JP2021162854A - ネガ型レジスト組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】波長440nmの光の透過率が高いカラーフィルタの製造に有用なネガ型レジスト組成物を提供する。
【解決手段】本発明のネガ型レジスト組成物は、着色剤、及び樹脂を含み、上記着色剤がキサンテン染料を含有し、上記ネガ型レジスト組成物から形成された硬化膜の分光スペクトルが下記条件1を満たす。
[条件1]
波長範囲500nm〜580nmに極大吸収波長を有し、該波長における透過率を5%としたとき、波長440nmにおける透過率が80%以上であり、且つ波長620nmにおける透過率が80%以上である。
【選択図】なし

Description

本発明は、ネガ型レジスト組成物に関する。
液晶表示装置等に使用されるカラーフィルタの製造には、着色組成物が用いられている。このような着色組成物としては、キナクリドン系顔料を含む着色組成物が知られている(特許文献1)。
特開2019−109487号公報
これまでに青色と赤色とを混合させることによりマゼンタ色が得られることが知られている。しかし、従来のマゼンタ色のカラーフィルタにおいては、波長440nmの光の透過率が十分では無かった。本発明の目的は、波長440nmの光の透過率が高いカラーフィルタの製造に有用なネガ型レジスト組成物を提供することにある。
本発明は、以下の発明を含む。
[1]着色剤、及び樹脂を含むネガ型レジスト組成物であり、
前記着色剤がキサンテン染料を含有し、
前記ネガ型レジスト組成物から形成された硬化膜の分光スペクトルが下記条件1を満たすことを特徴とするネガ型レジスト組成物。
[条件1]
波長範囲500nm〜580nmに極大吸収波長を有し、該波長における透過率を5%としたとき、波長440nmにおける透過率が80%以上であり、且つ波長620nmにおける透過率が80%以上である。
[2]前記波長620nmにおける透過率が90%以上である[1]に記載のネガ型レジスト組成物。
[3]前記キサンテン染料は式(I)で示されるものである[1]または[2]に記載のネガ型レジスト組成物。
Figure 2021162854

[式(I)中、R1〜R4は、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基、又は置換基を有していてもよい炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる−CH2−は、−O−、−CO−又は−NR11−で置き換わっていてもよい。
5は、−OH、−SO3 -、−SO3H、−SO3 -+、−CO2H、−CO2 -+、−CO28、−SO38、又は−SO2NR910を表す。
6及びR7は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表す。
mは、0〜5の整数を表す。mが2以上のとき、複数のR5は同一でも異なってもよい。
aは、0又は1の整数を表す。
Xは、ハロゲン原子を表す。
+は、+N(R114、Na+、又はK+を表し、4つのR11は同一でも異なってもよい。
8は、炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
9及びR10は、それぞれ独立して、水素原子又は置換基を有していてもよい炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる−CH2−は、−O−、−CO−、−NH−、又は−NR8−で置き換っていてもよく、R9及びR10が結合して隣接する窒素原子とともに3〜10員環の複素環を形成していてもよい。
11は、水素原子、炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基、又は炭素数7〜10のアラルキル基を表す。]
[4]前記キサンテン染料が式(Ia)及び/又は式(Ib1)で示されるものである[3]に記載のネガ型レジスト組成物。
Figure 2021162854

[式(Ia)中、
a1及びRa4は、それぞれ独立して、2個以下の炭素数が1〜4の1価の飽和脂肪族炭化水素基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基である。
a2及びRa3は、それぞれ独立して、水素原子、メチル基、又はエチル基である。
5〜R7、m、a、及びXは上記と同じ意味を表す。]
Figure 2021162854


[式(Ib1)中、Rb1〜Rb4は、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基、又は置換基を有していてもよい炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基を表し、
b1〜Rb4に含まれる少なくとも1つの飽和炭化水素基または芳香族炭化水素基が、ハロゲン原子、−OH、−OR8、−CO2H、−CO28、−SO3 -、−SO3H、−SO3 -+、−SR8、−SO28、−SO38、−SO2NR910、又は−Si(OR12)(OR13)(OR14)を置換基として有するか、又はRb1〜Rb4に含まれる少なくとも1つの芳香族炭化水素基が、3個以上の炭素数が1〜4の1価の飽和脂肪族炭化水素基を置換基として有し、
12、R13、及びR14は、それぞれ独立して炭素数1〜4の1価の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子で置換されていてもよく、
5〜R10、m、a、及びXは上記と同じ意味を表す。]
[5]前記キサンテン染料が前記式(Ib1)で示されるものから選択される2種以上の組み合わせ、または前記式(Ib1)で示されるものと前記式(Ia)で示されるものとの組み合わせである[4]に記載のネガ型レジスト組成物。
[6]前記着色剤が、染料のみ、または染料と赤色顔料もしくは紫色顔料との組み合わせである[1]〜[5]のいずれかに記載のネガ型レジスト組成物。
[7]さらに重合性化合物、及び重合開始剤を含む[1]〜[6]のいずれかに記載のネガ型レジスト組成物。
[8]膜厚が1.5μm以下である硬化膜を形成することが可能な[1]〜[7]のいずれかに記載のネガ型レジスト組成物。
[9][1]〜[8]のいずれかに記載のネガ型レジスト組成物から形成されるカラーフィルタ。
[10][9]に記載のカラーフィルタを含む表示装置。
本発明のネガ型レジスト組成物から、波長440nmの光の透過率が高いカラーフィルタが得られる。
<ネガ型レジスト組成物>
本発明のネガ型レジスト組成物は、着色剤(A)、及び樹脂(C)を含むネガ型レジスト組成物であり、着色剤(A)がキサンテン染料を含有し、ネガ型レジスト組成物から形成された硬化膜の分光スペクトルが下記条件1を満たすものである。
[条件1]
波長範囲500nm〜580nmに極大吸収波長を有し、該波長における透過率を5%としたとき、波長440nmにおける透過率が80%以上であり、且つ波長620nmにおける透過率が80%以上である。
上記構成により、波長440nmの光の透過率が高いマゼンタ色のカラーフィルタが得られる。ネガ型レジスト組成物とは、露光部の現像液に対する溶解性が低下することによって、露光部が現像後に残存する性質を有するレジストである。またネガ型レジスト組成物は、露光部の現像液に対する溶解性が高いポジ型レジスト組成物よりも、パターンを所望の寸法範囲に仕上げるための露光から現像までのプロセス条件の範囲が広い傾向にあるため好ましい。
上記硬化膜の分光スペクトルは、ガラス基板上に下記条件にて硬化膜を作製して、測色機で測定することにより得ることができる。測色機としてはOSP−SP−200(オリンパス(株)製)が挙げられる。
[硬化膜作製方法]
5cm角のガラス基板上に、ネガ型レジスト組成物をスピンコート法で塗布したのち、100℃で3分間プリベークして着色組成物層を形成する。放冷後、露光機を用いて、大気雰囲気下、60mJ/cm2の露光量(365nm基準)で着色組成物層に光照射を行う。その後、230℃で20分間ポストベークを行う。
硬化膜の透過率を得るに当たっては、極大吸収波長の透過率が5%となるように硬化膜の膜厚を調整した上で、波長440nmにおける透過率と、波長620nmにおける透過率とを測定すればよい。また硬化膜の透過率を得るに当たっては、上記のように硬化膜の膜厚を調整せずに、極大吸収波長における透過率と、波長440nmにおける透過率と、波長620nmにおける透過率とを測定した上で、極大吸収波長における透過率が5%となるように波長440nmにおける透過率と波長620nmにおける透過率とを算出してもよい。
上記波長440nmにおける透過率は80%以上であり、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは92%以上である。一方、上限は特に限定されないが、100%以下であってもよく、99%以下であってもよい。
上記波長620nmにおける透過率は80%以上であり、好ましくは90%以上、より好ましくは93%以上、さらに好ましくは95%以上、特に好ましくは97%以上である。一方、上限は特に限定されないが、100%以下であってもよい。
以下、各成分について詳細に説明する。なお、本明細書において、各成分として例示する化合物は、特に断りのない限り、単独で又は複数種を組合わせて使用することができる。
<着色剤(A)>
着色剤(A)は、キサンテン染料(A1)を含むものである。着色剤(A)の含有量は、ネガ型レジスト組成物の固形分に対して、好ましくは5〜60質量%であり、より好ましくは8〜55質量%であり、さらに好ましくは10〜50質量%である。着色剤の含有量が前記の範囲にあると、カラーフィルタとしたときの色濃度を向上し、且つ組成物中に樹脂等を必要量含有させることができる。ここで、ネガ型レジスト組成物の固形分とは、本発明のネガ型レジスト組成物から溶剤を除いた成分の合計量をいう。固形分及びこれに対する各成分の含有量は、例えば、液体クロマトグラフィー又はガスクロマトグラフィーなどの公知の分析手段で測定することができる。
<キサンテン染料(A1)>
キサンテン染料(A1)は、分子内にキサンテン骨格を有する化合物を含む染料である。キサンテン染料(A1)としては、式(I)で表される化合物(以下、「化合物(I)」という場合がある。)を含む染料が好ましい。
Figure 2021162854

[式(I)中、R1〜R4は、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基、又は置換基を有していてもよい炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる−CH2−は、−O−、−CO−又は−NR11−で置き換わっていてもよい。
5は、−OH、−SO3 -、−SO3H、−SO3 -+、−CO2H、−CO2 -+、−CO28、−SO38、又は−SO2NR910を表す。
6及びR7は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表す。
mは、0〜5の整数を表す。mが2以上のとき、複数のR5は同一でも異なってもよい。
aは、0又は1の整数を表す。
Xは、ハロゲン原子を表す。
+は、+N(R114、Na+、又はK+を表し、4つのR11は同一でも異なってもよい。
8は、炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
9及びR10は、それぞれ独立して、水素原子又は置換基を有していてもよい炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる−CH2−は、−O−、−CO−、−NH−、又は−NR8−で置き換っていてもよく、R9及びR10が結合して隣接する窒素原子とともに3〜10員環の複素環を形成していてもよい。
11は、水素原子、炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基、又は炭素数7〜10のアラルキル基を表す。]
化合物(I)は、その互変異性体であってもよい。化合物(I)を用いる場合、キサンテン染料(A1)中の化合物(I)の含有量は、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、最も好ましくは100質量%である。
1〜R4における炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、ヘキサデシル基、イコシル基等の直鎖状アルキル基;イソプロピル基、イソブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、2−エチルヘキシル基等の分岐鎖状アルキル基;シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、トリシクロデシル基等の炭素数2〜20の脂環式飽和炭化水素基が挙げられる。当該飽和炭化水素基の炭素数は、置換基を有する場合、置換基の炭素も含めた数である。飽和炭化水素基が有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子、−OH、−OR8、−SO3 -、−SO3H、−SO3 -+、−CO2H、−CO28、−SR8、−SO28、−SO38、−SO2NR910、又は−Si(OR12)(OR13)(OR14)が挙げられる。R12、R13、及びR14は、それぞれ独立して炭素数1〜4の1価の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
1〜R4における炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基としては、フェニル基等の単環芳香族炭化水素基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ビフェニル基、テルフェニル基等の多環芳香族炭化水素基が挙げられる。多環芳香族炭化水素基として、ビフェニル基、テルフェニル基等の非縮合多環芳香族炭化水素基が好ましい。また多環芳香族炭化水素基は、置換基を有していないことが好ましい。置換基を有する1価の芳香族炭化水素基としては、トルイル基、キシリル基、メシチル基、プロピルフェニル基、ブチルフェニル基等が挙げられる。当該芳香族炭化水素基の炭素数は、置換基を有する場合、置換基の炭素も含めた数である。芳香族炭化水素基が有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子、−R8、−OH、−OR8、−SO3 -、−SO3H、−SO3 -+、−CO2H、−CO28、−SR8、−SO28、−SO38、−SO2NR910、又は−Si(OR12)(OR13)(OR14)が挙げられる。
8〜R11における炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、ヘキサデシル基、イコシル基等の直鎖状アルキル基;イソプロピル基、イソブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、2−エチルヘキシル基等の分岐鎖状アルキル基;シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、トリシクロデシル基等の炭素数3〜20の脂環式飽和炭化水素基が挙げられる。
9及びR10における炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基は、置換基を有していてもよい。該置換基としては、ヒドロキシ基、ハロゲン原子が挙げられる。
12〜R14における炭素数1〜4の1価の飽和炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等の直鎖状アルキル基;イソプロピル基、イソブチル基等の分岐鎖状アルキル基等の炭素数1〜4の脂環式飽和炭化水素基が挙げられる。
+は、+N(R114、Na+又はK+であり、好ましくは+N(R114である。+N(R114中の4つのR11のうち、少なくとも2つが炭素数5〜20の1価の飽和炭化水素基であることが好ましい。また、4つのR11の合計炭素数は20〜80であることが好ましく、20〜60であることがより好ましい。化合物(I)中に+N(R114が存在する場合、R11がこれらの基であると、化合物(I)を含む本発明のネガ型レジスト組成物から異物が少ないカラーフィルタを形成できる。
−OR8としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、イコシルオキシ基が挙げられる。
−CO28としては、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニル基、ヘキシルオキシカルボニル基、イコシルオキシカルボニル基が挙げられる。
−SR8としては、例えば、メチルスルファニル基、エチルスルファニル基、ブチルス
ルファニル基、ヘキシルスルファニル基、デシルスルファニル基、イコシルスルファニル基等が挙げられる。
−SO28としては、例えば、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、ブチルスルホニル基、ヘキシルスルホニル基、デシルスルホニル基、イコシルスルホニル基が挙げられる。
−SO38としては、例えば、メトキシスルホニル基、エトキシスルホニル基、プロポキシスルホニル基、tert−ブトキシスルホニル基、ヘキシルオキシスルホニル基、イコシルオキシスルホニル基が挙げられる。
−SO2NR910としては、例えば、スルファモイル基;
N−メチルスルファモイル基、N−エチルスルファモイル基、N−プロピルスルファモイル基、N−イソプロピルスルファモイル基、N−ブチルスルファモイル基、N−イソブチルスルファモイル基、N−sec−ブチルスルファモイル基、N−tert−ブチルスルファモイル基、N−ペンチルスルファモイル基、N−(1−エチルプロピル)スルファモイル基、N−(1,1−ジメチルプロピル)スルファモイル基、N−(1,2−ジメチルプロピル)スルファモイル基、N−(2,2−ジメチルプロピル)スルファモイル基、N−(1−メチルブチル)スルファモイル基、N−(2−メチルブチル)スルファモイル基、N−(3−メチルブチル)スルファモイル基、N−シクロペンチルスルファモイル基、N−ヘキシルスルファモイル基、N−(1,3−ジメチルブチル)スルファモイル基、N−(3,3−ジメチルブチル)スルファモイル基、N−ヘプチルスルファモイル基、N−(1−メチルヘキシル)スルファモイル基、N−(1,4−ジメチルペンチル)スルファモイル基、N−オクチルスルファモイル基、N−(2−エチルヘキシル)スルファモイル基、N−(1,5−ジメチル)ヘキシルスルファモイル基、N−(1,1,2,2−テトラメチルブチル)スルファモイル基等のN−1置換スルファモイル基;
N,N−ジメチルスルファモイル基、N,N−エチルメチルスルファモイル基、N,N−ジエチルスルファモイル基、N,N−プロピルメチルスルファモイル基、N,N−イソプロピルメチルスルファモイル基、N,N−tert−ブチルメチルスルファモイル基、N,N−ブチルエチルスルファモイル基、N,N−ビス(1−メチルプロピル)スルファモイル基、N,N−ヘプチルメチルスルファモイル基等のN,N−2置換スルファモイル基等が挙げられる。
−Si(OR12)(OR13)(OR14)としては、例えばトリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基等が挙げられる。
5は、−CO2H、−CO2 -+、−CO28、−SO3 -、−SO3 -+、−SO3H、又はSO2NHR9が好ましく、SO3 -、−SO3 -+、−SO3H又はSO2NHR9がより好ましい。
mは、0〜5の整数を表し、1〜4が好ましく、1又は2がより好ましく、1がさらに好ましい。
6及びR7における炭素数1〜6のアルキル基としては、前記で挙げたアルキル基のうち、炭素数1〜6のものが挙げられ、炭素数1〜2のアルキル基が好ましい。R6及びR7は水素原子であることがより好ましい。
11における炭素数7〜10のアラルキル基としては、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルブチル基等が挙げられる。
Xにおけるハロゲン原子としては、塩素原子、フッ素原子、臭素原子等が挙げられる。
aは、0又は1の整数を表し、0が好ましい。
化合物(I)としては、式(Ia)で表される化合物(以下「化合物(Ia)」が好ましく挙げられる。式(Ia)で表される化合物は、化合物(I)のうち化合物(Ia)以外の化合物(以下「化合物(Ib)」という場合がある。)と組み合わせることなく用いてもよく、化合物(Ia)と化合物(Ib)を組み合わせて用いてもよい。また化合物(Ia)は2種以上、組み合わせて用いてもよい。
Figure 2021162854

