JP2015127748A - ブラックカラムスペーサ用感光性樹脂組成物 - Google Patents

ブラックカラムスペーサ用感光性樹脂組成物 Download PDF

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Abstract

【課題】基板上に塗布した際に、高さの均一なブラックカラムスペーサを形成でき、ハーフトーンマスクを介して感光性樹脂層を露光することにより、フルトーン部とハーフトーン部とで、高さに十分な差のあるブラックカラムスペーサを形成可能な、ブラックカラムスペーサ用感光性樹脂組成物と、当該感光性樹脂組成物から形成されたブラックカラムスペーサと、当該ブラックカラムスペーサを備える表示装置と、当該感光性樹脂組成物を用いるブラックカラムスペーサの形成方法とを提供すること。
【解決手段】アルカリ可溶性樹脂、光重合性化合物、光重合開始剤、遮光剤、及び溶剤を含有するブラックカラムスペーサ用感光性樹脂組成物において、大気圧下における沸点が170℃未満である(L)低沸点溶剤と、大気圧下における沸点が180℃以上である(H)高沸点溶剤とを、それぞれ特定量含有する溶剤を配合する。
【選択図】なし

Description

本発明は、ブラックカラムスペーサ用感光性樹脂組成物、該組成物を用いて形成されたブラックカラムスペーサ、該ブラックカラムスペーサを備える表示装置、及び該組成物を用いたブラックカラムスペーサの形成方法に関する。
液晶表示装置、有機EL表示装置等の表示装置では、2枚の基板間の間隔(セルギャップ)を一定に保つためにスペーサが利用されている。
従来、スペーサを形成するには、基板の全面にスペーサとなるビーズ粒子を散布する方法が採られていた。しかし、この方法では高い位置精度でスペーサを形成することが困難であり、画素表示部分にもビーズが付着するため、画像のコントラストや表示画質が低下するという問題があった。
そこで、これらの問題を解決するために、スペーサを感光性樹脂組成物により形成する方法が種々提案されている。この方法は、感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、所定のマスクを介して露光した後、現像して、カラム状等のスペーサを形成するものであり、画素表示部分以外の所定の部分にのみスペーサを形成することができる。また、近年では、カーボンブラック等の遮光剤によってスペーサに遮光性を持たせた、いわゆるブラックカラムスペーサも提案されている(特許文献1等)。
特開2011−170075号公報
しかし、ブラックカラムスペーサには特に高さについて高い寸法精度が求められるところ、特許文献1に記載の感光性樹脂組成物を用いる場合、感光性樹脂組成物の組成によっては、高さの均一なブラックカラムスペーサを形成しにくい問題がある。これは、特許文献1に記載の感光性樹脂組成物を基板上に塗布する場合に、厚さの均一な感光性樹脂層を形成しにくいためである。
また、液晶表示装置等の表示装置では、基板上に素子が形成されたTFT基板等の基板が使用されることも多い。かかる基板を用いる場合、基板に形成された素子上、又は素子が形成された基板と対になる基板の素子と対向する個所にブラックカラムスペーサを形成する必要がある場合がある。このような場合、素子の高さを考慮して、素子が形成された個所と、その他の個所とで、ブラックカラムスペーサの高さを変える必要がある。
かかる場合、ブラックカラムスペーサが形成される場所に応じて露光量を変化させることによって、異なる高さのブラックカラムスペーサを一度で形成できるため、ハーフトーンマスクを介して露光を行うのが好ましい。
しかし、本発明者らが検討したところ、特許文献1に記載の感光性樹脂組成物では、ハーフトーンマスクを介して露光を行っても、高さに十分な差のあるブラックカラムスペーサを形成しにくいことが判明した。なお、ハーフトーンマスクを介して露光を行うことにより、高さに十分な差のあるブラックカラムスペーサを形成するための特性を、以下、「ハーフトーン特性」とも記す。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、高さの均一なブラックカラムスペーサを形成でき、ハーフトーンマスクを介して感光性樹脂層を露光することにより、フルトーン部とハーフトーン部とで、高さに十分な差のあるブラックカラムスペーサを形成可能な、ブラックカラムスペーサ用感光性樹脂組成物と、当該感光性樹脂組成物から形成されたブラックカラムスペーサと、当該ブラックカラムスペーサを備える表示装置と、当該感光性樹脂組成物を用いるブラックカラムスペーサの形成方法とを提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意研究を重ねた。その結果、アルカリ可溶性樹脂、光重合性化合物、光重合開始剤、遮光剤、及び溶剤を含有するブラックカラムスペーサ用感光性樹脂組成物において、大気圧下における沸点が170℃未満である(L)低沸点溶剤と、大気圧下における沸点が180℃以上である(H)高沸点溶剤とを、それぞれ特定量含有する溶剤を配合することにより上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
本発明の第一の態様は、(A)アルカリ可溶性樹脂、(B)光重合性化合物、(C)光重合開始剤、(D)遮光剤、及び(S)溶剤を含み、
(S)溶剤が、大気圧下における沸点が170℃未満である(L)低沸点溶剤、及び、大気圧下における沸点が180℃以上である(H)高沸点溶剤を含み、
(S)溶剤中の、(L)低沸点溶剤の含有量が30〜99質量%であり、
(S)溶剤中の、(H)高沸点溶剤の含有量が1〜15質量%である、ブラックカラムスペーサ用感光性樹脂組成物である。
本発明の第二の態様は、第一の態様に係るブラックカラムスペーサ用感光性樹脂組成物からなるブラックカラムスペーサである。
本発明の第三の態様は、第二の態様に係るブラックカラムスペーサを備える表示装置である。
本発明の第四の態様は、第一の態様に係るブラックカラムスペーサ用感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、感光性樹脂層を形成する工程と、
感光性樹脂層を所定のスペーサのパターンに応じて露光する工程と、
露光後の感光性樹脂層を現像してスペーサのパターンを形成する現像工程と、を含むブラックカラムスペーサの形成方法である。
本発明によれば、基板上に塗布した際に、高さの均一なブラックカラムスペーサを形成でき、ハーフトーンマスクを介して感光性樹脂層を露光することにより、フルトーン部とハーフトーン部とで、高さに十分な差のあるブラックカラムスペーサを形成可能な、ブラックカラムスペーサ用感光性樹脂組成物と、当該感光性樹脂組成物から形成されたブラックカラムスペーサと、当該ブラックカラムスペーサを備える表示装置と、当該感光性樹脂組成物を用いるブラックカラムスペーサの形成方法とを提供することができる。
≪ブラックカラムスペーサ用感光性樹脂組成物≫
本発明に係るブラックカラムスペーサ用感光性樹脂組成物(以下、単に「感光性樹脂組成物」ともいう。)は、アルカリ可溶性樹脂、光重合性化合物、光重合開始剤、遮光剤、及び溶剤を含有する。溶剤としては、大気圧下における沸点が170℃未満である(L)低沸点溶剤と、大気圧下における沸点が180℃以上である(H)高沸点溶剤とを、それぞれ特定量含有する溶剤を用いる。以下、感光性樹脂組成物に含有される各成分について説明する。
<(A)アルカリ可溶性樹脂>
アルカリ可溶性樹脂とは、樹脂濃度20質量%の樹脂溶液(溶媒:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)により、膜厚1μmの樹脂膜を基板上に形成し、濃度0.05質量%のKOH水溶液に1分間浸漬した際に、膜厚0.01μm以上溶解するものをいう。
(A)アルカリ可溶性樹脂は、上述のアルカリ可溶性を示す樹脂であれば特に限定されず、従来公知の樹脂から適宜選択して使用できる。(A)アルカリ可溶性樹脂として好適な樹脂としては、下式(i)〜(iii)で表される構造のうち少なくとも1つの構造を有する樹脂である(A1)重合体が挙げられる。
Figure 2015127748
(A1)重合体の中では、感光性樹脂組成物を用いて形成されるブラックカラムスペーサが耐熱性に優れる点等から、式(i)で表される構造を有する樹脂が好ましい。式(i)で表される構造は、一般にカルド構造と称され、式(i)で表される構造を有する樹脂は、一般にカルド樹脂と称される。
(A1)重合体としては、下記式(a−1)で表される樹脂が好ましい。
Figure 2015127748
上記式(a−1)中、Xは、下記式(a−2)で表される基を示す。
Figure 2015127748
上記式(a−2)中、Ra1は、それぞれ独立に水素原子、炭素原子数1〜6の炭化水素基、又はハロゲン原子を示し、Ra2は、それぞれ独立に水素原子又はメチル基を示し、Wは、単結合又は下記式(a−3−1)、(a−3−2)、又は(a−3−3)で表される基を示す。
Figure 2015127748
また、上記式(a−1)中、Yは、ジカルボン酸無水物から酸無水物基(−CO−O−CO−)を除いた残基を示す。ジカルボン酸無水物の例としては、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水イタコン酸、無水フタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水メチルエンドメチレンテトラヒドロフタル酸、無水クロレンド酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水グルタル酸等が挙げられる。
また、上記式(a−1)中、Zは、テトラカルボン酸二無水物から2個の酸無水物基を除いた残基を示す。テトラカルボン酸二無水物の例としては、ピロメリット酸二無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。
また、上記式(a−1)中、mは、0〜20の整数を示す。
(A1)重合体の質量平均分子量(Mw:ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)のポリスチレン換算による測定値。本明細書において同じ。)は、1000〜40000であることが好ましく、2000〜30000であることがより好ましい。上記の範囲とすることにより、良好な現像性を得ながら、十分な耐熱性、膜強度を得ることができる。
また、破壊強度や基板への密着性に優れるブラックカラムスペーサを得やすいことから、(A2)(a1)不飽和カルボン酸を少なくとも重合させた共重合体も、(A)アルカリ可溶性樹脂として好適に使用することができる。
(a1)不飽和カルボン酸としては、(メタ)アクリル酸、クロトン酸等のモノカルボン酸;マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸等のジカルボン酸;これらジカルボン酸の無水物;等が挙げられる。これらの中でも、共重合反応性、得られる樹脂のアルカリ溶解性、入手の容易性等の点から、(メタ)アクリル酸及び無水マレイン酸が好ましい。これらの(a1)不飽和カルボン酸は、単独又は2種以上組み合わせて用いることができる。
