JP2012008537A - 硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物、硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物の製造方法、硬化膜、硬化膜の形成方法及び表示素子 - Google Patents

硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物、硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物の製造方法、硬化膜、硬化膜の形成方法及び表示素子 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明の目的は、保存安定性と低温焼成を両立し、かつ充分な放射線感度を有する硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物、耐熱性、耐薬品性、透過率、平坦性及び耐線熱膨張性に優れる硬化膜、並びに電圧保持率に優れる表示素子を提供することである。
【解決手段】本発明は、[A](a1)カルボキシル基含有構造単位及び(a2)エポキシ基含有構造単位を有する共重合体、[B]エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物、[C]感放射線性重合開始剤、[D]水酸基又はカルボキシル基を有する化合物、並びに[E]アミン化合物を含有し、25℃における粘度が1.0mPa・s以上50mPa・s以下である硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物である。
【選択図】なし

Description

本発明は、硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物、硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物の製造方法、硬化膜、硬化膜の形成方法及び表示素子に関する。
薄膜トランジスタ(TFT)型液晶表示素子等の電子部品は、一般に層状に配置される配線間を絶縁するために層間絶縁膜が設けられている。例えばTFT型液晶表示素子は、層間絶縁膜上に透明電極膜を形成し、さらにその上に液晶配向膜を形成する工程を経て製造される。かかる層間絶縁膜は、透明電極膜の形成工程において高温条件や、電極のパターン形成に使用されるレジストの剥離液に曝されるため、これらに対する十分な耐熱性及び耐薬品性が必要となる。また、このような硬化膜の形成に用いられる感放射線性樹脂組成物には、放射線の照射時間の短縮化(即ち、高い放射線感度)及び良好な保存安定性が求められる。
さらに近年、TFT技術を応用した軽量小型なフレキシブルディスプレイが普及している。フレキシブルディスプレイの基板としては、ポリカーボネート等のプラスチック基板が検討されている。プラスチック基板は、加熱により伸張・収縮し、結果としてディスプレイ機能を阻害する不都合がある。そのためフレキシブルディスプレイ製造の加熱工程における低温化が検討されている。例えば特開2009−4394号公報には、低温焼成であっても硬化可能なポリイミド前駆体を含むフレキシブルディスプレイ用のゲート絶縁膜用塗布液が開示されている。しかし、この塗布液は、露光現像によるパターン形成能を有しないため微細なパターン形成が不可能である。さらに、硬化反応の進行が不充分であることに起因してか、得られる硬化膜は耐熱性、耐薬品性の他、透過率、平坦性、耐線熱膨張性等において満足のいくレベルではない。
そこで低温であってもエポキシ系材料の硬化剤として用いられているアミン化合物の添加により架橋反応を進行させる方策も考えられる。しかし、一般的なアミン化合物の添加では、組成物中に存在するエポキシ基との経時的な反応を招来し、保存安定性が低下することがある。
このような状況から、保存安定性と低温焼成を両立し、かつ充分な放射線感度を有する硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物、硬化膜としての要求特性である耐熱性、耐薬品性、透過率、平坦性、耐線熱膨張性等に優れる硬化膜の開発が望まれている。
特開2009−4394号公報
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は保存安定性と低温焼成を両立し、かつ充分な放射線感度を有する硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物、耐熱性、耐薬品性、透過率、平坦性及び耐線熱膨張性に優れる硬化膜、並びに電圧保持率に優れる表示素子を提供することである。
上記課題を解決するためになされた発明は、
[A](a1)カルボキシル基含有構造単位及び(a2)エポキシ基含有構造単位を有する共重合体(以下、「[A]共重合体」とも称する)、
[B]エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物(以下、「[B]重合性化合物」とも称する)、
[C]感放射線性重合開始剤、
[D]水酸基又はカルボキシル基を有する化合物(以下、「[D]化合物」とも称する)、並びに
[E]アミン化合物
を含有し、25℃における粘度が1.0mPa・s以上50mPa・s以下である硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物である。
当該感放射線性樹脂組成物は、アルカリ可溶性樹脂としての[A]共重合体、[B]重合性化合物、及び[C]感放射線性重合開始剤を含有する。感光性材料である当該感放射線性樹脂組成物は、感放射線性を利用した露光・現像によって容易に微細かつ精巧なパターンを形成でき、かつ充分な放射線感度を有する。通常、アミン化合物はエポキシ化合物の架橋反応を促進する硬化促進剤として知られている。当該感放射線性樹脂組成物においても[A]共重合体中のエポキシ基に、[E]アミン化合物が作用し、架橋反応を促進する。この場合、組成物溶液の粘度が増加し、50mPa・s以上になると塗布時の膜厚制御が困難となり、硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物として適用できなくなるが、[D]化合物及び[E]アミン化合物を含有することで、当該感放射線性樹脂組成物の25℃における粘度を1.0mPa・s以上50mPa・s以下に制御することができ保存安定性と低温焼成とを両立できる。
[E]アミン化合物は、[D]化合物に包接可能であることが好ましい。[E]アミン化合物を[D]化合物に包接可能なアミン化合物とすることで、少なくとも一部が包接化合物を形成し、当該感放射線性樹脂組成物は、包接化合物を含有することができ、保存安定性と低温焼成とを両立できる。即ち、室温下においては硬化を促進する[E]アミン化合物が包接された状態であり、エポキシ基の硬化反応をほとんど進行させず、組成物溶液の粘度を増加させることがない。そのため当該感放射線性樹脂組成物は保存安定性が優れたものとなる。一方、当該感放射線性樹脂組成物を所定の温度以上に加熱すると、包接が崩れ[E]アミン化合物が放出され、エポキシ基含有樹脂が架橋し、硬化反応を促進する。また、通常、当該感放射線性樹脂組成物は溶液状態で用いられるところ、溶解性を確保するために極性溶媒を使用することが好ましい。一方、包接化合物は、一般的に固体粉末状であって、アルコール系溶媒、エーテル系溶媒等の極性溶媒に溶解させると包接が崩れるおそれがあることから、組成物溶液等に分散させ使用するとされている。しかし、当該感放射線性樹脂組成物においては、共存する[A]共重合体中のカルボキシル基と包接化合物との相互作用により包接の崩壊を抑制すると考えられ、極性溶媒を使用することができる。さらに、上記相互作用により、カルボキシル基のプロトンがイミダゾールに付加し、カルボキシル基はアニオン化し、カルボアニオンが生成すると考えられる。このカルボアニオンも高い求核性を有するため、結果として包接化合物は[A]共重合体中のエポキシ基の硬化反応を促進する相乗効果をも奏すると考えられる。
[D]化合物は、下記式(1)及び式(2)でそれぞれ表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物であり、[E]アミン化合物が、イミダゾール化合物又はベンゾイミダゾール化合物であることが好ましい。
Figure 2012008537
Figure 2012008537
(式(1)中、Xは、単結合、メチレン基又は炭素数2〜6のアルキレン基である。R〜Rは、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルコキシ基、又は置換基を有していてもよいフェニル基である。
式(2)中、Rは、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、ニトロ基、又は水酸基である。)
[D]化合物及び[E]アミン化合物をそれぞれ上記特定化合物とすることで、包接化合物を効率的に形成することができる。
上記式(1)で表される化合物は、下記式(1−1)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 2012008537
(式(1−1)中、X及びR〜Rは、上記式(1)と同義である。)
上記式(1)で表される化合物を上記式(1−1)で表される化合物とすることで、より保存安定性が向上し、低温における硬化も促進され得る。
当該感放射線性樹脂組成物において、[E]アミン化合物の少なくとも一部は、[D]化合物に包接されていることが好ましい。当該感放射線性樹脂組成物中において[E]アミン化合物の少なくとも一部が[D]化合物に包接され包接化合物を形成することで、保存安定性と低温焼成とを両立できる。
[C]感放射線性重合開始剤は、アセトフェノン化合物及びO−アシルオキシム化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。[C]感放射線性重合開始剤として上記特定化合物を用いることで、低露光量の場合であっても耐熱性等の硬化膜としての要求特性をより向上できる。
当該感放射線性樹脂組成物は、アルコール系溶媒及びエーテル系溶媒からなる群より選ばれる少なくとも1種の溶媒をさらに含有することが好ましい。上記の極性溶媒を含有することで、当該感放射線性樹脂組成物を容易に溶解でき、かつ本発明では上述したように、極性溶媒を使用した場合であっても包接化合物との相互作用により包接の崩壊を抑制することができると考えられる。
25℃における粘度が1.0mPa・s以上50mPa・s以下である当該感放射線性樹脂組成物は、[D]化合物に[E]アミン化合物が包接された包接化合物を、[A]共重合体、[B]重合性化合物、及び[C]感放射線性重合開始剤に混合して調製されることが好ましい。上記工程によると、包接化合物を含有する当該感放射線性樹脂組成物を効率的に製造することができる。
本発明の硬化膜の形成方法は、
(1)当該感放射線性樹脂組成物の塗膜を基板上に形成する工程
(2)上記塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
(3)上記放射線が照射された塗膜を現像する工程、及び
(4)上記現像された塗膜を焼成する工程
を有する。
当該感放射線性樹脂組成物を用いる本発明の形成方法により、耐熱性、耐薬品性、透過率、平坦性及び耐線熱膨張性をバランス良く満足する硬化膜を形成できる。
上記工程(4)の焼成温度は、200℃以下であることが好ましい。当該感放射線性樹脂組成物は、上述のように低温焼成を実現すると共に保存安定性を両立し、かつ充分な放射線感度を有する。従って、当該感放射線性樹脂組成物は、低温焼成が望まれるフレキシブルディスプレイ等に用いられる層間絶縁膜、保護膜及びスペーサー等の硬化膜の形成材料として好適に用いられる。
当該感放射線性樹脂組成物から形成される層間絶縁膜、保護膜又はスペーサーとしての硬化膜も本発明に好適に含まれる。また、この硬化膜を備える表示素子も本発明に好適に含まれ、優れた電圧保持率を実現することができる。
