JP2012145604A - 着色感光性組成物、カラーフィルタの製造方法、カラーフィルタ、液晶表示装置、及び有機el表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(A)フタロシアニン骨格を有する色材、(B)溶剤、(C)重合性モノマー、(D)バインダー樹脂、(E)光重合開始剤、及び(F)下記一般式(1)で表される化合物、を含有する着色感光性組成物。一般式(1)において、R1、及びR2は各々独立に、2〜4価の連結基を表し、Y1、及びY2は各々独立に、2価の連結基を表す。P1、及びP2は各々独立に、重合性基を表す。m、及びnは、各々独立に1以上3以下の整数を表す。
【化1】
【選択図】なし
Description
近年、液晶表示装置、有機EL表示装置の大型化が、パーソナルコンピュータの表示モニター、テレビ等の用途で進み、これらの表示装置では、RGB色再現が重視されている。そのためカラーフィルタの色材には、従来の輝度向上に加え、より高度な画質、すなわち、コントラスト、色純度の向上が求められている。
その中の緑色着色パターンには、色調および堅牢性の観点から、一般に塩素化銅フタロシアニン顔料(C.I.PIGMENT Green7)や塩素化臭素化銅フタロシアニン顔料(C.I.PIGMENT Green36)等の緑色顔料が使用されている。近年、顔料の彩度(色純度および色濃度)を挙げる目的で、中心金属が銅でなく、アルミニウム、チタン、コバルト、ニッケル、亜鉛、錫、鉛等のポリハロゲン化金属フタロシアニン顔料が検討されてきており、特に彩度が高いポリハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料(C.I.PIGMENT Green58等)について種々の顔料が提案されている。例えば、Br、Clの置換度(例えば、特許文献1、2参照。)や、ベタイン型界面活性剤を用いた顔料処理法、種々の結晶形等の詳細な研究が進み、X線回折スペクトルにおいて、Cu−Kα線に対するブラッグ角(2θ±0.2°)が26.4°や25.5°に最大回折ピークを有するポリハロゲン化銅フタロシアニンが、高彩度(色純度および色濃度)であり、かつ経時安定性に優れ、有用であることが報告されている(例えば、特許文献3参照。)。また、これらの顔料を用いて、透明性が高く、色純度の高いカラーフィルタが得られることが提案されている。
<1> (A)フタロシアニン骨格を有する色材、(B)溶剤、(C)重合性モノマー、(D)バインダー樹脂、(E)光重合開始剤、及び(F)下記一般式(1)で表される化合物、を含有する着色感光性組成物。
<9> <8>に記載のカラーフィルタを具備してなる液晶表示装置。
<10> <8>に記載のカラーフィルタを具備してなる有機EL表示装置。
本発明の着色感光性組成物は少なくとも、(A)フタロシアニン骨格を有する色材、(B)溶剤、(C)重合性モノマー、(D)バインダー樹脂、(E)光重合開始剤、(F)一般式(1)で表される化合物を含有することを特徴とする。
以下、本発明の着色感光性組成物に含有されル各成分について記述する。
本発明の着色感光性組成物では、色材としてフタロシアニン骨格を有する色材を用いるため、色純度やコントラストの高いカラーフィルタが得られる。
フタロシアニン骨格を有する色材は、フタロシアニン環中に16個の水素原子を有しているため、これらの水素原子を、最大16個まで臭素原子及び/又は塩素原子で置換することができる。これらハロゲン原子は、全て同一であっても、それぞれ異なっていてもよい。
また、本発明ではフタロシアニン骨格を有する色材として、フタロシアニン骨格を有する青色顔料も好ましい態様である。
金属としては、色材の安定性を保持できるものであれば特に限定されないが、銅、アルミニウム、チタン、コバルト、ニッケル、亜鉛、錫、鉛等が好ましく、さらに彩度の観点から、亜鉛を含有するものが好ましい。
これらの中で、製造工程が簡単な特開2004−70342号公報に開示のハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料が、コストの観点で好ましい。また、安定性の点では、他の添加剤や、後工程の組み方にもよるが、特開2008−19383号公報に開示の結晶変換したハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料が好ましい。また特に、分散性の向上には、特開2007−320986号公報に開示の樹脂被覆したハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料が好ましい態様である。
これらの中でも、フタロシアニン骨格を有する色材が、C.I.ピグメントグリーン7、C.I.ピグメントグリーン36、またはC.I.ピグメントグリーン58を含むことが好ましい。
特にC.I.Pigment Yellow 150、C.I.Pigment Yellow 138、C.I.Pigment Yellow 139を用いると、透過率が高く、コントラストが高いので好ましい。
平均一次粒子径は、SEMあるいはTEMで観察し、粒子が凝集していない部分で粒子サイズを100個計測し、平均値を算出することによって求める。
本発明の着色感光性組成物の調整に当たって、予め(A)フタロシアニン骨格を有する色材、および他の色材を一緒にあるいは別個に分散して、顔料分散組成物としておくことが好ましい態様である。
顔料分散組成物は、前記顔料と溶剤とを分散させたものであるが、必要によって分散剤、樹脂等を添加して用いる。さらに顔料誘導体など、必要に応じて更に他の成分を用いて構成することができる。
本発明の顔料分散組成物の調製態様は、特に制限されないが、例えば、顔料と顔料分散剤と溶剤とを、縦型もしくは横型のサンドグラインダー、ピンミル、スリットミル、超音波分散機等を用いて、0.01〜1mmの粒径のガラス、ジルコニア等でできたビーズで微分散処理を行なうことにより得ることができる。