(A2)共重合体は、(a1)不飽和カルボン酸と(a2)脂環式エポキシ基含有不飽和化合物との共重合体であってもよい。(a2)脂環式エポキシ基含有不飽和化合物としては、脂環式エポキシ基を有する不飽和化合物であれば特に限定されない。脂環式エポキシ基を構成する脂環式基は、単環であっても多環であってもよい。単環の脂環式基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。また、多環の脂環式基としては、ノルボルニル基、イソボルニル基、トリシクロノニル基、トリシクロデシル基、テトラシクロドデシル基等が挙げられる。これらの(a2)脂環式エポキシ基含有不飽和化合物は、単独又は2種以上組み合わせて用いることができる。
具体的に、(a2)脂環式エポキシ基含有不飽和化合物としては、例えば下記式(a2−1)〜(a2−16)で表される化合物が挙げられる。これらの中でも、現像性を適度なものするためには、下記式(a2−1)〜(a2−6)で表される化合物が好ましく、下記式(a2−1)〜(a2−4)で表される化合物がより好ましい。
Figure 2015127748
Figure 2015127748
Figure 2015127748
上記式中、R11は水素原子又はメチル基を示し、R12は炭素原子数1〜6の2価の脂肪族飽和炭化水素基を示し、R13は炭素原子数1〜10の2価の炭化水素基を示し、nは0〜10の整数を示す。R12としては、直鎖状又は分枝鎖状のアルキレン基、例えばメチレン基、エチレン基、プロピレン基、テトラメチレン基、エチルエチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基が好ましい。R13としては、例えばメチレン基、エチレン基、プロピレン基、テトラメチレン基、エチルエチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、フェニレン基、シクロヘキシレン基、−CH−Ph−CH−(Phはフェニレン基を示す)が好ましい。
(A2)共重合体は、上記(a1)不飽和カルボン酸及び(a2)上記脂環式エポキシ基含有不飽和化合物とともに、エポキシ基を有さない(a3)脂環式基含有不飽和化合物を共重合させたものであってもよい。
(a3)脂環式基含有不飽和化合物としては、脂環式基を有する不飽和化合物であれば特に限定されない。脂環式基は、単環であっても多環であってもよい。単環の脂環式基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。また、多環の脂環式基としては、アダマンチル基、ノルボルニル基、イソボルニル基、トリシクロノニル基、トリシクロデシル基、テトラシクロドデシル基等が挙げられる。これらの(a3)脂環式基含有不飽和化合物は、単独又は2種以上組み合わせて用いることができる。
具体的に、(a3)脂環式基含有不飽和化合物としては、例えば下記式(a3−1)〜(a3−7)で表される化合物が挙げられる。これらの中でも、現像性を適度なものするためには、下記式(a3−3)〜(a3−8)で表される化合物が好ましく、下記式(a3−3),(a3−4)で表される化合物がより好ましい。
Figure 2015127748
Figure 2015127748
上記式中、R21は水素原子又はメチル基を示し、R22は単結合又は炭素原子数1〜6の2価の脂肪族飽和炭化水素基を示し、R23は水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を示す。R22としては、単結合、直鎖状又は分枝鎖状のアルキレン基、例えばメチレン基、エチレン基、プロピレン基、テトラメチレン基、エチルエチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基が好ましい。R23としては、例えばメチル基、エチル基が好ましい。
また、(A2)共重合体は、上記(a1)不飽和カルボン酸及び上記(a2)脂環式エポキシ基含有不飽和化合物、さらには上記(a3)脂環式基含有不飽和化合物とともに、脂環式基を有さない(a4)エポキシ基含有不飽和化合物を重合させたものであってもよい。
(a4)エポキシ基含有不飽和化合物としては、グリシジル(メタ)アクリレート、2−メチルグリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシブチル(メタ)アクリレート、6,7−エポキシヘプチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エポキシアルキルエステル類;α−エチルアクリル酸グリシジル、α−n−プロピルアクリル酸グリシジル、α−n−ブチルアクリル酸グリシジル、α−エチルアクリル酸6,7−エポキシヘプチル等のα−アルキルアクリル酸エポキシアルキルエステル類;等が挙げられる。これらの中でも、共重合反応性、硬化後の樹脂の強度等の点から、グリシジル(メタ)アクリレート、2−メチルグリシジル(メタ)アクリレート、及び6,7−エポキシヘプチル(メタ)アクリレートが好ましい。これらの(a4)エポキシ基含有不飽和化合物は、単独又は2種以上組み合わせて用いることができる。
また、(A2)共重合体は、上記以外の他の化合物をさらに重合させたものであってもよい。このような他の化合物としては、(メタ)アクリル酸エステル類、(メタ)アクリルアミド類、アリル化合物、ビニルエーテル類、ビニルエステル類、スチレン類等が挙げられる。これらの化合物は、単独又は2種以上組み合わせて用いることができる。
(メタ)アクリル酸エステル類としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、アミル(メタ)アクリレート、t−オクチル(メタ)アクリレート等の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル(メタ)アクリレート;クロロエチル(メタ)アクリレート、2,2−ジメチルヒドロキシプロピル(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、トリメチロールプロパンモノ(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フルフリル(メタ)アクリレート;等が挙げられる。
(メタ)アクリルアミド類としては、(メタ)アクリルアミド、N−アルキル(メタ)アクリルアミド、N−アリール(メタ)アクリルアミド、N,N−ジアルキル(メタ)アクリルアミド、N,N−アリール(メタ)アクリルアミド、N−メチル−N−フェニル(メタ)アクリルアミド、N−ヒドロキシエチル−N−メチル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。
アリル化合物としては、酢酸アリル、カプロン酸アリル、カプリル酸アリル、ラウリン酸アリル、パルミチン酸アリル、ステアリン酸アリル、安息香酸アリル、アセト酢酸アリル、乳酸アリル等のアリルエステル類;アリルオキシエタノール;等が挙げられる。
ビニルエーテル類としては、ヘキシルビニルエーテル、オクチルビニルエーテル、デシルビニルエーテル、エチルヘキシルビニルエーテル、メトキシエチルビニルエーテル、エトキシエチルビニルエーテル、クロロエチルビニルエーテル、1−メチル−2,2−ジメチルプロピルビニルエーテル、2−エチルブチルビニルエーテル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、ジエチレングリコールビニルエーテル、ジメチルアミノエチルビニルエーテル、ジエチルアミノエチルビニルエーテル、ブチルアミノエチルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、テトラヒドロフルフリルビニルエーテル等のアルキルビニルエーテル;ビニルフェニルエーテル、ビニルトリルエーテル、ビニルクロロフェニルエーテル、ビニル−2,4−ジクロロフェニルエーテル、ビニルナフチルエーテル、ビニルアントラニルエーテル等のビニルアリールエーテル;等が挙げられる。
ビニルエステル類としては、ビニルブチレート、ビニルイソブチレート、ビニルトリメチルアセテート、ビニルジエチルアセテート、ビニルバレート、ビニルカプロエート、ビニルクロロアセテート、ビニルジクロロアセテート、ビニルメトキシアセテート、ビニルブトキシアセテート、ビニルフエニルアセテート、ビニルアセトアセテート、ビニルラクテート、ビニル−β−フェニルブチレート、安息香酸ビニル、サリチル酸ビニル、クロロ安息香酸ビニル、テトラクロロ安息香酸ビニル、ナフトエ酸ビニル等が挙げられる。
スチレン類としては、スチレン;メチルスチレン、ジメチルスチレン、トリメチルスチレン、エチルスチレン、ジエチルスチレン、イソプロピルスチレン、ブチルスチレン、ヘキシルスチレン、シクロヘキシルスチレン、デシルスチレン、ベンジルスチレン、クロロメチルスチレン、トリフルオロメチルスチレン、エトキシメチルスチレン、アセトキシメチルスチレン等のアルキルスチレン;メトキシスチレン、4−メトキシ−3−メチルスチレン、ジメトキシスチレン等のアルコキシスチレン;クロロスチレン、ジクロロスチレン、トリクロロスチレン、テトラクロロスチレン、ペンタクロロスチレン、ブロモスチレン、ジブロモスチレン、ヨードスチレン、フルオロスチレン、トリフルオロスチレン、2−ブロモ−4−トリフルオロメチルスチレン、4−フルオロ−3−トリフルオロメチルスチレン等のハロスチレン;等が挙げられる。
(A2)共重合体に占める上記(a1)不飽和カルボン酸由来の構成単位の割合は、1〜50質量%であることが好ましく、5〜45質量%であることがより好ましい。
また、(A2)共重合体が、上記(a2)脂環式エポキシ基含有不飽和化合物由来の構成単位と上記(a4)エポキシ基含有不飽和化合物由来の構成単位とを含有する場合、(A2)共重合体に占める(a2)脂環式エポキシ基含有不飽和化合物由来の構成単位の割合と上記(a4)エポキシ基含有不飽和化合物由来の構成単位の割合との合計は、71質量%以上であることが好ましく、71〜95質量%であることがより好ましく、75〜90質量%であることがさらに好ましい。特に、(A2)共重合体に占める上記(a2)脂環式エポキシ基含有不飽和化合物由来の構成単位の割合が単独で71質量%以上であることが好ましく、71〜80質量%であることがより好ましい。上記(a2)脂環式エポキシ基含有不飽和化合物由来の構成単位の割合を上記の範囲にすることにより、感光性樹脂組成物の経時安定性をより向上させることができる。
また、(A2)共重合体が、(a3)脂環式基含有不飽和化合物由来の構成単位を含有する場合、(A2)共重合体に占める上記(a3)脂環式基含有不飽和化合物由来の構成単位の割合は、1〜30質量%であることが好ましく、5〜20質量%であることがより好ましい。
(A2)共重合体の質量平均分子量は、2000〜200000であることが好ましく、3000〜30000であることがより好ましい。上記の範囲とすることにより、感光性樹脂組成物の膜形成能、露光後の現像性のバランスがとりやすい傾向がある。
また、(A)アルカリ可溶性樹脂としては、(A3)上記(a1)不飽和カルボン酸に由来する構成単位と、後述する(B)光重合性化合物との重合可能部位を有する構成単位とを少なくとも有する共重合体、又は(A4)上記(a1)不飽和カルボン酸に由来する構成単位と、上記(a2)脂環式エポキシ基含有不飽和化合物及び/又は(a4)エポキシ基含有不飽和化合物に由来する構成単位と、後述する(B)光重合性化合物との重合可能部位を有する構成単位とを少なくとも有する共重合体を含む樹脂も好適に使用できる。(A)アルカリ可溶性樹脂が(A3)共重合体、又は(A4)共重合体を含む場合、感光性樹脂組成物の基板への密着性、感光性樹脂組成物の硬化後の破壊強度を高めることができる。
