JP2008122924A - スペーサー形成用感放射線性樹脂組成物、スペーサーおよびその形成方法 - Google Patents

スペーサー形成用感放射線性樹脂組成物、スペーサーおよびその形成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】高感度、高解像度であり、かつパターン形状、圧縮特性、ラビング耐性、耐熱性などの諸性能に優れたパターン状薄膜を形成することができ、焼成時の昇華物の発生およびLCD表示における焼き付きが抑制され、負荷荷重に対し塑性変形を起こしにくく、配向膜剥離液などの薬液に対する十分な耐性を備えたスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物を提供する。
【解決手段】(A)分子内に2つ以上の重合性不飽和基を含む化合物に由来する重合単位を少なくとも1種含む共重合体、(B)重合性不飽和化合物および(C)感放射線性重合開始剤を含有するスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、スペーサー形成用感放射線性樹脂組成物、スペーサーおよびその形成方法に関する。
液晶表示素子には、従来から、2枚の透明基板間の間隔を一定に保つため、所定の粒径を有するガラスビーズ、プラスチックビーズなどのスペーサー粒子が使用されているが、これらスペーサー粒子は、ガラス基板などの透明基板上にランダムに散布されるため、画素形成領域にスペーサー粒子が存在すると、スペーサー粒子の写り込み現象を生じたり、入射光が散乱を受け、液晶表示素子のコントラストが低下するという問題があった。
これらの問題を解決するために、現在では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主流となってきている。この方法は、感放射線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、フォトリソグラフィーにおける光源として使用される水銀ランプからの放射線は、通常、436nm付近(g線)、404nm付近(h線)、365nm付近(i線)、335nm付近、315nm付近(j線)、303nm付近などに強度の強いスペクトルを示すため、感放射線性樹脂組成物の構成成分である感放射線性重合開始剤としては、これらの強度の強いスペクトルの波長領域に最大吸収波長を有するものを選択使用するのが普通であり、ほとんどの場合透明性の観点から、波長がi線以下の領域に最大吸収波長を有する感放射線性重合開始剤が使用されている(特許文献1参照)。しかしながら、従来知られているスペーサー形成用の感放射線性樹脂組成物では、感放射線性重合開始剤の選定によっては形成されるスペーサーの断面形状が逆テーパー状(膜表面の辺の長さが基板側の辺の長さよりも長い逆台形状)となる場合があり、その後の配向膜のラビング処理時にスペーサーが剥離する原因となっている。
さらに、感放射線性樹脂組成物より形成されたセル内永久膜より溶出する不純物起因と推定されるLCD表示における残像などの“焼き付き”が問題となっており、“焼き付き”を生じないセル内永久膜を形成し、高い製品歩留まりでLCDパネルを製造可能とする感放射線性樹脂組成物が望まれていた。
また、特許文献1に記載の感放射線性樹脂組成物も含め、従来の感放射線性樹脂組成物では、スペーサーを形成するための焼成時に生じる昇華物が工程ラインやデバイスを汚染することが懸念されており、発生する昇華物が低減された感放射線性樹脂組成物が望まれていた。
一方、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元力を重要視し過ぎると、外力を吸収できず、薄層トランジスタ(TFT)およびカラーフィルタ(CF)が損傷され、あるいは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、従来のスペーサー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、低温下での液晶の収縮に伴う発泡問題や、高温時の液晶の膨張に伴ういわゆる“重力ムラ”などの不良が発生するという問題があった。最近、これらの現象を考慮し、荷重に対し変形しやすいスペーサー材料が開発されてきているが、これらは従来のスペーサーに比べ塑性変形を起こし易く、耐熱性に劣るなどの問題があった。
その上、近年のLCD用マザーガラスの大型化に伴い、各工程で発生した不良基板を再生して再使用する傾向が増加しており、特に配向膜形成工程にて不良が発生した際には、薬液による配向膜の剥離を行い、再び配向膜工程を行うケースが一般化されつつある。そのため、スペーサーには配向膜剥離液への十分な耐性も要求されるようになってきた。
特開2001−261761号公報 特許3639859号明細書(特表2000−515181号公報) 特表2002−500251号公報 特表2004−518773号公報 特表2002−508409号公報 特表2002−512653号公報 特表2003−527458号公報 特許3634843(特表2003−536105号公報) 特表2005−503452号公報 M.K.Georges,R.P.N.Veregin,P.M.Kazmaier,G.K.Hamer,Macromolecules,1993,Vol.26, p.2987 Matyjaszewski,K.Coca,S.Gaynor,G.wei,M.Woodworth,B.E.Macromolecules,1997,Vol.30, p.7348 Hamasaki,S.Kamigaito,M.Sawamoto,M.Macromolecules,2002,Vol.35, p.2934
本発明は、以上のような事情を背景としてなされたものである。それ故、本発明の目的は、高感度、高解像度であり、かつパターン形状、圧縮特性、ラビング耐性、耐熱性などの諸性能に優れたパターン状薄膜を容易に形成することができ、焼成時の昇華物の発生が抑制され、LCD表示における焼き付きが抑制され、負荷荷重に対し塑性変形を起こしにくく、配向膜剥離液などの薬液に対する十分な耐性を備えたスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物を提供することにある。
本発明の他の目的は、液晶滴下量による低温時の発泡問題や高温時の重力ムラ問題を低減し、かつカラーフィルター上で圧力による損傷を防止し、工程上発生する厚さ偏差を克服することができるスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、上記スペーサー形成用感放射線性樹脂組成物から形成されたスペーサーおよびその形成方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的および利点は以下の説明から明らかになろう。
本発明の上記目的および利点は、第1に、
(A)(a1)分子内に2つ以上の重合性不飽和結合を含む化合物に由来する重合単位を少なくとも1種含む共重合体
(B)重合性不飽和化合物および
(C)感放射線性重合開始剤
を含有することを特徴とするスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物によって達成される。
本発明の上記目的および利点は、第2に、
上記(A)共重合体が(a2)アルカリ可溶性重合性不飽和化合物に由来する重合単位を含有するスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物によって好ましく達成される。
本発明の上記目的および利点は、第3に、
上記(A)共重合体が、(a3)前記(a1)および(a2)と異なる他の重合性不飽和化合物に由来する重合単位を含むスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物によって好ましく達成される。
本発明の上記目的および利点は、第4に、
(A)共重合体がリビングラジカル重合で得られたものである上記スペーサー形成用感放射線性樹脂組成物によって好ましく達成される。
本発明の上記目的および利点は、第5に、
(A)共重合体が下記式(1)、(2)または(3)で表されるチオカルボニルチオ化合物を分子量制御剤として用いる重合により製造されたものである上記スペーサー形成用感放射線性樹脂組成物によって好ましく達成される。
Figure 2008122924
〔式(1)において、Zは水素原子、塩素原子、水酸基、カルボキシル基、シアノ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の1価の複素環式基、−OX、−SX、−N(X)、−OC(=O)X、−C(=O)OX、−C(=O)N(X)、−P(=O)(OX)、−P(=O)(X)、または重合体鎖を有する1価の基を示し、各Xは相互に独立に炭素数1〜18のアルキル基、炭素数2〜18のアルケニル基、炭素数6〜18の1価の芳香族炭化水素基または炭素原子と異項原子との合計原子数3〜18の1価の複素環式基を示し、上記炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、合計原子数3〜20の1価の複素環式基およびXはそれぞれ置換されていてもよく、pは1以上の整数であり、Xは、p=1のとき、水素原子、シアノ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜20の1価の脂環族炭化水素基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の1価の複素環式基、−OX、−SX、−N(X)または重合体鎖を有する1価の基を示し、各Xの定義は上記に同じであり、p≧2のとき、炭素数1〜20のアルカンに由来するp価の基、炭素数6〜20の芳香族炭化水素に由来するp価の基、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の複素環式化合物に由来するp価の基または重合体鎖を有するp価の基を示し、そして上記炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜20の1価の脂環族炭化水素基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、合計原子数3〜20の1価の複素環式基、X、炭素数1〜20のアルカンに由来するp価の基、炭素数6〜20の芳香族炭化水素に由来するp価の基および合計原子数3〜20の複素環式化合物に由来するp価の基はそれぞれ置換されていてもよい。〕
Figure 2008122924
〔式(2)において、mは2以上の整数であり、Zは炭素数1〜20のアルカンに由来するm価の基、炭素数6〜20の芳香族炭化水素に由来するm価の基、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の複素環式化合物に由来するm価の基または重合体鎖を有するm価の基を示し、上記炭素数1〜20のアルカンに由来するm価の基、炭素数6〜20の芳香族炭化水素に由来するm価の基および合計原子数3〜20の複素環式化合物に由来するm価の基はそれぞれ置換されていてもよく、Xは炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜20の1価の脂環族炭化水素基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の1価の複素環式基、−OX、−SX、−N(X)または重合体鎖を有する1価の基を示し、各Xは相互に独立に炭素数1〜18のアルキル基、炭素数2〜18のアルケニル基、炭素数6〜18の1価の芳香族炭化水素基または炭素原子と異項原子との合計原子数3〜18の1価の複素環式基を示し、上記炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜20の1価の脂環族炭化水素基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、合計原子数3〜20の1価の複素環式基およびXはそれぞれ置換されていてもよい。〕
Figure 2008122924
〔式(3)において、ZおよびZは相互に独立に水素原子、塩素原子、カルボキシル基、シアノ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の1価の複素環式基、−OR、−SR、−OC(=O)R、−N(R)(R)、−C(=O)OR、−C(=O)N(R)(R)、−P(=O)(OR、−P(=O)(Rまたは重合体鎖を有する1価の基を示し、RおよびRは相互に独立に炭素数1〜18のアルキル基、炭素数2〜18のアルケニル基、炭素数6〜18の1価の芳香族炭化水素基または炭素原子と異項原子との合計原子数3〜18の1価の複素環式基を示し、前記炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の1価の複素環式基、RおよびRはそれぞれ置換されていてもよい。〕
本発明の上記目的および利点は、第6に、上記スペーサー形成用感放射線性樹脂組成物から形成されてなるスペーサーによって達成される。
本発明の上記目的および利点は、第7に、少なくとも下記(1)〜(4)の工程を含むことを特徴とするスペーサーの形成方法によって達成される。
(1)上記スペーサー形成用感放射線性樹脂組成物の被膜を基板上に形成する工程、
(2)該被膜の少なくとも一部に露光する工程、
(3)露光後の被膜を現像する工程、および
(4)現像後の被膜を加熱する工程。
本発明の上記目的および利点は、第8に、上記スペーサーを具備してなる液晶表示素子によって達成される。
スペーサー形成用感放射線性樹脂組成物
以下、本発明のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物(以下、単に「感放射線性樹脂組成物」ということがある。)の各成分について詳述する。
(A)共重合体
本発明の感放射線性樹脂組成物における(A)共重合体は、好ましくは、(a1)分子内に2つ以上の重合性不飽和結合を有する化合物(以下、「化合物(a1)」ということがある。)と(a2)アルカリ可溶性重合性不飽和化合物(以下、「化合物(a2)」ということがある。)と(a3)(a1)および(a2)と異なる他の重合性不飽和化合物(以下、「化合物(a3)」ということがある。)をラジカル重合することにより得られる共重合体である。上記化合物(a1)、(a2)および(a3)は、それぞれ単一種で使用してもよく、または複数種で用いてもよい。従来、分子内に2つ以上の重合性不飽和結合を有する化合物を用いてラジカル重合を行うと、重合による結合形成により複雑な3次元架橋が形成され、その結果、重合溶剤への不溶化によりゲル化が生じと一般に信じられていた。しかし今回本発明者らは、リビングラジカル重合法を用いることにより、上記反応をゲル化することなく良好に進行させることに成功した。(A)共重合体は上記化合物(a1)、(a2)および(a3)を一緒に混合し、重合して形成してもよく、また化合物(a1)、(a2)および(a3)を多段階に分けて順次添加して重合する、いわゆるリビングブロック重合を用いて形成してもよい。リビングブロック重合は、好ましくは、一段階目には化合物(a1)と(a2)と(a3)との組合せまたは化合物(a2)と(a3)との組合せを含み、二段階目以降は化合物(a1)と(a2)と(a3)とのうちの少なくとも一種以上を添加して重合する。ただし、いずれかの段階に化合物(a1)が用いられる必要がある。この調製の順番は特に限定されるものではないが、リビングブロック重合の最終段階において化合物(a1)を含む重合性不飽和化合物を添加して分岐構造を得る方法が、スペーサーの圧縮性、強靭性の観点からより好ましい。また、化合物(a3)の少なくとも一部にエポキシ基および/またはオキセタニル基を含有する重合性不飽和化合物を用いることにより、より強靭な樹脂を得ることができる。
例えば、(A)共重合体は、(a1)分子内に2つ以上の重合性不飽和結合を有する化合物と(a2)アルカリ可溶性重合性不飽和化合物と(a3)(a1)および(a2)と異なる他の重合性不飽和化合物のうち、先ず、少なくとも化合物(a2)と(a3)とを含有する重合性混合物を、溶媒中、重合開始剤の存在下でリビングラジカル重合し、次いで化合物(a1)、(a2)および(a3)のうちの少なくとも1種を含有する重合性混合物を追添して重合を継続することによって製造することができる。また、必要に応じて、さらに重合性混合物を追添して、ブロックセグメントを付加することができる。ただし(A)共重合体を得るためには化合物(a1)がいずれかの重合段階に用いられる必要がある。
次に、(A)共重合体を製造するリビングラジカル重合について説明する。
上記重合性不飽和化合物を、好ましくは他の共重合可能な不飽和化合物と共に、溶媒中、リビングラジカルを生成するラジカル重合開始剤の存在下でリビングラジカル重合することにより共重合体または(A)共重合体を合成し、さらには上記重合性不飽和化合物を必要に応じて複数回追加添加することにより(A)共重合体を製造することができる。
リビングラジカル重合に際しては、重合性不飽和化合物として活性ラジカルを失活させるおそれがあるカルボキシル基などの官能基を有する化合物を用いる場合、成長末端が失活しないようにするため、必要に応じて、重合性不飽和化合物中の該官能基を、例えばエステル化などにより保護して重合したのち、脱保護することにより、(A)共重合体を得ることもできる。
重合性不飽和化合物をリビングラジカル重合するラジカル重合開始剤は種々提案されており、例えば、Georgesらにより提案されているTEMPO系(非特許文献1参照)、Matyjaszewskiらにより提案されている臭化銅と臭素含有エステル化合物の組み合わせ(非特許文献2参照)、Hamasakiらにより提案されている四塩化炭素とルテニウム(II)錯体の組み合わせ(非特許文献3参照)や、特許文献2、特許文献3および特許文献4に開示されているような、0.1より大きな連鎖移動定数をもつチオカルボニル化合物とラジカル開始剤の組み合わせなどを挙げることができる。
リビングラジカル重合に使用される好適なラジカル重合開始剤としては、使用される重合性不飽和化合物の種類に応じて、成長末端である活性ラジカルが失活しない系が適宜選択されるが、重合効率やメタルフリー系などを考慮すると、分子量制御剤であるチオカルボニルチオ化合物とラジカル開始剤との組み合わせが好ましい。
上記チオカルボニルチオ化合物とラジカル開始剤との組み合わせについては、特許文献2、特許文献3および特許文献4のほか、特許文献5、特許文献6、特許文献7、特許文献8および特許文献9に詳しく記載されている。
