JP2006030809A - 感光性樹脂組成物、表示パネル用スペーサーおよび表示パネル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】感放射線性組成物は、〔A〕(a1)エチレン性不飽和カルボン酸および/またはエチレン性不飽和カルボン酸無水物と(a2)エポキシ基含有エチレン性不飽和化合物と(a3)他のエチレン性不飽和化合物との共重合体、〔B〕エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物、並びに〔C〕下記式(1)で表される化合物からなる光重合開始剤を含有する。
【化1】
〔式中、R1、R2の何れかが、アルキル基、アリサイクリック基、含酸素複素環基、含窒素複素環基、含酸素複素環基、含硫黄複素環基であり。R3、R4、R5およびR6は水素原子、アルキル基を示す。〕
【選択図】なし
Description
そこで、これらの問題を解決するために、スペーサーをフォトリソグラフィーにより形成する方法が採用されるようになってきた。この方法は、感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、所定のマスクを介して紫外線を露光したのち現像して、ドット状やストライプ状のスペーサーを形成するものであり、画素形成領域以外の所定の場所にのみスペーサーを形成することができるため、前述したような問題は基本的には解決される。
ところで、実際のスペーサー形成プロセス、例えばカラーフィルターなどに用いられる基板上にフォトリソグラフィーによりスペーサーを形成する場合には、プロキシミティー露光機を使用することが多い。このプロキシミティー露光の場合、マスクと感光性樹脂組成物を塗布した基板との間に一定のギャップを設けて露光しており、マスクどおりのパターンで露光されるのが理想的である。しかし、前記ギャップは空気または窒素で満たされており、マスクの開口部(透明部)を通過した光が該ギャップ部で拡散して広がるため、マスクパターンの設計サイズより広めに露光されるという問題があった。
そこで、このような問題を解決すべく、本出願人は既に、特許文献1に、感光性組成物の光重合開始剤として1,2−オクタンジオン−1−〔4−(フェニルチオ)フェニル〕−2−(O−ベンゾイルオキシム)を使用することにより、プロキシミティー露光によってもマスクパターンの設計サイズを忠実に再現でき、また強度、耐熱性等にも優れた表示パネル用スペーサーを形成できることを明らかにしている。
しかし、特許文献1記載のものも含め、スペーサーの形成に用いられる従来の感光性樹脂組成物では、基板との密着性および透明性の面では依然として十分とはいえず、これらの特性も併せ備えた感光性樹脂組成物の開発が強く望まれていた。
また、近年、液晶表示装置の大面積化や生産性の向上等からマザーガラス基板の大型化が進んでいる。従来の基板サイズ(680×880mm程度)では、マスクサイズよりも基板サイズが小さいことから、一括露光方式で対応が可能であった。
しかし、大型基板(例えば、1500×1800mm程度)では、この基板サイズと同程度のマスクサイズを作成することはほぼ不可能であり、一括露光方式では対応が難しい。そこで大型基板対応露光方式として、ステップ露光方式が提唱されている。しかし、ステップ露光方式では、一枚の基板において数回露光し、その度事に、位置合せ、ステップ移動に要する時間が発生する。ステップ露光方式では、一括露光方式に比較して、スループット低減が危惧される。一括露光方式では、300mJ/cm2程度の露光感度で許容されていたが、ステップ露光方式では露光感度を150mJ/cm2以下にすることが求められている。しかしながら、既存の材料では、150mJ/cm2以下の露光量で十分なスペーサー形状および膜厚を得ることは難しい。
また、スペーサーの形状、膜厚の制御性に関する要求値は近年、益々厳しくなってきており、スペーサーを形成する際のプロセスの変動による形状、膜厚の変動、組成物溶液の経時変化に伴う形状、膜厚の安定性に関して課題を残していた。
〔A〕(a1)エチレン性不飽和カルボン酸および/またはエチレン性不飽和カルボン酸無水物と(a2)エポキシ基含有エチレン性不飽和化合物と(a3)他のエチレン性不飽和化合物との共重合体、
〔B〕エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物、並びに
〔C〕下記式(1)で表される化合物からなる光重合開始剤
を含有することを特徴とする感光性樹脂組成物(以下、「感光性樹脂組成物(イ)」という。)、
によって達成される。
感光性樹脂組成物(イ)
−共重合体〔A〕−
感光性樹脂組成物(イ)における〔A〕成分は、(a1)エチレン性不飽和カルボン酸および/またはエチレン性不飽和カルボン酸無水物と(a2)エポキシ基含有エチレン性不飽和化合物と(a3)他のエチレン性不飽和化合物との共重合体(以下、「共重合体〔A〕」という。)からなる。
これらの不飽和カルボン酸系単量体(a1)のうち、共重合反応性、得られる共重合体のアルカリ水溶液に対する溶解性および入手が容易である点から、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸等が好ましい。
感光性樹脂組成物(イ)において、不飽和カルボン酸系単量体(a1)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。
感光性樹脂組成物(イ)において、エポキシ基含有単量体(a2)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。
