JP2015052660A - 表示素子の絶縁膜形成用感放射線性樹脂組成物、この組成物の調製方法、表示素子の絶縁膜、この絶縁膜の形成方法及び表示素子 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の感放射線性樹脂組成物は、表示素子の絶縁膜を形成するためのものである。当該感放射線性樹脂組成物は[A]重合体成分及び[B]感放射線性酸発生体を含有する。また、当該感放射線性樹脂組成物は好適成分として[C]酸化防止剤を含有してもよい。さらに、当該感放射線性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、その他の任意成分を含有してもよい。以下、各成分について詳述する。
[A]重合体成分は、[A1]重合体及び[A2]重合体からなる。[A1]重合体と[A2]重合体とは保護率が異なる。ここで、保護率とは、[A1]重合体又は[A2]重合体における構造単位(I)と構造単位(II)との合計モル数中の構造単位(II)のモル割合(モル%)をいう。すなわち、上記保護率は、構造単位(I)及び構造単位(II)のうちのカルボキシル基が保護される構造単位(I)のモル割合である。この保護率は、[A1]重合体又は[A2]重合体に対して構造単位(I)を与える単量体と構造単位(II)を与える単量体との合計モル数中の構造単位(II)を与える単量体のモル割合として定義することもできる。なお、本実施形態では、[A1]重合体及び[A2]重合体のうちの保護率の高い方が[A1]重合体であり、保護率の低い方が[A2]重合体である。
[A1]重合体は、[A2]重合体よりも保護率が高いものである。この[A1]重合体は、構造単位(I)及び構造単位(II)のうちの少なくとも構造単位(II)を有する。すなわち、[A1]重合体は、構造単位(II)が必須構造単位であると共に構造単位(I)が任意構造単位である。[A1]重合体は、架橋性基を含む構造単位(III)を有することが好ましく、本発明の効果を損なわない範囲で、その他の構造単位を含んでいてもよい。
[A2]重合体は、[A1]重合体よりも保護率が低いものである。この[A2]重合体は、構造単位(I)及び構造単位(II)のうちの少なくとも構造単位(I)を有する。すなわち、[A2]重合体は、[A1]重合体とは逆に、構造単位(I)が必須構造単位であると共に構造単位(II)が任意構造単位である。[A2]重合体は、架橋性基を含む構造単位(III)を有することが好ましく、本発明の効果を損なわない範囲でその他の構造単位を含んでいてもよい。
構造単位(I)は、カルボキシル基を含む。[A1]重合体及び[A2]重合体は、アルカリ可溶性基であるカルボキシル基を含む構造単位(I)を有することで、現像液に対する溶解性を向上できると共に絶縁膜の密着性を向上できる。構造単位(I)としては、例えば、不飽和カルボン酸に由来する基が挙げられる。
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〕、へキサヒドロフタル酸モノ2−(メタクリロイルオキシ)エチル等の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;
ω−カルボキシポリカプロラクトンモノ(メタ)アクリレート等の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;
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−エン無水物等のカルボキシル基を有する不飽和多環式化合物などが挙げられる。
上記式(I−1)及び(I−2)中、R15は、炭素数1〜6の2価の鎖状炭化水素基、炭素数4〜12の2価の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜12の2価の芳香族炭化水素基である。
上記式(I−1)中、R16は、炭素数1〜6の2価の鎖状炭化水素基、炭素数4〜12の2価の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜12の2価の芳香族炭化水素基である。
構造単位(II)は、上記構造単位(I)のカルボキシル基が保護基により保護される構造を有するものである。この保護基は、構造単位(II)において酸解離性基を構成する。この酸解離性基は、保護基が酸の作用により解裂しうるものであり、アルカリ水溶液に不溶又は難溶であるが、酸の作用により保護基が解裂することでアルカリ水溶液に可溶となる基である。
メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基等の1価の鎖状炭化水素基;
シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ジシクロペンチル基、トリシクロデシル基、テトラシクロドデシル基、アダマンチル基等の1価の脂環式炭化水素基;
この脂環式炭化水素基の脂環構造を一部に有する1価の炭化水素基;
フェニル基、ナフチル基、アントリル基、ビフェニル基等の1価の芳香族炭化水素基;
この芳香族炭化水素基の芳香環を一部に有する1価の炭化水素基などが挙げられる。
上記式(2)中、R4〜R10及びnは、式(2’)のR4〜R10及びnと同義である。
構造単位(III)は、架橋基を含む。当該感放射線性樹脂組成物から形成される絶縁膜は、[A1]重合体及び[A2]重合体のうちの少なくとも一方が架橋性基を含む構造単位(III)を有することで、[A]重合体成分を構成する重合体同士の架橋、又は[A1]重合体若しくは[A2]重合体と後述する[C]酸化防止剤等との架橋により強度を高めることができる。
[A1]重合体及び[A2]重合体は、本発明の効果を損なわない範囲で、構造単位(I)〜(III)以外のその他の構造単位を有していてもよい。
