JP2021014542A - アルカリ可溶性樹脂、硬化性樹脂組成物、及びその用途 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1には、分子内にオキセタニル基と二重結合とを有する単量体と、マレイミド系単量体とを共重合させて得られる、耐熱性に優れた熱硬化性あるいは放射線硬化性の高分子化合物が記載されている。
また例えば、特許文献2には、オキセタン骨格を有する単量体及び他の単量体の共重合体であるバインダーポリマーと、着色剤、光重合性化合物および光重合開始剤を含む着色感光性組成物が記載されている。
また例えば、特許文献3には、不飽和カルボン酸及び/又は不飽和カルボン酸無水物、特定のオキセタニル基を有する単量体、及び他のオレフィン系不飽和化合物の共重合体と、エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物と、感放射線重合開始剤を含む感放射線性樹脂組成物が記載されている。
また例えば、特許文献4には、オキセタニル基および重合性不飽和結合を有する重合体と、着色剤と、光重合開始剤を含有する着色層形成用感放射線性組成物が記載されている。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
また、「(メタ)アクリル酸」は、「アクリル酸」及び「メタクリル酸」を含み、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレート」及び「メタクリレート」を含む。
本発明は、オキセタニル基含有単量体由来の構造単位(A)、酸無水物単量体由来の構造単位(B)、及び、水酸基含有単量体の酸基含有化合物付加体由来の構造単位(C)を有することを特徴とするアルカリ可溶性樹脂である。
すなわち、本発明のアルカリ可溶性樹脂は、約150℃以上の加熱により、上記構造単位(C)の一部である酸基含有化合物が酸無水物として脱離し、末端に水酸基が形成される。上記構造単位(C)の末端に形成された水酸基は、上記構造単位(B)の酸無水物基とエステル化反応により結合し、同時に上記構造単位(B)から一価のフリーの酸基が形成される。そして更に、形成された酸基と上記構造単位(A)のオキセタニル基が反応して結合する。このような上記構造単位(A)、(B)及び(C)による反応により、高密度の架橋体が形成され、耐溶剤性と、基材との密着性に優れた硬化物を得ることができる。
<構造単位(A)>
本発明のアルカリ可溶性樹脂は、オキセタニル基含有単量体由来の構造単位(A)を有する。
上記構造単位(A)を有するアルカリ可溶性樹脂は、オキセタニル基含有単量体を含む単量体成分を重合することにより得られる。例えば、オキセタニル基含有単量体の代わりにエポキシ基含有単量体を使用すると、重合条件下でエポキシ基が酸基と反応して、ゲル化が生じ、所望の樹脂を十分に得ることができないおそれがある。一方、より安定なオキセタニル基を有する単量体を使用するとゲル化が抑制され、所望の樹脂を容易に得ることができる。
上記オキセタニル基としては、下記一般式(1)で表される基が挙げられる。
R5は、水素原子又はメチル基を表すが、メチル基であることが好ましい。
R6は、単結合又は炭素数1〜6のアルキレン基を表すが、単結合又は炭素数1〜3のアルキレン基であることが好ましい。
上記一価の炭化水素基としては、一価の脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、又は芳香族炭化水素基が挙げられる。
上記脂肪族炭化水素基は、飽和炭化水素基であっても、不飽和炭化水素基であってもよいが、飽和炭化水素基であることが好ましい。
上記一価の脂肪族炭化水素基としては、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、1−メチルエチル、n−ブチル、1−メチルプロピル、2−メチルプロピル、1,1−ジメチルエチル、n−ペンチル、1−メチルブチル、2−メチルブチル、3−メチルブチル、2,2−ジメチルプロピル、1−エチルプロピル、n−ヘキシル、1,1−ジメチルプロピル、1,2−ジメチルプロピル、1−メチルペンチル、2−メチルペンチル、3−メチルペンチル、4−メチルペンチル、1,1−ジメチルブチル、1,2−ジメチルブチル、1,3−ジメチルブチル、2,2−ジメチルブチル、2,3−ジメチルブチル、3,3−ジメチルブチル、1−エチルブチル、2−エチルブチル、1,2,2−トリメチルプロピル、1−エチル−1−メチルプロピル、1−エチル−2−メチルプロピル等の直鎖状又は分岐状のアルキル基を挙げることができる。
