JP2006349981A - 着色層形成用感放射線性組成物およびカラーフィルタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】着色層形成用感放射線性組成物は、(A)着色剤、(B)アルカリ可溶性樹脂、(C)多官能性単量体、(D)光重合開始剤および(E)溶媒を含有し、(E)溶媒がジプロピレングリコールジメチルエーテルを5〜40重量%含有することを特徴とする。(E)溶媒は、他の溶媒として、沸点が150℃未満の溶媒を10〜60重量%および沸点が150℃以上180℃未満の溶媒(但し、ジプロピレングリコールジメチルエーテルを除く。)を30〜70重量%含有することが望ましい。
【選択図】なし
Description
(A)着色剤、(B)アルカリ可溶性樹脂、(C)多官能性単量体、(D)光重合開始剤および(E)溶媒を含有し、(E)溶媒中のジプロピレングリコールジメチルエーテルの割合が5〜40重量%であることを特徴とする着色層形成用感放射線性組成物、からなる。
本発明でいう「着色層」とは、カラーフィルタに用いられる画素および/またはブラックマトリックスからなる層を意味する。
少なくとも下記(1)〜(4)の工程を含むことを特徴とするカラーフィルタの形成方法。
(1)前記着色層形成用感放射線性組成物の塗膜を基板上に形成する工程。
(2)前記塗膜の少なくとも一部に露光する工程。
(3)露光後の塗膜を現像する工程。
(4)現像後の塗膜を熱処理する工程。
前記着色層形成用感放射線性組成物から形成された着色層を備えてなるカラーフィルタ、からなる。
前記カラーフィルタを具備してなるカラー液晶表示パネル、からなる。
着色層形成用感放射線性組成物
−(A)着色剤−
本発明における着色剤は、色調が特に限定されるものではなく、得られるカラーフィルタの用途に応じて適宜選定され、顔料、染料あるいは天然色素の何れでもよい。
カラーフィルタには高純度で高透過性の発色と耐熱性が求められることから、本発明における着色剤としては、発色性が高く、かつ耐熱分解性の高い着色剤が好ましく、通常、顔料、特に好ましくは有機顔料および/またはカーボンブラックが用いられる。
前記有機顔料としては、例えば、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、具体的には、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.ピグメントバイオレット19、C.I.ピグメントバイオレット23、C.I.ピグメントバイオレット29、C.I.ピグメントバイオレット32、C.I.ピグメントバイオレット36、C.I.ピグメントバイオレット38;
C.I.ピグメントグリーン7、C.I.ピグメントグリーン36;
C.I.ピグメントブラック1、C.I.ピグメントブラック7。
前記有機顔料は、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。
また、前記有機顔料は、例えば、硫酸再結晶法、溶剤洗浄法や、これらの組み合わせ等により精製して使用することができる。
これらの無機顔料は、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。
これらのカーボンブラックは、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挙げることができる。
前記界面活性剤の具体例としては、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 n−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン n−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;ポリエチレンイミン類等のほか、以下商品名で、KP(信越化学工業(株)製)、ポリフロー(共栄社化学(株)製)、エフトップ(トーケムプロダクツ社製)、メガファック(大日本インキ化学工業(株)製)、フロラード(住友スリーエム(株)製)、アサヒガード、サーフロン(以上、旭硝子(株)製)、Disperbyk−101、同103、同107、同110、同111、同115、同130、同160、同161、同162、同163、同164、同165、同166、同170、同180、同182、同2000、同2001(以上、ビックケミー・ジャパン(株)製)、ソルスパースS5000、同S12000、同S13240、同S13940、同S17000、同S20000、同S22000、同S24000、同S24000GR、同S26000、同S27000、同S28000(以上、アビシア(株)製)、EFKA46、同47、同48、同745、同4540、同4550、同6750、EFKA LP4008、同4009、同4010、同4015、同4050、同4055、同4560、同4800、EFKA Polymer400、同401、同402、同403、同450、同451、同453(以上、エフカケミカルズ(株)製)等を挙げることができる。
これらの界面活性剤は、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。
界面活性剤の使用量は、着色剤100重量部に対して、通常、50重量部以下、好ましくは0〜30重量部である。
本発明におけるアルカリ可溶性樹脂としては、(A)着色剤に対してバインダーとして作用し、かつカラーフィルタを製造する際に、その現像処理工程において用いられる現像液、特に好ましくはアルカリ現像液に対して可溶性を有するものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、カルボキシル基、フェノール性水酸基、スルホン酸等の酸性官能基を有する重合性不飽和単量体と他の共重合可能な不飽和単量体(以下、「共重合性不飽和単量体」という。)との共重合体を挙げることができる。
(メタ)アクリル酸、クロトン酸、α−クロルアクリル酸、けい皮酸等の不飽和モノカルボン酸類;
マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、無水イタコン酸、シトラコン酸、無水シトラコン酸、メサコン酸等の不飽和ジカルボン酸またはその無水物類;