構造単位(IV)は、不飽和化合物に由来する構造単位である。この不飽和化合物としては、例えば不飽和カルボン酸の無水物、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)アクリル酸脂環式エステル、(メタ)アクリル酸芳香族エステル、不飽和芳香族化合物、N−置換マレイミド、共役ジエン、テトラヒドロフラン骨格等を有する化合物などが挙げられる。
アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸等の不飽和モノカルボン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸等の不飽和ジカルボン酸の無水物;
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−エン無水物等のカルボキシル基を有する不飽和多環式化合物の無水物などが挙げられる。
[A1]重合体及び[A2]重合体のそれぞれは、例えば所定の構造単位を与える単量体を、ラジカル重合開始剤を使用し、適当な溶媒中で重合することにより製造できる。具体的には、単量体及びラジカル重合開始剤を含有する溶液を、反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法、単量体を含有する溶液と、ラジカル重合開始剤を含有する溶液とを各別に、反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法、各々の単量体を含有する複数種の溶液と、ラジカル重合開始剤を含有する溶液とを各別に、反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法等の方法で合成することが好ましい。
[B]感放射線性酸発生体は、放射線の照射によって酸を発生する化合物である。放射線としては、例えば、可視光線、紫外線、遠紫外線、電子線、X線等を使用できる。当該感放射線性樹脂組成物は、[B]感放射線性酸発生体を含有することで、感放射線特性を発揮することができ、かつ良好な放射線感度を有することができる。当該感放射線性樹脂組成物における[B]感放射線性酸発生体の含有形態としては、後述するように化合物の形態(以下、適宜「[B]感放射性酸発生剤」ともいう)でも、[A1]重合体又は[A2]重合体の一部として組み込まれる光酸発生基の形態でも、これらの両方の形態でもよい。
オキシムスルホネート化合物としては、下記式(5)で表されるオキシムスルホネート基を含む化合物が好ましい。
上記式(5−1)及び式(5−2)中、R19は、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のフルオロアルキル基である。
式(5−3)中、X2はアルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子である。iは、0〜3の整数である。但し、iが2又は3の場合、複数のX2は同一でも異なっていてもよい。
オニウム塩としては、例えば、ジフェニルヨードニウム塩、トリフェニルスルホニウム塩、アルキルスルホニウム塩、ベンジルスルホニウム塩、ジベンジルスルホニウム塩、置換ベンジルスルホニウム塩、ベンゾチアゾニウム塩、テトラヒドロチオフェニウム塩等が挙げられる。
N−スルホニルオキシイミド化合物としては、例えば、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(カンファスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(4−メチルフェニルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(2−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(4−フルオロフェニルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)フタルイミド、N−(カンファスルホニルオキシ)フタルイミド、N−(2−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)フタルイミド、N−(2−フルオロフェニルスルホニルオキシ)フタルイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(カンファスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、4−メチルフェニルスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(2−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(4−フルオロフェニルスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(4−フルオロフェニルスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(フェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−メチルフェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(ノナフルオロブタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(カンファスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(カンファスルