JP2023057930A - ラジカル重合性重合体および感光性組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐熱性、密着性と共に塗布性に優れた塗膜を形成しうるラジカル重合性重合体、および該重合体を含む感光性樹脂組成物を提供する。【解決手段】酸基を有する不飽和単量体由来の構成単位、5員環以上の環状エーテル構造を有する不飽和単量体由来の構成単位、主鎖に環構造を有する構成単位、及び側鎖に重合性二重結合を有する重合体であり、該重合体の重量平均分子量が、19000以下であるラジカル重合性重合体。上記ラジカル重合性重合体の二重結合当量が300~2000(g/mol)であること、上記ラジカル重合性重合体の全構成単位100質量%に対して、主鎖に環構造を有する構成単位の含有割合が、9質量%以上であることが好適な形態である。また、上記ラジカル重合性重合体、多官能モノマー、光重合開始剤、無機微粒子及び溶剤を含む感光性樹脂組成物でもある。【選択図】なし
Description
本発明は、ラジカル重合性重合体およびその感光性組成物に関する。より詳しくは、ラジカル重合性重合体、ならびにラジカル重合性重合体、多官能モノマー、光重合開始剤、無機微粒子及び溶剤を必須成分とする感光性樹脂組成物に関する。
熱や活性エネルギー線によって硬化しうる硬化性樹脂組成物は、例えば、液晶表示装置や固体撮像素子等に用いられるカラーフィルター、インキ、印刷版、プリント配線板、半導体素子、フォトレジスト等の、各種の光学部材や電機・電子機器等の各種用途への適用が種々検討され、各用途で要求される特性に応じて優れた硬化性樹脂組成物の開発がなされている。例えば、耐熱寸法安定性、耐熱変色性、基板との密着性等に優れる層間絶縁膜を高い解像度で与えることができる感放射線性樹脂組成物として、特許文献1には、[A]アルカリ可溶性樹脂、[B]1,2-キノンジアジド化合物、および[C]ラジカル捕捉剤を含有する感放射線性樹脂組成物が記載されており、上記アルカリ可溶性樹脂として種々の構成単位を有する共重合体が開示されている。
また、優れた遮蔽部硬化性、高耐熱性、高密着性及び高透明性を発現する硬化膜を与えることができる感光性樹脂組成物として、例えば、特許文献2には、環状エーテル骨格を有する(メタ)アクリレート(A)、アルキル基の炭素数が1~24であるアルキル(メタ)アクリレート(B)、少なくとも2種のラジカル重合性モノマーの共重合体である(メタ)アクリル樹脂(C)及び重合開始剤(D)を含有する活性エネルギー線硬化型感光性樹脂組成物が記載されている。
また、優れた遮蔽部硬化性、高耐熱性、高密着性及び高透明性を発現する硬化膜を与えることができる感光性樹脂組成物として、例えば、特許文献2には、環状エーテル骨格を有する(メタ)アクリレート(A)、アルキル基の炭素数が1~24であるアルキル(メタ)アクリレート(B)、少なくとも2種のラジカル重合性モノマーの共重合体である(メタ)アクリル樹脂(C)及び重合開始剤(D)を含有する活性エネルギー線硬化型感光性樹脂組成物が記載されている。
上述のように光学材料における種々の要求特性のレベルは高まっており、さらには取り扱い性に優れる重合体、その感光性樹脂組成物が求められている。
本発明は、上記現状に鑑みて、取り扱い性が良く塗布作業性に優れ、硬度、耐熱性及び密着性に優れた硬化物を与えることができるラジカル重合性重合体、及び上記ラジカル重合性重合体を含む感光性樹脂組成物を提供することを目的とする。
本発明者は、重合体について種々検討したところ、酸基を有する不飽和単量体由来の構成単位、5員環以上の環状エーテル構造を有する不飽和単量体由来の構成単位、主鎖に環構造を有する構成単位、及び側鎖に重合性二重結合を有する重合体であり、重量平均分子量が19000以下であるラジカル重合性重合体が課題を解決しうることを見出した。
好ましくは上記ラジカル重合性重合体の二重結合当量が300~2000(g/mol)である。より好ましくは上記ラジカル重合性重合体の全構成単位100質量%に対して、主鎖に環構造を有する構成単位の含有割合が9質量%以上である。
さらに好ましくは上記ラジカル重合性重合体の全構成単位100質量%に対して、5員環以上の環状エーテル構造を有する不飽和単量体由来の構成単位の含有割合が、7.5質量%以上である
本発明はまた、上記ラジカル重合性重合体、多官能モノマー、光重合開始剤、無機微粒子及び溶剤を含む感光性樹脂組成物でもある。
好ましくは上記ラジカル重合性重合体の二重結合当量が300~2000(g/mol)である。より好ましくは上記ラジカル重合性重合体の全構成単位100質量%に対して、主鎖に環構造を有する構成単位の含有割合が9質量%以上である。
さらに好ましくは上記ラジカル重合性重合体の全構成単位100質量%に対して、5員環以上の環状エーテル構造を有する不飽和単量体由来の構成単位の含有割合が、7.5質量%以上である
本発明はまた、上記ラジカル重合性重合体、多官能モノマー、光重合開始剤、無機微粒子及び溶剤を含む感光性樹脂組成物でもある。
本発明のラジカル重合性重合体および感光性樹脂組成物は、耐熱性(特に耐熱分解性)、密着性と共に塗布性に優れた塗膜を形成することができるものであり、例えば、レジスト材料、各種コーティング剤、塗料等の用途において好適に用いることができる。また、本発明によれば、硬度が高い硬化膜を提供することができる。
以下に本発明を詳述する。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせた形態もまた、本発明の好ましい形態である。
また、本明細書において、「(メタ)アクリル酸」は、「アクリル酸及び/又はメタクリル酸」を意味し、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレート及び/又はメタクリレート」を意味する。
また、本明細書において、数値範囲「Min~Max」は、最小値Min以上、且つ、最大値Max以下を意味する。さらに、上限値および下限値について、好適な数値を段階的に記載する場合、各々分けて記載した上限値と下限値を、適宜組み合わせた数値範囲も好適な数値範囲である。
上述のとおり、本発明の重合体は、酸基を有する不飽和単量体由来の構成単位、5員環以上の環状エーテル構造を有する不飽和単量体由来の構成単位、主鎖に環構造を有する構成単位、及び側鎖に重合性二重結合を有する重合体であり、該重合体の重量平均分子量が、19000以下であるラジカル重合性重合体である。