3価以上の不飽和多価カルボン酸またはその無水物類;
こはく酸モノ〔2−(メタ)アクリロイルオキシエチル〕、フタル酸モノ〔2−(メタ)アクリロイルオキシエチル〕等の2価以上の多価カルボン酸のモノ〔(メタ)アクリロイルオキシアルキル〕エステル類;
ω−カルボキシポリカプロラクトンモノ(メタ)アクリレート等の両末端にカルボキシル基と水酸基とを有するポリマーのモノ(メタ)アクリレート類
等を挙げることができる。
前記カルボキシル基含有不飽和単量体は、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。
これらのフェノール性水酸基を有する重合性不飽和単量体は、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。
また、スルホン酸基を有する重合性不飽和単量体としては、例えば、イソプレンスルホン酸、p−スチレンスルホン酸等を挙げることができる。
これらのスルホン酸基を有する重合性不飽和単量体は、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。
ポリスチレン、ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリ−n−ブチル(メタ)アクリレート、ポリシロキサン等の重合体分子鎖の末端にモノ(メタ)アクリロイル基を有するマクロモノマー類(以下、単に「マクロモノマー類」という。):
N−フェニルマレイミド、N−o−ヒドロキシフェニルマレイミド、N−m−ヒドロキシフェニルマレイミド、N−p−ヒドロキシフェニルマレイミド、N−o−メチルフェニルマレイミド、N−m−メチルフェニルマレイミド、N−p−メチルフェニルマレイミド、N−o−メトキシフェニルマレイミド、N−m−メトキシフェニルマレイミド、N−p−メトキシフェニルマレイミド等のN−(置換)アリールマレイミドや、N−シクロヘキシルマレイミド等のN−位置換マレイミド類;
インデン、1−メチルインデン等のインデン類;
グリシジル(メタ)アクリレート等の不飽和カルボン酸グリシジルエステル類;
酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル等のカルボン酸ビニルエステル類;
ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、アリルグリシジルエーテル等の不飽和エーテル類;
(メタ)アクリロニトリル、α−クロロアクリロニトリル、シアン化ビニリデン等のシアン化ビニル化合物;
(メタ)アクリルアミド、α−クロロアクリルアミド、N−2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド等の不飽和アミド類;
1,3−ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等の脂肪族共役ジエン類
等を挙げることができる。
前記共重合性不飽和単量体は、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。
カルボキシル基含有共重合体としては、(a)カルボキシル基含有不飽和単量体と、(b)ポリスチレンマクロモノマー、ポリメチル(メタ)アクリレートマクロモノマー、N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレートおよびグリセロール(メタ)アクリレートの群から選ばれる少なくとも1種とを含有し、(c)場合によりスチレン、α−メチルスチレン、メチル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレートおよびフェニル(メタ)アクリレートの群から選ばれる少なくとも1種をさらに含有する単量体混合物の共重合体(以下、「カルボキシル基含有共重合体(I)」という。)が好ましく、特に、(a)(メタ)アクリル酸を必須成分とし、場合により、こはく酸モノ〔2−(メタ)アクリロイルオキシエチル〕および/またはω−カルボキシポリカプロラクトンモノ(メタ)アクリレートをさらに含有するカルボキシル基含有不飽和単量体と、(b)ポリスチレンマクロモノマー、ポリメチル(メタ)アクリレートマクロモノマー、N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレートおよびグリセロール(メタ)アクリレートの群から選ばれる少なくとも1種とを含有し、(c)場合によりスチレン、α−メチルスチレン、メチル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレートおよびフェニル(メタ)アクリレートの群から選ばれる少なくとも1種をさらに含有する単量体混合物の共重合体(以下、「カルボキシル基含有共重合体(II)」という。)が好ましい。
(メタ)アクリル酸/ベンジル(メタ)アクリレート/ポリスチレンマクロモノマー共重合体、
(メタ)アクリル酸/ベンジル(メタ)アクリレート/ポリメチル(メタ)アクリレートマクロモノマー共重合体、
(メタ)アクリル酸/N−フェニルマレイミド/スチレン/ベンジル(メタ)アクリレート共重合体、
(メタ)アクリル酸/N−フェニルマレイミド/α−メチルスチレン/ベンジル(メタ)アクリレート、
(メタ)アクリル酸/N−シクロヘキシルマレイミド/スチレン/ベンジル(メタ)アクリレート共重合体、
(メタ)アクリル酸/N−シクロヘキシルマレイミド/α−メチルスチレン/ベンジル(メタ)アクリレート共重合体、
(メタ)アクリル酸/こはく酸モノ〔2−(メタ)アクリロイルオキシエチル〕/N−フェニルマレイミド/スチレン/アリル(メタ)アクリレート共重合体、
(メタ)アクリル酸/こはく酸モノ〔2−(メタ)アクリロイルオキシエチル〕/N−フェニルマレイミド/スチレン/ベンジル(メタ)アクリレート共重合体、
(メタ)アクリル酸/こはく酸モノ〔2−(メタ)アクリロイルオキシエチル〕/N−シクロヘキシルマレイミド/スチレン/アリル(メタ)アクリレート共重合体、
(メタ)アクリル酸/こはく酸モノ〔2−(メタ)アクリロイルオキシエチル〕/N−シクロヘキシルマレイミド/スチレン/ベンジル(メタ)アクリレート共重合体、
(メタ)アクリル酸/2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート共重合体、
