JP2003344636A - カラーフィルターの保護膜、rgb用画素、ブラックマトリックス又はスペーサーを形成するための光硬化性樹脂組成物及びカラーフィルター - Google Patents

カラーフィルターの保護膜、rgb用画素、ブラックマトリックス又はスペーサーを形成するための光硬化性樹脂組成物及びカラーフィルター

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JP2003344636A JP2002150992A JP2002150992A JP2003344636A JP 2003344636 A JP2003344636 A JP 2003344636A JP 2002150992 A JP2002150992 A JP 2002150992A JP 2002150992 A JP2002150992 A JP 2002150992A JP 2003344636 A JP2003344636 A JP 2003344636A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 バインダー成分として耐熱変色性に優れたフ
マレート系共重合体を用い、カラーフィルターの細部を
形成する光硬化性樹脂組成物を提供する。 【解決手段】 少なくとも、下記式1で表される構成単
位と、酸性官能基を備えた構成単位とが連結した分子構
造を有し、好ましくはエチレン性不飽和結合を備えた構
成単位をさらに有するフマレート共重合体をバインダー
成分として含有し、カラーフィルターの保護膜、RGB
用画素、ブラックマトリックス又はスペーサーを形成す
るための光硬化性樹脂組成物である。 【化1】 (式中、R1及びR2は、それぞれ独立して炭素数3〜8
の分岐アルキル基若しくは置換分岐アルキル基、又は、
炭素数4〜8のシクロアルキル基若しくは置換シクロア
ルキル基を表す。)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、フマレート系共重
合体を含有し、カラーフィルターの保護膜、RGB用画
素、ブラックマトリックス又はスペーサーを形成するた
めの光硬化性樹脂組成物、及び、それを用いたカラーフ
ィルターに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、パーソナルコンピューターなどの
フラットディスプレーとして、カラー液晶表示装置が急
速に普及してきている。一般にカラー液晶表示装置(1
01)は、図1に示すように、カラーフィルター1とT
FT基板等の電極基板2とを対向させて1〜10μm程
度の間隙部3を設け、当該間隙部3内に液晶化合物Lを
充填し、その周囲をシール材4で密封した構造をとって
いる。カラーフィルター1は、透明基板5上に、画素間
の境界部を遮光するために所定のパターンに形成された
ブラックマトリックス層6と、各画素を形成するために
複数の色(通常、赤(R)、緑(G)、青(B)の3原
色)を所定順序に配列した画素部7又は最近ではホログ
ラムを利用した画素部と、保護膜8と、透明電極膜9と
が、透明基板に近い側からこの順に積層された構造をと
っている。また、カラーフィルター1及びこれと対向す
る電極基板2の内面側には配向膜10が設けられる。さ
らに間隙部3には、カラーフィルター1と電極基板2の
間のセルギャップを一定且つ均一に維持するために、ス
ペーサーとして一定粒子径を有するパール11が分散さ
れている。そして、各色に着色された画素それぞれ又は
カラーフィルターの背後にある液晶層の光透過率を制御
することによってカラー画像が得られる。
【0003】カラーフィルターに形成される保護膜8
は、カラーフィルターに画素部が設けられる場合には画
素部の保護とカラーフィルターの平坦化の役割を果たし
ている。カラー液晶表示装置では、カラーフィルターの
透明基板表面のうねりに起因するギャップムラ、R、G
及びBの各画素間でのギャップムラ、或いは各画素内で
のギャップムラなどの存在により透明電極膜9の平坦性
が損なわれると、色ムラ或いはコントラストムラを生
じ、その結果、画像品質の低下を来たすと言う問題があ
る。従って、保護膜には高い平坦性が求められる。
【0004】スペーサーとして図1に示したような微粒
子状のパール11を分散させる場合には、当該パール
は、ブラックマトリックス層6の背後であるか画素の背
後であるかは関係なく、ランダムに分散する。パールが
表示領域すなわち画素部に配置された場合、パールの部
分をバックライトの光が透過し、また、パール周辺の液
晶の配向が乱れ、表示画像の品位を著しく低下させる。
そこで図2に示すように、パールを分散させるかわり
に、カラーフィルターの内面側であってブラックマトリ
ックス層6が形成されている位置と重り合う領域に、セ
ルギャップに対応する高さを有する柱状スペーサー12
を形成することが行われるようになってきた。
【0005】上記した画素部7やブラックマトリックス
層6のような着色層、保護膜8及び柱状スペーサー12
は、樹脂を用いて形成することができる。着色層は、各
色の画素やブラックマトリックスの線ごとに所定のパタ
ーンに形成する必要がある。保護膜8は、シール部の密
着性や密閉性を考慮すると、透明基板上の画素部が形成
された領域のみ被覆できるものであることが好ましい。
また、柱状スペーサー12は、ブラックマトリックス層
の形成領域内すなわち非表示領域に正確に設ける必要が
ある。このため、硬化させたい領域を選択的に露光した
後にアルカリ現像することができる光硬化性樹脂を用い
て着色層、保護膜及び柱状スペーサーを形成することが
提案されている。
【0006】アルカリ可溶性光硬化性樹脂としては、例
えば、重量平均分子量が約2,000で、アルカリ可溶
性を規定するカルボン酸基を有するo−クレゾールノボ
ラックエポキシアクリレート等が知られている。しか
し、この樹脂は、硬化性を規定するアクリロイル基とし
てモノマー成分を使用することから、成膜時の信頼性が
低く、例えば液晶部へ残留モノマー単位が溶出するなど
の恐れがあり、さらに、アルカリ現像時の溶出量が多
く、減膜する場合がある。
【0007】また、光硬化性を付与するためにアクリロ
イル基等のラジカル重合性基を化合物の分子構造中に導
入する方法としては、例えば、ジオール類に過剰のジイ
ソシアネートを反応させて、末端にイソシアネート基を
残した反応物を調製し、この反応物のイソシアネート基
を2−ヒドロキシルエチルメタクリレートなどと反応さ
せてウレタンアクリレートを生成させることによって、
末端にメタクリロイル基等のラジカル重合性基を導入す
る方法が知られている。しかしながら、この方法では、
原理的に分子構造の両末端だけにしか(メタ)アクリロ
イル基が導入されない。さらに、一分子中に(メタ)ア
クリロイル基等のラジカル重合性基を2個以上有する多
官能化合物を含有させてラジカル重合させる方法も考え
られるが、ラジカル重合性基の含有量を制御することは
できず、ゲル化等の問題もある。
【0008】そこで、本発明者らは、少なくとも下記式
(5)で表される構成単位と下記式(6)で表される構
成単位とからなる主鎖を有し、そのカルボキシル基又は
水酸基の少なくとも一部に下記式(7)で表される(メ
タ)アクリロイルオキシアルキルイソシアネート化合物
が当該化合物のイソシアネート基の反応により結合した
光硬化性樹脂を提案している(特開2000−1054
56号公報)。
【0009】
【化5】
【0010】
【化6】
【0011】
【化7】
【0012】(各式中、R10は水素または炭素数1〜5
のアルキル基、R11は炭素数2〜4のアルキレン基、R
12はアルキレン基、および、R13は水素またはメチルを
示す。) 上記提案に係る光硬化性樹脂は、アルカリ可溶性のカル
ボキシル基とラジカル重合性の(メタ)アクリロイル基
の量を自由に調節できるという利点を有するものであ
る。
【0013】しかし、上述した種々のアクリル系硬化性
樹脂は、いずれも耐熱変色性が十分とは言えない。カラ
ーフィルターは液晶パネルを組み立てる途中で高温に晒
され、例えば、配向膜を形成する工程においては250
℃程度で約1時間ほど加熱される。アクリル系硬化性樹
脂を用いてカラーフィルターの着色層や保護膜を形成す
る場合には、このような高温の加熱プロセス中に変色
し、黄変の招来や透明性の低下などの問題を生じるおそ
れがある。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
を考慮して成し遂げられたものであり、その第一の目的
は、耐熱変色性に優れ、微細形状の構造を形成するのに
好適な、カラーフィルターの保護膜、RGB用画素、ブ
ラックマトリックス又はスペーサーを形成するための光
硬化性樹脂組成物、特に、アルカリ現像性の光硬化性樹
脂組成物を提供することにある。
【0015】また、本発明の第二の目的は、耐熱変色性
や透明性に優れ、且つ、細部の寸法精度や均一性にも優
れた性能の良いカラーフィルターを提供することにあ
る。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明に係るカラーフィ
ルターの保護膜、RGB用画素、ブラックマトリックス
又はスペーサーを形成するための光硬化性樹脂組成物
は、バインダー成分として、少なくとも下記式1で表さ
れる構成単位と酸性官能基を備えた構成単位とが連結し
た分子構造を有する共重合体を含有することを特徴とす
る。
【0017】
【化8】
【0018】(式中、R1及びR2は、それぞれ独立して
炭素数3〜8の分岐アルキル基若しくは置換分岐アルキ
ル基、又は、炭素数4〜8のシクロアルキル基若しくは
置換シクロアルキル基を表す。) このフマレート系共重合体は優れた耐熱変色性を備える
だけでなく、各構成単位の含有割合を変更することによ
って、反応硬化性、アルカリ可溶性、塗工性などを適宜
に調節できる。従って、この共重合体を配合した本発明
に係る光硬化性樹脂組成物により形成された硬化物は、
耐熱変色性に優れており、黄変などの変色や透明性の低
下を来たさない。
【0019】上記フマレート系共重合体中の酸性官能基
を備えた構成単位は、下記式2で表される構成単位であ
ることが好ましい。
【0020】
【化9】
【0021】(式中、R3は水素原子、メチル基又はカ
ルボキシメチル基である。) 上記フマレート系共重合体は、エチレン性不飽和結合を
備えた構成単位をさらに有するのが好ましい。エチレン
性不飽和結合は反応硬化性に寄与する。また、エチレン
性不飽和結合を備えた構成単位は、下記式3で表される
構成単位又は下記式4で表される構成単位であることが
好ましい。
【0022】
【化10】
【0023】(式中、R4及びR5は水素原子又はメチル
基である。)
【0024】
【化11】
【0025】(式中、R6及びR9は水素原子又はメチル
基であり、R7は炭素数2乃至4のアルキレン基であ
り、R8はアルキレン基である。また、hは0又は1の
数である。) 上記式1で表される構成単位と前記酸性官能基を備えた
構成単位の重合割合は、共重合体の酸価が40〜200
mgKOH/gとなるように調節するのが好ましい。
【0026】また、フマレート系共重合体が、式1で表
される構成単位と前記酸性官能基を備えた構成単位と共
にエチレン性不飽和結合含有単位を有する場合には、酸
価が40〜200mgKOH/gで、且つ、エチレン性
不飽和結合の含有量が0.5〜2.0mmol/gとな
るように重合割合を調節するのが好ましい。
【0027】フマレート系共重合体の重量平均分子量は
5000〜100000であることが好ましい。
【0028】また、エチレン性不飽和結合を有するフマ
