JP2014048428A - 感放射線性組成物、表示素子用硬化膜の形成方法、表示素子用硬化膜及び表示素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】解像度及び感度に優れると共に、高い現像耐性、耐熱性、耐溶媒性等を有する硬化膜を形成可能な感放射線性組成物の提供を目的とする。
【解決手段】本発明は、[A]エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物、及び[B]下記式(1)で表される光重合開始剤を含有する感放射線性組成物である。下記式(1)中、Rは、モルホリノ基、ピペリジノ基、ジメチルアミノ基又はジエチルアミノ基である。R及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキル基である。R及びRは、それぞれ独立して、水酸基、メチロール基又は炭素数1〜6のアルキル基である。nは、0〜6の整数である。Xは、酸素原子又は硫黄原子である。また、当該感放射線性組成物は、[C]アルカリ可溶性樹脂をさらに含有することが好ましい。さらに、当該感放射線性組成物は、[D]着色剤をさらに含有することが好ましい。
Figure 2014048428

【選択図】なし

Description

本発明は、感放射線性組成物、表示素子用硬化膜の形成方法、表示素子用硬化膜及び表示素子に関する。
薄膜トランジスタ型液晶表示素子等の表示デバイスには、一般に層状に配置される配線の間を絶縁するために層間絶縁膜としての硬化膜が設けられている。例えば、薄膜トランジスタ型液晶表示素子は、上記硬化膜の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。このような製造工程では、上記硬化膜は透明電極膜の形成工程において高温に曝されたり、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、硬化膜の高い現像耐性、耐熱性及び耐溶媒性が必要とされる。
近年、表示の高精細化に伴う液晶表示素子のパターン微細化及び生産性の効率化の観点から、上述のような層間絶縁膜や、液晶表示素子用のスペーサー、保護膜及び着色パターン等の硬化膜の形成に用いる感放射線性組成物には、高い解像度及び感度が求められている。これに対し、オキシムエステル系光重合開始剤を含む感放射線性組成物を用いた技術が提案されている(特開2005−227525号公報参照)。
しかしながら、このような技術を用いたとしても、未だ十分に感度等を満たしているとは言えない。また、感放射線性組成物には保存安定性も求められていると共に、形成される硬化膜には、上述の高い現像耐性、耐熱性及び耐溶媒性に加え、優れた表面硬度及び圧縮性能も求められている。
特開2005−227525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、解像度及び感度に優れると共に、高い現像耐性、耐熱性、耐溶媒性等を有する硬化膜を形成可能な感放射線性組成物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]エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物(以下、「[A]重合性化合物」ともいう)、及び
[B]下記式(1)で表される光重合開始剤(以下、「[B]光重合開始剤」ともいう)
を含有する感放射線性組成物である。
Figure 2014048428
(式(1)中、Rは、モルホリノ基、ピペリジノ基、ジメチルアミノ基又はジエチルアミノ基である。R及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキル基である。R及びRは、それぞれ独立して、水酸基、メチロール基又は炭素数1〜6のアルキル基である。nは、0〜6の整数である。Xは、酸素原子又は硫黄原子である。)
また、上記課題を解決するためになされた別の発明は、
当該感放射線性組成物から形成される表示素子用硬化膜、及び
当該表示素子用硬化膜を備える表示素子
を含む。
さらに、上記課題を解決するためになされた別の発明は、
(1)当該感放射線性組成物を用い、基板上に塗膜を形成する工程、
(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加熱する工程
を有する表示素子用硬化膜の形成方法である。
本発明は、解像度及び感度に優れると共に、高い現像耐性、耐熱性、耐溶媒性等を有する硬化膜を形成可能な感放射線性組成物を提供することができる。そのため、本発明の表示素子用硬化膜の形成方法、表示素子用硬化膜及び表示素子は、液晶表示素子等の表示デバイスの高精細化及び生産性の効率化等に寄与することができる。
<感放射線性組成物>
本発明の感放射線性組成物は、[A]重合性化合物及び[B]光重合開始剤を含有する。また、当該感放射線性組成物は、好適成分として[C]アルカリ可溶性樹脂及び[D]着色剤を含有してもよい。さらに、当該感放射線性組成物は、本発明の効果を損なわない限り、[B]光重合開始剤以外の光重合開始剤(以下、「[B’]光重合開始剤」ともいう)等のその他の任意成分を含有してもよい。当該感放射線性組成物によれば、高い現像耐性、耐熱性、耐溶媒性等を有する硬化膜を形成することができるため、当該感放射線性組成物は、例えば、表示素子用硬化膜の形成に好適に用いることができる。以下、各成分について詳述する。
<[A]重合性化合物>
[A]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。この[A]重合性化合物は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
[A]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。
[A]重合性化合物としては、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との混合物、コハク酸変性ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートの混合物、トリス(2−アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレートとビス(2−アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレートとの混合物が好ましく、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との混合物がより好ましい。[A]重合性化合物を上記化合物(化合物の混合物を含む)とすることで、当該感放射線性組成物の感度及び形成される表示素子用硬化膜の耐熱性等を高いレベルで両立することができる。
[A]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、東亞合成製);
KAYARAD DPHA、同DPCA−20、同DPCA−30、同DPCA−60、同DPCA−120、同MAX−3510(以上、日本化薬製);
ビスコート295、同300、同360、同GPT、同3PA、同400、同802(以上、大阪有機化学工業製);
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(第一工業製薬製);
KAYARAD DPHA−40H、UX−5000(以上、日本化薬製);
UN−9000H(根上工業製);
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、東亞合成製);
KAYARAD HDDA、KAYARAD HX−220、同HX−620、同R−526、同R−167、同R−604、同R−684、同R−551、同R−712、UX−2201、UX−2301、UX−3204、UX−3301、UX−4101、UX−6101、UX−7101、UX−8101、UX−0937、MU−2100、MU−4001(以上、日本化薬製);
アートレジンUN−9000PEP、同UN−9200A、同UN−7600、同UN−333、同UN−1003、同UN−1255、同UN−6060PTM、同UN−6060P(以上、根上工業製);
SH−500Bビスコート260、同312、同335HP(以上、大阪有機化学工業製)等が挙げられる。
当該感放射線性組成物における[A]重合性化合物の含有量としては、当該感放射線性組成物の全質量に対して、5質量%〜90質量%が好ましく、10質量%〜70質量%がより好ましい。
また、後述する[C]アルカリ可溶性樹脂を使用する場合の[A]重合性化合物の含有量としては、[C]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。[A]重合性化合物の含有量を上記範囲とすることで、当該感放射線性組成物から形成される表示素子用硬化膜は、低露光量においても十分な耐熱性、耐溶媒性を有することができる。
<[B]光重合開始剤>
[B]光重合開始剤は、上記式(1)で表される光重合開始剤である。当該感放射線性組成物が[B]光重合開始剤を含有することで、当該感放射線性組成物は、形成される表示素子用硬化膜の表面硬度、圧縮性能、耐現像性、耐熱性及び耐溶媒性を高めることができる。なお、[B]光重合開始剤は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記式(1)中、Rは、モルホリノ基、ピペリジノ基、ジメチルアミノ基又はジエチルアミノ基である。R及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキル基である。R及びRは、それぞれ独立して、水酸基、メチロール基又は炭素数1〜6のアルキル基である。nは、0〜6の整数である。Xは、酸素原子又は硫黄原子である。
上記R及びRで表される炭素数1〜6のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等が挙げられる。これらの中で、上記R及びRとしては、メチル基が好ましい。
上記R及びRで表される炭素数1〜6のアルキル基としては、例えば上記R及びRで表される炭素数1〜6のアルキル基として例示した基と同様の基等が挙げられる。
上記nとしては、0〜3が好ましく、0又は1がより好ましく、1がさらに好ましい。
