JP2015137321A - 着色組成物、着色硬化膜及び表示素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】イソインドリン顔料を含む着色組成物において、保存安定性が良好であり、かつ現像残渣を生じない着色組成物を提供すること。【解決手段】(A)イソインドリン顔料及びフタロシアニン顔料を含む着色剤、(B)バインダー樹脂、並びに(C)重合性化合物を含む着色組成物であって、前記フタロシアニン顔料が、ハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料及びハロゲン化銅フタロシアニン顔料を含む、着色組成物。【選択図】なし

Description

本発明は、着色組成物、着色硬化膜及び表示素子に関わり、より詳しくは、透過型あるいは反射型のカラー液晶表示素子、固体撮像素子、有機EL表示素子、電子ペーパー等に用いられる着色硬化膜の形成に用いられる着色組成物、当該着色組成物を用いて形成された着色硬化膜、及び当該着色硬化膜を具備する表示素子に関する。
着色感放射線性組成物を用いてカラーフィルタを製造するに当たっては、基板上に、顔料分散型の着色感放射線性組成物を塗布して乾燥したのち、乾燥塗膜を所望のパターン形状に放射線を照射(以下、「露光」という。)し、現像することにより、各色の画素を得る方法(例えば、特許文献1〜2参照。)が知られている。また、カーボンブラックを分散させた光重合性組成物を利用してブラックマトリックスを形成する方法(例えば、特許文献3参照。)も知られている。さらに、顔料分散型の着色樹脂組成物を用いてインクジェット方式により各色の画素を得る方法(例えば、特許文献4参照。)も知られている。
カラーフィルタで用いられる着色剤としては、耐熱性及び耐溶剤性の観点から、顔料が用いられることが多い。また、緑色画素を形成する着色組成物としては通常、緑色着色剤と黄色着色剤を併用することが多く、例えば特許文献5〜6では、C.I.ピグメントイエロー185とハロゲン化銅フタロシアニンを含む着色組成物が提案されている。
特開平2−144502号公報 特開平3−53201号公報 特開平6−35188号公報 特開2000−310706号公報 特開2005−173287号公報 特開2009−192999号公報
本発明者らの検討によると、C.I.ピグメントイエロー185のようなイソインドリン顔料は着色力に優れているものの、該顔料を含む特許文献5〜6に記載のような着色組成物は保存安定性が悪い、あるいは該着色組成物を用いて着色硬化膜を形成する際に、現像残渣が生じるという問題があることが判明した。そのため、イソインドリン顔料を含む着色組成物において、保存安定性が良好であり、かつ現像残渣を生じない着色組成物の開発が強く求められる。
したがって、本発明の課題は、イソインドリン顔料を含む着色組成物において、保存安定性が良好であり、かつ現像残渣を生じない着色組成物を提供することにある。さらに、本発明の課題は、当該着色組成物を用いて形成された着色硬化膜及び該着色硬化膜を具備する表示素子を提供することにある。
本発明者らは、鋭意検討の結果、特定の着色剤を組み合わせて用いることによって、上記課題を解決できることを見出した。
即ち、本発明は、(A)イソインドリン顔料及びフタロシアニン顔料を含む着色剤、(B)バインダー樹脂、並びに(C)重合性化合物を含む着色組成物であって、前記フタロシアニン顔料が、ハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料及びハロゲン化銅フタロシアニン顔料を含む、着色組成物を提供するものである。
また、本発明は、イソインドリン顔料、ハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料及びハロゲン化銅フタロシアニン顔料を含む着色硬化膜、及び該着色硬化膜を具備する表示素子を提供するものである。ここでいう「着色硬化膜」とは、表示素子や固体撮像素子に用いられる緑色画素等を意味する。
本発明の着色組成物を用いれば、着色硬化膜を形成する際に現像残渣が生じない。また、本発明の着色組成物は保存安定性に優れるため、取り扱いも容易である。さらに、本発明の着色組成物は、塗布ムラが生じにくく、かつ着色硬化膜を形成した場合の耐熱性にも優れる。
したがって、本発明の着色組成物は、カラー液晶表示素子、有機EL表示素子、電子ペーパー等の表示素子、CMOSイメージセンサ等の固体撮像素子の作製に極めて好適に使用することができる。
以下、本発明について詳細に説明する。
着色組成物
以下、本発明の着色組成物の構成成分について詳細に説明する。
−(A)着色剤−
本発明の着色組成物は、イソインドリン顔料、ハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料及びハロゲン化銅フタロシアニン顔料を含む着色剤(A)を含有する。
イソインドリン顔料としてはC.I.ピグメントイエロー139、C.I.ピグメントイエロー185が挙げられ、これらのうち1種を単独で又は2種を組み合わせて用いてよい。中でも、C.I.ピグメントイエロー185が着色力に優れるため好ましい。
ハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料としては、臭素化亜鉛フタロシアニン顔料又は臭素化塩素化亜鉛フタロシアニン顔料が好ましい。臭素化塩素化亜鉛フタロシアニン顔料は、カラーインデックス(C.I.)名においてC.I.ピグメントグリーン58に分類される顔料であり、下記式(α)で表される構造であることが好ましい。
Figure 2015137321
〔式(α)において、Xは、相互に独立して、水素原子、塩素原子または臭素原子を示し、全てのXのうち10〜15個は臭素原子、1〜6個は塩素原子である。〕
ハロゲン化銅フタロシアニン顔料としては、塩素化銅フタロシアニン顔料、塩素化臭素化銅フタロシアニン顔料が挙げられ、これらのうち1種を単独で又は2種を組み合わせて用いてよい。塩素化銅フタロシアニン顔料としてはC.I.ピグメントグリーン7、塩素化臭素化銅フタロシアニン顔料としてはC.I.ピグメントグリーン36が挙げられる。中でも塩素化銅フタロシアニン顔料が好ましく、C.I.ピグメントグリーン7がより好ましい。
本発明においては、イソインドリン顔料の含有量w1とハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料の含有量w2との比w1/w2が質量比で5/95〜75/25であることが好ましく、更にw1/w2=10/90〜40/60であることがより好ましく、w1/w2=10/90〜35/65であることが更に好ましく、w1/w2=10/90〜30/70であることが更に好ましく、15/85〜30/70であることが特に好ましい。
また、イソインドリン顔料の含有量w1とハロゲン化銅フタロシアニン顔料の含有量w3との比w1/w3が質量比で5/95〜70/30であることが好ましく、更にw1/w3=10/90〜40/60であることがより好ましく、w1/w3=10/90〜35/65であることが更に好ましく、w1/w3=10/90〜30/70であることが更に好ましく、12/88〜30/70であることが特に好ましい。
更に、ハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料の含有量w2とハロゲン化銅フタロシアニン顔料の含有量w3との比w2/w3が質量比で10/90〜90/10であることが好ましく、更にw2/w3=20/80〜80/20であることがより好ましく、30/70〜70/30であることが更に好ましく、30/70〜40/60であることが特に好ましい。
以上のような態様とすることにより、塗布ムラが生じにくく、保存安定性に優れた着色組成物を得ることができ、また、残像残渣が生じやすい基板に塗布した場合であっても、現像残渣がなく、しかも耐熱性に優れる着色硬化膜を形成させることができる。
本発明の着色組成物は通常、緑色画素の形成に用いられる。この場合、イソインドリン顔料、ハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料及びハロゲン化銅フタロシアニン顔料と共に他の着色剤を混合することもできる。他の着色剤としては、特に限定されるものではなく、用途に応じて色彩や材質を適宜選択することができる。
他の着色剤としては、顔料及び染料を挙げることができ、他の着色剤は単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。中でも、輝度、コントラスト及び着色力の高い画素を得るという点から、顔料としては、有機顔料が好ましく、また染料としては、有機染料が好ましい。
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、即ち下記のようなカラーインデックス(C.I.)番号が付されているものを挙げることができる。