レート系共重合体と何らかの反応硬化性化合物を組み合
わせて用いる場合には、フマレート系共重合体と反応硬
化性化合物の間にも架橋結合が形成されるので、架橋の
反応点密度が高くなり露光感度及び皮膜の強度や硬度が
向上する。
【0029】カラーフィルターの保護膜、RGB用画
素、ブラックマトリックス又はスペーサーを形成するた
めの上記光硬化性樹脂組成物は、2個以上のエチレン性
不飽和結合を有する重合性化合物をさらに含有すること
が好ましい。また、この光硬化性樹脂組成物は、必要に
応じて、光重合開始剤をさらに含有していてもよい。
【0030】本発明によれば、上記光硬化性樹脂組成物
の硬化膜を250℃で1時間加熱した時に、加熱前の3
80nmにおける光線透過率に対する加熱後の同波長に
おける光線透過率の比が90%以上であるような、耐熱
性に優れた硬化膜を得ることできる。
【0031】本発明に係るカラーフィルターの保護膜、
RGB用画素、ブラックマトリックス又はスペーサーを
形成するための光硬化性樹脂組成物は、カラーフィルタ
ーの細部、例えば、画素部やブラックマトリックス層な
どの着色層、当該着色層を被覆する保護層、及び、液晶
パネルのセルギャップを維持するための柱状スペーサー
を形成するのに適しており、所望の膜厚の着色層、保護
膜及び所望の高さの柱状スペーサーを精度よく形成する
ことができる。
【0032】
【発明の実施の形態】以下において本発明を詳しく説明
する。なお、本発明において(メタ)アクリルとはアク
リル基又はメタクリル基のいずれかであることを意味
し、(メタ)アクリロイルとはアクリロイル基又はメタ
クリロイル基のいずれかであることを意味する。
【0033】本発明においてバインダー成分として用い
られる共重合体(以下において「フマレート系共重合
体」と称する場合がある)は、少なくとも、下記式1で
表される構成単位と、酸性官能基を備えた構成単位とが
連結した分子構造を有するものである。
【0034】
【化12】
【0035】(式中、R1及びR2は、それぞれ独立して
炭素数3〜8の分岐アルキル基若しくは置換分岐アルキ
ル基、又は、炭素数4〜8のシクロアルキル基若しくは
置換シクロアルキル基を表す。) 式1で表される構成単位(フマレート単位)は、主とし
て樹脂の耐熱変色性、透明性に寄与する成分である。式
1で表される構成単位を共重合体の主鎖へと導入するた
めに使用される単量体としては、下記式8で表されるフ
マレートを使用することができる。
【0036】
【化13】
【0037】(式中、R1及びR2は、式1と同じであ
る。)式1及び式8中のR1、R2が炭素数3〜8の分岐
アルキル基若しくは置換分岐アルキルである官能基の具
体例としては、イソプロピル基、1−クロロ−2−プロ
ピル基、1,3−ジクロロ−2−プロピル基、sec −ブ
チル基、3−クロロ−2−ブチル基、tert-ブチル基、s
ec−アミル基、3−ペンチル基、2,3−ジメチル−3
−ペンチル基、tert-アミル基、ネオペンチル基、イソ
ペンチル基、4−メチル−2−ペンチル基、2−エチル
−ヘキシル基等が挙げられる。
【0038】このような分岐アルキル基及び/又は置換
分岐アルキル基を有するフマレートの具体例としては、
ジイソプピルフマレート、ジ-sec−ブチルフマレート、
ジ−tert−ブチルフマレート、ジイソブチルフマレー
ト、ジ−sec−アミルフマレート、ジ−tert−アミルフ
マレート、ジ−4−メチル−2−ペンチルフマレート、
ジ−sec−アミルフマレート、ジ−3−ペンチルフマレ
ート、ビス(2,4−ジメチル−3ペンチル)フマレー
ト、イソプロピル−sec−ブチルフマレート、tert−ブ
チル−4−メチル−2−ペンチルフマレート、イソプロ
ピル−tert−ブチルフマレート、sec−ブチル−tert−
ブチルフマレート、sec−ブチル−tert−アミルフマレ
ート、ジ−4−メチル−ペンチルフマレート、tert−ブ
チル−イソアミルフマレート等が挙げられる。
【0039】式1及び式8中のR1、R2が炭素数4〜8
のシクロアルキル基若しくは置換シクロアルキル基であ
る官能基の具体例としては、シクロブチル基、シクロペ
ンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、4−
クロロ−シクロヘキシル基、4−tert−ブチル−シクロ
ヘキシル基、イソボルニル基、ボルニル基、ノルボニル
基等が挙げられる。
【0040】このようなシクロアルキル基及び/又は置
換シクロアルキル基を有するフマレートの具体例として
は、ジシクロブチルフマレート、ジシクロペンチルフマ
レート、ジシクロヘキシルフマレート、ジシクロヘプチ
ルフマレート、ジシクロオクチルフマレート、ビス(4
−クロロ−シクロヘキシル)フマレート、ビス(4−te
rt−ブチル−シクロヘキシル)フマレート、ジイソボル
ニルフアレート、ジボルニルフマレート、ジノルボニル
フマレート等が挙げられる。
【0041】式2中のR1がアルキル基で、R2がシクロ
アルキル基であるフマレートの具体例としては、イソプ
ロピル−シクロブチルフマレート、1−クロロ−2−プ
ロピル−シクロペンチルフマレート、1,3−ジクロロ
−2−プロピル−シクロヘキシルフマレート、sec−ブ
チル−シクロヘキシルフマレート、3−クロロ−2−ブ
チル−シクロヘキシルフマレート、tert-ブチル−シク
ロペンチルフマレート、tert−ブチルシクロヘキシルフ
マレート、sec−アミル−シクロヘキシルフマレート、
3−ペンチル−ボルニルフマレート、2,3−ジメチル
−3−ペンチル−アダマンチルフマレート、tert-アミ
ル−シクロヘキシルフマレート、ネオペンチル−シクロ
ペンチルフマレート、4−メチル−2−ペンチル−シク
ロヘキシルフマレート、2−エチル−ヘキシル−シクロ
ヘキシルフマレート等が挙げられる。
【0042】前記フマレートの中でも、ジイソプロピル
フマレート、ジ-sec−ブチルフマレート、ジ−tert−ブ
チルフマレート、ジシクロヘキシルフマレート、ジ−te
rt−アミルフマレートが好ましい。
【0043】酸性官能基を備えた構成単位(酸性官能基
含有単位)は、アルカリ現像性に寄与する成分であり、
その含有割合は、樹脂に要求されるアルカリ可溶性の程
度により調整される。酸性官能基を有する構成単位を共
重合体の主鎖へと導入するために使用される単量体とし
ては、エチレン性不飽和結合と酸性官能基を有する化合
物を使用することができる。酸性官能基は、通常はカル
ボキシル基であるが、アルカリ現像性に寄与できる成分
であればカルボキシル基以外のものでもよい。
【0044】酸性官能基を有する構成単位としては、下
記式2で表される構成単位が好ましい。
【0045】
【化14】
【0046】(式中、R3は水素原子、メチル基又はカ
ルボキシメチル基である。) 式2の構成単位を導入するために使用される単量体とし
ては、アクリル酸、メタクリル酸又はイタコン酸を用い
ることができる。
【0047】本発明に用いられる共重合体は、式1で表
される構成単位(フマレート単位)と、酸性官能基を備
えた構成単位(酸性官能基含有単位)を必須の主鎖構成
成分として含有するが、他の共重合成分を主鎖に含んで
いてもよい。主鎖には、例えば、エチレン性不飽和結合
を備えた構成単位、芳香族炭素環を備えた構成単位、及
び/又は、エステル基を備えた構成単位が含有されてい
てもよい。
【0048】エチレン性不飽和結合を備えた構成単位
(エチレン性不飽和結合含有単位)は、樹脂の反応硬化
性に寄与する成分であり、その含有割合は要求される硬
化性の程度により調整される。硬化性に寄与するエチレ
ン性不飽和結合は、主鎖連結を形成するための重合条件
の下で一緒に共重合してしまうので、共重合体の主鎖部
分を形成した後で、適切な官能基を介して共重合体の主
鎖にペンダント状に導入する。
【0049】エチレン性不飽和結合含有単位としては、
下記式3で表されるものが好ましい。
【0050】
【化15】
【0051】(式中、R4及びR5は水素原子又はメチル
基である。) 式3の構成単位を共重合体に導入するためには、先ず、
フマレートと(メタ)アクリル酸又はイタコン酸を共重
合して共重合体の主鎖部分を形成した後、上記(メタ)
アクリル酸又はイタコン酸由来のカルボキシル基にエポ
キシ基含有(メタ)アクリレートを反応させればよい。
ただし、(メタ)アクリル酸又はイタコン酸由来のカル
ボキシル基が少なくなり過ぎるとアルカリ現像性が不足
するので、エポキシ基含有(メタ)アクリレートの量を
適切に調節する必要がある。
【0052】エポキシ基含有(メタ)アクリレートとし
ては、下記式9で表されるグルシジル又はメチルグルシ
ジル(メタ)アクリレートや、下記式10で表される脂
環族エポキシ化合物を例示することができる。式9のグ
ルシジルメタクリレートとしてはブレンマーGH(商品
名、日本油脂(株)製)、メチルグルシジルメタクリレ
ートとしてはサイクロマーM−GMA(CYCLOMER M-GM
A)(商品名、ダイセル化学工業(株)製)が市販さ
れ、式10の脂環族エポキシ化合物としてはサイクロマ
ーM100及びA200(CYCLOMER M100及びCYCLOMER
A200)(商品名、ダイセル化学工業(株)製)が市販さ
れている。
【0053】
【化16】
【0054】(式中、R14及びR15は各々独立して水素
原子又はメチル基である。)
【0055】
【化17】
【0056】(式中、R16は水素原子又はメチル基であ
る。サイクロマーM100はR15がメチル基であり、サ
イクロマーA200はR15が水素原子である。) また、エチレン性不飽和結合含有単位としては、下記式
4で表される構成単位も好ましいものの一つである。
【0057】
【化18】
【0058】(式中、R6及びR9は水素原子又はメチル
基であり、R7は炭素数2乃至4のアルキレン基であ
り、R8はアルキレン基である。また、hは0又は1の
数である。) 式4に含まれるR7は、炭素数2乃至4のアルキレン基
であり、例えば、エチレン基、プロピレン基、ブチレン
基等を例示できる。R8は好ましくは炭素数2乃至6の
アルキレン基である。
【0059】式4の構成単位を共重合体に導入するため
には、先ず、フマレート及び(メタ)アクリル酸又はイ
タコン酸と共に下記式11で表されるヒドロキシアルキ
ル(メタ)アクリレートを共重合して共重合体の主鎖部
分を形成する。
【0060】
【化19】
【0061】(式中、R6及びR7は式4と同じであ
る。) 式11のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートとし
ては、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロ
キシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルア
クリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、
4−ヒドロキシブチルアクリレート、4−ヒドロキシブ
チルメタクリレート等が例示される。
【0062】このヒドロキシアルキル(メタ)アクリレ
ートを共重合させることによって、下記式12で表され
る水酸基を備えた構成単位が共重合体の主鎖中に導入さ
れる。
【0063】
【化20】
【0064】(式中、R6及びR7は式4と同じであ
る。) その後、上記ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート
由来の水酸基に下記式13で表されるイソシアネート化
合物を反応させればよい。
【0065】
【化21】
【0066】(式中、R8はアルキレン基であり、R9