and Pigment Dispersion”(1964年 John Wiley and Sons社刊)等に記載されている。
顔料の顔料分散組成物中における含有量としては、該組成物の全固形分(質量)に対して、10〜60質量%が好ましく、15〜50質量%がより好ましい。顔料の含有量が前記範囲内であると、色濃度が充分で優れた色特性を確保するのに有効である。
顔料分散組成物は、分散剤の少なくとも1種を含有することが好ましい。この分散剤の含有により、顔料の分散性を向上させることができる。
分散剤としては、例えば、公知の顔料分散剤や界面活性剤を適宜選択して用いることができる。
顔料分散組成物は、必要に応じて、顔料誘導体が添加される。分散剤と親和性のある部分、あるいは極性基を導入した顔料誘導体を顔料表面に吸着させ、これを分散剤の吸着点として用いることで、顔料を微細な粒子として着色感光性組成物中に分散させ、その再凝集を防止することができ、コントラストが高く、透明性に優れたカラーフィルタを構成するのに有効である。
これにより、透過率が高く優れた色特性を有する着色感光性組成物が得られることから、該着色感光性組成物を、例えば、カラーフィルタの作製用途に適用した場合においては、良好な色特性を有し、コントラストの高いカラーフィルタを得ることができる。
顔料分散組成物における溶剤としては、一般の顔料分散性組成物に用いられる有機溶剤であれば特に限定されない。例えば、1−メトキシ−2−プロピルアセテート、1−メトキシ−2−プロパノール、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メチルエーテル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、n−プロパノール、2−プロパノール、n−ブタノール、シクロヘキサノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トルエン、キシレンなどの溶剤を挙げることができる。また、後述する(B)溶剤に挙げた溶剤も使用できる。沸点や粘度、顔料の分散性を調整するためにこれらのうち複数を併用することも可能である。
本発明の着色感光性組成物は、着色感光性組成物に含まれる各成分と共に溶剤を用いて好適に調製することができる。
溶剤は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明では、着色感光性組成物の硬化成分として、重合性モノマーを用いる。
本発明の重合性モノマーは、重合可能であれば特に制限はく、エチレン性二重結合を少なくとも1つ有する低分子化合物、二量体、三量体、オリゴマー等の付加重合可能な化合物を好適に使用することができる。
具体的な重合性モノマーを、以下に示すように、1分子中の重合性基の数で分類してあげることができるが、これに限定されるものではない。
なお、本明細書ではアクリレートとメタクリレートとを総称して、(メタ)アクリレートと記載する。
ヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、4−n−ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、ボルニル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、2−エチヘキシルジグリコール(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、2−クロロエチル(メタ)アクリレート、シアノエチル(メタ)アクリレート、3−メトキシブチル(メタ)アクリレート、2−(2−メトキシエトキシ)エチル(メタ)アクリレート、2,2,2−テトラフルオロエチル(メタ)アクリレート、1H,1H,2H,2Hパーフルオロデシル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、2,4,5−テトラメチルフェニル(メタ)アクリレート、4−クロロフェニル(メタ)アクリレート、フェノキシメチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、グリシジロキシブチル(メタ)アクリレート、グリシジロキシエチル(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、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(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、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ポリエチレンオキシドモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、オリゴエチレンオキシドモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ポリエチレンオキシド(メタ)アクリレート、オリゴエチレンオキシド(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、EO変性フェノール(メタ)アクリレート、EO変性クレゾール(メタ)アクリレート、EO変性ノニルフェノール(メタ)アクリレート、PO変性ノニルフェノール(メタ)アクリレート、EO変性−2−エチルヘキシル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
