JP2012088457A - 着色組成物、着色パターン、カラーフィルタ、カラー表示素子及びカラーフィルタの製造方法 - Google Patents

着色組成物、着色パターン、カラーフィルタ、カラー表示素子及びカラーフィルタの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】保存安定性と低温焼成を両立する着色組成物、及び現像耐性、耐熱性、耐溶媒性、電圧保持率等に優れる着色パターン、カラーフィルタ、カラーフィルタを備えるカラー表示素子及びカラーフィルタの製造方法を提供する。
【解決手段】[A](A1)不飽和カルボン酸及び不飽和カルボン酸無水物からなる群より選択される少なくとも1種と、(A2)エポキシ基含有不飽和化合物とを共重合してなるアルカリ可溶性樹脂、[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]着色剤、並びに[E]アミノ基と電子吸引基とを有する特定化合物、3級アミン化合物、アミン塩、ホスホニウム塩、アミジン塩、アミド化合物、チオール化合物、ブロックイソシアネート化合物及びイミダゾール環含有化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の硬化剤を含有する着色組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、着色組成物、着色パターン、カラーフィルタ、カラー表示素子及びカラーフィルタの製造方法に関する。
着色組成物を用いたカラーフィルタの製造方法としては、基板上に顔料分散型の着色組成物を塗布して乾燥した後、この塗膜に対してマスクパターンを介して放射線を照射(露光)し、現像することにより各色の画素を得る方法が知られている(特許文献1及び2参照)。
また、表示素子の高コントラスト化や固体撮像素子の高精細化を実現するには、着色剤として染料を用いることが有効とされている(特許文献3〜5参照)。染料を含む着色組成物においては、多官能アクリレート、アルコキシメチルメラミン樹脂等と重合開始剤とを組み合わせた硬化システムが主に採用されている。
一方、近年、電子ペーパー等のフレキシブルディスプレイが普及している。このフレキシブルディスプレイの基板としては、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチック基板が検討されている。この基板は焼成時に伸張又は収縮する為、ディスプレイとしての機能を阻害する不都合があり焼成工程の低温化が必要とされている(特許文献6参照)。
しかし、染料を含む従来の着色組成物を用いて低温焼成されたカラーフィルタは、耐熱性や耐溶媒性に劣るという不都合がある。また、硬化反応性が不充分であることに起因してか、得られるカラーフィルタは現像耐性、電圧保持率等において満足のいくレベルではない。そこで、エポキシ系材料の硬化剤として用いられるアミン化合物の添加により、低温であっても架橋反応を進行させる方策も考えられるが、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とを両立する着色組成物、及び現像耐性、耐熱性、耐溶媒性、電圧保持率等に優れる着色パターン及びカラーフィルタの開発が望まれている。
特開平2−144502号公報 特開平3−53201号公報 特開2005−99584号公報 特開2007−219466号公報 特開2007−316179号公報 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する着色組成物、及び現像耐性、耐熱性、耐溶媒性、電圧保持率等に優れる着色パターン、カラーフィルタ、カラーフィルタを備えるカラー表示素子及びカラーフィルタの製造方法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)不飽和カルボン酸及び不飽和カルボン酸無水物からなる群より選択される少なくとも1種と、(A2)エポキシ基含有不飽和化合物とを共重合してなるアルカリ可溶性樹脂(以下、「[A]アルカリ可溶性樹脂」と称することがある)、
[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」と称することがある)、
[C]感放射線性重合開始剤(以下、「[C]重合開始剤」と称することがある)、
[D]着色剤、並びに
[E]下記式(1)で表される化合物、下記式(2)で表される化合物、3級アミン化合物、アミン塩、ホスホニウム塩、アミジン塩、アミド化合物、チオール化合物、ブロックイソシアネート化合物及びイミダゾール環含有化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の硬化剤(以下、「[E]硬化剤」と称することがある)
を含有する着色組成物である。
Figure 2012088457
Figure 2012088457
(式(1)中、R〜Rは、それぞれ独立して水素原子、電子吸引性基又はアミノ基である。但し、R〜Rのうち少なくとも1つは電子吸引性基であり、かつR〜Rのうち少なくとも1つはアミノ基である。また、上記アミノ基は、水素原子の全部又は一部が炭素数1〜6のアルキル基で置換されていてもよい。
式(2)中、R〜R16は、それぞれ独立して水素原子、電子吸引性基又はアミノ基である。但し、R〜R16のうち少なくとも1つはアミノ基である。また、上記アミノ基は、水素原子の全部又は一部が炭素数1〜6のアルキル基で置換されていてもよい。Aは、単結合、カルボニル基、カルボニルオキシ基、カルボニルメチレン基、スルフィニル基、スルホニル基、メチレン基又は炭素数2〜6のアルキレン基である。但し、上記メチレン基及びアルキレン基は、水素原子の全部又は一部がシアノ基、ハロゲン原子又はフルオロアルキル基で置換されていてもよい。)
当該着色組成物は、着色剤としての[D]着色剤を含有しつつ、上記特定化合物から選択される[E]硬化剤を含有することで、[A]アルカリ可溶性樹脂が有するエポキシ基等への効果的な硬化触媒として作用し、結果として保存安定性と低温焼成とを両立することができる。また、[B]重合性化合物及び[C]重合開始剤を含有することで、低露光量の場合であっても現像耐性、耐熱性、耐溶媒性、電圧保持率により優れた着色パターン等が得られる。
[E]硬化剤は、上記式(1)及び式(2)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。[E]硬化剤として、アミノ基と電子欠乏基とを有する上記特定化合物を選択することで、当該着色組成物の保存安定性と低温焼成をより高いレベルで両立でき、さらに得られた着色パターン等の電圧保持率をより向上できる。
当該着色組成物は、[F]ラジカル反応性官能基を有するアルカリ可溶性樹脂(以下、「[F]アルカリ可溶性樹脂」と称することがある)をさらに含有することが好ましい。
当該着色組成物が、[F]アルカリ可溶性樹を含有することで現像耐性、保存安定性等の諸特性がより高いレベルでバランスされた着色組成物が得られる。
かかる効果を奏する当該着色組成物から形成される着色パターン及びこの着色パターンを備えるカラーフィルタも本発明に好適に含まれる。
本発明のカラーフィルタの製造方法は、
(1)当該着色組成物の塗膜を基板上に形成する工程、
(2)上記塗膜に着色パターンを形成する工程、及び
(3)上記着色パターンが形成された塗膜を200℃以下で焼成する工程
を有する。
当該着色組成物を用いる本発明のカラーフィルタの製造方法により、耐熱性、耐薬品性、電圧保持率等が良好なカラーフィルタを形成できる。また、上述のように当該着色組成物は特定成分を含有することから、低温焼成を実現でき上記工程(3)においては200℃以下の温度で焼成が可能となる。従って、このようにして製造されるカラーフィルタは低温焼成が望まれるフレキシブルディスプレイ用として好適である。
本発明のカラー表示素子は、当該着色組成物から形成されるカラーフィルタを備える。この他にも、固体撮像素子の色分解用カラーフィルタ、有機EL表示素子用カラーフィルタ等、各種カラーフィルタの作製に好適に使用できる。
なお、本明細書にいう「焼成」とは、着色パターン及びカラーフィルタに要求される強度が得られるまで加熱することを意味する。また、露光に際して照射される「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。
本発明の着色組成物によれば、着色剤を含有しつつ、保存安定性と低温焼成を両立し、現像耐性、耐熱性、耐溶媒性、電圧保持率等に優れる着色パターン及びカラーフィルタが得られる。従って、当該着色組成物は、カラー表示素子用カラーフィルタ、固体撮像素子の色分解用カラーフィルタ、有機EL表示素子用カラーフィルタ、電子ペーパー用カラーフィルタ等、各種カラーフィルタの作製に好適に使用できる。
<着色組成物>
本発明の着色組成物は、[A]アルカリ可溶性樹脂、[B]重合性化合物、[C]重合開始剤、[D]着色剤及び[E]硬化剤を含有する。また、好適な成分として[F]アルカリ可溶性樹脂を含有してもよい。さらに、本発明の効果を損なわない限りその他の任意成分を含有してもよい。以下、各成分を詳述する。
<[A]アルカリ可溶性樹脂>
[A]アルカリ可溶性樹脂は、(A1)不飽和カルボン酸及び不飽和カルボン酸無水物からなる群より選択される少なくとも1種(以下、「(A1)化合物」と称することがある)と、(A2)エポキシ基含有不飽和化合物(以下、「(A2)化合物」と称することがある)とを共重合してなるアルカリ可溶性樹脂である。
[A]アルカリ可溶性樹脂は、例えば溶媒中で重合開始剤の存在下、カルボキシル基含有構造単位を与える(A1)化合物と、エポキシ基含有構造単位を与える(A2)化合物とを共重合することによって製造できる。また、(A3)水酸基含有構造単位を与える水酸基含有不飽和化合物(以下、「(A3)化合物」と称することがある)をさらに加えて、共重合体とすることができる。さらに、[A]アルカリ可溶性樹脂の製造においては、上記(A1)化合物、(A2)化合物及び(A3)化合物と共に、(A4)化合物(上記(A1)、(A2)及び(A3)化合物に由来する構造単位以外の構造単位を与える不飽和化合物)をさらに加えて、共重合体とすることができる。
[(A1)化合物]
(A1)化合物としては、不飽和モノカルボン酸、不飽和ジカルボン酸、不飽和ジカルボン酸の無水物、多価カルボン酸のモノ〔(メタ)アクリロイルオキシアルキル〕エステル、両末端にカルボキシル基と水酸基とを有するポリマーのモノ(メタ)アクリレート、カルボキシル基を有する不飽和多環式化合物及びその無水物等が挙げられる。
不飽和モノカルボン酸としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸等;
不飽和ジカルボン酸としては、例えばマレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸等;
不飽和ジカルボン酸の無水物としては、例えば上記ジカルボン酸として例示した化合物の無水物等;
多価カルボン酸のモノ〔(メタ)アクリロイルオキシアルキル〕エステルとしては、例えばコハク酸モノ〔2−(メタ)アクリロイルオキシエチル〕、フタル酸モノ〔2−(メタ)アクリロイルオキシエチル〕等;
両末端にカルボキシル基と水酸基とを有するポリマーのモノ(メタ)アクリレートとしては、例えばω−カルボキシポリカプロラクトンモノ(メタ)アクリレート等;
カルボキシル基を有する不飽和多環式化合物及びその無水物としては、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−エン無水物等が挙げられる。
これらのうち、モノカルボン酸、ジカルボン酸無水物が好ましく、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及び入手の容易性からより好ましい。これらの(A1)化合物は、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。
(A1)化合物の使用割合としては、(A1)化合物並びに(A2)化合物(必要に応じて任意の(A3)化合物及び(A4)化合物)の合計に基づいて、5質量%〜30質量%が好ましく、10質量%〜25質量%がより好ましい。(A1)化合物の使用割合を5質量%〜30質量%とすることによって、[A]アルカリ可溶性樹脂のアルカリ水溶液に対する溶解性を最適化すると共に、放射線性感度に優れる着色組成物が得られる。
[(A2)化合物]
(A2)化合物はラジカル重合性を有するエポキシ基含有不飽和化合物である。エポキシ基としては、オキシラニル基(1,2−エポキシ構造)、オキセタニル基(1,3−エポキシ構造)が挙げられる。
オキシラニル基を有する不飽和化合物としては、例えばアクリル酸グリシジル、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、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、アクリル酸3,4−エポキシブチル、メタクリル酸3,4−エポキシブチル、アクリル酸6,7−エポキシヘプチル、メタクリル酸6,7−エポキシヘプチル、α−エチルアクリル酸−6,7−エポキシヘプチル、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、メタクリル酸3,4−エポキシシクロへキシルメチル等が挙げられる。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−6,7−エポキシヘプチル、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、メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルが、共重合反応性及び着色パターン等の耐溶媒性等の向上の観点から好ましい。
オキセタニル基を有する不飽和化合物としては、例えば
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)−2−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−トリフルオロメチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2−ペンタフルオ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−ジフルオロオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2,2,4−トリフルオロオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2,2,4,4−テトラフルオロオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−2−エチルオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−3−エチルオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−2−トリフルオロメチルオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−2−ペンタフルオロエチルオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−2−フェニルオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−2,2−ジフルオロオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−2,2,4−トリフルオロオキセタン、3−(2−アクリロイルオキシエチル)−2,2,4,4−テトラフルオロオキセタン等のアクリル酸エステル;