C.I.ピグメントレッド166、C.I.ピグメントレッド177、C.I.ピグメントレッド224、C.I.ピグメントレッド242、C.I.ピグメントレッド254、C.I.ピグメントレッド264等の赤色顔料;
C.I.ピグメントブルー15:6、C.I.ピグメントブルー16、C.I.ピグメントブルー80等の青色顔料;
C.I.ピグメントイエロー83、C.I.ピグメントイエロー138、C.I.ピグメントイエロー150、C.I.ピグメントイエロー179、C.I.ピグメントイエロー180、C.I.ピグメントイエロー211、C.I.ピグメントイエロー215等のイソインドリン顔料以外の黄色顔料;
C.I.ピグメントオレンジ38等の橙色顔料;
C.I.ピグメントバイオレット23等の紫色顔料。
その他、特開2001−081348号公報、特開2010−026334号公報、特開2010−191304号公報、特開2010−237384号公報、特開2010−237569号公報、特開2011−006602号公報、特開2011−145346号公報等に記載のレーキ顔料を挙げることができる。
また、上記染料としては、キサンテン系染料、トリアリールメタン系染料、シアニン系染料、アントラキノン系染料、アゾ系染料等が好ましい。より具体的には、特開2010−32999号公報、特開2010−254964号公報、特開2011−138094号公報、国際公開第10/123071号パンフレット、特開2011−116803号公報、特開2011−117995号公報、特開2011−133844号公報、特開2011−174987号公報等に記載の有機染料を挙げることができる。
本発明において顔料及び染料は、それぞれ単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
これらの中でも、他の着色剤としては、イソインドリン顔料以外の黄色顔料が好ましい。ただし、C.I.ピグメントイエロー150等のアゾ系顔料の含有量は、イソインドリン顔料の含有量100質量部に対し、400質量部未満(0質量部を含む。アゾ系顔料の含有量については以下同じ。)とするのが好ましく、100質量部未満とするのがより好ましく、50質量部未満とするのがさらに好ましく、10質量部未満とするのがさらに好ましく、5質量部未満とするのがさらに好ましい。また、C.I.ピグメントイエロー138等のキノフタロン顔料の含有量は、ハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料の含有量100質量部に対し、50質量部未満(0質量部を含む。キノフタロン顔料の含有量については以下同じ。)とするのが好ましく、25質量部未満とするのがより好ましく、10質量部未満とするのがさらに好ましく、5質量部未満とするのがさらに好ましい。
本発明においては、イソインドリン顔料、ハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料、ハロゲン化銅フタロシアニン顔料及び任意に混合する他の顔料を、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、これらの顔料は、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が挙げられる。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してもよい。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を採用することができる。
また、本発明においては、イソインドリン顔料、ハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料、ハロゲン化銅フタロシアニン顔料及び任意に混合する他の着色剤と共に、更に公知の分散剤及び分散助剤を含有せしめることもできる。
公知の分散剤としては、例えば、ウレタン系分散剤、ポリエチレンイミン系分散剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系分散剤、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル系分散剤、ポリエチレングリコールジエステル系分散剤、ソルビタン脂肪酸エステル系分散剤、ポリエステル系分散剤、(メタ)アクリル系分散剤等が挙げられ、市販品として、例えば、Disperbyk−2000、Disperbyk−2001、BYK−LPN6919、BYK−LPN21116、BYK−LPN21324(以上、ビックケミー(BYK)社製)等の(メタ)アクリル系分散剤;Disperbyk−161、Disperbyk−162、Disperbyk−165、Disperbyk−167、Disperbyk−170、Disperbyk−182(以上、ビックケミー(BYK)社製)、ソルスパース76500(ルーブリゾール(株)社製)等のウレタン系分散剤;ソルスパース24000(ルーブリゾール(株)社製)等のポリエチレンイミン系分散剤;アジスパーPB821、アジスパーPB822、アジスパーPB880、アジスパーPB881(以上、味の素ファインテクノ(株)社製)等のポリエステル系分散剤を使用することができる。
これらの中でも、分散剤としては、(メタ)アクリル系分散剤、ウレタン系分散剤及びポリエステル系分散剤よりなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、(メタ)アクリル系分散剤がより好ましい。
このような態様により、本発明の所望の効果をより得ることができる。
本発明において、分散剤の含有量は、(A)着色剤100質量部に対して、5〜300質量部が好ましく、10〜200質量部がより好ましく、20〜100質量部が更に好ましい。このような態様とすることにより、本願の所望の効果を得やすくなる。
また、分散助剤としては、顔料誘導体等が挙げられる。顔料誘導体としては、具体的には、銅フタロシアニン、ジケトピロロピロール、キノフタロンのスルホン酸誘導体等を挙げることができる。
(A)着色剤の含有割合は、輝度が高く着色力に優れる画素を形成する点から、着色組成物の固形分中に、通常5〜70質量%、好ましくは5〜60質量%、より好ましくは10〜50質量%であり、特に20〜50質量%が好ましい。ここで固形分とは、後述する溶媒以外の成分である。
また、他の着色剤を含む場合、他の着色剤の含有割合は、着色剤の合計含有量に対して50質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましく、15質量%以下がさらに好ましい。下限値は特に限定されるものではなく、0.01質量%以上であればよい。
−(B)バインダー樹脂−
本発明における(B)バインダー樹脂としては、特に限定されるものではないが、カルボキシル基、フェノール性水酸基等の酸性官能基を有する樹脂であることが好ましい。中でも、カルボキシル基を有する重合体(以下、「カルボキシル基含有重合体」とも称する。)が好ましく、例えば、1個以上のカルボキシル基を有するエチレン性不飽和単量体(以下、「不飽和単量体(b1)」とも称する。)と他の共重合可能なエチレン性不飽和単量体(以下、「不飽和単量体(b2)」とも称する。)との共重合体を挙げることができる。なお、不飽和単量体(b1)はエチレン性不飽和結合を有するカルボン酸無水物であってもよい。
上記不飽和単量体(b1)としては、例えば、(メタ)アクリル酸、こはく酸モノ〔2−(メタ)アクリロイロキシエチル〕、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、p−ビニル安息香酸等のカルボキシル基を1個有するエチレン性不飽和単量体の他、マレイン酸、無水マレイン酸等を挙げることができる。
これらの不飽和単量体(b1)は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
また、上記不飽和単量体(b2)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の如きN−位置換マレイミド;
スチレン、α−メチルスチレン、p−ヒドロキシスチレン、p−ヒドロキシ−α−メチルスチレン、p−ビニルベンジルグリシジルエーテル、アセナフチレンの如き芳香族ビニル化合物;
