JP2022061912A - 重合性組成物、硬化物、表示装置及び硬化物の製造方法 - Google Patents

重合性組成物、硬化物、表示装置及び硬化物の製造方法 Download PDF

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智仁 石黒
Tomohito Ishiguro
朗 樋口
Akira Higuchi
祐也 中田
Yuya Nakata
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Abstract

【課題】低温硬化性に加えて、保存安定性を有し、且つ高精細のパターニングが可能な重合性組成物を提供する。【解決手段】3級アミン化合物又はその塩(A)、環状エーテル化合物(B)、アルカリ現像性樹脂(C)、重合開始剤(D)及び上記環状エーテル化合物と反応可能な活性水素を有する化合物(E)を含有する重合性組成物。3級アミン化合物が下記一般式(I)で表される化合物であることが好ましい。TIFF2022061912000029.tif31142(R101、R102及びR103は、それぞれ独立に、炭素原子数2~10の複素環基、複素環を含有する炭素原子数3~20の基、炭素原子数1~20の炭化水素基等を表し、R104は、水素原子又は炭素原子数1~20の炭化水素基である。)【選択図】なし

Description

本発明は、環状エーテル化合物、アルカリ現像性樹脂及び重合開始剤を含有する重合性組成物、及び該重合性組成物から得られる硬化物及びその製造方法並びに硬化物を用いた表示装置に関する。
従来、環状エーテル化合物、アルカリ現像性樹脂及び重合開始剤を含有する重合性組成物は、ソルダーレジスト、カラーフィルタ、ブラックマトリックス、ブラックカラムスペーサー等の種々の用途に用いられている。
例えば特許文献1には、耐熱温度が140℃以下の基板上に、感光性樹脂組成物を塗布し、フォトマスクを介して露光して、現像により未露光部を除去し、次いで140℃以下で加熱して所定の樹脂膜パターンを形成させて樹脂膜付き基板を製造するため使用される感光性樹脂組成物であって、
(A)不飽和基含有アルカリ可溶性樹脂、
(B)少なくとも2個のエチレン性不飽和結合を有する光重合性モノマー、
(C)エポキシ化合物、
(D)エポキシ化合物の硬化剤および/又は硬化促進剤、
(E)光重合開始剤、
(F)溶剤、
を含み、F成分を除く固形分中にC成分とD成分の合計量が6~24質量%であることを特徴とする感光性樹脂組成物が記載されている。
特許文献1には同文献記載の組成物が低温硬化性を有すると記載されている。
特開2019-70720号公報
しかしながら、環状エーテル化合物、アルカリ現像性樹脂及び重合開始剤を含有し、低温硬化性及び保存安定性を有し、且つ高精細のパターニングが可能な重合性組成物は従来得られていなかった
本発明の目的は、上記従来技術が有する課題を解決することにあり、低温硬化性に加えて、保存安定性を有し、且つ高精細のパターニングが可能な重合性組成物、その硬化物及び硬化物の製造方法並びに当該硬化物を用いた表示装置を提供することにある。
本発明は、鋭意検討の末、下記[1]~[11]を提供することにより、上記目的を達成したものである。
[1] 3級アミン化合物又はその塩(A)、
環状エーテル化合物(B)、
アルカリ現像性樹脂(C)、
重合開始剤(D)及び
上記環状エーテル化合物と反応可能な活性水素を有する化合物(E)を含有する重合性組成物。
[2] 3級アミン化合物が下記一般式(I)で表される化合物である[1]に記載の重合性組成物。
Figure 2022061912000001
(式中、R101、R102及びR103は、それぞれ独立に、炭素原子数2~10の複素環基、複素環を含有する炭素原子数3~20の基、炭素原子数1~20の炭化水素基又は炭素原子数1~20の炭化水素基中のメチレン基の1つ若しくは2つ以上が、下記<群A>より選ばれる2価の基に置換された基を表し、
<群A>は、-O-、-S-、-NR104-、-CO-、-O-CO-、-CO-O-及び-SO-であり、
104は、水素原子又は炭素原子数1~20の炭化水素基であり、R104が複数存在する場合、それらは、それぞれ独立に同じであっても異なっていてもよい。)
[3] 環状エーテル化合物(B)がエポキシ化合物である[1]又は[2]に記載の重合性組成物。
[4] アルカリ現像性樹脂(C)が、
下記一般式(II)で表されるエポキシ化合物に不飽和一塩基酸を付加させた構造を有するエポキシ付加化合物と、多塩基酸無水物とのエステル化反応により得られる構造を有する不飽和化合物である、[1]~[3]の何れか一項に記載の重合性組成物。
Figure 2022061912000002
(式中、Mは直接結合、-O-、-S-、-SO2-、-SS-、-SO-、-CO-、-OCO-、炭素原子数1~20の炭化水素基、又は、該炭化水素基中の1つ若しくは2つ以上のメチレン基が不飽和結合、-O-若しくは-S-で置換された基を表すか、或いは下記式(a)、(b)、(c)及び(d)で表される群から選ばれる基を表し、
、R、R、R、R、R、R及びR(以下、「R~R」とも記載する。)は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1~20の炭化水素基、又は、該炭化水素基中の1つ若しくは2つ以上のメチレン基が不飽和結合、-O-若しくは-S-で置換された基を表し、
nは0~10の数であり、
n≧1の場合、複数存在するR~R及びMは、それぞれ、同一である場合もあり、異なる場合もある。)
Figure 2022061912000003
(式中、Rは、炭素原子数1~20の炭化水素基を表し、
10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37及びR38(以下「R10~R38」とも記載する。)は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1~20の炭化水素基、炭素原子数2~10の複素環基、複素環を含有する炭素原子数3~20の基、又は、該炭化水素基若しくは該炭素原子数3~20の基中の1つ若しくは2つ以上のメチレン基が、不飽和結合、-O-若しくは-S-で置換された基を表し、
10とR11、R11とR12、R12とR13、R13とR14、R22とR15、R15とR16、R30とR23、R23とR24、R24とR25、R38とR31、R31とR32、R32とR33、R34とR35、R35とR36及びR36とR37は結合して環を形成する場合があり、
式(a)、(b)、(c)及び(d)で表される基中の*は、結合手を表す。)
[5] 重合開始剤(D)が、下記一般式(III)で表される基を有する重合開始剤である[1]~[4]の何れか一項に記載の重合性組成物。
Figure 2022061912000004
(式中、R41及びR42は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素原子数1~20の炭化水素基、炭素原子数2~10の複素環基、複素環を含有する炭素原子数3~20の基、又は、該炭化水素基若しくは該炭素原子数3~20の基中の1つ若しくは2つ以上のメチレン基が下記<群B>で置換された基を表し、
<群B>は、-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、-NR43-、-NR43CO-、-S-、-CS-、-SO-、-SCO-、-COS-、-OCS-及びCSO-であり、
43は、水素原子又は炭素原子数1~20の炭化水素基を表し、
m1は0又は1を表し、
式中の*は、結合手を表す。)
[6] 上記環状エーテル化合物と反応可能な活性水素を有する化合物(E)が、チオール化合物である[1]~[5]の何れか一項に記載の重合性組成物。
[7] 更に着色剤(F)を含有する[1]~[6]の何れか一項に記載の重合性組成物。
[8] 更に分子量1,000以下のエチレン性不飽和化合物(G)を含有する[1]~[7]の何れか一項に記載の重合性組成物からなる重合性組成物。
[9] [1]~[8]の何れか一項に記載の重合性組成物の硬化物。
[10] [9]に記載の硬化物を含有する表示装置。
[11] [9]に記載の重合性組成物を用いて硬化物を製造する方法。
本発明の重合性組成物は、保存安定性に優れ、高精度のパターニングが可能でありながら、従来得難かった優れた低温硬化性を有し、製造工程の省エネルギー化に寄与する。また耐熱性の弱い部材へも適応できることから、OLEDや量子ドットデバイス用のパターニング材料として有用である。
以下、本発明の重合性組成物について好ましい実施形態に基づき詳細に説明する。
本発明の重合性組成物は、3級アミン化合物又はその塩(A)、環状エーテル化合物(B)、アルカリ現像性樹脂(C)、重合開始剤(D)及び上記環状エーテル化合物と反応可能な活性水素を有する化合物(E)を含有する。
本発明者は環状エーテル化合物、アルカリ現像性樹脂及び重合開始剤を有する重合性組成物において低温硬化性が得られる構成について鋭意検討した。その結果、驚くべきことに、特定のアミン化合物及び環状エーテル化合物と反応可能な活性水素を有する化合物と組み合わせて用いることで、高精細なパターニングが可能であり且つ保存安定性を維持しながら、従来得難かった顕著な低温硬化性が得られることを知見した。本発明は、例えばブラックカラムスペーサー用途やブラックマトリクス用途、カラーレジスト用途において、従来200~250℃必要であった硬化温度を100℃程度に抑えることができることから製造工程の省エネルギー化、従来不可能であった非耐熱性部材の適用を可能にするものである。
各成分について以下、順に説明する。
<3級アミン化合物又はその塩(A)>
本発明において3級アミン化合物とは、一つの窒素原子が異なる3つの炭素原子と結合した化合物を指す。3級アミン化合物又はその塩(A)(以下、「(A)成分」とも記載する。)は、脂肪族3級アミン化合物又はその塩及び芳香族3級アミン化合物又はその塩が知られているが、低温硬化性、保存安定性の効果が高い点から、芳香族3級アミン化合物又はその塩であることが好ましい。同様の理由から、(A)成分としては、複素環式芳香族3級アミン化合物又はその塩であることがより好ましく、アゾール類である複素環式芳香族化合物又はその塩であることが更に一層好ましく、イミダゾール化合物又はその塩であることが特に好ましい。イミダゾール化合物である3級アミン化合物の好適な例としては、イミダゾール環上の二つの窒素原子のうち一方に炭化水素基等が結合し、他方の窒素原子には結合していない化合物が挙げられる。炭化水素基等とは、炭素原子によりイミダゾール環の窒素原子と結合する基であり、例えば、炭素原子数2~10の複素環基、複素環を含有する炭素原子数3~20の基、炭素原子数1~20の炭化水素基又は炭素原子数1~20の炭化水素基中のメチレン基の1つまたは2つ以上が、下記<群A>より選ばれる2価の基に置換された基が挙げられる。3級アミン化合物の塩としては、3級アミン化合物の有機酸塩、無機酸塩が挙げられる。有機酸塩としては、ステアリン酸、ベヘン酸等のカルボン酸塩、スルホン酸塩等が挙げられ、無機酸塩としては、硫酸塩、塩酸塩、硝酸塩、リン酸塩等が挙げられる。
低温硬化性に優れ、且つ、保存安定性の効果が高い点から、最も好ましくは、3級アミン化合物は下記一般式(I)で表される化合物である。
Figure 2022061912000005
(式中、R101、R102及びR103は、それぞれ独立に、炭素原子数2~10の複素環基、複素環を含有する炭素原子数3~20の基、炭素原子数1~20の炭化水素基又は炭素原子数1~20の炭化水素基中のメチレン基の1つまたは2つ以上が、下記<群A>より選ばれる2価の基に置換された基を表し、
<群A>は、-O-、-S-、-NR104-、-CO-、-O-CO-、-CO-O-及び-SO-であり、
104は、水素原子又は炭素原子数1~20の炭化水素基であり、R104が複数存在する場合、それらは、それぞれ独立に同じであっても異なっていてもよい。)
101、R102、R103及びR104で表される炭素原子数1~20の炭化水素基としては、炭素原子数1~20の直鎖又は分岐の鎖状アルキル基、炭素原子数2~20のアルケニル基、炭素原子数3~20のシクロアルキル基及び炭素原子数4~20のシクロアルキルアルキル基等の脂肪族炭化水素基、炭素原子数6~20のアリール基及び炭素原子数7~20のアリールアルキル基等の芳香族炭化水素基が挙げられる。
炭素原子数1~20の直鎖又は分岐の鎖状アルキル基としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、s-ブチル、t-ブチル、アミル、イソアミル、t-アミル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、イソオクチル、2-エチルヘキシル、t-オクチル、ノニル、イソノニル、デシル、イソデシル、ウンデシル、ドデシル、テトラデシル、ヘキサデシル、オクタデシル及びイコシル等が挙げられる。
炭素原子数2~20のアルケニル基としては、ビニル、2-プロペニル、3-ブテニル、2-ブテニル、4-ペンテニル、3-ペンテニル、2-ヘキセニル、3-ヘキセニル、5-ヘキセニル、2-ヘプテニル、3-ヘプテニル、4-ヘプテニル、3-オクテニル、3-ノネニル、4-デセニル、3-ウンデセニル、4-ドデセニル、3-シクロヘキセニル等が挙げられる。
炭素原子数3~20のシクロアルキル基としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、シクロデシル、アダマンチル、デカハイドロナフチル、オクタヒドロペンタレン、ビシクロ[1.1.1]ペンタニル及びテトラデカヒドロアントラセニル等が挙げられる。
炭素原子数4~20のシクロアルキルアルキル基としては、シクロプロピルメチル、シクロブチルメチル、シクロペンチルメチル、シクロヘキシルメチル、シクロヘプチルメチル、シクロオクチルメチル、シクロノニルメチル、シクロデシルメチル、2-シクロブチルエチル、2-シクロペンチルエチル、2-シクロヘキシルエチル、2-シクロヘプチルエチル、2-シクロオクチルエチル、2-シクロノニルエチル、2-シクロデシルエチル、3-シクロブチルプロピル、3-シクロペンチルプロピル、3-シクロヘキシルプロピル、3-シクロヘプチルプロピル、3-シクロオクチルプロピル、3-シクロノニルプロピル、3-シクロデシルプロピル、4-シクロブチルブチル、4-シクロペンチルブチル、4-シクロヘキシルブチル、4-シクロヘプチルブチル、4-シクロオクチルブチル、4-シクロノニルブチル、4-シクロデシルブチル、3-3-アダマンチルプロピル及びデカハイドロナフチルプロピル等が挙げられる。
炭素原子数6~20のアリール基としては、フェニル、2-メチルフェニル、3-メチルフェニル、4-メチルフェニル、3-エチルフェニル、2-フルオロフェニル、3-フルオロフェニル等を挙げることができる。
炭素原子数7~20のアリールアルキル基としては、上述したアルキル基中の水素原子の1又は2以上を上述したアリール基で置換した基が挙げられる。具体的にはベンジル、フルオレニル、インデニル、9-フルオレニルメチル、α-メチルベンジル、α,α-ジメチルベンジル、フェニルエチル及びナフチルプロピルやこれらの環中の水素原子が上記の脂肪族炭化水素基で置換された基等が挙げられる。
101、R102及びR103で表される複素環基とは、複素環式化合物から水素原子を1つ除いた基を意味する。
上記複素環基としては、特に限定されるものではないが、例えば、ピロリル、ピリジル、ピリジルエチル、ピリミジル、ピリダジル、ピペラジル、ピペリジル、ピラニル、ピラニルエチル、ピラゾリル、トリアジニル、トリアジニルメチル、ピロリジル、キノリル、イソキノリル、キノキサリル、キナゾリル、シンノリル、フタラジル、プリル、イミダゾリル、ベンゾイミダゾリル、トリアゾリル、フリル、フラニル、ベンゾフラニル、チエニル、チオフェニル、ベンゾチオフェニル、チアジアゾリル、チアゾリル、ベンゾチアゾリル、オキサゾリル、イソオキサゾリル、インドリル、ベンゾオキサゾリル、ベンゾトリアゾリル、イソチアゾリル、イソオキサゾリル、インドリル、モルフォリニル、チオモルフォリニル、2-ピロリジノン-1-イル、2-ピペリドン-1-イル、2,4-ジオキシイミダゾリジン-3-イル及び2,4-ジオキシオキサゾリジン-3-イルや、イソシアヌル、1、3-ジオキソラニル等が挙げられる。
101、R102及びR103で表される、複素環を含有する炭素原子数3~20の基とは、複素環基と複素環基以外の基が結合した基を意味する。結合箇所は、複素環に位置していても複素環以外の基に位置していても構わない。
上記複素環基以外の基としては、特に限定されるものではないが、例えば炭素原子数1~6の炭化水素基等が挙げられ、複素環を含有する基の炭素原子数が20以下となるのであれば、1つ又は2つ以上の任意の数の結合が可能である。炭素原子数1~6の炭化水素基としては、例えば、上記R101等で表される炭素原子数1~20の炭化水素基として例示した基から水素原子を1つ除いた2価の基のうち所定の炭素原子数を満たすものが挙げられる。
複素環を含有する炭素原子数3~20の基としては、下記の構造を有する基等が挙げられる。
Figure 2022061912000006
(上記式中、Rはそれぞれ独立して、水素原子又は炭素原子数1~6のアルキル基を表し、Zは炭素原子数1~6のアルキレン基を表す。尚、式中の*は、結合手を意味する。複数の環にまたがる結合手はこれらの環のいずれに結合手を有していてもよいことを示す。)
