相对于(A-2)有机着色颜料100质量份,(A-1)有机黑色颜料的含有比例通常为15质量份以上、优选为20质量份以上,并且通常为900质量份以下、优选为800质量份以下、更优选为500质量份以下、进一步优选为200质量份以下。
在本发明的感光性着色组合物中,也有在(A)色材中同时含有(A-1)有机黑色颜料和(A-3)炭黑的情况。此时,相对于(A)色材100质量%,(A-1)有机黑色颜料的含有比例通常为50质量%以上、优选为60质量%以上,并且通常为95质量%以下、优选为90质量%以下。另外,(A-3)炭黑的含有比例通常为5质量%以上、优选为10质量%以上,并且通常为50质量%以下、优选为40质量%以下。如果(A-3)炭黑的含量过多,则有时体积电阻值下降、或者相对介电常数变大。另外,相对于(A-3)炭黑100质量份,(A-1)有机黑色颜料的含有比例通常为100质量份以上、优选为150质量份以上,并且通常为2000质量份以下、优选为1000质量份以下。
另外,在本发明的感光性着色组合物中,也有在(A)色材中同时含有(A-1)有机黑色颜料、(A-2)有机着色颜料及(A-3)炭黑的情况。此时,相对于(A)色材100质量%,(A-1)有机黑色颜料的含有比例通常为10质量%以上、优选为20质量%以上,并且通常为80质量%以下、优选为70质量%以下。另外,(A-2)有机着色颜料的含有比例通常为10质量%以上、优选为20质量%以上,并且通常为60质量%以下、优选为50质量%以下。此外,(A-3)炭黑的含有比例通常为5质量%以上、优选为10质量%以上,并且通常为50质量%以下、优选为40质量%以下。该情况下,相对于(A-2)有机着色颜料100质量份,(A-1)有机黑色颜料的含有比例通常为15质量份以上、优选为20质量份以上,并且通常为800质量份以下、优选为700质量份以下。另外,相对于(A-3)炭黑100质量份,(A-1)有机黑色颜料的含有比例通常为40质量份以上、优选为50质量份以上,并且通常为1000质量份以下、优选为900质量份以下。
在感光性着色组合物的固体成分中,(B)分散剂的含量通常为1质量%以上、优选为3质量%以上、更优选为5质量%以上,并且通常为30质量%以下、优选为20质量%以下、特别优选为15质量%以下。另外,相对于(A)色材100质量%,(B)分散剂的含量通常为5质量%以上、特别优选为10质量%以上,并且通常为50质量%以下、特别优选为30质量%以下。如果(B)分散剂的含量过少,则有时无法得到充分的分散性,如果(B)分散剂的含量过多,则其它成分的比例相对减少,有时灵敏度、制版性等下降。
相对于本发明的感光性着色组合物的总固体成分,(C)可溶于碱的树脂的含量通常为5质量%以上、优选为10质量%以上,并且通常为85质量%以下、优选为80质量%以下。如果(C)可溶于碱的树脂的含量明显较少,则未曝光部分相对于显影液的溶解性下降,容易引起显影不良。相反,如果(C)可溶于碱的树脂的含量过多,则存在显影液对曝光部的浸透性变高的倾向,有时像素的尖锐(sharp)性、密合性下降。
相对于本发明的感光性着色组合物的总固体成分,(D)光聚合引发剂的含量通常为0.1质量%以上、优选为0.5质量%以上、更优选为1质量%以上,并且通常为15质量%以下、优选为10质量%以下。如果(D)光聚合引发剂的含量过少,则有时会引起灵敏度下降,相反,如果(D)光聚合引发剂的含量过多,则未曝光部分相对于显影液的溶解性下降,容易引起显影不良。
在同时使用(D)光聚合引发剂与聚合促进剂的情况下,相对于本发明的感光性着色组合物的总固体成分,聚合促进剂的含量优选为0.05质量%以上,并且通常为10质量%以下、优选为5质量%以下,相对于(D)光聚合引发剂100质量份,通常以0.1~50质量份、特别优选以0.1~20质量份的比例使用聚合促进剂。
如果由(D)光聚合引发剂和聚合促进剂等构成的光聚合引发剂体系成分的配合比例明显较低,则有时会成为对于曝光光线的灵敏度下降的原因,相反,如果其配合比例明显较高,则未曝光部分相对于显影液的溶解性下降,有时会引起显影不良。
另外,从灵敏度的观点考虑,对于敏化染料在本发明的感光性着色组合物中所占的配合比例而言,在感光性着色组合物中的总固体成分中通常为20质量%以下,优选为15质量%以下,更优选为10质量%以下。
在使用光聚合性单体的情况下,其含量相对于感光性着色组合物的总固体成分通常为30质量%以下,优选为20质量%以下。如果光聚合性单体的含量过多,则显影液对于曝光部的浸透性变高,有时难以获得良好的图像。需要说明的是,光聚合性单体含量的下限通常为1质量%以上,优选为5质量%以上。
在使用密合提高剂的情况下,其含量相对于感光性着色组合物中的总固体成分通常为0.1~5质量%,优选为0.2~3质量%,更优选为0.4~2质量%。如果密合提高剂的含量少于上述范围,则有时无法充分获得密合性的提高效果,如果密合提高剂的含量多于上述范围,则灵敏度下降、或者在显影后残留有残渣而成为缺陷。