上記不飽和単量体由来の構成単位とは、例えば、重合反応によって、各不飽和単量体の重合性二重結合が開いた構造(構成単位)に相当する。重合性二重結合が開いた構造とは、例えば、炭素間の二重結合(C=C)が単結合(-C-C-)となった構造である。 酸基を有する不飽和単量体に含まれる酸基としては、水中において酸性を示す官能基であれば特に限定されるものではないが、カルボキシル基が好ましい。好ましい形態として(A)カルボキシル基を有する不飽和単量体と、(B)テトラヒドロフラン環、ジオキソラン環、テトラヒドロピラン環及びジオキサン環から選択される少なくとも一つを有する不飽和単量体と、(C)N置換マレイミド系単量体、ジアルキル-2,2’-(オキシジメチレン)ジアクリレート系単量体、α-(不飽和アルコキシアルキル)アクリレート系単量体から選択される少なくとも一つの単量体を必須成分として共重合してなる重合体(ベースポリマーとも称する)にエポキシ基を有する不飽和単量体を反応させて得られる二重結合当量が300~2000(g/mol)であるラジカル重合性重合体が挙げられる。なお、上記酸基を有する不飽和単量体由来の構成単位を有する重合体として、水酸基を有する不飽和単量体を重合後、酸無水物を反応させることにより酸基を有する構成単位を形成する形態も本発明の重合体に含まれる。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせた形態もまた、本発明の好ましい形態である。
また、本明細書において、「(メタ)アクリル酸」は、「アクリル酸及び/又はメタクリル酸」を意味し、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレート及び/又はメタクリレート」を意味する。
また、本明細書において、数値範囲「Min~Max」は、最小値Min以上、且つ、最大値Max以下を意味する。さらに、上限値および下限値について、好適な数値を段階的に記載する場合、各々分けて記載した上限値と下限値を、適宜組み合わせた数値範囲も好適な数値範囲である。
上述のとおり、本発明の重合体は、酸基を有する不飽和単量体由来の構成単位、5員環以上の環状エーテル構造を有する不飽和単量体由来の構成単位、主鎖に環構造を有する構成単位、及び側鎖に重合性二重結合を有する重合体であり、該重合体の重量平均分子量が、19000以下であるラジカル重合性重合体である。
上記不飽和単量体由来の構成単位とは、例えば、重合反応によって、各不飽和単量体の重合性二重結合が開いた構造(構成単位)に相当する。重合性二重結合が開いた構造とは、例えば、炭素間の二重結合(C=C)が単結合(-C-C-)となった構造である。 酸基を有する不飽和単量体に含まれる酸基としては、水中において酸性を示す官能基であれば特に限定されるものではないが、カルボキシル基が好ましい。好ましい形態として(A)カルボキシル基を有する不飽和単量体と、(B)テトラヒドロフラン環、ジオキソラン環、テトラヒドロピラン環及びジオキサン環から選択される少なくとも一つを有する不飽和単量体と、(C)N置換マレイミド系単量体、ジアルキル-2,2’-(オキシジメチレン)ジアクリレート系単量体、α-(不飽和アルコキシアルキル)アクリレート系単量体から選択される少なくとも一つの単量体を必須成分として共重合してなる重合体(ベースポリマーとも称する)にエポキシ基を有する不飽和単量体を反応させて得られる二重結合当量が300~2000(g/mol)であるラジカル重合性重合体が挙げられる。なお、上記酸基を有する不飽和単量体由来の構成単位を有する重合体として、水酸基を有する不飽和単量体を重合後、酸無水物を反応させることにより酸基を有する構成単位を形成する形態も本発明の重合体に含まれる。
本発明の重合体の用途は特に限定されないが、印刷製版、カラーフィルターの保護膜、カラーフィルター、ブラックマトリックス等の液晶表示板製造用等の各種の用途に好適に使用できる。特に得られる硬化膜は高硬度であるうえ、高い透明性を有するので、各種表示装置における保護膜や絶縁膜として非常に有用である。表示装置としては特に限定されないが、例えば、液晶表示装置、固体撮像素子、タッチパネル式表示装置等が好適である。タッチパネル式表示装置としては、特に、静電容量方式のものが好ましい。
本発明のラジカル重合性重合体は感光性アルカリ可溶性樹脂であり、良好な現像性を示す。上記アルカリ可溶性樹脂に含まれる好ましい酸基として、カルボキシル基を有する不飽和単量体(好ましくは(メタ)アクリレート)としては、例えば、(メタ)アクリル酸やイタコン酸、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、2-(メタ)アクリロイロキシエチルコハク酸、2-(メタ)アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2-(メタ)アクリロイロキシエチルフタル酸などが挙げられるが、これらの中でも特に、(メタ)アクリル酸が好ましい。カルボキシル基を含有する不飽和単量体の含有割合は全単量体成分(ベースポリマー100質量%分)中、0.5~50質量%である範囲が好ましく、より好ましくは2~50質量%、さらに好ましくは5~45質量%、特に好ましくは5~40質量%であるのがよい。上記範囲であると、アルカリ物質による可溶性が充分となり、得られる重合体の粘度が高くなり過ぎず取り扱い性が良好となる。なお、酸基を有する不飽和単量体由来の構成単位の割合は全構成単位中、上述の範囲(0.5~50質量%)が好ましい。また、重量平均分子量が、19000以下であるラジカル重合性重合体100質量%に対しては、1~40質量%含まれることが好ましい。
本発明のラジカル重合性重合体は感光性アルカリ可溶性樹脂であり、良好な現像性を示す。上記アルカリ可溶性樹脂に含まれる好ましい酸基として、カルボキシル基を有する不飽和単量体(好ましくは(メタ)アクリレート)としては、例えば、(メタ)アクリル酸やイタコン酸、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、2-(メタ)アクリロイロキシエチルコハク酸、2-(メタ)アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2-(メタ)アクリロイロキシエチルフタル酸などが挙げられるが、これらの中でも特に、(メタ)アクリル酸が好ましい。カルボキシル基を含有する不飽和単量体の含有割合は全単量体成分(ベースポリマー100質量%分)中、0.5~50質量%である範囲が好ましく、より好ましくは2~50質量%、さらに好ましくは5~45質量%、特に好ましくは5~40質量%であるのがよい。上記範囲であると、アルカリ物質による可溶性が充分となり、得られる重合体の粘度が高くなり過ぎず取り扱い性が良好となる。なお、酸基を有する不飽和単量体由来の構成単位の割合は全構成単位中、上述の範囲(0.5~50質量%)が好ましい。また、重量平均分子量が、19000以下であるラジカル重合性重合体100質量%に対しては、1~40質量%含まれることが好ましい。