水素原子又はメチル基である。また、hは0又は1の数
である。) 式13の(メタ)アクリロイルオキシアルキルイソシア
ネートとしては、メタクリロイルイソシアネート、2−
アクリロイルオキシエチルイソシアネート、2−メタク
リロイルエチルイソシアネート等が例示される。これら
の中では、(メタ)アクリロイル基が炭素数2〜6のア
ルキレン基を介してイソシアネート基(−NCO)と結
合したもの、例えば、2−アクリロイルオキシエチルイ
ソシアネート、2−メタクリロイルエチルイソシアネー
ト等を使用するのが好ましい。これらのうち、メタクリ
ロイルイソシアネートは、下記式14で表され、例え
ば、日本ペイント(株)製「MAI」等の商品名で市販
されている。また、2−メタクリロイルエチルイソシア
ネートは、例えば、昭和電工(株)製「カレンズMO
I」等の商品名で市販されている。
【0067】
【化22】
【0068】上記の例では、エチレン性不飽和結合を備
えた構成単位を共重合体に導入する部位が、水酸基やカ
ルボキシル基を有するモノマー由来の主鎖構成単位であ
るが、逆に、イソシアネート基やエポキシ基を有するモ
ノマー由来の主鎖構成単位を導入部位として利用するこ
とも出来る。
【0069】例えば、上記式14で表されるメタクリロ
イルイソシアネート、上記式9で表されるグリシジル
(メタ)アクリレート、上記式10で表される脂環族エ
ポキシ化合物等を用いることが出来る。これらは、先に
例示したモノマーと同様、反応制御や製造が容易であ
る。これらのモノマーを用いて共重合体の主鎖部分を形
成した後、主鎖部分に導入されたイソシアネート基やエ
ポキシ基と反応する官能基(水酸基やカルボキシル基)
とエチレン性不飽和結合とを有する化合物を反応させる
ことによって、エチレン性不飽和結合を備えた構成単位
を導入することができる。
【0070】芳香族炭素環を備えた構成単位(芳香族炭
素環含有単位)は、共重合体をカラーフィルターの保護
膜等の塗膜形成樹脂として用いる際に、当該樹脂に塗膜
性を付与する成分である。芳香族炭素環含有単位を共重
合体の主鎖へと導入するために使用される単量体として
は、エチレン性不飽和結合と芳香族炭素環とを有する化
合物を使用することができる。
【0071】芳香族炭素環含有単位としては、下記式1
5で表される構成単位が好ましい。
【0072】
【化23】
【0073】(式中、R17は水素原子又はメチル基であ
り、R18は芳香族炭素環を示す。) 上記式中に含まれるR18は芳香族炭素環であり、例え
ば、フェニル基、ナフチル基等が例示される。この構成
単位を導入するために使用される単量体としては、例え
ば、スチレン、α−メチルスチレンを例示でき、また、
その芳香族環は、塩素、臭素等のハロゲン原子、メチル
基、エチル基等のアルキル基、アミノ基、ジアルキルア
ミノ基等のアミノ基、シアノ基、カルボキシル基、スル
フォン酸基、燐酸機等で置換されていてもよい。
【0074】エステル基を備えた構成単位(エステル基
含有単位)は、樹脂のアルカリ現像性を抑制する成分で
ある。エステル基含有単位を共重合体の主鎖へと導入す
るために使用される単量体としては、エチレン性不飽和
結合とエステル基とを有する化合物を使用することがで
きる。
【0075】エステル基含有単位としては、下記式16
で表されるものが好ましい。
【0076】
【化24】
【0077】(式中、R19は水素原子又はメチル基であ
り、R20はアルキル基またはアラルキル基を示す。) 上記式中に含まれるR20はアルキル基またはアラルキル
基であり、例えば、炭素数1乃至12のアルキル基、ベ
ンジル基、フェニルエチル基等のアラルキル基が例示さ
れる。この構成単位を導入するために使用される単量体
としては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メ
タ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、
(メタ)アクリル酸−2−エチルヘキシル、(メタ)ア
クリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシ
ル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタニル、(メタ)
アクリル酸ジシクロペンタニルオキシエチル、(メタ)
アクリル酸イソボニル、(メタ)アクリル酸ベンジル、
(メタ)アクリル酸フェニルエチル等の(メタ)アクリ
ル酸のエステル類が例示される。
【0078】各構成単位を共重合体の主鎖へと導入する
ために使用される単量体は、各構成単位ごとに、それぞ
れ例示したものを単独でも、また2種以上を混合して使
用してもよい。
【0079】特に好ましい共重合体としては、式1で表
される構成単位と、酸性官能基を備えた構成単位と共
に、エチレン性不飽和結合を備えた構成単位が連結して
なり、反応硬化性を有する共重合体(硬化性樹脂)、具
体的には、下記式17又は下記式18で表されるランダ
ム共重合体又はブロック共重合体、特にランダム共重合
体を例示することができる。なお、これらの共重合体の
主鎖は、必要に応じて他の主鎖構成単位を含んでいても
よい。
【0080】
【化25】
【0081】(式中、R1乃至R5は上記したのと同じで
ある。a、b、cは整数である。)
【0082】
【化26】
【0083】(式中、R1乃至R3、R6乃至R9及びhは
上記したのと同じである。a、b、cは整数である。) 本発明において、共重合体の分子構造を構成する各構成
単位の含有割合は適宜調節されるが、式1で表される構
成単位の含有割合が少なすぎる場合には耐熱変色性が十
分に向上せず、多すぎる場合にはアルカリ現像性が低下
するという問題がある。また、酸性官能基含有単位が少
なすぎる場合にはアルカリ現像性が不十分となり、多す
ぎる場合には溶剤溶解性が低下するという問題がある。
また、エチレン性不飽和結合が少なすぎる場合には反応
硬化性が不十分となり、多すぎる場合には基板密着性が
低下するという問題がある。
【0084】具体的には、上記フマレート系共重合体中
に式1で表される構成単位と前記酸性官能基を備えた構
成単位を含有し、酸価が好ましくは40〜200mgK
OH/g、特に好ましくは70〜150mgKOH/g
となるように重合割合を調節する。
【0085】また、フマレート系共重合体が、式1で表
される構成単位と前記酸性官能基を備えた構成単位と共
にエチレン性不飽和結合含有単位を有する場合には、酸
価が好ましくは40〜200mgKOH/g、特に好ま
しくは70〜150mgKOH/gで、且つ、エチレン
性不飽和結合の含有量が好ましくは0.5〜2.0mm
ol/g、特に好ましくは0.8〜1.6mmol/g
となるように重合割合を調節する。
【0086】上記のフマレート系共重合体を製造するに
は、先ず、式1で表される構成単位と、酸性官能基を備
えた式2のような構成単位からなり、さらに必要に応じ
て、エチレン性不飽和結合を有するペンダント構造を後
から導入できる官能基を有する構成単位、芳香族炭素環
を備えた式15のような構成単位、エステル基を備えた
式16のような構成単位、或いは、その他の構成単位を
含有する主鎖を有する重合体(原料重合体)を製造し、
それから当該原料重合体にエチレン性不飽和結合と共に
何らかの別の官能基を有する化合物を反応させて、エチ
レン性不飽和結合のペンダント構造を導入すればよい。
【0087】ただし、酸性官能基含有単位としてカルボ
キシル基を備えた式2のような構成単位を用い、エチレ
ン性不飽和結合含有単位としてグリシジル(メタ)アク
リレートを用いる場合のように、酸性官能基含有単位が
エチレン性不飽和結合のペンダント連結部位としても機
能する場合には、原料重合体の主鎖は、酸性官能基含有
単位とは別に、エチレン性不飽和結合を後から導入する
ために必要な官能基を有する構成単位を含有していなく
てもよい。
【0088】原料重合体を製造するために用いられる重
合用溶媒としては、水酸基、アミノ基等の活性水素を有
しない溶媒が好ましく、例えば、テトラヒドロフラン等
のエーテル類;ジエチレングリコールジメチルエーテ
ル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレ
ングリコールメチルエチルエーテル等のグリコールエー
テル類、メチルセロソルブアセテート等のセロソルブエ
ステル類やプロピレングリコールモノメチルエーテルア
セテート、酢酸−3−メトキシブチル等が挙げられ、芳
香族炭化水素類、ケトン類、エステル類等も用いること
ができる。
【0089】原料重合体を製造するために用いられる重
合開始剤としては、一般的にラジカル重合開始剤として
知られているものを使用することができる。その具体例
としては、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、
2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリ
ル)、2,2’−アゾビス−(4−メトキシ−2,4−
ジメチルバレロニトリル)等のニトリル系アゾ化合物
(ニトリル系アゾ系重合開始剤);ジメチル2,2’−
アゾビス(2−メチルプロピオネート)、2,2’−ア
ゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)等の非ニト
リル系アゾ化合物(非ニトリル系アゾ系重合開始剤);
t−ヘキシルペルオキシピバレート、tert−ブチル
ペルオキシピバレート、3,5,5−トリメチルヘキサ
ノイルペルオキシド、オクタノイルペルオキシド、ラウ
ロイルペルオキシド、ステアロイルペルオキシド、1,
1,3,3−テトラメチルブチルペルオキシ2−エチル
ヘキサノエート、サクシニックペルオキシド、2,5−
ジメチル−2,5−ジ(2−エチルヘキサノイルペルオ
キシ)ヘキサン、1−シクロヘキシル−1−メチルエチ
ルペルオキシ2−エチルヘキサノエート、t−ヘキシル
ペルオキシ2−エチルヘキサノエート、4−メチルベン
ゾイルペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、1,
1’−ビス−(tert−ブチルペルオキシ)シクロヘ
キサン等の有機過酸化物(パーオキサイド系重合開始
剤);および過酸化水素が挙げられる。ラジカル重合開
始剤として過酸化物を使用する場合には、これと還元剤
とを組み合わせてレドックス型重合開始剤として使用し
てもよい。
【0090】原料重合体の製造においては、重量平均分
子量を調節するために分子量調節剤を使用することがで
き、例えば、クロロホルム、四臭化炭素等のハロゲン化
炭化水素類;n−ヘキシルメルカプタン、n−オクチル
メルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、tert−
ドデシルメルカプタン、チオグリコール酸等のメルカプ
タン類;ジメチルキサントゲンジスルフィド、ジイソプ
ロピルキサントゲンジスルフィド等のキサントゲン類;
ターピノーレン、α−メチルスチレンダイマー等が挙げ
られる。
【0091】原料重合体は、ランダム共重合体およびブ
ロック共重合体のいずれであってよい。ランダム共重合
体を製造する場合には、各構成単位を誘導するそれぞれ
の単量体、触媒等を含有する配合組成物を、溶剤を入れ
た重合槽中に80〜110℃の温度条件で2〜5時間か
けて滴下し、熟成させることにより重合させることかで
きる。
【0092】原料重合体のポリスチレン換算重量平均分
子量(以下、単に「重量平均分子量」または「Mw」と
いう。)が5,000〜100,000の範囲のものが
好ましく、酸価が40mgKOH/g〜200mgKO