另外,在使用表面活性剂的情况下,其含量相对于感光性着色组合物中的总固体成分通常为0.001~10质量%,优选为0.005~1质量%,更优选为0.01~0.5质量%,最优选为0.03~0.3质量%。如果表面活性剂的含量少于上述范围,则有可能无法实现涂布膜的平滑性、均匀性,如果表面活性剂的含量多于上述范围,则除了无法实现涂布膜的平滑性、均匀性以外,其它特性也可能变差。
需要说明的是,本发明的感光性着色组合物使用上述有机溶剂进行调整,使得其固体成分浓度通常为5~50质量%、优选为10~30质量%。
<感光性着色组合物的物性>
本发明的感光性着色组合物可以适用于黑色矩阵形成用途,从这样的观点考虑,优选呈黑色,优选相当于膜厚1μm的涂膜的光学浓度(OD)为1.0以上。
<感光性着色组合物的制造方法>
本发明的感光性着色组合物(以下,有时称为“抗蚀剂”)可按照通常的方法来制备。
通常,(A)色材优选预先使用涂料振荡器、砂磨机、球磨机、辊磨机、石磨机、气流磨、均化器等进行分散处理。通过分散处理,(A)色材被微粒化,因此,抗蚀剂的涂布特性得到提高。
分散处理通常优选以将(A)色材、有机溶剂及(B)分散剂、以及(C)可溶于碱的树脂的一部分或全部组合使用的体系来进行(以下,有时将供给分散处理的混合物、以及在该处理中得到的组合物称为“油墨”或“颜料分散液”)。特别是,如果使用高分子分散剂作为(B)分散剂,则所得到的油墨及抗蚀剂的经时增粘得到抑制(分散稳定性优异),因此优选。
因此,在制造抗蚀剂的工序中,优选制造至少含有(A)色材、有机溶剂、及(B)分散剂的颜料分散液。作为能够在颜料分散液中使用的(A)色材、有机溶剂及(B)分散剂,可以分别优选采用作为能够在感光性着色组合物中使用的色材、有机溶剂及分散剂而记载的物质。
需要说明的是,对于含有在着色树脂组合物中配合的全部成分的液体进行分散处理的情况下,由于分散处理时所产生的放热,高反应性成分有可能发生改性。因此,优选以含有高分子分散剂的体系来进行分散处理。
用砂磨机使(A)色材分散的情况下,优选使用粒径0.1~8mm左右的玻璃珠或氧化锆珠。对于分散处理条件而言,温度通常为0℃至100℃,优选为室温至80℃的范围,根据液体的组成及分散处理装置的尺寸等的不同,分散时间的适宜时间并不相同,因此可适当调节。分散的大致的标准为:对油墨的光泽进行控制,使得抗蚀剂的20度镜面光泽度(JISZ8741)达到50~300的范围。抗蚀剂的光泽度较低的情况下,分散处理不充分,残留的粗糙的颜料(色材)粒子多,显影性、密合性、分辨性等可能变得不充分。另外,如果进行分散处理至光泽值超过上述范围,则颜料破碎而产生大量超微粒子,因此反而存在分散稳定性受损的倾向。
另外,分散在油墨中的颜料的分散粒径通常为0.03~0.3μm,可通过动态光散射法等来测定。
接着,将通过上述分散处理得到的油墨与抗蚀剂中所包含的上述其它成分混合,制成均匀的溶液。在抗蚀剂的制造工序中,由于微细的尘土混入到液体中的情况较多,因此,得到的抗蚀剂希望通过过滤器等进行过滤处理。
[固化物]
可以通过使本发明的感光性着色组合物固化而得到固化物。感光性着色组合物固化而得到的固化物可以优选用作黑色矩阵、着色间隔物。
[黑色矩阵]
接着,对于使用了本发明的感光性着色组合物而得到的黑色矩阵,按照其制造方法进行说明。
(1)支撑体
作为用于形成黑色矩阵的支撑体,只要具有适度的强度即可,对其材质没有特别限定。主要使用透明基板,作为其材质,可以举出例如据对苯二甲酸乙二醇酯等聚酯类树脂、聚丙烯、聚乙烯等聚烯烃类树脂、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜等热塑性树脂制片材、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚(甲基)丙烯酸类树脂等热固性树脂片、或各种玻璃等。其中,从耐热性的观点考虑,优选玻璃、耐热性树脂。另外,也有在基板表面成膜ITO、IZO等的透明电极的情况。除了透明基板以外,也可以形成在TFT阵列上。
为了改进粘接性等表面物性,也可以根据需要对支撑体进行电晕放电处理、臭氧处理、硅烷偶联剂、聚氨酯类树脂等各种树脂的薄膜形成处理等。
透明基板的厚度通常为0.05~10mm、优选为0.1~7mm的范围。另外,在进行各种树脂的薄膜形成处理的情况下,其膜厚通常为0.01~10μm,优选为0.05~5μm的范围。
(2)黑色矩阵
为了通过上述本发明的感光性着色组合物形成本发明的黑色矩阵,在透明基板上涂布本发明的感光性着色组合物并进行干燥,然后在该感光性着色组合物上放置光学掩模,隔着该光学掩模进行图像曝光、显影,根据需要进行热固化或光固化,由此形成黑色矩阵。
需要说明的是,本发明的黑色矩阵形成在TFT元件基板上是有效的,其构成在COA、BOA各自的方式中没有特别限定,能够应对各种构成。
(3)黑色矩阵的形成
(3-1)感光性着色组合物的涂布