(メタ)アクリル酸/スチレン/2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート共重合体、(メタ)アクリル酸/2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート/ベンジル(メタ)アクリレート共重合体、
(メタ)アクリル酸/2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート/フェニル(メタ)アクリレート共重合体、
(メタ)アクリル酸/2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート/ベンジル(メタ)アクリレート/ポリスチレンマクロモノマー共重合体、
(メタ)アクリル酸/2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート/ベンジル(メタ)アクリレート/ポリメチル(メタ)アクリレートマクロモノマー共重合体、
(メタ)アクリル酸/2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート/N−フェニルマレイミド/スチレン/フェニル(メタ)アクリレート/ポリスチレンマクロモノマー共重合体、
(メタ)アクリル酸/2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート/N−フェニルマレイミド/スチレン/フェニル(メタ)アクリレート/ポリメチルメタクリレートマクロモノマー共重合体、
(メタ)アクリル酸/N−フェニルマレイミド/スチレン/ベンジル(メタ)アクリレート/グリセロールモノ(メタ)アクリレート共重合体、
(メタ)アクリル酸/ω−カルボキシポリカプロラクトンモノ(メタ)アクリレート/N−フェニルマレイミド/スチレン/ベンジル(メタ)アクリレート/グリセロールモノ(メタ)アクリレート共重合体
等を挙げることができる。
また、本発明におけるアルカリ可溶性樹脂のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC、溶出溶媒:テトラヒドロフラン)で測定したポリスチレン換算数平均分子量(以下、「Mn」という。)は、好ましくは3,000〜60,000、さらに好ましくは3,000〜25,000である。
また、本発明におけるアルカリ可溶性樹脂のMwとMnの比(Mw/Mn)は、通常、1〜5、好ましくは1〜4である。
このような特定のMwあるいはMnを有するアルカリ可溶性樹脂を使用することによって、現像性に優れた着色層形成用感放射線性組成物が得られ、それによりシャープなパターンエッジを有する着色層を形成することができるとともに、現像時に未露光部の基板上および遮光層上に残渣、地汚れ、膜残り等が発生し難くなる。
本発明において、アルカリ可溶性樹脂は、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。
本発明における多官能性単量体は、2個以上の重合性不飽和結合を有する単量体である。
多官能性単量体としては、例えば、
エチレングリコール、プロピレングリコール等のアルキレングリコールのジ(メタ)アクリレート類;
ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコールのジ(メタ)アクリレート類;
グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール等の3価以上の多価アルコールのポリ(メタ)アクリレート類やそれらのジカルボン酸変性物;
ポリエステル、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アルキド樹脂、シリコーン樹脂、スピラン樹脂等のオリゴ(メタ)アクリレート類;
両末端ヒドロキシポリ−1,3−ブタジエン、両末端ヒドロキシポリイソプレン、両末端ヒドロキシポリカプロラクトン等の両末端ヒドロキシル化重合体のジ(メタ)アクリレート類や、
トリス〔2−(メタ)アクリロイロキシエチル〕フォスフェート
等を挙げることができる。
これらの多官能性単量体は、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。
前記単官能性単量体としては、例えば、前記(B)アルカリ可溶性樹脂について例示したカルボキシル基含有不飽和単量体、共重合性不飽和単量体や、N−ビニルサクシンイミド、N−ビニルピロリドン、N−ビニルフタルイミド、N−ビニル−2−ピペリドン、N−ビニル−ε−カプロラクタム、N−ビニルピロール、N−ビニルピロリジン、N−ビニルイミダゾール、N−ビニルイミダゾリジン、N−ビニルインドール、N−ビニルインドリン、N−ビニルベンズイミダゾ−ル、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルピペリジン、N−ビニルピペラジン、N−ビニルモルホリン、N−ビニルフェノキサジン等のN−ビニル誘導体類;N−(メタ)アクリロイルモルフォリンのほか、市販品として、商品名で、M−5300、M−5400、M−5600(以上、東亞合成(株)製)等を挙げることができる。
これらの単官能性単量体は、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。 単官能性単量体の使用割合は、多官能性単量体と単官能性単量体の合計に対して、通常、90重量%以下、好ましくは50重量%以下である。この場合、単官能性単量体の使用割合が90重量%を超えると、着色層の強度や表面平滑性が低下する傾向がある。
本発明における光重合開始剤は、可視光線、紫外線、遠紫外線、電子線、X線等の露光により、前記(C)多官能性単量体および場合により使用される単官能性単量体の重合を開始しうる活性種を発生することができる化合物である。
このような光重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン系化合物、ビイミダゾール系化合物、トリアジン系化合物、ベンゾイン系化合物、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、ジアゾ系化合物等を挙げることができる。