[式(Ia)中、
a1及びRa4は、それぞれ独立して、2個以下の炭素数が1〜4の1価の飽和脂肪族炭化水素基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基である。
a2及びRa3は、それぞれ独立して、水素原子、メチル基、又はエチル基である。
5〜R7、m、a、及びXは上記と同じ意味を表す。]
a1及びRa4としては、上記R1及びR4と同様の基のうち、置換基を有していない1価の芳香族炭化水素基、又は2個以下の炭素数が1〜4の1価の飽和脂肪族炭化水素基を有している1価の芳香族炭化水素基が挙げられる。このうち2個以下の炭素数が1〜4の1価の飽和脂肪族炭化水素基を有している1価の芳香族炭化水素基が好ましい。
置換基を有していない1価の芳香族炭化水素基としては、フェニル基等の単環芳香族炭化水素基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ビフェニル基、テルフェニル基等の多環芳香族炭化水素基が挙げられる。多環芳香族炭化水素基として、ビフェニル基、テルフェニル基等の非縮合多環芳香族炭化水素基が好ましい。2個以下の炭素数が1〜4の1価の飽和脂肪族炭化水素基を有する1価の芳香族炭化水素基としては、トルイル基、キシリル基、メシチル基、モノプロピルフェニル基、ジプロピルフェニル基、モノブチルフェニル基、ジブチルフェニル基等が挙げられる。該芳香族炭化水素基の炭素数は、好ましくは7〜20、より好ましくは7〜16、さらに好ましくは7〜10であり、最も好ましくは8である。該芳香族炭化水素基の炭素数は、置換基の炭素も含めた数である。該芳香族炭化水素基は、該飽和脂肪族炭化水素基以外の置換基を有していないことが好ましい。
該芳香族炭化水素基に結合している該飽和脂肪族炭化水素基の数は、1〜2であることが好ましく、2であることがより好ましい。該飽和脂肪族炭化水素基は、該芳香族炭化水素基の結合手に対して、オルト位またはメタ位に結合していることが好ましく、オルト位に結合していることがより好ましい。該飽和脂肪族炭化水素基としては、置換基を有していない飽和脂肪族炭化水素基が挙げられる。該飽和脂肪族炭化水素基の炭素数は、好ましくは1〜4であり、より好ましくは1〜3であり、さらに好ましくは1〜2であり、最も好ましくは1である。
a2及びRa3としては、水素原子、メチル基、エチル基が挙げられ、これらのうち水素原子、又はメチル基が好ましく、水素原子がより好ましい。
化合物(Ib)としては、式(Ib1)で表される化合物(以下「化合物(Ib1)」という場合がある。)が好ましい。化合物式(Ib1)は、化合物(Ia)と組み合わせて用いるのが好ましいが、化合物(Ia)と組み合わせることなく用いてもよい。則ち、キサンテン染料(A1)は、化合物(Ia)及び/又は化合物(Ib1)であってもよく、化合物(Ia)、又は化合物(Ia)と化合物(Ib1)であることが好ましく、化合物(Ia)であることがより好ましい。
Figure 2021162854