H/g、水酸基価が5mgKOH/g〜400mgKO
H/gのものがより好ましい。
【0093】原料重合体にエチレン性不飽和結合を導入
する反応は、原料重合体の分子構造と、エチレン性不飽
和結合を導入する単位の分子構造との組み合わせに応じ
て様々である。
【0094】式1で表される構成単位と式2で表される
カルボキシル基含有単位からなり必要に応じて他の構成
単位を含有する原料重合体に、エチレン性不飽和結合の
導入単位としてグリシジル(メタ)アクリレートを反応
させる場合には、当該グリシジル(メタ)アクリレート
を少量の触媒の存在下、原料重合体の溶液中に全量を一
度に投入してから一定時間反応を続けるか、或いは、少
しずつ滴下することによって、式17で表される共重合
体が得られる。
【0095】また、式1で表される構成単位と式2で表
されるカルボキシル基含有単位と式12で表される水酸
基含有単位からなり必要に応じて他の構成単位を含有す
る原料重合体に、エチレン性不飽和結合の導入単位とし
て式13で表されるイソシアネート化合物を反応させる
場合には、当該イソシアネート化合物を少量の触媒の存
在下、原料重合体の溶液中に、全量を一度に投入してか
ら一定時間反応を続けるか、或いは、少しずつ滴下する
ことによって、式18で表される共重合体が得られる。
この場合、触媒としてはラウリン酸ジブチル錫等が用い
られ、また、p−メトキシフェノール、ヒドロキノン、
ナフチルアミン、tert−ブチルカテコール、2,3
−ジ−tert−ブチルp−クレゾール等の重合禁止剤
が必要に応じて使用される。
【0096】エチレン性不飽和結合を有するイソシアネ
ート化合物は、原料重合体のアルコール性水酸基に対し
てはイソシアネート基を介して付加反応を起こしてウレ
タン結合を形成する。その結果、原料重合体の主鎖にお
ける式12で表される水酸基含有単位の部分にエチレン
性不飽和結合が導入され、式4の構成単位が形成され
る。
【0097】また、エチレン性不飽和結合を有するイソ
シアネート化合物は、原料重合体のカルボキシル基に対
してはイソシアネート基を介して炭酸ガスの脱離を伴う
縮合反応を起こしアミド結合を形成する。その結果、原
料重合体の主鎖における式2で表されるカルボキシル基
含有単位の部分にもエチレン性不飽和結合が導入され
る。ただし、カルボキシル基に対するイソシアネート化
合物の反応性は、アルコール性水酸基に対する同イソシ
アネート化合物の反応性と比べて非常に小さいので、エ
チレン性不飽和結合は主としてアルコール性水酸基含有
単位の部分に導入され、カルボキシル基含有単位の部分
に導入されるエチレン性不飽和結合は概して非常に少量
である。従って、ほとんどのカルボキシル基は残存し、
アルカリ現像性は失われない。
【0098】このようにして得られるフマレート系共重
合体を、カラーフィルターの着色層、当該着色層を被覆
する保護膜または液晶パネルのセルギャップを維持する
ための柱状スペーサーを形成するために用いる場合に
は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ
ー)で測定したポリスチレン換算重量平均分子量が5,
000〜100,000、好ましくは8,000〜7
0,000の範囲に調節するのが好ましい。重量平均分
子量が5,000より小さいと現像性が良すぎてパター
ン露光時のパターン形状を制御しにくく、また、パター
ンが作製できる場合でも最終的な膜厚が減る(膜減り)
等の問題がある。一方、重量平均分子量がl00,00
0より大きいと、レジスト化した時の粘度が高くなりす
ぎて塗工適性が低下したり、現像性が悪くなりパターン
が抜けにくくなるなどの問題がある。
【0099】フマレート系共重合体の酸価は40mgK
OH/g〜200mgKOH/gとするのが好ましく、
70mgKOH/g〜150mgKOH/gとするのが
より好ましい。酸価はアルカリ現像性と関係しており、
酸価が低すぎると現像性が悪化し、残渣などの問題を生
じる。一方、酸価が高すぎると現像性が良すぎてパター
ン露光時のパターン形状を制御しにくい等の問題があ
る。フマレート系共重合体において水酸基価は、5mg
KOH/g〜400mgKOH/gの範囲に調節でき
る。
【0100】本発明に用いられるフマレート系共重合体
は、耐熱変色性に寄与する式1の構成単位と、酸性やア
ルカリ可溶性に寄与する酸性官能基含有単位とが連結
し、さらに必要に応じて、反応硬化性に寄与するエチレ
ン性不飽和結合含有単位や、塗膜性に寄与する芳香族炭
素環含有単位や、アルカリ現像性を抑制するエステル基
含有単位が連結してなるものであり、優れた耐熱変色性
を備えるだけでなく、これら各構成単位の含有割合を変
更することによって、反応硬化性、アルカリ可溶性、塗
工性などを適宜に調節できる。
【0101】従って、上記フマレート系共重合体を用い
て、カラーフィルターの保護膜、RGB用画素、ブラッ
クマトリックス又はスペーサーを形成するためのアルカ
リ現像可能な光硬化性樹脂組成物を調製することがで
き、カラーフィルターの細部を形成するのに好適に用い
ることができる。フマレート系共重合体を用いた光硬化
性樹脂組成物は、特に、カラーフィルターの着色層、保
護膜または液晶パネルのセルギャップを維持するための
柱状スペーサーを形成するのに適しているが、耐熱変色
性に優れており黄変を来たし難いので、そのなかでも画
素部や保護膜などの高い透明性を要求される部分を形成
するのに非常に適している。
【0102】以下において、フマレート系共重合体を配
合してなるカラーフィルターの保護膜、RGB用画素、
ブラックマトリックス又はスペーサーを形成するための
光硬化性樹脂組成物について詳しく説明する。
【0103】フマレート系共重合体に、必要に応じて光
硬化性化合物、光重合開始剤、増感剤などを配合するこ
とによって、アルカリ現像可能な光硬化性樹脂組成物を
調製することができる。フマレート系共重合体がエチレ
ン性不飽和結合含有基を有する場合には、エチレン性不
飽和結合が光照射により架橋結合を形成し得るので、光
硬化性化合物を配合しなくても光硬化性樹脂組成物とし
て用いることが可能である。ただし、その場合であって
も、反応性や架橋密度を向上させるためには光硬化性化
合物を配合するのが好ましい。
【0104】本発明において光硬化性樹脂組成物には、
フマレート系共重合体を固形分比で、通常5〜80重量
%、好ましくは10〜50重量%含有させる。フマレー
ト系共重合体の含有量が80重量%よりも多いと粘度が
高くなりすぎ、その結果、流動性が低下し塗布性に悪く
なる場合がある。また、フマレート系共重合体の含有量
が5重量%よりも少ないと、粘度が低くなりすぎ、その
結果、塗布乾燥後の塗膜安定性が不十分であり、露光、
現像適性を損なう等の問題を生じる場合がある。
【0105】上記の光硬化性化合物としては、2個以上
のエチレン性不飽和結合を有する多官能重合性化合物が
好ましく用いられる。特に、多官能アクリレート系のモ
ノマー又はオリゴマーが好ましく用いられ、例えば、エ
チレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレン
グリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコ
ールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコール
ジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ
(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ
(メタ)アクリレート、ヘキサンジ(メタ)アクリレー
ト、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、
グリセリンジ(メタ)アクリレート、グリセリントリ
(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ
(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジアク
リレート、ペンタエリスリトール(メタ)アクリレー
ト、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレー
トなどを例示することができる。これらの成分は2種以
上を組み合わせて使用してもよい。
【0106】上記の多官能重合性化合物は、3個以上の
エチレン性不飽和結合を有するモノマーを含むことが好
ましく、その含有量は多官能重合性化合物の使用量の約
30〜95重量%を占めることが好ましい。
【0107】また、これらの多官能重合性化合物には、
反応希釈剤としてメチル(メタ)アクリレート、エチル
(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレー
ト、ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)ア
クリレート、エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ス
チレン、メチルスチレン、N−ビニルピロリドンなどの
単官能性モノマーを添加することができる。
【0108】多官能重合性化合物は、光硬化性樹脂組成
物中に固形分比3〜80重量%、好ましくは5〜75重
量%含有される。多官能重合性化合物が3重量%未満に
なると、形成される膜の接着強度、耐熱性等の各種物理
的強度が不十分になるという不都合が生じ、また、この
値が80重量%を超えると光硬化性樹脂組成物の安定性
が低下すると共に、形成される膜の可撓性が不十分にな
るという不都合が生じる。さらに、現像液に対する溶解
特性を向上させるためにもこの割合は必要で、最適化量
の範囲から外れる場合には、パターン解像はされるがモ
ノマー硬化速度が大きくなり、パターン周囲に対してス
カムやひげを生じる。さらに上記の範囲外において、ひ
どい場合には部分的な膨潤・剥離からくるレジスト再付
着が生じ、正確なパターン形成を阻害することがある。
【0109】さらに本発明の光硬化性樹脂組成物の中に
は、耐熱性、密着性、耐薬品性(特に耐アルカリ性)の
向上を図る目的で、必要に応じて、エポキシ基を分子内
に2個以上有する化合物(エポキシ樹脂)を配合するこ
とができる。エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェ
ノールA型エポキシ樹脂としてエピコート1001、1
002、1003、1004、1007、1009、1
010(商品名、ジャパンエポキシレジン(株)製)な
ど、ビスフェノールF型エポキシ樹脂としてエピコート
807(商品名、ジャパンエポキシレジン(株)製)な
ど、フェノールノボラック型エポキシ樹脂としてEPP
N201、202(商品名、日本化薬(株)製)、エピ
コート154(商品名、ジャパンエポキシレジン(株)
製)など、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂として
EOCN102、103S、104S、1020、10
25、1027(商品名、日本化薬(株)製)、エピコ
ート180S(商品名、ジャパンエポキシレジン(株)
製)などを例示できる。さらに、環式脂肪族エポキシ樹
脂や脂肪族ポリグリシジルエーテルを例示することもで
きる。
【0110】これらの中では、ビスフェノールA型エポ
キシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノー
ルノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型