[B]光重合開始剤としては、下記式(1−1)で表される光重合開始剤が好ましい。[B]光重合開始剤が下記特定の化合物であることで、当該感放射線性組成物は、形成される表示素子用硬化膜の表面硬度、圧縮性能、耐現像性、耐熱性及び耐溶媒性をより高めることができる。
Figure 2014048428
上記式(1−1)中、R及びRは、上記式(1)と同義である。
[B]光重合開始剤としては、例えば、下記式(b1)〜(b7)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 2014048428
これらの中で、[B]光重合開始剤としては、上記式(b1)〜(b5)で表される化合物が好ましく、(b1)、(b2)で表される化合物がより好ましい。
[B]光重合開始剤の含有量としては、[A]重合性化合物100質量部に対して、0.1質量部〜70質量部が好ましく、0.1質量部〜40質量部がより好ましい。[B]光重合開始剤の含有量を上記範囲とすることで、当該感放射線性組成物から形成される表示素子用硬化膜の圧縮性能、耐現像性等を効果的に高めることができる。
また、[C]アルカリ可溶性樹脂を使用する場合の[B]光重合開始剤の含有量としては、[C]アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して、0.1質量部〜70質量部が好ましく、0.1質量部〜40質量部がより好ましい。[B]光重合開始剤の含有量を上記範囲とすることで、当該感放射線性組成物の感度及び得られる表示素子用硬化膜の透過率をより向上することできる。
<[B’]光重合開始剤>
[B’]光重合開始剤は、[B]光重合開始剤以外の光重合開始剤である。この[B’]光重合開始剤は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
[B’]光重合開始剤としては、例えば、チオキサントン系化合物、アセトフェノン系化合物、ビイミダゾール系化合物、トリアジン系化合物、O−アシルオキシム系化合物、オニウム塩系化合物、ベンゾイン系化合物、ベンゾフェノン系化合物、α−ジケトン系化合物、多核キノン系化合物、ジアゾ系化合物、イミドスルホナート系化合物等が挙げられる。これらの中で、[B’]光重合開始剤としては、チオキサントン系化合物、アセトフェノン系化合物、ビイミダゾール系化合物、トリアジン系化合物及びO−アシルオキシム系化合物からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいることが好ましい。
上記チオキサントン系化合物としては、例えば、チオキサントン、2−クロロチオキサントン、2−メチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、4−イソプロピルチオキサントン、2,4−ジクロロチオキサントン、2,4−ジメチルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2,4−ジイソプロピルチオキサントン等が挙げられる。
上記アセトフェノン系化合物としては、例えば、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)ブタン−1−オン、2−(4−メチルベンジル)−2−(ジメチルアミノ)−1−(4−モルフォリノフェニル)ブタン−1−オン等が挙げられる。
上記ビイミダゾール系化合物としては、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。なお、光重合開始剤としてビイミダゾール系化合物を用いる場合、水素供与体を併用することが、感度を改良することができる点で好ましい。水素供与体とは、露光によりビイミダゾール系化合物から発生したラジカルに対して、水素原子を供与することができる化合物を意味する。水素供与体としては、例えば、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾオキサゾール等のメルカプタン系水素供与体;4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン等のアミン系水素供与体が挙げられる。本発明において、水素供与体は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができるが、1種以上のメルカプタン系水素供与体と1種以上のアミン系水素供与体とを組み合わせて使用することが、より感度を改良することができる点で好ましい。
上記トリアジン系化合物としては、例えば、2,4,6−トリス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−メチル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−〔2−(5−メチルフラン−2−イル)エテニル〕−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−〔2−(フラン−2−イル)エテニル〕−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−〔2−(4−ジエチルアミノ−2−メチルフェニル)エテニル〕−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−〔2−(3,4−ジメトキシフェニル)エテニル〕−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4−メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4−エトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4−n−ブトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン等が挙げられる。
上記O−アシルオキシム系化合物としては、例えば、1,2−オクタンジオン、1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−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)等が挙げられる。
[B’]光重合開始剤の含有量としては、[A]重合性化合物100質量部に対して、0質量部〜70質量部が好ましく、0質量部〜50質量部がより好ましく、0.1質量部〜40質量部がさらに好ましい。[B’]光重合開始剤の含有量を上記範囲とすることで、当該感放射線性組成物から形成される表示素子用硬化膜の圧縮性能、耐現像性等を効果的に高めることができる。
また、[C]アルカリ可溶性樹脂を使用する場合の[B’]光重合開始剤の含有量としては、[C]アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して、0質量部〜70質量部が好ましく、0.1質量部〜50質量部がより好ましく、0.1質量部〜40質量部がさらに好ましい。[B’]光重合開始剤の含有量を上記範囲とすることで、露光による硬化を十分に行うことができ、かつ形成される硬化膜と基板との密着性を向上させることができる。
<[C]アルカリ可溶性樹脂>
[C]アルカリ可溶性樹脂は、アルカリ現像液(例えば、23℃の0.40質量%水酸化カリウム水溶液等)に溶解する樹脂である。当該感放射線性組成物が[C]アルカリ可溶性樹脂を含有することで、アルカリ水溶液に対する溶解性を最適化することができる。この[C]アルカリ可溶性樹脂は、共重合体であることが好ましい。また、[C]アルカリ可溶性樹脂は、アルカリ可溶性を発現させるべく構造単位(C3)を有することが好ましい。また、[C]アルカリ可溶性樹脂は、構造単位(C1)及び/又は構造単位(C3)を有することがより好ましい。なお、[C]アルカリ可溶性樹脂は、本発明の効果を損なわない範囲で、上記構造単位(C1)〜(C3)以外の他の構造単位を有していてもよい。また、[C]アルカリ可溶性樹脂は、上記各構造単位を2種以上有していてもよい。
上記共重合体としては、構造単位(C1)と構造単位(C3)とを有するもの、構造単位(C2)と構造単位(C3)とを有するものが好ましい。
[C]アルカリ可溶性樹脂は、溶媒中で重合開始剤の存在下、各構造単位を与える化合物をラジカル重合することによって合成できる。以下、各構造単位について詳述する。
[構造単位(C1)]
構造単位(C1)は、下記式(2)で表される。[C]アルカリ可溶性樹脂が構造単位(C1)を有することで、得られる表示素子用硬化膜の硬化性等を向上させることができる。
Figure 2014048428
上記式(2)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又はメチル基である。Rは、下記式(2−i)又は下記式(2−ii)で表される2価の基である。mは、1〜6の整数である。
Figure 2014048428
上記式(2−i)中、Rは、水素原子又はメチル基である。上記式(2−i)及び式(2−ii)中、*は、酸素原子との結合部位を示す。
構造単位(C1)は、後述する構造単位(C3)中のカルボキシ基と、エポキシ基含有(メタ)アクリル酸化合物が含有するエポキシ基とが反応し、エステル結合を形成することにより得られる。具体例を挙げて詳述すると、例えば、構造単位(C3)を有する重合体に、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エポキシ基含有(メタ)アクリル酸化合物を反応させた場合、上記式(2)中のRは、上記式(2−ii)で表される基となる。一方、構造単位(C3)を有する重合体に、メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル等のエポキシ基含有(メタ)アクリル酸化合物を反応させた場合、上記式(2)中のRは、上記式(2−ii)で表される基となる。
構造単位(C1)の含有割合としては、[C]アルカリ可溶性樹脂を構成する全構造単位に対して、5モル%〜60モル%が好ましく、10モル%〜50モル%がより好ましい。構造単位(C1)の含有割合を上記範囲とすることで、優れた硬化性等を有する表示素子用硬化膜を形成することができる。
[構造単位(C2)]
構造単位(C2)は、エポキシ基含有不飽和化合物に由来する構造単位である。[C]アルカリ可溶性樹脂が構造単位(C2)を有することで、得られる表示素子用硬化膜の硬化性等をより向上させることができる。