[式(Ib1)中、Rb1〜Rb4は、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基、又は置換基を有していてもよい炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基を表し、
b1〜Rb4に含まれる少なくとも1つの飽和炭化水素基または芳香族炭化水素基が、ハロゲン原子、−OH、−OR8、−CO2H、−CO28、−SO3 -、−SO3H、−SO3 -+、−SR8、−SO28、−SO38、−SO2NR910、又は−Si(OR12)(OR13)(OR14)を置換基として有するか、又はRb1〜Rb4に含まれる少なくとも1つの芳香族炭化水素基が、3個以上の炭素数が1〜4の1価の飽和脂肪族炭化水素基を置換基として有し、
12、R13、及びR14は、それぞれ独立して炭素数1〜4の1価の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子で置換されていてもよく、
5〜R10、m、a、及びXは上記と同じ意味を表す。]
b1及びRb4としては、上記R1及びR4と同様の基のうち、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基、置換基を有していてもよい炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、又は3個以上の炭素数が1〜4の1価の飽和脂肪族炭化水素基を置換基として有している芳香族炭化水素基が挙げられる。このうち置換基を有していてもよい炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基、置換基を有している炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、又は3個以上の炭素数が1〜4の1価の飽和脂肪族炭化水素基を置換基として有している芳香族炭化水素基が好ましい。
置換基を有していてもよい炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基の炭素数としては、1〜10が好ましく、2〜8がより好ましく、2〜7がさらに好ましい。当該飽和脂肪族炭化水素基の炭素数は、置換基の炭素も含めた数である。置換基としては、ハロゲン原子、−OH、−OR8、−CO2H、−CO28、−SO3 -、−SO3H、−SO3 -+、−SR8、−SO28、−SO38、−SO2NR910、又は−Si(OR12)(OR13)(OR14)が好ましく、より好ましくは−OH、−OR8、−CO2H、−CO28、−SO3 -、−SO3H、−SO3 -+、−SR8、−SO28、−SO38、又は−Si(OR12)(OR13)(OR14)であり、さらに好ましくは−OH、−OR8、−CO2H、−CO28、又は−Si(OR12)(OR13)(OR14)であり、最も好ましくは−Si(OR12)(OR13)(OR14)である。置換基の数は、1つの飽和脂肪族炭化水素基あたり1〜5が好ましく、1〜3がより好ましく、1〜2がさらに好ましく、1が最も好ましい。
置換基を有していてもよい炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基の炭素数は、好ましくは7〜20、より好ましくは7〜16、さらに好ましくは7〜12であり、さらにより好ましくは7〜10であり、特に好ましくは7〜8であり、最も好ましくは8である。該芳香族炭化水素基の炭素数は、置換基の炭素も含めた数である。置換基としては、炭素数が1〜4の1価の飽和脂肪族炭化水素基、ハロゲン原子、−OH、−OR8、−CO2H、−CO28、−SO3 -、−SO3H、−SO3 -+、−SR8、−SO28、−SO38、−SO2NR910、又は−Si(OR12)(OR13)(OR14)が好ましく、より好ましくは炭素数が1〜4の1価の飽和脂肪族炭化水素基、−OH、−OR8、−CO2H、−CO28、−SO3 -、−SO3H、−SO3 -+、−SR8、−SO28、−SO38、又は−SO2NR910である。さらに好ましくは炭素数が1〜4の1価の飽和脂肪族炭化水素基、−OR8、−SO3 -、−SO3H、−SO3 -+、−SR8、−SO28、−SO38、又は−SO2NR910である。置換基の数は、1つの芳香族炭化水素基あたり1〜5が好ましく、1〜3がより好ましく、1〜2がさらに好ましいく、2が最も好ましい。置換基は、該芳香族炭化水素基の結合手に対して、オルト位及び/又はメタ位に結合していることが好ましく、オルト位に結合していることがより好ましい。
3個以上の炭素数が1〜4の1価の飽和脂肪族炭化水素基を置換基として有している芳香族炭化水素基の炭素数は、好ましくは9〜20、より好ましくは9〜13、さらに好ましくは9〜12であり、最も好ましくは9である。該芳香族炭化水素基の炭素数は、置換基の炭素も含めた数である。該芳香族炭化水素基は、該飽和脂肪族炭化水素基以外の置換基を有していないことが好ましい。該飽和脂肪族炭化水素基の個数は、1つの芳香族炭化水素基あたり、好ましくは3〜5、より好ましくは3〜4、最も好ましくは3である。該飽和脂肪族炭化水素基は、該芳香族炭化水素基の結合手に対して、オルト位及び/又はパラ位に結合していることが好ましく、オルト位及びパラ位に結合していることがより好ましい。該1価の飽和脂肪族炭化水素基の炭素数は、1〜5であることが好ましく、1〜3であることがより好ましく、1〜2であることがさらに好ましく、1であることが最も好ましい。
b2及びRb3としては、上記R2及びR3と同様の基のうち、水素原子、又は置換基を有していてもよい炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基が好ましく挙げられる。このうち置換基を有していてもよい炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基がより好ましく、置換基を有している炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基がさらに好ましい。
置換基を有していてもよい炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基の炭素数としては、1〜10が好ましく、1〜6がより好ましく、1〜4がさらに好ましい。当該飽和脂肪族炭化水素基の炭素数は、置換基の炭素も含めた数である。置換基としては、ハロゲン原子、−OH、−OR8、−CO2H、−CO28、−SO3 -、−SO3H、−SO3 -+、−SR8、−SO28、−SO38、−SO2NR910、又は−Si(OR12)(OR13)(OR14)が好ましく挙げられ、より好ましくは−OH、−OR8、−CO2H、−CO28、−SO3 -、−SO3H、−SO3 -+、−SR8、−SO28、−SO38、又は−Si(OR12)(OR13)(OR14)であり、さらに好ましくは−OH、−OR8、−CO2H、−CO28、又は−Si(OR12)(OR13)(OR14)であり、最も好ましくは−CO2H、又は−CO28である。置換基の数は、1つの飽和脂肪族炭化水素基あたり1〜5が好ましく、1〜3がより好ましく、1〜2がさらに好ましく、1が最も好ましい。
化合物(Ia)としては、式(IaX)と表1とで特定される化合物No.1〜48が好ましい。
Figure 2021162854
Figure 2021162854
式中の記号は以下の基を意味する(以下で*は結合手を表す)。
Figure 2021162854
化合物(Ib1)としては、式(Ibx)と表2とで特定される化合物No.49〜74、及び式A3−1〜A3−8で表される化合物が好ましい。
Figure 2021162854
Figure 2021162854
式中の記号は以下の基を意味する(以下で*は結合手を表す)。
Figure 2021162854
Figure 2021162854
着色剤(A)が、染料のみであってもよいし、染料と顔料の組み合わせであってもよい。このうち着色剤(A)が、染料のみ、または染料と赤色顔料もしくは紫色顔料との組み合わせであることが好ましく、キサンテン染料(A1)のみ、またはキサンテン染料(A1)と赤色顔料もしくは紫色顔料との組み合わせであることがより好ましく、キサンテン染料(A1)のみ、またはキサンテン染料(A1)と紫色顔料との組み合わせであることがさらに好ましく、キサンテン染料(A1)のみであることがさらにより好ましい。
キサンテン染料(A1)が化合物(Ia)及び/又は化合物(Ib1)であることが好ましい。即ち、キサンテン染料(A1)は、化合物(Ia)または化合物(Ib1)のいずれか、または化合物(Ia)と化合物(Ib1)の組み合わせであることが好ましい。
キサンテン染料(A1)が、化合物(Ib)から選択される2種以上の組み合わせ、または化合物(Ib)と化合物(Ia)との組み合わせであることも好ましい。より好ましくは、化合物(Ib1)から選択される2種以上の組み合わせ、または化合物(Ib1)と化合物(Ia)との組み合わせである。
キサンテン染料(A1)の含有量は、着色剤(A)の総量に対して、好ましくは30〜100質量%、より好ましくは60〜100質量%、さらに好ましくは80〜100質量%、最も好ましくは100質量%である。着色剤(A)が顔料等を含む場合は、キサンテン染料(A1)の含有量は90質量%以下、80質量%以下、70質量%以下であってもよい。
キサンテン染料(A1)中の化合物(Ia)の含有量は、好ましくは30〜100質量%、より好ましくは60〜100質量%、さらに好ましくは80〜100質量%、最も好ましくは100質量%である。着色剤(A)が化合物(Ib)等を含む場合には、化合物(Ia)の含有量は80質量%以下、70質量%以下、60質量%以下であってもよい。
キサンテン染料(A1)中の化合物(Ib)の含有量は、好ましくは20〜80質量%、より好ましくは30〜70質量%、さらに好ましくは40〜60質量%である。
化合物(Ib)の化合物(Ia)100質量部に対する含有量は、好ましくは20〜150質量部、より好ましくは50〜130質量部、さらに好ましくは80〜110質量部である。
<その他の染料(A2)>
着色剤(A)は、さらに、キサンテン染料(A1)以外の染料(「その他の染料(A2)」という場合がある。)を含んでもよい。その他の染料(A2)としては、キサンテン染料(A1)以外の染料であれば特に限定されず、油溶性染料、酸性染料、塩基性染料、直接染料、媒染染料、酸性染料のアミン塩や酸性染料のスルホンアミド誘導体などの染料が挙げられ、例えば、カラーインデックス(The Society of Dyers and Colourists出版)で染料、すなわちC.I.ピグメント以外で色相を有するものに分類されている化合物や、染色ノート(色染社)に記載されている公知の染料が挙げられる。また、化学構造によれば、アゾ染料、アントラキノン染料、シアニン染料、フタロシアニン染料、ナフトキノン染料、キノンイミン染料、メチン染料、アゾメチン染料、スクワリリウム染料、アクリジン染料、スチリル染料、クマリン染料、キノリン染料及びニトロ染料等が挙げられる。
<顔料(A3)>
着色剤(A)は、顔料(A3)を含んでもよい。顔料(A3)としては、有機顔料及び無機顔料が挙げられ、カラーインデックス(The Society of Dyers and Colourists出版)でピグメントに分類されている化合物等が挙げられる。
有機顔料としては、例えば、C.I.ピグメントレッド9、97、105、122、123、144、149、166、168、176、177、180、192、209、215、216、224、242、254、255、264、265などの赤色顔料;
C.I.ピグメントブルー15、15:3、15:4、15:6、60などの青色顔料;C.I.ピグメントバイオレット1、19、23、29、32、36、38などの紫色顔料;
C.I.ピグメントグリーン7、36、58などの緑色顔料などが挙げられる。
中でも、赤色顔料、紫色顔料が好ましく、紫色顔料がより好ましく、C.I.ピグメントバイオレット19がさらに好ましい。
無機顔料としては、金属酸化物や金属錯塩のような金属化合物が挙げられ、具体的には、鉄、コバルト、アルミニウム、カドミウム、鉛、銅、チタン、マグネシウム、クロム、亜鉛、アンチモン等の金属の酸化物又は複合金属酸化物が挙げられる。
前記の顔料(A3)は、必要に応じて、ロジン処理、酸性基又は塩基性基が導入された顔料誘導体や分散剤などを用いた表面処理、高分子化合物などによる顔料表面へのグラフト処理、硫酸微粒化法などによる微粒化処理、又は不純物を除去するための有機溶剤や水などによる洗浄処理、イオン性不純物のイオン交換法などによる除去処理などが施されていてもよい。また、顔料(A3)は、粒径が均一であることが好ましい。
また、顔料(A3)を用いる場合、顔料(A3)の含有量は、着色剤(A)の総量に対して、好ましくは10〜90質量%、より好ましくは20〜80質量%、さらに好ましくは30〜70質量%である。
<溶剤(B)>
ネガ型レジスト組成物は、溶剤(B)を含んでいてもよい。溶剤(B)は、特に限定されず、当該分野で通常使用される溶剤を用いることができる。例えば、エステル溶剤(分子内に−COO−を含み、−O−を含まない溶剤)、エーテル溶剤(分子内に−O−を含み、−COO−を含まない溶剤)、エーテルエステル溶剤(分子内に−COO−と−O−とを含む溶剤)、ケトン溶剤(分子内に−CO−を含み、−COO−を含まない溶剤)、アルコール溶剤(分子内にOHを含み、−O−、−CO−及び−COO−を含まない溶剤)、芳香族炭化水素溶剤、アミド溶剤、ジメチルスルホキシド等の中から選択して用いることができる。
エステル溶剤としては、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、2−ヒドロキシイソブタン酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、ギ酸ペンチル、酢酸イソペンチル、プロピオン酸ブチル、酪酸イソプロピル、酪酸エチル、酪酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、シクロヘキサノールアセテート、γ−ブチロラクトン、プロピレングリコールジアセテート、1,3−ブチレングリコールジアセテートなどが挙げられる。
エーテル溶剤としては、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルなどのエチレングリコールモノアルキルエーテル類;ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルなどのジエチレングリコールモノアルキルエーテル類;プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテルなどのプロピレングリコールモノアルキルエーテル類;テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,4−ジオキサンなどの環状エーテル類;ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテルなどのジエチレングリコールジアルキルエーテル類;ジプロピレングリコールジメチルエーテルなどのジプロピレングリコールジアルキルエーテル類;アニソール、フェネトール、メチルアニソールなどのフェノールエーテル類;3−メトキシ−1−ブタノール、3−メトキシ−3−メチルブタノールなどが挙げられる。
エーテルエステル溶剤としては、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどのエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;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、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテートなどのプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートなどのジエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのジプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;メトキシ酢酸メチル、メトキシ酢酸エチル、メトキシ酢酸ブチル、エトキシ酢酸メチル、エトキシ酢酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、2−メトキシプロピオン酸メチル、2−メトキシプロピオン酸エチル、2−メトキシプロピオン酸プロピル、2−エトキシプロピオン酸メチル、2−エトキシプロピオン酸エチル、2−メトキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−エトキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテートなどが挙げられる。
ケトン溶剤としては、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン、アセトン、2−ブタノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン、4−メチル−2−ペンタノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、イソホロンなどが挙げられる。
アルコール溶剤としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどが挙げられる。
芳香族炭化水素溶剤としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレンなどが挙げられる。
アミド溶剤としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドンなどが挙げられる。
前記の溶剤のうち、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メチルエーテル、及び/又は4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノンが好ましい。
特に、エーテルエステル溶剤を含む溶剤が好ましい。この場合、エーテルエステル溶剤の含有量は、溶剤(B)の総量に対して、40質量%以上100質量%以下であることが好ましく、分散安定性の点で、40質量%以上99質量%以下であることがより好ましい。エーテルエステル溶剤の前記含有量の下限は、好ましくは60質量%、より好ましくは70質量%である。
エーテルエステル溶剤は、好ましくは、エチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類及びジエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類からなる群から選ばれる少なくとも一種であり、より好ましくは、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートである。
溶剤(B)が混合溶剤である場合、エーテルエステル溶剤と組み合わせる溶剤は、好ましくは、エーテル溶剤及びケトン溶剤からなる群から選ばれる少なくとも一種であり、より好ましくは、プロピレングリコールモノメチルエーテル及び4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノンからなる群から選ばれる少なくとも一種である。
溶剤(B)がこのような溶剤であると、本発明のネガ型レジスト組成物から調製されるネガ型レジスト組成物から高明度なカラーフィルタを製造することができるため好ましい。
溶剤(B)としては、着色剤(A)の溶解度(23℃)が5質量%以下の溶剤であることが好ましく、着色剤(A)の溶解度(23℃)が0.3〜3質量%である溶剤であることがより好ましい。キサンテン染料(A1)の溶解度が前記範囲となる溶剤(B)が特に好ましい。
<樹脂(C)>
本発明のネガ型レジスト組成物は、樹脂(C)を含む。樹脂(C)としては、アルカリ可溶性樹脂が好ましい。ネガ型レジスト組成物がアルカリ可溶性樹脂を含むことにより、非露光部の現像液に対する溶解性が向上する。またアルカリ可溶性樹脂は、後述するアミン基を有する分散剤との相溶性に優れる。樹脂(C)としては、以下の樹脂[K1]〜[K6]等が挙げられる。
樹脂[K1]不飽和カルボン酸及び不飽和カルボン酸無水物からなる群から選ばれる少なくとも一種(a)(以下「(a)」という場合がある)と、炭素数2〜4の環状エーテル構造とエチレン性不飽和結合とを有する単量体(b)(以下「(b)」という場合がある)との共重合体;
樹脂[K2](a)と(b)と、(a)と共重合可能な単量体(c)(ただし、(a)及び(b)とは異なる。)(以下「(c)」という場合がある)との共重合体;
樹脂[K3](a)と(c)との共重合体;
樹脂[K4](a)と(c)との共重合体に(b)を反応させることにより得られる樹脂;
樹脂[K5](b)と(c)との共重合体に(a)を反応させることにより得られる樹脂;
樹脂[K6](b)と(c)との共重合体に(a)を反応させ、さらにカルボン酸無水物を反応させることにより得られる樹脂。