重合性基として同一分子内に2個の(メタ)アクリロイル基を有する化合物としては、、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリ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、1,3−ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(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、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(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、2−ヒドロキシ−1,3−ジアクリロキシプロパン、2,2−ビス[4−(アクリロキシエトキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(アクリロキシジエトキシ)フェニル]プロパン、ビスフェノールAのビス(アクリロイロキシエチル)エーテル、ビスフェノールA型エポキシ樹脂の(メタ)アクリル酸変性物、3−メチルペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−アクリロイロキシプロピルメタクリレート、ジメチロール−トリシクロデカンジ(メタ)アクリレートなどが挙げられ、好ましくはジメチロール−トリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールA型エポキシ樹脂の(メタ)アクリル酸変性物などが挙げられる。
例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンのアルキレンオキサイド変性トリ(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、ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ((メタ)アクリロイルオキシプロピル)エーテル、イソシアヌル酸アルキレンオキサイド変性トリ(メタ)アクリレート、プロピオン酸ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、トリ((メタ)アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、ヒドロキシピバルアルデヒド変性ジメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ソルビトールトリ(メタ)アクリレート、プロポキシ化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エトキシ化グリセリントリアクリレート等を挙げることができる。
1分子中に重合性基を4個以上有する化合物としては、例えば、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ソルビトールテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、プロピオン酸ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、エトキシ化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、ソルビトールペンタ(メタ)アクリレート、ソルビトールヘキサ(メタ)アクリレート、フォスファゼンのアルキレンオキサイド変性ヘキサ(メタ)アクリレート、カプトラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、共栄社化学(株)製のUA−306H、UA−306T、UA−306I等のウレタンアクリレートが挙げられる。
耐溶剤性やITOスパッタ適性と現像ラチチュードを両立させるためには、3個以上の重合性基と酸基を同一分子内に含有する化合物を使用することのほか、1分子中に3個以上の重合性基を有する化合物と酸基を含有する化合物を併用して使用することも可能である。併用して用いる場合、重合性モノマーを100質量部としたとき、1〜50質量%の範囲で使用され、1〜40質量%の範囲が好ましく、5〜20質量%の範囲が更に好ましい。
本発明の(D)バインダー樹脂としては溶剤に可溶な高分子化合物なら、いずれでも使用できるが、好ましいバインダー樹脂としては、フォトリソ法によるアルカリ現像性を考えるとアルカリ可溶性樹脂が好ましい。
アルカリ可溶性樹脂としては、線状有機高分子重合体であって、その中に、少なくとも1つのアルカリ可溶性基(例えばカルボキシル基、リン酸基、スルホン酸基など)を有するアルカリ可溶性高分子であり、更に好ましくは、有機溶剤に可溶で弱アルカリ水溶液により現像可能なものが好ましい。
その他のアルカリ可溶のバインダー樹脂としては、特開平7−207211号公報、特開平8−259876号公報、特開平10−300922号公報、特開平11−140144号公報、特開平11−174224号公報、特開2000−56118号、特開2003−233179号、特開2009−52020号公報等に記載の公知の高分子化合物を使用することができる。
また、(C)重合性モノマー/(D)バインダー樹脂の配合は質量比で0.1〜10の範囲が好ましく、0.4〜8の範囲がより好ましく、0.5〜5の範囲がさらに好ましい。
本発明における(E)光重合開始剤は、光照射によって重合を開始する能力のある公知の化合物であれば限定なく広く用いることができる。
ル)−9−カルバゾール−3−イル〕−エタン−1−オンオキシム、ヘキサアリールビスイミダゾール/共同開始剤系、例えば、2−メルカプトベンゾチアゾールと組み合わせたオルト−クロロヘキサフェニル−ビスイミダゾール;フェロセニウム化合物又はチタノセン類(titanocenes)、例えば、ジシクロペンタジエニル−ビス(2,6−ジフルオロ−3−ピロロ−フェニル)チタン;例えば、GB 2,339,571に記載されるようなO−アシルオキシムエステル化合物との混合物を使用することもできる。共同開始剤として、ホウ酸化合物を使用することもできる。