本発明のアルカリ可溶性樹脂は、更に、酸無水物単量体由来の構造単位(B)を有する。
上記構造単位(B)を有すると、現像時には酸にならないため、現像液によってアルカリ可溶性樹脂を用いて形成した塗膜が溶解することなく、現像を好適に行うことができる。また、150〜200℃程度の加熱で水酸基との反応により開環して酸が形成されるので、後硬化を従来の方法より低温で行うことができ、かつ、架橋密度の高い架橋体を形成することができる。
上記構造単位(B)を有するアルカリ可溶性樹脂は、酸無水物単量体を含む単量体成分を重合することにより得られる。
本発明のアルカリ可溶性樹脂は、更に、水酸基含有単量体の酸基含有化合物付加体由来の構造単位(C)を有する。
上記構造単位(C)を有するアルカリ可溶性樹脂は、水酸基含有単量体の酸基含有化合物付加体を含む単量体成分を重合することにより得ることができる。
上記水酸基含有単量体の酸基含有化合物付加体は、水酸基含有単量体の水酸基が酸基含有化合物により、いわばキャップされた状態のものである。そのため、単量体成分の重合時に、上記水酸基含有単量体の酸基含有化合物付加体は、上述した酸無水物単量体と架橋せず、所定の構造単位(A)、(B)及び(C)を有するアルカリ可溶性樹脂を効率良く得ることができる。また、アルカリ可溶性樹脂の硬化工程では加熱により、キャップに相当する酸基含有化合物が脱離して、水酸基が形成され、この水酸基が上記構造単位(B)の酸無水物基と反応して架橋される。
R9及びR10は、同一又は異なって、置換基を有していてもよい炭素数1〜12の二価の鎖状若しくは環状の飽和炭化水素基又は不飽和炭化水素基を表す。
二価の鎖状若しくは環状の飽和炭化水素基又は不飽和炭化水素基としては、アルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基等が挙げられる。
なかでも、上記二価の鎖状若しくは環状の飽和炭化水素基又は不飽和炭化水素基は、アルカリ可溶性樹脂を製造する際に酸無水物由来のユニットが脱離しにくい点で、二価の鎖状若しくは環状の飽和炭化水素基であることが好ましく、二価の鎖状の飽和炭化水素基であることがより好ましい。
上記構造単位(B)と構造単位(C)の含有割合の合計量は、全構造単位100質量%に対して35質量%以上であることがより好ましく、40質量%以上であることが更に好ましい。
また、上記構造単位(B)と構造単位(C)の含有割合の合計量の上限値としては、全構造単位100質量%に対して70質量%以下であることが好ましく、65質量%以下であることがより好ましく、60質量%以下であることが更に好ましい。
上記アルカリ可溶性樹脂は、更に、芳香族ビニル系単量体由来の構造単位(D)を有することが好ましい。上記構造単位(D)を更に有することで、耐熱着色性、現像性や水ムラ抑制効果等を向上させることができる。
また、本発明のアルカリ可溶性樹脂を製造する際に、芳香族ビニル系単量体を使用すると、酸無水物単量体単独の場合と比較して、酸基無水物単量体が重合されやすくなる。また、芳香族ビニル系単量体と酸無水物単量体とは共重合性が高いため、各構造単位の組成分布がより均一な重合体を得ることができる。
本発明のアルカリ可溶性樹脂は、更に他の構造単位(E)を有していてもよい。上記他の構造単位(E)としては、例えば、上述した構造単位(B)又は(C)を導入し得る単量体以外の酸基含有単量体、(メタ)アクリル酸エステル系単量体、及び、他の共重合可能な単量体等由来の構造単位が挙げられる。
N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド類;ポリスチレン、ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリシロキサン、ポリカプロラクトン、ポリカプロラクタム等の重合体分子鎖の片末端に(メタ)アクリロイル基を有するマクロモノマー類;1,3−ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等の共役ジエン類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル等のビニルエステル類;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、2−エチルヘキシルビニルエーテル、n−ノニルビニルエーテル、ラウリルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