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−メチルフェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−メチルフェニルスルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(2−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(2−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−フルオロフェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−フルオロフェニルスルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド、N−(カンファスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−メチルフェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド、N−(2−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−フルオロフェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(カンファスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(4−メチルフェニルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(フェニルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(2−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(4−フルオロフェニルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(ペンタフルオロエチルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(ヘプタフルオロプロピルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(ノナフルオロブチルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(エチルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(プロピルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(ブチルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(ペンチルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(ヘキシルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(ヘプチルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(オクチルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド、N−(ノニルスルホニルオキシ)ナフチルジカルボキシイミド等が挙げられる。
ハロゲン含有化合物としては、例えば、ハロアルキル基含有炭化水素化合物、ハロアルキル基含有ヘテロ環状化合物等が挙げられる。
ジアゾメタン化合物としては、例えば、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(フェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トリルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2,4−キシリルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−クロロフェニルスルホニル)ジアゾメタン、メチルスルホニル−p−トルエンスルホニルジアゾメタン、シクロヘキシルスルホニル(1,1−ジメチルエチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(1,1−ジメチルエチルスルホニル)ジアゾメタン、フェニルスルホニル(ベンゾイル)ジアゾメタン等が挙げられる。
スルホン化合物としては、例えば、β−ケトスルホン化合物、β−スルホニルスルホン化合物、ジアリールジスルホン化合物等が挙げられる。
スルホン酸エステル化合物としては、例えばアルキルスルホン酸エステル、ハロアルキルスルホン酸エステル、アリールスルホン酸エステル、イミノスルホネート等が挙げられる。スルホン酸エステル化合物としてはハロアルキルスルホン酸エステルが好ましく、N−ヒドロキシナフタルイミド−トリフルオロメタンスルホン酸エステルがより好ましい。
カルボン酸エステル化合物としては、例えば、カルボン酸o−ニトロベンジルエステル等が挙げられる。
[C]酸化防止剤は、露光若しくは加熱により発生したラジカルの捕捉により、又は酸化によって生成した過酸化物の分解により、重合体分子の結合の解裂を抑制する成分である。当該感放射線性樹脂組成物は、[C]酸化防止剤を含有することで、当該感放射線性樹脂組成物から形成される絶縁膜中における重合体分子の解裂劣化を抑制し、耐光性等を向上させることができる。