エポキシ樹脂が好ましい。これらのエポキシ基を分子内
に2個以上有する化合物の多くは高分子量体であるが、
ビスフェノールAやビスフェノールFのグリシジルエー
テルは低分子量体であり、そのような低分子量体は特に
好ましい。また、グリシジル(メタ)アクリレート、オ
キセタン(メタ)アクリレート、脂環式エポキシ(メ
タ)アクリレート等を樹脂骨格中に含むアクリル共重合
体等も有効である。
【0111】このようなエポキシ樹脂を光硬化性樹脂組
成物中に配合する場合には、固形分比で、通常は60重
量%以下、好ましくは5〜40重量%の割合で含有され
る。エポキシ樹脂の含有量が60重量%を超えると、エ
ポキシ樹脂量が多くなりすぎ、光硬化性樹脂組成物の保
存安定性、現像適正が低下する場合がある。また、エポ
キシ樹脂は、光硬化性樹脂組成物の乾燥塗膜のタックを
除去するためにも有効であり、添加量5重量%程度で十
分な効果が発言する。エポキシ樹脂は、露光・アルカリ
現像後においても反応することなく塗膜中に残存してい
る酸性基と、加熱処理によって反応し、塗膜に優れた耐
アルカリ性を付与することになる。
【0112】光重合開始剤としては、紫外線、電離放射
線、可視光、或いは、その他の各波長、特に365nm
以下のエネルギー線で活性化し得るラジカル重合開始剤
を好ましく用いることができる。ラジカル重合開始剤
は、例えば紫外線のエネルギーによりフリーラジカルを
発生する化合物であって、ベンゾイン、ベンゾフェノン
などのベンゾフェノン誘導体又はそれらのエステルなど
の誘導体;キサントン並びにチオキサントン誘導体;ク
ロロスルフォニル、クロロメチル多核芳香族化合物、ク
ロロメチル複素環式化合物、クロロメチルベンゾフェノ
ン類などの含ハロゲン化合物;トリアジン類;フルオレ
ノン類;ハロアルカン類;光還元性色素と還元剤とのレ
ドックスカップル類;有機硫黄化合物;過酸化物などが
ある。好ましくは、イルガキュアー184、イルガキュ
アー369、イルガキュアー651、イルガキュアー9
07(商品名、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社
製)、ダロキュアー1173(商品名、チバ・スペシャ
ルティー・ケミカルズ社製)、アデカ1717(商品
名、旭電化工業(株)製)、2−メチル−1−(4−メ
チルチオフェニル)−2−モルホリノプロパノン−1、
2,2’−ビス(o−クロロフェニル)−4,5,4’
−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール(黒金化
成(株)製)などのケトン系及びビイミダゾール系化合
物等を挙げることができる。これらの開始剤を1種のみ
又は2種以上を組み合わせて用いることができる。2種
以上を併用する場合には、吸収分光特性を阻害しないよ
うにするのがよい。
【0113】ラジカル重合開始剤は、光硬化性樹脂組成
物中に固形分比として、通常、0.05〜18重量%、
好ましくは0.1〜13重量%含有される。ラジカル重
合開始剤の添加量が0.05重量%未満になると光硬化
反応が進まず、残膜率、耐熱性、耐薬品性などが低下す
る傾向がある。また、この添加量が18重量%を超える
とベース樹脂への溶解度が飽和に達し、スピンコーティ
ング時や塗膜レベリング時に開始剤の結晶が析出し、膜
面の均質性が保持できなくなってしまい、膜荒れ発生と
言う不具合が生じる。
【0114】なお、光硬化性樹脂組成物を調製するにあ
たって、重合開始剤は、前記フマレート共重合体を含有
する光硬化性樹脂組成物に最初から添加しておいてもよ
いが、比較的長期間保存する場合には、使用直前に光硬
化性樹脂組成物中に分散或いは溶解することが好まし
い。
【0115】光感度の向上を期待したい場合には、増感
剤を添加してもよい。用いる増感剤としては、スチリル
系化合物或いはクマリン系化合物が好ましい。具体的に
は、2−(p−ジメチルアミノスチリル)キノリン、2
−(p−ジエチルアミノスチリル)キノリン、4−(p
−ジメチルアミノスチリル)キノリン、4−(p−ジエ
チルアミノスチリル)キノリン、2−(p−ジメチルア
ミノスチリル)−3,3−3H−インドール、2−(p
−ジエチルアミノスチリル)−3,3−3H−インドー
ル、2−(p−ジメチルアミノスチリル)ベンズオキサ
ゾール、2−(p−ジエチルアミノスチリル)−ベンズ
オキサゾール、2−(p−ジメチルアミノスチリル)ベ
ンズイミダゾール、2−(p−ジエチルアミノスチリ
ル)−ベンズイミダゾールなどが挙げられる。
【0116】また、クマリン系化合物としては、7−ジ
エチルアミノ−4−メチルクマリン、7−エチルアミノ
−4−トリフルオロメチルクマリン、4,6−ジエチル
アミノ−7−エチルアミノクマリン、3−(2−ベンズ
イミダゾリル)−7−N,N−ジエチルアミノクマリ
ン、7−ジエチルアミノシクロペンタ(c)クマリン、
7−アミノ−4−トリフルオロメチルクマリン、1,
2,3,4,5,3H,6H,10H−テトラヒドロ−
8−トリフルオロメチル(1)ベンゾピラノ−(9,9
a,1−gh)−キノリジン−10−オン、7−エチル
アミノ−6−メチル−4−トリフルオロメチルクマリ
ン、1,2,3,4,5,3H,6H,10H−テトラ
ヒドロ−9−カルベトキシ(1)ベンゾピラノ−(9,
9a,1−gh)−キノリジン−10−オンなどが挙げ
られる。
【0117】上述の光硬化性樹脂組成物には、必要に応
じて上記の成分以外にも、界面活性剤、シランカップリ
ング剤等の各種の添加剤を配合することができる。
【0118】さらに、上記光硬化性樹脂組成物を用いて
カラーフィルターの着色層を形成する場合には、当該硬
化性樹脂組成物中に顔料や染料等の色材を配合する。色
材としては、画素部のR、G、B等の求める色に合わせ
て、有機着色剤及び無機着色剤の中からカラーフィルタ
ーの加熱プロセスに耐え得る耐熱性があり、且つ、良好
に分散し得る微粒子のものを選んで使用することができ
る。
【0119】有機着色剤としては、例えば、染料、有機
顔料、天然色素等を用いることができる。また、無機着
色剤としては、例えば、無機顔料、体質顔料等を用いる
ことができる。
【0120】有機顔料の具体例としては、カラーインデ
ックス(C.I.;The Society of Dyers and Colourists
社発行) においてピグメント(Pigment)に分類されて
いる化合物、すなわち、下記のようなカラーインデック
ス(C.I.)番号が付されているものを挙げることができ
る。C.I.ピグメントイエロー1、C.I.ピグメントイエロ
ー3、C.I.ピグメントイエロー12、C.I.ピグメントイ
エロー13、C.I.ピグメントイエロー138、C.I.ピグ
メントイエロー150、C.I.ピグメントイエロー18
0、C.I.ピグメントイエロー185等のイエロー系ピグ
メント;C.I.ピグメントレッド1、C.I.ピグメントレッ
ド2、C.I.ピグメントレッド3、C.I.ピグメントレッド
254、C.I.ピグメントレッド177等のレッド系ピグ
メント;及び、C.I.ピグメントブルー15、C.I.ピグメ
ントブルー15:3、C.I.ピグメントブルー15:4、
C.I.ピグメントブルー15:6等のブルー系ピグメン
ト;C.I.ピグメントバイオレット23:19;C.I.ピグ
メントグリーン36.また、前記無機顔料あるいは体質
顔料の具体例としては、酸化チタン、硫酸バリウム、炭
酸カルシウム、亜鉛華、硫酸鉛、黄色鉛、亜鉛黄、べん
がら(赤色酸化鉄(III))、カドミウム赤、群青、紺青、
酸化クロム緑、コバルト緑、アンバー、チタンブラッ
ク、合成鉄黒、カーボンブラック等を挙げることができ
る。本発明において色材は、単独でまたは2種以上を混
合して使用することができる。
【0121】色材は、光硬化性樹脂組成物中に、通常、
40〜75重量%、好ましくは45〜70重量%の割合
で配合する。色材の配合割合が40重量%を下回ると、
各画素部の着色力が不十分であり、鮮明な画像の表示が
困難であり、一方、75重量%を超えると、各画素部に
おける光透過率が不十分となるなどの不都合を生じる。
【0122】光硬化性樹脂組成物に色材を配合する場合
には、色材を均一且つ安定して分散させるために、当該
光硬化性樹脂組成物中に分散剤を配合してもよい。分散
剤としては、例えば、カチオン系、アニオン系、ノニオ
ン系、両性、シリコーン系、フッ素系等の界面活性剤を
使用できる。界面活性剤の中でも、次に例示するような
高分子界面活性剤(高分子分散剤)が好ましい。
【0123】すなわち、ポリオキシエチレンラウリルエ
ーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリ
オキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレ
ンアルキルエーテル類;ポリオキシエチレンオクチルフ
ェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエ
ーテル等のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテ
ル類;ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチ
レングリコールジステアレート等のポリエチレングリコ
ールジエステル類;ソルビタン脂肪酸エステル類;脂肪
酸変性ポリエステル類;3級アミン変性ポリウレタン類
などの高分子界面活性剤が好ましく用いられる。
【0124】本発明の光硬化性樹脂組成物には、塗料化
及び塗布適性を考慮して通常、フマレート系共重合体、
光硬化性化合物、光重合開始剤等に対する溶解性の良好
な溶剤が含有される。使用可能な溶剤としては、例えば
メチルアルコール、エチルアルコール、N−プロピルア
ルコール、i−プロピルアルコールなどのアルコール系
溶剤;メトキシエタノール、エトキシエタノールなどの
セロソルブ系溶剤;メトキシエトキシエタノール、エト
キシエトキシエタノールなどのカルビトール系溶剤;酢
酸エチル、酢酸ブチル、メトキシプロピオン酸メチル、
エトキシプロピオン酸エチル、乳酸エチルなどのエステ
ル系溶剤;アセトン、メチルイソブチルケトン、シクロ
ヘキサノンなどのケトン系溶剤;メトキシエチルアセテ
ート、エトキシエチルアセテート、エチルセロソルブア
セテートなどのセロソルブアセテート系溶剤;メトキシ
エトキシエチルアセテート、エトキシエトキシエチルア
セテートなどのカルビトールアセテート系溶剤;ジエチ
ルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジ
エチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフ
ランなどのエーテル系溶剤;N,N−ジメチルホルムア
ミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロ
リドンなどの非プロトン性アミド溶剤;γ−ブチロラク
トンなどのラクトン系溶剤;ベンゼン、トルエン、キシ
レン、ナフタレンなどの不飽和炭化水素系溶剤;N−ヘ
プタン、N−ヘキサン、N−オクタンなどの飽和炭化水
素系溶剤などの有機溶剤を例示することができる。これ
らの溶剤の中では、メトキシエチルアセテート、エトキ
シエチルアセテート、エチルセロソルブアセテートなど
のセロソルブアセテート系溶剤;メトキシエトキシエチ
ルアセテート、エトキシエトキシエチルアセテートなど
のカルビトールアセテート系溶剤;エチレングリコール
ジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエー
テル、プロピレングリコールジエチルエーテルなどのエ
ーテル系溶剤;メトキシプロピオン酸メチル、エトキシ
プロピオン酸エチル、乳酸エチルなどのエステル系溶剤
が特に好適に用いられる。特に好ましくは、MBA(酢
酸−3−メトキシブチル、CH3CH(OCH3)CH2
CH2OCOCH3)、PGMEA(プロピレングリコー
ルモノメチルエーテルアセテート、CH3OCH2CH
(CH 3)OCOCH3)、DMDG(ジエチレングリコ
ールジメチルエーテル、H3COC24OCH3)又はこ
れらを混合したものを使用することができ、これらを用
いて固形分濃度を5〜50重量%に調製する。
【0125】上記の光硬化性樹脂組成物を製造するに
は、上記フマレート系共重合体、光硬化性化合物、光重
合開始剤、及び、その他の成分を適切な溶剤に投入し、
ペイントシェーカー、ビーズミル、サンドグラインドミ
ル、ボールミル、アトライターミル、2本ロールミル、
3本ロールミルなどの一般的な方法で溶解、分散させれ
ばよい。なお、メインポリマーであるフマレート系共重
合体としては、合成反応後に有効成分であるフマレート
系共重合体を単離精製したものを用いるほか、合成反応
により得られた反応液、その乾燥物などをそのまま用い
てもよい。
【0126】このようにして得られる光硬化性樹脂組成
物を何らかの支持体に塗布して塗膜を形成し、当該塗膜
に紫外線、電離放射線等の活性化エネルギー線を照射す
ると、光硬化性化合物が架橋結合を形成してフマレート
系共重合体を包み込むか、又は、フマレート系共重合体
がエチレン性不飽和結合を有する場合にはそれ自体が架
橋結合を形成して硬化する。
【0127】硬化後の皮膜は、耐熱変色性に優れてお
り、黄変などの変色や透明性を低下し難い。また、エチ
レン性不飽和結合を有するフマレート系共重合体と光硬
化性化合物を組み合わせて用いる場合には、フマレート
系共重合体と光硬化性化合物の間にも架橋結合が形成さ
れるので、架橋の反応点密度が高くなり露光感度、及
び、皮膜の強度や硬度が向上する。
【0128】本発明においては、次のような方法によっ
て、皮膜の耐熱性(耐黄変性)を評価することができ
る。先ず、基板上に硬化性樹脂組成物を塗布し、必要に
応じて乾燥させて塗布膜を形成する。ここで、基板とし
ては、透明ガラス基板のように露光、現像等の一連のパ
ターン形成工程に支障を来たさないものであれば、特に
問題なく使用できる。塗布膜の厚さも特に制限はない
が、通常は、1〜10μm程度の厚さとする。この塗布
膜を、適切な条件で、例えば70〜150℃で、1〜1
0分間、プリベークする。プリベーク後、当該塗布膜が
完全に硬化する照射強度で露光して硬化させてから、適
切な条件で、例えば180〜280℃で、20〜80分
間、ポストベークする。
【0129】このようにして得られた硬化膜の光(38
0nm)の透過率を、ガラス基板をリファレンスとし測
定する。この段階で測定した透過率を「加熱試験前透過
率」とする。
【0130】次に、ガラス基板上の硬化膜を250℃で
1時間加熱し、加熱試験硬化膜を得る。このようにして
得られたガラス基板上の加熱試験硬化膜の光(380n
m)の透過率を、ガラス基板をリファレンスとし測定す
る。この段階で測定した透過率を「加熱試験後透過率」
とする。
【0131】このようにして加熱試験前後の光線透過率
を夫々算出し、加熱試験前透過率に対する加熱試験後透
過率の比から硬化膜の耐熱性を評価することができる。
本発明によれば、加熱試験前後の光線透過率の比を90
%以上に維持することができる。
【0132】また、本発明においては、次のような方法
によって、硬化性樹脂組成物の露光感度を評価すること
ができる。先ず、基板上に硬化性樹脂組成物を塗布し、
必要に応じて乾燥させて塗布膜を形成する。ここで、基
板としては、透明ガラス基板のように露光、現像等の一
連のパターン形成工程に支障を来たさないものであれ
ば、特に問題なく使用できる。塗布膜の厚さも特に制限
はないが、通常は、1〜10μm程度の厚さとする。こ
の塗布膜を、適切な条件で、例えば70〜150℃で、
1〜10分間、プリベークする。プリベーク後、既知の
照射強度で塗布膜を露光し、膜厚を測定する。この段階
で測定した膜厚を「現像前膜厚」とする。
【0133】次に、プリベークした塗布膜を適切な現像
剤に接触させて未露光部を溶解、除去し、残った露光部
を必要に応じて洗浄することによって、塗布膜を現像す
る。ここで、現像剤の組成及び現像の条件は、試験され
る硬化性樹脂組成物に合わせて適切に選択する。現像剤
としては、硬化性樹脂組成物の露光部(硬化した部分)
はほとんど溶解せず、未露光部を完全に溶解できるもの
が好ましいことは言うまでもない。そして、現像された
塗布膜を、適切な条件で、例えば180〜280℃で、
20〜80分間、ポストベークする。ポストベーク後、
塗布膜の厚さを測定し、「最終硬化後膜厚」とする。
【0134】このようにして測定された現像前膜厚と最
終硬化後膜厚とから次式に従って、残膜率を計算する。
【0135】残膜率(%)=(最終硬化後膜厚(μm)
÷現像前膜厚(μm))×100 一方、同じ硬化性樹脂組成物を上記と同様にして基板上
に塗布、乾燥し、プリベークし、リファレンス用の塗布
膜を形成する。このリファレンス用塗布膜を、当該塗布
膜が完全に硬化する照射強度で露光し、膜厚を測定す
る。この段階で測定した膜厚を「完全露光膜厚」とす
る。次に、完全露光した塗布膜を現像はせずに、サンプ
ルと同じ方法でポストベークした後、得られた膜の膜厚
を前述したのと同じ方法で測定し、「現像工程無しの最
終膜厚」とする。そして、測定された完全露光膜厚と現
像工程無しの最終膜厚とから次式に従って、リファレン
ス残膜率を計算する。
【0136】リファレンス残膜率(%)=(現像工程無
しの最終膜厚(μm)÷完全露光膜厚(μm))×10
0 このようにして残膜率とリファレンス残膜率を算出し、
残膜率が誤差範囲1%としてリファレンス残膜率と等し
くなった最も小さい露光量を、硬化性樹脂組成物の最低
露光量と決定する。この最低露光量が小さいほど感度が
高いと評価できる。
【0137】本発明によれば、このようにして決定され
る最低露光量が100mJ/cm2以下の硬化性樹脂組成
物を得ることが可能である。
【0138】本発明の光硬化性樹脂組成物は、カラーフ
ィルターの細部、例えば、画素部やブラックマトリック
ス層などの着色層、当該着色層を被覆する保護層、及
び、液晶パネルのセルギャップを維持するための柱状ス
ペーサーを形成するのに適している。また、本発明の光
硬化性樹脂組成物は、液晶表示装置以外の他方式の表示
装置にも利用可能であり、例えば、有機EL表示素子の
カラーフィルターの保護膜、画素部、その他の細部を形
成するのにも好適に用いられる。
【0139】本発明の反応硬化性樹脂組成物は、カラー
フィルターの保護膜や画素部として使用した時に、液晶
パネル組み立て途中での加熱プロセスによっても黄変を
来たし難く、透明性に非常に優れている。さらに、この
反応硬化性樹脂組成物中にエチレン性不飽和結合を有す
るフマレート共重合体と第三成分としての硬化性化合物
を組み合わせて配合する場合には、組成物中における架
橋反応の反応点密度が高くなり、硬化後において塗膜強
度、耐熱性、耐薬品性等の諸物性にも優れている。
【0140】カラーフィルターは、透明基板に所定のパ
ターンで形成されたブラックマトリックスと、当該ブラ
ックマトリックス上に所定のパターンで形成した画素部
と、当該画素部を覆うように形成された保護膜を備えて
いる。保護膜上に必要に応じて液晶駆動用の透明電極が
形成される場合もある。また、ブラックマトリックス層
が形成された領域に合わせて、透明電極板上若しくは画
素部上若しくは保護膜上に柱状スペーサーが形成される
場合もある。
【0141】画素部は赤色パターン、緑色パターン及び
青色パターンがモザイク型、ストライプ型、トライアン
グル型、4画素配置型等の所望の形態で配列されてな
り、ブラックマトリックス層は各画素パターンの間及び
画素部形成領域の外側の所定領域に設けられている。画
素部やブラックマトリックス層などの着色層は、様々な
方法で形成でき、例えば、染色法、顔料分散法、印刷
法、電着法のいずれを用いても形成することができる。
ブラックマトリックス層は、クロム蒸着等により形成し
てもよい。しかしながら、これらの着色層は、上記した
光硬化性樹脂組成物を用いて顔料分散法により形成する
のが好ましい。すなわち、上記した光硬化性樹脂組成物
に有色の又は黒色の着色顔料を分散させて塗工材料を調
製し、透明基板の一面側に塗布し、フォトマスクを介し
て紫外線、電離放射線等の活性化エネルギー線を照射す
ることにより露光し、アルカリ現像後、クリーンオーブ
ン等で加熱硬化することにより着色層を形成できる。着
色層は、通常、1.5μm程度の厚さに形成する。
【0142】保護膜は、上記した光硬化性樹脂組成物の
塗工液を、スピンコーター、ロールコーター、スプレ
イ、印刷等の方法により塗布して形成することができ
る。保護膜は、例えば、2μm程度の厚さに形成する。
スピンコーターを使用する場合、回転数は500〜15
00回転/分の範囲内で設定する。光硬化性樹脂組成物
の塗工膜は、フォトマスクを介して活性化エネルギー線
を照射することにより露光され、アルカリ現像後、クリ
ーンオーブン等で加熱硬化されて保護膜となる。
【0143】保護膜上の透明電極は、酸化インジウムス
ズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(Sn
O)等、およびそれらの合金等を用いて、スパッタリン
グ法、真空蒸着法、CVD法等の一般的な方法により形
成され、必要に応じてフォトレジストを用いたエッチン
グ又は治具の使用により所定のパターンとしたものであ
る。この透明電極の厚みは、通常20〜500nm程
度、好ましくは100〜300nm程度である。
【0144】透明電極上の柱状スペーサーも、上記した
光硬化性樹脂組成物の塗工液を、スピンコーター、ロー
ルコーター、スプレイ、印刷等の方法により塗布し、フ
ォトマスクを介する活性化エネルギー線照射により露光
し、アルカリ現像後、クリーンオーブン等で加熱硬化す
ることにより形成できる。柱状スペーサーは、例えば、
5μm程度の高さに形成される。スピンコーターの回転
数も保護膜を形成する場合と同様に、500〜1500
回転/分の範囲内で設定すればよい。
【0145】このようにして製造されたカラーフィルタ
ーの内面側に配向膜を形成し、電極基板と対向させ、間
隙部に液晶を満たして密封することにより、液晶パネル
が得られる。
【0146】
【実施例】実施例1 (共重合樹脂溶液1の合成) 下記分量のモノマー <共重合組成> ・ジシクロヘキシルフマレート(DCHF):529g ・アクリル酸(AA):171g を、パーブチルO(商品名、日本油脂(株)製の有機過
酸化物)14gと共に、300gのジエチレングリコー
ルジメチルエーテル(DMDG)に溶解した溶液を、8
0℃に温度調整した1000gのDMDGを入れた窒素
雰囲気の重合槽中に6時間かけて滴下した後、同温度で
4時間熟成して重合させ、共重合樹脂溶液1を得た。
【0147】(光硬化性樹脂組成物1の調製)下記分量
の下記材料を室温で攪拌、混合し、光硬化性樹脂組成物
1を得た。
【0148】<光硬化性樹脂組成物1の組成> ・上記共重合樹脂溶液1(固形分35%):69.0重
量部 ・ジペンタエリスリトールペンタアクリレート(SR3
99、サートマー社製):11.0重量部 ・オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(商品名