、メトキシエチルビニルエーテル、エトキシエチルビニルエーテル、メトキシエトキシエチルビニルエーテル、メトキシポリエチレングリコールビニルエーテル、2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、4−ヒドロキシブチルビニルエーテル等のビニルエーテル類;N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム、N−ビニルイミダゾール、N−ビニルモルフォリン、N−ビニルアセトアミド等のN−ビニル化合物類;(メタ)アクリル酸イソシアナトエチル、アリルイソシアネート等の不飽和イソシアネート類;N−シクロヘキシルマレイミド、N−フェニルマレイミド、N−メチルマレイミド、N−エチルマレイミド、N−イソプロピルマレイミド、N−t−ブチルマレイミド、N−ドデシルマレイミド、N−ベンジルマレイミド、N−ナフチルマレイミド等のN置換マレイミド類;ジメチル−2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート等のジアルキル−2,2’−(オキシジメチレン)ジアクリレート類;α−アリルオキシメチルアクリル酸、α−アリルオキシメチルアクリル酸メチル等のアルキル−(α−アリルオキシメチル)アクリレート、α−アリルオキシメチルアクリル酸メトキシエチル等のアルコキシアルキル−(α−アリルオキシメチル)アクリレート、等のα−(不飽和アルコキシアルキル)アクリレート類;等が挙げられる。
本明細書において、上記「理論ポリマー酸価」は、上記構造単位(B)の不飽和ジカルボン酸無水物単量体由来の2価のカルボン酸を含まない、計算上の酸価を意味する。すなわち、上記構造単位(C)(上記構造単位(E)を含む場合は、上記構造単位(C)及び(E))に由来する酸基の合計の理論酸価であり、ポリマーあたりの酸価である。具体的には、下記の式に基づき算出することができる。
理論ポリマー酸価(mgKOH/g)=[構造単位(C)及び(E)由来の酸基のモル数(mmol)]×56.11/[モノマー仕込み量(g)]
ここで、上記「モノマー仕込み量」とは、単量体成分総量である。
上記アルカリ可溶性樹脂の溶液酸価は、20〜250mgKOH/gであることが好ましく、30〜200mgKOH/gであることがより好ましく、40〜150mgKOH/gであることが更に好ましい。
溶液酸価(mgKOH/g)≒[構造単位(B)由来の二価の酸基および構造単位(C)・(E)由来の酸基の合計モル数(mmol)]×56.11/[総仕込み量(g)]
ここで、上記「総仕込み量」とは、単量体成分と、開始剤、溶媒等を含めた重合溶液の量である。
上記重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー法(GPC)により測定して求められる値であり、具体的には、実施例に記載の方法で測定して求めることができる。
上記アルカリ可溶性樹脂は、二重結合当量が350〜4500g/当量であることが好ましく、400〜4000g/当量であることがより好ましく、450〜3500g/当量であることが更に好ましい。
二重結合当量は、原料の仕込み量から計算することができ、重合体固形分の質量(g)を、重合体の二重結合量(mol)で除することにより求めることができる。また、滴定及び元素分析、NMR、IR等の各種分析や示差走査熱量計法を用いて測定することもできる。
本発明のアルカリ可溶性樹脂を製造する方法としては、少なくとも上述した構造単位(A)、(B)及び(C)を有する重合体を得ることができる方法であれば、特に限定されず、例えば、上述した構造単位(A)、(B)及び(C)を導入し得る単量体、ならびに他の任意の構造単位を導入し得る単量体を含む単量体成分を、公知の方法で重合する方法が挙げられる。単量体の量は、重合体における各構造単位の含有量が所望の範囲となるよう適宜調整することができる。
また上記単量体成分を重合して得られる重合体の分子量は、重合開始剤の量や種類、重合温度、連鎖移動剤の種類や量の調整等により制御することができる。
上記重合開始剤の添加量は、公知の方法から適宜設定することができる。
上記連鎖移動剤の添加量は、公知の方法から適宜設定することができる。