黑色矩阵用感光性着色组合物在透明基板上的涂布可通过旋涂法、线棒(Wirebar)法、流涂法、模涂法、辊涂法或喷涂法等来进行。其中,采用模涂法时,可大幅削减涂布液使用量,并且完全没有采用旋涂法时附着的雾翳等的影响,可抑制异物产生等,从综合的观点来看是优选的。
如果涂膜的厚度过厚,则图案显影变得困难,并且有时在液晶单元化工序中的间隙调整变得困难,如果涂膜的厚度过薄,则难以提高颜料浓度,有时不能显现出所期望的颜色。涂膜的厚度以干燥后的膜厚计通常优选为0.2~10μm的范围,更优选为0.5~6μm的范围,进一步优选为1~4μm的范围。
(3-2)涂膜的干燥
在基板上涂布感光性着色组合物后的涂膜的干燥优选通过使用了热板、IR烘箱、对流烘箱的干燥法来进行。干燥条件可以根据上述溶剂成分的种类、使用的干燥机的性能等适当选择。干燥时间根据溶剂成分的种类、使用的干燥机的性能等通常在40~200℃的温度、15秒钟~5分钟的范围选择,优选在50~130℃的温度、30秒钟~3分钟的范围选择。
干燥温度越高,越可提高涂膜对透明基板的粘接性,但如果干燥温度过高,则(C)可溶于碱的树脂分解而引发热聚合,有时会产生显影不良。需要说明的是,该涂膜的干燥工序也可以是不提高温度而在减压室内进行干燥的减压干燥法。
(3-3)曝光
图像曝光是在感光性着色组合物的涂膜上叠合负型的掩模图案,并隔着该掩模图案照射紫外线或可见光线的光源来进行。此时,为了防止氧导致的光聚合层的灵敏度下降,也可以根据需要在光聚合性的涂膜上形成聚乙烯醇等氧阻隔层后进行曝光。上述的图像曝光中使用的光源没有特别限定。作为光源,可列举例如:氙灯、卤素灯、钨灯、高压水银灯、超高压水银灯、金属卤化物灯、中压水银灯、低压水银灯、碳弧、荧光灯等灯光源;氩离子激光、YAG激光、准分子激光、氮激光、氦镉激光、半导体激光等激光光源等。使用特定波长的光进行照射时,也可以利用光学滤波器。
(3-4)显影
本发明的黑色矩阵可以如下制作:利用上述光源对由感光性着色组合物形成的涂膜进行图像曝光,然后使用有机溶剂、或者包含表面活性剂和碱性化合物的水溶液进行显影,由此在基板上形成图像。该水溶液可以进一步含有有机溶剂、缓冲剂、络合剂、染料或颜料。
作为碱性化合物,可列举:氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、硅酸钠、硅酸钾、偏硅酸钠、磷酸钠、磷酸钾、磷酸氢钠、磷酸氢钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、氢氧化铵等无机碱性化合物,或单乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺、单甲基胺、二甲基胺或三甲基胺、单乙基胺、二乙基胺或三乙基胺、单异丙基胺或二异丙基胺、正丁基胺、单异丙醇胺、二异丙醇胺或三异丙醇胺、乙烯亚胺、乙烯二亚胺、四甲基氢氧化铵(TMAH)、胆碱等有机碱性化合物。这些碱性化合物可以为2种以上的混合物。
作为表面活性剂,可列举例如:聚氧乙烯烷基醚类、聚氧乙烯烷基芳基醚类、聚氧乙烯烷基酯类、山梨糖醇酐烷基酯类、单甘油酯烷基酯类等非离子型表面活性剂;烷基苯磺酸盐类、烷基萘磺酸盐类、烷基硫酸盐类、烷基磺酸盐类、磺基琥珀酸酯盐类等阴离子型表面活性剂;烷基甜菜碱类、氨基酸类等两性表面活性剂。
作为有机溶剂,可列举例如:异丙醇、苄醇、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、苯基溶纤剂、丙二醇、二丙酮醇等。有机溶剂可以单独使用,也可以与水溶液组合使用。
显影处理的条件没有特别限制,通常可以在显影温度为10℃~50℃的范围、优选在15℃~45℃、特别优选在20~40℃下采用浸渍显影法、喷雾显影法、毛刷显影法、超声波显影法等显影方法中的任意方法来进行。
(3-5)热固化处理
对显影后的基板实施热固化处理或光固化处理,优选实施热固化处理。此时的热固化处理条件如下:温度在100~280℃的范围、优选在150~250℃的范围选择,时间在5~60分钟的范围选择。
如以上所述形成的黑色矩阵的线宽通常为3~50μm、优选为4~30μm,高度通常为0.5~5μm、优选为1~4μm。另外,体积电阻率为1×1013Ω·cm以上、优选为1×1014Ω·cm以上,相对介电常数为6以下、优选为5以下,且通常为2以上。
此外,相当于厚度1μm的光学浓度(OD)为1.2以上、优选为1.5以上、更优选为1.8以上,且通常为4.0以下。其中,光学浓度(OD)是按照后面叙述的方法测得的值。
[着色间隔物]
本实施方式的感光性着色组合物除了能够用作黑色矩阵以外,还能够作为着色间隔物用抗蚀剂使用。将间隔物用于TFT型LCD的情况下,在入射到TFT上的光的作用下,有时作为开关元件的TFT会引起误动作,着色间隔物就是为了防止该情况而使用的,例如在日本特开平8-234212号公报中记载了将间隔物设为遮光性。着色间隔物除了使用着色间隔物用掩模以外,可以按照与上述的黑色矩阵同样的方法形成。