メチル(メタ)アクリレート、n−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、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(重合度2〜10)メチルエーテル(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(重合度2〜10)メチルエーテル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(重合度2〜10)モノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(重合度2〜10)モノ(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、グリセロールモノ(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート、パラクミルフェノールのエチレンオキサイド変性(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、3−〔(メタ)アクリロイルオキシメチル〕オキセタン、3−〔(メタ)アクリロイルオキシメチル〕−3−エチルオキセタンの如き(メタ)アクリル酸エステル;
シクロヘキシルビニルエーテル、イソボルニルビニルエーテル、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルビニルエーテル、ペンタシクロペンタデカニルビニルエーテル、3−(ビニルオキシメチル)−3−エチルオキセタンの如きビニルエーテル;
ポリスチレン、ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリ−n−ブチル(メタ)アクリレート、ポリシロキサンの如き重合体分子鎖の末端にモノ(メタ)アクリロイル基を有するマクロモノマー等を挙げることができる。
これらの不飽和単量体(b2)は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
不飽和単量体(b1)と不飽和単量体(b2)の共重合体において、該共重合体中の不飽和単量体(b1)の共重合割合は、好ましくは5〜50質量%、より好ましくは10〜40質量%である。このような範囲で不飽和単量体(b1)を共重合させることにより、アルカリ現像性及び保存安定性に優れた着色組成物を得ることができる。
不飽和単量体(b1)と不飽和単量体(b2)の共重合体の具体例としては、例えば、特開平7−140654号公報、特開平8−259876号公報、特開平10−31308号公報、特開平10−300922号公報、特開平11−174224号公報、特開平11−258415号公報、特開2000−56118号公報、特開2004−101728号公報等に開示されている共重合体を挙げることができる。
また、本発明においては、例えば、特開平5−19467号公報、特開平6−230212号公報、特開平7−207211号公報、特開平9−325494号公報、特開平11−140144号公報、特開2008−181095号公報等に開示されているように、側鎖に(メタ)アクリロイル基等の重合性不飽和結合を有するカルボキシル基含有重合体を、バインダー樹脂として使用することもできる。
本発明におけるバインダー樹脂は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、GPCと略す。)(溶出溶媒:テトラヒドロフラン)で測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)が、通常1,000〜100,000、好ましくは3,000〜50,000である。このような態様とすることで、被膜の残膜率、パターン形状、耐熱性、電気特性、解像度がより一層高められ、また塗布時の乾燥異物の発生を高水準で抑制することができる。
また、本発明におけるバインダー樹脂の重量平均分子量(Mw)と、数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)は、好ましくは1.0〜5.0、より好ましくは1.0〜3.0である。なお、ここでいう、Mnは、GPC(溶出溶媒:テトラヒドロフラン)で測定したポリスチレン換算の数平均分子量をいう。
本発明におけるバインダー樹脂は、公知の方法により製造することができるが、例えば、特開2003−222717号公報、特開2006−259680号公報、国際公開第07/029871号パンフレット等に開示されている方法により、その構造やMw、Mw/Mnを制御することもできる。
本発明において、バインダー樹脂は単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
本発明において、バインダー樹脂の含有量は、(A)着色剤100質量部に対して、通常10〜1,000質量部、好ましくは20〜500質量部であり、より好ましくは30〜300質量部である。このような態様とすることで、アルカリ現像性、着色組成物の保存安定性、パターン形状、色度特性をより一層高めることができる。
−(C)重合性化合物−
本発明において重合性化合物とは、2個以上の重合可能な基を有する化合物をいう。重合可能な基としては、例えば、エチレン性不飽和基、オキシラニル基、オキセタニル基、N−アルコキシメチルアミノ基等を挙げることができる。本発明において、重合性化合物としては、2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物、又は2個以上のN−アルコキシメチルアミノ基を有する化合物が好ましい。
2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物の具体例としては、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)アクリレート等を挙げることができる。
ここで、脂肪族ポリヒドロキシ化合物としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールの如き2価の脂肪族ポリヒドロキシ化合物;グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトールの如き3価以上の脂肪族ポリヒドロキシ化合物を挙げることができる。上記水酸基を有する(メタ)アクリレートとしては、例えば、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、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、グリセロールジ(メタ)アクリレート等を挙げることができる。上記多官能イソシアネートとしては、例えば、トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジフェニルメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等を挙げることができる。上記酸無水物としては、例えば、無水こはく酸、無水マレイン酸、無水グルタル酸、無水イタコン酸、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸の如き二塩基酸の無水物、無水ピロメリット酸、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物の如き四塩基酸二無水物を挙げることができる。
また、上記カプロラクトン変性された多官能(メタ)アクリレートとしては、例えば、特開平11−44955号公報の段落〔0015〕〜〔0018〕に記載されている化合物を挙げることができる。
上記アルキレンオキサイド変性された多官能(メタ)アクリレートとしては、エチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドから選ばれる少なくとも1種により変性されたビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドから選ばれる少なくとも1種により変性されたイソシアヌル酸トリ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドから選ばれる少なくとも1種により変性されたトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドから選ばれる少なくとも1種により変性されたグリセロールトリ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドから選ばれる少なくとも1種により変性されたペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドから選ばれる少なくとも1種により変性されたペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドから選ばれる少なくとも1種により変性されたジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドから選ばれる少なくとも1種により変性されたジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドから選ばれる少なくとも1種により変性されたジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドから選ばれる少なくとも1種により変性されたジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