なお、本明細書にいう「焼成」とは、層間絶縁膜、保護膜及びスペーサー等の硬化膜に要求される表面硬度が得られるまで加熱することを意味する。また、「包接化合物」とは、ホスト分子が形成する空間に別のゲスト分子が分子単位で閉じ込められてなる化合物をいう。「感放射線性樹脂組成物」の「放射線」とは、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、荷電粒子線等を含む概念である。さらに、上記粘度は、E型粘度計(東機産業製、VISCONIC ELD.R)を用いて、25℃における当該組成物の粘度(mPa・s)を測定した値をいう。
以上説明したように、本発明の硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物は、容易に微細かつ精巧なパターンを形成でき、保存安定性と低温焼成を両立し、かつ充分な放射線感度を有する。また、当該感放射線性樹脂組成物から形成される硬化膜は、耐熱性、耐薬品性、透過率、平坦性及び耐線熱膨張性に優れる。従って、当該感放射線性樹脂組成物は低温焼成が望まれるフレキシブルディスプレイ等に用いられる層間絶縁膜、保護膜、スペーサー等の硬化膜の形成材料として好適に用いられる。また、この硬化膜を備える表示素子も本発明に好適に含まれ、優れた電圧保持率を実現することができる。
<硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物>
本発明の硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物は、[A]共重合体、[B]重合性化合物、[C]感放射線性重合開始剤、[D]化合物及び[E]アミン化合物を含有し、25℃における粘度が1.0mPa・s以上50mPa・s以下である。また、当該感放射線性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない限り、任意成分を含有してもよい。以下、各成分を詳述する。
<[A]共重合体>
当該感放射線性樹脂組成物に含有される[A]共重合体は、(a1)カルボキシル基含有構造単位及び(a2)エポキシ基含有構造単位を有する。[A]共重合体を得る方法としては、例えば(a1)カルボキシル基含有構造単位(カルボキシル基は酸無水物基も含む)を与える不飽和カルボン酸及び/又は不飽和カルボン酸無水物(以下、「化合物(i)」とも称する)と(a2)エポキシ基含有構造単位を与えるエポキシ基を有するラジカル重合性化合物(以下、「化合物(ii)」とも称する)を溶媒中で重合開始剤を使用し、共重合することで得られる。また、必要に応じて(a3)として、(メタ)アクリル酸アルキルエステル等のラジカル重合性化合物(以下、「化合物(iii)」とも称する)を上記化合物(i)、化合物(ii)と共に含有させて共重合し、[A]共重合体としてもよい。
化合物(i)としては、例えば
アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、2−アクリロイルオキシエチルコハク酸、2−メタクリロイルオキシエチルコハク酸、2−アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2−メタクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸等のモノカルボン酸;
マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸等のジカルボン酸;
無水マレイン酸等のジカルボン酸無水物が挙げられる。
これらのうち、共重合反応性、及び得られる共重合体のアルカリ現像液に対する溶解性の観点から、アクリル酸、メタクリル酸、2−アクリロイルオキシエチルコハク酸、2−メタクリロイルオキシエチルコハク酸、無水マレイン酸が好ましい。
[A]共重合体において、化合物(i)は、単独又は2種以上を混合して使用できる。[A]共重合体において、化合物(i)の含有率としては、5質量%〜40質量%が好ましく、7質量%〜30質量%がより好ましく、8質量%〜25質量%が特に好ましい。化合物(i)の含有率を5質量%〜40質量%とすることで、感放射線感度、現像性及び保存安定性等の特性がより高いレベルで最適化された感放射線性樹脂組成物が得られる。
化合物(ii)としては、エポキシ基(オキシラニル基、オキセタニル基)等を有するラジカル重合性化合物が挙げられる。オキシラニル基を有するラジカル重合性化合物としては、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等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等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−エポキシヘプチル等の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等のグリシジルエーテルが挙げられる。
オキセタニル基を有するラジカル重合性化合物としては、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−(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、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−(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−(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−(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−メチルオキセタン等のメタ)アクリル酸エステルが挙げられる。
これらのうち、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、3−(ア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)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、2−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタンが、得られる層間絶縁膜、保護膜及びスペーサー等の硬化膜の基板に対する密着性が高く、高耐熱性を有し、さらに表示素子における信頼性を高める点から好ましい。
[A]共重合体において、化合物(ii)は、単独又は2種以上を混合して使用できる。[A]共重合体において、化合物(ii)の含有率としては、10質量%〜70質量%が好ましく、15質量%〜65質量%がより好ましい。化合物(ii)の含有率を10質量%〜70質量%とすることで、共重合体の分子量の制御が容易となり、現像性、感度等がより高いレベルで最適化された感放射線性樹脂組成物が得られる。
化合物(iii)としては(メタ)アクリル酸アルキルエステル、(メタ)アクリル酸脂環式エステル、酸素原子を含む不飽和複素五員環及び六員環(メタ)アクリル酸エステル、水酸基を有する(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸アリールエステル、不飽和ジカルボン酸ジエステル、マレイミド化合物、(メタ)アクリル酸の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、1,3−ブタジエンが挙げられる。
(メタ)アクリル酸アルキルエステルとしては、例えばメチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−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、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−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等が挙げられる。
(メタ)アクリル酸脂環式アルキルエステルとしては、例えばメタクリル酸シクロペンチル、メタクリル酸ジシクロペンタニル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸−2−メチルシクロヘキシル、メタクリル酸トリシクロジシクロペンタニル、メタクリル酸−2−ジシクロペンタニルオキシエチル、メタクリル酸イソボロニル、アクリル酸シクロペンチル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸−2−メチルシクロヘキシル、アクリル酸トリシクロジシクロペンタニ、アクリル酸−2−ジシクロペンタニルオキシエチル、アクリル酸イソボロニル等が挙げられる。
酸素原子を含む不飽和複素五員環及び六員環メタクリル酸エステルとしては、例えば
テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、2−メタクリロイルオキシ−プロピオン酸テトラヒドロフルフリルエステル、3−(メタ)アクリロイルオキシテトラヒドロフラン−2−オン等のテトラヒドロフラン骨格を含有する不飽和化合物;
2−メチル−5−(3−フリル)−1−ペンテン−3−オン、フルフリル(メタ)アクリレート、1−フラン−2−ブチル−3−エン−2−オン、1−フラン−2−ブチル−3−メトキシ−3−エン−2−オン、6−(2−フリル)−2−メチル−1−ヘキセン−3−オン、6−フラン−2−イル−ヘキシ−1−エン−3−オン、アクリル酸−2−フラン−2−イル−1−メチル−エチルエステル、6−(2−フリル)−6−メチル−1−ヘプテン−3−オン等のフラン骨格を含有する不飽和化合物;
(テトラヒドロピラン−2−イル)メチルメタクリレート、2,6−ジメチル−8−(テトラヒドロピラン−2−イルオキシ)−オクト−1−エン−3−オン、2−メタクリル酸テトラヒドロピラン−2−イルエステル、1−(テトラヒドロピラン−2−オキシ)−ブチル−3−エン−2−オン等のテトラヒドロピラン骨格を含有する不飽和化合物;
4−(1,4−ジオキサ−5−オキソ−6−ヘプテニル)−6−メチル−2−ピラン、4−(1,5−ジオキサ−6−オキソ−7−オクテニル)−6−メチル−2−ピラン等のピラン骨格を含有する不飽和化合物が挙げられる。
水酸基を有する(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸−3−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸−2,3−ジヒドロキシプロピル等が挙げられる。
(メタ)アクリル酸アリールエステルとしては、例えば(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ベンジル等が挙げられる。
不飽和ジカルボン酸ジエステルとしては、例えばマレイン酸ジエチル、フマル酸ジエチル、イタコン酸ジエチル等が挙げられる。
マレイミド化合物としては、例えばN−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−ベンジルマレイミド、N−(4−ヒドロキシフェニル)マレイミド、N−(4−ヒドロキシベンジル)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)マレイミド等が挙げられる。
[A]共重合体において、化合物(iii)の含有率としては、10質量%〜70質量%が好ましく、15質量%〜65質量%がより好ましい。化合物(iii)の含有率を10質量%〜70質量%とすることで、共重合体の分子量の制御が容易となり、現像性、感度、密着性等がより高いレベルで最適化された感放射線性樹脂組成物が得られる。
<[A]共重合体の合成方法>
[A]共重合体は、例えば、化合物(i)、化合物(ii)及び必要に応じて化合物(iii)を、溶媒中、ラジカル重合開始剤を使用して重合することにより合成できる。
[A]共重合体を製造するための重合反応に用いられる溶媒としては、例えばアルコール類、エーテル類、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、ジエチレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノアルキルエーテルプロピオネート、芳香族炭化水素類、ケトン類、他のエステル類等が挙げられる。
アルコール類としては、例えばメタノール、エタノール、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−プロパノール等が挙げられる。
