JP2022017669A - 保護膜及びそれを得るための感光性樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐熱性、低発ガス性、耐薬品性、現像性を備えるとともに、柔軟性及び靭性にも優れ、例えば、フレキシブルディスプレイのカラーフィルターやタッチパネルの保護膜の用途に好適な保護膜を提供する。【解決手段】(A-1)および/又は(A-2)を5質量%以上含有し、伸度が1.5%以上であることを特徴とする保護膜及びそれを得るための感光性樹脂組成物である。〔ここで、(A-1)は、一般式(1)で表されるエポキシ化合物に、(メタ)アクリル酸、一般式(2)で表される化合物又は一般式(3)で表される化合物を反応させて得られるエポキシ(メタ)アクリレート化合物であり、(A-2)は、当該エポキシ(メタ)アクリレート化合物に、さらに多価カルボン酸又はその酸無水物を反応させて得られるエポキシ(メタ)アクリレート酸付加物である。〕【選択図】なし
Description
本発明は、ディスプレイ、配線板等のパネルの構成部材としての保護膜、例えばカラーフィルターのRGB画素形成後等に、平坦化等次工程を実施するための条件整備の目的も必要に応じて具備することが可能な保護膜及びそれを得るための感光性樹脂組成物に関する。本発明の保護膜は特にフレキシブルディスプレイ等、使用時に曲げることのある用途に用いる場合に有効である。
従来から、液晶表示装置、有機EL装置等、タッチパネル等の表示装置は、テレビのような大型ディスプレイや、携帯電話、パソコン、スマートフォンなどの小型ディスプレイをはじめ、各種のディスプレイの構成部材として使用される。これらの構成部材は、ガラス基板上にTFT、電極、発光層等、各種の機能層を形成した積層体である。このガラス基板を樹脂基板へと置き換えることにより、従来のガラス基板を用いた構成部材を、薄型化・軽量化・フレキシブル化することができる。これを利用して、フレキシブルディスプレイ等のフレキシブルデバイスを得ることが期待される。
また、表示装置やディスプレイの用途のみならず、透明性フィルム、レンズの表面保護やハードコートを目的に形成される保護膜等にも、広く適用することが可能であり、薄型化、軽量化に加え、フレキシブル化の要求がなされている中で、各種保護膜が曲げに対して耐性を有することへの要求が高まってきている。
ここで、従来から使用されてきたガラスに代えて樹脂の採用が進められているが、樹脂はガラスと比較して寸法安定性、透明性、耐熱性、耐湿性、フィルムの強度等が劣るため、種々の検討がなされている。こうした樹脂材料としては、これまで、耐熱性や寸法安定性に優れることからポリイミドが多く検討されている(特許文献1~3を参照)。
ところで、従来から、半導体装置の製造の分野において、フォトリソグラフィー法によりレジストや遮光膜を形成するに際して、感光性樹脂としてフルオレン骨格を有するアルカリ可溶性樹脂が採用されている。このようなフルオレン骨格を有するアルカリ可溶性樹脂は、耐熱性、低発ガス性、耐薬品性、現像性特に細線形成性に優れた感光性樹脂組成物を提供してきているが、当該組成物の硬化物としては比較的柔軟性には乏しく、フレキシブルディスプレイのカラーフィルターやタッチパネル等の柔軟性や靭性が求められる用途向けには、感光性樹脂組成物の配合を工夫することが必要であることがわかっている。
本発明は、このようなフルオレン骨格を有するアルカリ可溶性樹脂の有利な点を利用しながらも、柔軟性などの比較的不利な点を改善するような組成として、例えば、フレキブルディスプレイのカラーフィルターやタッチパネル等の保護膜としても適用可能な伸度や靭性を発現できる保護膜を形成できることを新たに知見して、完成されたものである。
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
〔1〕以下の(A-1)および/又は(A-2)を5質量%以上含有し、伸度が1.5%以上であることを特徴とする保護膜。
〔ここで、(A-1)は、下記一般式(1)で表されるエポキシ化合物に、(メタ)アクリル酸、下記一般式(2)で表される化合物又は下記一般式(3)で表される化合物を反応させて得られるエポキシ(メタ)アクリレート化合物であり、(A-2)は、当該エポキシ(メタ)アクリレート化合物に、さらに多価カルボン酸又はその酸無水物を反応させて得られるエポキシ(メタ)アクリレート酸付加物である。〕
(ここで、R1、R2、R3及びR4は、独立に、水素原子、炭素数1~6のアルキル基、ハロゲン原子又はフェニル基である。R5は炭素数2~20の2価の脂肪族又は芳香族の炭化水素基であり、R6は炭素数2~22の2価のアルキレン基又はアルキルアリーレン基であり、R7は水素原子又はメチル基である。pは0~60の数である。Xは9,9-フルオレンジイル基であり、mは0~10の数である。)
〔2〕膜厚が0.1~100μmであることを特徴とする〔1〕に記載の保護膜。
〔3〕前記〔1〕又は〔2〕に記載の保護膜であって、2個の重合性不飽和基を有する光重合性モノマーを10質量%以上含有し、伸度が2%以上であることを特徴とする保護膜。
〔4〕伸度が1.5%以上の保護膜を形成するための感光性樹脂組成物であって、
(A)以下の(A-1)および/又は(A-2)を10~88質量%〔ここで、(A-1)は、下記一般式(1)で表されるエポキシ化合物に、(メタ)アクリル酸、下記一般式(2)で表される化合物又は下記一般式(3)で表される化合物を反応させて得られるエポキシ(メタ)アクリレート化合物であり、(A-2)は、当該エポキシ(メタ)アクリレート化合物に、さらに多価カルボン酸又はその酸無水物を反応させて得られるエポキシ(メタ)アクリレート酸付加物である。〕、
(B)2個の重合性不飽和基を有する光重合性モノマーを10~88質量%、及び
(C)光重合開始剤を含有し、
前記A成分とB成分との合計量100質量部に対して、C成分が1~60質量部含有されることを特徴とする感光性樹脂組成物。
(ここで、R1、R2、R3及びR4は、独立に、水素原子、炭素数1~6のアルキル基、ハロゲン原子又はフェニル基である。R5は炭素数2~20の2価の脂肪族又は芳香族の炭化水素基であり、R6は炭素数2~22の2価のアルキレン基又はアルキルアリーレン基であり、R7は水素原子又はメチル基である。pは0~60の数である。Xは9,9-フルオレンジイル基であり、mは0~10の数である。)
〔5〕前記〔4〕に記載の感光性樹脂組成物を硬化させた保護膜を含む表示装置。
〔1〕以下の(A-1)および/又は(A-2)を5質量%以上含有し、伸度が1.5%以上であることを特徴とする保護膜。
〔ここで、(A-1)は、下記一般式(1)で表されるエポキシ化合物に、(メタ)アクリル酸、下記一般式(2)で表される化合物又は下記一般式(3)で表される化合物を反応させて得られるエポキシ(メタ)アクリレート化合物であり、(A-2)は、当該エポキシ(メタ)アクリレート化合物に、さらに多価カルボン酸又はその酸無水物を反応させて得られるエポキシ(メタ)アクリレート酸付加物である。〕
〔2〕膜厚が0.1~100μmであることを特徴とする〔1〕に記載の保護膜。
〔3〕前記〔1〕又は〔2〕に記載の保護膜であって、2個の重合性不飽和基を有する光重合性モノマーを10質量%以上含有し、伸度が2%以上であることを特徴とする保護膜。
〔4〕伸度が1.5%以上の保護膜を形成するための感光性樹脂組成物であって、
(A)以下の(A-1)および/又は(A-2)を10~88質量%〔ここで、(A-1)は、下記一般式(1)で表されるエポキシ化合物に、(メタ)アクリル酸、下記一般式(2)で表される化合物又は下記一般式(3)で表される化合物を反応させて得られるエポキシ(メタ)アクリレート化合物であり、(A-2)は、当該エポキシ(メタ)アクリレート化合物に、さらに多価カルボン酸又はその酸無水物を反応させて得られるエポキシ(メタ)アクリレート酸付加物である。〕、
(B)2個の重合性不飽和基を有する光重合性モノマーを10~88質量%、及び
(C)光重合開始剤を含有し、
前記A成分とB成分との合計量100質量部に対して、C成分が1~60質量部含有されることを特徴とする感光性樹脂組成物。