(A3)共重合体、及び(A4)共重合体は、共重合体(A2)について他の化合物として記載される、(メタ)アクリル酸エステル類、(メタ)アクリルアミド類、アリル化合物、ビニルエーテル類、ビニルエステル類、スチレン類等をさらに共重合させたものであってもよい。
(B)光重合性化合物との重合可能部位を有する構成単位は、(B)光重合性化合物との重合可能部位としてエチレン性不飽和基を有するものが好ましい。このような構成単位を有する共重合体化は、(A3)共重合体については、上記(a1)不飽和カルボン酸に由来する構成単位を含む重合体に含まれるカルボキシル基の少なくとも一部と、上記(a2)脂環式エポキシ基含有不飽和化合物及び/又は(a4)エポキシ基含有不飽和化合物とを反応させることにより、調製することができる。また、(A4)共重合体は、上記(a1)不飽和カルボン酸に由来する構成単位と、(a2)脂環式エポキシ基含有不飽和化合物及び/又は(a4)エポキシ基含有不飽和化合物に由来する構成単位とを有する共重合体におけるエポキシ基の少なくとも一部と、(a1)不飽和カルボン酸とを反応させることにより、調製することができる。
共重合体(A3)における、(a1)不飽和カルボン酸に由来する構成単位の占める割合は、1〜50質量%が好ましく、5〜45質量%がより好ましい。共重合体(A3)における、(B)光重合性化合物との重合可能部位を有する構成単位の占める割合は、1〜45質量%が好ましく、5〜40質量%がより好ましい。共重合体(A3)がこのような比率で各構成単位を含む場合、基板との密着性に優れるブラックカラムスペーサを形成可能な感光性樹脂組成物を得やすい。
共重合体(A4)における、(a1)不飽和カルボン酸に由来する構成単位の占める割合は、1〜50質量%が好ましく、5〜45質量%がより好ましい。共重合体(A4)における、(a2)脂環式エポキシ基含有不飽和化合物及び/又は(a4)エポキシ基含有不飽和化合物に由来する構成単位の占める割合は、55質量%以上が好ましく、71質量%以上がより好ましく、71〜80質量%が特に好ましい。
共重合体(A4)における、(B)光重合性化合物との重合可能部位を有する構成単位の占める割合は、1〜45質量%が好ましく、5〜40質量%がより好ましい。共重合体(A4)がこのような比率で各構成単位を含む場合、基板との密着性に優れるブラックカラムスペーサを形成可能な感光性樹脂組成物を得やすい。
(A3)共重合体、及び(A4)共重合体の質量平均分子量は、2000〜50000であることが好ましく、5000〜30000であることがより好ましい。上記の範囲とすることにより、感光性樹脂組成物の膜形成能、露光後の現像性のバランスがとりやすい傾向がある。
感光性樹脂組成物は、(A)アルカリ可溶性樹脂として、前述の(A1)重合体と、(A2)共重合体、(A3)共重合体、及び(A4)共重合体から選択される1種以上のアクリル系樹脂とを含むのが好ましい。なお、アクリル系樹脂とは、(メタ)アクリル酸に由来する構成単位と(メタ)アクリル酸エステルに由来する構成単位を含む樹脂であって、樹脂中の(メタ)アクリル酸に由来する構成単位の含有量と(メタ)アクリル酸エステルに由来する構成単位の含有量との合計が、60質量%以上、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上であるものである。アクリル系樹脂は(メタ)アクリル酸に由来する構成単位と(メタ)アクリル酸エステルに由来する構成単位以外の構成単位を含んでもよい。(メタ)アクリル酸に由来する構成単位及び(メタ)アクリル酸エステルに由来する構成単位以外の構成単位としては、(メタ)アクリル酸及び(メタ)アクリル酸エステルと共重合可能なモノマーに由来する構成単位であれば特に限定されない。(メタ)アクリル酸に由来する構成単位及び(メタ)アクリル酸エステルに由来する構成単位以外の構成単位としては、例えば、前述の(メタ)アクリルアミド類、アリル化合物、ビニルエーテル類、スチレン類、及びビニルエステル類からなる群より選択されるモノマーに由来する構成単位が挙げられる。
感光性樹脂組成物が、(A)アルカリ可溶性樹脂として前述の(A1)重合体と、アクリル系樹脂とを含む場合、アクリル系樹脂の含有量(Y)に対する、(A1)重合体の含有量(X)の質量比(X/Y)は、5/95〜95/5が好ましく、10/90〜90/10がより好ましく、20/80〜80/20が最も好ましい。感光性樹脂組成物が、(A)アルカリ可溶性樹脂として(A1)重合体と、アクリル系樹脂とをこのような比率で含有する場合、感光性樹脂組成物を用いて形成される感光性樹脂層の膜厚の均一性と、感光性樹脂組成物のハーフトーン特性とのバランスが特に優れる。
(A)アルカリ可溶性樹脂の含有量は、感光性樹脂組成物の固形分に対して40〜85質量%であることが好ましく、45〜75質量%であることがより好ましい。また、アルカリ可溶性樹脂(A)は、(A)アルカリ可溶性樹の含有量と、(B)光重合性化合物の含有量と、(C)光重合開始剤の含有量との合計量を100質量部とする場合に、感光性樹脂組成物中の(B)光重合性化合物の含有量が5〜50質量部となるように、感光性樹脂組成物に配合されるのが好ましい。
<(B)光重合性化合物>
光重合性化合物には、単官能化合物と多官能化合物とがある。
単官能化合物としては、(メタ)アクリルアミド、メチロール(メタ)アクリルアミド、メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、エトキシメチル(メタ)アクリルアミド、プロポキシメチル(メタ)アクリルアミド、ブトキシメトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリル酸、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、無水イタコン酸、シトラコン酸、無水シトラコン酸、クロトン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、tert−ブチルアクリルアミドスルホン酸、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(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、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、2−フェノキシ−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピルフタレート、グリセリンモノ(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノ(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、2,2,3,3−テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート、フタル酸誘導体のハーフ(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの単官能化合物は、単独又は2種以上組み合わせて用いることができる。
一方、多官能化合物としては、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、テトラエチレングリコールジ(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、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブチレングリコールジ(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、1,6−ヘキサングリコールジ(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、グリセリンジ(メタ)アクリレート、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、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ペンタエリスリトールジ(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、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロキシジエトキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロキシポリエトキシフェニル)プロパン、2−ヒドロキシ−3−(メタ)アクリロイルオキシプロピル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、フタル酸ジグリシジルエステルジ(メタ)アクリレート、グリセリントリアクリレート、グリセリンポリグリシジルエーテルポリ(メタ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレート(すなわち、トリレンジイソシアネート)、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートとヘキサメチレンジイソシアネートと2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートとの反応物、メチレンビス(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリルアミドメチレンエーテル、多価アルコールとN−メチロール(メタ)アクリルアミドとの縮合物等の多官能化合物や、トリアクリルホルマール等が挙げられる。これらの多官能化合物は、単独又は2種以上組み合わせて用いることができる。
(B)光重合性化合物の含有量は、感光性樹脂組成物の固形分に対して1〜40質量%であることが好ましく、5〜30質量%であることがより好ましい。上記の範囲とすることにより、感度、現像性、解像性のバランスがとりやすい傾向がある。
<(C)光重合開始剤>
光重合開始剤としては、特に限定されず、従来公知の光重合開始剤を用いることができる。