本発明において、光重合開始剤は、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が、本発明における光重合開始剤としては、アセトフェノン系化合物、ビイミダゾール系化合物およびトリアジン系化合物の群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
前記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は、溶剤に対する溶解性に優れ、未溶解物、析出物等の異物を生じることがなく、しかも感度が高く、少ないエネルギー量の露光により硬化反応を十分進行させるとともに、コントラストが高く、未露光部で硬化反応が生じることがないため、露光後の塗膜は、現像液に対して不溶性の硬化部分と、現像液に対して高い溶解性を有する未硬化部分とに明確に区分され、それにより、アンダーカットのない着色層パターンが所定の配列に従って配置された高精細なカラーフィルタを形成することができる。 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。
ここでいう「水素供与体」とは、露光によりビイミダゾール系化合物から発生したラジカルに対して、水素原子を供与することができる化合物を意味する。
本発明における水素供与体としては、下記で定義するメルカプタン系化合物、アミン系化合物が好ましい。
前記メルカプタン系化合物は、ベンゼン環あるいは複素環を母核とし、該母核に直接結合したメルカプト基を1個以上、好ましくは1〜3個、さらに好ましくは1〜2個有する化合物(以下、「メルカプタン系水素供与体」という。)からなる。
前記アミン系化合物は、ベンゼン環あるいは複素環を母核とし、該母核に直接結合したアミノ基を1個以上、好ましくは1〜3個、さらに好ましくは1〜2個有する化合物(以下、「アミン系水素供与体」という。)からなる。
なお、これらの水素供与体は、メルカプト基とアミノ基とを同時に有することもできる。
メルカプタン系水素供与体は、ベンゼン環あるいは複素環をそれぞれ1個以上有することができ、またベンゼン環と複素環との両者を有することができ、これらの環を2個以上有する場合、縮合環を形成しても形成しなくてもよい。
また、メルカプタン系水素供与体は、メルカプト基を2個以上有する場合、少なくとも1個の遊離メルカプト基が残存する限りでは、残りのメルカプト基の1個以上がアルキル基、アラルキル基あるいはアリール基で置換されていてもよく、さらには少なくとも1個の遊離メルカプト基が残存する限りでは、2個の硫黄原子がアルキレン基等の2価の有機基を介在して結合した構造単位、あるいは2個の硫黄原子がジスルフィドの形で結合した構造単位を有することができる。
さらに、メルカプタン系水素供与体は、メルカプト基以外の箇所で、カルボキシル基、(置換)アルコキシカルボニル基、(置換)フェノキシカルボニル基、ニトリル基等によって置換されていてもよい。
これらのメルカプタン系水素供与体のうち、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等が好ましく、特に2−メルカプトベンゾチアゾールが好ましい。
また、アミン系水素供与体は、アミノ基の1個以上がアルキル基または置換アルキル基で置換されてもよく、またアミノ基以外の箇所で、カルボキシル基、(置換)アルコキシカルボニル基、(置換)フェノキシカルボニル基、ニトリル基等によって置換されていてもよい。
これらのアミン系水素供与体のうち、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)ベンゾフェノン等が好ましく、特に4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンが好ましい。
なお、アミン系水素供与体は、ビイミダゾール系化合物以外の光重合開始剤の場合においても、増感剤としての作用を有するものである。
メルカプタン系水素供与体とアミン系水素供与体との好ましい組み合わせの具体例としては、2−メルカプトベンゾチアゾール/4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、2−メルカプトベンゾチアゾール/4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、2−メルカプトベンゾオキサゾール/4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、2−メルカプトベンゾオキサゾール/4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン等を挙げることができ、さらに好ましい組み合わせは、2−メルカプトベンゾチアゾール/4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、2−メルカプトベンゾオキサゾール/4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン等であり、特に好ましい組み合わせは、2−メルカプトベンゾチアゾール/4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンである。
メルカプタン系水素供与体とアミン系水素供与体との組み合わせにおけるメルカプタン系水素供与体とアミン系水素供与体との重量比は、通常、1:1〜1:4、好ましくは1:1〜1:3である。
前記トリアジン系化合物は、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。
本発明における溶媒は、ジプロピレングリコールジメチルエーテルを必須成分とするものである。
溶媒中のジプロピレングリコールジメチルエーテルの含有割合は、5〜40重量%であり、好ましくは15〜35重量%、特に好ましくは20〜30重量%である。この場合、ジプロピレングリコールジメチルエーテルの含有割合が5重量%未満であると、着色層形成用感放射線性組成物の乾燥物や突沸孔などの抑制効果が低下するおそれがあり、一方40重量%を超えると、溶媒としての溶解力が低下して不溶物が析出するおそれがある。