また、上記2個以上のN−アルコキシメチルアミノ基を有する化合物としては、例えば、メラミン構造、ベンゾグアナミン構造、ウレア構造を有する化合物等を挙げることができる。なお、メラミン構造、ベンゾグアナミン構造とは、1以上のトリアジン環又はフェニル置換トリアジン環を基本骨格として有する化学構造をいい、メラミン、ベンゾグアナミン又はそれらの縮合物をも含む概念である。2個以上のN−アルコキシメチルアミノ基を有する化合物の具体例としては、N,N,N',N',N'',N''−ヘキサ(アルコキシメチル)メラミン、N,N,N',N'−テトラ(アルコキシメチル)ベンゾグアナミン、N,N,N',N'−テトラ(アルコキシメチル)グリコールウリル等を挙げることができる。
これらの重合性化合物のうち、3価以上の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、N,N,N',N',N'',N''−ヘキサ(アルコキシメチル)メラミン、N,N,N',N'−テトラ(アルコキシメチル)ベンゾグアナミンが好ましい。
また、着色層の強度が高く、着色層の表面平滑性に優れ、かつ未露光部の基板上及び遮光層上に地汚れ、膜残り等を発生し難い点から、3価以上の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)アクリレートの中では、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、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が好ましく、アルキレンオキサイド変性された多官能(メタ)アクリレートの中では、下記式(1)
Figure 2015137321
〔式(1)において、R1は水素原子又はメチル基を示し、R2はエチレン基又はプロパンジイル基を示し、mは1〜12の整数を示し、「*」は結合手であることを示す。〕
で表される基を少なくとも1個有する3官能以上の(メタ)アクリレート(以下、重合性化合物(C1)とも称する。)が好ましく、カルボキシル基を有する多官能(メタ)アクリレートの中では、ペンタエリスリトールトリアクリレートと無水こはく酸を反応させて得られる化合物、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートと無水こはく酸を反応させて得られる化合物が好ましい。
また、上記式(1)において、R2で示されるプロパンジイル基としては、プロパン−1,1−ジイル基、プロパン−1,2−ジイル基、プロパン−1,3−ジイル基が挙げられ、中でも、プロパン−1,2−ジイル基が好ましい。
2としては、現像時の現像残渣の抑制、画素等の着色パターンの欠けの発生抑制、着色パターンの直線性の悪化の抑制の観点から、エチレン基が好ましい。
また、上記重合性化合物(C1)としては、現像時の現像残渣の抑制、画素等の着色パターンの欠けの発生抑制、着色パターンの直線性の悪化の抑制の観点及び保存安定性の観点から、下記式(1−1)〜(1−3)で表される化合物が特に好ましい。
Figure 2015137321
〔式(1−1)において、3個のX1のうち1個以上が上記式(1)で表される基であり、且つ残余が(メタ)アクリロイルオキシ基であり、式(1)中の各記号は、前記と同義である。〕
Figure 2015137321
〔式(1−2)において、4個のX2のうち1個以上が上記式(1)で表される基であり、且つ残余が(メタ)アクリロイルオキシ基又は水酸基であり、式(1)中の各記号は、前記と同義である。但し、上記式(1)で表される基の数をa1、(メタ)アクリロイルオキシ基の数をb1としたときに、a1+b1≧3である。〕
Figure 2015137321
〔式(1−3)において、6個のX3のうち1個以上が上記式(1)で表される基であり、且つ残余が(メタ)アクリロイルオキシ基又は水酸基であり、式(1)中の各記号は、前記と同義である。但し、上記式(1)で表される基の数をa2、(メタ)アクリロイルオキシ基の数をb2としたときに、a2+b2≧3である。〕
上記式(1−1)においては、各mの合計が、好ましくは1〜36の整数、より好ましくは2〜30の整数、更に好ましくは2〜20の整数、更に好ましくは3〜10の整数となるように、上記式(1)で表される基を有することが好ましい。
上記式(1−2)においては、各mの合計が、好ましくは1〜48の整数、より好ましくは2〜40の整数、更に好ましくは2〜16の整数、更に好ましくは4〜8の整数となるように、上記式(1)で表される基を有することが好ましい。
また、上記式(1−2)においては、合成容易性の観点から、a1+b1が4であるのが好ましい。
上記式(1−3)においては、各mの合計が、好ましくは1〜72の整数、より好ましくは3〜60の整数、更に好ましくは3〜24の整数、更に好ましくは6〜12の整数となるように、上記式(1)で表される基を有することが好ましい。
また、上記式(1−3)においては、合成容易性の観点から、a2+b2が5又は6であるのが好ましい。
上記式(1−1)で表される重合性化合物は、新中村化学工業(株)から市販されており、A−GLY−3E(上記式(1−1)において、各mの合計が3であり、R1が水素原子、R2がエチレン基である化合物)、A−GLY−6E(上記式(1−1)において、各mの合計が6であり、R1が水素原子、R2がエチレン基である化合物)、A−GLY−9E(上記式(1−1)において、各mの合計が9であり、R1が水素原子、R2がエチレン基である化合物)、A−GLY−20E(上記式(1−1)において、各mの合計が20であり、R1が水素原子、R2がエチレン基である化合物)等を挙げることができる。
上記式(1−2)で表される重合性化合物及び上記式(1−3)で表される重合性化合物は、日本化薬(株)から市販されており、KAYARAD RP−1040(上記式(1−2)において、a1+b1=4であり、各mの合計が4であり、R1が水素原子、R2がエチレン基である化合物が主成分)、KAYARAD DPEA−12(上記式(1−3)において、a2+b2=6であり、各mの合計が12であり、R1が水素原子、R2がエチレン基である化合物が主成分)等を挙げることができる。
これらの中でも、現像時の現像残渣の抑制、画素等の着色パターンの欠けの発生抑制の観点から、重合性化合物(C1)としては、式(1−2)〜(1−3)で表される化合物が特に好ましい。
本発明において、(C)重合性化合物は、単独で又は2種以上を混合して使用することができるが、残像残渣が生じやすい基板に塗布した場合であっても現像残渣の無い着色硬化膜を形成させることができる点や保存安定性の観点から、3価以上の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、及びアルキレンオキサイド変性された多官能(メタ)アクリレートを含む態様がより好ましい。この場合、3価以上の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)アクリレートの含有割合は、保存安定性等の観点から、(C)重合性化合物の合計に対して、50質量%以上が好ましく、60質量%以上がより好ましく、70質量%以上が更に好ましく、また、95質量%以下が好ましく、90質量%以下がより好ましく、85質量%以下が更に好ましい。また、アルキレンオキサイド変性された多官能(メタ)アクリレートの含有割合は、保存安定性等の観点から、(C)重合性化合物の合計に対して、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、15質量%以上が更に好ましく、また、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、30質量%以下が更に好ましい。また、3価以上の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)アクリレートの含有量WC1と、アルキレンオキサイド変性された多官能(メタ)アクリレートの含有量WC2との比WC1/WC2としては、保存安定性等の観点から、質量比で、50/50〜95/5が好ましく、60/40〜90/10がより好ましく、70/30〜85/15が更に好ましい。
本発明における(C)重合性化合物の含有量は、(A)着色剤100質量部に対して、10〜1,000質量部が好ましく、20〜700質量部がより好ましく、80〜500質量部が更に好ましく、80〜300質量部が特に好ましい。また、(C)重合性化合物の含有量は、(B)バインダー樹脂100質量部に対して、50〜300質量部が好ましく、80〜250質量部がより好ましく、100〜200質量部が更に好ましく、120〜180質量部が特に好ましい。このような態様とすることで、硬化性、アルカリ現像性がより一層高められ、未露光部の基板上あるいは遮光層上に地汚れ、膜残り等の発生を高水準で抑制することができる。