光重合開始剤として具体的には、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、1−〔4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル〕−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、1−(4−ドデシルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、ビス(4−ジメチルアミノフェニル)ケトン、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、4−ベンゾイル−4’−メチルジメチルスルフィド、4−ジメチルアミノ安息香酸、4−ジメチルアミノ安息香酸メチル、4−ジメチルアミノ安息香酸エチル、4−ジメチルアミノ安息香酸ブチル、4−ジメチルアミノ−2−エチルヘキシル安息香酸、4−ジメチルアミノ−2−イソアミル安息香酸、ベンジル−β−メトキシエチルアセタール、ベンジルジメチルケタール、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシム、o−ベンゾイル安息香酸メチル、2,4−ジエチルチオキサントン、2−クロロチオキサントン、2,4−ジメチルチオキサントン、1−クロロ−4−プロポキシチオキサントン、チオキサンテン、2−クロロチオキサンテン、2,4−ジエチルチオキサンテン、2−メチルチオキサンテン、2−イソプロピルチオキサンテン、2−エチルアントラキノン、オクタメチルアントラキノン、1,2−ベンズアントラキノン、2,3−ジフェニルアントラキノン、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルパーオキシド、クメンパーオキシド、2−メルカプトベンゾイミダール、2−メルカプトベンゾオキサゾール、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−(o−クロロフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体、2−(o−クロロフェニル)−4,5−ジ(メトキシフェニル)イミダゾール二量体、2−(o−フルオロフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体、2−(o−メトキシフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体、2−(p−メトキシフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体、2,4,5−トリアリールイミダゾール二量体、ベンゾフェノン、2−クロロベンゾフェノン、4,4’−ビスジメチルアミノベンゾフェノン(すなわち、ミヒラーズケトン)、4,4’−ビスジエチルアミノベンゾフェノン(すなわち、エチルミヒラーズケトン)、4,4’−ジクロロベンゾフェノン、3,3−ジメチル−4−メトキシベンゾフェノン、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾイン−n−ブチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインブチルエーテル、アセトフェノン、2,2−ジエトキシアセトフェノン、p−ジメチルアセトフェノン、p−ジメチルアミノプロピオフェノン、ジクロロアセトフェノン、トリクロロアセトフェノン、p−tert−ブチルアセトフェノン、p−ジメチルアミノアセトフェノン、p−tert−ブチルトリクロロアセトフェノン、p−tert−ブチルジクロロアセトフェノン、α,α−ジクロロ−4−フェノキシアセトフェノン、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、ジベンゾスベロン、ペンチル−4−ジメチルアミノベンゾエート、9−フェニルアクリジン、1,7−ビス−(9−アクリジニル)ヘプタン、1,5−ビス−(9−アクリジニル)ペンタン、1,3−ビス−(9−アクリジニル)プロパン、p−メトキシトリアジン、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、2,4−ビス−トリクロロメチル−6−(3−ブロモ−4−メトキシ)フェニル−s−トリアジン、2,4−ビス−トリクロロメチル−6−(2−ブロモ−4−メトキシ)フェニル−s−トリアジン、2,4−ビス−トリクロロメチル−6−(3−ブロモ−4−メトキシ)スチリルフェニル−s−トリアジン、2,4−ビス−トリクロロメチル−6−(2−ブロモ−4−メトキシ)スチリルフェニル−s−トリアジン、「IRGACURE OXE02」、「IRGACURE OXE01」、「IRGACURE 369」、「IRGACURE 651」、「IRGACURE 907」(商品名:BASF製)、「NCI−831」(商品名:ADEKA製)等が挙げられる。これらの光重合開始剤は、単独又は2種以上組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、オキシム系光重合開始剤を用いることが感度の面で特に好ましい。また、(C)光重合開始剤は、オキシム系光重合開始剤の中でも、下記式(c−1)で表される化合物を含むのが好ましい。感光性樹脂組成物が、(C)光重合開始剤として、下記式(c−1)で表される化合物を含むことで、感光性樹脂組成物のハーフトーン特性を特に良好にできる。
Figure 2015127748
(式(c−1)中、Rc1は、1価の有機基、アミノ基、ハロゲン、ニトロ基、及びシアノ基からなる群より選択される基であり、pは0〜4の整数であり、qは0又は1であり、Rc2は、置換基を有してもよいフェニル基、又は置換基を有してもよいカルバゾリル基であり、Rc3は、水素原子、炭素原子数1〜6のアルキル基、又は置換基を有していてもよいフェニル基である。)
上記式(c−1)中、Rc1が1価の有機基である場合、Rc1は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されず、種々の有機基から適宜選択される。Rc1が有機基である場合の好適な例としては、アルキル基、アルコキシ基、シクロアルキル基、シクロアルコキシ基、飽和脂肪族アシル基、アルコキシカルボニル基、飽和脂肪族アシルオキシ基、置換基を有してもよいフェニル基、置換基を有してもよいフェノキシ基、置換基を有してもよいベンゾイル基、置換基を有してもよいフェノキシカルボニル基、置換基を有してもよいベンゾイルオキシ基、置換基を有してもよいフェニルアルキル基、置換基を有してもよいナフチル基、置換基を有してもよいナフトキシ基、置換基を有してもよいナフトイル基、置換基を有してもよいナフトキシカルボニル基、置換基を有してもよいナフトイルオキシ基、置換基を有してもよいナフチルアルキル基、置換基を有してもよいヘテロシクリル基、1、又は2の有機基で置換されたアミノ基、モルホリン−1−イル基、及びピペラジン−1−イル基等が挙げられる。pが2〜4の整数である場合、Rc1は同一であっても異なっていてもよい。また、置換基の炭素原子数には、置換基がさらに有する置換基の炭素原子数は含まない。
c1がアルキル基である場合、その炭素原子数は1〜20が好ましく、1〜6がより好ましい。また、Rc1がアルキル基である場合、直鎖であっても、分岐鎖であってもよい。Rc1がアルキル基である場合の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、sec−ペンチル基、tert−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、イソオクチル基、sec−オクチル基、tert−オクチル基、n−ノニル基、イソノニル基、n−デシル基、及びイソデシル基等が挙げられる。また、Rc1がアルキル基である場合、アルキル基は炭素鎖中にエーテル結合(−O−)を含んでいてもよい。炭素鎖中にエーテル結合を有するアルキル基の例としては、メトキシエチル基、エトキシエチル基、メトキシエトキシエチル基、エトキシエトキシエチル基、プロピルオキシエトキシエチル基、及びメトキシプロピル基等が挙げられる。
c1がアルコキシ基である場合、その炭素原子数は1〜20が好ましく、1〜6がより好ましい。また、Rc1がアルコキシ基である場合、直鎖であっても、分岐鎖であってもよい。Rc1がアルコキシ基である場合の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、n−ブチルオキシ基、イソブチルオキシ基、sec−ブチルオキシ基、tert−ブチルオキシ基、n−ペンチルオキシ基、イソペンチルオキシ基、sec−ペンチルオキシ基、tert−ペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、n−ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基、イソオクチルオキシ基、sec−オクチルオキシ基、tert−オクチルオキシ基、n−ノニルオキシ基、イソノニルオキシ基、n−デシルオキシ基、及びイソデシルオキシ基等が挙げられる。また、Rc1がアルコキシ基である場合、アルコキシ基は炭素鎖中にエーテル結合(−O−)を含んでいてもよい。炭素鎖中にエーテル結合を有するアルコキシ基の例としては、メトキシエトキシ基、エトキシエトキシ基、メトキシエトキシエトキシ基、エトキシエトキシエトキシ基、プロピルオキシエトキシエトキシ基、及びメトキシプロピルオキシ基等が挙げられる。
c1がシクロアルキル基、又はシクロアルコキシ基である場合、その炭素原子数は3〜10が好ましく、3〜6がより好ましい。Rc1がシクロアルキル基である場合の具体例としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、及びシクロオクチル基等が挙げられる。Rc1がシクロアルコキシ基である場合の具体例としては、シクロプロピルオキシ基、シクロブチルオキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、シクロヘプチルオキシ基、及びシクロオクチルオキシ基等が挙げられる。
c1が飽和脂肪族アシル基、又は飽和脂肪族アシルオキシ基である場合、その炭素原子数は2〜20が好ましく、2〜7がより好ましい。Rc1が飽和脂肪族アシル基である場合の具体例としては、アセチル基、プロパノイル基、n−ブタノイル基、2−メチルプロパノイル基、n−ペンタノイル基、2,2−ジメチルプロパノイル基、n−ヘキサノイル基、n−ヘプタノイル基、n−オクタノイル基、n−ノナノイル基、n−デカノイル基、n−ウンデカノイル基、n−ドデカノイル基、n−トリデカノイル基、n−テトラデカノイル基、n−ペンタデカノイル基、及びn−ヘキサデカノイル基等が挙げられる。Rc1が飽和脂肪族アシルオキシ基である場合の具体例としては、アセチルオキシ基、プロパノイルオキシ基、n−ブタノイルオキシ基、2−メチルプロパノイルオキシ基、n−ペンタノイルオキシ基、2,2−ジメチルプロパノイルオキシ基、n−ヘキサノイルオキシ基、n−ヘプタノイルオキシ基、n−オクタノイルオキシ基、n−ノナノイルオキシ基、n−デカノイルオキシ基、n−ウンデカノイルオキシ基、n−ドデカノイルオキシ基、n−トリデカノイルオキシ基、n−テトラデカノイルオキシ基、n−ペンタデカノイルオキシ基、及びn−ヘキサデカノイルオキシ基等が挙げられる。
c1がアルコキシカルボニル基である場合、その炭素原子数は2〜20が好ましく、2〜7がより好ましい。Rc1がアルコキシカルボニル基である場合の具体例としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロピルオキシカルボニル基、イソプロピルオキシカルボニル基、n−ブチルオキシカルボニル基、イソブチルオキシカルボニル基、sec−ブチルオキシカルボニル基、tert−ブチルオキシカルボニル基、n−ペンチルオキシカルボニル基、イソペンチルオキシカルボニル基、sec−ペンチルオキシカルボニル基、tert−ペンチルオキシカルボニル基、n−ヘキシルオキシカルボニル基、n−ヘプチルオキシカルボニル基、n−オクチルオキシカルボニル基、イソオクチルオキシカルボニル基、sec−オクチルオキシカルボニル基、tert−オクチルオキシカルボニル基、n−ノニルオキシカルボニル基、イソノニルオキシカルボニル基、n−デシルオキシカルボニル基、及びイソデシルオキシカルボニル基等が挙げられる。
c1がフェニルアルキル基である場合、その炭素原子数は7〜20が好ましく、7〜10がより好ましい。またRc1がナフチルアルキル基である場合、その炭素原子数は11〜20が好ましく、11〜14がより好ましい。Rc1がフェニルアルキル基である場合の具体例としては、ベンジル基、2−フェニルエチル基、3−フェニルプロピル基、及び4−フェニルブチル基が挙げられる。Rc1がナフチルアルキル基である場合の具体例としては、α−ナフチルメチル基、β−ナフチルメチル基、2−(α−ナフチル)エチル基、及び2−(β−ナフチル)エチル基が挙げられる。Rc1が、フェニルアルキル基、又はナフチルアルキル基である場合、Rc1は、フェニル基、又はナフチル基上にさらに置換基を有していてもよい。
