JP2016184099A - カラーフィルタ用フィルタセグメントの製造方法、カラーフィルタ用フィルタセグメント、カラーフィルタ、およびエッチング方式用着色組成物。 - Google Patents
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Abstract
Description
前記塗膜上に、ポジ型レジスト[D]を塗布、露光し、エッチングによりパターニングする工程(ii)と、
工程(ii)後に残ったポジ型レジスト[D]を剥離溶剤[E]により剥離する工程(iii)とを具備するカラーフィルタ用フィルタセグメントの製造方法であって、
前記分散剤[B]が、ポリカルボン酸無水物[B2]由来のカルボキシル基を有するポリエステルである主鎖と、ガラス転移温度が50℃以上のビニル重合体である側鎖とを有する分散剤であり、
分子内に2つの水酸基と1つのチオール基とを有する化合物[B1a]の存在下に、エチレン性不飽和単量体[B3]をラジカル重合してなる片末端領域に2つの水酸基を有するビニル重合体中の水酸基と、ポリカルボン酸無水物[B2]中の酸無水物基とを反応させてなるか、
分子内に2つの水酸基と1つのチオール基とを有する化合物[B1a]中の水酸基とポリカルボン酸無水物[B2]の酸無水物基とを反応させてなるチオール基含有ポリエステルの存在下に、エチレン性不飽和単量体[B3]をラジカル重合してなる分散剤であることを特徴とするカラーフィルタ用フィルタセグメントの製造方法に関する。
一般式(1):
[一般式(1)中、kは1または2である。]
一般式(2):
[一般式(2)中、Q1は直接結合、−O−、−CO−、−COOCH2CH2OCO−、−SO2−、−C(CF3)2−、一般式(3):
で表される基、または一般式(4):
で表される基である]
前記分散剤[B]が、ポリカルボン酸無水物[B2]由来のカルボキシル基を有するポリエステルである主鎖と、ガラス転移温度が50℃以上のビニル重合体である側鎖とを有する分散剤であり、
分子内に2つの水酸基と1つのチオール基とを有する化合物[B1a]の存在下に、エチレン性不飽和単量体[B3]をラジカル重合してなる片末端領域に2つの水酸基を有するビニル重合体中の水酸基と、ポリカルボン酸無水物[B2]中の酸無水物基とを反応させてなるか、
分子内に2つの水酸基と1つのチオール基とを有する化合物[B1a]中の水酸基とポリカルボン酸無水物[B2]の酸無水物基とを反応させてなるチオール基含有ポリエステルの存在下に、エチレン性不飽和単量体[B3]をラジカル重合してなる分散剤であることを特徴とするエッチング方式用着色組成物に関する。
なお、本明細書に挙げる「C.I.」は、カラーインデクッス(C.I.)を意味する。また、本願では、「(メタ)アクリレート」、「(メタ)アクリル酸」、又は「(メタ)アクリルアミド」と表記した場合には、特に説明がない限り、それぞれ、「アクリレート及び/又はメタクリレート」、「アクリル酸及び/又はメタクリル酸」、又は「アクリルアミド及び/又はメタクリルアミド」を表すものとする。
本発明のカラーフィルタ用フィルタセグメントの製造方法は、基材上に、着色剤[A]、分散剤[B]、アクリル樹脂[C]、および有機溶剤を含む着色組成物を用いて塗膜を形成する工程(i)と、
前記塗膜上に、ポジ型レジスト[D]を塗布、露光し、エッチングによりパターニングする工程(ii)と、
工程(ii)後に残ったポジ型レジスト[D]を剥離溶剤[E]により剥離する工程(iii)とを具備するカラーフィルタ用フィルタセグメントの製造方法であって、
前記分散剤[B]が、分子内に2つの水酸基と1つのチオール基とを有する化合物[B1a]の存在下に、エチレン性不飽和単量体[B3]をラジカル重合してなる片末端領域に2つの水酸基を有するビニル重合体中の水酸基と、ポリカルボン酸無水物[B2]中の酸無水物基とを反応させてなる分散剤であるか、
分子内に2つの水酸基と1つのチオール基とを有する化合物[B1a]中の水酸基とポリカルボン酸無水物[B2]の酸無水物基とを反応させてなるチオール基含有ポリエステルの存在下に、エチレン性不飽和単量体[B3]をラジカル重合してなる分散剤であって、
エチレン性不飽和単量体[B3]をラジカル重合してなるビニル重合体部位のガラス転移温度が50℃以上であることを特徴とする。
工程(i)は、着色組成物を用いて塗膜を形成する工程である。
工程(i)は、ポジ型レジスト[D]を前記塗膜上に塗布、露光し、エッチングによりパターニングする工程である。
工程(iii)は、剥離溶剤[E]により工程(ii)後に残ったポジ型レジスト[D]を剥離する工程である。
本発明の着色組成物は、着色剤[A]として、無機顔料および有機顔料等の顔料および油溶性染料、酸性染料、直接染料、塩基性染料、媒染染料、酸性媒染染料等の染料、また前記染料をレーキ化して用いる場合や、染料と含窒素化合物との造塩化合物等の形態等を用いることができる。なかでも発色性が高く、且つ耐熱性の高い顔料が好ましく、通常は有機顔料が用いられる。これらの着色剤は、1種を単独で、または必要に応じて任意の比率で2種以上混合して用いることができる。