上述したアルカリ可溶性樹脂と重合性化合物を含むことにより、硬化性樹脂組成物とすることができる。上記硬化性樹脂組成物は、上述のアルカリ可溶性樹脂を含むので、200℃以下の比較的低温で後硬化工程を行った場合であっても、耐溶剤性、及び基材との密着性に優れた硬化物を与えることができる。また、重合性化合物を更に含むことにより、樹脂組成物の硬化性が向上したり、機械的強度、耐熱性等の各種物性がより優れた硬化物を与えることができる。このような、上記アルカリ可溶性樹脂、及び、重合性化合物を含む硬化性樹脂組成物もまた、本発明の一つである。
なお、「固形分総量」とは、硬化物を形成する成分(硬化物の形成時に揮発する溶媒等を除く)の総量を意味する。
上記重合性化合物は、フリーラジカル、電磁波(例えば赤外線、紫外線、X線等)、電子線等の活性エネルギー線の照射等により重合し得る、重合性不飽和結合(重合性不飽和基とも称す)を有する低分子化合物である。例えば、重合性不飽和基を分子中に1つ有する単官能の化合物と、2個以上有する多官能の化合物が挙げられる。
エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、シクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAアルキレンオキシドジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールFアルキレンオキシドジ(メタ)アクリレート等の2官能(メタ)アクリレート化合物;
また上記重合性化合物の分子量としては特に限定されないが、取り扱いの観点から、例えば、4000未満が好ましく、2000未満がより好ましい。
上記硬化性樹脂組成物は、更に、光重合開始剤を含むことが好ましい。光重合開始剤を含むことにより、硬化性樹脂組成物の硬化性を向上させ、得られる硬化物の性能を向上させることができる。
上記光重合開始剤としては、好ましくはラジカル重合性の光重合開始剤が挙げられる。ラジカル重合性の光重合開始剤とは、電磁波や電子線等の活性エネルギー線の照射により重合開始ラジカルを発生させるものである。
これらの光重合開始剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の硬化性樹脂組成物は、必要に応じて更に他の成分を含んでいてもよい。上記他の成分としては、例えば、溶剤;色材(着色剤とも称す);分散剤;耐熱向上剤;レベリング剤;現像助剤;シリカ微粒子等の無機微粒子;シラン系、アルミニウム系、チタン系等のカップリング剤;フィラー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルフェノール等の熱硬化性樹脂;多官能チオール化合物等の硬化助剤;可塑剤;重合禁止剤;紫外線吸収剤;酸化防止剤;艶消し剤;消泡剤;帯電防止剤;スリップ剤;表面改質剤;揺変化剤;揺変助剤;キノンジアジド化合物;多価フェノール化合物;カチオン重合性化合物;酸発生剤;等が挙げられる。これらは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらの他の成分は、公知のものを適宜選択して使用するとよく、その使用量も適宜設定することができる。
上記溶剤としては、上記アルカリ可溶性樹脂を均一に溶解し、かつ反応しない溶媒であれば、特に制限されず、例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3−メトキシブチルアセテート等のエステル類;メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、エチ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メチルエーテル等のアルコール類;トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類;クロロホルム;ジメチルスルホキシド;等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。溶剤の含有量は、硬化性樹脂組成物を使用する際の最適粘度等に応じて適宜設定すればよい。
上記色材としては、例えば、顔料又は染料等が挙げられる。上記色材として、顔料又は染料の一方を使用してもよいし、顔料と染料を組み合わせて使用してもよい。例えば、カラーフィルターの赤色、青色、緑色画素を形成する場合、青と紫、緑と黄等、色材を適宜組み合わせて求める色特性が発揮されるような公知の手法を用いるとよい。また、ブラックマトリックスを形成する場合、黒の色材を用いるとよい。