−(D)光重合開始剤−
本発明の着色組成物には、光重合開始剤を含有せしめることができる。これにより、着色組成物に感放射線性を付与することができる。本発明に用いる光重合開始剤は、可視光線、紫外線、遠紫外線、電子線、X線等の放射線の露光により、上記重合性化合物の重合を開始しうる活性種を発生する化合物である。
このような光重合開始剤としては、例えば、チオキサントン化合物、アセトフェノン化合物、ビイミダゾール化合物、トリアジン化合物、O−アシルオキシム化合物、オニウム塩化合物、ベンゾイン化合物、ベンゾフェノン化合物、α−ジケトン化合物、多核キノン化合物、ジアゾ化合物、イミドスルホナート化合物等を挙げることができる。
本発明において、光重合開始剤は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。光重合開始剤としては、チオキサントン化合物、アセトフェノン化合物、ビイミダゾール化合物、トリアジン化合物、及びO−アシルオキシム化合物から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
本発明における好ましい光重合開始剤のうち、チオキサントン化合物の具体例としては、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を挙げることができる。
また、上記アセトフェノン化合物の具体例としては、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−オン等を挙げることができる。
また、上記ビイミダゾール化合物の具体例としては、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'−ビイミダゾール等を挙げることができる。
なお、光重合開始剤としてビイミダゾール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。ここでいう「水素供与体」とは、露光によりビイミダゾール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水素供与体を挙げることができる。本発明において、水素供与体は、単独で又は2種以上を混合して使用することができるが、1種以上のメルカプタン水素供与体と1種以上のアミン水素供与体とを組み合わせて使用することが、さらに感度を改良することができる点で好ましい。
また、上記トリアジン化合物の具体例としては、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−トリアジン等のハロメチル基を有するトリアジン化合物を挙げることができる。
また、O−アシルオキシム化合物の具体例としては、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)等を挙げることができる。O−アシルオキシム化合物の市販品としては、NCI−831、NCI−930(以上、株式会社ADEKA社製)、DFI−020、DFI−091(以上、ダイトーケミックス株式会社製)等を使用することもできる。
本発明において、アセトフェノン化合物等のビイミダゾール化合物以外の光重合開始剤を用いる場合には、増感剤を併用することもできる。このような増感剤としては、例えば、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、4−ジエチルアミノアセトフェノン、4−ジメチルアミノプロピオフェノン、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2−エチルヘキシル、2,5−ビス(4−ジエチルアミノベンザル)シクロヘキサノン、7−ジエチルアミノ−3−(4−ジエチルアミノベンゾイル)クマリン、4−(ジエチルアミノ)カルコン等を挙げることができる。
本発明において、(D)光重合開始剤の含有量は、(C)重合性化合物100質量部に対して、0.01〜120質量部が好ましく、1〜100質量部がより好ましく、1〜50質量部がさらに好ましい。このような態様とすることで、硬化性、被膜特性をより一層高めることができる。
−(E)溶媒−
本発明の着色組成物は、上記(A)〜(C)成分、及び任意的に加えられる他の成分を含有するものであるが、通常、溶媒を配合して液状組成物として調製される。
(E)溶媒としては、着色組成物を構成する(A)〜(C)成分や他の成分を分散又は溶解し、かつこれらの成分と反応せず、適度の揮発性を有するものである限り、適宜に選択して使用することができる。
このような溶媒のうち、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;
乳酸メチル、乳酸エチル等の乳酸アルキルエステル類;
メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソプロパノール、イソブタノール、t−ブタノール、オクタノール、2−エチルヘキサノール、シクロヘキサノール等の(シクロ)アルキルアルコール類;
ジアセトンアルコール等のケトアルコール類;
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モノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、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等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;
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等のジアルキレングリコールジアルキルエーテル類;
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;
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、エトキシ酢酸エチル、3−メチル−3−メトキシブチルプロピオネート等のアルコキシカルボン酸エステル類;
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−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n−プロピル、酪酸i−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、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2−オキソブタン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,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド又はラクタム類
等を挙げることができる。
これらの溶媒のうち、溶解性、顔料分散性、塗布性等の観点から、(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル類、乳酸アルキルエステル類、(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、ジアルキレングリコールジアルキルエーテル類、他のエーテル類、ケトン類、ジアセテート類、アルコキシカルボン酸エステル類、他のエステル類が好ましく、
(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル類、乳酸アルキルエステル類、(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、ジアルキレングリコールジアルキルエーテル類、ケトン類、ジアセテート類、アルコキシカルボン酸エステル類、他のエステル類がより好ましく、
特に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、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、3−メトキシブチルアセテート、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、ピルビン酸エチル等が好ましい。
本発明において、溶媒は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