〔5〕前記〔4〕に記載の感光性樹脂組成物を硬化させた保護膜を含む表示装置。
本発明は、耐熱性、低発ガス性、耐薬品性、現像性を備えるとともに、柔軟性及び靭性にも優れた保護膜を与え、例えば、フレキブルディスプレイのカラーフィルターやタッチパネルの保護膜として適用できることはもちろんのこと、特に柔軟性が要求される表示装置に対して適用することも可能である。更には、透明性や耐熱性、柔軟性及び靭性等の特性が要求される光学部材、オプトデバイス部材、電気・電子部品等各種構成部材を構成する構成要素として、幅広い用途に広く用いられる。
〔保護膜〕
本発明の保護膜は、特に限定されるものではないが、液晶表示装置、有機EL装置等、タッチパネル等の表示装置において、ディスプレイ、配線板等のパネルの下地を保護し、高い透明性から光学的には影響することのない保護膜として使用されることが好ましいが、当該保護の用途のみならず、例えば、フレキシブルフィルム、プラスチックレンズ等のハードコート等を目的とする保護コーティングなどの用途としても用いることができる。
本発明の保護膜は、特に限定されるものではないが、液晶表示装置、有機EL装置等、タッチパネル等の表示装置において、ディスプレイ、配線板等のパネルの下地を保護し、高い透明性から光学的には影響することのない保護膜として使用されることが好ましいが、当該保護の用途のみならず、例えば、フレキシブルフィルム、プラスチックレンズ等のハードコート等を目的とする保護コーティングなどの用途としても用いることができる。
本発明の保護膜は、その伸度が1.5%以上である。好ましくは2.0%以上である。このような伸度特性を有することから、本発明の保護膜は、特にフレキシブルディスプレイにおいて、カラーフィルターやタッチパネル等の構成要素である保護膜等として有用である。伸度については、後述の実施例でも例示しているように、引張試験から測定される伸度のことを指し、例えば、JISK7161に準拠した方法で測定されることが好ましい。また、保護膜の厚みについては、用途、構造部材の設計により各構造要素の膜厚等が異なるが、本発明の保護膜は膜厚0.1~100μmで用いることができる。本発明の保護膜については、少なくとも、膜厚50μm換算において上記の伸度特性を備えるものであることが好ましい。
本発明の保護膜は、後述する感光性樹脂組成物を用いて形成されるものであるが、特に、(A)成分として、フルオレン骨格を有する所定のエポキシ(メタ)アクリレート化合物(A-1)及び/又はエポキシ(メタ)アクリレート酸付加物(A-2)(以下、これらをまとめて「フルオレン型樹脂(A)」などと呼ぶ。)を含有するものであり、当該フルオレン型樹脂(A)を、当該保護膜中の固形分中に5質量%以上含有する。好ましくは、当該フルオレン型樹脂(A)を保護膜中に10質量%以上である。当該フルオレン型樹脂(A)の上限は、90質量%以下が好ましく、より好ましくは80質量%以下である。これらの成分の保護膜中に5質量%以上有することにより、耐熱性等の当該フルオレン型樹脂(A)の特性を発現させることができる。
ここで、上記のフルオレン型樹脂(A)は、以下のように製造されるものである。すなわち、ビスフェノール類とエピクロロヒドリン等との反応で得られる2個のグリシジルエーテル基を有する下記一般式(1)で表されるエポキシ化合物に、(メタ)アクリル酸か、下記一般式(2)で表される(メタ)アクリル酸誘導体か、又は下記一般式(3)で表される(メタ)アクリル酸誘導体を反応させて得られるエポキシ(メタ)アクリレート化合物(A-1)であるか、この得られたエポキシ(メタ)アクリレート化合物にさらに多価カルボン酸又はその酸無水物を反応させて得られるエポキシ(メタ)アクリレート酸付加物(A-2)であって、これらの化合物の一方又は両方が含まれる。
ここで、上記の一般式(1)において、R1、R2、R3及びR4は、独立に、水素原子、炭素数1~6のアルキル基、ハロゲン原子又はフェニル基であるが、好ましくは水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はフェニル基であり、さらに好ましくは水素原子である。また、Xは9,9-フルオレンジイル基であり、mは0~10の数である。さらに、一般式(2)~(3)において、R5は炭素数2~20の2価の脂肪族又は芳香族の炭化水素基であり、R6は炭素数2~22の2価のアルキレン基又はアルキルアリーレン基であり、R7は水素原子又はメチル基である。pは0~60の数を表す。
このようなエポキシ化合物と、(メタ)アクリル酸又は(メタ)アクリル酸誘導体との反応は、公知の方法を使用することができ、例えばエポキシ化合物1モルに対し、約2モルの(メタ)アクリル酸又は(メタ)アクリル酸誘導体を使用して行われることが製造上、有利である。この反応で得られるエポキシ(メタ)アクリレート化合物(A-1)は次の一般式(4)で表されるものであることが好ましい。
ここで、R1、R2、R3及びR4、X、並びにmは、上記の記述と同様である。Gは、(メタ)アクリル酸残基であるか、又は以下の一般式(2’)若しくは(3’)で表される置換基である。
一般式(1)のエポキシ化合物を与える好ましいビスフェノール類としては、9,9-フルオレニル基を有する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-3,5-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)フルオレン等が好ましく挙げられる。
前記フルオレン型樹脂(A)のうちのエポキシ(メタ)アクリレート化合物(A-1)については、このようなビスフェノール類から誘導されるエポキシ化合物から得ることができる。ここで、一般式(1)におけるmの平均値は0~10、好ましくは0~2の範囲であれば、本発明の性能に問題はない。
つぎに、一般式(1)のエポキシ化合物に反応させる化合物のうち、上記一般式(2)及び(3)で表される(メタ)アクリル酸誘導体並びにそれらによる一般式(2’)及び(3’)の置換基について説明する。
これらは重合性不飽和基と少なくとも1つ以上のエステル結合を有し、まず、R6は炭素数2~22のアルキレン基又はアルキルアリーレン基を示す。アルキレン基に関しては直鎖又は分岐のいずれでもよく、エチレン、プロピレン、イソプロピレン、n-ブチレン、イソブチレン、sec-ブチレン、t-ブチレン、ペンチレン、ヘキシレン、へプチレン、オクチレン、ノネン、デシレン、ウンデシレン、ドデシレン、トリデシレン、テトラデシレン、ペンタデシレン、ヘキサデシレン、ヘプタデシレン、オクタデシレン、ノナデシレン、ジデシル、ヘンイコシレン、ドコシレン基などが挙げられる。アルキルアリーレン基に関しては炭素数の範囲内であれば無置換アリーレン基でもよく、例えば、-Ph-Ph-(2,2`-ビフェニレン基)、-Ph-Ph-Ph-(トリフェニレン基)、-Ph-C(CH3)2-Ph-(ビスフェノールA様な残基など)[Phはフェニレン基を示す]、o,m,p-フェニレン置換されたトルイレン、クレジレン、エチルフェニレン、n-プロピルフェニレン、イソプロピルフェニレン、直鎖又は分岐したブチルフェニレン、ペンチルフェニレン、ヘキシルフェニレン、ヘプチルフェニル、オクチルフェニレン、ノニルフェニレン、デシルフェニレン、ウンデシルフェニレン、ドデシルフェニレン、トリデシルフェニレン、テトラデシルフェニレン、ヘプタデシルフェニレン、ヘキサデシルフェニレン基などが挙げられる。さらに前述したアルキルアリーレン基については、炭素数の範囲を超えない限り2~4置換されていてもよく、またさらにアルキレン部位は不飽和結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合又はウレタン結合により中断されていてもよい。
