JP2006053557A - スペーサ用感光性樹脂組成物、スペーサ及び液晶表示素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明のスペーサ用感光性樹脂組成物は、a)i)アルカリ可溶性アクリ
レート樹脂、ii)フォトポリマー樹脂、及びiii)これらの混合物からなる群から選択される樹脂、b)ウレタン樹脂、c)少なくとも2個以上のエチレン系二重結合を有する架橋性モノマー、d)光重合開始剤及びe)溶剤を含む。
Description
しかし、このようなスペーサは、圧縮強度及び外力による変形後に、元のセルギャップに回復する高い復原力を重要視し過ぎたため、堅い傾向であった。そのため、外力を吸収できず、TFT及びCFが損傷されるか、破壊されることがあるという問題があった。
また、従来はTFT板とCF板を合着した後、真空で液晶を注入するフィリング工程時間を短縮させるために、一度に液晶を滴下してTFT板とCF板を合着する新たな工程が開発された。しかし、従来のスペーサは変形量が十分でなく、液晶滴下工程に対するマージンが不足し、不良が発生するという問題があった。
また、本発明は、イオン又は不純物等が液晶に溶出せず、電圧保持率を低下させず、液晶配向時に影響を与えない感光性樹脂組成物を提供する。
また、本発明は、このようなスペーサ用感光性樹脂組成物を用いて形成したスペーサ及びその製造方法、これらを利用して形成された液晶表示素子を提供する。
a)i)アルカリ可溶性アクリレート樹脂;
ii)フォトポリマー;及び
iii)これらの混合物
からなる群から選択される樹脂;
b)ウレタン樹脂;
c)少なくとも2個以上のエチレン系二重結合を有する架橋性モノマー;
d)光重合開始剤;及び
e)溶剤
を含むことを特徴とする。
a)i)アルカリ可溶性アクリレート樹脂;
ii)フォトポリマー;及び
iii)これらの混合物
からなる群から選択される樹脂5〜50重量%;
b)ウレタン樹脂1〜10重量%;
c)少なくとも2個以上のエチレン系二重結合を有する架橋性モノマー5〜20重量%;
d)光重合開始剤0.5〜5重量%;及び
e)残量の溶剤
を含むスペーサ用感光性樹脂組成物である。
さらに、本発明のスペーサは、上述したスペーサ用感光性樹脂組成物を用いて形成されたことを特徴とする。
また、本発明の液晶表示素子は、上述したスペーサを備えることを特徴とする。
ii)フォトポリマー樹脂、及びiii)これらの混合物からなる群から選択される樹脂、b)ウレタン樹脂、c)少なくとも2個以上のエチレン系二重結合を有する架橋性モノマー、d)光重合開始剤、及びe)溶剤を含むことを特徴とする。
及びエチレン系酸性基を有しない単量体の共重合体であることが好ましい。
このフォトポリマー樹脂はアルカリ水溶液に溶解される樹脂であって、下記式(1)、式(2)及び式(3)で表示される化合物からなる群から選択される1種以上の化合物が好ましい。
R2はヒドロキシ基で置換されていてもよい炭素数2〜5のアルキル基であり、Rは炭素数1〜20のアルキルまたはヒドロキシアルキル基であり、
Xは水素またはメチルであり、a+b+c=1、0.1<a<0.4、0<b<0.5、0.1<c<0.5である。)
R1としては、メチル、エチルが挙げられる。
Rのヒドロキシアルキルは、1〜20個のヒドロキシ基が置換されていてもよい。
式(4)において、R3の脂肪族、環状脂肪族または芳香族化合物は、炭素数が1〜12であることが好ましい。例えば、メチレン、エチレン等の直鎖の基、イソブチレン、t−ブチレン等の分岐の基、ヘキサメチレン、シクロペンチレン等、フェニレン、インデニレン、ナフチレン等が挙げられる。好ましくは、R3はメチレン(x=1〜6)又はフェニレン(x=1〜2)である。
前記ウレタン樹脂は、スペーサ感光性樹脂組成物の柔らかさを実現し、現像性及び接着力を向上させるという観点から、感光性樹脂組成物に約1〜約10重量%で含まれるのが好ましい。
R7は−C(CH3)2C6H4C(CH3)=CH2、−O(R)xOC(O)C(R’)=CH2、−O(R)xOC(O)C(R’)=CH2または−C6H4C(CH3)=CHであり(ここでxは、1〜5の整数、Rは炭素数1〜5のアルキル基、R'は水素原子又は炭素数1〜5のアルキル基)、y及びzは、各々独立に、1〜6の整数である。)