これらの色材は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の硬化性樹脂組成物が上記色材を含む場合、更に分散剤を含むことが好ましい。分散剤を含むことにより、色材の分散媒への分散を安定化することができる。上記分散剤としては、特に限定されず、公知のものが挙げられ、例えば樹脂型分散剤、界面活性剤、色素誘導体等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記硬化性樹脂組成物を調製する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いればよく、例えば、上述した各含有成分を、各種の混合機や分散機を用いて混合分散する方法が挙げられる。混合・分散工程は特に限定されず、公知の方法により行えばよい。また、通常行われる他の工程を更に含んでいてもよい。なお、上記硬化性樹脂組成物が色材を含む場合は、色材の分散処理工程を経て調製することが好ましい。
なお、得られた硬化性樹脂組成物は、フィルター等によって、濾過処理をして微細なゴミを除去するのが好ましい。
本発明のアルカリ可溶性樹脂及び硬化性樹脂組成物は、上述したように、耐溶剤性、及び
基材との密着性に優れた硬化物を与えることができる。また、上記硬化物は、耐熱性や透明性等の基本性能にも優れる。基板(基材)上に、上記アルカリ可溶性樹脂の硬化物、又は、上記硬化性樹脂組成物の硬化物を有する積層体もまた、本発明の一つである。
上記基材としては、特に限定されず、目的や用途に応じて適宜選択すればよく、例えば、ガラス板、プラスチック板等、種々の材料からなる基材が挙げられる。
すなわち、基材上に、上述した硬化性樹脂組成物を塗布して塗布膜を形成する工程、形成された塗布膜に光照射する工程、及び、光照射された塗布膜を200℃以下で加熱して硬化膜を形成する工程を含む、積層体の製造方法である。当該方法により得られる積層体は、耐溶剤性、及び、基材への密着性が優れたものである。
上記積層体の製造方法においては、上記硬化性樹脂組成物を基材上に塗布した後、塗布物を乾燥させて塗布膜を形成することが好ましい。上記乾燥は、公知の方法で行うことができ、具体的には、後述する「カラーフィルターの製造方法」の「配置工程」に記載の乾燥方法と同様の方法で行うことができる。
上記光照射の方法は、特に限定されず、公知の方法で行うことができ、具体的には、後述する「4.カラーフィルターの製造方法」の「光照射工程」に記載の方法と同様の方法で行うことができる。
加熱温度は、190℃以下であることが好ましく、180℃以下であることがより好ましい。加熱温度の下限としては、硬化性が維持できる点で、85℃以上であることが好ましく、90℃以上であることがより好ましい。
温度以外の上記加熱の方法については、特に限定されず、公知の方法で行うことができ、例えば、後述する「4.カラーフィルターの製造方法」の「加熱工程」に記載の方法と同様の方法で行うことができる。
基板上に、上記アルカリ可溶性樹脂の硬化物、又は、上記硬化性樹脂組成物の硬化物を有するカラーフィルターも、本発明の一つである。以下、カラーフィルターについて、説明する。
本発明のカラーフィルターは、基板上に、上記硬化物を有する形態からなる。
上記カラーフィルターにおいて、例えば、上述の硬化性樹脂組成物により形成される硬化物は、例えば、ブラックマトリクスや、赤色、緑色、青色、黄色等の各画素のような着色が必要なセグメントとして特に好適であるが、フォトスペーサー、保護層、配向制御用リブ等の着色が必ずしも必要としないセグメントとしても好適である。
また上記基板には、必要に応じて、コロナ放電処理、オゾン処理、シランカップリング剤等による薬品処理等を行ってもよい。
上記カラーフィルターを得るには、例えば、画素一色につき(すなわち、一色の画素ごとに)、基板上に、上記硬化性樹脂組成物を配置する工程(配置工程とも称す)と、当該基板上に配置された上記硬化性樹脂組成物に光を照射する工程(光照射工程とも称す)と、現像液により現像処理する工程(現像工程とも称す)と、加熱処理する工程(加熱工程とも称す)とを含む手法を採用し、これと同じ手法を各色で繰り返す製造方法を採用することが好適である。なお、各色の画素の形成順序は、特に制限されるものではない。
上記配置工程は、塗布により行うことが好適である。基板上に上記硬化性樹脂組成物を塗布する方法としては、例えば、スピン塗布、スリット塗布、ロール塗布、流延塗布等が挙げられ、いずれの方法も好ましく用いることができる。
上記配置工程ではまた、上記硬化性樹脂組成物を基板上に塗布した後、塗膜を乾燥することが好適である。塗膜の乾燥は、例えば、ホットプレート、IRオーブン、コンベクションオーブン等を用いて行うことができる。乾燥条件は、含まれる溶媒成分の沸点、硬化成分の種類、膜厚、乾燥機の性能等に応じて適宜選択されるが、通常、50〜160℃の温度で10秒〜300秒間行うことが好適である。