「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社)、「sumilizerGM」、「sumilizerGS」、「sumilizerMDP−S」、「sumilizerBBM−S」、「sumilizerWX−R」、「sumilizerGA−80」(以上、住友化学社);
「IRGANOX1010」、「IRGANOX1035」、「IRGANOX1076」、「IRGANOX1098」、「IRGANOX1135」、「IRGANOX1330」、「IRGANOX1726」、「IRGANOX1425WL」、「IRGANOX1520L」、「IRGANOX245」、「IRGANOX259」、「IRGANOX3114」、「IRGANOX565」、「IRGAMOD295」(以上、チバジャパン社);
「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社)等が挙げられる。
当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体成分、[B]感放射線性酸発生体及び[C]酸化防止剤成分に加え、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて[D]多官能(メタ)アクリレート、[E]塩基性化合物、[F]界面活性剤、[G]密着助剤等のその他の任意成分を含有してもよい。その他の任意成分は、それぞれ単独で使用しても2種以上を併用してもよい。以下、各成分を詳述する。
[D]多官能(メタ)アクリレートは、当該感放射線性組成物の硬化性を高めることができる。この[D]多官能(メタ)アクリレートとしては、2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物であれば特に限定されるものではないが、例えば、脂肪族ポリヒドロキシ化合物と(メタ)アクリル酸を反応させて得られる多官能(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性された多官能(メタ)アクリレート、アルキレンオキサイド変性された多官能(メタ)アクリレート、水酸基を有する(メタ)アクリレートと多官能イソシアネートを反応させて得られる多官能ウレタン(メタ)アクリレート、水酸基を有する(メタ)アクリレートと酸無水物を反応させて得られるカルボキシル基を有する多官能(メタ)アクリレート等が挙げられる。
[E]塩基性化合物としては、化学増幅レジストで用いられるものから任意に選択して使用できる。当該感放射線性樹脂組成物は、[E]塩基性化合物を含有することで、露光により[B]感放射線性酸発生体から発生した酸の拡散長を適度に制御することができ、パターン現像性を良好にできる。
脂肪族アミンとしては、例えば、トリメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、ジ−n−ペンチルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジシクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン等が挙げられる。
芳香族アミンとしては、例えば、アニリン、ベンジルアミン、N,N−ジメチルアニリン、ジフェニルアミン等が挙げられる。
複素環式アミンとしては、例えば、ピリジン、2−メチルピリジン、4−メチルピリジン、2−エチルピリジン、4−エチルピリジン、2−フェニルピリジン、4−フェニルピリジン、N−メチル−4−フェニルピリジン、4−ジメチルアミノピリジン、イミダゾール、ベンズイミダゾール、4−メチルイミダゾール、2−フェニルベンズイミダゾール、2,4,5−トリフェニルイミダゾール、ニコチン、ニコチン酸、ニコチン酸アミド、キノリン、8−オキシキノリン、ピラジン、ピラゾール、ピリダジン、プリン、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、4−メチルモルホリン、1,5−ジアザビシクロ[4,3,0]−5−ノネン、1,8−ジアザビシクロ[5,3,0]−7−ウンデセン等が挙げられる。
4級アンモニウムヒドロキシドとしては、例えば、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、テトラ−n−ブチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−n−ヘキシルアンモニウムヒドロキシド等が挙げられる。
カルボン酸4級アンモニウム塩としては、例えば、テトラメチルアンモニウムアセテート、テトラメチルアンモニウムベンゾエート、テトラ−n−ブチルアンモニウムアセテート、テトラ−n−ブチルアンモニウムベンゾエート等が挙げられる。
[F]界面活性剤は、当該感放射線性樹脂組成物の塗膜形成性を高める成分である。当該感放射線性樹脂組成物は、[F]界面活性剤を含有することで、塗膜の表面平滑性を向上でき、その結果、当該感放射線性樹脂組成物から形成される絶縁膜の膜厚均一性をより向上できる。
「BM−1000」、「BM−1100」(以上、BM CHEMIE社)、「メガファックF142D」、「メガファックF172」、「メガファックF173」、「メガファックF183」、「メガファックF178」、「メガファックF191」、「メガファックF471」、「メガファックF476」(以上、大日本インキ化学工業社);
「フロラードFC−170C」、「フロラードFC−171」、「フロラードFC−430」、「フロラードFC−431」(以上、住友スリーエム社)、「サーフロンS−112」、「サーフロンS−113」、「サーフロンS−131」、「サーフロンS−141」、「サーフロンS−145」、「サーフロンS−382」、「サーフロンSC−101」、「サーフロンSC−102」、「サーフロンSC−103」、「サーフロンSC−104」、「サーフロンSC−105」、「サーフロンSC−106」(以上、旭硝子社);