エピコート180S70、油化シェルエポキシ社製):
15.0重量部 ・2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−
モルホリノプロパノン−1:1.5重量部 ・2,2’−ビス(O−クロロフェニル)−4,5,
4’,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾー
ル:1.0重量部 ・DMDG:66.0重量部 実施例2 (原料重合体の合成) 下記分量のモノマー <共重合組成> ・ジシクロヘキシルフマレート(DCHF):469g ・アクリル酸(AA):132g を、パーブチルO(商品名、日本油脂(株)製の有機過
酸化物)12gと共に、258gのジエチレングリコー
ルジメチルエーテル(DMDG)に溶解した溶液を、8
0℃に温度調整した859gのDMDGを入れた窒素雰
囲気の重合槽中に6時間かけて滴下した後、同温度で4
時間熟成して重合させ、原料重合体の溶液(共重合樹脂
溶液2の前駆体)を得た。
【0149】(共重合樹脂溶液2の合成)前記の合成で
得られた原料重合体の溶液1730gへ、グリシジルメ
タクリレート(GMA)99g、ピリジン5g、ハイド
ロキノン0.5gを仕込み、均一に溶解させた。次に、
攪拌下の反応液中に空気をバブリングしながら80℃ま
で昇温し、80℃で5時間反応して共重合樹脂溶液2を
得た。
【0150】(光硬化性樹脂組成物2の調製)用いた樹
脂を共重合樹脂溶液2に変更した以外は実施例1と同様
に組成物の調製を行い、光硬化性樹脂組成物2を得た。
【0151】実施例3 (原料重合体の合成) 下記分量のモノマー <共重合組成> ・ジシクロヘキシルフマレート(DCHF):557g ・アクリル酸(AA):113g を、パーブチルO(商品名、日本油脂(株)製の有機過
酸化物)13.4gと共に、287gのジエチレングリ
コールジメチルエーテル(DMDG)に溶解した溶液
を、80℃に温度調整した957gのDMDGを入れた
窒素雰囲気の重合槽中に6時間かけて滴下した後、同温
度で4時間熟成して重合させ、原料重合体の溶液(共重
合樹脂溶液3の前駆体)を得た。
【0152】(共重合樹脂溶液3の合成)前記の合成で
得られた原料重合体の溶液1914gへ、グリシジルメ
タクリレート(GMA)30g、ピリジン1.5g、ハ
イドロキノン0.15gを仕込み、均一に溶解させた。
次に、攪拌下の反応液中に空気をバブリングしながら8
0℃まで昇温し、80℃で5時間反応して共重合樹脂溶
液3を得た。
【0153】(光硬化性樹脂組成物3の調製)用いた樹
脂を共重合樹脂溶液3に変更した以外は実施例1と同様
に組成物の調製を行い、光硬化性樹脂組成物3を得た。
【0154】比較例1 (共重合樹脂溶液4の合成) 下記分量のモノマー <共重合組成> ・メタアクリル酸メチル(MMA):357g ・メタクリル酸(MAA):181g を、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)3gと共
に、650gのジエチレングリコールジメチルエーテル
(DMDG)に溶解した溶液を、1000gのDMDG
を入れた重合槽中に100℃で6時間かけて滴下し、重
合させ、共重合樹脂溶液4を得た。
【0155】(光硬化性樹脂組成物4の調製)用いた樹
脂を共重合樹脂溶液4に変更した以外は実施例1と同様
に組成物の調製を行い、光硬化性樹脂組成物4を得た。
【0156】得られた共重合体の物性を第1表に示し
た。
【0157】
【表1】
【0158】MMA:メタクリル酸メチル DCHF:ジシクロヘキシルフマレート MAA:メタクリル酸 AA:アクリル酸 GMA:グリシジルメタクリレート 実施例4 (1)ブラックマトリックスの形成 先ず、下記分量の各成分を混合し、サンドミルにて十分
に分散し、黒色顔料分散液を調製した。
【0159】<黒色顔料分散液の組成> ・黒色顔料:23部 ・高分子分散剤(商品名Disperbyk 111、
ビックケミー・ジャパン(株)製):2重量部 ・溶剤(DMDG):75重量部 次に下記分量の各成分を十分混合して、光硬化性ブラッ
クマトリックス用樹脂組成物を得た。
【0160】<光硬化性ブラックマトリックス用樹脂組
成物の組成> ・上記の黒色顔料分散液:61重量部 ・実施例1の光硬化性樹脂組成物1:20重量部 ・溶剤(DMDG):30重量部 そして、厚み1.1mmのガラス基板(旭硝子(株)製
AL材)上に上記光硬化性ブラックマトリックス用樹脂
組成物をスピンコーターで塗布し、100℃で3分間乾
燥させ、膜厚約1μmの光硬化性ブラックマトリックス
層を形成した。当該光硬化性ブラックマトリックス層
を、超高圧水銀ランプで遮光パターンに露光した後、
0.05%水酸化カリウム水溶液で現像し、その後、基
板を180℃の雰囲気中に30分間放置することにより
加熱処理を施して遮光部を形成すべき領域にブラックマ
トリックスを形成した。
【0161】(2)着色層の形成 上記のようにしてブラックマトリックスを形成した基板
上に、下記組成の赤色(R用)光硬化性樹脂インクをス
ピンコーティング法により塗布(塗布厚み1.5μm)
し、その後、70℃のオーブン中で30分間乾燥した。
【0162】次いで、赤色(R用)光硬化性インクの塗
布膜から100μmの距離にフォトマスクを配置してプ
ロキシミティアライナにより2.0kWの超高圧水銀ラ
ンプを用いて着色層の形成領域に相当する領域のみに紫
外線を10秒間照射した。次いで、0.05wt%水酸
化カリウム水溶液(液温23℃)中に1分間浸漬してア
ルカリ現像し、赤色(R用)光硬化性樹脂インクの塗布
膜の未硬化部分のみを除去した。その後、基板を180
℃の雰囲気中に30分間放置することにより加熱処理を
施して赤色画素を形成すべき領域に赤色のレリーフパタ
ーンを形成した。
【0163】次に、下記組成の緑色(G用)光硬化性樹
脂インクを用いて、赤色のレリーフパターン形成と同様
の工程で、緑色画素を形成すべき領域に緑色のレリーフ
パターンを形成した。
【0164】さらに、下記組成の青色(B用)光硬化性
樹脂インクを用いて、赤色のレリーフパターン形成と同
様の工程で、青色画素を形成すべき領域に青色のレリー
フパターンを形成し、赤(R)、緑(G)、青(B)の
3色からなる着色層を形成した。
【0165】 <赤色(R用)光硬化性樹脂インクの組成> ・C.I.ピグメントレッド177:10重量部 ・ポリスルホン酸型高分子分散剤:3重量部 ・実施例1の光硬化性樹脂組成物1:5重量部 ・酢酸−3−メトキシブチル:82重量部 <緑色(G用)光硬化性樹脂インクの組成> ・C.I.ピグメントグリーン36:10重量部 ・ポリスルホン酸型高分子分散剤:3重量部 ・実施例1の光硬化性樹脂組成物1:5重量部 ・酢酸−3−メトキシブチル:82重量部 <青色(B用)光硬化性樹脂インクの組成> ・C.I.ピグメントブルー15:6:10重量部 ・ポリスルホン酸型高分子分散剤:3重量部 ・実施例1の光硬化性樹脂組成物1:5重量部 ・酢酸−3−メトキシブチル:82重量部 実施例5:保護膜の形成 実施例4において着色層を形成したガラス基板上に、実
施例1の光硬化性樹脂組成物1をスピンコーティング法
により塗布、乾燥し、乾燥膜厚2μmの塗布膜を形成し
た。
【0166】光硬化性樹脂組成物1の塗布膜から100
μmの距離にフォトマスクを配置してプロキシミティア
ライナにより2.0kWの超高圧水銀ランプを用いて着
色層の形成領域に相当する領域のみに紫外線を10秒間
照射した。次いで、0.05wt%水酸化カリウム水溶
液(液温23℃)中に1分間浸漬してアルカリ現像し、
光硬化性樹脂組成物の塗布膜の未硬化部分のみを除去し
た。その後、基板を200℃の雰囲気中に30分間放置
することにより加熱処理を施して保護膜を形成し、本発
明のカラーフィルターを得た。
【0167】実施例6:スペーサーの形成 実施例4において着色層を形成したガラス基板上に、実
施例1で得られた光硬化性樹脂組成物1をスピンコーテ
ィング法により塗布、乾燥し、乾燥膜厚5μmの塗布膜
を形成した。
【0168】光硬化性樹脂組成物1の塗布膜から100
μmの距離にフォトマスクを配置してプロキシミティア
ライナにより2.0kWの超高圧水銀ランプを用いて、
ブラックマトリックス上のスペーサーの形成領域のみに
紫外線を10秒間照射した。次いで、0.05wt%水
酸化カリウム水溶液(液温23℃)中に1分間浸漬して
アルカリ現像し、光硬化性樹脂組成物の塗布膜の未硬化
部分のみを除去した。その後、基板を200℃の雰囲気
中に30分間放置することにより加熱処理を施して固定
スペーサーを形成し、本発明のカラーフィルターを得
た。
【0169】得られたカラーフィルターの固定スペーサ
ーを含む表面に、基板温度200℃でアルゴンと酸素を
放電ガスとし、DCマグネトロンスパッタリング法によ
ってITOをターゲットとして透明電極膜を形成した。
その後、更に透明電極膜上にポリイミドよりなる配向膜
を形成した。
【0170】次いで、上記カラーフィルターと、TFT
を形成したガラス基板とを、エポキシ樹脂をシール材と
して用い、150℃で0.3kg/cm2の圧力をかけ
て接合してセル組みし、TN液晶を封入して液晶表示装
置を作製した。
【0171】実施例7 実施例4において着色層を形成したガラス基板の当該着
色層上に、または実施例5において着色層と保護膜を形
成したカラーフィルターの当該保護膜上に、基板温度2
00℃でアルゴンと酸素を放電ガスとし、DCマグネト
ロンスパッタリング法によってITOをターゲットとし
て透明電極膜を形成した。その後、更に透明電極膜上に
ポリイミドよりなる配向膜を形成してカラーフィルター
を得た。
【0172】(耐熱性の評価)10cm画のガラス基板
上に、実施例1で得られた光硬化性樹脂組成物1をスピ
ンコーター(形式1H−DX2、MIKASA製)によ
り、塗布、乾燥し、乾燥膜厚2.2μmの塗布膜を形成
した。この塗布膜をホットプレート上で90℃、3分間
加熱した。加熱後、塗布膜に2.0kWの超高圧水銀ラ
ンプを装着したUVアライナー(形式MA 1200、
大日本スクリーン製)によって、100mJ/cm2
強度(405nm照度換算)で紫外線を照射した。
【0173】紫外線の照射後、塗布膜をクリーンオーブ
ン(SCOV−250 Hy−So、忍足研究所(株)
製)により、200℃で30分間乾燥し、膜厚2.0μ
mの硬化膜を得た。このようにして得られたガラス基板
上の硬化膜の光(380nm)の透過率を、ガラス基板
をリファレンスとし、吸光計(島津(株)製、UV-3
100PC)を用いて測定した。
【0174】次いで、硬化膜付きのガラス基板をクリー
ンオーブン(SCOV−250 Hy−So、忍足研究
所(株)製)により、250℃で1時間加熱し、加熱試
験硬化膜を得た。このようにして得られたガラス基板上
の加熱試験硬化膜の可視光(380〜780nm)の透
過率を、ガラス基板をリファレンスとし、吸光計(UV
-3100PC、島津(株)製)を用いて測定した。
【0175】上記加熱試験前後での光(380nm)の
透過率の変化から硬化膜の耐熱性を評価した。さらに、
上述したのと同じ方法により、実施例2で得られた光硬
化性樹脂組成物2、実施例3で得られた光硬化性樹脂組
成物3、及び、比較例1で得られた光硬化性樹脂組成物
4の塗布膜を形成し、加熱試験前後の光の透過率の変化
から硬化膜の耐熱性を評価した。
【0176】このようにして各光硬化性樹脂組成物1乃
至4から形成された硬化膜の耐熱性を評価した結果を第
2表に示す。
【0177】
【表2】
【0178】(感度の評価)10cm画のガラス基板上
に、実施例1で得られた光硬化性樹脂組成物1をスピン
コーター(形式1H−DX2、MIKASA製)によ