本発明の着色組成物に使用する顔料は、微細化して用いることが好ましい。微細化方法は特に限定されるものではなく、例えば湿式磨砕、乾式磨砕、溶解析出法いずれも使用でき、本発明で例示するように湿式磨砕の1種であるニーダー法によるソルトミリング処理等を行い微細化することができる。顔料のTEM(透過型電子顕微鏡)により求められる平均一次粒子径は5〜90nmの範囲であることが好ましい。5nmよりも小さくなると有機溶剤中への分散が困難になり、90nmよりも大きくなると十分なコントラスト比を得ることができない。このような理由から、より好ましい平均一次粒子径は10〜70nmの範囲である。
一般に、顔料分散剤は顔料に吸着する部位と、顔料担体や分散媒である溶剤に親和性の高い部位との構造を持ち合わせ、この2つの部位のバランスで分散剤の性能が決まる。つまり、分散性を発現させるためには、分散剤の顔料に吸着する性能と分散媒である溶剤への親和性がともに非常に重要である。分散剤(B)は、ポリカルボン酸無水物[B2]由来のカルボキシル基を有するポリエステルである主鎖と、ガラス転移温度が50℃以上のビニル重合体である側鎖とを有する。主鎖の高密度のカルボン酸基が顔料に吸着する部位、ビニル重合体である側鎖が溶剤と親和性が高い部位として作用する。
分子内に2つの水酸基と1つのチオール基とを有する化合物[B1a]中の水酸基とポリカルボン酸無水物[B2]の酸無水物基とを反応させてなるチオール基含有ポリエステルの存在下に、エチレン性不飽和単量体[B3]をラジカル重合して(方法2)得ることができる。
方法1と方法2は手順が異なるが、どちらの方法によっても同じ構造の分散剤(B)を得ることができる。まず、上記分散剤の製造方法のうち(方法1)について説明する。
分子内に2つの水酸基と1つのチオール基とを有する化合物[B1a]の存在下に、エチレン性不飽和単量体[B3]をラジカル重合してなる片末端領域に2つの水酸基を有するビニル重合体を得る工程(以下「ラジカル重合工程」)は、分子内に2つの水酸基と1つのチオール基とを有する化合物[B1a]を、目的とするビニル重合体の分子量にあわせて、エチレン性不飽和単量体[B3]と、任意に重合開始剤[B4]とを混合して加熱することで得ることができる。2つの水酸基と1つのチオール基とを有する化合物[B1a]は、エチレン性不飽和単量体[B3]100重量部に対して、1〜30重量部を用い、塊状重合または溶液重合を行うのが好ましく、より好ましくは3〜12重量部、さらに好ましくは4〜12重量部、特に好ましくは5〜9重量部である。1重量部未満であると、ビニル重合体部位の分子量が大きすぎて、顔料担体および溶剤に対する親和性部位として、その絶対量が増えてしまい、分散性の効果自体が低下する場合があり、30重量%を超えると、ビニル重合体部の分子量が小さすぎて、顔料担体および溶剤に対する親和性部位として、その立体反発の効果がなくなると共に、顔料の凝集を抑えることが困難になる。
片末端領域に2つの水酸基を有するビニル重合体中の水酸基と、ポリカルボン酸無水物[B2]中の酸無水物基とを反応させる工程では(以下「エステル化工程」)は上記ラジカル重合工程で得られた、片末端領域に2つの水酸基を有するビニル重合体とポリカルボン酸無水物[B2]、任意に反応触媒とを混合して加熱する。
程の溶剤として使用、さらには製品の一部として使用することもできる。
本発明に使用する分子内に2つの水酸基と1つのチオール基とを有する化合物[B1a]としては、ビニル重合において連鎖移動剤として機能するものであれば特に限定されないが、水酸基およびチオール基を除く3価の残基が、炭素数1〜20の炭化水素基であるものが好ましく、炭素数2〜8である炭化水素基であるものがより好ましい。例えば、1−メルカプト−1,1−メタンジオール、1−メルカプト−1,1−エタンジオール、3−メルカプト−1,2−プロパンジオール(チオグリセロール)、2−メルカプト−1,2−プロパンジオール、2−メルカプト−2−メチル−1,3−プロパンジオール、2−メルカプト−2−エチル−1,3−プロパンジオール、1−メルカプト−2,2−プロパンジオール、2−メルカプトエチル−2−メチル−1,3−プロパンジオール、2−メルカプトエチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、等が挙げられ、好ましくは3−メルカプト−1,2−プロパンジオール(チオグリセロール)である。
任意に使用できる水酸基を有する化合物[B1b]としては、公知のポリオールを使用できる。代表的なものとしては例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,9−ノナンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、シクロヘキサン−1,4−ジメタノール、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、ソルビトール、ジエチレングリコール、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエステルアミドポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリオレフィンポリオール、ダイマー酸ジオール、ひまし油誘導体などが挙げられる。