これらは重合性不飽和基と少なくとも1つ以上のエステル結合を有し、まず、R6は炭素数2~22のアルキレン基又はアルキルアリーレン基を示す。アルキレン基に関しては直鎖又は分岐のいずれでもよく、エチレン、プロピレン、イソプロピレン、n-ブチレン、イソブチレン、sec-ブチレン、t-ブチレン、ペンチレン、ヘキシレン、へプチレン、オクチレン、ノネン、デシレン、ウンデシレン、ドデシレン、トリデシレン、テトラデシレン、ペンタデシレン、ヘキサデシレン、ヘプタデシレン、オクタデシレン、ノナデシレン、ジデシル、ヘンイコシレン、ドコシレン基などが挙げられる。アルキルアリーレン基に関しては炭素数の範囲内であれば無置換アリーレン基でもよく、例えば、-Ph-Ph-(2,2`-ビフェニレン基)、-Ph-Ph-Ph-(トリフェニレン基)、-Ph-C(CH3)2-Ph-(ビスフェノールA様な残基など)[Phはフェニレン基を示す]、o,m,p-フェニレン置換されたトルイレン、クレジレン、エチルフェニレン、n-プロピルフェニレン、イソプロピルフェニレン、直鎖又は分岐したブチルフェニレン、ペンチルフェニレン、ヘキシルフェニレン、ヘプチルフェニル、オクチルフェニレン、ノニルフェニレン、デシルフェニレン、ウンデシルフェニレン、ドデシルフェニレン、トリデシルフェニレン、テトラデシルフェニレン、ヘプタデシルフェニレン、ヘキサデシルフェニレン基などが挙げられる。さらに前述したアルキルアリーレン基については、炭素数の範囲を超えない限り2~4置換されていてもよく、またさらにアルキレン部位は不飽和結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合又はウレタン結合により中断されていてもよい。
また、R5は炭素数2~20の脂肪族又は芳香族の炭化水素基を示し、例えば、脂肪族炭化水素基は直鎖又は分岐のいずれでもよく、エチレン、プロピレン、イソプロピレン、n-ブチレン、イソブチレン、sec-ブチレン、t-ブチレン、ペンチレン、ヘキシレン、へプチレン、オクチレン、ノネン、デシレン、ウンデシレン、ドデシレン、トリデシレン、テトラデシレン、ペンタデシレン、ヘキサデシレン、ヘプタデシレン、オクタデシレン、ノナデシレン、ジデシル基などが挙げられる。芳香族炭化水素基は炭素数の範囲内であれば無置換体でもよく、例えば、-Ph-Ph-(2,2`-ビフェニレン基)、-Ph-Ph-Ph-(トリフェニレン基)、-Ph-C(CH3)2-Ph-(ビスフェノールA様な残基など)、o,m,p-フェニレン置換されたトルイレン、クレジレン、エチルフェニレン、n-プロピルフェニレン、イソプロピルフェニレン、直鎖又は分岐したブチルフェニレン、ペンチルフェニレン、ヘキシルフェニレン、ヘプチルフェニル、オクチルフェニレン、ノニルフェニレン、デシルフェニレン、ウンデシルフェニレン、ドデシルフェニレン、トリデシルフェニレン、テトラデシルフェニレン基などが挙げられるが、炭素数の範囲を超えない限り2~4置換されていてもよく、またさらにアルキレン部位は不飽和結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合又はウレタン結合により中断されていてもよい。
また、pは0~60の数を示しているが、化合物によっては分布が広範囲になることで樹脂性能を低下させる又は硬化物として十分な硬化が付与できないことが懸念され、好ましくは0~40、より好ましくは0~20の範囲であれば本発明の樹脂としての性能が保持されるため好ましい。
また、得られたエポキシ(メタ)アクリレート化合物(A-1)に反応させる多価カルボン酸又はその酸無水物としては、エポキシ(メタ)アクリレート化合物(A-1)中の水酸基と反応し得るテトラカルボン酸又はその酸二無水物(a)や、ジカルボン酸若しくはトリカルボン酸又はそれらの酸一無水物(b)を使用するのがよい。これらの酸成分は飽和又は不飽和のどちらでも効果的である。
ここで、テトラカルボン酸又はその酸二無水物(a)としては、鎖式炭化水素テトラカルボン酸又はその酸二無水物や脂環式テトラカルボン酸又はその酸二無水物、又は、芳香族多価カルボン酸又はその酸二無水物が使用される。鎖式炭化水素テトラカルボン酸又はその酸二無水物としては、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鎖式炭化水素テトラカルボン酸又はその酸二無水物でもよい。また、脂環式テトラカルボン酸又はその酸二無水物としては、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脂環式テトラカルボン酸又はその酸二無水物でもよい。更に、芳香族テトラカルボン酸やその酸二無水物としては、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又はその酸二無水物が挙げられ、更には任意の置換基の導入された芳香族テトラカルボン酸又はその酸二無水物でもよい。これらテトラカルボン酸又はその酸二無水物(a)は、2種以上を併せて使用することもできる。
また、ジカルボン酸、トリカルボン酸又はそれらの酸一無水物(b)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又はその酸一無水物や、脂環式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や、芳香族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又はその酸一無水物としては、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、ジグリコール酸等の化合物があり、更には任意の置換基が導入された鎖式炭化水素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又はその酸一無水物としては、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の化合物があり、更には任意の置換基が導入された脂環式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又はその酸一無水物としては、例えばフタル酸、イソフタル酸、トリメリット酸等の化合物があり、更には任意の置換基が導入された芳香族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でもよい。これら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)は、2種以上を併せて使用することもできる。
このようなエポキシ(メタ)アクリレート化合物(A-1)と多価カルボン酸又はその酸無水物との反応の方法については、特に限定されるものでなく、例えば、反応温度が90~140℃で反応させるような公知の方法を採用することができる。好ましくは、化合物の末端がカルボン酸基となるように、エポキシ(メタ)アクリレート化合物(A-1)、テトラカルボン酸又はその酸二無水物(a)、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)とのモル比が(A-1):(a):(b)=1:0.1~0.5:0.001~1.0となるように定量的に反応させることが望ましい。ここで、(A-1)/[(a)+(b)]=1~5、(a)/(b)=1~40となるように定量的に反応させることがより好ましい。(I)/[(a)+(b)]を1以上にすることによりエポキシ(メタ)アクリレート化合物の末端が酸無水物となることなく、また、未反応酸無水物が残存して異物となることもないので樹脂の期待される性能を発現することができる。また、(A-1)/[(a)+(b)]を5以下にすることにより、未反応のエポキシ(メタ)アクリレート化合物(A-1)により経時安定性の低下することがない。また、(a)/(b)=1~40にすることにより、樹脂の分子量を適正な範囲にすることができる。ここで、反応温度としては、90~130℃で仕込み原料を均一に溶解させると共に反応を行い、引き続いて40~80℃で反応及び熟成を行うことが好ましい。
そしてこのように、エポキシ(メタ)アクリレート化合物(A-1)と多価カルボン酸又はその酸無水物との反応により得られるエポキシ(メタ)アクリレート酸付加物(A-2)については、好ましくは、以下の一般式(5)で表すことができる。
(ここで、Wは下記一般式(1’)で表されるビスフェノール類誘導体を示し、Yは4価のカルボン酸残基を示す。Gは(メタ)アクリル酸残基であるか又は上記一般式(2’)若しくは(3’)で表される置換基を示し、Zは水素原子または一般式(6)で表される置換基である。nは1~20の数を表す。)