上記式中のRで表される炭素原子数1~6のアルキル基としては、上述したR101等で表される炭素原子数1~20のアルキル基として例示したものの中の炭素原子数1~6のものを挙げることができる。
上記式中のZで表される炭素原子数1~6の20のアルキレン基としては、炭素原子数1~6のアルキル基に対応した2価の基を挙げることができる。
本明細書において、炭化水素基や複素環を含有する基等の所定の基の例示は、炭素原子数が該当すれば、前記所定の基中のメチレン基が<群A>から選ばれる2価の基で置換された基における前記所定の基の例としてすべて該当する。例えば、R101で表される炭素原子数1~20の炭化水素基中のメチレン基の1つまたは2つ以上が、<群A>より選ばれる2価の基に置換された基としては、R101で表される炭素原子数1~20の炭化水素基として上記で挙げた各種の基におけるメチレン基の1つ又は2つ以上が<群A>より選ばれる2価の基に置換された基が挙げられる。このことは、前記所定の基中のメチレン基を後述する<群B>より選ばれる基で置換する場合や、所定の基中のメチレン基を<群III>より選ばれる基で置換する場合、前記所定の基中のメチレン基を不飽和結合、-O-若しくは-S-で置換する場合、及び-O-若しくは-CO-で置換する場合も同様である。
また本明細書において、アルキル基等の炭化水素基又は複素環を含有する基中の2以上のメチレン基を<群A>より選ばれる2価の基で置換する場合、酸素原子が隣り合わないものとし、好ましくは<群A>より選ばれる2価の基同士が隣り合わないものとする。なお前記のメチレン基を、<群B>より選ばれる基で置換する場合や、<群III>より選ばれる基で置換する場合、不飽和結合、-O-若しくは-S-で置換する場合、及び-O-若しくは-CO-で置換する場合も同様である。
101、R102及びR103で表される複素環基、複素環を含有する炭素原子数3~20の基、炭素原子数1~20の炭化水素基及び炭化水素基中のメチレン基が<群A>で選ばれる基で置換されている基は、基中の水素原子が置換されている場合もあり、無置換の場合もある。置換されている場合、置換基としては、下記の置換基群1から選ばれることが好ましい。
置換基群1:アルコキシシリル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、-CO-H、-OH、-SH、-NH、-C(R’)=N-OH、-COOH又は-SOH。
R'は水素原子又は炭素原子数1~8のアルキル基を表し、R'が複数存在する場合、それらは同一であっても異なっていてもよい。
なお、上記置換基群1中のR'に用いられる炭素原子数1~8のアルキル基としては、R101の例として上記で挙げた炭素原子数1~20のアルキル基のうち、所定の炭素原子数のものを用いることができる。
本明細書において、ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
本明細書において、置換基に置換された基の炭素原子数は一般式の注釈の規定内であるものとする。例えば、R101で表される炭素原子数1~20の炭化水素基中の水素原子が置換基として炭素原子を含有する基で置換された場合、置換された炭化水素基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めて式(I)の注釈におけるR101で表される炭化水素基の炭素原子数である1~20であるものとする。
本発明の重合性組成物において、一般式(I)で表される3級アミン化合物としては、以下の化合物が好ましい。
活性部位の濃度の点から、一般式(I)においてR101は炭素原子数1~20の炭化水素基であることが好ましく、炭素原子数1~20のアルキル基であることがより好ましく、炭素原子数1~10のアルキル基であることが更に好ましく、炭素原子数1~5のアルキル基であることが更に一層好ましく、炭素原子数1~3のアルキル基であることが特に好ましく、メチル基であることが最も好ましい。
保存安定性に優れ、且つ低温硬化性に優れる点から、一般式(I)におけるR102は炭素原子数1~20の炭化水素基又は該炭化水素基中においてメチレン基が<群A>から選ばれる基で置換された基であることが好ましく、炭素原子数2~20の炭化水素基又は該炭化水素基中の結合箇所以外のメチレン基が<群A>から選ばれる基で置換された基であることが好ましい。とりわけ炭素原子数2~20のアルキル基中のメチレン基が-COO―で置換された基であることが、保存安定性に優れ、特に低温硬化性にも優れることから好ましい。この観点から、R102は、下記式(α)で表される基であることが更に一層好ましい。
Figure 2022061912000007
(式中、Lは炭素原子数1~4のアルキレン基であり、Xは-CO-O-又は-O-CO-であり、Lは炭素原子数3~18のアルキル基である。)
とりわけ保存安定性、及び低温硬化性の点からLで表されるアルキレン基の炭素原子数は2~3が好ましく、1,2-エタンジイル基が最も好ましい。また溶解性の点からLは炭素原子数3~17のアルキル基であることが好ましく、炭素原子数3~12の分岐状のアルキル基であることがより好ましく、炭素原子数5~10の分岐状のアルキル基であることが特に好ましく、炭素原子数7~9の分岐状のアルキル基であることが最も好ましい。
更に活性部位の濃度と溶解性の点から一般式(I)においてR103は炭素原子数1~20の炭化水素基であることが好ましく、炭素原子数1~20のアルキル基であることがより好ましく、炭素原子数1~10のアルキル基であることが更に好ましく、炭素原子数1~5のアルキル基であることが更に一層好ましく、炭素原子数1~3のアルキル基であることが特に好ましく、エチル基であることが最も好ましい。
一般式(I)で表される3級アミン化合物の具体例としては、以下No.1~No.14で表される化合物が挙げられる。
Figure 2022061912000008
Figure 2022061912000009
3級アミン化合物又はその塩(A)の含有量は、環状エーテル化合物(B)100質量部に対して、1~30質量部が好ましく、3~25質量部がより好ましく、5~20質量部が特に好ましい。3級アミン化合物又はその塩(A)の含有量が、上記範囲内である重合性組成物は保存安定性、低温硬化性のバランスに優れ高精細なパターニングも容易であることから好ましい。
3級アミン化合物又はその塩(A)の含有量は、アルカリ現像性樹脂(C)100質量部に対し、0.1~10質量部が好ましく、0.2~5質量部がより好ましく、0.5~3質量部が特に好ましい。3級アミン化合物又はその塩(A)の含有量が、上記範囲内である重合性組成物は保存安定性、低温硬化性のバランスに優れ高精細なパターニングも容易であることから好ましい。
3級アミン化合物又はその塩(A)の含有量は、組成物の固形分(但し着色剤を除く)100質量部に対し、0.02~10質量部が好ましく、0.05~5質量部がより好ましく、0.2~1.5質量部が最も好ましい。3級アミン化合物又はその塩(A)の含有量が、上記範囲内である重合性組成物は保存安定性、低温硬化性のバランスに優れ高精細なパターニングも容易であることから好ましい。
<環状エーテル化合物(B)>
環状エーテル化合物(B)は環状エーテル基を有する化合物をいう。
環状エーテル化合物は、上述の3級アミン化合物又はその塩(A)以外の成分として組成物中に含まれるものであり環状エーテル基を有しても、3級アミン化合物又はその塩(A)に該当する化合物は、環状エーテル化合物に該当しないものとする。
環状エーテル基としては、エーテル結合を環構造の中に少なくとも1つ有するものであればよく、エポキシ基、オキセタニル基等を挙げることができる。また環状エーテル基に加えて、エチレン性不飽和基、カルボキシ基、酸無水物構造、フェノール基等の水酸基を有する化合物も環状エーテル化合物に該当するものとする。エチレン性不飽和基としては、アクリロイル基、メタクリロイル基、ビニル基等が挙げられる。
一方、環状エーテル基と共にアルコキシシリル基を有する化合物は、通常、シランカップリング剤に分類されるものであり、上記環状エーテル化合物には該当しないものとする。例えばγ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等のエポキシ基と共にアルコキシシリル基を有する化合物は、通常、シランカップリング剤に分類されるものであり、エポキシ化合物には該当しないものとする。
以下、環状エーテル化合物(B)の具体例を挙げる。
(1)エポキシ化合物
エポキシ化合物としては、環状エーテル化合物のうち、環状エーテル基としてエポキシ基を有する全ての化合物が含まれる。例えば、1分子中にエポキシ基と、オキセタニル基等のその他の環状エーテル基と、を含む化合物は、エポキシ化合物に含まれるものとする。
このようなエポキシ化合物としては、芳香族エポキシ化合物、脂肪族エポキシ化合物及び脂環式エポキシ化合物等が挙げられる。
(1-1)芳香族エポキシ化合物
芳香族エポキシ化合物は、芳香族環及びエポキシ基を有し、シクロアルケンオキサイド構造を有しないものである。
このような芳香族エポキシ化合物としては、少なくとも1個の芳香族炭化水素環を有する化合物も用いることができる。芳香族エポキシ化合物としては、例えばビスフェノールA、ビスフェノールF等の少なくとも1個の芳香族環を有する多価フェノールまたはそのアルキレンオキサイド付加物のポリグリシジルエーテル化物;エポキシノボラック樹脂(フェノールノボラック型エポキシ化合物);レゾルシノールやハイドロキノン、カテコール等の2個以上のフェノール性水酸基を有する芳香族化合物のポリグリシジルエーテル化物;フェニルジメタノールやフェニルジエタノール、フェニルジブタノール等のアルコール性水酸基を2個以上有する芳香族化合物のポリグリシジルエーテル化物;フタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸等の2個以上のカルボン酸を有する多塩基酸芳香族化合物のポリグリシジルエステル;ジビニルベンゼンのジエポキシ化物;N,N-ジグリシジルアニリンやその誘導体等のグリシジルアミン化合物等が挙げられる。また、ゴム成分を含み、かつ、エポキシ基と反応して共有結合を形成可能な基を含む主鎖骨格に、2以上のグリシジルエーテル基を有する芳香族エポキシ化合物を反応させて得られた化合物も挙げられる。
芳香族エポキシ化合物としては、市販品のものを用いることができ、例えば、デナコールEX-146、デナコールEX-147、デナコールEX-201、デナコールEX-203、デナコールEX-711、デナコールEX-721、オンコートEX-1020、オンコートEX-1030、オンコートEX-1040、オンコートEX-1050、オンコートEX-1051、オンコートEX-1010、オンコートEX-1011、オンコート1012(ナガセケムテックス(株)社製);オグソールPG-100、オグソールEG-200、オグソールEG-210、オグソールEG-250(大阪ガスケミカル(株)社製);HP4032、HP4032D、HP4700(DIC(株)社製);ESN-475V(東都化成(株)社製);YX8800(三菱化学(株)社製);マープルーフG-0105SA、マープルーフG-0130SP(日油(株)社製);エピクロンN-665、エピクロンHP-7200(DIC(株)社製);EOCN-1020、EOCN-102S、EOCN-103S、EOCN-104S、XD-1000、NC-3000、EPPN-501H、EPPN-501HY、EPPN-502H、NC-7000L(日本化薬(株)社製);アデカレジンEP-4000、アデカレジンEP-4005、アデカレジンEP-4100、アデカレジンEP-4901、EP-3950S、EP-3950L、EP-3980S((株)ADEKA社製);TECHMOREVG-3101L((株)プリンテック社製)等が挙げられる。
(1-2)脂肪族エポキシ化合物
脂肪族エポキシ化合物としては、エポキシ基を有し、シクロアルケンオキサイド構造及び芳香族環を含まないものである。
このような脂肪族エポキシ化合物としては、具体的には、脂肪族アルコールのグリシジルエーテル化物、脂肪族多価アルコールまたはそのアルキレンオキサイド付加物のポリグリシジルエーテル化物を挙げることができる。より具体的には、アリルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、2-エチルヘキシルグリシジルエーテル、C12~13混合アルキルグリシジルエーテル、1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンのトリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンのトリグリシジルエーテル、ソルビトールのテトラグリシジルエーテル、ジペンタエリスリトールのヘキサグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールのジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールのジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールのジグリシジルエーテル等の多価アルコールのグリシジルエーテル、またプロピレングリコール、トリメチロールプロパン、グリセリン等の脂肪族多価アルコールに1種または2種以上のアルキレンオキサイドを付加することによって得られるポリエーテルポリオールのポリグリシジルエーテル化物脂肪族高級アルコールのモノグリシジルエーテルやエポキシ化ポリブタジエン等を挙げることができる。またジメチロールトリシクロデカンジグリシジルエーテル、トリシクロデカンジグリシジルエーテル等のトリシクロデカン構造とグリシジルエーテル基を有する化合物も挙げられる。また、ゴム成分を含み、かつ、エポキシ基と反応して共有結合を形成可能な基を含む主鎖骨格に、2以上のグリシジルエーテル基を有する脂肪族型のグリシジルエーテル型エポキシ化合物を反応させて得られた化合物も挙げられる。
また、上記脂肪族エポキシ化合物として、水素添加ビスフェノールAジグリシジルエーテル等の芳香族エポキシ化合物の水素添加物も用いることができる。
上記脂肪族エポキシ化合物としては、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等の、エポキシシクロアルキル環に由来するシクロアルキル環にオキシラニル基が直接単結合で結合した構造を構成単位として有し、エポキシシクロアルキル環のエポキシ基同士が重合した構造を主鎖構造として有する化合物も用いることができる。
脂肪族エポキシ化合物としては、市販品のものを用いることができ、例えば、デナコールEX-121、デナコールEX-171、デナコールEX-192、デナコールEX-211、デナコールEX-212、デナコールEX-313、デナコールEX-314、デナコールEX-321、デナコールEX-411、デナコールEX-421、デナコールEX-512、デナコールEX-521、デナコールEX-611、デナコールEX-612、デナコールEX-614、デナコールEX-622、デナコールEX-810、デナコールEX-811、デナコールEX-850、デナコールEX-851、デナコールEX-821、デナコールEX-830、デナコールEX-832、デナコールEX-841、デナコールEX-861、デナコールEX-911、デナコールEX-941、デナコールEX-920、デナコールEX-931(ナガセケムテックス(株)社製);エポライトM-1230、エポライト40E、エポライト100E、エポライト200E、エポライト400E、エポライト70P、エポライト200P、エポライト400P、エポライト1500NP、エポライト1600、エポライト80MF、エポライト100MF(共栄社化学(株)社製)、アデカグリシロールED-503、アデカグリシロールED-503G、アデカグリシロールED-506、アデカグリシロールED-523T((株)ADEKA社製)等が挙げられる。
上記脂肪族エポキシ化合物としては、脂肪族炭化水素環、脂肪族複素環等の脂肪族環を有する脂肪族環含有エポキシ化合物、脂肪族環を有しない鎖状脂肪族エポキシ化合物のいずれも用いることができる。
(1-3)脂環式エポキシ化合物
脂環式エポキシ化合物の具体例としては、少なくとも1個の脂環を有し、脂環に直接ヒドロキシル基が結合した多価アルコールのポリグリシジルエーテル化物またはシクロヘキセンやシクロペンテン環含有化合物を酸化剤でエポキシ化することによって得られるシクロヘキセンオキサイドやシクロペンテンオキサイド等の、シクロアルケンオキサイド構造含有化合物が挙げられる。
脂環式エポキシ化合物としては、例えば、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、3,4-エポキシ-1-メチルシクロヘキシル-3,4-エポキシ-1-メチルヘキサンカルボキシレート、6-メチル-3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-6-メチル-3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、3,4-エポキシ-3-メチルシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシ-3-メチルシクロヘキサンカルボキシレート、3,4-エポキシ-5-メチルシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシ-5-メチルシクロヘキサンカルボキシレート、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル-5,5-スピロ-3,4-エポキシ)シクロヘキサン-メタジオキサン、ビス(3,4-エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、メチレンビス(3,4-エポキシシクロヘキサン)、プロパン-2,2-ジイル-ビス(3,4-エポキシシクロヘキサン)、2,2-ビス(3,4-エポキシシクロヘキシル)プロパン、ジシクロペンタジエンジエポキサイド、エチレンビス(3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート)、エポキシヘキサヒドロフタル酸ジオクチル、エポキシヘキサヒドロフタル酸ジ-2-エチルヘキシル、1-エポキシエチル-3,4-エポキシシクロヘキサン、1,2-エポキシ-2-エポキシエチルシクロヘキサン、α-ピネンオキシド、ε-カプロラクトン変性3’,4’-エポキシシクロへキシルメチル 3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート等が挙げられる。