で表わされるウレタンモノマー、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ジペンタエリスリトールジアクリレート、ソルビトールトリアクリレート、ビスフェノールAジアクリレート誘導体、トリメチルプロパントリアクリレート、ジペンタエリスリトールポリアクリレート、及びこれらのメタクリレート類などを使用することができる。特に、式(5)で表示されるウレタンモノマーを使用するのが好ましい。
少なくとも2個以上のエチレン系二重結合を有する架橋性モノマーは、スペーサ用感光性樹脂組成物の柔らかさを実現するとともに、現像性及び接着力を向上させるという観点から、感光性樹脂組成物に5〜20重量%で含まれるのが好ましい。
光重合開始剤としては、トリアジン系化合物、ベンゾイン系化合物、アセトフェノン系化合物、キサントン系化合物、またはイミダゾール系化合物などを使用することができ、具体的に、2,4−ビストリクロロメチル−6−p−メトキシスチリル−s−トリアジン、2−p−メトキシスチリル−4,6−ビストリクロロメチル−s−トリアジン、2,4−トリクロロメチル−6−トリアジン、2,4−トリクロロメチル−4−メチルナフチル−6−トリアジンなどのトリアジン系化合物;ベンゾフェノン、p−(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンなどのベンゾイン系化合物;2,2−ジクロロ−4−フェノ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−ジブトキシアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン、p−t−ブチルトリクロロアセトフェノンなどのアセトフェノン系化合物;キサントン、チオキサントン、2−メチルチオキサントン、2−イソブチルチオキサントン、2−ドデシルチオキサントン、2,4−ジメチルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントンなどのキサントン系化合物;または2,2−ビス−2−クロロフェニル−4,5,4,5−テトラフェニル−2−1,2−ビスイミダゾール、2,2−ビス(2,4,6−トリシアノフェニル)−4,4,5,5−テトラフェニル−1,2−ビスイミダゾールなどのイミダゾール系化合物などを使用することができる。
この少なくとも2個以上の二重結合を含む架橋性アクリルモノマーとしては、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ジペンタエリスリトールジアクリレート、ソルビトールトリアクリレート、ビスフェノールAジアクリレート誘導体、トリメチルプロパントリアクリレート、ジペンタエリスリトールポリアクリレート、またはこれらのメタクリレート類などを使用することができる。
また、本発明のスペーサ用感光性樹脂組成物は、必要によって界面活性剤、増減制、硬化促進剤、顔料などの添加剤をさらに含むことができる。特に、界面活性剤は、シリコン系またはフッ素系界面活性剤を使用することができる。
また、本発明は前記のような成分を含むスペーサ用感光性樹脂組成物を用いてスペーサを形成する方法は次の通りである。
次に、予め用意されたパターンによってg、h、iライン複合波長の光を、形成された塗布膜に照射し、現像液で現像して不要な部分を除去することによって所定のパターンを形成する。
続いて、現像液で現像した後、超純水で30〜90秒間洗浄して不要な部分を除去し、乾燥してパターンを形成し、パターンをオーブンなどの加熱装置によって150〜250℃の温度で30〜90分間加熱処理して最終パターンを得ることができる。
なお、本発明におけるスペーサは、上述した組成物を用いて上述したように形成されたもの、あるいは上述した組成物を用いて、上述した方法以外の方法で得られたものをも包含する。
また、このようなスペーサを備える液晶表示素子は、このスペーサは、どのような位置に、どのような形状で、どのような形態で形成されていてもよく、当該分野で公知のいずれの素子をも含む。
実施例1
