JP2023049935A - ポジ型感光性樹脂組成物、及び有機el素子隔壁 - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
[1]
複数のフェノール性水酸基を有し、前記複数のフェノール性水酸基の少なくとも一部が酸分解性基で保護された第1樹脂(A)と、
エポキシ基及びフェノール性水酸基を有し、前記第1樹脂(A)以外の第2樹脂(B)と、
黒色染料及び黒色顔料からなる群より選択される少なくとも1種の着色剤(C)と、
光酸発生剤(D)と
を含む、ポジ型感光性樹脂組成物であって、
前記酸分解性基は、式(1)で表されるシリル型酸分解性基と式(2)で表されるアセタール型酸分解性基とを含み、前記シリル型酸分解性基と前記アセタール型酸分解性基とは、前記第1樹脂(A)の同一重合体中に存在し、前記アセタール型酸分解性基に対する前記シリル型酸分解性基のモル比は、0.5以上10以下である、ポジ型感光性樹脂組成物。
[2]
前記第1樹脂(A)は、1又は複数のフェノール性水酸基を有し、前記フェノール性水酸基の少なくとも一部又は全部が前記式(1)で表される前記シリル型酸分解性基で保護された重合性単量体と、1又は複数のフェノール性水酸基を有し、前記フェノール性水酸基の少なくとも一部又は全部が前記式(2)で表される前記アセタール型酸分解性基で保護された重合性単量体との共重合体である、[1]に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
[3]
前記第1樹脂(A)は、式(3)
で表される構造単位と、式(4)
で表される構造単位を有し、
aが1以上の整数である前記式(3)の構造単位と、cが1以上の整数である前記式(4)の構造単位とを、少なくとも1つずつ有する、[1]又は[2]のいずれかに記載のポジ型感光性樹脂組成物。
[4]
前記第1樹脂(A)は、式(5)
で表される構造単位を有する、[1]~[3]のいずれかに記載のポジ型感光性樹脂組成物。
[5]
前記式(1)で表されるシリル型酸分解性基は、トリメチルシリル基、ジメチルフェニルシリル基、トリエチルシリル基、メチルジフェニルシリル基、tert-ブチルジメチルシリル基、及びトリフェニルシリル基からなる群から選択される少なくとも1種の基である、[1]~[4]のいずれかに記載のポジ型感光性樹脂組成物。
[6]
前記式(2)で表されるアセタール型酸分解性基は、メトキシメチル基、1-メトキシエチル基、1-エトキシエチル基、1-n-プロポキシエチル基、1-n-ブトキシエチル基、1-イソブトキシエチル基、1-(2-クロロエトキシ)エチル基、1-(2-エチルヘキシルオキシ)エチル基、1-シクロヘキシルオキシエチル基、1-(2-シクロヘキシルエトキシ)エチル基、2-テトラヒドロピラニル基、及び2-テトラヒドロフラニル基からなる群から選択される少なくとも1種の基である、[1]~[5]のいずれかに記載のポジ型感光性樹脂組成物。
[7]
前記第1樹脂(A)及び前記第2樹脂(B)の合計質量を基準として、20質量%~90質量%の前記第1樹脂(A)を含む、[1]~[6]のいずれかに記載のポジ型感光性樹脂組成物。
[8]
前記第1樹脂(A)及び前記第2樹脂(B)の合計100質量部を基準として、10質量部~150質量部の前記着色剤(C)を含む、[1]~[7]のいずれかに記載のポジ型感光性樹脂組成物。
[9]
前記第1樹脂(A)及び前記第2樹脂(B)の合計100質量部を基準として、0.5質量部~75質量部の前記光酸発生剤(D)を含む、[1]~[8]のいずれかに記載のポジ型感光性樹脂組成物。
[10]
前記ポジ型感光性樹脂組成物の硬化被膜の光学濃度(OD値)が、膜厚1μmあたり0.5以上である、[1]~[9]のいずれかに記載のポジ型感光性樹脂組成物。
[11]
前記第2樹脂(B)が、1分子中に少なくとも2個のエポキシ基を有する化合物とヒドロキシ安息香酸化合物との反応物であって、式(7)
の構造を有する、[1]~[10]のいずれかに記載のポジ型感光性樹脂組成物。
[12]