[图像显示装置]
作为本发明的图像显示装置,只要是显示图像、映像的装置即可,没有特别限定,可以举出后面叙述的液晶显示装置、有机EL(ElectroLuminesence)显示器等。
[液晶显示装置]
本发明的液晶显示装置是使用上述本发明的黑色矩阵制作的,彩色像素、黑色矩阵的形成顺序及形成位置等没有特别限制。
例如,在TFT元件基板上设置本发明的黑色矩阵,形成红色、绿色、青色的像素,再根据需要形成保护涂层,然后进一步在其上于图像上形成ITO、IZO等的透明电极,作为彩色显示器、液晶显示装置等的部分部件使用。另外,在部分平面取向型驱动方式(IPS模式)等用途中,有时也可以不形成透明电极。
液晶显示装置通常如下制成:在滤色器上形成取向膜,在该取向膜上散布间隔物,或者形成光间隔物,然后与对置基板贴合而形成液晶单元,在形成的液晶单元中注入液晶,与对置电极连线后完成液晶显示装置。作为取向膜,优选聚酰亚胺等的树脂膜。为了形成取向膜,通常采用凹版印刷法和/或苯胺印刷法,取向膜的厚度为数10nm。通过热烧成进行取向膜的固化处理后,通过照射紫外线、或采用摩擦布处理来进行表面处理,从而加工成能够调整液晶的斜率(傾き)的表面状态。
使用本发明的黑色矩阵时,彩色像素、黑色矩阵的形成顺序及形成位置等没有特别限制。
作为间隔物,可使用适合于与对置基板之间的间隙(缝隙)的大小的间隔物,通常优选2~8μm的间隔物。也可以在滤色器基板上通过光刻法形成透明树脂膜的光间隔物(PS),并有效利用该光间隔物来代替间隔物。
与对置基板的贴合间隙根据液晶显示装置的用途而不同,通常在2~8μm的范围选择。与对置基板贴合后,液晶注入口以外的部分用环氧树脂等密封材料进行密封。密封材料通过UV照射和/或加热而固化,从而对液晶单元周边进行密封。
将周边密封后的液晶单元切成面板单元后,在真空腔室内进行减压,将上述液晶注入口浸渍于液晶中,然后对真空室释放减压,由此将液晶注入到液晶单元内。液晶单元内的减压度通常为1×10-2~1×10-7Pa,优选为1×10-3~1×10-6Pa。另外,减压时优选对液晶单元进行加温,加温温度通常为30~100℃,优选为50~90℃。减压时的加温保持通常设为10~60分钟的范围,然后浸渍于液晶中。利用使液晶注入口固化的UV固化树脂对注入了液晶的液晶单元进行密封,由此完成液晶显示装置(面板)。
液晶的种类没有特别限制,可以是芳香族类、脂肪族类、多环状化合物等目前已知的液晶,可以为溶致液晶、热致液晶等中的任一种。在热致液晶中,已知有向列型液晶、近晶型液晶及胆甾型液晶等,可以为任一种。
[有机EL显示器]
可以使用本发明的黑色矩阵来制作本发明的有机EL显示器。
使用本发明的黑色矩阵制作有机EL显示器的情况下,例如可以如图1所示,首先在透明支撑基板10上利用着色树脂组合物而形成图案(即,像素20、及设置于邻接的像素20之间的黑色矩阵(未图示)),制作形成有图案的滤色器,在该滤色器上隔着有机保护层30及无机氧化膜40叠层有机发光体500,由此制作有机EL元件100。需要说明的是,像素20及黑色矩阵中的至少之一是使用本发明的感光性着色组合物制作的。作为有机发光体500的叠层方法,可以举出在滤色器上面依次形成透明阳极50、空穴注入层51、空穴传输层52、发光层53、电子注入层54、及阴极55的方法;以及使形成于另一基板上的有机发光体500贴合在无机氧化膜40上的方法等。可以使用这样制作的有机EL元件100,并利用例如《有机EL显示器》(Ohmsha,Ltd.,2004年8月20日发行,时任静士、安达千波矢、村田英幸著)中记载的方法等来制作有机EL显示器。
需要说明的是,本发明的黑色矩阵可适用于被动驱动方式的有机EL显示装置,也可适用于主动驱动方式的有机EL显示装置。
实施例
接着,列举合成例、实施例及比较例更具体地对本发明进行说明,但只要不超出本发明的主旨,本发明并不限定于以下的实施例。
以下的实施例及比较例中使用的感光性着色组合物的构成成分如下。
<(A-1)有机黑色颜料>
BASF公司制造,Irgaphor(注册商标)BlackS0100CF(具有下述式(2)所示的化学结构)
[化学式30]
<有机黑色颜料:苝黑>
BASF公司制造,Lumogen(注册商标)BlackFK4281
<有机黑色颜料:苯胺黑>
BASF公司制造,Paliotol(注册商标)BlackL0080
<可溶于碱的树脂-I>
将丙二醇单甲醚乙酸酯145质量份一边进行氮气置换一边进行搅拌,升温至120℃。向其中滴加苯乙烯10质量份、甲基丙烯酸缩水甘油酯85.2质量份及具有三环癸烷骨架的单丙烯酸酯(日立化成株式会社制造的FA-513M)66质量份,以及用3小时滴加2,2’-偶氮双-2-甲基丁腈8.47质量份,然后在90℃下继续搅拌了2小时。接着,将反应容器内变为空气置换,在丙烯酸43.2质量份中投入三(二甲基氨基甲基)苯酚0.7质量份及对苯二酚0.12质量份,在100℃下继续12小时反应。然后,加入四氢邻苯二甲酸酐(THPA)56.2质量份、三乙胺0.7质量份,在100℃下反应3.5小时。通过GPC测定的上述得到的可溶于碱的树脂-I的重均分子量Mw约为8400,酸值为80mgKOH/g。