(E)溶媒の含有量は、特に限定されるものではないが、着色組成物の溶媒を除いた各成分の合計濃度が、5〜50質量%となる量が好ましく、10〜40質量%となる量がより好ましい。このような態様とすることにより、分散性、安定性の良好な着色剤分散液、並びに塗布性、安定性の良好な着色組成物を得ることができる。
−添加剤−
本発明の着色組成物は、必要に応じて、種々の添加剤を含有することもできる。
添加剤としては、例えば、ガラス、アルミナ等の充填剤;ポリビニルアルコール、ポリ(フロオロアルキルアクリレート)類等の高分子化合物;フッ素系界面活性剤、シリコン系界面活性剤等の界面活性剤;ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、2−(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、3−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロイロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等の密着促進剤;2,2−チオビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,6−ジ−t−ブチルフェノール、ペンタエリスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、3,9−ビス[2−[3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)−プロピオニルオキシ]−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、チオジエチレンビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]等の酸化防止剤;2−(3−t−ブチル−5−メチル−2−ヒドロキシフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、アルコキシベンゾフェノン類等の紫外線吸収剤;ポリアクリル酸ナトリウム等の凝集防止剤;マロン酸、アジピン酸、イタコン酸、シトラコン酸、フマル酸、メサコン酸、2−アミノエタノール、3−アミノ−1−プロパノール、5−アミノ−1−ペンタノール、3−アミノ−1,2−プロパンジオール、2−アミノ−1,3−プロパンジオール、4−アミノ−1,2−ブタンジオール等の残渣改善剤;こはく酸モノ〔2−(メタ)アクリロイロキシエチル〕、フタル酸モノ〔2−(メタ)アクリロイロキシエチル〕、ω−カルボキシポリカプロラクトンモノ(メタ)アクリレート等の現像性改善剤等を挙げることができる。
本発明の着色組成物は、適宜の方法により調製することができ、その調製方法としては、例えば、(A)〜(C)成分を、(E)溶媒や任意的に加えられる他の成分と共に、混合することにより調製することができる。中でも、顔料を(E)溶媒中、分散剤の存在下で、場合により(B)成分の一部と共に、例えばビーズミル、ロールミル等を用いて、粉砕しつつ混合・分散して顔料分散液とし、次いで、この顔料分散液に、(B)〜(C)成分と、必要に応じてさらに追加の溶媒や他の成分を添加し、混合することにより調製する方法が好ましい。
着色硬化膜及びその製造方法
本発明の着色硬化膜は、イソインドリン顔料、ハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料及びハロゲン化銅フタロシアニン顔料を含むものであり、好ましくは本発明の着色組成物を用いて形成されたものである。例えば、カラーフィルタに用いられる緑色画素がある。
以下、カラーフィルタに用いられる着色硬化膜及びその形成方法について説明する。
カラーフィルタを構成する着色硬化膜を形成する方法としては、第一に次の方法が挙げられる。まず、基板の表面上に、必要に応じて、画素を形成する部分を区画するように遮光層(ブラックマトリックス)を形成する。次いで、この基板上に、例えば、緑色の本発明の感放射線性着色組成物の液状組成物を塗布したのち、プレベークを行って溶媒を蒸発させ、塗膜を形成する。次いで、この塗膜にフォトマスクを介して露光したのち、アルカリ現像液を用いて現像して、塗膜の未露光部を溶解除去する。その後、ポストベークすることにより、緑色の画素パターン(着色硬化膜)が所定の配列で配置された画素アレイを形成する。
次いで、赤色又は青色の各感放射線性着色組成物を用い、上記と同様にして、各感放射線性着色組成物の塗布、プレベーク、露光、現像及びポストベークを行って、赤色の画素アレイ及び青色の画素アレイを同一基板上に順次形成する。これにより、赤色、緑色及び青色の三原色の画素アレイが基板上に配置されたカラーフィルタが得られる。但し、本発明においては、各色の画素を形成する順序は、上記のものに限定されない。
また、ブラックマトリックスは、スパッタや蒸着により成膜したクロム等の金属薄膜を、フォトリソグラフィー法を利用して所望のパターンとすることにより形成することができるが、黒色の顔料が分散された感放射線性着色組成物を用いて、上記画素の形成の場合と同様にして形成することもできる。
着色硬化膜を形成する際に使用される基板としては、例えば、ガラス、シリコン、ポリカーボネート、ポリエステル、芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド等を挙げることができる。
また、これらの基板には、所望により、シランカップリング剤等による薬品処理、プラズマ処理、イオンプレーティング、スパッタリング、気相反応法、真空蒸着等の適宜の前処理を施しておくこともできる。
感放射線性着色組成物を基板に塗布する際には、スプレー法、ロールコート法、回転塗布法(スピンコート法)、スリットダイ塗布法(スリット塗布法)、バー塗布法等の適宜の塗布法を採用することができるが、特に、スピンコート法、スリットダイ塗布法を採用することが好ましい。
プレベークは、通常、減圧乾燥と加熱乾燥を組み合わせて行われる。減圧乾燥は、通常50〜200Paに到達するまで行う。また、加熱乾燥の条件は、通常70〜110℃で1〜10分程度である。
塗布厚さは、乾燥後の膜厚として、通常、0.6〜8μm、好ましくは1.2〜5μmである。
画素及びブラックマトリックスから選ばれる少なくとも1種を形成する際に使用される放射線の光源としては、例えば、キセノンランプ、ハロゲンランプ、タングステンランプ、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、中圧水銀灯、低圧水銀灯等のランプ光源やアルゴンイオンレーザー、YAGレーザー、XeClエキシマーレーザー、窒素レーザー等のレーザー光源等を挙げることができる。露光光源として、紫外線LEDを使用することもできる。波長は、190〜450nmの範囲にある放射線が好ましい。
放射線の露光量は、一般的には10〜10,000J/m2が好ましい。
また、上記アルカリ現像液としては、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、コリン、1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ−[4.3.0]−5−ノネン等の水溶液が好ましい。
アルカリ現像液には、例えば、メタノール、エタノール等の水溶性有機溶剤や界面活性剤等を適量添加することもできる。なお、アルカリ現像後は、通常、水洗する。
現像処理法としては、シャワー現像法、スプレー現像法、ディップ(浸漬)現像法、パドル(液盛り)現像法等を適用することができる。現像条件は、常温で5〜300秒が好ましい。
ポストベークの条件は、通常180〜280℃で10〜60分程度である。
このようにして形成された画素の膜厚は、通常0.5〜5μm、好ましくは1.0〜3μmである。
また、カラーフィルタを構成する着色硬化膜を形成する第二の方法として、特開平7−318723号公報、特開2000−310706号公報等に開示されている、インクジェット方式により各色の画素を得る方法を採用することができる。この方法においては、まず、基板の表面上に、遮光機能も兼ねた隔壁を形成する。次いで、形成された隔壁内に、例えば、緑色の本発明の熱硬化性着色組成物の液状組成物を、インクジェット装置により吐出したのち、プレベークを行って溶媒を蒸発させる。次いで、この塗膜を必要に応じて露光したのち、ポストベークすることにより硬化させ、緑色の画素パターンを形成する。
次いで、赤色又は青色の各熱硬化性着色組成物を用い、上記と同様にして、赤色の画素パターン及び青色の画素パターンを同一基板上に順次形成する。これにより、赤色、緑色及び青色の三原色の画素パターンが基板上に配置されたカラーフィルタが得られる。但し、本発明においては、各色の画素を形成する順序は、上記のものに限定されない。