02,6 ] デカン−8−イル、アクリル酸2−(トリシクロ[ 5.2.1.02,6 ] デカン−8−イルオキシ)エチル、アクリル酸イソボロニル等のアクリル酸脂環式エステル類;メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸2−メチルシクロヘキシル、メタクリル酸トリシクロ[ 5.2.1.02,6 ] デカン−8−イル、メタクリル酸2−(トリシクロ[ 5.2.1.02,6 ] デカン−8−イルオキシ)エチル、メタクリル酸イソボロニル等のメタクリル酸脂環式エステル類;アクリル酸フェニル、アクリル酸ベンジル等のアクリル酸のアリールエステルあるいはアラルキルエステル類;メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ベンジル等のメタクリル酸のアリールエステルあるいはアラルキルエステル類;マレイン酸ジエチル、フマル酸ジエチル、イタコン酸ジエチル等のジカルボン酸ジアルキルエステル類;メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸2−ヒドロキシプロピル等のメタクリル酸ヒドロキシアルキルエステル類;テトラヒドロフルフリルメタクリレート、テトラヒドロフリルメタクリレート、テトラヒドロフピラン−2−メチルメタクリレート等の酸素一原子を含む不飽和複素五及び六員環メタクリル酸エステル類;スチレン、α−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−メトキシスチレン等のビニル芳香族化合物;1,3−ブタジエン、イソプレン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン等の共役ジエン系化合物のほか、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリルアミド、塩化ビニル、塩化ビニリデン、酢酸ビニル等を挙げることができる。
感光性樹脂組成物(イ)において、他の単量体(a3)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。
前記重合に用いられる溶媒としては、例えば、
メタノール、エタノール、n−プロパノール、i−プロパノール等のアルコール類;
テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;
エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル等のエチレングリコールモノアルキルエーテル類;
エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテルアセテート等のエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;
ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、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ジエチレングリコールアルキルエーテル類;
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プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールモノエチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテルプロピオネート等のプロピレングリコールモノアルキルエーテルプロピオネート類;
トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;
メチルエチルケトン、2−ペンタノン、3−ペンタノン、シクロヘキサノン、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン等のケトン類;
前記溶媒は、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。
これらのラジカル重合開始剤は、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。
このようにして得られた共重合体〔A〕は、溶液のまま感放射線性樹脂組成物の調製に供しても、また溶液から分離して感放射線性樹脂組成物の調製に供してもよい。
感光性樹脂組成物(イ)における〔B〕成分は、エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物(以下、「重合性化合物〔B〕」という。)
重合性化合物〔B〕としては、特に限定されるものではないが、単官能、2官能または3官能以上の(メタ)アクリル酸エステル類が、重合性が良好であり、得られるスペーサーの強度が向上する点から好ましい。
特に9官能以上の(メタ)アクリレートは、アルキレン直鎖および脂環構造を有し、2個以上のイソシアネート基を含む化合物と分子内に1個以上の水酸基を含有する3官能、4官能および5官能の(メタ)アクリレート化合物を反応させて得られるウレタンアクリレート化合物が挙げられる。
上記市販品として、例えば、アロニックスM−309、同M−400、同M−405、同M−450、同M−7100、同M−8030、同M−8060、同TO−1450(東亜合成(株)製)、KAYARAD TMPTA、同DPHA、同DPCA−20、同DPCA−30、同DPCA−60、同DPCA−120(日本化薬(株)製)、ビスコート295、同300、同360、同GPT、同3PA、同400(大阪有機化学工業(株)製)等を挙げることができる。9官能以上の多官能ウレタンアクリレートの市販品は、例として、ニューフロンティア R−1150(以上、第一工業製薬(株)製)、KAYARAD DPHA−40H(以上、日本化薬(株)製)等が挙げられる。