エーテル類としては、例えば環状エーテル、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、ジエチレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノアルキルエーテルプロピオネート等が挙げられる。
環状エーテルとしては、例えばテトラヒドロフラン等が挙げられる。
グリコールエーテルとしては、例えば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等が挙げられる。
エチレングリコールアルキルエーテルアセテートとしては、例えばメチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、エチレングリコールモノブ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等が挙げられる。
ジエチレングリコールアルキルエーテルとしては、例えばジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル等が挙げられる。
プロピレングリコールモノアルキルエーテルとしては、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、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル等が挙げられる。
プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテートとしては、例えば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、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート等が挙げられる。
プロピレングリコールモノアルキルエーテルプロピオネートとしては、例えばプロピレンモノグリコールメチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールモノエチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールモノブチルエーテルプロピオネート等が挙げられる。
芳香族炭化水素類としては、例えばトルエン、キシレン等が挙げられる。
ケトン類としては、例えばメチルエチルケトン、シクロヘキサノン、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン等が挙げられる。
他のエステル類としては、例えば酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、ヒドロキシ酢酸メチル、ヒドロキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸ブチル、3−ヒドロキシプロピオン酸メチル、3−ヒドロキシプロピオン酸エチル、3−ヒドロキシプロピオン酸プロピル、3−ヒドロキシプロピオン酸ブチル、2−ヒドロキシ−3−メチルブタン酸メチル、メトキシ酢酸メチル、メトキシ酢酸エチル、メトキシ酢酸プロピル、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、エトキシ酢酸プロピル、エトキシ酢酸ブチル、プロポキシ酢酸メチル、プロポキシ酢酸エチル、プロポキシ酢酸プロピル、プロポキシ酢酸ブチル、ブトキシ酢酸メチル、ブトキシ酢酸エチル、ブトキシ酢酸プロピル、ブトキシ酢酸ブチル、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−メトキシプロピオン酸ブチル、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−エトキシプロピオン酸プロピル、2−エトキシプロピオン酸ブチル、2−ブトキシプロピオン酸メチル、2−ブトキシプロピオン酸エチル、2−ブトキシプロピオン酸プロピル、2−ブトキシプロピオン酸ブチル、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−メトキシプロピオン酸プロピル、3−メトキシプロピオン酸ブチル、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−エトキシプロピオン酸プロピル、3−エトキシプロピオン酸ブチル、3−プロポキシプロピオン酸メチル、3−プロポキシプロピオン酸エチル、3−プロポキシプロピオン酸プロピル、3−プロポキシプロピオン酸ブチル、3−ブトキシプロピオン酸メチル、3−ブトキシプロピオン酸エチル、3−ブトキシプロピオン酸プロピル、3−ブトキシプロピオン酸ブチル等が挙げられる。
上記ラジカル重合開始剤としては、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)、4,4’−アゾビス(4―シアノバレリン酸)、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)等が挙げられる。
ラジカル重合開始剤は、単独又は2種以上を混合して使用できる。ラジカル重合開始剤の使用量としては、化合物(i)、化合物(ii)及び化合物(iii)の合計100質量%に対して、通常、0.1質量%〜50質量%が好ましく、0.1質量%〜20質量%がより好ましい。
また、上記重合反応においては、分子量を調整するために分子量調整剤を使用できる。分子量調整剤としては、例えば
クロロホルム、四臭化炭素等のハロゲン化炭化水素類;
n−ヘキシルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン、チオグリコール酸等のメルカプタン類;
ジメチルキサントゲンスルフィド、ジイソプロピルキサントゲンジスルフィド等のキサントゲン類;
ターピノーレン、α−メチルスチレンダイマー等が挙げられる。
分子量調整剤の使用量としては化合物(i)、化合物(ii)及び化合物(iii)の合計100質量%に対して、通常、0.1質量%〜50質量%、0.2質量%〜16質量%が好ましく、0.4質量%〜8質量%がより好ましい。重合温度としては、通常0℃〜150℃、50℃〜120℃が好ましい。重合時間としては、通常、10分〜20時間、30分〜6時間が好ましい。
[A]共重合体のポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)としては、2×10〜1×10が好ましく、5×10〜5×10がより好ましい。[A]共重合体のMwを2×10以上とすることで、感放射線樹脂組成物の十分な現像マージンを得ると共に、形成される塗膜の残膜率(パターン状薄膜が適正に残存する比率)の低下を防止し、さらには得られる絶縁膜のパターン形状や耐熱性等を良好に保つことができる。一方、[A]共重合体のMwを1×10以下にすることによって、高度な放射線感度を保持し、良好なパターン形状が得られる。また、[A]共重合体の分子量分布(Mw/Mn)としては、5.0以下が好ましく、3.0以下がより好ましい。[A]共重合体のMw/Mnを5.0以下にすることによって、得られる絶縁膜のパターン形状を良好に保つことができる。また、上記のような好ましい範囲のMw及びMw/Mnを有する[A]共重合体を含む感放射線性樹脂組成物は、高度な現像性を有するため、現像工程において、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できる。
共重合体の重量平均分子量(Mw)は下記の装置及び条件のもと、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。
装置:GPC−101(昭和電工社)
カラム:GPC−KF−801、GPC−KF−802、GPC−KF−803及びGPC−KF−804を結合
移動相:テトラヒドロフラン
<[B]重合性化合物>
[B]重合性化合物はエチレン性不飽和結合を有する重合性化合物である。[B]重合性化合物としては、エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物であれば特に限定されないが、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、エチレングリコール(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)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)アクリレート、ジメチロールトリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−(メタ)アクリロイロキシプロピルメタクリレート、2−(2’−ビニロキシエトキシ)エチル(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリ(2−(メタ)アクリロイロキシエチル)フォスフェート、エチレンオキサイド変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、コハク酸変性ペンタエリスリトールトリアクリレート等の他、直鎖アルキレン基及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〜5個の(メタ)ア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(メタ)アクリレート化合物等が挙げられる。
[B]重合性化合物の市販品としては、例えば
アロニックスM−400、同M−402、同M−405、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、同TO−1382、同TO−756(以上、東亞合成社);
KAYARAD DPHA、同DPCA−20、同DPCA−30、同DPCA−60、同DPCA−120、同MAX−3510(以上、日本化薬社);
ビスコート295、同300、同360、同GPT、同3PA、同400(以上、大阪有機化学工業社)
ウレタンアクリレート系化合物としてのニューフロンティア R−1150(第一工業製薬社);
KAYARAD DPHA−40H、UX−5000(以上、日本化薬社);
UN−9000H(根上工業社)、
アロニックスM−5300、同M−5600、同M−5700、M−210、同M−220、同M−240、同M−270、同M−6200、同M−305、同M−309、同M−310、同M−315(以上、東亞合成社);
KAYARAD HDDA、同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、日本化薬社);
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、根上工業社);
SH−500Bビスコート260、同312、同335HP(以上、大阪有機化学工業社)等が挙げられる。
[B]重合性化合物は、単独又は2種以上を混合して使用できる。当該感放射線性樹脂組成物における[B]重合性化合物の含有量としては、[A]共重合体100質量部に対して、20質量部〜200質量部が好ましく、40質量部〜160質量部がより好ましい。[B]重合性化合物の含有量を上記特定範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物は、密着性に優れ低露光量においても十分な硬度を有した層間絶縁膜、保護膜及びスペーサー等の硬化膜が得られる。
<[C]感放射線性重合開始剤>
当該感放射線性樹脂組成物に含有される[C]感放射線性重合開始剤は、放射線に感応して[B]重合性化合物の重合を開始し得る活性種を生じる成分である。[C]感放射線性重合開始剤は、アセトフェノン化合物及びO−アシルオキシム化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。[C]感放射線性重合開始剤として上記特定化合物を用いることで、低露光量の場合であっても耐熱性等の硬化膜としての要求特性をより向上できる。
アセトフェノン化合物としては、例えばα−アミノケトン化合物、α−ヒドロキシケトン化合物等が挙げられる。