c1がヘテロシクリル基である場合、ヘテロシクリル基は、1以上のN、S、Oを含む5員又は6員の単環であるか、かかる単環同士、又はかかる単環とベンゼン環とが縮合したヘテロシクリル基である。ヘテロシクリル基が縮合環である場合は、環数3までのものとする。かかるヘテロシクリル基を構成する複素環としては、フラン、チオフェン、ピロール、オキサゾール、イソオキサゾール、チアゾール、チアジアゾール、イソチアゾール、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、インドール、イソインドール、インドリジン、ベンゾイミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、カルバゾール、プリン、キノリン、イソキノリン、キナゾリン、フタラジン、シンノリン、及びキノキサリン等が挙げられる。Rc1がヘテロシクリル基である場合、ヘテロシクリル基はさらに置換基を有していてもよい。
c1が1又は2の有機基で置換されたアミノ基である場合、有機基の好適な例は、炭素原子数1〜20のアルキル基、炭素原子数3〜10のシクロアルキル基、炭素原子数2〜20の飽和脂肪族アシル基、置換基を有してもよいフェニル基、置換基を有してもよいベンゾイル基、置換基を有してもよい炭素原子数7〜20のフェニルアルキル基、置換基を有してもよいナフチル基、置換基を有してもよいナフトイル基、置換基を有してもよい炭素原子数11〜20のナフチルアルキル基、及びヘテロシクリル基等が挙げられる。これらの好適な有機基の具体例は、Rc1と同様である。1又は2の有機基で置換されたアミノ基の具体例としては、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、エチルアミノ基、ジエチルアミノ基、n−プロピルアミノ基、ジ−n−プロピルアミノ基、イソプロピルアミノ基、n−ブチルアミノ基、ジ−n−ブチルアミノ基、n−ペンチルアミノ基、n−ヘキシルアミノ基、n−ヘプチルアミノ基、n−オクチルアミノ基、n−ノニルアミノ基、n−デシルアミノ基、フェニルアミノ基、ナフチルアミノ基、アセチルアミノ基、プロパノイルアミノ基、n−ブタノイルアミノ基、n−ペンタノイルアミノ基、n−ヘキサノイルアミノ基、n−ヘプタノイルアミノ基、n−オクタノイルアミノ基、n−デカノイルアミノ基、ベンゾイルアミノ基、α−ナフトイルアミノ基、及びβ−ナフトイルアミノ基等が挙げられる。
c1に含まれる、フェニル基、ナフチル基、及びヘテロシクリル基がさらに置換基を有する場合の置換基としては、炭素原子数1〜6のアルキル基、炭素原子数1〜6のアルコキシ基、炭素原子数2〜7の飽和脂肪族アシル基、炭素原子数2〜7のアルコキシカルボニル基、炭素原子数2〜7の飽和脂肪族アシルオキシ基、炭素原子数1〜6のアルキル基を有するモノアルキルアミノ基、炭素原子数1〜6のアルキル基を有するジアルキルアミノ基、モルホリン−1−イル基、ピペラジン−1−イル基、ハロゲン、ニトロ基、及びシアノ基等が挙げられる。Rc1に含まれる、フェニル基、ナフチル基、及びヘテロシクリル基がさらに置換基を有する場合、その置換基の数は、本発明の目的を阻害しない範囲で限定されないが、1〜4が好ましい。Rc1に含まれる、フェニル基、ナフチル基、及びヘテロシクリル基が、複数の置換基を有する場合、複数の置換基は、同一であっても異なっていてもよい。
c1の中では、化学的に安定であることや、立体的な障害が少なく、オキシムエステル化合物の合成が容易であることや、溶媒に対する溶解性が高いこと等から、ニトロ基、炭素原子数1〜6のアルキル基、炭素原子数1〜6のアルコキシ基、及び炭素原子数2〜7の飽和脂肪族アシル基からなる群より選択される基が好ましく、ニトロ基、又は炭素原子数1〜6のアルキルがより好ましく、ニトロ基、又はメチル基が特に好ましい。
c1がフェニル基に結合する位置は、Rc1が結合するフェニル基について、フェニル基とオキシムエステル化合物の主骨格との結合手の位置を1位とし、メチル基の位置を2位とする場合に、4位、又は5位が好ましく、5位がよりに好ましい。また、pは、0〜3の整数が好ましく、0〜2の整数がより好ましく、0又は1が特に好ましい。
c2は、置換基を有してもよいフェニル基、又は置換基を有してもよいカルバゾリル基である。また、Rc2が置換基を有してもよいカルバゾリル基である場合、カルバゾリル基上の窒素原子は、炭素原子数1〜6のアルキル基で置換されていてもよい。
c2において、フェニル基、又はカルバゾリル基が有する置換基は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。フェニル基、又はカルバゾリル基が、炭素原子上に有してもよい好適な置換基の例としては、炭素原子数1〜20のアルキル基、炭素原子数1〜20のアルコキシ基、炭素原子数3〜10のシクロアルキル基、炭素原子数3〜10のシクロアルコキシ基、炭素原子数2〜20の飽和脂肪族アシル基、炭素原子数2〜20のアルコキシカルボニル基、炭素原子数2〜20の飽和脂肪族アシルオキシ基、置換基を有してもよいフェニル基、置換基を有してもよいフェノキシ基、置換基を有してもよいフェニルチオ基、置換基を有してもよいベンゾイル基、置換基を有してもよいフェノキシカルボニル基、置換基を有してもよいベンゾイルオキシ基、置換基を有してもよい炭素原子数7〜20のフェニルアルキル基、置換基を有してもよいナフチル基、置換基を有してもよいナフトキシ基、置換基を有してもよいナフトイル基、置換基を有してもよいナフトキシカルボニル基、置換基を有してもよいナフトイルオキシ基、置換基を有してもよい炭素原子数11〜20のナフチルアルキル基、置換基を有してもよいヘテロシクリル基、置換基を有してもよいヘテロシクリルカルボニル基、アミノ基、1、又は2の有機基で置換されたアミノ基、モルホリン−1−イル基、及びピペラジン−1−イル基、ハロゲン、ニトロ基、及びシアノ基等が挙げられる。
c2がカルバゾリル基である場合、カルバゾリル基が窒素原子上に有してもよい好適な置換基の例としては、炭素原子数1〜20のアルキル基、炭素原子数3〜10のシクロアルキル基、炭素原子数2〜20の飽和脂肪族アシル基、炭素原子数2〜20のアルコキシカルボニル基、置換基を有してもよいフェニル基、置換基を有してもよいベンゾイル基、置換基を有してもよいフェノキシカルボニル基、置換基を有してもよい炭素原子数7〜20のフェニルアルキル基、置換基を有してもよいナフチル基、置換基を有してもよいナフトイル基、置換基を有してもよいナフトキシカルボニル基、置換基を有してもよい炭素原子数11〜20のナフチルアルキル基、置換基を有してもよいヘテロシクリル基、及び置換基を有してもよいヘテロシクリルカルボニル基等が挙げられる。これらの置換基の中では、炭素原子数1〜20のアルキル基が好ましく、炭素原子数1〜6のアルキル基がより好ましく、エチル基が特に好ましい。
フェニル基又はカルバゾリル基が有してもよい置換基の具体例について、アルキル基、アルコキシ基、シクロアルキル基、シクロアルコキシ基、飽和脂肪族アシル基、アルコキシカルボニル基、飽和脂肪族アシルオキシ基、置換基を有してもよいフェニルアルキル基、置換基を有してもよいナフチルアルキル基、置換基を有してもよいヘテロシクリル基、及び1又は2の有機基で置換されたアミノ基に関しては、Rc1と同様である。
c2において、フェニル基、又はカルバゾリル基が有する置換基に含まれるフェニル基、ナフチル基、及びヘテロシクリル基がさらに置換基を有する場合の置換基の例としては、炭素原子数1〜6のアルキル基;炭素原子数1〜6のアルコキシ基;炭素原子数2〜7の飽和脂肪族アシル基;炭素原子数2〜7のアルコキシカルボニル基;炭素原子数2〜7の飽和脂肪族アシルオキシ基;フェニル基;ナフチル基;ベンゾイル基;ナフトイル基;炭素原子数1〜6のアルキル基、モルホリン−1−イル基、ピペラジン−1−イル基、及びフェニル基からなる群より選択される基により置換されたベンゾイル基;炭素原子数1〜6のアルキル基を有するモノアルキルアミノ基;炭素原子数1〜6のアルキル基を有するジアルキルアミノ基;モルホリン−1−イル基;ピペラジン−1−イル基;ハロゲン;ニトロ基;シアノ基が挙げられる。フェニル基、又はカルバゾリル基が有する置換基に含まれるフェニル基、ナフチル基、及びヘテロシクリル基がさらに置換基を有する場合、その置換基の数は、本発明の目的を阻害しない範囲で限定されないが、1〜4が好ましい。フェニル基、ナフチル基、及びヘテロシクリル基が、複数の置換基を有する場合、複数の置換基は、同一であっても異なっていてもよい。
c2の中では、感光性樹脂組成物が感度に優れる点から、下記式(c−2)又は(c−3)で表される基が好ましく、下記式(c−2)で表される基がより好ましく、下記式(c−2)で表される基であって、AがSである基が特に好ましい。
Figure 2015127748
(式(c−2)中、Rc4は、1価の有機基、アミノ基、ハロゲン、ニトロ基、及びシアノ基からなる群より選択される基であり、AはS又はOであり、rは、0〜4の整数である。)
Figure 2015127748
(式(c−3)中、Rc5及びRc6は、それぞれ、1価の有機基である。)
式(c−2)におけるRc4が有機基である場合、本発明の目的を阻害しない範囲で、種々の有機基から選択できる。式(c−2)においてRc4が有機基である場合の好適な例としては、炭素原子数1〜6のアルキル基;炭素原子数1〜6のアルコキシ基;炭素原子数2〜7の飽和脂肪族アシル基;炭素原子数2〜7のアルコキシカルボニル基;炭素原子数2〜7の飽和脂肪族アシルオキシ基;フェニル基;ナフチル基;ベンゾイル基;ナフトイル基;炭素原子数1〜6のアルキル基、モルホリン−1−イル基、ピペラジン−1−イル基、及びフェニル基からなる群より選択される基により置換されたベンゾイル基;炭素原子数1〜6のアルキル基を有するモノアルキルアミノ基;炭素原子数1〜6のアルキル基を有するジアルキルアミノ基;モルホリン−1−イル基;ピペラジン−1−イル基;ハロゲン;ニトロ基;シアノ基が挙げられる。
c4の中では、ベンゾイル基;ナフトイル基;炭素原子数1〜6のアルキル基、モルホリン−1−イル基、ピペラジン−1−イル基、及びフェニル基からなる群より選択される基により置換されたベンゾイル基;ニトロ基が好ましく、ベンゾイル基;ナフトイル基;2−メチルフェニルカルボニル基;4−(ピペラジン−1−イル)フェニルカルボニル基;4−(フェニル)フェニルカルボニル基がより好ましい。
また、式(c−2)において、rは、0〜3の整数が好ましく、0〜2の整数がより好ましく、0又は1であるのが特に好ましい。rが1である場合、Rc4の結合する位置は、Rc4が結合するフェニル基が酸素原子又は硫黄原子と結合する結合手に対して、パラ位であるのが好ましい。
式(c−3)におけるRc5は、本発明の目的を阻害しない範囲で、種々の有機基から選択できる。Rc5の好適な例としては、炭素原子数1〜20のアルキル基、炭素原子数3〜10のシクロアルキル基、炭素原子数2〜20の飽和脂肪族アシル基、炭素原子数2〜20のアルコキシカルボニル基、置換基を有してもよいフェニル基、置換基を有してもよいベンゾイル基、置換基を有してもよいフェノキシカルボニル基、置換基を有してもよい炭素原子数7〜20のフェニルアルキル基、置換基を有してもよいナフチル基、置換基を有してもよいナフトイル基、置換基を有してもよいナフトキシカルボニル基、置換基を有してもよい炭素原子数11〜20のナフチルアルキル基、置換基を有してもよいヘテロシクリル基、及び置換基を有してもよいヘテロシクリルカルボニル基等が挙げられる。
