JP2018173631A - Photosensitive resin composition, light-shielding film, liquid crystal display device, and method for manufacturing liquid crystal display device - Google Patents

Photosensitive resin composition, light-shielding film, liquid crystal display device, and method for manufacturing liquid crystal display device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photosensitive resin composition capable of obtaining a spacer which is excellent in spacer characteristics such as a compression ratio, an elastic recovery ratio and breaking strength while maintaining light shielding properties and insulation properties, enables formation of a step of ΔH, and has an excellent pattern shape.SOLUTION: A photosensitive resin composition contains components (A) to (E) as essential components. The photosensitive resin composition for a light-shielding film having a spacer function contains (A) a polymerizable unsaturated group-containing alkali soluble resin, (B) a photopolymerizable monomer having at least three ethylenic unsaturated bonds, (C) a photopolymerization initiator, (D) a light-shielding component containing insulating carbon black having surface resistivity of a film produced so that optical density is 4/μm of 1×10Ω/sq. or more, and (E) a solvent, and pencil hardness of a cured product of the composition excluding the component (D) is HB or higher.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、感光性樹脂組成物、及びこれを硬化した遮光膜に関し、詳しくは、液晶表示装置においてスペーサー機能とブラックマトリックス機能を兼ね備えたブラックカラムスペーサーを、フォトリソグラフィー法により形成することが可能な、感光性樹脂組成物およびその硬化膜に関するものである。本発明はさらに、上記硬化させて得たブラックカラムスペーサーを用いる液晶表示装置に関するものである。本発明はさらに、上記液晶表示装置の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a photosensitive resin composition and a light-shielding film obtained by curing the photosensitive resin composition. Specifically, in a liquid crystal display device, a black column spacer having a spacer function and a black matrix function can be formed by a photolithography method. The present invention relates to a photosensitive resin composition and a cured film thereof. The present invention further relates to a liquid crystal display device using a black column spacer obtained by curing. The present invention further relates to a method for manufacturing the liquid crystal display device.

ここ数年、液晶テレビ、液晶モニター、カラー液晶携帯電話など、あらゆる分野でカラー液晶表示装置(LCD)が用いられてきた。この中で、LCDの高性能化のために、視野角、コントラスト、応答速度等の特性向上を目指す改善が活発に行われており、現在多く用いられている薄膜トランジスタ(TFT)−LCDにおいても様々なパネル構造が開発されている。TFT−LCDについては、従来のTFTを形成したアレイ基板とカラーフィルター基板をそれぞれ製造し、両基板をスペーサーで一定の間隔に保った状態で貼り合せる方法が主として採用されてきた。   In recent years, color liquid crystal display devices (LCDs) have been used in various fields such as liquid crystal televisions, liquid crystal monitors, and color liquid crystal mobile phones. Among these, in order to improve the performance of LCDs, improvements aimed at improving characteristics such as viewing angle, contrast, response speed, etc. are being actively carried out, and there are various thin film transistors (TFT) -LCDs that are widely used at present. Panel structures have been developed. As for TFT-LCD, a method of manufacturing an array substrate and a color filter substrate on which a conventional TFT is formed and bonding the substrates while keeping them at a constant interval with a spacer has been mainly employed.

LCDの性能に影響する1つの因子である、液晶層の厚さ(従来法であれば、アレイ基板とカラーフィルター(CF)基板の間隔)を一定に保つ機能を果たすスペーサーについては、従来、一定粒径のボールスペーサーを挟むという方法が取られていた。しかし、この方法では、ボールスペーサーの分散状態が不均一になることにより画素毎の光の透過量が一定でなくなるという問題がある。この問題に対して、フォトリソグラフィー法によりカラムスペーサーを形成する方法が採用されている。しかし、フォトリソグラフィー法で形成されるカラムスペーサーは透明であることが多く、このようなカラムスペーサーには、斜め方向から入射するする光がTFTの電気特性に影響を及ぼして、表示品質を劣化させるという問題がある。このような問題に対して、フォトリソグラフィー法により形成したスペーサー機能を有する遮光膜である、遮光性カラムスペーサーを適用したLCDパネル構造が提案されている(特許文献1)。   The spacer that functions to keep the thickness of the liquid crystal layer (the distance between the array substrate and the color filter (CF) substrate in the conventional method), which is one factor affecting the performance of the LCD, constant is conventionally constant. A method of sandwiching a ball spacer having a particle size was used. However, this method has a problem that the amount of transmitted light for each pixel is not constant because the dispersion state of the ball spacers is not uniform. In order to solve this problem, a method of forming column spacers by photolithography is employed. However, column spacers formed by photolithography are often transparent, and light incident from an oblique direction affects the electrical characteristics of TFTs and degrades display quality. There is a problem. To solve such a problem, an LCD panel structure using a light-shielding column spacer, which is a light-shielding film having a spacer function formed by a photolithography method, has been proposed (Patent Document 1).

この遮光性カラムスペーサーは、スペーサーとして機能するために1〜7μm程度の膜厚が必要である。また、TFTが形成されている箇所とその他の箇所で高さの異なる遮光性カラムスペーサーが同時に形成されうることが必要である。また、遮光性カラムスペーサーには、スペーサー機能として弾性率、変形量、弾性回復率等が適正な範囲であることも要求されている(特許文献3)。さらに、遮光性カラムスペーサーには、スペーサーに遮光性成分(着色剤)を添加することによる硬化性成分の減少や、着色剤中の不純物等の影響による電気特性の損失などを改善することも要求されている(特許文献4)。   This light-shielding column spacer needs a film thickness of about 1 to 7 μm in order to function as a spacer. In addition, it is necessary that light-shielding column spacers having different heights can be formed at the same time at locations where TFTs are formed and other locations. Further, the light-shielding column spacer is also required to have an elastic modulus, a deformation amount, an elastic recovery rate and the like within a proper range as a spacer function (Patent Document 3). Furthermore, light-shielding column spacers are also required to improve the reduction of curable components by adding a light-shielding component (colorant) to the spacer and the loss of electrical properties due to the effects of impurities in the colorant. (Patent Document 4).

特開平08−234212号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-234212 米国特許出願公開第2009/0303407号明細書US Patent Application Publication No. 2009/030303407 特開2009−031778号公報JP 2009-031778 A 国際公開第2013/062011号International Publication No. 2013/062011

特許文献4では、混色有機顔料が用いられているが、遮光性カラムスペーサーの光学濃度は示されていない。混色有機顔料はカーボンブラック等の無機顔料に比べて低誘電率化に効果的であるが、遮光性が低いことが多い。また、スペーサーは高さの異なるスペーサーを同時に形成することが必要であるため、遮光性カラムスペーサーには、さらに圧縮率、弾性回復率、破壊強度等の機械特性も要求される。このようなスペーサーの形状や機械特性は遮光成分の影響を大きく受けるため、遮光膜用の感光性樹脂組成物の設計を困難にしている。そのため、カーボンブラックや混色有機顔料等を用いたスペーサーの形状や機械特性はまだ十分とはいえず、さらなる改良が必要である。   In Patent Document 4, a mixed color organic pigment is used, but the optical density of the light-shielding column spacer is not shown. Mixed color organic pigments are more effective in lowering the dielectric constant than inorganic pigments such as carbon black, but often have low light shielding properties. Further, since it is necessary to form spacers having different heights at the same time, the light-shielding column spacer is further required to have mechanical properties such as a compressibility, an elastic recovery rate, and a breaking strength. Since the shape and mechanical characteristics of such a spacer are greatly affected by the light shielding component, it is difficult to design a photosensitive resin composition for the light shielding film. For this reason, the shape and mechanical properties of spacers using carbon black, mixed color organic pigments, etc. are still not sufficient, and further improvements are necessary.

また、上記したように、遮光性カラムスペーサーは1〜7μm程度の膜厚で製造される。近年の液晶表示素子の小型化に伴い、遮光性カラムスペーサーにも、膜厚が1〜7μm程度であっても微細なスペーサー形状を形成できることが望まれている。また、ブラックマトリックスとスペーサーの機能を具備した上で、液晶層を挟む2枚の基板を精度よく貼りあわせる、すなわちアライメント精度を高めるために、遮光性スペーサーの高さを2種類設ける(ΔHの段差形成)必要性があり、更にはガラス基板からの立ち上がりができるだけ垂直な遮光性スペーサーを形成するといったようなパターニング特性に対する要求も多く、すべての要求特性を満たすことは困難な状況である。   As described above, the light-shielding column spacer is manufactured with a film thickness of about 1 to 7 μm. With recent miniaturization of liquid crystal display elements, it is desired that a light-shielding column spacer can be formed in a fine spacer shape even when the film thickness is about 1 to 7 μm. In addition, in order to bond the two substrates sandwiching the liquid crystal layer with high accuracy, that is, with the functions of a black matrix and a spacer, that is, in order to increase alignment accuracy, two types of light-shielding spacer heights are provided (steps of ΔH There are many demands for patterning characteristics such as forming a light-shielding spacer that is as vertical as possible from the glass substrate, and it is difficult to satisfy all the required characteristics.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、遮光性および絶縁性が高く、更に、圧縮率、弾性回復率、破壊強度に優れたスペーサー機能を有する遮光膜の形成が可能であり、かつΔHの段差形成が可能で優れたパターン形状を形成できる、感光性樹脂組成物およびこれを用いて形成されるスペーサー機能を有する遮光膜及び当該の遮光膜を構成要素とする液晶表示装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to form a light-shielding film having a high light-shielding property and insulating property, and having a spacer function excellent in compressibility, elastic recovery rate, and breaking strength. A photosensitive resin composition capable of forming a step difference of ΔH and capable of forming an excellent pattern shape, a light shielding film having a spacer function formed using the same, and a liquid crystal display device including the light shielding film as a constituent element It is to provide.

本発明者らは、上記のような、遮光膜用の感光性樹脂組成物における課題を解決すべく検討を行った結果、特定の着色剤が目的の遮光膜用の感光性樹脂組成物の遮光成分として好適であることを見出し、本発明を完成させた。   As a result of investigations to solve the above-described problems in the photosensitive resin composition for the light shielding film, the present inventors have determined that the specific colorant is the light shielding material for the photosensitive resin composition for the light shielding film. It was found that it is suitable as a component, and the present invention was completed.

(1)本発明は、下記(A)〜(E)成分を必須成分として含むことを特徴とする、スペーサー機能を有する遮光膜用の感光性樹脂組成物であって、(A)重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂、(B)少なくとも3個のエチレン性不飽和結合を有する光重合性モノマー、(C)光重合開始剤、(D)光学濃度が4/μmとなるように製膜した膜の表面抵抗率が1×10Ω/□以上である絶縁性カーボンブラックを含む遮光成分、及び(E)溶剤、(D)成分を除いた組成物の硬化物の鉛筆硬度がHB以上であることを特徴とする、感光性樹脂組成物である。
(2)本発明はまた、(B)成分を(A)成分100質量部に対して5〜400質量部、(C)成分を(A)成分と(B)成分の合計量100質量部に対して0.1〜40質量部、光硬化後に固形分となる(B)成分を含む、(E)成分を除く成分を固形分とするとき、(D)成分を、固形分の合計量中、5〜60質量%、それぞれ含むことを特徴とする、(1)に記載の感光性樹脂組成物である。
(3)本発明はまた、(A)成分として、一般式(II)で表される重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂を用いることを特徴とする、(1)または(2)に記載の感光性樹脂組成物である。
(1) The present invention is a photosensitive resin composition for a light-shielding film having a spacer function, comprising the following components (A) to (E) as essential components: Saturated group-containing alkali-soluble resin, (B) a photopolymerizable monomer having at least three ethylenically unsaturated bonds, (C) a photopolymerization initiator, and (D) an optical density of 4 / μm. The pencil hardness of the cured product of the composition excluding the light-shielding component including insulating carbon black having a surface resistivity of 1 × 10 8 Ω / □ or more and (E) solvent and (D) component is HB or more. It is a photosensitive resin composition characterized by being.
(2) In the present invention, the component (B) is 5 to 400 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A), and the component (C) is added to 100 parts by mass of the total amount of the components (A) and (B). On the other hand, 0.1 to 40 parts by mass, including the component (B) that becomes a solid content after photocuring, and the component excluding the component (E) as a solid content, the component (D) is included in the total amount of the solid content. The photosensitive resin composition according to (1), which is contained in an amount of 5 to 60% by mass.
(3) The present invention also uses a polymerizable unsaturated group-containing alkali-soluble resin represented by the general formula (II) as the component (A), as described in (1) or (2) It is a photosensitive resin composition.

Figure 2018173631
Figure 2018173631

式中、R、R、R及びRは、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜5のアルキル基、ハロゲン原子又はフェニル基を表し、Rは、水素原子又はメチル基を表し、Xは、−CO−、−SO−、−C(CF−、−Si(CH−、−CH−、−C(CH−、−O−、フルオレン−9,9−ジイル基又は直結合を表し、Yは4価のカルボン酸残基を表し、Zは、それぞれ独立して水素原子又は−OC−W−(COOH)(但し、Wは2価又は3価カルボン酸残基を表し、lは1〜2の数を表す)を表し、nは1〜20の数を表す。 In the formula, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a halogen atom or a phenyl group, and R 5 represents a hydrogen atom or a methyl group. X represents —CO—, —SO 2 —, —C (CF 3 ) 2 —, —Si (CH 3 ) 2 —, —CH 2 —, —C (CH 3 ) 2 —, —O—, A fluorene-9,9-diyl group or a direct bond; Y represents a tetravalent carboxylic acid residue; Z is independently a hydrogen atom or —OC—W— (COOH) 1 (where W is Represents a divalent or trivalent carboxylic acid residue, l represents a number of 1 to 2, and n represents a number of 1 to 20.

(4)本発明はまた、さらに、(G)2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂又はエポキシ化合物を含むことを特徴とする、(1)〜(3)のいずれかに記載の感光性樹脂組成物である。
(5)本発明はまた、光学濃度ODが0.5/μm以上4/μm以下である遮光膜であって、電圧10V印加時の体積抵抗率が1×10Ω・cm以上、且つ誘電率が2〜10である遮光膜を形成しうることを特徴とする、(1)〜(4)のいずれかに記載の感光性樹脂組成物である。
(6)本発明はまた、微小硬度計による負荷−除荷試験において、下記(i)〜(iii)の少なくとも一つを満たす遮光膜を形成しうることを特徴とする、(1)〜(5)のいずれかに記載の感光性樹脂組成物である。(i)圧縮率が40%以下であること、(ii)弾性回復率が30%以上であること、(iii)破壊強度が200mN以上であること。
(7)本発明はまた、(1)〜(6)のいずれかに記載の感光性樹脂組成物を硬化させて形成したことを特徴とする、スペーサー機能を有する遮光膜である。
(8)本発明はまた、(7)に記載の遮光膜をブラックカラムスペーサー(BCS)として有することを特徴とする、液晶表示装置である。
(9)本発明はまた、さらに薄膜トランジスタ(TFT)を有することを特徴とする、(8)に記載の液晶表示装置である。
(10)本発明はまた、(1)〜(6)のいずれかに記載の感光性樹脂組成物を基板に塗布し、光照射によって前記感光性樹脂組成物を硬化させる、基板上に形成された遮光膜の製造方法において、遮光膜としての光学濃度を0.5/μm以上4/μm以下とするための膜厚H1と、スペーサー機能を担う遮光膜の膜厚H2について、H2が1〜7μmのとき、ΔH=H2−H1が0.1〜6.9である膜厚H1と膜厚H2の遮光膜を同時に形成することを特徴とする遮光膜の製造方法である。
(11)本発明はまた、(10)に記載の方法で製造された遮光膜をブラックカラムスペーサーとすることを特徴とする、液晶表示装置の製造方法である。
(12)本発明はまた、前記液晶表示装置は薄膜トランジスタ(TFT)を有することを特徴とする、(11)に記載の製造方法である。
(4) The photosensitive resin according to any one of (1) to (3), further comprising (G) an epoxy resin or an epoxy compound having two or more epoxy groups. It is a composition.
(5) The present invention is also a light-shielding film having an optical density OD of 0.5 / μm or more and 4 / μm or less, having a volume resistivity of 1 × 10 9 Ω · cm or more when a voltage of 10 V is applied, and a dielectric The photosensitive resin composition according to any one of (1) to (4), wherein a light-shielding film having a rate of 2 to 10 can be formed.
(6) The present invention is also characterized in that a light-shielding film satisfying at least one of the following (i) to (iii) can be formed in a load-unloading test using a microhardness meter: It is the photosensitive resin composition in any one of 5). (I) The compression rate is 40% or less, (ii) The elastic recovery rate is 30% or more, and (iii) The fracture strength is 200 mN or more.
(7) The present invention is also a light-shielding film having a spacer function, which is formed by curing the photosensitive resin composition according to any one of (1) to (6).
(8) The present invention also provides a liquid crystal display device comprising the light shielding film according to (7) as a black column spacer (BCS).
(9) The present invention is also the liquid crystal display device according to (8), further comprising a thin film transistor (TFT).
(10) The present invention is also formed on a substrate, wherein the photosensitive resin composition according to any one of (1) to (6) is applied to a substrate, and the photosensitive resin composition is cured by light irradiation. In the manufacturing method of the light shielding film, for the film thickness H1 for setting the optical density as the light shielding film to 0.5 / μm or more and 4 / μm or less, and for the film thickness H2 of the light shielding film having the spacer function, H2 is 1 to 1. When the thickness is 7 μm, a light shielding film having a film thickness H1 and a film thickness H2 having ΔH = H2−H1 of 0.1 to 6.9 is formed at the same time.
(11) The present invention is also a method for manufacturing a liquid crystal display device, wherein the light-shielding film manufactured by the method according to (10) is used as a black column spacer.
(12) The present invention is also the manufacturing method according to (11), wherein the liquid crystal display device includes a thin film transistor (TFT).