また、本発明の重合体の必須成分である5員環以上の環状エーテル構造を有する不飽和単量体としては、5員環以上10員環以下の環状エーテル構造を有する不飽和単量体が好ましく、5員環以上8員環以下の環状エーテル構造を有する不飽和単量体がさらに好ましく、5員環または6員環の環状エーテル構造を有する不飽和単量体が特に好ましい。また、リンカー(例えばエステル結合を含む有機基)を介して環状エーテル構造を側鎖に有する不飽和単量体が好ましい。例えば、テトラヒドロフラン環、ジオキソラン環、テトラヒドロピラン環及びジオキサン環から選択される環状エーテル構造を有する不飽和単量体が挙げられる。すなわち5員環または6員環の環状エーテル構造を有する(メタ)アクリレートであり、1分子中の(メタ)アクリロイル基の数は1である。上記アクリロイル基は、5員環以上の環状エーテル構造と、リンカーを介して結合していることが好ましい。リンカーとしては、例えば、-O-(即ち、エーテル結合)、*-O-C1-6アルキレン基-**、*-O-C1-6アルキレン基-COO-**等が挙げられる。リンカーは、好ましくは-O-または*-O-CH2-**である。なお、上記式中、*はアクリロイル基との結合位置を示し、**は5員環以上の環状エーテル構造との結合位置を示す。
上記5員環以上の環状エーテル構造を有する(メタ)アクリロイルモノマーは、環状エーテル構造を有する(メタ)アクリロイルモノマーの単独重合体のガラス転移温度が、-30℃以上であるモノマーであることが好ましく、100℃以下であるモノマーであることが好ましい。
上記5員環以上の環状エーテル構造は、好ましくはテトラヒドロフラン構造、ジオキソラン構造、テトラヒドロピラン構造およびジオキサン構造から選択される少なくとも一つを含み、特に好ましくはテトラヒドロフラン構造またはジオキソラン構造である。
テトラヒドロフラン構造は下記式(B1)で表され、ジオキソラン構造は下記式(B2i)または式(B2ii)で表され、テトラヒドロピラン構造は下記式(B3)で表され、ジオキサン構造は下記式(B4i)~(B4iii)のいずれかで表される(下記式中、*は結合位置を表す)。
これら環状エーテルはC1~20の直鎖型、分岐型、脂環型アルキル置換基を有しても良い。
上記5員環以上の環状エーテル構造を有する(メタ)アクリロイルモノマーは、環状エーテル構造を有する(メタ)アクリロイルモノマーの単独重合体のガラス転移温度が、-30℃以上であるモノマーであることが好ましく、100℃以下であるモノマーであることが好ましい。
上記5員環以上の環状エーテル構造は、好ましくはテトラヒドロフラン構造、ジオキソラン構造、テトラヒドロピラン構造およびジオキサン構造から選択される少なくとも一つを含み、特に好ましくはテトラヒドロフラン構造またはジオキソラン構造である。
テトラヒドロフラン構造は下記式(B1)で表され、ジオキソラン構造は下記式(B2i)または式(B2ii)で表され、テトラヒドロピラン構造は下記式(B3)で表され、ジオキサン構造は下記式(B4i)~(B4iii)のいずれかで表される(下記式中、*は結合位置を表す)。
これら環状エーテルはC1~20の直鎖型、分岐型、脂環型アルキル置換基を有しても良い。
市販品としては、例えば、共栄社化学社製のライトアクリレートTHF-A;大阪有機化学工業社製、MEDOL10等が挙げられる。
5員環以上の環状エーテル構造を有する不飽和単量体の含有割合は全単量体成分(ベースポリマー100質量%分)中、8~40質量%である範囲が好ましく、より好ましくは10~40質量%、さらに好ましくは10~35質量%であるのがよい。上記範囲であると、密着性及び無機微粒子の分散性が良好となる。なお、5員環以上の環状エーテル構造を有する不飽和単量体由来の構成単位の割合は全構成単位中、上述の範囲(8~40質量%)が好ましい。また、例えばエポキシ基を有する不飽和単量体を反応させて得られる重量平均分子量が19000以下であるラジカル重合性重合体100質量%に対しては、3~40質量%含まれることが好ましく、7.5~35質量%含まれることがさらに好ましい。
本発明のラジカル重合性重合体の必須単位である主鎖に環構造を有する構成単位は、重合体の主鎖に環構造を導入し得る不飽和単量体(主鎖に環構造を有する不飽和単量体を含む)由来の構成単位であり、例えば、N-置換マレイミド系単量体、ジアルキル-2,2’-(オキシジメチレン)ジアクリレート系単量体(エーテルダイマーとも称する)、α-(不飽和アルコキシアルキル)アクリレート系単量体(好ましくはアルキル-(α-アリルオキシメチル)アクリレート系単量体)由来の構成単位が好ましい。ここで、例えば、N-置換マレイミド系単量体及び/又はジアルキル-2,2’-(オキシジメチレン)ジアクリレート系単量体及び/又はアルキル-(α-アリルオキシメチル)アクリレート系単量体を用いると、感光性樹脂組成物(レジスト)用途において耐熱性や硬度、無機微粒子分散性等がより向上された硬化物を与えることが可能なアルカリ可溶性樹脂となる。なお、上記主鎖に環構造を導入し得る単量体の含有割合は、全単量体成分の総量100質量%中、0.5~45質量%にすることが好ましく、1~35質量%にすることがより好適である。特にN-置換マレイミド系単量体、ジアルキル-2,2’-(オキシジメチレン)ジアクリレート系単量体及び/又はα-(不飽和アルコキシアルキル)アクリレート系単量体を含む場合、その含有割合は、耐熱性や硬度、重合体やその重合体を含む組成物の粘度低減による塗布性の観点から、1~40質量%とすることが好ましく、より好ましくは1.5~35質量%、更に好ましくは2~30質量%である。なお、主鎖に環構造を有する構成単位の割合は全構成単位中、上述の範囲(0.5~45質量%)が好ましい。また、例えばエポキシ基を有する不飽和単量体を反応させて得られる重量平均分子量が19000以下であるラジカル重合性重合体100質量%に対しては、1.5~40質量%含まれることが好ましく、5~35質量%含まれることがさらに好ましく、9~30質量%含まれることが特に好ましく、15~30質量%含まれることが最も好ましい。
なお、N-置換マレイミド系単量体は分子内に二重結合含有環構造を有する単量体であり、α-(不飽和アルコキシアルキル)アクリレート系単量体及びエーテルダイマーは環化重合して環構造を主鎖に有する重合体を形成する単量体である。本発明では上記単量体は5員環以上の環状エーテル構造を有する不飽和単量体に該当しない。