前記単官能、2官能または3官能以上の(メタ)アクリル酸エステル類は、単独であるいは2種以上を組み合わせて使用することができる。
感光性樹脂組成物(イ)における〔C〕成分は、O−アシルオキシム型光重合開始剤からなり、特に前記式(1)で表される化合物(以下、「光重合開始剤〔C〕」という。)が好ましい。
本発明でいう光重合開始剤とは、可視光線、紫外線、遠紫外線、荷電粒子線、X線等による露光により、重合性化合物〔B〕の重合を開始しうる活性種を発生する成分を意味する。
前記式(1)で表される「光重合開始剤〔C〕」においては、R1、R2は、各々、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜8のシクロアルキル基、フェニル基(但し、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、フェニル基、およびハロゲン原子で少なくとも1個以上で置換されてもよい。)、炭素数7〜20のアリサイクリック基(前記シクロアルキル基をのぞく)、炭素数4〜20の含酸素複素環基、炭素数4〜20の含窒素複素環基、炭素数4〜20の含酸素複素環基、炭素数4〜20の含硫黄複素環基から選ばれた官能基。ただし、R1、R2の何れかが、炭素数13〜20のアルキル基、炭素数炭素数7〜20のアリサイクリック基(前記シクロアルキル基をのぞく)、炭素数4〜20の含酸素複素環基、炭素数4〜20の含窒素複素環基、炭素数4〜20の含酸素複素環基、炭素数4〜20の含硫黄複素環基である。R3は水素原子または炭素数1〜12の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基を示し、R4、R5およびR6は水素原子または炭素数1〜6の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基を示す。
炭素数7〜20のアリサイクリック基(前記シクロアルキル基をのぞく)としては、たとえば、ビシクロアルキル基、トリシクロアルキル基、スピロアルキル基、ter-シクロアルキル基、テルペン骨格含有基、アダマンチル骨格含有基などがあげられる。
炭素数4〜20の含窒素複素環基、炭素数4〜20の含酸素複素環基、炭素数4〜20の含硫黄複素環基としては、たとえば、チオラニル、アゼピニル、
ジヒドロアゼピニル、ジオキソラニル、トリアジニル、オキサチアニル、チアゾーリル、オキサジアジニル、ジオキサインダニイル、ジヒアナフタレニル、フラニル、チオフェニル、ピロリル、オキサゾリル、イソオキサゾリル、チアゾリル、イソチアゾリル、ピラゾリル、フラザニル、ピラニル、ピリジニル、ピリダジニル、ピリミジル、ピラジニル、ピロリニル、モルホニル、ピペラジニル、キヌクリジニル、インドーリル、イソインドーリル、ベンゾフラニル、ベンゾチオフェニル、インドリジニル、クロメニル、キノリニル、イソキノリニル、プリニル、キナゾリニル、シンノリニル、フタラジニル、プテリジニル、カルバゾーリル、アクリジニル、フェナントリジニル、チオキサンテニル、フェナジニル、フェノチアジニル、フェノキサチイニル、フェノキサジニル、チアントレニルなどがあげられる。
1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−ビシクロヘプチルメタン−1−オンオキシム−O−ベンゾアート、
1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−ビシクロヘプチル−1−オンオキシム−O−アセタート、
1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−アダマンチルメタン−1−オンオキシム−O−ベンゾアート、
1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−アダマンチルメタン−1−オンオキシム−O−アセタート、
1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−テトラヒドロフラニルメタン−1−オンオキシム−O−ベンゾアート、
1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−テトラヒドロフラニルメタン−1−オンオキシム−O−アセタート、
1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−チオフェニルメタン−1−オンオキシム−O−ベンゾアート、
1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−チオフェニルメタン−1−オンオキシム−O−アセタート
1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−モロフォニルメタン−1−オンオキシム−O−ベンゾアート、
1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−モロフォニルメタン−1−オンオキシム−O−アセタート、
1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−エタン−1−オンオキシム−O−ビシクヘプタンカルボキシレート
1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−エタン−1−オンオキシム−O−トリシクロデカンカルボシキレート