他の溶媒としては、着色層形成用感放射線性組成物を構成する(A)〜(D)成分や添加剤成分を分散または溶解し、かつこれらの成分と反応せず、適度の揮発性を有するものである限り、適宜に選択して使用することができるが、沸点150℃未満、好ましくは130〜150℃の溶媒(以下、「低沸点溶媒」という。)を含むものが望ましい。本発明でいう「沸点」とは、1気圧における値を意味する。
前記低沸点溶媒は、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。
中沸点溶媒の具体例としては、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、3−メトキシブチルアセテート、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−エトキシプロピオン酸エチル、酪酸n−ブチル、アセト酢酸メチル等を挙げることができる。
前記中沸点溶媒は、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。
高沸点溶媒の具体例としては、ベンジルエチルエーテル、ジヘキシルエーテル、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、しゅう酸ジエチル、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。
前記高沸点溶媒は、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。
本発明の着色層形成用感放射線性組成物は、前記(A)〜(E)成分を含有するものであるが、必要に応じて他の添加剤を含有することもできる。
前記他の添加剤としては、例えば、ガラス、アルミナ等の充填剤;ポリビニルアルコール、ポリ(フロロアルキルアクリレート)類等の高分子化合物;ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤等の界面活性剤;ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリ(2−メトキシエトキシ)シラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、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、3−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等の密着促進剤;2,2−チオビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,6−ジ−t−ブチルフェノール等の酸化防止剤;2−(3−t−ブチル−5−メチル−2−ヒドロキシフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、アルコキシベンゾフェノン類等の紫外線吸収剤;ポリアクリル酸ナトリウム等の凝集防止剤等を挙げることができる。
次に、本発明の着色層形成用感放射線性組成物(以下、単に「着色層形成用組成物」ともいう。)を用いて、本発明のカラーフィルタを形成する方法について説明する。
本発明のカラーフィルタの形成方法は、少なくとも下記(1)〜(4)の工程を含んでいる。
(1)着色層形成用組成物の塗膜を基板上に形成する工程。
(2)前記塗膜の少なくとも一部に露光する工程。
(3)露光後の塗膜を現像する工程。
(4)現像後の塗膜を熱処理する工程。
−(1)の工程−
先ず、基板の表面上に、必要に応じて、画素を形成する部分を区画するように遮光層を形成し、この基板上に、着色層形成用組成物を塗布したのち、減圧下で真空ベークを行い溶媒を蒸発除去して、塗膜を形成する。
この工程で使用される基板としては、例えば、ガラス、シリコン、ポリカーボネート、ポリエステル、芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルスルホンのほか、環状オレフィンの開環重合体やその水素添加物等を挙げることができる。
また、これらの基板には、所望により、シランカップリング剤等による薬品処理、プラズマ処理、イオンプレーティング、スパッタリング、気相反応法、真空蒸着等の適宜の前処理を施しておくこともできる。
スリットノズル塗布法において、スリット・アンド・スピン塗布法とスピンレス塗布法、塗布基板の大きさによって条件は異なるが、例えば、スピンレス塗布法により第5世代のガラス基板(1100mm×1250mm)を塗布する場合、スリットノズルからの着色層形成用組成物の吐出量は、通常、500〜2,000マイクロリットル/秒、好ましくは800〜1,500マイクロリットル/秒であり、また塗工速度は、通常、500〜1,500mm/秒、好ましくは700〜1,200mm/秒である。
着色層形成用組成物の固形分としては通常、10〜20%、好ましくは13〜18%である。
真空ベークの条件は、真空度が、通常、0.1〜1.0torr、好ましくは0.2〜0.5torr程度であり、温度が、通常、60〜120℃、好ましくは70〜110℃程度であり、ベーク時間が、通常、1〜5分、好ましくは2〜4分程度である。
形成される塗膜の厚さは、溶媒除去後の膜厚として、通常、0.1〜10μm、好ましくは0.2〜8.0μm、特に好ましくは0.2〜6.0μmである。
その後、形成された塗膜の少なくとも一部に露光する。塗膜の一部に露光する際には、通常、適当なパターンを有するフォトマスクを介して露光する。
露光に使用される放射線としては、例えば、可視光線、紫外線、遠紫外線、電子線、X線等を使用することができるが、波長が190〜450nmの範囲にある放射線が好ましい。
放射線の露光量は、通常、10〜10,000J/m2 程度である。
その後、現像液を用いて現像して、塗膜の未露光部を溶解除去する。
前記現像液としては、例えば、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、コリン、1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ−[4.3.0]−5−ノネン等の水溶液からなるアルカリ現像液が好ましい。
前記アルカリ現像液には、例えば、メタノール、エタノール等の水溶性有機溶剤や界面活性剤等を適量添加することもできる。なお、アルカリ現像後は、通常、水洗する。