α−アミノケトン化合物としては、例えば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−ジメチルアミノ−2−(4−メチルベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イル−フェニル)−ブタン−1−オン、2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン等が挙げられる。
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等が挙げられる。
これらのうち、α−アミノケトン化合物が好ましく、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−ジメチルアミノ−2−(4−メチルベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イル−フェニル)−ブタン−1−オン、2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オンがより好ましい。
O−アシルオキシム化合物としては、例えば1,2−オクタンジオン−1−[4−(フェニルチオ)−2−(O−ベンゾイルオキシム)]、エタノン−1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)、1−[9−エチル−6−ベンゾイル−9H−カルバゾール−3−イル]−オクタン−1−オンオキシム−O−アセテート、1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−エタン−1−オンオキシム−O−ベンゾエート、1−[9−n−ブチル−6−(2−エチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−エタン−1−オンオキシム−O−ベンゾエート、エタノン−1−[9−エチル−6−(2−メチル−4−テトラヒドロフラニルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−[9−エチル−6−(2−メチル−4−テトラヒドロピラニルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−[9−エチル−6−(2−メチル−5−テトラヒドロフラニルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)、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}−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)等が挙げられる。
これらのうち、1,2−オクタンジオン,1−[4−(フェニルチオ)−2−(O−ベンゾイルオキシム)]、エタノン−1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−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)−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)、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}−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)が好ましい。
[C]感放射線性重合開始剤は、単独又は2種以上を混合して使用できる。当該感放射線性樹脂組成物における[C]感放射線性重合開始剤の含有量としては、[A]共重合体100質量部に対して、1質量部〜40質量部が好ましく、5質量部〜30質量部がより好ましい。[C]感放射線性重合開始剤の含有量を上記特定範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物は、低露光量の場合でも高い硬度及び密着性を有する層間絶縁膜、保護膜及びスペーサー等の硬化膜を形成できる。
<[D]化合物>
[D]化合物は、水酸基又はカルボキシル基を有する化合物であれば特に限定されない。[D]化合物としては、[E]アミン化合物を包接できる化合物が好ましく、後述の包接化合物を好適に形成する観点から、上記式(1)及び式(2)でそれぞれ表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物であることが好ましい。
上記式(1)中、Xは、単結合、メチレン基又は炭素数2〜6のアルキレン基である。R〜Rは、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルコキシ基、又は置換基を有していてもよいフェニル基である。
上記Xで表される炭素数2〜6のアルキレン基としては、例えばエチレン基、プロピレン基等が挙げられる。上記R〜R及びRで表される炭素数1〜12のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。上記R〜R及びRで表される炭素数1〜12のアルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等が挙げられる。
上記式(1)で表される化合物は、上記式(1−1)で表される化合物であることが好ましい。上記式(1)で表される化合物を上記式(1−1)で表される化合物とすることで、より保存安定性が向上し、低温における硬化も促進され得る。
上記式(1−1)で表される化合物としては、例えば1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−クロロ−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3,5−ジクロロ−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−ブロモ−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3,5−ジブロモ−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−フルオロ−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3,5−ジフルオロ−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−メトキシ−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3,5−ジメトキシ−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−クロロ−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−ブロモ−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−メトキシ−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−クロロ−5−ブロモ−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−クロロ−5−フェニル−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス[(4−ヒドロキシ−3−フェニル)フェニル]エタン、1,1,3,3−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3−クロロ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3,5−ジクロロ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3−ブロモ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3,5−ジブロモ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3−フェニル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3,5−ジフェニル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3−メトキシ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3,5−ジメトキシ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,4,4−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1,4,4−テトラキス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1,4,4−テトラキス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1,4,4−テトラキス(3−クロロ−4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1,4,4−テトラキス(3,5−ジクロロ−4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1,4,4−テトラキス(3−メトキシ−4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1,4,4−テトラキス(3,5−ジメトキシ−4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1,4,4−テトラキス(3−ブロモ−4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1,4,4−テトラキス(3,5−ジブロモ−4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1,4,4−テトラキス(3−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1,4,4−テトラキス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)ブタン等が挙げられる。
これらのうち、後述する包接化合物を形成した場合に、当該感放射線性樹脂組成物が室温での保存安定性により優れ、かつ加熱時に硬化促進剤が放出されやすいことから1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタンが好ましい。
上記式(2)中、Rは、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、ニトロ基、又は水酸基である。上記式(2)で表される化合物としては、例えば5−ニトロイソフタル酸、5−ヒドロキシイソフタル酸、5−メチルイソフタル酸、5−メトキシイソフタル酸、4−ニトロイソフタル酸、4−ヒドロキシイソフタル酸、4−メチルイソフタル酸、4−メトキシイソフタル酸等が挙げられる。これらのうち、5−ニトロイソフタル酸、5−ヒドロキシイソフタル酸が好ましい。
[D]化合物は、単独又は2種以上を混合して使用できる。当該感放射線性樹脂組成物における[D]化合物の含有量としては、[A]共重合体100質量部に対して、0.1質量部〜10質量部が好ましく、0.2質量部〜5質量部がより好ましく、かつ後述する[E]アミン化合物に対して、1倍〜2倍程度とすることが好ましい。
<[E]アミン化合物>
[E]アミン化合物としては、特に限定されないが[D]化合物に包接可能なアミン化合物であることが好ましく、イミダゾール化合物又はベンゾイミダゾール化合物であることがより好ましい。これらのうち、イミダゾール化合物は、[D]化合物に包接されやすいため、当該感放射線性樹脂組成物の室温での保存安定性が向上する。また、イミダゾール化合物は、エポキシ基との反応性に優れるため、200℃以下の低温硬化に貢献する。
イミダゾール化合物としては、例えば下記式(3)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 2012008537
上記式(3)中、R10〜R13は、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、9−フルオレニル基、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基、又はハロゲン原子で置換されていてもよいフェニル基である。