エステル化工程におけるポリカルボン酸無水物[B2]はテトラカルボン酸二無水物[B2a]を含むことが好ましい。テトラカルボン酸二無水物[B2a]を使用することで、分散剤の主鎖に顔料吸着部位であるカルボン酸を多数配置することができる。分散剤全体のカルボン酸濃度を調整する目的でトリカルボン酸無水物[B2b]などのテトラカルボン酸二無水物[B2a]以外のカルボン酸無水物を併用することができる。
テトラカルボン酸二無水物[B2a]は顔料に対する吸着性の観点から、芳香族テトラカルボン酸二無水物が好ましく、さらには下記一般式(1)または一般式(2)で表される芳香族テトラカルボン酸二無水物であることがより好ましい。
一般式(1):
[一般式(1)中、kは1または2である。]
一般式(2):
[一般式(2)中、Q1は直接結合、−O−、−CO−、−COOCH2CH2OCO−、−SO2−、−C(CF3)2−、一般式(3):
で表される基、または一般式(4):
で表される基である]
トリカルボン酸無水物のうち、脂肪族トリカルボン酸無水物としては、3−カルボキシメチルグルタル酸無水物、1,2,4−ブタントリカルボン酸−1,2−無水物、cis−プロペン−1,2,3−トリカルボン酸−1,2−無水物、1,3,4−シクロペンタントリカルボン酸無水物などが挙げられる。
エチレン性不飽和単量体[B3]としては、例えば、
スチレン類;スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、クロロメチルスチレン、4−ヒドロキシスチレン、ビニルナフタレン、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、α−メチル−o−ビニルベンジルグリシジルエーテル、α−メチル−m−ビニルベンジルグリシジルエーテル、α−メチル−p−ビニルベンジルグリシジルエーテル、2,3−ジグリシジルオキシメチルスチレン、2,4−ジグリシジルオキシメチルスチレン、2,5−ジグリシジルオキシメチルスチレン、2,6−ジグリシジルオキシメチルスチレン、2,3,4−トリグリシジルオキシメチルスチレン、2,3,5−トリグリシジルオキシメチルスチレン、2,3,6−トリグリシジルオキシメチルスチレン、3,4,5−トリグリシジルオキシメチルスチレン、2,4,6−トリグリシジルオキシメチルスチレン、
などが挙げられる。
これらのエチレン性不飽和単量体は、その単独重合体のガラス転移温度(以下Tgと略記する。)が、必ずしも50℃以上のものばかりではなく、必要に応じて、単独重合体のTgが高い単量体と単独重合体のTgが低い単量体を共重合することによって、本発明のポリエステル分散体にTgが50℃以上のビニル重合体部位を形成することができる。
1/Tg=W1/Tg1+W2/Tg2+・・・+Wn/Tgn
W1からWnは、使用している単量体の重量分率を示し、Tg1からTgnは、単量体の単独重合体のガラス転移温度(単位は絶対温度「K」)を示す。
メチルメタクリレート:105℃(378K)
t−ブチルメタクリレート:107℃(380K)
メタクリル酸:228℃(501K)
アクリル酸:105℃(378K)
イソボルニルアクリレート:94℃(367K)
イソボルニルメタクリレート:180℃(453K)
ジシクロペンタニルアクリレート:120℃(393K)
ジシクロペンタニルメタクリレート:175℃(448K)
1−アダマンチルアクリレート:153℃(426K)
1−アダマンチルメタクリレート:250℃(523K)
2−ヒドロキシエチルメタクリレート:55℃(328K)
シクロヘキシルメタクリレート:66℃(339K)
明度の観点からは、より好ましくはメタクリル酸は0〜50重量%であり、メチルメタクリレートは50〜100重量%であり、2−ヒドロキシエチルメタクリレートが0〜10重量%の範囲である。
アクリル樹脂[C]を含むことで、本発明の着色組成物の分散安定性がより良好となり、該着色組成物を用いてカラーフィルタの着色画素層を形成した場合、顔料凝集物の少ない、エッチング性およびパターン形状も良好なフィルタセグメントを得ることができる。
本発明の着色組成物は、着色剤[A]を充分に色素担体中に分散させ、ガラス基板等の透明基板上に乾燥膜厚が0.2〜10μmとなるように塗布してフィルタセグメントを形成することを容易にするために用いられる。
本発明の製造方法に用いる着色組成物は、着色剤[A]、分散剤[B]、任意にアクリル樹脂[C]などの着色剤担体、および/または有機溶剤中に三本ロールミル、二本ロールミル、サンドミル、ニーダー、アトライター等の各種分散手段を用いて微細に分散して着色剤分散体を製造し、該着色剤分散体に、必要に応じてさらにアクリル樹脂[C]、有機溶剤、レベリング剤、その他成分等を混合攪拌して製造することができる。また、2種以上の着色剤を含む着色組成物は、各着色剤分散体を別々に着色剤担体および/または有機溶剤中に微細に分散したものを混合し製造してもよい。