本発明の着色感光性組成物には、(F)下記一般式(1)で表される化合物(以下、適宜「特定添加剤」と称する。)を含む。
本発明の着色感光性組成物は後述するとおり、カラーフィルタ用として用いた場合に、着色パターンの形成プロセスにおいて、100〜250℃の温度で加熱処理(ポストベーク)が施される。したがって、信頼性向上を目的として添加剤を用いる場合、加熱処理後に効果が失われないことが求められる。特定添加剤は熱によって揮発あるいは分解しにくいことから特に耐熱性にすぐれており、本発明の態様において顕著な効果を発揮する。
前記R1、R2における2〜4価の炭素数2以上10以下の炭化水素基としては、エチレン基、プロピレン基、プロパン−1,3−ジイル基、プロパン−2,2−ジイル基等のアルキレン基および置換アルキレン基が挙げられ、好ましくはエチレン基、プロピレン基である。
また、R1、R2における2〜4価の炭素数6以上10以下の芳香族基としては、フェニレン基、ナフチレン基、トルイレン基、キシリレン基等のアリーレン基および置換アリーレン基が挙げられ、好ましくはフェニレン基、トルイレン基である。
また、Y1、Y2における炭素数2以上30以下の脂肪族アルキレン基としては、エチレン基、プロピレン基、プロパン−1,3−ジイル基、プロパン−2,2−ジイル基等のアルキレン基および置換アルキレン基が挙げられ、好ましくはエチレン基、プロピレン基であり、炭素数6以上30以下の芳香族基としては、フェニレン基、ナフチレン基、トルイレン基、キシリレン基等のアリーレン基および置換アリーレン基が挙げられ、好ましくはフェニレン基、トルイレン基である。
また、Y1、Y2における炭素数2以上30以下のポリエチレングリコール基としては、エチレングリコール残基の繰り返し数としては、1〜15であり、1〜10がより好ましい。
また、m及びnとしては、それぞれ独立に1以上3以下の整数である。
特に重合性基を有するアゾキシ化合物は、他の非重合性のアゾキシ化合物と比較して、加熱による揮発・分解が少なく耐熱性に優れるので、ポストベーク後の光照射において最も効果的にラジカルを捕捉するものと推定される。
また、本発明の着色感光性組成物には、二種類以上の特定添加剤を併用してもよい。
次に本発明の特定添加剤が有する各部位について説明する。
前記アルキレン鎖としては、エチレン基、プロピレン基、プロパン−1,3−ジイル基、プロパン−2,2−ジイル基が挙げられる。
該アルキレン鎖の炭素数としては、1〜30が好ましく、1〜10がより好ましい。ポリエチレングリコール鎖に関して好ましい炭素数の範囲は、アルキレン鎖の場合と同様である。
この範囲とすることにより、アゾキシ部位の効果が充分に発揮され、露光に対する感度が高く、カラーフィルタとして用いる際に所望のパターンが形成できるので、表面荒れやカケが発生したりといった問題が生じない。
本発明の着色感光性組成物には、必要に応じて、紫外線吸収剤、熱重合開始剤、界面活性剤、現像促進剤、熱重合防止剤、充填剤、分散剤、凝集防止剤などの各種添加物を含有することができる。
前記(F)一般式(1)で表される化合物に対し、弊害を及ぼさない範囲で、重合性基を含まない通常の紫外線吸収剤を加えてもよい。この場合、(F)一般式(1)で表される化合物と相溶性が良好な有機系の紫外線吸収剤を用いると相乗効果が期待できるので好ましい。特に、主骨格がヒドロキシベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系、トリアジン系、ジエノエート系である化合物の誘導体が好ましい。更に側鎖にこれら紫外線吸収剤の残基を含有するビニルポリマーなどの重合体でもよい。
本発明の着色感光性組成物には、熱重合開始剤を含有させることも有効である。熱重合開始剤としては、例えば、各種のアゾ系化合物、過酸化物系化合物が挙げられ、前記アゾ系化合物としては、アゾビス系化合物を挙げることができ、前記過酸化物系化合物としては、ケトンパーオキサイド、パーオキシケタール、ハイドロパーオキサイド、ジアルキルパーオキサイド、ジアシルパーオキサイド、パーオキシエステル、パーオキシジカーボネートなどを挙げることができる。
本発明の着色感光性組成物には、塗布性を改良する観点から、各種の界面活性剤を用いて構成することが好ましい。界面活性剤により、塗布液としたときの液特性(特に流動性)を改善でき、塗布厚の均一性や省液性を改善することができる。すなわち、基板と塗布液との界面張力を低下させて基板への濡れ性が改善され、基板への塗布性が向上するので、少量の液量で数μm程度の薄膜を形成した場合であっても、厚みムラの小さい均一厚の膜形成が可能である点で有効である。また、液切れを起こしやすいスリット塗布においても効果的である。
また、未硬化部のアルカリ溶解性を促進し、着色感光性組成物の現像性の更なる向上を図る場合には、着色感光性組成物に有機カルボン酸、好ましくは分子量1000以下の低分子量有機カルボン酸の添加を行なうことができる。具体的には、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、ピバル酸、カプロン酸、ジエチル酢酸、エナント酸、カプリル酸等の脂肪族モノカルボン酸;シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ブラシル酸、メチルマロン酸、エチルマロン酸、ジメチルマロン酸、メチルコハク酸、テトラメチルコハク酸、シトラコン酸等の脂肪族ジカルボン酸;トリカルバリル酸、アコニット酸、カンホロン酸等の脂肪族トリカルボン酸;安息香酸、トルイル酸、クミン酸、ヘメリト酸、メシチレン酸等の芳香族モノカルボン酸;フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリト酸、トリメシン酸、メロファン酸、ピロメリト酸等の芳香族ポリカルボン酸;フェニル酢酸、ヒドロアトロパ酸、ヒドロケイ皮酸、マンデル酸、フェニルコハク酸、アトロパ酸、ケイ皮酸、ケイ皮酸メチル、ケイ皮酸ベンジル、シンナミリデン酢酸、クマル酸、ウンベル酸等のその他のカルボン酸が挙げられる。