なお、隔壁は、遮光機能のみならず、区画内に吐出された各色の熱硬化性着色組成物が混色しないための機能も果たしているため、上記した第一の方法で使用されるブラックマトリックスに比べ、膜厚が厚い。したがって、隔壁は、通常、黒色感放射線性組成物を用いて形成される。
着色硬化膜を形成する際に使用される基板や放射線の光源、また、プレベークやポストベークの方法や条件は、上記した第一の方法と同様である。このようにして、インクジェット方式により形成された画素の膜厚は、隔壁の高さと同程度である。
このようにして得られた画素パターン上に、必要に応じて保護膜を形成した後、透明導電膜をスパッタリングにより形成する。透明導電膜を形成した後、更にスペーサーを形成してカラーフィルタとすることもできる。スペーサーは、通常、感放射線性組成物を用いて形成されるが、遮光性を有するスペーサー(ブラックスペーサー)とすることもできる。この場合、黒色の着色剤が分散された着色感放射線性組成物が用いられる。
このようにして形成された本発明の着色硬化膜を含むカラーフィルタは、輝度、コントラスト及び着色力が極めて高いため、カラー液晶表示素子、カラー撮像管素子、カラーセンサー、有機EL表示素子、電子ペーパー等に極めて有用である。
表示素子
本発明の表示素子は、本発明の着色硬化膜を具備するものである。表示素子としては、カラー液晶表示素子、有機EL表示素子、電子ペーパー等を挙げることができる。
本発明の着色硬化膜を具備するカラー液晶表示素子は、透過型でも反射型でもよく、適宜の構造を採ることができる。例えば、カラーフィルタを、薄膜トランジスター(TFT)が配置された駆動用基板とは別の基板上に形成して、駆動用基板とカラーフィルタを形成した基板とが、液晶層を介して対向した構造を採ることができ、さらに薄膜トランジスター(TFT)が配置された駆動用基板の表面上にカラーフィルタを形成した基板と、ITO(錫をドープした酸化インジュウム)電極を形成した基板とが、液晶層を介して対向した構造を採ることもできる。後者の構造は、開口率を格段に向上させることができ、明るく高精細な液晶表示素子が得られるという利点を有する。なお、後者の構造を採用する場合、ブラックマトリックスやブラックスペーサーは、カラーフィルタを形成した基板側、並びにITO電極を形成した基板側のどちらに形成されていても良い。
本発明の着色硬化膜を具備するカラー液晶表示素子は、冷陰極蛍光管(CCFL:Cold Cathode Fluorescent Lamp)の他、白色LEDを光源とするバックライトユニットを具備することができる。白色LEDとしては、例えば、赤色LEDと緑色LEDと青色LEDを組み合わせて混色により白色光を得る白色LED、青色LEDと赤色LEDと緑色蛍光体を組み合わせて混色により白色光を得る白色LED、青色LEDと赤色発光蛍光体と緑色発光蛍光体を組み合わせて混色により白色光を得る白色LED、青色LEDとYAG系蛍光体の混色により白色光を得る白色LED、青色LEDと橙色発光蛍光体と緑色発光蛍光体を組み合わせて混色により白色光を得る白色LED、紫外線LEDと赤色発光蛍光体と緑色発光蛍光体と青色発光蛍光体を組み合わせて混色により白色光を得る白色LED等を挙げることができる。
本発明の着色硬化膜を具備するカラー液晶表示素子には、TN(Twisted Nematic)型、STN(Super Twisted Nematic)型、IPS(In−Planes Switching)型、VA(Vertical Alignment)型、OCB(Optically Compensated Birefringence)型等の適宜の液晶モードが適用できる。
また、本発明の着色硬化膜を具備する有機EL表示素子は、適宜の構造を採ることが可能であり、例えば、特開平11−307242号公報に開示されている構造を挙げることができる。
また、本発明の着色硬化膜を具備する電子ペーパーは、適宜の構造を採ることが可能であり、例えば、特開2007−41169号公報に開示されている構造を挙げることができる。
以下、実施例を挙げて、本発明の実施の形態をさらに具体的に説明する。但し、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
<バインダー樹脂の合成>
合成例1
バインダー樹脂(B−1)
冷却管と攪拌機を備えたフラスコに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート80質量部を仕込んで窒素置換した。80℃に加熱して、同温度で、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート50質量部、メタクリル酸15質量部、スチレン10質量部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート12.5質量部、2−エチルヘキシルメタクリレート38質量部、N−フェニルマレイミド12質量部及びこはく酸モノ(2−アクリロイロキシエチル)12.5質量部の混合溶液、並びにプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート20質量部及び2,2'−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)6質量部の混合溶液を3時間かけて各々滴下し、この温度を保持して1時間重合した。その後、反応溶液の温度を100℃に昇温させ、さらに1時間重合した。その後室温に冷却し、固形分濃度が40質量%となるようにプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを加えることにより、樹脂溶液(固形分濃度=40質量%)を得た。得られた樹脂は、Mw=10,800、Mn=5,900、Mw/Mn=1.83であった。これをバインダー樹脂(B−1)溶液とする。
<顔料分散液の調製>
調製例1
顔料分散液(G−1)
(A)着色剤としてC.I.ピグメントグリーン7を4.50質量部、C.I.ピグメントグリーン58を6.75質量部及びC.I.ピグメントイエロー185を0.75質量部、分散剤としてBYK−LPN21116(ビックケミー(BYK)社製、不揮発成分40質量%)を13.0質量部、(B)バインダー樹脂としてバインダー樹脂(B−1)溶液(固形分濃度40%)を10.0質量部、並びに(E)溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート57.0質量部及びプロピレングリコールモノエチルエーテル8.0質量部を用いて、ビーズミルにより混合・分散して緑色の顔料分散液(G−1)を調製した。
顔料分散液(G−2)〜(G−11)
調製例1において、各成分の種類及び量を表1に示すように変更した以外は調製例1と同様にして、緑色の顔料分散液(G−2)〜(G−11)を調製した。
Figure 2015137321
表1において、各成分は以下の通りである。
G7 :C.I.ピグメントグリーン7
G58 :C.I.ピグメントグリーン58
Y185 :C.I.ピグメントイエロー185
Y150 :C.I.ピグメントイエロー150
Y138 :C.I.ピグメントイエロー138
Y109 :C.I.ピグメントイエロー109
Y74 :C.I.ピグメントイエロー74
LPN21116:BYK−LPN21116(ビックケミー(BYK)社製、不揮発成分40質量%)
LPN6919 :BYK−LPN6919(ビックケミー(BYK)社製、不揮発成分40質量%)
PGMEA:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
PGEE :プロピレングリコールモノエチルエーテル
<着色組成物の調製及び評価>
実施例1
着色組成物の調製
(A)着色剤を含む顔料分散液(G−1)624質量部、(B)バインダー樹脂としてバインダー樹脂(B−1)溶液91質量部、(C)重合性化合物としてジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(日本化薬株式会社製、商品名KAYARAD DPHA)を63質量部、及び上記式(1−2)で表される化合物(日本化薬株式会社製、KAYARAD RP−1040)27質量部、(D)光重合開始剤として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(チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社製、商品名イルガキュア369)2.0質量部及びNCI−930(株式会社ADEKA社製)2.0質量部、酸化防止剤として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)プロピオナート](BASFジャパン株式会社製、商品名Irganox1010)1.0質量部、フッ素系界面活性剤としてメガファックF−554(DIC株式会社製)のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート5質量%溶液を9.7質量部、並びに(E)溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート321質量部及び3−メトキシブチルアセテート100質量部を混合して、緑色の着色組成物(S−1)を調製した。