上記脂環式エポキシ化合物として好適に使用できる市販品としては、例えば、特許第6103653号公報等に記載されたものを挙げることができる。
(1-4)
本発明において、エポキシ化合物のエポキシ当量は70~300g/eq.が好ましく200g/eq.以下が好ましく、100g/eq.以下が特に好ましい。エポキシ当量が上記の範囲である場合、高精細なパターンが得られるためである。
(2)オキセタン化合物
上記オキセタン化合物の具体例としては、例えば、以下の化合物を挙げることができる。3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン、3-(メタ)アリルオキシメチル-3-エチルオキセタン、(3-エチル-3-オキセタニルメトキシ)メチルベンゼン、4-フルオロ-[1-(3-エチル-3-オキセタニルメトキシ)メチル]ベンゼン、4-メトキシ-[1-(3-エチル-3-オキセタニルメトキシ)メチル]ベンゼン、[1-(3-エチル-3-オキセタニルメトキシ)エチル]フェニルエーテル、イソブトキシメチル(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、イソボルニルオキシエチル(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、イソボルニル(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、2-エチルヘキシル(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、エチルジエチレングリコール(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンタジエン(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンテニルオキシエチル(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンテニル(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、テトラヒドロフルフリル(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、テトラブロモフェニル(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、2-テトラブロモフェノキシエチル(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、トリブロモフェニル(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、2-トリブロモフェノキシエチル(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、2-ヒドロキシエチル(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、2-ヒドロキシプロピル(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ブトキシエチル(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ペンタクロロフェニル(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ペンタブロモフェニル(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ボルニル(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、3,7-ビス(3-オキセタニル)-5-オキサ-ノナン、3,3’-(1,3-(2-メチレニル)プロパンジイルビス(オキシメチレン))ビス-(3-エチルオキセタン)、1,4-ビス[(3-エチル-3-オキセタニルメトキシ)メチル]ベンゼン、1,2-ビス[(3-エチル-3-オキセタニルメトキシ)メチル]エタン、1,3-ビス[(3-エチル-3-オキセタニルメトキシ)メチル]プロパン、エチレングリコールビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンテニルビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、トリエチレングリコールビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、テトラエチレングリコールビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、トリシクロデカンジイルジメチレン(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、トリメチロールプロパントリス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、1,4-ビス(3-エチル-3-オキセタニルメトキシ)ブタン、1,6-ビス(3-エチル-3-オキセタニルメトキシ)ヘキサン、ペンタエリスリトールトリス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ペンタエリスリトールテトラキス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ポリエチレングリコールビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールペンタキス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールテトラキス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサキス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタキス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ジトリメチロールプロパンテトラキス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、EO変性ビスフェノールAビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、PO変性ビスフェノールAビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、EO変性水添ビスフェノールAビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、PO変性水添ビスフェノールAビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、EO変性ビスフェノールF(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル等を挙げることができる。
上記オキセタン化合物のオキセタニル当量としては、所望のパターンの精細性、保存安定性及び低温硬化性が得られるものであればよいが入手容易性などとのバランスから、80g/eq.以上500g/eq.以下であることが好ましく、中でも、100g/eq.以上300g/eq.以下であることが好ましい。
(3)その他
本発明の組成物の一実施形態としては、環状エーテル化合物の分子量は、所望の硬化性等が得られるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、50以上20,000以下とすることができる。組成物の保存安定性及び低温硬化性のバランスと共に、組成物の塗工容易性および接着容易性等の観点からより好ましくは100以上2,000以下であり、更に好ましくは200以上1,500以下であることが好ましい。
なお、分子量は、化合物が重合体である場合には、重量平均分子量(Mw)を示すものである。また、重量平均分子量は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)により、標準ポリスチレン換算値として求めることができる。
重量平均分子量は、例えば、日本分光(株)製のGPC(LC-2000plusシリーズ)を用い、溶出溶剤をテトラヒドロフランとし、校正曲線用ポリスチレンスタンダードをMw1,110,000、707,000、397,000、189,000、98,900、37,200、13,700、9,490、5,430、3,120、1,010、589(東ソー(株)社製 TSKgel標準ポリスチレン)とし、測定カラムをKF-804、KF-803、KF-802(昭和電工(株)製)として測定して得ることができる。また、測定温度は40℃とすることができ、流速は1.0mL/分とすることができる。
環状エーテル化合物における環状エーテル基の含有数としては、所望の硬化性等に応じて適宜設定することができる。環状エーテル基の含有数は、環状エーテル化合物1分子当たり1以上であればよいが、2以上10以下とすることができ、なかでも、2以上8以下であることが好ましく、3以上であることが最も好ましい。このような環状エーテル化合物を用いた組成物は、高精細なパターンの硬化物が得やすく、また硬化時の反応性が良好であるためである。
特に、本発明の重合性組成物の一実施形態としては、環状エーテル成分として、エポキシ化合物を含むことが好ましい。上記組成物は、高精細なパターニングが一層容易となり、また低温硬化性が得やすいからである。
更に、本発明の組成物の一実施形態としては、環状エーテル成分が、エポキシ化合物として、グリシジル基を有するグリシジル型エポキシ化合物を含むことが好ましい。上記組成物は低温硬化性が得やすく、パターン精細性により優れたものとなるからである。とりわけ、エポキシ化合物は、グリシジル基として、グリシジルエーテル基を含有していてもよく、グリシジルアミノ基を含有していてもよく、ジグリシジルアミノ基を含有していてもよい。
本発明の組成物の一実施形態としては、上記の通り、環状エーテル化合物が、グリシジル型エポキシ化合物を含むことが好ましいところ、グリシジル型エポキシ化合物を含有する効果を高まる点から、環状エーテル化合物100質量部中にグリシジル型エポキシ化合物が占める割合が、40質量部以上であることが好ましく、なかでも、60質量部以上であることが好ましく、特に、80質量部以上であることが好ましい。
本発明によれば、環状エーテル化合物(B)の含有量が、アルカリ現像性樹脂(C)100質量部に対し、2質量部以上30質量部以下であることが好ましく、5質量部以上20質量部以下であることがより好ましい。上記組成物は保存安定性及び低温硬化性のバランスに優れ、高精細なパターンが一層得やすいものとなるからである。
組成物の保存安定性及び低温硬化性、高精細なパターンの得やすさのバランスの点から、環状エーテル成分の含有量は、組成物の固形分(但し着色剤を除く)100質量部に対し、1質量部以上30質量部以下であることが好ましく、2質量部以上20質量部以下であることが更に好ましく、3質量部以上10質量部以下であることが更に好ましい。また、本発明でいう固形分とは、後述する溶剤を除いたものを表す。
<アルカリ現像性樹脂(C)>
本発明に係るアルカリ現像性樹脂(C)は、カルボキシ基を有し、且つ、重合性基を有する化合物である。上記重合性基としては、アクリル基、メタクリル基、ビニル基などのラジカル重合性基、イソシアネート基、水酸基、などが挙げられ、感度が高いことから、ラジカル重合性基が好ましく、特にアクリル基が好ましい。
なお、3級アミン化合物又はその塩(A)に該当するものはアルカリ現像性樹脂(C)に該当しないものとし、環状エーテル化合物(B)に該当するものも、アルカリ現像性樹脂(C)に該当しないものとする。本発明においては、アルカリ現像性樹脂(C)として、上記の条件を満たしている限り、従来用いられている化合物を用いることができる。
アルカリ現像性樹脂(C)におけるカルボキシ基の好ましい官能基当量(親水性基1当量を含む高分子化合物の質量)は、50~10,000である。
アルカリ現像性樹脂(C)の好ましい重量平均分子量は、1,000~500,000であり、重量平均分子量3,000以上のものを用いることが好ましく、更に好ましくは重量平均分子量4,000~15,000のアルカリ現像性化合物を用いることが好ましい。このような重量平均分子量であることはパターン形状の垂直化、現像密着性の向上、耐熱性が向上することなどからBCS、特に有機ELの黒色隔壁として本発明の重合性組成物を用いる場合に特に好ましい。とりわけ当該分子量のものとして、上記式(II)で表されるエポキシ化合物に不飽和一塩基酸を付加させた構造を有するエポキシ付加化合物と、多塩基酸無水物とのエステル化反応により得られる構造を有する不飽和化合物である場合が好ましい。
上記重量平均分子量は、下記の方法で測定することができる。
GPC(日立製、型番:ELITE LaChrom L-2000、カラム:KF-805、804、803連結)を用い、クロロホルムを展開溶媒として、既知の分子量(分子量分布=1)の標準ポリスチレンを用いて検量線を作成する。この検量線に基づいて、GPCのリテンションタイムから重量平均分子量を算出する。
上記アルカリ現像性樹脂(C)は、酸価が、好ましくは10~200mg/KOH、さらに好ましくは30~150mg/KOHである。酸価が10mg/KOH以上であることで、アルカリ現像性が十分に得られやすく、200mg/KOH以下であることで、高分子化合物の製造が容易となる。ここで、酸価とは、JIS K0050 及び JIS K 0211によるものである。
アルカリ現像性樹脂(C)としては、具体的には、アクリル酸エステルの共重合体;フェノール及び/又はクレゾールノボラックエポキシ樹脂、多官能エポキシ基を有するポリフェニルメタン型エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、上記式(II)で表されるエポキシ化合物等のエポキシ化合物に不飽和一塩基酸を付加させた構造を有するエポキシ付加化合物と、多塩基酸無水物とのエステル化反応により得られる構造を有する樹脂(不飽和化合物)等を用いることができる。
これらの中でも、上記式(II)で表されるエポキシ化合物に不飽和一塩基酸を付加させた構造を有するエポキシ付加化合物と、多塩基酸無水物とのエステル化反応により得られる反応生成物であるアルカリ現像性化合物を用いると、絶縁性にすぐれた高精細なパターンの硬化物が得られることから好ましい。
また、エポキシ化合物に対して、0.2~1.0当量の不飽和一塩基酸を付加させたアルカリ現像性樹脂は、重合性組成物の感度が高いことから特に好ましい。
上記式(II)で表されるエポキシ化合物に不飽和一塩基酸を付加させた構造を有するエポキシ付加化合物は、通常、下記構造[(e)]を有する。また、斯かるエポキシ付加化合物と多塩基酸無水物とのエステル化反応により得られる反応生成物は通常、下記構造[(f)]を有する。
Figure 2022061912000010
(式中、Yは不飽和一塩基酸の残基を表し、Yは多塩基酸無水物の残基を表し、*は結合手を意味する。)
上記式(II)中のMで表される炭素原子数1~20の炭化水素基は、特に限定されるものではないが、好ましくは炭素原子数1~20の鎖状アルキレン基、炭素原子数2~20のアルケニレン基、炭素原子数3~20のシクロアルキレン基、又は炭素原子数6~20のアリーレン基を表す。これらの中でも、アルカリ現像性樹脂(C)として用いた場合の感度が良好なことから、炭素原子数1~10の鎖状アルキレン基、炭素原子数2~10のアルケニレン基、炭素原子数3~10のシクロアルキレン基、又は炭素原子数6~10のアリーレン基がより好ましい。
上記式(II)中のMで表される炭素原子数1~20の鎖状アルキレン基としては、例えば、メチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、ヘキシレン、ヘプチレン、オクチレン、ノニレン、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、イコシレン基等が挙げられる。
上記式(II)中のMで表される炭素原子数2~20のアルケニレン基としては、例えば、1,2-エテンジイル(エテニレン又はビニレンともいう)、2-ブテン-1,4-ジイル、1,2-ジメチル-1,2-エテンジイル等が挙げられる。