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−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−トリフルオロメチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2−ペンタフルオ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−ジフルオロオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2,2,4−トリフルオロオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2,2,4,4−テトラフルオロオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2−エチルオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−3−エチルオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2−トリフルオロメチルオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2−ペンタフルオロエチルオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2−フェニルオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2,2−ジフルオロオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2,2,4−トリフルオロオキセタン、3−(2−メタクリロイルオキシエチル)−2,2,4,4−テトラフルオロオキセタン等のメタクリル酸エステル等が挙げられる。これらの(A2)化合物は、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。
(A2)化合物の使用割合としては、(A1)化合物並びに(A2)化合物(必要に応じて任意の(A3)化合物及び(A4)化合物)の合計に基づいて、5質量%〜60質量%が好ましく、10質量%〜50質量%がより好ましい。(A2)化合物の使用割合を5質量%〜60質量%とすることによって、優れた耐溶媒性等を有する着色パターン等を形成できる。
[(A3)化合物]
(A3)化合物としては、水酸基を有する(メタ)アクリル酸エステル、下記式(3)で表されるフェノール性水酸基含有不飽和化合物等が挙げられる。
Figure 2012088457
上記式(3)中、R17は、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基である。R18〜R22は、それぞれ独立して、水素原子、水酸基又は炭素数1〜4のアルキル基である。Yは、単結合、−COO−、又は−CONH−である。pは、0〜3の整数である。但し、R18〜R22の少なくとも1つは、水酸基である。
上記水酸基を有する(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えばヒドロキシメチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(n=2〜10)モノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(n=2〜10)モノ(メタ)アクリレート、2,3−ジヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−メタクリロキシエチルグリコサイド等が挙げられる。
上記式(3)で表されるフェノール性水酸基含有不飽和化合物としては、Yとpの定義により、例えば下記式(3−1)〜式(3−5)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 2012088457
上記式(3−1)中、qは1から3の整数である。R17〜R22は上記式(3)と同義である。
Figure 2012088457
上記式(3−2)中、R17〜R22は、上記式(3)と同義である。
Figure 2012088457
上記式(3−3)中、rは1から3の整数である。R17〜R22は上記式(3)と同義である。
Figure 2012088457
上記式(3−4)中、R17〜R22は、上記式(3)と同義である。
Figure 2012088457
上記式(3−5)中、R17〜R22は、上記式(3)と同義である。
これらの(A3)化合物のうち、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、4−ヒドロキシフェニルメタクリレート、o−ヒドロキシスチレン、p−ヒドロキシスチレン、α−メチル−p−ヒドロキシスチレンが好ましい。これらの(A3)化合物は、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。
(A3)化合物の使用割合としては、(A1)化合物、(A2)化合物並びに(A3)化合物(必要に応じて任意の(A4)化合物)の合計に基づいて、1質量%〜30質量%が好ましく、5質量%〜25質量%がより好ましい。(A3)化合物の使用割合を上記範囲とすることによって、優れた耐溶媒性等を有する着色パターン等を形成できる。
[(A4)化合物]
(A4)化合物は、上記の(A1)化合物、(A2)化合物及び(A3)化合物以外での不飽和化合物であれば特に制限されるものではない。(A4)化合物としては、例えばメタクリル酸鎖状アルキルエステル、メタクリル酸環状アルキルエステル、アクリル酸鎖状アルキルエステル、アクリル酸環状アルキルエステル、メタクリル酸アリールエステル、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、ビシクロ不飽和化合物、マレイミド化合物、不飽和芳香族化合物、共役ジエン、テトラヒドロフラン骨格、フラン骨格、テトラヒドロピラン骨格、ピラン骨格、下記式(4)で表される骨格をもつ不飽和化合物及びその他の不飽和化合物等が挙げられる。
Figure 2012088457
上記式(4)中、R23は水素原子又はメチル基である。sは1以上の整数である。
メタクリル酸鎖状アルキルエステルとしては、例えばメタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸sec−ブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸イソデシル、メタクリル酸n−ラウリル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸n−ステアリル等が挙げられる。
メタクリル酸環状アルキルエステルとしては、例えば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[5.2.1.02,6]デカン−8−イル、メタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルオキシエチル、メタクリル酸イソボロニル等が挙げられる。
アクリル酸鎖状アルキルエステルとしては、例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸sec−ブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸イソデシル、アクリル酸n−ラウリル、アクリル酸トリデシル、アクリル酸n−ステアリル等が挙げられる。
アクリル酸環状アルキルエステルとしては、例えば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、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イ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等が挙げられる。
メタクリル酸アリールエステルとしては、例えばメタクリル酸フェニル、メタクリル酸ベンジル等が挙げられる。
アクリル酸アリールエステルとしては、例えばフェニルアクリレート、ベンジルアクリレート等が挙げられる。
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。
ビシクロ不飽和化合物としては、例えばビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−エチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−メトキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−エトキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジメトキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジエトキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−t−ブトキシカルボニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−シクロヘキシルオキシカルボニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−フェノキシカルボニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジ(t−ブトキシカルボニル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジ(シクロヘキシルオキシカルボニル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−(2’−ヒドロキシエチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジヒドロキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジ(ヒドロキシメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジ(2’−ヒドロキシエチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−ヒドロキシ−5−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−ヒドロキシ−5−エチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−ヒドロキシメチル−5−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン等が挙げられる。
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。
不飽和芳香族化合物としては、例えばスチレン、α−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ビニルトルエン、p−メトキシスチレン等が挙げられる。
共役ジエンとしては、例えば1,3−ブタジエン、イソプレン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン等が挙げられる。
テトラヒドロフラン骨格を含有する不飽和化合物としては、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−オン等が挙げられる。
フラン骨格を含有する不飽和化合物としては、例えば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−オン等が挙げられる。
テトラヒドロピラン骨格を含有する不飽和化合物としては、例えば(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−オン等が挙げられる。
ピラン骨格を含有する不飽和化合物としては、例えば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−ピラン等が挙げられる。
その他の不飽和化合物としては、例えばアクリロニトリル、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、酢酸ビニル等が挙げられる。
これらの(A4)化合物のうち、メタクリル酸鎖状アルキルエステル、メタクリル酸環状アルキルエステル、マレイミド化合物、テトラヒドロフラン骨格、フラン骨格、テトラヒドロピラン骨格、ピラン骨格、上記式(4)で表される骨格を有する不飽和化合物、不飽和芳香族化合物、アクリル酸環状アルキルエステルが好ましい。これらのうち、スチレン、メタクリル酸メチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸n−ラウリル、メタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル、p−メトキシスチレン、2−メチルシクロヘキシルアクリレート、N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(n=2〜10)モノ(メタ)アクリレート、3−(メタ)アクリロイルオキシテトラヒドロフラン−2−オンが、共重合反応性及びアルカリ水溶液に対する溶解性の点からより好ましい。これらの(A4)化合物は、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。
(A4)化合物の使用割合としては、(A1)化合物、(A2)化合物並びに(A4)化合物(及び任意の(A3)化合物)の合計に基づいて、10質量%〜70質量%が好ましく、20質量%〜60質量%がより好ましい。(A4)化合物の使用割合を10質量%〜70質量%とすることによって、耐溶媒性等に優れる着色パターン等を形成できる。
<[A]アルカリ可溶性樹脂の合成方法>
[A]アルカリ可溶性樹脂は、例えば溶媒中で重合開始剤の存在下、上記(A1)化合物並びに(A2)化合物(任意の(A3)化合物及び(A4)化合物)とを共重合することによって製造できる。
[A]アルカリ可溶性樹脂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、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モノアルキルエーテル、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、ジプロピレングリコールジアルキルエーテル、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、ケトン、エステル等が挙げられる。
アルコールとしては、例えばベンジルアルコール等;
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;
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等;
ジエチレングリコールモノ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等;
ジエチレングリコールジ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;
ジプロピレングリコールジアルキルエーテルとしては、例えば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ジエチルエーテル、ジプロピレングリコールエチルメチルエーテル等;
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メチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル、プロピレングリコールブチルエーテル等;
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等;
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エチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールプロピルエーテルプロピオネート等;
ケトンとしては、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、メチルイソアミルケトン等;