現像処理法としては、シャワー現像法、スプレー現像法、ディップ(浸漬)現像法、パドル(液盛り)現像法等を採用することができる。
現像条件は、常温で5〜300秒程度が好ましい。
その後、加熱処理(以下、「ポストベーク」という。)することにより、基板上に着色層を形成することができる。
ポストベークの条件は、180〜230℃で20〜40分程度が好ましい。
このようにして形成された画素の膜厚は、通常、0.5〜5.0μm、好ましくは1.5〜3.0μmである。
本発明の着色層形成用感放射線性組成物は、(A)着色剤、(B)アルカリ可溶性樹脂、(C)多官能性モノマー、(D)光重合開始剤および(E)溶媒を必須成分として含有し、(E)溶媒がジプロピレングリコールジメチルエーテルを5〜40重量%含有するが、特に好ましい組成物を具体的に例示すると、下記(イ)〜(リ)のとおりである。
(ロ) (B)成分がカルボキシル基含有共重合体(II)を含み、(D)成分中のアセトフェノン系化合物が2−メチル−1−〔4−(メチルチオ)フェニル〕−2−モルフォリノプロパノン−1、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)ブタノン−1および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)の群から選ばれる少なくとも1種を含み、(D)成分中のビイミダゾール系化合物が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’−ビイミダゾールおよび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’−ビイミダゾールの群から選ばれる少なくとも1種を含み、(D)成分中のトリアジン系化合物が2−〔2−(3,4−ジメトキシフェニル)エテニル〕−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジンを含む、前記(イ)の着色層形成用感放射線性組成物。
(ホ) (A)成分が有機顔料および/またはカーボンブラックを含む、前記(イ)、(ロ)、(ハ)または(ニ)の着色層形成用感放射線性組成物。
(ト) 低沸点溶媒が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モノエチルエーテルおよびプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートの群から選ばれる少なくとも1種を含む、前記(ヘ)の着色層形成用感放射線性組成物。
(チ) (E)成分がさらに中沸点溶媒を30〜70重量%含有する、前記(ヘ)または(ト)の着色層形成用感放射線性組成物。
(リ) 中沸点溶媒がプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、3−メトキシブチルアセテート、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、シクロヘキサノンおよび3−エトキシプロピオン酸エチルの群から選ばれる少なくとも1種を含む、前記(チ)の着色層形成用感放射線性組成物。
(ヌ) 前記(イ)、(ロ)、(ハ)、(ニ)、(ホ)、(ヘ)、(ト)、(チ)または(リ)の着色層形成用感放射線性組成物から形成された画素および/またはブラックマトリックスを備えている。
(ル) 前記(ヌ)のカラーフィルタを具備している。
実施例1
(A)着色剤としてC.I.ピグメントレッド254/C.I.ピグメントレッド177=80/20(重量比)混合物15重量部、分散剤としてDisperbyk−2001を4重量部(固形分換算)、(B)アルカリ可溶性樹脂としてメタクリル酸/N−フェニルマレイミド/スチレン/ベンジルメタクリレート共重合体(共重合重量比=20/30/20/30、Mw=9,500、Mn=5,000)6重量部および(E)溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート75重量部を、ビーズミルにより処理して、予備分散液(R1)を調製した。
乾燥物の溶媒再溶解性の評価
ガラス基板に着色層形成用組成物(R1−1)を塗布し、23℃、湿度50%の条件下で30分風乾したのち、乾燥塗膜が付着したガラス基板をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート中に10分間浸漬した。このとき、乾燥塗膜の再溶解状態により、下記の3段階で評価した。
○:浸漬中に乾燥塗膜が全て溶解する、
△:10分間浸漬後も乾燥塗膜の一部が残る、
×:10分間浸漬後も乾燥塗膜が殆どもしくは全く溶解しない。
表面にナトリウムイオンの溶出を防止するSiO2 膜が形成されたソーダガラス基板(300mm×400mm)に、着色層形成用組成物(R1−1)をスピンコーターを用いて塗布したのち、真空度が0.3torrに到達するまで真空ベークを行って、膜厚2.5μmの塗膜を形成した。
その後、得られた基板を光学顕微鏡で観察して、塗膜の5mm×400mm四方の規定領域内に発生する突沸孔の数を数え、下記の3段階で評価した。
○:500個未満、
△:500個以上1000個未満、
×:1000個以上。
実施例1において、予備分散液(R1)100重量部に対して添加する(E)溶媒をジプロピレングリコールジメチルエーテル50重量部、3−エトキシプロピオン酸エチル125重量部に変更したこと以外は実施例1と同様の操作を行い、着色層形成用組成物(R1−2)を調製して、評価を行った。評価結果を表1に示す。
実施例1において、予備分散液(R1)100重量部に対して添加する(E)溶媒をジプロピレングリコールジメチルエーテル50重量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート50重量部、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル25重量部、3−メトキシブチルアセテート50重量部に変更したこと以外は実施例1と同様の操作を行い、着色層形成用組成物(R1−3)を調製して、評価を行った。評価結果を表1に示す。