上記式(II)中のMで表される炭素原子数3~20のシクロアルキレン基としては、シクロプロピレン、シクロペンチレン、シクロヘキシレン、シクロヘプチレン、シクロオクチレン基等が挙げられる。
上記式(II)中のMで表される炭素原子数6~20のアリーレン基としては、例えばフェニレン、トリレン、キシリレン、ナフチレン、ビフェニレン、フルオレン、インダンが挙げられる。
上記式(II)中のR~R、R、R10~R38で表される炭素原子数1~20の炭化水素基は、特に限定されるものではないが、好ましくは炭素原子数1~20の鎖状アルキル基、炭素原子数2~20のアルケニル基、炭素原子数3~20のシクロアルキル基、炭素原子数4~20のシクロアルキルアルキル基、炭素原子数6~20のアリール基及び炭素原子数7~20のアリールアルキル基等を表す。これらの具体例としては、いずれもR101の例として挙げた基を挙げることができる。
上記式(II)中のR~R、R、R10~R38で表される炭素原子数1~20の炭化水素基はアルカリ現像性樹脂(C)として用いた場合の感度が良好なことから、炭素原子数1~10の鎖状アルキル基、炭素原子数2~10のアルケニル基、炭素原子数3~10のシクロアルキル基、炭素原子数4~10のシクロアルキルアルキル基、炭素原子数6~10のアリール基及び炭素原子数7~10のアリールアルキル基等が、アルカリ現像性に優れることからより好ましい。
上記式(a)~(d)中のR10~R38で表される炭素原子数2~10の複素環基、複素環を含有する炭素原子数3~20の基としては、上記式(I)のR101で表される炭素原子数2~10の複素環基、複素環を含有する炭素原子数3~20の基としてそれぞれ例示した基が挙げられる。
~R及びR10~R38で表される基中のメチレン基を置換する場合のある不飽和結合としては、-C=C-、-C≡C-等が挙げられる。
上記式(a)~(d)中のR10とR11、R11とR12、R12とR13、R13とR14、R22とR15、R15とR16、R30とR23、R23とR24、R24とR25、R38とR31、R31とR32、R32とR33、R34とR35、R35とR36及びR36とR37が、結合して形成する環としては、例えば、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロペンテン、ベンゼン、ピロリジン、ピロール、ピペラジン、モルホリン、チオモルホリン、テトラヒドロピリジン、ラクトン環及びラクタム環等の5~7員環並びにナフタレン及びアントラセン等の縮合環等が挙げられる。
~Rで表される炭素原子数1~20の炭化水素基及び該炭化水素基中のメチレン基が不飽和結合、-O-又は-S-で置換された基は、基中の水素原子が置換されている場合もあり、無置換の場合もある。置換されている場合、置換基としては、下記置換基群2から選ばれることが好ましい。
置換基群2:ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、水酸基、アミノ基、カルボキシ基、メタクリロイル基、アクリロイル基、エポキシ基、ビニル基、ビニルエーテル基、メルカプト基、イソシアネート基、炭素原子数2~10の複素環基及び複素環を含有する炭素原子数3~20の基。
本明細書において、置換基としての炭素原子数2~10の複素環基及び複素環を含有する炭素原子数3~20の基としては、R101で表される炭素原子数2~10の複素環基及び複素環を含有する炭素原子数3~20の基の例としてそれぞれ前述した基が挙げられる。
で表される炭素原子数1~20の炭化水素基は、基中の水素原子が置換されている場合もあり、無置換の場合もある。置換されている場合、置換基としては、上記置換基群2から選ばれることが好ましい。
10~R38で表される炭素原子数1~20の炭化水素基、炭素原子数2~10の複素環基及び複素環を含有する炭素原子数3~20の基並びにこれらの基中のメチレン基が、不飽和結合、-O-又は-S-で置換された基は、基中の水素原子が置換されている場合もあり、無置換の場合もある。置換されている場合、置換基としては、上記置換基群2から選ばれることが好ましい。
重合性組成物が特に、絶縁性にすぐれた高精細なパターンの硬化物が得やすい点から、式(II)の中でもMが式(b)又は(d)で表されることが好ましく、Mが(b)で表されることが特に好ましい。
またアルカリ現像性樹脂(C)の入手容易性や得られる硬化物が耐熱性に優れる点から、R~R、R、R10~R38が、水素原子、炭素原子数1~3の炭化水素基又はハロゲン原子であることが好ましく、水素原子又は炭素原子数1~3のアルキル基であることがより好ましく、水素原子であることが最も好ましい。
上記不飽和一塩基酸とは、構造中に不飽和結合を有し、電離して水素イオンになることのできる水素原子を1分子あたり1個もつ酸を表す。
上記不飽和一塩基酸としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、桂皮酸、ソルビン酸及びヒドロキシエチルメタクリレート・マレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート・マレート、ヒドロキシプロピルアクリレート・マレート及びジシクロペンタジエン・マレート等が挙げられる。
また、上記不飽和一塩基酸を作用させた後に作用させる上記多塩基酸無水物としては、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、テトラヒドロ無水フタル酸、無水コハク酸、ビフタル酸無水物、無水マレイン酸、トリメリット酸無水物、ピロメリット酸無水物、2,2’-3,3’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、エチレングリコールビスアンヒドロトリメリテート、グリセロールトリスアンヒドロトリメリテート、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、ナジック酸無水物、メチルナジック酸無水物、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、5-(2,5-ジオキソテトラヒドロフリル)-3-メチル-3-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸無水物、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸-無水マレイン酸付加物、ドデセニル無水コハク酸、無水メチルハイミック酸等が挙げられる。
上記エポキシ化合物、上記不飽和一塩基酸及び上記多塩基酸無水物の反応モル比は、以下の通りとすることが、アルカリ現像性が良好な点で好ましい。
即ち、上記エポキシ付加化合物は、上記エポキシ化合物のエポキシ基1個に対し、上記不飽和一塩基酸のカルボキシ基が0.1~1.0個の比率となるように付加させるのが好ましく、また上記アルカリ現像性樹脂(C)は、上記エポキシ付加物の水酸基1個に対し、上記多塩基酸無水物の酸無水物構造が0.1~1.0個となる比率となるようにするのが好ましい。
上記式(II)で表されるエポキシ化合物、上記不飽和一塩基酸及び上記多塩基酸無水物の反応は、常法に従って行なうことができる。
酸価調整して本発明の重合性組成物の現像性を改良するため、上記アルカリ現像性樹脂(C)と共に、更に単官能又は多官能エポキシ化合物を反応させることができる。上記アルカリ現像性樹脂(C)は、固形分の酸価が5~120mgKOH/gの範囲であることが、アルカリ現像性が良好であることから好ましく、単官能又は多官能エポキシ化合物の使用量は、上記酸価を満たすように選択するのが好ましい。
上記単官能エポキシ化合物としては、グリシジルメタクリレート、メチルグリシジルエーテル、エチルグリシジルエーテル、プロピルグリシジルエーテル、イソプロピルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、イソブチルグリシジルエーテル、t-ブチルグリシジルエーテル、ペンチルグリシジルエーテル、ヘキシルグリシジルエーテル、ヘプチルグリシジルエーテル、オクチルグリシジルエーテル、ノニルグリシジルエーテル、デシルグリシジルエーテル、ウンデシルグリシジルエーテル、ドデシルグリシジルエーテル、トリデシルグリシジルエーテル、テトラデシルグリシジルエーテル、ペンタデシルグリシジルエーテル、ヘキサデシルグリシジルエーテル、2-エチルヘキシルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、プロパルギルグリシジルエーテル、p-メトキシエチ
ルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、p-メトキシグリシジルエーテル、p-ブチルフェノールグリシジルエーテル、クレジルグリシジルエーテル、2-メチルクレジルグリシジルエーテル、4-ノニルフェニルグリシジルエーテル、ベンジルグリシジルエーテル、p-クミルフェニルグリシジルエーテル、トリチルグリシジルエーテル、2,3-エポキシプロピルメタクリレート、エポキシ化大豆油、エポキシ化アマニ油、グリシジルブチレート、ビニルシクロヘキサンモノオキシド、1,2-エポキシ-4-ビニルシクロヘキサン、スチレンオキシド、ピネンオキシド、メチルスチレンオキシド、シクロヘキセンオキシド、プロピレンオキシド、下記エポキシ化合物No.E1、No.E2等が挙げられる。
Figure 2022061912000011
Figure 2022061912000012
上記多官能エポキシ化合物としては、ビスフェノール型エポキシ化合物及びグリシジルエーテル類からなる群から選択される一種以上の化合物を用いると、耐熱性が良好な硬化物を得ることができるので好ましい。
上記ビスフェノール型エポキシ化合物としては、上記式(II)で表されるエポキシ化合物を用いることができる他、例えば、水添ビスフェノール型エポキシ化合物等のビスフェノール型エポキシ化合物も用いることができる。
また上記グリシジルエーテル類としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、1,8-オクタンジオールジグリシジルエーテル、1,10-デカンジオールジグリシジルエーテル、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジオールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、トリエチレングリコールジグリシジルエーテル、テトラエチレングリコールジグリシジルエーテル、ヘキサエチレングリコールジグリシジルエーテル、1,4-シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、1,1,1-トリ(グリシジルオキシメチル)プロパン、1,1,1-トリ(グリシジルオキシメチル)エタン、1,1,1-トリ(グリシジルオキシメチル)メタン、1,1,1,1-テトラ(グリシジルオキシメチル)メタン等を用いることができる。
その他、ノボラック型エポキシ化合物(フェノールノボラック型エポキシ化合物、ビフェニ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、ビスフェノールAノボラック型エポキシ化合物、ジシクロペンタジエンノボラック型エポキシ化合物等のノボラック型エポキシ化合物);3,4-エポキシ-6-メチルシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシ-6-メチルシクロヘキサンカルボキシレート、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、1-エポキシエチル-3,4-エポキシシクロヘキサン等の脂環式エポキシ化合物;フタル酸ジグリシジルエステル、テトラヒドロフタル酸ジグリシジルエステル、ダイマー酸グリシジルエステル等のグリシジルエステル類;テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジルP-アミノフェノール、N,N-ジグリシジルアニリン等のグリシジルアミン類;1,3-ジグリシジル-5,5-ジメチルヒダントイン、トリグリシジルイソシアヌレート等の複素環式エポキシ化合物;ジシクロペンタジエンジオキシド等のジオキシド化合物;ナフタレン型エポキシ化合物;トリフェニルメタン型エポキシ化合物;ジシクロペンタジエン型エポキシ化合物等を用いることもできる。
アルカリ現像性樹脂(C)としては、市販品も好適に用いることができる。
該市販品としては、例えば、SPC1000、SPC-2000、SPC-3000、SPRR-1X、SPRR-2X、SPRR-3X、SPRR-5X、SPRR-6X、SPRR-7X、SPRR-8X、SPRR-9X、SPRR-10X、SPRR-11X、SPRR-12X、SPRR-13X、SPRR-14X、SPRR-15X、SPRR-16X、SPRR-17X、SPRR-18X、SPRR-19X、SPRR-20X、SPRR-21X(以上、昭和電工社製)、JET2000、AGOR1060、AGOR3060、ORGA1060、ORGA2060(以上、大阪有機化学社製)、CCR-1171H(日本化薬社製)等が挙げられる。
本発明の重合性組成物において、アルカリ現像性樹脂(C)の含有量が、3級アミン化合物又はその塩(A)、環状エーテル化合物(B)、アルカリ現像性樹脂(C)、重合開始剤(D)及び上記環状エーテル化合物と反応可能な活性水素を有する化合物(E)の合計量100質量部に対して、20~90質量部である重合性組成物は、高精細なパターンの硬化物が一層得やすい点やアルカリ現像液への安定な溶解性を得られる点から好ましく、30~80質量部がより好ましく、35~70質量部が特に好ましい。アルカリ現像性樹脂(C)は重合性組成物中、着色剤を除き固形分中最も質量の多い成分であることが好ましい。
上記と同様の観点から、本発明の重合性組成物において、アルカリ現像性樹脂(C)の含有量が、組成物の固形分(但し着色剤を除く)100質量部に対して、20~75質量部であることが好ましく、30~70質量部がより好ましく、35~65質量部が特に好ましい。
<重合開始剤(D)>
本発明の重合性組成物に用いられる重合開始剤(D)としては、従来既知のラジカル重合開始剤を用いることが可能である。なお、3級アミン化合物又はその塩(A)、環状エーテル化合物(B)又はアルカリ現像性樹脂(C)に該当するものは、重合開始剤(D)に該当しないものとする。
上記ラジカル重合開始剤とは、光ラジカル重合開始剤と熱ラジカル重合開始剤である。反応性が高いことから光ラジカル重合開始剤がより好ましい。
光ラジカル重合開始剤としては、光照射によりラジカルを発生するものであれば特に制限されず従来既知の化合物を用いることが可能であり、例えば、アセトフェノン系化合物、ベンジル系化合物、ベンゾフェノン系化合物、チオキサントン系化合物及びオキシムエステル系化合物等を好ましいものとして例示することができる。
アセトフェノン系化合物としては例えば、ジエトキシアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、4’-イソプロピル-2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオフェノン、2-ヒドロキシメチル-2-メチルプロピオフェノン、2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン、p-ジメチルアミノアセトフェノン、p-ターシャリブチルジクロロアセトフェノン、p-ターシャリブチルトリクロロアセトフェノン、p-アジドベンザルアセトフェノン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、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ノン-1、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、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-n-ブチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル及び1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパン-1-オン等が挙げられる。
ベンジル系化合物としては、ベンジル等が挙げられる。
ベンゾフェノン系化合物としては、例えば、ベンゾフェノン、o-ベンゾイル安息香酸メチル、ミヒラーケトン、4,4’-ビスジエチルアミノベンゾフェノン、4,4’-ジクロロベンゾフェノン及び4-ベンゾイル-4’-メチルジフェニルスルフィド等が挙げられる。
チオキサントン系化合物としては、チオキサントン、2-メチルチオキサントン、2-エチルチオキサントン、2-クロロチオキサントン、2-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等が挙げられる。
オキシムエステル系化合物とは、上記式(III)で表される基を有する化合物を意味し、上記光ラジカル重合開始剤の中でも感度が良好で、また良好なパターン形状が得やすくなることから、本発明の重合性組成物に好ましく使用することができる。
上記式(III)中のR41、R42及びR43で表される炭素原子数1~20の炭化水素基の例としては、それぞれ式(I)のR101等で表される炭素原子数1~20の炭化水素基の例として上述したものを用いることができる。