特許文献3、特許文献4、特許文献5および特許文献6に記載されているように、チオカルボニルチオ化合物およびラジカル開始剤の存在下に不飽和化合物をリビングラジカル重合することにより、分子量分布の狭いランダム共重合体もしくはブロック共重合体を得ることができる。本発明はこの特徴を考慮し、(a1)分子内に2つ以上の重合性不飽和結合を有する化合物をラジカル重合に用いてもゲル化することなく、重合完了することを利用している。また、リビングラジカル重合により得られるランダム共重合体およびブロック共重合体には官能基を導入することができるため、該共重合体を水性ゲル(特許文献7参照)、フォトレジスト(特許文献8参照)、界面活性剤(特許文献9参照)などの用途にも使用することができることが明らかにされている。
本発明における好ましい上記チオカルボニルチオ化合物としては、例えば、上記式(1)、上記式(2)または上記式(3)で表される化合物(以下、それぞれ「チオカルボニル化合物(1)」、「チオカルボニル化合物(2)」または「チオカルボニル化合物(3)」という。)などを挙げることができる。
上記式(1)において、Zの炭素数1〜20のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、1,1−ジメチルプロピル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、1,1−ジメチル−3,3−ジメチルブチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ドデシル基、n−テトラデシル基、n−ヘキサデシル基、n−オクタデシル基、n−エイコシル基などを挙げることができる。
また、Zの炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、1−アントラセニル基、9−アントラセニル基、ベンジル基、α−メチルベンジル基、α,α−ジメチルベンジル基、フェネチル基などを挙げることができる。
また、Zの炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の1価の複素環式基としては、例えば、オキシラニル基、アジリジニル基、2−フラニル基、3−フラニル基、2−テトラヒドロフラニル基、3−テトラヒドロフラニル基、ピロール−1−イル基、ピロール−2−イル基、ピロール−3−イル基、1−ピロリジニル基、2−ピロリジニル基、3−ピロリジニル基、ピラゾール−1−イル基、ピラゾール−2−イル基、ピラゾール−3−イル基、イミダゾール−2−イル基、2−テトラヒドロピラニル基、3−テトラヒドロピラニル基、4−テトラヒドロピラニル基、2−チアニル基、3−チアニル基、4−チアニル基、2−ピリジニル基、3−ピリジニル基、4−ピリジニル基、2−ピペリジニル基、3−ピペリジニル基、4−ピペリジニル基、2−モルホリニル基、3−モルホリニル基などを挙げることができる。
また、Zの−OX、−SX、−N(X)、−OC(=O)X、−C(=O)OX、−C(=O)N(X)、−P(=O)(OX)および−P(=O)(X)におけるXの炭素数1〜18のアルキル基、炭素数6〜18の1価の芳香族炭化水素基または炭素原子と異項原子との合計原子数3〜18の1価の複素環式基としては、例えば、Zについて例示した炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基または炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の1価の複素環式基のうち、炭素数ないし合計原子数が18以下の基を挙げることができる。
また、同Xの炭素数2〜18のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、1−プロペニル基、2−プロペニル基、1−ブテニル基、2−ブテニル基、3−ブテニル基、1−ペンテニル基、2−ペンテニル基、3−ペンテニル基、4−ペンテニル基、1−ヘキセニル基、2−ヘキセニル基、3−ヘキセニル基、4−ヘキセニル基、5−ヘキセニル基などを挙げることができる。
上記炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の1価の複素環式基およびXに対する置換基としては、例えば、水酸基、カルボキシル基、カルボン酸塩基、スルホン酸基、スルホン酸塩基、イソシアナート基、シアノ基、ビニル基、エポキシ基、シリル基、ハロゲン原子のほか、Zについて例示した−OX、−SX、−N(X)、−OC(=O)X、−C(=O)OX、−C(=O)N(X)、−P(=O)(OX)あるいは−P(=O)(X);Xについて例示した炭素数1〜18のアルキル基、炭素数2〜18のアルケニル基、炭素数6〜18の1価の芳香族炭化水素基あるいは炭素原子と異項原子との合計原子数3〜18の1価の複素環式基と同様の基の中から適宜選択することができる。これらの置換基は分子中に1個以上あるいは1種以上存在することができる。ただし、分子中の置換基の合計炭素数ないし合計原子数は20を超えないことが好ましい。
また、Zの重合体鎖を有する1価の基としては、例えば、エチレン、プロピレンなどのα−オレフィン;スチレン、α−メチルスチレンなどの芳香族ビニル化合物;ふっ化ビニル、塩化ビニル、塩化ビニリデンなどのハロゲン化ビニル;ビニルアルコール、アリルアルコールなどの不飽和アルコール;酢酸ビニル、酢酸アリルなどの不飽和アルコールのエステル;(メタ)アクリル酸、p−ビニル安息香酸などの不飽和カルボン酸;(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n−プロピル、(メタ)アクリル酸i−プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシルなどの(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクルアミドなどの(メタ)アクルアミド;(メタ)アクリロニトリル、シアン化ビニリデンなどの不飽和ニトリル;ブタジエン、イソプレンなどの共役ジエンなどの不飽和化合物の1種以上から形成される付加重合系重合体鎖を有する1価の基のほか、末端がエーテル化されていてもよいポリオキシエチレン、末端がエーテル化されていてもよいポリオキシプロピレンなどのポリエーテルや、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミドなどの重付加系重合体鎖や重縮合系重合体鎖などを有する1価の基を挙げることができる。これらの重合体鎖を有する1価の基においては、該重合体鎖が直接式(1)中のチオカルボニル基の炭素原子に結合していても、例えば−CH−COO−、−C(CH)(CN)CHCH−COO−などの連結手を介して式(1)中のチオカルボニル基の炭素原子に結合していてもよい。
式(1)におけるZの具合例としては、例えば水素原子、塩素原子、シアノ基、水酸基、カルボキシル基、オクタデシル基、フェニル基、ブトキシル基、ドデシルオキシ基、フェノキシ基、ブトキシカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、ジエチルアミノ基、イミダゾール−2−イル基、ピラゾール−1−イル基、式−P(=O)R(ただし、Rはメチル基、フェニル基、エトキシ基またはフェノキシ基である。)で表される基または下記式
Figure 2008122924
で表される基などを挙げることができる。
式(1)において、複数存在するZは相互に同一でも異なってもよい。
式(1)において、Xは、p=1のとき、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜20の1価の脂環族炭化水素基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の1価の複素環式基、−OX、−SX、−N(X)または重合体鎖を有する1価の基を示す。
上記炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、合計原子数3〜20の1価の複素環式基、−OX、−SX、−N(X)または重合体鎖を有する1価の基やそれらの置換誘導体としては、例えば、上記Zのそれぞれ対応する基について例示した基と同様のものを挙げることができる。X(ただし、p=1)の重合体鎖を有する1価の基においては、該重合体鎖が直接式(1)中の硫黄原子に結合しても、例えば−CH−COO−、−C(CH)(CN)CHCH−COO−などの連結手を介して式(1)中の硫黄原子に結合していてもよい。
上記炭素数3〜20の1価の脂環族炭化水素基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基などを挙げることができる。
上記炭素数3〜20の1価の脂環族炭化水素基に対する置換基としては、例えば、上記Zの炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の1価の複素環式基およびXに対する置換基について例示した基と同様のものの中から適宜選択することができる。これらの置換基は分子中に1個以上あるいは1種以上存在することができる。ただし、分子中の置換基中の合計炭素数ないし合計原子数は20を超えないことが好ましい。
また、Xは、p≧2のとき、炭素数1〜20のアルカンに由来するp価の基、炭素数6〜20の芳香族炭化水素に由来するp価の基、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の複素環式化合物に由来するp価の基または重合体鎖を有するp価の基を示す。
上記炭素数1〜20のアルカンとしては、例えば、メタン、エタン、プロパン、n−ブタン、i−ブタン、n−ペンタン、i−ペンタン、ネオペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン、n−ドデカン、n−テトラデカン、n−ヘキサデカン、n−オクタデカン、n−エイコサンなどを挙げることができる。
また、上記炭素数6〜20の芳香族炭化水素としては、例えば、ベンゼン、1,4−ジメチルベンゼン(例えば、1,4−位の各メチル基の炭素原子が式(1)中の硫黄原子に結合する。)、1,2,4,5−テトラメチルベンゼン(例えば、1,2,4,5−位のうちの2つのメチル基の炭素原子が式(1)中の硫黄原子に結合する。)、1,2,3,4,5,6−ヘキサメチルベンゼン(例えば、1,2,3,4,5,6−位のうちの2つのメチル基の炭素原子が式(1)中の硫黄原子に結合する。)、1,4−ジ−i−プロピルベンゼン(例えば、1,4−位の各i−プロピル基の2−位の炭素原子が式(1)中の硫黄原子に結合する。)、ナフタレン、アントラセン基などを挙げることができる。
また、上記合計原子数3〜20の複素環式化合物としては、例えば、オキシラン、アジリジン、フラン、テトラヒドロフラン、ピロール、ピロリジン、ピラゾール、イミダゾール、テトラヒドロピラン、チアン、ピリジン、ピペリジン、モルホリンなどを挙げることができる。
上記炭素数1〜20のアルカンに由来するp価の基、炭素数6〜20の芳香族炭化水素に由来するp価の基および合計原子数3〜20の複素環式化合物に由来するp価の基に対する置換基としては、例えば、上記Z1の炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の1価の複素環式基およびXに対する置換基について例示した基と同様のものの中から適宜選択することができる。これらの置換基は置換誘導体中に1個以上あるいは1種以上存在することができる。ただし、分子中の置換基の合計炭素数ないし合計原子数は20を超えないことが好ましい。
また、Xのp価の基を与える重合体鎖としては、上記Zの重合体鎖を有する1価の基について例示した付加重合系重合体鎖、重付加系重合体鎖や重縮合系重合体鎖と同様のものを挙げることができる。Xの重合体鎖を有するp価の基においては、該重合体鎖が直接式(1)中の硫黄原子に結合しても、例えば−CH−COO−、−C(CH)(CN)CHCH−COO−などの連結手を介して式(1)中の硫黄原子に結合してもよい。
式(1)におけるpとしては1〜6の整数であることが好ましく、2であることがより好ましい。
式(1)におけるXの具体例としては、p=1のとき例えば水素原子、シアノ基、ベンジル基、2−ヒドロキシフェニル基、オキシラニル基、2−シアノエチル基、2−(2−ヒドロキシ)プロピル基、2−(2−シアノ)プロピル基、2−(2−カルボキシ)プロピル基または2−(2−エトキシカルボニル)プロピル基などを;p=2のとき例えば下記式
Figure 2008122924
で表される基などを、それぞれ挙げることができる。
次に、式(2)において、Zのm価の基を与える炭素数1〜20のアルカンとしては、例えば、上記Xのp価の基を与える炭素数1〜20のアルカンについて例示した化合物と同様のものを挙げることができる。
また、Zのm価の基を与える炭素数6〜20の芳香族炭化水素としては、例えば、上記Xのp価の基を与える炭素数6〜20の芳香族炭化水素について例示した化合物と同じものを挙げることができる。
また、Zのm価の基を与える炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の複素環式化合物としては、例えば、上記Xのp価の基を与える炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の複素環式化合物について例示した化合物と同じものを挙げることができる。
の炭素数1〜20のアルカンに由来するm価の基、炭素数6〜20の芳香族炭化水素に由来するm価の基および合計原子数3〜20の複素環式化合物に由来するm価の基に対する置換基としては、例えば、上記Zの炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の1価の複素環式基およびXに対する置換基について例示した基と同様のものの中から適宜選択することができ、これらの置換基は分子中に1個以上あるいは1種以上存在することができる。ただし、分子中の置換基の合計炭素数ないし合計原子数は20を超えないことが好ましい。
また、Zのm価の基を与える重合体鎖としては、例えば、上記Zの重合体鎖を有する1価の基について例示した付加重合系重合体鎖、重付加系重合体鎖や重縮合系重合体鎖と同様のものを挙げることができる。Zの重合体鎖を有するm価の基においては、該重合体鎖が直接式(2)中のチオカルボニル基の炭素原子に結合しても、例えば−CH−COO−、−C(CH)(CN)CHCH−COO−などの連結手を介して式(2)中のチオカルボニル基の炭素原子に結合してもよい。
式(2)において、Xの炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の1価の複素環式基、−OX、−SX、−N(X)および重合体鎖を有する1価の基やそれらの置換誘導体としては、例えば、上記Zのそれぞれ対応する基について例示した基と同様のものを挙げることができる。Xの重合体鎖を有する1価の基においては、該重合体鎖が直接式(2)中の硫黄原子に結合しても、例えば−CH−COO−、−C(CH)(CN)CHCH−COO−などの連結手を介して式(2)中の硫黄原子に結合してもよい。
また、Xの炭素数3〜20の1価の脂環族炭化水素基やその置換誘導体としては、例えば、上記Xただし、p=1)の炭素数3〜20の1価の脂環族炭化水素基やその置換誘導体について例示した基と同様のものを挙げることができる。
式(2)におけるXの具体例としては、例えば2−(2−シアノ)プロピル基などを挙げることができる。
式(2)において、複数存在するXは相互に同一でも異なってもよい。
式(2)において、Zと−C(=S)−S−XとがZの脂肪族炭素原子で連結されている場合は、Z中の脂肪族炭素原子が−C(=S)−S−Xと結合しており、また芳香族炭素原子で連結されている場合は、Z中の芳香族炭素原子が−C(=S)−S−Xと結合しており、さらに硫黄原子で連結されている場合は、Zを示す−SX中の硫黄原子が−C(=S)−S−Xと結合している。
式(2)におけるmは、好ましくは2〜6の整数であり、より好ましくは2である。
式(2)におけるZの具体例としては、m=2のとき例えば1,4−フェニレン基などを挙げることができる。
式(3)において、ZおよびZは相互に独立に水素原子、塩素原子、カルボキシル基、シアノ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の1価の複素環式基、−OR、−SR、−OC(=O)R、−N(R)(R)、−C(=O)OR、−C(=O)N(R)(R)、−P(=O)(OR、−P(=O)(Rまたは重合体鎖を有する1価の基を示し、RおよびRは相互に独立に炭素数1〜18のアルキル基、炭素数2〜18のアルケニル基、炭素数6〜18の1価の芳香族炭化水素基または炭素原子と異項原子との合計原子数3〜18の1価の複素環式基を示し、前記炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の1価の複素環式基、RおよびRはそれぞれ置換されていてもよい。
およびZは上記式(1)におけるZとして上記に例示したものを同様に例示することができる。
およびZとしてはそれぞれ、炭素数1〜20のアルキル基のほか、重合性不飽和化合物との反応性の面から、特に、式(1)中のチオカルボニル基(C=S)の炭素原子と、ZおよびZ中の窒素原子や酸素原子などの異項原子とが共有結合している基、より具体的には、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の1価の複素環式基、−OR1、−N(R)(R)などが好ましく、特に、メチル基、エチル基、ピロール−1−イル基、ピラゾール−1−イル基、3,5−ジメチルピラゾール−1−イル基、モルホリノ基、メトキシ基、エトキシ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基などが好ましい。
本発明における特に好ましいチオカルボニルチオ化合物の具体例としては、チオカルボニルチオ化合物(1)に該当するものとして例えば下記式(1−1)〜(1−20)
Figure 2008122924
Figure 2008122924
Figure 2008122924
Figure 2008122924
Figure 2008122924
で表される化合物など;
チオカルボニルチオ化合物(2)に該当するものとして例えば下記式(2−1)
Figure 2008122924
で表される化合物など;
チオカルボニルチオ化合物(3)に該当するものとして例えば下記式(3−1)〜(3−5)
Figure 2008122924
で表される化合物などを、それぞれ挙げることができる。
これらのチオカルボニルチオ化合物は、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。