上記N-置換マレイミド系単量体としては、例えば、N-シクロヘキシルマレイミド、N-フェニルマレイミド、N-メチルマレイミド、N-エチルマレイミド、N-イソプロピルマレイミド、N-t-ブチルマレイミド、N-ドデシルマレイミド、N-ベンジルマレイミド、N-ナフチルマレイミド等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。中でも、密着性や分散性に優れる点で、N-シクロヘキシルマレイミド、N-フェニルマレイミド、N-ベンジルマレイミドが好ましく、特にN-ベンジルマレイミドとN-フェニルマレイミドが好適である。
上記N-ベンジルマレイミドとしては、例えば、ベンジルマレイミド;p-メチルベンジルマレイミド、p-ブチルベンジルマレイミド等のアルキル置換ベンジルマレイミド;p-ヒドロキシベンジルマレイミド等のフェノール性水酸基置換ベンジルマレイミド;o-クロロベンジルマレイミド、o-ジクロロベンジルマレイミド、p-ジクロロベンジルマレイミド等のハロゲン置換ベンジルマレイミド等が挙げられる。
上記N-フェニルマレイミドとしては、例えば、フェニルマレイミド;p-メチルフェニルマレイミド、p-ブチルフェニルマレイミド等のアルキル置換フェニルマレイミド;p-ヒドロキシフェニルマレイミド等のフェノール性水酸基置換フェニルマレイミド;o-クロロフェニルマレイミド、o-ジクロロフェニルマレイミド、p-ジクロロフェニルマレイミド等のハロゲン置換フェニルマレイミド等が挙げられる。
上記ジアルキル-2,2’-(オキシジメチレン)ジアクリレート系単量体としては、着色の少なさや分散性、工業的入手の容易さ等の観点から、例えば、ジメチル-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート等を用いることが好適である。
上記α-(不飽和アルコキシアルキル)アクリレート系単量体としては、例えば、α-アリルオキシメチルアクリル酸、α-アリルオキシメチルアクリル酸メチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸エチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-プロピル、α-アリルオキシメチルアクリル酸i-プロピル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-ブチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸s-ブチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸t-ブチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-アミル、α-アリルオキシメチルアクリル酸s-アミル、α-アリルオキシメチルアクリル酸t-アミル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ネオペンチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-ヘキシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸s-ヘキシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-ヘプチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-オクチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸s-オクチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸t-オクチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸2-エチルヘキシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸カプリル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ノニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸デシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ウンデシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ラウリル、α-アリルオキシメチルアクリル酸トリデシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ミリスチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ペンタデシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸セチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ヘプタデシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ステアリル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ノナデシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸エイコシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸セリル、α-アリルオキシメチルアクリル酸メリシル等の鎖状飽和炭化水素基含有α-(アリルオキシメチル)アクリレートが好ましい。その他、アルキル-(α-メタリルオキシメチル)アクリレート系単量体等も好ましい。中でも、α-アリルオキシメチルアクリル酸メチル(α-(アリルオキシメチル)メチルアクリレートとも称す)が特に好適である。
上記α-(不飽和アルコキシアルキル)アクリレート系単量体は、例えば、国際公開第2010/114077号パンフレットに開示されている製造方法により製造することができる。また、上記単量体は、単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。