上記式(III)中のR41及びR42で表される炭素原子数2~10の複素環基及び複素環を含有する炭素原子数3~20の基の例は、式(I)のR101等で説明した炭素原子数2~10の複素環基及び複素環を含有する炭素原子数3~20の基と同様である。
41及びR42で表される炭素原子数1~20の炭化水素基、炭素原子数2~10の複素環基及び複素環を含有する炭素原子数3~20の基並びに該炭化水素基もしくは該複素環を含有する炭素原子数3~20の基中のメチレン基が<群B>より選ばれる基に置換された基は、基中の水素原子が置換されている場合もあり、無置換の場合もある。置換されている場合、置換基としては、上記置換基群2から選ばれることが好ましく、ハロゲン原子であることが特に好ましい。
43で表される炭素原子数1~20の炭化水素基は、基中の水素原子が置換されている場合もあり、無置換の場合もある。置換されている場合、置換基としては、上記置換基群2から選ばれることが好ましく、ハロゲン原子であることが特に好ましい。
上記式(III)で表される基を有する化合物の中でも下記式(IV)で表される化合物は、特に感度が高く、また良好なパターン形状が得やすくなることから、本発明の重合性組成物に用いることが好ましい。
Figure 2022061912000013
(式中、R41、R42及びm1は、それぞれ式(III)におけるR41、R42及びm1と同一であり、
51及びR52は、それぞれ独立に、水素原子、シアノ基、ニトロ基、炭素原子数1~20の炭化水素基、炭素原子数2~10の複素環基、複素環を含有する炭素原子数3~20の基、又は、該炭化水素基若しくは該複素環を含有する炭素原子数3~20の基中のメチレン基が-O-若しくは-CO-に置換された基を表し、
は、酸素原子、硫黄原子、セレン原子、CR5354、CO、NR55又はPR56を表し、
53、R54、R55及びR56は、それぞれ独立に、水素原子、炭素原子数1~20の炭化水素基、炭素原子数2~10の複素環基、複素環を含有する炭素原子数3~20の基、又は、該炭化水素基若しくは該複素環を含有する炭素原子数3~20の基中のメチレン基が-O-又は-CO-に置換された基を表し、
53、R54、R55及びR56は、それぞれ独立に、隣接するどちらかのベンゼン環と一緒になって環を形成する場合もあり、
gは、0~5の数を表し、
hは、0~4の数を表す。
gが2以上の場合、複数存在するR51は互いに同一であっても異なっていてもよい。hが2以上の場合、複数存在するR52は互いに同一であっても異なっていてもよい。
51、R52、R53、R54、R55及びR56で表される炭素原子数1~20の炭化水素基、炭素原子数2~10の複素環基、複素環を含有する炭素原子数3~20の基又は該炭化水素基若しくは該複素環を含有する炭素原子数3~20の基中のメチレン基が-O-若しくは-CO-に置換された基は、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、水酸基、アミノ基、カルボキシ基、メタクリロイル基、アクリロイル基、エポキシ基、ビニル基、ビニルエーテル基、メルカプト基、イソシアネート基、炭素原子数2~10の複素環基又は複素環を含有する炭素原子数3~20の基で置換されていてもよい。)
上記式(IV)中のR51、R52、R53、R54、R55及びR56(以下、「R51~R56」とも記載する。)で表される炭素原子数1~20の炭化水素基は、それぞれ式(I)のR101等で表される炭素原子数1~20の炭化水素基の例として上述したものを用いることができる。
上記式(IV)中のR51~R56で表される、炭素原子数2~10の複素環基及び複素環を含有する炭素原子数3~20の基としては、式(I)のR101等で説明した炭素原子数2~10の複素環基及び複素環を含有する炭素原子数3~20の基と同様である。
また、R51~R56で表される基中の水素原子を置換する置換基としての炭素原子数2~10の複素環基及び複素環を含有する炭素原子数3~20の基の例としては、式(I)のR101等で説明した炭素原子数2~10の複素環基及び複素環を含有する炭素原子数3~20の基が挙げられる。
51~R56で表される炭素原子数1~20の炭化水素基、炭素原子数2~10の複素環基及び複素環を含有する炭素原子数3~20の基並びにこれらの基中のメチレン基が-O-若しくは-CO-に置換された基は、更に置換基を有していてもよく、無置換であってもよい。置換基を有する場合、置換基としては、上記置換基群2から選ばれることが好ましく、ハロゲン原子、ニトロ基、水酸基、カルボキシ基、炭素原子数2~10の複素環基又は複素環を含有する炭素原子数3~20の基であることがより好ましい。
好ましい重合開始剤(D)としては、例えば下記に示す化合物No.D1~No.D15が挙げられ、上記式(IV)で表される化合物としては、例えば下記に示す化合物No.D1及びNo.D3~No.D15が挙げられる。但し、本発明で用いられる重合開始剤(D)は以下の化合物により何ら制限を受けるものではない。
Figure 2022061912000014
Figure 2022061912000015
好ましい重合開始剤としては、とりわけ、カルバゾール構造を有するものであることが感度が高いため好ましく、更に、カルバゾール構造を有し且つニトロ基を有するものが好ましい。
上記の点から、式(IV)で表される化合物の中でも、XがNR55で表されるものは感度が高いため好ましく、とりわけNR55で表されるものが好ましい。NR55を用いる場合は、R55の炭素原子数は10以下、特に5以下であることが重合開始剤の入手容易性や感度の点で好ましい。また同様の観点から、R55がフェニル基、アルキル基又はアルケニル基であることが好ましく、これらは置換基で置換されていてもよい。
また式(IV)で表される化合物の中でも、hは0であるものは、製造容易性の点で好ましい。
またgは1以上であり、R51のうち1以上がニトロ基であるか、又は、置換基(例えば1,3ジオキソラン環を有する基若しくは炭素原子数5以下のアルキル基)を有するベンゾイル基である化合物は、感度が高いため好ましく、とりわけ、gが1以上であり、R51のうち1以上がニトロ基である化合物が好ましく、カルバゾールの3位にニトロ基を有する化合物が特に好ましい。
また式(IV)で表される化合物の中でも、R41は鎖状若しくは環状アルキル基、アリール基又はアリールアルキル基であるか或いはそれらのメチレン基が-O-で置換された基であることが感度及び製造容易性の点で好ましく、アリール基中のメチレン基が-O-で置換された基であることが好ましく、アルキル基で置換されたフェニル基における当該アルキル基中のメチレン基が-O-で置換された基であることがより好ましい。R41の炭素原子数は20以下であることが好ましく、8~20であることがより好ましく、9~15であることが特に好ましい。
また式(IV)で表される化合物の中でもR42が、炭素原子数10以下、特に7以下、特に3以下であるものが製造容易性の点で好ましい。R42は置換若しくは無置換の鎖状アルキル又はフェニル基であることが感度及び製造容易性の点で好ましく、鎖状アルキル基であることがより好ましい。
その他のラジカル重合開始剤としては、2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド等のホスフィンオキサイド系化合物及びビス(シクロペンタジエニル)-ビス[2,6-ジフルオロ-3-(ピル-1-イル)]チタニウム等のチタノセン系化合物等が挙げられる。
市販のラジカル開始剤としては、アデカオプトマーN-1414、N-1717、N-1919、アデカアークルズNCI-831、NCI-930(以上、ADEKA製);IRGACURE184、IRGACURE369、IRGACURE651、IRGACURE907、IRGACURE OXE 01、IRGACURE OXE 02、IRGACURE784(以上、BASF製);TR-PBG-304、TR-PBG-305、TR-PBG-309及びTR-PBG-314(以上、Tronly製);等が挙げられる。
熱ラジカル重合開始剤としては、加熱によりラジカルを発生するものであれば特に制限されず従来既知の化合物を用いることが可能であり、例えば、アゾ系化合物、過酸化物及び過硫酸塩等を好ましいものとして例示することができる。
アゾ系化合物としては、2,2′-アゾビスイソブチロニトリル、2,2′-アゾビス(メチルイソブチレ-ト)、2,2’-アゾビス-2,4-ジメチルバレロニトリル、1,1’-アゾビス(1-アセトキシ-1-フェニルエタン)等が挙げられる。
過酸化物としては、ベンゾイルパーオキサイド、ジ-t-ブチルベンゾイルパーオキサイド、t-ブチルパーオキシピバレート及びジ(4-t-ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート等が挙げられる。
過硫酸塩としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム及び過硫酸カリウム等の過硫酸塩等が挙げられる。
上記重合開始剤(D)は、これまでに例示した一種又は二種以上を混合して用いることができる。
重合開始剤(D)の含有量が、アルカリ現像性樹脂(C)100質量部に対して、1~80質量部である重合性組成物は感度に優れ、遮光性が高い場合においても高精細なパターンの硬化物が得られることから好ましく、1~50質量部がより好ましく、3~30質量部が特に好ましい。
また上記と同様の観点から、重合開始剤(D)の含有量は、組成物の固形分(但し、着色剤を除く)100質量部に対して、0.5~30質量部であることが好ましく、1~20質量部がより好ましく、2~15質量部であることが特に好ましい。
<環状エーテル化合物と反応可能な活性水素を有する化合物(E)>
環状エーテル化合物と反応可能な活性水素を有する化合物(E)とは、主にエポキシ基やオキセタニル基等の環状エーテル基と反応可能な化合物であり、一般にエポキシ化合物の硬化剤として作用するものが挙げられる。活性水素基を有する化合物としては、アミノ基、フェノール基、カルボキシ基、チオール基、スルホン酸基などを有する化合物が挙げられる。本発明においては、これら活性水素基を1分子中に2個以上有する化合物を含有することが好ましい。
なお3級アミン化合物又はその塩(A)、環状エーテル化合物(B)、アルカリ現像性樹脂(C)又は重合開始剤(D)に該当するものは、環状エーテル化合物と反応可能な活性水素を有する化合物(E)に該当しないものとする。
具体的な例としては、p-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、4,4′-ジアミノジフェニルエーテル、3,4′-ジアミノジフェニルエーテル、3,3′-ジアミノジフェニルスルホンなどのアミン類、無水フタル酸、テトラヒドロメチル無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水メチルナジック酸、3,3′,4,4′-ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物などの酸無水物、アジピン酸等のカルボン酸、フェノールノボラック、フェノールアラルキル、ビスフェノールA、ビスフェノールFなどのフェノール類、その他、3-アミノフェノール、レゾルシノール、カテコール、ハイドロキノン3-シアノフェノール、2,3-ジアミノフェノール、4,4′-ジヒドロキシ-3,3′-ジアミノビフェニル、4,4′-ジヒドロキシ-3,3′-ジアミノジフェニルエーテル、4,4′-ジヒドロキシ-3,3′-ジアミノジフェニルジ(トリフルオロメチル)メタン、3,4-ジアミノ安息香酸、3-フェノールスルホン酸、プロピレングリコール等のアルコールなどが挙げられる。
特に本発明では、環状エーテル化合物と反応可能な活性水素を有する化合物(E)としてチオール基を有する化合物(以下、「チオール化合物」という。)を用いることが、低温硬化性を高め、高精細なパターンが得られる重合性組成物が得やすい点で好ましい。
上記チオール化合物としては、チオール基の数が2以上10以下である化合物の例として、下記式(A)で表される化合物を用いることが好ましい。上記組成物は低温硬化性により優れたものとなるためである。また、入手しやすさや組成物の保存安定性及び硬化性のバランスの点で好ましい。
Figure 2022061912000016
(式中、X1は、n1と同数の価数を有する、炭素原子数1~40の無置換若しくは置換基を有している炭化水素基、炭素原子数2~10の複素環基及び複素環を含有する炭素原子数3~20の基を表すか、或いは、該炭化水素基若しくは該複素環を含有する炭素原子数3~20の基中のメチレン基の1つ又は2つ以上が、下記群IIIから選ばれる二価の基で置き換えられた基を表し、
n1は2以上10以下の整数を表す。
群III:-O-、-S-、-CO-、-O-CO-、-CO-O-、-O-CO-O-、-O-CO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-S-CO-O-、-O-CO-S-、-CO-NH-、-NH-CO-、-NH-CO-O-、-NR'''-、-S-S-又は-SO2-。
R'''は水素原子又は炭素原子数1~8のアルキル基を表し、R'''が複数存在する場合、それらは同一であっても異なっていてもよい。)
上記X1は、n1個の-SH基を結合する連結基として用いられるものである。上記X1で表される、n1と同数の価数を有する炭素原子数1~40の炭化水素基、炭素原子数2~10の複素環基、複素環を含有する炭素原子数3~20の基とは、それぞれ、一価の炭素原子数1~40の炭化水素基、一価の炭素原子数2~10の複素環基、及び一価の複素環を含有する炭素原子数3~20の基から、(n1-1)個の水素原子を除いた構造の基である。
一価の炭素原子数1~40の炭化水素基としては、一価の炭素原子数1~40の脂肪族炭化水素基及び一価の炭素原子数6~40の芳香族炭化水素基が挙げられる。
一価の炭素原子数1~40の脂肪族炭化水素基の例としては、R101の例として上記で挙げた炭素原子数1~20の直鎖又は分岐の鎖状アルキル基、炭素原子数2~20のアルケニル基、炭素原子数3~20のシクロアルキル基及び炭素原子数4~20のシクロアルキルアルキル基が挙げられる。一価の炭素原子数6~40の芳香族炭化水素基の例としては、R101の例として上記で挙げた炭素原子数6~20のアリール基及び炭素原子数7~20のアリールアルキル基等が挙げられる。一価の炭素原子数2~20の複素環基の例としては、R101の例として上記で挙げた炭素原子数2~10の複素環基が挙げられる。一価の複素環を含有する炭素原子数3~20の基の例としては、R101の例として上記で挙げた複素環を含有する炭素原子数3~20の基が挙げられる。また前記の炭化水素基、芳香族炭化水素基、複素環基及び複素環を含有する基が置換基を有する場合の置換基としては、上記置換基群2が挙げられる。
上記X1は、組成物の保存安定性及び低温硬化性のバランスから、n1と同数の価数を有する炭素原子数1~40の脂肪族炭化水素基は炭素原子数1~30であることがより好ましく、1~20であってもよい。
上記群III中のR'''に用いられる炭素原子数1~8のアルキル基としては、R101の例として上記で挙げた炭素原子数1~20のアルキル基のうち、所定の炭素原子数のものを用いることができる。
上記炭化水素基、上記複素環を含有する基中のメチレン基の2つ以上が群IIIから選ばれた二価の基で置き換えられている場合、複数の当該二価の基は隣り合わないものとする。当該複数の二価の基は互いに同一であっても異なっていてもよい。
以下、組成物の低温硬化性、入手容易性とのバランスからX1で表される好ましい基の例示を更に説明する。
上記X1として、脂肪族炭化水素基又は当該基中のメチレン基が群IIIから選ばれる基で置き換えられた基としては、以下のものが好ましい。
n1が2の場合にはアルキレン基やそのメチレン基が上記群IIIから選ばれた基で置き換えられた基が好ましい。またn1が3の場合にはアルキリジン基やそのメチレン基の1つ以上が群IIIから選ばれた基で置き換えられた基が好ましい。nが4以上の場合には、例えばポリオールの残基及び当該基中のメチレン基が上記群IIIから選ばれた基で置き換えられた基が好ましい。
上記X1として、芳香族炭化水素基又は当該基中のメチレン基が群IIIから選ばれる基で置き換えられた基としては、以下のものが好ましい。
n1が2の場合には、フェニレン、ナフチレン等のアリーレン基、カテコール、ビスフェノール、それらのアルキレンオキサイド付加物等の二官能フェノールの残基;2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカンなどを含有する基が好ましい。
n=3の場合には、フェニル-1,3,5-トリメチレン等の含有基が好ましい。
上記X1で表される複素環基としては、例えば、ピリジン環、ピリミジン環、ピペリジン環、ピペラジン環、トリアジン環、フラン環、チオフェン環、インドール環、イソシアヌル環、トリアジン環、グリコールウリル環において、n1個の結合手を有するものが好ましい。
上記X1で表される複素環を含有する炭素原子数3~20の基としては、例えば、ピリジン環、ピリミジン環、ピペリジン環、ピペラジン環、トリアジン環、フラン環、チオフェン環、インドール環、イソシアヌル環、トリアジン環、グリコールウリル基に1つ又は2つ以上の炭化水素基が結合した基や、n1個の炭化水素基が結合した基が好ましい。炭化水素基の炭素原子数としては、1~6が挙げられる。