エステルとしては、例えば酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸3−メトキシブチル、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、ヒドロキシ酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸ブチル、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等が挙げられる。
これらの溶媒のうち酢酸3−メトキシブチル、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モノアルキルエーテル、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、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アルキルエーテルアセテートが好ましく、酢酸3−メトキシブチル、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メチルエチルエーテル、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がより好ましい。
[A]アルカリ可溶性樹脂を製造するための重合反応に用いられる重合開始剤としては、一般的にラジカル重合開始剤として知られているものが使用できる。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(AIBN)、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)等のアゾ化合物;ベンゾイルペルオキシド、ラウロイルペルオキシド、t−ブチルペルオキシピバレート、1,1’−ビス−(t−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン等の有機過酸化物及び過酸化水素が挙げられる。ラジカル重合開始剤として過酸化物を用いる場合には、過酸化物を還元剤とともに用いてレドックス型開始剤としてもよい。
[A]アルカリ可溶性樹脂を製造するための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。
[A]アルカリ可溶性樹脂の重量平均分子量(Mw)としては、1,000〜30,000が好ましく、5,000〜20,000がより好ましい。[A]アルカリ可溶性樹脂のMwを上記範囲とすることで、当該着色組成物の感度及び現像性を高めることができる。なお、本明細書における重合体のMw及び数平均分子量(Mn)は下記の条件による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
カラム温度:40℃
流速:1.0mL/分
試料濃度:1.0質量%
試料注入量:100μL
検出器:示差屈折計
標準物質:単分散ポリスチレン
<[B]重合性化合物>
当該着色組成物に含有される[B]重合性化合物としては、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−756、同TO−1450、同TO−1382(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ニューフロンティア R−1150(第一工業製薬社)、KAYARAD DPHA、KAYARAD DPHA−40H、UX−5000(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、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)、同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種以上を使用できる。当該着色組成物における[B]重合性化合物の使用割合としては、[A]アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して10質量部〜700質量部が好ましく、20質量部〜600質量部がより好ましい。[B]重合性化合物の使用割合を上記範囲とすることで、当該着色組成物は、低露光量においても十分な耐熱性、耐溶媒性、電圧保持率を有した着色パターン等を形成できる。
<[C]重合開始剤>
当該着色組成物に含有される[C]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うる活性種を生じる成分である。このような[C]重合開始剤としては、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等が挙げられる。これらの化合物は、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。
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−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−オクタン−1−オンオキシム−O−アセテート、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−ベンゾエート、1−〔9−n−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)−9.H.−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)−9.H.−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)−9.H.−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}−9.H.−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)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)又はエタノン−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。
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。
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−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’−ビイミダゾール等が挙げられる。これらのうち、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’−ビイミダゾール又は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’−ビイミダゾールが好ましく、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’−ビイミダゾールがより好ましい。
[C]重合開始剤の使用割合としては、[A]アルカリ可溶性樹脂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]重合開始剤の使用割合を1質量部〜40質量部とすることで、当該着色組成物は、低露光量の場合でも高い耐溶媒性等を有する着色パターン及びカラーフィルタを形成できる。
<[D]着色剤>
当該着色組成物に含有される[D]着色剤としては着色性を有すれば特に限定されるものではなく、着色パターン及びカラーフィルタの用途に応じて色彩や材質を適宜選択することができる。着色剤としては、例えば顔料、染料及び天然色素のいずれをも使用できるが、着色パターン及びカラーフィルタには高い色純度、輝度、コントラスト等が求められることから、顔料、染料が好ましく、染料がより好ましい。
顔料としては、有機顔料、無機顔料のいずれでもよく、有機顔料としては、例えばカラーインデックス(C.I.;The Society of Dyers and Colourists 社発行)においてピグメントに分類されている化合物が挙げられる。具体的には、下記のようなカラーインデックス(C.I.)名が付されているものが挙げられる。
C.I.ピグメントイエロー12、C.I.ピグメントイエロー13、C.I.ピグメントイエロー14、C.I.ピグメントイエロー17、C.I.ピグメントイエロー20、C.I.ピグメントイエロー24、C.I.ピグメントイエロー31、C.I.ピグメントイエロー55、C.I.ピグメントイエロー83、C.I.ピグメントイエロー93、C.I.ピグメントイエロー109、C.I.ピグメントイエロー110、C.I.ピグメントイエロー138、C.I.ピグメントイエロー139、C.I.ピグメントイエロー150、C.I.ピグメントイエロー153、C.I.ピグメントイエロー154、C.I.ピグメントイエロー155、C.I.ピグメントイエロー166、C.I.ピグメントイエロー168、C.I.ピグメントイエロー180、C.I.ピグメントイエロー185、C.I.ピグメントイエロー211;
C.I.ピグメントオレンジ5、C.I.ピグメントオレンジ13、C.I.ピグメントオレンジ14、C.I.ピグメントオレンジ24、C.I.ピグメントオレンジ34、C.I.ピグメントオレンジ36、C.I.ピグメントオレンジ38、C.I.ピグメントオレンジ40、C.I.ピグメントオレンジ43、C.I.ピグメントオレンジ46、C.I.ピグメントオレンジ49、C.I.ピグメントオレンジ61、C.I.ピグメントオレンジ64、C.I.ピグメントオレンジ68、C.I.ピグメントオレンジ70、C.I.ピグメントオレンジ71、C.I.ピグメントオレンジ72、C.I.ピグメントオレンジ73、C.I.ピグメントオレンジ74;
C.I.ピグメントレッド1、C.I.ピグメントレッド2、C.I.ピグメントレッド5、C.I.ピグメントレッド17、C.I.ピグメントレッド31、C.I.ピグメントレッド32、C.I.ピグメントレッド41、C.I.ピグメントレッド122、C.I.ピグメントレッド123、C.I.ピグメントレッド144、C.I.ピグメントレッド149、C.I.ピグメントレッド166、C.I.ピグメントレッド168、C.I.ピグメントレッド170、C.I.ピグメントレッド171、C.I.ピグメントレッド175、C.I.ピグメントレッド176、C.I.ピグメントレッド177、C.I.ピグメントレッド178、C.I.ピグメントレッド179、C.I.ピグメントレッド180、C.I.ピグメントレッド185、C.I.ピグメントレッド187、C.I.ピグメントレッド202、C.I.ピグメントレッド206、C.I.ピグメントレッド207、C.I.ピグメントレッド209、C.I.ピグメントレッド214、C.I.ピグメントレッド220、C.I.ピグメントレッド221、C.I.ピグメントレッド224、C.I.ピグメントレッド242、C.I.ピグメントレッド243、C.I.ピグメントレッド254、C.I.ピグメントレッド255、C.I.ピグメントレッド262、C.I.ピグメントレッド264、C.I.ピグメントレッド272;
C.I.ピグメントバイオレット1、C.I.ピグメントバイオレット19、C.I.ピグメントバイオレット23、C.I.ピグメントバイオレット29、C.I.ピグメントバイオレット32、C.I.ピグメントバイオレット36、C.I.ピグメントバイオレット38;
C.I.ピグメントブルー15、C.I.ピグメントブルー15:3、C.I.ピグメントブルー15:4、C.I.ピグメントブルー15:6、C.I.ピグメントブルー60、C.I.ピグメントブルー80;
C.I.ピグメントグリーン7、C.I.ピグメントグリーン36、C.I.ピグメントグリーン58;
C.I.ピグメントブラウン23、C.I.ピグメントブラウン25;
C.I.ピグメントブラック1、C.I.ピグメントブラック7等が挙げられる。
また、無機顔料としては、例えば酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、亜鉛華、硫酸鉛、黄色鉛、亜鉛黄、べんがら(赤色酸化鉄(III))、カドミウム赤、群青、紺青、酸化クロム緑、コバルト緑、アンバー、チタンブラック、合成鉄黒、カーボンブラック等が挙げられる。
染料としては有機溶媒に可溶である限り公知の染料を使用できる。染料の化学構造としては、トリフェニルメタン系、アントラキノン系、ベンジリデン系、オキソノール系、シアニン系、フェノチアジン系、ピロロピラゾールアゾメチン系、キサンテン系、フタロシアニン系、ベンゾピラン系、インジゴ系等が挙げられる。これらのうち、ピラゾールアゾ系、アニリノアゾ系、ピラゾロトリアゾールアゾ系、ピリドンアゾ系、アントラキノン系、アンスラピリドン系の染料が好ましい。
染料としては、例えば油溶性染料、アシッド染料又はその誘導体、ダイレクト染料、モーダント染料等が挙げられる。
C.I.油溶性染料としては、例えば
C.I.ソルベントイエロー4(以下、「C.I.ソルベントイエロー」の記載を省略し、番号のみを記載する。その他の染料も同様に記載する)、14、15、23、24、38、62、63、68、82、88、94、98、99、162、179;
C.I.ソルベントレッド45、49、125、130;
C.I.ソルベントオレンジ2、7、11、15、26、56;
C.I.ソルベントブルー35、37、59、67;
C.I.ソルベントグリーン1、3、4、5、7、28、29、32、33、34、35等が挙げられる。
C.I.アシッド染料としては、例えば
C.I.アシッドイエロー1、3、7、9、11、17、23、25、29、34、36、38、40、42、54、65、72、73、76、79、98、99、111、112、113、114、116、119、123、128、134、135、138、139、140、144、150、155、157、160、161、163、168、169、172、177、178、179、184、190、193、196、197、199、202、203、204、205、207、212、214、220、221、228、230、232、235、238、240、242
、243、251;
Valifast yellow 1101、1109、1151、3108、3120、3130、3150、3170、4120;
C.I.アシッドレッド1、4、8、14、17、18、26、27、29、31、34、35、37、42、44、50、51、52、57、66、73、80、87、88、91、92、94、97、103、111、114、129、133、134、138、143、145、150、151、158、176、182、183、198、206、211、215、216、217、227、228、249、252、257、258、260、261、266、268、270、274、277、280、281、195、308、312、315、316、339、341、345、346、349、382、383、394、401、412、417、418、422、426;
C.I.アシッドオレンジ6、7、8、10、12、26、50、51、52、56、62、63、64、74、75、94、95、107、108、169、173;
C.I.アシッドブルー1、7、9、15、18、23、25、27、29、40、42、45、51、62、70、74、80、83、86、87、90、92、96、103、108、112、113、120、129、138、147、150、158、171、182、192、210、242、249、243、256、259、267、278、280、285、290、296、315、324、335、340;
C.I.アシッドバイオレット6B、7、9、17、19、49;
C.I.アシッドグリーン1、3、5、9、16、25、27、50、58、63、65、80、104、105、106、109;
C.I.アシッドブラック24等の染料が挙げられる。
C.I.ダイレクト染料としては、例えば
C.I.ダイレクトイエロー2、33、34、35、38、39、43、47、50、54、58、68、69、70、71、86、93、94、95、98、102、108、109、129、136、138、141;
C.I.ダイレクトレッド79、82、83、84、91、92、96、97、98、99、105、106、107、172、173、176、177、179、181、182、184、204、207、211、213、218、220、221、222、232、233、234、241、243、246、250;