(a)としては、具体的には、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、o−、m−、p−ビニル安息香酸等の不飽和モノカルボン酸類;
マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸、3−ビニルフタル酸、4−ビニルフタル酸、3,4,5,6−テトラヒドロフタル酸、1,2,3,6−テトラヒドロフタル酸、ジメチルテトラヒドロフタル酸、1、4−シクロヘキセンジカルボン酸等の不飽和ジカルボン酸類;
メチル−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸、5−カルボキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジカルボキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−カルボキシ−5−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−カルボキシ−5−エチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−カルボキシ−6−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−カルボキシ−6−エチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン等のカルボキシ基を含有するビシクロ不飽和化合物類;
無水マレイン酸、シトラコン酸無水物、イタコン酸無水物、3−ビニルフタル酸無水物、4−ビニルフタル酸無水物、3,4,5,6−テトラヒドロフタル酸無水物、1,2,3,6−テトラヒドロフタル酸無水物、ジメチルテトラヒドロフタル酸無水物、5,6−ジカルボキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン無水物等の不飽和ジカルボン酸類無水物;
こはく酸モノ〔2−(メタ)アクリロイルオキシエチル〕、フタル酸モノ〔2−(メタ)アクリロイルオキシエチル〕等の2価以上の多価カルボン酸の不飽和モノ〔(メタ)アクリロイルオキシアルキル〕エステル類;
α−(ヒドロキシメチル)アクリル酸のような、同一分子中にヒドロキシ基及びカルボキシ基を含有する不飽和アクリレート類等が挙げられる。
これらのうち、共重合反応性の点や得られる樹脂のアルカリ水溶液への溶解性の点から、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸等が好ましい。
(b)は、例えば、炭素数2〜4の環状エーテル構造(例えば、オキシラン環、オキセタン環及びテトラヒドロフラン環からなる群から選ばれる少なくとも一種)とエチレン性不飽和結合とを有する重合性化合物をいう。(b)は、炭素数2〜4の環状エーテル構造と(メタ)アクリロイルオキシ基とを有する単量体が好ましい。
尚、本明細書において、「(メタ)アクリル酸」とは、アクリル酸及びメタクリル酸よりなる群から選ばれる少なくとも一種を表す。「(メタ)アクリロイル」及び「(メタ)アクリレート」等の表記も、同様の意味を有する。
(b)としては、例えば、オキシラニル基とエチレン性不飽和結合とを有する単量体(b1)(以下「(b1)」という場合がある)、オキセタニル基とエチレン性不飽和結合とを有する単量体(b2)(以下「(b2)」という場合がある)、テトラヒドロフリル基とエチレン性不飽和結合とを有する単量体(b3)(以下「(b3)」という場合がある)等が挙げられる。
(b1)としては、例えば、直鎖状又は分枝鎖状の脂肪族不飽和炭化水素がエポキシ化された構造を有する単量体(b1−1)(以下「(b1−1)」という場合がある)、脂環式不飽和炭化水素がエポキシ化された構造を有する単量体(b1−2)(以下「(b1−2)」という場合がある)が挙げられる。
(b1−1)としては、グリシジル(メタ)アクリレート、β−メチルグリシジル(メタ)アクリレート、β−エチルグリシジル(メタ)アクリレート、グリシジルビニルエーテル、o−ビニルベンジルグリシジルエーテル、m−ビニルベンジルグリシジルエーテル、p−ビニルベンジルグリシジルエーテル、α−メチル−o−ビニルベンジルグリシジルエーテル、α−メチル−m−ビニルベンジルグリシジルエーテル、α−メチル−p−ビニルベンジルグリシジルエーテル、2,3−ビス(グリシジルオキシメチル)スチレン、2,4−ビス(グリシジルオキシメチル)スチレン、2,5−ビス(グリシジルオキシメチル)スチレン、2,6−ビス(グリシジルオキシメチル)スチレン、2,3,4−トリス(グリシジルオキシメチル)スチレン、2,3,5−トリス(グリシジルオキシメチル)スチレン、2,3,6−トリス(グリシジルオキシメチル)スチレン、3,4,5−トリス(グリシジルオキシメチル)スチレン、2,4,6−トリス(グリシジルオキシメチル)スチレン等が挙げられる。
(b1−2)としては、ビニルシクロヘキセンモノオキサイド、1,2−エポキシ−4−ビニルシクロヘキサン(例えば、セロキサイド(登録商標)2000;(株)ダイセル製)、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート(例えば、サイクロマー(登録商標)A400;(株)ダイセル製)、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート(例えば、サイクロマーM100;(株)ダイセル製)、式(BI)で表される化合物及び式(BII)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 2021162854
[式(BI)及び式(BII)中、Ra及びRbは、水素原子、又は炭素数1〜4のアルキル基を表し、該アルキル基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基で置換されていてもよい。
a及びXbは、単結合、*−Rc−、*−Rc−O−、*−Rc−S−又は*−Rc−NH−を表す。
cは、炭素数1〜6のアルカンジイル基を表す。
*は、Oとの結合手を表す。]
炭素数1〜4のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基等が挙げられる。
水素原子がヒドロキシで置換されたアルキル基としては、ヒドロキシメチル基、1−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシエチル基、1−ヒドロキシプロピル基、2−ヒドロキシプロピル基、3−ヒドロキシプロピル基、1−ヒドロキシ−1−メチルエチル基、2−ヒドロキシ−1−メチルエチル基、1−ヒドロキシブチル基、2−ヒドロキシブチル基、3−ヒドロキシブチル基、4−ヒドロキシブチル基等が挙げられる。
a及びRbとしては、好ましくは水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、1−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシエチル基が挙げられ、より好ましくは水素原子、メチル基が挙げられる。
アルカンジイル基としては、メチレン基、エチレン基、プロパン−1,2−ジイル基、プロパン−1,3−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基、ヘキサン−1,6−ジイル基等が挙げられる。
a及びXbとしては、好ましくは単結合、メチレン基、エチレン基、*−CH2−O−
及び*−CH2CH2−O−が挙げられ、より好ましくは単結合、*−CH2CH2−O−が挙げられる(*はOとの結合手を表す)。
式(BI)で表される化合物としては、式(BI−1)〜式(BI−15)で表される化合物等が挙げられる。好ましくは式(BI−1)、式(BI−3)、式(BI−5)、式(BI−7)、式(BI−9)又は式(BI−11)〜式(BI−15)で表される化合物が挙げられる。より好ましくは式(BI−1)、式(BI−7)、式(BI−9)又は式(BI−15)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2021162854
Figure 2021162854
式(BII)で表される化合物としては、式(BII−1)〜式(BII−15)で表される化合物等が挙げられる。好ましくは式(BII−1)、式(BII−3)、式(BII−5)、式(BII−7)、式(BII−9)又は式(BII−11)〜式(BII−15)で表される化合物が挙げられる。より好ましくは式(BII−1)、式(BII−7)、式(BII−9)又は式(BII−15)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2021162854
Figure 2021162854
式(BI)で表される化合物及び式(BII)で表される化合物は、それぞれ単独で用いても、式(BI)で表される化合物と式(BII)で表される化合物とを併用してもよい。これらを併用する場合、式(BI)で表される化合物及び式(BII)で表される化合物の含有比率はモル基準で、好ましくは5:95〜95:5、より好ましくは10:90〜90:10、さらに好ましくは20:80〜80:20である。
(b2)としては、オキセタニル基と(メタ)アクリロイルオキシ基とを有する単量体がより好ましい。(b2)としては、3−メチル−3−メタクリルロイルオキシメチルオキセタン、3−メチル−3−アクリロイルオキシメチルオキセタン、3−エチル−3−メタクリロイルオキシメチルオキセタン、3−エチル−3−アクリロイルオキシメチルオキセタン、3−メチル−3−メタクリロイルオキシエチルオキセタン、3−メチル−3−アクリロイルオキシエチルオキセタン、3−エチル−3−メタクリロイルオキシエチルオキセタン、3−エチル−3−アクリロイルオキシエチルオキセタン等が挙げられる。
(b3)としては、テトラヒドロフリル基と(メタ)アクリロイルオキシ基とを有する単量体がより好ましい。(b3)としては、具体的には、テトラヒドロフルフリルアクリレート(例えば、ビスコートV#150、大阪有機化学工業(株)製)、テトラヒドロフルフリルメタクリレート等が挙げられる。
(b)としては、得られるカラーフィルタの耐熱性、耐薬品性等の信頼性をより高くすることができる点で、(b1)であることが好ましい。さらに、ネガ型レジスト組成物の保存安定性が優れるという点で、(b1−2)がより好ましい。
(c)としては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、sec−ブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、シクロペンチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、2−メチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル(メタ)アクリレート(当該技術分野では、慣用名として「ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート」といわれている。また、「トリシクロデシル(メタ)アクリレート」という場合がある。)、トリシクロ[5.2.1.02,6]デセン−8−イル(メタ)アクリレート(当該技術分野では、慣用名として「ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート」といわれている。)、ジシクロペンタニルオキシエチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、プロパルギル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、ナフチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル類;
2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等のヒドロキシ基含有(メタ)アクリル酸エステル類;
マレイン酸ジエチル、フマル酸ジエチル、イタコン酸ジエチル等のジカルボン酸ジエステル類;
ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−エチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−ヒドロキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−ヒドロキシメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−(2’−ヒドロキシエチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−メトキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−エトキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジヒドロキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジ(ヒドロキシメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジ(2’−ヒドロキシエチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジメトキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジエトキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−ヒドロキシ−5−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−ヒドロキシ−5−エチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−ヒドロキシメチル−5−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−tert−ブトキシカルボニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−シクロヘキシルオキシカルボニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−フェノキシカルボニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ビス(tert−ブトキシカルボニル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ビス(シクロヘキシルオキシカルボニル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン等のビシクロ不飽和化合物類;
N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−ベンジルマレイミド、N−スクシンイミジル−3−マレイミドベンゾエート、N−スクシンイミジル−4−マレイミドブチレート、N−スクシンイミジル−6−マレイミドカプロエート、N−スクシンイミジル−3−マレイミドプロピオネート、N−(9−アクリジニル)マレイミド等のジカルボニルイミド誘導体類;
スチレン、α−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ビニルトルエン、p−メトキシスチレン等のスチレン系モノマー;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル系モノマー;塩化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン化ビニル類;アクリルアミド、メタクリルアミド等のアミド系モノマー;酢酸ビニル;1,3−ブタジエン、イソプレン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン等のジエン系モノマー等が挙げられる。
これらのうち、共重合反応性及び耐熱性の点から、スチレン、ビニルトルエン、N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−ベンジルマレイミド、ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン等が好ましい。
樹脂[K1]において、それぞれに由来する構造単位の比率は、樹脂[K1]を構成する全構造単位中、
(a)に由来する構造単位;2〜60モル%
(b)に由来する構造単位;40〜98モル%
であることが好ましく、
(a)に由来する構造単位;10〜50モル%
(b)に由来する構造単位;50〜90モル%
であることがより好ましい。
樹脂[K1]の構造単位の比率が、前記の範囲にあると、ネガ型レジスト組成物の保存安定性、着色パターンを形成する際の現像性、及び得られるカラーフィルタの耐溶剤性に優れる傾向がある。
樹脂[K1]は、例えば、文献「高分子合成の実験法」(大津隆行著 発行所(株)化学同人 第1版第1刷 1972年3月1日発行)に記載された方法及び当該文献に記載された引用文献を参考にして製造することができる。
具体的には、(a)及び(b)の所定量、重合開始剤及び溶剤等を反応容器中に入れて、例えば、窒素により酸素を置換することにより、脱酸素雰囲気にし、攪拌しながら、加熱及び保温する方法が挙げられる。なお、ここで用いられる重合開始剤及び溶剤等は、特に限定されず、当該分野で通常使用されているものを使用することができる。例えば、重合開始剤としては、アゾ化合物(2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)等)や有機過酸化物(ベンゾイルペルオキシド等)が挙げられ、溶剤としては、各モノマーを溶解するものであればよく、本発明のネガ型レジスト組成物の溶剤(B)として後述する溶剤等が挙げられる。
なお、得られた共重合体は、反応後の溶液をそのまま使用してもよいし、濃縮あるいは希釈した溶液を使用してもよいし、再沈殿等の方法で固体(粉体)として取り出したものを使用してもよい。特に、この重合の際に溶剤として、本発明のネガ型レジスト組成物に含まれる溶剤を使用することにより、反応後の溶液をそのまま本発明のネガ型レジスト組成物の調製に使用することができるため、本発明のネガ型レジスト組成物の製造工程を簡略化することができる。
樹脂[K2]において、それぞれに由来する構造単位の比率は、樹脂[K2]を構成する全構造単位中、
(a)に由来する構造単位;2〜45モル%
(b)に由来する構造単位;2〜95モル%
(c)に由来する構造単位;1〜65モル%
であることが好ましく、
(a)に由来する構造単位;5〜40モル%
(b)に由来する構造単位;5〜80モル%
(c)に由来する構造単位;5〜60モル%
であることがより好ましい。
樹脂[K2]の構造単位の比率が、前記の範囲にあると、ネガ型レジスト組成物の保存安定性、着色パターンを形成する際の現像性、並びに、得られるカラーフィルタの耐溶剤性、耐熱性及び機械強度に優れる傾向がある。
樹脂[K2]は、例えば、樹脂[K1]の製造方法として記載した方法と同様に製造することができる。
樹脂[K3]において、それぞれに由来する構造単位の比率は、樹脂[K3]を構成する全構造単位中、
(a)に由来する構造単位;2〜60モル%
(c)に由来する構造単位;40〜98モル%
であることが好ましく、
(a)に由来する構造単位;10〜50モル%
(c)に由来する構造単位;50〜90モル%
であることがより好ましい。
樹脂[K3]は、例えば、樹脂[K1]の製造方法として記載した方法と同様に製造することができる。
樹脂[K4]は、(a)と(c)との共重合体を得て、(b)が有する炭素数2〜4の環状エーテルを(a)が有するカルボン酸及び/又はカルボン酸無水物に付加させることにより製造することができる。
まず(a)と(c)との共重合体を、樹脂[K1]の製造方法として記載した方法と同様に製造する。この場合、それぞれに由来する構造単位の比率は、樹脂[K3]で挙げたものと同じ比率であることが好ましい。
次に、前記共重合体中の(a)に由来するカルボン酸及び/又はカルボン酸無水物の一部に、(b)が有する炭素数2〜4の環状エーテルを反応させる。
(a)と(c)との共重合体の製造に引き続き、フラスコ内雰囲気を窒素から空気に置換し、(b)カルボン酸又はカルボン酸無水物と環状エーテルとの反応触媒(例えばトリス(ジメチルアミノメチル)フェノール等)及び重合禁止剤(例えばハイドロキノン等)等をフラスコ内に入れて、例えば、60〜130℃で、1〜10時間反応することにより、樹脂[K4]を製造することができる。
(b)の使用量は、(a)100モルに対して、5〜80モルが好ましく、より好ましくは10〜75モルである。この範囲にすることにより、ネガ型レジスト組成物の保存安定性、パターンを形成する際の現像性、並びに、得られるパターンの耐溶剤性、耐熱性、機械強度及び感度のバランスが良好になる傾向がある。環状エーテルの反応性が高く、未反応の(b)が残存しにくいことから、樹脂[K4]に用いる(b)としては(b1)が好ましく、さらに(b1−1)が好ましい。
