JP2009128871A - 顔料分散液、硬化性組成物、それを用いるカラーフィルタ及び固体撮像素子 - Google Patents

顔料分散液、硬化性組成物、それを用いるカラーフィルタ及び固体撮像素子 Download PDF

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Abstract

【課題】顔料分散剤の添加量が少ない場合においても優れた顔料の分散安定性を達成しうる顔料分散液、顔料の含有量が多い場合であっても、露光により高感度で硬化し、未露光部の現像性に優れた硬化性組成物、及び、薄層であっても十分な着色濃度を有し、高解像度の着色パターンを備えたカラーフィルタ及び固体撮像素子を提供する。
【解決手段】(A)顔料、(B)ボロン酸基を有する化合物、(C)分散剤、及び、(D)溶媒を含有することを特徴とする顔料分散液。
【選択図】なし

Description

本発明は、顔料の分散安定性に優れた顔料分散液、それを用いて得られる、液晶表示素子(LCD)や固体撮像素子(CCD、CMOSなど)等に用いられるカラーフィルタを作製するのに好適な硬化性組成物、該硬化性組成物からなる着色パターンを有するカラーフィルタ、及び、固体撮像素子に関する。
カラーフィルタは液晶ディスプレイや固体撮像素子に不可欠な構成部品である。
液晶ディスプレイ(LCD)は、表示装置として陰極線管(CRT:ブラウン管)を用いたディスプレイと比較すると、コンパクトであり、且つ、性能面では同等以上であることから、テレビ画面、パソコン画面、その他の表示装置としての主流となりつつある。また、近年では、液晶ディスプレイの開発の動向は、画面が比較的小面積であった従来のモニター用途から、画面が大型で高度な画質が求められるTV用途に向かいつつある。
液晶ディスプレイ用カラーフィルタ用途においては、大型TV生産のため基板サイズが拡大しており、大型基板を用いた場合の生産性向上のため、低エネルギーでの硬化が望まれている。また、TV用途の液晶ディスプレイでは、従来のモニター用途のものに比し、より高度な画質が求められている。すなわち、コントラスト及び色純度の向上である。コントラスト向上のため、カラーフィルタの作製に用いられる硬化性組成物に関しては、使用する着色剤(有機顔料等)の粒子サイズとして、より微小なものが求められている(例えば、特許文献1参照。)。これに伴い、顔料分散のための分散剤添加量が増加する傾向にある。また、色純度向上のため、硬化性組成物の固形分中に占める着色剤(有機顔料)の含有率としては、より高いものが求められている。したがって、硬化性組成物中の固形分中に占める光重合開始剤および光重合性モノマーの含有率が減少する傾向にある。
一方、固体撮像素子用カラーフィルタ用途においても、低エネルギーでの硬化が望まれている。また、パターンの薄膜化が進んでおり、これに伴い、組成物中の顔料濃度が向上している。更に、顔料系カラーフィルタにおいては、顔料微細化に伴って組成物中の顔料分散剤の割合が増加する傾向にある。
また、顔料が比較的粗大な粒子であるために発生する色ムラ等の問題に対応するため、着色剤として顔料の代わりに有機溶剤可溶性の染料を用いる技術が提案されている(例えば、特許文献2参照)。しかしながら、染料は、その構造に由来して重合禁止効果を発現する場合があり、染料を着色剤として使用するカラーフィルタにおいては、その濃度向上に伴い、染料由来の重合禁止効果の問題も顕著になっており、染料系での着色層の高濃度化は困難である。
着色層の薄層化に伴い、着色層を形成する硬化性組成物中の着色剤、即ち、顔料及び顔料分散剤の含有比率が増加し、硬化成分(重合性成分や重合開始剤)の含有比率が相対的に低くなる。従って、感度が十分に確保できないという問題が生じる。また、現像性を確保するために硬化性組成物に添加される酸価の高いポリマーや現像促進剤等の添加量も相対的に低下するため、現像不良を引き起こす懸念もある。
このように、十分な硬化性や現像性を得られない場合、着色パターン形成性が低下し、得られるカラーフィルタの性能も低下する。この問題は、微細なパターンの形成性を要求される固体撮像素子において著しい。
感度や現像性を確保する目的で、顔料及び顔料分散剤の比率を低下させることが望まれているが、所望の色価、分光を達成するためには顔料の含有量を低下させることは好ましくなく、顔料分散剤の量を減らすことが試みられている。しかしながら、一般に分散剤の量を低下させると、顔料の十分な分散安定性が得られず、経時により粘度上昇を引き起こすという問題がある。
特に、黄色顔料等のバルビツール骨格を有する顔料において、顔料の分散安定性の経時的な低下が顕著であり、分散剤の量を少なくしても、安定に分散できる顔料分散液が求められているのが現状である。
このように、薄層であっても、十分な発色性を有する着色パターンを実現するために、高濃度で着色剤を含有する場合であっても、感度、現像性およびパターン形成性に優れる着色硬化性組成物が切望されている。
特開2006−30541号公報 特開平2−127602号公報
上記問題点を考慮してなされた本発明の目的は、顔料分散剤の添加量が少ない場合においても優れた顔料の分散安定性を達成しうる顔料分散液を提供することにある。
また、本発明の第2の目的は、顔料の含有量が多い場合であっても、硬化感度を維持しつつ、未露光部の現像性に優れた硬化性組成物を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、薄層であっても十分な着色濃度を有し、高解像度の着色パターンを備えたカラーフィルタ及び固体撮像素子を提供することにある。
本発明者は、鋭意研究を行った結果、特定の構造を有する化合物を分散時に添加することにより、顔料の高い分散安定性を確保できることを見出し、またそれに伴う効果として、該顔料分散液を用いることにより、薄層化の際、感光層中の顔料濃度上昇に伴う感度低下、現像性低下が抑制された硬化性組成物を得られることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明の構成は以下の通りである。
<1>(A)顔料、(B)ボロン酸基を有する化合物、(C)分散剤、及び、(D)溶媒を含有することを特徴とする顔料分散液。
<2>前記(A)顔料は、(A−1)ウレア構造、または、イミド構造を有する顔料であることを特徴とする前記<1>に記載の顔料分散液。
<3>前記(A)顔料は、(A−2)バルビツール骨格を有する顔料であることを特徴とする前記<1>または<2>に記載の顔料分散液。
<4>前記<1>から<3>のいずれかに記載の顔料分散液、(E)重合性化合物、および、(F)光重合開始剤を含有することを特徴とする硬化性組成物。
<5>前記<4>に記載の硬化性組成物により形成された着色パターンを有することを特徴とするカラーフィルタ。
<6>前記<4>に記載の硬化性組成物により形成された着色パターンを有することを特徴とする固体撮像素子。
本発明の顔料分散液は、ボロン酸基を有する化合物を含有するために、この化合物が顔料表面に吸着することにより分散安定性に優れる。また前記化合物における酸基が共存する分散剤との間で相互作用を形成するために、少量の分散剤の添加でも優れた分散安定性が得られ、該顔料分散液を含む本発明の硬化性組成物においては、相対的に重合性成分の比率を高めることができ、高感度で硬化しうるとともに、当該化合物の存在により現像時、良好な現像性を示すものと考えられる。
特にボロン酸基を有する化合物は、アミド基および/またはウレア基を有する顔料と良好な相互作用を形成し、分散安定性が向上する。
本発明によれば、顔料分散剤の添加量が少ない場合においても優れた顔料の分散安定性を達成しうる顔料分散液を提供するができる。
また、前記本発明の顔料分散液を含むことにより、顔料の含有量が多い場合であっても、硬化感度を維持しつつ、未露光部の現像性に優れた硬化性組成物を提供することができる。
本発明の硬化性組成物を着色パターン形成に用いることで、薄層であっても十分な着色濃度を有し、高解像度の着色パターンを備えたカラーフィルタ及び固体撮像素子を提供することができる。
以下において本発明を詳しく説明する。
[顔料分散液]
本発明の顔料分散液は、(A)顔料、(B)ボロン酸基を有する化合物、(C)分散剤、及び、(D)溶媒を含有することを特徴とするものであり、これらの成分について順次説明する。
まず、本発明の特徴的成分である(B)ボロン酸基を有する化合物(以下、適宜、(B)特定化合物と称する)について述べる。
<(B)ボロン酸基を有する化合物>
本発明のボロン酸基を有する化合物とは、分子内にボロン酸基[−B(OH)]を少なくとも1つ有する化合物であれば、制限なく用いることができるが、分子内に環構造を有し、ボロン酸基[−B(OH)]が直接あるいは連結基を介して環構造と結合しているものが好ましい。
本発明の(B)特定化合物は、顔料との相互作用向上の観点で、下記式(I)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 2009128871
一般式(I)中、Rは1価の置換基を表し、nは0から5の整数を表す。1価の置換基としては、アルキル基、アリール基、アルケニル基、アルキニル基、アミド構造を有する置換基、ウレア構造を有する置換基またはイミド構造を有する置換基、ハロゲン原子、アミノ基、複素環基を有する置換基、シアノ基、アシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、チオール基、水酸基、カルボキシ基がより好ましく、アミド構造を有する置換基、ウレア構造を有する置換基またはイミド構造を有する置換基が更に好ましい。
アルキル基としては炭素数1〜30の直鎖状、炭素数3〜30の分岐状、炭素数3〜30の環状のアルキル基が挙げられ、より好ましくは、炭素数1〜20の直鎖状、炭素数3〜20の分岐状、炭素数1〜20の環状のアルキル基であり、更に好ましくは、炭素数1〜15の直鎖状、炭素数1〜15の分岐状、炭素数1〜15の環状のアルキル基である。具体的には例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、オクダデシル基、イソプロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、1−エチルペンチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、トリフルオロメチル基、2−エチルヘキシル基、フェナシル基が挙げられる。
アリール基としては炭素数1〜30のアリール基が挙げられ、単環でも縮合環であってもよい。具体的には例えば、フェニル基、ビフェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、9−アンスリル基、9−フェナントリル基、1−ピレニル基、5−ナフタセニル基、1−インデニル基、2−アズレニル基、9−フルオレニル基、ターフェニル基、クオーターフェニル基、o−、m−、及びp−トリル基、キシリル基、o−、m−、及びp−クメニル基、メシチル基、ペンタレニル基、ビナフタレニル基、ターナフタレニル基、クオーターナフタレニル基、ヘプタレニル基、ビフェニレニル基、インダセニル基、フルオランテニル基、アセナフチレニル基、アセアントリレニル基、フェナレニル基、フルオレニル基、アントリル基、ビアントラセニル基、ターアントラセニル基、クオーターアントラセニル基、アントラキノリル基、フェナントリル基、トリフェニレニル基、ピレニル基、クリセニル基、ナフタセニル基、プレイアデニル基、ピセニル基、ペリレニル基、ペンタフェニル基、ペンタセニル基、テトラフェニレニル基、ヘキサフェニル基、ヘキサセニル基、ルビセニル基、コロネニル基、トリナフチレニル基、ヘプタフェニル基、ヘプタセニル基、ピラントレニル基、オバレニル基等が挙げられる。
アルケニル基としては炭素数2〜30のアルケニル基が挙げられ、より好ましくは、炭素数2〜20のアルケニル基であり、更に好ましくは、炭素数2〜15のアルケニル基である。具体的には例えばビニル基、アリル基、スチリル基等が挙げられる。
アルキニル基としては炭素数2〜30のアルキニル基が挙げられ、より好ましくは、炭素数2〜20のアルキニル基であり、更に好ましくは、炭素数2〜15のアルキニル基である。具体的には例えば、エチニル基、プロピニル基、プロパルギル基等が挙げられる。
アシル基としては、炭素数2〜20のアシル基が好ましく、例えば、アセチル基、プロパノイル基、ブタノイル基、トリフルオロメチルカルボニル基、ペンタノイル基、ベンゾイル基、1−ナフトイル基、2−ナフトイル基、4−メチルスルファニルベンゾイル基、4−フェニルスルファニルベンゾイル基、4−ジメチルアミノベンゾイル基、4−ジエチルアミノベンゾイル基、2−クロロベンゾイル基、2−メチルベンゾイル基、2−メトキシベンゾイル基、2−ブトキシベンゾイル基、3−クロロベンゾイル基、3−トリフルオロメチルベンゾイル基、3−シアノベンゾイル基、3−ニトロベンゾイル基、4−フルオロベンゾイル基、4−シアノベンゾイル基、4−メトキシベンゾイル基等が挙げられる。
複素環基としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、リン原子を含む、芳香族或いは脂肪族の複素環が好ましい。例えば、チエニル基、ベンゾ[b]チエニル基、ナフト[2,3−b]チエニル基、チアントレニル基、フリル基、ピラニル基、イソベンゾフラニル基、クロメニル基、キサンテニル基、フェノキサチイニル基、2H−ピロリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、ピリジル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、インドリジニル基、イソインドリル基、3H−インドリル基、インドリル基、1H−インダゾリル基、プリニル基、4H−キノリジニル基、イソキノリル基、キノリル基、フタラジニル基、ナフチリジニル基、キノキサニリル基、キナゾリニル基、シンノリニル基、プテリジニル基、4aH−カルバゾリル基、カルバゾリル基、β−カルボリニル基、フェナントリジニル基、アクリジニル基、ペリミジニル基、フェナントロリニル基、フェナジニル基、フェナルサジニル基、イソチアゾリル基、フェノチアジニル基、イソキサゾリル基、フラザニル基、フェノキサジニル基、イソクロマニル基、クロマニル基、ピロリジニル基、ピロリニル基、イミダゾリジニル基、イミダゾリニル基、ピラゾリジニル基、ピラゾリニル基、ピペリジル基、ピペラジニル基、インドリニル基、イソインドリニル基、キヌクリジニル基、モルホリニル基、チオキサントリル基等が挙げられる。