次に、(A)共重合体を製造する好ましい重合方法について説明する。(A)共重合体は、好ましくは(a1)分子内に2つ以上の重合性不飽和結合を有する化合物、(a2)アルカリ可溶性重合性不飽和化合物ならびに(a3)(a1)および(a2)と異なる他の重合性不飽和化合物のうち、少なくとも化合物(a2)および(a3)を含有する重合性混合物を溶媒中、重合開始剤、上記の如きチオカルボニルチオ化合物(1)〜(3)のうちの少なくも1種の存在下でリビングラジカル重合し、必要に応じてなど化合物(a1)、(a2)、(a3)のうちの少なくとも1種を含有する重合性混合物を追添して重合を継続することによって製造することができる。このとき、また、必要に応じて、さらに重合性混合物を追添して、成分を追加することができる。ただし、(A)共重合体を得るためにはいずれかの重合段階に化合物(a1)を用いる必要がある。
前記重合がリビングラジカル重合の形態をとる場合、重合性不飽和化合物として活性ラジカルを失活させるおそれがあるカルボキシル基などの官能基を有する化合物を用いる場合、成長末端が失活しないようにするため、必要に応じて、該不飽和化合物中の官能基を、例えばエステル化などにより保護して重合したのち、脱保護することにより、良好に(A)共重合体を得ることもできる。
前記ラジカル重合開始剤としては、使用される重合性不飽和化合物の種類に応じて適宜選択されるが、一般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、例えば、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)などのアゾ化合物;ベンゾイルペルオキシド、ラウロイルペルオキシド、1,1’−ビス(t−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン、t−ブチルペルオキシピバレートなどの有機過酸化物;過酸化水素;これらの過酸化物と還元剤とからなるレドックス系開始剤などを挙げることができる。
これらのラジカル重合開始剤のうち、酸素などによる副反応物が生起し難い観点から、特に、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)などのアゾ化合物が好ましい。前記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
また、前記重合に際しては、他の分子量制御剤、例えば、α−メチルスチレンダイマー、t−ドデシルメルカプタンなどの1種以上を、ジスルフィド化合物(1)と併用することもできる。
前記重合に使用される溶媒としては、特に限定されるものでないが、例えば、
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などのプロピレングリコールモノアルキルエーテル;
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アセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジ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メ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、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、シクロヘキサノールアセテートなどの(ポリ)アルキレングリコールモノアルキ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、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテルなどの(ポリ)アルキレングリコールジエーテル;
テトラヒドロフランなどの他のエーテル;
メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノンなどのケトン;
ジアセトンアルコール(即ち、4−ヒドロキシ−4−メチルペンタン−2−オン)、4−ヒドロキシ−4−メチルヘキサン−2−オンなどのケトアルコール;
乳酸メチル、乳酸エチルなどの乳酸アルキルエステル;
2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチルブタン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルプロピオネート、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸i−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、ぎ酸n−ペンチル、酢酸i−ペンチル、プロピオン酸n−ブチル、酪酸エチル、酪酸n−プロピル、酪酸i−プロピル、酪酸n−ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸n−プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2−オキソブタン酸エチルなどの他のエステル;
トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素;
N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどのアミド
などを挙げることができる。
これらの溶媒のうち、リビングラジカル重合時に活性ラジカルが失活せず、また感放射線性樹脂組成物としたときの各成分の溶解性、塗布性などの観点から、プロピ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メチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジ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メ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、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、シクロヘキサノールアセテート、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、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、3−メチル−3−メトキシブチルプロピオネート、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、ぎ酸n−ペンチル、酢酸i−ペンチル、プロピオン酸n−ブチル、酪酸エチル、酪酸i−プロピル、酪酸n−ブチル、ピルビン酸エチルなどが好ましい。
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。
前記重合において、ラジカル重合開始剤の使用量は、全不飽和化合物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0.1〜20重量部である。
また、チオカルボニルチオ化合物(1)〜(3)の使用量は、全不飽和化合物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0.2〜16重量部、特に好ましくは0.4〜8重量部である。チオカルボニルチオ化合物(1)〜(3)の使用量が0.1重量部未満では、分子量および分子量分布の規制効果が低下する傾向があり、一方50重量部を超えると、低分子量成分が優先的に生成してしまうおそれがある。
また、他の分子量制御剤の使用量は、全分子量制御剤100重量部に対して、好ましくは80重量部以下、より好ましくは40重量部以下である。他の分子量制御剤の使用量が80重量部を超えると、本発明の所期の効果が損なわれるおそれがある。
また、溶媒の使用量は、全不飽和化合物100重量部に対して、好ましくは50〜1,000重量部、より好ましくは100〜500重量部である。
また、重合温度は、好ましくは0〜150℃、より好ましくは50〜120℃であり、重合時間は、好ましくは10分〜20時間、より好ましくは30分〜6時間である。
一方、上記(a1)分子内に2つ以上の重合性不飽和結合を有する化合物は特に限定はされないが、2つ以上の重合性不飽和結合間に、脂肪鎖、脂肪環、芳香環、エーテル基、エステル基、カーボネート基、ウレタン基、アミド基、シロキシ基、へテロ環などが含まれてよく、また2つ以上の重合性不飽和結合間に水酸基、カルボキシル基がペンダントした形をとってもよい。重合性の観点から、重合性不飽和結合の数は好ましくは2〜6、より好ましくは2〜3である。6つ以上の重合性不飽和結合を有する場合、重合時、増粘またはゲル化の恐れがある。
(a1)分子内に2つ以上の重合性不飽和結合を有する化合物としては、2官能性のものとして、例えば、エ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メタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、ビスフェノキシエタノールフルオレンジアクリレート、ビスフェノキシエタノールフルオレンジメタクリレートなどを挙げることができる。2官能の(メタ)アクリレートの市販品としては、例えば、アロニックスM−210、同M−215、同M−220、同M−240、M−260、同M−270、同M−1200、同M−1600、同M−6200(以上、東亞合成(株)製)、KAYARAD HDDA、KAYARAD HX−220、同HX−620、同R−526、同R−167、同R−604、同R−684、同R−551、同R−712、UX−2201、UX−2301、UX−3204、UX−3301、UX−4101、UX−6101、UX−7101、UX−8101、UX−0937、MU−2100、MU−4001(以上、日本化薬(株)製)、アートレジンUN−9000PEP、同UN−9200A、同UN−7600、同UN−333、同UN−1003、同UN−1255、同UN−6060PTM、同UN−6060P(以上、根上工業(株)製)、同SH−500B、ビスコート260、同215、同312、同335HP(以上、大阪有機化学工業(株)製)、ライトアクリレートBEPG−A、同HPP−A、ライトエステルG−201P、エポキシエステル40EM、同70PA、同80MFA、同3002M、同3002A(以上共栄社化学(株)製)、デナコールアクリレートDA−721、同DA−722、DM−201(以上、ナガセケムテックス(株)製)、BMI−70、BMI−80(以上、ケイ・アイ化成(株)製)などを挙げることができる。
また、3官能以上の(メタ)アクリレートとしては、例えば、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレートあるいは、直鎖アルキレン基および脂環式構造を有しかつイソシアネート基を有する化合物と、分子内に1個以上の水酸基を有しかつアクリロイロキシ基および/またはメタクリロイロキシ基を有する化合物とを反応させて得られる3から6官能のウレタンアクリレート系化合物などを挙げることができる。
3官能以上の(メタ)アクリレートの市販品としては、例えば、アロニックスM−309、同M−315、同M−350、同M−400、同M−408、同M−450、同M−1960、同M−7100、同M−8030、同M−8060、同M−8100、同M−8530、同M−8560、同M−9050、アロニックスTO−1450(以上、東亞合成(株)製)、KAYARAD TMPTA、同GPO−303、同DPHA、同DPCA−20、同DPCA−30、同DPCA−60、同DPCA−120、同MAX−3510(以上、日本化薬(株)製)、ビスコート295、同300、同360、同GPT、同3PA、同400(以上、大阪有機化学工業(株)製)や、ウレタンアクリレート系化合物として、ニューフロンティア R−1302、同R−1303、同R−1304、同R−1305、同R−1306、同R−1308(第一工業製薬(株)製)、KAYARAD UX−5000(日本化薬(株)製)、アートレジンUN−9000H(根上工業(株)製)などを挙げることができる。
これらの化合物(a1)のうち、エ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メタクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジメタクリレート、UX−0937、アートレジンUN−9200A、エポキシエステル3002A、BMI−80などが、重合性の点から好ましい。
化合物(a2)のアルカリ可溶性重合性不飽和化合物は、好ましくはラジカル重合性を有する不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸無水物またはカルボキシル基が保護された不飽和カルボン酸である。ラジカル重合性を有する不飽和カルボン酸および/または不飽和カルボン酸無水物としては、例えばモノカルボン酸、ジカルボン酸、ジカルボン酸の無水物、多価カルボン酸のモノ〔(メタ)アクリロイロキシアルキル〕エステル、両末端のそれぞれ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、カルボキシル基を有する多環式化合物およびその無水物などを挙げることができる。
これらの具体例としては、モノカルボン酸として、例えばアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸など;
ジカルボン酸として、例えばマレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸など;
ジカルボン酸の無水物として、例えば上記ジカルボン酸として例示した上記化合物の酸無水物など;
多価カルボン酸のモノ〔(メタ)アクリロイロキシアルキル〕エステルとして、例えばコハク酸モノ〔2−(メタ)アクリロイロキシエチル〕、フタル酸モノ〔2−(メタ)アクリロイロキシエチル〕など;
両末端のそれぞれ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)アクリレートとして、例えばω−カルボキシポリカプロラクトンモノ(メタ)アクリレートなど;
カルボキシル基を有する多環式化合物およびその無水物として、例えば5−カルボキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジカルボキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−カルボキシ−5−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−カルボキシ−5−エチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−カルボキシ−6−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−カルボキシ−6−エチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジカルボキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン無水物などがそれぞれ挙げられる。
これらのうち、モノカルボン酸、ジカルボン酸の無水物が好ましく使用され、特にアクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸が共重合反応性、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好ましく用いられる。これらは、単独であるいは組み合わせて用いられる。
化合物(a2)の不飽和カルボン酸のカルボキシル基を保護する保護基としては、特に限定されずカルボキシル基の保護基として公知のものが使用できる。例えば、トリアルキルシリル基、1−アルコキシアルキル基、環状1−アルコキシアルキル基などがあげられる。さらに具体的に、例えば、トリメチルシリル、ジメチルブチルシリル、1−エトキシエチル、1−プロポキシエチル、テトラヒドロフラニル、テトラヒドロピラニル、トリフェニルメチルなどが挙げられる。
化合物(a2)は単独であるいは2種以上組合せて使用することができる。化合物(a2)には、上記の如く、それ自体がアルカリ可溶性である不飽和カルボン酸および加水分解されてアルカリ可溶性となる不飽和カルボン酸無水物やカルボキシル基が保護された不飽和カルボン酸が包含されると理解されるべきである。
また、化合物(a3)としては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレート、i−プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、i−ブチルアクリレート、sec−ブチルアクリレート、t−ブチルアクリレートなどのアクリル酸アルキルエステル;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−プロピルメタクリレート、i−プロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、i−ブチルメタクリレート、sec−ブチルメタクリレート、t−ブチルメタクリレートなどのメタクリル酸アルキルエステル;シクロヘキシルアクリレート、2−メチルシクロヘキシルアクリレート、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルアクリレート(以下、「トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル」を「ジシクロペンタニル」という。)、2−ジシクロペンタニルオキシエチルアクリレート、イソボロニルアクリレート、テトラヒドロフリルアクリレートなどのアクリル酸の脂環族エステル;シクロヘキシルメタクリレート、2−メチルシクロヘキシルメタクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレート、2−ジシクロペンタニルオキシエチルメタクリレート、イソボロニルメタクリレート、テトラヒドロフリルメタクリレートなどのメタクリル酸の脂環族エステル;フェニルアクリレート、ベンジルアクリレートなどのアクリル酸アリールエステル;フェニルメタクリレート、ベンジルメタクリレートなどのメタクリル酸アリールエステル;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などのジカルボン酸ジエステル;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などのアクリル酸ヒドロキシアルキルエステル;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メタクリレートなどのメタクリル酸ヒドロキシアルキルエステル;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−メトキシスチレンなどの芳香族ビニル化合物や、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、アクリルアミド、メタクリルアミド、酢酸ビニル、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、N−シクロヘキシルマレイミド、N−フェニルマレイミド、N−ベンジルマレイミド、N−スクシンイミジル−3−マレイミドベンゾエート、N−スクシンイミジル−4−マレイミドブチレート、N−スクシンイミジル−6−マレイミドカプロエート、N−スクシンイミジル−3−マレイミドプロピオネート、N−(9−アクリジニル)マレイミドなどを挙げることができる。