前記反応触媒の使用量は、(a)、(b)及び(c)の合計量100質量部に対して0.001〜5質量部が好ましい。前記重合禁止剤の使用量は、(a)、(b)及び(c)の合計量100質量部に対して0.001〜5質量部が好ましい。
仕込方法、反応温度及び時間等の反応条件は、製造設備や重合による発熱量等を考慮して適宜調整することができる。なお、重合条件と同様に、製造設備や重合による発熱量等を考慮し、仕込方法や反応温度を適宜調整することができる。
樹脂[K5]は、第一段階として、上述した樹脂[K1]の製造方法と同様にして、(b)と(c)との共重合体を得る。前記と同様に、得られた共重合体は、反応後の溶液をそのまま使用してもよいし、濃縮あるいは希釈した溶液を使用してもよいし、再沈殿等の方法で固体(粉体)として取り出したものを使用してもよい。
(b)及び(c)に由来する構造単位の比率は、前記の共重合体を構成する全構造単位の合計モル数に対して、それぞれ、
(b)に由来する構造単位;5〜95モル%
(c)に由来する構造単位;5〜95モル%
であることが好ましく、
(b)に由来する構造単位;10〜90モル%
(c)に由来する構造単位;10〜90モル%
であることがより好ましい。
さらに、樹脂[K4]の製造方法と同様の条件で、(b)と(c)との共重合体が有する(b)に由来する環状エーテルに、(a)が有するカルボン酸又はカルボン酸無水物を反応させることにより、樹脂[K5]を得ることができる。
前記の共重合体に反応させる(a)の使用量は、(b)100モルに対して、5〜80モルが好ましい。環状エーテルの反応性が高く、未反応の(b)が残存しにくいことから、樹脂[K5]に用いる(b)としては(b1)が好ましく、さらに(b1−1)が好ましい。
樹脂[K6]は、樹脂[K5]に、さらにカルボン酸無水物を反応させることにより得られる樹脂である。
環状エーテルとカルボン酸又はカルボン酸無水物との反応により発生するヒドロキシ基に、カルボン酸無水物を反応させる。
カルボン酸無水物としては、無水コハク酸、無水マレイン酸、シトラコン酸無水物、イタコン酸無水物、3−ビニルフタル酸無水物、4−ビニルフタル酸無水物、3,4,5,6−テトラヒドロフタル酸無水物、1,2,3,6−テトラヒドロフタル酸無水物、ジメチルテトラヒドロフタル酸無水物、5,6−ジカルボキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン無水物(ハイミック酸無水物)等が挙げられる。カルボン酸無水物の使用量は、(a)の使用量1モルに対して、0.5〜1モルが好ましい。
樹脂(C)としては、具体的に、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート/(メタ)アクリル酸共重合体、3,4−エポキシトリシクロ[5.2.1.02,6]デシルアクリレート/(メタ)アクリル酸共重合体等の樹脂[K1];グリシジル
(メタ)アクリレート/ベンジル(メタ)アクリレート/(メタ)アクリル酸共重合体、グリシジル(メタ)アクリレート/スチレン/(メタ)アクリル酸共重合体、3,4−エポキシトリシクロ[5.2.1.02,6]デシルアクリレート/(メタ)アクリル酸/N
−シクロヘキシルマレイミド共重合体、3,4−エポキシトリシクロ[5.2.1.02,6]デシルアクリレート/(メタ)アクリル酸/スチレン系モノマー共重合体、3−メチ
ル−3−(メタ)アクリルロイルオキシメチルオキセタン/(メタ)アクリル酸/スチレン共重合体等の樹脂[K2];ベンジル(メタ)アクリレート/(メタ)アクリル酸共重合体、スチレン/(メタ)アクリル酸共重合体等の樹脂[K3];ベンジル(メタ)アクリレート/(メタ)アクリル酸共重合体にグリシジル(メタ)アクリレートを付加させた樹脂、トリシクロデシル(メタ)アクリレート/スチレン/(メタ)アクリル酸共重合体にグリシジル(メタ)アクリレートを付加させた樹脂、トリシクロデシル(メタ)アクリレート/ベンジル(メタ)アクリレート/(メタ)アクリル酸共重合体にグリシジル(メタ)アクリレートを付加させた樹脂等の樹脂[K4];トリシクロデシル(メタ)アクリレート/グリシジル(メタ)アクリレートの共重合体に(メタ)アクリル酸を反応させた樹脂、トリシクロデシル(メタ)アクリレート/スチレン/グリシジル(メタ)アクリレートの共重合体に(メタ)アクリル酸を反応させた樹脂等の樹脂[K5];トリシクロデシル(メタ)アクリレート/グリシジル(メタ)アクリレートの共重合体に(メタ)アクリル酸を反応させた樹脂にさらにテトラヒドロフタル酸無水物を反応させた樹脂等の樹脂[K6]等が挙げられる。
中でも、樹脂(C)としては、樹脂[K1]及び/又は樹脂[K2]が好ましい。
樹脂(C)のポリスチレン換算の重量平均分子量は、好ましくは3,000〜100,000であり、より好ましくは5,000〜50,000であり、さらに好ましくは5,000〜30,000である。樹脂(C)の分子量分布[重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)]は、好ましくは1.1〜6であり、より好ましくは1.2〜4である。
樹脂(C)の酸価は、好ましくは50〜170mgKOH/gであり、より好ましくは60〜150mgKOH/gであり、さらに好ましくは70〜135mgKOH/gである。ここで酸価は樹脂1gを中和するに必要な水酸化カリウムの量(mg)として測定される値であり、例えば水酸化カリウム水溶液を用いて滴定することにより求めることができる。
<分散剤(D)>
本発明のネガ型レジスト組成物は、分散剤(D)をさらに含むことが好ましい。分散剤(D)としては、着色剤の分散に用いられるものであれば、アミン基を有し、アミン価が0〜55mgKOH/g(好ましくは2〜40mgKOH/g)であれば特に限定されず、例えば高分子分散剤が挙げられる。
前記高分子分散剤としては、アクリル系分散剤、ウレタン系分散剤等が挙げられる。
前記アクリル系分散剤としては、例えば、アクリル系ブロック共重合体が挙げられ、アクリル系ブロック共重合体としては、着色剤吸着基(染料吸着基ともいう)として塩基性基を含む着色剤吸着ブロックにさらに着色剤吸着基として酸基を含む着色剤吸着ブロックと、着色剤吸着基を含まないブロックとを有するブロック共重合体を使用することが好ましい。
前記着色剤吸着基として、塩基性基を含む着色剤吸着ブロックにさらに酸基を含む着色剤吸着ブロックとしては、塩基性基を有する単量体と共に酸性基を有する単量体を用いることにより構成されるものを挙げることができる。
前記塩基性基を有する単量体としては、1級アミノ基、2級アミノ基、3級アミノ基又は4級アンモニウム基を有する単量体であって、
具体的には、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアクリルアミド、ジエチルアクリルアミド、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド、アクリロイルモルホリン、ビニルイミダゾール、2−ビニルピリジン、アミノ基とカプロラクトン骨格を有する単量体、グリシジル(メタ)アクリレート等のグリシジル基を有する単量体と分子中に1個の2級アミノ基を有する化合物との反応物、(メタ)アクリロイルアルキルイソシアネート化合物と4−(2−アミノメチル)−ピリジン、4−(2−アミノエチル)−ピリジン、4−(2−ヒドロキシエチル)ピリジン、1−(2−アミノエチル)−ピペラジン、2−アミノ−6−メトキシベンゾチアゾール、1−(2−ヒドロキシエチルイミダゾール)、N,N−ジアリルメラミン、N,N−ジメチル−1,3−プロパンジアミンとの反応物等が挙げられる。
前記酸性基を有する単量体としては、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基を有する単量体であって、具体的には、カルボキシ基を有する単量体として、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸等の不飽和モノカルボン酸化合物、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の不飽和ジカルボン酸化合物及びそのハーフエステル等、スルホン酸基を有する単量体として、2−アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸、2−メタクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸、スチレンスルホン酸等、リン酸基を有する単量体として、アシッドホスホニル(メタ)アクリレート、アシッドホスホニルエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
前記着色剤吸着基を含まないブロックの構成成分としては、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、塩化ベンジル等の芳香族ビニル化合物、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート等の不飽和カルボン酸アルキルエステル、ベンジル(メタ)アクリレート等の不飽和カルボン酸アリールアルキルエステル、ポリカプロラクトン含有単量体、ポリアルキレングリコールモノエステル系単量体等が例示できる。前記アクリル系ブロック共重合体は、リビングアニオン重合等により得ることができ、従来公知の重合方法を用いることができる。
前記アクリル系ブロック共重合体のアミン価は0〜55mgKOH/gであり、好ましくは0〜50mgKOH/gであり、より好ましくは2〜40mgKOH/gである。なお、アミン価はアクリル系ブロック共重合体の固形分1gあたりのアミン価を意味し、0.1mol/Lの塩酸水溶液を用い、電位差滴定法(例えば、COMTITE(AUTOTITRATOR COM−900、BURET B−900、TITSTATIONK−900)、平沼産業社製)によって測定した後、水酸化カリウムの当量に換算した値をいう。
前記アクリル系ブロック共重合体の市販品としては、ビックケミー・ジャパン社製の「Disperbyk(登録商標)−112(アミン価36mgKOH/g)」、「Disperbyk(登録商標)−2000(アミン価4mgKOH/g)」、「Disperbyk−2001(アミン価29mgKOH/g)」、「Disperbyk(登録商標)−2020(アミン価38mgKOH/g)」、「Disperbyk(登録商標)−2050(アミン価30mgKOH/g)」、「Disperbyk(登録商標)−2070(アミン価20mgKOH/g)」等を挙げることができる。
前記ウレタン系分散剤としては、ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基に、分子内にヒドロキシ基を1個以上有する数平均分子量300〜10,000の化合物及び分子内にイソシアネート基と反応可能な官能基を有する塩基性基含有化合物を反応させて得られたものが利用できる。このようなウレタン系分散剤を得る方法としては、特開昭60−166318号公報に記載されている方法等が利用できる。
前記ウレタン系分散剤を構成するポリイソシアネート化合物としては、2つ以上のイソシアネート基を有するイソシアネート化合物を挙げることができ、例えば、2,4−トリレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネートの2量体、2,6−トリレンジイソシアネート、p−キシレンジイソシアネート、m−キシレンジイソシアネート、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフチレンジイソシアネート、3,3′−ジメチルビフェニル−4,4′−ジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート化合物;ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、4,4′−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、メチルシクロヘキサン−2,4(又は2,6)ジイソシアネート、1,3−(イソシアネートメチレン)シクロヘキサン等の脂肪族や脂環式ポリイソシアネート;前記ジイソシアネートをもとにしたイソシアヌル基を有するポリイソシアネート(前記ジイソシアネートが3量化して形成するイソシアヌル基を有するポリイソシアネート等)、ポリオールにジイソアネートを反応させて得られるポリイソシアネート、ジイソシアネート化合物のビウレット反応によって得られるポリイソシアネート等が挙げられる。前記ポリイソシアネート化合物のなかでも、例えば、トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等のジイソシアネートをもとにしたイソシアヌル基を有するポリイソシアネートが好ましい。
前記ウレタン系分散剤を構成する分子内にヒドロキシ基を1個以上有する化合物としては、例えば、ポリエーテル化合物、ポリエステル化合物等を挙げることができる。
上記ポリエーテル化合物としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等のポリアルキレングリコール類;エチレングリコール、プロパンジオール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール、ペンタメチレングリコール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジグリセリン、ジトリメチロールプロパン、ジペンタエリスリトール等のアルキレングリコール類、メタノール、エタノール等の低分子モノオール類の、エチレンオキシド変性物、プロピレンオキシド変性物、ブチレンオキシド変性物、テトラヒドロフラン変性物等が挙げられる。
上記ポリエステル化合物としては、例えば、エチレングリコール、プロパンジオール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール、ペンタメチレングリコール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジグリセリン、ジトリメチロールプロパン、ジペンタエリスリトール等のアルキレングリコール類、メタノール、エタノール等の低分子モノオール類の、ε−カプロラクトン変性物、γ−ブチロラクトン変性物、δ−バレロラクトン変性物、メチルバレロラクトン変性物;アジピン酸やダイマー酸等の脂肪族ジカルボン酸と、ネオペンチルグリコールやメチルペンタンジオール等のポリオールとのエステル化物である脂肪族ポリエステルポリオール;テレフタル酸等の芳香族ジカルボン酸と、ネオペンチルグリコール等のポリオールとのエステル化物である芳香族ポリエステルポリオール等のポリエステルポリオール;ポリカーボネートポリオール、アクリルポリオール、ポリテトラメチレンヘキサグリセリルエーテル(ヘキサグリセリンのテトラヒドロフラン変性物)等の多価ヒドロキシ基化合物と、フマル酸、フタル酸、イソフタル酸、イタコン酸、アジピン酸、セバシン酸、マレイン酸等のジカルボン酸とのエステル化物;グリセリン等の多価ヒドロキシ基含有化合物と脂肪酸エステルとのエステル交換反応により得られるモノグリセリド等の多価ヒドロキシ基含有化合物、等が挙げられる。上記分子内にヒドロキシ基を1個以上有する化合物のなかでも、アルコール類のε−カプロラクトン付加物が好ましい。
上記分子内にヒドロキシ基を1個以上有する化合物の数平均分子量は、300〜10,000、好ましくは、300〜6,000である。なお、数平均分子量、重量平均分子量はカラムクロマトグラフィー法によって測定することができる。
上記ウレタン系分散剤を構成する分子内にイソシアネート基と反応可能な官能基を有する塩基性基含有化合物としては特に限定されないが、N,N−ジ置換アミノ基又は複素環窒素原子を有するポリオール、ポリチオール及びアミン類からなる群から選択される少なくとも一種の化合物であることが好ましい。これらの化合物としては、分散剤の技術分野で公知慣用に用いられている化合物を使用することができる。これらの化合物は、ツェレビチノフの活性水素原子と少なくとも1個の窒素原子含有塩基性基を有するものである。そのような化合物としては、例えば、N,N−ジメチル−1,3−プロパンジアミン、N,N−ジエチル−1,4−ブタンジアミン、2−ジメチルアミノエタノール、1−(2−アミノエチル)−ピペラジン、2−(1−ピロリジル)−エチルアミン、4−アミノ−2−メトキシピリミジン、4−(2−アミノエチル)−ピリジン、1−(2−ヒドロキシエチル)−ピペラジン、4−(2−ヒドロキシエチル)−モルフォリン、2−メルカプトピリミジン、2−メルカプトベンゾイミダゾール、2−アミノ−6−メトキシベンゾチアゾール、N,N−ジアリル−メラミン、3−アミノ−1,2,4−トリアゾール、1−(2−ヒドロキシエチル)−イミダゾール、3−メルカプト−1,2,4−トリアゾール、等が挙げられる。なかでも、複素環窒素原子を有するアミン類が好ましい。
上記ウレタン系分散剤の合成における反応としては特に限定されず、従来公知の方法により行うことができる。また、上記ウレタン系分散剤のアミン価も0〜55mgKOH/gであり、好ましくは5〜40mgKOH/gである。
また、前記ウレタン系分散剤の市販品としては、Disperbyk−161(アミン価11mgKOH/g、ビックケミー社製)、Disperbyk−162(アミン価13mgKOH/gビックケミー社製)、Disperbyk−167(アミン価13mgKOH/g、ビックケミー社製)、Disperbyk−182(アミン価13mgKOH/g、ビックケミー社製)等を挙げることができる。
分散剤として、前記アクリル系分散剤が好ましい。
本発明のネガ型レジスト組成物は、さらに重合性化合物(E)及び重合開始剤(F)を含むことが好ましい。これにより露光時等における硬化性が発揮される。
<重合性化合物(E)>
重合性化合物(E)は、後述する重合開始剤(F)から発生した活性ラジカル及び酸等によって重合しうる化合物であって、例えば、重合性のエチレン性不飽和結合を有する化合物等が挙げられ、好ましくは(メタ)アクリル酸エステル化合物が挙げられる。
中でも、重合性化合物(E)としては、エチレン性不飽和結合を3つ以上(好ましくは4〜10、さらに好ましくは5〜8)有する重合性化合物が好ましく、さらには3つ以上(好ましくは4〜10、さらに好ましくは5〜8)のOH基を有するアルコール(例えば、ペンタエリスリトール、その縮合物、又はそれらの変性物)と(メタ)アクリル酸とのエステルが好ましい。このような重合性化合物としては、例えば、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールオクタ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールヘプタ(メタ)アクリレート、テトラペンタエリスリトールデカ(メタ)アクリレート、テトラペンタエリスリトールノナ(メタ)アクリレート、トリス(2−(メタ)アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、エチレングリコール変性ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、エチレングリコール変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、プロピレングリコール変性ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、プロピレングリコール変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ペンタエリスリトールテトラ(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)アクリレート等が挙げられる。中でも、好ましくは、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)アクリレート等が挙げられる。
重合性化合物(E)の重量平均分子量は、好ましくは150以上、2,900以下、より好ましくは250以上、1,500以下である。
重合性化合物(E)の含有量は、ネガ型レジスト組成物の固形分に対して、7〜65質量%であることが好ましく、より好ましくは13〜60質量%であり、さらに好ましくは17〜55質量%である。前記の重合性化合物(E)の含有量が、前記の範囲内にあると、硬化が十分におこり、現像での残膜率が向上し、着色パターンにアンダーカットが入りにくくなって密着性が良好になる傾向があることから好ましい。
<重合開始剤(F)>
前記重合開始剤(F)としては、光や熱の作用により活性ラジカル、酸等を発生し、重合を開始しうる化合物であれば特に限定されることなく、公知の重合開始剤を用いることができる。
重合開始剤(F)としては、光の作用により活性ラジカルを発生する化合物が好ましく、アルキルフェノン化合物、トリアジン化合物、アシルホスフィンオキサイド化合物、オキシム化合物及びビイミダゾール化合物がより好ましい。
前記アルキルフェノン化合物は、式(d2)で表される部分構造又は式(d3)で表される部分構造を有する化合物である。これらの部分構造中、ベンゼン環は置換基を有していてもよい。式中、*は結合手を表す。
Figure 2021162854