イミダゾール化合物としては、例えばイミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−イソプロピルイミダゾール、2−n−プロピルイミダゾール、2−ウンデシル−1H−イミダゾール、2−ヘプタデシル−1H−イミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニル−1H−イミダゾール、4−メチル−2−フェニル−1H−イミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾリウムトリメリテイト、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾリウムトリメリテイト、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、2,4−ジアミノ−6−[2’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−(2’−ウンデシルイミダゾリル−)−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2’−エチル−4−イミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジンイソシアヌル酸付加物、2−フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、2−メチルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニル−4,5−ジ(2−シアノエトキシ)メチルイミダゾール、1−ドデシル−2−メチル−3−ベンジルイミダゾリウムクロライド、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール塩酸塩、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト等が挙げられる。
これらのうち、炭素数1〜6の置換基を1個以上有するイミダゾール化合物が好ましい。このようなイミダゾール化合物は、安定に包接されるため、当該感放射線性樹脂組成物の保存安定性に悪影響を及ぼすことがなく、かつ立体障害が小さいため反応性に優れ、包接が崩壊した際に低温硬化性を発揮できる。
上記炭素数1〜6の置換基を1個以上有するイミダゾール化合物としては、例えば
2−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール等の炭素数1〜6の置換基を1個有するイミダゾール化合物;
2−エチル−4−メチルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール等の炭素数1〜6の置換基を2個有するイミダゾール化合物等が挙げられる。
ベンゾイミダゾール化合物としては、例えば下記式(4)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 2012008537
上記式(4)中、R14〜R16は、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、9−フルオレニル基、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基、又はハロゲン原子で置換されていてもよいフェニル基である。mは、0〜4の整数である。但し、R14が複数の場合、複数のR14は同一であっても異なっていてもよい。
ベンゾイミダゾール化合物としては、例えば2−メチルベンゾイミダゾール、4−メチルベンゾイミダゾール、5−メチルベンゾイミダゾール、6−メチルベンゾイミダゾール、7−メチルベンゾイミダゾール、2−メチル−6−メチルベンゾイミダゾール、2−メチル−6−メチルベンゾイミダゾール、2−メチル−5−メチルベンゾイミダゾール、2−メチル−5−メチルベンゾイミダゾール、2−エチル−6−メチルベンゾイミダゾール、2−メチル−6−エチルベンゾイミダゾール、2−エチル−5−メチルベンゾイミダゾール、2−メチル−5−エチルベンゾイミダゾール等が挙げられる。
これらのうち、炭素数1〜6の置換基を1個以上有するベンゾイミダゾール化合物が好ましい。このようなイミダゾール化合物は、安定に包接されるため、当該感放射線性樹脂組成物の保存安定性に悪影響を及ぼすことがなく、かつ立体障害が小さいため反応性に優れ、包接が崩壊した際に低温硬化性を発揮できる。
上記炭素数1〜6の置換基を1個以上有するベンゾイミダゾール化合物としては、例えば
2−メチルベンゾイミダゾール等の炭素数1〜6の置換基を1個有するベンゾイミダゾール化合物;
2−メチル−6−メチルベンゾイミダゾール、2−メチル−5−メチルベンゾイミダゾール等の炭素数1〜6の置換基を2個有するベンゾイミダゾール化合物等が挙げられる。
[E]アミン化合物は、単独又は2種以上を混合して使用できる。当該感放射線性樹脂組成物における[E]化合物の含有量としては、[A]共重合体100質量部に対して、0.05質量部〜5質量部が好ましく、0.1質量部〜2.5質量部がより好ましく、かつ[D]化合物に対して、0.5倍〜1倍程度とすることが好ましい。
<包接化合物>
当該感放射線性樹脂組成物においては、[E]アミン化合物の少なくとも一部が、[D]化合物に包接されていることが好ましい。当該感放射線性樹脂組成物中において[E]アミン化合物の少なくとも一部が[D]化合物に包接され包接化合物を形成することで、保存安定性と低温焼成とを両立できる。
[E]アミン化合物を[D]化合物で包接する方法としては特に限定されず、例えば特開平11−071449号公報に記の方法等が挙げられる。25℃における粘度が1.0mPa・s以上50mPa・s以下である当該感放射線性樹脂組成物は、[D]化合物に[E]アミン化合物が包接された包接化合物を、[A]共重合体、[B]重合性化合物、及び[C]感放射線性重合開始剤に混合して調製されることが好ましい。上記工程によると、包接化合物を含有する当該感放射線性樹脂組成物を効率的に製造することができる。
予め包接化合物を形成し、当該感放射線性樹脂組成物に含有する場合、当該感放射線性樹脂組成物における包接化合物の含有量としては、[A]共重合体100質量部に対して、0.1質量部〜10質量部が好ましく、0.2質量部〜5質量部がより好ましい。包接化合物の含有割合を0.1質量部〜10質量部とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の保存安定性と硬化膜の硬化促進とを高いレベルで両立でき、さらに得られた保護膜、層間絶縁膜、スペーサー等の硬化膜を具備した表示素子の電圧保持率を高いレベルで保持できる。
<任意成分>
当該感放射線性樹脂組成物は、上記の[A]共重合体、[B]重合性化合物、[C]感放射線性重合開始剤、[D]化合物及び[E]アミン化合物に加え、所期の効果を損なわない範囲で必要に応じて1分子中に2個以上のオキシラニル基を有する化合物、接着助剤、界面活性剤、保存安定剤、耐熱性向上剤等の任意成分を含有してもよい。これらの任意成分は、単独で使用してもよいし2種以上を混合して使用してもよい。以下、各成分を詳述する。
[1分子中に2個以上のオキシラニル基を有する化合物]
一分子中に2個以上のオキシラニル基を有する化合物は、得られる硬化膜の硬度をより向上するために添加できる。このような化合物としては、例えば1分子内に2以上の3,4−エポキシシクロヘキシル基を有する化合物等が挙げられる。
1分子内に2以上の3,4−エポキシシクロヘキシル基を有する化合物としては、例えば3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル−5,5−スピロ−3,4−エポキシ)シクロヘキサン−メタ−ジオキサン、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)アジペート、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシル−3’,4’−エポキシ−6’−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、メチレンビス(3,4−エポキシシクロヘキサン)、ジシクロペンタジエンジエポキサイド、エチレングリコールのジ(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)エーテル、エチレンビス(3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート)、ラクトン変性3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート等が挙げられる。
その他の化合物としては、例えば
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Fジグリシジルエーテル、ビスフェノールSジ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、水添ビスフェノールFジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールADジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールAジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールFジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールSジグリシジルエーテル等のビスフェノール化合物のジグリシジルエーテル;
1,4−ブタンジオ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、グリセリントリ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、ポリエチ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等の多価アルコールのポリグリシジルエーテル;
エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン等の脂肪族多価アルコールに1種又は2種以上のアルキレンオキサイドを付加することにより得られるポリエーテルポリオールのポリグリシジルエーテル;
フェノールノボラック型エポキシ樹脂;
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂;
ポリフェノール型エポキシ樹脂;
環状脂肪族エポキシ樹脂;
脂肪族長鎖二塩基酸のジグリシジルエステル;
高級脂肪酸のグリシジルエステル;
エポキシ化大豆油、エポキシ化アマニ油等が挙げられる。これらのうち、フェノールノボラック型エポキシ樹脂及びポリフェノール型エポキシ樹脂が好ましい。
これらの市販品としては、例えば
ビスフェノールA型エポキシ樹脂としてのエピコート1001、同1002、同1003、同1004、同1007、同1009、同1010、同828(以上、ジャパンエポキシレジン社)等;
ビスフェノールF型エポキシ樹脂としてのエピコート807(ジャパンエポキシレジン社)等;
フェノールノボラック型エポキシ樹脂としてのエピコート152、同154、同157S65(以上、ジャパンエポキシレジン社)、EPPN201、同202(以上、日本化薬社)等;
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂としてのEOCN102、同103S、同104S、1020、1025、1027(以上、日本化薬社)、エピコート180S75(ジャパンエポキシレジン社)等;
ポリフェノール型エポキシ樹脂としてのエピコート1032H60、同XY−4000(以上、ジャパンエポキシレジン社)等;
環状脂肪族エポキシ樹脂としてのCY−175、同177、同179、アラルダイトCY−182、同192、同184(以上、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社)、ERL−4234、同4299、同4221、同4206(以上、U.C.C社)、ショーダイン509(昭和電工社)、エピクロン200、同400(以上、大日本インキ社)、エピコート871、同872(以上、ジャパンエポキシレジン社)、ED−5661、同5662(以上、セラニーズコーティング社)等;