り、塗布、乾燥し、乾燥膜厚2μmの塗布膜を形成し
た。この塗布膜をホットプレート上で90℃、3分間加
熱した。加熱後、塗布膜から100μmの距離にフォト
マスクを配置して2.0kWの超高圧水銀ランプを装着
したUVアライナー(形式MA 1200、大日本スク
リーン製)によって、同一塗膜を4等分した各領域のそ
れぞれに、50、100、150、200、mJ/cm
2の強度(405nm照度換算)で紫外線を照射した。
【0179】紫外線の照射後、これら4つの各領域か
ら、寸法が約1mm×3mmの矩形状に塗布膜を削り取
ってガラス基板を部分的に露出させ、触針式表面粗度測
定装置(Dektak 1600、日本アネルバ(株)
製)により各照射領域の膜厚を測定し、現像前膜厚とし
た。
【0180】次いで、塗布膜の露光部に0.05wt%
の水酸化カリウム水溶液をスピン現像機(INK、MO
DEL:915、Applied Process T
echnology社製)にて60秒間散布し、未露光
部を溶解、除去し、残った露光部を純水で60秒間水洗
することにより現像した。現像後、露光部の膜をクリー
ンオーブン(SCOV−250 Hy−So、忍足研究
所(株)製)により、200℃で30分間加熱した。そ
して、得られた膜の各領域の膜厚を、前述したのと同じ
方法で測定し、最終硬化後膜厚とした。
【0181】このようにして測定された現像前膜厚と最
終硬化後膜厚とから次式に従って、残膜率を計算した。
【0182】残膜率(%)=(最終硬化後膜厚(μm)
÷現像前膜厚(μm))×100 一方、リファレンス残膜率を、次のようにして決定し
た。先ず、塗布膜の全面に100mJ/cm2の強度で
露光したこと以外はサンプルと同じ方法で、光硬化性樹
脂組成物1の完全露光膜厚を測定した。次に、100m
J/cm2露光した塗布膜を現像はせずに、サンプルと
同じ方法で加熱だけした後、得られた膜の膜厚を前述し
たのと同じ方法で測定し、現像工程無しの最終膜厚とし
た。そして、測定された完全露光膜厚と現像工程無しの
最終膜厚とから次式に従って、リファレンス残膜率を計
算した。
【0183】リファレンス残膜率(%)=(現像工程無
しの最終膜厚(μm)÷完全露光膜厚(μm))×10
0 このようにして算出された残膜率が誤差範囲1%として
リファレンス残膜率と等しくなった最も小さい露光量
を、光硬化性樹脂組成物1の最低露光量と決定した。
【0184】さらに、上述したのと同じ方法により、実
施例2で得られた光硬化性樹脂組成物2、実施例3で得
られた光硬化性樹脂組成物3、及び、比較例1で得られ
た光硬化性樹脂組成物4の塗布膜を形成し、現像前膜
厚、最終硬化後膜厚、完全露光膜厚、及び現像工程無し
の最終膜厚を測定し、各光硬化性樹脂組成物2乃至4の
最低露光量を決定した。
【0185】このようにして、各光硬化性樹脂組成物1
乃至4について最低露光量を決定した。結果を第3表に
示す。
【0186】
【表3】
【0187】
【発明の効果】以上説明したように、本発明においてバ
インダー成分として用いられるフマレート系共重合体
は、耐熱変色性に寄与する式1の構成単位と、酸性やア
ルカリ可溶性に寄与する酸性官能基含有単位とが連結
し、さらに必要に応じて、反応硬化性に寄与するエチレ
ン性不飽和結合含有単位や、塗膜性に寄与する芳香族炭
素環含有単位や、アルカリ現像性を抑制するエステル基
含有単位が連結してなるものである。
【0188】このフマレート系共重合体は優れた耐熱変
色性を備えるだけでなく、各構成単位の含有割合を変更
することによって、反応硬化性、アルカリ可溶性、塗工
性などを適宜に調節できる。従って、この共重合体は、
光硬化性、熱硬化性等の反応硬化性樹脂組成物のバイン
ダー成分として好適に用いることができ、当該反応硬化
性樹脂組成物により、さまざまな微細構造、特にカラー
フィルターの細部を形成することが可能である。
【0189】本発明により提供されるカラーフィルター
の保護膜、RGB用画素、ブラックマトリックス又はス
ペーサーを形成するための光硬化性樹脂組成物は、前記
フマレート系共重合体をバインダー成分として含有する
ものである。
【0190】この光硬化性樹脂組成物は、カラーフィル
ターの細部、例えば、画素部やブラックマトリックス層
などの着色層、当該着色層を被覆する保護層、及び、液
晶パネルのセルギャップを維持するための柱状スペーサ
ーを形成するのに適している。
【0191】本発明のカラーフィルターの保護膜、RG
B用画素、ブラックマトリックス又はスペーサーを形成
するための光硬化性樹脂組成物は、カラーフィルターの
保護膜や画素部として使用した時の黄変が生じにくく、
透明性に優れている。
【0192】特に、前記フマレート系共重合体をバイン
ダー成分として含有し、必要に応じて2個以上のエチレ
ン性不飽和結合を有する多官能重合性化合物を組み合わ
せて配合する場合には、組成物中における架橋反応の反
応点密度が高くなり、露光感度、及び、硬化後において
の塗膜強度、耐熱性、耐薬品性等の諸物性に優れてい
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】液晶パネルの一例についての模式的断面図であ
る。
【図2】液晶パネルの別の例についての模式的断面図で
ある。
【符号の説明】
1…カラーフィルター 2…電極基板 3…間隙部 4…シール材 5…透明基板 6…ブラックマトリックス層 7(7R、7G、7B)…画素部 8…保護膜 9…透明電極膜 10…配向膜 11…パール 12…柱状スペーサー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G03F 7/033 G03F 7/033 4J027 7/038 501 7/038 501 (72)発明者 園田 賢作 愛知県知多郡武豊町字西門8番地 (72)発明者 今瀬 智浩 愛知県知多郡武豊町大字富貴字北側64 (72)発明者 中島 喜和 愛知県知多郡武豊町字西門8番地 (72)発明者 林 慎二 東京都新宿区市谷加賀町一丁目1番1号 大日本印刷株式会社内 (72)発明者 西尾 曉隆 東京都新宿区市谷加賀町一丁目1番1号 大日本印刷株式会社内 Fターム(参考) 2H025 AB13 AC01 AD01 BC51 BC53 BC81 BC92 CA18 CA20 CB06 CC12 FA03 FA17 FA29 2H042 AA06 AA09 AA15 AA26 2H048 BA02 BA45 BB02 BB15 BB37 BB42 2H089 LA09 MA04X PA07 QA06 TA12 TA13 2H091 FA02Y FA35Y FA50Y FB04 GA08 LA04 LA30 4J027 AA02 AJ01 AJ05 BA05 BA07 BA10 BA15 BA19 BA20 BA21 BA24 CA10 CA34 CB10 CC05 CD10

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バインダー成分として、少なくとも下記
    式1で表される構成単位と酸性官能基を備えた構成単位
    とが連結した分子構造を有する共重合体を含有すること
    を特徴とする、カラーフィルターの保護膜、RGB用画
    素、ブラックマトリックス又はスペーサーを形成するた
    めの光硬化性樹脂組成物及びカラーフィルター。 【化1】 (式中、R1及びR2は、それぞれ独立して炭素数3〜8
    の分岐アルキル基若しくは置換分岐アルキル基、又は、
    炭素数4〜8のシクロアルキル基若しくは置換シクロア
    ルキル基を表す。)
  2. 【請求項2】 前記酸性官能基を備えた構成単位が、下
    記式2で表される構成単位である請求項1に記載の光硬
    化性樹脂組成物。 【化2】 (式中、R3は水素原子、メチル基又はカルボキシメチ
    ル基である。)
  3. 【請求項3】 前記共重合体がエチレン性不飽和結合を
    備えた構成単位をさらに有する請求項1又は2に記載の
    光硬化性樹脂組成物。
  4. 【請求項4】 前記エチレン性不飽和結合を備えた構成
    単位が、下記式3で表される構成単位又は下記式4で表
    される構成単位である請求項3に記載の光硬化性樹脂組
    成物。 【化3】 (式中、R4及びR5は水素原子又はメチル基である。) 【化4】 (式中、R6及びR9は水素原子又はメチル基であり、R
    7は炭素数2乃至4のアルキレン基であり、R8はアルキ
    レン基である。また、hは0又は1の数である。)
  5. 【請求項5】 前記共重合体の酸価が40〜200mg
    KOH/gである請求項1又は2に記載の光硬化性樹脂
    組成物。
  6. 【請求項6】 前記共重合体は酸価が40〜200mg
    KOH/gで且つエチレン性不飽和結合の含有量が0.
    5〜2.0mmol/gである請求項3又は4に記載の
    光硬化性樹脂組成物。
  7. 【請求項7】 前記共重合体の重量平均分子量が500
    0〜100000である請求項1乃至6のいずれか1項
    に記載の光硬化性樹脂組成物。
  8. 【請求項8】 2個以上のエチレン性不飽和結合を有す
    る重合性化合物をさらに含有する請求項1乃至7のいず
    れか1項に記載の光硬化性樹脂組成物。
  9. 【請求項9】 光重合開始剤をさらに含有する請求項1
    乃至8のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物。
  10. 【請求項10】 前記光硬化性樹脂組成物の硬化膜を2
    50℃で1時間加熱した時に、加熱前の380nmにお
    ける光線透過率に対する加熱後の同波長における光線透
    過率の比が90%以上である請求項1乃至9のいずれか
    1項に記載の光硬化性樹脂組成物。
  11. 【請求項11】 カラーフィルターの製造に用いられる
    前記請求項1乃至10のいずれか1項に記載の光硬化性
    樹脂組成物。
  12. 【請求項12】 透明基板と、当該透明基板上に形成さ
    れた着色層とを備え、当該着色層が前記請求項1乃至1
    1のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物を硬化さ
    せて形成したRGB用画素又はブラックマトリックスで
    あるカラーフィルター。
  13. 【請求項13】 透明基板と、当該透明基板上に形成さ
    れた着色層と、当該着色層を被覆する保護膜とを備え、
    前記の保護膜が前記請求項1乃至11のいずれか1項に
    記載の光硬化性樹脂組成物を硬化させて形成したもので
    あるカラーフィルター。
  14. 【請求項14】 透明基板と、当該透明基板上に形成さ
    れた着色層と、対向させるべき電極基板との間隔を維持
    するために非表示部と重なり合う位置に設けられたスペ
    ーサーとを備え、前記のスペーサーが前記請求項1乃至
    11のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物を硬化
    させて形成したものであるカラーフィルター。
JP2002150992A 2002-05-24 2002-05-24 カラーフィルターの保護膜、rgb用画素、ブラックマトリックス又はスペーサーを形成するための光硬化性樹脂組成物及びカラーフィルター Expired - Lifetime JP4463467B2 (ja)

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