前記1分子中に少なくとも2個のエポキシ基を有する化合物が、ノボラック型エポキシ樹脂である、[11]に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
[13]
前記ヒドロキシ安息香酸化合物が、ジヒドロキシ安息香酸化合物である、[11]又は[12]のいずれかに記載のポジ型感光性樹脂組成物。
[14]
[1]~[13]のいずれかに記載のポジ型感光性樹脂組成物の硬化物を含む、有機EL素子隔壁。
[15]
[1]~[13]のいずれかに記載のポジ型感光性樹脂組成物の硬化物を含む、有機EL素子絶縁膜。
[16]
[1]~[13]のいずれかに記載のポジ型感光性樹脂組成物の硬化物を含む、有機EL素子。
一実施態様のポジ型感光性樹脂組成物は、複数のフェノール性水酸基を有し、複数のフェノール性水酸基の少なくとも一部が酸分解性基で保護された第1樹脂(A)と、エポキシ基及びフェノール性水酸基を有し、前記第1樹脂(A)以外の第2樹脂(B)と、黒色染料及び黒色顔料からなる群より選択される少なくとも1種の着色剤(C)と、光酸発生剤(D)とを含み、第1樹脂(A)における酸分解性基が、式(1)で表されるシリル型酸分解性基と式(2)で表されるアセタール型酸分解性基とを含み、シリル型酸分解性基とアセタール型酸分解性基とは、第1樹脂(A)の同一重合体中に存在し、かつアセタール型酸分解性基に対するシリル型酸分解性基のモル比が0.5以上10以下である。
第1樹脂(A)は、複数のフェノール性水酸基を有し、複数のフェノール性水酸基の少なくとも一部が酸分解性基で保護された樹脂であり、酸分解性基は、式(1)で表されるシリル型酸分解性基と式(2)で表されるアセタール型酸分解性基とを含み、シリル型酸分解性基とアセタール型酸分解性基とは、同一重合体中に存在し、アセタール型酸分解性基に対するシリル型酸分解性基のモル比は0.5以上10以下である。
Δ2=G(α)-(G(β)+G(γ)+G(δ))・・・・・(I)
G(α)=kG’(α)・・・・・(II)
G(α)=0.80G’(α)・・・・・(III)
一実施態様では、第1樹脂(A)は、酸分解性基で保護されたフェノール性水酸基を有する重合性単量体の共重合体(A1)であり、共重合体(A1)は複数のフェノール性水酸基を有する。この実施態様において、第1樹脂(A)となる酸分解性基で保護されたフェノール性水酸基を有する重合性単量体の共重合体(A1)は、複数のフェノール性水酸基の少なくとも一部が、式(1)で表されるシリル型酸分解性基と式(2)で表されるアセタール型酸分解性基で保護されたものである。
で表される構造単位と、式(4)
で表される構造単位を有し、aが1以上の整数である式(3)の構造単位と、cが1以上の整数である式(4)の構造単位とを、少なくとも1つずつ有する。
一実施態様では、第1樹脂(A)は、酸分解性基で保護されたフェノール性水酸基を有する重合性単量体とその他の重合性単量体との共重合体(A2)であり、共重合体(A2)は複数のフェノール性水酸基を有する。この実施態様において、第1樹脂(A)となる酸分解性基で保護されたフェノール性水酸基を有する重合性単量体の共重合体(A2)は、複数のフェノール性水酸基の少なくとも一部が、式(1)で表されるシリル型酸分解性基と式(2)で表されるアセタール型酸分解性基で保護されたものである。
で表される構造単位を有し、aが1以上の整数である式(3)の構造単位と、cが1以上の整数である式(4)の構造単位とを、少なくとも1つずつ有する。
エポキシ基及びフェノール性水酸基を有する第2樹脂(B)は、上記第1樹脂(A)以外の樹脂であり、アルカリ水溶液可溶性樹脂である。第2樹脂(B)は、フェノール性水酸基以外のアルカリ可溶性官能基を有していてもよい。フェノール性水酸基及び他のアルカリ可溶性官能基は、酸分解性基で保護されていてもよい。