<可溶于碱的树脂-II>
日本化药株式会社制造的“ZCR-1664H”(重均分子量Mw=5000~6000,酸值=大约60mg-KOH/g)
<可溶于碱的树脂-III>
[化学式31]
将上述结构的环氧化合物(环氧当量247)50g、丙烯酸14.3g、乙酸甲氧基丁酯59.5g、三苯基膦1.29g及对甲氧基苯酚0.05g加入到安装有温度计、搅拌器、冷却管的烧瓶中,边搅拌边在90℃下进行反应,直至酸值达到5mgKOH/g以下。反应需要12小时,得到了环氧丙烯酸酯溶液。
将上述环氧丙烯酸酯溶液25质量份、三羟甲基丙烷(TMP)0.8质量份、联苯四羧酸二酐(BPDA)4.1质量份、及四氢邻苯二甲酸酐(THPA)2.8质量份加入到安装有温度计、搅拌器、冷却管的烧瓶中,边搅拌边缓慢升温至105℃,进行反应。
在树脂溶液变得透明时,用乙酸甲氧基丁酯进行稀释,调整为固体成分为50质量%,得到了酸值为131mgKOH/g、用GPC测定并换算成聚苯乙烯的重均分子量(Mw)为4000的含羧基的环氧丙烯酸酯树脂(c1)。
<可溶于碱的树脂-IV>
日本化药株式会社制造的“ZCR-1642H”(MW=6500、酸值=98mg-KOH/g)
<分散剂-I>
BYK-Chemie公司制造的“DISPERBYK-LPN21116”(由侧链具有季铵盐基及叔氨基的A嵌段和不具有季铵盐基及氨基的B嵌段构成的丙烯酸类A-B嵌段共聚物,其胺值为70mgKOH/g,酸值为1mgKOH/g以下)
分散剂-I的下述式(1a)、(2a)、及(3a)的重复单元在全部重复单元中所占的含有比例分别为11.1摩尔%、22.2摩尔%、6.7摩尔%。
[化学式32]
<分散剂-II>
BYK-Chemie公司制造的“DISPERBYK-2000”(由侧链具有季铵盐基的A嵌段和不具有季铵盐基的B嵌段构成的丙烯酸类A-B嵌段共聚物)
<分散剂-III>
EFKA公司制造的“EFKA-4300”(侧链具有叔氨基和丁基的丙烯酸类高分子分散剂,侧链不具有季铵盐基)
<颜料衍生物>
Lubrizol公司制造的“Solsperse12000”
<溶剂-I>
PGMEA:丙二醇单甲醚乙酸酯
<溶剂-II>
MB:3-甲氧基丁醇
<光聚合引发剂-I>
[化学式33]
在氮气氛下、向50mL三颈烧瓶中加入了化合物1(0.98g、5mmol)和二氯甲烷(17mL),将其冷却至3℃后,滴加了邻甲苯酰氯(0.77g、5mmol)。用1小时向其中缓慢添加氯化铝(0.67g、5mmol),添加结束后,进一步在3℃下搅拌2小时,添加了二氯甲烷(8mL)。接着,用30分钟添加了戊二酸酐(0.68g、6mmol),然后用30分钟添加了氯化铝(1.90g、14mmol)。
添加结束后,进一步在3℃下搅拌2小时,将反应溶液每次少量地投入到冰水(400mL)中。向水层中加入氯化钠(80g),用二氯甲烷(50mL)进行了5次萃取操作。用饱和氯化钠水溶液对有机层进行清洗,加入无水硫酸镁进行干燥。过滤了无水硫酸镁之后,利用旋转蒸发器蒸馏除去溶剂,得到了化合物2(2.13g、粗产率100%)。不将其纯化而直接用于接下来的反应。
[化学式34]
在氮气氛下、向50mL三颈烧瓶中加入化合物2(2.13g、5mmol)、甲醇(22mL)及浓硫酸(5mg),进行了3小时的加热回流。冷却后,将溶剂浓缩,加入了水(10mL)及乙酸乙酯(30mL)。
按照饱和碳酸氢钠水溶液、饱和氯化钠水溶液的顺序对有机层进行清洗,加入无水硫酸镁进行干燥。过滤了无水硫酸镁后,利用旋转蒸发器将溶剂蒸馏除去,得到了化合物3(1.72g、粗产率78%)。不将其纯化而直接用于接下来的反应。
[化学式35]
在氮气氛下、向50mL三颈烧瓶中加入化合物3(1.00g、2.26mmol)和二氯甲烷(10mL),冷却至10℃,向其中添加了1N的盐酸的乙醚溶液(4.68mL)。接着,加入亚硝酸戊酯(0.36g、3.04mmol),在10℃下反应了4小时,加入了水(10mL)之后,按照饱和碳酸氢钠水溶液、饱和氯化钠水溶液的顺序进行清洗,加入无水硫酸镁进行干燥,过滤了无水硫酸镁后,利用旋转蒸发器将溶剂蒸馏除去,得到了淡黄色固体(0.88g)。将其在甲苯(3.5mL)中进行重结晶纯化,得到了化合物4(0.45g、产率42%)。
[化学式36]
在氮气氛下、向50mL三颈烧瓶中加入化合物4(3.50g、7.44mmol)和二氯甲烷(35mL),冷却至4℃,向其中添加了三乙胺(1.50g、14.9mmol)。接着,添加乙酰氯(0.70g、8.93mmol)后,保持该状态反应了1小时。加入饱和碳酸氢钠水溶液(10mL)后,对有机层进行分液,再按照饱和碳酸氢钠水溶液、饱和氯化钠水溶液的顺序进行清洗,加入无水硫酸镁进行了干燥。过滤了无水硫酸镁后,利用旋转蒸发器将溶剂蒸馏除去,得到了黄色的油状物(3.65g)。将其用柱色谱法(乙酸乙酯/己烷=1/1)进行纯化,得到了化合物5(3.12g、产率82%、光聚合引发剂-I)。以下示出的是化合物5的化学位移。