本発明に係る遮光膜用の感光性樹脂組成物は、着色剤として特定の絶縁性カーボンブラックを含むため、従来の感光性樹脂組成物に比べて遮光性、絶縁性を維持したまま圧縮率、弾性回復率、破壊強度に優れた硬化物を得ることができる。さらに本発明に係る遮光膜用の感光性樹脂組成物は、膜厚が1〜7μm程度であっても微細なスペーサー形状を形成することができる。   Since the photosensitive resin composition for a light-shielding film according to the present invention contains a specific insulating carbon black as a colorant, the compression ratio is maintained while maintaining light-shielding properties and insulating properties as compared with conventional photosensitive resin compositions. A cured product excellent in elastic recovery rate and breaking strength can be obtained. Furthermore, the photosensitive resin composition for a light-shielding film according to the present invention can form a fine spacer shape even when the film thickness is about 1 to 7 μm.

以下、本発明について詳細に説明する。
(A)成分の重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂は、光硬化反応に寄与する重合性不飽和二重結合とアルカリ現像性に寄与するカルボキシル基等の酸性基を分子内に有する樹脂を特に限定なく用いることができる。それらの中で、好ましく用いられる第一の例としては、ビスフェノール類から誘導される2個のグリシジルエーテル基を有するエポキシ化合物、好ましくは一般式(I)で表されるエポキシ化合物に、(メタ)アクリル酸(これは「アクリル酸及び/又はメタクリル酸」の意味である)を反応させて得られる、重合性不飽和基を含有するヒドロキシル基含有化合物(c)に、(a)テトラカルボン酸又はその酸二無水物、及び(b)ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物を反応させて得られる、1分子内にカルボキシル基及び重合性不飽和基を有するアルカリ可溶性樹脂である。(A)成分は、重合性不飽和二重結合とカルボキシル基とを併せ持つため、感光性樹脂組成物に優れた光硬化性、良現像性、パターニング特性を与え遮光膜の物性向上をもたらす。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The polymerizable unsaturated group-containing alkali-soluble resin of component (A) is a resin having in its molecule an acidic group such as a polymerizable unsaturated double bond that contributes to a photocuring reaction and a carboxyl group that contributes to alkali developability. It can be used without limitation. Among them, a first example preferably used is an epoxy compound having two glycidyl ether groups derived from bisphenols, preferably an epoxy compound represented by the general formula (I), (meth) Hydroxyl group-containing compound (c) containing a polymerizable unsaturated group obtained by reacting acrylic acid (which means “acrylic acid and / or methacrylic acid”), (a) tetracarboxylic acid or It is an alkali-soluble resin having a carboxyl group and a polymerizable unsaturated group in one molecule obtained by reacting the acid dianhydride and (b) a dicarboxylic acid or tricarboxylic acid or an acid anhydride thereof. Since the component (A) has both a polymerizable unsaturated double bond and a carboxyl group, it provides excellent photocurability, good developability, and patterning characteristics to the photosensitive resin composition, and improves the physical properties of the light-shielding film.

Figure 2018173631
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但し、一般式(I)において、R、R、R及びRは、独立に水素原子、炭素数1〜5のアルキル基、ハロゲン原子又はフェニル基を示し、Xは、−CO−、−SO−、−C(CF−、−Si(CH−、−CH−、−C(CH−、−O−、又は、フルオレン−9,9−ジイル基又は単結合を示し、mの平均値が0〜10、好ましくは0〜3の範囲である。 However, in general formula (I), R < 1 >, R < 2 >, R < 3 > and R < 4 > show a hydrogen atom, a C1-C5 alkyl group, a halogen atom, or a phenyl group, and X is -CO-. , -SO 2 -, - C ( CF 3) 2 -, - Si (CH 3) 2 -, - CH 2 -, - C (CH 3) 2 -, - O-, or, 9,9- A diyl group or a single bond is shown, and the average value of m is 0 to 10, preferably 0 to 3.

一般式(I)のエポキシ化合物を与えるビスフェノール類としては、ビス(4-ヒドロキシフェニル)ケトン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)ケトン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)ケトン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)スルホン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)スルホン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)ジメチルシラン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)ジメチルシラン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)ジメチルシラン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)メタン、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジブロモフェニル)メタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3-クロロフェニル)プロパン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)エーテル、ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)エーテル、9,9-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3-クロロフェニル)フルオレン、9, 9-ビス(4-ヒドロキシ-3-ブロモフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3-フルオロフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3-メトキシフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジクロロフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジブロモフェニル)フルオレン、4,4'-ビフェノール、3,3'-ビフェノール等を挙げられる。これらのビスフェノール類は、1種類の化合物のみを用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。この中でも、一般式(I)におけるXがフルオレン-9,9-ジイル基であるビスフェノール類を特に好ましく用いることができる。   Bisphenols that give epoxy compounds of general formula (I) include bis (4-hydroxyphenyl) ketone, bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl) ketone, bis (4-hydroxy-3,5-dichlorophenyl). ) Ketone, bis (4-hydroxyphenyl) sulfone, bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl) sulfone, bis (4-hydroxy-3,5-dichlorophenyl) sulfone, bis (4-hydroxyphenyl) hexafluoro Propane, bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl) hexafluoropropane, bis (4-hydroxy-3,5-dichlorophenyl) hexafluoropropane, bis (4-hydroxyphenyl) dimethylsilane, bis (4-hydroxy -3,5-dimethylphenyl) dimethylsilane, bis (4-hydroxy-3,5-dichlorophenyl) dimethylsilane, bis (4- Loxyphenyl) methane, bis (4-hydroxy-3,5-dichlorophenyl) methane, bis (4-hydroxy-3,5-dibromophenyl) methane, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, 2,2 -Bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl) propane, 2,2-bis (4-hydroxy-3,5-dichlorophenyl) propane, 2,2-bis (4-hydroxy-3-methylphenyl) propane 2,2-bis (4-hydroxy-3-chlorophenyl) propane, bis (4-hydroxyphenyl) ether, bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl) ether, bis (4-hydroxy-3,5 -Dichlorophenyl) ether, 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene, 9,9-bis (4-hydroxy-3-methylphenyl) fluorene, 9,9-bis (4-hydroxy-3-chlorophenyl) fluorene 9, 9-bis (4-hydroxy-3-bromophene) Fluorene, 9,9-bis (4-hydroxy-3-fluorophenyl) fluorene, 9,9-bis (4-hydroxy-3-methoxyphenyl) fluorene, 9,9-bis (4-hydroxy-3, 5-Dimethylphenyl) fluorene, 9,9-bis (4-hydroxy-3,5-dichlorophenyl) fluorene, 9,9-bis (4-hydroxy-3,5-dibromophenyl) fluorene, 4,4'-biphenol 3,3′-biphenol and the like. These bisphenols may use only one type of compound, or may be used in combination. Among these, bisphenols in which X in the general formula (I) is a fluorene-9,9-diyl group can be particularly preferably used.

(A)のアルカリ可溶性樹脂へと誘導するための一般式(I)の化合物は、上記ビスフェノール類とエピクロルヒドリンとを反応させて得られる2個のグリシジルエーテル基を有するエポキシ化合物である。この反応の際には、一般にジグリシジルエーテル化合物のオリゴマー化を伴い、mは個々の分子においては0〜10の整数であり、通常は複数の値の分子が混在するため平均値0〜10(整数とは限らない)となるが、好ましいmの平均値は0〜3である。mの平均値が上限値を超えると、当該エポキシ化合物使用して合成したアルカリ可溶性樹脂を用いた感光性樹脂組成物としたときに組成物の粘度が大きくなりすぎて塗工がうまく行かなくなったり、アルカリ可溶性を十分に付与できずアルカリ現像性が非常に悪くなったりする。   The compound of the general formula (I) for derivatizing into the alkali-soluble resin (A) is an epoxy compound having two glycidyl ether groups obtained by reacting the bisphenols with epichlorohydrin. The reaction generally involves oligomerization of the diglycidyl ether compound, and m is an integer of 0 to 10 for each molecule, and since a plurality of molecules are usually mixed, an average value of 0 to 10 ( The average value of m is preferably 0-3. When the average value of m exceeds the upper limit value, the viscosity of the composition becomes too high when the photosensitive resin composition using an alkali-soluble resin synthesized using the epoxy compound is used, and coating may not be performed successfully. In addition, sufficient alkali solubility cannot be imparted, and alkali developability becomes very poor.

次に、エポキシ化合物と(メタ)アクリル酸との反応で得られる重合性不飽和基を含有するヒドロキシル基含有化合物(c)と、酸成分と、を反応させて、1分子内にカルボキシル基及び重合性不飽和基を有するアルカリ可溶性樹脂を得ることができる。酸成分としては、ヒドロキシル基含有化合物と反応し得るテトラカルボン酸又はその酸二無水物(a)と、ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸一無水物(b)を使用するのがよい。この酸成分のカルボン酸残基は飽和炭化水素又は不飽和炭化水素のいずれを有していてもよい。また、これらカルボン酸残基には‐O‐、‐S‐、カルボニル基等のヘテロ元素を含む結合を含んでいてもよい。   Next, the hydroxyl group-containing compound (c) containing a polymerizable unsaturated group obtained by the reaction between the epoxy compound and (meth) acrylic acid is reacted with the acid component, so that a carboxyl group and An alkali-soluble resin having a polymerizable unsaturated group can be obtained. As the acid component, it is preferable to use a tetracarboxylic acid or acid dianhydride (a) thereof capable of reacting with a hydroxyl group-containing compound, and a dicarboxylic acid or tricarboxylic acid or acid monoanhydride (b) thereof. The carboxylic acid residue of this acid component may have either a saturated hydrocarbon or an unsaturated hydrocarbon. These carboxylic acid residues may contain a bond containing a hetero element such as —O—, —S—, or a carbonyl group.

以下に酸成分の具体的な例を示すが、例示する多価カルボン酸の二無水物及び一無水物も使用することができる。   Although the specific example of an acid component is shown below, the dianhydride and monoanhydride of the polyvalent carboxylic acid illustrated can also be used.

まず、(a)テトラカルボン酸としては、鎖式炭化水素テトラカルボン酸、脂環式テトラカルボン酸又は芳香族多価カルボン酸を挙げることができる。ここで、鎖式炭化水素テトラカルボン酸としては、例えば、ブタンテトラカルボン酸、ペンタンテトラカルボン酸、ヘキサンテトラカルボン酸等があり、更には任意の置換基が導入されたテトラカルボン酸でもよい。また、脂環式テトラカルボン酸としては、例えば、シクロブタンテトラカルボン酸、シクロペンタンテトラカルボン酸、シクロヘキサンテトラカルボン酸、シクロへプタンテトラカルボン酸、ノルボルナンテトラカルボン酸等があり、更には任意の置換基の導入されたテトラカルボン酸でもよい。更に、芳香族テトラカルボン酸としては、例えば、ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ビフェニルテトラカルボン酸、ビフェニルエーテルテトラカルボン酸等が挙げられ、更には任意の置換基の導入されたテトラカルボン酸でもよい。これらの(a)テトラカルボン酸は、1種類の化合物のみを用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。   First, examples of (a) tetracarboxylic acid include chain hydrocarbon tetracarboxylic acid, alicyclic tetracarboxylic acid, and aromatic polycarboxylic acid. Here, examples of the chain hydrocarbon tetracarboxylic acid include butanetetracarboxylic acid, pentanetetracarboxylic acid, hexanetetracarboxylic acid, and the like, and tetracarboxylic acid into which an arbitrary substituent is introduced may be used. Examples of the alicyclic tetracarboxylic acid include cyclobutanetetracarboxylic acid, cyclopentanetetracarboxylic acid, cyclohexanetetracarboxylic acid, cycloheptanetetracarboxylic acid, norbornanetetracarboxylic acid, and any substituent. The tetracarboxylic acid introduced may be used. Furthermore, examples of the aromatic tetracarboxylic acid include pyromellitic acid, benzophenone tetracarboxylic acid, biphenyl tetracarboxylic acid, and biphenyl ether tetracarboxylic acid, and even tetracarboxylic acids having an arbitrary substituent introduced therein. Good. These (a) tetracarboxylic acids may use only one type of compound, and may use them in combination.

また、(b)ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸としては、鎖式炭化水素ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸、脂環式ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸、芳香族ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸が使用される。ここで、鎖式炭化水素ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸としては、例えば、コハク酸、アセチルコハク酸、マレイン酸、アジピン酸、イタコン酸、アゼライン酸、シトラリンゴ酸、マロン酸、グルタル酸、クエン酸、酒石酸、オキソグルタル酸、ピメリン酸、セバシン酸、スベリン酸、ジグリコール酸等があり、更には任意の置換基が導入されたジカルボン酸若しくはトリカルボン酸でもよい。また、脂環式ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸としては、例えば、シクロブタンジカルボン酸、シクロペンタンジカルボン酸、ヘキサヒドロフタル酸、テトラヒドロフタル酸、ノルボルナンジカルボン酸等があり、更には任意の置換基が導入されたジカルボン酸若しくはトリカルボン酸でもよい。更に、芳香族ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸としては、例えば、フタル酸、イソフタル酸、トリメリット酸等があり、更には任意の置換基が導入されたジカルボン酸若しくはトリカルボン酸でもよい。これらの(b)ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸は、1種類の化合物のみを用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。   As (b) dicarboxylic acid or tricarboxylic acid, chain hydrocarbon dicarboxylic acid or tricarboxylic acid, alicyclic dicarboxylic acid or tricarboxylic acid, aromatic dicarboxylic acid or tricarboxylic acid is used. Here, as the chain hydrocarbon dicarboxylic acid or tricarboxylic acid, for example, succinic acid, acetyl succinic acid, maleic acid, adipic acid, itaconic acid, azelaic acid, citramalic acid, malonic acid, glutaric acid, citric acid, tartaric acid, There are oxoglutaric acid, pimelic acid, sebacic acid, suberic acid, diglycolic acid and the like, and further, dicarboxylic acid or tricarboxylic acid into which an arbitrary substituent is introduced may be used. In addition, examples of the alicyclic dicarboxylic acid or tricarboxylic acid include cyclobutane dicarboxylic acid, cyclopentane dicarboxylic acid, hexahydrophthalic acid, tetrahydrophthalic acid, norbornane dicarboxylic acid, and an arbitrary substituent group. Dicarboxylic acid or tricarboxylic acid may be used. Furthermore, examples of the aromatic dicarboxylic acid or tricarboxylic acid include phthalic acid, isophthalic acid, trimellitic acid, and the like, and further, dicarboxylic acid or tricarboxylic acid into which an arbitrary substituent is introduced may be used. These (b) dicarboxylic acids or tricarboxylic acids may be used alone or in combination.