上記エポキシ基としては、オキシラニル基(1,2−エポキシ構造)及びオキセタニル基(1,3−エポキシ構造)が挙げられる。
上記オキシラニル基を含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、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、3,4−エポキシシクロへキシルメタクリレート等が挙げられる。
上記オキセタニル基を含有する不飽和化合物としては、例えば、
アクリル酸エステルとして、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;
メタクリル酸エステルとして、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が挙げられる。
これらの中で、反応性及び表示素子用硬化膜の耐溶媒性向上の観点から、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好ましく、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−エポキシヘプチルがより好ましく、メタクリル酸グリシジルがさらに好ましい。
構造単位(C2)の含有割合としては、[C]アルカリ可溶性樹脂を構成する全構造単位に対して、5モル%〜60モル%が好ましく、10モル%〜50モル%がより好ましい。構造単位(C2)の含有割合を上記範囲とすることで、優れた硬化性等を有する表示素子用硬化膜を形成できる。
[構造単位(C3)]
構造単位(C3)は、不飽和カルボン酸に由来する構造単位及び不飽和カルボン酸無水物に由来する構造単位からなる群より選択される少なくとも1種の構造単位である。構造単位(C3)を与える化合物としては、例えば、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。
上記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、クロトン酸等が挙げられる。上記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、イタコン酸等が挙げられる。上記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が挙げられる。上記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〕等が挙げられる。上記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)アクリレート等が挙げられる。上記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。
これらの中で、モノカルボン酸、ジカルボン酸の無水物が好ましく、(メタ)アクリル酸、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。
構造単位(C3)の含有割合としては、[C]アルカリ可溶性樹脂を構成する全構造単位に対して、5モル%〜30モル%が好ましく、10モル%〜25モル%がより好ましい。構造単位(C3)の含有割合を上記範囲とすることで、[C]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感度に優れる感放射線性組成物が得られる。
[他の構造単位]
[C]アルカリ可溶性樹脂が本発明の効果を損なわない限り含んでいてもよい構造単位(C1)〜(C3)以外の他の構造単位を与える化合物としては、例えば、水酸基を有する(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸鎖状アルキルエステル、(メタ)アクリル酸環状アルキルエステル、(メタ)アクリル酸アリールエステル、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等をもつ不飽和化合物、マレイミド等が挙げられる。
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、アクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸3−ヒドロキシプロピル、アクリル酸4−ヒドロキシブチル、アクリル酸5−ヒドロキシペンチル、アクリル酸6−ヒドロキシヘキシル、メタククリル酸2−ヒドロキシエチル、メタククリル酸3−ヒドロキシプロピル、メタククリル酸4−ヒドロキシブチル、メタククリル酸5−ヒドロキシペンチル、メタククリル酸6−ヒドロキシヘキシル等が挙げられる。
上記(メタ)ア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、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。
上記(メタ)ア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、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。
上記(メタ)ア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、アクリル酸フェニル、アクリル酸ベンジル等が挙げられる。
上記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、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−メトキシスチレン等が挙げられる。
上記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。
上記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。
上記マレイミドとしては、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−トリルマレイミド、N−ナフチルマレイミド、N−エチルマレイミド、N−ヘキシルマレイミド、N−ベンジルマレイミド等が挙げられる。
[C]アルカリ可溶性樹脂を合成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。
[C]アルカリ可溶性樹脂を合成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、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)等のアゾ化合物が挙げられる。
[C]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。
[C]アルカリ可溶性樹脂のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(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。[C]アルカリ可溶性樹脂のMwを上記範囲とすることで、当該感放射線性組成物の感度及び現像性を高めることができる。
<[D]着色剤>
[D]着色剤は、形成される表示素子用硬化膜を着色する成分である。当該感放射線性組成物が[E]着色剤を含有することで、例えば、カラーフィルタ用着色パターン等としての表示素子用硬化膜を形成することができる。
[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、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。[D]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、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、染料が好ましい。この[D]着色剤は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記顔料としては、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、同13、同14、同17、同20、同24、同31、同55、同83、同93、同109、同110、同138、同139、同150、同153、同154、同155、同166、同168、同180、同211;
C.I.ピグメントオレンジ5、同13、同14、同24、同34、同36、同38、同40、同43、同46、同49、同61、同64、同68、同70、同71、同72、同73、同74;
C.I.ピグメントレッド1、同2、同5、同17、同31、同32、同41、同122、同123、同144、同149、同166、同168、同170、同171、同175、同176、同177、同178、同179、同180、同185、同187、同202、同206、同207、同209、同214、同220、同221、同224、同242、同243、同254、同255、同262、同264、同272;
C.I.ピグメントバイオレット1、同19、同23、同29、同32、同36、同38;
C.I.ピグメントブルー15、同15:3、同15:4、同15:6、同60、同80;
C.I.ピグメントグリーン7、同36、同58;
C.I.ピグメントブラウン23、同25;
C.I.ピグメントブラック1、同7等が挙げられる。
また、上記無機顔料としては、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。
本発明においては、顔料を再結晶法、再沈殿法、溶剤洗浄法、昇華法、真空加熱法又はこれらの組み合わせにより精製して使用することもできる。また、顔料は所望により、その粒子表面を樹脂で改質して使用してもよい。顔料の粒子表面を改質する樹脂としては、例えば、特開2001−108817号公報に記載のビヒクル樹脂、又は市販の各種の顔料分散用の樹脂等が挙げられる。カーボンブラック表面の樹脂被覆方法としては、例えば、特開平9−71733号公報、特開平9−95625号公報、特開平9−124969号公報等に記載の方法を採用することができる。また、有機顔料は、いわゆるソルトミリングにより、一次粒子を微細化して使用することが好ましい。ソルトミリングの方法としては、例えば、特開平08−179111号公報に開示されている方法等が挙げられる。