式(d2)で表される部分構造を有する化合物としては、例えば、2−メチル−2−モルホリノ−1−(4−メチルスルファニルフェニル)プロパン−1−オン、2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−2−ベンジルブタン−1−オン、2−(ジメチルアミノ)−2−[(4−メチルフェニル)メチル]−1−[4−(4−モルホリニル)フェニル]ブタン−1−オン等が挙げられる。イルガキュア(登録商標)369、907及び379(以上、BASF社製)等の市販品を用いてもよい。
式(d3)で表される部分構造を有する化合物としては、例えば、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−〔4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル〕プロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−(4−イソプロペニルフェニル)プロパン−1−オンのオリゴマー、α,α−ジエトキシアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール等が挙げられる。
感度の点で、前記アルキルフェノン化合物としては、式(d2)で表される部分構造を有する化合物が好ましく、2−メチル−2−モルホリノ−1−(4−メチルスルファニルフェニル)プロパン−1−オン及び2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−2−ベンジルブタン−1−オンがより好ましい。
前記トリアジン化合物としては、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−(4−メトキシフェニル)−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−(4−メトキシナフチル)−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−ピペロニル−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−(4−メトキシスチリル)−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−〔2−(5−メチルフラン−2−イル)エテニル〕−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−〔2−(フラン−2−イル)エテニル〕−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−〔2−(4−ジエチルアミノ−2−メチルフェニル)エテニル〕−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−〔2−(3,4−ジメトキシフェニル)エテニル〕−1,3,5−トリアジン等が挙げられる。
前記アシルホスフィンオキサイド化合物としては、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド等が挙げられる。イルガキュア(登録商標)819(BASF社製)等の市販品を用いてもよい。
前記オキシム化合物は、式(d1)で表される部分構造を有する化合物である。以下、*は結合手を表す。
Figure 2021162854
前記オキシム化合物としては、N−ベンゾイルオキシ−1−(4−フェニルスルファニルフェニル)ブタン−1−オン−2−イミン、N−ベンゾイルオキシ−1−(4−フェニルスルファニルフェニル)オクタン−1−オン−2−イミン、N−ベンゾイルオキシ−1−(4−フェニルスルファニルフェニル)−3−シクロペンチルプロパン−1−オン−2−イミン、N−アセトキシ−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]エタン−1−イミン、N−アセトキシ−1−[9−エチル−6−{2−メチル−4−(3,3−ジメチル−2,4−ジオキサシクロペンタニルメチルオキシ)ベンゾイル}−9H−カルバゾール−3−イル]エタン−1−イミン、N−アセトキシ−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]−3−シクロペンチルプロパン−1−イミン、N−ベンゾイルオキシ−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]−3−シクロペンチルプロパン−1−オン−2−イミン等が挙げられる。イルガキュア(登録商標)OXE01、OXE02(以上、BASF社製)、N−1919(ADEKA社製)等の市販品を用いてもよい。中でも、N−ベンゾイルオキシ−1−(4−フェニルスルファニルフェニル)ブタン−1−オン−2−イミン、N−ベンゾイルオキシ−1−(4−フェニルスルファニルフェニル)オクタン−1−オン−2−イミン及びN−ベンゾイルオキシ−1−(4−フェニルスルファニルフェニル)−3−シクロペンチルプロパン−1−オン−2−イミンが好ましい。これらのオキシム化合物であると、本発明のネガ型レジスト組成物を青色ネガ型レジスト組成物として調製する場合に、得られるカラーフィルタの明度が高くなる傾向がある。
前記ビイミダゾール化合物としては、2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾール、2,2’−ビス(2,3−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾール(例えば、特開平6−75372号公報、特開平6−75373号公報等参照。)、2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾール、2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラ(アルコキシフェニル)ビイミダゾール、2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラ(ジアルコキシフェニル)ビイミダゾール、2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラ(トリアルコキシフェニル)ビイミダゾール(例えば、特公昭48−38403号公報、特開昭62−174204号公報等参照。)、4,4’5,5’−位のフェニル基がカルボアルコキシ基により置換されているイミダゾール化合物(例えば、特開平7−10913号公報等参照。)等が挙げられる。好ましくは2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾール、2,2’−ビス(2、3−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾール、2,2’−ビス(2、4−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾールが挙げられる。
さらに重合開始剤(F)としては、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾイン化合物;ベンゾフェノン、o−ベンゾイル安息香酸メチル、4−フェニルベンゾフェノン、4−ベンゾイル−4’−メチルジフェニルサルファイド、3,3’,4,4’−テトラ(tert−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、2,4,6−トリメチルベンゾフェノン等のベンゾフェノン化合物;9,10−フェナンスレンキノン、2−エチルアントラキノン、カンファーキノン等のキノン化合物;10−ブチル−2−クロロアクリドン、ベンジル、フェニルグリオキシル酸メチル、チタノセン化合物等が挙げられる。これらは、後述の重合開始助剤(F1)(特にアミン類)と組み合わせて用いることが好ましい。
光により酸を発生する酸発生剤としては、例えば、4−ヒドロキシフェニルジメチルスルホニウムp−トルエンスルホナート、4−ヒドロキシフェニルジメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−アセトキシフェニルジメチルスルホニウムp−トルエンスルホナート、4−アセトキシフェニル・メチル・ベンジルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムp−トルエンスルホナート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニルヨードニウムp−トルエンスルホナート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート等のオニウム塩類や、ニトロベンジルトシレート類、ベンゾイントシレート類等を挙げることができる。
重合開始剤(F)の含有量は、本発明のネガ型レジスト組成物中の樹脂(C)(後述する樹脂(C’)を含む場合、樹脂(C’)も含めるものとする。)及び重合性化合物(E)の合計量100質量部に対して、好ましくは0.1〜30質量部であり、より好ましくは1〜20質量部である。光重合開始剤の含有量が、前記の範囲内にあると、高感度化して露光時間が短縮され生産性が向上する。
本発明のネガ型レジスト組成物は、重合開始助剤(F1)及びレベリング剤(G)からなる群から選ばれる少なくとも一種をさらに含んでもよい。
<重合開始助剤(F1)>
本発明のネガ型レジスト組成物は、さらに重合開始助剤(F1)を含んでいてもよい。重合開始助剤(F1)は、重合開始剤によって重合が開始された重合性化合物の重合を促進するために用いられる化合物、もしくは増感剤であり、通常、重合開始剤(F)と組み合わせて用いられる。
重合開始助剤(F1)としては、アミン化合物、アルコキシアントラセン化合物、チオキサントン化合物、カルボン酸化合物等が挙げられる。
アミン化合物としては、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、4−ジメチルアミノ安息香酸メチル、4−ジメチルアミノ安息香酸エチル、4−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、安息香酸2−ジメチルアミノエチル、4−ジメチルアミノ安息香酸2−エチルヘキシル、N,N−ジメチルパラトルイジン、4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン(通称ミヒラーズケトン)、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’−ビス(エチルメチルアミノ)ベンゾフェノン等が挙げられ、中でも4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンが好ましい。EAB−F(保土谷化学工業(株)製)等の市販品を用いてもよい。
前記アルコキシアントラセン化合物としては、9,10−ジメトキシアントラセン、2−エチル−9,10−ジメトキシアントラセン、9,10−ジエトキシアントラセン、2−エチル−9,10−ジエトキシアントラセン、9,10−ジブトキシアントラセン、2−エチル−9,10−ジブトキシアントラセン等が挙げられる。
前記チオキサントン化合物としては、2−イソプロピルチオキサントン、4−イソプロピルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2,4−ジクロロチオキサントン、1−クロロ−4−プロポキシチオキサントン等が挙げられる。
前記カルボン酸化合物としては、フェニルスルファニル酢酸、メチルフェニルスルファニル酢酸、エチルフェニルスルファニル酢酸、メチルエチルフェニルスルファニル酢酸、ジメチルフェニルスルファニル酢酸、メトキシフェニルスルファニル酢酸、ジメトキシフェニルスルファニル酢酸、クロロフェニルスルファニル酢酸、ジクロロフェニルスルファニル酢酸、N−フェニルグリシン、フェノキシ酢酸、ナフチルチオ酢酸、N−ナフチルグリシン、ナフトキシ酢酸等が挙げられる。
重合開始助剤(F1)を用いる場合、その使用量は、本発明のネガ型レジスト組成物中の樹脂(C)(後述する樹脂(C’)を含む場合、樹脂(C’)も含めるものとする。)及び重合性化合物(E)の合計量100質量部に対して、好ましくは0.1〜30質量部、より好ましくは1〜20質量部である。重合開始助剤(F1)の量がこの範囲内にあると、さらに高感度でパターンを形成することができ、パターンの生産性が向上する傾向にある。
<レベリング剤(G)>
レベリング剤(G)としては、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤及びフッ素原子を有するシリコーン系界面活性剤等が挙げられる。これらは、側鎖に重合性基を有していてもよい。
シリコーン系界面活性剤としては、シロキサン結合を有する界面活性剤等が挙げられる。具体的には、トーレシリコーン(商品名)DC3PA、同SH7PA、同DC11PA、同SH21PA、同SH28PA、同SH29PA、同SH30PA、同8400(東レ・ダウコーニング(株)製)、KP321、KP322、KP323、KP324、KP326、KP340、KP341(信越化学工業(株)製)、TSF400、TSF401、TSF410、TSF4300、TSF4440、TSF4445、TSF4446、TSF4452、TSF4460(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製)等が挙げられる。
前記のフッ素系界面活性剤としては、フルオロカーボン鎖を有する界面活性剤等が挙げられる。具体的には、フロラード(登録商標)FC430、同FC431(住友スリーエム(株)製)、メガファック(登録商標)F142D、同F171、同F172、同F173、同F177、同F183、同F554、同R30、同RS−718−K(DIC(株)製)、エフトップ(登録商標)EF301、同EF303、同EF351、同EF352(三菱マテリアル電子化成(株)製)、サーフロン(登録商標)S381、同S382、同SC101、同SC105(旭硝子(株)製)、E5844((株)ダイキンファインケミカル研究所製)等が挙げられる。
前記のフッ素原子を有するシリコーン系界面活性剤としては、シロキサン結合及びフルオロカーボン鎖を有する界面活性剤等が挙げられる。具体的には、メガファック(登録商標)R08、同BL20、同F475、同F477、同F443(DIC(株)製)等が挙げられる。
レベリング剤(G)の含有量は、本発明のネガ型レジスト組成物の総量に対して、好ましくは0.001質量%以上0.2質量%以下であり、好ましくは0.002質量%以上0.1質量%以下、より好ましくは0.005質量%以上0.05質量%以下である。レベリング剤(G)の含有量が前記の範囲内にあると、カラーフィルタの平坦性を良好にすることができる。
<その他の成分>
本発明のネガ型レジスト組成物は、必要に応じて、充填剤、他の高分子化合物、密着促進剤、酸化防止剤、光安定剤、連鎖移動剤等、当該技術分野で公知の種々の添加剤(以下「その他の成分」という)を含んでもよい。
<ネガ型レジスト組成物の製造方法>
ネガ型レジスト組成物は、例えば着色剤(A)と樹脂(C)を分散剤(D)を含む溶剤(B)中で分散処理することにより着色剤分散液を得た後、必要に応じて重合性化合物(E)、重合開始剤(F)、レベリング剤(G)等を混合させることによりネガ型レジスト組成物を得ることができる。
分散処理とは、着色剤(A)や樹脂(C)等の粒子が分散状態になるまで混合することをいう。この分散処理により、粒子は小さく粉砕される。また、分散状態とは、混合液中で、粒子が溶剤(B)の中に浮かんだ状態のことをいう。
着色剤分散液中の着色剤(A)の含有量は、着色剤分散液の総量に対して、2質量%以上が好ましく、より好ましくは5質量%以上であり、30質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましい。
また、溶剤(B)の含有量は、着色剤分散液の総量に対して、60質量%以上が好ましく、より好ましくは75質量%以上であり、93質量%以下が好ましく、90質量%以下がより好ましく、最も好ましくは85質量%以下である。
着色剤分散液が樹脂(C)を含む場合、樹脂(C)の含有量は、着色剤分散液の総量に対して、1質量%以上が好ましく、より好ましくは2質量%以上であり、15質量%以下が好ましく、より好ましくは7質量%以下である。樹脂(C)の含有量が、前記の範囲内にあると、分散状態が安定になる傾向がある。
着色剤分散液中の分散剤(D)の含有量は、着色剤分散液の総量に対して、1質量%以上が好ましく、より好ましくは2質量%以下であり、20質量%以下が好ましく、より好ましくは10質量%以下である。分散剤(D)の含有量が、前記の範囲内にあると、分散状態が安定になる傾向がある。
着色剤(A)を溶剤(B)に分散させる際、並びに混合物を分散させる際の温度は、120℃以下が好ましく、より好ましくは70℃以下である。分酸させる際の温度の下限は特に限定されないが、通常20℃である。分散時間は、0.5時間以上が好ましく、より好ましくは2時間以上であり、48時間以下が好ましく、20時間以下がより好ましい。分散に用いる装置としては、例えば、ロールミル、高速攪拌装置、ビーズミル、ボールミル、サンドミル、ペイントコンディショナー、超音波分散機、高圧分散機等が挙げられる。得られた着色剤分散液は、孔径1.0〜5.0μm程度のフィルタでろ過することが好ましい。
上記着色剤分散液に重合性化合物(E)、重合開始剤(F)を添加する場合、さらに樹脂(「樹脂(C’)」)を加えることが好ましい。樹脂(C’)としては、樹脂(C)と同様のものが挙げられる。樹脂(C’)は樹脂(C)と同じでもよいが、異なる種類のものでもよい。樹脂(C’)としては、樹脂[K1]、樹脂[K2]、樹脂[K5]、樹脂[K6]が好ましく、樹脂[K5]、樹脂[K6]がより好ましく、樹脂[K6]がさらに好ましい。
樹脂(C)と樹脂(C’)の合計の含有量は、固形分の総量に対して、好ましくは7〜65質量%であり、より好ましくは10〜60質量%であり、さらに好ましくは13〜60質量%であり、特に好ましくは、13〜55質量%である。樹脂の含有量が、前記の範囲にあると、着色パターンの解像度及び着色パターンの残膜率が向上する傾向がある。
上記着色剤分散液に重合性化合物(E)、重合開始剤(F)を添加する場合、溶剤(B’)をさらに加えることが好ましい。
溶剤(B’)としては、溶剤(B)と同様のものが挙げられる。好ましくは、塗布性、乾燥性の点から、1atmにおける沸点が120℃以上180℃以下の有機溶剤であり、より好ましくは、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、3−エトキシプロピオン酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、3−メトキシブチルアセテート、3−メトキシ−1−ブタノール、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン、N,N−ジメチルホルムアミド等であり、さらに好ましくは、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、3−メトキシブチルアセテート、3−メトキシ−1−ブタノール、3−エトキシプロピオン酸エチル等である。
ネガ型レジスト組成物における溶剤(B)と溶剤(B’)の合計の含有量は、ネガ型レジスト組成物の総量に対して、好ましくは40〜95質量%であり、より好ましくは45〜92質量%である。言い換えると、ネガ型レジスト組成物の固形分は、好ましくは5〜60質量%、より好ましくは8〜55質量%である。溶剤の含有量が前記の範囲にあると、塗布時の平坦性が良好になり、またカラーフィルタを形成した際に色濃度が不足しないために表示特性が良好となる傾向がある。
本発明のネガ型レジスト組成物からカラーフィルタの着色パターンを製造する方法としては、フォトリソグラフ法、インクジェット法、印刷法等が挙げられる。中でも、フォトリソグラフ法が好ましい。フォトリソグラフ法は、前記ネガ型レジスト組成物を基板に塗布し、乾燥させて組成物層を形成し、フォトマスクを介して該組成物層を露光して、現像する方法である。フォトリソグラフ法において、露光の際にフォトマスクを用いないこと、及び/又は現像しないことにより、前記組成物層の硬化物である着色塗膜を形成することができる。
カラーフィルタ(硬化膜)の膜厚は、好ましくは20μm以下、より好ましくは6μm以下、さらに好ましくは3μm以下、さらにより好ましくは1.5μm以下、特に好ましくは0.5μm以下であり、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは0.2μm以上、さらに好ましくは0.3μm以上である。
基板としては、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミナケイ酸塩ガラス、表面をシリカコートしたソーダライムガラスなどのガラス板や、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂板、シリコン、前記基板上にアルミニウム、銀、銀/銅/パラジウム合金薄膜などを形成したものが用いられる。これらの基板上には、別のカラーフィルタ層、樹脂層、トランジスタ、回路等が形成されていてもよい。またシリコン基板上にHMDS処理を施した基板を使用してもよい。
フォトリソグラフ法による各色画素の形成は、公知又は慣用の装置や条件で行うことができる。例えば、下記のようにして作製することができる。まず、ネガ型レジスト組成物を基板上に塗布し、加熱乾燥(プリベーク)及び/又は減圧乾燥することにより溶剤等の揮発成分を除去して乾燥させ、平滑な組成物層を得る。塗布方法としては、スピンコート法、スリットコート法、スリット アンド スピンコート法等が挙げられる。加熱乾燥を行う場合の温度は、30〜120℃が好ましく、50〜110℃がより好ましい。また加熱時間としては、10秒間〜60分間であることが好ましく、30秒間〜30分間であることがより好ましい。減圧乾燥を行う場合は、50〜150Paの圧力下、20〜25℃の温度範囲で行うことが好ましい。組成物層の膜厚は、特に限定されず、目的とするカラーフィルタの膜厚に応じて適宜選択すればよい。
次に、組成物層は、目的の着色パターンを形成するためのフォトマスクを介して露光される。該フォトマスク上のパターンは特に限定されず、目的とする用途に応じたパターンが用いられる。露光に用いられる光源としては、250〜450nmの波長の光を発生する光源が好ましい。例えば、350nm未満の光を、この波長域をカットするフィルタを用いてカットしたり、436nm付近、408nm付近、365nm付近の光を、これらの波長域を取り出すバンドパスフィルタを用いて選択的に取り出したりしてもよい。具体的には、水銀灯、発光ダイオード、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ等が挙げられる。露光面全体に均一に平行光線を照射したり、フォトマスクと基板との正確な位置合わせを行うことができるため、マスクアライナ及びステッパ等の縮小投影露光装置またはプロキシミティ露光装置を使用することが好ましい。
露光後の組成物層を現像液に接触させて現像することにより、基板上に着色パターンが形成される。現像により、組成物層の未露光部が現像液に溶解して除去される。現像液としては、例えば、水酸化カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化テトラメチルアンモニウム等のアルカリ性化合物の水溶液が好ましい。これらのアルカリ性化合物の水溶液中の濃度は、好ましくは0.01〜10質量%であり、より好ましくは0.03〜5質量%である。さらに、現像液は、界面活性剤を含んでいてもよい。現像方法は、パドル法、ディッピング法及びスプレー法等のいずれでもよい。さらに現像時に基板を任意の角度に傾けてもよい。
現像後は、水洗することが好ましい。
さらに、得られた着色パターンに、ポストベークを行うことが好ましい。ポストベーク温度は、80〜250℃が好ましく、100〜245℃がより好ましい。ポストベーク時間は、1〜120分間が好ましく、2〜30分間がより好ましい。
このようにして得られた着色パターン及び着色塗膜は、カラーフィルタとして有用であり、該カラーフィルタは、表示装置(例えば、液晶表示装置、有機EL装置等)、電子ペーパー、固体撮像素子等に用いられるカラーフィルタとして有用である。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記実施例によって限定されるものではなく、前・後記の趣旨に適合しうる範囲で適宜変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。例中の「%」及び「部」は、特記ない限り、質量%及び質量部である。化合物の構造は質量分析(LC;Agilent製1200型、MASS;Agilent製LC/MSD型)で同定した。
<染料の合成>
〔合成例1〕
式(1)で表される太陽ファインケミカル社製Pink Base50.0部、N-メチルピロリドン(NMP)(富士フイルム和光純薬工業(株)製)300部、ヨウ化メチル(東京化成工業(株)製)247.0部、炭酸カリウム(富士フイルム和光純薬工業(株)製)120.3部を室温で混合し、80℃に昇温して4時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、減圧下でヨウ化メチルを留去し、得られたスラリーに1規定塩酸3300部を投入した。得られた析出物を吸引濾過の残渣として取得し、イオン交換水1000部で洗浄後乾燥し、式(2)で表される化合物50.6部を得た。収率は97%であった。
Figure 2021162854
Figure 2021162854