本発明の着色感光性組成物には、さらに熱重合防止剤を加えておくことが好ましく、例えば、ハイドロキノン、p−メトキシフェノール、ジ−t−ブチル−p−クレゾール、ピロガロール、t−ブチルカテコール、ベンゾキノン、4,4’−チオビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2−メルカプトベンゾイミダゾール等が有用である。
上記以外に、着色感光性組成物には、EFKA−46、EFKA−47、EFKA−47EA、EFKAポリマー100、EFKAポリマー400、EFKAポリマー401、EFKAポリマー450(以上森下産業社製)、ディスパースエイド6、ディスパースエイド8、ディスパースエイド15、ディスパースエイド9100(サンノプコ社製)等の高分子分散剤;
ソルスパース3000、5000、9000、12000、13240、13940、17000、24000、26000、28000などの各種ソルスパース分散剤(ゼネカ社製);
ガラス、アルミナ等の充填剤;及びポリアクリル酸ナトリウム等の凝集防止剤;を添加してもよい。
本発明のカラーフィルタの製造方法は、既述の本発明の着色感光性組成物を基板上に付与して着色層を形成する工程と、前記着色層をパターン状に露光した後、未硬化部を現像液で現像除去して着色パターンを形成する工程と、を含むことを特徴とする。
即ち、本発明の着色感光性組成物をガラスなどの基板上に、直接又は他の層を介して、例えば、回転塗布、スリット塗布、流延塗布、ロール塗布、インクジェット塗付等の方法により付与して着色層を形成し、形成された着色層に、所定のマスクパターンを介して露光する等の方法により露光し、露光後に未硬化部を現像液で現像除去することにより各色(例えば3色あるいは4色)の着色パターン(例えば着色画素)を形成することによって、最も好適にカラーフィルタを作製することができる。
これにより、液晶表示装置、有機EL表示装置、固体撮像素子等に用いられるカラーフィルタをプロセス上の困難性が少なく、高品質でかつ低コストに作製することができる。
この際、露光に用いる放射線としては、特にg線、h線、i線、j線等の紫外線が好ましい。
被露光物(パターン)の露光量としては、1mJ/cm2〜100mJ/cm2の範囲であり、1mJ/cm2〜50mJ/cm2の範囲がより好ましい。露光量がこの範囲であると、パターン形成の生産性の点で好ましい。
現像液としては、未硬化部における着色感光性組成物の着色層を溶解する一方、硬化部を溶解しないものであれば、いずれのものも用いることができる。具体的には、種々の有機溶剤の組合せやアルカリ性の水溶液を用いることができる。
なお、アルカリ性水溶液を現像液として使用した場合には、一般に現像後に水で洗浄(リンス)が行なわれる。
ポストベークは、硬化を完全なものとするための現像後の加熱であり、通常約200℃〜250℃の加熱(ハードベーク)を行なう。このポストベーク処理は、現像後の着色層を、上記条件になるようにホットプレートやコンベクションオーブン(熱風循環式乾燥機)、高周波加熱機等の加熱手段を用いて、連続式あるいはバッチ式で行なうことができる。
基板上に他の層を介して着色感光性組成物を付与する場合の、他の層としては、ガスバリヤー層、耐溶剤性層、などが挙げられる。
本発明のカラーフィルタは、特に、液晶表示装置、および有機EL表示装置用のカラーフィルタとして好適である。このようなカラーフィルタを備えた液晶表示装置および有機EL表示装置は、高品位の画像を表示することができる。
On Array)方式にも供することが可能である。COA方式の液晶表示装置にあっては、カラーフィルタ層に対する要求特性は前述のような通常の要求特性に加え、層間絶縁膜に対する要求特性、即ち低誘電率及び剥離液耐性が必要である。本発明のカラーフィルタは、紫外光レーザーによる露光方法に加え、本発明が規定する画素の色相や膜厚を選択することによって、露光光である紫外光レーザーの透過性を高めるものと考えられる。これによって、着色画素の硬化性が向上し、欠けや剥がれ、ヨレのない画素を形成できるので、TFT基板上に直接または間接的に設けた着色層の特に剥離液耐性が向上し、COA方式の液晶表示装置に有用である。低誘電率の要求特性を満足するためには、カラーフィルタ層の上に樹脂被膜を設けてもよい。
これらの画像表示方式については、例えば、「EL、PDP、LCDディスプレイ−技術と市場の最新動向−(東レリサーチセンター調査研究部門 2001年発行)」の43ページなどに記載されている。
これらの部材については、例えば、「’94液晶ディスプレイ周辺材料・ケミカルズの市場(島 健太郎 (株)シーエムシー 1994年発行)」、「2003液晶関連市場の現状と将来展望(下巻)(表 良吉(株)富士キメラ総研 2003年発行)」に記載されている。
フタロジニトリル、塩化亜鉛を原料として亜鉛フタロシアニンを製造した。
ハロゲン化は、塩化スルフリル3.1部、無水塩化アルミニウム3.7部、塩化ナトリウム0.46部、亜鉛フタロシアニン1部を40℃で混合し、臭素2.2部を滴下して行った。80℃で15時間反応し、その後、反応混合物を水に投入し、部分臭素化亜鉛フタロシアニン粗顔料を析出させた。この水性スラリーを濾過し、80℃の湯洗浄を行い、90℃で乾燥させ、2.6部の精製された部分臭素化亜鉛フタロシアニン粗顔料を得た。
得られた部分臭素化亜鉛フタロシアニン顔料は、質量分析によるハロゲン含有量分析から、平均組成はZnPcBr10Cl4H2で(Pc;フタロシアニン)、1分子中に平均10個の臭素および4個の塩素を含有するものであった。