1H-NMRδ[ppm](CDCl3)1.49(t,3H),2.29(s,3H),2.36(s,3H),2.73(t,2H),3.14(t,2H),3.60(s,3H),4.43(q,2H),7.3~7.5(m,6H),8.06(dd,1H),8.29(dd,1H),8.59(d,1H),8.83(dd,1H)
<光聚合引发剂-II>
[化学式37]
<光聚合性单体-I>
DPHA:日本化药株式会社制造的二季戊四醇六丙烯酸酯
<光聚合性单体II>
DPHA-40H:日本化药株式会社制造的氨基甲酸酯丙烯酸酯
<添加剂-I>
日本化药株式会社制造,KAYAMERPM-21(含有甲基丙烯酰基的磷酸酯)
<表面活性剂-I>
DIC(株)制造的MegafacF-559
<颜料分散液-1~7的制备>
将表1所记载的颜料、分散剂、分散助剂、可溶于碱的树脂、及溶剂按照表1中记载的质量比进行混合。将该溶液用涂料振荡器在25~45℃的范围进行了3小时的分散处理。作为珠,使用的是0.5mmφ的氧化锆珠,加入了分散液的2.5倍的质量。分散结束后,利用过滤器将珠与分散液分离,制备了颜料分散液-1~7。
其中,在与颜料分散液-1同样的条件下对苝黑进行分散时,苝黑的粘度大幅增加。因此,为了将这些颜料分散,需要如颜料分散液-6那样将分散剂的量大幅增加。
<包覆炭黑分散液>
炭黑采用通常的油炉法制造。其中,作为原料油,使用的是Na、Ca、S含量少的乙烯残渣油,并使用了炼焦炉气体用来进行燃烧。此外,作为反应停止水,使用的是用离子交换树脂进行了处理的纯水。使用均化器以5,000~6,000rpm对得到的炭黑540g与纯水14500g一起进行搅拌30分钟,得到了浆料。将该浆料转移至带有螺杆型搅拌机的容器中,一边以大约1,000rpm进行混合,一边分别少量地添加了溶解有环氧树脂“Epikote828”(三菱化学株式会社制造)60g的甲苯600g。大约15分钟,分散在水中的炭黑全部转移至甲苯侧,形成了大约1mm的粒子。
接着,用60目的金属网进行去水分之后,放入到真空干燥机中,在70℃下干燥7小时,将甲苯和水完全除去。
相对于所得到的包覆炭黑90质量份,加入作为分散剂的DISPERBYK-167(BYK-Chemie公司制造)20质量份、作为颜料衍生物的Solsperse12000(Lubrizol公司制造)4.5质量份,再加入丙二醇单甲醚乙酸酯(PGMEA),使得固体成分浓度为25质量%。
利用搅拌器将其充分搅拌,进行了预混合。接着,利用涂料振荡器在25~45℃的范围进行6小时分散处理,作为珠,使用的是0.5mmφ的氧化锆珠,并加入了与分散液相同的质量,分散结束后,利用过滤器将珠与分散液分离,从而制备了包覆炭黑分散液。
[实施例1~8及比较例1~4]
使用上述制备的颜料分散液、包覆炭黑分散液,按照在固体成分中的比率为表2的配合比例而加入各成分,再加入PGMEA,使得固体成分为17质量%,进行搅拌使其溶解,制备了感光性着色组合物。对于实施例1~8及比较例1、2及4而言,将固体成分中的颜料浓度设为40质量%,对于比较例3而言,将固体成分中的颜料浓度设为30质量%。另外,在所有的感光性着色组合物中,均将可溶于碱的树脂(也包括分散液中的树脂)相对于光聚合性单体的质量比率设为3,使光聚合引发剂在固体成分中为4质量%、添加剂为0.5质量%、表面活性剂为0.1质量%。使用所得到的感光性着色组合物,按照后面叙述的方法进行了评价。
[相当于膜厚1μm的光学浓度(OD)的测定]
使用旋涂器将所制备的感光性着色组合物涂布在玻璃基板上,并使得最终的膜厚为2μm,进行1分钟减压干燥,然后用热板在100℃下干燥了90秒钟。通过在230℃下加热30分钟,得到了涂布有抗蚀剂的基板(基板-1)。利用透射式浓度计GretagMacbethD200-II对得到的基板的光学浓度(OD)进行测定,并利用(株)菱化系统制造的非接触表面/层截面形状测量系统VertScan(R)2.0测定了膜厚。将相当于膜厚1μm的光学浓度(OD)示于表3。
[相对介电常数的测定]
除了在基板-1的制作方法中使用具有铬蒸镀膜的玻璃基板来代替玻璃基板以外,同样地制作了基板(基板-2)。将该样品的铬膜作为主电极,通过蒸镀法在抗蚀剂涂膜上形成了金的对电极。另外,使用HP(现Agilent)公司制造的“LCR测试仪4284A”测定了1kHz、1V下的相对介电常数。其结果示于表3。
[制版特性]
按照与基板-1同样的方法用热板进行了干燥。透过具有开口20μm的直线图案的负型掩模用高压水银灯对该样品进行了图像曝光(照度30mW/cm2、曝光量20mJ/cm2)。此时,样品与掩模之间的距离为200μm。然后,在温度25℃下使用KOH浓度0.05质量%的显影液进行了喷雾显影。显影时间为未曝光部的溶解时间的1.5倍。将得到的线状图案的线宽的结果示于表3。但是,在使用比较例1及2的抗蚀剂的情况下,即使显影10分钟也未得到图案。