本発明においては、組成物の低温硬化性、入手容易性とのバランスの観点から、X1としては脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基及び複素環を含有する基中のメチレン基の1つ又は2つ以上が、群IIIから選ばれた基で置き換えられていることが好ましく、中でも、メチレン基の1つ又は2つ以上が、-O-CO-又は-CO-O-で置き換えられていることが好ましく、特に、n1個のメチレン基が、-O-CO-又は-CO-O-で置き換えられていることが好ましい。
チオール化合物の低温硬化性、入手容易性の点から、例えば好ましいチオール化合物としては以下の(A1)~(A6)の何れかで表される基が挙げられる。
Figure 2022061912000017
(式中、L11、L12、L21、L22、L23、L31、L32、L33、L34、L41、L42、L43、L44、L45、L46、L51、L52、L53、L61、L62、L63及びL64(以下「L11~L64」とも記載する)は、それぞれ独立に、直鎖又は分岐の炭素原子数1~10のアルキレン基を表す。R64、R65及びR66はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素原子数1~20の脂肪族炭化水素基を表す。a21は、1~20の整数を表す。)
上記L11~L64で表される炭素原子数1~10のアルキレン基としては、炭素原子数1~10のアルキル基から水素原子を1つ除いた構造の二価の基が挙げられる。
上記炭素原子数1~10のアルキル基としては、例えば、上記R101等における炭素原子数1~20のアルキル基のうち所定の炭素原子数のものを用いることができる。
また、R64、R65及びR66に用いられる炭素原子数1~20の脂肪族炭化水素基としては、上記R101等における炭素原子数1~20の脂肪族炭化水素基と同様とすることができる。
11~L64で表される炭素原子数1~10のアルキレン基並びにR64、R65及びR66で表される炭素原子数1~20の脂肪族炭化水素基は、これら基中の1又は2以上の水素原子が置換されているか又は無置換であり、置換されている場合の置換基としては、上記X1で表される脂肪族炭化水素基の水素原子の1つ又は2つ以上を置換する置換基と同様の
内容とすることができる。
組成物の保存安定性及び低温硬化性のバランスの点から、上記L11~L64は炭素原子数1~5のアルキレン基であることが好ましく、中でも、直鎖の炭素原子数1~3のアルキレン基又は分岐の3~5のアルキレン基であることが好ましく、分岐の炭素原子数3~5のアルキレン基であることが特に好ましい。上記組成物は、保存安定性及び低温硬化性のバランスにより優れたものとなるからである。
上記L11~L64で表される、直鎖の炭素原子数1~3のアルキレン基としては、具体的には、メチレン、エチレン(エタン-1,2-ジイル)、プロピレン(プロパン-1,3-ジイル)等が挙げられる。
上記L11~L64で表される、分岐の3~5の炭素原子数アルキレン基としては、具体的には、プロパン-1,1-ジイル、プロパン-1,2-ジイル、ブタン-1,1-ジイル、ブタン-1,2-ジイル、ブタン-1,3-ジイル、ペンタン-1,1-ジイル、ペンタン-1,2-ジイル、ペンタン-1,3-ジイル、ペンタン-1,4-ジイル等が挙げられる。
(A1)におけるL11及びL12は、それぞれ同一の基であっても、異なる基であってもよいが、合成容易の観点からは、同一の基であることが好ましい。上記組成物は、低温固化性と入手容易性のバランスにより優れたものとなるからである。このことは(A2)のL21~L23、(A3)のL31~L34、(A4)のL41~L46、(A5)のL51~L53、(A6)のL61~L64についても同様である。
本発明においては、上記R64が、炭素原子数1~20のアルキル基であることが好ましく、中でも、炭素原子数1~10のアルキル基であることが好ましく、特に、炭素原子数1~3のアルキル基であることが好ましい。上記組成物は、保存安定性及び低温硬化性のバランスにより優れたものとなるからである。
チオール化合物は、組成物の保存安定性及び硬化性のバランスの点から、分子量が100以上1,000以下であることが好ましく、300以上900以下であることがより好ましく、350以上800以下であることが特に好ましい。上記組成物は、保存安定性及び低温硬化性のバランスにより優れたものとなるからである。
上記チオール化合物中のチオール基の種類としては1級チオール基、2級チオール基、3級チオール基等を用いることができる。本発明の低温硬化性に優れるとの効果をより効果的に発揮する観点からは、上記チオール基の種類は2級チオール基であることが好ましい。例えば、チオール化合物が2級チオールを含む場合、チオール化合物中に2級チオールの量が30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましい。
チオール化合物としては保存安定性及び低温硬化性に優れるとの効果を一層高める点から、一分子中に含有するチオール基の数が、2以上が好ましく、3以上が更に好ましい。またチオール基の数は保存安定性をより優れたものとする点から10以下が好ましく、8以下がより好ましく、7以下が更に好ましく、6以下が好ましく、5以下が好ましく、4以下が好ましい。
チオール化合物としては、市販品を用いてもよい。チオール化合物の市販品の例としては、例えば、ドデカンチオール(単官能チオール化合物)、カレンズMT(登録商標)BD(商品名、2官能チオール化合物、1,4-ビス(3-メルカプトブチリルオキシ)ブタン、昭和電工(株))、カレンズMT(登録商標)NR(商品名、3官能チオール化合物、1,3,5-トリス(3-メルカプトブチリルオキシエチル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)-トリオン、昭和電工(株))、カレンズMT(登録商標)PE(商品名、4官能チオール化合物、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトブチレート)、昭和電工(株))、EGMP-4(商品名、2官能チオール化合物、テトラエチレングリコールビス(3-メルカプトプロピオネート)、SC有機化学(株))、TMMP(商品名、3官能チオール化合物、トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトプロピオネート、SC有機化学(株))、TEMPIC(商品名、3官能チオール化合物、トリス-[(3-メルカプトプロピオニルオキシ)-エチル]-イソシアヌレート、SC有機化学(株))、PEMP(商品名、4官能チオール化合物、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトプロピオネート)、SC有機化学(株)
)、DPMP(商品名、6官能チオール化合物、ジペンタエリスリトールヘキサキス、(3-メルカプトプロピオネート)、SC有機化学(株))等が挙げられる。
チオール化合物は、エステル結合を分子内に有することが、保存安定性及び低温硬化性のバランスに優れ、高精細パターンが得やすいものとなる点で好ましい。
前記化合物(E)の含有量は、組成物の固形分(但し、着色剤を除く)100質量部中、0.5質量部以上30質量部以下であることがより好ましく、1質量部以上20質量部以下であることが更に好ましく、3質量部以上15質量部以下であることが特に好ましい。上記組成物は、保存安定性及び低温硬化性のバランスに優れたものとなるからである。
前記化合物(E)の含有量は、環状エーテル化合物(B)100質量部に対し、5質量部以上400質量部以下であることが好ましく、5質量部以上300質量部以下であることがより好ましく、30質量部以上200質量部以下であることが更に好ましく、50質量部以上150質量部以下であることが特に好ましい。上記組成物は、保存安定性及び低温硬化性のバランスに優れ、高精細パターンが得やすいものとなるからである。
前記化合物(E)の含有量は、アルカリ現像性樹脂(C)100質量部に対し、2質量部以上60質量部以下であることがより好ましく、3質量部以上50質量部以下であることが更に好ましく、7質量部以上35質量部以下であることが特に好ましい。上記組成物は、保存安定性及び低温硬化性のバランスに優れ、高精細パターンが得やすいものとなるからである。
<着色剤(F)>
本発明の重合性組成物に用いられる着色剤(F)としては、顔料や染料を用いることができる。顔料及び染料としては、それぞれ、無機色材又は有機色材を用いることができる。これらを単独で又は2種以上を混合して用いることができる。ここで、顔料とは、後述する溶剤に不溶の着色剤を意味し、無機又は有機色材の中でも溶剤に不溶であるもの、或いは無機又は有機染料をレーキ化したものも含まれる。3級アミン化合物又はその塩(A)、環状エーテル化合物(B)、アルカリ現像性樹脂(C)、重合開始剤(D)又は環状エーテル化合物と反応可能な活性水素を有する化合物(E)に該当するものは着色剤(F)に該当しないものとする。
上記顔料としては、ファーネス法、チャンネル法又はサーマル法によって得られるカーボンブラック、或いはアセチレンブラック、ケッチェンブラック又はランプブラック等のカーボンブラック、上記カーボンブラックをエポキシ樹脂で調整又は被覆したもの、上記カーボンブラックを予め溶剤中で樹脂に分散処理し、20~200mg/gの樹脂で被覆したもの、上記カーボンブラックを酸性又はアルカリ性表面処理したもの、平均粒径が8nm以上でDBP吸油量が90ml/100g以下のカーボンブラック、950℃における揮発分中のCO及びCOから算出した全酸素量が、表面積100m当たり9mg以上であるカーボンブラック、黒鉛化カーボンブラック、黒鉛、活性炭、炭素繊維、カーボンナノチューブ、カーボンマイクロコイル、カーボンナノホーン、カーボンエアロゲル、フラーレン、アニリンブラック、合成鉄黒、ピグメントブラック7、チタンブラック、ラクタムブラック及びペリレンブラック等に代表される黒色顔料、酸化クロム緑、ミロリブルー、コバルト緑、コバルト青、マンガン系、フェロシアン化物、リン酸塩群青、紺青、ウルトラマリン、セルリアンブルー、ピリジアン、エメラルドグリーン、硫酸鉛、黄色鉛、亜鉛黄、べんがら(赤色酸化鉄(III))、カドミウム赤、アンバー、レーキ顔料等の有機又は無機顔料が挙げられる。
上記黒色顔料は有機黒色顔料と無機黒色顔料に分けることができる。有機黒色顔料は、有機物の黒色顔料であり、ラクタムブラック及びペリレンブラック等が挙げられ、無機黒色顔料は、無機物の黒色顔料であり、上記のさまざまなカーボンブラックなどなどが上げられる。
上記顔料としては、市販品を用いることもでき、例えば、ピグメントレッド1、2、3、9、10、14、17、22、23、31、38、41、48、49、88、90、97、112、119、122、123、144、149、166、168、169、170、171、177、179、180、184、185、192、200、202、209、215、216、217、220、223、224、226、227、254、228、240及び254;ピグメントオレンジ13、31、34、36、38、43、46、48、49、51、52、55、59、60、61、62、64、65及び71;ピグメントイエロー1、3、12、13、14、16、17、20、24、55、60、73、81、83、86、93、95、97、98、100、109、110、113、114、117、120、125、126、127、129、137、138、139、147、148、15t、152、153、154、166、168、175、180及び185;ピグメントグリ-ン7、10、36及び58;ピグメントブルー15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:5、15:6、22、24、56、60、61、62及び64;ピグメントバイオレット1、19、23、27、29、30、32、37、40及び50等が挙げられる。
上記染料としては、例えば、ニトロソ化合物、ニトロ化合物、アゾ化合物、ジアゾ化合物、キサンテン化合物、キノリン化合物、アントラキノン化合物、クマリン化合物、シアニン化合物、フタロシアニン化合物、イソインドリノン化合物、イソインドリン化合物、キナクリドン化合物、アンタンスロン化合物、ペリノン化合物、ペリレン化合物、ジケトピロロピロール化合物、チオインジゴ化合物、ジオキサジン化合物、トリフェニルメタン化合物、キノフタロン化合物、ナフタレンテトラカルボン酸、アゾ染料、シアニン染料の金属錯体化合物等が挙げられる。
上記着色剤の中でも、着色剤(F)が黒色顔料である重合性組成物は、遮光性に優れることからブラックマトリクス(BM)やブラックカラムスペーサー(BCS)用の重合性組成物として有用である。黒色顔料のなかでもカーボンブラックを用いた場合、3級アミン化合物又はその塩(A)及び前記化合物(E)と組み合わせることにより、低温硬化性と遮光性に優れる点で好ましい。
また、黒色顔料のなかでも有機黒色顔料である場合、硬化膜の抵抗値が大きくなることから、BMやBCS用の重合性組成物として有用である。有機黒色顔料のなかでもラクタムブラックは400nm~700nmの可視光域遮光性に優れ、且つ3級アミン化合物又はその塩(A)との組み合わせることにより低温硬化性と遮光性且つ電気特性(電気抵抗値)に優れる点で好ましい。ラクタムブラックは、ラクタム構造若しくはその異性体環構造又はそれらの組み合わせを有する黒色有機顔料であり、例えば特開2016-133574号公報の式(4)又は式(5)で表される構造を有する。ラクタムブラックの具体例としては、BASF社のIRGAPHOR(登録商標) BLACK S0100CFやブラック582が挙げられる。本発明の着色剤がラクタムブラックを含有する場合、ラクタムブラックの割合は着色剤中、50質量%以上が好ましく、75質量%以上がより好ましく、90質量%以上が特に好ましい。
本発明の重合性組成物において、着色剤(F)の含有量が、アルカリ現像性樹脂(C)100質量部に対して、10~500質量部である重合性組成物から得られる硬化物は、遮光性に優れ、高精細なパターンの硬化物が得られることから好ましく、50~300質量部がより好ましく、80~200質量部が特に好ましい。
<エチレン性不飽和化合物(G)>
本発明では、更にエチレン性不飽和化合物(G)を用いてもよい。エチレン性不飽和化合物(G)はエチレン性不飽和結合を有し、且つ、上述した(A)~(F)のいずれの成分にも該当しない化合物である。本発明において、分子量1000以下のエチレン性不飽和化合物(G)を用いると、更に感度が高くなるため好ましい。エチレン性不飽和化合物(G)としては、例えば、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等の不飽和脂肪族炭化水素;(メタ)アクリル酸-t-ブチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸n-オクチル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、(メタ)アクリル酸イソノニル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸メトキシエチル、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノメチル、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸アミノプロピル、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノプロピル、(メタ)アクリル酸エトキシエチル、(メタ)アクリル酸ポリ(エトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸ブトキシエトキシエチル、(メタ)アクリル酸エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸フェノキシエチル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフリル、(メタ)アクリル酸ビニル、(メタ)アクリル酸アリル、(メタ)アクリル酸ベンジル、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、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、1,4-ブタンジオールジ(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、トリメチロールエタントリ(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、ジペンタエリスリトールヘキサ(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、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメチロールジ(メタ)アクリレート、トリ[(メタ)アクリロイルエチル]イソシアヌレート、ポリエステル(メタ)アクリレートオリゴマー等の不飽和一塩基酸及び多価アルコール又は多価フェノールのエステル;(メタ)アクリル酸亜鉛、(メタ)アクリル酸マグネシウム等の不飽和多塩基酸の金属塩; (メタ)アクリルアミド、メチレンビス-(メタ)アクリルアミド、ジエチレントリアミントリス(メタ)アクリルアミド、キシリレンビス(メタ)アクリルアミド、α-クロロアクリルアミド、N-2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド等の不飽和一塩基酸及び多価アミンのアミド;アクロレイン等の不飽和アルデヒド;(メタ)アクリロニトリル、α-クロロアクリロニトリル、シアン化ビニリデン、シアン化アリル等の不飽和ニトリル;スチレン、4-メチルスチレン、4-エチルスチレン、4-メトキシスチレン、4-ヒドロキシスチレン、4-クロロスチレン、ジビニルベンゼン、ビニルトルエン、ビニルフェノール、ビニルスルホン酸、4-ビニルベンゼンスルホン酸、ビニルベンジルメチルエーテル、ビニルベンジルグリシジルエーテル等の不飽和芳香族化合物;メチルビニルケトン等の不飽和ケトン;ビニルアミン、アリルアミン、N-ビニルピロリドン、ビニルピペリジン等の不飽和アミン化合物;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、n-ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、アリルグリシジルエーテル等のビニルエーテル;マレイミド、N-フェニルマレイミド、N-シクロヘキシルマレイミド等の不飽和イミド類;インデン、1-メチルインデン等のインデン類;1,3-ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等の脂肪族共役ジエン類;ポリスチレン、ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリ-n-ブチル(メタ)アクリレート、ポリシロキサン等の重合体分子鎖の末端にモノ(メタ)アクリロイル基を有するマクロモノマー類;ビニルクロリド、ビニリデンクロリド、ジビニルスクシナート、ジアリルフタラート、トリアリルホスファート、ビニルイミダゾール、ビニルオキサゾリン、ビニルカルバゾール、ビニルピロリドン、ビニルピリジン、水酸基含有ビニルモノマー及びポリイソシアネート化合物のビニルウレタン化合物等が挙げられる。