(A)のアルカリ可溶性樹脂に使用される(a)テトラカルボン酸又はその酸二無水物と(b)ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はその酸無水物とのモル比(b)/(a)は、0.01〜0.5であり、好ましくは0.02以上0.1未満であるのがよい。モル比(b)/(a)が上記範囲を逸脱すると、本発明の高遮光かつ高抵抗であり、かつ良好な光パターニング性を有する感光性樹脂組成物とするための最適分子量が得られないため、好ましくない。なお、モル比(b)/(a)が小さいほどアルカリ溶解性が大となり、分子量が大となる傾向がある。   The molar ratio (b) / (a) of (a) tetracarboxylic acid or its acid dianhydride and (b) dicarboxylic acid or tricarboxylic acid or its acid anhydride used for the alkali-soluble resin of (A) is: It is 0.01 to 0.5, preferably 0.02 or more and less than 0.1. When the molar ratio (b) / (a) deviates from the above range, the optimum molecular weight for obtaining a photosensitive resin composition having high light-shielding and high resistance and good photopatterning property of the present invention cannot be obtained. Therefore, it is not preferable. In addition, there exists a tendency for alkali solubility to become large and molecular weight to become large, so that molar ratio (b) / (a) is small.

上記の重合性不飽和基を含有するヒドロキシル基含有化合物(c)と酸成分(b)および(a)とを反応させる比率については、好ましくは、化合物の末端がカルボキシル基となるように、各成分のモル比が(c):(b):(a)=1:0.2〜1.0:0.01〜1.0となるように定量的に反応させることが望ましい。この場合、重合性不飽和基を含有するヒドロキシル基含有化合物(c)に対する酸成分の総量のモル比(c)/〔(b)/2+(a)〕=0.5〜1.0となるように定量的に反応させることが望ましい。このモル比が0.5未満の場合は、アルカリ可溶性樹脂の末端が酸無水物となり、また、未反応酸二無水物の含有量が増大してアルカリ可溶性樹脂組成物の経時安定性低下が懸念される。一方、モル比が1.0を超える場合は、未反応の重合性不飽和基を含有するヒドロキシル基含有化合物の含有量が増大してアルカリ可溶性樹脂組成物の経時安定性低下が懸念される。(a)、(b)及び(c)の各成分のモル比はアルカリ可溶性樹脂の酸価、分子量を調整する目的で、上述の範囲で任意に変更できる。   Regarding the ratio of reacting the hydroxyl group-containing compound (c) containing the polymerizable unsaturated group and the acid components (b) and (a), preferably, each of the compounds is such that the end of the compound is a carboxyl group. It is desirable to cause the components to react quantitatively so that the molar ratio of the components is (c) :( b) :( a) = 1: 0.2 to 1.0: 0.01 to 1.0. In this case, the molar ratio of the total amount of the acid component to the hydroxyl group-containing compound (c) containing a polymerizable unsaturated group (c) / [(b) / 2 + (a)] = 0.5 to 1.0. It is desirable to make it react quantitatively. When this molar ratio is less than 0.5, the end of the alkali-soluble resin becomes an acid anhydride, and the content of unreacted acid dianhydride increases, and there is a concern that the stability over time of the alkali-soluble resin composition may decrease. Is done. On the other hand, when the molar ratio exceeds 1.0, the content of the hydroxyl group-containing compound containing an unreacted polymerizable unsaturated group is increased, and there is a concern that the temporal stability of the alkali-soluble resin composition may be lowered. The molar ratio of each component of (a), (b) and (c) can be arbitrarily changed within the above range for the purpose of adjusting the acid value and molecular weight of the alkali-soluble resin.

(A)のアルカリ可溶性樹脂は、上述の手順により、既知の方法、例えば特開平8-278629号公報や特開2008-9401号公報等に記載の方法により製造することができる。先ず、一般式(I)のエポキシ化合物に(メタ)アクリル酸を反応させる方法としては、例えば、エポキシ化合物のエポキシ基と等モルの(メタ)アクリル酸を溶剤中に添加し、触媒(トリエチルベンジルアンモニウムクロライド、2,6-ジイソブチルフェノール等)の存在下、空気を吹き込みながら90〜120℃に加熱・攪拌して反応させるという方法がある。次に、反応生成物であるエポキシアクリレート化合物の水酸基に酸無水物を反応させる方法としては、エポキシアクリレート化合物と酸二無水物および酸一無水物の所定量を溶剤中に添加し、触媒(臭化テトラエチルアンモニウム、トリフェニルホスフィン等)の存在下、90〜140℃で加熱・攪拌して反応させるという方法がある。   The alkali-soluble resin (A) can be produced by a known method, for example, a method described in JP-A-8-278629, JP-A-2008-9401, or the like, according to the above-described procedure. First, as a method of reacting the epoxy compound of the general formula (I) with (meth) acrylic acid, for example, an epoxy group of the epoxy compound and equimolar (meth) acrylic acid are added to a solvent, and a catalyst (triethylbenzyl) is added. In the presence of ammonium chloride, 2,6-diisobutylphenol, etc., there is a method of reacting by heating and stirring at 90 to 120 ° C. while blowing air. Next, as a method of reacting an acid anhydride with a hydroxyl group of an epoxy acrylate compound as a reaction product, a predetermined amount of an epoxy acrylate compound, an acid dianhydride, and an acid monoanhydride is added to a solvent, and a catalyst (odor In the presence of tetraethylammonium bromide, triphenylphosphine, etc.), the reaction is carried out by heating and stirring at 90 to 140 ° C.

このようにして製造された(A)のアルカリ可溶性樹脂は、たとえば、一般式(II)で表される構造を有する。   The alkali-soluble resin (A) thus produced has a structure represented by the general formula (II), for example.

Figure 2018173631
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式中、R、R、R及びRは、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜5のアルキル基、ハロゲン原子又はフェニル基を表し、Rは、水素原子又はメチル基を表し、Xは、−CO−、−SO−、−C(CF−、−Si(CH−、−CH−、−C(CH−、−O−、フルオレン−9,9−ジイル基又は直結合を表し、Yは4価のカルボン酸残基を表し、Zは、それぞれ独立して水素原子又は−OC−W−(COOH)(但し、Wは2価又は3価カルボン酸残基を表し、lは1〜2の数を表す)を表し、nは1〜20の数を表す。 In the formula, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a halogen atom or a phenyl group, and R 5 represents a hydrogen atom or a methyl group. X represents —CO—, —SO 2 —, —C (CF 3 ) 2 —, —Si (CH 3 ) 2 —, —CH 2 —, —C (CH 3 ) 2 —, —O—, A fluorene-9,9-diyl group or a direct bond; Y represents a tetravalent carboxylic acid residue; Z is independently a hydrogen atom or —OC—W— (COOH) 1 (where W is Represents a divalent or trivalent carboxylic acid residue, l represents a number of 1 to 2, and n represents a number of 1 to 20.

一般式(II)で示した化合物群は、ビスフェノール型エポキシ化合物を原料としたエポキシアクリレート酸付加物であるが、ビスフェノール型エポキシ化合物の代わりにノボラック型エポキシ化合物、フェノールアラルキル化合物のエポキシ化物、ナフトールアラルキル化合物のエポキシ化物、ビフェノールアラルキル化合物のエポキシ化物等を原料として用いることもできる。また、エポキシアクリレート化合物に酸成分を付加する際に、2つ以上のアルコール性水酸基を有するポリオール化合物を共存させるとか、又は2つ以上のイソシアネート基を有する化合物を共存させる等によって、得られる不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂を硬化させた場合の硬化物を所望の物性に設計することも可能である。   The compound group represented by the general formula (II) is an epoxy acrylate adduct using a bisphenol type epoxy compound as a raw material, but instead of the bisphenol type epoxy compound, a novolak type epoxy compound, an epoxidized product of a phenol aralkyl compound, and a naphthol aralkyl. Epoxidized compounds and epoxidized biphenol aralkyl compounds can also be used as raw materials. In addition, when an acid component is added to an epoxy acrylate compound, an unsaturated compound obtained by coexisting a polyol compound having two or more alcoholic hydroxyl groups or a compound having two or more isocyanate groups. It is also possible to design a cured product having desired physical properties when the group-containing alkali-soluble resin is cured.

(A)成分である不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂の第二の例としては、(メタ)アクリル酸と種々の(メタ)アクリル酸エステル等をラジカル重合して得られるアルカリ可溶性樹脂に、さらに(メタ)アクリル酸グリシジルを反応させて得られる、重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂を例示することができる。
前記の(メタ)アクリル酸と共重合させる(メタ)アクリル酸エステル等の例としては、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸アミド、スチレン及びその誘導体、無水マレイン酸及びその誘導体、ビニルエーテル類、オレフィン類等を挙げることができる。
As a second example of the unsaturated group-containing alkali-soluble resin as the component (A), an alkali-soluble resin obtained by radical polymerization of (meth) acrylic acid and various (meth) acrylic acid esters, A polymerizable unsaturated group-containing alkali-soluble resin obtained by reacting methacrylic acid glycidyl can be exemplified.
Examples of the (meth) acrylic acid ester copolymerized with the (meth) acrylic acid include (meth) acrylic acid ester, (meth) acrylic acid amide, styrene and its derivatives, maleic anhydride and its derivatives, vinyl ether. And olefins.

(メタ)アクリル酸エステル又はアミドは、(メタ)アクリル酸とアルコール(ROH)成分又はアミン(RNH)を反応させて得られる構造を有する化合物群であり、公知のものが特に制限なく利用できる。R、R及びRの具体的な例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、2−シクロペンチルエチル基、シクロヘキシルメチル基等の直鎖、分岐又は脂環構造で置換していてもよい一価のアルキル基、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、4−メチルシクロヘキシル基、アダマンチル基、イソボルニル基、ジシクロペンタニル基、ジシクロペンテニル基等の一価の脂環式炭化水素基、フェニル基、トリル基、メシチル基、ナフチル基、アントリル基、ベンジル基、2−フェニルエチル基等の一価の芳香族炭化水素基や、ピリジル基、ピペリジル基、ピペリジノ基、ピロリル基、ピロリジニル基、イミダゾリル基、イミダゾリジニル基、フリル基、テトラヒドロフリル基、チエニル基、テトラヒドロチエニル基、モルホリニル基、モルホリノ基、キノリル基等の飽和又は不飽和の一価の複素環基等を挙げることができる。更に、上記の炭化水素基及び複素環基等の任意の位置に、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、スルファニル基、カルボニル基、チオカルボニル基、カルボキシ基、チオカルボキシ基、ジチオカルボキシ基、ホルミル基、シアノ基、ニトロ基、ニトロソ基、スルホ基、アミノ基、イミノ基、シリル基、エーテル基、チオエーテル基、エステル基、チオエステル基、ジチオエステル基、アミド基、チオアミド基、ウレタン基、チオウレタン基、ウレイド基、チオウレイド基等を置換基として導入した構造も挙げることができる。 (Meth) acrylic acid ester or amide is a group of compounds having a structure obtained by reacting (meth) acrylic acid with an alcohol (R 6 OH) component or an amine (R 7 R 8 NH). Can be used without any particular restrictions. Specific examples of R 6 , R 7 and R 8 include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, tert-butyl group, pentyl group, neopentyl group, 2-cyclopentylethyl group, cyclohexylmethyl. Monovalent alkyl group, cyclopropyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, 4-methylcyclohexyl group, adamantyl group, isobornyl group, dicyclopentanyl which may be substituted with a linear, branched or alicyclic structure such as a group Group, monovalent alicyclic hydrocarbon group such as dicyclopentenyl group, monovalent aromatic hydrocarbon such as phenyl group, tolyl group, mesityl group, naphthyl group, anthryl group, benzyl group, 2-phenylethyl group Group, pyridyl group, piperidyl group, piperidino group, pyrrolyl group, pyrrolidinyl group, imidazolyl group, imidazolidini And a saturated or unsaturated monovalent heterocyclic group such as a sulfur group, a furyl group, a tetrahydrofuryl group, a thienyl group, a tetrahydrothienyl group, a morpholinyl group, a morpholino group, and a quinolyl group. Furthermore, at any position such as the above hydrocarbon group and heterocyclic group, a halogen atom, a hydroxy group, a sulfanyl group, a carbonyl group, a thiocarbonyl group, a carboxy group, a thiocarboxy group, a dithiocarboxy group, a formyl group, a cyano group , Nitro group, nitroso group, sulfo group, amino group, imino group, silyl group, ether group, thioether group, ester group, thioester group, dithioester group, amide group, thioamide group, urethane group, thiourethane group, ureido group Moreover, the structure which introduce | transduced the thioureido group etc. as a substituent can also be mentioned.

(A)のアルカリ可溶性樹脂のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定によるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、通常1000〜50000であり、2000〜15000であることが好ましい。重量平均分子量が1000未満の場合は、アルカリ現像時のパターンの密着性が低下する恐れがあり、重量平均分子量が50000を超える場合は現像性が低下したり、光又は熱で硬化した時に所望の硬度になる組成物とすることが困難になる恐れがある。なお、一般式(II)のアルカリ可溶性樹脂の場合の好ましい重量平均分子量は2000〜10000、より好ましくは3000〜7000である。   The weight average molecular weight (Mw) in terms of polystyrene as measured by gel permeation chromatography (GPC) of the alkali-soluble resin (A) is usually 1000 to 50000, and preferably 2000 to 15000. If the weight average molecular weight is less than 1000, the adhesion of the pattern at the time of alkali development may be reduced. If the weight average molecular weight exceeds 50000, the developability may be reduced or desired when cured by light or heat. There is a risk that it may be difficult to obtain a composition having hardness. In addition, the preferable weight average molecular weight in the case of alkali-soluble resin of general formula (II) is 2000-10000, More preferably, it is 3000-7000.

また、(A)のアルカリ可溶性樹脂の酸価の好ましい範囲は30〜200mgKOH/gである。この値が30mgKOH/gより小さいとアルカリ現像時に残渣が残りやすくなり、200mgKOH/gを超えるとアルカリ現像液の浸透が早くなり過ぎ、剥離現像が起きるので、何れも好ましくない。なお、(A)の重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂は、その1種のみを使用しても、2種以上の混合物を使用することもできる。   Moreover, the preferable range of the acid value of (A) alkali-soluble resin is 30-200 mgKOH / g. If this value is less than 30 mgKOH / g, residues are likely to remain during alkali development, and if it exceeds 200 mgKOH / g, the alkali developer will permeate too quickly and release development will occur. In addition, the polymerizable unsaturated group-containing alkali-soluble resin (A) can be used alone or in a mixture of two or more.

本発明において、(A)成分の重量平均分子量は、サンプリングした溶液をテトラヒドロフランに溶解させて東ソー社製HLC−8220GPCで分子量分布測定を行い、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量を算出した値を用いる。また(A)成分の酸価は、サンプリングした溶液をジオキサンに溶解させて0.1規定の水酸化カリウム水溶液で中和滴定し、当量点からサンプル溶液の固形分換算の酸価を算出した値を用いる。   In the present invention, the weight average molecular weight of the component (A) is a value obtained by dissolving the sampled solution in tetrahydrofuran, measuring the molecular weight distribution with HLC-8220 GPC manufactured by Tosoh Corporation, and calculating the weight average molecular weight in terms of standard polystyrene. The acid value of component (A) is a value obtained by dissolving the sampled solution in dioxane, neutralizing with a 0.1 N aqueous potassium hydroxide solution, and calculating the acid value in terms of solid content of the sample solution from the equivalence point. Is used.