本発明のラジカル重合性重合体を得る際の単量体成分は、必須成分である酸基(好ましくはカルボキシル基)を有する不飽和単量体、5員環以上の環状エーテル構造を有する不飽和単量体、主鎖に環構造を導入し得る不飽和単量体の他に必要に応じて、他の共重合可能な単量体を含んでいてもよい。他の共重合可能な単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n-プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸t-ブチル、(メタ)アクリル酸メチル2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸1-アダマンチル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニルオキシエチル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタニル等の(メタ)アクリル酸エステル類。(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸3-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸3-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸4-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸2,3-ヒドロキシプロピル等の水酸基含有単量体等が挙げられる。
また、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、N-メチロール(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド類;ポリスチレン、ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリシロキサン、ポリカプロラクトン、ポリカプロラクタム等の重合体分子鎖の片末端に(メタ)アクリロイル基を有するマクロモノマー類;1,3-ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等の共役ジエン類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル等のビニルエステル類;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、2-エチルヘキシルビニルエーテル、n-ノニルビニルエーテル、ラウリルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、メトキシエチルビニルエーテル、エトキシエチルビニルエーテル、メトキシエトキシエチルビニルエーテル、メトキシポリエチレングリコールビニルエーテル、2-ヒドロキシエチルビニルエーテル、4-ヒドロキシブチルビニルエーテル等のビニルエーテル類;N-ビニルピロリドン、N-ビニルカプロラクタム、N-ビニルイミダゾール、N-ビニルモルフォリン、N-ビニルアセトアミド等のN-ビニル化合物類;(メタ)アクリル酸イソシアナトエチル、アリルイソシアネート等の不飽和イソシアネート類等が挙げられる。
その他、耐熱性に影響しない程度にスチレン、ビニルトルエン、α-メチルスチレン等の芳香族ビニル化合物;エチレン、プロピレン、塩化ビニル、アクリロニトリル等のエチレンまたは置換エチレン化合物;等を共重合してもよい。
これらの中でも、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸ベンジルが、透明性が良好で、耐熱性を損ないにくい点で好ましい。また、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシプロピル等の水酸基含有単量体は、粘度低減の点で好ましい。これら共重合可能な他の単量体は、1種のみ用いても2種以上を併用してもよい。
その他、本発明のラジカル重合性重合体は、更にエポキシ基を含んでもよい。これにより熱や光で硬化させることができる。重合体にエポキシ基を導入するには、例えば、エポキシ基を有する単量体を単量体成分として重合すればよい。エポキシ基を有する単量体としては、例えば、メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸-3,4-エポキシシクロヘキシルが挙げられる。これらエポキシ基を導入するための単量体は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
他の単量体由来の構成単位の含有割合は、上記ラジカル重合性重合体の全構造単位100質量%に対し、0~60質量%であることが好ましく、より好ましくは0.3~50質量%、更に好ましくは0.5~40質量%、特に好ましくは1~30質量%である。
なお、本発明では加熱することで重量が減少する重合体は好ましくないので、3級炭素含有(メタ)アクリレート系単量体、例えば(メタ)アクリル酸t-ブチル及び/又は(メタ)アクリル酸t-アミルに由来する構成単位は少ないことが好ましい。加熱により、(メタ)アクリロイル基に隣接する酸素原子と、それに隣接する第3級炭素原子との間のO-C結合が切断されることがあるからである。上記3級炭素含有(メタ)アクリレート系単量体の割合は用途によっては特に制限されないが、熱重量減を小さくすることや透明性を考慮すると、好ましくは全単量体成分中0~5質量%、さらに好ましくは0~3質量%、特に好ましくは0~1質量%、最も好ましくは実質的に含まないことが良い。なお、3級炭素含有(メタ)アクリレート系単量体由来の構成単位の割合は全構成単位中、上述の範囲0~5質量%(5質量%以下)が好ましい。
また、本発明のラジカル重合性重合体は、更に側鎖に重合性二重結合を含んでいることが好ましい。側鎖に重合性二重結合を持たせることにより、熱や光で硬化させることができる。その為、感光性樹脂組成物としたときの光に対する感度が向上し、より少ない光量で硬化し、かつ硬化後の機械強度も高くなる。側鎖に重合性二重結合を導入する方法としては、エポキシ基、オキサゾリン基、および水酸基からなる群から選ばれる少なくとも1種と重合性不飽和二重結合を含む化合物を付加させる方法が挙げられる。重合性不飽和二重結合としては、得られる重合体の反応性の点から(メタ)アクリロイル基の有する二重結合が好ましく挙げられる。なお、側鎖に重合性二重結合を付与する前の重合体をベースポリマーとも称する。