(ここで、R1、R2、R3及びR4、X、並びにmは、上記の記述と同様である。)
(ここで、Lは2又は3価のカルボン酸残基、qは1又は2である。)
また、得られるエポキシ(メタ)アクリレート化合物(A-1)や、エポキシ(メタ)アクリレート酸付加物(A-2)については、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数平均分子量は、1000以上が好ましい。分子量がこれより小さい場合においては製膜が適正にできなかったり、(A-2)を用いた感光性樹脂組成物の耐アルカリ性が十分でなく、光硬化に続くアルカリ現像によってパターンが欠け、細線パターンの再現性が著しく低下する。さらに、重量平均分子量(Mw)については、2000~50000の範囲であることが好ましく、2000~7000の間であることがより好ましい。重量平均分子量(Mw)が2000に満たないと製膜が適正にできなかったり、(A-2)を用いた感光性樹脂組成物の現像時のパターンの密着性が維持できず、パターン剥がれが生じ、また、重量平均分子量(Mw)が50000を超えると現像時に未露光部の残膜が残り易くなる。更に、(A-2)については、その酸価が30~200mgKOH/gの範囲であることが望ましい。この値が30mgKOH/gより小さいとこれらを使用した感光性樹脂組成物のアルカリ現像がうまくできないか、強アルカリ等の特殊な現像条件が必要となり、200mgKOH/gを超えるとこれらを使用した感光性樹脂組成物への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、この(A-1)及び(A-2)成分については、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。
また、本発明の保護膜は、上記のようなフルオレン型樹脂(A)に加えて、2個の重合性不飽和基を有する光重合性モノマー(B)(以下、単に「光重合性モノマー(B)」などと呼ぶ。)を含有することが好ましい。より好ましくは、当該光重合性モノマー(B)が芳香族基又は脂環式炭化水素基を有する場合である。その場合の光重合性モノマー(B)の含有量は、固形分中に10質量%以上含有することが好ましい。このような光重合性モノマー(B)を所定量含有することにより、保護膜の伸度を向上させることができる点で好ましい。その場合の伸度は2.0%以上となることが好ましい。
このような光重合性モノマー(B)の例としては、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、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ノナエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラメチレングリコールジ(メタ)アクリレート、グリセロールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,5-ペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールエチレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールプロピレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、水添ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、水添ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカンジメタノールジ(メタ)アクリレート、1,3-アダマンタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,3,5-アダマンタントリオールジ(メタ)アクリレート等を例示することができる。これらの中でも、芳香族基又は脂環式基を有する化合物を好ましく用いることができる。
また、保護膜に要求される特性に応じて上記光重合性モノマー(B)に加えて、アクリロイル基及びメタクリロイル基からなる群から選ばれる基のいずれか一方又は両方を合計3個以上有す多官能モノマーを加えることもできる。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ジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、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、グリセロールトリ(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、1,3,5-アダマンタントリオールトリ(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、エチレン性二重結合を有する化合物として(メタ)アクリル基を有する樹枝状ポリマー等が含まれる。これらの多官能モノマーを1種類併用してもよく、2種以上を併用してもよい。なお、当該(B)成分及び多官能モノマーは遊離のカルボキシ基を有しない。
また、保護膜に要求される特性に応じて上記光重合性モノマー(B)に加えて、アクリロイル基及びメタクリロイル基からなる群から選ばれる基のいずれか一方又は両方を合計3個以上有す多官能モノマーを加えることもできる。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ジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、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、グリセロールトリ(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、1,3,5-アダマンタントリオールトリ(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、エチレン性二重結合を有する化合物として(メタ)アクリル基を有する樹枝状ポリマー等が含まれる。これらの多官能モノマーを1種類併用してもよく、2種以上を併用してもよい。なお、当該(B)成分及び多官能モノマーは遊離のカルボキシ基を有しない。
エチレン性二重結合を有する化合物として(メタ)アクリル基を有する樹枝状ポリマーの例としては、多官能(メタ)アクリレート化合物の(メタ)アクリレート基の中の炭素-炭素二重結合の一部に多価メルカプト化合物を付加して得られる樹枝状ポリマーを例示することができる。具体的には、一般式(7)の多官能(メタ)アクリレート化合物の(メタ)アクリレートと一般式(8)の多価メルカプト化合物を反応させて得られる樹枝状ポリマーなどが含まれる。
ここで、R10は水素原子またはメチル基を表し、R11はR8(OH)sのs個のヒドロキシル基のうち1個のヒドロキシル基を式中のエステル結合に供与した残り部分を表し、好ましいR8(OH)sとしては、炭素数2~8の非芳香族の直鎖又は分枝鎖の炭化水素骨格に基づく多価アルコールであるか、当該多価アルコールの複数分子がアルコールの脱水縮合によりエーテル結合を介して連結してなる多価アルコールエーテルであるか、又はこれらの多価アルコール又は多価アルコールエーテルとヒドロキシ酸とのエステルである。sおよびtは独立に2~20の整数を表すが、s≧tである。
ここで、R9は単結合又は2~6価のC1~C6の炭化水素基であり、rはR9が単結合であるときは2であり、R9が2~6価の基であるときは2~6の整数を表す。
一般式(7)で示される多官能(メタ)アクリレート化合物の具体例には、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、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、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トリ(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステルが含まれる。これらの化合物は、その1種のみを単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