アルコキシ基としては、炭素数1〜30のアルコキシ基が好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、イソペンチルオキシ基、ヘキシルオキシキ、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、デシルオキシ基、ドデシルオキシ基、オクタデシルオキシ基、エトキシカルボニルメチル基、2−エチルヘキシルオキシカルボニルメチルオキシ基、アミノカルボニルメチルオキシ基、N,N−ジブチルアミノカルボニルメチルオキシ基、N−メチルアミノカルボニルメチルオキシ基、N−エチルアミノカルボニルメチルオキシ基、N−オクチルアミノカルボニルメチルオキシ基、N−メチル−N−ベンジルアミノカルボニルメチルオキシ基、ベンジルオキシ基、シアノメチルオキシ基等が挙げられる。
アリールオキシ基としては、炭素数6〜30のアリールオキシ基が好ましく、例えば、フェニルオキシ基、1−ナフチルオキシ基、2−ナフチルオキシ基、2−クロロフェニルオキシ基、2−メチルフェニルオキシ基、2−メトキシフェニルオキシ基、2−ブトキシフェニルオキシ基、3−クロロフェニルオキシ基、3−トリフルオロメチルフェニルオキシ基、3−シアノフェニルオキシ基、3−ニトロフェニルオキシ基、4−フルオロフェニルオキシ基、4−シアノフェニルオキシ基、4−メトキシフェニルオキシ基、4−ジメチルアミノフェニルオキシ基、4−メチルスルファニルフェニルオキシ基、4−フェニルスルファニルフェニルオキシ基等がある。
アミノ基としては、総炭素数0〜50のアミノ基が好ましく、例えば、−NH2、N−アルキルアミノ基、N−アリールアミノ基、N−アシルアミノ基、N−スルホニルアミノ基、N,N−ジアルキルアミノ基、N,N−ジアリールアミノ基、N−アルキル−N−アリールアミノ基、N、N−ジスルホニルアミノ基等が挙げられる。より具体的には、N−メチルアミノ基、N−エチルアミノ基、N−プロピルアミノ基、N−イソプロピルアミノ基、N−ブチルアミノ基、N−tert―ブチルアミノ基、N−ヘキシルアミノ基、N−シクロヘキシルアミノ基、N−オクチルアミノ基、N−2−エチルヘキシルアミノ基、N−デシルアミノ基、N−オクタデシルアミノ基、N−ベンジルアミノ基、N−フェニルアミノ基、N−2−メチルフェニルアミノ基、N−2−クロロフェニルアミノ基、N−2−メトキシフェニルアミノ基、N−2−イソプロポキシフェニルアミノ基、N−2−(2−エチルヘキシル)フェニルアミノ基、N−3−クロロフェニルアミノ基、N−3−ニトロフェニルアミノ基、N−3−シアノフェニルアミノ基、N−3−トリフルオロメチルフェニルアミノ基、N−4−メトキシフェニルアミノ基、N−4−シアノフェニルアミノ基、N−4−トリフルオロメチルフェニルアミノ基、N−4−メチルスルファニルフェニルアミノ基、N−4−フェニルスルファニルフェニルアミノ基、N−4−ジメチルアミノフェニルアミノ基、N−メチル−N−フェニルアミノ基、N、N−ジメチルアミノ基、N、N−ジエチルアミノ基、N、N−ジブチルアミノ基、N、N−ジフェニルアミノ基、N、N−ジアセチルアミノ基、N、N−ジベンゾイルアミノ基、N、N−(ジブチルカルボニル)アミノ基、N、N−(ジメチルスルホニル)アミノ基、N、N−(ジエチルスルホニル)アミノ基、N、N−(ジブチルスルホニル)アミノ基、N、N−(ジフェニルスルホニル)アミノ基、モルホリノ基、3,5−ジメチルモルホリノ基、カルバゾール基等が挙げられる。
アミド構造、ウレア構造、イミド構造を有する置換基としては、例えば、下記部分構造を有するものが挙げられる。
Figure 2009128871
Figure 2009128871
ハロゲン原子としては、臭素原子、塩素原子、フッ素原子、ヨウ素原子が挙げられ、塩素原子、フッ素原子が好ましい。
一般式(I)におけるRがアルキル基、アリール基、アルケニル基、またはアルキニル基を表す場合、当該置換基はさらに置換基を有していてもよい。導入可能な置換基としては、アルキル基、アリール基、アルケニル基、アルキニル基、環状アルキル基、環状アルケニル基、環状アルキニル基、水酸基、チオール基、エーテル基、チオエーテル基、スルホ基、スルホンアミド基、カルボニル基、アルコキシカルボニル基、アリーロキシカルボニル基、チオカルボニル基、ウレア基、ウレタン基、アミド基、複素環基、またはこれらの基を含む置換基が挙げられる。
一般式(I)で表される化合物としては例えば以下のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
Figure 2009128871
Figure 2009128871
Figure 2009128871
Figure 2009128871
Figure 2009128871
本発明の(B)特定化合物は、一般式(II)で表される化合物であることがより好ましい。
Figure 2009128871
一般式(II)中、R、RおよびRはそれぞれ独立に水素原子または一価の有機基を表す。一価の有機基としては、アルキル基、アリール基、アルケニル基、またはアルキニル基が挙げられ、これらの置換基は更に置換基を有していてもよい。
、RおよびRで表されるアルキル基、アリール基、アルケニル基、またはアルキニル基に導入可能な置換基としては、アルキル基、アリール基、アルケニル基、アルキニル基、環状アルキル基、環状アルケニル基、環状アルキニル基、水酸基、チオール基、エーテル基、チオエーテル基、スルホ基、スルホンアミド基、カルボニル基、アルコキシカルボニル基、アリーロキシカルボニル基、チオカルボニル基、ウレア基、ウレタン基、アミド基、複素環基、またはこれらの基を含む置換基が挙げられる。
一般式(II)で表される化合物としては、例えば以下のものが挙げられるが、これらに限定されない。
Figure 2009128871
その他、本発明に用いうる(B)特定化合物としては、前記一般式(I)および(II)で表される化合物に限定されず、例えば以下に示す化合物なども使用することができる。
Figure 2009128871
Figure 2009128871
Figure 2009128871
Figure 2009128871
Figure 2009128871
Figure 2009128871
Figure 2009128871
本発明に用いうる(B)特定化合物は、例えば、下記に記載の方法で合成することができる。さらに市販品(aldrich社製)としても入手可能である。
Figure 2009128871
(B)特定化合物にけるボロン酸基は、顔料を溶媒中で安定に分散すべく用いられる(C)分散剤、特に分散樹脂が有する酸基および/またはアミノ基と良好な相互作用をすることにより、分散性を確保する。また(B)特定化合物のより好ましい態様としては、分子内に存在するバルビツール骨格などの顔料類似構造により、アミド基および/またはウレア基を有する顔料と良好な相互作用を形成する化合物が挙げられる。このような態様をとることで、(B)特定化合物が、(A)顔料および(C)分散剤の相方と相互作用を形成するため、分散安定性が向上する。
本発明において(B)特定化合物の好ましい形態は、分散安定性の観点から、併用する顔料と相互作用を形成しうる顔料母核構造、顔料類似構造または顔料部分構造を有するような化合物であることが好ましい。よってアミド構造、ウレア構造、イミド構造を有する化合物が好ましく、例えば、バルビツール骨格を有する顔料に対して、(B)特定化合物として分子内に、ボロン酸基とバルビツール骨格とを有する化合物を用いることで、分散安定性を一層向上させることができる。
(B)特定化合物は、顔料分散液に1種のみ用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(B)特定化合物の含有量は、後述する(A)顔料100質量部に対して、1〜80質量部であることが好ましく、1.5〜60質量部であることがより好ましく、2.0〜50質量部であることが更に好ましい。
また、本発明の顔料分散液の固形分中0.01〜50質量%であることが好ましく、0.1〜30質量%であることが更に好ましい。
<(A)顔料>
本発明の顔料分散液に用いられる顔料には特に制限はなく、従来公知の種々の顔料を1種又は2種以上混合して用いることができる。
なかでも、(B)特定化合物との相互作用性から、(A−1)ウレア構造またはイミド構造を有する有機顔料を好ましく用いることができ、より具体的には、ウレア基またはイミド基を有する有機顔料が好ましい。
本発明において前記(B)特定化合物と併用することで優れた分散性を達成できる顔料としては、ウレア基、又は、イミド基を有する顔料が好ましく、そのような観点からは、具体的には、ピグメントイエロー120、ピグメントイエロー151、ピグメントイエロー154、ピグメントイエロー167、ピグメントイエロー175、ピグメントイエロー180、ピグメントイエロー182、ピグメントイエロー194、ピグメントオレンジ60、ピグメントオレンジ62、ピグメントオレンジ72、ピグメントレッド123、ピグメントレッド149、ピグメントレッド171、ピグメントレッド175、ピグメントレッド176、ピグメントレッド178、ピグメントレッド179、ピグメントレッド185、ピグメントレッド190、ピグメントレッド208、ピグメントバイオレット29、ピグメントバイオレット32、ピグメントブルー80、ピグメントブラウン25、ピグメントブラック31、ピグメントブラック32などが挙げられる。
また、効果の観点から更に好ましい顔料としては、(A−2)バルビツール基、またはバルビツール類縁体などのバルビツール骨格を有する顔料が挙げられ、具体的には、ピグメントイエロー139、ピグメントイエロー150、ピグメントイエロー185、ピグメントオレンジ64、ピグメントオレンジ68、ピグメントオレンジ69、ピグメントレッド260が挙げられる。
なお、本発明の顔料分散液は、後述するようにカラーフィルタの着色パターン形成用硬化性組成物に有用であるが、このような用途に適用する場合には、形成される着色パターンの色むら抑制や高コントラストを得るといった観点から、顔料の一次粒子径は10〜100nmが好ましく、10〜70nmがより好ましく、10〜50nmが更に好ましく、10〜40nmが最も好ましい。
これら有機顔料は、単独もしくは色純度を上げるため種々組合せて用いることができる。
本発明の顔料分散液に用いられる顔料の配合量は、顔料分散液の使用目的に応じて適宜決定されるが、一般には、顔料分散液固形分中、5〜80質量%の範囲が好ましく、10〜60質量%の範囲であることがより好ましい。
また、後述するように、カラーフィルタの着色パターン形成用硬化性組成物に使用される場合には、顔料の含有量は、20〜70質量%であることが好ましく、25〜65質量%の範囲であることがさらに好ましい。
なお、上記顔料の配合量は、単独の場合は当該顔料の配合量であり、複数種の顔料を組み合わせて配合する場合は、その総量である。
<(C)分散剤>
本発明の顔料分散液には、溶媒との親和性を向上することで顔料の分散安定性を確保する目的で(C)分散剤を含有する。
本発明に用いうる分散剤(顔料分散剤)は、高分子分散剤(分散樹脂)であっても低分子量化合物であってもよい。
本発明に好適に用いうる分散剤としては、例えば、高分子分散剤〔例えば、ポリアミドアミンとその塩、ポリカルボン酸とその塩、高分子量不飽和酸エステル、変性ポリウレタン、変性ポリエステル、変性ポリ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系共重合体、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物など〕、ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルカノールアミン、顔料誘導体等を挙げることができる。
高分子分散剤は、その構造からさらに直鎖状高分子、末端変性型高分子、グラフト型高分子、ブロック型高分子に分類することができる。
高分子分散剤に代表される(C)分散剤は、顔料の表面に直接吸着するか、(B)特定化合物に吸着するか、或いは、その双方に吸着することで、顔料の再凝集や沈降を防止するように作用する。そのため、本発明に用いる高分子分散剤としては、顔料表面へのアンカー部位を有する末端変性型高分子、グラフト型高分子、ブロック型高分子を好ましい構造として挙げることができる。また、(B)特定化合物と相互作用を形成しうる、酸基や塩基性置換基を有する分散剤も使用することができる。
なお、顔料誘導体は、顔料表面を改質することで、高分子分散剤の吸着を促進させる効果を有する分散剤の一態様である。従って、用いる顔料と同一又は類似の骨格を有する顔料誘導体と高分子分散剤とを併用することも有用である。
本発明における(C)顔料分散剤としては、例えば、BYK Chemie社製「Disperbyk−101(ポリアミドアミン燐酸塩)、107(カルボン酸エステル)、110(酸基を含む共重合物)、130(ポリアミド)、161、162、163、164、165、166、170(高分子共重合物)」、「BYK−P104、P105(高分子量不飽和ポリカルボン酸)、EFKA社製「EFKA4047、4050、4010、4165(ポリウレタン系)、EFKA4330、4340(ブロック共重合体)、4400、4402(変性ポリアクリレート)、5010(ポリエステルアミド)、5765(高分子量ポリカルボン酸塩)、6220(脂肪酸ポリエステル)、6745(フタロシアニン誘導体)、6750(アゾ顔料誘導体)」、味の素ファンテクノ社製「アジスパーPB821、PB822」、共栄社化学社製「フローレンTG−710(ウレタンオリゴマー)」、「ポリフローNo.50E、No.300(アクリル系共重合体)」、楠本化成社製「ディスパロンKS−860、873SN、874、#2150(脂肪族多価カルボン酸)、#7004(ポリエーテルエステル)、DA−703−50、DA−705、DA−725」、花王社製「デモールRN、N(ナフタレンスルホン酸ホルマリン重縮合物)、MS、C、SN−B(芳香族スルホン酸ホルマリン重縮合物)」、「ホモゲノールL−18(高分子ポリカルボン酸)」、「エマルゲン920、930、935、985(ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル)」、「アセタミン86(ステアリルアミンアセテート)」、ルーブリゾール社製「ソルスパース5000(フタロシアニン誘導体)、22000(アゾ顔料誘導体)、13240(ポリエステルアミン)、3000、17000、27000(末端部に機能部を有する高分子)、24000、28000、32000、38500(グラフト型高分子)」、日光ケミカル者製「ニッコールT106(ポリオキシエチレンソルビタンモノオレート)、MYS−IEX(ポリオキシエチレンモノステアレート)」等の市販品も好適に使用することができる。