「エフトップEF301」、「エフトップEF303」、「エフトップEF352」(以上、新秋田化成社);
「フタージェントFT−100」、「フタージェントFT−110」、「フタージェントFT−140A」、「フタージェントFT−150」、「フタージェントFT−250」、「フタージェントFT−251」、「フタージェントFT−300」、「フタージェントFT−310」、「フタージェントFT−400S」、「フタージェントFTX−218」、「フタージェントFT−251」(以上、ネオス社)等が挙げられる。
「トーレシリコーンDC3PA」、「トーレシリコーンDC7PA」、「トーレシリコーンSH11PA」、「トーレシリコーンSH21PA」、「トーレシリコーンSH28PA」、「トーレシリコーンSH29PA」、「トーレシリコーンSH30PA」、「トーレシリコーンSH−190」、「トーレシリコーンSH−193」、「トーレシリコーンSZ−6032」、「トーレシリコーンSF−8428」、「トーレシリコーンDC−57」、「トーレシリコーンDC−190」、「SH 8400 FLUID」(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。
[G]密着助剤は基板等の膜形成対象物と絶縁膜との接着性を向上させる成分である。[G]密着助剤は特に無機物の基板と絶縁膜との接着性を向上させるために有用である。無機物としては、例えば、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン等のシリコン化合物、金、銅、アルミニウム等の金属などが挙げられる。
当該感放射線性樹脂組成物は、溶媒に[A]重合体成分、[B]感放射線性酸発生体、必要に応じて好適成分、及びその他の任意成分を混合することによって溶解又は分散させた状態に調製される。
溶媒としては、当該感放射線性樹脂組成物中の他の成分を均一に溶解又は分散し、上記他の成分と反応しないものが好適に用いられる。このような溶媒としては、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。
本発明の表示素子の絶縁膜は、当該感放射線性樹脂組成物から形成される。当該絶縁膜は、当該感放射線性樹脂組成物から形成されているため基板等との密着性に優れる。このような特性を有する当該絶縁膜は、表示素子における層間絶縁膜、平坦化膜、発光層を形成するための領域を規定するバンク(隔壁)、スペーサー、保護膜、カラーフィルタ用着色パターン等に使用できる。なお、当該絶縁膜の形成方法としては特に限定されないが、次に説明する絶縁膜の形成方法を適用することが好ましい。
本発明の絶縁膜の形成方法は、基板上に塗膜を形成する工程(以下、「工程(1)」ともいう)、この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)、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。
本工程では、当該感放射線性樹脂組成物を、基板上に塗布して塗膜を形成する。当該感放射線性樹脂組成物が溶媒を含む場合には、塗布面をプレベークすることによって溶媒を除去することが好ましい。
本工程では、塗膜の少なくとも一部に放射線を照射し露光する。露光する際には、通常所定のパターンを有するフォトマスクを介して露光する。露光に使用される放射線としては、波長が190nm〜450nm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。露光量としては、500J/m2〜6,000J/m2が好ましく、1,500J/m2〜1,800J/m2がより好ましい。この露光量は、放射線の波長365nmにおける強度を照度計(OAI Optical Associates社の「OAI model356」)により測定した値である。
本工程では放射線が照射された塗膜を現像する。露光後の塗膜を現像することにより、不要な部分(放射線の照射部分)を除去して所定のパターンを形成する。
本工程では、現像された塗膜を加熱する。加熱には、ホットプレート、オーブン等の加熱装置を用い、パターニングされた薄膜を加熱することで、[A]重合体成分の硬化反応を促進して、絶縁膜を形成することができる。加熱温度としては、例えば、120℃〜250℃程度である。加熱時間としては、加熱機器の種類により異なるが、例えば、ホットプレートでは5分〜30分間程度、オーブンでは30分〜90分間程度である。また、2回以上の加熱工程を行うステップベーク法等を用いることもできる。このようにして、目的とする絶縁膜に対応するパターン状薄膜を基板の表面上に形成できる。この絶縁膜の膜厚としては、0.1μm〜8μmが好ましく、0.1μm〜6μmがより好ましい。
本発明の表示素子は、当該絶縁膜を備えている。当該表示素子は、例えば、液晶表示素子、有機EL表示素子等である。
重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、下記条件で測定した。
装置:昭和電工社の「GPC−101」
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
[合成例1](保護率5モル%の重合体(A−1)の合成)