上記光照射工程において、使用される活性光線の光源としては、例えば、キセノンランプ、ハロゲンランプ、タングステンランプ、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、中圧水銀灯、低圧水銀灯、カーボンアーク、蛍光ランプ等のランプ光源、アルゴンイオンレーザー、YAGレーザー、エキシマレーザー、窒素レーザー、ヘリウムカドミニウムレーザー、半導体レーザー等のレーザー光源等が使用される。また、露光機の方式としては、プロキシミティー方式、ミラープロジェクション方式、ステッパー方式が挙げられるが、プロキシミティー方式が好ましく用いられる。
なお、活性エネルギー光線の照射工程では、用途によっては、所定のマスクパターンを介して活性エネルギー光線を照射することとしてもよい。この場合、露光部が硬化し、硬化部が現像液に対して不溶化又は難溶化されることになる。
上記現像工程は、上述した光照射工程の後、現像液によって現像処理し、未露光部を除去しパターンを形成する工程である。これにより、パターン化された硬化膜を得ることができる。現像処理は、通常、10〜50℃の現像温度で、浸漬現像、スプレー現像、ブラシ現像、超音波現像等の方法で行うことができる。
有機溶媒やアルカリ性水溶液としては、例えば特開2015−157909号公報に記載のものと同様のものが挙げられる。
上記加熱工程は、上述した現像工程の後、焼成によって露光部(硬化部)を更に硬化させる工程(後硬化工程とも称す)である。例えば、高圧水銀灯等の光源を使用して、例えば0.5〜5J/cm2の光量で後露光する工程や、例えば60〜200℃の温度で10秒〜120分間にわたって後加熱する工程等が挙げられる。このような後硬化工程を行うことにより、パターン化された硬化膜の硬度、及び密着性を更に強固なものとすることが可能になる。
本発明はまた、上述したカラーフィルターを備えることを特徴とする表示装置でもある。
なお、上記アルカリ可溶性樹脂又は上記硬化性樹脂組成物により形成される硬化物を有する表示装置用部材及び表示装置もまた、本発明の好適な実施形態に含まれる。上記硬化性樹脂組成物により形成される硬化物(硬化膜)は、安定して、基材(基板)との密着性に優れ、かつ高硬度であるうえ、高平滑性を示し、高い透過率を有するものであるから、透明部材として特に好適であり、また、各種表示装置における保護膜や絶縁膜としても有用である。
なお、上記硬化物(硬化膜)を表示装置用部材として用いる場合、当該部材は、上記硬化膜から構成されるフィルム状の単層又は多層の部材であってもよいし、上記単層又は多層の部材に更に他の層が組み合わされた部材であってもよいし、また、上記硬化膜を構成中に含む部材であってもよい。
本発明のアルカリ可溶性樹脂及び硬化性樹脂組成物は、液晶・有機EL・量子ドット・マイクロLED液晶表示装置や固体撮像素子、タッチパネル式表示装置等に用いられる各種の光学部材や構成部材として、電機・電子機器等の各種用途に好適に用いることができる。
(1)重量平均分子量(Mw)
ポリスチレンを標準物質とし、テトラヒドロフランを溶離液として、HLC−8220GPC(東ソー社製)、カラム:TSKgel SuperHZM−M(東ソー社製)によるGPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)法にて重量平均分子量を測定した。
樹脂溶液をアルミカップに約1gはかり取り、アセトン約3gを加えて溶解させた後、常温で自然乾燥させた。そして、熱風乾燥機(商品名:PHH−101、エスペック社製)を用い、真空下140℃で1.5時間乾燥した後、デシケータ内で放冷し、質量を測定した。その質量減少量から、樹脂溶液の固形分(質量%)を計算した。
樹脂溶液を3g精秤し、アセトン90gと水10gの混合溶媒に溶解させ、0.1NのKOH水溶液を滴定液として用いて滴定した。滴定は、自動滴定装置(商品名:COM−555、平沼産業社製)を用いて行い、溶液の酸価と溶液の固形分から固形分1g当たりの酸価(mgKOH/g)を求めた。
理論ポリマー酸価を下記の式により求めた。
理論ポリマー酸価(mgKOH/g)=[構造単位(C)及び(E)由来の酸基のモル数(mmol)]×56.11/[モノマー仕込み量(g)]
(色材組成物の調製)