エポキシ基、オキサゾリン基、および水酸基からなる群より選ばれる少なくとも1 種と重合性不飽和二重結合を含む化合物としては、具体的には、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシプロピル、アリルアルコールなどの水酸基と二重結合を有する化合物;(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸3,4-エポキシシクロヘキシルメチル、アリルグリシジルエーテルなどのエポキシ基と二重結合を有する化合物; ビニルオキサゾリン、イソプロペニルオキサゾリンなどのオキサゾリン基と二重結合を有する化合物; 等が挙げられる。好ましい具体例としては、グリシジル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル、α-エチルグリシジル(メタ)アクリレート、3,4-エポキシシクロヘキシルメチルアクリレート(例えば、ダイセル化学工業社製の「サイクロマーA400」等)、3,4-エポキシシクロヘキシルメチルメタクリレート(例えば、ダイセル化学工業社製の「サイクロマーM100」等)、o-(またはm-、またはp-)ビニルベンジルグリシジルエーテル等のエポキシ基と炭素-炭素二重結合とを有する化合物等が挙げられる。これらの中でも、反応性が高く、反応のコントロールがしやすく、入手が容易で、しかもラジカル重合性二重結合だけでなく同時に水酸基も導入できる点から、(メタ)アクリル酸グリシジルや(メタ)アクリル酸3 ,4―エポキシシクロヘキシルメチルが特に好ましい。また、これらの重合性不飽和二重結合を含む化合物の使用量は、付加する前の重合体(ベースポリマー)に対して、好ましくは5~120質量%、より好ましくは5~80質量%、特に好ましくは5~60質量%とするのがよい。上記範囲にすることで露光感度、現像性、及び保存安定性が良好となる。
上記ラジカル重合性重合体の二重結合当量は、300~2000g/当量(mol)であることが好ましい。上記二重結合当量が上述の範囲であると、ラジカル重合性重合体の硬化性(熱、光に対する感度)が良好になり、硬化物の密着性が向上する。また、硬化時の着色を低減できる。上記二重結合当量は、硬化性と保存安定性の両立の点から、好ましくは350g/当量以上、より好ましくは400g/当量以上、更に好ましくは500g/当量以上、特に好ましくは550g/当量以上であり、また、硬化性、分散性の点から、好ましくは1600g/当量以下、より好ましくは1400g/当量以下、更に好ましくは1200g/当量以下である。
本明細書において、二重結合当量とは、重合体の二重結合1molあたりの重合体溶液の固形分の質量(g)である。上記重合体溶液の固形分の質量とは、上記重合体を構成する各単量体成分の質量(例えば、ベースポリマー成分の質量と、酸基と結合し得る官能基及び重合性二重結合基を有する化合物の質量)を合計したものである。上記二重結合当量は、重合体溶液の重合体固形分の質量(g)を重合体の二重結合量(mol)で除することにより、求めることができる。上記重合体の二重結合量は、重合の際に使用した酸基含有単量体と、重合性二重結合を有する化合物(酸基と結合し得る官能基及び重合性二重結合を有する化合物)の構造を確認し、それらの量から求めることができる。また、滴定及び元素分析、NMR、IR等の各種分析や示差走査熱量計法を用いて測定することもできる。例えば、JIS K 0070:1992に記載のよう素価の試験方法に準拠して、重合体1gあたりに含まれるエチレン性二重結合の数を測定することにより算出してもよい。また、二重結合当量は、分子中に含まれる二重結合量の尺度となるものであり、同じ分子量の化合物であれば、二重結合当量の数値が大きいほど二重結合の導入量が少なくなる。
上記ラジカル重合性重合体の重量平均分子量は19000以下である。3000~19000であることが好ましく、5000~17000であることが更に好ましい。また、数平均分子量は1000~8000であることが好ましく、2000~5000であることが更に好ましい。重量平均分子量が上述の範囲であると、粘度を適度の範囲に調整でき取り扱い性(塗布性)が良好で、且つ密着性がより一層向上する。上記重量平均分子量は、5000~13000であることがより好ましく、5000~11000であることが特に好ましく、6000~10000であることが最も好ましい。なお、重量平均分子量は、例えば、ポリスチレンを標準物質とし、テトラヒドロフラン(THF)を溶離液として、HLC-8220GPC(東ソー社製)、カラム TSKgel SuperHZM-N(東ソー社製)によるGPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)法により求めることができる。
上記ラジカル重合性重合体の酸価は、50~180mgKOH/gであることが好ましい。酸価が上述の範囲であると、アルカリ可溶性がより発現されるのみならず、硬化物の密着性がより一層向上し、無機微粒子の分散性がより一層適切なものとなる。また、上記ラジカル重合性重合体の分散性も良好となる。よって、その感光性樹脂組成物は高粘度となり過ぎず塗布性が良好となる。上記酸基は、60~150mgKOH/gであることがより好ましく、70~150mgKOH/gであることが更に好ましい。重合体の酸価は、例えば、0.1規定のKOH水溶液を滴定液として用いて、自動滴定装置(平沼産業社製、商品名「COM-555」)により、重合体溶液の酸価を測定し、溶液の酸価と溶液の固形分とから、固形分あたりの酸価を計算することで求めることができる。また、重合体溶液の固形分は、次のようにして求めることができる。
重合体溶液をアルミカップに約0.3g量り取り、アセトン約1gを加えて溶解させた後、常温で自然乾燥させる。そして、熱風乾燥機(エスペック社製、商品名「PHH-101」)を用い、140℃で3時間乾燥した後、デシケータ内で放冷し、質量を測定する。その質量減少量から、重合体溶液の固形分濃度(不揮発分)を算出する。
上記ラジカル重合性重合体の熱重量減の範囲は、好ましくは0~5%、より好ましくは0~3%であるのがよい。更に好ましくは0~2.5%、特に好ましくは0~2.1%、特により好ましくは0~1.5%、最も好ましくは0~1.0%である。熱重量減が上記範囲であると、耐熱分解性が高くなる。
上記単量体成分を重合する方法としては、バルク重合、溶液重合、乳化重合等の通常用いられる手法を用いることができ、目的、用途に応じて適宜選択すればよい。中でも、溶液重合が、工業的に有利で、分子量等の構造調整も容易であるため好適である。また、上記単量体成分の重合機構は、ラジカル重合、アニオン重合、カチオン重合、配位重合等の機構に基づいた重合方法を用いることができるが、ラジカル重合機構に基づく重合方法が、工業的にも有利であるため好ましい。
上記重合反応における重合開始方法は、熱や電磁波(赤外線、紫外線、X線等)、電子線等の活性エネルギー源から重合開始に必要なエネルギーを単量体成分に供給すればよく、更に重合開始剤を併用すれば、重合開始に必要なエネルギーを大きく下げることができ、また、反応制御が容易となるため好適である。また上記単量体成分を重合して得られる重合体の分子量は、重合開始剤の量や種類、重合温度、連鎖移動剤の種類や量の調整等により制御することができる。