上記染料としては、有機溶媒に可溶である限り公知の染料を使用でき、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。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.ソルベントイエロー4、同14、同15、同23、同24、同38、同62、同63、同68、同82、同88、同94、同98、同99、同162、同179;
C.I.ソルベントレッド45、同49、同125、同130;
C.I.ソルベントオレンジ2、同7、同11、同15、同26、同56;
C.I.ソルベントブルー35、同37、同59、同67;
C.I.アシッドイエロー1、同3、同7、同9、同11、同17、同23、同25、同29、同34、同36、同38、同40、同42、同54、同65、同72、同73、同76;
C.I.アシッドレッド91、同92、同97、同114、同138、同151;
C.I.アシッドオレンジ51、同63;
C.I.アシッドブルー80、同83、同90;
C.I.アシッドグリーン9、同16、同25、同27等が挙げられる。
[D]着色剤として染料を使用することにより、顔料単独では達成することができない高輝度化や高コントラスト化が可能となる。しかしながら、従来の感放射線性組成物に[D]着色剤として染料を使用すると、アルカリ現像性、画素の耐熱性、耐溶剤性等が著しく悪化する場合がある。これに対し、当該感放射線性組成物によれば、[D]着色剤として染料を使用した場合であっても、アルカリ現像性の良好な感放射線性組成物を得ることができる。
[D]着色剤の含有量としては、輝度が高く色純度に優れる画素、又は遮光性に優れるブラックマトリックスを形成する点から、感放射線性組成物の全固形分に対して、5質量%〜70質量%が好ましく、5質量%〜60質量%がより好ましい。
<その他の任意成分>
当該感放射線性組成物は、[A]重合性化合物、[B]光重合開始剤、[C]アルカリ可溶性樹脂及び[D]着色剤に加え、本発明の効果を損なわない範囲で、[E]接着助剤、[F]界面活性剤、[G]エポキシ化合物、酸化防止剤、保存安定剤等のその他の任意成分を含有してもよい。これらのその他の任意成分は、それぞれ単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。以下、各成分について詳述する。
[[E]接着助剤]
[E]接着助剤は、得られる硬化膜と基板との接着性を向上させる成分である。[E]接着助剤としては、カルボキシ基、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。
[E]接着助剤の含有量としては、[A]重合性化合物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く、10質量部以下がさらに好ましい。[E]接着助剤の含有量が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。
[[F]界面活性剤]
[F]界面活性剤は、当該感放射線性組成物の塗布性を向上させる成分である。[F]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等が挙げられる。
上記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い。フッ素系界面活性剤の市販品としては、例えば、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、ネオス製)等が挙げられる。
上記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・シリコーン製)等が挙げられる。
[F]界面活性剤の含有量としては、[A]重合性化合物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。[F]界面活性剤の含有量が1.0質量部を超えると、得られる塗膜にムラを生じ易くなる。
[[G]エポキシ化合物]
[G]エポキシ化合物は、当該感放射線性組成物の硬化を促進させる成分である。当該感放射線性組成物が[G]エポキシ化合物を含有することで、得られる硬化膜の表面硬度及び圧縮性能を向上させることができる。[G]エポキシ化合物としては、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。
上記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[G]エポキシ化合物としては、例えば、
ビスフェノール化合物のジグリシジルエーテルとして、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;
多価アルコールのポリグリシジルエーテルとして、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;
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。
[G]エポキシ化合物の市販品としては、例えば、
ビスフェノールA型エポキシ樹脂として、エピコート604、同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製)等;
ビスフェノールF型エポキシ樹脂として、エピコート807(ジャパンエポキシレジン製)等;
フェノールノボラック型エポキシ樹脂として、エピコート152、同154、同157S65(以上、ジャパンエポキシレジン製)、EPPN201、同202(以上、日本化薬製)等;
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂として、EOCN102、同103S、同104S、1020、1025、1027(以上、日本化薬製)、エピコート180S75(ジャパンエポキシレジン製)等;
ポリフェノール型エポキシ樹脂として、エピコート1032H60、同XY−4000(以上、ジャパンエポキシレジン製)等;
環状脂肪族エポキシ樹脂として、CY−175、同177、同179、アラルダイトCY−182、同192、184(以上、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製)、ERL−4234、4299、4221、4206(以上、U.C.C製)、ショーダイン509(昭和電工製)、エピクロン200、同400(以上、大日本インキ製)、エピコート871、同872(以上、ジャパンエポキシレジン製)、ED−5661、同5662(以上、セラニーズコーティング製)等;
脂肪族ポリグリシジルエーテルとしてエポライト100MF(共栄社化学製)、エピオールTMP(日本油脂製)等が挙げられる。
これらの中で、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。
[G]エポキシ化合物の含有量としては、[A]重合性化合物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。[G]エポキシ化合物の含有量が50質量部を超えると、当該感放射線性組成物の保存安定性が低下する傾向にある。
(酸化防止剤)
酸化防止剤は、ヒンダードフェノール構造を含む化合物、ヒンダードアミン構造を含む化合物、ホスファイト構造を含む化合物及びチオエーテル構造を含む化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物である。当該感放射線性組成物が酸化防止剤を含有することで、得られる表示素子用硬化膜の耐熱性等を高めることができる。これは、この酸化防止剤が、露光時、加熱時等で発生したラジカルを捕捉したり、酸化により生成した過酸化物を分解することにより、含有する樹脂成分の分子解裂を抑制できるためであると推察される。なお、酸化防止剤が上記構造を含む化合物であるため、当該感放射線性組成物がこの酸化防止剤を含有しても、放射線に対する高い感度を維持し、かつ得られる表示素子用硬化膜等の透過率の低下が少ない。
上記ヒンダードフェノール構造を含む化合物としては、例えば、ペンタエリスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、チオジエチレンビス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、オクタデシル−3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、トリス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)イソシアヌレイト、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、N,N’−ヘキサン−1,6−ジイルビス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニルプロピオンアミド)、3,3’,3”,5,5’,5”−ヘキサ−tert−ブチル−a,a’,a”−(メシチレン−2,4,6−トリイル)トリ−p−クレゾール、4,6−ビス(オクチルチオメチル)−o−クレゾール、4,6−ビス(ドデシルチオメチル)−o−クレゾール、エチレンビス(オキシエチレン)ビス[3−(5−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−m−トリル)プロピオネート]、ヘキサメチレンビス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、1,3,5−トリス[(4−tert−ブチル−3−ヒドロキシ−2,6−キシリル)メチル]−1,3,5−トリアジン−2,4,6−(1H,3H,5H)−トリオン、2,6−ジ−tert−ブチル−4−(4,6−ビス(オクチルチオ)−1,3,5−トリアジン−2−イルアミン)フェノール、2,5−ジ−tert−ブチルヒドロキノン等が挙げられる。これらの中で、ヒンダードフェノール構造を含む化合物としては、ペンタエリスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]2,5−ジ−tert−ブチルヒドロキノン、トリス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)イソシアヌレイト、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼンが好ましい。