C.I.ダイレクトオレンジ34、39、41、46、50、52、56、57、61、64、65、68、70、96、97、106、107;
C.I.ダイレクトブルー57、77、80、81、84、85、86、90、93、94、95、97、98、99、100、101、106、107、108、109、113、114、115、117、119、137、149、150、153、155、156、158、159、160、161、162、163、164、166、167、170、171、172、173、188、189、190、192、193、194、196、198、199、200、207、209、210、212、213、214、222、228、229、237、238、242、243、244、245、247、248、250、251、252、256、257、259、260、268、274、275、293;
C.I.ダイレクトバイオレット47、52、54、59、60、65、66、79、80、81、82、84、89、90、93、95、96、103、104;
C.I.ダイレクトグリーン25、27、31、32、34、37、63、65、66、67、68、69、72、77、79、82等が挙げられる。
C.I.モーダント染料としては、例えば
C.I.モーダントイエロー5、8、10、16、20、26、30、31、33、42、43、45、56、61、62、65;
C.I.モーダントレッド1、2、3、4、9、11、12、14、17、18、19、22、23、24、25、26、30、32、33、36、37、38、39、41、43、45、46、48、53、56、63、71、74、85、86、88、90、94、95;
C.I.モーダントオレンジ3、4、5、8、12、13、14、20、21、23、24、28、29、32、34、35、36、37、42、43、47、48;
C.I.モーダントブルー1、2、3、7、8、9、12、13、15、16、19、20、21、22、23、24、26、30、31、32、39、40、41、43、44、48、49、53、61、74、77、83、84;
C.I.モーダントバイオレット1、2、4、5、7、14、22、24、30、31、32、37、40、41、44、45、47、48、53、58;
C.I.モーダントグリーン1、3、4、5、10、15、19、26、29、33、34、35、41、43、53等が挙げられる。
[D]着色剤の含有量としては、[A]アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して、1質量部〜400質量部が好ましく、5質量部〜350質量部がより好ましい。[D]着色剤の含有量を上記範囲とすることで、着色組成物のアルカリ現像性や、画素の耐熱性、耐溶媒性と着色パターン及びカラーフィルタとしての高輝度化や高コントラスト化が高いレベルでバランス良く達成できる。
<[E]硬化剤>
当該着色組成物が含有する[E]硬化剤は、上記式(1)で表される化合物、上記式(2)で表される化合物、3級アミン化合物、アミン塩、ホスホニウム塩、アミジン塩、アミド化合物、チオール化合物、ブロックイソシアネート化合物及びイミダゾール環含有化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種である。当該着色組成物が、上記特定化合物から選択される[E]硬化剤を含有することで保存安定性と低温焼成とを両立することができる。以下、各化合物を詳述する。
[上記式(1)及び式(2)で表される化合物]
[E]硬化剤としては、上記式(1)及び式(2)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。[E]硬化剤として、アミノ基と電子欠乏基とを有する上記特定化合物を選択することで、当該着色組成物の保存安定性と低温焼成をより高いレベルで両立でき、さらに得られた着色パターン等の電圧保持率をより向上できる。
上記式(1)中、R〜Rは、それぞれ独立して水素原子、電子吸引性基又はアミノ基である。但し、R〜Rのうち少なくとも1つは電子吸引性基であり、かつR〜Rのうち少なくとも1つはアミノ基であり、上記アミノ基は、水素原子の全部又は一部が炭素数1〜6のアルキル基で置換されていてもよい。
上記式(2)中、R〜R16は、それぞれ独立して水素原子、電子吸引性基又はアミノ基である。但し、R〜R16のうち少なくとも1つはアミノ基である。また、水素原子の全部又は一部が炭素数1〜6のアルキル基で置換されていてもよい。Aは、単結合、カルボニル基、カルボニルオキシ基、カルボニルメチレン基、スルフィニル基、スルホニル基、メチレン基又は炭素数2〜6のアルキレン基である。但し、上記メチレン基及びアルキレン基は、水素原子の全部又は一部がシアノ基、ハロゲン原子又はフルオロアルキル基で置換されていてもよい。
上記R〜R16が示す電子吸引性基としては、例えばハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、トリフルオロメチル基、カルボキシル基、アシル基、アルキルスルホニル基、アルキルオキシスルフォニル基、ジシアノビニル基、トリシアノビニル基、スルホニル基等が挙げられる。これらのうち、ニトロ基、アルキルオキシスルフォニル基、トリフルオロメチル基が好ましい。Aが示す基としては、スルホニル基、フルオロアルキル基で置換されていてもよいメチレン基が好ましい。
上記式(1)及び式(2)で表される化合物としては、
2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,3−ビス(4−アミノフェニル)スクシノニトリル、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノフェニルベンゾエート、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、1,4−ジアミノ−2−クロロベンゼン、1,4−ジアミノ−2−ブロモベンゼン、1,4−ジアミノ−2−ヨードベンゼン、1,4−ジアミノ−2−ニトロベンゼン、1,4−ジアミノ−2−トリフルオロメチルベンゼン、2,5−ジアミノベンゾニトリル、2,5−ジアミノアセトフェノン、2,5−ジアミノ安息香酸、2,2’−ジクロロベンジジン、2,2’−ジブロモベンジジン、2,2’−ジヨードベンジジン、2,2’−ジニトロベンジジン、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、3−アミノベンゼンスルホン酸エチル、3,5−ビストリフルオロメチル−1,2−ジアミノベンゼン、4−アミノニトロベンゼン、N,N−ジメチル−4−ニトロアニリンが好ましく、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、3−アミノベンゼンスルホン酸エチル、3,5−ビストリフルオロメチル−1,2−ジアミノベンゼン、4−アミノニトロベンゼン、N,N−ジメチル−4−ニトロアニリンがより好ましい。
上記式(1)及び式(2)で表される化合物は、単独で又は2種以上を混合して使用できる。上記式(1)及び式(2)で表される化合物の含有割合としては、[A]アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して、0.1質量部〜20質量部が好ましく、0.2質量部〜10質量部がより好ましい。上記式(1)及び式(2)で表される化合物の含有割合を上記範囲とすることで、当該着色組成物の保存安定性と低温焼成とをより高いレベルで両立できる。
[3級アミン化合物]
反応性の高い一般的な1級アミン化合物や2級アミン化合物をエポキシ化合物と共存させると、組成物溶液の保存中にアミンのエポキシ基への求核攻撃により硬化反応が進行し、製品としての品質を損なうおそれがある。しかし、3級アミンを使用した場合は、比較的反応性が低いことに起因してか組成部中ではエポキシ化合物と共存させても保存安定性は良好となる。
3級アミン化合物としては、下記式(5)で表される化合物からなる群より選択される少なくとも1種を使用することができる。
Figure 2012088457
上記式(5)中、R24〜R26は、それぞれ独立して炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜18のアリール基又は炭素数7〜30のアラルキル基である。但し、R24及びR25は互いに結合して、それらが結合する窒素原子と共に環構造を形成していてもよい。上記アルキル基、アリール基及びアラルキル基は水素原子の一部又は全部が置換されていてもよい。
上記R24〜R26が示す上記炭素数1〜20のアルキル基としては、例えば直鎖状又は分岐状のメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ラウリル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基等が挙げられる。
上記R24〜R26が示す炭素数6〜18のアリール基としては、例えばフェニル基、ナフチル基等が挙げられる。
上記R24〜R26が示す炭素数7〜30のアラルキル基としては、例えばベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。
3級アミン化合物としては、例えばトリメチルアミン、トリエチルアミン、N,N−ジメチルベンジルアミン、トリフェニルアミン、トリブチルアミン、トリオクチルアミン、トリドデシルアミン、ジブチルベンジルアミン、トリナフチルアミン、N−エチル−N−メチルアニリン、N,N−ジエチルアニリン、N−フェニル−N−メチルアニリン、N,N−ジメチル−p−トルイジン、N,N−ジメチル−4−ブロモアニリン、N,N−ジメチル−4−メトキシアニリン、N−フェニルピペリジン、N−(4−メトキシフェニル)ピペリジン、N−フェニル−1,2,3,4−テトラヒドロイソキノリン、6−ベンジルオキシ−N−フェニル−7−メトキシ−1,2,3,4−テトラヒドロイソキノリン、N,N’−ジメチルピペラジン、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン、2−ジメチルアミノメチルフェノール、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール等が挙げられる。
これらの3級アミン化合物のうち、トリエチルアミン、トリオクチルアミン、2−ジメチルアミノメチルフェノール、N,N−ジエチルアニリン等が好ましい。3級アミン化合物は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。当該着色組成物における3級アミン化合物の含有割合としては、[A]アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して、0.1質量部〜10質量部が好ましく、0.5質量部〜5質量部がより好ましい。3級アミン化合物の含有割合を上記特定範囲とすることで、当該着色組成物の保存安定性と低温焼成とをより高いレベルで両立できる。
[アミン塩及びホスホニウム塩]
アミン塩及びホスホニウム塩としては、下記式(6)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種を使用することができる。
Figure 2012088457
上記式(6)中、Aは、窒素原子又はリン原子である。R27〜R30は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜18のアリール基又は炭素数7〜30のアラルキル基である。但し、これらの基は水素原子の一部又は全部が置換されていてもよい。Qは、1価の陰イオンである。
上記R27〜R30が示す炭素数1〜20のアルキル基としては、例えば直鎖状又は分岐状の、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ラウリル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基等が挙げられる。
上記R27〜R30が示す炭素数6〜18のアリール基としては、例えばフェニル基、ナフチル基等が挙げられる。
上記R27〜R30が示す炭素数7〜30のアラルキル基としては、例えばベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。
上記Qが示す1価の陰イオンとしては、例えば塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、シアン化物イオン、硝酸イオン、亜硝酸イオン、次亜塩素酸イオン、亜塩素酸イオン、塩素酸イオン、過塩素酸イオン、過マンガン酸イオン、炭酸水素イオン、リン酸二水素イオン、硫化水素イオン、チオシアン酸イオン、カルボン酸イオン、スルホン酸イオン、フェノキシドイオン、テトラフルオロボレートイオン、テトラアリールボレートイオン、ヘキサフルオロアンチモネートイオン等が挙げられる。
が窒素原子である場合、すなわちアンモニウム塩としては、例えば塩化テトラメチルアンモニウム、塩化テトラブチルアンモニウム、塩化ドデシルジメチルベンジルアンモニウム、塩化オクチルトリメチルアンモニウム、塩化デシルトリメチルアンモニウム、塩化ドデシルトリメチルアンモニウム、塩化テトラデシルトリメチルアンモニウム、塩化セチルトリメチルアンモニウム、塩化ステアリルトリメチルアンモニウム、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、塩化ベンジルトリメチルアンモニウム、塩化ベンジルトリエチルアンモニウム、塩化ベンザルコニウム、臭化ベンザルコニウム、塩化ジデシルジメチルアンモニウム、塩化ジステアリルジメチルアンモニウムが挙げられる。
がリン原子である場合、すなわちホスホニウム塩としては、例えばテトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラ(p−トリル)ボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラ(p−エチルフェニル)ボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラ(p−メトキシフェニル)ボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラ(p−エトキシフェニル)ボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラ(p−tert−ブトキシフェニル)ボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラ(m−トリル)ボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラ(m−メトキシフェニル)ボレート、トリ(p−トリル)フェニルホスホニウム・テトラ(p−トリル)ボレート、テトラ(p−トリル)ホスホニウム・テトラ(p−トリル)ボレート、トリ(p−メトキシフェニル)フェニルホスホニウム・テトラ(p−トリル)ボレート、テトラフェニルホスホニウムチオシアネート、ブチルトリフェニルホスホニウムチオシアネート、メチルトリフェニルホスホニウムチオシアネート、p−トリルトリフェニルホスホニウムチオシアネート、ベンジルトリフェニルホスホニウムヘキサフルオロアンチモネート、p−クロロベンジルトリフェニルホスホニウムヘキサフルオロアンチモネート、p−メチルベンジルトリフェニルホスホニウムヘキサフルオロアンチモネート、p−メトキシベンジルトリフェニルホスホニウムヘキサフルオロアンチモネート、α−メチルベンジルトリフェニルホスホニウムヘキサフルオロアンチモネート、シンナミルトリフェニルホスホニウムヘキサフルオロアンチモネート、2−ヒドロキシ−5−ニトロベンジルトリフェニルホスホニウムヘキサフルオロアンチモネート、1−ナフチルメチルトリフェニルホスホニウムヘキサフルオロアンチモネート、3−トリメチルシリル−4−トリメチルシロキシベンジルトリフェニルホスホニウムヘキサフルオロアンチモネート、p−メトキシベンジルトリス(p−クロロフェニル)ホスホニウムヘキサフルオロアンチモネート、p−メトキシベンジルトリス(p−メチルフェニル)ホスホニウムヘキサフルオロアンチモネート、シンナミルトリス(p−クロロフェニル)ホスホニウムヘキサフルオロアンチモネート、p−メトキシベンジルトリフェニルホスホニウムヘキサフルオロホスフェート、1−ピレニルメチル−トリフェニルホスホニウムヘキサフルオロアンチモネート、1−ピレニルメチル−ブチルジフェニルホスホニウムヘキサフルオロアンチモネート、9−アントラセニルメチル−トリフェニルホスホニウムヘキサフルオロアンチモネート、テトラブチルホスホニウムデカン塩、トリ(tert−ブチル)ホスホニウム・テトラフェニルボレート、ジ−tert−ブチルメチルホスホニウム・テトラフェニルボレート、p−トリルトリフェニルホスホニウム・テトラ(p−トリル)ボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラフルオロボレート等が挙げられる。