着色剤分散体を製造する際には、上記分散剤[B]、アクリル樹脂[C]以外の樹脂型顔料分散剤、界面活性剤、顔料誘導体等の分散助剤を適宜併用することができる。分散助剤は、顔料の分散に優れ、分散後の顔料の再凝集を防止する効果が大きいので、分散助剤を用いて顔料を樹脂および/または溶剤中に分散してなる着色組成物を用いた場合には、分光特性および粘度安定性が良好になり、透明性に優れたカラーフィルタが得られる。分散助剤は、着色組成物中の着色剤[A]100重量部に対して、0.1〜40重量部、好ましくは0.1〜30重量部の量で用いることができる。
本発明の着色組成物には、透明基板等の基材上での着色組成物のレベリング性を良くするため、レベリング剤を添加することが好ましい。レベリング剤としては、主鎖にポリエーテル構造またはポリエステル構造を有するジメチルシロキサンが好ましい。主鎖にポリエーテル構造を有するジメチルシロキサンの具体例としては、東レ・ダウコーニング社製FZ−2122、ビックケミー社製BYK−333などが挙げられる。主鎖にポリエステル構造を有するジメチルシロキサンの具体例としては、ビックケミー社製BYK−310、BYK−370などが挙げられる。主鎖にポリエーテル構造を有するジメチルシロキサンと、主鎖にポリエステル構造を有するジメチルシロキサンとは、併用することもできる。レベリング剤の含有量は通常、着色組成物の全重量100重量%中、0.003〜1.0重量%用いることが好ましい。
本発明の着色組成物は、さらにその他の樹脂を含んでも良い。その他の樹脂としては、可視光領域の400〜700nmの全波長領域において透過率が好ましくは80%以上、より好ましくは95%以上の樹脂が好ましい。その他の樹脂には、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、および感光性樹脂が含まれ、これらを単独で、または2種以上混合して用いることができる。
本発明のフィルタセグメントの製造方法において、対象となるレジストは、一般的には公知のポジ型レジストに適用することができる。本発明におけるポジ型レジストには、化学増幅型レジストも含むものである。
剥離溶剤[E]は、ポジ型レジストを溶解する溶剤であれば限定されない。剥離溶剤としては、ジアセトンアルコール、2−エチル1−ブタノール、1−ヘキサノール、1−オクタノール、1−ペンタノール、1−ヘプタノール、2−エチルヘキサノール、ジメチルアセトアミド、イソブチルアルコール、N,N−ジメチルホルムアミド、トルエン、トリプロピレングリコール、乳酸ブチル、シュウ酸ジエチル、メチルシクロヘキサノン、マレイン酸ジエチル、tert−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、トリプロピレングリコール、乳酸エチル、ドデカノール、エチレングリコールジエチルエーテル、酢酸イソブチル、3,5,5−トリメチルヘキサノール、メチルアミルケトン、トリプロピレングリコールメチルエーテル、ジエチルケトン、アリルアルコール、ベンジルアルコール、フルフリルアルコール、エタノール、メタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等が挙げられるが、これらに限定されない。
次に、本発明のカラーフィルタについて説明する。
(赤色微細化処理顔料(PR254−1))
赤色顔料C.I.ピグメントレッド254(PR254)(BASF社製「イルガフォアレッド B−CF」)152部、化学式(1)の色素誘導体8部、塩化ナトリウム1600部、及びジエチレングリコール190部をステンレス製1ガロンニーダー(井上製作所社製)に仕込み、60℃で10時間混練した。つぎにこの混合物を3リットルの温水に投入し、約80℃に加熱しながらハイスピードミキサーで約1時間攪拌してスラリー状とし、濾過、水洗をくりかえして塩化ナトリウム及び溶剤を除いた後、80℃で1昼夜乾燥し、赤色微細化処理顔料(PR254−1)を得た。
赤色顔料C.I.ピグメントレッド177(PR177)(BASF社製「クロモフタルレッド A2B」)500部、塩化ナトリウム3500部、及びジエチレングリコール250部をステンレス製1ガロンニーダー(井上製作所製)に仕込み、120℃で8時間混練した。次に、この混練物を5リットルの温水に投入し、70℃に加熱しながら1時間攪拌してスラリー状とし、濾過、水洗を繰り返して塩化ナトリウム及びジエチレングリコールを除いた後、80℃で一昼夜乾燥し、赤色微細化処理顔料(PR177−1)を得た。
赤色顔料C.I.ピグメント レッド 242(クラリアント社製「NOVOPERM SCARLET 4RF」)200部、塩化ナトリウム1400部、およびジエチレングリコール360部をステンレス製1ガロンニーダー(井上製作所製)に仕込み、80℃で6時間混練した。次にこの混練物を8リットルの温水に投入し、80℃に加熱しながら2時間攪拌してスラリー状とし、濾過、水洗を繰り返して塩化ナトリウムおよびジエチレングリコールを除いた後、85℃にて一昼夜乾燥し、赤色微細化処理顔料(PR242−1)を得た。