1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−エタン−1−オンオキシム−O−アダマンタンカルボシキレート
等を挙げることができる。
これら光重合開始剤〔C〕は同時に2種以上を使用しても良い。
これら光重合開始剤〔C−2〕の具体例としては1,2−オクタジオン−1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−2−(O−ベンゾイルオキシム)、1,2−ブタンジオン−1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−2−(O−ベンゾイルオキシム)、1,2−ブタンジオン−1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−2−(O−アセチルオキシム)、1,2−オクタジオン−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−(O−ベンゾイルオキシム)、1,2−オクタジオン−1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−2−(O−(4―メチルベンゾイルオキシム))等を挙げることができる。これらのうち、特に1,2−オクタジオン−1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−2−(O−ベンゾイルオキシム)が好ましい。
前記他の光重合開始剤としては、例えば、ビイミダゾール系化合物、ベンゾイン系化合物、アセトフェノン系化合物、ベンゾフェノン系化合物、α−ジケトン系化合物、多核キノン系化合物、キサントン系化合物、ホスフィン系化合物、トリアジン系化合物等を挙げることができる。これらのうち、アセトフェノン系化合物(以下、「(D)成分」ということがある)、ビイミダゾール系化合物(以下、「(E)成分」ということがある)が好ましい。
また、前記アセトフェノン系化合物としては、例えば、α−ヒドロキシケトン系化合物、α−アミノケトン系化合物、これら以外の化合物を挙げることができる。
前記α−ヒドロキシケトン系化合物の具体例としては、1−フェニル−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、1−(4−i−プロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル−(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ケトン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン等を挙げることができ、前記α−アミノケトン系化合物の具体例としては、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノプロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタノン−1等を挙げることができ、これら以外の化合物の具体例としては、2,2−ジメトキシアセトフェノン、2,2−ジエトキシアセトフェノン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン等を挙げることができる。
これらのアセトフェノン系化合物は、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。
前記ビイミダゾール系化合物の具体例としては、
2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−エトキシカルボニルフェニル)−1,2’−ビイミダゾール、
2,2’−ビス(2−ブロモフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−エトキシカルボニルフェニル)−1,2’−ビイミダゾール、
2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、
2,2’−ビス(2,4−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、
2,2’−ビス(2,4,6−トリクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、
2,2’−ビス(2−ブロモフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、
2,2’−ビス(2,4−ジブロモフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、
2,2’−ビス(2,4,6−トリブロモフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール
等を挙げることができる。
前記ビイミダゾール系化合物は、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。
これらのビイミダゾール系化合物を用いることにより、感度、解像度、及び密着性をさらに良好にすることが可能である。
前記増感剤[E−2]の具体例としては、例えば、N−メチルジエタノールアミン、4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、p−ジメチルアミノ安息香酸エチル、p−ジメチルアミノ安息香酸i−アミル等を挙げることができる。これらの増感剤のうち、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンが好ましい。