)が挙げられる。クレゾールノボラック型エポキシ樹脂としては、例えば、EPICLON(登録商標)N-695(DIC株式会社)、EOCN(登録商標)-102S(日本化薬株式会社)が挙げられる。ビスフェノール型エポキシ樹脂としては、例えば、jER(登録商標)828、jER(登録商標)1001(三菱ケミカル株式会社)、YD-128(商品名、日鉄ケミカル&マテリアル株式会社)等のビスフェノールA型エポキシ樹脂、jER(登録商標)806(三菱ケミカル株式会社)、YDF-170(商品名、日鉄ケミカル&マテリアル株式会社)等のビスフェノールF型エポキシ樹脂等が挙げられる。ビフェノール型エポキシ樹脂としては、例えば、jER(登録商標)YX-4000、jER(登録商標)YL-6121H(三菱ケミカル株式会社)が挙げられる。ナフタレン骨格含有エポキシ樹脂としては、例えば、NC-7000(商品名、日本化薬株式会社)、EXA-4750(商品名、DIC株式会社)があげられる。脂環式エポキシ樹脂としては、例えば、EHPE(登録商標)-3150(ダイセル化学工業株式会社)が挙げられる。複素環式エポキシ樹脂としては、例えば、TEPIC(登録商標)、TEPIC-L、TEPIC-H、TEPIC-S(日産化学工業株式会社)が挙げられる。
着色剤(C)は、黒色染料及び黒色顔料からなる群より選択される少なくとも1種である。黒色染料と黒色顔料とを、併用してもよい。例えば、着色剤(C)を含むポジ型感光性樹脂組成物を用いて有機EL素子に黒色の隔壁を形成することにより、有機ELディスプレイ等の表示装置の視認性を向上させることができる。
ポジ型感光性樹脂組成物は、光酸発生剤(D)を含む。光酸発生剤(D)は、可視光、紫外光、γ線、電子線などの放射線が照射されると、酸を発生する化合物である。
ポジ型感光性樹脂組成物は、現像時にアルカリ可溶性部分の現像液への溶解性を向上させるための溶解促進剤(E)をさらに含んでもよい。
ポジ型感光性樹脂組成物は、任意成分(F)として、第1樹脂(A)及び第2樹脂(B)以外の樹脂、熱硬化剤、界面活性剤、(C)以外の着色剤等を含むことができる。本開示において、任意成分(F)は(A)~(E)のいずれにも当てはまらないものと定義する。
ポジ型感光性樹脂組成物は、溶媒(G)に溶解されて溶液状態(但し、黒色顔料を含むときは、顔料は分散状態である。)で用いることができる。例えば、第1樹脂(A)及び第2樹脂(B)を溶媒(G)に溶解して得られた溶液に、着色剤(C)、及び光酸発生剤(D)、並びに必要に応じて溶解促進剤(E)、熱硬化剤、界面活性剤等の任意成分(F)を所定の割合で混合することにより、溶液状態のポジ型感光性樹脂組成物を調製することができる。ポジ型感光性樹脂組成物は、溶媒(G)の量を変化させることにより使用する塗布方法に適した粘度に調整することができる。
ポジ型感光性樹脂組成物を放射線リソグラフィーに使用する場合、まず、ポジ型感光性樹脂組成物を溶媒に溶解又は分散してコーティング組成物を調製する。次に、コーティング組成物を基板表面に塗布し、加熱等の手段により溶媒を除去して、被膜を形成することができる。基板表面へのコーティング組成物の塗布方法は特に限定されず、例えば、スプレー法、ロールコート法、スリット法、スピンコート法を使用することができる。
実施例及び比較例で使用した原料は、以下のとおり製造又は入手した。
装置名:Shodex(登録商標)GPC-101
カラム:Shodex(登録商標)LF-804
移動相:テトラヒドロフラン
流速:1.0mL/分
検出器:Shodex(登録商標)RI-71
温度:40℃
3Lのセパラブルフラスコ中で、4-ヒドロキシフェニルメタクリレート(昭和電工株式会社「PQMA」)500g、及び酸触媒としてp-トルエンスルホン酸のピリジニウム塩(東京化成工業株式会社)35.2gを、テトラヒドロフラン1000gに溶解させた。その後、窒素ガス雰囲気下で氷冷し、2,3-ジヒドロフラン(東京化成工業株式会社)393gを1時間かけて滴下した。その後、室温で2時間撹拌した。飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で酸触媒を中和した後、水層を除去した。テトラヒドロフランを減圧留去し、酢酸エチル500gを加えて有機層を水で2回洗浄した。有機層に硫酸ナトリウムを加えて脱水した後、酢酸エチルを減圧留去して、無色の液体を672g得た。