これらの(C)分散剤は、単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。本発明においては、(C)分散剤として、特に、顔料誘導体と高分子分散剤とを組み合わせて使用することが好ましい。
本発明の顔料分散液における(C)分散剤の含有量としては、(A)顔料100質量部に対して、1〜150質量部であることが好ましく、3〜100質量部がより好ましく、5〜80質量部が更に好ましい。
具体的には、高分子分散剤を用いる場合であれば、その使用量としては、顔料100質量部に対して、5〜100質量部の範囲が好ましく、10〜80質量部の範囲がより好ましい。また、顔料誘導体を使用する場合であれば、その使用量としては、顔料100質量部に対し1〜30質量部の範囲にあることが好ましく、3〜20質量部の範囲にあることがより好ましく、5〜15質量部の範囲にあることが特に好ましい。
本発明において、着色剤としての顔料と分散剤とを用いた顔料分散液を、後述する着色硬化性組成物に適用する場合、硬化感度、色濃度の観点から、(A)顔料及び(C)分散剤の含有量の総和が、該硬化性組成物を構成する全固形分に対して30質量%以上90質量%以下であることが好ましく、40質量%以上85質量%以下であることがより好ましく、50質量%以上80質量%以下であることがさらに好ましい。
<(D)溶媒>
本発明の顔料分散液は、少なくとも一種の(D)溶媒を含有する。前記(A)顔料、(B)特定化合物、及び、(C)分散剤と共に(D)溶媒を用いることにより、顔料が良好に分散された顔料分散液を調製することができる。
本発明における(D)溶媒としては、以下に示される有機溶剤から選択される液体が挙げられ、顔料分散液中に含まれる各成分の溶解性や、硬化性組成物に応用した場合の塗布性などを考慮して選択されるものであり、これら所望の物性を満足すれば基本的に特には限定されないが、安全性を考慮して選ばれることが好ましい。
溶剤の具体例としては、エステル類、例えば、酢酸エチル、酢酸−n−ブチル、酢酸イソブチル、ギ酸アミル、酢酸イソアミル、プロピオン酸ブチル、酪酸イソプロピル、酪酸エチル、酪酸ブチル、オキシ酢酸メチル、オキシ酢酸エチル、オキシ酢酸ブチル、メトキシ酢酸メチル、メトキシ酢酸エチル、メトキシ酢酸ブチル、エトキシ酢酸メチル、エトキシ酢酸エチル、3−オキシプロピオン酸メチル、3−オキシプロピオン酸エチル、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、2−オキシプロピオン酸メチル、2−オキシプロピオン酸エチル、2−オキシプロピオン酸プロピル、2−メトキシプロピオン酸メチル、2−メトキシプロピオン酸エチル、2−メトキシプロピオン酸プロピル、2−エトキシプロピオン酸メチル、2−エトキシプロピオン酸エチル、2−オキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−オキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、2−メトキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−エトキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2−オキソブタン酸メチル、2−オキソブタン酸エチル等;
エーテル類、例えば、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、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、メチルセロソルブアセテート(エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート)、エチルセロソルブアセテート(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、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モノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート等;
ケトン類、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン等;芳香族炭化水素類、例えば、トルエン、キシレン等;が好ましい。
これらの中でも、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、エチルセロソルブアセテート、乳酸エチル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、酢酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、2−ヘプタノン、シクロヘキサノン、ジ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ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)等がより好ましい。
本発明の顔料分散液中における溶媒の含有量としては、10〜98質量%が好ましく、30〜95質量%がより好ましく、50〜90質量%が更に好ましい。溶媒の含有量が前記範囲内であることにより、顔料の分散をより均一に行うことができ、分散後の分散安定性の点でも良好である。
本発明の顔料分散液は、(A)顔料、(B)特定化合物、(C)分散剤、及び必要に応じて添加される他の成分を(D)溶媒と混合し、各種の混合機、分散機を使用して、混合分散する混合分散工程を経て調製されることが好ましい。なお、混合分散工程は、混練分散と、それに続けて行う微分散処理からなるのが好ましいが、混練分散を省略することも可能である。
このようにして得られた本発明の顔料分散液は顔料の分散性および分散安定性に優れるため、種々の用途に使用することができる。例えば後述する硬化性組成物に使用すると、顔料が高濃度で含有されていても、硬化感度を維持することができる。その他インク組成物(例えば、スクリーン印刷インク用、オフセットもしくはフレキソ印刷インク用、UV硬化用インク)、コーティング材料用感光性組成物等に用いることができる。
印刷インク用、例えば、スクリーン印刷インク用、オフセットもしくはフレキソ印刷インク用、UV硬化インク用として、例えば、木材または金属に対する、白色もしくは有色仕上げ用として、粉末コーティング用として、特に、紙、木材、金属またはプラスチックに対するコーティング材料用として、マーキング用感光性組成物、ホログラフ記録用感光性組成物、印刷原版用感光性組成物、歯科充填用感光性組成物、接着剤用感光性組成物、レジスト用感光性組成物、プリント回路板用感光性組成物、三次元的物品の製造用感光性組成物等に用いることができる。
[硬化性組成物]
本発明の硬化性組成物は、前記(A)顔料と(B)特定化合物と(C)分散剤と(D)溶媒とを含有する本発明の顔料分散液と、(E)重合性化合物と、(F)光重合開始剤と、とを含むことを特徴とする。
<(E)重合性化合物>
本発明に用いることができる重合性化合物としては、当該産業分野においてエチレン性不飽和二重結合を有する化合物として広く知られる化合物を特に限定無く用いることができる。これらは、例えばモノマー、プレポリマー、すなわち2量体、3量体及びオリゴマー、又はそれらの混合物ならびにそれらの共重合体などの化学的形態をもつ。モノマー及びその共重合体の例としては、不飽和カルボン酸(例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸など)や、そのエステル類、アミド類が挙げられ、好ましくは、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アルコール化合物とのエステル、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アミン化合物とのアミド類が用いられる。また、ヒドロキシル基やアミノ基、メルカプト基等の求核性置換基を有する不飽和カルボン酸エステル或いはアミド類と単官能若しくは多官能イソシアネート類或いはエポキシ類との付加反応物、及び単官能若しくは、多官能のカルボン酸との脱水縮合反応物等も好適に使用される。また、イソシアネート基や、エポキシ基等の親電子性置換基を有する不飽和カルボン酸エステル或いはアミド類と単官能若しくは多官能のアルコール類、アミン類、チオール類との付加反応物、更にハロゲン基や、トシルオキシ基等の脱離性置換基を有する不飽和カルボン酸エステル或いはアミド類と単官能若しくは多官能のアルコール類、アミン類、チオール類との置換反応物も好適である。また、別の例として、上記の不飽和カルボン酸の代わりに、不飽和ホスホン酸、スチレン、ビニルエーテル等に置き換えた化合物群を使用することも可能である。
脂肪族多価アルコール化合物と不飽和カルボン酸とのエステルのモノマーの具体例としては、アクリル酸エステルとして、エチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、1,3−ブタンジオールジアクリレート、テトラメチレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、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(アクリロイルオキシプロピル)エーテル、トリメチロールエタントリアクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、1,4−シクロヘキサンジオールジアクリレート、テトラ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ジアクリレート、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テトラアクリレート、ジペンタエリスリトールジアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ソルビトールトリアクリレート、ソルビトールテトラアクリレート、ソルビトールペンタアクリレート、ソルビトールヘキサアクリレート、トリ(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、ポリエステルアクリレートオリゴマー、等がある。また、これらの化合物のEO変性体、または、PO変性体も挙げられる。
メタクリル酸エステルとしては、テトラメチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメチロールエタントリメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、1,3−ブタンジオールジメタクリレート、ヘキサンジオールジメタクリレート、ペンタエリスリトールジメタクリレート、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メタクリレート、ジペンタエリスリトールジメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、ソルビトールトリメタクリレート、ソルビトールテトラメタクリレート、ビス〔p−(3−メタクリルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)フェニル〕ジメチルメタン、ビス−〔p−(メタクリルオキシエトキシ)フェニル〕ジメチルメタン等、およびこれらのEO変性体、PO変性体が挙げられる。
イタコン酸エステルとしては、エチレングリコールジイタコネート、プロピレングリコールジイタコネート、1,3−ブタンジオールジイタコネート、1,4−ブタンジオールジイタコネート、テトラメチレングリコールジイタコネート、ペンタエリスリトールジイタコネート、ソルビトールテトライタコネート等がある。クロトン酸エステルとしては、エチレングリコールジクロトネート、テトラメチレングリコールジクロトネート、ペンタエリスリトールジクロトネート、ソルビトールテトラジクロトネート等がある。イソクロトン酸エステルとしては、エチレングリコールジイソクロトネート、ペンタエリスリトールジイソクロトネート、ソルビトールテトライソクロトネート等がある。マレイン酸エステルとしては、エチレングリコールジマレート、トリエチレングリコールジマレート、ペンタエリスリトールジマレート、ソルビトールテトラマレート等がある。
その他のエステルの例として、例えば、特公昭51−47334、特開昭57−196231記載の脂肪族アルコール系エステル類や、特開昭59−5240、特開昭59−5241、特開平2−226149記載の芳香族系骨格を有するもの、特開平1−165613記載のアミノ基を含有するもの等も好適に用いられる。更に、前述のエステルモノマーは混合物としても使用することができる。
また、脂肪族多価アミン化合物と不飽和カルボン酸とのアミドのモノマーの具体例としては、メチレンビス−アクリルアミド、メチレンビス−メタクリルアミド、1,6−ヘキサメチレンビス−アクリルアミド、1,6−ヘキサメチレンビス−メタクリルアミド、ジエチレントリアミントリスアクリルアミド、キシリレンビスアクリルアミド、キシリレンビスメタクリルアミド等がある。その他の好ましいアミド系モノマーの例としては、特公昭54−21726記載のシクロへキシレン構造を有すものを挙げることができる。