フタロシアニン系緑色顔料C.I.ピグメント グリーン 58(DIC株式会社製「FASTOGEN GREEN A110」)200部、塩化ナトリウム1400部、およびジエチレングリコール360部をステンレス製1ガロンニーダー(井上製作所製)に仕込み、80℃で6時間混練した。次にこの混練物を8000部の温水に投入し、80℃に加熱しながら2時間攪拌してスラリー状とし、濾過、水洗を繰り返して塩化ナトリウムおよびジエチレングリコールを除いた後、85℃で一昼夜乾燥し、微細化緑色顔料(PG58−1)を得た。
ニッケル錯体系黄色顔料C.I.ピグメント イエロー 150(ランクセス社製「E−4GN」)200部、塩化ナトリウム1400部、およびジエチレングリコール360部をステンレス製1ガロンニーダー(井上製作所製)に仕込み、80℃で6時間混練した。次にこの混練物を8リットルの温水に投入し、80℃に加熱しながら2時間攪拌してスラリー状とし、濾過、水洗を繰り返して塩化ナトリウムおよびジエチレングリコールを除いた後、85℃で一昼夜乾燥し、微細化黄色顔料(PY150−1)を得た。
青色顔料C.I.ピグメントブルー15:6(PB15:6)(トーヨーカラー株式会社製「リオノールブルーES」)500部、塩化ナトリウム2500部、及びジエチレングリコール250部をステンレス製1ガロンニーダー(井上製作所社製)に仕込み、120℃で12時間混練した。次に、この混練物を5リットルの温水に投入し、70℃に加熱しながら1時間攪拌してスラリー状とし、濾過、水洗を繰り返して塩化ナトリウム及びジエチレングリコールを除いた後、80℃で一昼夜乾燥し、青色微細化処理顔料(PB15:6−1)を得た。
ジオキサジン系紫色顔料C.I.ピグメントバイオレット23(PV23)(Clariant社製「Fast Violet RL」)500部、塩化ナトリウム2500部、及びポリエチレングリコール(東京化成社製)250部をステンレス製1ガロンニーダー(井上製作所社製)に仕込み、120℃で12時間混練した。次に、この混合物を約5リットルの温水に投入し、約70℃に加熱しながらハイスピードミキサーで約1時間撹拌してスラリー状とした後、濾過、水洗して塩化ナトリウム及びジエチレングリコールを除き、80℃で一昼夜乾燥し、紫色微細化処理顔料(PV23−1)を得た。
分散剤(B−1)の合成例
ガス導入管、温度計、コンデンサー、撹拌機を備えた反応容器に、3−メルカプト−1,2−プロパンジオール5.7部、メチルメタクリレート80部、メタクリル酸20部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート45部を仕込み、窒素ガスで置換した。90℃に加熱し、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.2部をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート25部に溶解させた溶液を6時間かけて添加した。その後、GPCと酸価を測定したところ、重量平均分子量3800、酸価130mgKOH/gであった。次に、無水ピロメリット酸9.2部、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン0.2部を追加し120℃で2時間、次いで80℃で2時間反応させた。反応後プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートで希釈して不揮発分を40%に調整し、分散剤(B−1)の溶液を得た。
3−メルカプト−1,2−プロパンジオール5.7部、メチルメタクリレート80部、メタクリル酸20部、無水ピロメリット酸9.2部、を表1のように置換えた以外は分散剤(B−1)と同様にして合成を行い分散剤(B−2)〜(B−20)、(B’−1)〜(B’−2)の溶液を得た。
TG:3−メルカプト−1,2−プロパンジオール
MMA:メチルメタクリレート
MAA:メタクリル酸
IBXMA:イソボルニルメタクリレート
DCPMA:ジシクロペンタニルメタクリレート
CHMA:シクロヘキシルメタクリレート
BMA:ブチルメタクリレート
BA:ブチルアクリレート
HEMA:2−ヒドロキシエチルメタクリレート
PMDA:無水ピロメリット酸
BPDA:ビフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物
BPAF:9,9−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)フルオレン二無水物
TMEG:エチレングリコールジ無水トリメリット酸エステル
BTDA:1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物
Tg:[B3]の組成からFoxの式を用いて求めたガラス転移温度(単位は℃)
Mw:ラジカル重合工程終了後の重量平均分子量
AV:モノマー組成から求めた酸価の計算値(単位はmgKOH/g)