これら増感剤[E−2]は、同時に2種以上を使用しても良い。
増感剤[E−2]の使用量は、[A]100重量部に対して、好ましくは0.1〜50重量部、より好ましくは1〜20重量部の割合で含有している。
化合物[E−2]の量が、0.1重量部未満の場合は得られるスペーサーの膜べりやパターン形状不良が生じる傾向にあり、また、50重量部を超えると、同様にパターン形状不良が生じる傾向にある。
上記チオール系化合物[E−3]の使用割合は、化合物[C]100重量部に対して、好ましくは0.1〜50重量部、より好ましくは1〜20重量部の割合で含有している。チオール系化合物[E−3]の量が、0.1重量部未満の場合は得られるスペーサーの膜べりやパターン形状不良が生じる傾向にあり、また、50重量部を超えると、同様にパターン形状不良が生じる傾向にある。
その具体例として、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾオキサゾール、2−メルカプトベンゾイミダゾール、2−メルカプト−5−メトキシベンゾチアゾール、2−メルカプト−5−メトキシベンゾイミダゾールなどの芳香族系チオール、3−メルカプトプロピオン酸、3−メルカプトプロピオン酸メチル、3−メルカプトプロピオン酸エチル、3−メルカプトプロピオン酸オクチルなどの脂肪族系モノチオールが挙げられる。2官能以上の脂肪族チオールとして、3,6−ジオキサ−1,8−オクタンジチオール、ペンタエリストールテトラ(メルカプトアセテート)、ペンタエリストールテトラ(3−メルカプトプロピオネート)などが挙げられる。
感光性樹脂組成物(イ)には、本発明の所期の効果を損なわない範囲内で、必要に応じて、前記成分以外の添加剤を配合することもできる。
例えば、塗布性を向上するために、界面活性剤を配合することができる。その界面活性剤は、フッ素系界面活性剤およびシリコーン系界面活性剤を好適に用いることができる。
フッ素系界面活性剤としては、末端、主鎖および側鎖の少なくともいずれかの部位にフルオロアルキルまたはフルオロアルキレン基を有する化合物を好適に用いることができ、その具体例としては、1,1,2,2−テトラフロロオクチル(1,1,2,2−テトラフロロプロピル)エーテル、1,1,2,2−テトラフロロオクチルヘキシルエーテル、オクタエチレングリコールジ(1,1,2,2−テトラフロロブチル)エーテル、ヘキサエチレングリコール(1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロペンチル)エーテル、オクタプロピレングリコールジ(1,1,2,2−テトラフロロブチル)エーテル、ヘキサプロピレングリコールジ(1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロペンチル)エーテル、パーフロロドデシルスルホン酸ナトリウム、1,1,2,2,8,8,9,9,10,10−デカフロロドデカン、1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロデカン、フルオロアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキルホスホン酸ナトリウム、フルオロアルキルカルボン酸ナトリウム、フルオロアルキルポリオキシエチレンエーテル、ジグリセリンテトラキス(フルオロアルキルポリオキシエチレンエーテル)、フルオロアルキルアンモニウムヨージド、フルオロアルキルベタイン、フルオロアルキルポリオキシエチレンエーテル、パーフルオロアルキルポリオキシエタノール、パーフルオロアルキルアルコキシレート、フッ素系アルキルエステル等を挙げることができる。
また、シリコーン系界面活性剤としては、例えばトーレシリコーンDC3PA、同DC7PA、同SH11PA、同SH21PA、同SH28PA、同SH29PA、同SH30PA、同SH−190、同SH−193、同SZ−6032、同SF−8428、同DC−57、同DC−190(以上、東レ・ダウコーニング・シリコーン(株)製)、TSF−4440、TSF−4300、TSF−4445、TSF−4446、TSF−4460、TSF−4452(以上、GE東芝シリコーン(株)製)等の商品名で市販されているものを挙げることができる。
界面活性剤の配合量は、共重合体〔A〕100重量部に対して、好ましくは5重量部以下、さらに好ましくは2重量部以下である。この場合、界面活性剤の配合量が5重量部を超えると、塗布時に膜荒れを生じやすくなる傾向がある。
前記接着助剤としては、官能性シランカップリング剤が好ましく、その例としては、カルボキシル基、メタクリロイル基、イソシアネート基、エポキシ基等の反応性官能基を有するシランカップリング剤を挙げることができ、より具体的には、トリメトキシシリル安息香酸、γ−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−イソシアナートプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等を挙げることができる。
これらの接着助剤は、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。
接着助剤の配合量は、共重合体〔A〕100重量部に対して、好ましくは20重量部以下、さらに好ましくは10重量部以下である。この場合、接着助剤の配合量が20重量部を超えると、現像残りが生じやすくなる傾向がある。