アルカリ可溶性アクリレート樹脂30重量%、式(4)で表示されるウレタン系樹脂5重量%、少なくとも2個以上のエチレン系二重結合を有する架橋性モノマーとして式(5)で表示されるウレタンモノマー5重量%、光重合開始剤としてIrgacure907(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製造)0.5重量%及び4,4−ビスジエチルアミノベンゾフェノン0.2重量%、溶剤としてプロピレングリコールメチルエーテルアセテート37重量%、3−エトキシプロピオン酸エチル17重量部及びブチル酢酸5.3重量%を均一に混合して、液状のスペーサ用感光性樹脂組成物を製造した。
式(4)のウレタン系樹脂は、R3がヘキサメチレン、R4及びR5がそれぞれメチレン
であり、分子量が3000の樹脂である。
式(5)のウレタンモノマーは、R6がメチレン、R7が−C(CH3)2C6H4C(CH3)=CH2であり、y=6、z=2である。
実施例1に準じて、表1に示した成分及び組成比で使用したことを除いては、実施例1と同様の方法で、液状のスペーサ用感光性樹脂組成物を製造した。なお、表1中の単位は重量%である。式(1)及び(2)のフォトポリマーは、それぞれ、R1がメチル、R2がメチレン、a:b:c=20:20:60、分子量20000の樹脂である。式(3)のフォトポリマーは、Rがメチル、Xが水素原子の化合物である。架橋性アクリルモノマーは、ジペンタエリスリトールポリアクリレートである。
実施例1〜4及び比較例1〜3で製造したスペーサ用感光性樹脂組成物をガラス面上に膜の厚さが4μmの厚さになるようにスピンコーティングした後、90℃のホットプレート上で2分間乾燥してコーティング膜を得た。
その後、所定の形状のフォトマスクを、コーティング膜上に配置した。その後、200nm〜400nmの波長の超高圧水銀灯を利用して、365nmを基準に約200mJ/cm2になるように一定時間露光し、KOH現像液(DCD−260CF、東進セミケム株式会社製造)を利用して一定時間、スプレーノズルを通じて現像した。現像された微細パターンの接着力とパターン形状を通じて現像性を評価し、その結果を表2に示した。
前記イ)の現像特性測定時に現像された微細パターンを220℃の乾燥オーブンで40分間ハードベークして測定試片を得た。この測定試片で測定スペーサはマスクパターン20μmを基準に測定し、DUH(dynamic ultra micro hardness tester、シマズ)を利用して、5gfの力でスペーサを50μm円形平面圧子で押してスペーサに対して外力によって発生する変曲点を測定し、圧縮時変形量と復原力を観察した。その結果を表3に示した。
また、上記の柔らかさは液晶滴下量の誤差が発生してセルギャップに満たされる液晶が足りない場合、さらに変形させることによって未充填領域の不良を減らすことができる。
これらの結果から、本発明によって形成されたスペーサは圧縮強度及び外力によって変形後、元来のセルギャップへの回復力が優れていることが分かった。
前記ロ)のスペーサの変形量及び復原力特性測定時に得た測定試片を利用して測定スペーサはマスクパターン20μmを基準に測定し、DUHを利用して100gfの力でスペーサを50μm円形平面圧子で押してスペーサ破壊時に発生する変曲点での力と変形量を測定して圧縮時変形量と復原力を観察した。その結果を表4に示した。
前記イ)の現像特性方法と同様に現像された微細パターンを220℃の乾燥オーブンで40分間ハードベークして測定試片を得た。この測定試片で測定スペーサはマスクパターン10、20、30μmを基準に測定し、自体製作して回転速度とラビング深さ及びステージ移動速度調整の可能なラビングテスト器を利用してラビング耐性側面でラビング後スペーサの接着力と表面のスクラッチ有無を観察した。その結果を下記表5と表6に示した。
前記イ)の現像特性方法と同一に現像された微細パターンを220℃の乾燥オーブンで40分間ハードベークして得られたスペーサを利用してITOパターンがされている上下板を合着し液晶を注入して測定する液晶セルを製作し、VHRM105(AUTRONIC COMPANY)を利用し電圧保持率を得た。その結果を下記表7に示した。なお、測定試片はセルギャップ5μm高さの条件で測定した。
前記イ)の現像特性方法と同一に現像された微細パターンを220℃の乾燥オーブンで40分間ハードベークして得られたスペーサをプロファイラー(surface profiler P−15、TENCO)を利用して厚さ測定をして基板内厚さ均一度を得た。その結果を下記表8に示した。なお、測定試片はスペーサ5μmの厚さ条件で測定した。
Claims (18)