2Lのセパラブルフラスコ中で、4-ヒドロキシフェニルメタクリレート(昭和電工株式会社「PQMA」)75.6g、イミダゾール(東京化成工業株式会社)57.3gを、酢酸エチル750gに溶解させた。その後、窒素ガス雰囲気下で氷冷し、トリエチルクロロシラン(東京化成工業株式会社)95.1gを滴下した。その後、室温で3時間撹拌した。反応溶液に純水200gを加え、水層を除去する操作を三回行った。有機層に硫酸ナトリウムを加えて脱水した後、酢酸エチルを減圧留去した。得られた溶液をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒としてヘキサン:酢酸エチル=30:1(体積比)を使用した)にて精製し、無色の液体を102g得た。
[製造例1]フェノール性水酸基がトリエチルシリル基と2-テトラヒドロフラニル基で保護された樹脂(PCX-02e-TES16-THF5)の製造
4-ヒドロキシフェニルメタクリレート(昭和電工株式会社「PQMA」)19.4g、4-テトラヒドロフラン-2-イルオキシフェニルメタクリレート(PQMA-THF)2.23g、4-トリエチルシリルオキシフェニルメタクリレート(PQMA-TES)19.4g、及びN-シクロヘキシルマレイミド(東京化成工業株式会社)4.93gを、溶媒であるイソプロピルアセテート86.4gに完全に溶解させ、重合開始剤としてV-601(富士フイルム和光純薬株式会社)2.87gを、イソプロピルアセテート11.4gに完全に溶解させた。
4-ヒドロキシフェニルメタクリレート(昭和電工株式会社「PQMA」)17.4g、4-テトラヒドロフラン-2-イルオキシフェニルメタクリレート(PQMA-THF)4.44g、4-トリエチルシリルオキシフェニルメタクリレート(PQMA-TES)10.4g、及びN-シクロヘキシルマレイミド(東京化成工業株式会社)4.75gを、溶媒であるイソプロピルアセテート86.3gに完全に溶解させ、重合開始剤としてV-601(富士フイルム和光純薬株式会社)2.87gを、イソプロピルアセテート11.4gに完全に溶解させた。
[製造例3]フェノール性水酸基がトリエチルシリル基と2-テトラヒドロフラニル基で保護された樹脂(PCX-02e-TES10-THF23)の製造
4-ヒドロキシフェニルメタクリレート(昭和電工株式会社「PQMA」)15.2g、4-テトラヒドロフラン-2-イルオキシフェニルメタクリレート(PQMA-THF)11.0g、4-トリエチルシリルオキシフェニルメタクリレート(PQMA-TES)6.22g、及びN-シクロヘキシルマレイミド(東京化成工業株式会社)4.71gを、溶媒であるイソプロピルアセテート86.3gに完全に溶解させ、重合開始剤としてV-601(富士フイルム和光純薬株式会社)2.88gを、イソプロピルアセテート11.4gに完全に溶解させた。
4-ヒドロキシフェニルメタクリレート(昭和電工株式会社「PQMA」)19.2g、4-トリエチルシリルオキシフェニルメタクリレート(PQMA-TES)13.1g、及びN-シクロヘキシルマレイミド(東京化成工業株式会社)4.74gを、溶媒であるイソプロピルアセテート55.8gに完全に溶解させ、重合開始剤としてV-601(富士フイルム和光純薬株式会社)2.86gを、イソプロピルアセテート11.4gに完全に溶解させた。
4-ヒドロキシフェニルメタクリレート(昭和電工株式会社「PQMA」)16.3g、4-テトラヒドロフラン-2-イルオキシフェニルメタクリレート(PQMA-THF)15.9g、及びN-シクロヘキシルマレイミド(東京化成工業株式会社)4.91gを、溶媒であるイソプロピルアセテート55.8gに完全に溶解させ、重合開始剤としてV-601(富士フイルム和光純薬株式会社)2.86gを、イソプロピルアセテート4.29gに完全に溶解させた。
[製造例6]エポキシ基及びフェノール性水酸基を有する第2樹脂(N695OH70)の製造
3Lの3つ口型フラスコに、溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート2000g、1分子中に少なくとも2個のエポキシ基を有する化合物としてEPICLON(登録商標)N-695(DIC株式会社、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量214)500gを仕込み、窒素ガス雰囲気下、60℃で溶解させた。