また、耐熱性向上のため、N−(アルコキシメチル)グリコールウリル化合物、N−(アルコキシメチル)メラミン化合物および2官能以上のエポキシ基を1分子中に有する化合物を添加することができる。前記N−(アルコキシメチル)グリコールウリル化合物の具体例としては、N,N,N,N−テトラ(メトキシメチル)グリコールウリル、N,N,N,N−テトラ(エトキシメチル)グリコールウリル、N,N,N,N−テトラ(n−プロポキシメチル)グリコールウリル、N,N,N,N−テトラ(i−プロポキシメチル)グリコールウリル、N,N,N,N−テトラ(n−ブトキシメチル)グリコールウリル、N,N,N,N−テトラ(t−ブトキシメチル)グリコールウリル等を挙げることができる。これらのうち特に、N,N,N,N−テトラ(メトキシメチル)グリコールウリルが好ましい。前記N−(アルコキシメチル)メラミン化合物の具体例としては、N,N,N,N,N,N−ヘキサ(メトキシメチル)メラミン、N,N,N,N,N,N−ヘキサ(エトキシメチル)メラミン、N,N,N,N,N,N−ヘキサ(n−プロポキシメチル)メラミン、N,N,N,N,N,N−ヘキサ(i−プロポキシメチル)メラミン、N,N,N,N,N,N−ヘキサ(n−ブトキシメチル)メラミン、N,N,N,N,N,N−ヘキサ(t−ブトキシメチル)メラミン等を挙げることができる。これらのうち特に、N,N,N,N,N,N−ヘキサ(メトキシメチル)メラミンが好ましい。これらの市販品としては、ニカラックN−2702、MW−30M(以上 三和ケミカル(株)製)等が挙げられる。
2官能以上のエポキシ基を1分子中に有する化合物としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールAジグリシジルエーテル等が挙げられる。これら市販品の具体例としては、エポライト40E,エポライト100E,エポライト200E,エポライト70P,エポライト200P,エポライト400P,エポライト40E,エポライト1500NP,エポライト1600,エポライト80MF,エポライト100MF,エポライト4000、エポライト3,002(以上 共栄社化学(株)製)等が挙げられる。これらは単独もしくは2種以上の組み合わせで使用できる。
感光性樹脂組成物(イ)は、その使用に際して、通常、共重合体〔A〕、重合性化合物〔B〕、光重合開始剤〔C〕等の構成成分を適当な溶剤を溶解して、組成物溶液として調製される。
前記組成物溶液の調製に使用される溶剤としては、感光性樹脂組成物(イ)を構成する各成分を均一に溶解し、かつ各成分と反応しないものが用いられ、その例としては、共重合体〔A〕を製造する重合について例示した溶媒と同様のものを挙げることができる。
これらの溶剤のうち、各成分の溶解能、各成分との反応性および塗膜形成の容易性の点から、エチレングリコールモノアルキルエーテル類、エチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、ジエチレングリコールアルキルエーテル類およびプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、アルコキシプロピオン酸アルキル類等が好ましい。
前記溶剤は、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。
前記高沸点溶剤としては、例えば、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルホルムアニリド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、ベンジルエチルエーテル、ジ−n−ヘキシルエーテル、アセトニルアセトン、イソホロン、カプロン酸、カプリル酸、1−オクタノール、1−ノナノール、ベンジルアルコール、酢酸ベンジル、安息香酸エチル、シュウ酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、γ−ブチロラクトン、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、エチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート等を挙げることができる。
これらの高沸点溶剤は、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。
このように調製された組成物溶液は、必要に応じて、孔径が例えば0.2〜0.5μm程度のミリポアフィルタ等によりろ過して、使用に供することもできる。
感光性樹脂組成物(イ)を用いて表示パネル用スペーサーを形成する際には、組成物溶液を基板の表面に塗布したのち、プレベークして溶剤を除去することにより、塗膜を形成する。
組成物溶液の塗布方法としては、例えば、スプレー法、ロールコート法、回転塗布法等の適宜の方法を採用することができる。
また、プレベークの条件は、各構成成分の種類、配合割合などによっても異なるが、通常、70〜90℃で1〜15分間程度である。
次いで、プレベークされた塗膜に、所定パターンのマスクを介し露光して重合させたのち、現像液により現像し、不要な部分を除去して、パターンを形成する。
露光に使用される放射線としては、可視光線、紫外線、遠紫外線、荷電粒子線、X線等を適宜に選択できるが、波長が190〜450nmの範囲にある放射線が好ましい。
現像方法としては、例えば、液盛り法、浸漬法、シャワー法等の何れでもよく、現像時間は、通常、30〜180秒間である。
また、前記アルカリ性化合物の水溶液には、メタノール、エタノール等の水溶性有機溶媒および/または界面活性剤を適当量添加することもできる。
現像後、例えば流水洗浄等により、例えば30〜90秒間洗浄して、不要な部分を除去したのち、圧縮空気や圧縮窒素を吹きつけて乾燥させることにより、所定のパターンが形成される。