c5の中では、炭素原子数1〜20のアルキル基が好ましく、炭素原子数1〜6のアルキル基がより好ましく、エチル基が特に好ましい。
式(c−3)におけるRc6は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されず、種々の有機基から選択できる。Rc6として好適な基の具体例としては、炭素原子数1〜20のアルキル基、置換基を有してもよいフェニル基、置換基を有してもよいナフチル基、及び置換基を有してもよいヘテロシクリル基が挙げられる。Rc6として、これらの基の中では置換基を有してもよいフェニル基がより好ましく、2−メチルフェニル基が特に好ましい。
c4、Rc5、又はRc6に含まれる、フェニル基、ナフチル基、及びヘテロシクリル基がさらに置換基を有する場合の置換基としては、炭素原子数1〜6のアルキル基、炭素原子数1〜6のアルコキシ基、炭素原子数2〜7の飽和脂肪族アシル基、炭素原子数2〜7のアルコキシカルボニル基、炭素原子数2〜7の飽和脂肪族アシルオキシ基、炭素原子数1〜6のアルキル基を有するモノアルキルアミノ基、炭素原子数1〜6のアルキル基を有するジアルキルアミノ基、モルホリン−1−イル基、ピペラジン−1−イル基、ハロゲン、ニトロ基、及びシアノ基等が挙げられる。Rc4、Rc5、又はRc6に含まれる、フェニル基、ナフチル基、及びヘテロシクリル基がさらに置換基を有する場合、その置換基の数は、本発明の目的を阻害しない範囲で限定されないが、1〜4が好ましい。Rc4、Rc5、又はRc6に含まれる、フェニル基、ナフチル基、及びヘテロシクリル基が、複数の置換基を有する場合、複数の置換基は、同一であっても異なっていてもよい。
式(c−1)におけるRc3は、水素原子、炭素原子数1〜6のアルキル基、又は置換基を有してもよいフェニル基である。Rc3が置換基を有してもよいフェニル基である場合、フェニル基が有してもよい置換基は前述のRc1と同様である。Rc3が置換基を有してもよいフェニル基である場合、フェニル基は2以上の置換基を有していてもよい。この場合、フェニル基が有する置換基は同一であっても異なっていてもよい。Rc3としては、メチル基、又はエチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。Rc3がメチル基である場合、式(c−1)で表される化合物からなる光重合開始剤は、特に感度に優れる。
式(c−1)で表されるオキシムエステル化合物は、qが0である場合、例えば、下記スキーム1に従って合成することができる。具体的には、下記式(1−1)で表される芳香族化合物を、下記式(1−2)で表されるハロカルボニル化合物を用いて、フリーデルクラフツ反応によりアシル化して、下記式(1−3)で表されるケトン化合物を得、得られたケトン化合物(1−3)を、ヒドロキシルアミンによりオキシム化して下記式(1−4)で表されるオキシム化合物を得、次いで式(1−4)のオキシム化合物と、下記式(1−5)で表される酸無水物((Rc3CO)O)、又は下記式(1−6)で表される酸ハライド(Rc3COHal、Halはハロゲン。)とを反応させて、下記式(1−7)で表されるオキシムエステル化合物を得ることができる。なお、下記式(1−2)において、Halはハロゲンであり、下記式(1−1)、(1−2)、(1−3)、(1−4)、及び(1−7)において、Rc1、Rc2、Rc3、及びpは、式(1)と同様である。
<スキーム1>
Figure 2015127748
式(c−1)で表されるオキシムエステル化合物は、qが1である場合、例えば、下記スキーム2に従って合成することができる。具体的には、下記式(2−1)で表されるケトン化合物に、塩酸の存在下に下記式(2−2)で表される亜硝酸エステル(RONO、Rは炭素原子数1〜6のアルキル基。)を反応させて、下記式(2−3)で表されるケトオキシム化合物を得、次いで、下記式(2−3)で表されるケトオキシム化合物と、下記式(2−4)で表される酸無水物((Rc3CO)O)、又は下記式(2−5)で表される酸ハライド(Rc3COHal、Halはハロゲン。)とを反応させて、下記式(2−6)で表されるオキシムエステル化合物を得ることができる。なお、下記式(2−1)、(2−3)、(2−4)、(2−5)、及び(2−6)において、Rc1、Rc2、Rc3、及びpは、式(1)と同様である。
<スキーム2>
Figure 2015127748
また、式(c−1)で表されるオキシムエステル化合物は、qが1であり、Rc1がメチル基であって、Rc1が結合するベンゼン環に結合するメチル基に対して、Rc1がパラ位に結合する場合、例えば、下記式(2−7)で表される化合物を、スキーム1と同様の方法で、オキシム化、及びアシル化することによって合成することもできる。なお、下記式(2−7)において、Rc2は、式(c−1)と同様である。
Figure 2015127748
式(c−1)で表されるオキシムエステル化合物の中でも特に好適な化合物としては、下記式の化合物が挙げられる。
Figure 2015127748
Figure 2015127748
Figure 2015127748
Figure 2015127748
Figure 2015127748
Figure 2015127748
(C)光重合開始剤の含有量は、感光性樹脂組成物の固形分100質量部に対して0.5〜20質量部であることが好ましい。上記の範囲とすることにより、良好な塗布性と硬化性とを兼ね備える感光性樹脂組成物を調製しやすい。
<(D)遮光剤>
(D)遮光剤としては、感光性樹脂組成物に従来から配合されていたものを特に制限なく用いることができる。遮光剤としては黒色顔料を用いることが好ましい。黒色顔料としては、有機物、無機物を問わず、カーボンブラック、チタンブラック、銅、鉄、マンガン、コバルト、クロム、ニッケル、亜鉛、カルシウム、銀等の金属酸化物、複合酸化物、金属硫化物、金属硫酸塩、金属炭酸塩等の各種の顔料を挙げることができる。これらの中でも、高い遮光性を有するカーボンブラックを用いることが好ましい。
カーボンブラックとしては、チャンネルブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック、ランプブラック等の公知のカーボンブラックを用いることができるが、遮光性に優れるチャンネルブラックを用いることが好ましい。
カーボンブラックとして、酸性基を導入する処理を施されたカーボンブラックを用いるのも好ましい。酸性基を導入する処理を施されたカーボンブラックを(D)遮光剤として感光性樹脂に配合する場合、感光性樹脂組成物を用いて、比誘電率の低いブラックカラムスペーサを形成しやすい。
カーボンブラックに導入される酸性基は、ブレンステッドの定義による酸性を示す官能基である。酸性基の具体例としては、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基等が挙げられる。カーボンブラックに導入された酸性基は、塩を形成していてもよい。酸性基と塩を形成するカチオンは、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。カチオンの例としては、種々の金属イオン、含窒素化合物のカチオン、アンモニウムイオン等が挙げられ、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン等のアルカリ金属イオンや、アンモニウムイオンが好ましい。
以上説明した酸性基を導入する処理を施されたカーボンブラックの中では、感光性樹脂組成物を用いて形成されるブラックカラムスペーサの比誘電率が低い点で、カルボン酸基、カルボン酸塩基、スルホン酸基、及びスルホン酸塩基からなる群より選択される1種以上の官能基を有するカーボンブラックが好ましい。
カーボンブラックに酸性基を導入する方法は特に限定されない。酸性基を導入する方法としては、例えば以下の方法が挙げられる。
1)濃硫酸、発煙硫酸、クロロスルホン酸等を用いる直接置換法や、亜硫酸塩、亜硫酸水素塩等を用いる間接置換法により、カーボンブラックにスルホン酸基を導入する方法。
2)アミノ基と酸性基とを有する有機化合物と、カーボンブラックとをジアゾカップリングさせる方法。
3)ハロゲン原子と酸性基とを有する有機化合物と、水酸基を有するカーボンブラックとをウィリアムソンのエーテル化法により反応させる方法。
4)ハロカルボニル基と保護基により保護された酸性基とを有する有機化合物と、水酸基を有するカーボンブラックとを反応させる方法。
5)ハロカルボニル基と保護基により保護された酸性基とを有する有機化合物を用いて、カーボンブラックに対してフリーデルクラフツ反応を行った後、脱保護する方法。
これらの方法の中では、酸性基の導入処理が、容易且つ安全であることから、方法2)が好ましい。方法2)で使用されるアミノ基と酸性基とを有する有機化合物としては、芳香族基にアミノ基と酸性基とが結合した化合物が好ましい。このような化合物の例としては、スルファニル酸のようなアミノベンゼンスルホン酸や、4−アミノ安息香酸のようなアミノ安息香酸が挙げられる。
カーボンブラックに導入される酸性基のモル数は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。カーボンブラックに導入される酸性基のモル数は、カーボンブラック100gに対して、1〜200mmolが好ましく、5〜100mmolがより好ましい。
遮光剤がカーボンブラックである場合、樹脂による被覆処理を施されたカーボンブラックを用いてもよい。樹脂により被覆されたカーボンブラックを含む感光性樹脂組成物を用いる場合、遮光性及び絶縁性に優れ、表面反射率が低いブラックカラムスペーサを形成しやすい。カーボンブラックの被覆に使用できる樹脂の例としては、フェノール樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、グリプタル樹脂、エポキシ樹脂、アルキルベンゼン樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリスチレン、ポリカーボネート、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、変性ポリフェニレンオキサイド、ポリスルフォン、ポリパラフェニレンテレフタルアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリアミノビスマレイミド、ポリエーテルスルフォポリフェニレンスルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン等の熱可塑性樹脂が挙げられる。カーボンブラックに対する樹脂の被覆量は、カーボンブラックと樹脂の合計量を100質量部とする場合、1〜30質量部が好ましい。
なお、樹脂による被覆処理は、酸性基を導入する処理を施されたカーボンブラックに対して行われてもよい。酸性基を導入する処理を施されたカーボンブラックを含む感光性樹脂組成物を用いて形成されるブラックカラムスペーサの誘電率に対して、樹脂による被覆処理による悪影響は特段生じない。
(D)遮光剤としては、色調の調整の目的等で、複数の黒色顔料を混合したものをもち手もよく、黒色顔料に対して、赤、青、緑、黄、紫等の有彩色の色素を混合したものを用いてもよい。