また、イソシアネートと水酸基の付加反応を用いて製造されるウレタン系付加重合性化合物も好適であり、そのような具体例としては、例えば、特公昭48−41708号公報中に記載されている1分子に2個以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物に、下記一般式(E)で示される水酸基を含有するビニルモノマーを付加させた1分子中に2個以上の重合性ビニル基を含有するビニルウレタン化合物等が挙げられる。
CH=C(R)COOCHCH(R)OH (E)
(ただし、R及びRは、H又はCHを示す。)
また、特開昭51−37193号、特公平2−32293号、特公平2−16765号に記載されているようなウレタンアクリレート類や、特公昭58−49860号、特公昭56−17654号、特公昭62−39417号、特公昭62−39418号記載のエチレンオキサイド系骨格を有するウレタン化合物類も好適である。更に、特開昭63−277653号、特開昭63−260909号、特開平1−105238号に記載される、分子内にアミノ構造やスルフィド構造を有する付加重合性化合物類を用いることによっては、非常に感光スピードに優れた硬化性組成物を得ることができる。
その他の例としては、特開昭48−64183号、特公昭49−43191号、特公昭52−30490号、各公報に記載されているようなポリエステルアクリレート類、エポキシ樹脂と(メタ)アクリル酸を反応させたエポキシアクリレート類等の多官能のアクリレートやメタクリレートを挙げることができる。また、特公昭46−43946号、特公平1−40337号、特公平1−40336号記載の特定の不飽和化合物や、特開平2−25493号記載のビニルホスホン酸系化合物等も挙げることができる。また、ある場合には、特開昭61−22048号記載のペルフルオロアルキル基を含有する構造が好適に使用される。更に日本接着協会誌vol.20、No.7、300〜308ページ(1984年)に光硬化性モノマー及びオリゴマーとして紹介されているものも使用することができる。
本発明において、重合性化合物を添加する場合、硬化感度の観点から、2個以上のエチレン性不飽和結合を含有することが好ましく、3個以上の含有することが更に好ましい。中でも(メタ)アクリル酸エステル構造を2個以上含有することが好ましく、3個以上含有することがより好ましく、4個以上含有することが最も好ましい。更に、硬化感度、および、未露光部の現像性の観点では、EO変性体を含有することが好ましい。また、硬化感度、および、露光部強度の観点ではウレタン結合を含有することが好ましい。
以上の観点より、ビスフェノールAジアクリレート、ビスフェノールAジアクリレートEO変性体、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(アクリロイルオキシプロピル)エーテル、トリメチロールエタントリアクリレート、テトラ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ジアクリレート、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テトラアクリレート、ジペンタエリスリトールテトラアクリレート、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ヘキサアクリレート、ソルビトールトリアクリレート、ソルビトールテトラアクリレート、ソルビトールペンタアクリレート、ソルビトールヘキサアクリレート、トリ(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレートEO変性体、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートEO変性体などが好ましいものとして挙げられ、また、市販品としては、ウレタンオリゴマーUAS−10、UAB−140(山陽国策パルプ社製)、DPHA−40H(日本化薬社製)、UA−306H、UA−306T、UA−306I、AH−600、T−600、AI−600(共栄社製)が好ましい。
なかでも、ビスフェノールAジアクリレートEO変性体、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テトラアクリレート、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ヘキサアクリレート、トリ(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレートEO変性体、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートEO変性体などが、市販品としては、DPHA−40H(日本化薬社製)、UA−306H、UA−306T、UA−306I、AH−600、T−600、AI−600(共栄社製)がより好ましい。
本発明の硬化性組成物における(E)重合性化合物の含有量は、硬化性組成物の全固形分に対して、1〜90質量%であることが好ましく、5〜80質量%であることがより好ましく、10%〜70質量%であることが更に好ましい。
特に、本発明の硬化性組成物をカラーフィルタの着色パターンの形成に使用する場合は、光感度、支持体密着性、硬化度を更に向上させる点で、(E)重合性化合物の含有量は、本発明の硬化性組成物の全固形分に対して、5〜50質量%であることが好ましく、7〜40質量%であることがより好ましく、10〜35質量%であることが更に好ましい。
<(F)光重合開始剤>
本発明の硬化性組成物は、光重合開始剤を含有する。
本発明における光重合開始剤は、光により分解し、前記(E)重合性化合物の重合を開始、促進する化合物であり、波長300〜500nmの領域に吸収を有するものであることが好ましい。また、光重合開始剤は、単独で、又は2種以上を併用して用いることができる。
光重合開始剤としては、例えば、有機ハロゲン化化合物、オキシジアゾール化合物、カルボニル化合物、ケタール化合物、ベンゾイン化合物、アクリジン化合物、有機過酸化化合物、アゾ化合物、クマリン化合物、アジド化合物、メタロセン化合物、ヘキサアリールビイミダゾール化合物、有機ホウ酸化合物、ジスルホン酸化合物、オキシムエステル化合物、オニウム塩化合物、アシルホスフィン(オキシド)化合物が挙げられる。
有機ハロゲン化化合物としては、具体的には、若林等、「Bull Chem.Soc Japan」42、2924(1969)、米国特許第3,905,815号明細書、特公昭46−4605号、特開昭48−36281号、特開昭55−32070号、特開昭60−239736号、特開昭61−169835号、特開昭61−169837号、特開昭62−58241号、特開昭62−212401号、特開昭63−70243号、特開昭63−298339号、M.P.Hutt“Jurnal of Heterocyclic Chemistry”1(No3),(1970)」筆に記載の化合物が挙げられ、特に、トリハロメチル基が置換したオキサゾール化合物、s−トリアジン化合物が挙げられる。
s−トリアジン化合物として、より好適には、すくなくとも一つのモノ、ジ、又はトリハロゲン置換メチル基がs−トリアジン環に結合したs−トリアジン誘導体、具体的には、例えば、2,4,6−トリス(モノクロロメチル)−s−トリアジン、2,4,6−トリス(ジクロロメチル)−s−トリアジン、2,4,6−トリス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−メチル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2―n−プロピル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(α,α,β−トリクロロエチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−フェニル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(p−メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(3,4−エポキシフェニル)−4、6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(p−クロロフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−〔1−(p−メトキシフェニル)−2,4−ブタジエニル〕−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−スチリル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−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−(p−i−プロピルオキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(p−トリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4−ナトキシナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−フェニルチオ−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−ベンジルチオ−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2,4,6−トリス(ジブロモメチル)−s−トリアジン、2,4,6−トリス(トリブロモメチル)−s−トリアジン、2−メチル−4,6−ビス(トリブロモメチル)−s−トリアジン、2−メトキシ−4,6−ビス(トリブロモメチル)−s−トリアジン等が挙げられる。
オキシジアゾール化合物としては、2−トリクロロメチル−5−スチリル−1,3,4−オキソジアゾール、2−トリクロロメチル−5−(シアノスチリル)−1,3,4−オキソジアゾール、2−トリクロロメチル−5−(ナフト−1−イル)−1,3,4−オキソジアゾール、2−トリクロロメチル−5−(4−スチリル)スチリル−1,3,4−オキソジアゾールなどが挙げられる。
カルボニル化合物としては、ベンゾフェノン、ミヒラーケトン、2−メチルベンゾフェノン、3−メチルベンゾフェノン、4−メチルベンゾフェノン、2−クロロベンゾフェノン、4−ブロモベンゾフェノン、2−カルボキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン誘導体、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、2,2−ジエトキシアセトフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、α−ヒドトキシ−2−メチルフェニルプロパノン、1−ヒドロキシ−1−メチルエチル−(p−イソプロピルフェニル)ケトン、1−ヒドロキシ−1−(p−ドデシルフェニル)ケトン、2−メチルー(4’−(メチルチオ)フェニル)−2−モルホリノ−1−プロパノン、1,1,1−トリクロロメチル−(p−ブチルフェニル)ケトン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−4−モルホリノブチロフェノン等のアセトフェノン誘導体、チオキサントン、2−エチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、2−クロロチオキサントン、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、2,4−ジイソプロピルチオキサントン等のチオキサントン誘導体、p−ジメチルアミノ安息香酸エチル、p−ジエチルアミノ安息香酸エチル等の安息香酸エステル誘導体等を挙げることができる。
ケタール化合物としては、ベンジルメチルケタール、ベンジル−β−メトキシエチルエチルアセタールなどを挙げることができる。
ベンゾイン化合物としてはmベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインメチルエーテル、メチルo−ベンゾイルベンゾエートなどを挙げることができる。
アクリジン化合物としては、9−フェニルアクリジン、1,7−ビス(9−アクリジニル)ヘプタンなどを挙げることができる。
有機過酸化化合物としては、例えば、トリメチルシクロヘキサノンパーオキサイド、アセチルアセトンパーオキサイド、1,1−ビス(tert−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(tert−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、2,2−ビス(tert−ブチルパーオキシ)ブタン、tert−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジハイドロパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、tert−ブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5−オキサノイルパーオキサイド、過酸化こはく酸、過酸化ベンゾイル、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エトキシエチルパーオキシジカーボネート、ジメトキシイソプロピルパーオキシカーボネート、ジ(3−メチル−3−メトキシブチル)パーオキシジカーボネート、tert−ブチルパーオキシアセテート、tert−ブチルパーオキシピバレート、tert−ブチルパーオキシネオデカノエート、tert−ブチルパーオキシオクタノエート、tert−ブチルパーオキシラウレート、ターシルカーボネート、3,3’,4,4’−テトラ−(t−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3’,4,4’−テトラ−(t−ヘキシルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3’,4,4’−テトラ−(p−イソプロピルクミルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、カルボニルジ(t−ブチルパーオキシ二水素二フタレート)、カルボニルジ(t−ヘキシルパーオキシ二水素二フタレート)等が挙げられる。