その後、このパターンを、ホットプレート、オーブン等の加熱装置により、所定温度、例えば150〜250℃で、所定時間、ホットプレート上では例えば5〜30分間、オーブン中では例えば30〜90分間、加熱処理することにより、目的とするスペーサーを得ることができる。
(i) 共重合体〔A〕を構成する成分が、不飽和カルボン酸系単量体(a1)がアクリル酸、メタクリル酸および無水マレイン酸の群の単独または2種以上の混合物からなり、エポキシ基含有単量体(a2)がメタクリル酸グリシジル、メタクリル酸6,7−エポキシヘプチル、o−ビニルベンジルグリシジルエーテル、m−ビニルベンジルグリシジルエーテルおよびp−ビニルベンジルグリシジルエーテルの群の単独または2種以上の混合物からなり、他の単量体(a3)がアクリル酸2−メチルシクロヘキシル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸トリシクロ[ 5.2.1.02,6 ] デカン−8−イル、スチレン、p−メトキシスチレン、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、および1,3−ブタジエンの群の単独または2種以上の混合物からなる組成物。
(ii) 共重合体〔A〕において、不飽和カルボン酸系単量体(a1)に由来する繰返し単位の含有率が5〜40重量%、さらに好ましくは10〜30重量%であり、エポキシ基含有単量体(a2)に由来する繰返し単位の含有率が10〜70重量%、さらに好ましくは20〜60重量%であり、他の単量体(a3)に由来する繰返し単位の含有率が10〜70重量%、さらに好ましくは20〜50重量%である前記(i)の組成物。
(iii) 重合性化合物〔B〕が単官能、2官能または3官能以上の(メタ)アクリル酸エステル類、特に好ましくは3官能以上の(メタ)アクリル酸エステル類である前記(i)または(ii)の組成物。
(iv) 光重合開始剤〔C〕が、O−アシルオキシム型光重合開始剤である前記(i)〜(iii)の何れかの組成物
合成例1
冷却管、撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)5重量部、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル200重量部を仕込み、引き続いてメタクリル酸18重量部、メタクリル酸グリシジル40重量部、スチレン5重量部、メタクリル酸トリシクロ[ 5.2.1.
02,6]デカン−8−イル32重量部を仕込んで、窒素置換したのち、さらに1,3−ブタジエン5重量部を仕込み、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持して重合させて、共重合体〔A−1〕の溶液を得た。
この溶液の固形分濃度は33.0重量%であり、共重合体〔A−1〕のMwは11,000であった。
冷却管、撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)7重量部、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル200重量部を仕込み、引き続いてメタクリル酸18重量部、メタクリル酸グリシジル20重量部、スチレン5重量部、メタクリル酸トリシクロ[ 5.2.1.
02,6]デカン−8−イル32重量部、テトラヒドロフルフリルメタクリレート25重量部を仕込んで、窒素置換したのち、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持して重合させて、共重合体〔A−2〕の溶液を得た。
この溶液の固形分濃度は33.4重量%であり、共重合体〔A−2〕のMwは9,000であった。
組成物溶液の調製
共重合体〔A〕として合成例1で得た共重合体〔A−1〕の溶液100重量部(固形分)、重合性化合物〔B〕としてKAYARAD DPHA(日本化薬(株)製)80重量部、光重合開始剤〔C〕として1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−ビシクロヘプチル−1−オンオキシム−O−アセタート8重量部を、固形分濃度が35重量%になるようにプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートに溶解したのち、孔径0.2μmのミリポアフィルタでろ過して、組成物溶液(S−1)を調製した。
無アルカリガラス基板上にスピンナーを用いて、上記組成物溶液を塗布した後、90℃で3分間ホットプレート上でプレベークして膜厚6.0μmの塗膜を形成した。
上記で得られた塗膜に10μm角の残しパターンのマスクを介して、露光ギャップを150μmとして、波長365nmにおける露光強度が300W/m2の紫外線による露光を行った。次いで水酸化カリウム0.05重量%水溶液で25℃、60秒間現像した後、純水で1分間リンスした。さらに、オーブン中、150℃で120分間加熱しスペーサーを形成した。
上記(I)で得られたパターンにおいて、現像後の残膜率(現像後の膜厚/初期膜厚×100)が90%以上である感度における最小パターンサイズで評価した。パターンサイズが小さいほど解像度が良好と言える。
上記(I)で得られたパターンにおいて、現像後の残膜率が90%以上になる感度が150mJ/cm2以下だと、感度が良好と言える。
上記(I)で得られたパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡にて観察した結果、その形状が図2に示したA〜Cのどの形状に当たるかを示した。Aのようにパターンエッジが順テーパである場合、パターン形状は良好といえる。Bのようにパターンエッジが垂直状に形成された場合には、パターン形状はやや良好といえる。