これらのアミン塩及びホスホニウム塩のうち、塩化テトラメチルアンモニウム、ブチルトリフェニルホスホニウムチオシアネートが好ましい。アミン塩及びホスホニウム塩は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。当該着色組成物におけるアミン塩及びホスホニウム塩の含有割合としては、[A]アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して、0.05質量部〜10質量部が好ましく、0.1質量部〜5質量部がより好ましい。アミン塩及びホスホニウム塩の含有割合を上記特定範囲とすることで、当該着色組成物の保存安定性と低温焼成とをより高いレベルで両立できる。
[アミジン塩]
アミジン塩としては、下記式(7)で表される化合物の塩からなる群より選ばれる少なくとも1種を使用することができる。
Figure 2012088457
上記式(7)中、mは2〜6の整数である。但し、アルキレン基が有する水素原子の一部又は全部が有機基で置換されていてもよい。なお、上記アルキレン基とは、テトラヒドロピリミジン環中のアルキレン基及び式(7)において(CH)mで表されるアルキレン基の両方をいう。
上記アルキレン基が置換基として有していてもよい有機基としては、例えば
メチル基、エチル基、イソプロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基、n−ヘキシル基等の炭素数1〜6のアルキル基;
ヒドロキシメチル基、2−ヒドロキシエチル基、1−ヒドロキシプロピル基、2−ヒドロキシプロピル基、3−ヒドロキシプロピル基、2−ヒドロキシイソプロピル基、3−ヒドロキシ−t−ブチル基、6−ヒドロキシヘキシル基等の炭素数1〜6のヒドロキシアルキル基;
ジメチルアミノ基、メチルエチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、ジブチルアミノ基、t−ブチルメチルアミノ基、ジn−ヘキシルアミノ基等の炭素数2〜12のジアルキルアミノ基等が挙げられる。
上記式(7)で表される化合物としては、1,5−ジアザビシクロ[4,3,0]−ノネン−5(DBN)、1,5−ジアザビシクロ[4,4,0]−デセン−5、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]−ウンデセン−7(DBU)、5−ヒドロキシプロピル−1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]−ウンデセン−7、5−ジブチルアミノ−1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]−ウンデセン−7等が挙げられる。これらのうち、DBN及びDBUが好ましい。
上記式(7)で表される化合物が塩を形成するための酸としては、有機酸及び無機酸が挙げられる。
有機酸としては、例えばカルボン酸、モノアルキル炭酸、芳香族ヒドロキシ化合物、スルホン酸等が挙げられる。
カルボン酸としては、例えば
ギ酸、酢酸、2−エチルヘキサン酸、イソ吉草酸等の飽和脂肪酸;
アクリル酸、クロトン酸、メタクリル酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、フマル酸、マレイン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、バクセン酸、エレオステアリン酸、アラキドン酸、ケイ皮酸、ナフトエ酸、安息香酸、トルイル酸等の不飽和カルボン酸;
クロロ酢酸、シアノ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸、トリメチル酢酸、フルオロ酢酸、ブロモ酢酸、メトキシ酢酸、メルカプト酢酸、ヨード酢酸、ビニル酢酸、オキサロ酢酸、フェニル酢酸、フェノキシ酢酸等のα置換酢酸;
蓚酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、アラゼイン酸、スベリン酸、セバシン酸等のジカルボン酸;
グリコール酸、乳酸、クエン酸、d−酒石酸、メソ酒石酸、アスコルビン酸、マンデル酸等のヒドロキシカルボン酸;
ピルビン酸、レブリン酸等のケトカルボン酸;
2−クロロプロピオン酸、3−クロロプロピオン酸等のハロカルボン酸が挙げられる。
モノアルキル炭酸としては、例えばメチル炭酸、エチル炭酸等が挙げられる。
芳香族ヒドロキシ化合物としては、例えばフェノール、クレゾール、カテコール、ナフトール等が挙げられる。
スルホン酸としては、例えばオクチルベンゼンスルホン酸、ブチルベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、メタンスルホン酸等が挙げられる。
無機酸としては、例えば
塩酸、フッ化水素酸、臭素酸等のハロゲン酸;
炭酸;及び
過塩素酸、過臭素酸等の過ハロゲン化水素酸等が挙げられる。
これらの酸のうち、カルボン酸、芳香族ヒドロキシ化合物、スルホン酸が好ましく、飽和脂肪酸、芳香族ヒドロキシ化合物、スルホン酸がより好ましく、強酸であるスルホン酸が特に好ましく、トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、オクチルベンゼンスルホン酸が最も好ましい。アミジン塩としては、DBUとトルエンスルホン酸との塩、DBUとオクチルベンゼンスルホン酸との塩、DBNとトルエンスルホン酸との塩、DBNとオクチルベンゼンスルホン酸との塩が好ましい。
アミジン塩は、単独で又は2種以上を混合して使用できる。当該着色組成物におけるアミジン塩の含有割合としては、[A]アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して、0.1質量部〜10質量部が好ましく、0.5質量部〜5質量部がより好ましい。アミジン塩の含有割合を上記特定範囲とすることで、当該着色組成物の保存安定性と低温焼成とをより高いレベルで両立できる。
[アミド化合物]
アミド化合物としては、下記式(8)〜(10)で表されるアミド基を有する化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種を使用することができる。
Figure 2012088457
Figure 2012088457
Figure 2012088457
上記式(8)中、R31及びR32は、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、シクロヘキシル基、フェニル基、ナフチル基、ビニル基、又は2−ピリジル基である。但し、上記炭素数1〜12のアルキル基、フェニル基及びナフチル基は、炭素数1〜6のアルキル基、ハロゲン原子、水酸基、カルボキシル基又はアセチル基で置換されていてもよい。
上記式(9)中、R33及びR34は、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜12のアルキル基又はシクロヘキシル基である。Aは、メチレン基、炭素数2〜12のアルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基、又はビニレン基である。但し、上記メチレン基、炭素数2〜12のアルキレン基、フェニレン基及びナフチレン基は、炭素数1〜6のアルキル基、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
上記式(10)中、R35及びR36は、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜12のアルキル基又はシクロヘキシル基である。Aは、メチレン基、炭素数2〜12のアルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基、又はビニレン基である。但し、上記メチレン基、炭素数2〜12のアルキレン基、フェニレン基及びナフチレン基は、炭素数1〜6のアルキル基、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
上記式(8)で表されるアミド化合物は分子内に一つのアミド結合を有する化合物である。その具体例としては、例えばアセトアミド、N−メチルアセトアミド、N−エチルアセトアミド、N−n−プロピルアセトアミド、N−イソプロピルアセトアミド、N−n−ブチルアセトアミド、N−イソブチルアセトアミド、N−t−ブチルアセトアミド、N−n−ヘキシルアセトアミド、N−n−オクチルアセトアミド、N−n−ドデシルアセトアミド、プロピオニルアミド、ブチリルアミド、バレリルアミド、イソバレリルアミド、オクタノイルアミド、アセトアニリド、アセトアセトアニリド、o−アセトアミド安息香酸、m−アセトアミド安息香酸、p−アセトアミド安息香酸、o−アセトアミドフェノール、m−アセトアミドフェノール、p−アセトアミドフェノール、アセトアミドナフタレン、フタルアミド酸、アクリルアミド、ベンズアミド、ナフトアミド、ニコチンアミド、イソニコチンアミド等が挙げられる。
これらのうち、室温での保存安定性、得られる着色パターン等の耐熱性、電圧保持率等を向上できる観点からアセトアミド、N−メチルアセトアミド、フタルアミド酸が好ましい。
上記式(9)及び(10)で表される化合物は分子内に2つのアミド結合を有する化合物である。その具体例としては、例えば、フタルアミド、イソフタルアミド、テレフタルアミド、マロンアミド、スクシンアミド、グルタルアミド、アジピンアミド、ピメリンアミド、スベリンアミド、アゼラインアミド、セバシンアミド、マレアミド、フマルアミド、N,N’−ジメチル−フタルアミド、N,N’−ジメチル−イソフタルアミド、N,N’−ジメチル−テレフタルアミド、N,N’−ジアセチル−o−フェニレンジアミン、N,N’−ジアセチル−m−フェニレンジアミン、N,N’−ジアセチル−p−フェニレンジアミン、N,N’−ジプロピオニル−o−フェニレンジアミン、N,N’−ジプロピオニル−m−フェニレンジアミン、N,N’−ジプロピオニル−p−フェニレンジアミン、N,N’−ジアセチル−エチレンジアミン、N,N’−ジアセチル−プロピレンジアミン、N,N’−ジアセチル−ブチレンジアミン、N,N’−ジアセチル−ヘキサメチレンジアミン、N,N’−ジアセチル−ドデシルメチレンジアミン、N,N’−ジベンゾイル−エチレンジアミン、N,N’−ジベンゾイルル−プロピレンジアミン、N,N’−ジベンゾイル−ブチレンジアミン、N,N’−ジベンゾイル−ヘキサメチレンジアミン、N,N’−ジベンゾイル−ドデシルメチレンジアミン、N,N’−ジナフトイル−エチレンジアミン、N,N’−ジナフトイル−プロピレンジアミン、N,N’−ジナフトイル−ブチレンジアミン、N,N’−ジナフトイル−ヘキサメチレンジアミン、N,N’−ジナフトイル−ドデシルメチレンジアミン等が挙げられる。
これらのうち、保存安定性と低温焼成とを高いレベルで両立できるという観点から、イソフタルアミド、アジピンアミド、N,N’−ジアセチル−p−フェニレンジアミン、N,N’−ジアセチル−ヘキサメチレンジアミンが好ましい。
アミド化合物は、単独で又は2種以上を混合して使用できる。当該着色組成物におけるアミド化合物の含有割合としては、[A]アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して、0.1質量部〜10質量部が好ましく、0.5質量部〜5質量部がより好ましい。アミド化合物の含有割合を上記特定範囲とすることで、当該着色組成物の保存安定性と低温焼成とをより高いレベルで両立できる。
[チオール化合物]
チオール化合物としては、1分子中に2個以上のメルカプト基を有する化合物である。チオール化合物は、1分子中に2個以上のメルカプト基を有する限り特に限定されるものではないが、下記式(11)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種を使用することができる。
Figure 2012088457
式(11)中、R37は、メチレン基、炭素数2〜10のアルキレン基である。但し、これらの基は水素原子の一部又は全部がアルキル基で置換されていてもよい。Yは、単結合、−CO−又は−O−CO−である。但し、*を付した結合手がR37と結合する。nは2〜10の整数である。Aは、1個又は複数個のエーテル結合を有していてもよい炭素数2〜70のn価の炭化水素基、又はnが3の場合下記式(12)で示される基である。
Figure 2012088457
上記式(12)中、R38〜R40は、それぞれ独立してメチレン基又は炭素数2〜6のアルキレン基である。「*」は、それぞれ結合手であることを表す。
上記式(11)で表される化合物として、典型的にはメルカプトカルボン酸と多価アルコールとのエステル化物などを使用することができる。エステル化物を構成するメルカプトカルボン酸としては、例えばチオグリコール酸、3−メルカプトプロピオン酸、3−メルカプトブタン酸、3−メルカプトペンタン酸等が挙げられる。また、エステル化物を構成する多価アルコールとしては、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、テトラエチレングリコール、ジペンタエリスリトール、1,4−ブタンジオール、ペンタエリスリトール等が挙げられる。
上記式(11)で表される化合物としては、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)、テトラエチレングリコールビス(3−メルカプトプロピオネート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(チオグリコレート)、1,4−ビス(3−メルカプトブチリルオキシ)ブタン、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトブチレート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトペンチレート)、1,3,5−トリス(3−メルカプトブチルオキシエチル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオンが好ましい。
チオール化合物の1分子中に2個以上のメルカプト基を有する化合物としては、下記式(13)〜式(15)で表される化合物を用いることもできる。
Figure 2012088457
Figure 2012088457
上記式(13)中、R41は、メチレン基又は炭素数2〜20のアルキレン基である。R42は、メチレン基又は炭素数2〜6の直鎖若しくは分岐アルキレン基である。kは1〜20の整数である。
上記式(14)中、R43〜R46は、それぞれ独立して、水素原子、水酸基又は下記式(15)で表される基である。但し、R43〜R46の少なくとも1つは下記式(15)で表される基である。
Figure 2012088457
上記式(15)中、R47は、メチレン基又は炭素数2〜6の直鎖若しくは分岐アルキレン基である。
チオール化合物は、単独で又は2種以上を混合して使用できる。当該着色組成物におけるチオール化合物の含有割合としては、[A]アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して、1質量部〜20質量部が好ましく、5質量部〜15質量部がより好ましい。チオール化合物の含有割合を上記特定範囲とすることで、当該着色組成物の保存安定性と低温焼成とをより高いレベルで両立できる。
[ブロックイソシアネート化合物]
ブロックポリイソシアネート化合物は、イソシアネート基を活性水素基含有化合物(ブロック剤)と反応させて常温で不活性としたものであり、これを加熱するとブロック剤が解離してイソシアネート基が再生されるという性質を持つものである。当該着色組成物がブロックポリイソシアネートを含有することで、効果的な架橋剤としてイソシアネート−水酸基架橋反応が進行し、当該着色組成物の保存安定性と低温焼成とを高いレベルで両立できる。