上記ヒンダードフェノール構造を含む化合物の市販品としては、例えば、アデカスタブAO−20、アデカスタブAO−30、アデカスタブAO−40、アデカスタブAO−50、アデカスタブAO−60、アデカスタブAO−70、アデカスタブAO−80、アデカスタブAO−330(以上、ADEKA製)、sumilizerGM、sumilizerGS、sumilizerMDP−S、sumilizerBBM−S、sumilizerWX−R、sumilizerGA−80(以上、住友化学製)、IRGANOX1010、IRGANOX1035、IRGANOX1076、IRGANOX1098、IRGANOX1135、IRGANOX1330、IRGANOX1726、IRGANOX1425WL、IRGANOX1520L、IRGANOX245、IRGANOX259、IRGANOX3114、IRGANOX565、IRGAMOD295(以上、チバジャパン製)、ヨシノックスBHT、ヨシノックスBB、ヨシノックス2246G、ヨシノックス425、ヨシノックス250、ヨシノックス930、ヨシノックスSS、ヨシノックスTT、ヨシノックス917、ヨシノックス314(以上、エーピーアイコーポレーション製)等が挙げられる。
上記ヒンダードアミン構造を含む化合物としては、例えば、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)スクシネート、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバケート、ビス(N−オクトキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、ビス(N−ベンジルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、ビス(N−シクロヘキシルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)2−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−2−ブチルマロネート、ビス(1−アクリロイル−2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)2,2−ビス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−2−ブチルマロネート、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)デカンジオエート、2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジルメタクリレート、4−[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシ]−1−[2−(3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシ)エチル]−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、2−メチル−2−(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)アミノ−N−(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)プロピオンアミド、テトラキス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)1,2,3,4−ブタンテトラカルボキシレート、テトラキス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)1,2,3,4−ブタンテトラカルボキシレート等の化合物;
N,N’,N’’,N’’’−テトラキス−[4,6−ビス−〔ブチル−(N−メチル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)アミノ〕−トリアジン−2−イル]−4,7−ジアザデカン−1,10−ジアミンとジブチルアミンと1,3,5−トリアジン・N,N’−ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)−1,6−ヘキサメチレンジアミンとN−(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)ブチルアミンとの重縮合物、ジブチルアミンと1,3,5−トリアジンとN,N’−ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)ブチルアミンとの重縮合物、ポリ〔{(1,1,3,3−テトラメチルブチル)アミノ−1,3,5−トリアジン−2,4−ジイル}{(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ}ヘキサメチレン{(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ}〕と1,6−ヘキサンジアミン−N,N’−ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)とモルフォリン−2,4,6−トリクロロ−1,3,5−トリアジンとの重縮合物、ポリ[(6−モルフォリノ−s−トリアジン−2,4−ジイル)〔(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ〕−ヘキサメチレン〔(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ〕]等の、ピペリジン環がトリアジン骨格を介して複数結合した高分子量HALS;コハク酸ジメチルと4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジンエタノールとの重合物、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸と1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジノールと3,9−ビス(2−ヒドロキシ−1,1−ジメチルエチル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカンとの混合エステル化物等の、ピペリジン環がエステル結合を介して結合した化合物等の重合体等が挙げられる。これらの中で、ヒンダードアミン構造を含む化合物としては、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケートが好ましい。
上記ヒンダードアミン構造を含む化合物の市販品としては、例えば、アデカスタブLA−52、アデカスタブLA57、アデカスタブLA−62、アデカスタブLA−67、アデカスタブLA−63P、アデカスタブLA−68LD、アデカスタブLA−77、アデカスタブLA−82、アデカスタブLA−87(以上、ADEKA製)、sumilizer9A(住友化学製)、CHIMASSORB119FL、CHIMASSORB2020FDL、CHIMASSORB944FDL、TINUVIN622LD、TINUVIN144、TINUVIN765、TINUVIN770DF(チバジャパン製)等が挙げられる。
上記ホスファイト構造を含む化合物としては、例えば、トリス(ノニルフェニル)ホスファイト、トリス(p−tert―オクチルフェニル)ホスファイト、トリス〔2,4,6−トリス(α−フェニルエチル)〕ホスファイト、トリス(p−2−ブテニルフェニル)ホスファイト、ビス(p−ノニルフェニル)シクロヘキシルホスファイト、トリス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ホスファイト、ジ(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ペンタエリストールジホスファイト、2,2’−メチレンビス(4,6−ジ−tert−ブチル−1−フェニルオキシ)(2−エチルヘキシルオキシ)ホスホラス、ジステアリルペンタエリスリトールジホスファイト、4,4’−イソプロピリデ−ジフェノールアルキルホスファイト、テトラトリデシル−4,4’−ブチリデン−ビス(3−メチル−6−tert−ブチルフェノール)ジホスファイト、テトラキス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)−4,4’−ビフェニレンホスファイト、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェニル・フェニル・ペンタエリスリトールジホスファイト、2,6−tert−ブチル−4−メチルフェニル・フェニル・ペンタエリスリトールジホスファイト、2,6−ジ−tert−ブチル−4−エチルフェニル・ステアリル・ペンタエリスリトールジホスファイト、ジ(2,6−tert−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、2,6−ジ−tert−アミル−4−メチルフェニル・フェニル・ペンタエリスリトールジホスファイト等が挙げられる。これらの中で、ホスファイト構造を含む化合物としては、2,2’−メチレンビス(4,6−ジ−tert−ブチル−1−フェニルオキシ)(2−エチルヘキシルオキシ)ホスホラス、ジステアリルペンタエリスリトールジホスファイトが好ましい。
上記ホスファイト構造を含む化合物の市販品としては、例えば、アデカスタブPEP−4C、アデカスタブPEP−8、アデカスタブPEP−8W、アデカスタブPEP−24G、アデカスタブPEP−36、アデカスタブHP−10、アデカスタブ2112、アデカスタブ260、アデカスタブ522A、アデカスタブ1178、アデカスタブ1500、アデカスタブC、アデカスタブ135A、アデカスタブ3010、アデカスタブTPP(以上、ADEKA製)、IRGAFOS168(チバジャパン製)等が挙げられる。