アゾ化合物としては、例えば、特開平8−108621号公報に記載のアゾ化合物等を挙げることができる。
クマリン化合物としては、例えば、3−メチル−5−アミノ−((s−トリアジン−2−イル)アミノ)−3−フェニルクマリン、3−クロロ−5−ジエチルアミノ−((s−トリアジン−2−イル)アミノ)−3−フェニルクマリン、3−ブチル−5−ジメチルアミノ−((s−トリアジン−2−イル)アミノ)−3−フェニルクマリン等を挙げることができる。
アジド化合物としては、米国特許第2848328号明細書、米国特許第2852379号明細書ならびに米国特許第2940853号明細書に記載の有機アジド化合物、2,6−ビス(4−アジドベンジリデン)−4−エチルシクロヘキサノン(BAC−E)等が挙げられる。
メタロセン化合物としては、特開昭59−152396号公報、特開昭61−151197号公報、特開昭63−41484号公報、特開平2−249号公報、特開平2−4705号公報、特開平5−83588号公報記載の種々のチタノセン化合物、例えば、ジ−シクロペンタジエニル−Ti−ビス−フェニル、ジ−シクロペンタジエニル−Ti−ビス−2,6−ジフルオロフェニ−1−イル、ジ−シクロペンタジエニル−Ti−ビス−2,4−ジ−フルオロフェニ−1−イル、ジ−シクロペンタジエニル−Ti−ビス−2,4,6−トリフルオロフェニ−1−イル、ジ−シクロペンタジエニル−Ti−ビス−2,3,5,6−テトラフルオロフェニ−1−イル、ジ−シクロペンタジエニル−Ti−ビス−2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニ−1−イル、ジ−メチルシクロペンタジエニル−Ti−ビス−2,6−ジフルオロフェニ−1−イル、ジ−メチルシクロペンタジエニル−Ti−ビス−2,4,6−トリフルオロフェニ−1−イル、ジ−メチルシクロペンタジエニル−Ti−ビス−2,3,5,6−テトラフルオロフェニ−1−イル、ジ−メチルシクロペンタジエニル−Ti−ビス−2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニ−1−イル、特開平1−304453号公報、特開平1−152109号公報記載の鉄−アレーン錯体等が挙げられる。
ビイミダゾール系化合物としては、例えば、ヘキサアリールビイミダゾール化合物(ロフィンダイマー系化合物)等が好ましい。
ヘキサアリールビイミダゾール化合物としては、例えば、特公昭45−37377号公報、特公昭44−86516号公報記載のロフィンダイマー類、特公平6−29285号公報、米国特許第3,479,185号、同第4,311,783号、同第4,622,286号等の各明細書に記載の種々の化合物、具体的には、2,2’−ビス(o−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾール、2,2’−ビス(o−ブロモフェニル))4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾール、2,2’−ビス(o,p−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾール、2,2’−ビス(o−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラ(m−メトキシフェニル)ビイジダゾール、2,2’−ビス(o,o’−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾール、2,2’−ビス(o−ニトロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾール、2,2’−ビス(o−メチルフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾール、2,2’−ビス(o−トリフルオロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾール等が挙げられる。
有機ホウ酸塩化合物としては、例えば、特開昭62−143044号、特開昭62−150242号、特開平9−188685号、特開平9−188686号、特開平9−188710号、特開2000−131837、、特開2002−107916、特許第2764769号、特願2000−310808号、等の各公報、及び、Kunz,Martin“Rad Tech’98.Proceeding April 19−22,1998,Chicago”等に記載される有機ホウ酸塩、特開平6−157623号公報、特開平6−175564号公報、特開平6−175561号公報に記載の有機ホウ素スルホニウム錯体或いは有機ホウ素オキソスルホニウム錯体、特開平6−175554号公報、特開平6−175553号公報に記載の有機ホウ素ヨードニウム錯体、特開平9−188710号公報に記載の有機ホウ素ホスホニウム錯体、特開平6−348011号公報、特開平7−128785号公報、特開平7−140589号公報、特開平7−306527号公報、特開平7−292014号公報等の有機ホウ素遷移金属配位錯体等が具体例として挙げられる。
ジスルホン化合物としては、特開昭61−166544号公報、特願2001−132318号明細書等記載される化合物等が挙げられる。
オキシムエステル化合物としては、J.C.S. Perkin II (1979 )1653−1660)、J.C.S. Perkin II (1979)156−162、Journal of Photopolymer Science and Technology(1995)202−232、特開2000−66385号公報記載の化合物、特開2000−80068号公報、特表2004−534797号公報記載の化合物等が挙げられる。
オニウム塩化合物としては、例えば、S.I.Schlesinger,Photogr.Sci.Eng.,18,387(1974)、T.S.Bal et al,Polymer,21,423(1980)に記載のジアゾニウム塩、米国特許第4,069,055号明細書、特開平4−365049号等に記載のアンモニウム塩、米国特許第4,069,055号、同4,069,056号の各明細書に記載のホスホニウム塩、欧州特許第104、143号、米国特許第339,049号、同第410,201号の各明細書、特開平2−150848号、特開平2−296514号の各公報に記載のヨードニウム塩などが挙げられる。
本発明に好適に用いることのできるヨードニウム塩は、ジアリールヨードニウム塩であり、安定性の観点から、アルキル基、アルコキシ基、アリーロキシ基等の電子供与性基で2つ以上置換されていることが好ましい。また、その他の好ましいスルホニウム塩の形態として、トリアリールスルホニウム塩の1つの置換基がクマリン、アントアキノン構造を有し、300nm以上に吸収を有するヨードニウム塩などが好ましい。
本発明に好適に用いることのできるスルホニウム塩としては、欧州特許第370,693号、同390,214号、同233,567号、同297,443号、同297,442号、米国特許第4,933,377号、同161,811号、同410,201号、同339,049号、同4,760,013号、同4,734,444号、同2,833,827号、独国特許第2,904,626号、同3,604,580号、同3,604,581号の各明細書に記載のスルホニウム塩が挙げられ、安定性の感度点から好ましくは電子吸引性基で置換されていることが好ましい。電子吸引性基としては、ハメット値が0より大きいことが好ましい。好ましい電子吸引性基としては、ハロゲン原子、カルボン酸などが挙げられる。
また、その他の好ましいスルホニウム塩としては、トリアリールスルホニウム塩の1つの置換基がクマリン、アントアキノン構造を有し、300nm以上に吸収を有するスルホニウム塩が挙げられる。別の好ましいスルホニウム塩としては、トリアリールスルホニウム塩が、アリロキシ基、アリールチオ基を置換基に有する300nm以上に吸収を有するスルホニウム塩が挙げられる。
また、オニウム塩化合物としては、J.V.Crivello et al,Macromolecules,10(6),1307(1977)、J.V.Crivello et al,J.Polymer Sci.,Polymer Chem.Ed.,17,1047(1979)に記載のセレノニウム塩、C.S.Wen et al,Teh,Proc.Conf.Rad.Curing ASIA,p478 Tokyo,Oct(1988)に記載のアルソニウム塩等のオニウム塩等が挙げられる。
アシルホスフィン(オキシド)化合物としては、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製のイルガキュア819、ダロキュア4265、ダロキュアTPOなどが挙げられる。
本発明に用いられる(F)光重合開始剤としては、露光感度の観点から、トリハロメチルトリアジン系化合物、ベンジルジメチルケタール化合物、α−ヒドロキシケトン化合物、α−アミノケトン化合物、アシルホスフィン系化合物、フォスフィンオキサイド系化合物、メタロセン化合物、オキシム系化合物、トリアリルイミダゾールダイマー、オニウム系化合物、ベンゾチアゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物、アセトフェノン系化合物およびその誘導体、シクロペンタジエン−ベンゼン−鉄錯体およびその塩、ハロメチルオキサジアゾール化合物、3−アリール置換クマリン化合物からなる群より選択される化合物が好ましい。
さらに好ましくは、トリハロメチルトリアジン系化合物、α−アミノケトン化合物、アシルホスフィン系化合物、フォスフィンオキサイド系化合物、オキシム系化合物、トリアリルイミダゾールダイマー、オニウム系化合物、ベンゾフェノン系化合物、アセトフェノン系化合物であり、トリハロメチルトリアジン系化合物、α−アミノケトン化合物、オキシム系化合物、トリアリルイミダゾールダイマー、ベンゾフェノン系化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物が最も好ましい。
特に、本発明の硬化性組成物をカラーフィルタの固体撮像素子の作製に使用する場合には、微細な画素をシャープな形状で形成する必要があるために、硬化性とともに微細な未露光部が残渣なく現像されることが重要である。このような観点からは、トリアジン系化合物、ロフィンダイマー系化合物、オキシム系化合物が特に好ましい。特に、固体撮像素子において微細な画素を形成する場合、硬化用露光にステッパー露光を用いるが、この露光機はハロゲンにより損傷される虞があり、光重合開始剤の添加量も低く抑える必要があるため、これらの点を考慮すれば、固体撮像素子の如き微細着色パターンを形成するには(F)光重合開始剤としてのオキシム系化合物の使用が最も好ましいといえる。
本発明の硬化性組成物に含有される(F)光重合開始剤の含有量は、硬化性組成物の全固形分に対し0.1〜50質量%であることが好ましく、より好ましくは0.5〜30質量%、特に好ましくは1〜20質量%である。この範囲で、良好な感度とパターン形成性が得られる。
<バインダーポリマー>
本発明の硬化性組成物は、これら必須成分に加え、皮膜特性向上、現像性の調整などの目的で、必要に応じて、さらにバインダーポリマーを使用することができる。バインダーとしては線状有機ポリマーを用いることが好ましい。このような「線状有機ポリマー」としては、公知のものを任意に使用できる。好ましくは水現像あるいは弱アルカリ水現像を可能とするために、水あるいは弱アルカリ水に可溶性又は膨潤性である線状有機ポリマーが選択される。線状有機ポリマーは、皮膜形成剤としてだけでなく、水、弱アルカリ水あるいは有機溶剤現像剤としての用途に応じて選択使用される。例えば、水可溶性有機ポリマーを用いると水現像が可能になる。このような線状有機ポリマーとしては、側鎖にカルボン酸基を有するラジカル重合体、例えば特開昭59−44615号、特公昭54−34327号、特公昭58−12577号、特公昭54−25957号、特開昭54−92723号、特開昭59−53836号、特開昭59−71048号に記載されているもの、すなわち、カルボキシル基を有するモノマーを単独あるいは共重合させた樹脂、酸無水物を有するモノマーを単独あるいは共重合させ酸無水物ユニットを加水分解もしくはハーフエステル化もしくはハーフアミド化させた樹脂、エポキシ樹脂を不飽和モノカルボン酸および酸無水物で変性させたエポキシアクリレート等が挙げられる。カルボキシル基を有するモノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、4−カルボキシルスチレン等があげられ、酸無水物を有するモノマーとしては、無水マレイン酸等が挙げられる。
また同様に側鎖にカルボン酸基を有する酸性セルロース誘導体がある。この他に水酸基を有する重合体に環状酸無水物を付加させたものなどが有用である。
アルカリ可溶性樹脂を共重合体として用いる場合、共重合させる化合物として、先にあげたモノマー以外の他のモノマーを用いることもできる。他のモノマーの例としては、下記(1)〜(12)の化合物が挙げられる。
(1)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、3−ヒドロキシプロピルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、3−ヒドロキシプロピルメタクリレート、4−ヒドロキシブチルメタクリレート等の脂肪族水酸基を有するアクリル酸エステル類、及びメタクリル酸エステル類。
(2)アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸アミル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸−2−クロロエチル、グリシジルアクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチルアクリレート、ビニルアクリレート、2−フェニルビニルアクリレート、1−プロペニルアクリレート、アリルアクリレート、2−アリロキシエチルアクリレート、プロパルギルアクリレート等のアルキルアクリレート。