一般式(8)で示される多価メルカプト化合物の具体例には、トリメチロールプロパントリ(メルカプトアセテート)、トリメチロールプロパントリ(メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラ(メルカプトアセテート)、ペンタエリスリトールトリ(メルカプトアセテート)、ペンタエリスリトールテトラ(メルカプトプロピオネート)、ジペンタエリスリトールヘキサ(メルカプトアセテート)、ジペンタエリスリトールヘキサ(メルカプトプロピオネート)等が含まれる。これらの化合物は、その1種のみを単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
ここで、本発明の保護膜中においては、上記(A)成分と(B)成分との配合割合[(A)/(B)]については、100/0~5/95であることが好ましい。ここで、(A)成分の配合割合が少ないと、光硬化反応後の硬化物が脆くなり、また、現像する場合、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、パターンエッジががたつきシャープにならないといった問題が生じる。反対に、(A)成分の配合割合が上記範囲より多くなると、光反応成分((A)成分+(B)成分)に占める光反応性官能基の割合が少なく光硬化反応による架橋構造の形成が十分でなくなるおそれがある。
本発明の保護膜は、好ましくは、以下のような成分及び含有量の感光性樹脂組成物により製造される。すなわち、
(A)上記のフルオレン型樹脂を10~88質量%、
(B)上記の光重合性モノマーを10~88質量%、及び
(C)光重合開始剤を、前記(A)成分と(B)成分との合計量100質量部に対して1~60質量部
を含有する。
(A)上記のフルオレン型樹脂を10~88質量%、
(B)上記の光重合性モノマーを10~88質量%、及び
(C)光重合開始剤を、前記(A)成分と(B)成分との合計量100質量部に対して1~60質量部
を含有する。
(C)光重合開始剤の例としては、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-メチル-1[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルフォリノプロパン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)-ブタノン-1等のα-アミノアルキルフェノン類;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-クロロフェニル)-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チアゾール化合物類;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;トリエタノールアミン、トリエチルアミン等の第3級アミンなどが含まれる。これら光重合開始剤を1種のみを単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。なお、本発明の光重合開始剤は、増感剤を含む。
〔その他の配合成分〕
本発明の保護膜を得るための感光性樹脂組成物には、必要に応じて、その他の任意の成分を含むことができる。例えばエポキシ化合物(エポキシ樹脂を含む)や、フィラーや、A成分、樹枝状ポリマーおよびエポキシ樹脂以外のその他の樹脂や、添加剤等を含有させることができる。ここで、フィラーとしてはシリカ、チタニア、ジルコニア等を、その他樹脂としてはビニル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエーテル樹脂、メラミン樹脂等を、添加剤としては、分散剤、界面活性剤、シランカップリング剤、粘度調整剤、湿潤剤、消泡剤、重合禁止剤および酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱ラジカル開始剤等をそれぞれ挙げることができる。これら任意の成分としては、公知の化合物を特に制限なく使用することができる。
本発明の保護膜を得るための感光性樹脂組成物には、必要に応じて、その他の任意の成分を含むことができる。例えばエポキシ化合物(エポキシ樹脂を含む)や、フィラーや、A成分、樹枝状ポリマーおよびエポキシ樹脂以外のその他の樹脂や、添加剤等を含有させることができる。ここで、フィラーとしてはシリカ、チタニア、ジルコニア等を、その他樹脂としてはビニル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエーテル樹脂、メラミン樹脂等を、添加剤としては、分散剤、界面活性剤、シランカップリング剤、粘度調整剤、湿潤剤、消泡剤、重合禁止剤および酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱ラジカル開始剤等をそれぞれ挙げることができる。これら任意の成分としては、公知の化合物を特に制限なく使用することができる。
カップリング剤としては、例えば、シランカップリング剤(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、および3-ウレイドプロピルトリエトキシシラン等)、チタン系カップリング剤、ならびにアルミニウム系カップリング剤などを利用できる。熱ラジカル開始剤としては、2,2-アゾビスイソブチロニトリル、ジメチル2,2-アゾビス2-メチルプロピオネート、1,1’-アゾビス(1-アセトキシ-1-フェニルエタン)等のアゾ系開始剤や、ベンゾイルパーオキサイド等の過酸化物を例示することができる。
また、界面活性剤(フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤等)等を使用してもよい。界面活性剤としては、シリコーン系、フッ素系等の公知の界面活性剤を特に限定なく使用することができる。シリコーン系界面活性剤の例には、側鎖変性ポリジメチルシロキサン、両末端変性ポリジメチルシロキサン、片末端変性ポリジメチルシロキサン、側鎖両末端変性ポリジメチルシロキサンなどが含まれる。フッ素系界面活性剤としては、パーフルオロアルキルスルホン酸化合物、パーフルオロアルキルカルボン酸化合物、パーフルオロアルキルリン酸エステル化合物、パーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物及びパーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマー化合物などが含まれる。また、これら界面活性剤を1種のみを単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。界面活性剤は、例えば、感光性樹脂組成物の溶液を塗布する場合に、その表面張力を調整するために用い、その添加量範囲としては、感光性樹脂組成物中0.001~0.1質量%であり、界面活性剤の種類によっても添加量の範囲は異なり、シリコーン系界面活性剤の場合には0.001~0.01質量%、フッ素系界面活性剤であれば0.01~0.1質量%の範囲となる場合が通常である。