脂肪族ポリグリシジルエーテルとしてのエポライト100MF(共栄社化学社)、エピオールTMP(日本油脂社)等が挙げられる。
1分子中に2個以上のオキシラニル基を有する化合物の使用量としては、[A]共重合体100質量部に対して、50質量部以下が好ましく、2質量部〜50質量部がより好ましく、5質量部〜30質量部が特に好ましい。1分子中に2個以上のオキシラニル基を有する化合物の使用量を上記特定範囲とすることで、現像性を損なわずに層間絶縁膜、スペーサー又は保護膜等の硬化膜の硬度をより向上できる。
[接着助剤]
接着助剤は、得られる層間絶縁膜、スペーサー又は保護膜等の硬化膜と基板との接着性をより向上させるために使用できる。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、オキシラニル基等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く、例えば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等が挙げられる。
接着助剤の使用量としては、[A]共重合体100質量部に対して、20質量部以下が好ましく、15質量部以下がより好ましい。接着助剤の使用量が20質量部を超えると、現像残りを生じやすくなる傾向がある。
[界面活性剤]
界面活性剤は、当該感放射線性樹脂組成物の塗膜形成性をより向上させるために使用できる。界面活性剤としては、例えばフッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、その他の界面活性剤等が挙げられる。
フッ素系界面活性剤としては、末端、主鎖及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及び/又はフルオロアルキレン基を有する化合物が好ましく、例えば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、1,1,2,2,8,8,9,9,10,10−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、フロロアルキルリン酸ナトリウム、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等が挙げられる。
フッ素系界面活性剤の市販品としては、例えばBM−1000、同1100(以上、BM CHEMIE社)、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社)、フロラードFC−170C、同171、同430、同431(以上、住友スリーエム社)、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、旭硝子社)、エフトップEF301、同303、同352(以上、新秋田化成社)、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、ネオス社)等が挙げられる。
シリコーン系界面活性剤の市販品としては、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・シリコーン社)、TSF−4440、TSF−4300、TSF−4445、TSF−4446、TSF−4460、TSF−4452(以上、GE東芝シリコーン社)、オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業社)等が挙げられる。
その他の界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル;ポリオキシエチレン−n−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン−n−ノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアリールエーテル;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等のポリオキシエチレンジアルキルエステル等のノニオン系界面活性剤、(メタ)アクリル酸系共重合体ポリフローNo.57、同95(以上、共栄社化学社)等が挙げられる。
界面活性剤の使用量としては、[A]共重合体100質量部に対して、1.0質量部以下が好ましく、0.5質量部以下がより好ましい。界面活性剤の使用量が1.0質量部を超えると、膜ムラを生じやすくなる。
[保存安定剤]
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等が挙げられ、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等が挙げられる。
保存安定剤の使用量としては[A]共重合体100質量部に対して3.0質量部以下が好ましく、0.5質量部以下がより好ましい。保存安定剤の配合量が3.0質量部を超えると、当該感放射線性樹脂組成物の感度が低下してパターン形状が劣化する場合がある。
[耐熱性向上剤]
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)メラミン化合物等が挙げられる。
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)グリコールウリル等が挙げられる。これらのうち、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。
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)メラミン等が挙げられる。これらのうち、N,N,N’,N’,N’’,N’’−ヘキサ(メトキシメチル)メラミンが好ましい。市販品としては、例えばニカラックN−2702、同MW−30M(以上、三和ケミカル社)等が挙げられる。
耐熱性向上剤の使用量としては、[A]共重合体100質量部に対して50質量部以下が好ましく、30質量部以下がより好ましい。耐熱性向上剤の配合量が50質量部を超えると、当該感放射線性樹脂組成物の感度が低下してパターン形状が劣化する場合がある。
<感放射線性樹脂組成物の調製方法>
本発明の硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物は、[A]共重合体、[B]重合性化合物、[C]感放射線性重合開始剤、[D]化合物及び[E]アミン化合物に加え、所期の効果を損なわない範囲で必要に応じて任意成分を所定の割合で混合することにより調製される。25℃における粘度が1.0mPa・s以上50mPa・s以下である当該感放射線性樹脂組成物は、[D]化合物に[E]アミン化合物が包接された包接化合物を、[A]共重合体、[B]重合性化合物、及び[C]感放射線性重合開始剤に混合して調製されることが好ましい。
当該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、各成分を均一に溶解又は分散し、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]共重合体を合成するために使用できる溶媒として例示したものが適用できる。
溶媒としては、アルコール系溶媒及びエーテル系溶媒からなる群より選ばれる少なくとも1種の溶媒を含有することが好ましい。上記の極性溶媒を含有することで、当該感放射線性樹脂組成物を容易に溶解でき、かつ本発明では上述したように、極性溶媒を使用した場合であっても包接化合物との相互作用により包接の崩壊を抑制することができると考えられる。溶媒は、単独又は2種以上を混合して使用できる。
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、高沸点溶媒を併用できる。高沸点溶媒としては、例えばN−メチルピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、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、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、炭酸プロピレン等が挙げられる。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。
当該感放射線性樹脂組成物の溶媒として、高沸点溶媒を併用する場合、その使用量としては、全溶媒量に対して、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、30質量%以下が特に好ましい。高沸点溶媒の使用量が50質量%以下の時、塗膜の膜厚均一性、感度及び残膜率が良好となる。
当該感放射線性樹脂組成物を溶液状態として調製する場合、固形分濃度(組成物溶液中に占める溶媒以外の成分)は、使用目的や所望の膜厚の値等に応じて任意の濃度(例えば5質量%〜50質量%)に設定できる。より好ましい固形分濃度としては、基板上への塗膜の形成方法により異なるが、これについては後述する。このようにして調製された組成物溶液については、孔径0.5μm程度のミリポアフィルタ等を用いて濾過した後、使用に供することができる。
<硬化膜の形成方法>
当該感放射線性樹脂組成物から形成される層間絶縁膜、保護膜又はスペーサーとしての硬化膜も本発明に好適に含まれる。本発明の硬化膜の形成方法は、
(1)当該感放射線性樹脂組成物の塗膜を基板上に形成する工程
(2)上記塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
(3)上記放射線が照射された塗膜を現像する工程、及び
(4)上記現像された塗膜を焼成する工程
を有する。
当該感放射線性樹脂組成物を用いる本発明の形成方法により、耐熱性、耐薬品性、透過率、平坦性及び耐線熱膨張性をバランス良く満足する硬化膜を形成できる。以下、各工程を詳述する。
[工程(1)]
本工程は、透明基板の片面に透明導電膜を形成し、この透明導電膜の上に感放射線性樹脂組成物の塗膜を形成する。透明基板としては、例えばソーダライムガラス、無アルカリガラス等のガラス基板、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、ポリイミド等のプラスチックからなる樹脂基板等が挙げられる。
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(PPG社、登録商標)、酸化インジウム−酸化スズ(In−SnO)からなるITO膜等が挙げられる。
塗布法により塗膜を形成する場合、上記透明導電膜の上に当該感放射線性樹脂組成物の溶液を塗布した後、好ましくは塗布面をプレベークすることにより、塗膜を形成することができる。塗布法に用いる組成物溶液の固形分濃度としては、5質量%〜50質量%が好ましく、10質量%〜40質量%がより好ましく、15質量%〜35質量%が特に好ましい。塗布方法としては、例えばスプレー法、ロールコート法、回転塗布法(スピンコート法)、スリット塗布法(スリットダイ塗布法)、バー塗布法、インクジェット塗布法等が挙げられる。これらのうち、スピンコート法、スリット塗布法が好ましい。
プレベークの条件としては、各成分の種類、配合割合等によって異なるが、70℃〜120℃が好ましく、1〜15分間程度である。塗膜のプレベーク後の膜厚は、0.5μm〜10μmが好ましく、1.0μm〜7.0μmがより好ましい。
[工程(2)]
本工程は、形成された塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する。このとき、塗膜の一部にのみ照射する際には、例えば所定のパターンを有するフォトマスクを介して照射する方法によることができる。照射に使用される放射線としては、例えば可視光線、紫外線、遠紫外線等が挙げられる。このうち波長が250nm〜550nmの範囲にある放射線が好ましく、365nmの紫外線を含む放射線がより好ましい。
放射線照射量(露光量)は、照射される放射線の波長365nmにおける強度を照度計(OAI model 356、Optical Associates Inc.社)により測定した値として、100J/m〜5,000J/mが好ましく、200J/m〜3,000J/mがより好ましい。