ブロックポリイソシアネート化合物は、脂肪族又は脂環族ジイソシアネートから誘導されるポリイソシアネートと活性水素とを有する化合物(ブロック剤)との公知の反応によって得られる。
ジイソシアネートとしては、例えばテトラメチレンジイソシアネート、ペンタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、2,2,4−トリメチル−1,6−ジイソシアナトヘキサン、2,4,4−トリメチル−1,6−ジイソシアナトヘキサン、リジンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、4,4−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、キシリジンイソシアネート、1,4−テトラメチレンジイソシアネート、1,5−ペンタメチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、3−イソシアネートメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルジイソシアネート等が挙げられる。
市販品としては、例えば
イソシアネート基をメチルエチルケトンのオキシムでブロックしたものとして、デュラネートTPA−B80E、TPA−B80X、E402−B80T、MF−B60XN、MF−B60X、MF−B80M(以上、旭化成工業社);
イソシアネート基を活性メチレンでブロックしたものとして、デュラネートMF−K60X(旭化成工業社);
(メタ)アクリロイル基を有するイソシアネート化合物のブロック体として、カレンズMOI−BP、カレンズMOI−BM(以上、昭和電工社)が挙げられる。これらのうち、デュラネートE402−B80T、MF−K60Xを用いた場合に高いフレキシブル性が発現し、他との混合系にして使用する事で、自在にその硬さを制御する事ができるため好ましい。
ジイソシアネートより誘導されるポリイソシアネートとしては、例えばイソシアヌレート型ポリイソシアネート、ビュウレット型ポリイソシアネート、ウレタン型ポリイソシアネート、アロファネート型ポリイソシアネート等が挙げられる。硬化性の観点からイソシアヌレート型ポリイソシアネートが好ましい。
ブロック剤としては、例えばアルコール系化合物、フェノール系化合物、活性メチレン系化合物、メルカプタン系化合物、酸アミド系化合物、酸イミド系化合物、イミダゾール系化合物、ピラゾール系化合物、尿素系化合物、オキシム系化合物、アミン系化合物、イミン系化合物、ピリジン系化合物等が挙げられる。
アルコール系化合物としては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、2−エチルヘキサノール、メチルセルソルブ、ブチルセルソルブ、メチルカルビトール、ベンジルアルコール、シクロヘキサノール等;
フェノール系化合物としては、例えばフェノール、クレゾール、エチルフェノール、ブチルフェノール、ノニルフェノール、ジノニルフェノール、スチレン化フェノール、ヒドロキシ安息香酸エステル等;
活性メチレン系化合物としては、例えばマロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセチルアセトン等;
メルカプタン系化合物としては例えばブチルメルカプタン、ドデシルメルカプタン等;
酸アミド系化合物としては、例えばアセトアニリド、酢酸アミド、ε−カプロラクタム、δ−バレロラクタム、γ−ブチロラクタム等;
酸イミド系化合物としては、例えばコハク酸イミド、マレイン酸イミド等;
イミダゾール系化合物としては、例えばイミダゾール、2−メチルイミダゾール等;
ピラゾール系化合物としては、例えば3−メチルピラゾール、3,5−ジメチルピラゾール、3,5−エチルピラゾール等;
尿素系化合物としては、例えば尿素、チオ尿素、エチレン尿素等;
オキシム系化合物としては、例えばホルムアルドオキシム、アセトアルドオキシム、アセトオキシム、メチルエチルケトオキシム、シクロヘキサノンオキシム等;
アミン系化合物としては、例えばジフェニルアミン、アニリン、カルバゾール等;
イミン系化合物としては、例えばエチレンイミン、ポリエチレンイミン等
ピリジン系化合物としては、例えば2−ヒドロキシピリジン、2−ヒドロキシキノリン等が挙げられる。
ブロックポリイソシアネート化合物は、単独で又は2種以上を混合して使用できる。当該着色組成物におけるブロックポリイソシアネート化合物の含有割合としては、[A]アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して、0.1質量部〜10質量部が好ましく、0.5質量部〜5質量部がより好ましい。ブロックポリイソシアネート化合物の含有割合を上記範囲とすることで、当該着色組成物の保存安定性と低温焼成とをより高いレベルで両立できる。
[イミダゾール環含有化合物]
イミダゾール環含有化合物としては、下記式(16)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種を使用することができる。
Figure 2012088457
上記式(16)中、A、A、A及びR48は、それぞれ独立して水素原子又は置換基を有していてもよい炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の炭化水素基である。また、AとAは互いに連結して環を形成してもよい。
、A、A及びR48が示す炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の炭化水素基としては、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、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、n−ノナデシル基、n−エイコシル基等の炭素数1〜20のアルキル基;
シクロペンチル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の炭素数3〜20のシクロアルキル基;
フェニル基、トルイル基、ベンジル基、メチルベンジル基、キシリル基、メシチル基、ナフチル基、アントリル基等の炭素数6〜20のアリール基;
ノルボルニル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデシル基、アダマンチル基、メチルアダマンチル基、エチルアダマンチル基、ブチルアダマンチル基等の炭素数6〜20の有橋脂環式炭化水素基等が挙げられる。
上記炭化水素基は置換されていてもよく、この置換基の具体例としては、
水酸基;
カルボキシル基;
ヒドロキシメチル基、1−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシエチル基、1−ヒドロキシプロピル基、2−ヒドロキシプロピル基、3−ヒドロキシプロピル基、1−ヒドロキシブチル基、2−ヒドロキシブチル基、3−ヒドロキシブチル基、4−ヒドロキシブチル基等の炭素数1〜4のヒドロキシアルキル基;
メトキシル基、エトキシル基、n−プロポキシル基、i−プロポキシル基、n−ブトキシル基、2−メチルプロポキシル基、1−メチルプロポキシル基、t−ブトキシル基等の炭素数1〜4のアルコキシル基;
シアノ基;
シアノメチル基、2−シアノエチル基、3−シアノプロピル基、4−シアノブチル基等の炭素数2〜5のシアノアルキル基;
メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基等の炭素数2〜5のアルコキシカルボニル基;
メトキシカルボニルメトキシル基、エトキシカルボニルメトキシル基、t−ブトキシカルボニルメトキシル基等の炭素数3〜6のアルコキシカルボニルアルコキシル基;
フッ素、塩素等のハロゲン原子;
フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基等のフルオロアルキル基等が挙げられる。
上記AとAが互いに連結して形成する環としては、好ましくは芳香環、炭素数2〜20の飽和若しくは不飽和の含窒素複素環が挙げられる。AとAが互いに連結して形成する環が、ベンゼン環の場合のイミダゾール環含有化合物としては、下記式(17)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2012088457
上記式(17)中、R48及びAは、上記式(16)と同義である。R49〜R52は、それぞれ独立して置換基を有していてもよい炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の炭化水素基である。なお、R49〜R52が示す炭化水素基としては、上記式(16)中の炭化水素基と同様のものを挙げることができる。
イミダゾール環含有化合物としては、2−フェニルベンズイミダゾール、2−メチルイミダゾール、2―メチルベンズイミダゾールが好ましい。イミダゾール環含有化合物は、単独で又は2種以上を混合して使用できる。イミダゾール環含有化合物の含有割合としては、[A]アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して、0.1質量部〜10質量部が好ましく、0.5質量部〜5質量部がより好ましい。イミダゾール環含有化合物の含有割合を上記特定範囲とすることで、当該着色組成物の保存安定性と低温焼成とをより高いレベルで両立できる。
<[F]アルカリ可溶性樹脂>
当該着色組成物が好適に含有できる[F]ラジカル反応性官能基を有するアルカリ可溶性樹脂は、カルボキシル基含有構造単位を与える上述の(A1)化合物を1種以上使用して合成できる共重合体(以下、「[f]共重合体」と称することがある)と、エポキシ基含有構造単位を与える上述の(A2)化合物とを反応させて合成できる。
[F]アルカリ可溶性樹脂が含む(メタ)アクリロイル基を有する構造単位は、下記式(18)で表される。この構造単位は、(A1)化合物に由来する[f]共重合体中のカルボキシル基と(A2)化合物のエポキシ基とが反応し、エステル結合を形成して得られる。
Figure 2012088457
上記式(18)中、R53は、水素原子またはメチル基である。tは、1〜6の整数である。Aは、下記式(18−1)又は(18−2)で表される2価の基である。
Figure 2012088457
上記式(18−1)中、R54は、水素原子またはメチル基である。式(18−1)及び式(18−2)中、*の結合手が酸素原子と結合する。
上記式(18)で表される構造単位について、例えばカルボキシル基を有する共重合体に、(A2)化合物としてメタクリル酸グリシジル、メタクリル酸2−メチルグリシジル等の化合物を反応させた場合、式(18)中のAは、式(18−1)となる。一方、(A2)化合物としてメタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル等の化合物を反応させた場合、式(18)中のAは、式(18−2)となる。
(A1)化合物及び(A2)化合物の詳細については、上述の[A]アルカリ可溶性樹脂の項で例示したものと同様のものが挙げられるので、ここでは説明を省略する。
[f]共重合体の合成に際しては、(A1)化合物以外の化合物、例えば上述の(A3)化合物、(A4)化合物等を共重合成分として用いてもよい。(A3)化合物及び(A4)化合物の詳細については、上述の[A]アルカリ可溶性樹脂の項で例示したものと同様のものが挙げられる。これらの化合物としては、共重合反応性の点から、メタクリル酸メチル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチルエステル、メタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル、スチレン、p−メトキシスチレン、メタクリル酸テトラヒドロフラン−2−イル、1,3−ブタジエンが好ましい。
[f]共重合体の共重合の方法としては、例えば(A1)化合物、及び必要に応じて(A3)化合物等を、溶媒中ラジカル重合開始剤を使用して重合する方法が挙げられる。ラジカル重合開始剤としては、上述の[A]アルカリ可溶性樹脂の項で例示したものと同様のものが挙げられる。ラジカル重合開始剤の使用量としては、重合性不飽和化合物100質量%に対して、通常0.1質量%〜50質量%、好ましくは0.1質量%〜20質量%である。[f]共重合体は、重合反応溶液のまま[F]アルカリ可溶性樹脂の製造に供してもよく、共重合体を一旦溶液から分離した後に[F]アルカリ可溶性樹脂の製造に供してもよい。
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することができる。分子量調整剤としては、上述の[A]アルカリ可溶性樹脂の項で例示したものと同様のものが挙げられる。また、重合温度は、通常、0℃〜150℃、好ましくは50〜120℃であり、重合時間は、通常10分〜20時間、好ましくは30分〜6時間である。
[f]共重合体のMwとしては、2,000〜100,000が好ましく、5,000〜50,000がより好ましい。Mwを2,000以上とすることで、着色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、さらには得られるパターンの形状や耐熱性等を良好に保つことができる。一方、Mwを100,000とすることで、高度な感度を保持し、良好なパターン形状を得ることができる。また、[f]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。Mw/Mnを5.0以下とすることで、得られるスペーサーパターンの形状を良好に保つことができる。また、上記特定範囲のMw/Mnを有する[f]共重合体を含む着色組成物は、高度な現像性を有し、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することができる。
上記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。
[F]アルカリ可溶性樹脂の(A1)化合物に由来する構造単位の含有率としては、5質量%〜60質量%が好ましく、7質量%〜50質量%がより好ましく、8質量%〜40質量%が特に好ましい。(A1)化合物に由来する構造単位の含有率を上記範囲とすることで、現像性、保存安定性等の諸特性がより高いレベルでバランスされた着色組成物が得られる。
[F]アルカリ可溶性樹脂の(A1)化合物以外の(A3)化合物、(A4)化合物等の化合物に由来する構造単位の含有率としては、10質量%〜90質量%、20質量%〜80質量%である。かかる構造単位の含有率を上記範囲とすることで、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バランスされた着色組成物が得られる。
[f]共重合体と(A2)化合物との反応においては、必要に応じて適当な触媒の存在下において、好ましくは重合禁止剤を含む共重合体の溶液に、エポキシ基を有する不飽和化合物を投入し、加温下で所定時間攪拌する。上記触媒としては、例えばテトラブチルアンモニウムブロミド等が挙げられる。上記重合禁止剤としては、例えばp−メトキシフェノール等が挙げられる。反応温度としては、70℃〜100℃が好ましい。反応時間としては、8時間〜12時間が好ましい。
(A2)化合物の使用割合としては、共重合体中の(A2)化合物に由来するカルボキシル基に対して、10質量%〜99質量%が好ましく、5質量%〜97質量%がより好ましい。(A2)化合物の使用割合を上記範囲とすることで、共重合体との反応性、着色組成物の耐熱性等がより向上する。(A2)化合物は、単独で又は2種以上を混合して使用できる。
[F]アルカリ可溶性樹脂におけるラジカル反応性官能基を有する構造単位の含有率としては、5質量%〜60質量%が好ましく、7質量%〜50質量%がより好ましく、8質量%〜40質量%が特に好ましい。
当該着色組成物における[F]ラジカル反応性官能基を有するアルカリ可溶性樹脂の使用割合としては、[A]アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して1質量部〜90質量部が好ましく、5質量部〜70質量部がより好ましい。[F]ラジカル反応性官能基を有するアルカリ可溶性樹脂の使用割合を上記範囲とすることで、当該着色組成物は、低露光量においても十分な耐熱性、耐溶媒性、電圧保持率を有した着色パターン等を形成できる。