ガス導入管、温度計、コンデンサー、撹拌機を備えた反応容器に、分子内に2つの水酸基と1つのチオール基とを有する化合物[B1a]として3−メルカプト−1,2−プロパンジオール5.7部、ポリカルボン酸無水物[B2]として無水ピロメリット酸9.2部、触媒としてモノブチルスズオキシド0.01部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート35部を仕込み、窒素ガスで置換した。反応器内を100℃に加熱して7時間反応させた。さらに、エチレン性不飽和単量体[B3]としてメチルメタクリレート80部、メタクリル酸20部を加え、その後開始剤として、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.1部をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート49.9部に溶解した溶液を6時間かけて添加した。反応後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で希釈して不揮発分を40%に調整し、分散剤(B−21)の溶液を得た。
エチレン性不飽和単量体[B3]を表2のように置き換える以外は分散剤(B−21)と同様にして合成を行い分散剤(B−22)〜(B−25)の溶液を得た。
ポリカルボン酸無水物[B2]を表3のように置き換える以外は分散剤(B−1)と同様にして合成を行い分散剤(B−26)〜(B−29)の溶液を得た。
アクリル樹脂(C−1)の合成
温度計、冷却管、窒素ガス導入管、滴下管及び撹拌装置を備えたセパラブル4口フラスコに、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート40.0部と3−メトキシブタノール30.0部を仕込み80℃に昇温し、反応容器内を窒素置換した後、滴下管より、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.4部、エチレン性不飽和単量体29.6部をメタクリル酸(MAA):メチルメタクリレート(MMA):2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)=20重量%:70重量%:10重量%となるように調整した混合物を2時間かけて滴下した。滴下終了後、更に3時間反応を継続し、重量平均分子量(Mw)26,000のアクリル樹脂の溶液を得た。室温まで冷却した後、樹脂溶液約2部をサンプリングして180℃、20分加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成した樹脂溶液に不揮発分が20重量%になるようにプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートを添加し、アクリル樹脂溶液(C−1)を得た。
エチレン性不飽和単量体29.6部を表4記載の組成、および重量%となるように変更した以外はアクリル樹脂(C−1)と同様の方法で合成を行い、アクリル樹脂(C−2)〜(C−23)を得た。
(青色着色組成物(PB−1))
下記の混合物を均一になるように攪拌混合した後、直径0.5mmのジルコニアビーズを用いて、アイガーミル(アイガージャパン社製「ミニモデルM−250 MKII」)で5時間分散した後、5.0μmのフィルタで濾過し青色着色組成物(PB−1)を作製した。
青色微細化処理顔料(PB15:6−1) : 6.2部
紫色微細化処理顔料(PV23−1) : 2.0部
分散剤 (B−1) :13.7部
アクリル樹脂(C−1) :21.6部
有機溶剤 PGMAC :46.5部
(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−メトキシブタノール :10.0部
(青色着色組成物(PB−2〜54)、赤色着色組成物(PR−1)、緑色着色組成物(PG−1))
着色剤、樹脂型分散剤、およびアクリル樹脂溶液を表2記載の組成、及び配合量(重量部)に変更した以外は、青色着色組成物(PB−1)と同様にして、青色着色組成物(PB−2〜54)、赤色着色組成物(PR−1)、緑色着色組成物(PG−1)を作製した。
実施例および比較例で得られた着色組成物の、明度低下率、エッチング性、耐熱性、および耐薬品性の評価を下記の方法で行った。表3に評価結果を示す。
《工程(i)》
得られた着色組成物(PB−1〜54)を、100mm×100mm、1.1mm厚のガラス基板上に、スピンコーターを用いてC光源でy=0.084となる膜厚に、着色組成物(PR−1)は、C光源でx=0.657となる膜厚に、着色組成物(PG−1)は、C光源でy=0.600となる膜厚に塗布し、次に減圧乾燥し、ついで70℃20分加熱、放冷後、塗膜を得た(色度1)。
《工程(ii)》