(3)メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸アミル、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸−2−クロロエチル、グリシジルメタクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチルメタクリレート、ビニルメタクリレート、2−フェニルビニルメタクリレート、1−プロペニルメタクリレート、アリルメタクリレート、2−アリロキシエチルメタクリレート、プロパルギルメタクリレート等のアルキルメタクリレート。
(4)アクリルアミド、メタクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N−エチルアクリルアミド、N−ヘキシルメタクリルアミド、N−シクロヘキシルアクリルアミド、N−ヒドロキシエチルアクリルアミド、N−フェニルアクリルアミド、N−ニトロフェニルアクリルアミド、N−エチル−N−フェニルアクリルアミド、ビニルアクリルアミド、ビニルメタクリルアミド、N,N−ジアリルアクリルアミド、N,N−ジアリルメタクリルアミド、アリルアクリルアミド、アリルメタクリルアミド等のアクリルアミド若しくはメタクリルアミド。
(5)エチルビニルエーテル、2−クロロエチルビニルエーテル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、オクチルビニルエーテル、フェニルビニルエーテル等のビニルエーテル類。
(6)ビニルアセテート、ビニルクロロアセテート、ビニルブチレート、安息香酸ビニル等のビニルエステル類。
(7)スチレン、α−メチルスチレン、メチルスチレン、クロロメチルスチレン、p−アセトキシスチレン等のスチレン類。
(8)メチルビニルケトン、エチルビニルケトン、プロピルビニルケトン、フェニルビニルケトン等のビニルケトン類。
(9)エチレン、プロピレン、イソブチレン、ブタジエン、イソプレン等のオレフィン類。
(10)N−ビニルピロリドン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等。
(11)マレイミド、N−アクリロイルアクリルアミド、N−アセチルメタクリルアミド、N−プロピオニルメタクリルアミド、N−(p−クロロベンゾイル)メタクリルアミド等の不飽和イミド。
(12)α位にヘテロ原子が結合したメタクリル酸系モノマー。例えば、特願2001−115595号明細書、特願2001−115598号明細書等に記載されている化合物を挙げる事ができる。
これらの中で、側鎖にアリル基やビニルエステル基とカルボキシル基を有する(メタ)アクリル樹脂及び特開2000−187322号公報、特開2002−62698号公報に記載されている側鎖に二重結合を有するアルカリ可溶性樹脂や、特開2001−242612号公報に記載されている側鎖にアミド基を有するアルカリ可溶性樹脂が膜強度、感度、現像性のバランスに優れており、好適である。
また、特公平7−12004号、特公平7−120041号、特公平7−120042号、特公平8−12424号、特開昭63−287944号、特開昭63−287947号、特開平1−271741号、特願平10−116232号等に記載される酸基を含有するウレタン系バインダーポリマーや、特開2002−107918に記載される酸基と二重結合を側鎖に有するウレタン系バインダーポリマーは、非常に、強度に優れるので、耐刷性・低露光適性の点で有利である。
また、欧州特許993966、欧州特許1204000、特開2001−318463等に記載の酸基を有するアセタール変性ポリビニルアルコール系バインダーポリマーは、膜強度、現像性のバランスに優れており、好適である。
さらにこの他に水溶性線状有機ポリマーとして、ポリビニルピロリドンやポリエチレンオキサイド等が有用である。また硬化皮膜の強度を上げるためにアルコール可溶性ナイロンや2,2−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)−プロパンとエピクロロヒドリンのポリエーテル等も有用である。
本発明で使用しうるバインダーポリマーの重量平均分子量としては、好ましくは3、000以上であり、さらに好ましくは5,000〜30万の範囲であり、数平均分子量については好ましくは1、000以上であり、さらに好ましくは2、000〜25万の範囲である。多分散度(重量平均分子量/数平均分子量)は1以上が好ましく、さらに好ましくは1.1〜10の範囲である。
これらのバインダーポリマーは、ランダムポリマー、ブロックポリマー、グラフトポリマー等いずれでもよい。
本発明で用いうるバインダーポリマーは、従来公知の方法により合成できる。合成する際に用いられる溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン、エチレンジクロリド、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、アセトン、メタノール、エタノール、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、2−メトキシエチルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、1−メトキシ−2−プロパノール、1−メトキシ−2−プロピルアセテート、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、トルエン、酢酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、ジメチルスルホキシド、水等が挙げられる。これらの溶媒は単独で又は2種以上混合して用いられる。
本発明において用いうるバインダーポリマーを合成する際に用いられるラジカル重合開始剤としては、アゾ系開始剤、過酸化物開始剤等公知の化合物が挙げられる。
バインダーポリマーは、顔料分散時に添加し分散する際に添加することも可能であり、また、分散済みの分散液を用いて硬化性組成物を調製時に添加することも可能である。バインダーポリマーは、硬化性組成物調製時に、全固形分中、好ましくは0重量%〜50重量%、より好ましくは2重量%〜30重量%であることが好ましい。
また、本発明において、液晶用或いは固体撮像素子用カラーフィルタでアルカリ現像による画像形成に用いられる場合には、酸基及び/又は親水性基を有することが好ましく、好ましい酸基としては、カルボキシル基、スルホンアミド基、スルホン酸基、ホスホン酸基、フェノール基であり、現像性と感度の観点から好ましい酸価は0.1mmol/g〜10mmol/gであり、より好ましくは0.2mmol/g〜5mmol/g、最も好ましくは0.3mmol/g〜3mmol/gである。
親水性基とは、前述の酸基の金属塩或いは、アンモニウム、ホスホニウム、スルホニウム、ヨードニウム等の有機カチオンの塩、或いはアンモニウム塩、水酸基、アルキレンオキシド基を有することが好ましい。
<密着性基を有する化合物>
本発明の硬化性組成物をカラーフィルタの着色パターン形成に用いる場合、基板との密着性を向上させる目的で、基板に対して密着性を向上させる密着性基を有する化合物を併用することが好ましい。
本発明で密着性基とは、カラーフィルタに用いられる基板への密着性を有すれば、使用することが可能であるが、特にガラス基板またはシリコン基板への吸着性を有する化合物が好ましい。
このような化合物が有する好ましい密着性基は、スルホン酸基、ホスホン酸基、カルボキシル基などの酸基;これら酸のエステル基;これら酸の金属塩;これら金属のオニウム塩;アンモニウム基、ピリジニウム基などのオニウム基;アルコキシシリル基などの加水分解によりシラノール基を生成する置換基;フェノール性水酸基、N−オキシド基などの両性イオン性基;イミノ二酢酸などのキレート性基から選択される基であることが好ましい。
密着性の観点から好ましくは、アルコキシシリル基、及び/またはその加水分解した基が好ましい。
<その他の添加剤>
また、本発明では、必要に応じ、現像性を向上する基、炭素炭素二重結合性基、環状アルコキシ基など感度を向上させる基を有する化合物を併用することが可能である。また、このような機能を有する置換基を、他の成分に導入して適用することもできる。
現像性を向上させる基として、ヘテロ原子を有する官能基が好ましく、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、ウレタン基、アミド基、チオール基、スルホ基、ウレア基などを有することができる。
感度を向上させる基としては、メタクリル基、アクリル基、スチリル基、ビニルエーテル基、アリル基、環状アルケニル基、フリル基、オキセタン基、エポキシ基、テトラヒドロフラン基を有することが好ましい。感度の観点からメタクリル基、アクリル基、スチリル基を有することが好ましい。
<増感剤>
本発明の硬化性組成物は、ラジカル開始剤のラジカル発生効率の向上、感光波長の長波長化の目的で、増感剤を含有していてもよい。本発明に用いることができる増感剤としては、前記した光重合開始剤に対し、電子移動機構又はエネルギー移動機構で増感させるものが好ましい。
本発明に用いることができる増感剤としては、以下に列挙する化合物類に属しており、且つ300nm〜450nmの波長領域に吸収波長を有するものが挙げられる。
好ましい増感剤の例としては、以下の化合物類に属しており、かつ330nmから450nm域に吸収波長を有するものを挙げることができる。
例えば、多核芳香族類(例えば、フェナントレン、アントラセン、ピレン、ペリレン、トリフェニレン、9,10−ジアルコキシアントラセン)、キサンテン類(例えば、フルオレッセイン、エオシン、エリスロシン、ローダミンB、ローズベンガル)、チオキサントン類(イソプロピルチオキサントン、ジエチルチオキサントン、クロロチオキサントン)、シアニン類(例えばチアカルボシアニン、オキサカルボシアニン)、メロシアニン類(例えば、メロシアニン、カルボメロシアニン)、フタロシアニン類、チアジン類(例えば、チオニン、メチレンブルー、トルイジンブルー)、アクリジン類(例えば、アクリジンオレンジ、クロロフラビン、アクリフラビン)、アントラキノン類(例えば、アントラキノン)、スクアリウム類(例えば、スクアリウム)、アクリジンオレンジ、クマリン類(例えば、7−ジエチルアミノ−4−メチルクマリン)、ケトクマリン、フェノチアジン類、フェナジン類、スチリルベンゼン類、アゾ化合物、ジフェニルメタン、トリフェニルメタン、ジスチリルベンゼン類、カルバゾール類、ポルフィリン、スピロ化合物、キナクリドン、インジゴ、スチリル、ピリリウム化合物、ピロメテン化合物、ピラゾロトリアゾール化合物、ベンゾチアゾール化合物、バルビツール酸誘導体、チオバルビツール酸誘導体、アセトフェノン、ベンゾフェノン、チオキサントン、ミヒラーズケトンなどの芳香族ケトン化合物、N−アリールオキサゾリジノンなどのヘテロ環化合物などが挙げられる。
等が挙げられ、更に欧州特許第568,993号明細書、米国特許第4,508,811号明細書、同5,227,227号明細書、特開2001−125255号公報、特開平11−271969号公報等に記載の化合物等などが挙げられる。
より好ましい増感剤の例としては、下記一般式(i)〜(iv)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2009128871
一般式(i)中、Aは硫黄原子又はNR50を表し、R50はアルキル基又はアリール基を表し、Lは隣接するA及び隣接炭素原子と共同して色素の塩基性核を形成する非金属原子団を表し、R51およびR52はそれぞれ独立に水素原子又は一価の非金属原子団を表し、R51およびR52は互いに結合して、色素の酸性核を形成してもよい。Wは酸素原子又は硫黄原子を表す。
Figure 2009128871
一般式(ii)中、Ar及びArはそれぞれ独立にアリール基を表し、−L−による結合を介して連結している。ここでLは−O−又は−S−を表す。また、Wは一般式(i)に示したものと同義である。
Figure 2009128871
一般式(iii)中、Aは硫黄原子又はNR59を表し、Lは隣接するA及び炭素原子と共同して色素の塩基性核を形成する非金属原子団を表し、R53、R54、R55、R56、R57及びR58はそれぞれ独立に一価の非金属原子団の基を表し、R59はアルキル基又はアリール基を表す。
Figure 2009128871
一般式(iv)中、AおよびAはそれぞれ独立に−S−又は−NR62−又は−NR63−を表し、R62およびR63はそれぞれ独立に置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアリール基を表し、LおよびLはそれぞれ独立に、隣接するA、A及び隣接炭素原子と共同して色素の塩基性核を形成する非金属原子団を表し、R60およびR61はそれぞれ独立に一価の非金属原子団であるか又は互いに結合して脂肪族性又は芳香族性の環を形成することができる。
一般式(i)〜(iv)で表される化合物の好ましい具体例としては、以下に示すものが挙げられる。
Figure 2009128871
増感剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
本発明の硬化性組成物中における増感剤の含有量は、深部への光吸収効率と開始分解効率の観点から、固形分換算で、0.1〜20質量%であることが好ましく、0.5〜15質量%がより好ましい。
<共増感剤>
本発明の硬化性組成物は、共増感剤を含有することも好ましい。本発明において共増感剤は、増感色素や開始剤の活性放射線に対する感度を一層向上させる、あるいは酸素による重合性化合物の重合阻害を抑制する等の作用を有する。
この様な共増感剤の例としては、アミン類、例えばM.R.Sanderら著「Journal of Polymer Society」第10巻3173頁(1972)、特公昭44−20189号公報、特開昭51−82102号公報、特開昭52−134692号公報、特開昭59−138205号公報、特開昭60−84305号公報、特開昭62−18537号公報、特開昭64−33104号公報、Research Disclosure 33825号記載の化合物等が挙げられ、具体的には、トリエタノールアミン、p−ジメチルアミノ安息香酸エチルエステル、p−ホルミルジメチルアニリン、p−メチルチオジメチルアニリン等が挙げられる。