<その他の任意成分>
当該着色組成物は、上記の[A]アルカリ可溶性樹脂、[B]重合性化合物、[C]重合開始剤、[D]着色剤、[E]硬化剤及び好適成分である[F]アルカリ可溶性樹脂に加え、本発明の効果を損なわない範囲で必要に応じて界面活性剤、保存安定剤、接着助剤、耐熱性向上剤等のその他の任意成分を含有できる。これらの各任意成分は、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。
[界面活性剤]
界面活性剤は、着色組成物の被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及びその他の界面活性剤が挙げられる。
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、BM−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No.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]アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して、1.0質量部以下が好ましく、0.7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]アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して、3.0質量部以下が好ましく、1.0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、感度が低下してパターン形状が劣化する場合がある。
[接着助剤]
接着助剤は、得られる着色パターン及びカラーフィルタと基板との接着性をさらに向上させるために使用できる。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]アルカリ可溶性樹脂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。
[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。
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]アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して、好ましくは50質量部以下であり、より好ましくは30質量部以下である。耐熱性向上剤の配合量が50質量部を超えると、感度が低下してパターン形状が劣化する場合がある。
<着色組成物の調製方法>
本発明の着色組成物は、[A]アルカリ可溶性樹脂、[B]重合性化合物、[C]重合開始剤、[D]着色剤、[E]硬化剤、好適成分である[F]アルカリ可溶性樹脂並及び必要に応じてその他の任意成分を均一に混合することによって調製される。この着色組成物は、好ましくは適当な溶媒に溶解されて溶液状で用いられる。
当該着色組成物の調製に用いられる溶媒としては、必須成分及び任意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]アルカリ可溶性樹脂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が挙げられる。
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、被膜形成の容易性等の観点から、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、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、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−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチ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−n−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノエチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル類;
酢酸エチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸エチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、酢酸エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、酢酸3−メトキシブチル、酢酸3−メチル−3−メトキシブチル等の酢酸(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル類;
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、テトラヒドロフラン等の他のエーテル類;
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、ジアセトンアルコール(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−オン等のケトン類;
プロピレングリコールジアセテート、1,3−ブチレングリコールジアセテート、1,6−ヘキサンジオールジアセテート等のジアセテート類;
乳酸メチル、乳酸エチル等の乳酸アルキルエステル類;
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、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、プロピオン酸n−ブチル、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、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、ヒドロキシ酢酸エチル、エトキシ酢酸エチル、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、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−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチル酪酸メチル、2−オキソ酪酸エチル等の他のエステル類;
トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;
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等のアミド類等が挙げられる。
これらの溶媒のうち、溶解性、顔料分散性、塗布性等の観点から、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、酢酸エチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、酢酸3−メトキシブチル、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メチルエチルエーテル、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、1,3−ブチレングリコールジアセテート、1,6−ヘキサンジオールジアセテート、乳酸エチル、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、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−アミル、酢酸i−アミル、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、ピルビン酸エチルが好ましい。溶媒は単独又は2種以上を使用できる。
さらに、上記溶媒と共に、ベンジルエチルエーテル、ジ−n−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、しゅう酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、γ−ブチロラクトン、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、エチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート等の高沸点溶媒を併用することもできる。上記高沸点溶媒は、単独又は2種以上を使用できる。
溶媒の含有量としては限定されないが、得られる着色組成物の塗布性、安定性等の観点から当該着色組成物の溶媒を除いた各成分の合計濃度が、5質量%〜50質量%となる量が好ましく、10質量%〜40質量%となる量がより好ましい。当該着色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。さらに好ましい固形分濃度は、基板上への被膜の形成法方により異なるが、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。
<着色パターン、カラーフィルタ及びこれらの製造方法>
本発明には当該着色組成物から形成される着色パターン及びカラーフィルタも好適に含まれる。当該及びカラーフィルタを製造する方法としては、
(1)当該着色組成物の塗膜を基板上に形成する工程(以下、「(1)工程」と称することがある)、
(2)上記塗膜に着色パターンを形成する工程(以下、「(2)工程」と称することがある)、及び
(3)上記着色パターンが形成された塗膜を200℃以下で焼成する工程(以下、「(3)工程」と称することがある)
を有する。
当該着色組成物を用いる本発明のカラーフィルタの製造方法により、耐熱性、耐薬品性、電圧保持率等が良好なカラーフィルタを形成できる。また、上述のように当該着色組成物は特定成分を含有することから、低温焼成を実現でき上記工程(3)においては200℃以下の温度で焼成が可能となる。従って、このようにして製造されるカラーフィルタは低温焼成が望まれるフレキシブルディスプレイ用として好適である。以下、各工程を詳述する。
[(1)工程]
本工程では当該着色組成物の塗膜を基板上に形成する。基板の表面上に、必要に応じて画素を形成する部分を区画するように遮光層(ブラックマトリックス)を形成する。次いで、この基板上に、例えば赤色の[D]着色剤を含有する当該着色組成物を塗布した後、プレベークを行って溶媒を蒸発させ、塗膜を形成する。基板上に着色パターンを形成する他の方法としては、特開平7−318723号公報、特開2000−310706号公報等に開示されているインクジェット方式により各色の画素を得る方法を採用できる。この方法はまず基板の表面上に、遮光機能も兼ねた隔壁を形成する。次いで、形成された隔壁内に、例えば赤色の着色剤を含有する当該着色組成物を、インクジェット装置により吐出したのち、プレベークを行って溶媒を蒸発させる。次いで、この塗膜を必要に応じて露光し赤色の画素パターンを形成する。なお、上記隔壁は、遮光機能のみならず、区画内に吐出された各色の着色組成物が混色しないための機能も果たしているため、上記のブラックマトリックスに比べ膜厚が厚い。
基板の材料としては、例えばガラス、シリコン、ポリカーボネート、ポリエステル、芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド等が挙げられる。また、これらの基板には、所望によりシランカップリング剤等による薬品処理、プラズマ処理、イオンプレーティング、スパッタリング、気相反応法、真空蒸着等の適宜の前処理を施しておくこともできる。
着色組成物を基板に塗布する方法としては、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、バー塗布法等が挙げられる。これらのうち、スピンコート法、スリットダイ塗布法が好ましい。
プレベークは、通常、減圧乾燥と加熱乾燥を組み合わせて行われる。減圧乾燥としては、通常50Pa〜200Paに到達するまで行う。また、加熱乾燥の条件としては、通常70℃〜110℃で1分〜10分程度である。
乾燥後の膜厚としては、通常0.6μm〜8.0μm、好ましくは1.2μm〜5.0μmである。
[(2)工程]
本工程では、(1)工程で形成した塗膜にフォトマスクを介して露光をし、アルカリ現像液を用いて現像して、塗膜の未露光部を溶解除去することにより赤色の画素パターンが所定の配列で配置された画素アレイが形成され、着色パターンを得ることができる。
次いで、緑色又は青色の各着色組成物を用い、(1)工程及び(2)工程を繰り返し緑色の画素アレイ及び青色の画素アレイを同一基板上に順次形成する。これにより、赤色、緑色及び青色の三原色の画素アレイが基板上に配置されたカラーフィルタが得られる。但し、本発明においては、各色の画素を形成する順序及び色数は、上記のものに限定されない。
また、ブラックマトリックスは、スパッタや蒸着により成膜したクロム等の金属薄膜を、フォトリソグラフィー法を利用して所望のパターンとすることにより形成できるが、黒色の着色剤を含有する当該着色組成物を用いて、上記画素の形成の場合と同様にして形成できる。
放射線の光源としては、例えばキセノンランプ、ハロゲンランプ、タングステンランプ、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、中圧水銀灯、低圧水銀灯等のランプ光源やアルゴンイオンレーザー、YAGレーザー、XeClエキシマーレーザー、窒素レーザー等のレーザー光源等が挙げられる。波長が190〜450nmの範囲にある放射線が好ましい。放射線の露光量は、10J/m〜10,000J/mが好ましい。
アルカリ現像液としては、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、コリン、1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ−[4.3.0]−5−ノネンが好ましい。
アルカリ現像液には、例えばメタノール、エタノール等の水溶性有機溶媒や界面活性剤等を適量添加できる。なお、アルカリ現像後は通常、水洗する。現像処理法としては、シャワー現像法、スプレー現像法、ディップ(浸漬)現像法、パドル(液盛り)現像法等を適用できる。現像条件としては、常温で5秒〜300秒が好ましい。
[(3)工程]
(2)工程で着色パターンを形成した後、焼成(ポストベーク)を行うことにより、着色パターンを硬化させカラーフィルタを製造できる。ポストベークの加熱条件としては200℃以下である。ポストベークの加熱時間としては、10分〜60分である。本発明ではポストベーク温度が低温であっても、耐溶媒性等の良好な着色パターンを得ることができる。具体的には、ポストベーク温度が200℃以下であっても、さらには180℃以下であっても、十分な耐溶媒性等を有するカラーフィルタが得られる。画素の膜厚としては、通常0.5μm〜5.0μm、1.0μm〜3.0μmが好ましい。なお、実際に商業上要求されるレベルまで硬度等を高めるためには通常120℃を超える温度での焼成工程が必要とされる。
<カラー表示素子>
本発明のカラー表示素子は、当該着色組成物から形成されるカラーフィルタを備える。当該カラー表示素子は、適宜の構造をとることができる。例えば、カラーフィルタを、薄膜トランジスター(TFT)が配置された駆動用基板とは別の基板上に形成して、駆動用基板とカラーフィルタを形成した基板とが、液晶層を介して対向した構造をとることができる。さらに薄膜トランジスター(TFT)が配置された駆動用基板の表面上にカラーフィルタを形成した基板と、ITO(錫をドープした酸化インジュウム)電極を形成した基板とが、液晶層を介して対向した構造をとることもできる。後者の構造は、開口率を格段に向上させることができ、明るく高精細な液晶表示素子が得られるという利点を有する。
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]アルカリ可溶性樹脂の合成>