上記単量体成分を溶液重合法により重合する場合、重合に使用する溶媒としては、重合反応に不活性なものであれば特に限定されるものではなく、重合機構、使用する単量体の種類や量、重合温度、重合濃度等の重合条件に応じて適宜設定すればよいが、後に感光性樹脂組成物とした際に、希釈剤等として溶剤を用いる場合には、該溶剤を含む溶媒を、単量体成分の溶液重合に用いることが、効率的で好ましい。
上記溶媒としては、例えば、下記の化合物等が好適に挙げられ、これらの1種又は2種以上を使用することができる。
メタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、s-ブタノール等のモノアルコール類;エチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、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、3-メトキシブタノール等のグリコールモノエーテル類;エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、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ジエチルエーテル等のグリコールエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、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、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、3-メトキシブチルアセテート等のグリコールモノエーテルのエステル類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル等のアルキルエステル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類;ヘキサン、シクロヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等のアミド類;等。
これらの溶媒の中でも、得られる重合体の溶解性、透明性、連鎖移動剤的な作用から、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、イソプロパノールを用いることがより好適である。
上記溶媒の使用量としては、上記ベースポリマー成分100質量部に対し、50~1000質量部であることが好適である。より好ましくは、100~500質量部である。
上記単量体成分を重合する際には、上述したように、通常用いられる重合開始剤を添加してもよい。重合開始剤としては特に限定されないが、例えば、クメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、t-アミルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート等の有機過酸化物;2,2´-アゾビス(イソブチロニトリル)、1,1´-アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)、2,2´-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2´-アゾビス(2-メチルプロピオネート)等のアゾ化合物;が挙げられる。これら重合開始剤は、1種のみを用いても2種以上を併用してもよい。なお、開始剤の使用量は、用いる単量体の組み合わせや、反応条件、目標とする重合体の分子量等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、ゲル化することなく重量平均分子量が数千~数万の重合体を得ることができる点で、全単量体成分に対して0.1~15質量%、より好ましくは0.5~10質量%とするのがよい。
本明細書において、二重結合当量とは、重合体の二重結合1molあたりの重合体溶液の固形分の質量(g)である。上記重合体溶液の固形分の質量とは、上記重合体を構成する各単量体成分の質量(例えば、ベースポリマー成分の質量と、酸基と結合し得る官能基及び重合性二重結合基を有する化合物の質量)を合計したものである。上記二重結合当量は、重合体溶液の重合体固形分の質量(g)を重合体の二重結合量(mol)で除することにより、求めることができる。上記重合体の二重結合量は、重合の際に使用した酸基含有単量体と、重合性二重結合を有する化合物(酸基と結合し得る官能基及び重合性二重結合を有する化合物)の構造を確認し、それらの量から求めることができる。また、滴定及び元素分析、NMR、IR等の各種分析や示差走査熱量計法を用いて測定することもできる。例えば、JIS K 0070:1992に記載のよう素価の試験方法に準拠して、重合体1gあたりに含まれるエチレン性二重結合の数を測定することにより算出してもよい。また、二重結合当量は、分子中に含まれる二重結合量の尺度となるものであり、同じ分子量の化合物であれば、二重結合当量の数値が大きいほど二重結合の導入量が少なくなる。
上記ラジカル重合性重合体の重量平均分子量は19000以下である。3000~19000であることが好ましく、5000~17000であることが更に好ましい。また、数平均分子量は1000~8000であることが好ましく、2000~5000であることが更に好ましい。重量平均分子量が上述の範囲であると、粘度を適度の範囲に調整でき取り扱い性(塗布性)が良好で、且つ密着性がより一層向上する。上記重量平均分子量は、5000~13000であることがより好ましく、5000~11000であることが特に好ましく、6000~10000であることが最も好ましい。なお、重量平均分子量は、例えば、ポリスチレンを標準物質とし、テトラヒドロフラン(THF)を溶離液として、HLC-8220GPC(東ソー社製)、カラム TSKgel SuperHZM-N(東ソー社製)によるGPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)法により求めることができる。