次に、(B)少なくとも3個のエチレン性不飽和結合を有する光重合性モノマーとしては、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ソルビトールペンタ(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、ソルビトールヘキサ(メタ)アクリレート、フォスファゼンのアルキレンオキサイド変性ヘキサ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル類、多価アルコール類(ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール等)や多価フェノール類(フェノールノボラック等)のビニルベンジルエーテル化合物、ジビニルベンゼン等のジビニル化合物類の付加重合体等を挙げることができる。これらの(B)少なくとも3個のエチレン性不飽和結合を有する光重合性モノマーは、1種類の化合物のみを用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。なお、(B)少なくとも3個のエチレン性不飽和結合を有する光重合性モノマーは遊離のカルボキシ基を有しない。   Next, (B) as the photopolymerizable monomer having at least three ethylenically unsaturated bonds, for example, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, trimethylolethane tri (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) Acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, dipentaerythritol tetra (meth) acrylate, sorbitol penta (meth) acrylate, dipentaerythritol penta (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, sorbitol hexa (meth) acrylate (Meth) acrylic acid esters such as phosphazene alkylene oxide modified hexa (meth) acrylate and caprolactone modified dipentaerythritol hexa (meth) acrylate Ethers, polyhydric alcohols (pentaerythritol, dipentaerythritol, etc.) vinylbenzyl ether compounds and polyhydric phenols (phenol novolac), can be mentioned an addition polymer such as a divinyl compound such as divinylbenzene. These (B) photopolymerizable monomers having at least three ethylenically unsaturated bonds may use only one type of compound, or may be used in combination. Note that (B) the photopolymerizable monomer having at least three ethylenically unsaturated bonds does not have a free carboxy group.

(B)成分の配合割合は、(A)成分100質量部に対して5〜400質量部であるのがよく、好ましくは10〜150質量部であるのがよい。(B)成分の配合割合が(A)成分100質量部に対して400質量部より多いと、光硬化後の硬化物が脆くなり、また、未露光部において塗膜の酸価が低いためにアルカリ現像液に対する溶解性が低下し、パターンエッジがぎざつきシャープにならないといった問題が生じる。一方、(B)成分の配合割合が(A)成分100質量部に対して5質量部よりも少ないと、樹脂に占める光反応性官能基の割合が少なく架橋構造の形成が十分でなく、更に、樹脂成分における酸価が高いために、露光部におけるアルカリ現像液に対する溶解性が高くなることから、形成されたパターンが目標とする線幅より細くなったり、パターンの欠落が生じ易くなるといった問題が生じる恐れがある。   The blending ratio of the component (B) is preferably 5 to 400 parts by mass, and preferably 10 to 150 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A). When the blending ratio of the component (B) is more than 400 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A), the cured product after photocuring becomes brittle, and the acid value of the coating film is low in the unexposed area. There arises a problem that the solubility in an alkaline developer is lowered and the pattern edge is not jagged and sharp. On the other hand, when the blending ratio of the component (B) is less than 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A), the ratio of the photoreactive functional group in the resin is small and the formation of the crosslinked structure is not sufficient. In addition, since the acid value in the resin component is high, the solubility in the alkaline developer in the exposed area is increased, and thus the problem is that the formed pattern becomes thinner than the target line width or the pattern is easily lost. May occur.

また、(C)成分の光重合開始剤としては、例えば、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等のアセトフェノン類、ベンゾフェノン、2-クロロベンゾフェノン、p,p'-ビスジメチルアミノベンゾフェノン等のベンゾフェノン類、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾインエーテル類、2-(o-クロロフェニル)-4,5-フェニルビイミダゾール、2-(o-クロロフェニル)-4,5-ジ(m-メトキシフェニル)ビイミダゾール、2-(o-フルオロフェニル)-4,5-ジフェニルビイミダゾール、2-(o-メトキシフェニル)-4,5-ジフェニルビイミダゾール、2,4,5-トリアリールビイミダゾール等のビイミダゾール系化合物類、2-トリクロロメチル−5−スチリル−1,3,4−オキサジアゾール、2−トリクロロメチル-5-(p-シアノスチリル)-1,3,4-オキサジアゾール、2-トリクロロメチル-5-(p-メトキシスチリル)-1,3,4-オキサジアゾール等のハロメチルジアゾール化合物類、2,4,6-トリス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-メチル−4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-フェニル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(4-クロロフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-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)-1,3,5-トリアジン、2-(4-メトキシナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(4-メトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(3,4,5-トリメトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(4-メチルチオスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン等のハロメチル−s−トリアジン系化合物類、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)、1-(4-フェニルスルファニルフェニル)ブタン-1,2-ジオン-2-オキシム-O-ベンゾアート、1-(4-メチルスルファニルフェニル)ブタン-1,2-ジオン-2-オキシム-O-アセタート、1-(4-メチルスルファニルフェニル)ブタン-1-オンオキシム-O-アセタート、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-(0-アセチルオキシム)、メタノン,(9-エチル-6-ニトロ-9H-カルバゾール-3-イル)[4-(2-メトキシ-1-メチルエトキシ)-2-メチルフェニル]-,O−アセチルオキシム、メタノン,(2-メチルフェニル)(7-ニトロ-9,9-ジプロピル-9H-フルオレン-2-イル)-,アセチルオキシム、エタノン,1-[7-(2-メチルベンゾイル)-9,9-ジプロピル-9H-フルオレン-2-イル]-,1-(O-アセチルオキシム)、エタノン,1-(-9,9-ジブチル-7-ニトロ-9H-フルオレン-2-イル)-,1-O-アセチルオキシム等のO-アシルオキシム系化合物類、ベンジルジメチルケタール、チオキサンソン、2-クロロチオキサンソン、2,4-ジエチルチオキサンソン、2-メチルチオキサンソン、2-イソプロピルチオキサンソン等のイオウ化合物、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等のアントラキノン類、アゾビスイソブチルニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、クメンパーオキシド等の有機過酸化物、2-メルカプトベンゾイミダゾール、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等のチオール化合物などが挙げられる。この中でも、高感度の遮光膜用の感光性樹脂組成物を得られやすい観点から、O-アシルオキシム系化合物類を用いることが好ましい。これらの(C)光重合開始剤は、1種類の化合物のみを用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。なお、本発明でいう光重合開始剤とは、増感剤を含む意味で使用される。   Examples of the photopolymerization initiator of component (C) include acetophenone, 2,2-diethoxyacetophenone, p-dimethylacetophenone, p-dimethylaminopropiophenone, dichloroacetophenone, trichloroacetophenone, p-tert-butyl. Acetophenones such as acetophenone, benzophenone, 2-chlorobenzophenone, benzophenones such as p, p'-bisdimethylaminobenzophenone, benzoin ethers such as benzyl, benzoin, benzoin methyl ether, benzoin isopropyl ether, benzoin isobutyl ether, 2- (o-chlorophenyl) -4,5-phenylbiimidazole, 2- (o-chlorophenyl) -4,5-di (m-methoxyphenyl) biimidazole, 2- (o-fluorophenyl) -4,5-diphenyl Biimidazole, 2- (o-methoxyphenyl) -4,5-diphenylbi Biimidazole compounds such as imidazole, 2,4,5-triarylbiimidazole, 2-trichloromethyl-5-styryl-1,3,4-oxadiazole, 2-trichloromethyl-5- (p-cyano Halomethyldiazole compounds such as styryl) -1,3,4-oxadiazole, 2-trichloromethyl-5- (p-methoxystyryl) -1,3,4-oxadiazole, 2,4,6 -Tris (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2-methyl-4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2-phenyl-4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2- (4-chlorophenyl) -4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2- (4-methoxyphenyl) -4,6-bis ( Trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2- (4-methoxynaphthyl) -4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2- (4-methoxystyryl) -4, 6-bis (trichlorome ) -1,3,5-triazine, 2- (3,4,5-trimethoxystyryl) -4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2- (4-methylthiostyryl) ) -4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine and other halomethyl-s-triazine compounds, 1,2-octanedione, 1- [4- (phenylthio) phenyl]-, 2 -(O-benzoyloxime), 1- (4-phenylsulfanylphenyl) butane-1,2-dione-2-oxime-O-benzoate, 1- (4-methylsulfanylphenyl) butane-1,2-dione -2-oxime-O-acetate, 1- (4-methylsulfanylphenyl) butan-1-one oxime-O-acetate, ethanone, 1- [9-ethyl-6- (2-methylbenzoyl) -9H-carbazole- 3-yl]-, 1- (0-acetyloxime), methanone, (9-ethyl-6-nitro-9H-carbazol-3-yl) [4- (2-methoxy-1-methylethoxy) -2- Mechi Ruphenyl]-, O-acetyloxime, methanone, (2-methylphenyl) (7-nitro-9,9-dipropyl-9H-fluoren-2-yl)-, acetyloxime, ethanone, 1- [7- (2 -Methylbenzoyl) -9,9-dipropyl-9H-fluoren-2-yl]-, 1- (O-acetyloxime), ethanone, 1-(-9,9-dibutyl-7-nitro-9H-fluorene- O-acyloxime compounds such as 2-yl)-, 1-O-acetyloxime, benzyldimethyl ketal, thioxanthone, 2-chlorothioxanthone, 2,4-diethylthioxanthone, 2-methylthioxanthone, Sulfur compounds such as 2-isopropylthioxanthone, anthraquinones such as 2-ethylanthraquinone, octamethylanthraquinone, 1,2-benzanthraquinone, 2,3-diphenylanthraquinone, azobisisobutylnitrile, benzoyl peroxide De, organic peroxides such as cumene peroxide, 2-mercaptobenzimidazole, 2-mercaptobenzoxazole, and 2-mercaptobenzothiazole thiol compounds are exemplified. Among these, from the viewpoint of easily obtaining a photosensitive resin composition for a light-sensitive light-shielding film, it is preferable to use O-acyloxime compounds. These (C) photopolymerization initiators may use only one type of compound, or may be used in combination. In addition, the photoinitiator as used in the field of this invention is used by the meaning containing a sensitizer.

これらの光重合開始剤や増感剤は、その1種のみを単独で使用できるほか、2種以上を組み合わせて使用することもできる。また、それ自体では光重合開始剤や増感剤として作用しないが、組み合わせて用いることにより、光重合開始剤や増感剤の能力を増大させ得るような化合物を添加することもできる。そのような化合物としては、例えば、ベンゾフェノンと組み合わせて使用すると効果のあるトリエタノールアミン、トリエチルアミン等の第3級アミンを挙げることができる。   These photopolymerization initiators and sensitizers can be used alone or in combination of two or more. Moreover, although it does not act as a photopolymerization initiator or a sensitizer by itself, a compound capable of increasing the ability of the photopolymerization initiator or the sensitizer can be added by using in combination. Examples of such compounds include tertiary amines such as triethanolamine and triethylamine which are effective when used in combination with benzophenone.

(C)成分の光重合開始剤の使用量は、(A)成分と(B)成分の合計100質量部を基準として0.1〜40質量部であるのがよく、好ましくは1〜25質量部であるのがよい。(C)成分の配合割合が0.1質量部未満の場合には、光重合の速度が遅くなって、感度が低下し、一方、40質量部を超える場合には、感度が強すぎて、パターン線幅がパターンマスクに対して太った状態になり、マスクに対して忠実な線幅が再現できない、又は、パターンエッジがぎざつきシャープにならないといった問題が生じる恐れがある。   (C) The usage-amount of the photoinitiator of a component should be 0.1-40 mass parts on the basis of a total of 100 mass parts of (A) component and (B) component, Preferably it is 1-25 mass. Good part. When the blending ratio of the component (C) is less than 0.1 parts by mass, the rate of photopolymerization is slowed and the sensitivity is lowered. On the other hand, when it exceeds 40 parts by mass, the sensitivity is too strong, The pattern line width becomes thicker than the pattern mask, and there is a possibility that a line width that is faithful to the mask cannot be reproduced, or the pattern edge does not become jagged and sharp.

(D)成分は、5〜20質量%の(D)成分と、5〜15質量%の(A)成分を(E)成分中に含む組成物から、膜厚が10〜1.5μmであり、光学濃度4/μmになるように製膜した膜の表面抵抗率が1×10Ω/□以上である、絶縁性カーボンブラックを含む遮光成分である。このような遮光成分に含まれ得る絶縁性カーボンブラックは、様々な方法でカーボンブラック表面に絶縁処理を施こすことが必要であるが、絶縁処理の方法には特に限定されない。絶縁処理の方法を例示すると、樹脂で被覆する方法(例えば特開平9−95625号公報)、酸化剤で酸化処理する方法(例えば特開平11−181326号公報)、反応性基を有する高分子化合物によってグラフト化する方法(例えば特開平9−265006号公報)、有機基で化学修飾する方法(例えば特表2008−517330号公報)、グラフト反応と樹脂による被覆を併用する方法(例えば特開2002−249678号公報)、色素で被覆する方法(例えば国際公開第2013/129555号)等が知られている。 The component (D) has a film thickness of 10 to 1.5 μm from a composition containing 5 to 20% by mass of the (D) component and 5 to 15% by mass of the (A) component in the (E) component. The light-shielding component containing insulating carbon black has a surface resistivity of 1 × 10 8 Ω / □ or more. The insulating carbon black that can be contained in such a light shielding component needs to be subjected to an insulating treatment on the surface of the carbon black by various methods, but the method of the insulating treatment is not particularly limited. Examples of the insulating treatment method include a method of coating with a resin (for example, JP-A-9-95625), a method of oxidizing with an oxidizing agent (for example, JP-A-11-181326), and a polymer compound having a reactive group. (For example, JP-A-9-265006), a method for chemically modifying with an organic group (for example, JP-T-2008-517330), a method for using a graft reaction and coating with a resin together (for example, JP-A-2002-51730). No. 249678), a method of coating with a dye (for example, International Publication No. 2013/129555), and the like are known.

(D)成分としては、絶縁性カーボンブラックを2種類以上用いることができるし、ペリレンブラック、アニリンブラック、シアニンブラック、ラクタムブラック等の黒色有機顔料や、赤、青、緑、紫、黄色、シアニン、マゼンタ等の有機顔料を併用することもできる。これらカーボンブラックを必須成分として含む遮光成分の選択は、絶縁性、耐熱性、耐光性、耐溶剤性等を考慮して行うことが必要であり、場合のよっては黒色を無彩色にすることができるように遮光成分の組合せを選択することができる。   As the component (D), two or more kinds of insulating carbon black can be used, black organic pigments such as perylene black, aniline black, cyanine black, lactam black, red, blue, green, purple, yellow, cyanine Organic pigments such as magenta can also be used in combination. The selection of the light-shielding component containing carbon black as an essential component is necessary in consideration of insulation, heat resistance, light resistance, solvent resistance, etc. In some cases, black may be achromatic. A combination of light shielding components can be selected as possible.

また、(E)成分の溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、3-メトキシ-1-ブタノール、エチレングリコールモノブチルエーテル、3-ヒドロキシ-2-ブタノン、ジアセトンアルコール等のアルコール類、α-もしくはβ-テルピネオール等のテルペン類等、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、N-メチル-2-ピロリドン等のケトン類、トルエン、キシレン、テトラメチルベンゼン等の芳香族炭化水素類、セロソルブ、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、カルビトール、メチルカルビトール、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、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、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、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等のグリコールエーテル類、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、3-メトキシブチルアセテート、3-メトキシ-3-メチルブチルアセテート、セロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、カルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、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等のエステル類等が挙げられ、これらを用いて溶解、混合させることにより、均一な溶液状の組成物とすることができる。これらの溶剤は、塗布性等の必要特性とするために2種類以上を用いてもよい。   Examples of the solvent for component (E) include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, ethylene glycol, propylene glycol, 3-methoxy-1-butanol, ethylene glycol monobutyl ether, 3-hydroxy-2-butanone, Alcohols such as diacetone alcohol, terpenes such as α- or β-terpineol, etc., ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, N-methyl-2-pyrrolidone, aromatic carbonization such as toluene, xylene, tetramethylbenzene Hydrogen, cellosolve, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, carbitol, methyl carbitol, ethyl carbitol, butyl carbitol, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, dipropylene group Glycol ethers such as coal monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, 3-methoxybutyl acetate, 3-methoxy-3- Examples include methyl butyl acetate, cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, butyl cellosolve acetate, carbitol acetate, ethyl carbitol acetate, butyl carbitol acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, and the like. A uniform solution-like composition can be obtained by dissolving and mixing the composition. Two or more kinds of these solvents may be used in order to obtain necessary characteristics such as coatability.