また、溶剤としては公知の化合物を利用できる。例えばエステル系溶剤(ブチルアセテート、およびシクロヘキシルアセテート等)、ケトン系溶剤(メチルイソブチルケトン、およびシクロヘキサノン等)、エーテル系溶剤(ジエチレングリコールジメチルエーテル、およびジエチレングリコールエチルメチルエーテル等)、アルコール系溶剤(3-メトキシブタノール、およびエチレングリコールモノ-t-ブチルエーテル等)、芳香族系溶剤(トルエン、およびキシレン等)、脂肪族系溶剤、アミン系溶剤、ならびにアミド系溶剤等を特に制限なく使用することができる。安全性の点からはプロピレングリコール骨格を有するエステル系やエーテル系の溶剤、例えば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ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、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、およびプロピレングリコールジアセテート等が好ましい。また、これらに類似の構造を有する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、および1,3-ブチレングリコールジアセテート等も好ましい。
エポキシ化合物は、保護膜の耐薬品性等の機能を向上させたいとき等に用いることができる。エポキシ化合物の例には、ビスフェノールA型エポキシ化合物、ビスフェノールF型エポキシ化合物、ビスフェノールフルオレン型エポキシ化合物、フェノールノボラック型エポキシ化合物、クレゾールノボラック型エポキシ化合物、フェノールアラルキル型エポキシ化合物、ナフタレン骨格を含むフェノールノボラック化合物(例えば日本化薬社製「NC-7000L」)、ナフトールアラルキル型エポキシ化合物、トリスフェノールメタン型エポキシ化合物、テトラキスフェノールエタン型エポキシ化合物、多価アルコールのグリシジルエーテル、多価カルボン酸のグリシジルエステル、メタクリル酸とメタクリル酸グリシジルの共重合体に代表される(メタ)アクリル酸グリシジルをユニットとして含む(メタ)アクリル基を有するモノマーの共重合体、3’,4’-エポキシシクロヘキシルメチル3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレートに代表される脂環式エポキシ化合物、ジシクロペンタジエン骨格を有する多官能エポキシ化合物(例えばDIC社製「HP-7200シリーズ」)、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(例えばダイセル社製「EHPE3150」)、エポキシ化ポリブタジエン(例えば日本曹達社製「NISSO-PB・JP-100」)、シリコーン骨格を有するエポキシ化合物等が含まれる。なお、エポキシ化合物は、1種のみを単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
また、エポキシ化合物を配合する場合には、必要に応じて、多価カルボン酸、多価カルボン酸の無水物および多価カルボン酸の熱分解性エステルからなる群より選ばれるエポキシ化合物の硬化剤や、エポキシ化合物の硬化促進剤、硬化触媒または潜在性硬化剤等として知られる公知の硬化を促進する化合物を利用できる。
また、エポキシ化合物を配合する場合には、必要に応じて、多価カルボン酸、多価カルボン酸の無水物および多価カルボン酸の熱分解性エステルからなる群より選ばれるエポキシ化合物の硬化剤や、エポキシ化合物の硬化促進剤、硬化触媒または潜在性硬化剤等として知られる公知の硬化を促進する化合物を利用できる。
また、本発明の感光性樹脂組成物で塗布製膜して用いる場合の溶液の固形分濃度については特に制限はないが、例えば、カラーフィルターの保護膜用途としては、溶剤以外の成分の合計量である固形分濃度が10~30質量%の範囲に調整されることが一般的である。また、カラーフィルターの保護膜の平坦性を高めるため、常圧における沸点が150℃未満の溶剤40~90質量%及び常圧における沸点が150℃以上の溶剤10~60質量%を併用して、感光性樹脂組成物の乾燥性を制御することが好ましい。また、溶剤を除いた固形分(固形分には硬化後に固形分となるモノマーを含む)中に、(A)~(C)成分が合計で80質量%、好ましくは90質量%以上含むことが望ましい。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70~90質量%の範囲で含まれるようにするのがよい。
本発明における保護膜は、上記の感光性樹脂組成物を以下のようなフォトリソグラフィー法により硬化させて形成することができる。先ず、感光性樹脂組成物をガラス基板、プラスチック基板等およびそれらの上にカラーフィルターの画素パターンやTFT等の画素駆動用の電極パターンを形成した基板の上に塗布し、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皮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、更に後硬化としてポストベーク(熱焼成)を行う方法が挙げられる。
感光性樹脂組成物の溶液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。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、皮膜が形成される。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1~5分間行われる。
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。
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。
現像後、好ましくは80~250℃の温度(基板の耐熱温度を超えないように設定)及び20~90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樹脂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。ポストベークの熱処理条件のより好ましい範囲は、温度180~230℃、加熱時間30~60分である。本発明のパターニングされた樹脂膜は、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。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明の感光性樹脂組成物の調製例から説明し、当該感光性樹脂組成物を用いて形成した塗膜の評価結果を説明する。
先ず、フルオレン型樹脂(A)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。
[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2時間加熱した後の重量〔W2(g)〕から次式より求めた。
固形分濃度(重量%)=100×(W2-W0)/(W1-W0)
[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2時間加熱した後の重量〔W2(g)〕から次式より求めた。
固形分濃度(重量%)=100×(W2-W0)/(W1-W0)
[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。
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。
[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。
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。
また、合成例で使用する略号は次のとおりである。
BPFE:ビスフェノールフルオレン型エポキシ化合物〔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。エポキシ当量250g/eq〕
AA:アクリル酸
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
TEAB:臭化テトラエチルアンモニウム
BPDA:3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
THPA:テトラヒドロ無水フタル酸
MAA:メタクリル酸
MMA:メタクリル酸メチル
CHMA:メタクリル酸シクロヘキシル
AIBN:アゾビスイソブチロニトリル
GMA:グリシジルメタクリレート
TPP:トリフェニルホスフィン