由实施例1与比较例1、2及4的比较可确认,如果是同样的颜料浓度,则由本发明的感光性着色组合物得到的基板的OD高、遮蔽性高。另外,比较例1、2即使显影10分钟也未得到线状图案。认为这是由于,比较例1、2含有苝黑作为颜料,将苝黑分散时需要使用更多的分散剂,这会对制版特性带来不良影响。另外,虽然线宽的值越大,显示灵敏度越高,但由实施例4及5可确认到:通过将(A-1)有机黑色颜料和(A-2)有机着色颜料组合使用,可以提高灵敏度而不使OD大幅降低。
比较例3的颜料仅为包覆炭黑,虽然现实高的OD,但可知其相对介电常数变高。由实施例6及7可确认到:通过将本发明中使用的(A-1)有机黑色颜料和(A-3)炭黑组合使用,不仅OD高,而且还可以保持相对介电常数为较低。
[分散性评价]
<颜料分散液-8~11的制备>
将表4记载的颜料、分散剂、分散助剂、可溶于碱的树脂及溶剂按照表4所记载的质量比进行混合。利用涂料振荡器在25~45℃的范围下对该溶液进行了3小时的分散处理。作为珠,使用的是0.5mmφ的氧化锆珠,并加入了分散液的2.5倍质量,分散结束后,利用过滤器将珠与分散液分离,从而制备了颜料分散液-8~11。
[表4]
[实施例9及比较例5~7]
使用上述制备的颜料分散液,按照在固体成分中的比率为表5的配合比例而加入各成分,再加入PGMEA,使得固体成分为17质量%,进行搅拌使其溶解,制备了感光性着色组合物。
另外,利用东机产业株式会社制造的RC80L型粘度计(测定条件:23℃、50rpm)对所得到的各感光性着色组合物测定了其粘度,结果示于表5。
[表5]
*以固体成分计的值
一般来说,为了使有机颜料分散于感光性着色组合物中,无论是具有季铵盐基的碱性高分子分散剂、还是不具有季铵盐基的碱性高分子分散剂,均同样对待,并显示同等的分散性。实际上,对于表5的比较例6及7而言,无论是作为有机黑色颜料的苝黑使用了分散剂I的情况、还是使用了分散剂III的情况,感光性着色组合物的粘度均没有显示出有意义的差别。
令人意外的是,包含(A-1)有机黑色颜料的感光性着色组合物中,由表5的实施例9与比较例5的比较可知,通过使用具有季铵盐基作为官能团的高分子分散剂(分散剂I),与使用了不具有季铵盐基作为官能团的高分子分散剂(分散剂III)的情况相比,感光性着色组合物的粘度为其一半的程度,成为(A-1)有机黑色颜料均匀分散的组合物。
另外,表6示出的是按照与实施例9同样的方法对实施例1~8的感光性着色组合物测定的粘度的值。
[表6]
如表6所示,不仅是单独使用了(A-1)有机黑色颜料作为颜料的实施例1及2,而且将(A-1)有机黑色颜料和(A-2)有机着色颜料组合使用的实施例3~5及8、将(A-1)有机黑色颜料和(A-3)炭黑组合使用的实施例6、将(A-1)有机黑色颜料和(A-2)有机着色颜料和(A-3)炭黑组合使用的实施例7,均获得了与实施例1及2同等的粘度,其中任意的感光性着色组合物中,均得到的是颜料均匀分散的组合物。
参照具体且特定的实施方式对本发明进行了说明,但本领域技术人员应该理解的是,在不违背本发明的主旨和范围的情况下,可以进行各种变更、修正。本申请基于2013年9月25日提出的日本专利申请(日本特愿2013-198425而完成,其内容作为参考已被引入到本申请中。
Claims (17)
1.一种感光性着色组合物,其至少含有:(A)色材、(B)分散剂、(C)可溶于碱的树脂及(D)光聚合引发剂,其中,
所述(A)色材包含(A-1)有机黑色颜料,所述有机黑色颜料是下述通式(1)表示的化合物、其几何异构体、其盐、或其几何异构体的盐,并且,
所述(B)分散剂包含具有季铵盐基作为官能团的高分子分散剂,
式(1)中,R1及R6相互独立地为氢原子、CH3、CF3、氟原子或氯原子;R2、R3、R4、R5、R7、R8、R9及R10彼此间相互独立地为氢原子、卤原子、R11、COOH、COOR11、COO-、CONH2、CONHR11、CONR11R12、CN、OH、OR11、COCR11、OOCNH2、OOCNHR11、OOCNR11R12、NO2、NH2、NHR11、NR11R12、NHCOR12、NR11COR12、N=CH2、N=CHR11、N=CR11R12、SH、SR11、SOR11、SO2R11、SO3R11、SO3H、SO3 -、SO2NH2、SO2NHR11或SO2NR11R12;且选自R2与R3、R3与R4、R4与R5、R7与R8、R8与R9及R9与R10中的至少一个组合相互间直接键合、或者通过氧原子、硫原子、NH或NR11桥联而相互键合;R11及R12相互独立地为碳原子数1~12的烷基、碳原子数3~12的环烷基、碳原子数2~12的链烯基、碳原子数3~12的环烯基或碳原子数2~12的炔基。
2.根据权利要求1所述的感光性着色组合物,其中,