これらの化合物(a3)のうち、2−メチルシクロヘキシルアクリレート、t−ブチルメタクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレート、スチレン、p−メトキシスチレン、1,3−ブタジエンなどが、共重合反応性の点から好ましい。
また化合物(a3)として、さらに、エポキシ基含有重合性不飽和化合物および/またはオキセタニル基含有不飽和化合物を用いることができる。エポキシ基含有重合性不飽和化合物の具体例としては、例えば、アクリル酸グリシジル、アクリル酸2−メチルグリシジル、アクリル酸3,4−エポキシブチル、アクリル酸6,7−エポキシヘプチル、アクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシル、アクリル酸−3,4−エポキシシクロヘキシルメチルなどのアクリル酸エポキシアルキルエステル;メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸2−メチルグリシジル、メタクリル酸3,4−エポキシブチル、メタクリル酸6,7−エポキシヘプチル、メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシル、メタクリル酸−3,4−エポキシシクロヘキシルメチルなどのメタクリル酸エポキシアルキルエステル;α−エチルアクリル酸グリシジル、α−n−プロピルアクリル酸グリシジル、α−n−ブチルアクリル酸グリシジル、α−エチルアクリル酸6,7−エポキシヘプチルなどのα−アルキルアクリル酸エポキシアルキルエステル;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、p−ビニルベンジルグリシジルエーテルなどのグリシジルエーテルを挙げることができる。
上記オキセタニル基含有重合性不飽和化合物の具体例としては、例えば、3−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2−メチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2−トリフロロメチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2−ペンタフロロエチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2−フェニルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2,2−ジフロロオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2,2,4−トリフロロオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2,2,4,4−テトラフロロオキセタン、3−(メタクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(メタクリロイルオキシエチル)−3−エチルオキセタン、2−エチル−3−(メタクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(メタクリロイルオキシエチル)−2−トリフロロメチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシエチル)−2−ペンタフロロエチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシエチル)−2−フェニルオキセタン、2,2−ジフロロ−3−(メタクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(メタクリロイルオキシエチル)−2,2,4−トリフロロオキセタン、3−(メタクリロイルオキシエチル)−2,2,4,4−テトラフロロオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2−メチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2−トリフロロメチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2−ペンタフロロエチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2−フェニルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2,2−ジフロロオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2,2,4−トリフロロオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2,2,4,4−テトラフロロオキセタン、3−(アクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(アクリロイルオキシエチル)−3−エチルオキセタン、2−エチル−3−(アクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(アクリロイルオキシエチル)−2−トリフロロメチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシエチル)−2−ペンタフロロエチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシエチル)−2−フェニルオキセタン、2,2−ジフロロ−3−(アクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(アクリロイルオキシエチル)−2,2,4−トリフロロオキセタン、3−(アクリロイルオキシエチル)−2,2,4,4−テトラフロロオキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、2−メチル−2−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、3−メチル−2−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、4−メチル−2−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)−2−トリフロロメチルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)−3−トリフロロメチルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)−4−トリフロロメチルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)−2−ペンタフロロエチルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)−3−ペンタフロロエチルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)−4−ペンタフロロエチルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)−2−フェニルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)−3−フェニルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)−4−フェニルオキセタン、2,3−ジフロロ−2−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、2,4−ジフロロ−2−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、3,3−ジフロロ−2−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、3,4−ジフロロ−2−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、4,4−ジフロロ−2−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)−3,3,4−トリフロロオキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)−3,4,4−トリフロロオキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)−3,3,4,4−テトラフロロオキセタン、2−(メタクリロイルオキシエチル)オキセタン、2−(2−(2−メチルオキセタニル))エチルメタクリレート、2−(2−(3−メチルオキセタニル))エチルメタクリレート、2−(メタクリロイルオキシエチル)−2−メチルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシエチル)−4−メチルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシエチル)−2−トリフロロメチルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシエチル)−3−トリフロロメチルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシエチル)−4−トリフロロメチルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシエチル)−2−ペンタフロロエチルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシエチル)−3−ペンタフロロエチルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシエチル)−4−ペンタフロロエチルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシエチル)−2−フェニルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシエチル)−3−フェニルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシエチル)−4−フェニルオキセタン、2,3−ジフロロ−2−(メタクリロイルオキシエチル)オキセタン、2,4−ジフロロ−2−(メタクリロイルオキシエチル)オキセタン、3,3−ジフロロ−2−(メタクリロイルオキシエチル)オキセタン、3,4−ジフロロ−2−(メタクリロイルオキシエチル)オキセタン、4,4−ジフロロ−2−(メタクリロイルオキシエチル)オキセタン、2−(メタクリロイルオキシエチル)−3,3,4−トリフロロオキセタン、2−(メタクリロイルオキシエチル)−3,4,4−トリフロロオキセタン、2−(メタクリロイルオキシエチル)−3,3,4,4−テトラフロロオキセタン、2−(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、2−メチル−2−(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、3−メチル−2−(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、4−メチル−2−(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、2−(アクリロイルオキシメチル)−2−トリフロロメチルオキセタン、2−(アクリロイルオキシメチル)−3−トリフロロメチルオキセタン、2−(アクリロイルオキシメチル)−4−トリフロロメチルオキセタン、2−(アクリロイルオキシメチル)−2−ペンタフロロエチルオキセタン、2−(アクリロイルオキシメチル)−3−ペンタフロロエチルオキセタン、2−(アクリロイルオキシメチル)−4−ペンタフロロエチルオキセタン、2−(アクリロイルオキシメチル)−2−フェニルオキセタン、2−(アクリロイルオキシメチル)−3−フェニルオキセタン、2−(アクリロイルオキシメチル)−4−フェニルオキセタン、2,3−ジフロロ−2−(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、2,4−ジフロロ−2−(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、3,3−ジフロロ−2−(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、3,4−ジフロロ−2−(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、4,4−ジフロロ−2−(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、2−(アクリロイルオキシメチル)−3,3,4−トリフロロオキセタン、2−(アクリロイルオキシメチル)−3,4,4−トリフロロオキセタン、2−(アクリロイルオキシメチル)−3,3,4,4−テトラフロロオキセタン、2−(アクリロイルオキシエチル)オキセタン、2−(2−(2−メチルオキセタニル))エチルメタクリレート、2−(2−(3−メチルオキセタニル))エチルメタクリレート、2−(アクリロイルオキシエチル)−2−メチルオキセタン、2−(アクリロイルオキシエチル)−4−メチルオキセタン、2−(アクリロイルオキシエチル)−2−トリフロロメチルオキセタン、2−(アクリロイルオキシエチル)−3−トリフロロメチルオキセタン、2−(アクリロイルオキシエチル)−4−トリフロロメチルオキセタン、2−(アクリロイルオキシエチル)−2−ペンタフロロエチルオキセタン、2−(アクリロイルオキシエチル)−3−ペンタフロロエチルオキセタン、2−(アクリロイルオキシエチル)−4−ペンタフロロエチルオキセタン、2−(アクリロイルオキシエチル)−2−フェニルオキセタン、2−(アクリロイルオキシエチル)−3−フェニルオキセタン、2−(アクリロイルオキシエチル)−4−フェニルオキセタン、2,3−ジフロロ−2−(アクリロイルオキシエチル)オキセタン、2,4−ジフロロ−2−(アクリロイルオキシエチル)オキセタン、3,3−ジフロロ−2−(アクリロイルオキシエチル)オキセタン、3,4−ジフロロ−2−(アクリロイルオキシエチル)オキセタン、4,4−ジフロロ−2−(アクリロイルオキシエチル)オキセタン、2−(アクリロイルオキシエチル)−3,3,4−トリフロロオキセタン、2−(アクリロイルオキシエチル)−3,4,4−トリフロロオキセタン、2−(アクリロイルオキシエチル)−3,3,4,4−テトラフロロオキセタンなどの(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる。
これらのうち、3−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2−トリフロロメチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2−フェニルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)−4−トリフロロメチルオキセタンなどが得られる感光性樹脂組成物のプロセスマージンが広く、かつ、得られるスペーサーの耐薬品性を高める点から好ましく用いられる。
上記化合物(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。
(A)共重合体における化合物(a1)に由来する重合単位の含有率は、化合物(a1)、(a2)および(a3)に由来する重合単位の合計に基づいて、2官能の化合物であれば好ましくは3〜50重量%、特に好ましくは5〜30重量%である。2官能の化合物の重合単位の含有率が3重量%未満であると、得られるスペーサーの圧縮強度、耐熱性や耐薬品性が低下する傾向があり、一方50重量%を超えると、重合物の増粘およびゲル化の恐れがある。3官能以上の化合物であれば、好ましくは2〜30重量%、特に好ましくは3〜20重量%である。3官能以上の化合物の重合単位の含有率が2重量%未満であると、得られるスペーサーの圧縮強度、耐熱性や耐薬品性が低下する傾向があり、一方30重量%を超えると、重合物の増粘およびゲル化の恐れがある。
2官能の化合物と3官能以上の化合物とを併用する場合にはこれらの化合物に由来する重合単位の合計の含有率が好ましくは2〜50重量%、特に好ましくは3〜30重量%である。この場合、2官能の化合物、3官能以上の化合物のそれぞれに由来する重合単位の含有率は、それぞれ単独で使用する場合の好ましい含有率の範囲内であることが好ましい。
(A)共重合体における化合物(a2)に由来する重合単位の含有率は、化合物(a1)、(a2)および(a3)に由来する重合単位の合計に基づいて、好ましくは5〜50重量%、特に好ましくは10〜40重量%である。これらの重合単位の含有率が5重量%未満であると、得られるスペーサーの現像性および圧縮強度が低下する傾向があり、一方50重量%を超えると、感放射線性樹脂組成物の保存安定性が低下したり、現像による剥離が生じるおそれがある。