そして、これらの絶縁性カーボンブラックを必須成分として含む遮光成分は、好ましくは、予め溶剤に(F)分散剤とともに分散させてカーボンブラック分散液としたうえで、遮光膜用の感光性樹脂組成物として配合するのがよい。ここで、分散させる溶剤は、(E)成分の一部になるため、上記の(E)成分に挙げたものであれば使用することができるが、例えば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等が好適に用いられる。カーボンブラック分散液を形成する(D)の絶縁性カーボンブラックの配合割合については、本発明の遮光膜用の感光性樹脂組成物の全固形分に対して5〜60質量%の範囲で用いられるのがよい。なお、上記固形分とは、組成物のうち(E)成分を除く成分を意味する。上記固形分には、光硬化後に固形分となる(B)成分も含まれる。5質量%より少ないと、所望の遮光性に設定できなくなる。60質量%を越えると、本来のバインダーとなる感光性樹脂の含有量が減少するため、現像特性を損なうと共に膜形成能が損なわれるという好ましくない問題が生じる。   The light-shielding component containing these insulating carbon blacks as essential components is preferably pre-dispersed in a solvent together with the (F) dispersant to obtain a carbon black dispersion, and then a photosensitive resin composition for a light-shielding film. It is better to mix as Here, since the solvent to be dispersed becomes a part of the component (E), any of those listed above as the component (E) can be used. For example, propylene glycol monomethyl ether acetate, 3-methoxybutyl Acetate or the like is preferably used. About the compounding ratio of the insulating carbon black of (D) which forms a carbon black dispersion liquid, it is used in 5-60 mass% with respect to the total solid of the photosensitive resin composition for light shielding films of this invention. It is good. In addition, the said solid content means a component except (E) component among compositions. The solid content includes a component (B) that becomes a solid content after photocuring. If it is less than 5% by mass, the desired light-shielding property cannot be set. If it exceeds 60% by mass, the content of the photosensitive resin, which is the original binder, decreases, so that undesired problems occur in that the development characteristics are impaired and the film forming ability is impaired.

この遮光性分散液における遮光成分のレーザー回折・散乱式粒子径分布計で測定した平均粒径(以下「平均二次粒径」という)は、以下のようになるようにすることが好ましい。絶縁性カーボンブラック、及び併用する有機顔料ついては、分散粒子の平均二次粒径が20〜500nmであることがよい。なお、これらのカーボンブラック分散液を配合して調製した遮光膜用の感光性樹脂組成物においても、これらの遮光成分は、同じ平均二次粒径を有することが好ましい。   The average particle diameter (hereinafter referred to as “average secondary particle diameter”) of the light-shielding component in the light-shielding dispersion measured with a laser diffraction / scattering particle size distribution meter is preferably as follows. For the insulating carbon black and the organic pigment used in combination, the average secondary particle size of the dispersed particles is preferably 20 to 500 nm. In addition, also in the photosensitive resin composition for light shielding films prepared by blending these carbon black dispersions, these light shielding components preferably have the same average secondary particle size.

また、(F)分散剤としては各種高分子分散剤等の公知の分散剤を使用することができる。分散剤の例としては、従来顔料分散に用いられている公知の化合物(分散剤、分散湿潤剤、分散促進剤等の名称で市販されている化合物等)を特に制限なく使用することができるが、例えば、カチオン性高分子系分散剤、アニオン性高分子系分散剤、ノニオン性高分子系分散剤、顔料誘導体型分散剤(分散助剤)等を挙げることができる。特に、顔料への吸着点としてイミダゾリル基、ピロリル基、ピリジル基、一級、二級又は三級のアミノ基等のカチオン性の官能基を有し、アミン価が1〜100mgKOH/g、数平均分子量が1千〜10万の範囲にあるカチオン性高分子系分散剤は好適である。この分散剤の配合量は、絶縁性カーボンブラックを必須成分とする遮光成分に対して1〜30質量%、好ましくは2〜25質量%であることが好ましい。   As the dispersant (F), known dispersants such as various polymer dispersants can be used. As examples of the dispersant, known compounds conventionally used for pigment dispersion (compounds marketed under the names of dispersants, dispersion wetting agents, dispersion accelerators, etc.) can be used without particular limitation. Examples thereof include cationic polymer dispersants, anionic polymer dispersants, nonionic polymer dispersants, pigment derivative dispersants (dispersion aids), and the like. In particular, it has a cationic functional group such as an imidazolyl group, pyrrolyl group, pyridyl group, primary, secondary or tertiary amino group as an adsorption point to the pigment, an amine value of 1 to 100 mgKOH / g, and a number average molecular weight Is preferably a cationic polymer dispersant having a molecular weight of 1,000 to 100,000. The blending amount of the dispersant is 1 to 30% by mass, preferably 2 to 25% by mass, based on the light shielding component containing insulating carbon black as an essential component.

さらに、カーボンブラック分散液を調製する際に、上記分散剤に加えて(A)成分の重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂の一部を共分散させることにより、遮光膜用の感光性樹脂組成物としたとき、露光感度を高感度に維持しやすくし、現像時の密着性が良好で残渣の問題も発生しにくい感光性樹脂組成物とすることができる。(A)成分の配合量は、カーボンブラック分散液中2〜20質量%であるのが好ましく、5〜15質量%であることがより好ましい。(A)成分が2質量%未満であると、感度向上、密着性向上、残渣低減といった共分散させた効果を得ることができない。また、20質量%以上であると、特に絶縁性カーボンブラックを必須成分とする遮光成分の含有量が大きいときに、カーボンブラック分散液の粘度が高く、均一に分散させることが困難あるいは非常に時間を要することになり、均一に絶縁性カーボンブラックが分散した塗膜を得るための感光性樹脂組成物を得ることが難しくなる。   Furthermore, when preparing a carbon black dispersion, a part of the polymerizable unsaturated group-containing alkali-soluble resin (A) component is co-dispersed in addition to the dispersant, thereby forming a photosensitive resin composition for a light-shielding film. When the product is made into a product, the exposure sensitivity can be easily maintained at a high sensitivity, and a photosensitive resin composition having good adhesion during development and hardly causing a problem of residue can be obtained. The amount of component (A) is preferably 2 to 20% by mass in the carbon black dispersion, and more preferably 5 to 15% by mass. When the component (A) is less than 2% by mass, it is not possible to obtain co-dispersed effects such as improved sensitivity, improved adhesion, and reduced residue. Further, when the content is 20% by mass or more, the viscosity of the carbon black dispersion is high, particularly when the content of the light shielding component containing the insulating carbon black as an essential component is large, and it is difficult or very difficult to disperse uniformly. Therefore, it is difficult to obtain a photosensitive resin composition for obtaining a coating film in which insulating carbon black is uniformly dispersed.

このようにして得られたカーボンブラック分散液は、(A)成分(カーボンブラック分散液を調製する際に(A)成分を共分散させた場合は、残りの(A)成分)、(B)成分、(C)成分、及び残りの(E)成分と混合することで、遮光膜用の感光性樹脂組成物とすることができる。   The carbon black dispersion thus obtained is composed of the component (A) (the remaining component (A) when the component (A) is co-dispersed when the carbon black dispersion is prepared), (B) It can be set as the photosensitive resin composition for light shielding films by mixing with a component, (C) component, and the remaining (E) component.

また、本発明の感光性樹脂組成物には、必要に応じて硬化促進剤、熱重合禁止剤および酸化防止剤、可塑剤、充填材、レベリング剤、消泡剤、カップリング剤、界面活性剤等の添加剤を配合することができる。熱重合禁止剤および酸化防止剤としては、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、ピロガロール、tert-ブチルカテコール、フェノチアジン、ヒンダードフェノール系化合物等を挙げることができ、可塑剤としては、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、リン酸トリクレジル等を挙げることができ、充填材としては、ガラスファイバー、シリカ、マイカ、アルミナ等を挙げることができ、レベリング剤や消泡剤としては、シリコーン系、フッ素系、アクリル系の化合物を挙げることができる。また、カップリング剤としては3-(グリシジルオキシ)プロピルトリメトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-イソシアナトプロピルトリエトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリエトキシシラン等のシランカップリング剤を挙げることができ、界面活性剤としてはフッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤等を挙げることができる。   In addition, the photosensitive resin composition of the present invention includes a curing accelerator, a thermal polymerization inhibitor and an antioxidant, a plasticizer, a filler, a leveling agent, an antifoaming agent, a coupling agent, and a surfactant as necessary. Etc. can be mix | blended. Examples of thermal polymerization inhibitors and antioxidants include hydroquinone, hydroquinone monomethyl ether, pyrogallol, tert-butylcatechol, phenothiazine, hindered phenol compounds, and the like, and plasticizers include dibutyl phthalate, dioctyl phthalate, phosphorus Examples of the filler include glass fiber, silica, mica, and alumina. Examples of the leveling agent and antifoaming agent include silicone, fluorine, and acrylic compounds. be able to. As coupling agents, silane coupling agents such as 3- (glycidyloxy) propyltrimethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, 3-isocyanatopropyltriethoxysilane, and 3-ureidopropyltriethoxysilane are used. Examples of the surfactant include a fluorine-based surfactant and a silicone-based surfactant.

本発明の感光性樹脂組成物は、熱によって重合又は硬化するその他の樹脂成分を併用してもよい。その他の樹脂成分としては、(G)2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂又はエポキシ化合物が好ましく、3,3',5,5'-テトラメチル-4,4'-ビフェノール型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールフルオレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、3,4-エポキシシクロヘキセニルメチル-3',4'-エポキシシクロヘキセンカルボキシレート、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)-1-ブタノールの1,2-エポキシ-4-(2-オキシラニル)シクロヘキサン付加物、エポキシシリコーン樹脂等が挙げられる。これらの追加の成分は、1種類の化合物のみを用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。   The photosensitive resin composition of the present invention may be used in combination with other resin components that are polymerized or cured by heat. As other resin components, (G) an epoxy resin or an epoxy compound having two or more epoxy groups is preferable, and 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-4,4′-biphenol type epoxy resin, bisphenol Type A epoxy resin, bisphenolfluorene type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, 3,4-epoxycyclohexenylmethyl-3 ', 4'-epoxycyclohexenecarboxylate, 2,2-bis (hydroxymethyl) -1-butanol 1,2-epoxy-4- (2-oxiranyl) cyclohexane adduct, epoxy silicone resin and the like. As these additional components, only one kind of compound may be used, or a plurality thereof may be used in combination.

本発明の感光性樹脂組成物は、上記(A)〜(E)成分を主成分として含有する。上記固形分中に、(A)〜(D)成分が合計で70質量%、好ましくは80質量%以上含まれることが望ましい。(E)溶剤の量は、目標とする粘度によって変化するが、感光性樹脂組成物中に60〜90質量%の範囲で含まれるようにするのがよい。(G)成分を併用する場合は、(G)/{(A)+(B)+(G)}の比率が5〜30質量%であることが好ましく、10〜20質量%であることがより好ましい。   The photosensitive resin composition of this invention contains the said (A)-(E) component as a main component. In the solid content, the components (A) to (D) are 70% by mass in total, preferably 80% by mass or more. (E) Although the quantity of a solvent changes with target viscosity, it is good to make it contain in the range of 60-90 mass% in the photosensitive resin composition. When the component (G) is used in combination, the ratio of (G) / {(A) + (B) + (G)} is preferably 5 to 30% by mass, and preferably 10 to 20% by mass. More preferred.

本発明の感光性樹脂組成物においては、遮光成分である絶縁性カーボンブラック((D)成分)を除いた組成物の硬化膜の硬度を一定レベル以上にすることに特徴がある。この硬度を測定する硬化膜の製膜条件は、本発明の感光性樹脂組成物を使用して所望のパターンを得る場合に用いる、光硬化条件、熱硬化条件を用いる。例えば、(A)〜(C)及び(E)成分からなる硬度測定用組成物をガラス基板上にスピンナー機でスピンコートし、60〜110℃の温度で1〜3分間加熱乾燥した後、超高圧水銀灯を備えた露光装置を用いて、フォトマスクを介さず所定量の露光を行い、さらに、180〜250℃で20〜60分熱硬化させることにより、硬度測定用硬化膜を作製する。そして、その硬化膜の鉛筆硬度を測定した時、HB以上の鉛筆硬度の硬化膜が得られるのがよい。より好ましくは鉛筆硬度H以上になるように、(A)〜(C)成分、さらに適宜(G)エポキシ樹脂又はエポキシ化合物や硬化促進剤等の添加剤を組成して、本発明の感光性樹脂組成物とするのがよい。鉛筆硬度がHBより柔らかい場合には、スペーサーとしての機械物性において弾性回復率が十分に得られないなどといった不都合が生じる可能性がある。特にカーボンブラック等の遮光成分の含有率が小さい場合にはその影響が大きく出ることがある。   The photosensitive resin composition of the present invention is characterized in that the hardness of the cured film of the composition excluding insulating carbon black (component (D)), which is a light shielding component, is at a certain level or higher. The film forming conditions of the cured film for measuring the hardness are photocuring conditions and heat curing conditions used when a desired pattern is obtained using the photosensitive resin composition of the present invention. For example, the composition for hardness measurement comprising the components (A) to (C) and (E) is spin-coated on a glass substrate with a spinner machine, and heated and dried at a temperature of 60 to 110 ° C. for 1 to 3 minutes. Using an exposure apparatus equipped with a high-pressure mercury lamp, a predetermined amount of exposure is performed without using a photomask, and further, thermosetting is performed at 180 to 250 ° C. for 20 to 60 minutes, thereby producing a hardness measurement cured film. When the pencil hardness of the cured film is measured, a cured film having a pencil hardness of HB or higher is preferably obtained. More preferably, the components (A) to (C), and further (G) an epoxy resin or an additive such as an epoxy compound or a curing accelerator are appropriately composed so that the pencil hardness is H or higher, and the photosensitive resin of the present invention. A composition is preferred. When the pencil hardness is softer than HB, there is a possibility that inconveniences such as insufficient recovery of elasticity in mechanical properties as a spacer may occur. In particular, when the content of a light-shielding component such as carbon black is small, the effect may be significant.

HB以上の鉛筆硬度の硬化膜を得られるようにする方法は特に限定されないが、たとえば以下の点を考慮して(A)成分及び(B)成分を選択することができる。   The method for obtaining a cured film having a pencil hardness of HB or higher is not particularly limited. For example, the component (A) and the component (B) can be selected in consideration of the following points.

硬化膜の硬度を硬くするためには、光硬化時に形成される重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂((A)成分)の分子同士の架橋及び(A)成分と重合性モノマー((B)成分)間の架橋が一定量以上になるように、(A)成分の選択、(B)成分の選択、及び配合比率を設計することが必要である。(A)成分の分子量が大きくなり1分子中の重合性不飽和基の含有量が小さくなると、架橋の量を増やすことが難しくなる。(A)成分の分子量が大きすぎると、1分子中の重合性不飽和基の含有量が多くても(A)成分同士及び(A)成分と(B)成分間の架橋の形成量を増やすことが難しくなる傾向があることも考慮する必要性がある。また、(B)成分の重合性不飽和基が3個以上でないと架橋の量を増やすことが難しい。なお、アルカリ可溶性樹脂の構造や重合性モノマーの構造によっても硬化物の物性は影響を受けるので、これらの点も加味して組合せる(A)成分と(B)成分を選択、配合比率を設計することになる。   In order to increase the hardness of the cured film, crosslinking between molecules of the polymerizable unsaturated group-containing alkali-soluble resin (component (A)) formed during photocuring and the component (A) and the polymerizable monomer ((B)) It is necessary to design the selection of the component (A), the selection of the component (B), and the blending ratio so that the cross-linking between the components) becomes a certain amount or more. When the molecular weight of the component (A) increases and the content of the polymerizable unsaturated group in one molecule decreases, it becomes difficult to increase the amount of crosslinking. When the molecular weight of the component (A) is too large, the amount of crosslinks between the components (A) and between the components (A) and (B) is increased even if the content of the polymerizable unsaturated group in one molecule is large. It is also necessary to consider that things tend to be difficult. Moreover, it is difficult to increase the amount of crosslinking unless the polymerizable unsaturated group of the component (B) is 3 or more. In addition, the physical properties of the cured product are also affected by the structure of the alkali-soluble resin and the structure of the polymerizable monomer. Therefore, the components (A) and (B) to be combined are selected in consideration of these points, and the blending ratio is designed. Will do.