上記エチレン性不飽和化合物(G)は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
上記エチレン性不飽和化合物としては、市販品を用いることもできる。該市販品としては、例えば、カヤラッドDPHA、DPEA-12、PEG400DA、THE-330、RP-1040、NPGDA、PET30、R-684(以上、日本化薬製);アロニックスM-215、M-350(以上、東亞合成製);NKエステルA-DPH、A-TMPT、A-DCP、A-HD-N、TMPT、DCP、NPG及びHD-N(以上、新中村化学工業製)等が挙げられる。
分子量が1,000以下のエチレン性不飽和化合物は、感度に優れ、得られる硬化物が耐薬品性に優れるところ、同様の点から分子量が200以上800以下のものが特に好ましい。
エチレン性不飽和結合が、分子内に2つ以上存在する多価エチレン性不飽和化合物を含有する重合性組成物は、感度に優れ、得られる硬化物が耐薬品性に優れることから好ましく、エチレン性不飽和結合が分子内に2~6存在する多価エチレン性不飽和化合物は、上記特性に加えて高精細なパターンの硬化物が得られることから好ましい。
エチレン性不飽和化合物としては、エチレン性不飽和結合を有するアルコールと、イソシアネート基を2つ以上有する多官能イソシアネート化合物とを反応させることによって得られる構造を有するウレタンアクリレートも好ましく使用することができる。該ウレタンアクリレートを含有する重合性組成物は、感度に優れ、得られる硬化物が耐薬品性に優れることから好ましい。
エチレン性不飽和化合物(G)の含有量が、アルカリ現像性樹脂(C)100質量部に対して、5~150質量部である重合性組成物は、感度が高く、耐薬品性に優れる硬化物が得られることから好ましく、7~100質量部がより好ましく、10~70質量部が特に好ましい。
本発明の重合性組成物には、更に溶剤を加えることができる。溶剤とは、1気圧25℃下で液体であり、上記(A)~(E)に該当しない化合物である。該溶剤としては、通常、必要に応じて上記の各成分((A)~(E)、更に必要に応じ(F)、(G)等)を溶解又は分散しえる溶剤を用いることができる。例えば、メチルエチルケトン、メチルアミルケトン、ジエチルケトン、アセトン、メチルイソプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン及び2-ヘプタノン等のケトン類;エチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタン及びジプロピレングリコールジメチルエーテル等のエーテル系溶剤;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸-n-プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n-ブチル、酢酸シクロヘキシル、乳酸エチル、コハク酸ジメチル及びテキサノール等のエステル系溶剤;エチレングリコールモノメチルエーテル及びエチレングリコールモノエチルエーテル等のセロソルブ系溶剤;メタノール、エタノール、イソ-又はn-プロパノール、イソ-又はn-ブタノール及びアミルアルコール等のアルコール系溶剤;エチレングリコールモノメチルアセテート、エチレングリコールモノエチルアセテート、プロピレングリコール-1-モノメチルエーテル(PGM)、プロピレングリコール-1-モノメチルエーテル-2-アセテート(PGMEA)、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、3-メトキシブチルアセテート及びエトキシエチルプロピオネート等のエーテルエステル系溶剤;ベンゼン、トルエン及びキシレン等のBTX系溶剤;ヘキサン、ヘプタン、オクタン及びシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶剤;テレピン油、D-リモネン及びピネン等のテルペン系炭化水素油;ミネラルスピリット、スワゾール#310(以上、コスモ松山石油製);及びソルベッソ#100(以上、エクソン化学製);等のパラフィン系溶剤;四塩化炭素、クロロホルム、トリクロロエチレン、塩化メチレン及び1,2-ジクロロエタン等のハロゲン化脂肪族炭化水素系溶剤;クロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素系溶剤;カルビトール系溶剤、アニリン、トリエチルアミン、ピリジン、酢酸、アセトニトリル、二硫化炭素、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、ジメチルスルホキシド及び水等が挙げられ、これらの溶剤は1種又は2種以上の混合溶剤として使用することができる。これらの中でもケトン類及びエーテルエステル系溶剤等、特にPGMEA及びシクロヘキサノン等が、重合性組成物においてレジストと重合開始剤の相溶性がよいので好ましい。
本発明の重合性組成物において、上記溶剤の含有量は、特に限定されるものではないが、重合性組成物全量100質量%中30~95質量%になることが好ましく、より好ましくは、50~95質量%である。
溶剤の含有量が上記範囲の場合、ハンドリング性(重合性組成物の粘度や濡れ性)、乾燥時のムラの低減及び液安定性(組成物に含まれる成分の析出や沈降を伴わない)に優れる重合性組成物となり、硬化物を得る際に硬化物の厚さを適切にコントロールできることから好ましい。
本発明の重合性組成物には、必要に応じて、更に分散剤、有機重合体、無機化合物、カップリング剤、連鎖移動剤、増感剤、界面活性剤、レベリング剤、メラミン化合物、p-アニソール、ハイドロキノン、ピロカテコール、t-ブチルカテコール及びフェノチアジン等の熱重合抑制剤;可塑剤;接着促進剤;充填剤;消泡剤;表面調整剤;酸化防止剤;紫外線吸収剤;分散助剤;凝集防止剤;触媒;硬化促進剤;架橋剤;増粘剤等の慣用の添加物を加えることができる。
上記分散剤としては、着色剤(F)を分散、安定化できるものであれば何でも良く、市販の分散剤、例えばビックケミー製、BYKシリーズ等を用いることができ、塩基性官能基を有するポリエステル、ポリエーテル、ポリウレタンからなる高分子分散剤、塩基性官能基として窒素原子を有し、窒素原子を有する官能基がアミン、及び/又はその四級塩であり、アミン価が1~100mgKOH/gのものが好適に用いられる。
上記有機重合体としては、例えば、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、メチルメタクリレート-エチルアクリレート共重合体、ポリ(メタ)アクリル酸、スチレン-(メタ)アクリル酸共重合体、(メタ)アクリル酸-メチルメタクリレート共重合体、エチレン-塩化ビニル共重合体、エチレン-ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル樹脂、ABS樹脂、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン12、ウレタン樹脂、ポリカーボネートポリビニルブチラール、セルロースエステル、ポリアクリルアミド、飽和ポリエステル、フェノール樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミック酸樹脂等が挙げられる。
上記アルカリ現像性樹脂(C)と共に、上記有機重合体を用いることによって、硬化物の特性を改善することもできる。
上記無機化合物としては、例えば、酸化ニッケル、酸化鉄、酸化イリジウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化カリウム、シリカ及びアルミナ等の金属酸化物;層状粘土鉱物、ミロリブルー、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、コバルト系、マンガン系、ガラス粉末、マイカ、タルク、カオリン、フェロシアン化物、各種金属硫酸塩、硫化物、セレン化物、アルミニウムシリケート、カルシウムシリケート、水酸化アルミニウム、白金、金、銀及び銅等が挙げられ、これらの中でも、酸化チタン、シリカ、層状粘土鉱物、及び銀等が好ましい。
上記カップリング剤としては、例えば、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルエチルジメトキシシラン、メチルエチルジエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン等のアルキル官能性アルコキシシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、アリルトリメトキシシラン等のアルケニル官能性アルコキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、2-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等の(メタ)アクリル酸エステル官能性アルコキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ-(3,4-エポキシシクロヘキシル)プロピルトリメトキシシラン等のエポキシ官能性アルコキシシラン、N-β(アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-フェニル-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ官能性アルコキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプト官能性アルコキシシラン、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等のイソシアネート官能性アルコキシシラン、3-ウレイドプロピルトリアルコキシシラン等のウレイド官能性アルコキシシラン、トリス-(トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート等のイソシアヌレート官能性アルコキシシラン、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラノルマルブトキシド等のチタンアルコキシド類、チタンジオクチロキシビス(オクチレングリコレート)、チタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)等のチタンキレート類、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート、ジルコニウムトリブトキシモノアセチルアセトネート等のジルコニウムキレート類、ジルコニウムトリブトキシモノステアレート等のジルコニウムアシレート類、メチルトリイソシアネートシラン等のイソシアネートシラン類等を用いることができる。
カップリング剤を添加することにより、硬化物と基材間の密着性を向上するので好ましい。
上記カップリング剤としては市販品を用いることができ、例えば、KA-1003、KBM-1003、KBE-1003、KBM-303、KBM-403、KBE-402、KBE-403、KBM-1403、KBM-502、KBM-503、KBE-502、KBE-503、KBM-5103、KBM-602、KBM-603、KBE-603,KBM-903,KBE-903,KBE-9103,KBM-573、KBM-575、KBM-6123、KBE-585、KBM-703、KBM-802、KBM-803、KBE-846、KBE-9007、KBM-04、KBE-04、KBM-13、KBE-13、KBE-22、KBE-103、HMDS-3、KBM-3063、KBM-3103C、KPN-3504及びKF-99(以上、信越シリコーン製)等が挙げられる。
上記界面活性剤としては、高級脂肪酸アルカリ塩、アルキルスルホン酸塩、アルキル硫酸塩等のアニオン系界面活性剤、高級アミンハロゲン酸塩、第四級アンモニウム塩等のカチオン系界面活性剤、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸モノグリセリド等の非イオン界面活性剤、両性界面活性剤及びシリコーン系界面活性剤等の界面活性剤を用いることができる。
上記レベリング剤としては、シリコーン系レベリング剤、アクリル系レベリング剤、フッ素系レベリング剤、ビニル系レベリング剤などに大別できる。例えばフッ素系レベリング剤は、フルオロ脂肪族炭化水素骨格を有するレベリング剤やエーテル結合を介した繰り返し単位であるポリフルオロアルキレンエーテル骨格を有するレベリング剤が挙げられる。レベリング剤を含有することは均一な硬化物が得られる点で好ましい。
重合性組成物がレベリング剤を含有する場合、組成物中の固形分(但し着色剤を除く)100質量部に対し、0.01~20質量部であることがレベリング剤を含有することによる上記効果を高める点で好ましく、0.01~15質量部であることがより好ましい。
本発明の重合性組成物において、上述した(A)~(G)及び溶剤以外の任意成分の含有量は、その使用目的に応じて適宜選択され、本発明の効果を損なわない限りにおいては、特に制限されないが、好ましくは、上述した(A)~(G)の各成分の合計100質量部に対して、合計で20質量部以下である。
本発明の重合性組成物及びその硬化物は、硬化性塗料、ワニス、硬化性接着剤、プリント基板、表示装置(カラーテレビ、PCモニタ、携帯情報端末及びデジタルカメラ等のカラー表示の液晶表示パネルにおけるカラーフィルタ、種々の表示用途用のカラーフィルタ、CCDイメージセンサのカラーフィルタ、タッチパネル、電気発光表示装置、プラズマ表示パネル、有機ELの黒色隔壁)、粉末コーティング、印刷インク、印刷版、接着剤、ゲルコート、電子工学用のフォトレジスト、電気メッキレジスト、エッチングレジスト、はんだレジスト、絶縁膜、ブラックマトリクス、及びLCDの製造工程において構造を形成するためのレジスト、電気及び電子部品を封入するための組成物、ソルダーレジスト、磁気記録材料、微小機械部品、導波路、光スイッチ、めっき用マスク、エッチングマスク、カラー試験系、ガラス繊維ケーブルコーティング、スクリーン印刷用ステンシル、ステレオリトグラフィによって三次元物体を製造するための材料、ホログラフィ記録用材料、画像記録材料、微細電子回路、脱色材料、画像記録材料のための脱色材料、マイクロカプセルを使用する画像記録材料用の脱色材料、印刷配線板用フォトレジスト材料、UV及び可視レーザー直接画像系用のフォトレジスト材料、プリント回路基板の逐次積層における誘電体層形成に使用するフォトレジスト材料及び保護膜等の各種の用途に使用することができ、その用途に特に制限はないが、上記用途の中でも表示装置には、特に好適に用いることができる。
特に、本発明の重合性組成物が着色剤(F)、特に黒色顔料を含有する場合、感光性及びアルカリ現像性を有し、BCSを形成することに特に適した組成物である。
液晶表示装置や有機EL表示装置等において、セルの上部と下部の基板間の距離を保持するためにスペーサが用いられている。スペーサは、重合性組成物を基板に塗布し、所定のマスク、表示装置を介して露光した後、現像することにより形成される。近年、カラムスペーサ及びブラックマトリクスを1つのモジュールに統合し、遮光性を持たせたBCSが用いられている。
本発明の重合性組成物を用いて硬化物を製造する方法について、以下に詳細に説明する。
本発明の重合性組成物は、スピンコーター、ロールコーター、バーコーター、ダイコーター、カーテンコーター、各種の印刷、浸漬等の公知の手段で、ソーダガラス、石英ガラス、半導体基板、金属、紙、プラスチック等の支持基体上に適用することができる。また、一旦フィルム等の支持基体上に施した後、他の支持基体上に転写することもでき、その適用方法に制限はない。