- a)i)アルカリ可溶性アクリレート樹脂;
ii)フォトポリマー;及び
iii)これらの混合物
からなる群から選択される樹脂;
b)ウレタン樹脂;
c)少なくとも2個以上のエチレン系二重結合を有する架橋性モノマー;
d)光重合開始剤;及び
e)溶剤
を含むスペーサ用感光性樹脂組成物。 - a)樹脂が5〜50重量%;
b)ウレタン樹脂が1〜10重量%;
c)少なくとも2個以上のエチレン系二重結合を有する架橋性モノマーが5〜20重量%;
d)光重合開始剤が0.5〜5重量%;及び
e)残量の溶剤
を含む請求項1に記載のスペーサ用感光性樹脂組成物。 - 前記a)i)のアルカリ可溶性アクリレート樹脂は、エチレン系酸性基を有する単量体
及びエチレン系酸性基を有しない単量体の共重合体である請求項1又は2に記載のスペーサ用感光性樹脂組成物。 - 前記エチレン系酸性基を有する単量体は、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸またはこれらの酸無水物、2−アクリロオキシエチルヒドロゲンフタレート、2−アクリロオキシプロピルヒドロゲンフタレート及び2−アクリロオキシプロピルヘキサヒドロゲンフタレートからなる群から選択される1種以上の化合物である請求項3に記載のスペーサ用感光性樹脂組成物。
- 前記エチレン系酸性基を有しない単量体は、
イソブチルアクリレート、tert−ブチルアクリレート、ラウリルアクリレート、メチルメタクリレート、アルキルアクリレート、ステアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、イソボニルアクリレート、ベンジルメタクリレート、ベンジルアクリレート、2−ヒドロキシアクリレート、トリメトキシブチルアクリレート、エチルカルビトールアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、フェノキシポリエチレングリコールアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、2−アクリルオキシエチル−2−ヒドロキシプロピルフタレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート及びこれらのメタクリレート類;
3−フルオエチルアクリレート、4−フルオプロピルアクリレート及びこれらのメタクリレート類;
トリエチルシロキシルエチルアクリレート及びこれらのメタクリレート類;または
スチレン、4−メトキシスチレンのオレフィン類
からなる群から選択される1種以上の化合物である請求項3又は4に記載のスペーサ用感光性樹脂組成物。 - 前記a)i)のアルカリ可溶性アクリレート樹脂は、ベンジルメタクリレート、メタク
リル酸及びメチルメタクリレートの共重合体であって、重量平均分子量が15,000〜35,000である請求項1〜5のいずれか1つに記載のスペーサ用感光性樹脂組成物。 - 前記a)ii)のフォトポリマー樹脂は、下記式(1)、式(2)及び式(3)
(式中、R1は、各々独立に、水素または炭素数1〜2のアルキル基であり、
R2はヒドロキシ基で置換されていてもよい炭素数2〜5のアルキル基であり、Rは炭素数1〜20のアルキルまたはヒドロキシアルキル基であり、
Xは水素またはメチルであり、a+b+c=1、0.1<a<0.4、0<b<0.5、0.1<c<0.5である。)
で表わされる化合物からなる群から選択される1種以上であって、重量平均分子量10,000〜80,000の化合物である請求項1〜6のいずれか1つに記載のスペーサ用感光性樹脂組成物。 - 前記b)のウレタン樹脂は、下記式(4)
で示される化合物である請求項1〜7のいずれか1つに記載のスペーサ用感光性樹脂組成物。 - 前記c)の少なくとも2個以上のエチレン系二重結合を有する架橋性モノマーは、下記式(5)
R7は−C(CH3)2C6H4C(CH3)=CH2、−O(R)xOC(O)C(R’)=CH2、−O(R)xOC(O)C(R’)=CH2または−C6H4C(CH3)=CHであり(ここでxは、1〜5の整数、Rは炭素数1〜5のアルキル基、R'は水素原子又は炭素数1〜5のアルキル基)、y及びzは、各々独立に、1〜6の整数である。)