(A)共重合体における化合物(a3)に由来する重合単位の含有率は、化合物(a1)、(a2)、(a3)に由来する重合単位の合計に基づいて、好ましくは20〜90重量%、特に好ましくは30〜85重量%である。この場合、これらの重合単位の含有率が20重量%未満であると、感放射線性樹脂組成物の保存安定性が低下するおそれがあり、一方90重量%を超えると、現像性が低下するおそれがある。化合物(a3)としてエポキシ基含有不飽和化合物および/またはオキセタニル基含有不飽和化合物を用いる場合のそれらの含有率は、これらに由来する重合単位の合計量が、化合物(a3)に由来する重合単位の合計に基づいて、好ましくは5〜75重量%、特に好ましくは20〜60重量%である。この場合、これらの重合単位の含有率が5重量%未満であると、得られるスペーサーの圧縮強度が低下する傾向があり、一方75重量%を超えると、感放射線性樹脂組成物の保存安定性が低下するおそれがある。
(A)共重合体を多段階重合により製造する場合、第1段階で製造される第1共重合体が占める割合((第1共重合体重量/(A)共重合体重量)×100)は、好ましくは30〜95重量%、特に好ましくは、50〜90重量%である。30重量%より低い場合は、重合反応が十分に進行しない場合があり、また電気特性が低下したり、現像性、強靭性が低下する場合があり好ましくない。また、95%より大きい場合は、追加添加される成分の効果が十分に発揮できず好ましくない。
本発明で用いられる(A)共重合体は、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(以下、「Mw」という)が、好ましくは、2×10〜1×10、より好ましくは5×10〜5×10である。Mwが2×10未満であると、現像マージンが十分ではなくなる場合があり、得られる被膜の残膜率などが低下したり、また得られるスペーサーのパターン形状、耐熱性などに劣ることがある。一方、Mwが1×10を超えると、感度が低下したりパターン形状に劣ることがある。
上記の如き(A)共重合体を含む感放射線性樹脂組成物は、現像する際に現像残りを生じることなく容易に所定パターン形状を形成することができる。
さらに、本発明で用いられる(A)共重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定した残留モノマー量は、好ましくは5.0%未満、より好ましくは3.0%未満、特に好ましくは2.0%未満である。
このようなMwを有し、上記記載の残留モノマー含有量の(A)共重合体を使用することによって、感光性樹脂組成物の露光や焼成時の昇華物の生成が少なく、液晶表示パネル(LCDパネル)の製造時に使用される装置の汚染可能性が低く、かつLCDパネルの“焼き付き”をさらに有効に防止することができる。
前記(A)共重合体は、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、本発明においては、(A)共重合体と異なる他のアルカリ可溶性樹脂を1種以上、(A)共重合体と併用することもできる。
(B)重合性不飽和化合物
本発明の感放射線性樹脂組成物における(B)重合性不飽和化合物としては、2官能以上のアクリレートおよびメタクリレート(以下、「(メタ)アクリレート」という。)が好ましい。
2官能の(メタ)アクリレートとしては、例えば、エチレングリコールアクリレート、エチレングリコールメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、ビスフェノキシエタノールフルオレンジアクリレート、ビスフェノキシエタノールフルオレンジメタクリレートなどを挙げることができる。
また、2官能の(メタ)アクリレートの市販品としては、例えば、アロニックスM−210、同M−215、同M−220、同M−240、M−260、同M−270、同M−1200、同M−1600、同M−6200(以上、東亞合成(株)製)、KAYARAD HDDA、KAYARAD HX−220、同HX−620、同R−526、同R−167、同R−604、同R−684、同R−551、同R−712、UX−2201、UX−2301、UX−3204、UX−3301、UX−4101、UX−6101、UX−7101、UX−8101、UX−0937、MU−2100、MU−4001(以上、日本化薬(株)製)、アートレジンUN−9000PEP、同UN−9200A、同UN−7600、同UN−333、同UN−1003、同UN−1255、同UN−6060PTM、同UN−6060P(以上、根上工業(株)製)、同SH−500B、ビスコート260、同215、同312、同335HP(以上、大阪有機化学工業(株)製)、ライトアクリレートBEPG−A、同HPP−A、ライトエステルG−201P、エポキシエステル40EM、同70PA、同80MFA、同3002M、同3002A(以上共栄社化学(株)製)、デナコールアクリレートDA−721、同DA−722、DM−201(以上、ナガセケムテックス(株)製)、BMI−70、BMI−80(以上、ケイ・アイ化成(株)製)などを挙げることができる。
また、3官能以上の(メタ)アクリレートとしては、例えば、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、トリ(2−アクリロイロキシエチル)フォスフェート、トリ(2−メタクリロイロキシエチル)フォスフェートや、9官能以上の(メタ)アクリレートとして、直鎖アルキレン基および脂環式構造を有しかつ2個以上のイソシアネート基を有する化合物と、分子内に1個以上の水酸基を有しかつ3個、4個あるいは5個のアクリロイロキシ基および/またはメタクリロイロキシ基を有する化合物とを反応させて得られるウレタンアクリレート系化合物などを挙げることができる。
3官能以上の(メタ)アクリレートの市販品としては、例えば、アロニックスM−309、同M−315、同M−350、同M−400、同M−402、同M−405、同M−408、同M−450、同M−1310、同M−1600、同M−1960、同M−7100、同M−8030、同M−8060、同M−8100、同M−8530、同M−8560、同M−9050、アロニックスTO−1450(以上、東亞合成(株)製)、KAYARAD TMPTA、同GPO−303、同DPHA、同DPCA−20、同DPCA−30、同DPCA−60、同DPCA−120、同MAX−3510(以上、日本化薬(株)製)、ビスコート295、同300、同360、同GPT、同3PA、同400(以上、大阪有機化学工業(株)製)や、ウレタンアクリレート系化合物として、ニューフロンティア R−1150、同R−1303、同R−1304、同R−1305、同R−1306、同R−1308(第一工業製薬(株)製)、KAYARAD DPHA−40H、UX−5000(日本化薬(株)製)、UN−9000H(根上工業(株)製)などを挙げることができる。
本発明において、重合性不飽和化合物は、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。
重合性不飽和化合物(B)は、(A)共重合体100重量部当り、好ましくは40〜250重量部、より好ましくは60〜180重量部で用いられる。
(C)感放射線性重合開始剤
(C)感放射線性重合開始剤は、放射線に感応して、(B)重合性不飽和化合物の重合を開始しうる活性種を生じる成分である。
このような〔C〕感放射線性重合開始剤としては、例えばO−アシルオキシム化合物、アセトフェノン化合物、ビイミダゾール化合物、ベンゾイン化合物、ベンゾフェノン化合物、α−ジケトン化合物、多核キノン化合物、キサントン化合物、ホスフィン化合物、トリアジン化合物などを挙げることができる。
O−アシルオキシム化合物としては、9.H.−カルバゾール系のO−アシルオキシム型重合開始剤が好ましい。例えば、1−〔9−エチル−6−ベンゾイル−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−ノナン−1,2−ノナン−2−オキシム−O−ベンゾアート、1−〔9−エチル−6−ベンゾイル−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−ノナン−1,2−ノナン−2−オキシム−O−アセタート、1−〔9−エチル−6−ベンゾイル−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−ペンタン−1,2−ペンタン−2−オキシム−O−アセタート、1−〔9−エチル−6−ベンゾイル−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−オクタン−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−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〕−エタン−1−オンオキシム−O−アセタート、1−〔9−エチル−6−(1,3,5−トリメチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−エタン−1−オンオキシム−O−ベンゾアート、1−〔9−ブチル−6−(2−エチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−エタン−1−オンオキシム−O−ベンゾアート、1−〔9−エチル−6−(2−メチル−4−テトラヒドロピラニルメトキシベンゾイル)−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、1−〔9−エチル−6−(2−メチル−4−テトラヒドロフラニルメトキシベンゾイル)−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、エタノン、1−〔9−エチル−6−〔2−メチル−4−(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラニル)メトキシベンゾイル〕−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−、1−(O−アセチルオキシム)などを挙げることができる。
これらのO−アシルオキシム化合物のうち、特に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、エタノン、1−〔9−エチル−6−〔2−メチル−4−(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラニル)メトキシベンゾイル〕−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−、1−(O−アセチルオキシム)が好ましい。
前記O−アシルオキシム化合物は、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。本発明において、O−アシルオキシム化合物を用いることにより、1,500J/m以下の露光量でも十分な感度、密着性を有したスペーサーを得ることを可能にする。
前記アセトフェノン化合物としては、例えば、α−ヒドロキシケトン化合物、α−アミノケトン化合物などを挙げることができる。
前記α−ヒドロキシケトン化合物としては、例えば、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などを挙げることができる。また前記α−アミノケトン化合物としては、例えば、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)−ブタン−1−オン、2−(4−メチルベンジル)−2−(ジメチルアミノ)−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オンなどを挙げることができる。これら以外の化合物として、例えば、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などを挙げることができる。
これらのアセトフェノン化合物のうち、特に、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−オンまたは2−(4−メチルベンジル)−2−(ジメチルアミノ)−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オンが好ましい。
本発明においては、アセトフェノン化合物を併用することにより、感度、スペーサー形状や圧縮強度をさらに改善することが可能となる。
また、前記ビイミダゾール化合物としては、例えば、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’−ビイミダゾールなどを挙げることができる。
これらのビイミダゾール化合物のうち、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’−ビイミダゾールなどが好ましく、特に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’−ビイミダゾールが好ましい。
本発明においては、ビイミダゾール化合物を併用することにより、感度、解像度や密着性をさらに改善することが可能となる。
また、ビイミダゾール化合物を併用する場合、それを増感するため、ジアルキルアミノ基を有する脂肪族系または芳香族系の化合物(以下、「アミノ増感剤」という。)を添加することができる。
アミノ増感剤としては、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−アミルなどを挙げることができる。
これらのアミノ増感剤のうち、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。
前記アミノ増感剤は、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。
さらに、ビイミダゾール化合物とアミノ増感剤とを併用する場合、水素供与化合物として、チオール化合物を添加することができる。ビイミダゾール化合物は前記アミノ系増感剤によって増感されて開裂し、イミダゾールラジカルを発生するが、そのままでは高い重合開始能が発現されず、得られるスペーサーが逆テーパ形状のような好ましくない形状となる場合が多い。しかし、ビイミダゾール化合物とアミノ増感剤とが共存する系に、チオール化合物を添加することにより、イミダゾールラジカルにチオール化合物から水素ラジカルが供与される結果、イミダゾールラジカルが中性のイミダゾールに変換されるとともに、重合開始能の高い硫黄ラジカルを有する成分が発生し、それによりスペーサーの形状をより好ましい順テーパ状にすることができる。
前記チオール化合物としては、例えば、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化合物;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モノチオール;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)などの2官能以上の脂肪族チオールを挙げることができる。
これらのチオール化合物のうち、特に2−メルカプトベンゾチアゾールが好ましい。
また、ビイミダゾール化合物とアミノ増感剤とを併用する場合、アミノ増感剤の添加量は、ビイミダゾール化合物100重量部に対して、好ましくは0.1〜50重量部、さらに好ましくは1〜20重量部である。アミノ増感剤の添加量が0.1重量部未満では、感度、解像度や密着性の改善効果が低下する傾向があり、一方50重量部を超えると、得られるスペーサーの形状が損なわれる傾向がある。
また、ビイミダゾール化合物とアミノ増感剤とを併用する場合、チオール化合物の添加量は、ビイミダゾール化合物100重量部に対して、好ましくは0.1〜50重量部、さらに好ましくは1〜20重量部である。チオール化合物の添加量が0.1重量部未満では、スペーサーの形状の改善効果が低下したり、膜減りを生じやすくなる傾向があり、一方50重量部を超えると、得られるスペーサーの形状が損なわれる傾向がある。
さらに、感放射線カチオン重合開始剤としては、オニウム塩として例えばフェニルジアゾニウムテトラフルオロボレート、フェニルジアゾニウムヘキサフルオロホスホネート、フェニルジアゾニウムヘキサフルオロアルセネート、フェニルジアゾニウムトリフルオロメタンスルホナート、フェニルジアゾニウムトリフルオロアセテート、フェニルジアゾニウム−p−トルエンスルホナート、4−メトキシフェニルジアゾニウムテトラフルオロボレート、4−メトキシフェニルジアゾニウムヘキサフルオロホスホネート、4−メトキシフェニルジアゾニウムヘキサフルオロアルセネート、4−メトキシフェニルジアゾニウムトリフルオロメタンスルホナート、4−メトキシフェニルジアゾニウムトリフルオロアセテート、4−メトキシフェニルジアゾニウム−p−トルエンスルホナート、4−ter−ブチルフェニルジアゾニウムテトラフルオロボレート、4−ter−ブチルフェニルジアゾニウムヘキサフルオロホスホネート、4−ter−ブチルフェニルジアゾニウムヘキサフルオロアルセネート、4−ter−ブチルフェニルジアゾニウムトリフルオロメタンスルホナート、4−ter−ブチルフェニルジアゾニウムトリフルオロアセテート、4−ter−ブチルフェニルジアゾニウム−p−トルエンスルホナートなどのジアゾニウム塩;トリフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスホネート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアルセネート、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホナート、トリフェニルスルホニウムトリフルオロアセテート、トリフェニルスルホニウム−p−トルエンスルホナート、4−メトキシフェニルジフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート、4−メトキシフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスホネート、4−メトキシフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアルセネート、4−メトキシフェニルジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホナート、4−メトキシフェニルジフェニルスルホニウムトリフルオロアセテート、4−メトキシフェニルジフェニルスルホニウム−p−トルエンスルホナート、4−フェニルチオフェニルジフェニルテトラフルオロボレート、4−フェニルチオフェニルジフェニルヘキサフルオロホスホネート、4−フェニルチオフェニルジフェニルヘキサフルオロアルセネート、4−フェニルチオフェニルジフェニルトリフルオロメタンスルホナート、4−フェニルチオフェニルジフェニルトリフルオロアセテート、4−フェニルチオフェニルジフェニル−p−トルエンスルホナートなどのスルホニウム塩;