式(2)で表される化合物の同定
(質量分析)イオン化モード=ESI+: m/z= [M+H]+ 603.2
Exact Mass: 602.2
〔合成例2〕
式(3)で表される化合物10.0部、2,4,6−トリメチルアニリン(東京化成工業(株)製)20.0部、NMP(富士フイルム和光純薬工業(株)製)60部を室温で混合し、160℃に昇温して7時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、1規定塩酸120部を加え、得られた析出物を吸引濾過の残渣として取得し、イオン交換水100部で洗浄後乾燥し、式(4)で表される化合物12.4部を得た。収率は83%であった。
Figure 2021162854

式(4)で表される化合物の同定
Figure 2021162854

(質量分析)イオン化モード=ESI+: m/z= [M+H]+ 603.8
Exact Mass: 602.2
〔合成例3〕
2,4,6−トリメチルアニリンを5−メトキシ−2−メチルアニリンに変更する以外は合成例2と同様の方法で合成し、式(5)で表される化合物を得た。収率は78%であった。
式(5)で表される化合物の同定
Figure 2021162854

(質量分析)イオン化モード=ESI+: m/z= [M+H]+ 607.2
Exact Mass: 606.2
〔合成例4〕
2,4,6−トリメチルアニリンを6−メトキシ−2−メチルアニリンに変更する以外は合成例2と同様の方法で合成し、式(6)で表される化合物を得た。収率は31%であった。
式(6)で表される化合物の同定
Figure 2021162854

(質量分析)イオン化モード=ESI+: m/z= [M+H]+ 607.2
Exact Mass: 606.2
〔合成例5〕
式(7)で表される化合物2.0部、N-メチルピロリドン(NMP)(富士フイルム和光純薬工業(株)製)20.0部、ヨウ化メチル(東京化成工業(株)製)16.4部、炭酸カリウム(富士フイルム和光純薬工業(株)製)8.0部を室温で混合し、80℃に昇温して16時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、減圧下でヨウ化メチルを留去し、得られたスラリーに1規定塩酸220.0部を投入した。得られた析出物を吸引濾過の残渣として取得し、イオン交換水40部で洗浄後乾燥し、式(8)で表される化合物1.0部を得た。収率は49%であった。
式(7)で表される化合物の同定
Figure 2021162854

(質量分析)イオン化モード=ESI+: m/z= [M+H]+ 519.1
Exact Mass: 518.1
式(8)で表される化合物の同定
Figure 2021162854

(質量分析)イオン化モード=ESI+: m/z= [M+H]+ 547.2
Exact Mass: 546.2
〔合成例6〕
式(3)で表される化合物40.6部と、ジエチルアミン(東京化成工業(株)製)8部とを1−メチル−2−ピロリドン50部の存在下、遮光条件下混合し、30℃で3時間攪拌した。得られた反応液を室温まで冷却後、水400部、35%塩酸20部の混合液中に添加し室温で1時間攪拌したところ、結晶が析出した。析出した結晶を吸引濾過の残渣として取得後乾燥し、式(I−1−A)で表される化合物44部を得た。
Figure 2021162854
次いで、式(I−1−A)で表される化合物44部とトリメトキシ[3-(メチルアミノ)プロピル]シラン(東京化成工業(株)製)21.4部とを1−メチル−2−ピロリドン50部の存在下、100℃で、5時間加熱した。得られた反応液を室温まで冷却後、ろ過し、水100部で洗浄し、得られた結晶を乾燥し、式(I−1)で表される化合物52部を得た。
式(I−1)で表される化合物の同定
Figure 2021162854

(質量分析)イオン化モード=ESI: m/z= [M+H]+599.2
Exact Mass: 598.2
〔合成例7〕
式(1)で表される太陽ファインケミカル社製Pink Baseを1部、N-メチルピロリドン7部、炭酸カリウム1.0部及び4−ブロモ酪酸エチル2.0部を加えて100℃で7時間半撹拌した。放冷後、得られた反応液に2N塩酸20部を加え、クロロホルム45部で2回抽出し、クロロホルム層を合わせて飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧下溶媒を留去し、60℃で減圧乾燥して、式(A−6−IM1)で表される化合物粗体4.1部を得た。
式(A−6−IM1)で表される化合物の同定
Figure 2021162854

(質量分析)イオン化モード=ESI: m/z= [M+H] 803.5
Exact Mass: 802.3
冷却管及び撹拌装置を備えたフラスコに、式(A−6−IM1)で表される化合物4.1部、メタノール9.8部及び8%水酸化ナトリウム水溶液3.5部を加えて、室温で6時間撹拌した。得られた反応液を2N塩酸30部に添加して室温で30分撹拌したところ、結晶が析出した。析出した結晶を濾別し、イオン交換水でよく洗浄し、60℃で減圧乾燥して、化合物(A−6−IM2)1.0部を得た。
式(A−6−IM2)で表される化合物の同定
Figure 2021162854

(質量分析)イオン化モード=ESI: m/z= [M+H] 747.5
Exact Mass: 746.3
〔合成例8〕
冷却管及び攪拌装置を備えたフラスコに、式A0−3で示される色素(太陽ファインケミカル社製)を15部、クロロホルム150部及びN,N−ジメチルホルムアミド8.9部を投入し、攪拌下20℃以下を維持しながら、塩化チオニル10.9部を滴下して加えた。滴下終了後、50℃に昇温し、同温度で5時間維持して反応させ、その後20℃に冷却した。冷却後の反応溶液を、攪拌下20℃以下に維持しながら、2−エチルヘキシルアミン12.5部及びトリエチルアミン22.1部の混合液を滴下して加えた。その後、同温度で5時間攪拌して反応させた。次いで得られた反応混合物をロータリーエバポレーターで溶媒留去した後、メタノールを少量加えて激しく攪拌した。この混合物を、イオン交換水375部の混合液中に攪拌しながら加えて、結晶を析出させた。析出した結晶を濾別し、イオン交換水でよく洗浄し、60℃で減圧乾燥して、染料A3(染料A3−1〜染料A3−8の混合染料)11.3部を得た。
Figure 2021162854

(式(A3)中、Rg、Rh及びRiは、それぞれ独立に、水素原子、−SO3 -、−SO3H又は−SO2NHRaを表す。Raは、2−エチルヘキシルを表す。)
Figure 2021162854
〔合成例9〕
2,4,6−トリメチルアニリンをO−トルイジンに変更する以外は合成例2と同様の方法で合成し、式(9)で表される化合物を得た。収率は90%であった。
式(9)で表される化合物の同定
Figure 2021162854

(質量分析)イオン化モード=ESI+: m/z= [M+H]+ 575.2
Exact Mass: 574.2
〔合成例10〕
式(3)で表される化合物4.00部、2−アミノビフェニル(東京化成工業(株)製)10.0部、及びN−メチルピロリドン(富士フイルム和光純薬工業(株)製)24.0部を室温で混合し、170℃に昇温して9時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、1規定塩酸48.0部を投入し、得られた析出物を吸引濾過の残渣として取得し、さらに1規定塩酸96.0部で洗浄した。得られた残渣に、アセトン267部とメタノール267部加えて50℃に昇温して1時間攪拌し、析出物を吸引濾過の残渣として取得した。得られた残渣を乾燥し、式(11)で表される化合物4.67部を得た。収率は71%であった。
式(11)で表される化合物の同定
Figure 2021162854

(質量分析)イオン化モード=MALDI−TOF: m/z= [M+H] 671.1
Exact Mass: 670.2
〔合成例11〕
式(3)で表される化合物4.00部、3−アミノビフェニル(東京化成工業(株)製)10.0部、及びN−メチルピロリドン(富士フイルム和光純薬工業(株)製)24.0部を室温で混合し、170℃に昇温して9時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、1規定塩酸48.0部を投入し、得られた析出物を吸引濾過の残渣として取得し、さらに1規定塩酸96.0部で洗浄した。得られた残渣に、アセトン300部とメタノール300部を加え、50℃に昇温して1時間攪拌し、析出物を吸引濾過の残渣として取得した。得られた残渣を乾燥し、式(12)で表される化合物5.13部を得た。収率は78%であった。
式(12)で表される化合物の同定
Figure 2021162854

(質量分析)イオン化モード=MALDI−TOF: m/z= [M+H] 671.1
Exact Mass: 670.2
〔合成例12〕
式(3)で表される化合物4.00部、4−tert−ブチルアニリン(東京化成工業(株)製)8.84部、及びN−メチルピロリドン(富士フイルム和光純薬工業(株)製)24.0部を室温で混合し、170℃に昇温して9時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、1規定塩酸48.0部を投入し、得られた析出物を吸引濾過の残渣として取得し、さらに1規定塩酸96.0部で洗浄した。得られた残渣に、アセトン357部とメタノール357部を加え、50℃に昇温して1時間攪拌し、析出物を吸引濾過の残渣として取得した。得られた残渣を乾燥し、式(13)で表される化合物5.59部を得た。収率は90%であった。
式(13)で表される化合物の同定
Figure 2021162854

(質量分析)イオン化モード=ESI: m/z= [M+H] 631.2
Exact Mass: 630.3
〔合成例13〕
式(3)で表される化合物4.00部、3,5−di−tert−ブチルアニリン(東京化成工業(株)製)10.0部、及びN−メチルピロリドン(富士フイルム和光純薬工業(株)製)24.0部を室温で混合し、170℃に昇温して9時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、1規定塩酸48.0部を投入し、得られた析出物を吸引濾過の残渣として取得し、さらに1規定塩酸96.0部で洗浄した。得られた残渣に、アセトン264部とメタノール264部を加え、50℃に昇温して1時間攪拌し、析出物を吸引濾過の残渣として取得した。得られた残渣を乾燥し、式(14)で表される化合物4.70部を得た。収率は64%であった。
式(14)で表される化合物の同定
Figure 2021162854

(質量分析)イオン化モード=MALDI−TOF: m/z=[M+H] 743.5
Exact Mass: 742.4
〔合成例14〕
文献(Chun Liu, Xiaoxiao Song, Qijian Ni and Jieshan Qiu; ARKIVOC, 2012,9, 62−75.)を参考にして2,6−ジフェニルアニリンを合成した。次いで、式(3)で表される化合物4.00部、2,6−ジフェニルアニリン9.69部、塩化亜鉛(富士フイルム和光純薬工業(株)製)2.69部、及びスルホラン(東京化成工業(株)製)24.0部を室温で混合し、250℃に昇温して4時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、1規定塩酸48.0部を投入し、得られた析出物を吸引濾過の残渣として取得し、さらにトルエン24.0部、N,N−ジメチルホルムアミド18.0部、N,N−ジメチルホルムアミド20.0部で順次洗浄した。得られた残渣を乾燥し、式(15)で表される化合物5.18部を得た。収率は64%であった。
式(15)で表される化合物の同定
Figure 2021162854

(質量分析)イオン化モード=ESI: m/z= [M+H] 823.3
Exact Mass: 822.3
〔合成例15〕
式(3)で表される化合物10.0部、2,6−ジメチルアニリン(東京化成工業(株)製)16.5部、及びN−メチルピロリドン(富士フイルム和光純薬工業(株)製)70.0部を室温で混合し、80℃に昇温して2時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、1規定塩酸140部を投入し、得られた析出物を吸引濾過の残渣として取得し、さらに1規定塩酸280部で洗浄した。得られた残渣を乾燥し、式(16)で表される化合物9.06部を得た。収率は75%であった。
式(16)で表される化合物の同定
Figure 2021162854

(質量分析)イオン化モード=ESI: m/z= [M+H] 490.2
Exact Mass: 489.1
式(16)で表される化合物4.00部、アニリン(富士フイルム和光純薬工業(株)製)3.80部、及びN−メチルピロリドン(富士フイルム和光純薬工業(株)製)24.0部を室温で混合し、170℃に昇温して3時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、1規定塩酸48.0部を投入し、得られた析出物を吸引濾過の残渣として取得し、さらに1規定塩酸96.0部、N,N−ジメチルホルムアミド36.8部で洗浄した。得られた残渣を乾燥し、式(17)で表される化合物3.28部を得た。収率は74%であった。
式(17)で表される化合物の同定
Figure 2021162854

(質量分析)イオン化モード=ESI: m/z= [M+H] 547.2
Exact Mass: 546.2
〔合成例16〕
式(16)で表される化合物4.00部、2,4−ジメトキシアニリン(東京化成工業(株)製)6.25部、及びN−メチルピロリドン(富士フイルム和光純薬工業(株)製)24.0部を室温で混合し、170℃に昇温して3時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、1規定塩酸48.0部を投入し、得られた析出物を吸引濾過の残渣として取得し、さらに1規定塩酸96.0部、N,N−ジメチルホルムアミド42.4部で洗浄した。得られた残渣を乾燥し、式(18)で表される化合物2.88部を得た。収率は58%であった。
式(18)で表される化合物の同定
Figure 2021162854

(質量分析)イオン化モード=ESI: m/z= [M+H] 607.2
Exact Mass: 606.2
〔合成例17〕
式(16)で表される化合物4.00部、4−メトキシアニリン(東京化成工業(株)製)5.03部、及びN−メチルピロリドン(富士フイルム和光純薬工業(株)製)24.0部を室温で混合し、170℃に昇温して3時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、1規定塩酸48.0部を投入し、得られた析出物を吸引濾過の残渣として取得し、さらに1規定塩酸96.0部、N,N−ジメチルホルムアミド41.9部で洗浄した。得られた残渣を乾燥し、式(19)で表される化合物5.00部を得た。収率は69%であった。
式(19)で表される化合物の同定
Figure 2021162854

(質量分析)イオン化モード=ESI: m/z= [M+H] 577.3
Exact Mass: 576.2
〔合成例18〕
式(16)で表される化合物4.00部、3−アミノビフェニル(東京化成工業(株)製)6.91部、及びN−メチルピロリドン(富士フイルム和光純薬工業(株)製)24.0部を室温で混合し、170℃に昇温して5時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、1規定塩酸48.0部を投入し、得られた析出物を吸引濾過の残渣として取得し、さらに1規定塩酸96.0部、N,N−ジメチルホルムアミド75.2部で洗浄した。得られた残渣を乾燥し、式(20)で表される化合物3.79部を得た。収率は75%であった。
式(20)で表される化合物の同定
Figure 2021162854

(質量分析)イオン化モード=ESI: m/z= [M+H] 623.2
Exact Mass: 622.2
〔合成例19〕
式(16)で表される化合物4.00部、2−アミノビフェニル(東京化成工業(株)製)6.91部、及びN−メチルピロリドン(東京化成工業(株)製)24.0部を室温で混合し、170℃に昇温して3時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、1規定塩酸48.0部を投入し、得られた析出物を吸引濾過の残渣として取得し、さらに1規定塩酸96.0部、N,N−ジメチルホルムアミド44.8部で洗浄した。得られた残渣を乾燥し、式(21)で表される化合物3.55部を得た。収率は70%であった。
式(21)で表される化合物の同定
Figure 2021162854

(質量分析)イオン化モード=ESI: m/z= [M+H] 623.2
Exact Mass: 622.2
〔合成例20〕
式(3)で表される化合物13.0部、2,6−ジフェニルアニリン39.3部、及びN−メチルピロリドン(富士フイルム和光純薬工業(株)製)78.0部を室温で混合し、85℃に昇温して5時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、1規定塩酸156部を投入し、得られた析出物を吸引濾過の残渣として取得し、さらに1規定塩酸312部で洗浄した。得られた残渣を乾燥し、式(22)で表される化合物16.2部を得た。収率は82%であった。
式(22)で表される化合物の同定
Figure 2021162854