上記チオエーテル構造を含む化合物としては、例えば、ジラウリルチオジプロピオネート、ジトリデシルチオジプロピオネート、ジミリスチルチオジプロピオネート、ジステアリルチオジプロピオネート、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ラウリルチオプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−オクタデシルチオプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ミリスチルチオプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ステアリルチオプロピオネート)等が挙げられる。これらの中で、チオエーテル構造を含む化合物としては、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ラウリルチオプロピオネート)が好ましい。
上記チオエーテル構造を含む化合物の市販品としては、例えば、アデカスタブAO−412S、アデカスタブAO−503(以上、ADEKA製)、sumilizerTPL−R、sumilizerTPM、sumilizerTPS、sumilizerTP−D、sumilizerMB(以上、住友化学製)、IRGANOXPS800FD、IRGANOXPS802FD(チバジャパン製)、DLTP、DSTP、DMTP、DTTP(以上、エーピーアイコーポレーション製)等が挙げられる。
上記酸化防止剤の含有量としては、[A]重合性化合物100質量部に対して、0.01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。酸化防止剤の含有量を上記範囲とすることで、当該感放射線性組成物から形成される表示素子用硬化膜の耐熱性等を効果的に高めることができる。
(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。
保存安定剤の含有量としては、[A]重合性化合物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。保存安定剤の含有量が3.0質量部を超えると、当該感放射線性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。
<感放射線性組成物の調製方法>
当該感放射線性組成物は、[A]重合性化合物及び[B]光重合開始剤に加え、必要に応じて、[C]アルカリ可溶性樹脂、[D]着色剤及びその他の任意成分を所定の割合で混合して調製することができる。当該感放射線性組成物は、適当な溶媒に溶解又は分散させて調製されることが好ましい。
当該感放射線性組成物の調製に用いられる溶媒としては、[A]重合性化合物、[B]光重合開始剤、[C]アルカリ可溶性樹脂、[D]着色剤及びその他の任意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。なお、上記溶媒は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記溶媒としては、各成分の溶解性、各成分との反応性、塗布性等の観点から、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。
これらの溶媒の中で、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く、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテルがより好ましい。
さらに、膜厚の面内均一性を高めるため、上記溶媒と共に高沸点溶媒を併用できる。高沸点溶媒としては、例えば、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、シュウ酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、γ−ブチロラクトン、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、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が挙げられる。上記高沸点溶媒は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記溶媒の含有量としては、得られる感放射線性組成物の塗布性、安定性等の観点から、感放射線性組成物の溶媒を除いた各成分の合計濃度が、5質量%〜60質量%となる量が好ましく、10質量%〜50質量%となる量がより好ましい。当該感放射線性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溶液状態の感放射線性組成物は、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。
<表示素子用硬化膜の形成方法>
本発明の表示素子用硬化膜の形成方法は、
(1)当該感放射線性組成物を用い、基板上に塗膜を形成する工程(以下、「工程(1)」ともいう)、
(2)上記塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程(以下、「工程(2)」ともいう)、
(3)上記放射線が照射された塗膜を現像する工程(以下、「工程(3)」ともいう)、及び
(4)上記現像された塗膜を加熱する工程(以下、「工程(4)」ともいう)
を有する。
当該表示素子用硬化膜の形成方法によれば、当該感放射線性組成物を用いて表示素子用硬化膜を形成するため、解像度及び感度に優れると共に、高い現像耐性、耐熱性、耐溶媒性等を有する表示素子用硬化膜を形成することができる。以下、各工程について詳述する。
[工程(1)]
本工程では、例えば透明基板の片面に透明導電膜を形成し、この透明導電膜上に当該感放射線性組成物を用いて塗膜を形成する。上記透明基板としては、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。
上記透明基板の片面に形成される透明導電膜としては、例えば、酸化スズ(SnO)からなるNESA膜(米国PPG社の登録商標)、酸化インジウム−酸化スズ(In−SnO)からなるITO膜等が挙げられる。
塗布法により上記塗膜を形成する場合、上記透明導電膜上に当該感放射線性組成物の溶液を塗布した後、好ましくは塗布面を加熱(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。塗布法に用いる感放射線性組成物溶液の固形分濃度としては、5質量%〜70質量%が好ましく、10質量%〜60質量%がより好ましく、15質量%〜50質量%がさらに好ましい。当該感放射線性組成物の塗布方法としては、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の適宜の方法を採用できる。これらの中で、スピンコート法又はスリット塗布法が好ましい。
上記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、プレベーク温度としては、70℃〜120℃が好ましく、プレベーク時間としては、通常1分〜15分間である。塗膜のプレベーク後の膜厚としては、0.5μm〜10μmが好ましく、1.0μm〜7.0μmがより好ましい。
[工程(2)]
本工程では、形成された塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する。塗膜の一部にのみ照射する場合、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。これらの中で、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.製)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。
当該感放射線性組成物は、従来知られている組成物と比較して感度が高く、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表示素子用硬化膜を得ることがきる。
[工程(3)]
本工程では、放射線が照射された塗膜を現像することにより、不要な部分を除去して、所定のパターンを形成する。現像に使用される現像液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム等の無機アルカリ、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もよい。
現像方法としては、液盛り法、ディッピング法、シャワー法等のいずれでもよく、現像時間は、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)]
本工程では、現像された塗膜をホットプレート、オーブン等の適当な加熱装置で加熱する。これにより表示素子用硬化膜が形成される。加熱温度としては、100℃〜250℃程度である。加熱時間としては、例えば、ホットプレート上では5分〜30分間、オーブンでは20分〜180分間程度である。
<表示素子用硬化膜>
本発明の表示素子用硬化膜は、当該感放射線性組成物から形成される。当該表示素子用硬化膜は、例えば、表示素子の層間絶縁膜、スペーサー、保護膜、カラーフィルタ用着色パターン等として用いられる。当該表示素子用硬化膜が当該感放射線性組成物から形成されているため、当該表示素子用硬化膜は、高い表面硬度、圧縮性能、耐現像性、耐熱性及び耐溶媒性を有する。当該表示素子用硬化膜の形成方法としては特に限定されないが、好適には、上述の当該表示素子用硬化膜の形成方法を用いることができる。
<表示素子>
本発明の表示素子は、当該表示素子用硬化膜を備える。当該表示素子は、例えば、後述する液晶セル、偏光板等により構成されている。当該表示素子が当該表示素子用硬化膜を備えているため、当該表示素子は、高い圧縮性能等を有する。
当該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、当該感放射線性組成物を用いて、上述の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。
上述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、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。各物性値の測定方法を下記に示す。