で示されるウレタンモノマーである請求項1〜8のいずれか1つに記載のスペーサ用感光性樹脂組成物。 - 前記c)の少なくとも2個以上のエチレン系二重結合を有する架橋性モノマーは、ウレタンモノマー、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ジペンタエリスリトールジアクリレート、ソルビトールトリアクリレート、ビスフェノールAジアクリレート誘導体、トリメチルプロパントリアクリレート、ジペンタエリスリトールポリアクリレート及びこれらのメタクリレート類からなる群から選択される1種以上の化合物である請求項1〜9のいずれか1つに記載のスペーサ用感光性樹脂組成物。
- 前記d)の光重合開始剤は、2,4−ビストリクロロメチル−6−p−メトキシスチリル−s−トリアジン、2−p−メトキシスチリル−4,6−ビストリクロロメチル−s−トリアジン、2,4−トリクロロメチル−6−トリアジン、2,4−トリクロロメチル−4−メチルナフチル−6−トリアジン、ベンゾフェノン、p−(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、2,2−ジクロロ−4−フェノ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−ジブトキシアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン、p−t−ブチルトリクロロアセトフェノン、キサントン、チオキサントン、2−メチルチオキサントン、2−イソブチルチオキサントン、2−ドデシルチオキサントン、2,4−ジメチルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントンまたは2,2−ビス−2−クロロフェニル−4,5,4,5−テトラフェニル−2−1,2−ビスイミダゾール及び2,2−ビス(2,4,6−トリシアノフェニル)−4,4,5,5−テトラフェニル−1,2−ビスイミダゾールからなる群から選択される1種以上の化合物である請求項1〜10のいずれか1つに記載のスペーサ用感光性樹脂組成物。
- 前記e)の溶剤は、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エトキシプロピオン酸エチル、ブチル酢酸、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、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メチルエチルエーテル、シクロヘキサノン、3−メトキシプロピオン酸エチル及び3−エトキシプロピオン酸メチルからなる群から選択される1種以上の化合物である請求項1〜11のいずれか1つに記載のスペーサ用感光性樹脂組成物。
- 前記e)の溶剤は、使用される溶媒総量を基準にプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート15〜40重量%、エトキシプロピオン酸エチル40〜80重量%及びブチル酢酸1〜20重量%を含む請求項1〜12のいずれか1つに記載のスペーサ用感光性樹脂組成物。
- 前記感光性樹脂組成物は、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ジペンタエリスリトールジアクリレート、ソルビトールトリアクリレート、ビスフェノールAジアクリレート誘導体、トリメチルプロパントリアクリレート、ジペンタエリスリトールポリアクリレート及びこれらのメタクリレート類からなる群から選択される1種以上の化合物であり、
さらに、f)少なくとも2個以上の二重結合を含む架橋性アクリルモノマーを感光性樹脂組成物に2〜10重量%で含む請求項1〜13のいずれか1つに記載のスペーサ用感光性樹脂組成物。 - 前記感光性樹脂組成物は、さらに、界面活性剤、増減制、硬化促進剤または顔料を、感光性樹脂組成物に最大2重量%で含む請求項1〜14のいずれか1つに記載のスペーサ用感光性樹脂組成物。
- 請求項1〜15のいずれか1つに記載のスペーサ用感光性樹脂組成物を使用することを特徴とするスペーサ形成方法。
- 請求項1〜16のいずれか1つに記載のスペーサ用感光性樹脂組成物を用いて形成されてなることを特徴とするスペーサ。
- 請求項17に記載のスペーサを備えることを特徴とする液晶表示素子。
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