TBPC:2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール
BPFE:ビスフェノールフルオレン型エポキシ化合物〔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。エポキシ当量250g/eq〕
AA:アクリル酸
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
TEAB:臭化テトラエチルアンモニウム
BPDA:3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
THPA:テトラヒドロ無水フタル酸
MAA:メタクリル酸
MMA:メタクリル酸メチル
CHMA:メタクリル酸シクロヘキシル
AIBN:アゾビスイソブチロニトリル
GMA:グリシジルメタクリレート
TPP:トリフェニルホスフィン
TBPC:2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール
<フルオレン型樹脂(A)の合成>
[合成例1]
還留冷却器付き500ml四つ口フラスコ中にBPFE 114.4g(0.23モル)、AA 33.2g(0.46モル)、PGMEA 157g及びTEAB 0.48gを仕込み、100~105℃で加熱下に20時間撹拌して反応させた。次いで、フラスコ内にBPDA 35.3g(0.12モル)、THPA 18.3g(0.12モル)を仕込み、120~125℃で6時間撹拌し、フルオレン型樹脂(A1)を得た。得られた樹脂溶液の固形分濃度は56.1質量%、酸価(固形分換算)は103mgKOH/g、GPC分析によるMwは3600であった。
[合成例1]
還留冷却器付き500ml四つ口フラスコ中にBPFE 114.4g(0.23モル)、AA 33.2g(0.46モル)、PGMEA 157g及びTEAB 0.48gを仕込み、100~105℃で加熱下に20時間撹拌して反応させた。次いで、フラスコ内にBPDA 35.3g(0.12モル)、THPA 18.3g(0.12モル)を仕込み、120~125℃で6時間撹拌し、フルオレン型樹脂(A1)を得た。得られた樹脂溶液の固形分濃度は56.1質量%、酸価(固形分換算)は103mgKOH/g、GPC分析によるMwは3600であった。
[合成例2]
還留冷却器付き1Lの四つ口フラスコ中に、BPFE 219.9g(0.45モル)、AA64.9g(0.9モル)、TPP 0.45g、及びPGMEA 294gを仕込み、100~105℃の加熱下で12時間撹拌し、反応生成物を得た。
次いで、得られた反応生成物にBPDA 94.15g(0.32モル)及びTHPA 3.04g(0.02モル)を仕込み、115~120℃の加熱下で6時間撹拌し、フルオレン型樹脂(A2)を得た。得られた樹脂溶液の固形分濃度は56.5質量%であり、酸価(固形分換算)は97mgKOH/gであり、GPC分析によるMwは5500であった。
還留冷却器付き1Lの四つ口フラスコ中に、BPFE 219.9g(0.45モル)、AA64.9g(0.9モル)、TPP 0.45g、及びPGMEA 294gを仕込み、100~105℃の加熱下で12時間撹拌し、反応生成物を得た。
次いで、得られた反応生成物にBPDA 94.15g(0.32モル)及びTHPA 3.04g(0.02モル)を仕込み、115~120℃の加熱下で6時間撹拌し、フルオレン型樹脂(A2)を得た。得られた樹脂溶液の固形分濃度は56.5質量%であり、酸価(固形分換算)は97mgKOH/gであり、GPC分析によるMwは5500であった。
<アクリルポリマーの合成>
[合成例3]
後述の比較例で用いるアクリルポリマーを以下の手順で合成した。
窒素導入管及び還流管付き1000ml四つ口フラスコ中にMAA51.65g(0.60モル)、MMA36.04g(0.36モル)、CHMA40.38g(0.24モル)、AIBN5.91g、及びPGMEA360gを仕込み、80~85℃で窒素気流下、8時間撹拌して重合させた。更に、フラスコ内にGMA61.41g(0.43モル)、TPP2.27g及びTBPC0.086gを仕込み、80~85℃で16時間撹拌し、樹脂溶液を得た。得られた樹脂溶液の固形分濃度は35.7質量%、酸価(固形分換算)は50mgKOH/g、GPC分析によるMwは19600であった。
[合成例3]
後述の比較例で用いるアクリルポリマーを以下の手順で合成した。
窒素導入管及び還流管付き1000ml四つ口フラスコ中にMAA51.65g(0.60モル)、MMA36.04g(0.36モル)、CHMA40.38g(0.24モル)、AIBN5.91g、及びPGMEA360gを仕込み、80~85℃で窒素気流下、8時間撹拌して重合させた。更に、フラスコ内にGMA61.41g(0.43モル)、TPP2.27g及びTBPC0.086gを仕込み、80~85℃で16時間撹拌し、樹脂溶液を得た。得られた樹脂溶液の固形分濃度は35.7質量%、酸価(固形分換算)は50mgKOH/g、GPC分析によるMwは19600であった。
(感光性樹脂組成物の作製)
表1に示す組成によって配合を行い、室温で3時間攪拌混合して固形分成分を溶剤に溶解させ、感光性樹脂組成物を作製した。組成の数値は質量部である。
表1に示す組成によって配合を行い、室温で3時間攪拌混合して固形分成分を溶剤に溶解させ、感光性樹脂組成物を作製した。組成の数値は質量部である。
感光性樹脂組成物として、実施例および比較例の配合に使用した成分を以下に示す。
<(A)フルオレン型樹脂>
A1:合成例1で得られた樹脂
A2:合成例2で得られた樹脂
<アクリルポリマー>
合成例3で得られた樹脂溶液
<(B)光重合性モノマー>
・B1:EO(エチレンオキサイド)変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート(共栄社化学製 商品名:ライトアクリレートBP-4EAL)
・B2:トリシクロ[5.2.1.02,6]デカンジメタノールジアクリラート(共栄社化学製 商品名:ライトアクリレートDCP-A)
<多官能モノマー>
・ジペンタエリスリトールペンタアクリレートとヘキサアクリレートとの混合物(日本化薬(株)製 商品名:KAYARAD DPHA)
<(C)光重合開始剤>
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)(BASFジャパン社製、製品名イルガキュアOXE02)
<カップリング剤>
KBE-585:3-ウレイドプロピルトリアルコキシシラン
<界面活性剤>
SH3775M:ポリエーテル変性シリコーン(ダウ・ケミカル社製)
<溶剤>
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
DMDG:ジエチレングリコールジメチルエーテル
EDM:ジエチレングリコールエチルメチルエーテル
<(A)フルオレン型樹脂>
A1:合成例1で得られた樹脂
A2:合成例2で得られた樹脂
<アクリルポリマー>
合成例3で得られた樹脂溶液
<(B)光重合性モノマー>
・B1:EO(エチレンオキサイド)変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート(共栄社化学製 商品名:ライトアクリレートBP-4EAL)
・B2:トリシクロ[5.2.1.02,6]デカンジメタノールジアクリラート(共栄社化学製 商品名:ライトアクリレートDCP-A)
<多官能モノマー>
・ジペンタエリスリトールペンタアクリレートとヘキサアクリレートとの混合物(日本化薬(株)製 商品名:KAYARAD DPHA)
<(C)光重合開始剤>
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)(BASFジャパン社製、製品名イルガキュアOXE02)
<カップリング剤>
KBE-585:3-ウレイドプロピルトリアルコキシシラン
<界面活性剤>
SH3775M:ポリエーテル変性シリコーン(ダウ・ケミカル社製)
<溶剤>
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