得られた塗膜にポジ型レジスト(AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社製:AZ P1350;PGMAC溶液)をスピンコーターを用いて800rpm、10秒で回転させ塗布し、150mJ/cm2の紫外線を照射した。次いで0.238重量%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液からなるアルカリ現像液によりスプレー現像及びエッチングを行い露光部分のポジ型レジストと着色組成物を取り除いた後、イオン交換水で洗浄した。
なお、現像及びエッチング時間は、後述するエッチング性評価により得られたエッチング時間で行なった。
《工程(iii)》
得られた塗膜上に残ったポジ型レジストを、剥離溶剤としてトリプロピレングリコールを用いて剥離した(色度2)。
得られた塗膜を230℃のオーブンにて20分加熱し、フィルタセグメントを得た(色度3)。
工程(i)により得られた塗膜の明度(Y(色度1))、および工程(iii)により得られたポジ型レジスト剥離後の塗膜の明度(Y(色度2))を顕微分光光度計(オリンパス光学社製「OSP−SP100」)を用いてC光源で測定し、下記計算式により、明度低下率を算出した。
明度低下率 = (Y(色度1)− Y(色度2))/ Y(色度1)
明度低下率が小さい方が、着色組成物の剥離工程後の明度低下が少なく、プロセスに影響しにくい着色組成物といえる。明度低下率を下記の基準で評価した。なお、◎は非常に良好なレベル、○は良好なレベル、△は実用可能なレベル、×は実用には適さないレベルである。
◎ :明度低下率が1%未満
○ :明度低下率が1%以上3%未満
△ :明度低下率が3%以上5%未満
× :明度低下率が5%以上
エッチング性は、工程(ii)におけるフィルタセグメントを作製する際の、現像及びエッチングされていない部分の塗膜が現像及びエッチングにより、基板面が露出するまでの時間を測定した。
エッチング時間は遅すぎるとフィルタセグメントの生産性が低下してしまい、早すぎるとパターニング制御が困難であるため、下記の基準で判断した。
なお、◎は非常に良好なレベル、○は良好なレベル、△は実用可能なレベル、×は実用には適さないレベルである。
◎:エッチング時間が20秒以上35秒未満
○:エッチング時間が15秒以上20秒未満、もしくは35秒以上45秒未満
△:エッチング時間が10秒以上15秒未満、もしくは45秒以上60秒未満
×:エッチング時間が10秒未満、もしくは60秒以上
耐熱性は、工程(iii)により得られたフィルタセグメントの色度(色度3)(L*(3),a*(3),b*(3))と、さらに230℃で1時間加熱後の色度(色度4)(L*(4),a*(4),b*(4))における、加熱前と後の色度変化(ΔE*ab)で評価した。
測定した色度値を用いて、下記計算式により、色差ΔE*abを算出した。
ΔE*ab = √((L*(4)- L*(3))2+ (a*(4)- a*(3)) 2+( b*(4)- b*(3)) 2)
色差ΔE*abに基づいて、塗膜の耐溶剤性を下記基準で評価した。なお、◎は非常に良好なレベル、○は良好なレベル、△は実用可能なレベル、×は実用には適さないレベルである。
◎:ΔE*abが1.0未満
○:ΔE*abが1.0以上3.0未満
△:ΔE*abが3.0以上5.0未満
×:ΔE*abが5.0以上
耐薬品性は、工程(iii)により得られたフィルタセグメントの色度(色度3)(L*(3),a*(3),b*(3))と、その後、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)に15分浸漬させた後の色度(色度5)(L*(5),a*(5),b*(5))における、浸漬前と後の色度変化(ΔE*ab)で評価した。
測定した色度値を用いて、下記計算式により、色差ΔE*abを算出した。
ΔE*ab = √((L*(5)- L*(3))2+ (a*(5)- a*(3)) 2+( b*(5)- b*(3)) 2)
色差ΔE*abに基づいて、塗膜の耐溶剤性を下記基準で評価した。なお、◎は非常に良好なレベル、○は良好なレベル、△は実用可能なレベル、×は実用には適さないレベルである。
◎:ΔE*abが1.0未満
○:ΔE*abが1.0以上3.0未満
△:ΔE*abが3.0以上5.0未満
×:ΔE*abが5.0以上
この分散剤[B]の中でもエチレン性不飽和単量体[B3]の組成が、メタクリル酸、メチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、の合計が90重量%以上であるものが、より剥離工程後の明度低下が抑制された。
また、比較例1〜3および実施例1〜53の結果から、この分散剤[B]とTgが50℃以上のアクリル樹脂[C]を組み合わせることで、(色度1)の明度が向上し、剥離工程後の明度低下も抑制されている。
この時のアクリル樹脂[C]の組成が、メタクリル酸、メチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、の合計が90重量%以上であるものが最も明度低下幅が小さくなり明度低下率が1%未満と非常に良好であった。
エッチング性に関しては、分散剤[B]のビニル重合部位の酸価が30〜250mgKOH/gの範囲にあると良好な結果であった。また、アクリル樹脂[C]の酸価が30〜250mgKOH/gの範囲にあると良好な結果であった。