ビス(p−トリル)ヨードニウム テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、(p−トリル)(p−イソプロピルフェニル)ヨードニウム テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートなどのヨードニウム塩が挙げられる。
また、メタロセン化合物として、(1−6−η−クメン)(η−シクロペンタジエニル)鉄(1+)六フッ化リン酸(1−)などが挙げられる。
これらの感放射線カチオン重合開始剤の市販品としては、例えばジアゾニウム塩であるアデカウルトラセットPP−33((株)ADEKA製)、スルホニウム塩であるOPTOMER SP−150、同−170((株)ADEKA製)、およびメタロセン化合物であるIrgacure261(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)などが挙げられる。
感放射線性樹脂組成物において、感放射線カチオン重合開始剤の使用割合は、全感放射線重合開始剤100重量部に対して、好ましくは100重量部以下、さらに好ましくは80重量部以下、特に好ましくは60重量部以下である。感放射線カチオン重合開始剤の使用割合が100重量部を超えると、本発明の所期の効果が損なわれるおそれがある。
上記の(C)感放射線重合開始剤は、単独で、または2種類以上を混合して使用することができる。
(C)感放射線性重合開始剤は、(B)重合性不飽和化合物100重量部に対し、好ましくは1〜50重量部、より好ましくは3〜40重量部である。
任意添加剤
本発明の感放射線性樹脂組成物には、必要に応じて、本発明の効果を損なわない範囲で上記以外の任意添加剤、例えば、接着助剤、界面活性剤、保存安定剤、耐熱性向上剤などを配合することができる。
上記接着助剤は、形成されたスペーサーと基板との接着性を向上させるために使用する成分である。
このような接着助剤としては、カルボキシル基、メタクリロイル基、ビニル基、イソシアネート基、エポキシ基などの反応性官能基を有する官能性シランカップリング剤が好ましい。その例としては、トリメトキシシリル安息香酸、γ−メタクリロ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、β−(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など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、(A)共重合体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15重量部以下である。接着助剤の配合量が20重量部を超えると、現像残りを生じやすくなる傾向がある。
また、上記界面活性剤は、塗布性を向上させるために使用する成分である。
このような界面活性剤としては、例えば、フッ素界面活性剤、シリコーン界面活性剤などが好ましい。
上記フッ素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基および/またはフルオロアルキレン基を有する化合物が好ましく、その例としては、1,1,2,2−テトラフロロ−n−オクチル(1,1,2,2−テトラフロロ−n−プロピル)エーテル、1,1,2,2−テトラフロロ−n−オクチル(n−ヘキシル)エーテル、ヘキサエチレングリコールジ(1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロ−n−ペンチル)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−n−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−n−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−n−ブチル)エーテル、パーフロロ−n−ドデカンスルホン酸ナトリウム、1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロ−n−デカン、1,1,2,2,3,3,9,9,10,10−デカフロロ−n−ドデカンや、フロロアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、フロロアルキル燐酸ナトリウム、フロロアルキルカルボン酸ナトリウム、ジグリセリンテトラキス(フロロアルキルポリオキシエチレンエーテル)、フロロアルキルアンモニウムヨージド、フロロアルキルベタイン、他のフロロアルキルポリオキシエチレンエーテル、パーフロロアルキルポリオキシエタノール、パーフロロアルキルアルコキシレート、カルボン酸フロロアルキルエステルなどを挙げることができる。
また、フッ素界面活性剤の市販品としては、例えば、BM−1000、BM−1100(以上、BM CHEMIE社製)、メガファックF142D、同F172、同F173、同F183、同F178、同F191、同F471、同F476(以上、大日本インキ化学工業(株)製)、フロラードFC−170C、同−171、同−430、同−431(以上、住友スリーエム(株)製)、サーフロンS−112、同−113、同−131、同−141、同−145、同−382、サーフロンSC−101、同−102、同−103、同−104、同−105、同−106(以上、旭硝子(株)製)、エフトップEF301、同303、同352(以上、新秋田化成(株)製)、フタージェントFT−100、同−110、同−140A、同−150、同−250、同−251、同−300、同−310、同−400S、フタージェントFTX−218、同−251(以上、(株)ネオス製)などを挙げることができる。
上記シリコーン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、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製)などの商品名で市販されているものを挙げることができる。
また、上記以外の界面活性剤として、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などのポリオキシエチレンアルキルエーテル;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などのポリオキシエチレンアリールエーテル;ポリオキシエチレンジラウレート、ポリオキシエチレンジステアレートなどのポリオキシエチレンジアルキルエステルなどのノニオン界面活性剤や、オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業(株)製)、(メタ)アクリル酸共重合体ポリフローNo.57、同No.95(以上、共栄社化学(株)製)など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。
界面活性剤の配合量は、(A)共重合体100重量部に対して、好ましくは1.0重量部以下、さらに好ましくは0.5重量部以下である。界面活性剤の配合量が1.0重量部を超えると、膜ムラを生じやすくなる傾向がある。
上記保存安定剤としては、例えば、硫黄、キノン類、ヒドロキノン類、ポリオキシ化合物、アミン、ニトロニトロソ化合物などを挙げることができ、より具体的には、4−メトキシフェノール、N−ニトロソ−N−フェニルヒドロキシルアミンアルミニウムなどを挙げることができる。
これらの保存安定剤は、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。
保存安定剤の配合量は、(A)共重合体100重量部に対して、好ましくは3.0重量部以下、さらに好ましくは0.5重量部以下である。保存安定剤の配合量が3.0重量部を超えると、感度が低下してパターン形状が劣化するおそれがある。
また、上記耐熱性向上剤としては、例えば、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、2個以上のエポキシ基を有する化合物などを挙げることができる。
例えば、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)メラミン化合物などを挙げることができる。
上記N−(アルコキシメチル)グリコールウリル化合物としては、例えば、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)グリコールウリルなどを挙げることができる。
これらのN−(アルコキシメチル)グリコールウリル化合物のうち、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。
上記N−(アルコキシメチル)メラミン化合物としては、例えば、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)メラミンなどを挙げることができる。
これらのN−(アルコキシメチル)メラミン化合物のうち、N,N,N’,N’,N’’,N’’−ヘキサ(メトキシメチル)メラミンが好ましく、その市販品としては、例えば、ニカラックN−2702、同MW−30M(以上 三和ケミカル(株)製)などを挙げることができる。
また、上記2個以上のエポキシ基を有する化合物としては、例えば、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、トリ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、ジ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などを挙げることができる。
また、2個以上のエポキシ基を有する化合物の市販品としては、例えば、エポライト40E、同100E、同200E、同70P、同200P、同400P、同1500NP、同80MF、同100MF、同1600、同3002、同4000(以上 共栄社化学(株)製)、エピコート152、エピコート154(以上 ジャパンエポキシレジン(株)製)などを挙げることができる。これらは、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。
感放射線性樹脂組成物の調製
本発明の感放射線性樹脂組成物は、上記の(A)共重合体、(B)成分、(C)成分および上記の如き任意的に添加することができるその他の成分を均一に混合することによって調製される。本発明の感放射線性樹脂組成物は、好ましくは適当な溶媒に溶解されて溶液状態で用いられる。例えば(A)共重合体、(B)成分、(C)成分および任意的に添加されるその他の成分を、所定の割合で混合することにより、溶液状態の感放射線性樹脂組成物を調製することができる。
本発明の感放射線性樹脂組成物の調製に用いられる溶媒としては、(A)共重合体、(B)成分、(C)成分および任意的に配合されるその他の成分の各成分を均一に溶解し、各成分と反応しないものが用いられる。
このような溶媒としては、上述した(A)共重合体を製造するために使用できる溶媒として例示したものと同様のものを挙げることができる。
このような溶媒のうち、各成分の溶解性、各成分との反応性、塗膜形成のし易さなどの点から、例えばアルコール、グリコールエーテル、エチレングリコールアルキルエーテルアセテート、エステルおよびジエチレングリコールが好ましく用いられる。これらのうち、例えばベンジルアルコール、2−フェニルエチルアルコール、3−フェニル−1−プロパノール、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、シクロヘキサノールアセテート、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エチルメチルエーテル、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モノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、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が特に好ましく使用できる。
さらに、上記溶媒とともに膜厚の面内均一性を高めるため、高沸点溶媒を併用することもできる。併用できる高沸点溶媒としては、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、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、フェニルセロソルブアセテートなどが挙げられる。これらのうち、N−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミドが好ましい。
本発明の感放射性樹脂組成物の溶媒として、高沸点溶媒を併用する場合、その使用量は、溶媒全量に対して、好ましくは50重量%以下、より好ましくは40重量%以下、さらに好ましくは30重量%以下とすることができる。高沸点溶媒の使用量がこの使用量を超えると、塗膜の膜厚均一性、感度および残膜率が低下する場合がある。
本発明の感放射線性樹脂組成物を溶液状態として調製する場合、溶液中に占める溶媒以外の成分、すなわち(A)共重合体、(B)成分および(C)成分ならびに任意的に添加されるその他の成分の合計量の割合(固形分濃度)は、使用目的や所望の膜厚の値、被膜形成方法などに応じて任意に設定することができ、例えば被膜形成方法としてドライフィルム法を採用する場合には好ましくは30〜70重量%、より好ましくは40〜65重量%であり、それ以外の被膜形成方法を採用する場合には好ましくは5〜50重量%、より好ましくは7〜40重量%、さらに好ましくは10〜35重量%である。
このようにして調製された組成物溶液は、孔径0.5μm程度のミリポアフィルタなどを用いて濾過した後、使用に供することもできる。
スペーサーの形成方法
次に、本発明の感放射線性樹脂組成物を用いて本発明のスペーサーを形成する方法について説明する。
本発明のスペーサーの形成方法は、少なくとも下記の工程(1)〜(4)を含むものである。下記工程(1)〜(4)は、以下に記載の順序で実施される。
(1)上記感放射線性樹脂組成物の被膜を基板上に形成する工程、
(2)上記被膜の少なくとも一部に露光する工程、
(3)露光後の被膜を現像する工程、および
(4)現像後の被膜を加熱する工程。
以下、これらの各工程について順次説明する。
(1)本発明の感放射線性樹脂組成物の被膜を基板上に形成する工程
透明基板の一面に透明導電膜を形成し、該透明導電膜の上に、本発明の感放射線性樹脂組成物の組成物溶液を塗布したのち、塗布面を加熱(プレベーク)することにより、被膜を形成する。
スペーサーの形成に用いられる透明基板としては、例えば、ガラス基板、樹脂基板などを挙げることができ、より具体的には、ソーダライムガラス、無アルカリガラスなどのガラス基板;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリイミドなどのプラスチックからなる樹脂基板を挙げることができる。
透明基板の一面に設けられる透明導電膜としては、酸化スズ(SnO)からなるNESA膜(米国PPG社の登録商標)、酸化インジウム−酸化スズ(In−SnO)からなるITO膜などを挙げることができる。
組成物溶液の塗布方法としては、特に限定されず、例えば、スプレー法、ロールコート法、回転塗布法(スピンコート法)、スリットダイ塗布法(スピンレス法)、バー塗布法、インクジェット塗布法などの適宜の方法を採用することができ、特にスピンコート法、スリットダイ塗布法が好ましい。
また、プレベークの条件は、各成分の種類、配合割合などによっても異なるが、好ましくは70〜120℃で1〜15分間程度である。
なお、被膜のプレベーク後の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは0.5〜10μm、より好ましくは1.0〜7.0μm程度である。
本発明の感放射線性樹脂組成物の被膜を形成する方法としては、さらにドライフィルム法を挙げることができる。
組成物溶液の塗布法としては、例えば、スプレー法、ロールコート法、回転塗布法(スピンコート法)、スリットダイ塗布法、バー塗布法、インクジェット塗布法などの適宜の方法を採用することができ、特にスピンコート法、スリットダイ塗布法が好ましい。
また、本発明の感放射線性樹脂組成物の被膜を形成する際に、ドライフィルム法を採用する場合、該ドライフィルムとしては、ベースフィルム、好ましくは可とう性のベースフィルム上に、本発明の感放射線性樹脂組成物からなる感放射線性層を積層してなるもの(以下、「感放射線性ドライフィルム」という)が用いられる。
上記感放射線性ドライフィルムは、ベースフィルム上に、本発明の感放射線性樹脂組成物を好ましくは液状組成物として塗布したのち乾燥することにより、感放射線性層を積層して形成することができる。感放射線性ドライフィルムのベースフィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニルなどの合成樹脂のフィルムを使用することができる。ベースフィルムの厚さは、15〜125μmの範囲が適当である。得られる感放射線性層の厚さは、1〜30μmの程度が好ましい。
また、感放射線性ドライフィルムは、未使用時に、その感放射線性層上にさらにカバーフィルムを積層して保存することもできる。このカバーフィルムは、未使用時には剥がれず、使用時には容易に剥がすことができるように、適度な離型性を有する必要がある。このような条件を満たすカバーフィルムとしては、例えば、PETフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリウレタンフィルムなどの合成樹脂フィルムの表面にシリコーン系離型剤を塗布または焼き付けフィルムを使用することができる。カバーフィルムの厚さは、5〜30μm程度が好ましい。
これらカバーフィルムは、必要に応じて2層もしくは3層のカバーフィルムを積層することができる。
(2)上記被膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程
次いで、形成された被膜の少なくとも一部に放射線を露光する。この場合、被膜の一部に露光する際には、所定の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、遠紫外線などを使用することができる。波長が190〜450nmの範囲にある放射線が好ましく、特に365nmの紫外線を含む放射線が好ましい。