実施例1において、予備分散液(R1)100重量部に対して添加する(E)溶媒をジプロピレングリコールジメチルエーテル37重量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート17重量部、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル19重量部、3−メトキシブチルアセテート37重量部に変更したこと以外は実施例1と同様の操作を行い、着色層形成用組成物(R1−4)を調製して、評価を行った。評価結果を表1に示す。
実施例1において、予備分散液(R1)100重量部に対して添加する溶媒をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート25重量部、3−メトキシブチルアセテート75重量部、シクロヘキサノン75重量部に変更したこと以外は実施例1と同様の操作を行い、着色層形成用組成物(R1−5)を調製して、評価を行った。評価結果を表1に示す。
実施例1において、予備分散液(R1)100重量部に対して添加する溶媒をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート50重量部、3−エトキシプロピオン酸エチル75重量部、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル50重量部に変更したこと以外は実施例1と同様の操作を行い、着色層形成用組成物(R1−6)を調製して、評価を行った。評価結果を表1に示す。
(A)着色剤としてC.I.ピグメントグリーン36/C.I.ピグメントイエロー138/C.I.ピグメントイエロー150=50/40/10(重量比)混合物15重量部、分散剤としてDisperbyk−2001を4重量部(固形分換算)、(B)アルカリ可溶性樹脂としてメタクリル酸/ω−カルボキシポリカプロラクトンモノアクリレート/N−フェニルマレイミド/スチレン/ベンジルメタクリレート/グリセロールモノメタクリレート共重合体(共重合重量比=15/10/20/10/35/10、Mw=6,000、Mn=3,000)5重量部、および(E)溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート76重量部を、実施例1と同様に処理して、予備分散液(G1)を調製した。
次いで、予備分散液(G1)100重量部、(B)アルカリ可溶性樹脂としてメタクリル酸/N−フェニルマレイミド/スチレン/ベンジルメタクリレート/グリセロールモノメタクリレート共重合体(共重合重量比=15/25/15/35/10、Mw=13,500、Mn=6,000)5重量部、(C)多官能性単量体としてジペンタエリスリトールヘキサアクリレート10重量部、(D)光重合開始剤として2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)ブタノン−1を5重量部、および(E)溶媒としてジプロピレングリコールジメチルエーテル75重量部、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート50重量部、3−メトキシブチルアセテート50重量部を混合して、着色層形成用組成物(G1−1)を調製した。
得られた着色層形成用組成物(G1−1)について、実施例1と同様にして評価を行った。評価結果を表2に示す。
実施例5において、予備分散液(G1)100重量部に対して添加する(E)溶媒をジプロピレングリコールジメチルエーテル50重量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート25重量部、3−エトキシプロピオン酸エチル100重量部に変更したこと以外は実施例5と同様の操作を行い、着色層形成用組成物(G1−2)を調製して、評価を行った。評価結果を表2に示す。
実施例5において、予備分散液(G1)100重量部に対して添加する(E)溶媒をジプロピレングリコールジメチルエーテル75重量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート25重量部、3−エトキシプロピオン酸エチル50重量部、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル25重量部に変更したこと以外は実施例5と同様の操作を行い、着色層形成用組成物(G1−3)を調製して、評価を行った。評価結果を表2に示す。
実施例5において、予備分散液(G1)100重量部に対して添加する(E)溶媒をジプロピレングリコールジメチルエーテル25重量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート75重量部、3−エトキシプロピオン酸エチル75重量部に変更したこと以外は実施例5と同様の操作を行い、着色層形成用組成物(G1−4)を調製して、評価を行った。評価結果を表2に示す。
実施例5において、予備分散液(G1)100重量部に対して添加する(E)溶媒をジプロピレングリコールジメチルエーテル75重量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート50重量部、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル50重量部に変更したこと以外は実施例5と同様の操作を行い、着色層形成用組成物(G1−5)を調製して、評価を行った。評価結果を表2に示す。
実施例5において、予備分散液(G1)100重量部に対して添加する(E)溶媒をジプロピレングリコールジメチルエーテル54重量部、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート14重量部、3−メトキシブチルアセテート35重量部に変更したこと以外は実施例5と同様の操作を行い、着色層形成用組成物(G1−6)を調製して、評価を行った。評価結果を表2に示す。
実施例5において、予備分散液(G1)100重量部に対して添加する溶媒をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート75重量部、3−エトキシプロピオン酸エチル50重量部、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル50重量部に変更したこと以外は実施例5と同様の操作を行い、着色層形成用組成物(G1−7)を調製して、評価を行った。評価結果を表2に示す。