本発明における遮光膜用の感光性樹脂組成物は、例えばスペーサー機能を有する遮光膜を形成するための感光性樹脂組成物として優れるものである。スペーサー機能を有する遮光膜の形成方法としては、以下のようなフォトリソグラフィー法がある。先ず、本発明における遮光膜用の感光性樹脂組成物を基材上に塗布し、次いで溶媒を乾燥させた(プリベーク)後、このようにして得られた被膜の上にフォトマスクをあて、紫外線を照射して露光部を硬化させ、更にアルカリ水溶液を用いて未露光部を溶出させる現像を行ってパターンを形成し、更に後乾燥としてポストベーク(熱焼成)を行う方法が挙げられる。   The photosensitive resin composition for a light shielding film in the present invention is excellent as a photosensitive resin composition for forming a light shielding film having a spacer function, for example. As a method for forming a light shielding film having a spacer function, the following photolithography methods are available. First, a photosensitive resin composition for a light-shielding film in the present invention is applied onto a substrate, and then the solvent is dried (prebaked), and then a photomask is applied on the coating thus obtained, and ultraviolet rays are applied. May be used to cure the exposed area, further develop an elution of the unexposed area using an alkaline aqueous solution to form a pattern, and perform post-baking (thermal baking) as post-drying.

上記基材は、透明基板でもよいし、RGB等の画素を形成した後に、画素上、又は画素上の平坦化膜上、又は画素上の平坦膜上に製膜した配向膜などの、透明基板以外の基材でもよい。どのような基材上にスペーサー機能を有する遮光膜を形成するかは、液晶表示装置の設計によって異なってくる。   The substrate may be a transparent substrate, or a transparent substrate such as an alignment film formed on a pixel, a planarizing film on the pixel, or a planar film on the pixel after forming a pixel such as RGB. Other base materials may be used. The substrate on which the light-shielding film having the spacer function is formed varies depending on the design of the liquid crystal display device.

感光性樹脂組成物を塗布する透明基板としては、ガラス基板のほか、透明フィルム(例えば、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルフォン等)上にITOや金などの透明電極が蒸着あるいはパターニングされたものなどが例示できる。透明基板上に感光性樹脂組成物の溶液を塗布する方法としては、公知の溶液浸漬法、スプレー法の他、ローラーコーター機、ランドコーター機、スリットコーター機やスピナー機を用いる方法等の何れの方法をも採用することができる。これらの方法によって、所望の厚さに塗布した後、溶剤を除去する(プリベーク)ことにより、被膜が形成される。プリベークはオーブン、ホットプレート等により加熱することによって行われる。プリベークにおける加熱温度及び加熱時間は使用する溶剤に応じて適宜選択され、例えば60〜110℃の温度で1〜3分間行われる。   As a transparent substrate to which the photosensitive resin composition is applied, in addition to a glass substrate, a transparent film (for example, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyether sulfone, etc.) is deposited or patterned with a transparent electrode such as ITO or gold. Can be illustrated. As a method of applying the solution of the photosensitive resin composition on the transparent substrate, in addition to a known solution dipping method and spray method, any method such as a roller coater machine, a land coater machine, a slit coater machine, or a spinner machine can be used. Methods can also be employed. After applying to a desired thickness by these methods, the film is formed by removing the solvent (pre-baking). Pre-baking is performed by heating with an oven, a hot plate or the like. The heating temperature and heating time in the pre-baking are appropriately selected according to the solvent to be used, and are performed at a temperature of 60 to 110 ° C. for 1 to 3 minutes, for example.

プリベーク後に行われる露光は、紫外線露光装置によって行なわれ、フォトマスクを介して露光することによりパターンに対応した部分のレジストのみを感光させる。露光装置及びその露光照射条件は適宜選択され、超高圧水銀灯、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、遠紫外線灯等の光源を用いて露光を行い、塗膜中の感光性樹脂組成物を光硬化させる。   The exposure performed after pre-baking is performed by an ultraviolet exposure apparatus, and only the resist corresponding to the pattern is exposed by exposing through a photomask. The exposure apparatus and the exposure irradiation conditions are appropriately selected, and exposure is performed using a light source such as an ultra-high pressure mercury lamp, a high-pressure mercury lamp, a metal halide lamp, or a deep ultraviolet lamp, and the photosensitive resin composition in the coating film is photocured.

露光後のアルカリ現像は、露光されない部分のレジストを除去する目的で行われ、この現像によって所望のパターンが形成される。このアルカリ現像に適した現像液としては、例えばアルカリ金属やアルカリ土類金属の炭酸塩の水溶液、アルカリ金属の水酸化物の水溶液等を挙げることができるが、特に炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム等の炭酸塩を0.05〜3質量%含有する弱アルカリ性水溶液を用いて23〜28℃の温度で現像するのがよく、市販の現像機や超音波洗浄機等を用いて微細な画像を精密に形成することができる。   The alkali development after the exposure is performed for the purpose of removing the resist in the unexposed portion, and a desired pattern is formed by this development. Examples of the developer suitable for the alkali development include, for example, an aqueous solution of an alkali metal or alkaline earth metal carbonate, an aqueous solution of an alkali metal hydroxide, and the like. Particularly, sodium carbonate, potassium carbonate, lithium carbonate, and the like. It is better to develop at a temperature of 23 to 28 ° C. using a weakly alkaline aqueous solution containing 0.05 to 3% by mass of carbonate such as a commercially available developing machine or ultrasonic cleaner. It can be formed precisely.

現像後、好ましくは180〜250℃の温度及び20〜60分の条件で熱処理(ポストベーク)が行われる。このポストベークは、パターニングされた遮光膜と基板との密着性を高めるため等の目的で行われる。これはプリベークと同様に、オーブン、ホットプレート等により加熱することによって行われる。本発明のパターニングされた遮光膜は、以上のフォトリソグラフィー法による各工程を経て形成される。   After the development, heat treatment (post-bake) is preferably performed at a temperature of 180 to 250 ° C. and a condition of 20 to 60 minutes. This post-baking is performed for the purpose of improving the adhesion between the patterned light-shielding film and the substrate. This is performed by heating with an oven, a hot plate or the like, as in the pre-baking. The patterned light-shielding film of the present invention is formed through each step by the above photolithography method.

上記方法によれば、光学濃度ODが0.5/μm〜4/μm、好ましくは1.5/μm〜2.5/μmの遮光膜を形成することができる。また、上記方法によれば、電圧10V印加時の体積抵抗率が1×10Ω・cm以上、好ましくは1×1012Ω・cm以上の遮光膜を形成することができる。また、上記方法によれば、誘電率が2〜10、好ましくは2〜8の遮光膜を形成することができる。また、上記方法によれば、機械的特性試験において、破壊強度が200mN以上、及び/又は弾性回復率が30%以上、及び/又は圧縮率が40%以下を満たす遮光膜を形成することができる。上記方法で形成された遮光膜は、液晶表示装置のカラムスペーサーとして使用することができ、好ましくはブラックカラムスペーサーとして使用することができる。 According to the above method, a light-shielding film having an optical density OD of 0.5 / μm to 4 / μm, preferably 1.5 / μm to 2.5 / μm can be formed. Further, according to the above method, it is possible to form a light-shielding film having a volume resistivity of 1 × 10 9 Ω · cm or more, preferably 1 × 10 12 Ω · cm or more when a voltage of 10 V is applied. Further, according to the above method, a light shielding film having a dielectric constant of 2 to 10, preferably 2 to 8 can be formed. Further, according to the above method, in the mechanical property test, it is possible to form a light-shielding film satisfying a fracture strength of 200 mN or more, an elastic recovery rate of 30% or more, and / or a compression rate of 40% or less. . The light-shielding film formed by the above method can be used as a column spacer of a liquid crystal display device, and can be preferably used as a black column spacer.

また、上記方法によれば、遮光膜としての光学濃度を0.5/μm以上4/μm以下とするための膜厚H1と、スペーサー機能を担う遮光膜の膜厚H2について、H2が1〜7μmのとき、ΔH=H2−H1が0.1〜6.9である、膜厚H1の遮光膜と膜厚H2の遮光膜を同時に形成することができる。より好ましい範囲は、遮光膜としての光学濃度0.5/μm〜3/μmで、H2が2〜5μm、ΔHは0.1〜2.9である。さらに好ましい範囲としては、遮光膜としての光学濃度0.5/μm〜2/μmで、H2が2〜4μm、ΔHは1.0〜2.0である。上記方法で形成された硬化膜は、液晶表示装置のカラムスペーサーとして使用することができ、好ましくはブラックカラムスペーサーとして使用することができる。上記ΔHが上記範囲である硬化膜によれば、高さに差があるブラックカラムスペーサーを同一の材料から一度に形成することができるため、液晶表示装置の製造をより効率よく行うことができる。このとき、たとえば、膜厚H2の硬化膜をスペーサーとして機能させ、膜厚H1の硬化膜をブラックマトリックスとして機能させることもできる。なお、スペーサーの高さH2、遮光膜の厚さH1は、液晶層を挟む2つの基板の設計によって適正な数値が決定されるものであり、H2の数値に対応して適正なH1すなわちΔHの範囲が決定されるものである。   Further, according to the above method, H2 is 1 to 2 for the film thickness H1 for setting the optical density as the light-shielding film to 0.5 / μm or more and 4 / μm or less and the film thickness H2 of the light-shielding film serving as a spacer function. When the thickness is 7 μm, a light-shielding film with a film thickness H1 and a light-shielding film with a film thickness H2 with ΔH = H2−H1 of 0.1 to 6.9 can be formed simultaneously. A more preferable range is an optical density of 0.5 / μm to 3 / μm as a light shielding film, H2 is 2 to 5 μm, and ΔH is 0.1 to 2.9. As a more preferable range, the optical density as a light-shielding film is 0.5 / μm to 2 / μm, H2 is 2 to 4 μm, and ΔH is 1.0 to 2.0. The cured film formed by the above method can be used as a column spacer of a liquid crystal display device, and can be preferably used as a black column spacer. According to the cured film having the above ΔH in the above range, the black column spacers having different heights can be formed from the same material at the same time, so that the liquid crystal display device can be manufactured more efficiently. At this time, for example, the cured film having the thickness H2 can function as a spacer, and the cured film having the thickness H1 can function as a black matrix. The spacer height H2 and the light-shielding film thickness H1 are determined appropriately by the design of the two substrates sandwiching the liquid crystal layer, and the appropriate H1 corresponding to the value of H2, that is, ΔH The range is to be determined.

上記遮光膜または硬化膜を有する液晶表示装置は、薄膜トランジスタが設けられたTFT−LCDであることが好ましい。   The liquid crystal display device having the light shielding film or the cured film is preferably a TFT-LCD provided with a thin film transistor.

上記遮光膜または硬化膜を有する液晶表示装置は、遮光性および絶縁性が高く、更に、弾性率、変形量、弾性回復率に優れたスペーサー機能を有し、かつ、膜厚が1〜7μm程度であっても微細なスペーサー形状を形成できる。   The liquid crystal display device having the light-shielding film or the cured film has high light-shielding properties and insulating properties, and further has a spacer function excellent in elastic modulus, deformation amount, and elastic recovery rate, and has a film thickness of about 1 to 7 μm. Even so, a fine spacer shape can be formed.

以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明の実施形態を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, although an embodiment of the present invention is described concretely based on an example and a comparative example, the present invention is not limited to these.

先ず、本発明の(A)重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂の合成例を示す。合成例における樹脂の評価は、以下の通りに行った。   First, a synthesis example of the (A) polymerizable unsaturated group-containing alkali-soluble resin of the present invention is shown. Evaluation of the resin in the synthesis example was performed as follows.

[固形分濃度]
合成例中で得られた樹脂溶液1gをガラスフィルター〔重量:W0(g)〕に含浸させて秤量し〔W1(g)〕、160℃にて2hr加熱した後の重量〔W2(g)〕から次式より求めた。
固形分濃度(重量%)=100×(W2−W0)/(W1−W0)。
[Solid content]
1 g of the resin solution obtained in the synthesis example was impregnated into a glass filter [weight: W0 (g)] and weighed [W1 (g)], and the weight after heating at 160 ° C. for 2 hours [W2 (g)] From the following equation.
Solid content concentration (% by weight) = 100 × (W2−W0) / (W1−W0).

[酸価]
樹脂溶液をジオキサンに溶解させ、電位差滴定装置〔平沼産業株式会社製、商品名COM−1600〕を用いて1/10N−KOH水溶液で滴定して求めた。
[Acid value]
The resin solution was dissolved in dioxane and titrated with a 1/10 N-KOH aqueous solution using a potentiometric titrator (trade name COM-1600, manufactured by Hiranuma Sangyo Co., Ltd.).

[分子量]
ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(GPC)[東ソー株式会社製商品名HLC−8220GPC、溶媒:テトラヒドロフラン、カラム:TSKgelSuperH−2000(2本)+TSKgelSuperH−3000(1本)+TSKgelSuperH−4000(1本)+TSKgelSuper−H5000(1本)〔東ソー株式会社製〕、温度:40℃、速度:0.6ml/min]にて測定し、標準ポリスチレン〔東ソー株式会社製PS−オリゴマーキット〕換算値として重量平均分子量(Mw)を求めた。
[Molecular weight]
Gel permeation chromatography (GPC) [trade name HLC-8220 GPC manufactured by Tosoh Corporation, solvent: tetrahydrofuran, column: TSKgelSuperH-2000 (2) + TSKgelSuperH-3000 (1) + TSKgelSuperH-4000 (1) + TSKgelSuper-H5000 (One) [made by Tosoh Corporation], temperature: 40 ° C., speed: 0.6 ml / min], and weight average molecular weight (Mw) as a converted value of standard polystyrene [PS-oligomer kit made by Tosoh Corporation] Asked.

また、合成例及び比較合成例で使用する略号は次のとおりである。
BPFE:9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレンとクロロメチルオキシランとの反応物。一般式(I)の化合物において、Xがフルオレン−9,9−ジイル、R、Rが水素の化合物。
BPDA:3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
BTDA:3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物
THPA:1,2,3,6−テトラヒドロフタル酸無水物
TPP:トリフェニルホスフィン
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
Abbreviations used in the synthesis examples and comparative synthesis examples are as follows.
BPFE: a reaction product of 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene and chloromethyloxirane. In the compound of the general formula (I), a compound in which X is fluorene-9,9-diyl, R 1 and R 2 are hydrogen.
BPDA: 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride BTDA: 3,3 ′, 4,4′-benzophenone tetracarboxylic dianhydride THPA: 1,2,3,6-tetrahydrophthal Acid anhydride TPP: Triphenylphosphine PGMEA: Propylene glycol monomethyl ether acetate

[合成例1]
還留冷却器付き1Lの四つ口フラスコ中に、BPFE116.7g(0.23mol)、アクリル酸33.1g(0.46mol)、TPP0.60g、及びPGMEA161.0を仕込み、100〜105℃の加熱下で12hr撹拌し、反応生成物を得た。
[Synthesis Example 1]
BPFE 116.7 g (0.23 mol), acrylic acid 33.1 g (0.46 mol), TPP 0.60 g, and PGMEA 161.0 were charged into a 1 L four-necked flask equipped with a reflux condenser. The reaction product was obtained by stirring for 12 hours under heating.

次いで、得られた反応生成物にBPDA33.8g(0.12mol)及びTHPA17.5g(0.12mol)を仕込み、115〜120℃の加熱下で6hr撹拌し、重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂溶液(A)−1を得た。得られた樹脂溶液の固形分濃度は56.5wt%であり、酸価(固形分換算)は102mgKOH/gであり、GPC分析によるMwは3600であった。   Next, 33.8 g (0.12 mol) of BPDA and 17.5 g (0.12 mol) of THPA were added to the obtained reaction product, stirred for 6 hours under heating at 115 to 120 ° C., and an alkali-soluble resin containing a polymerizable unsaturated group. Solution (A) -1 was obtained. The obtained resin solution had a solid content concentration of 56.5 wt%, an acid value (in terms of solid content) of 102 mgKOH / g, and a Mw of 3600 by GPC analysis.