当該感放射線性樹脂組成物は、従来知られている組成物と比較して放射線感度が高く、上記放射線照射量が700J/m以下、さらには600J/m以下であっても所望の膜厚、良好な形状、優れた密着性及び高い硬度の層間絶縁膜、保護膜又はスペーサー等の硬化膜を得ることができる利点を有する。
[工程(3)]
本工程は、上記放射線が照射された塗膜を現像し、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、炭酸ナトリウム等の無機アルカリ、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等の4級アンモニウム塩等のアルカリ性化合物の水溶液等が挙げられる。上記アルカリ性化合物の水溶液には、メタノール、エタノール等の水溶性有機溶媒及び/又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、例えば液盛り法、ディッピング法、シャワー法等が挙げられる。現像時間としては、常温で10秒〜180秒間程度が好ましい。現像処理に続いて、例えば流水洗浄を30秒〜90秒間行った後、圧縮空気や圧縮窒素で風乾することによって所望のパターンが得られる。
[工程(4)]
本工程は、得られたパターン状塗膜を、ホットプレート、オーブン等の適当な加熱装置により焼成(ポストベーク)する。焼成温度としては、100℃〜200℃が好ましく、150℃〜180℃がより好ましい。当該感放射線性樹脂組成物は、上述のように低温焼成を実現すると共に保存安定性を両立し、かつ充分な放射線感度を有する。従って、当該感放射線性樹脂組成物は、低温焼成が望まれるフレキシブルディスプレイ等に用いられる層間絶縁膜、保護膜及びスペーサー等の硬化膜の形成材料として好適に用いられる。焼成時間としては、例えばホットプレート上では5分〜30分間、オーブン中では30分〜180分間が好ましい。
<表示素子の製造方法>
本発明には、当該硬化膜を備える表示素子も本発明に好適に含まれる。当該表示素子は、優れた電圧保持率を実現することができる。
表示素子の製造方法としては、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、当該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若しくは保護膜又はその双方を形成する。続いて、これらの基板の透明導電膜及びスペーサー又は保護膜上に液晶配向能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又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)及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又は直交するように貼り合わせることにより、本発明の表示素子が得られる。
他の方法としては、上記方法と同様にして透明導電膜と、層間絶縁膜、保護膜又はスペーサー又はその双方と、配向膜と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、上記のシール剤部に、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、本発明の表示素子が得られる。
上記の各方法において使用される液晶としては、例えばネマティック型液晶、スメクティック型液晶等が挙げられる。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、又はH膜そのものからなる偏光板等が挙げられる。
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例に本発明が限定的に解釈されるものではない。
<[A]共重合体の合成>
[合成例1]
冷却管及び撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)5質量部及びジエチレングリコールメチルエチルエーテル220質量部を仕込んだ。引き続きスチレン20質量部、メタクリル酸12質量部、メタクリル酸ジシクロペンタニル28質量部及びメタクリル酸グリシジル40質量部を仕込み、窒素置換し、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇し、この温度を5時間保持して重合することにより、共重合体(A−1)を含有する溶液を得た。得られた共重合体溶液の固形分濃度は31.3%であり、共重合体(A−1)のMwは、12,000であった。なお、固形分濃度は共重合体溶液の全質量に占める共重合体質量の割合を意味する。
[合成例2]
冷却管及び撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)5質量部及びジエチレングリコールメチルエチルエーテル220質量部を仕込んだ。引き続きスチレン10質量部、メタクリル酸12質量部、メタクリル酸トリシクロジシクロペンタニル23質量部及びメタクリル酸グリシジル20質量部、メタクリル酸2−メチルグリシジル20質量部、メタクリル酸テトラヒドロフルフリル10質量部を仕込み、窒素置換したのち、さらに1,3−ブタジエン5質量部を仕込み、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇し、この温度を5時間保持して重合することにより、共重合体(A−2)を含有する溶液を得た。得られた共重合体溶液の固形分濃度は31.5%であり、共重合体(A−2)のMwは、10,100であった。
[合成例3]
冷却管及び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)5質量部及びジエチレングリコールメチルエチルエーテル220質量部を仕込んだ。引き続きスチレン15質量部、メタクリル酸n−ブチル30質量部、メタクリル酸ベンジル30質量部及びメタクリル酸グリシジル25質量部を仕込み、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を80℃に上昇し、この温度を5時間保持して重合することにより、共重合体(A−3)を含有する溶液を得た。得られた共重合体溶液の固形分濃度は31.0%であり、共重合体(A−3)のMwは、10,000であった。
<硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物の調製>
各感放射線性樹脂組成物の調製に使用した各成分の詳細を以下に示す。
[B]重合性化合物
B−1:ジペンタエリスリトールペンタアクリレートとジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの混合物(KAYARAD DPHA、日本化薬社)
B−2:多官能アクリレート化合物の混合物(KAYARAD DPHA−40H、日本化薬社
B−3:1,9−ノナンジオールジアクリレート
B−4:ペンタエリスリトールテトラアクリレート
B−5:トリメチロールプロパントリアクリレート
B−6:ω−カルボキシポリカプロラクトンモノアクリレート(アロニックスM−53
00、東亞合成社)
B−7:コハク酸変性ペンタエリスリトールトリアクリレート(アロニックスTO−7
56、東亞合成社)
B−8:エチレンオキサイド変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
[C]感放射線性重合開始剤
C−1:1,2−オクタンジオン−1−[4−(フェニルチオ)−2−(O−ベンゾイルオキシム)](イルガキュアOXE01、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社)
C−2:エタノン−1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)(イルガキュアOXE02、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社)
C−3:2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン(イルガキュア907、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社)
C−4:2−ジメチルアミノ−2−(4−メチルベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イル−フェニル)−ブタン−1−オン(イルガキュア379、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社
[D]化合物
D−1:下記式で表される5−ニトロイソフタル酸
Figure 2012008537
D−2:下記式で表される5−ヒドロキシイソフタル酸
Figure 2012008537
D−3:下記式で表される1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン
Figure 2012008537
[E]アミン化合物
E−1:2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール
E−2:2−メチルイミダゾール
E−3:2−エチル−4−メチルイミダゾール
E−4:2−メチルベンゾイミダゾール
包接化合物
下記に示す包接化合物としてのF−1〜F−10は、それぞれホスト化合物としての上記[D]化合物に、[E]アミン化合物が包接された化合物である。
F−1:D−1(0.67質量部)とE−1(0.33質量部)(2:1)
F−2:D−2(0.67質量部)とE−1(0.33質量部)(2:1)
F−3:D−3(0.67質量部)とE−1(0.33質量部)(2:1)
F−4:D−1(0.67質量部)とE−2(0.33質量部)(2:1)
F−5:D−2(0.67質量部)とE−2(0.33質量部)(2:1)
F−6:D−3(0.67質量部)とE−2(0.33質量部)(2:1)
F−7:D−1(0.67質量部)とE−3(0.33質量部)(2:1)
F−8:D−2(0.67質量部)とE−3(0.33質量部)(2:1)
F−9:D−3(0.67質量部)とE−3(0.33質量部)(2:1)
F−10:D−3(0.50質量部)とE−4(0.50質量部)(1:1)
溶媒
S−1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
S−2:プロピレングリコールモノメチルエーテル
[実施例1〜15及び比較例1〜4]
表1に示す種類、使用量の[A]共重合体、[B]重合性化合物、[C]重合開始剤、及び包接化合物又は[E]アミン化合物を混合し、さらに任意成分としての接着助剤(γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)5質量部、界面活性剤(FTX−218、ネオス社)0.5質量部及び保存安定剤(4−メトキシフェノール)0.5質量部を混合し、溶媒(S−1)を加えた後、孔径0.5μmのミリポアフィルタでろ過することにより、各感放射線性樹脂組成物を調製した。なお、欄中の「−」は該当する成分を使用しなかったことを表す。また、各感放射線性樹脂組成物の25℃における粘度(mPa・s)の測定結果についてもあわせて示す。
Figure 2012008537
<評価>
当該感放射線性樹脂組成物を用いて以下の評価をした。結果を表2に示す。
[保存安定性(%)]
各感放射線性樹脂組成物を40℃のオーブン中で1週間放置し、オーブンに入れる前後での粘度を測定し、粘度変化率(%)を求め、保存安定性(%)とした。保存安定性が5%以下である場合、保存安定性が良好と判断し、5%を超える場合に保存安定性が不良と判断した。なお、粘度は、E型粘度計(VISCONIC ELD.R、東機産業社)を用いて25℃で測定した。
[感度(J/m)]
無アルカリガラス基板上に、各感放射線性樹脂組成物をスピンナーにより塗布した後、100℃のホットプレート上で2分間プレベークすることにより、膜厚4.0μmの被膜を形成した。次いで、得られた被膜に、直径8μm〜15μmの範囲の異なる大きさの複数の丸状残しパターンを有するフォトマスクを介して、高圧水銀ランプを用いて露光量を200J/m〜1,000J/mの範囲で変量して放射線照射を行った。その後、0.40質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて25℃で現像時間を変量として液盛り法により現像した後、純水洗浄を1分間行った。さらにオーブン中180℃にて60分間ポストベークすることにより、丸状残しパターンを有する硬化膜を形成した。丸状残しパターンの現像前と現像後の高さを、レーザー顕微鏡(VK−8500、キーエンス社)を用いて測定した。この値と下記式から残膜率(%)を求めた。