共増感剤の別の例としては、チオール及びスルフィド類、例えば、特開昭53−702号公報、特公昭55−500806号公報、特開平5−142772号公報記載のチオール化合物、特開昭56−75643号公報のジスルフィド化合物等が挙げられ、具体的には、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−4(3H)−キナゾリン、β−メルカプトナフタレン等が挙げられる。
また、共増感剤の別の例としては、アミノ酸化合物(例、N−フェニルグリシン等)、特公昭48−42965号公報記載の有機金属化合物(例、トリブチル錫アセテート等)、特公昭55−34414号公報記載の水素供与体、特開平6−308727号公報記載のイオウ化合物(例、トリチアン等)等が挙げられる。
これら共増感剤の含有量は、重合成長速度と連鎖移動のバランスによる硬化速度の向上の観点から、硬化性組成物の全固形分の質量に対し、0.1〜30質量%の範囲が好ましく、1〜25質量%の範囲がより好ましく、0.5〜20質量%の範囲が更に好ましい。
<重合禁止剤>
本発明においては、硬化性組成物の製造中あるいは保存中において重合可能なエチレン性不飽和二重結合を有する化合物の不要な熱重合を阻止するために少量の熱重合防止剤を添加することが望ましい。
本発明に用いうる熱重合防止剤としては、ハイドロキノン、p−メトキシフェノール、ジ−t−ブチル−p−クレゾール、ピロガロール、t−ブチルカテコール、ベンゾキノン、4,4’−チオビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、N−ニトロソフェニルヒドロキシアミン第一セリウム塩等が挙げられる。
熱重合防止剤の添加量は、全組成物の質量に対して約0.01質量%〜約5質量%が好ましい。また必要に応じて、酸素による重合阻害を防止するためにベヘン酸やベヘン酸アミドのような高級脂肪酸誘導体等を添加して、塗布後の乾燥の過程で感光層の表面に偏在させてもよい。高級脂肪酸誘導体の添加量は、全組成物の約0.5質量%〜約10質量%が好ましい。
<その他の添加剤>
さらに、本発明においては、硬化皮膜の物性を改良するために無機充填剤や、可塑剤、感光層表面のインク着肉性を向上させうる感脂化剤等の公知の添加剤を加えてもよい。
可塑剤としては例えばジオクチルフタレート、ジドデシルフタレート、トリエチレングリコールジカプリレート、ジメチルグリコールフタレート、トリクレジルホスフェート、ジオクチルアジペート、ジブチルセバケート、トリアセチルグリセリン等があり、結合剤を使用した場合、エチレン性不飽和二重結合を有する化合物と結合剤との合計質量に対し10質量%以下添加することができる。
前記本発明の硬化性組成物は高感度で硬化し、かつ、保存安定性も良好である。また、硬化性組成物を適用する基板などの硬質材料表面への高い密着性を示す。従って、本発明の硬化性組成物は、3次元光造形やホログラフィー、カラーフィルタといった画像形成材料やインク、塗料、接着剤、コーティング剤等の分野において好ましく使用することができる。
[カラーフィルタ]
次に、前記本発明の硬化性組成物により形成される着色パターンを有する本発明のカラーフィルタにつて、その製造方法とともに説明する。
本発明のカラーフィルタは、支持体上に、本発明の硬化性組成物を用いてなる着色パターンを有することを特徴とする。
以下、本発明のカラーフィルタについて、その製造方法を通じて詳述する。
支持体上に、本発明の硬化性組成物を塗布して硬化性組成物層を形成する工程(以下、適宜「硬化性組成物層形成工程」と略称する。)と、前記硬化性組成物層をマスクを介して露光する工程(以下、適宜「露光工程」と略称する。)と、露光後の前記硬化性組成物層を現像して着色パターンを形成する工程(以下、適宜「現像工程」と略称する。)と、を含むことを特徴とする。
以下、本発明の製造方法における各工程について説明する。
<硬化性組成物層形成工程>
硬化性組成物層形成工程では、支持体上に、本発明の硬化性組成物を塗布して硬化性組成物層を形成する。
本工程に用いうる支持体としては、例えば、液晶表示素子等に用いられるソーダガラス、パイレックス(登録商標)ガラス、石英ガラスおよびこれらに透明導電膜を付着させたものや、撮像素子等に用いられる光電変換素子基板、例えばシリコン基板等や、相補性金属酸化膜半導体(CMOS)等が挙げられる。これらの基板は、各画素を隔離するブラックストライプが形成されている場合もある。
また、これらの支持体上には、必要により、上部の層との密着改良、物質の拡散防止或いは基板表面の平坦化のために下塗り層を設けてもよい。
支持体上への本発明の硬化性組成物の塗布方法としては、スリット塗布、インクジェット法、回転塗布、流延塗布、ロール塗布、スクリーン印刷法等の各種の塗布方法を適用することができる。
硬化性組成物の塗布膜厚としては、0.1〜10μmが好ましく、0.2〜5μmがより好ましく、0.2〜3μmがさらに好ましい。
基板上に塗布された光硬化性組成物層の乾燥(プリベーク)は、ホットプレート、オーブン等で50℃〜140℃の温度で10〜300秒で行うことができる。
<露光工程>
露光工程では、前記硬化性組成物層形成工程において形成された硬化性組成物層を、所定のマスクパターンを有するマスクを介して露光する。
本工程における露光は、塗布膜のパターン露光は、所定のマスクパターンを介して露光し、光照射された塗布膜部分だけを硬化させ、現像液で現像して、各色(3色あるいは4色)の画素からなるパターン状皮膜を形成することにより行うことができる。露光に際して用いることができる放射線としては、特に、g線、i線等の紫外線が好ましく用いられる。照射量は5〜1500mJ/cmが好ましく10〜1000mJ/cmがより好ましく、10〜500mJ/cmが最も好ましい。
本発明のカラーフィルタが液晶表示素子用である場合は、上記範囲の中で5〜200mJ/cmが好ましく10〜150mJ/cmがより好ましく、10〜100mJ/cmが最も好ましい。また、本発明のカラーフィルタが固体撮像素子用である場合は、上記範囲の中で30〜1500mJ/cmが好ましく50〜1000mJ/cmがより好ましく、80〜500mJ/cmが最も好ましい。
<現像工程>
次いでアルカリ現像処理を行うことにより、上記露光により光未照射部分をアルカリ水溶液に溶出させ、光硬化した部分だけが残る。現像液としては、下地の回路などにダメージを起さない、有機アルカリ現像液が望ましい。現像温度としては通常20℃〜30℃であり、現像時間は20〜90秒である。
現像液に用いるアルカリ剤としては、例えば、アンモニア水、エチルアミン、ジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、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、コリン、ピロール、ピペリジン、1,8−ジアザビシクロ−[5、4、0]−7−ウンデセンなどの有機アルカリ性化合物が挙げられ、これらのアルカリ剤を濃度が0.001〜10質量%、好ましくは0.01〜1質量%となるように純水で希釈したアルカリ性水溶液が現像液として好ましく使用される。なお、このようなアルカリ性水溶液からなる現像液を使用した場合には、一般に現像後純水で洗浄(リンス)する。また、必要に応じて、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化カルシウム等の無機アルカリ性化合物を有する水溶液も使用することができる。
次いで、余剰の現像液を洗浄除去し、乾燥を施した後に加熱処理(ポストベーク)を行う。このように各色ごとに前記工程を順次繰り返して硬化皮膜を製造することができる。
これによりカラーフィルターが得られる。
ポストベークは、硬化を完全なものとするための現像後の加熱処理であり、通常100℃〜240℃の熱硬化処理を行う。基板がガラス基板またはシリコン基板の場合は上記温度範囲の中でも200℃〜240℃が好ましい。
このポストベーク処理は、現像後の塗布膜を、上記条件になるようにホットプレートやコンベクションオーブン(熱風循環式乾燥機)、高周波加熱機等の加熱手段を用いて、連続式あるいはバッチ式で行うことができる。
なお、本発明の製造方法においては、上述した、硬化性組成物層形成工程、露光工程、及び現像工程を行った後に、必要により、形成された着色パターンを加熱及び/又は露光により硬化する硬化工程を含んでいてもよい。
以上説明した、硬化性組成物層形成工程、露光工程、及び現像工程(更に、必要により硬化工程)を所望の色相数だけ繰り返すことにより、所望の色相よりなるカラーフィルタが作製される。
本発明の硬化性組成物の用途として、主にカラーフィルタの画素への用途を主体に述べてきたが、カラーフィルタの画素間に設けられるブラックマトリックスにも適用できることは言うまでもない。ブラックマトリックスは、本発明の硬化性組成物に着色剤として、カーボンブラック、チタンブラックなどの黒色の着色剤を添加したものを用いる他は、上記画素の作製方法と同様に、パターン露光、アルカリ現像し、更にその後、ポストベークして膜の硬化を促進させて形成させることができる。
本発明のカラーフィルタは、前記本発明の硬化性組成物を用いているため、形成された着色パターンが支持体基板との高い密着性を示し、硬化した組成物は耐現像性に優れるため、露光感度に優れ、露光部の基板との密着性が良好であり、かつ、所望の断面形状を与える高解像度のパターンを形成することができる。従って、液晶表示素子やCCD等の固体撮像素子に好適に用いることができ、特に100万画素を超えるような高解像度のCCD素子やCMOS等に好適である。本発明のカラーフィルタは、例えば、CCDを構成する各画素の受光部と集光するためのマイクロレンズとの間に配置されるカラーフィルタとして用いることができる。
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、以下の実施例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「%」「部」は質量基準である。
(実施例1〜5および比較例1)
<顔料分散組成物の調製1>
下記組成(1)の成分を混合し、ホモジナイザーを用いて回転数3,000r.p.m.で3時間撹拌して混合し、(A)顔料を含む混合溶液を調製した。
〔組成(1)〕
・C.I.ピグメントレッド254[(A)成分] 80部
・C.I.ピグメントイエロー139[(A)成分] 20部
・シクロヘキシルメタクリレート/ベンジルメタアクリレート/メタアクリル酸共重合体(=45/50/5[重量比]、重量平均分子量20000、酸価33)の1−メトキシ−2−プロピルアセテート溶媒の30%溶液[バインダーポリマー] 40部
・ソルスパース24000GR(日本ルーブリゾール社製、ポリエステル系分散剤)
[(C)成分] 40部
・1−メトキシ−2−プロピルアセテート[(D)成分] 600部
・(B)特定化合物(表1に示す化合物) 4部
Figure 2009128871
続いて、上記より得られた混合溶液を、さらに0.3mmφジルコニアビーズを用いたビーズ分散機ディスパーマット(GETZMANN社製)にて6時間分散処理を行い、その後さらに、減圧機構付き高圧分散機NANO−3000−10(日本ビーイーイー(株)製)を用いて、2000kg/cmの圧力下で流量500g/minとして分散処理を行った。この分散処理を10回繰り返し、赤色の顔料分散組成物(実施例1〜5および比較例1)を得た。
<顔料分散組成物の評価>
得られた顔料分散組成物について下記の評価を行った。
(1)粘度の測定、評価
得られた顔料分散組成物について、E型粘度計(東機産業社製、RE550L)を用いて、分散直後の顔料分散組成物の粘度ηおよび分散後(室温25℃〜28℃にて)1週間経過した後の顔料分散組成物の粘度ηを測定し、増粘の程度を評価し、1週間後と分散後の差が5(mPa・s)以下であれば、良好であることを示す。結果を表1に併記する。
前記表1に示すように、本発明の顔料分散液は、顔料の経時的な分散安定性に優れることがわかる。他方、(B)特定化合物を含まない比較例1は、(C)分散剤を含有していても、実施例に比べ、顔料の分散安定性に劣るものであった。
(実施例6〜11および比較例2)
以下、実施例1〜5、比較例1の顔料分散液を用いて、固体撮像素子用途のカラーフィルタ形成用として着色剤を含有する硬化性組成物を調整した例を挙げて説明する。
[2.カラーフィルタの作製]
2−1.下塗り層付シリコン基板の作製
下記組成(2)の成分を混合して溶解し、下塗り層用にレジスト液を調製した。
〔組成(2)〕
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 19.20部
(PGMEA:溶剤)
・乳酸エチル 36.67部
・バインダーポリマー 30.51部
〔メタクリル酸ベンジル/メタクリル酸/メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル共重合体(モル比=60/22/18)の40%PGMEA溶液〕
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート 12.20部
[(E)成分]
・重合禁止剤(p−メトキシフェノール) 0.0061部
・フッ素系界面活性剤 0.83部
(F−475、大日本インキ化学工業(株)製)
・光重合開始剤[(F)成分] 0.586部
(TAZ−107(トリハロメチルトリアジン系の光重合開始剤)、みどり化学社製)
6inchシリコンウエハーをオーブン中で200℃のもと30分加熱処理した。次いで、このシリコンウエハー上に前記レジスト液を乾燥膜厚が2μmになるように塗布し、更に220℃のオーブン中で1時間加熱乾燥させて下塗り層を形成し、下塗り層付シリコンウエハー基板を得た。
2−2.硬化性組成物(塗布液)の調製
前記で得られた実施例1〜5,比較例1の顔料分散液に、更に下記成分を添加し、撹拌混合して実施例6〜11、比較例2の硬化性組成物の溶液を調製した。
・顔料分散液(表2に記載の組成物) 100重量部
・DPHA(日本化薬社製) 4.0重量部
・(F)光重合開始剤(表2記載の化合物) 0.5重量部
・アリルメタクリレート/メタクリル酸(mol比、75/25、
重量平均分子量 57,000)[バインダーポリマー] 1.0重量部
・界面活性剤(商品名:テトラニック150R1、BASF社) 0.2重量部
・溶剤:PGMEA 100重量部
Figure 2009128871
前記表2において使用した(F)光重合開始剤の構造を以下に示す。
Figure 2009128871