冷却管及び攪拌機を備えたフラスコに、ラジカル重合開始剤としての2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)7質量部及び溶媒としてのジエチレングリコールエチルメチルエーテル200質量部を仕込んだ。引き続き、構造単位(I)を与えるメタクリル酸20質量部、構造単位(II)を与えるテトラヒドロピラニル基で保護されたメタクリル酸7質量部、構造単位(III)を与える3,4−エポキシトリシクロ[5.2.1.02.6]デシルアクリレート41質量部、並びにその他の構造単位を与えるメタクリル酸メチル22質量部及びメタクリル酸ヒドロキシエチル10質量部を仕込み窒素置換した後、ゆるやかに撹拌を始めた。溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持することでカルボキシル基の保護率が5%(質量基準)の重合体(A−1)を含む重合体溶液を得た。重合体(A−1)のポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は、10,000であった。また、ここで得られた重合体溶液の固形分濃度は、33.0質量%であった。
冷却管及び攪拌機を備えたフラスコに、ラジカル重合開始剤としての2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)7質量部及び溶媒としてのジエチレングリコールエチルメチルエーテル200質量部を仕込んだ。引き続き、構造単位(I)を与えるメタクリル酸27質量部、構造単位(II)を与えるテトラヒドロピラニル基で保護されたメタクリル酸13質量部、構造単位(III)を与える3−メタクリロイルオキシメチル−3−エチルオキセタン50質量部、並びにその他の構造単位を与えるメタクリル酸ヒドロキシエチル10質量部を仕込み窒素置換した後、ゆるやかに撹拌を始めた。溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持することでカルボキシル基の保護率が10%(質量基準)の重合体(A−2)を含む重合体溶液を得た。重合体(A−2)のポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は、10,000であった。また、ここで得られた重合体溶液の固形分濃度は、31.2質量%であった。
冷却管及び攪拌機を備えたフラスコに、ラジカル重合開始剤としての2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)7質量部及び溶媒としてのジエチレングリコールエチルメチルエーテル200質量部を仕込んだ。引き続き、構造単位(I)を与えるメタクリル酸15質量部、構造単位(II)を与えるテトラヒドロピラニル基で保護されたメタクリル酸26質量部、構造単位(III)を与える3−メタクリロイルオキシメチル−3−エチルオキセタン50質量部、並びにその他の構造単位を与えるメタクリル酸ヒドロキシエチル9質量部を仕込み窒素置換した後、ゆるやかに撹拌を始めた。溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持することでカルボキシル基の保護率が20%(質量基準)の重合体(A−3)を含む重合体溶液を得た。重合体(A−3)のポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は、10,000であった。また、ここで得られた重合体溶液の固形分濃度は、31.2質量%であった。
冷却管及び攪拌機を備えたフラスコに、ラジカル重合開始剤としての2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)7質量部及び溶媒としてのジエチレングリコールエチルメチルエーテル200質量部を仕込んだ。引き続き、構造単位(I)を与えるメタクリル酸10質量部、構造単位(II)を与えるテトラヒドロピラニル基で保護されたメタクリル酸65質量部、構造単位(III)を与える3,4−エポキシシクロヘキシルメチルメタアクリレート15質量部、並びにその他の構造単位を与えるメタクリル酸メチル5質量部及びメタクリル酸ヒドロキシエチル5質量部を仕込み窒素置換した後、ゆるやかに撹拌を始めた。溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持することでカルボキシル基の保護率が50%(質量基準)の重合体(A−4)を含む重合体溶液を得た。重合体(A−4)のポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は、9,000であった。また、ここで得られた重合体溶液の固形分濃度は、31.2質量%であった。
冷却管及び攪拌機を備えたフラスコに、ラジカル重合開始剤としての2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)7質量部及び溶媒としてのジエチレングリコールエチルメチルエーテル200質量部を仕込んだ。引き続き、構造単位(I)を与えるメタクリル酸0.5質量部、構造単位(II)を与えるテトラヒドロピラニル基で保護されたメタクリル酸99質量部、構造単位(III)を与える3,4−エポキシトリシクロ[5.2.1.02.6]デシルアクリレート0.5質量部を仕込み窒素置換した後、ゆるやかに撹拌を始めた。溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持することでカルボキシル基の保護率が90%(質量基準)の重合体(A−5)を含む重合体溶液を得た。重合体(A−5)のポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は、10,000であった。また、ここで得られた重合体溶液の固形分濃度は、31.5質量%であった。
比較合成例1では、構造単位(I)及び構造単位(II)のうち、構造単位(II)のみを含み構造単位(I)を含まない比較用の[a]重合体としての重合体(a−1)を合成した。