着色剤(C)として、黒色染料であるVALIFAST(登録商標)BLACK 3820(ソルベントブラック27のC.I.で規定される黒色染料、オリエント化学工業株式会社)を使用した。
光酸発生剤(D)として、オキシム系光酸発生剤であるIrgacure(登録商標)PAG-169(BASF社)を使用した。PAG-169は、光照射によりトリフルオロメタンスルホン酸(pKa=-13)を発生させる。
溶解促進剤(E)として、フロログルシノールを使用した。
実施例及び比較例で使用した評価方法は、以下のとおりである。
ガラス基板(大きさ100mm×100mm×1mm)に、ポジ型感光性樹脂組成物を乾燥膜厚が約1.5μmになるようにバーコートし、ホットプレート上120℃で100秒加熱して溶媒を乾燥した。その後、窒素ガス雰囲気下250℃で60分硬化させることにより、被膜を得た。硬化後の被膜のOD値を透過濃度計(BMT-1、サカタインクスエンジニアリング株式会社)で測定し、ガラスのみのOD値で補正を行って、被膜の厚さ1μm当たりのOD値に換算した。被膜の厚みは、光学式膜厚測定装置(F20-NIR、フィルメトリクス株式会社)を用いて測定した。
ガラス基板(大きさ100mm×100mm×1mm)に、ポジ型感光性樹脂組成物をPEB後膜厚が2.5μmになるようにバーコートし、ホットプレート上100℃で100秒加熱してプリベークを行った。その後、直径10μmのホールパターンを有するフォトマスクを介して、露光量3000mJ/cm2の紫外線を照射した後、ホットプレート上で表3に記載のPEB条件(PEB条件1又はPEB条件2)でPEBを行った。その後、2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液で60秒間アルカリ現像処理を行い、エアブラシで付着した水分を飛ばした後、マイクロスコープ(VHX-6000、キーエンス株式会社)でホール直径を観察した。PEB条件2は、PEB条件1の温度+10℃とした。
プロセス安定性は、上記で観察したホール直径により評価し、PEB条件1とPEB条件2によるホール直径の差の絶対値が1.5以下の場合は良好、1.5超の場合は不良と判定した。
塗膜状態は、上記のマイクロスコープによる観察により評価し、ホールが存在する区画500μm×600μm当たりにおいて、塗膜剥がれが10か所以下の場合は良好、11か所以上の場合は不良と判定した。
[実施例1~2、比較例1~4]
表3に記載の組成で、第1樹脂(A)、第2樹脂(B)、着色剤(C)、光酸発生剤(D)、溶解促進剤(E)、任意成分(F)(界面活性剤及びその他の樹脂)、及びDGEME/PGMEA混合溶媒(G)を量り取り、ミックスローターにて混合して溶解した。成分が溶解したことを目視で確認した後、孔径0.22μmのミリポアフィルターで濾過し、固形分濃度12質量%のポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
Claims (16)
- 複数のフェノール性水酸基を有し、前記複数のフェノール性水酸基の少なくとも一部が酸分解性基で保護された第1樹脂(A)と、
エポキシ基及びフェノール性水酸基を有し、前記第1樹脂(A)以外の第2樹脂(B)と、
黒色染料及び黒色顔料からなる群より選択される少なくとも1種の着色剤(C)と、
光酸発生剤(D)と
を含む、ポジ型感光性樹脂組成物であって、
前記酸分解性基は、式(1)で表されるシリル型酸分解性基と式(2)で表されるアセタール型酸分解性基とを含み、前記シリル型酸分解性基と前記アセタール型酸分解性基とは、前記第1樹脂(A)の同一重合体中に存在し、前記アセタール型酸分解性基に対する前記シリル型酸分解性基のモル比は、0.5以上10以下である、ポジ型感光性樹脂組成物。