残膜率(%)=(現像後の高さ/現像前の高さ)×100
残膜率が90%以上になる露光量を感度(J/m)とした。露光量が750J/m以下の場合、感度が良好と判断した。なお、比較例4についてはパターンを形成できなかった(表2中において、「−」と示す)。
[耐熱性(%)]
上記の硬化膜形成工程において、フォトマスクを介さず700J/mの露光量で露光し得られた塗膜ついて、さらにオーブン中、230℃で20分加熱する前後での膜厚を触針式膜厚測定機(アルファステップIQ、KLAテンコール社)で測定した。この値と下記式から残膜率(%)を求め、耐熱性(%)とした。
耐熱性(%)=(処理後膜厚/処理前膜厚)×100
[耐薬品性(%)]
上記の硬化膜形成工程において、フォトマスクを介さず700J/mの露光量で露光し得られた塗膜ついて、60℃に加温した配向膜剥離液ケミクリーンTS−204(三洋化成工業社)中に15分浸漬し、水洗後、さらにオーブン中、120℃で15分乾燥させた。この処理前後の膜厚を触針式膜厚測定機(アルファステップ社IQ、KLAテンコール社)で測定し、上記残膜率(%)を算出し、これを耐薬品性(%)とした。
[透過率(%)]
上記の硬化膜形成工程において、フォトマスクを介さず700J/mの露光量で露光し得られた塗膜ついて、波長400nmにおける透過率(%)を、分光光度計(150−20型ダブルビーム、日立製作所社)を用いて測定した。この値が90%以上の場合、透明性(%)を良好と判断した。
[平坦性(nm)]
SiOディップガラス基板上に、顔料系カラーレジスト(JCR RED 689、JCR GREEN 706及びCR 8200B、以上JSR社)を用いて、以下のように、赤、緑及び青の3色のストライプ状カラーフィルタを形成した。具体的には、スピンナーを用いて、上記カラーレジストの1色をSiOディップガラス基板に塗布し、ホットプレート上で90℃、150秒間プレベークして塗膜を形成した。その後、露光機(Canon PLA501F、キヤノン社)を用い、所定のパターンマスクを介して、ghi線(波長436nm、405nm、365nmの強度比=2.7:2.5:4.8)をi線換算で2,000J/mの露光量にて照射し、次いで0.05質量%水酸化カリウム水溶液を用いて現像し、超純水にて60秒間リンスした。続いて、さらにオーブン中で230℃にて30分間加熱処理することにより、単色のストライプ状カラーフィルタを形成した。この操作を3色につき繰り返すことにより、赤、緑及び青の3色のストライプ状カラーフィルタ(ストライプ幅200μm)を形成した。測定長2,000μm、測定範囲2,000μm角、測定方向を赤、緑、青方向のストライプライン短軸方向及び赤・赤、緑・緑、青・青の同一色のストライプライン長軸方向の2方向とし、各方向につき測定点数n=5(合計のn数は10)にて、カラーフィルタ基板の表面の凹凸を、接触式膜厚測定装置(アルファ−ステップ、ケーエルエー・テンコール社)で測定したところ、1.0μmであった。このカラーフィルタが形成された基板に、各々の熱硬化性樹脂組成物をスピンナーにて塗布した後、ホットプレート上において90℃にて5分間プレベークして塗膜を形成した後、さらにクリーンオーブン中において180℃にて60分間ポストベークすることにより、カラーフィルタの上面からの膜厚が約2.0μmの保護膜を形成した。このように形成したカラーフィルタ上に保護膜を有する基板について、接触式膜厚測定装置(アルファ−ステップ、ケーエルエー・テンコール社)にて、保護膜の表面の凹凸を測定した。この測定は、測定長2,000μm、測定範囲2,000μm角、測定方向を赤、緑、青方向のストライプライン短軸方向及び赤・赤、緑・緑、青・青の同一色のストライプライン長軸方向の2方向とし、各方向につき測定点数n=5(合計のn数は10)で行い、各測定の最高部と最底部の高低差(nm)の10回の平均値を求め、平坦性(nm)とした。この値が200nm以下のとき、平坦性が良好と判断した。
[線熱膨張係数(ppm/℃)]
上記の硬化膜形成工程において、フォトマスクを介さず700J/mの露光量で露光し、塗膜を形成した。その後オーブン中、180℃で60分間加熱処理して硬化させることにより、測定用の塗膜を形成した。次いで、この塗膜について、温度可変装置を設けたエリプソメーター(DVA−36LH、溝尻光学工業所社)により、窒素雰囲気下、測定時の昇温速度を10℃/分、測定温度範囲を20℃〜200℃として、各測定温度における膜厚の変化量を測定して、温度に対してプロットし、その直線近似から傾きbを求め、下記式より線熱膨張係数a(ppm/℃)を求めた。Tは初期膜厚を示す。
a=b/T
線熱膨張係数が200ppm/℃以下の場合、線熱膨張係数が低く180℃のポストベークでも十分な硬化性を有した硬化膜が形成できると判断した。
[電圧保持率(%)]
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、各感放射線性樹脂組成物を、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、フォトマスクを介さずに、塗膜に500J/mの露光量で露光した。その後、この基板を23℃の0.04質量%の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180℃で60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、メルク製液晶(MLC6608)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、液晶電圧保持率測定システム(VHR−1A型、東陽テクニカ社)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。電圧保持率は、下記式から求めた。
電圧保持率(%)=(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)×100
電圧保持率が90%以下の場合、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、残像等の「焼き付き」を起こすおそれが高い。
Figure 2012008537
表2の結果から実施例1〜15の当該感放射線性樹脂組成物は、比較例1〜4の組成物と比べ、良好な保存安定性と放射線感度を有することがわかった。また、当該感放射線性樹脂組成物から形成された硬化膜は、200℃以下の低温焼成で形成されたにも関わらず耐熱性、耐薬品性、透過率、平坦性及び耐線熱膨張性に優れることがわかった。さらに当該硬化膜を具備する表示素子の電圧保持率についても良好であることがわかった。
本発明の硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物は、容易に微細かつ精巧なパターンを形成でき、保存安定性と低温焼成を両立し、かつ充分な放射線感度を有する。また、当該感放射線性樹脂組成物から形成される硬化膜は、耐熱性、耐薬品性、透過率、平坦性及び耐線熱膨張性に優れる。従って、当該感放射線性樹脂組成物は低温焼成が望まれるフレキシブルディスプレイ等に用いられる層間絶縁膜、保護膜、スペーサー等の硬化膜の形成材料として好適に用いられる。また、この硬化膜を備える表示素子も本発明に好適に含まれ、優れた電圧保持率を実現することができる。

Claims (13)

  1. [A](a1)カルボキシル基含有構造単位及び(a2)エポキシ基含有構造単位を有する共重合体、
    [B]エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物、
    [C]感放射線性重合開始剤、
    [D]水酸基又はカルボキシル基を有する化合物、並びに
    [E]アミン化合物
    を含有し、25℃における粘度が1.0mPa・s以上50mPa・s以下である硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物。
  2. [E]アミン化合物が、[D]化合物に包接可能である請求項1に記載の硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物。
  3. [D]化合物が、下記式(1)及び式(2)でそれぞれ表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物であり、[E]アミン化合物が、イミダゾール化合物又はベンゾイミダゾール化合物である請求項1又は請求項2に記載の硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物。
    Figure 2012008537
    Figure 2012008537
    (式(1)中、Xは、単結合、メチレン基又は炭素数2〜6のアルキレン基である。R〜Rは、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルコキシ基、又は置換基を有していてもよいフェニル基である。
    式(2)中、Rは、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、ニトロ基、又は水酸基である。)
  4. 上記式(1)で表される化合物が、下記式(1−1)で表される化合物である請求項3に記載の硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物。
    Figure 2012008537
    (式(1−1)中、X及びR〜Rは、上記式(1)と同義である。)
  5. [E]アミン化合物の少なくとも一部が、[D]化合物に包接されている請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物。
  6. [C]感放射線性重合開始剤が、アセトフェノン化合物及びO−アシルオキシム化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物。
  7. アルコール系溶媒及びエーテル系溶媒からなる群より選ばれる少なくとも1種の溶媒をさらに含有する請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物。
  8. [D]化合物に[E]アミン化合物が包接された包接化合物を、[A]共重合体、[B]重合性化合物、及び[C]感放射線性重合開始剤に混合して調製され、25℃における粘度が1.0mPa・s以上50mPa・s以下である請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物。
  9. [D]化合物に[E]アミン化合物が包接された包接化合物を、[A]共重合体、[B]重合性化合物、及び[C]感放射線性重合開始剤に混合して、25℃における粘度が1.0mPa・s以上50mPa・s以下に調製する工程を有する硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物の製造方法。
  10. (1)請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物の塗膜を基板上に形成する工程、
    (2)上記塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
    (3)上記放射線が照射された塗膜を現像する工程、及び
    (4)上記現像された塗膜を焼成する工程
    を有する硬化膜の形成方法。
  11. 上記工程(4)の焼成温度が、200℃以下である請求項10に記載の形成方法。
  12. 請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物から形成される層間絶縁膜、保護膜又はスペーサーとしての硬化膜。
  13. 請求項12に記載の硬化膜を備える表示素子。
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