なお、透過型電子顕微鏡(日本電子(株)製JEM−2010)で測定した平均一次粒子径は65nmであった。
キノフタロン顔料(4,5,6,7−テトラクロロ−2−[2−(4、5、6、7−テトラクロロ−2,3−ジヒドロ−1、3−ジオキソ−1H−インデン−2−イル)−8−キノリニル]−1H−イソインドール−1、3(2H)−ジオン)(BASF社製“パリオトール”イエローK0961HD)10gを攪拌しながら15℃の発煙硫酸(25%SO3)130g中に投入した。3時間攪拌した後、氷250g上に加えた。30分間放置後、生じた懸濁液を濾過し、得られた生成物を50mlの水で水洗した。
(1)樹脂(i−1)の合成
n−オクタン酸6.4g、ε−カプロラクトン200g、チタン(IV)テトラブトキシド5gを混合し、160℃で8時間加熱した後、室温まで冷却しポリエステル樹脂(i−1)を得た。
合成スキームを以下に示す。
ポリエチレンイミン(SP−018、数平均分子量1,800、日本触媒製)10g及びポリエステル樹脂(i−1)100gを混合し、120℃で3時間加熱して、中間体(J−1B)を得た。その後、65℃まで放冷し、無水コハク酸3.8gを含有するプロピレングリコール1−モノメチルエーテル2−アセテート(以下、PGMEAとよぶ)200gをゆっくり添加し2時間攪拌した。その後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(以下、PGMEAと記載することがある。)を添加し、樹脂(J−1)のPGMEA10質量%溶液を得た。樹脂(J−1)は、ポリエステル樹脂(i−1)由来の側鎖と無水コハク酸由来のカルボキシル基を有するものである。
合成スキームを以下に示す。
前記の部分臭素化亜鉛フタロシアニン顔料(PG58と称す)11.9部、キノフタロン化合物として化合物(7)3.1部、分散剤としてソルスパース24000GR(日本ルーブリゾール社製)9.0部、溶剤としてPGMEA 76部を混合した後、サンドグラインダーミルにて3時間分散することでPG58の顔料分散液を得た。得られたPG58の顔料分散液の粘度をE型粘度計にて測定したところ、9.2mPa・sと非常に安定しており、良好な分散性が得られていることが確認された。
黄色顔料としてC.I.ピグメントイエロー150(PY150)を40部(平均一次粒子径60nm)と、前記樹脂(J−1)のPGMEA10質量%溶液223部(固形分換算で22.3部)との混合液を、ビーズミル(ジルコニアビーズ0.3mm径)により3時間混合・分散して、黄色顔料PY150を含む顔料分散液を調製した。
黄色顔料としてC.I.ピグメントイエロー138(PY138)を40部(平均一次粒子径60nm)と、前記樹脂(J−1)のPGMEA10質量%溶液223部(固形分換算22.3部)との混合液を、ビーズミル(ジルコニアビーズ0.3mm径)により3時間混合・分散して、黄色顔料PY138を含む顔料分散液を調製した。
緑色顔料としてC.I.ピグメントグリーン36(PG36)を40部(平均一次粒子径60nm)と、樹脂(J−1)のPGMEA10質量%溶液200部(固形分換算20部)との混合液を、ビーズミル(ジルコニアビーズ0.3mm径)により3時間混合・分散して、緑色顔料PG36を含む顔料分散液を調製した。
得られた顔料分散液について、顔料の平均1次粒子径を動的光散乱法(Microtrac Nanotrac UPA−EX150(日機装社製)を用いて、測定したところ、25nmであった。
(1)化合物Aの合成
まず、下記のスキームで化合物Aを合成した。
エチルカルバゾール(100.0g、0.512mol)をクロロベンゼン260mlに溶解し、0℃に冷却後、塩化アルミニウム(70.3g、0.527mol)を加える。続いて、o−トルイルクロリド(81.5g、0.527mol)を40分かけて滴下し、室温に昇温して3時間攪拌した。次に、0℃に冷却後、塩化アルミニウム(75.1g、0.563mol)を加えた。4−クロロブチリルクロリド(79.4g、0.563mol)を40分かけて滴下し、室温に昇温して3時間攪拌した。35%塩酸水溶液156mlと蒸留水392mlとの混合溶液を0℃に冷却し、反応溶液を滴下した。析出した固体を吸引濾過後、蒸留水とメタノールで洗浄し、アセトニトリルで再結晶後、下記構造の化合物A(収量164.4g、収率77%)を得た。
次に、化合物Aを用いて下記のスキームで化合物Bを合成した。
化合物A(20.0g、47.9mmol)をテトラヒドロフラン(THF)64mlに溶解し、4−クロロベンゼンチオール(7.27g、50.2mmol)とヨウ化ナトリウム(0.7g、4.79mmol)を加えた。続いて反応液に水酸化ナトリウム(2.0g、50.2mmol)を加え、2時間還流した。次に、0℃に冷却後、ソジウムメチラート28%メタノール溶液(日本触媒(株)製:SM−28)(11.1g、57.4mmol)を20分かけて滴下し、室温に昇温して2時間攪拌した。次に、0℃に冷却後、亜硝酸イソペンチル(6.73g、57.4mmol)を20分かけて滴下し、室温に昇温して3時間攪拌した。反応液をアセトン120mlに希釈し、0℃に冷却した0.1N塩酸水溶液に滴下した。析出した固体を吸引濾過後、蒸留水で洗浄した。続いて、アセトニトリルで再結晶し、下記構造の化合物B(収量17.0g、収率64%)を得た。
続いて、化合物Bを用いて下記のスキームで化合物1を合成した。
化合物B(18.0g、32.4mmol)を90mlのN−メチルピロリドンに溶解し、トリエチルアミン(3.94g、38.9mmol)を加えた。次に、0℃に冷却後、アセチルクロライド(3.05g、38.9mmol)を20分かけて滴下後、室温に昇温して2時間攪拌した。反応液を0℃に冷却した蒸留水150mlに滴下し、析出した固体を吸引濾過後、0℃に冷却したイソプロピルアルコール200mlで洗浄し、乾燥後、下記構造の化合物1(収量19.5g、収率99%)を得た。