具体的には、冷却管及び攪拌機を備えたフラスコに、ラジカル重合開始剤としての2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)7質量部及び溶媒としてのジエチレングリコールエチルメチルエーテル200質量部を仕込んだ。引き続き、構造単位(II)を与えるテトラヒドロピラニル基で保護されたメタクリル酸100質量部を仕込み窒素置換した後、ゆるやかに撹拌を始めた。溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持することでカルボキシル基の保護率が100%(質量基準)の重合体(a−1)を含む重合体溶液を得た。重合体(a−1)のポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は、11,000であった。また、ここで得られた重合体溶液の固形分濃度は31.0質量%であった。
比較合成例1では、構造単位(I)及び構造単位(II)のうち、構造単位(I)のみを含み構造単位(II)を含まない比較用の[a]重合体としての重合体(a−2)を合成した。
具体的には、冷却管及び攪拌機を備えたフラスコに、ラジカル重合開始剤としての2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)7質量部及び溶媒としてのジエチレングリコールエチルメチルエーテル200質量部を仕込んだ。引き続き、構造単位(I)を与えるメタクリル酸20質量部、構造単位(III)を与える3,4−エポキシトリシクロ[5.2.1.02.6]デシルアクリレート50質量部、並びにその他の構造単位を与えるメタクリル酸メチル20質量部及びスチレン10質量部を仕込み窒素置換した後、ゆるやかに撹拌を始めた。溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持することでカルボキシル基の保護率が0%(質量基準)の重合体(a−2)を含む重合体溶液を得た。重合体(a−2)のポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は、10,000であった。また、ここで得られた重合体溶液の固形分濃度は、31.5質量%であった。
感放射線性樹脂組成物は、表1に示す組成に調製した。表1の[A]重合体成分、[B]感放射線性酸発生剤、[C]酸化防止剤、[D]多官能(メタ)アクリレート、及び[E]塩基性化合物は、以下に示す通りである。
A−1:合成例1で合成した保護率が5%の重合体(A−1)
A−2:合成例2で合成した保護率が10%の重合体(A−2)
A−3:合成例3で合成した保護率が20%の重合体(A−3)
A−4:合成例4で合成した保護率が50%の重合体(A−4)
A−5:合成例5で合成した保護率が90%の重合体(A−5)
a−1:比較合成例1で合成した保護率が100%の重合体(a−1)
a−2:比較合成例2で合成した保護率が0%の重合体(a−2)
B−1:5−プロピルスルフォニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−(2−メチルフェニル)アセトニトリル(BASF社の「IRGACURE PAG 103」)
B−2:(5−p−トルエンスルフォニルオキシイミノ−5H−チオフェン−2−イリデン)−(2−メチルフェニル)アセトニトリル(BASF社の「IRGACURE PAG 121」)
B−3:(5−オクチルスルフォニルオキシイミノ)−(4−メトキシフェニル)アセトニトリル(BASF社の「CGI−725」)
B−4:下記式(B−4)で表されるオキシムスルホネート化合物(BASF社の「IRGACURE PAG 203」)
C−1:1,1,3−トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−t−ブチルフェノール)ブタン(ADEKA社の「アデカスタブAO−30」)
C−2:下記式(C−2)で表されるADEKA社の「アデカスタブAO−60」
D−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(日本化薬社の「KAYARAD DPHA」)
D−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(東亞合成社の「アロニックスTO−756」)
D−3:トリメチロールプロパントリアクリレート
E−1:2−ジメチルアミノピリジン
E−2:2−フェニルベンズイミダゾール
重合体(A−1)及び重合体(A−2)を含む重合体溶液((A−1)50質量部(固形分)及び(A−2)50質量部(固形分)に相当する量)に、感放射線性酸発生剤(B−1)5質量部を混合し、孔径0.2μmのメンブランフィルタで濾過することにより、感放射線性樹脂組成物を調製した。
下記表1に示す種類及び含有量の成分を用いた以外は、実施例1と同様に操作し、感放射線性樹脂組成物を調製した。なお、表1中の「−」は、該当する成分を配合しなかったことを示す。
実施例1〜6及び比較例1,2の感放射線性樹脂組成物について、下記の手法に従い、放射線感度、保存安定性、耐光性、透過率及びパターンの密着性の評価を実施した。評価結果を表2に示す。
ガラス基板上に、感放射線性樹脂組成物をスピンナを用いて塗布した後、90℃にて2分間ホットプレート上でプレベークして膜厚3.0μmの塗膜を形成した。続いて、露光機(キヤノン社の「MPA−600FA(ghi線混合)」)を用い、60μmのライン・アンド・スペース(10対1)のパターンを有するマスクを介して、塗膜に対し露光量を変量として放射線を照射した。その後、0.5質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液にて25℃において80秒間液盛り法で現像した。次いで、超純水で1分間流水洗浄を行い、その後乾燥することにより、HMDS処理後のクロム成膜ガラス基板上にパターンを形成した。このとき、6μmのスペース・パターンが完全に溶解するために必要な露光量を調べた。この露光量の値が500(J/m2)以下の場合、感度は良好と判断できる。