[比較合成例1]
窒素導入管及び還流管付き1000ml四つ口フラスコ中にメタクリル酸51.65g(0.60mol)、メタクリル酸メチル38.44g(0.38mol)、メタクリル酸ベンジル38.77g(0.22mol)、アゾビスイソブチロニトリル5.91g、及びジエチレングリコールジメチルエーテル370gを仕込み、80〜85℃で窒素気流下、8hr撹拌して重合させた。更に、フラスコ内にメタクリル酸グリシジル39.23g(0.28mol)、TPP1.44g、2,6−ジ−tert−ブチル−p−クレゾール0.055gを仕込み、80〜85℃で16hr撹拌し、アルカリ可溶性樹脂溶液(A)−2を得た。得られた樹脂溶液の固形分濃度は32質量%、酸価(固形分換算)は110mgKOH/g、GPC分析によるMwは18100であった。
[Comparative Synthesis Example 1]
In a 1000 ml four-necked flask equipped with a nitrogen introduction tube and a reflux tube, 51.65 g (0.60 mol) of methacrylic acid, 38.44 g (0.38 mol) of methyl methacrylate, 38.77 g (0.22 mol) of benzyl methacrylate, azo Bisisobutyronitrile (5.91 g) and diethylene glycol dimethyl ether (370 g) were charged, and polymerization was carried out by stirring for 8 hours at 80 to 85 ° C. in a nitrogen stream. Further, 39.23 g (0.28 mol) of glycidyl methacrylate, 1.44 g of TPP, and 0.055 g of 2,6-di-tert-butyl-p-cresol were charged in the flask, and the mixture was stirred at 80 to 85 ° C. for 16 hours. A soluble resin solution (A) -2 was obtained. The obtained resin solution had a solid content concentration of 32% by mass, an acid value (in terms of solid content) of 110 mgKOH / g, and an Mw of 18100 by GPC analysis.

(重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂)
(A)−1成分:上記合成例1で得られたアルカリ可溶性樹脂溶液
(A)−2成分:上記比較合成例1で得られたアルカリ可溶性樹脂溶液
(Polymerizable unsaturated group-containing alkali-soluble resin)
(A) -1 component: alkali-soluble resin solution obtained in Synthesis Example 1 (A) -2 component: alkali-soluble resin solution obtained in Comparative Synthesis Example 1

(光重合性モノマー)
(B):ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとジペンタエリスリトールペンタアクリレートとの混合物(日本化薬株式会社製、商品名DPHA)
(Photopolymerizable monomer)
(B): Mixture of dipentaerythritol hexaacrylate and dipentaerythritol pentaacrylate (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., trade name DPHA)

(光重合開始剤)
(C):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)(BASFジャパン社製、製品名イルガキュアOXE02)
(Photopolymerization initiator)
(C): Ethanone, 1- [9-ethyl-6- (2-methylbenzoyl) -9H-carbazol-3-yl]-, 1- (O-acetyloxime) (manufactured by BASF Japan, product name Irgacure OXE02 )

(カーボンブラック分散体)
(D)−1:樹脂被覆カーボンブラック濃度25.0質量%、分散剤濃度5.0質量%のPGMEA分散液(固形分30.0%)
(D)−2:カーボンブラック20.0質量%、高分子分散剤5.0質量%のPGMEA分散液(固形分25%)
(Carbon black dispersion)
(D) -1: PGMEA dispersion having a resin-coated carbon black concentration of 25.0% by mass and a dispersant concentration of 5.0% by mass (solid content: 30.0%)
(D) -2: PGMEA dispersion (carbon solid content 25%) of carbon black 20.0% by mass and polymer dispersant 5.0% by mass

(溶剤)
(E)−1:PGMEA
(E)−2:3−メトキシ−3−メチル−1−ブチルアセテート
(solvent)
(E) -1: PGMEA
(E) -2: 3-methoxy-3-methyl-1-butyl acetate

(エポキシ樹脂)
(G):2,2−ビス(ヒドロキシメチル)−1−ブタノールの1,2−エポキシ−4−(2−オキシラニル)シクロヘキサン付加物(ダイセル社製「EHPE3150」)
(Epoxy resin)
(G): 1,2-epoxy-4- (2-oxiranyl) cyclohexane adduct of 2,2-bis (hydroxymethyl) -1-butanol (“EHPE3150” manufactured by Daicel)

(シランカップリング剤)
(H):3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン(商品名:KBM−803:信越化学社製)
(Silane coupling agent)
(H): 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (trade name: KBM-803: manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.)

(界面活性剤)
(I):BYK−330(ビックケミー社製)のPGMEA溶液(固形分1.0%)
(Surfactant)
(I): PGMEA solution (1.0% solid content) of BYK-330 (manufactured by Big Chemie)

[組成物の構成成分に関する評価]
<カーボンブラックの特性評価用組成物の調製>
樹脂溶液((A)−1成分)、カーボンブラック分散体((D)−1成分又は(D)−2成分)及び溶剤((E)−1成分)を固形分濃度20%になるように混合してカーボンブラック測定用組成物を調製した。光学濃度(OD)を測定しながらカーボンブラック濃度を調整して、OD=4/μmの硬化膜を形成できる組成物を調製した。表面抵抗率測定用に用いた組成物を表1に示す。
[Evaluation of composition components]
<Preparation of carbon black property evaluation composition>
Resin solution (component (A) -1), carbon black dispersion (component (D) -1 or component (D) -2) and solvent (component (E) -1) are adjusted to a solid content concentration of 20%. A composition for measuring carbon black was prepared by mixing. A carbon black concentration was adjusted while measuring the optical density (OD) to prepare a composition capable of forming a cured film having an OD = 4 / μm. Table 1 shows the compositions used for measuring the surface resistivity.

<光学濃度>
上記で得られたカーボンブラック測定用組成物を、厚さ1.2mmのガラス基板上にスピンコーターを用いて熱硬化処理後の膜厚が1.1μmとなるように塗布し、90℃で1分間プリベークした。その後、熱風乾燥機を用いて230℃で30分間加熱硬化処理を行い、組成物の硬化膜を得た。次に、得られた硬化膜の光学濃度はマクベス透過濃度計を用いて測定し、単位膜厚当たりの光学濃度で評価した。
<Optical density>
The composition for measuring carbon black obtained above was applied on a glass substrate having a thickness of 1.2 mm using a spin coater so that the film thickness after thermosetting treatment was 1.1 μm, and 1 at 90 ° C. Pre-baked for a minute. Thereafter, heat curing treatment was performed at 230 ° C. for 30 minutes using a hot air dryer to obtain a cured film of the composition. Next, the optical density of the obtained cured film was measured using a Macbeth transmission densitometer, and evaluated by the optical density per unit film thickness.

<表面抵抗率測定>
光学濃度を測定した硬化膜について表面抵抗率を、表面抵抗率測定器(三菱化学アナリテック社製ハイレスタUP)を用いて電圧10Vで測定した。測定結果を表1に示した。
<Surface resistivity measurement>
The surface resistivity of the cured film whose optical density was measured was measured at a voltage of 10 V using a surface resistivity meter (Hiresta UP manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.). The measurement results are shown in Table 1.

Figure 2018173631
Figure 2018173631

<光硬化成分の特性評価用組成物の調製>
樹脂溶液((A)−1成分)、光重合性モノマー((B)成分)、光重合開始剤((C)成分)、溶剤((E)−1成分)、およびエポキシ樹脂((G)成分)を用いて、表2に示した光硬化成分の特性評価用組成物を調製した。
<Preparation of composition for evaluating characteristics of photocuring component>
Resin solution ((A) -1 component), photopolymerizable monomer ((B) component), photopolymerization initiator ((C) component), solvent ((E) -1 component), and epoxy resin ((G) The composition for property evaluation of the photocuring component shown in Table 2 was prepared using the component.

<鉛筆硬度の測定>
上記で得られた各感光性樹脂組成物を、厚さ1.2mmのガラス基板上にスピンコーターを用いて熱硬化処理後の膜厚が1.2μmとなるように塗布し、90℃で1分間プリベークした。その後、フォトマスクなしで、波長365nmの照度30mW/cmの超高圧水銀ランプで100mJ/cmの紫外線を照射し、光硬化反応を行った。その後、熱風乾燥機を用いて230℃で30分間加熱硬化処理を行い、光硬化成分の硬化膜を得た。
<Measurement of pencil hardness>
Each photosensitive resin composition obtained above was applied onto a glass substrate having a thickness of 1.2 mm using a spin coater so that the film thickness after the thermosetting treatment was 1.2 μm, and 1 at 90 ° C. Pre-baked for a minute. Then, ultraviolet rays of 100 mJ / cm 2 were irradiated with an ultrahigh pressure mercury lamp having an illuminance of 30 mW / cm 2 with a wavelength of 365 nm without performing a photomask to perform a photocuring reaction. Then, the heat curing process was performed for 30 minutes at 230 degreeC using the hot air dryer, and the cured film of the photocuring component was obtained.

この硬化膜について、JIS−K5400試験法に準じて、鉛筆硬度試験機を用いて荷重500gをかけた際に塗膜に傷がつかないもっとも高い鉛筆硬度を測定値とした。使用した鉛筆は「三菱ハイユニ」である。   For this cured film, according to JIS-K5400 test method, the highest pencil hardness at which the coating film was not damaged when a load of 500 g was applied using a pencil hardness tester was taken as the measured value. The pencil used is "Mitsubishi High Uni".

Figure 2018173631
Figure 2018173631

スペーサー機能を有する感光性樹脂組成物としての評価は、前記の配合成分を表3に示す割合で配合して実施例1〜5及び比較例1〜3の感光性樹脂組成物を調製して、評価を行った。尚、表3中の数値はすべて質量部を表す。また、溶剤の欄中の(E)−1は、不飽和基含有樹脂溶液(重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂溶液)中のPGMEA((E)−1と同じ)、及びカーボンブラック分散体中のPGMEA((E)−1と同じ)を含まない量である。   The evaluation as a photosensitive resin composition having a spacer function is to prepare the photosensitive resin compositions of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 by blending the above-mentioned blending components in the ratio shown in Table 3. Evaluation was performed. In addition, all the numerical values in Table 3 represent parts by mass. Moreover, (E) -1 in the column of a solvent is PGMEA (same as (E) -1) in unsaturated group containing resin solution (polymerizable unsaturated group containing alkali-soluble resin solution), and carbon black dispersion It is an amount not containing PGMEA in the same (same as (E) -1).

Figure 2018173631
Figure 2018173631

[遮光膜用組成物の評価]
実施例1〜5および比較例1〜3の遮光膜用の感光性樹脂組成物を用いて、以下に記す評価を行った。これらの評価結果を表4に示す。
[Evaluation of composition for light shielding film]
Using the photosensitive resin compositions for light shielding films of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, the following evaluations were performed. These evaluation results are shown in Table 4.

<現像特性>
上記で得られた各感光性樹脂組成物を、厚さ1.2mmのガラス基板上にスピンコーターを用いて熱硬化処理後の膜厚が3.0μm(実施例1,2,4及び比較例3)又は1.5μm(実施例3,5及び比較例1,2)となるように塗布し、90℃で1分間プリベークした。その後、フォトマスクを密着させ、波長365nmの照度30mW/cmの超高圧水銀ランプで100mJ/cmの紫外線を照射し、感光部分の光硬化反応を行った。
<Development characteristics>
Each photosensitive resin composition obtained above has a thickness of 3.0 μm after heat curing using a spin coater on a 1.2 mm thick glass substrate (Examples 1, 2, 4 and Comparative Examples). 3) or 1.5 μm (Examples 3 and 5 and Comparative Examples 1 and 2) were applied and prebaked at 90 ° C. for 1 minute. Thereafter, a photomask was brought into close contact, and an ultraviolet ray of 100 mJ / cm 2 was irradiated with an ultra-high pressure mercury lamp having a wavelength of 365 nm and an illuminance of 30 mW / cm 2 to perform photocuring reaction of the photosensitive portion.

次に、この露光後のガラス基板を0.05%水酸化カリウム水溶液を用いて、24℃、0.1MPaの圧力で60秒間現像し、塗膜の未露光部を除去した。その後、熱風乾燥機を用いて230℃で30分間加熱硬化処理を行い、感光性樹脂組成物の硬化膜を得た。
得られた硬化膜パターンの細線形成を光学顕微鏡で確認し、以下の3段階で評価した。結果を表4に示す。
○:L/Sが10μm/10μm以上のパターンが残渣なく形成されているもの
△:L/Sが30μm/30μm以上のパターンが残渣なく形成されているもの
×:L/Sが50μm/50μm未満のパターンが形成されていないか、パターンの裾引きや残渣が目立つもの
Next, the exposed glass substrate was developed with 0.05% aqueous potassium hydroxide solution at 24 ° C. and a pressure of 0.1 MPa for 60 seconds to remove unexposed portions of the coating film. Then, the heat curing process was performed for 30 minutes at 230 degreeC using the hot air dryer, and the cured film of the photosensitive resin composition was obtained.
Formation of fine lines of the obtained cured film pattern was confirmed with an optical microscope and evaluated in the following three stages. The results are shown in Table 4.
○: Pattern with L / S of 10 μm / 10 μm or more formed without residue Δ: Pattern with L / S of 30 μm / 30 μm or more formed without residue ×: L / S less than 50 μm / 50 μm Pattern is not formed, or the bottom of the pattern or residue is conspicuous

<体積抵抗率>
上記で得られた各感光性樹脂組成物を、Cr蒸着された厚さ1.2mmのガラス基板上の電極を除いた部分にスピンコーターを用いて熱硬化処理後の膜厚が3.5μmとなるように塗布し、90℃で1分間プリベークした。その後、熱風乾燥機を用いて230℃、30分間加熱硬化処理を行い、感光性樹脂組成物の硬化膜を得た。その後、硬化膜上にアルミニウム電極を形成して体積抵抗率測定用基板を作成した。次に、エレクトロメーター(ケースレー社製、「6517A型」)を用いて、印加電圧1Vから10Vにおける体積抵抗率を測定した。1Vステップで各印加電圧で60秒ずつ電圧保持する条件で測定し、10V印加時の体積抵抗率を表4に示した。
<Volume resistivity>
Each photosensitive resin composition obtained above has a film thickness of 3.5 μm after thermosetting using a spin coater on the portion excluding the electrode on the 1.2 mm thick glass substrate on which Cr is deposited. And then prebaked at 90 ° C. for 1 minute. Thereafter, heat curing treatment was performed at 230 ° C. for 30 minutes using a hot air dryer to obtain a cured film of the photosensitive resin composition. Thereafter, an aluminum electrode was formed on the cured film to produce a volume resistivity measurement substrate. Next, the volume resistivity at an applied voltage of 1 V to 10 V was measured using an electrometer (“6517A type” manufactured by Keithley). Measurements were performed under the condition that voltage was held for 60 seconds at each applied voltage in 1 V step, and Table 4 shows the volume resistivity when 10 V was applied.

<誘電率>
上記で得られた各感光性樹脂組成物を、Cr蒸着された厚さ1.2mmのガラス基板上の電極を除いた部分にスピンコーターを用いて熱硬化処理後の膜厚が3.5μmとなるように塗布し、90℃で1分間プリベークした。その後、熱風乾燥機を用いて230℃、30分間加熱硬化処理を行い、感光性樹脂組成物の硬化膜を得た。その後、硬化膜上にアルミニウム電極を形成して誘電率測定用基板を作成した。次に、エレクトロメーター(ケースレー社製、「6517A型」)を用いて、周波数1Hzから100000Hzにおける電気容量を測定し、電気容量から誘電率を算出した。算出した誘電率を表4に示した。
<Dielectric constant>
Each photosensitive resin composition obtained above has a film thickness of 3.5 μm after thermosetting using a spin coater on the portion excluding the electrode on the 1.2 mm thick glass substrate on which Cr is deposited. And then prebaked at 90 ° C. for 1 minute. Thereafter, heat curing treatment was performed at 230 ° C. for 30 minutes using a hot air dryer to obtain a cured film of the photosensitive resin composition. Thereafter, an aluminum electrode was formed on the cured film to produce a dielectric constant measurement substrate. Next, using a electrometer (“6517A type” manufactured by Keithley), the electric capacity at a frequency of 1 Hz to 100,000 Hz was measured, and the dielectric constant was calculated from the electric capacity. The calculated dielectric constant is shown in Table 4.