在所述通式(1)中,R2、R4、R5、R7、R9及R10相互独立地为氢原子、氟原子或氯原子,R3及R8相互独立地为氢原子、NO2、OCH3、OC2H5、溴原子、氯原子、CH3、C2H5、N(CH3)2、N(CH3)(C2H5)、N(C2H5)2、α-萘基、β-萘基、SO3H或SO3 -,R1与R6相同、R2与R7相同、R3与R8相同、R4与R9相同、R5与R10相同。
3.根据权利要求1或2所述的感光性着色组合物,其中,所述高分子分散剂还具有叔胺作为官能团。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的感光性着色组合物,其中,所述(C)可溶于碱的树脂包含下述可溶于碱的树脂(c1)及下述可溶于碱的树脂(c2)中的至少一种,
<可溶于碱的树脂(c1)>
使α,β-不饱和单羧酸或具有羧基的α,β-不饱和单羧酸酯与环氧树脂加成,再使其与多元酸和/或其酸酐反应而得到的可溶于碱的树脂,
<可溶于碱的树脂(c2)>
使α,β-不饱和单羧酸或具有羧基的α,β-不饱和单羧酸酯与环氧树脂加成,再使其与多元醇及多元酸和/或其酸酐反应而得到的可溶于碱的树脂。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的感光性着色组合物,其中,所述(A)色材还含有(A-2)有机着色颜料。
6.根据权利要求5所述的感光性着色组合物,其中,所述(A-2)有机着色颜料含有以下的颜料中的至少一种以上,
青色:C.I.颜料蓝60或15:6
红色:C.I.颜料红177、254或272
紫色:C.I.颜料紫23或29
橙色:C.I.颜料橙43、64或72。
7.根据权利要求5或6所述的感光性着色组合物,其中,相对于所述(A)色材100质量%,所述(A-1)有机黑色颜料的含有比例为30~90质量%、(A-2)有机着色颜料的含有比例为10~70质量%。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的感光性着色组合物,其中,所述(A)色材还含有(A-3)炭黑。
9.根据权利要求8所述的感光性着色组合物,其中,相对于所述(A)色材100质量%,所述(A-1)有机黑色颜料的含有比例为50~90质量%、(A-3)炭黑的含有比例为10~50质量%。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的感光性着色组合物,其中,所述(D)光聚合引发剂为肟酯引发剂、和/或酮肟酯引发剂。
11.一种固化物,其是将权利要求1~10中任一项所述的感光性着色组合物固化而得到的。
12.一种黑色矩阵,其是由权利要求11所述的固化物形成的。
13.一种着色间隔物,其是由权利要求11所述的固化物形成的。
14.一种图像显示装置,其包含权利要求12所述的黑色矩阵或权利要求13所述的着色间隔物。
15.一种颜料分散液,其含有(A)色材及(B)分散剂,其中,
所述(A)色材包含(A-1)有机黑色颜料,所述有机黑色颜料是下述通式(1)表示的化合物、其几何异构体、其盐、或其几何异构体的盐,并且,
所述(B)分散剂包含具有季铵盐基作为官能团的高分子分散剂,
式(1)中,R1及R6相互独立地为氢原子、CH3、CF3、氟原子或氯原子;R2、R3、R4、R5、R7、R8、R9及R10彼此间相互独立地为氢原子、卤原子、R11、COOH、COOR11、COO-、CONH2、CONHR11、CONR11R12、CN、OH、OR11、COCR11、OOCNH2、OOCNHR11、OOCNR11R12、NO2、NH2、NHR11、NR11R12、NHCOR12、NR11COR12、N=CH2、N=CHR11、N=CR11R12、SH、SR11、SOR11、SO2R11、SO3R11、SO3H、SO3 -、SO2NH2、SO2NHR11或SO2NR11R12;且选自R2与R3、R3与R4、R4与R5、R7与R8、R8与R9及R9与R10中的至少一个组合相互间直接键合、或者通过氧原子、硫原子、NH或NR11桥联而相互键合;R11及R12相互独立地为碳原子数1~12的烷基、碳原子数3~12的环烷基、碳原子数2~12的链烯基、碳原子数3~12的环烯基或碳原子数2~12的炔基。
16.根据权利要求15所述的颜料分散液,其中,
所述通式(1)中,R2、R4、R5、R7、R9及R10相互独立地为氢原子、氟原子或氯原子,R3及R8相互独立地为氢原子、NO2、OCH3、OC2H5、溴原子、氯原子、CH3、C2H5、N(CH3)2、N(CH3)(C2H5)、N(C2H5)2、α-萘基、β-萘基、SO3H或SO3 -,R1与R6相同、R2与R7相同、R3与R8相同、R4与R9相同、R5与R10相同。
17.根据权利要求15或16所述的颜料分散液,其中,所述高分子分散剂还具有叔胺作为官能团。
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