感放射線性組成物溶液を40℃のオーブン中で1週間放置し、オーブンに入れる前後での粘度を測定し、粘度変化率(%)を求めた。このとき、粘度変化率が5%以下である場合は保存安定性が良好といえ、5%を超える場合は保存安定性が不良といえる。
シリコン基板上に、感放射線性樹脂組成物をスピンナを用いて塗布した後、90℃にて2分間ホットプレート上でプレベークして膜厚3.0μmの塗膜を形成した。このシリコン基板をクリーンオーブン内にて220℃で1時間加熱して絶縁膜を得た。得られた各絶縁膜に、UV照射装置(ウシオ社の「UVX−02516S1JS01」)にて130mWの照度で800,000J/m2照射した。照射前の膜厚に比較して、照射後の膜厚の膜減り量が3.5%以下である場合は絶縁膜の耐光性が良好であり、膜厚の膜減り量が3.5%未満である場合は絶縁膜の耐光性が不良であるといえる。
なお、耐光性の評価においては、形成する絶縁膜のパターニングは不要のため、現像工程は省略し、塗膜形成工程、耐光性試験及び加熱工程のみ行い評価を行った。
上記耐光性の評価と同様に、感放射線性樹脂組成物を用いてシリコン基板上に塗膜を形成した。このシリコン基板をクリーンオーブン内にて220℃で1時間加熱して絶縁膜を形成した。この絶縁膜について、波長400nmにおける透過率を、分光光度計(日立製作所社製の「150−20型ダブルビーム」)を用いて測定した。このとき、透過率が90%以上の場合は透明性が良好であるといえ、透過率が90%未満の場合は透明性が不良といえる。
パターンの密着性は、露光引き置き後に評価した。具体的には、まず、ガラス基板上に、感放射線性樹脂組成物をスピンナを用いて塗布した後、90℃にて2分間ホットプレート上でプレベークして膜厚3.0μmの塗膜を形成した。続いて、露光機(キヤノン社の「MPA−600FA(ghi線混合)」)を用い、10μmのライン・アンド・スペース(1対1)のパターンを有するマスクを介して、700(J/m2)の露光量で露光した。その後、1時間クリーンルーム内で放置し、その後0.5質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液にて25℃において80秒間液盛り法で現像した。次いで、超純水で1分間流水洗浄を行い、その後乾燥し、ガラス基板上にパターンを形成した。現像後の基板を光学顕微鏡で観察し、パターンの剥がれの有無を確認した。パターンの密着性の判断基準を以下に示す。
パターン剥がれがわずかに見られた場合:「△」
パターンが剥がれ、基板上にパターンがほとんど残っていない場合:「×」
Claims (10)
- カルボキシル基を含む第1構造単位及びカルボキシル基が保護基により保護される第2構造単位のうちの少なくとも上記第2構造単位と、架橋性基を含む第3構造単位とを有する第1重合体、
上記第1構造単位及び上記第2構造単位のうちの少なくとも上記第1構造単位と、上記第3構造単位とを有する第2重合体、並びに
感放射線性酸発生体を含有し、
上記第1重合体における上記第1構造単位と上記第2構造単位との合計モル数中の上記第2構造単位のモル割合である第1保護率と、上記第2重合体における上記モル割合である第2保護率との差が5モル%以上70モル%以下である表示素子の絶縁膜形成用感放射線性樹脂組成物。 - 上記第2構造単位におけるカルボキシル基が保護基で保護される構造が、下記式(1)又は下記式(2)で表される請求項1に記載の表示素子の絶縁膜形成用感放射線性樹脂組成物。
式(2)中、R4〜R10は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基である。nは、1又は2である。nが2の場合、複数のR7及びR8は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。) - 酸化防止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項に記載の表示素子の絶縁膜形成用感放射線性樹脂組成物。
- 上記酸化防止剤がヒンダードフェノール構造を有する化合物である請求項5に記載の表示素子の絶縁膜形成用感放射線性樹脂組成物。
- カルボキシル基を含む第1構造単位及びカルボキシル基が保護基により保護される第2構造単位のうちの少なくとも上記第2構造単位と、架橋性基を含む第3構造単位とを有する第1重合体、並びに上記第1構造単位及び上記第2構造単位のうちの少なくとも上記第1構造単位と、上記第3構造単位とを有する第2重合体を配合する工程を備え、
上記第1重合体における上記第1構造単位と上記第2構造単位との合計モル数中の上記第2構造単位のモル割合である第1保護率と、上記第2重合体における上記モル割合である第2保護率との差が5モル%以上70モル%以下である表示素子の絶縁膜形成用感放射線性樹脂組成物の調製方法。 - 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の表示素子の絶縁膜形成用感放射線性樹脂組成物から形成される表示素子の絶縁膜。
- 基板上に塗膜を形成する工程、この塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、放射線が照射された塗膜を現像する工程、及び現像された塗膜を加熱する工程を備える絶縁膜の形成方法であって、
上記塗膜の形成に請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の表示素子の絶縁膜形成用感放射線性樹脂組成物を用いる表示素子の絶縁膜の形成方法。 - 請求項8に記載の絶縁膜を備える表示素子。
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