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを12.9部、分散剤としてディスパロンDA−7301を0.4部、色材としてC.I.ピグメントグリーン58を2.25部、及び、C.I.ピグメントイエロー138を1.5部混合し、ペイントシェーカーにて3時間分散することで色材組成物(固形分22質量%)を得た。
いずれも固形分換算で、樹脂溶液を30部、ラジカル重合性化合物としてジペンタエリスリトールヘキサアクリレートを30部、ラジカル重合性光重合開始剤としてイルガキュア907(BASFジャパン社製)を10部、上記で得られた色材組成物を30部、更に希釈溶媒(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)を硬化性樹脂組成物の固形分濃度が20質量%となるように加え、攪拌することで硬化性樹脂組成物を得た。
硬化性樹脂組成物を5cm角のガラス基板上にスピンコートし、100℃で5分間乾燥後、高圧水銀灯を用いて100mJで露光を行い、150℃で40分間熱処理を行い、膜厚5μmの硬化膜を得た。そして、その硬化膜を1−メチル−2−ピロリドン(NMP)20gに40℃で10分間浸漬した後取り出し、硬化膜を取り出した後の浸漬液(NMP)について、分光光度計UV3100(島津製作所社製)で吸光度を測定した。吸光度の値が大きい程、浸漬液中に色材が多く溶出したことを示し、硬化性樹脂組成物の耐溶剤性が低いと評価した。
上記の耐溶剤性評価において、NMPに浸漬して取り出した後の硬化膜の剥がれの様子を目視により観察し、下記評価基準にて評価した。
(評価基準)
〇:硬化膜が全て残っている。
△:硬化膜の一部が剥がれている。
×:硬化膜が全て剥がれている。
樹脂溶液1の調製
温度計、攪拌機、ガス導入管、冷却管及び滴下槽導入口を備えた反応槽に、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート70部を仕込み、窒素置換した後、加熱して90℃まで昇温した。他方、滴下槽(A)として、無水マレイン酸(MA)10部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)80部およびt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(日本油脂社製「パーブチルO」)2部を攪拌混合したものを準備し、滴下槽(B)に、ビニルトルエン(VT)12部、OXE−10(製品名、大阪有機化学工業株式会社製、アクリル酸(3−エチル−3−オキセタニル)メチル32部、コハク酸1−[2−(メタクリロイルオキシ)エチル](HOMS)46部、及びn−ドデシルメルカプタン2.5部を攪拌混合したものを準備した。反応槽の温度が90℃になった後、同温度を保持しながら、滴下槽から3時間かけて滴下を開始し、重合を行った。滴下終了後30分間90℃を保った後、115℃まで昇温し、90分間熟成を行った。その後、室温まで冷却し、樹脂溶液1を得た。各種物性を表1に示す。
樹脂溶液2の調製
滴下槽(A)における単量体の仕込み量について、無水マレイン酸を15部、ビニルトルエンを20部、OXE−10を23.5部、及び、HOMSを41.5部とした以外は合成例1と同様の方法で、樹脂溶液2を得た。各種物性を表1に示す。
樹脂溶液3の調製
滴下槽(A)における単量体の仕込み量について、無水マレイン酸を10部、ビニルトルエンを12部、OXE−30(製品名、大阪有機化学工業株式会社製、メタクリル酸(3−エチル−3−オキセタニル)メチル)を34部、及び、HOMSを44部とした以外は合成例1と同様の方法で、樹脂溶液3を得た。各種物性を表1に示す。
樹脂溶液4の調製
滴下槽(A)における単量体の仕込み量について、無水マレイン酸を10部、ビニルトルエンを12部、OXE−10を44部、アクリル酸(AA)を10部、及び、HOMSを24部とした以外は合成例1と同様の方法で、樹脂溶液4を得た。各種物性を表1に示す。
樹脂溶液5の調製
滴下槽(A)における単量体の仕込み量について、無水マレイン酸を10部、ビニルトルエンを12部、OXE−10を42部、メタクリル酸(MAA)を12部、及び、HOMSを24部とした以外は合成例1と同様の方法で、樹脂溶液5を得た。各種物性を表1に示す。
樹脂溶液6の調製
滴下槽(A)における単量体の仕込み量を、無水マレイン酸を5部、ビニルトルエンを6部、OXE−10を69部、HOMSを20部とした以外は合成例1と同様の方法で、樹脂溶液6を得た。各種物性を表1に示す。
樹脂溶液7の調製