[重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)]
下記条件によりMw及びMnを測定した。
装置 :GPC−101(昭和電工製)
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
H−NMR分析]
H−NMR分析は、核磁気共鳴装置(JNM−ECX400、日本電子製)を用い、測定周波数:400MHz、測定溶媒:トルエン−d8の条件にて行った。
<[B]光重合開始剤の合成>
[合成例1]((B−1)の合成)
温度計、冷却管及び撹拌機を取り付けた500ml四つ口フラスコに、2−メチル−1−[4−クロロフェニル]−2−モルホリノ−1−プロパノン33.0g(0.1235mol)、ジメチルホルムアミド165g、2−エチルヘキサンチオール23.5g(0.1606mol)を仕込み、上記フラスコ内を窒素置換した。これに48質量%水酸化ナトリウム水溶液12.4g(0.1482mol)を添加した。この混合液を窒素雰囲気下、80℃で7時間撹拌し、反応を行った。反応が終了した後、水100g及びトルエン100gを用いて生成した塩を溶解し、水層と油層とを分離した。油層をさらに100gの水で洗浄し、水層と油層とを分離した。水での洗浄を数回繰り返した後、油層からトルエンと未反応の2−エチルヘキサンチオールとを減圧下留去することで2−メチル−1−[4−(2−エチルヘキシルチオ)フェニル]−2−モルホリノ−1−プロパノンを主成分とする黄土色の粘性液体が得られた。このスルフィド化合物の収量は、46.2g(収率:理論収量の99質量%)であった。また、スルフィド化合物の化学純度を、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を使用して測定したところ98%(HPLC area%)であった。なお、得られた化合物は、−25℃まで冷却しても結晶化することなく液状であった。
[合成例2]((B−2)の合成)
温度計、冷却管及び撹拌機を取り付けた500ml四つ口フラスコに、2−メチル−1−[4−クロロフェニル]−2−モルホリノ−1−プロパノン33.0g(0.1235mol)、ジメチルホルムアミド165g、3−メルカプト−1,2−プロパンジオール17.4g(0.1606mol)を仕込み、上記フラスコ内を窒素置換した。これに48質量%水酸化ナトリウム水溶液12.4g(0.1482mol)を添加した。この混合液を窒素雰囲気下、80℃で7時間撹拌し、反応を行った。反応が終了した後、水100g及び酢酸エチル100gを用いて生成した塩を溶解し、水層と油層とを分離した。油層をさらに100gの水で洗浄し、水層と油層とを分離した。水での洗浄を数回繰り返した後、油層からトルエンと未反応の3−メルカプト−1,2−プロパンジオールとを減圧下留去すると、2−メチル−1−[4−(2,3−ヒドロキシプロピルチオ)フェニル]−2−モルホリノ−1−プロパノンを主成分とする黄土色の粘性液体が得られた。この液体を酢酸エチル/ヘプタン混合溶媒から晶析、単離することにより白色固体を得た。このスルフィド化合物の収量は、21.0g(収率:理論収量の50%)であった。また、スルフィド化合物の化学純度を、HPLCを使用して測定したところ99%(HPLC area%)であった。
<[C]アルカリ可溶性樹脂の合成>
[合成例3]((C−1)の合成)
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4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、引き続き構造単位(C3)を与えるメタクリル酸23質量部、他の構造単位を与えるスチレン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、並びに分子量調節剤としての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を含有する溶液を得た(固形分濃度=24.9質量%)。得られた共重合体のMwは、12,500であった。次いで、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、重合禁止剤としての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、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(C−1)を得た(固形分濃度=29.0質量%)。共重合体(C−1)のMwは、14,200であった。共重合体(C−1)をヘキサンに滴下することで再沈殿精製を行い、再沈殿した樹脂固形分について、H−NMR分析によりメタクリル酸グリシジルの反応率(構造単位(C1)の生成率)を算出した。6.1ppm付近及び5.6ppm付近にメタクリル酸グリシジルのメタクリル基に由来するピークと共重合体のメタクリル酸ベンジルの構造単位に由来する6.8ppm〜7.4ppm付近の芳香環のプロトンとの積分比の比較から、メタクリル酸グリシジルと共重合体中のカルボキシ基との反応率を算出した。その結果、反応させたメタクリル酸グリシジルの96モル%が共重合体中のカルボキシ基と反応したことが確認された。
[合成例4]((C−2)の合成)
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質量部を仕込み、引き続き構造単位(C3)を与えるメタクリル酸12質量部、構造単位(C2)を与えるメタクリル酸グリシジル40質量部、他の構造単位を与えるスチレン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(C−2)を含有する溶液を得た(固形分濃度=31.3質量%)。共重合体(C−2)は、Mw=12,000であった。
<感放射線性組成物の調製>
感放射線性組成物の調製に用いた[A]重合性化合物、[B’]光重合開始剤、[D]着色剤、[E]接着助剤、[F]界面活性剤及び[G]エポキシ化合物を以下に示す。
[[A]重合性化合物]
A−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との混合物(KAYARAD DPHA、日本化薬製)
A−2: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−756、東亞合成製)
A−3:ペンタエリスリトールテトラアクリレートとペンタエリスリトールトリアクリレートの混合物(NKエステル A−TMM−3LM−N、新中村化学製)
A−4:トリス(2−アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレートとビス(2−アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレートとの混合物(アロニックスM−313、東亞合成製)
[[B’]光重合開始剤]
B’−1:2−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・ケミカルズ製)
B’−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)
B’−3:2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)ブタン−1−オン
B’−4:ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド
B’−5:2−(2−クロロフェニル)−1−[2−(2−クロロフェニル)−4,5−ジフェニル−2H−イミダゾール−2−イル]−4,5−ジフェニル−1H−イミダゾール
B’−6:4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン
B’−7:2,4−ジエチルチオキサンテン−9−オン
[[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82
[[E]接着助剤]
E−1:γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
[[F]界面活性剤]
F−1:FTX−218(ネオス製)
[[G]エポキシ化合物]
G−1:フェノールノボラック型エポキシ樹脂(エピコート152、ジャパンエポキシレジン製)
[実施例1]
[A]重合性化合物としての(A−1)100質量部、[B]光重合開始剤としての(B−1)30質量部、[E]接着助剤としての(E−1)5質量部、及び[F]界面活性剤としての(F−1)0.5質量部を混合し、固形分濃度が30質量%となるように、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテルを加えた後、孔径0.5μmのミリポアフィルタでろ過することにより、感放射線性組成物を調製した。
[実施例2]
[A]重合性化合物としての(A−1)100質量部、[B]光重合開始剤としての(B−1)30質量部、[C]アルカリ可溶性樹脂としての共重合体(C−2)を固形分換算で100質量部、[E]接着助剤としての(E−1)5質量部、及び[F]界面活性剤としての(F−1)0.5質量部を混合し、固形分濃度が30質量%となるように、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテルを加えた後、孔径0.5μmのミリポアフィルタでろ過することにより、感放射線性組成物を調製した。
[実施例3〜8及び比較例1〜2]
下記表1に示す種類及び配合量の各成分を用いた以外は、実施例2と同様に操作して、各感放射線性組成物を調製した。
なお、表1中の「−」は、該当する成分を用いなかったことを示す。各感放射線性組成物の固形分濃度を表1に合わせて示す。
[実施例9]
[A]重合性化合物としての(A−1)55質量部、[B]光重合開始剤としての(B−1)15質量部、[B’]光重合開始剤としての(B’−6)10質量部及び(B’−7)5質量部、[C]アルカリ可溶性樹脂としての共重合体(C−1)を固形分換算で50質量部、[D]着色剤としての(D−1)27質量部及び(D−2)8質量部、並びに[G]エポキシ化合物としての(G−1)15質量部を混合し、固形分濃度が30質量%となるように、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテルを加えて、感放射線性組成物を調製した。