また、Cに示した如く、逆テーパ(断面形状において膜表面の辺が、基板側の辺よりも長いもの、逆三角形状)となる形状は、後のラビング工程時にパターンが剥がれる可能性が非常に高くなることから、このような形状は不良とした。
上記(I)で得られたスペーサーの圧縮強度を微小圧縮試験機(MCTM−200、(株)島津製作所製)を用いて評価した。直径50μmの平面圧子により、10mNの荷重を加えたときの変形量を測定した(測定温度:23℃)。この値が0.5以下のとき、圧縮強度は良好である。結果を表2に示す。
(VI)ラビング耐性の評価
上記(I)で得られた基板に、液晶配向剤としてAL3046(ジェイ・エス・アール(株)製)を液晶配向膜塗布用印刷機により塗布し、180℃で1時間乾燥し、乾燥膜厚0.05μmの配向剤の塗膜を形成した。
この塗膜に、ナイロン製の布を巻き付けたロールを有するラビングマシーンにより、ロールの回転数500rpm、ステージの移動速度1cm/秒でラビング処理を行った。この時のスペーサーパターンの削れや剥がれの有無を表2に示す。
パターンマスクを使用しなかった以外は上記(I)と同様に実施して、密着性評価用の硬化膜を形成し、密着性試験を行った。試験法はJIS K−5400(1900)8.5の付着性試験のうち、8.5・2の碁盤目テープ法に従った。その際、残った碁盤目の数を表2に示す。
(VIII)保存安定性の評価
組成物を調製したのち−15℃で保存し、前記(III)感度評価と同様に現像後の残膜率が90%以上になる必要露光量の経時変化を追跡し、保存後3ヵ月後の感度と調製直後の感度に対する相対値を測定した。
実施例1において、〔A〕成分〜〔E〕成分として、表1に記載の通りの種類、量を使用した他は、実施例1と同様にして、組成物溶液を調製し、スペーサーを形成して、評価した。[B]〜[E]の添加量は、共重合体[A]100重量部に対しての重量比である。
表1中、成分の略称は次の化合物を示す。
(B−1):KAYARAD DPHA(日本化薬(株)製)
(B−2):KAYARAD DPHA−40H(日本化薬(株)製)
(C−1):1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−ビシクロヘプチル−1−オンオキシム−O−アセタート、
(C−2):1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−テトラヒドロフラニルメタン−1−オンオキシム−O−アセタート、
(C−3):1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−エタン−1−オンオキシム−O−ビシクヘプタンカルボキシレート
(C−4):1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−エタン−1−オンオキシム−O−トリシクロデカンカルボシキレート
(C−5):1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−エタン−1−オンオキシム−O−アダマンタンカルボシキレート
(C−6):1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−テトラヒドロフラニルメタン−1−オンオキシム−O−ビシクロヘプタンカルボシキレート
(C−R):1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−エタン−1−オンオキシム−O−アセタート
(チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社製 CGI−242)
(D−1):2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノプロパン−1−オン
(チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社製 イルガキュア907)
(D−2):2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタノン−1
(チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社製 イルガキュア369)
(E−1):2,2’−ビス(2,4−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール
(E−2):4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン
(E−3):2−メルカプトベンゾチアゾール
表1中、−印は、該成分が添加されていないことを示す。
評価結果を、表2に示す。
Claims (3)
- 〔A〕(a1)エチレン性不飽和カルボン酸および/またはエチレン性不飽和カルボン酸無水物と(a2)エポキシ基含有エチレン性不飽和化合物と(a3)他のエチレン性不飽和化合物との共重合体、
〔B〕エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物、並びに
〔C〕下記式(1)で表される化合物からなる光重合開始剤
を含有することを特徴とする感光性樹脂組成物。
- 請求項1に記載の感光性樹脂組成物から形成された表示パネル用スペーサー。
- 請求項2に記載の表示パネル用スペーサーを具備してなる表示パネル。
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