保存安定性の評価
得られた着色組成物の粘度を、E型粘度計(東京計器製)を用いて測定し、このときの値を初期粘度とした。次に、得られた着色組成物を遮光ガラス容器に充填し、密閉状態で23℃にて14日間静置した後、E型粘度計(東京計器製)を用いて再度粘度を測定し、これを14日後粘度とした。次式により計算される粘度変化率が3%未満の場合を「◎」、3%以上5%未満の場合を「〇」、5%以上10%未満の場合を「△」10%以上の場合を「×」として評価した。評価結果を表3に示す。
粘度変化率(%)=((14日後粘度)−(初期粘度))×100/(初期粘度)
残渣の評価
得られた着色組成物を下記に示す各種基板(SiNx基板、EAGLE XG基板、樹脂BM基板)上に、スピンコーターを用いて塗布したのち、80℃のホットプレート上で2分間プレベークを行って、膜厚2.5μmの塗膜を形成した。次いで、基板を室温に冷却したのち、高圧水銀ランプを用い、フォトマスク(スリット幅90μm)を介して、塗膜に365nm、405nmおよび436nmの各波長を含む紫外線を露光した。このときの露光量は1,000J/m2とした。その後、塗膜に23℃の0.04質量%水酸化カリウム水溶液からなる現像液を1kgf/cm2の現像圧(ノズル径1mm)で1分間吐出することにより、シャワー現像を行った。その後これらの基板を超純水で洗浄し、風乾した後、更に220℃で30分間ポストベークを行うことにより、基板上に緑色のストライプ状画素パターンを形成した。基板上の画素パターンを光学顕微鏡にて観察し、未露光部の基板上に現像残渣がなければ「〇」、現像残渣が認められれば「×」とした。評価結果を表3に示す。
なお、用いた基板は次の通りである。
SiNx基板:ガラス基板上に窒化ケイ素膜が形成された基板
EAGLE XG基板:コーニング社製。商品名EAGLE XG
樹脂BM基板:膜厚1μmの樹脂ブラックマトリックスが形成された無アルカリガラス
塗布ムラの評価
得られた着色組成物を、550×650mmのガラス上にスリットダイコーター(東京応化工業(株)製、型式「TR632105−CL」)を用いて塗布した。次に、到達圧力を100Paに設定し真空乾燥により溶媒を除去した。更に80℃において2分間プレベークすることにより、膜厚2.5μmの塗膜を形成した。この塗膜につき、20点の測定点において膜厚を測定し、下記式により膜厚均一性を算出した。
膜厚の均一性(%)=(塗布膜厚の最大値−最小値)×100/((20点の塗布膜厚の平均)×2)
このように算出された塗布膜厚の均一性が2%以下である場合、膜厚均一性は良好といえる。塗布膜厚の均一性が1%以下である場合を「◎」、1%を超え2%以下の場合を「〇」、2%超過の場合を「×」とした。評価結果を表3に示す。
なお、上記20点の測定点は、以下のようにして定めた。すなわち、基板(550×650mm)の長辺および短辺の各端部から50mmの範囲を除いた内側の領域(450×550mm)を測定領域とし、該領域内で長辺方向および短辺方向の直線上でそれぞれ40mmおきに各10点(計20点)を決め、これらを測定点とした。
耐熱性の評価
得られた着色組成物を、ガラス基板上に、スピンコーターを用いて塗布した後、80℃のホットプレートで2分間プレベークを行って膜厚約2.5μmの塗膜を形成した。次いで、この基板を室温に冷却したのち、高圧水銀ランプを用い、フォトマスクを介さずに、塗膜に365nm、405nm及び436nmの各波長を含む放射線を1000J/m2の露光量で露光した。その後230℃のクリーンオーブン内で20分間ポストベークし、基板上に着色硬化膜を形成した。得られた着色硬化膜について、カラーアナライザー(大塚電子(株)製MCPD2000)を用い、C光源、2度視野にて、CIE表色系における色度座標値(x,y)及び刺激値(Y)を測定した。
次に、この基板を230℃のクリーンオーブン内でさらに5時間追加ポストベークした。この基板について、追加ポストベーク後の色度座標値(x,y)及び刺激値(Y)を測定し、追加ベーク前後での色差、即ちΔEabを評価した。評価結果を表3に示す。色差が小さいほど耐熱性が良好と言える。ΔEabが3.0未満の場合を「〇」、3.0以上の場合を「×」として評価した。
実施例2〜5及び比較例1〜6
実施例1において、各成分の種類及び量を表2に示すように変更した以外は実施例1と同様にして、着色組成物(S−2)〜(S−11)を調製した。そして、得られた着色組成物について、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表3に示す。
Figure 2015137321
表2において、各成分は以下の通りである。
C−1:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(日本化薬株式会社製、商品名KAYARAD DPHA)
C−2:KAYARAD RP−1040(日本化薬株式会社製、前記式(1−2)において、4個のX2のうち1個以上が前記式(1)で表される基であり、且つ残余がアクリロイルオキシ基である。但し式(1)において、R1は水素原子を示し、R2はエチレン基を示し、各mの合計が4である。〕
D−1:2−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(チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社製、商品名イルガキュア369)
D−2:NCI−930(株式会社ADEKA社製)
F−1: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)プロピオナート](BASFジャパン株式会社製、商品名Irganox1010)
F−2:メガファックF−554(DIC株式会社製)のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート5質量%溶液
E−1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
E−2:3−メトキシブチルアセテート
また、w1/w2はイソインドリン顔料の含有量w1とハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料の含有量w2との比w1/w2(質量比)であり、w1/w3はイソインドリン顔料の含有量w1とハロゲン化銅フタロシアニン顔料の含有量w3との比w1/w3(質量比)である。
Figure 2015137321

Claims (8)

  1. (A)イソインドリン顔料及びフタロシアニン顔料を含む着色剤、(B)バインダー樹脂、並びに(C)重合性化合物を含む着色組成物であって、
    前記フタロシアニン顔料が、ハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料及びハロゲン化銅フタロシアニン顔料を含む、着色組成物。
  2. イソインドリン顔料の含有量w1とハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料の含有量w2との比w1/w2が質量比で5/95〜75/25である、請求項1に記載の着色組成物。
  3. イソインドリン顔料の含有量w1とハロゲン化銅フタロシアニン顔料の含有量w3との比w1/w3が質量比で5/95〜70/30である、請求項1又は2に記載の着色組成物。
  4. ハロゲン化銅フタロシアニン顔料がC.I.ピグメントグリーン7である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の着色組成物。
  5. イソインドリン顔料がC.I.ピグメントイエロー185である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の着色組成物。
  6. (C)重合性化合物が、3価以上の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、及びアルキレンオキサイド変性された多官能(メタ)アクリレートを含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の着色組成物。
  7. イソインドリン顔料、ハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料及びハロゲン化銅フタロシアニン顔料を含む着色硬化膜。
  8. 請求項7に記載の着色硬化膜を具備する表示素子。
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