〔着色硬化性組成物によるカラーフィルタの作製及び評価〕
−パターンの形成と感度の評価−
前記の如くして得られた実施例6〜11および比較例2の着色剤含有硬化性組成物を、前記下塗り層付シリコン基板上に塗布し、硬化性組成物層(塗布膜)を形成した。そして、この塗布膜の乾燥膜厚が0.9μmになるように、100℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行なった。
次いで、i線ステッパー露光装置FPA−3000i5+(Canon(株)製)を使用して365nmの波長でパターンが1.4μm四方のIslandパターンマスクを通し、1.4μm四方のIslandパターンが得られるように100mJ/cmの露光量で露光した。
その後、照射された塗布膜が形成されているシリコンウエハー基板をスピン・シャワー現像機(DW−30型、(株)ケミトロニクス製)の水平回転テーブル上に載置し、CD−2000(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製)を用いて23℃で60秒間パドル現像を行ない、シリコンウエハー基板に着色パターンを形成した。
着色パターンが形成されたシリコンウエハー基板を真空チャック方式で前記水平回転テーブルに固定し、回転装置によって該シリコンウエハー基板を回転数50r.p.m.で回転させつつ、その回転中心の上方より純水を噴出ノズルからシャワー状に供給してリンス処理を行ない、その後スプレー乾燥した。その後、測長SEM「S−9260A」(日立ハイテクノロジーズ(株)製)を用いて、1.6μm四方の着色パターンを形成し露光工程において、光が照射されなかった領域(未露光部)の残渣の有無を観察し、現像性を評価した。結果を表2に併記する。
表2に明らかなように、本発明の顔料分散液を用いた実施例6〜11の硬化性組成物は、露光量100mJ/cmの条件で硬化することから高感度が維持されており、且つ、現像性にも優れていることがわかる。他方、比較例1の顔料分散液を用いた比較例2の硬化性組成物では、残渣が発生し、十分な現像性が得られないことがわかる。
(実施例12〜16および比較例3)
<顔料分散組成物2の調製>
1−1.顔料の混練分散処理
まず、下記各成分を2本ロールで混練分散処理をした。
・C.I.ピグメントグリーン36[(A)成分] 50質量部
・C.I.ピグメントイエロー150[(A)成分] 50質量部
・樹脂溶液(ベンジルメタクリレート/メタクリル酸/ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体、mol比:80/10/10、Mw:10000、溶剤:プロピレングリコールメチルエーテルアセテート60%、樹脂固形分濃度:40%)
50質量部
・ソルスパース32000GR(日本ルーブリゾール社、ポリエステル系分散剤:[(C)成分)] 35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:[(D)成分] 30質量部
・(B)特定化合物(表3に示す化合物) 5重量部
更に上記で得られた分散物に下記成分を加えサンドミルで一昼夜微分散処理をし、実施例12〜16、比較例3の顔料分散液を得た。
・溶剤:プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)
350質量部
Figure 2009128871
<顔料分散組成物の評価>
得られた実施例12〜16、比較例3の顔料分散液について下記の評価を行った。
(1)粘度の測定、評価
得られた顔料分散組成物について、E型粘度計(東機産業社製、RE550L)を用いて、分散直後の顔料分散組成物の粘度ηおよび分散後(室温25℃〜28℃にて)1週間経過した後の顔料分散組成物の粘度ηを測定し、増粘の程度を評価した。1週間後と分散後の差が5(mPa・s)以下であれば、良好であることを示す。結果を表3に併記する。
前記表3に示すように、本発明の顔料分散液は、顔料の経時的な分散安定性に優れることがわかる。他方、(B)特定化合物を含まない比較例3は、(C)分散剤を含有していても、実施例に比べ、顔料の分散安定性に劣るものであった。
(実施例17〜22および比較例4)
[カラーフィルタの作製]
以下、実施例12〜16、比較例3の顔料分散液を用いて固体撮像素子用途のカラーフィルタ形成用として着色剤を含有する硬化性組成物を調整した例を挙げて説明する。
2−1.下塗り層付シリコン基板の作製
下記組成(3)の成分を混合して溶解し、下塗り層用にレジスト液を調製した。
〔組成(3)〕
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 19.20部
(PGMEA:溶剤)
・乳酸エチル 36.67部
・バインダーポリマー 30.51部
〔メタクリル酸ベンジル/メタクリル酸(モル比=75/25)の40%PGMEA溶液〕
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート 12.20部
〔(E)成分〕
・重合禁止剤(p−メトキシフェノール) 0.0065部
・フッ素系界面活性剤 0.80部
(F−475、大日本インキ化学工業(株)製)
・(F)光重合開始剤(表4に記載の化合物) 0.50部
6inchシリコンウエハーをオーブン中で200℃のもと30分加熱処理した。次いで、このシリコンウエハー上に前記レジスト液を乾燥膜厚が2μmになるように塗布し、更に220℃のオーブン中で1時間加熱乾燥させて下塗り層を形成し、下塗り層付シリコンウエハー基板を得た。
2−2.硬化性組成物(塗布液)の調製
前記で得られた実施例12〜16、比較例3の顔料分散液に、更に下記成分を添加し、撹拌混合して硬化性組成物溶液を調製した。
・上記顔料分散液 100重量部
・ペンタエリスリトールテトラアクリレート 3.8重量部
・(F)光重合開始剤〔表4記載の化合物〕 0.5重量部
・ベンジルメタクリレート/メタクリル酸
(mol比、70/30、重量平均分子量70,000) 0.7重量部
・界面活性剤(商品名:テトラニック150R1、BASF社) 0.2重量部
・溶剤:PGMEA 100重量部
Figure 2009128871
前記表4において使用した重合開始剤は、前記表2において使用したものと同様の化合物である。
〔着色硬化性組成物によるカラーフィルタの作製及び評価〕
−パターンの形成と感度の評価−
前記の如くして得られた実施例17〜22、比較例4の着色剤含有硬化性組成物を、前記下塗り層付シリコン基板上に塗布し、硬化性組成物層(塗布膜)を形成した。そして、この塗布膜の乾燥膜厚が0.9μmになるように、100℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行なった。
次いで、i線ステッパー露光装置FPA−3000i5+(Canon(株)製)を使用して365nmの波長でパターンが1.4μm四方のIslandパターンマスクを通し、1.4μm四方のIslandパターンが得られるように100mJ/cmの露光量で露光した。
その後、照射された塗布膜が形成されているシリコンウエハー基板をスピン・シャワー現像機(DW−30型、(株)ケミトロニクス製)の水平回転テーブル上に載置し、CD−2000(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製)を用いて23℃で60秒間パドル現像を行ない、シリコンウエハー基板に着色パターンを形成した。
着色パターンが形成されたシリコンウエハー基板を真空チャック方式で前記水平回転テーブルに固定し、回転装置によって該シリコンウエハー基板を回転数50r.p.m.で回転させつつ、その回転中心の上方より純水を噴出ノズルからシャワー状に供給してリンス処理を行ない、その後スプレー乾燥した。その後、測長SEM「S−9260A」(日立ハイテクノロジーズ(株)製)を用いて、1.6μm四方の着色パターンを形成し露光工程において、光が照射されなかった領域(未露光部)の残渣の有無を観察し、現像性を評価した。結果を表4に併記する。
表4に明らかなように、本発明の顔料分散液を用いた実施例17〜22の硬化性組成物は、現像性に優れていることがわかる。他方、比較例3の顔料分散液を用いた比較例4の硬化性組成物では、残渣が発生し、十分な現像性が得られないことがわかる。
(実施例23〜27および比較例5)
<顔料分散組成物の調製3>
下記組成(4)の成分を混合し、ホモジナイザーを用いて回転数3,000r.p.m.で3時間撹拌して混合し、顔料を含む混合溶液を調製した。
〔組成(4)〕
・C.I.ピグメントレッド254〔(A)成分〕 80部
・C.I.ピグメントイエロー139〔(A)成分〕 20部
・ベンジルメタアクリレート/メタアクリル酸/末端メタクリロイル化ポリメチルメタクリレート(AA−6、東亜合成化学工業(株)製)共重合体(=15/10/75[重量比]、重量平均分子量20000、酸価52)(重合体1) 20部
・ソルスパース24000GR〔日本ルーブリゾール社製、ポリエステル系分散剤:[(C)成分〕 30部
・(B)特定化合物〔表5記載の化合物〕 3部
・1−メトキシ−2−プロピルアセテート[(D)成分] 820部
続いて、上記より得られた混合溶液を、さらに0.3mmφジルコニアビーズを用いたビーズ分散機ディスパーマット(GETZMANN社製)にて6時間分散処理を行ない、その後さらに、減圧機構付き高圧分散機NANO−3000−10(日本ビーイーイー(株)製)を用いて、2000kg/cmの圧力下で流量500g/minとして分散処理を行なった。この分散処理を10回繰り返し、赤色の顔料分散組成物を得た。
Figure 2009128871
<顔料分散組成物の評価>
得られた顔料分散液について、下記の評価を行った。
(1)粘度の測定、評価
得られた顔料分散組成物について、E型粘度計(東機産業社製、RE550L)を用いて、分散直後の顔料分散組成物の粘度ηおよび分散後(室温にて)1週間経過した後の顔料分散組成物の粘度ηを測定し、増粘の程度を評価した。評価結果を表5に併記する。ここで、粘度が変化が少ないことは、分散安定性が良好であることを示す。
前記表5より本発明の顔料分散液は、顔料の分散性、分散安定性に優れることがわかる。
(実施例28〜34および比較例6)
<2.カラーフィルタの作製>
2−1.硬化性組成物(塗布液)の調製
前記で得られた実施例23〜27、比較例5の顔料分散液に、更に下記成分を添加し、撹拌混合して硬化性組成物溶液を調製した。
・上記顔料分散液 100重量部
・DPHA(日本化薬社製) 3.8重量部
・(F)光重合開始剤〔表6記載の化合物〕 〔1.5重量部又は2.5重量部〕
・ベンジルメタクリレート/メタクリル酸
(mol比、70/30、重量平均分子量70,000) 0.7重量部
・界面活性剤(商品名:テトラニック150R1、BASF社) 0.2重量部
・溶剤:PGMEA 100重量部
Figure 2009128871
前記表6に用いた(F)光重合開始剤(I−3)は、4−ベンズオキソラン−2,6−ジ(トリクロロメチル)−s−トリアジンである。表6中の他の光重合開始剤の構造を以下に示す。
Figure 2009128871
2−2.硬化性組成物層の形成
上記顔料を含有する硬化性組成物をレジスト溶液として、550mm×650mmのガラス基板に下記条件でスリット塗布した後、10分間そのままの状態で待機させ、真空乾燥とプレベーク(prebake)(100℃80秒)を施して硬化性組成物塗膜(硬化性組成物層)を形成した。
(スリット塗布条件)
塗布ヘッド先端の開口部の間隙: 50μm
塗布速度: 100mm/秒
基板と塗布ヘッドとのクリヤランス: 150μm
塗布厚(乾燥厚): 2μm
塗布温度: 23℃
2−3.露光、現像
その後、2.5kwの超高圧水銀灯を用いて光硬化性塗布膜を、線幅20μmのテスト用フォトマスクを用いてパターン状に露光し、露光後、塗布膜の全面を富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製 アルカリ現像液 CDK−1、の1%水溶液で被い、40秒間静止した。
2−4.加熱処理
静止後、純水をシャワー状に噴射して現像液を洗い流し、かかる光硬化処理及び現像処理を施した塗布膜を220℃のオーブンにて1時間加熱した(ポストベーク)。これにより、ガラス基板上に着色樹脂皮膜(カラーフィルタ)を形成した。
〔3.カラーフィルタの性能評価〕
上記で調整された着色硬化性組成物塗布液の保存安定性、及び該着色硬化性組成物を用いてガラス基板上に形成された硬化性組成物塗布膜(着色層)を100mJ/cmの露光量で露光、現像し、ポストベイク後、非画像部の残渣の有無を観察し、現像性を評価した。結果を表6に併記する。
表6から明らかなように、本発明の顔料分散液を用いた実施例28〜34の硬化性組成物は、現像性に優れていることがわかる。他方、比較例5の顔料分散液を用いた比較例6の硬化性組成物では、残渣が発生し、十分な現像性が得られないことがわかる。

Claims (6)

  1. (A)顔料、(B)ボロン酸基を有する化合物、(C)分散剤、及び、(D)溶媒を含有することを特徴とする顔料分散液。
  2. 前記(A)顔料は、(A−1)ウレア構造、または、イミド構造を有する顔料であることを特徴とする請求項1に記載の顔料分散液。
  3. 前記(A)顔料は、(A−2)バルビツール骨格を有する顔料であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の顔料分散液。
  4. 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の顔料分散液、(E)重合性化合物、および、(F)光重合開始剤を含有することを特徴とする硬化性組成物。
  5. 請求項4に記載の硬化性組成物により形成された着色パターンを有することを特徴とするカラーフィルタ。
  6. 請求項4に記載の硬化性組成物により形成された着色パターンを有することを特徴とする固体撮像素子。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016018133A (ja) * 2014-07-09 2016-02-01 Jsr株式会社 感放射線性樹脂組成物、硬化膜及びその形成方法、並びに表示素子

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