耐薬品性に関しては、分散剤[B]およびアクリル樹脂[C]の組成中に2−ヒドロキシエチルメタクリレートが含まれていると良好な結果であった。
これら分散剤[B]とアクリル樹脂[C]を用いる事でエッチング方式でも明度低下を起こさず、かつエッチング性にも優れた良好な着色組成物を得ることができ、さらに、耐熱性、および耐薬品性にも優れたフィルタセグメントとすることができた。
ガラス基板上にブラックマトリクスをパターン加工し、フィルタセグメントの製造方法により、赤色着色組成物(PR−1)を使用した赤色フィルタセグメントを得た。同様にして、緑色着色組成物(PG−1)を使用した緑色フィルタセグメント、青色着色組成物(PB−1)を使用した青色フィルタセグメントを形成し、カラーフィルタを得た。
得られたカラーフィルタは、明度低下を起こさず、耐熱性、耐光性も良好であった。また、エッチング性にも優れているため、生産性が良く、パターン形状も良好なカラーフィルタであった。
Claims (9)
- 基材上に、着色剤[A]、分散剤[B]、アクリル樹脂[C]、および有機溶剤を含む着色組成物を用いて塗膜を形成する工程(i)と、
前記塗膜上に、ポジ型レジスト[D]を塗布、露光し、エッチングによりパターニングする工程(ii)と、
工程(ii)後に残ったポジ型レジスト[D]を剥離溶剤[E]により剥離する工程(iii)とを具備するカラーフィルタ用フィルタセグメントの製造方法であって、
前記分散剤[B]が、ポリカルボン酸無水物[B2]由来のカルボキシル基を有するポリエステルである主鎖と、ガラス転移温度が50℃以上のビニル重合体である側鎖とを有する分散剤であり、
分子内に2つの水酸基と1つのチオール基とを有する化合物[B1a]の存在下に、エチレン性不飽和単量体[B3]をラジカル重合してなる片末端領域に2つの水酸基を有するビニル重合体中の水酸基と、ポリカルボン酸無水物[B2]中の酸無水物基とを反応させてなるか、
分子内に2つの水酸基と1つのチオール基とを有する化合物[B1a]中の水酸基とポリカルボン酸無水物[B2]の酸無水物基とを反応させてなるチオール基含有ポリエステルの存在下に、エチレン性不飽和単量体[B3]をラジカル重合してなる分散剤であることを特徴とするカラーフィルタ用フィルタセグメントの製造方法。 - 前記ポリカルボン酸無水物[B2]が下記一般式(1)または一般式(2)で表されることを特徴とする請求項1記載のカラーフィルタ用フィルタセグメントの製造方法。
一般式(1):
[一般式(1)中、kは1または2である。]
一般式(2):
[一般式(2)中、Q1は直接結合、−O−、−CO−、−COOCH2CH2OCO−、−SO2−、−C(CF3)2−、一般式(3):
で表される基、または一般式(4):
で表される基である] - 前記エチレン性不飽和単量体[B3]のうち、メタクリル酸、メチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、の合計が90重量%以上であることを特徴とする請求項1または2記載のカラーフィルタ用フィルタセグメントの製造方法。
- 前記分散剤[B]のビニル重合部位の酸価が30〜250mgKOH/gであることを特徴とする請求項1〜3いずれか記載のカラーフィルタ用フィルタセグメントの製造方法。
- 前記アクリル樹脂[C]のガラス転移温度が50℃以上であることを特徴とする請求項1〜4いずれか記載のカラーフィルタ用フィルタセグメントの製造方法。
- 前記アクリル樹脂[C]を構成する単量体のうち、メタクリル酸、メチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、の合計が90重量%以上であることを特徴とする請求項1〜5いずれか記載のカラーフィルタ用フィルタセグメントの製造方法。
- 請求項1〜6いずれか記載のカラーフィルタ用フィルタセグメントの製造方法を用いて形成されてなるカラーフィルタ用フィルタセグメント。
- 請求項7記載のフィルタセグメントを具備するカラーフィルタ。
- 着色剤[A]、分散剤[B]、アクリル樹脂[C]、および有機溶剤を含む着色組成物であって、
前記分散剤[B]が、ポリカルボン酸無水物[B2]由来のカルボキシル基を有するポリエステルである主鎖と、ガラス転移温度が50℃以上のビニル重合体である側鎖とを有する分散剤であり、
分子内に2つの水酸基と1つのチオール基とを有する化合物[B1a]の存在下に、エチレン性不飽和単量体[B3]をラジカル重合してなる片末端領域に2つの水酸基を有するビニル重合体中の水酸基と、ポリカルボン酸無水物[B2]中の酸無水物基とを反応させてなるか、
分子内に2つの水酸基と1つのチオール基とを有する化合物[B1a]中の水酸基とポリカルボン酸無水物[B2]の酸無水物基とを反応させてなるチオール基含有ポリエステルの存在下に、エチレン性不飽和単量体[B3]をラジカル重合してなる分散剤であることを特徴とするエッチング方式用着色組成物。
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