実施例5において、予備分散液(G1)100重量部に対して添加する溶媒を3−エトキシプロピオン酸エチル125重量部、3−メトキシブチルアセテート50重量部に変更したこと以外は実施例5と同様の操作を行い、着色層形成用組成物(G1−8)を調製して、評価を行った。評価結果を表2に示す。
(A)着色剤としてC.I.ピグメントブルー15/C.I.ピグメントバイオレット23=90/10(重量比)混合物15重量部、分散剤としてDisperbyk−2001を5重量部(固形分換算)、(B)アルカリ可溶性樹脂としてアクリル酸/2−ヒドロキシエチルメタクリレート/N−フェニルマレイミド/スチレン/フェニルメタクリレート/ポリメチルメタクリレートマクロモノマー共重合体(共重合重量比=15/10/20/10/35/10、Mw=23,000、Mn=11,000)4重量部、および(E)溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート76重量部を、実施例1と同様に処理して、予備分散液(B1)を調製した。
次いで、予備分散液(B1)100重量部、(B)アルカリ可溶性樹脂としてメタクリル酸/N−フェニルマレイミド/α−メチルスチレン/ベンジルメタクリレート(共重合重量比=20/25/25/30、Mw=43,000、Mn=21,000)10重量部、(C)多官能性単量体としてジペンタエリスリトールヘキサアクリレート20重量部、(D)光重合開始剤として2−メチル−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノ−1−プロパノン−1を5重量部、および(E)溶媒としてジプロピレングリコールジメチルエーテル65重量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート88重量部、3−エトキシプロピオン酸エチル97重量部を混合して、着色層形成用組成物(B1−1)を調製した。
得られた着色層形成用組成物(B1−1)について、実施例1と同様にして評価を行った。評価結果を表3に示す。
実施例11において、予備分散液(B1)100重量部に対して添加する(E)溶媒をジプロピレングリコールジメチルエーテル65重量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート23重量部、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル32重量部、3−メトキシブチルアセテート130重量部に変更したこと以外は実施例11と同様の操作を行い、着色層形成用組成物(B1−2)を調製して、評価を行った。評価結果を表3に示す。
実施例11において、予備分散液(B1)100重量部に対して添加する(E)溶媒をジプロピレングリコールジメチルエーテル32重量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート23重量部、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル32重量部、3−メトキシブチルアセテート131重量部、シクロヘキサノン32重量部に変更したこと以外は実施例11と同様の操作を行い、着色層形成用組成物(B1−3)を調製して、評価を行った。評価結果を表3に示す。
実施例11において、予備分散液(B1)100重量部に対して添加する(E)溶媒をジプロピレングリコールジメチルエーテル50重量部、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル26重量部、3−メトキシブチルアセテート100重量部に変更したこと以外は実施例11と同様の操作を行い、着色層形成用組成物(B1−4)を調製して、評価を行った。評価結果を表3に示す。
実施例11において、予備分散液(B1)100重量部に対して添加する溶媒をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート56重量部、3−エトキシプロピオン酸エチル194重量部に変更したこと以外は実施例11と同様の操作を行い、着色層形成用組成物(B1−5)を調製して、評価を行った。評価結果を表3に示す。
実施例11において、予備分散液(B1)100重量部に対して添加する溶媒をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート88重量部、3−メトキシブチルアセテート97重量部、シクロヘキサノン65重量部に変更したこと以外は実施例11と同様の操作を行い、着色層形成用組成物(B1−6)を調製して、評価を行った。評価結果を表3に示す。
Claims (7)
- (A)着色剤、(B)アルカリ可溶性樹脂、(C)多官能性単量体、(D)光重合開始剤および(E)溶媒を含有し、(E)溶媒がジプロピレングリコールジメチルエーテルを5〜40重量%含有することを特徴とする着色層形成用感放射線性組成物。
- (E)溶媒が沸点150℃未満の溶媒を10〜60重量%含有することを特徴とする、請求項1に記載の着色層形成用感放射線性組成物。
- (E)溶媒がさらに沸点150℃以上180℃未満の溶媒(但し、ジプロピレングリコールジメチルエーテルを除く。)を30〜70重量%含有することを特徴とする、請求項2に記載の着色層形成用感放射線性組成物。
- 少なくとも下記(1)〜(4)の工程を含むことを特徴とするカラーフィルタの形成方法。
(1)請求項1〜3のいずれかに記載の着色層形成用感放射線性組成物の塗膜を基板上に形成する工程。
(2)前記塗膜の少なくとも一部に露光する工程。
(3)露光後の塗膜を現像する工程。
(4)現像後の塗膜を熱処理する工程。 - (1)の工程において、着色層形成用感放射線性組成物をスリットノズルを用いて基板に塗布することを特徴とする、請求項4に記載のカラーフィルタの形成方法。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の着色層形成用感放射線性組成物から形成された着色層を備えてなるカラーフィルタ。
- 請求項6に記載のカラーフィルタを具備するカラー液晶表示パネル。
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