- 前記第1樹脂(A)は、1又は複数のフェノール性水酸基を有し、前記フェノール性水酸基の少なくとも一部又は全部が前記式(1)で表される前記シリル型酸分解性基で保護された重合性単量体と、1又は複数のフェノール性水酸基を有し、前記フェノール性水酸基の少なくとも一部又は全部が前記式(2)で表される前記アセタール型酸分解性基で保護された重合性単量体との共重合体である、請求項1に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
- 前記第1樹脂(A)は、式(3)
で表される構造単位と、式(4)
で表される構造単位を有し、
aが1以上の整数である前記式(3)の構造単位と、cが1以上の整数である前記式(4)の構造単位とを、少なくとも1つずつ有する、請求項1又は請求項2のいずれか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物。 - 前記式(1)で表されるシリル型酸分解性基は、トリメチルシリル基、ジメチルフェニルシリル基、トリエチルシリル基、メチルジフェニルシリル基、tert-ブチルジメチルシリル基、及びトリフェニルシリル基からなる群から選択される少なくとも1種の基である、請求項1~4のいずれか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
- 前記式(2)で表されるアセタール型酸分解性基は、メトキシメチル基、1-メトキシエチル基、1-エトキシエチル基、1-n-プロポキシエチル基、1-n-ブトキシエチル基、1-イソブトキシエチル基、1-(2-クロロエトキシ)エチル基、1-(2-エチルヘキシルオキシ)エチル基、1-シクロヘキシルオキシエチル基、1-(2-シクロヘキシルエトキシ)エチル基、2-テトラヒドロピラニル基、及び2-テトラヒドロフラニル基からなる群から選択される少なくとも1種の基である、請求項1~5のいずれか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
- 前記第1樹脂(A)及び前記第2樹脂(B)の合計質量を基準として、20質量%~90質量%の前記第1樹脂(A)を含む、請求項1~6のいずれか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
- 前記第1樹脂(A)及び前記第2樹脂(B)の合計100質量部を基準として、10質量部~150質量部の前記着色剤(C)を含む、請求項1~7のいずれか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
- 前記第1樹脂(A)及び前記第2樹脂(B)の合計100質量部を基準として、0.5質量部~75質量部の前記光酸発生剤(D)を含む、請求項1~8のいずれか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
- 前記ポジ型感光性樹脂組成物の硬化被膜の光学濃度(OD値)が、膜厚1μmあたり0.5以上である、請求項1~9のいずれか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
- 前記1分子中に少なくとも2個のエポキシ基を有する化合物が、ノボラック型エポキシ樹脂である、請求項11に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
- 前記ヒドロキシ安息香酸化合物が、ジヒドロキシ安息香酸化合物である、請求項11又は請求項12のいずれか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
- 請求項1~13のいずれか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物の硬化物を含む、有機EL素子隔壁。
- 請求項1~13のいずれか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物の硬化物を含む、有機EL素子絶縁膜。
- 請求項1~13のいずれか一項に記載のポジ型感光性樹脂組成物の硬化物を含む、有機EL素子。
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