<スペーサーのハーフトーン(HT)特性>
上記で得られた各感光性樹脂組成物を、厚さ1.2mmのガラス基板上にスピンコーターを用いて熱硬化処理後の膜厚が3.0μm(実施例1,2,4及び比較例3)又は1.5μm(実施例3,5及び比較例1,2)となるように塗布し、90℃で1分間プリベークした。その後、ドットパターンを有するフォトマスクを密着させ、波長365nmの照度30mW/cmの超高圧水銀ランプで5mJ/cmまたは100mJ/cmの紫外線を照射し、感光部分の光硬化反応を行った。
次に、この露光後のガラス基板を0.05%水酸化カリウム水溶液を用いて、24℃、0.1MPaの圧力で60秒間現像し、塗膜の未露光部を除去した。その後、熱風乾燥機を用いて230℃で30分間加熱硬化処理を行い、感光性樹脂組成物の硬化膜を得た。
<Halftone (HT) characteristics of spacer>
Each photosensitive resin composition obtained above has a thickness of 3.0 μm after heat curing using a spin coater on a 1.2 mm thick glass substrate (Examples 1, 2, 4 and Comparative Examples). 3) or 1.5 μm (Examples 3 and 5 and Comparative Examples 1 and 2) were applied and prebaked at 90 ° C. for 1 minute. Then, is adhered a photomask having a dot pattern, is irradiated with ultraviolet light of 5 mJ / cm 2 or 100 mJ / cm 2 by an ultra-high pressure mercury lamp of wavelength 365nm illumination 30 mW / cm 2, it was subjected to photocuring reaction of the photosensitive portion .
Next, the exposed glass substrate was developed with 0.05% aqueous potassium hydroxide solution at 24 ° C. and a pressure of 0.1 MPa for 60 seconds to remove unexposed portions of the coating film. Then, the heat curing process was performed for 30 minutes at 230 degreeC using the hot air dryer, and the cured film of the photosensitive resin composition was obtained.

スペーサーのハーフトーン特性は、露光量が5mJ/cmにおける遮光膜の膜厚(H1)および100mJ/cmにおけるスペーサーの膜厚(H2)の差(ΔH)を算出し、以下の3段階で評価した。結果を表4に示す。
○:ΔHが1.0μm〜2.0μmの場合
△:ΔHが0.1μm〜2.9μmの場合
×:ΔHが0.1μm未満または2.9μmより大きい場合
Halftone characteristics of the spacer, the exposure amount calculating a difference ([Delta] H) of the thickness of the spacer (H2) in 5 mJ / cm thickness of the light-shielding film in 2 (H1) and 100 mJ / cm 2, the following three steps evaluated. The results are shown in Table 4.
○: When ΔH is 1.0 μm to 2.0 μm Δ: When ΔH is 0.1 μm to 2.9 μm ×: When ΔH is less than 0.1 μm or larger than 2.9 μm

<スペーサーの圧縮率、弾性回復率、破壊強度>
上記で得られた各感光性樹脂組成物を、厚さ1.2mmのガラス基板上にスピンコーターを用いて熱硬化処理後の膜厚が3.0μmとなるように塗布し、90℃で1分間プリベークした。その後、ドットパターンを有するフォトマスクを密着させ、波長365nmの照度30mW/cmの超高圧水銀ランプで100mJ/cmの紫外線を照射し、感光部分の光硬化反応を行った。
<Spacer compression rate, elastic recovery rate, fracture strength>
Each photosensitive resin composition obtained above was applied on a glass substrate having a thickness of 1.2 mm using a spin coater so that the film thickness after the thermosetting treatment was 3.0 μm, and 1 at 90 ° C. Pre-baked for a minute. Thereafter, a photomask having a dot pattern was brought into close contact, and an ultraviolet ray of 100 mJ / cm 2 was irradiated with an ultra-high pressure mercury lamp having a wavelength of 365 nm and an illuminance of 30 mW / cm 2 to perform photocuring reaction of the photosensitive portion.

次に、この露光後のガラス基板を0.05%水酸化カリウム水溶液を用いて、24℃、0.1MPaの圧力で60秒間現像し、塗膜の未露光部を除去した。その後、熱風乾燥機を用いて230℃で30分間加熱硬化処理を行い、感光性樹脂組成物の硬化膜を得た。
得られた硬化膜パターンのスペーサー特性は超微小硬度計(フィッシャーインスツルメンツ社製、フィッシャースコープHM2000Xyp)を用いて評価した。負荷速度5.0mN/秒で100μm角の平面圧子を押し込み、50mNまでの荷重を負荷した後、除荷速度5.0mN/秒で除荷して変位量曲線を作成した。
圧縮率は、負荷時の荷重50mNでの変位量をL1として、下記式から算出した。
圧縮率(%)=L1/スペーサーの高さ×100
Next, the exposed glass substrate was developed with 0.05% aqueous potassium hydroxide solution at 24 ° C. and a pressure of 0.1 MPa for 60 seconds to remove unexposed portions of the coating film. Then, the heat curing process was performed for 30 minutes at 230 degreeC using the hot air dryer, and the cured film of the photosensitive resin composition was obtained.
The spacer property of the obtained cured film pattern was evaluated using an ultra-micro hardness meter (Fischer Instruments, Fisherscope HM2000Xyp). A 100 μm square planar indenter was pushed in at a loading speed of 5.0 mN / sec, and a load of up to 50 mN was applied. Then, the unloading speed was 5.0 mN / sec, and a displacement curve was created.
The compression rate was calculated from the following equation, with the amount of displacement at a load of 50 mN at the time of load being L1.
Compression rate (%) = L1 / spacer height × 100

弾性回復率は、負荷時の荷重50mNでの変位量をL1とし、除荷時の変位量をL2として、下記式から算出した。
弾性回復率(%)=(L1−L2)/L1×100
The elastic recovery rate was calculated from the following equation, assuming that the displacement amount at a load of 50 mN at the time of loading was L1, and the displacement amount at the time of unloading was L2.
Elastic recovery rate (%) = (L1-L2) / L1 × 100

破壊強度は、超微小硬度計(フィッシャーインスツルメンツ社製、フィッシャースコープHM2000Xyp)を用いて評価した。負荷速度5.0mN/秒で100μm角の平面圧子を押し込み、300mNまでの荷重を負荷してスペーサーが破壊した時の荷重を測定し、以下の4段階で評価した。結果を表4に示す。
○:破壊強度が300mN以上場合
△:破壊強度が200mN以下300mN未満の場合
×:破壊強度が100mN以下200mN未満の場合
The fracture strength was evaluated using an ultra-micro hardness meter (Fischer Instruments, Fisherscope HM2000Xyp). A 100 μm square planar indenter was pushed in at a load speed of 5.0 mN / sec, a load up to 300 mN was applied to measure the load when the spacer was broken, and the following four stages were evaluated. The results are shown in Table 4.
○: When the breaking strength is 300 mN or more Δ: When the breaking strength is 200 mN or less and less than 300 mN ×: When the breaking strength is 100 mN or less and less than 200 mN

<スペーサーの形状>
上記で得られた各感光性樹脂組成物を、厚さ1.2mmのガラス基板上にスピンコーターを用いて熱硬化処理後の膜厚が3.0μmとなるように塗布し、90℃で1分間プリベークした。その後、ドットパターンを有するフォトマスクを密着させ、波長365nmの照度30mW/cmの超高圧水銀ランプで100mJ/cmの紫外線を照射し、感光部分の光硬化反応を行った。
<Spacer shape>
Each photosensitive resin composition obtained above was applied on a glass substrate having a thickness of 1.2 mm using a spin coater so that the film thickness after the thermosetting treatment was 3.0 μm, and 1 at 90 ° C. Pre-baked for a minute. Thereafter, a photomask having a dot pattern was brought into close contact, and an ultraviolet ray of 100 mJ / cm 2 was irradiated with an ultra-high pressure mercury lamp having a wavelength of 365 nm and an illuminance of 30 mW / cm 2 to perform photocuring reaction of the photosensitive portion.

次に、この露光後のガラス基板を0.05%水酸化カリウム水溶液を用いて、24℃、0.1MPaの圧力で60秒間現像し、塗膜の未露光部を除去した。その後、熱風乾燥機を用いて230℃で30分間加熱硬化処理を行い、感光性樹脂組成物の硬化膜を得た。
スペーサーの形状は、走査型電子顕微鏡を用いてスペーサー端部の内角(テーパー角)で評価した。テーパー角が70°以上90°以下の場合は◎、50°以上70°未満の場合は〇、50°以下の場合は△、90°以上の場合は×とした。
Next, the exposed glass substrate was developed with 0.05% aqueous potassium hydroxide solution at 24 ° C. and a pressure of 0.1 MPa for 60 seconds to remove unexposed portions of the coating film. Then, the heat curing process was performed for 30 minutes at 230 degreeC using the hot air dryer, and the cured film of the photosensitive resin composition was obtained.
The shape of the spacer was evaluated by the internal angle (taper angle) of the spacer end using a scanning electron microscope. When the taper angle is 70 ° or more and 90 ° or less, ◎, when the taper angle is 50 ° or more and less than 70 °, ◯, when it is 50 ° or less, Δ, and when it is 90 ° or more, ×.

Figure 2018173631
Figure 2018173631

実施例1〜5と比較例1〜3の結果から、(D)絶縁性カーボンブラックを用いて、(D)成分を除いた硬化膜の硬度がHB以上にすることにより、体積抵抗率を維持したまま遮光性、誘電率および弾性回復率等のスペーサー特性を向上させることができることがわかる。   From the results of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, the volume resistivity is maintained by using (D) insulating carbon black and setting the hardness of the cured film excluding the component (D) to HB or higher. It can be seen that the spacer characteristics such as the light shielding property, the dielectric constant, and the elastic recovery rate can be improved.

Claims (12)

(A)〜(E)成分を必須成分として含むことを特徴とする、スペーサー機能を有する遮光膜用の感光性樹脂組成物であって、
(A)重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂、
(B)少なくとも3個のエチレン性不飽和結合を有する光重合性モノマー、
(C)光重合開始剤、
(D)光学濃度が4/μmとなるように製膜した膜の表面抵抗率が1×10Ω/□以上である絶縁性カーボンブラックを含む遮光成分、及び
(E)溶剤、
(D)成分を除いた組成物の硬化物の鉛筆硬度がHB以上であることを特徴とする、感光性樹脂組成物。
A photosensitive resin composition for a light-shielding film having a spacer function, comprising (A) to (E) as essential components,
(A) a polymerizable unsaturated group-containing alkali-soluble resin,
(B) a photopolymerizable monomer having at least three ethylenically unsaturated bonds,
(C) a photopolymerization initiator,
(D) a light-shielding component comprising an insulating carbon black whose surface resistivity is 1 × 10 8 Ω / □ or more, and (E) a solvent;
(D) The photosensitive resin composition characterized by the pencil hardness of the hardened | cured material of the composition except a component being HB or more.
(B)成分を(A)成分100質量部に対して5〜400質量部、
(C)成分を(A)成分と(B)成分の合計量100質量部に対して0.1〜40質量部、
光硬化後に固形分となる(B)成分を含む、(E)成分を除く成分を固形分とするとき、
(D)成分を、固形分の合計量中、5〜60質量%、
それぞれ含むことを特徴とする、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
(B) component is 5-400 mass parts with respect to 100 mass parts of (A) component,
(C) 0.1-40 mass parts with respect to 100 mass parts of total amounts of (A) component and (B) component,
When (B) component which becomes solid content after photocuring is included, and the component except (E) component is solid content,
(D) A component is 5-60 mass% in the total amount of solid content,
The photosensitive resin composition according to claim 1, comprising each of them.
(A)成分として、一般式(II)で表される重合性不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂を用いることを特徴とする、請求項1又は2に記載の感光性樹脂組成物。
Figure 2018173631
式中、R、R、R及びRは、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜5のアルキル基、ハロゲン原子又はフェニル基を表し、Rは、水素原子又はメチル基を表し、Xは、−CO−、−SO−、−C(CF−、−Si(CH−、−CH−、−C(CH−、−O−、フルオレン−9,9−ジイル基又は直結合を表し、Yは4価のカルボン酸残基を表し、Zは、それぞれ独立して水素原子又は−OC−W−(COOH)(但し、Wは2価又は3価カルボン酸残基を表し、lは1〜2の数を表す)を表し、nは1〜20の数を表す。
(A) The photosensitive resin composition of Claim 1 or 2 using the polymerizable unsaturated group containing alkali-soluble resin represented by general formula (II) as a component.
Figure 2018173631
In the formula, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a halogen atom or a phenyl group, and R 5 represents a hydrogen atom or a methyl group. X represents —CO—, —SO 2 —, —C (CF 3 ) 2 —, —Si (CH 3 ) 2 —, —CH 2 —, —C (CH 3 ) 2 —, —O—, A fluorene-9,9-diyl group or a direct bond; Y represents a tetravalent carboxylic acid residue; Z is independently a hydrogen atom or —OC—W— (COOH) 1 (where W is Represents a divalent or trivalent carboxylic acid residue, l represents a number of 1 to 2, and n represents a number of 1 to 20.
さらに、(G)2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂又はエポキシ化合物を含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。   The photosensitive resin composition according to claim 1, further comprising (G) an epoxy resin or an epoxy compound having two or more epoxy groups. 光学濃度ODが0.5/μm以上4/μm以下である遮光膜であって、電圧10V印加時の体積抵抗率が1×10Ω・cm以上、且つ誘電率が2〜10である遮光膜を形成しうることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。 A light-shielding film having an optical density OD of 0.5 / μm or more and 4 / μm or less, and having a volume resistivity of 1 × 10 9 Ω · cm or more and a dielectric constant of 2 to 10 when a voltage of 10 V is applied. The photosensitive resin composition according to claim 1, wherein a film can be formed. 微小硬度計による負荷−除荷試験において、下記(i)〜(iii)の少なくとも一つを満たす遮光膜を形成しうることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物。
(i)圧縮率が40%以下であること
(ii)弾性回復率が30%以上であること
(iii)破壊強度が200mN以上であること
6. The light-shielding film satisfying at least one of the following (i) to (iii) can be formed in a load-unloading test using a micro hardness tester, according to claim 1: Photosensitive resin composition.
(I) The compressibility is 40% or less (ii) The elastic recovery rate is 30% or more (iii) The fracture strength is 200 mN or more.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物を硬化させて形成したことを特徴とする、スペーサー機能を有する遮光膜。   A light-shielding film having a spacer function, which is formed by curing the photosensitive resin composition according to claim 1. 請求項7に記載の遮光膜をブラックカラムスペーサー(BCS)として有することを特徴とする、液晶表示装置。   A liquid crystal display device comprising the light-shielding film according to claim 7 as a black column spacer (BCS). さらに薄膜トランジスタ(TFT)を有することを特徴とする、請求項8に記載の液晶表示装置。   The liquid crystal display device according to claim 8, further comprising a thin film transistor (TFT). 請求項1〜6のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物を基板に塗布し、光照射によって前記感光性樹脂組成物を硬化させる、基板上に形成された遮光膜の製造方法において、遮光膜としての光学濃度ODを0.5/μm以上4/μm以下とするための膜厚H1と、スペーサー機能を担う遮光膜の膜厚H2について、H2が1〜7μmのとき、ΔH=H2−H1が0.1〜6.9である膜厚H1と膜厚H2の遮光膜を同時に形成することを特徴とする、遮光膜の製造方法。   In the manufacturing method of the light shielding film formed on the board | substrate which apply | coats the photosensitive resin composition of any one of Claims 1-6 to a board | substrate, and hardens the said photosensitive resin composition by light irradiation, ΔH = H2 when H2 is 1 to 7 μm with respect to the film thickness H1 for setting the optical density OD as the light shielding film to 0.5 / μm or more and 4 / μm or less and the film thickness H2 of the light shielding film serving as the spacer function. A method for producing a light-shielding film, comprising simultaneously forming a light-shielding film having a film thickness H1 and a film thickness H2 in which H1 is 0.1 to 6.9. 請求項10に記載の方法で製造された遮光膜をブラックカラムスペーサーとすることを特徴とする、液晶表示装置の製造方法。   A method for producing a liquid crystal display device, wherein the light shielding film produced by the method according to claim 10 is used as a black column spacer. 前記液晶表示装置は薄膜トランジスタ(TFT)を有することを特徴とする、請求項11に記載の製造方法。   The method according to claim 11, wherein the liquid crystal display device includes a thin film transistor (TFT).
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