<着色感光性組成物の調製>
下記組成1に示す成分を撹拌混合して、実施例1の着色感光性組成物を調製した。
(組成1)
・(A)顔料分散液1:緑色顔料PG58を含む顔料分散液 36.6部
・顔料分散液2:黄色顔料PY150を含む顔料分散液 12.6部
・(B)溶剤:PGMEA 25.8部
・(B)溶剤:3−エトキシエチルプロピオネート 16.7部
・(D)バインダー樹脂(アリルメタクリレート−メタクリル酸(=共重合モル比 8:2)共重合体、重量平均分子量 30000) 1.76部
・(C)重合性モノマー:アロニックス M−520(東亜合成(株)製、酸変性多官能アクリレート化合物) 3.77部
・(E)光重合開始剤1:IRGACURE OXE−01(CIBA(株)製) 0.71部
・(E)光重合開始剤2:2−クロロフェニル−4,5−ビスフェニルイミダゾール二量体(保土ヶ谷化学(株)製、B−CIM) 0.35部
・光増感剤:下記の化合物III 0.49部
・光増感剤:N−フェニルメルカプトベンズイミダゾール 0.11部
・(F)特定添加剤:4,4’−アゾキシスチレン 1.80部
・界面活性剤:フッ素系界面活性剤、DIC社製、メガファックF781−F 0.033部
化合物III
上記により得られた着色感光性組成物を用いて、以下の如くガラス基板上に着色パターンを形成した。
得られた着色感光性組成物を、ガラス基板(コーニング社製ミレニアム、0.7mm厚)に塗布した。具体的には、ポストベーク後の着色感光性組成物層の乾燥後の膜厚が約2.4μmとなるようにスリットノズルと基板との間隔、吐出量を調節して、塗布速度120mm/秒で塗布した。
次いで、着色感光性組成物層を、真空乾燥装置にて真空度が66Paに到達するまで乾燥した後、ホットプレートを用いて、90℃で120秒間加熱(プリベーク処理)を行なった。
プリベーク処理後、プロキシミティ露光機(日立ハイテクノロジーズ社製、LE5565A)を用いて、40mJ/cm2で露光した。
その後、現像装置(日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて、水酸化カリウム系現像液CDK−1(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製)の1.0%現像液(CDK−1を1部、純水を99部の希釈した液、25℃)でシャワー圧を0.2MPaとして60秒間現像し、純水で洗浄した。
充分に乾燥後、230℃のオーブン中で40分ポストベークした。
実施例1の組成1において、顔料分散液の種類、光重合開始剤1、2の種類、特定添加剤の種類及び添加量を表1に記載されるように変更し、それ以外は実施例1と同様にして、実施例2〜25、及び比較例1〜14の各着色感光性組成物を調製した。更に、得られた各着色感光性組成物を用いて、露光工程における露光方式を表1に記載されるように変更した以外は、実施例1と同様にして、着色パターンを作製した。
プリベーク処理後、レーザー露光装置としてEGIS(ブイテクノロジー(株)、YAGレーザーの第3高調波 波長355nm、パルス幅6nsec)を用い、着色感光性組成物層表面に対し、約1mJ/cm2のパルス照射を20回、フォトマスクを通して行った。
また、表1〜3中、「−」は添加なしを表し、Gはグリーンの着色感光性組成物、Bはブルーの着色感光性組成物をそれぞれ示す。
光増感剤の欄で2種の光増感剤を使用したものは、実施例1における光増感剤と同じであるが、1種のみを使用した実施例11〜13、16〜18、22、および23においては、光増感剤の量は実施例1におけるN−フェニルメルカプトベンズイミダゾールの添加量と同じである。
また、実施例13、および18におけるその他の添加剤(紫外線吸収剤:オクチル-5-N,N-ジエチルアミノ-2-フェニルスルホニル-2,4-ペンタジエノエート)の使用量は、0.27質量部である。
なお、実施例、および比較例で用いた4,4’−アゾキシスチレン、4,4’−アゾキシケイ皮酸エチル、4,4’−アゾキシケイ皮酸メチルは重合性基を有し、本発明の特定添加剤に該当し、アゾキシベンゼン、アゾキシフェネトールは重合性基を有さないものであり、本発明の特定添加剤には該当しない。
また、光重合開始剤である化合物2、および化合物3の構造を下記に示す。
得られた各着色パターンについて、形状、耐光性、耐熱性、耐溶剤性の各項目について評価した。評価方法及び評価基準を以下に示す。
評価結果はまとめて、表4に示す。
着色パターン形状の評価は、着色パターンのエッジ部の直線性およびカケにより評価した。光学顕微鏡を用いて反射モード200倍で、着色パターンのエッジ部分を写真にとり、5センチメートル×5センチメートルの写真内で画素エッジ部分を観察し、以下の基準により評価した。
−直線性評価基準−
○:着色パターンのエッジ部分が直線的に見える
×:着色パターンの一部、あるいは全体がギザギザになっている、
即ち、着色パターンのエッジ部分が残膜やアンダーカットやその他に起因してギザギザになると、本発明の着色感光性組成物によりカラーフィルタの着色パターン(画素パターン)を形成する場合において、ブラックマトリクスとの重なりを大きくする必要があり、ブラックマトリクスの幅を広げ開口率を下げてしまう。また、ブラックマトリクスとの重なりを大きくしない場合は、ブラックマトリクスのエッジ付近で、着色パターンが無く白く抜ける部分ができる恐れがある。さらに、着色パターンのエッジ部分がギザギザである場合、その上に形成された透明電極が断線して抵抗値が高くなるなどの実用上の問題が生じうる。