露光量は、露光される放射線の波長365nmにおける強度を照度計(OAI model 356 、OAI Optical Associates Inc.製)により測定した値として、好ましくは100〜10,000J/m、より好ましくは1,500〜3,000J/mである。
(3)現像工程
次いで、露光後の被膜を現像することにより、不要な部分を除去して、所定のパターンを形成する。
現像に使用される現像液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニアなどの無機アルカリ;エチルアミン、n−プロピルアミンなどの脂肪族1級アミン;ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミンなどの脂肪族2級アミン;トリメチルアミン、メチルジエチルアミン、ジメチルエチルアミン、トリエチルアミンなどの脂肪族3級アミン;ピロール、ピペリジン、N−メチルピペリジン、N−メチルピロリジン、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−ノネンなどの脂環族3級アミン;ピリジン、コリジン、ルチジン、キノリンなどの芳香族3級アミン;ジメチルエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアルカノールアミン;テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシドなどの4級アンモニウム塩などのアルカリ性化合物の水溶液を使用することができる。
また、上記アルカリ性化合物の水溶液には、メタノール、エタノールなど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して使用することもできる。
現像方法としては、液盛り法、ディッピング法、シャワー法などのいずれでもよく、現像時間は、好ましくは常温で10〜180秒間程度である。
現像後、例えば流水洗浄を30〜90秒間行ったのち、例えば圧縮空気や圧縮窒素で風乾させることによって、所望のパターンが形成される。
(4)加熱工程
次いで、得られたパターン(被膜)を、例えばホットプレート、オーブンなどの加熱装置により、所定温度、例えば180〜240℃で、所定時間、例えばホットプレート上では5〜30分間、オーブン中では15〜180分間、加熱(ポストベーク)することにより、所定のスペーサーを得ることができる。
液晶表示素子
本発明の液晶表示素子は、例えば以下の方法(a)または(b)により作製することができる。
(a)まず片面に透明導電膜(電極)を有する透明基板を一対(2枚)準備し、そのうちの一枚の基板の透明導電膜上に、本発明の感放射線性樹脂組成物を用いて上記した方法に従ってスペーサーを形成する。続いてこれらの基板の透明導電膜およびスペーサー上に液晶配向脳を有する配向膜を形成する。これら基板を、その配向膜が形成された側の面を内側にして、それぞれの配向膜の液晶配向方向が直交または逆平行となるように一定の間隙(セルギャップ)を介して対向配置し、基板の表面(配向膜)およびスペーサーにより区画されたセルギャップ内に液晶を充填し、充填孔を封止して液晶セルを構成する。そして、液晶セルの両外表面に、偏光板を、その偏光方向が当該基板の一面に形成された配向膜の液晶配向方向と一致または直交するように貼り合わせることにより、本発明の液晶表示素子を得ることができる。
(b)まず上記第一の方法と同様にして透明導電膜、スペーサーおよび配向膜を形成した一対の透明基板を準備する。その後一方の基板の端部に沿って、ディスペンサーを用いて紫外線硬化型シール剤を塗布し、次いで液晶ディスペンサーを用いて微小液滴状に液晶を滴下し、真空下で両基板の貼り合わせを行う。そして前述のシール剤部に高圧水銀ランプを用いて紫外線を照射して両基板を封止する。最後に液晶セルの両外表面に偏光板を貼り合わせることにより、本発明の液晶表示素子を得ることができる。
上記液晶としては、例えばネマティック型液晶、スメクティック型液晶を挙げることができる。その中でもネマティック型液晶が好ましく、例えばシッフベース系液晶、アゾキシ系液晶、ビフェニル系液晶、フェニルシクロヘキサン系液晶、エステル系液晶、ターフェニル系液晶、ビフェニルシクロヘキサン系液晶、ピリミジン系液晶、ジオキサン系液晶、ビシクロオクタン系液晶、キュバン系液晶などが用いられる。また、これらの液晶に、例えばコレスチルクロライド、コレステリルノナエート、コレステリルカーボネートなどのコレステリック液晶や商品名「C−15」、「CB−15」(メルク社製)として販売されているようなカイラル剤などを添加して使用することもできる。さらに、p−デシロキシベンジリデン−p−アミノ−2−メチルブチルシンナメートなどの強誘電性液晶も使用することができる。
また、液晶セルの外側に使用される偏光板としては、ポリビニルアルコールを延伸配向させながら、ヨウ素を吸収させた「H膜」と呼ばれる偏光膜を酢酸セルロース保護膜で挟んだ偏光板またはH膜そのものからなる偏光板などを挙げることができる。
以上のとおり、本発明の感放射線性樹脂組成物は、高感度、高解像度であり、かつパターン形状、圧縮強度、ラビング耐性、耐熱性などの諸性能に優れたパターン状薄膜を容易に形成することができ、焼成時の昇華物の発生を抑制することができ、液晶表示における残像などの焼き付きを抑制することができ、負荷荷重に対し塑性変形を起こしにくくなる。また、配向膜剥離液などの薬液に対する耐性を向上させることが可能になる。その上、それから形成したスペーサーの変形量が十分となり、TFT及びCFが外力に対して損傷、破壊されることがなく、さらには、液晶滴下工程に対するマージンの向上が期待できる。
以下に合成例、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
<ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる共重合体の分子量の測定>
装置:GPC−101(昭和電工(株)製)
カラム:GPC−KF−801、GPC−KF−802、GPC−KF−803およびGPC−KF−804を結合
移動相:リン酸0.5重量%を含むテトラヒドロフラン
(A)共重合体の合成例1〜10および比較合成例1〜3
合成例1
冷却管と撹拌機を備えたフラスコに、ピラゾール−1−ジチオカルボン酸シアノ(ジメチル)メチルエステル(上記式(1−20)で表される化合物)4重量部および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20重量部、スチレン10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30重量部、メタクリル酸ベンジル30重量部および1,9−ノナンジオールジアクリレート10重量部を仕込んで、窒素置換した後、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を80℃に上昇させた。80℃に達した段階で2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)を2重量部添加し、この温度を5時間保持して重合することにより、固形分濃度32.5重量%の共重合体溶液を得た。この共重合体を〔A−1〕共重合体とする。得られた〔A−1〕共重合体について、MwをGPC(ゲルパーミエイションクロマトグラフィー)を用いて測定したところ、7,200であった。
合成例2
冷却管と撹拌機を備えたフラスコに、ピラゾール−1−ジチオカルボン酸シアノ(ジメチル)メチルエステル4重量部および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20重量部、スチレン10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35重量部およびメタクリル酸ベンジル35重量部仕込んで、窒素置換した後、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を80℃に上昇させた。80℃に達した段階で2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)を2重量部添加し、この温度を3時間保持して重合後さらに1,9−ノナンジオールジアクリレート10重量部を添加し、3時間保持することにより固形分濃度34.0重量%の共重合体溶液を得た。この共重合体を〔A−2〕共重合体とする。得られた〔A−2〕共重合体について、MwをGPC(ゲルパーミエイションクロマトグラフィー)を用いて測定したところ、6,800であった。
合成例3
冷却管と撹拌機を備えたフラスコに、ビスピラゾール−1−イルチオカルボニルジスルフィド(上記式(3−2)で表される化合物)5重量部および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、引き続いてアクリル酸15重量部、スチレン10重量部、メタクリル酸n−ブチル35重量部、メタクリル酸テトラヒドロフルフリル30重量部およびUX−0937(日本化薬(株)製)10重量部を仕込んで、窒素置換した後、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を80℃に上昇させた。80℃に達した段階で2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)を2重量部添加し、この温度を5時間保持して重合することにより、固形分濃度33.0重量%の共重合体溶液を得た。この共重合体を〔A−3〕共重合体とする。得られた〔A−3〕共重合体について、MwをGPC(ゲルパーミエイションクロマトグラフィー)を用いて測定したところ、8,400であった。
合成例4
冷却管と撹拌機を備えたフラスコに、ビスピラゾール−1−イルチオカルボニルジスルフィド5重量部および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、引き続いてアクリル酸15重量部、スチレン10重量部、メタクリル酸n−ブチル40重量部およびメタクリル酸テトラヒドロフルフリル35重量部を仕込んで、窒素置換した後、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を80℃に上昇させた。80℃に達した段階で2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)を2重量部添加し、この温度を3時間保持して重合後、UX−0937(日本化薬(株)製)10重量部を添加し、2時間保持することにより固形分濃度35.0重量%の共重合体溶液を得た。この共重合体を〔A−4〕共重合体とする。得られた〔A−4〕共重合体について、MwをGPC(ゲルパーミエイションクロマトグラフィー)を用いて測定したところ、7,900であった。
合成例5
冷却管と撹拌機を備えたフラスコに、ビスピラゾール−1−イルチオカルボニルジスルフィド5重量部および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、引き続いてアクリル酸15重量部、スチレン10重量部、メタクリル酸n−ブチル35重量部、メタクリル酸テトラヒドロフルフリル30重量部、UX−0937(日本化薬(株)製)10重量部を仕込んで、窒素置換した後、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を80℃に上昇させた。80℃に達した段階で2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)を2重量部添加し、この温度を3時間保持して重合後、メタクリル酸ベンジル20重量部を添加し、など3時間保持することにより固形分濃度36.1重量%の共重合体溶液を得た。この共重合体を〔A−5〕共重合体とする。得られた〔A−5〕共重合体について、MwをGPC(ゲルパーミエイションクロマトグラフィー)を用いて測定したところ、8,600であった。
合成例6
冷却管と撹拌機を備えたフラスコに、ビスピラゾール−1−イルチオカルボニルジスルフィド5重量部およびジエチレングリコールジメチルエーテル200重量部を仕込み、引き続いて2−メタクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸25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35重量部およびメタクリル酸グリシジル30重量部を仕込んで、窒素置換した後、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℃に上昇させた。70℃に達した段階で2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を2重量部添加し、この温度を2時間保持して重合後、M−220(東亜合成(株)製)20重量部を添加し、など3時間保持することにより固形分濃度36.2重量%の共重合体溶液を得た。この共重合体を〔A−6〕共重合体とする。得られた〔A−6〕共重合体について、MwをGPC(ゲルパーミエイションクロマトグラフィー)を用いて測定したところ、8,020であった。
合成例7
冷却管と撹拌機を備えたフラスコに、ビス−3,5−ジメチルピラゾール−1−イルチオカルボニルジスルフィド(上記式(3−3)で表される化合物)6重量部および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20重量部、スチレン5重量部、メタクリル酸2−エチルヘキシル35重量部、3−(メタクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン30重量部およびエポキシエステル3002A(共栄社化学(株)製)10重量部を仕込んで、窒素置換した後、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇させた。70℃に達した段階で2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を2重量部添加し、この温度を5時間保持して重合することにより固形分濃度32.9重量%の共重合体溶液を得た。この共重合体を〔A−7〕共重合体とする。得られた〔A−7〕共重合体について、MwをGPC(ゲルパーミエイションクロマトグラフィー)を用いて測定したところ、8,400であった。
合成例8
冷却管と撹拌機を備えたフラスコに、ビスピラゾール−1−イルチオカルボニルジスルフィド5重量部およびジプロピレングリコールジメチルエーテル200重量部を仕込み、引き続いてメタクリル酸10重量部、アクリル酸5重量部、スチレン5重量部、メタクリル酸テトラヒドロフルフリル35重量部、メタクリル酸ベンジル35重量部およびアートレジンUN−9200A(根上工業(株)製)10重量部を仕込んで、窒素置換した後、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を80℃に上昇させた。80℃に達した段階で2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)を2重量部添加し、この温度を3時間保持して重合後、アートレジンUN−9000PEP(根上工業(株)製)10重量部を添加し、など3時間保持することにより固形分濃度34.9重量%の共重合体溶液を得た。この共重合体を〔A−8〕共重合体とする。得られた〔A−8〕共重合体について、MwをGPC(ゲルパーミエイションクロマトグラフィー)を用いて測定したところ、9,100であった。
合成例9
冷却管と撹拌機を備えたフラスコに、ビスピラゾール−1−イルチオカルボニルジスルフィド5重量部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200重量部を仕込み、引き続いてメタクリル酸20重量部、スチレン5重量部、アクリル酸イソボロニル20重量部、メタクリル酸n−ブチル25重量部およびメタクリル酸ベンジル30重量部を仕込んで、窒素置換した後、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を80℃に上昇させた。80℃に達した段階で2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)を2重量部添加し、この温度を2時間保持して重合後、アロニックスM−315(東亞合成(株)製)10重量部を添加し、など3時間保持することにより固形分濃度34.7重量%の共重合体溶液を得た。この共重合体を〔A−9〕共重合体とする。得られた〔A−9〕共重合体について、MwをGPC(ゲルパーミエイションクロマトグラフィー)を用いて測定したところ、9,300であった。
合成例10
冷却管と撹拌機を備えたフラスコに、ビスピラゾール−1−イルチオカルボニルジスルフィド5重量部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200重量部を仕込み、引き続いて2−アクリロイルオキシエチルフタル酸25重量部、スチレン5重量部、アクリル酸n−ラウリル20重量部、メタクリル酸テトラヒドロフルフリル20重量部およびアクリル酸ベンジル30重量部を仕込んで、窒素置換した後、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を80℃に上昇させた。80℃に達した段階で2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)を2重量部添加し、この温度を2時間保持して重合後、アロニックスM−450(東亞合成(株)製)5重量部を添加し、2時間保持することにより固形分濃度33.0重量%の共重合体溶液を得た。この共重合体を〔A−10〕共重合体とする。得られた〔A−10〕共重合体について、MwをGPC(ゲルパーミエイションクロマトグラフィー)を用いて測定したところ、8,100であった。
比較合成例1
冷却管と撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)4部およびジエチレングリコールメチルエチルエーテル220部を仕込み、引き続いてメタクリル酸10重量部、アクリル酸5重量部、スチレン5重量部、メタクリル酸n−ブチル40重量部およびメタクリル酸ベンジル35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80℃に上昇させ、この温度を5時間保持して重合することにより、固形分濃度30.4重量%の共重合体溶液を得た。この共重合体を〔a−1〕共重合体とする。