[実施例10及び比較例3]
下記表1に示す種類及び配合量の各成分を用いた以外は、実施例9と同様に操作して、各感放射線性組成物を調製した。
Figure 2014048428
<評価>
調製した各感放射線性組成物を用いて以下の評価を実施した。詳細には、実施例1については、感放射線性組成物を用いて表示素子用硬化膜を形成し、硬化膜の表面硬度を評価した。実施例2〜6及び比較例1については、各感放射線性組成物を用いて表示素子用硬化膜を形成し、スペーサーとしての解像度、感度及び圧縮性能を評価した。実施例7〜8及び比較例2については、各感放射線性組成物の保存安定性を評価した。実施例9〜10及び比較例3については、各感放射線性組成物を用いて表示素子用硬化膜を形成し、着色パターンとしての現像耐性、耐熱性及び耐溶媒性を評価した。評価結果を表2に示す。なお、表2中の「−」は、該当する評価を行わなかったことを示す。
[表面硬度]
無アルカリガラス基板上に、各感放射線性組成物溶液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の塗膜を形成した。次いで、フォトマスクを介せずに露光量を1,000J/mで露光し硬化膜を形成した。そして、得られた硬化膜を有する基板について、「JIS K−5400−1990の8.4.1鉛筆引っかき試験」に準拠し上記硬化膜の表面硬度(鉛筆強度)を測定した。この測定値が4H又はそれより大きい(4Hより硬い)場合、表面硬度は良好と、4Hより小さい(4Hより柔らかい)場合、不良と判断できる。
[解像度(μm)]
無アルカリガラス基板上に、各感放射線性組成物溶液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の塗膜を形成した。そして、得られた塗膜に直径8μm〜20μm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、高圧水銀ランプ(主波長365nm)を用いて露光量を200J/m〜1,000J/mの範囲で変量するように放射線を照射した。その後、23℃の0.40質量%水酸化カリウム水溶液を現像液として、現像圧1kgf/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、次いで、純水洗浄を1分間行った。さらにオーブン中230℃で30分間ポストベークすることによりパターン状の塗膜を形成した。形成される最小のパターンサイズを解像度(μm)とし、解像度が14μm以下の場合、解像度は良好と評価できる。
[感度(J/m)]
直径15μmの丸状残しパターンを複数有するフォトマスクを使用したこと以外は、上記解像度の評価と同様に操作して、基板上に丸状残しパターンを形成した。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、キーエンス製)を用いて測定した。この測定値を用い、下記式から残膜率(%)を求めた。
残膜率(%)=(現像後高さ/現像前高さ)×100
この残膜率が90%以上になる最小の露光量を感度(J/m)とした。露光量が800J/m以下の場合、感度は良好と評価できる。
[圧縮性能]
上記感度の評価と同様に操作して、残膜率が90%以上になる露光量で基板上に丸状残しパターンを形成した。このパターンを微小圧縮試験機(フィッシャースコープH100C、フィッシャーインストルメンツ製)で50μm角状の平面圧子を用い、40mNの荷重により圧縮試験を行い、荷重に対する変位量(μm)の変化を測定した。また、40mNの荷重時の変位量と40mNの荷重を取り除いた時の変位量から回復率(%)を算出した。回復率が85%以上であり、かつ40mNの荷重時の変位量が0.15μm以上の場合、圧縮性能が良好と判断できる。
[保存安定性]
各感放射線性組成物を−15℃にて1週間保管した後、析出物の有無を確認した。このとき、析出物が発生していない場合、保存安定性は「良好(A)」と、析出物が発生している場合、「不良(B)」と評価した。
<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、各感放射線性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い、プレベーク後の膜厚が2.5μmの塗膜を形成して評価基板を作製した。これらの評価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、上記塗膜に365nm、405nm及び436nmの各波長を含む放射線を100J/m、300J/m、500J/m、700J/m及び1,000J/mの露光量で露光した。その後、これらの評価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1kgf/cm、ノズル径1mmで吐出してシャワー現像を行うことにより200μm×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。
[現像耐性]
上記着色パターンの形成における現像前後の膜厚比を下記式から算出した。
現像前後の膜厚比=(現像後の膜厚/現像前の膜厚)×100
この値を現像耐性とし、95%以上である場合を「良好(A)」、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「やや不良(B)」)と、パターンが全て基板から剥がれる場合を「不良(C)」とした。
[耐熱性]
1,000J/mの露光量で露光した以外は上記着色パターンの形成と同様に操作して、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。追加加熱前後の色変化ΔEabを求めた。この値を耐熱性とし、ΔEabが3未満である場合を「良好(A)」と、3以上5未満である場合を「やや良好(B)」と、5以上である場合を「不良(C)」とした。
[耐溶媒性]
上記耐熱性の評価と同様に操作して着色パターンを形成した。この着色パターンが形成された基板を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「良好(A)」、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「やや良好(B)」、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「不良(C)」とした。
Figure 2014048428
表2の結果から明らかなように、当該感放射線性組成物は、良好な解像度、感度及び保存安定性を有すると共に、当該感放射線性組成物から形成される表示素子用硬化膜は、良好な表面硬度、圧縮性能、現像耐性、耐熱性及び耐溶媒性を有していることが分かった。
本発明は、解像度及び感度に優れると共に、高い表面硬度、圧縮性能、保存安定性、現像耐性、耐熱性、耐溶媒性を有する表示素子用硬化膜を形成可能な感放射線性組成物を提供することができる。従って、当該感放射線性組成物は、表示素子用カラーフィルタ、アレイ用層間絶縁膜、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、タッチパネル用保護膜、金属配線や金属バンプの形成、基板の加工等に用いられるフォトファブリケーション用レジスト等に好適である。

Claims (10)

  1. [A]エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物、及び
    [B]下記式(1)で表される光重合開始剤
    を含有する感放射線性組成物。
    Figure 2014048428
    (式(1)中、Rは、モルホリノ基、ピペリジノ基、ジメチルアミノ基又はジエチルアミノ基である。R及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキル基である。R及びRは、それぞれ独立して、水酸基、メチロール基又は炭素数1〜6のアルキル基である。nは、0〜6の整数である。Xは、酸素原子又は硫黄原子である。)
  2. [B]光重合開始剤が、下記式(1−1)で表される請求項1に記載の感放射線性組成物。
    Figure 2014048428
    (式(1−1)中、R及びRは、上記式(1)と同義である。)
  3. [C]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に記載の感放射線性組成物。
  4. [C]アルカリ可溶性樹脂が、下記式(2)で表される構造単位を有する請求項3に記載の感放射線性組成物。
    Figure 2014048428
    (式(2)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又はメチル基である。Rは、下記式(2−i)又は下記式(2−ii)で表される2価の基である。mは、1〜6の整数である。)
    Figure 2014048428
    (式(2−i)中、Rは、水素原子又はメチル基である。
    式(2−i)及び式(2−ii)中、*は、酸素原子との結合部位を示す。)
  5. [D]着色剤をさらに含有する請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の感放射線性組成物。
  6. [C]アルカリ可溶性樹脂が、エポキシ基含有不飽和化合物に由来する構造単位を有する請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の感放射線性組成物。
  7. 表示素子用硬化膜の形成に用いられる請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の感放射線性組成物。
  8. (1)請求項7に記載の感放射線性組成物を用い、基板上に塗膜を形成する工程、
    (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加熱する工程
    を有する表示素子用硬化膜の形成方法。
  9. 請求項7に記載の感放射線性組成物から形成される表示素子用硬化膜。
  10. 請求項9に記載の表示素子用硬化膜を備える表示素子。
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