[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、(A1)化合物としてメタクリル酸12質量部、(A2)化合物としてメタクリル酸グリシジル40質量部、(A4)化合物としてスチレン20質量部及びメタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル28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℃に上昇させ、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。
[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、(A1)化合物としてメタクリル酸18質量部、(A2)化合物としてメタクリル酸2−メチルグリシジル14質量部及びメタクリル酸グリシジル20質量部、(A4)化合物としてスチレン10質量部、メタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル23質量部及びメタクリル酸メチル15質量部を仕込み、窒素置換したのち、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、共重合体(A−2)を含有する溶液を得た。得られた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(2,4−ジメチルバレロニトリル)5質量部及び酢酸3−メトキシブチル220質量部を仕込んだ。引き続き、(A1)化合物としてメタクリル酸18質量部、(A2)化合物としてメタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル30質量部、(A3)化合物として4−ヒドロキシフェニルメタクリレート6質量部、(A4)化合物としてスチレン10質量部及びメタクリル酸ベンジル36質量部を仕込み、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を80℃に上昇させ、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。得られた重合体溶液の固形分濃度は30.9%であり、共重合体(A−3)のMwは9,800であった。
<[F]アルカリ可溶性樹脂の合成>
[合成例4]
冷却管及び撹拌機を備えたフラスコに、AIBN4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300質量部を仕込み、引き続き(A1)化合物としてメタクリル酸23質量部、(A4)化合物としてスチレン10質量部、メタクリル酸ベンジル32質量部及びメタクリル酸メチル35質量部を仕込み、さらにα−メチルスチレンダイマー2.7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4時間保持した後、100℃に上昇させ、この温度を1時間保持して重合することにより共重合体(F−1)を含有する溶液を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度は24.9%、Mwは12,500であった。次いで、得られた共重合体を含む溶液に、テトラブチルアンモニウムブロミド1.1質量部、重合禁止剤として4−メトキシフェノール0.05質量部を加え、空気雰囲気下90℃で30分間攪拌後、(A2)化合物としてメタクリル酸グリシジル16質量部を入れて90℃のまま10時間反応させることにより、共重合体(F−1)を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度は29.0%であり、Mwは、14,200であった。
[比較合成例1]
冷却管及び撹拌機を備えたフラスコに、AIBN5質量部及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220質量部を仕込んだ。引き続き、メタクリル酸アリル80質量部、メタクリル酸20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(CA−1)を含有する溶液を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度は31.0%でありMwは10,000であった。
<着色組成物の調製>
[実施例1〜15及び比較例1〜4]
表1に示す種類、配合量の各成分を混合し、固形分濃度が30質量%となるように溶媒を加えた後、孔径0.5μmのミリポアフィルタでろ過することにより、着色組成物を調製した。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。
表1に示す着色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]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]着色剤>
D−1:C.I.ソルベントレッド45
D−2:C.I.ソルベントイエロー98
D−3:C.I.ソルベントブルー67
D−4:C.I.ソルベントイエロー82
D−5:C.I.ソルベントブルー35
D−6:C.I.ソルベントブルー59
D−7:Valifast yellow 1101
D−8:C.I.アシッドブラック24
<[E]硬化剤>
E−1:トリオクチルアミン
E−2:2−フェニルベンゾイミダゾール
E−3:塩化テトラメチルアンモニウム
E−4:ブチルトリフェニルホスホニウムチオシアネート
E−5:1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]−ウンデセン−7(DBU)のトルエンスルホン酸塩
E−6:N,N’−ジアセチル−p−フェニレンジアミン
E−7:ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)
E−8:TPA−B80E(旭化成ケミカルズ社、HDI系ブロックイソシアネート、固形分80%、有効イソシアネート含有量12.3%)
E−9:4,4’−ジアミノジフェニルスルホン
E−10:3−アミノベンゼンスルホン酸エチル
e−1:オクチルアミン
<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:シクロヘキサノン
S−3:乳酸エチル
Figure 2012088457
<評価>
調製した着色組成物について下記の評価を行った。結果を表1にあわせて示す。
[保存安定性の測定]
得られた着色組成物を40℃のオーブン中で1週間放置し、加温前後の粘度を測定し、粘度変化率(%)を求めた。このとき、粘度変化率を保存安定性とし、5%以下である場合に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。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。
<着色パターンの形成>
表面にナトリウムイオンの溶出を防止するSiO膜が形成されたソーダガラス基板上に、実施例及び比較例の着色組成物を、スピンコーターを用いて塗布した。次いで90℃のホットプレートで2分間プレベークを行って、プレベーク後の膜厚が2.5μmの塗膜を形成した。これらの基板を室温に冷却した後、高圧水銀ランプを用い、フォトマスクを介して、塗膜に365nm、405nm及び436nmの各波長を含む放射線を100(J/m)、300(J/m)、500(J/m)、700(J/m)、1,000(J/m)の露光量で露光した。その後、これらの基板に対して現像液(23℃の0.04質量%水酸化カリウム水溶液)を現像圧1(kgf/cm)(ノズル径1mm)で吐出することにより、シャワー現像を行い基板上に200×200μmの着色パターンを形成した。さらに180℃で30分間ポストベークを行って着色パターンを形成した。
<評価>
製造した着色パターンについて下記の評価を行った。結果を表1にあわせて示す。
[現像耐性の測定]
上記着色パターンの形成において、下記式
現像前後の膜厚比=(現像後の膜厚/現像前の膜厚)×100
の値が95%以上である場合を「A」(良好と判断)、95%未満である場合又は着色パターンの一部に欠けが認められる場合を「B」(やや不良と判断)、パターンが全て基板から剥がれる場合を「C」(不良と判断)とした。
[耐熱性の測定]
上記、着色パターンの形成において、1,000(J/m)の露光量で露光した以外は同様に操作して着色パターンを形成した。さらに180℃で30分間追加加熱した。そして、追加加熱前後の色変化ΔEabを求めた。ΔEabが3未満である場合を「A」(良好と判断)、3以上5未満である場合を「B」(やや良好と判断)、5以上である場合を「C」(不良と判断)とした。
[耐溶媒性の測定]
上記、着色パターンの形成において、1,000(J/m)の露光量で露光した以外は同様に操作して着色パターンを製造した。この基板を60℃のN−メチルピロリドンに30分間浸漬した。浸漬後に着色パターンが保持されており、かつ浸漬後のN−メチルピロリドンが全く着色しなかった場合を「A」(良好と判断)、浸漬後に着色パターンが保持されているものの浸漬後のN−メチルピロリドンが若干着色した場合を「B」(やや良好と判断)、浸漬後に基板から剥離する着色パターンが観察されると共に浸漬後のN−メチルピロリドンが着色した場合を「C」(不良と判断)とした。
[電圧保持率の測定]
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、当該着色組成物を、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、現像した後、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、この着色パターンを形成した基板と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。ここで電圧保持率とは、下記式
(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
の値である。液晶セルの電圧保持率が90%未満であると、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、残像等の「焼き付き」を起こすおそれが高い。
<カラーフィルタの製造>
実施例3〜5の着色組成物(実施例3赤色材料、実施例4緑色材料、実施例5青色材料)を使用し、カラーフィルタを製造した。ます、実施例3の着色組成物をブラックマトリックスパターンが形成されたガラス基板に、スリットダイコーターにより塗布し、ホットプレート上で90℃、2分間プレベークして塗膜を形成した。その後、所定のパターンマスクを介して、露光機Canon PLA501F(キャノン社)を用いてghi線(波長436nm、405nm、365nmの強度比=2.7:2.5:4.8)をi線換算で1,000J/mの露光量で照射し、0.05%水酸化カリウム水溶液を用いて現像し、超純水にて60秒間リンスした後、さらにオーブン中で180℃にて30分間加熱処理して、膜厚が2.0μmの赤色のストライプ状パターン(パターン幅100μm)を形成した。
次いで、同様に操作して、実施例4の着色組成物を用いて緑色のストライプ状パターンを形成した。さらに、実施例5の着色組成物を用いて青色のストライプ状パターンを形成し、赤、緑、および青の3色のストライプ状カラーフィルタ(ストライプ幅100μm)を形成した。上記の形成したポストベーク温度180℃、30分の条件で形成した赤色、緑色、青色の3色の着色パターンは、硬化不十分によるパターンの欠け、基板との剥がれ等の問題が発生せず、3色のストライプ状カラーフィルタを形成できた。さらに、得られたストライプ状カラーフィルタの上に、保護膜形成用組成物(JNPC−48GL JSR社)をスリットダイコーターで塗布した後、ホットプレート上で90℃、5分間プレベークして塗膜を形成し、さらにオーブン中で230℃にて60分間加熱処理し、カラーフィルタの上面からの膜厚が2.0μmの保護膜を形成した。
[平坦性の測定]
上記の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α−ステップ(テンコールジャパン社)にて保護膜の表面の凹凸(平坦性)を測定した(測定長2,000μm、測定範囲2,000μm角、測定点数n=5)。すなわち、測定方向を赤、緑、青方向のストライプライン短軸方向および赤・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n=5で測定した(合計のn数は10)。測定ごとの最高部と最低部との高低差(nm)の10回の平均値を求めた。この時の平均値は220nmであった。保護膜形成後も着色パターンが収縮、膨張することなく、保護膜の表面の凹凸はなく、良好な平坦性を示した。
表1の結果から本発明の着色組成物は、良好な保存安定性を有することがわかった。また、当該着色組成物から形成された着色パターンは200℃以下の低温焼成で形成されたにも関わらず現像耐性、耐熱性、耐溶媒性及び電圧保持率に優れることがわかった。さらに当該着色パターンを備えるカラーフィルタは平坦性に優れることがわかった。
本発明の着色組成物によれば、着色剤を含有しつつ、保存安定性と低温焼成を両立し、現像耐性、耐熱性、耐溶媒性、電圧保持率等に優れる着色パターン及びカラーフィルタが得られる。従って、当該着色組成物は、カラー表示素子用カラーフィルタ、固体撮像素子の色分解用カラーフィルタ、有機EL表示素子用カラーフィルタ、電子ペーパー等のフレキシブルディスプレイ用カラーフィルタ等、各種カラーフィルタの作製に好適に使用できる。

Claims (7)

  1. [A](A1)不飽和カルボン酸及び不飽和カルボン酸無水物からなる群より選択される少なくとも1種と、(A2)エポキシ基含有不飽和化合物とを共重合してなるアルカリ可溶性樹脂、
    [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]着色剤、並びに
    [E]下記式(1)で表される化合物、下記式(2)で表される化合物、3級アミン化合物、アミン塩、ホスホニウム塩、アミジン塩、アミド化合物、チオール化合物、ブロックイソシアネート化合物及びイミダゾール環含有化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の硬化剤
    を含有する着色組成物。
    Figure 2012088457
    Figure 2012088457
    (式(1)中、R〜Rは、それぞれ独立して水素原子、電子吸引性基又はアミノ基である。但し、R〜Rのうち少なくとも1つは電子吸引性基であり、かつR〜Rのうち少なくとも1つはアミノ基である。また、上記アミノ基は、水素原子の全部又は一部が炭素数1〜6のアルキル基で置換されていてもよい。
    式(2)中、R〜R16は、それぞれ独立して水素原子、電子吸引性基又はアミノ基である。但し、R〜R16のうち少なくとも1つはアミノ基である。また、上記アミノ基は、水素原子の全部又は一部が炭素数1〜6のアルキル基で置換されていてもよい。Aは、単結合、カルボニル基、カルボニルオキシ基、カルボニルメチレン基、スルフィニル基、スルホニル基、メチレン基又は炭素数2〜6のアルキレン基である。但し、上記メチレン基及びアルキレン基は、水素原子の全部又は一部がシアノ基、ハロゲン原子又はフルオロアルキル基で置換されていてもよい。)
  2. [E]硬化剤が、上記式(1)及び式(2)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1に記載の着色組成物。
  3. [F]ラジカル反応性官能基を有するアルカリ可溶性樹脂をさらに含有する請求項1又は請求項2に記載の着色組成物。
  4. 請求項1、請求項2又は請求項3に記載の着色組成物から形成される着色パターン。
  5. 請求項4に記載の着色パターンを備えるカラーフィルタ。
  6. (1)請求項1、請求項2又は請求項3に記載の着色組成物の塗膜を基板上に形成する工程、
    (2)上記塗膜に着色パターンを形成する工程、及び
    (3)上記着色パターンが形成された塗膜を200℃以下で焼成する工程
    を有するカラーフィルタの製造方法。
  7. 請求項5に記載のカラーフィルタを備えるカラー表示素子。
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