DMDG:ジエチレングリコールジメチルエーテル
EDM:ジエチレングリコールエチルメチルエーテル
評価は以下のように行った。
〔弾性率(ヤング率)および伸度〕
表1における各感光性樹脂組成物を無アルカリガラス基板(厚さ0.7mm)にスピンコーターを用いて塗布し、90℃のホットプレートで2分間乾燥させて試験片を作製した。このとき、膜厚50μmの硬化膜が得られるように塗布条件(スピン回転数)を調節した。次にi線照度30mW/cm2の超高圧水銀ランプで50mJ/cm2の紫外線を照射して、光硬化反応を行った。その後試験片を230℃の熱風オーブンで30分間焼成し、無アルカリガラス基板から剥がして、硬化膜を得た。この硬化膜8mm×80mmをサンプルとして、テンシロン万能試験機(A&D社製、商品名MCT-2150)を用い、引張速度10mm/minで引張試験を行い、弾性率(ヤング率)(MPa)および引張伸度(%)を求めた。結果を以下の表2に示す。
〔弾性率(ヤング率)および伸度〕
表1における各感光性樹脂組成物を無アルカリガラス基板(厚さ0.7mm)にスピンコーターを用いて塗布し、90℃のホットプレートで2分間乾燥させて試験片を作製した。このとき、膜厚50μmの硬化膜が得られるように塗布条件(スピン回転数)を調節した。次にi線照度30mW/cm2の超高圧水銀ランプで50mJ/cm2の紫外線を照射して、光硬化反応を行った。その後試験片を230℃の熱風オーブンで30分間焼成し、無アルカリガラス基板から剥がして、硬化膜を得た。この硬化膜8mm×80mmをサンプルとして、テンシロン万能試験機(A&D社製、商品名MCT-2150)を用い、引張速度10mm/minで引張試験を行い、弾性率(ヤング率)(MPa)および引張伸度(%)を求めた。結果を以下の表2に示す。
(耐屈曲性)
表1における各感光性樹脂組成物をカプトン100H(東レ・デュポン社製、厚さ25μm)にスピンコーターを用いて塗布し、90℃のホットプレートで2分間乾燥させて試験片を作製した。このとき、膜厚10μmの硬化膜が得られるように塗布条件(スピン回転数)を調節した。次にi線照度30mW/cm2の超高圧水銀ランプで50mJ/cm2の紫外線を照射して、光硬化反応を行った。その後試験片を230℃の熱風オーブンで30分間焼成し、硬化膜を得た。この硬化膜8mm×80mmをサンプルとして、直径3mmΦのSUS製の円筒に対して、サンプルのカプトン100H側が円筒に沿うように屈曲角が180度(U字状)となるまで巻き付け、塗布膜のクラックの発生状況を目視にて観察した。
○:クラックが発生しない
△:クラックが発生する
×:巻き付け中に割れ(大きなクラック)が発生する
表1における各感光性樹脂組成物をカプトン100H(東レ・デュポン社製、厚さ25μm)にスピンコーターを用いて塗布し、90℃のホットプレートで2分間乾燥させて試験片を作製した。このとき、膜厚10μmの硬化膜が得られるように塗布条件(スピン回転数)を調節した。次にi線照度30mW/cm2の超高圧水銀ランプで50mJ/cm2の紫外線を照射して、光硬化反応を行った。その後試験片を230℃の熱風オーブンで30分間焼成し、硬化膜を得た。この硬化膜8mm×80mmをサンプルとして、直径3mmΦのSUS製の円筒に対して、サンプルのカプトン100H側が円筒に沿うように屈曲角が180度(U字状)となるまで巻き付け、塗布膜のクラックの発生状況を目視にて観察した。
○:クラックが発生しない
△:クラックが発生する
×:巻き付け中に割れ(大きなクラック)が発生する
(吸湿性)
上記弾性率の評価と同様にサンプル8mm×80mmを準備した。次にこのサンプルを恒温恒室装置(エスペック製 環境試験機SH-221)中、85℃、湿度85%RH環境下において24時間静置し吸湿させた。その後、この硬化膜を10mg削り取ってサンプリングし、これを窒素雰囲気下、室温から150℃まで10℃/分で昇温して150℃において20分保持した際の重量減少量を膜の吸湿による重量変化として、熱重量分析装置(商品名株式会社リガク社製 示差熱天秤 Thermo plus EVO2)にて測定し、次の基準により3段階評価を行った。
◎ :重量減少が0.5%未満
○ :重量減少が0.5%以上2%未満
△ :重量減少が2%以上3%未満
× :重量減少が3%以上
上記弾性率の評価と同様にサンプル8mm×80mmを準備した。次にこのサンプルを恒温恒室装置(エスペック製 環境試験機SH-221)中、85℃、湿度85%RH環境下において24時間静置し吸湿させた。その後、この硬化膜を10mg削り取ってサンプリングし、これを窒素雰囲気下、室温から150℃まで10℃/分で昇温して150℃において20分保持した際の重量減少量を膜の吸湿による重量変化として、熱重量分析装置(商品名株式会社リガク社製 示差熱天秤 Thermo plus EVO2)にて測定し、次の基準により3段階評価を行った。
◎ :重量減少が0.5%未満
○ :重量減少が0.5%以上2%未満
△ :重量減少が2%以上3%未満
× :重量減少が3%以上
(発ガス性)
上記弾性率の評価と同様に硬化膜を準備した。その硬化膜を10mg削り取ってサンプリングし、これを大気気流下、室温から120℃を10℃/分で昇温して120℃において30分保持後、120℃から230℃を10℃/分で230℃にて3時間保持した際の重量減少を、熱重量分析装置(商品名株式会社リガク社製 示差熱天秤 Thermo plus EVO2)で測定し、次の基準により3段階評価を行った。
◎ :重量減少が5%未満
○ :重量減少が5%以上7%未満
△ :重量減少が7%以上10%未満
× :重量減少が10%以上
上記弾性率の評価と同様に硬化膜を準備した。その硬化膜を10mg削り取ってサンプリングし、これを大気気流下、室温から120℃を10℃/分で昇温して120℃において30分保持後、120℃から230℃を10℃/分で230℃にて3時間保持した際の重量減少を、熱重量分析装置(商品名株式会社リガク社製 示差熱天秤 Thermo plus EVO2)で測定し、次の基準により3段階評価を行った。
◎ :重量減少が5%未満
○ :重量減少が5%以上7%未満
△ :重量減少が7%以上10%未満
× :重量減少が10%以上
Claims (5)
- 以下の(A-1)および/又は(A-2)を5質量%以上含有し、伸度が1.5%以上であることを特徴とする保護膜。
〔ここで、(A-1)は、下記一般式(1)で表されるエポキシ化合物に、(メタ)アクリル酸、下記一般式(2)で表される化合物又は下記一般式(3)で表される化合物を反応させて得られるエポキシ(メタ)アクリレート化合物であり、(A-2)は、当該エポキシ(メタ)アクリレート化合物に、さらに多価カルボン酸又はその酸無水物を反応させて得られるエポキシ(メタ)アクリレート酸付加物である。〕
- 膜厚が0.1~100μmであることを特徴とする請求項1に記載の保護膜。
- 請求項1又は2に記載の保護膜であって、2個の重合性不飽和基を有する光重合性モノマーを10質量%以上含有し、伸度が2%以上であることを特徴とする保護膜。
- 伸度が1.5%以上の保護膜を形成するための感光性樹脂組成物であって、
(A)以下の(A-1)および/又は(A-2)を10~88質量%〔ここで、(A-1)は、下記一般式(1)で表されるエポキシ化合物に、(メタ)アクリル酸、下記一般式(2)で表される化合物又は下記一般式(3)で表される化合物を反応させて得られるエポキシ(メタ)アクリレート化合物であり、(A-2)は、当該エポキシ(メタ)アクリレート化合物に、さらに多価カルボン酸又はその酸無水物を反応させて得られるエポキシ(メタ)アクリレート酸付加物である。〕、
(B)2個の重合性不飽和基を有する光重合性モノマーを10~88質量%、及び
(C)光重合開始剤を含有し、
前記A成分とB成分との合計量100質量部に対して、C成分が1~60質量部含有されることを特徴とする感光性樹脂組成物。
- 請求項4に記載の感光性樹脂組成物を硬化させた保護膜を含む表示装置。
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2020
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