(D)遮光剤を感光性樹脂組成物において均一に分散させるために、さらに分散剤を使用してもよい。このような分散剤としては、ポリエチレンイミン系、ウレタン樹脂系、アクリル樹脂系の高分子分散剤を用いることが好ましい。特に、(D)遮光剤としてカーボンブラックを用いる場合には、分散剤としてアクリル樹脂系の分散剤を用いることが好ましい。
感光性樹脂組成物における(D)遮光剤の含有量は、本発明の目的を阻害しない範囲で適宜選択でき、典型的には、感光性樹脂組成物の固形分100質量部に対して、5質量部〜50部が好ましい。かかる範囲の量の遮光剤を用いることにより、感光性樹脂組成物を用いて得られるブラックカラムスペーサの遮光性を良好なものとしつつ、感光性樹脂組成物を露光する際の露光不良や硬化不良を抑制しやすい。
なお、感光性樹脂組成物中の(D)遮光剤の含有量は、ブラックマトリクスの膜厚1μm当たりのOD値が4以上となるように、調整されるのが好ましい。ブラックマトリクスにおける膜厚1μm当たりのOD値が4以上あれば、液晶表示ディスプレイのブラックマトリクスに用いた場合に、十分な表示コントラストを得ることができる。
<(S)溶剤>
本発明に係る感光性樹脂組成物は、希釈のために(S)溶剤を含有する。(S)溶剤は、大気圧下における沸点が170℃未満である(L)低沸点溶剤と、大気圧下における沸点が180℃以上である(H)高沸点溶剤とを必須に含む。(S)溶剤中の(L)低沸点溶剤の含有量は30〜99質量%であり、(H)高沸点溶剤の含有量は1〜15質量%である。(S)溶剤は、大気圧下における沸点が170℃以上180℃未満である(M)中沸点溶剤を含んでいてもよい。
(S)溶剤中の、(H)高沸点溶剤の含有量は、1〜10質量%が好ましく、1〜8質量%がより好ましく、1〜5質量%が特に好ましい。(S)溶剤中の、(L)低沸点溶剤の含有量は、40〜99質量%が好ましく、45〜99質量%がより好ましく、50〜99質量%が特に好ましい、55〜99質量%が最も好ましい。
(H)高沸点溶剤の大気圧下における沸点は、180℃以上であれば特に限定されないが、180℃以上300℃以下であるのが好ましい。このような範囲内の沸点を有する(H)高沸点溶剤を、上記の所定量(S)溶剤に含有させることで、感光性樹脂組成物を用いて感光性樹脂層を形成する際に適度な速度で(S)が揮発し、感光性樹脂層の膜厚のバラツキが低減される。
(H)高沸点溶剤の具体例としては、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、ジエチ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、N−メチル−2−ピロリドン、1,4−ブタンジオールジアセテート、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテルアセテート、1,6−ヘキサンジオールジアセテート、ε−カプロラクトン、1,3−ブチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、γ−ブチロラクトン、ジプロピレングリコールメチル−n−プロピルエーテル、及びプロピレングリコールジアセテートが挙げられる。
上記の(H)高沸点溶剤の中では、入手が容易である点や、塗布性の良好な感光性樹脂組成物を調製しやすいことから、1,4−ブタンジオールジアセテート、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテルアセテート、1,6−ヘキサンジオールジアセテート、ε−カプロラクトン、1,3−ブチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、γ−ブチロラクトン、ジプロピレングリコールメチル−n−プロピルエーテル、及びプロピレングリコールジアセテートが好ましい。(S)溶剤は、これらの(H)高沸点溶剤を2種以上組み合わせて含んでいてもよい。
(L)低沸点溶剤の大気圧下における沸点は、170℃未満であれば特に限定されないが、100℃以上170℃未満であるのが好ましい。このような範囲内の沸点を有する(L)低沸点溶剤を、上記の所定量(S)溶剤に含有させることで、感光性樹脂組成物を基板に塗布して感光性樹脂層を形成する際に、適度な速度で(S)溶剤が揮発し、感光性樹脂層中の(S)溶剤の残量を低減させることができる。
(S)溶剤を多量に含む感光性樹脂層をハーフトーンマスクを介して露光する場合、(S)溶剤の作用によって感光性樹脂層の硬化が過度に速やかに進行するため、現像を経て形成されるブラックカラムスペーサについて、フルトーン部とハーフトーン部とで高さが殆ど変らない結果となってしまう。しかし、(L)低沸点溶剤を、上記の所定量(S)溶剤に含有させる場合、感光性樹脂層中の(S)溶媒の残量を低減されることができ、これにより、感光性樹脂層をハーフトーンマスクを介して露光した後、現像して得られるブラックカラムスペーサについて、フルトーン部とハーフトーン部との高さの差を十分大きくすることができる。
(L)低沸点溶剤の具体例としては、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−n−プロピルエーテル、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、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、メチルエチルケトン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、蟻酸n−ペンチル、酢酸イソペンチル、プロピオン酸n−ブチル、酪酸エチル、酪酸n−プロピル、酪酸イソプロピル、酪酸n−ブチル、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、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン、3−メトキシブタノール、及びシクロペンタノンが挙げられる。
上記の(L)低沸点溶剤の中では、感光性樹脂組成物に配合される成分を良好に溶解させる点や、塗布性の良好な感光性樹脂組成物を調製しやすいことから、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン、3−メトキシブタノール、及びシクロペンタノンが好ましい。(S)溶剤は、これらの(L)低沸点溶剤を2種以上組み合わせて含んでいてもよい。
(S)溶剤は、(H)高沸点溶剤及び(L)低沸点溶剤の他に、大気圧下における沸点が170℃以上180℃未満である(M)中沸点溶剤を含んでいてもよい。(M)中沸点溶剤の種類は、感光性樹脂組成物に含まれる成分を溶解させることができるものであれば特に限定されない。(M)中沸点溶剤の好適な例としては、3−メトキシブチルアセテート、N,N,N’,N’−テトラメチルウレア、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、及びシクロヘキサノールアセテートが挙げられる。(S)溶剤は、これらの(M)中沸点溶剤を2種以上組み合わせて含んでいてもよい。
(S)有機溶剤の含有量は、感光性樹脂組成物の固形分濃度が1〜50質量%となる量が好ましく、5〜30質量%となる量がより好ましい。
<その他の成分>
感光性樹脂組成物は、必要に応じて、各種の添加剤を含有していてもよい。添加剤としては、増感剤、硬化促進剤、充填剤、密着促進剤、酸化防止剤、凝集防止剤、熱重合禁止剤、消泡剤、界面活性剤等が挙げられる。
≪ブラックカラムスペーサ、表示装置、ブラックカラムスペーサの形成方法≫
ブラックカラムスペーサは、前述の感光性樹脂組成物から形成されたことを除き、従来のブラックカラムスペーサと同様である。また、表示装置は、前述の感光性樹脂組成物から形成されたブラックカラムスペーサを備えることを除き、従来の表示装置と同様である。以下では、ブラックカラムスペーサの形成方法についてのみ説明する。
本発明に係るブラックカラムスペーサの形成方法は、感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、感光性樹脂層を形成する塗布工程と、感光性樹脂層を所定のブラックカラムスペーサのパターンに応じて露光する露光工程と、露光後の感光性樹脂層を現像して、ブラックカラムスペーサのパターンを形成する現像工程と、を含む。
まず、塗布工程では、ブラックカラムスペーサが形成されるべき基板上に、ロールコーター、リバースコーター、バーコーター等の接触転写型塗布装置やスピンナー(回転式塗布装置)、カーテンフローコーター等の非接触型塗布装置を用いて本発明に係る感光性樹脂組成物を塗布し、必要に応じて、乾燥により溶媒を除去して、感光性樹脂層を形成する。
次いで、露光工程では、ネガ型のマスクを介して、感光性樹脂層に紫外線、エキシマレーザー光等の活性エネルギー線を照射し、感光性樹脂層をブラックカラムスペーサのパターンに応じて部分的に露光する。露光には、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、キセノンランプ、カーボンアーク灯等の紫外線を発する光源を用いることができる。露光量は感光性樹脂組成物の組成によっても異なるが、例えば10〜600mJ/cm程度が好ましい。
なお、基板がTFT基板等の、基板上に素子が形成されたものである場合、素子上又は、素子が形成された基板と対になる基板の素子と対向する個所にブラックカラムスペーサを形成する必要がある場合がある。かかる場合、素子の高さを考慮して、素子が形成された個所と、その他の個所とで、ブラックカラムスペーサの高さを変える必要がある。そこで、このような場合には、ハーフトーンマスクを介して露光を行うのが好ましい。本発明に係る感光性樹脂組成物を用いれば、ハーフトーンマスクを介して露光を行うことにより、高さの異なるブラックカラムスペーサを容易に形成できる。
次いで、現像工程では、露光後の感光性樹脂層を現像液で現像することにより、ブラックカラムスペーサを形成する。現像方法は特に限定されず、浸漬法、スプレー法等を用いることができる。現像液の具体例としては、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等の有機系のものや、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、アンモニア、4級アンモニウム塩等の水溶液が挙げられる。
その後、現像後のブラックカラムスペーサにポストベークを施して加熱硬化する。ポストベークは、150〜250℃で15〜60分間が好ましい。
以下、実施例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲は、これらの実施例に限定されるものではない。
〔実施例1〜29、及び比較例1〜11〕
アルカリ可溶性樹脂20質量部と、光重合性化合物(ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート)20質量部と、光重合開始剤(OXE−02、BASF社製)10質量部と、カーボン分散液50質量部とを、固形分濃度が15質量%となるように、表1〜4に記載の組成の溶媒中に分散させた。得られた分散液を撹拌機で1時間撹拌して均一に溶解させた。得られた溶液を、孔径5μmのメンブレンフィルタでろ過して、各実施例及び比較例の感光性樹脂組成物を得た。