(質量分析)イオン化モード=ESI: m/z= [M+H] 614.5
Exact Mass: 613.1
式(22)で表される化合物4.00部、2,6−キシリジン(富士フイルム和光純薬工業(株)製)3.95部、塩化亜鉛(富士フイルム和光純薬工業(株)製)1.78部、及びスルホラン(東京化成工業(株)製)24.0部を室温で混合し、250℃に昇温して3時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、1規定塩酸48.0部を投入し、得られた析出物を吸引濾過の残渣として取得し、さらに1規定塩酸96.0部、N,N−ジメチルホルムアミド69.5部で洗浄した。得られた残渣を乾燥し、式(23)で表される化合物3.05部を得た。収率は67%であった。
Figure 2021162854
(質量分析)イオン化モード=ESI: m/z= [M+H] 699.2
Exact Mass: 698.2
〔合成例21〕
式(22)で表される化合物4.00部、3−アミノビフェニル(東京化成工業(株)製)5.51部、及びN−メチルピロリドン(富士フイルム和光純薬工業(株)製)24.0部を室温で混合し、170℃に昇温して6時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、1規定塩酸48.0部を投入し、得られた析出物を吸引濾過の残渣として取得し、さらに1規定塩酸96.0部、N,N−ジメチルホルムアミド28.5部で洗浄した。得られた残渣を乾燥し、式(24)で表される化合物2.85部を得た。収率は59%であった。
Figure 2021162854

(質量分析)イオン化モード=ESI: m/z= [M+H] 747.2
Exact Mass: 746.2
〔合成例22〕
式(22)で表される化合物4.00部、2−アミノビフェニル(東京化成工業(株)製)5.51部、N−メチルピロリドン(富士フイルム和光純薬工業(株)製)24.0部を室温で混合し、170℃に昇温して6時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、1規定塩酸48.0部を投入し、得られた析出物を吸引濾過の残渣として取得し、さらに1規定塩酸96.0部、N,N−ジメチルホルムアミド49.2部で洗浄した。得られた残渣を乾燥し、式(25)で表される化合物2.88部を得た。収率は59%であった。
Figure 2021162854

(質量分析)イオン化モード=ESI: m/z= [M+H] 747.2
Exact Mass: 746.2
<樹脂の合成>
〔合成例23 樹脂C−1〕
撹拌装置、滴下ロート、コンデンサー、温度計、ガス導入管を備えたフラスコにプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート276.8gを取り、窒素置換しながら撹拌し120℃に昇温した。次いで、2−エチルヘキシルアクリレート92.4g、グリシジルメタクリレート184.9g及びジシクロペンタニルメタクリレート12.3gからなるモノマー混合物に、35.3gのt-ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(重合開始剤)を添加したものを、を滴下ロートから2時間にわたって前記フラスコ中に滴下した。滴下終了後、120℃でさらに30分間撹拌して共重合反応を行い、付加共重合体を生成させた。その後、フラスコ内を空気に置換し、アクリル酸93.7g、トリフェニルホスフィン(触媒)1.5gおよびメトキノン(重合禁止剤)0.8gを上記の付加共重合体溶液中に投入し、110℃で10時間にわたり反応を続け、グリシジルメタクリレート由来のエポキシ基とアクリル酸の反応によりエポキシ基を開裂すると同時にポリマーの側鎖に重合性不飽和結合を導入した。次いで、反応系に無水コハク酸24.2gを加え、110℃で1時間にわたり反応を続け、エポキシ基の開裂により生じたヒドロキシ基と無水コハク酸を反応させて側鎖にカルボキシル基を導入し、ポリマーを得た。最後に反応溶液に、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート383.3gを加え、ポリマー固形分40%のポリマー(樹脂(C−1))溶液を得た。生成した共重合体(ポリマー;樹脂(C−1))の重量平均分子量Mwは6.3×103、固形分換算の酸価は34mg−KOH/gであった。
〔合成例24 樹脂C−2〕
還流冷却器、滴下ロート及び撹拌機を備えたフラスコ内に窒素を適量流して窒素雰囲気とし、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート280部を入れ、撹拌しながら80℃まで加熱した。次いで、該フラスコ内に、アクリル酸38部、3,4−エポキシトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルアクリレート及び3,4−エポキシトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−9−イルアクリレートの混合物(含有率は1:1)289部をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート125部に溶解した溶液を滴下ポンプを用いて約5時間かけて滴下した。一方、重合開始剤2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)33部をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート235部に溶解した溶液を別の滴下ポンプを用いて約6時間かけてフラスコ内に滴下した。滴下終了後、4時間同温度で保持した後、室温まで冷却して、ポリマー固形分35.1%のポリマー(樹脂(C−2))溶液を得た。生成した共重合体(ポリマー;樹脂(C−2))の重量平均分子量Mwは9200、分散度2.08、固形分換算の酸価は77mg−KOH/gであった。生成した共重合体は下記構造単位を有する。
Figure 2021162854
(分散液1の作製)
C.I.ピグメントレッド122を8部、分散剤(BYK社製 BYKLPN−6919)を3.0部、上記樹脂(C−2)(固形分換算)を3.0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81部、ジアセトンアルコール5部を混合し、0.4mmのジルコニアビーズ300部を加え、ペイントコンディショナー(LAU社製)を使用して1時間振盪した。その後、ジルコニアビーズをろ過により除去して分散液1を得た。
(分散液2の作製)
C.I.ピグメントバイオレット19をC.I.ピグメントレッド122の代わりに用いること以外は分散液1と同様にして分散液2を得た。
(分散液3の作製)
太陽ファインケミカル社製Pink BaseをC.I.ピグメントレッド122の代わりに用いること以外は分散液1と同様にして分散液3を得た。
(分散液4の作製)
合成例1で得られた化合物をC.I.ピグメントレッド122の代わりに用いること以外は分散液1と同様にして分散液4を得た。
(分散液5の作製)
合成例2で得られた化合物をC.I.ピグメントレッド122の代わりに用いること以外は分散液1と同様にして分散液5を得た。
(分散液6の作製)
合成例3で得られた化合物をC.I.ピグメントレッド122の代わりに用いること以外は分散液1と同様にして分散液6を得た。
(分散液7の作製)
合成例4で得られた化合物をC.I.ピグメントレッド122の代わりに用いること以外は分散液1と同様にして分散液7を得た。
(分散液8の作製)
合成例5で得られた化合物をC.I.ピグメントレッド122の代わりに用いること以外は分散液1と同様にして分散液8を得た。
(分散液9の作製)
合成例9で得られた化合物をC.I.ピグメントレッド122の代わりに用いること以外は分散液1と同様にして分散液9を得た。
(分散液10の作製)
合成例10で得られた化合物をC.I.ピグメントレッド122の代わりに用いること以外は分散液1と同様にして分散液10を得た。
(分散液11の作製)
合成例11で得られた化合物をC.I.ピグメントレッド122の代わりに用いること以外は分散液1と同様にして分散液11を得た。
(分散液12の作製)
合成例12で得られた化合物をC.I.ピグメントレッド122の代わりに用いること以外は分散液1と同様にして分散液12を得た。
(分散液13の作製)
合成例13で得られた化合物をC.I.ピグメントレッド122の代わりに用いること以外は分散液1と同様にして分散液13を得た。
(分散液14の作製)
合成例14で得られた化合物をC.I.ピグメントレッド122の代わりに用いること以外は分散液1と同様にして分散液14を得た。
(分散液15の作製)
合成例15で得られた化合物をC.I.ピグメントレッド122の代わりに用いること以外は分散液1と同様にして分散液15を得た。
(分散液16の作製)
合成例16で得られた化合物をC.I.ピグメントレッド122の代わりに用いること以外は分散液1と同様にして分散液16を得た。
(分散液17の作製)
合成例17で得られた化合物をC.I.ピグメントレッド122の代わりに用いること以外は分散液1と同様にして分散液17を得た。
(分散液18の作製)
合成例18で得られた化合物をC.I.ピグメントレッド122の代わりに用いること以外は分散液1と同様にして分散液18を得た。
(分散液19の作製)
合成例19で得られた化合物をC.I.ピグメントレッド122の代わりに用いること以外は分散液1と同様にして分散液19を得た。
(分散液20の作製)
合成例20で得られた化合物をC.I.ピグメントレッド122の代わりに用いること以外は分散液1と同様にして分散液20を得た。
(分散液21の作製)
合成例21で得られた化合物をC.I.ピグメントレッド122の代わりに用いること以外は分散液1と同様にして分散液21を得た。
(分散液22の作製)
合成例22で得られた化合物をC.I.ピグメントレッド122の代わりに用いること以外は分散液1と同様にして分散液22を得た。
[実施例1〜27、比較例1、2]
最終的に下記表3、4に示す組成となるように分散液1〜22、合成例6〜8の化合物(A−9)〜(A−11)、樹脂、重合性化合物、重合開始剤、レベリング剤、溶剤を混合して、実施例1〜27、比較例1、2のネガ型レジスト組成物を得た。
Figure 2021162854

Figure 2021162854
表3、4中、各成分は以下の化合物を表す。
化合物(A−9):合成例6の化合物
化合物(A−10):合成例7の化合物
化合物(A−11):合成例8の化合物
樹脂(C−1):樹脂(C−1)(固形分)
重合性化合物(E−1):ジペンタエリスリトールポリアクリレート(新中村化学工業(株)製「A9550」)
重合開始剤(F−1):N−アセチルオキシ−1−(4−フェニルスルファニルフェニル)−3−シクロヘキシルプロパン−1−オン−2−イミン(PBG−327;O−アシルオキシム化合物;常州強力電子新材料(株)製)
レベリング剤(G−1):ポリエーテル変性シリコーンオイル(トーレシリコーンSH8400;東レダウコーニング(株)製)
溶剤(B−1):ジアセトンアルコール(DAA)
溶剤(B−2):乳酸エチル(EL)
溶剤(B−3):プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMA)
<硬化膜の作製>
5cm角のガラス基板(イーグル2000;コーニング社製)上に、ネガ型レジスト組成物をスピンコート法で塗布したのち、100℃で3分間プリベークして着色組成物層を形成した。放冷後、露光機(TME−150RSK;トプコン(株)製)を用いて、大気雰囲気下、60mJ/cm2の露光量(365nm基準)で着色組成物層に光照射を行った。その後、オーブン中230℃で20分間ポストベークを行い、硬化膜を得た。なお硬化膜の作製に当たっては、後述する極大吸収波長の透過率が5%となるように膜厚を調整した。
<膜厚測定>
得られたガラス基板上の硬化膜について、膜厚測定装置(DEKTAK3;日本真空技術(株)製)を用いて膜厚を測定した。結果を表5、6に示す。
<極大吸収波長、透過率の測定>
得られたガラス基板上の硬化膜について、測色機(OSP−SP−200;オリンパス(株)製)を用いて分光を測定した。具体的には、それぞれ波長400〜700nmにおける透過率と極大吸収波長を測定した。極大吸収波長、極大吸収波長における透過率(T(λmax))、波長440nmにおける透過率(T(440nm))、及び波長620nmにおける透過率(T(620nm))を表5、6に示す。更に、硬化膜に含まれる各色材の比率(質量部)、及び硬化膜に含まれる色材の濃度(質量%)を表5、6に示す。
Figure 2021162854
Figure 2021162854
表5、6に示す通り、実施例1〜27のネガ型レジスト組成物は上記式(I)で表される化合物を含むものであり、これより得られた硬化膜は、波長範囲500nm〜580nmに極大吸収波長を有し、該波長における透過率を5%としたとき、波長440nmにおける透過率が80%以上であり、且つ波長620nmにおける透過率が80%以上であった。一方、比較例1、2のネガ型レジスト組成物は、上記式(I)で表される化合物を含まないものであり、これより得られた硬化膜は、波長440nmにおける透過率が80%を下回った。
本発明のネガ型レジスト組成物から、波長440nmの光の透過率が高いカラーフィルタが得られる。

Claims (10)

  1. 着色剤、及び樹脂を含むネガ型レジスト組成物であり、
    前記着色剤がキサンテン染料を含有し、
    前記ネガ型レジスト組成物から形成された硬化膜の分光スペクトルが下記条件1を満たすことを特徴とするネガ型レジスト組成物。
    [条件1]
    波長範囲500nm〜580nmに極大吸収波長を有し、該波長における透過率を5%としたとき、波長440nmにおける透過率が80%以上であり、且つ波長620nmにおける透過率が80%以上である。
  2. 前記波長620nmにおける透過率が90%以上である請求項1に記載のネガ型レジスト組成物。
  3. 前記キサンテン染料は式(I)で示されるものである請求項1または2に記載のネガ型レジスト組成物。
    Figure 2021162854

    [式(I)中、R1〜R4は、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基、又は置換基を有していてもよい炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる−CH2−は、−O−、−CO−又は−NR11−で置き換わっていてもよい。
    5は、−OH、−SO3 -、−SO3H、−SO3 -+、−CO2H、−CO2 -+、−CO28、−SO38、又は−SO2NR910を表す。
    6及びR7は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表す。
    mは、0〜5の整数を表す。mが2以上のとき、複数のR5は同一でも異なってもよい。
    aは、0又は1の整数を表す。
    Xは、ハロゲン原子を表す。
    +は、+N(R114、Na+、又はK+を表し、4つのR11は同一でも異なってもよい。
    8は、炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
    9及びR10は、それぞれ独立して、水素原子又は置換基を有していてもよい炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる−CH2−は、−O−、−CO−、−NH−、又は−NR8−で置き換っていてもよく、R9及びR10が結合して隣接する窒素原子とともに3〜10員環の複素環を形成していてもよい。
    11は、水素原子、炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基、又は炭素数7〜10のアラルキル基を表す。]
  4. 前記キサンテン染料が式(Ia)及び/又は式(Ib1)で示されるものである請求項3に記載のネガ型レジスト組成物。
    Figure 2021162854

    [式(Ia)中、
    a1及びRa4は、それぞれ独立して、2個以下の炭素数が1〜4の1価の飽和脂肪族炭化水素基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基である。
    a2及びRa3は、それぞれ独立して、水素原子、メチル基、又はエチル基である。
    5〜R7、m、a、及びXは上記と同じ意味を表す。]
    Figure 2021162854


    [式(Ib1)中、Rb1〜Rb4は、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜20の1価の飽和炭化水素基、又は置換基を有していてもよい炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基を表し、
    b1〜Rb4に含まれる少なくとも1つの飽和炭化水素基または芳香族炭化水素基が、ハロゲン原子、−OH、−OR8、−CO2H、−CO28、−SO3 -、−SO3H、−SO3 -+、−SR8、−SO28、−SO38、−SO2NR910、又は−Si(OR12)(OR13)(OR14)を置換基として有するか、又はRb1〜Rb4に含まれる少なくとも1つの芳香族炭化水素基が、3個以上の炭素数が1〜4の1価の飽和脂肪族炭化水素基を置換基として有し、
    12、R13、及びR14は、それぞれ独立して炭素数1〜4の1価の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子で置換されていてもよく、
    5〜R10、m、a、及びXは上記と同じ意味を表す。]
  5. 前記キサンテン染料が前記式(Ib1)で示されるものから選択される2種以上の組み合わせ、または前記式(Ib1)で示されるものと前記式(Ia)で示されるものとの組み合わせである請求項4に記載のネガ型レジスト組成物。
  6. 前記着色剤が、染料のみ、または染料と赤色顔料もしくは紫色顔料との組み合わせである請求項1〜5のいずれかに記載のネガ型レジスト組成物。
  7. さらに重合性化合物、及び重合開始剤を含む請求項1〜6のいずれかに記載のネガ型レジスト組成物。
  8. 膜厚が1.5μm以下である硬化膜を形成することが可能な請求項1〜7のいずれかに記載のネガ型レジスト組成物。
  9. 請求項1〜8のいずれかに記載のネガ型レジスト組成物から形成されるカラーフィルタ。
  10. 請求項9に記載のカラーフィルタを含む表示装置。
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