得られた〔a−1〕共重合体について、MwをGPCにより測定したところ、7,800であった。
比較合成例2
冷却管と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)4重量部およびジエチレングリコールメチルエチルエーテル220重量部を仕込み、引き続いてメタクリル酸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25重量部、メタクリル酸グリシジル25重量部およびテトラヒドロフルフリルメタクリレート20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時間保持して重合することにより、固形分濃度30.6重量%の共重合体溶液を得た。この共重合体を〔a−2〕共重合体とする。
得られた〔a−2〕共重合体について、MwをGPCにより測定したところ、9,800であった。
比較合成例3
冷却管と撹拌機を備えたフラスコに、ビスピラゾール−1−イルチオカルボニルジスルフィド5重量部および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、引き続いてアクリル酸15重量部、スチレンを10重量部、メタクリル酸メチル40重量部およびメタクリル酸テトラヒドロフルフリル30重量部を仕込んで、窒素置換した後、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を80℃に上昇させる。80℃に達した段階で2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)を2重量部添加し、この温度を2時間保持して重合後、メタクリル酸n−ブチル30重量部を添加し、など3時間保持することにより固形分濃度35.5重量%のブロック共重合体溶液を得た。この共重合体を〔a−3〕共重合体とする。得られた〔a−3〕共重合体について、MwをGPC(ゲルパーミエイションクロマトグラフィー)を用いて測定したところ、6,300であった。
実施例1〜12および比較例1〜3
(I)感放射線性樹脂組成物の調製
下記表1に記載された上記合成例で得られた共重合体ならびに(B)成分および(C)成分、さらに接着助剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン5重量部、界面活性剤としてFTX−218(商品名、(株)ネオス製)0.5重量部、保存安定剤として4−メトキシフェノール0.5重量部を混合し、固形分濃度が30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0.5μmのミリポアフィルタでろ過して、組成物溶液を調製した。
なお、実施例11においては、上記の各成分のほかにさらにノボラック型エポキシ樹脂(商品名「エピコート152」、ジャパンエポキシレジン(株)製)20重量部を使用した。
各成分の種類および量を表1に示す。
(II)スペーサーの形成
無アルカリガラス基板上にスピンナーを用いて、前記組成物溶液を塗布したのち、80℃のホットプレート上で3分間プレベークして、膜厚4.0μmの被膜を形成した。
次いで、得られた被膜に、15μm角の残しパターンを有するフォトマスクを介して、365nmにおける強度が250W/mの紫外線を10秒間露光した。その後、水酸化カリウムの0.05重量%水溶液により、25℃で60秒間現像したのち、純水で1分間洗浄した。その後、オーブン中、230℃で20分間ポストベークすることにより、所定パターンのスペーサーを形成した。
(III)現像性の評価
前記(II)で現像時に現像時間を40秒間に短縮した時、パターンが形成されている場合を良好(○)、残渣が生じている場合を不良(×)として評価した。評価結果を表2に示す。
(IV)解像度の評価
前記(II)でパターンを形成したとき、残しパターンが解像できている場合を良好(○)、解像できていない場合を不良(×)として評価した。評価結果を表2に示す。
(V)スペーサー形状の評価
前記(II)で得たパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡にて観察し、図1に示すA、Bのいずれに該当するかにより評価した。このとき、Aのようにスペーサー形状がラウンド型であれば、スペーサー上部が変形しやすくなり、TFT板とCF板を合着する際、十分な変形量を有し、液晶滴下工程に対するマージンが向上する。これに対してBのように、パターン形状が台形に近い形状であれば、スペーサーの変形が起こりにくくなり、液晶滴下工程のマージンに不足が生じ易い。評価結果を表2に示す。
(VI)圧縮変位量の評価
前記(II)で得たパターンについて、微小圧縮試験機(DUH−201、(株)島津製作所製)を用い、直径50μmの平面圧子により、50mNの荷重を加えたときの変形量を、測定温度23℃で測定した。この値が0.5μm以上のとき、圧縮変位量は良好といえる。評価結果を表2に示す。
(VII)強靭性の評価
前記(II)で得たパターンについて、微小圧縮試験機(DUH−201、(株)島津製作所製)を用い、直径50μmの平面圧子により、200mNの荷重を加えた後のスペーサーの高さ変化が6%以下であれば良好(○)、6%以上であれば不良(×)として評価した。評価結果を表2に示す。
(VIII)耐熱性の評価
前記(II)で得たパターンについて、などオーブン中で230℃で20分放置した後、スペーサーの高さ変化が4%以下であれば良好(○)、4%以上であれば不良(×)として評価した。評価結果を表2に示す。
(IX)耐薬品性の評価
前記(II)で得たパターンについて、60℃に加温した配向膜剥離液ケミクリーンTS−204(三洋化成工業(株)製)中に15分間浸漬し、水洗後、などオーブン中で120℃で15分間乾燥させた後、スペーサーの高さ変化が4%以下であれば良好(○)、4%以上であれば不良(×)として評価した。評価結果を表2に示す。
(X)昇華物量の評価
各感放射線性樹脂組成物を所定の膜厚になるように基板上に塗布し、薄膜を形成した。この薄膜付き基板を1cm×1cmにカットしたものにつき、ヘッドスペースサンプラJHS−100A(日本分析工業(株)製)およびガスクロマトグラフィー/質量分析装置JEOL JMS−AX505W(日本電子(株)製)を用いて分析温度範囲25〜230℃、昇温速度100℃/10minの条件下でヘッドスペースガスクロマトグラフィー/質量分析法にて発生した昇華物の量を調べた。昇華物量の定量には標準物質としてオクタン(比重:0.701、注入量:0.02μL)を使用し、そのピーク面積を基準として下記式によりオクタン換算の値として単位面積当たりの昇華物量を求めた。

昇華物量(μg/cm)=(1cmあたりの昇華物のピーク面積÷オクタンのピーク面積)×0.02×0.701

この揮発成分量が2μg以下のとき昇華物が少ない(○)、2μg以上のとき昇華物が多い(×)として評価した。評価結果を表2に示す。
(XI)ラビング耐性の評価
前記(II)で得たパターンを形成した基板に、液晶配向剤としてAL3046(商品名、JSR(株)製)を液晶配向膜塗布用印刷機に用いて塗布したのち、180℃で1時間乾燥して、乾燥膜厚0.05μmの配向剤の塗膜を形成した。その後、この塗膜に、ポリアミド製の布を巻き付けたロールを有するラビングマシーンを用い、ロールの回転数500rpm、ステージの移動速度1cm/秒として、ラビング処理を行った。このとき、パターンの削れや剥がれの有無を評価した。評価結果を表2に示す。
(XII)電圧保持率の評価
調製した液状組成物を、表面にナトリウムイオンの溶出を防止するSiO膜が形成され、さらにITO(インジウム−酸化錫合金)電極を所定形状に蒸着したソーダガラス基板上に、スピンコートしたのち、90℃のクリーンオーブン内で10分間プレベークを行って、膜厚2.0μmの塗膜を形成した。
次いで、高圧水銀ランプを用い、フォトマスクを介さずに、塗膜に365nm、405nmおよび436nmの各波長を含む放射線を200J/mの露光量で露光した。その後、この基板を23℃の0.04重量%水酸化カリウム水溶液からなる現像液に1分間浸漬して、現像したのち、超純水で洗浄して風乾し、さらに230℃で30分間ポストベークを行い塗膜を硬化させて、永久硬化膜を形成した。
次いで、この画素を形成した基板とITO電極を所定形状に蒸着しただけの基板とを、0.8mmのガラスビーズを混合したシール剤で貼り合わせたのち、メルク社製液晶MLC6608(商品名)を注入して、液晶セルを作製した。
次いで、液晶セルを60℃の恒温層に入れて、液晶セルの電圧保持率を、(株)東陽テクニカ製液晶電圧保持率測定システムVHR−1A型(商品名)により測定した。このときの印加電圧は5.5Vの方形波、測定周波数は60Hzである。ここで電圧保持率とは、(16.7ミリ秒後の液晶セル電位差/0ミリ秒で印加した電圧)の値である。液晶セルの電圧保持率が90%以下であると、液晶セルは16.7ミリ秒の時間、印加電圧を所定レベルに保持できず、十分に液晶を配向させることができないことを意味し、残像などの“焼き付き”を起こすおそれが高い。
実施例13および14
(I)感放射線性樹脂組成物の調製
組成物に含有される各成分の種類および量をそれぞれ表1に記載のとおりとし、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量を固形分濃度が50重量%となるようにしたほかは、実施例1〜12と同様にして感放射線性樹脂組成物を調製した。
(II)上記組成物の評価
スピンナーを用いて塗膜する代わりに、各感放射線性樹脂組成物の液状組成物をドライフィルム法で塗膜を形成した以外は、実施例1〜12と同様にして、パターン状薄膜を形成して評価した。ここで、露光工程前にベースフィルムの剥離除去を行った。評価結果を表2に示す。
なお、ドライフィルムの作成および転写は以下のごとく行った。
厚さ38μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上に、アプリケーターを用いて感放射線性樹脂組成物の液状組成物を塗布し、塗膜を100℃で5分間加熱し、厚さ4μmの感放射線性ドライフィルムを作製した。次に、ガラス基板の表面に、感放射線性転写層の表面が当接されるように感放射線性転写ドライフィルムを重ね合わせ、熱圧着法で感放射線性ドライフィルムをガラス基板に転写した。
Figure 2008122924
(A)成分
合成例に記載
(B)成分
B−1:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
B−2:KAYARAD DPHA−40H(日本化薬(株)製)
B−3:1,9−ノナンジオールジアクリレート
(C)成分
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〕−エタン−1−オンオキシム−O−アセタート(商品名IRGACURE OXE 02、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社製)
C−2:2−(4−メチルベンジル)−2−(ジメチルアミノ)−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オン(商品名イルガキュア379、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社製)
任意添加物
D−1:ノボラック型エポキシ樹脂(商品名:エピコート152 ジャパンエポキシレジン(株)製)
Figure 2008122924
スペーサーの断面形状を例示する模式図。

Claims (8)

  1. (A)(a1)分子内に2つ以上の重合性不飽和基を含む化合物に由来する重合単位を少なくとも1種含む共重合体
    (B)重合性不飽和化合物および
    (C)感放射線性重合開始剤
    を含有することを特徴とするスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物。
  2. (A)共重合体が(a2)アルカリ可溶性重合性不飽和化合物に由来する重合単位を含有する請求項1に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物。
  3. (A)共重合体が(a3)前記(a1)および(a2)と異なる他の重合性不飽和化合物に由来する重合単位を含む請求項2に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物。
  4. (A)共重合体がリビングラジカル重合で得られたものである請求項1〜3のいずれかに記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物。
  5. (A)共重合体が、下記式(1)、(2)または(3)で表されるチオカルボニルチオ化合物を分子量制御剤として用いた重合により製造されたものである請求項1〜4のいずれかに記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物。
    Figure 2008122924
    〔式(1)において、Zは水素原子、塩素原子、水酸基、カルボキシル基、シアノ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の1価の複素環式基、−OX、−SX、−N(X)、−OC(=O)X、−C(=O)OX、−C(=O)N(X)、−P(=O)(OX)、−P(=O)(X)または重合体鎖を有する1価の基を示し、各Xは相互に独立に炭素数1〜18のアルキル基、炭素数2〜18のアルケニル基、炭素数6〜18の1価の芳香族炭化水素基または炭素原子と異項原子との合計原子数3〜18の1価の複素環式基を示し、上記炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、合計原子数3〜20の1価の複素環式基およびXはそれぞれ置換されていてもよく、pは1以上の整数であり、Xは、p=1のとき、水素原子、シアノ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜20の1価の脂環族炭化水素基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の1価の複素環式基、−OX、−SX、−N(X)または重合体鎖を有する1価の基を示し、各Xの定義は上記に同じであり、p≧2のとき、炭素数1〜20のアルカンに由来するp価の基、炭素数6〜20の芳香族炭化水素に由来するp価の基、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の複素環式化合物に由来するp価の基または重合体鎖を有するp価の基を示し、そして上記炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜20の1価の脂環族炭化水素基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、合計原子数3〜20の1価の複素環式基、X、炭素数1〜20のアルカンに由来するp価の基、炭素数6〜20の芳香族炭化水素に由来するp価の基および合計原子数3〜20の複素環式化合物に由来するp価の基はそれぞれ置換されていてもよい。〕
    Figure 2008122924
    〔式(2)において、mは2以上の整数であり、Zは炭素数1〜20のアルカンに由来するm価の基、炭素数6〜20の芳香族炭化水素に由来するm価の基、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の複素環式化合物に由来するm価の基または重合体鎖を有するm価の基を示し、上記炭素数1〜20のアルカンに由来するm価の基、炭素数6〜20の芳香族炭化水素に由来するm価の基および合計原子数3〜20の複素環式化合物に由来するm価の基はそれぞれ置換されていてもよく、Xは炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜20の1価の脂環族炭化水素基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の1価の複素環式基、−OX、−SX、−N(X)または重合体鎖を有する1価の基を示し、各Xは相互に独立に炭素数1〜18のアルキル基、炭素数2〜18のアルケニル基、炭素数6〜18の1価の芳香族炭化水素基または炭素原子と異項原子との合計原子数3〜18の1価の複素環式基を示し、上記炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜20の1価の脂環族炭化水素基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、合計原子数3〜20の1価の複素環式基およびXはそれぞれ置換されていてもよい。〕
    Figure 2008122924
    〔式(3)において、ZおよびZは相互に独立に水素原子、塩素原子、カルボキシル基、シアノ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の1価の複素環式基、
    −OR、−SR、−OC(=O)R、−N(R)(R)、−C(=O)OR、−C(=O)N(R)(R)、−P(=O)(OR)、−P(=O)(R1)または重合体鎖を有する1価の基を示し、RおよびRは相互に独立に炭素数1〜18のアルキル基、炭素数2〜18のアルケニル基、炭素数6〜18の1価の芳香族炭化水素基または炭素原子と異項原子との合計原子数3〜18の1価の複素環式基を示し、前記炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、炭素原子と異項原子との合計原子数3〜20の1価の複素環式基、RおよびRはそれぞれ置換されていてもよい。〕
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物から形成されてなるスペーサー。
  7. 少なくとも下記(1)〜(4)の工程を含むことを特徴とするスペーサーの形成方法。
    (1)請求項1〜5のいずれかに記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物の被膜を基板上に形成する工程、
    (2)該被膜の少なくとも一部に露光する工程、
    (3)露光後の被膜を現像する工程、および
    (4)現像後の被膜を加熱する工程。
  8. 請求項6に記載のスペーサーを具備してなる液晶表示素子。
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