なお、実施例1〜29、及び比較例1〜11において、アルカリ可溶性樹脂としては、下記調製例1で得られたカルド樹脂(A−1)と、下式のアクリル樹脂とを用いた。下式のアクリル樹脂の質量平均分子量は8000である。下式中各構成単位の右下の数字は、アクリル系樹脂を構成する全構成単位における、各構成単位のモル比率である。実施例1〜29、及び比較例1〜11において、カルド樹脂とアクリル樹脂とは、両者の質量比(カルド樹脂:アクリル樹脂)が70:30となるように感光性樹脂組成物に配合された。
Figure 2015127748
[調製例1]
カルド樹脂(A−1)の合成法は下記の通りである。
まず、500ml四つ口フラスコ中に、ビスフェノールフルオレン型エポキシ樹脂(エポキシ当量235)235g、テトラメチルアンモニウムクロライド110mg、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール100mg、及びアクリル酸72.0gを仕込み、これに25ml/分の速度で空気を吹き込みながら90〜100℃で加熱溶解した。次に、溶液が白濁した状態のまま徐々に昇温し、120℃に加熱して完全溶解させた。この際、溶液は次第に透明粘稠になったが、そのまま撹拌を継続した。この間、酸価を測定し、1.0mgKOH/g未満になるまで加熱撹拌を続けた。酸価が目標値に達するまで12時間を要した。そして室温まで冷却し、無色透明で固体状の下記式(a−4)で表されるビスフェノールフルオレン型エポキシアクリレートを得た。
Figure 2015127748
次いで、このようにして得られた上記のビスフェノールフルオレン型エポキシアクリレート307.0gに3−メトキシブチルアセテート600gを加えて溶解した後、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物80.5g及び臭化テトラエチルアンモニウム1gを混合し、徐々に昇温して110〜115℃で4時間反応させた。酸無水物基の消失を確認した後、1,2,3,6−テトラヒドロ無水フタル酸38.0gを混合し、90℃で6時間反応させ、カルド樹脂(A−1)を得た。酸無水物基の消失はIRスペクトルにより確認した。
なお、このカルド樹脂(A−1)は、上記式(a−1)で表される樹脂に相当する。
実施例1〜29、及び比較例1〜11において、カーボン分散液としては、固形分濃度が30質量%であり、カーボンブラックの含有量が20質量%であり、分散剤の含有量が10質量であり、溶媒として3−メトキシブチルアセテートを含むものを用いた。
実施例1〜29、及び比較例1〜11において、(L)低沸点溶剤としては、以下のものを用いた。
PM:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
AN:シクロヘキサノン
CP:シクロペンタノン
MB:3−メトキシブタノール
(M)中沸点溶剤としては、以下のものを用いた。
MA:3−メトキシブチルアセテート
TMU:N,N,N’,N’−テトラメチルウレア
DMM:ジプロピレングリコールジメチルエーテル
CHXA:シクロヘキサノールアセテート
(H)高沸点溶剤としては、以下の物を用いた。
BDDA:1,4−ブタンジオールジアセテート
BDGAC:ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート
HDDA:1,6−ヘキサンジオールジアセテート
ECL:ε−カプロラクトン
BGDA:1,3−ブチレングリコールジアセテート
EDGAC:ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート
DPMA:ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート
MBGD:ジエチレングリコールメチルブチルエーテル
GBL:γ−ブチロラクトン
DPMNP:ジプロピレングリコールメチル−n−プロピルエーテル
PGDA:プロピレングリコールジアセテート
各実施例及び比較例の感光性樹脂組成物について、以下の方法に従って、ハーフトーン特性を評価した。また、各実施例及び比較例の感光性樹脂組成物について、ブラックカラムスペーサの高さの均一性に相当する評価として、以下の方法に従って、感光性樹脂組成物を用いて形成される感光性樹脂層を露光・現像して得られる硬化膜の膜厚のバラツキを評価した。
[ハーフトーン特性評価]
以下の方法に従って、各実施例及び比較例の感光性樹脂組成物のハーフトーン特性を評価した。
まず、ガラス基板(10cm×10cm)上に感光性樹脂組成物をスピン塗布した。スピン塗布後、ガラス基板を100℃で120秒間加熱して、膜厚3.0μmの感光性樹脂層を形成した。次いで、ミラープロジェクションアライナー(TME−150RTO、株式会社トプコン製)を用いて、露光量10mJ/cm、及び露光量100mJ/cmで、感光性樹脂層を露光した。露光された感光性樹脂層を、26℃の濃度0.04質量%のKOH水溶液で60秒間スプレー現像した。現像された感光性樹脂層を、230℃で30分間ポストベークして、ブラックカラムスペーサを形成した。露光量100mJ/cmで形成されたブラックカラムスペーサの膜厚HFTと、露光量10mJ/cmで形成されたブラックカラムスペーサの膜厚HHTとの差ΔH(=HFT−HHT)を求めて、ハーフトーン特性の指標とした。表1〜表4に、各実施例及び比較例の感光性樹脂組成物に関するΔH(Å)の値を記す。ΔHの値が2000Å以上である場合が良好である。
[硬化膜の膜厚のバラツキの評価]
ガラス基板(10cm×10cm)上に感光性樹脂組成物をスピン塗布した。スピン塗布後、ガラス基板を100℃で120秒間加熱して、膜厚3.0μmの感光性樹脂層を形成した。次いで、ミラープロジェクションアライナー(TME−150RTO、株式会社トプコン製)を用いて、露光量100mJ/cmで、感光性樹脂層を露光した。露光された感光性樹脂層を、26℃の濃度0.04質量%のKOH水溶液で120秒間スプレー現像した。現像された感光性樹脂層を、230℃で20分間ポストベークして、硬化膜を形成した。形成された硬化膜について、膜厚のバラツキを、触針式膜厚測定値器(Dektak)を用いて評価した。具体的には、硬化膜内の5点について膜厚を測定し、膜厚の最大値と最小値との差を膜厚のバラツキ(Å)とした。膜厚のバラツキが、200Å以内である場合が良好である。
Figure 2015127748
Figure 2015127748
Figure 2015127748
Figure 2015127748
実施例1〜29の結果によれば、(L)低沸点溶剤の含有量が30〜99質量%であり、(H)高沸点溶剤の1〜15質量%である溶剤を含む、感光性樹脂組成物は、ハーフトーン特性が良好であり、膜厚の均一な硬化膜を与えることが分かる。
比較例1〜5の結果によれば、(H)高沸点溶剤を含まない溶剤を含む感光性樹脂組成物は、膜厚の均一な硬化膜を与えないことが分かる。比較例6〜9の結果によれば、(H)高沸点溶剤を含んでいるが(L)低沸点溶剤の含有量が30質量%未満である溶剤を含む感光性樹脂組成物は、膜厚の均一な硬化膜を与えないことが分かる。比較例7、及び9〜11の結果によれば、(H)高沸点溶剤の含有量が15質量%を超える溶剤を含む感光性樹脂組成物は、ハーフトーン特性に劣ることが分かる。
〔実施例30〜35〕
アルカリ可溶性樹脂中のカルド樹脂及びアクリル樹脂のそれぞれの含有量(質量%)と溶剤種と各溶剤の含有量(質量%)を表5に記載の比率に変更することの他は、実施例9と同様にして感光性樹脂組成物を得た。得られた感光性樹脂組成物を用いて、実施例9の感光性樹脂組成物と同様に、ハーフトーン特性の指標であるΔHと、膜厚バラツキとを評価した。これらの評価結果を表5に記す。参考のため、実施例9の結果を、表5に記す。
Figure 2015127748
実施例30、33、及び34と、実施例9、31、及び35との比較によれば、アルカリ可溶性樹脂がカルド樹脂とアクリル樹脂とを含有する場合、アルカリ可溶性樹脂がカルド樹脂のみしか含まない場合よりも、ハーフトーン特性に優れる感光性樹脂組成物を調製できることが分かる。
実施例9、31、及び35と、実施例32との比較によれば、アルカリ可溶性樹脂がカルド樹脂とアクリル樹脂とを含有する場合、アルカリ可溶性樹脂がアクリル樹脂のみしか含まない場合よりも、高さの均一なブラックカラムスペーサを形成しやすい感光性樹脂組成物を調製できることが分かる。

Claims (10)

  1. (A)アルカリ可溶性樹脂、(B)光重合性化合物、(C)光重合開始剤、(D)遮光剤、及び(S)溶剤を含み、
    前記(S)溶剤が、大気圧下における沸点が170℃未満である(L)低沸点溶剤、及び、大気圧下における沸点が180℃以上である(H)高沸点溶剤を含み、
    前記(S)溶剤中の、前記(L)低沸点溶剤の含有量が30〜99質量%であり、
    前記(S)溶剤中の、前記(H)高沸点溶剤の含有量が1〜15質量%である、ブラックカラムスペーサ用感光性樹脂組成物。
  2. 前記(H)高沸点溶剤の大気圧下における沸点が、180℃以上300℃以下である、請求項1に記載のブラックカラムスペーサ用感光性樹脂組成物。
  3. 前記(H)高沸点溶剤が、1,4−ブタンジオールジアセテート、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテルアセテート、1,6−ヘキサンジオールジアセテート、ε−カプロラクトン、1,3−ブチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、γ−ブチロラクトン、ジプロピレングリコールメチル−n−プロピルエーテル、及びプロピレングリコールジアセテートからなる群より選択される1種以上である、請求項2に記載のブラックカラムスペーサ用感光性樹脂組成物。
  4. 前記(L)低沸点溶剤の大気圧下における沸点が、100℃以上170℃未満である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のブラックカラムスペーサ用感光性樹脂組成物。
  5. 前記(L)低沸点溶剤が、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン、3−メトキシブタノール、及びシクロペンタノンからなる群より選択される1種以上である、請求項4に記載のブラックカラムスペーサ用感光性樹脂組成物。
  6. 前記(A)アルカリ可溶性樹脂が、下式(i)〜(iii)で表される構造のうち少なくとも1つの構造を有する樹脂とアクリル系樹脂とを含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載のブラックカラムスペーサ用感光性樹脂組成物。
    Figure 2015127748
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載のブラックカラムスペーサ用感光性樹脂組成物から形成されたブラックカラムスペーサ。
  8. 請求項7に記載のブラックカラムスペーサを備える表示装置。
  9. 請求項1〜6のいずれか1項に記載のブラックカラムスペーサ用感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、感光性樹脂層を形成する塗布工程と、
    前記感光性樹脂層を所定のスペーサのパターンに応じて露光する露光工程と、
    露光後の感光性樹脂層を現像して、スペーサのパターンを形成する現像工程と、を含むブラックカラムスペーサの形成方法。
  10. 前記露光工程において、ハーフトーンマスクを介して露光が行われる、請求項9に記載のブラックカラムスペーサの形成方法。
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