着色パターンのカケは、上記により得られた各着色パターンについて、光学顕微鏡を用いて反射モード200倍で着色パターンのエッジ部分を写真にとり、カケを下記の基準により評価した。ここで、カケについては、(A)半月状にエッジ部分がなくなっている形状、(B)(A)よりも細長い場合もみられるが、周囲より線幅が不連続に細くなり、欠けていると認識される形状、のいずれかが1つでも観察された場合とした。本評価においては、カケが1つでも見られる場合に、カケ有りとした。
カケが発生すると、その部分は白く光が抜けるので、実用上好ましくない。
−カケ評価基準−
○:(1)着色パターンの形状が順テーパ又は矩形であり、且つ(2)カケが見られないもの。
×:上記(1)および(2)の項目中、少なくとも一項目が該当しないもの。
上記直線性およびカケの二項目を考慮し、形状の評価を以下の評価基準で総合評価した。
−パターン形状 総合評価基準−
○:直線性、カケの両者で○評価のもの
△:直線性、カケのいずれか一項目が○評価のもの
×:直線性、カケの両者でいずれも○評価に該当しないもの
現像工程終了後の着色パターンが形成されたガラス基板を、コンベクションオーブンにて230℃×30分ポストベークを行なった。基板の色度をOSP−SP100:オリンパス(株)にて測定し、その後窒素置換下にて脱気し、セル中に封入した。
封入した基板を、キセノンウェザーメータ「SX−75」:スガ試験機(株)に投入し、温度30℃、湿度50%、ブラックパネル温度63℃の条件下においてガラス面側から180W120時間の照射を行った。
その後、基板の色度をOSP−SP100:オリンパス(株)にて測定し、照射前後における着色パターンの色度から、ΔE*abを求めた。
本評価においては、ΔE*abが3.0以下であるものを耐光性に優れると評価した。
前記耐光性の評価と同様にポストベークを行った後の着色パターンを有するガラス基板を、さらにコンベクションオーブンにて230℃×40分の再加熱を行った。
その後、基板の色度をOSP−SP100:オリンパス(株)にて測定し、再加熱工程前後における着色パターンの色度から、ΔE*abを求めた。
本評価においては、ΔE*abが3.0以下であるものを耐熱性に優れると評価した。
前記信頼性の評価と同様にポストベークを行った後の着色パターンを有するガラス基板の色度をOSP−SP100:オリンパス(株)にて測定し、N−メチル−2−ピロリドン(以下、「NMP」と略称する。)に23℃で30分浸漬して、浸漬前後の着色パターンの色度からΔE*abを求めた。色度は、OSP−SP100:オリンパス(株)にて測定した。更に、光学顕微鏡観察により、NMPへの浸漬前後における着色パターンとの形状の変化について観察した。
ΔE*abが3以上のものや形状変化を生じるものは、液晶表示装置の作製等において、パネル処理に用いられる各種耐溶剤性が不足することになり、実用上問題になる。
得られた結果について、下記の評価基準により評価した。
−評価基準−
○:(1)ΔE*abが3.0以下であり、且つ(2)着色パターンの形状に変化が見られないもの。
×:上記(1)及び(2)の項目中、少なくとも一項目が該当しないもの。
比較例2〜5、7、8、10、11より、重合性基を有さず本発明の特定添加剤に該当しないアゾキシ化合物は、耐光性改良効果を有するものの、加熱プロセスにおいて変色や分解を伴うため、耐熱性に劣る結果であった。一方、本発明における特定添加剤であるアゾキシ化合物は耐光性が改良されるとともに耐熱性の向上にも効果があり、トータルでの信頼性を実現することができることとわかった。
Claims (10)
- (A)フタロシアニン骨格を有する色材、(B)溶剤、(C)重合性モノマー、(D)バインダー樹脂、(E)光重合開始剤、及び(F)下記一般式(1)で表される化合物、を含有する着色感光性組成物。
〔一般式(1)において、R1、及びR2は各々独立に、2〜4価の連結基を表し、Y1、及びY2は各々独立に、単結合、酸素原子、エステル基、炭素数2以上30以下のアルキレン基、炭素数6以上30以下の2価の芳香族基、ポリエチレングリコール基、又はこれらを複数種組み合わせてなる2価の連結基を表す。P1、及びP2は各々独立に、重合性基を表す。m、及びnは、各々独立に1以上3以下の整数を表す。〕 - 前記(F)一般式(1)で表される化合物の含有量が、組成物の全固形分に対して0.1質量%以上5.0質量%以下である請求項1に記載の着色感光性組成物。
- 前記一般式(1)においてP1およびP2で表される重合性基の少なくとも一方が、アクリロイル基及びメタクリロイル基から選択される重合性基である請求項1または請求項2に記載の着色感光性組成物。
- 前記(A)フタロシアニン骨格を有する色材が、分子内に金属を含有する色材を含む請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の着色感光性組成物。
- 前記(A)フタロシアニン骨格を有する色材が、緑色顔料を含む請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の着色感光性組成物。
- 前記(A)フタロシアニン骨格を有する色材が、C.I.ピグメントグリーン7、C.I.ピグメントグリーン36、またはC.I.ピグメントグリーン58を含む請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の着色感光性組成物。
- 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の着色感光性組成物を基板上に付与して着色層を形成する工程と、
前記着色層をパターン状に露光した後、未硬化部を現像液で現像除去して着色パターンを形成する工程と、
を含むカラーフィルタの製造方法。 - 請求項7に記載の製造方法により製造されたカラーフィルタ。
- 請求項8に記載のカラーフィルタを具備してなる液晶表示装置。
- 請求項8に記載のカラーフィルタを具備してなる有機EL表示装置。
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