また、本発明の重合性組成物を硬化させる際に用いられるエネルギー線の光源としては、超高圧水銀ランプ、LED、高圧水銀ランプ、中圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、水銀蒸気アーク灯、キセノンアーク灯、カーボンアーク灯、メタルハライドランプ、蛍光灯、タングステンランプ、エキシマーランプ、殺菌灯、発光ダイオード、CRT光源等から得られる2,000オングストロームから7,000オングストロームの波長を有する電磁波エネルギーや電子線、X線、放射線等の高エネルギー線を利用することができるが、生産性が高く、高品質な硬化物が得られることから好ましくは、波長300~450nmの光を発光する超高圧水銀ランプ、LED等が挙げられる。
更に、露光光源にレーザー光を用いることにより、マスクを用いずに、コンピューター等のデジタル情報から直接画像を形成するレーザー直接描画法が、生産性のみならず、解像性や位置精度等の向上も図れることから有用であり、そのレーザー光としては、340~430nmの波長の光が好適に使用されるが、エキシマーレーザー、窒素レーザー、アルゴンイオンレーザー、ヘリウムカドミウムレーザー、ヘリウムネオンレーザー、クリプトンイオンレーザー、各種半導体レーザー及びYAGレーザー等の可視から赤外領域の光を発するものも用いられる。これらのレーザーを使用する場合には、可視から赤外の当該領域を吸収する増感色素が加えられる。
本発明の硬化物は(1)本発明の重合性組成物の塗膜を基板上に形成する工程、(2)該塗膜に所定のパターン形状を有するマスクを介して放射線を照射する工程、(3)露光後のベーク工程、(4)露光後の該被膜を現像する工程、(5)現像後の該被膜を加熱する工程により好ましく形成される。
上記マスクとしては、ハーフトーンマスク又はグレースケールマスク等の多階調マスクを用いることもできる。
本発明の表示装置は、本発明の硬化物を備える以外は従来公知の表示装置と同じ構成である。特に硬化物がBCSである場合、BCSは、セルとセルの間に設けるのがよい。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例等に限定されるものではない。
[製造例1]アルカリ現像性化合物PGMEA溶液C-1の調製
1,1-ビス〔4-(2,3-エポキシプロピルオキシ)フェニル〕インダンの184g、アクリル酸58g、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール0.26g、テトラ-n-ブチルアンモニウムブロミド0.11g及びPGMEA105gを仕込み、120℃で16時間撹拌した。反応液を室温まで冷却し、PGMEA160g、ビフタル酸無水物59g及びテトラ-n-ブチルアンモニウムブロミド0.24gを加えて、120℃で4時間撹拌した。更に、テトラヒドロ無水フタル酸20gを加え、120℃で4時間、100℃で3時間、80℃で4時間、60℃で6時間、40℃で11時間撹拌した後、PGMEA128gを加えて、PGMEA溶液としてアルカリ現像性化合物C-1を得た(Mw=5000、Mn=2100、酸価(固形分)92.7mgKOH/g)。アルカリ現像性化合物PGMEA溶液C-1におけるアルカリ現像性化合物の含有率は45質量%であった。
[製造例2]アルカリ現像性化合物PGMEA溶液C-2の製造
9,9-ビス(4-グリシジルオキシフェニル)フルオレン75.0g、アクリル酸23.8g、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール0.273g、テトラブチルアンモニウムクロリド0.585g、及びPGMEA65.9gを仕込み、90℃で1時間、100℃で1時間、110℃で1時間及び120℃で14時間撹拌した。室温まで冷却し、無水コハク酸25.9g、テトラブチルアンモニウムクロリド0.427g、及びPGMEA1.37gを加えて、100℃で5時間撹拌した。さらに、9,9-ビス(4-グリシジルオキシフェニル)フルオレン30.0g、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール0.269g、及びPGMEA1.50gを加えて、90℃で90分、120℃で4時間撹拌後、PGMEA122.2gを加えて、PGMEA溶液として目的物であるアルカリ現像性化合物C-2を得た(Mw=4190、Mn=2170,酸価(固形分)52mg・KOH/g)。アルカリ現像性化合物PGMEA溶液C-2におけるアルカリ現像性化合物の含有率は45質量%であった。
[製造例3]カーボンブラックNo.1の製造
MA100(三菱化学社製カーボンブラック)150g及びペルオキソ2硫酸ナトリウム脱イオン水溶液(濃度2.0N)3000mlを混合し、60℃で10時間撹拌した。ろ過し、得られたスラリーを水酸化ナトリウムで中和し、ダイアフィルトレーションにより処理し、得られた固体を75℃で一晩乾燥し、黒色粉末としてカーボンブラックNo.1を得た。
[製造例4]カーボンブラック分散液No.1の製造
カーボンブラックNo.1を20g、アルカリ現像性化合物PGMEA溶液C-1を3g、DISPERBYK-161(ビックケミー製、分散剤)を3g及びPGMEAを100g、それぞれ秤量して合わせ、ビーズミルにより処理して、カーボンブラック分散液No.1(固形分20質量%)を得た。
[製造例5]ラクタムブラック分散液No.1の調製
有機系の黒色顔料(ラクタムブラックとしてブラック582;BASF社製)、分散剤(BYK-167)および分散物のためのポリマー(前述するアルカリ現像性化合物PGMEA溶液C-1)を、それぞれ、16質量部、4.0質量部および1.0質量部で混合した後で、この混合物にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート(PGMEA)を固形分濃度25質量%となるよう秤量し、混合物を作成した。
上記混合物をスターラーにより予備混合した後、直径0.3mmのジルコニアビーズを分散物(溶剤:PGMEA除く)と同じ重量で添加し、25~60℃の温度で6時間にわたってペイントシェーカーによる分散物処理にかけたのち、フィルタを用いてジルコニアビーズを取り除き、分散液を得た。得られた分散液にPGMEAを追加し、分散物濃度が20質量%となるように調整し、スターラーにより均一にした後、ラクタムブラック分散液No.1を得た。
[実施例1~19及び比較例1~6]重合性組成物の調製
[表1]~[表5]の配合に従って各成分を混合し、重合性組成物(実施例1~19及び比較例1~6)を得た。尚、表中の配合の数値は質量部を表す。
また、表中の各成分の符号は、下記の成分を表す。
A-1 下記式(a1)で表される化合物(1質量%PGMEA溶液)
A-2 サンアプロ社(株)、U-CATSA102(ジアザビシクロウンデセンのオクチル酸塩、1質量%PGMEA溶液)
A-3 四国化成工業(株)、2MUSIZ(下記式(a3)で表される化合物)、1質量%PGMEA溶液
A’-1 2-エチル-4-メチルイミダゾール、1質量%PGMEA溶液
B-1 下記式(b1)で表される化合物
B-2 下記式(b2)で表される化合物
B-3 下記式(b3)で表される化合物
B-4 下記式(b4)で表される化合物
Figure 2022061912000018
C-1 アルカリ現像性化合物PGMEA溶液C-1
C-2 アルカリ現像性化合物PGMEA溶液C-2
D-1 重合開始剤(上記化合物No.D9)
D-2 BASF社、OXE-01
D-3 BASF社、OXE-02
E-1 昭和電工社、PE-1(下記式(e1)の化合物)
E-2 下記式(e2)の化合物
Figure 2022061912000019
F-1 カーボンブラック分散液No.1
F-2 ラクタムブラック分散液No.1
G-1 長興化学社、EM2692(カプロラクトン変性ジペンタエリスリトール)
G-2 日本化薬社、DPHA(ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート)
G-3 新中村化学工業社、A-TMPT(トリメチロールプロパントリアクリラート)
G-4 東亜合成社、M-315(イソシアヌル酸EO変性ジ及びトリアクリレート)
G-5 東亜合成社、M-405(ジペンタエリスリトールペンタ及びヘキサアクリレート、ペンタ10-20%)
H-1 ビックケミー社、BYK-323
I-1 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)
[重合性組成物の評価]
実施例1~19及び比較例1~6の重合性組成物について、保存安定性、製版性(線幅)、低温硬化性の評価を、下記の手順で行った。結果を[表1]~[表5]に併記する。
<保存安定性>
各組成物を配合後に、5-10℃下で保存を行い、現像時間の変化について評価した。保存2週間後に、0.4質量%の水酸化カリウムの水溶液にて膜厚1μmあたりの現像時間(塗膜が溶解する時間)について評価し、その現像時間が製造直後の200%超であったものをC、150%超200%以下をB、110%超150%以下をA、110%以下のものをSとした。安定性が悪いと、系内で成分の反応が進んでしまい高分子化する事で溶解しにくくなり、現像時間が長くなってしまう。一般的なフォトリソグラフィーに於いてC,Bのものは安定な製造が行えない。評価がS、Aのものは、保存性に優れることから好ましく使用でき、S、Aが好ましく、特にSが好ましい。
<製版性(線幅)>
実施例1~19で得られた重合性組成物及び比較例1~6で得られた比較重合性組成物を、ガラス基板(100mm×100mm)上にスピンコーターを用いて塗布し、100℃で100秒間プリベークを行い、厚さ4μmの塗膜を得た。得られた塗膜に対して20μmのマスクを介して、光源としてプロキシミティアライナー(製品名:TME-150R、株式会社トプコン製)を用いて照射量50mJ/cmで露光した。
露光後の塗膜を0.4質量%の水酸化カリウムの水溶液に25℃で60秒間浸漬して現像し、良く水洗した。水洗乾燥後更に120℃×30分間焼成した。パターンの線幅が、マスク幅の20μmに近いほど高精細のパターニングが可能であると判断できる。パターンの線幅が19μm以上21μm未満である場合をA、18μm以上19μm未満又は、21μm以上22μm未満である場合をB、18μm未満又は、22μm以上である場合をCとして評価した。
<低温硬化性>
実施例1~19で得られた重合性組成物及び比較例1~6で得られた比較重合性組成物を、ガラス基板(100mm×100mm)上にスピンコーターを用いて塗布し、100℃で100秒間プリベークを行い、厚さ4μmの塗膜を得た。得られた塗膜に対して20μmのマスクを介して、光源としてミラープロジェクションアライナー(製品名:TME-150RAK、株式会社トプコン製)を用いて照射量50mJ/cmで露光した。
露光後の塗膜を4質量%の水酸化カリウムの水溶液に25℃で60秒間浸漬して現像し、良く水洗した。水洗乾燥後更にポストベイク(120℃×所定時間)を行った後、得られた硬化物をPGMEAに室温で10分間浸漬し、剥がれや、膜厚が薄くなっているなどの変化がないか確認した。
ポストベイク30分で、硬化物に変化がないものをA、ポストベイク30分では硬化物に変化があり、ポストベイク60分では硬化物に変化がないものをB、ポストベイク60分でも硬化物に変化があるものをCとした。
Figure 2022061912000020
Figure 2022061912000021
Figure 2022061912000022
Figure 2022061912000023
Figure 2022061912000024
表1~表5の結果からわかる通り、3級アミン化合物又はその塩(A)、環状エーテル化合物(B)、アルカリ現像性樹脂(C)、重合開始剤(D)及び上記環状エーテル化合物と反応可能な活性水素を有する化合物(E)を含有する各実施例の重合性組成物は、低温硬化性及び保存安定性を有し、且つ高精細のパターニングが可能である(製版性に優れる)。これに対し、(A)、(B)、(D)又は(E)成分を用いない比較例1、3、5及び6は低温硬化性に劣った(比較例1,3及び6は120℃で硬化しなかった)。また比較例5及び6は製版性も劣るものであった。更に3級アミンの代わりに2級アミンを用いた比較例2では保存安定性及び製版性に劣り、(C)成分を非含有である比較例4はパターン不良で製版性が評価できなかった。

Claims (11)

  1. 3級アミン化合物又はその塩(A)、
    環状エーテル化合物(B)、
    アルカリ現像性樹脂(C)、
    重合開始剤(D)及び
    上記環状エーテル化合物と反応可能な活性水素を有する化合物(E)を含有する重合性組成物。
  2. 3級アミン化合物が下記一般式(I)で表される化合物である請求項1に記載の重合性組成物。
    Figure 2022061912000025
    (式中、R101、R102及びR103は、それぞれ独立に、炭素原子数2~10の複素環基、複素環を含有する炭素原子数3~20の基、炭素原子数1~20の炭化水素基又は炭素原子数1~20の炭化水素基中のメチレン基の1つ若しくは2つ以上が、下記<群A>より選ばれる2価の基に置換された基を表し、
    <群A>は、-O-、-S-、-NR104-、-CO-、-O-CO-、-CO-O-及び-SO-であり、
    104は、水素原子又は炭素原子数1~20の炭化水素基であり、R104が複数存在する場合、それらは、それぞれ独立に同じであっても異なっていてもよい。)
  3. 環状エーテル化合物(B)がエポキシ化合物である請求項1又は2に記載の重合性組成物。
  4. アルカリ現像性樹脂(C)が、
    下記一般式(II)で表されるエポキシ化合物に不飽和一塩基酸を付加させた構造を有するエポキシ付加化合物と、多塩基酸無水物とのエステル化反応により得られる構造を有する不飽和化合物である、請求項1~3の何れか一項に記載の重合性組成物。
    Figure 2022061912000026
    (式中、Mは直接結合、-O-、-S-、-SO2-、-SS-、-SO-、-CO-、-OCO-、炭素原子数1~20の炭化水素基、又は、該炭化水素基中の1つ若しくは2つ以上のメチレン基が不飽和結合、-O-若しくは-S-で置換された基を表すか、或いは下記式(a)、(b)、(c)及び(d)で表される群から選ばれる基を表し、
    、R、R、R、R、R、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1~20の炭化水素基、又は、該炭化水素基中の1つ若しくは2つ以上のメチレン基が不飽和結合、-O-若しくは-S-で置換された基を表し、
    nは0~10の数であり、
    n≧1の場合、複数存在するR、R、R、R、R、R、R及びR及びMは、それぞれ、同一である場合もあり、異なる場合もある。)
    Figure 2022061912000027
    (式中、Rは、炭素原子数1~20の炭化水素基を表し、
    10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37及びR38は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1~20の炭化水素基、炭素原子数2~10の複素環基、複素環を含有する炭素原子数3~20の基、又は、該炭化水素基若しくは該炭素原子数3~20の基中の1つ若しくは2つ以上のメチレン基が、不飽和結合、-O-若しくは-S-で置換された基を表し、
    10とR11、R11とR12、R12とR13、R13とR14、R22とR15、R15とR16、R30とR23、R23とR24、R24とR25、R38とR31、R31とR32、R32とR33、R34とR35、R35とR36及びR36とR37は結合して環を形成する場合があり、
    式(a)、(b)、(c)及び(d)で表される基中の*は、結合手を表す。)
  5. 重合開始剤(D)が、下記一般式(III)で表される基を有する重合開始剤である請求項1~4の何れか一項に記載の重合性組成物。
    Figure 2022061912000028
    (式中、R41及びR42は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素原子数1~20の炭化水素基、炭素原子数2~10の複素環基、複素環を含有する炭素原子数3~20の基、又は、該炭化水素基若しくは該炭素原子数3~20の基中の1つ若しくは2つ以上のメチレン基が下記<群B>で置換された基を表し、
    <群B>は、-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、-NR43-、-NR43CO-、-S-、-CS-、-SO-、-SCO-、-COS-、-OCS-及びCSO-であり、
    43は、水素原子又は炭素原子数1~20の炭化水素基を表し、
    m1は0又は1を表し、
    式中の*は、結合手を表す。)
  6. 上記環状エーテル化合物と反応可能な活性水素を有する化合物(E)が、チオール化合物である請求項1~5の何れか一項に記載の重合性組成物。
  7. 更に着色剤(F)を含有する請求項1~6の何れか一項に記載の重合性組成物。
  8. 更に分子量1,000以下のエチレン性不飽和化合物(G)を含有する請求項1~7の何れか一項に記載の重合性組成物。
  9. 請求項1~8の何れか一項に記載の重合性組成物の硬化物。
  10. 請求項9に記載の硬化物を含有する表示装置。
  11. 請求項1~8の何れか一項に記載の重合性組成物を用いて硬化物を製造する方法。
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