滴下槽(A)における単量体の仕込み量について、無水マレイン酸を10部、ビニルトルエンを12部、メタクリル酸メチル(MMA)を32部、及び、HOMSを46部とした以外は合成例1と同様の方法で、樹脂溶液7を得た。各種物性を表1に示す。
樹脂溶液8の調製
滴下槽(A)における単量体の仕込み量について、フェニルマレイミド(PMI)を15部、メタクリル酸メチルを50.5部、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル(HEMA)を20部、及び、アクリル酸を14.5部とした以外は合成例1と同様の方法で、樹脂溶液8を得た。各種物性を表1に示す。
樹脂溶液9の調製
滴下槽(A)における単量体の仕込み量について、フェニルマレイミドを15部、ビニルトルエンを58部、及び、アクリル酸を27部とした以外は合成例1と同様の方法で、重合体溶液を得た。これを一旦室温まで内温を冷却した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=5/95(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、メタクリル酸グリシジル(GMA)10部、6−t−ブチル−2,4−キシレノール0.15部、TEA0.3部を仕込み、そのまま115℃で7時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂溶液9を得た。各種物性を表1に示す。
樹脂溶液10の調製
滴下槽(A)における単量体の仕込み量を、無水マレイン酸を10部、ビニルトルエンを12部、メタクリル酸グリシジルを32部、及び、HOMSを46部とした以外は合成例1と同様の方法で、樹脂溶液10を調製したが、樹脂がゲル化してしまい、樹脂溶液は得られなかった。
得られた樹脂溶液1〜9を用いて、上述した評価方法にて、基材との密着性、及び、耐溶剤性を評価した。結果を表2に示す。
MA:無水マレイン酸
PMI:フェニルマレイミド
VT:ビニルトルエン
OXE−10:アクリル酸(3−エチル−3−オキセタニル)メチル、大阪有機化学工業株式会社製
OXE−30:メタクリル酸(3−エチル−3−オキセタニル)メチル、大阪有機化学工業株式会社製
GMA:メタクリル酸グリシジル
MMA:メタクリル酸メチル
HEMA:メタクリル酸2−ヒドロキシエチル
AA:アクリル酸
MAA:メタクリル酸
HOMS:コハク酸モノ(2−メタクリロイルオキシエチル)
また、OXE−10、OXE−30、及びHOMSの構造式を下記に示す。
このように本発明の硬化性樹脂組成物は、低温硬化条件下でも、耐溶剤性及び基材との密着性に優れた硬化物を与えることができ、カラーフィルター等の用途に好適に使用することができるアルカリ可溶性樹脂、及び、硬化性樹脂組成物としての性能を持ち合わせているものである。
Claims (10)
- オキセタニル基含有単量体由来の構造単位(A)、酸無水物単量体由来の構造単位(B)、及び、水酸基含有単量体の酸基含有化合物付加体由来の構造単位(C)を有することを特徴とするアルカリ可溶性樹脂。
- 前記構造単位(B)は、不飽和ジカルボン酸無水物単量体由来の構造単位であることを特徴とする請求項1に記載のアルカリ可溶性樹脂。
- 更に、芳香族ビニル系単量体由来の構造単位(D)を有する請求項1〜3のいずれかに記載のアルカリ可溶性樹脂。
- 前記構造単位(B)と構造単位(C)の合計含有割合が、アルカリ可溶性樹脂の全構造単位100質量%に対して、30質量%以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のアルカリ可溶性樹脂。
- 前記アルカリ可溶性樹脂は、理論ポリマー酸価が40〜300mgKOH/gであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のアルカリ可溶性樹脂。
- 請求項1〜6のいずれかに記載のアルカリ可溶性樹脂、及び、重合性化合物を含むことを特徴とする硬化性樹脂組成物。
- 基材上に、請求項1〜6のいずれかに記載のアルカリ可溶性樹脂の硬化物、又は、請求項7に記載の硬化性樹脂組成物の硬化物を有することを特徴とする積層体。
- 基板上に、請求項1〜6のいずれかに記載のアルカリ可溶性樹脂の硬化物、又は、請求項7に記載の硬化性樹脂組成物の硬化物を有することを特徴とするカラーフィルター。
- 請求項9に記載のカラーフィルターを備えることを特徴とする表示装置。
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