上記ラジカル重合性重合体の酸価は、50~180mgKOH/gであることが好ましい。酸価が上述の範囲であると、アルカリ可溶性がより発現されるのみならず、硬化物の密着性がより一層向上し、無機微粒子の分散性がより一層適切なものとなる。また、上記ラジカル重合性重合体の分散性も良好となる。よって、その感光性樹脂組成物は高粘度となり過ぎず塗布性が良好となる。上記酸基は、60~150mgKOH/gであることがより好ましく、70~150mgKOH/gであることが更に好ましい。重合体の酸価は、例えば、0.1規定のKOH水溶液を滴定液として用いて、自動滴定装置(平沼産業社製、商品名「COM-555」)により、重合体溶液の酸価を測定し、溶液の酸価と溶液の固形分とから、固形分あたりの酸価を計算することで求めることができる。また、重合体溶液の固形分は、次のようにして求めることができる。
重合体溶液をアルミカップに約0.3g量り取り、アセトン約1gを加えて溶解させた後、常温で自然乾燥させる。そして、熱風乾燥機(エスペック社製、商品名「PHH-101」)を用い、140℃で3時間乾燥した後、デシケータ内で放冷し、質量を測定する。その質量減少量から、重合体溶液の固形分濃度(不揮発分)を算出する。
上記ラジカル重合性重合体の熱重量減の範囲は、好ましくは0~5%、より好ましくは0~3%であるのがよい。更に好ましくは0~2.5%、特に好ましくは0~2.1%、特により好ましくは0~1.5%、最も好ましくは0~1.0%である。熱重量減が上記範囲であると、耐熱分解性が高くなる。
上記単量体成分を重合する方法としては、バルク重合、溶液重合、乳化重合等の通常用いられる手法を用いることができ、目的、用途に応じて適宜選択すればよい。中でも、溶液重合が、工業的に有利で、分子量等の構造調整も容易であるため好適である。また、上記単量体成分の重合機構は、ラジカル重合、アニオン重合、カチオン重合、配位重合等の機構に基づいた重合方法を用いることができるが、ラジカル重合機構に基づく重合方法が、工業的にも有利であるため好ましい。
上記重合反応における重合開始方法は、熱や電磁波(赤外線、紫外線、X線等)、電子線等の活性エネルギー源から重合開始に必要なエネルギーを単量体成分に供給すればよく、更に重合開始剤を併用すれば、重合開始に必要なエネルギーを大きく下げることができ、また、反応制御が容易となるため好適である。また上記単量体成分を重合して得られる重合体の分子量は、重合開始剤の量や種類、重合温度、連鎖移動剤の種類や量の調整等により制御することができる。
上記単量体成分を溶液重合法により重合する場合、重合に使用する溶媒としては、重合反応に不活性なものであれば特に限定されるものではなく、重合機構、使用する単量体の種類や量、重合温度、重合濃度等の重合条件に応じて適宜設定すればよいが、後に感光性樹脂組成物とした際に、希釈剤等として溶剤を用いる場合には、該溶剤を含む溶媒を、単量体成分の溶液重合に用いることが、効率的で好ましい。
上記溶媒としては、例えば、下記の化合物等が好適に挙げられ、これらの1種又は2種以上を使用することができる。
メタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、s-ブタノール等のモノアルコール類;エチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、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、3-メトキシブタノール等のグリコールモノエーテル類;エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、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ジエチルエーテル等のグリコールエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、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、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、3-メトキシブチルアセテート等のグリコールモノエーテルのエステル類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル等のアルキルエステル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類;ヘキサン、シクロヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等のアミド類;等。
これらの溶媒の中でも、得られる重合体の溶解性、透明性、連鎖移動剤的な作用から、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、イソプロパノールを用いることがより好適である。
上記溶媒の使用量としては、上記ベースポリマー成分100質量部に対し、50~1000質量部であることが好適である。より好ましくは、100~500質量部である。
上記単量体成分を重合する際には、上述したように、通常用いられる重合開始剤を添加してもよい。重合開始剤としては特に限定されないが、例えば、クメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、t-アミルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート等の有機過酸化物;2,2´-アゾビス(イソブチロニトリル)、1,1´-アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)、2,2´-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2´-アゾビス(2-メチルプロピオネート)等のアゾ化合物;が挙げられる。これら重合開始剤は、1種のみを用いても2種以上を併用してもよい。なお、開始剤の使用量は、用いる単量体の組み合わせや、反応条件、目標とする重合体の分子量等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、ゲル化することなく重量平均分子量が数千~数万の重合体を得ることができる点で、全単量体成分に対して0.1~15質量%、より好ましくは0.5~10質量%とするのがよい。
前記単量体成分を重合する際には、分子量調整のために、必要に応じて通常用いられる連鎖移動剤を添加してもよい。連鎖移動剤としては、例えば、n-ドデシルメルカプタン、メルカプトプロピオン酸、メルカプト酢酸、メルカプト酢酸メチル等のメルカプタン系連鎖移動剤、2-メルカプトエタノール、チオグリコール酸、3-メルカプトプロピオン酸、チオサリチル酸、1-チオグリセロール、4-アミノチオフェノール等のチオール系連鎖移動剤、α-メチルスチレンダイマー等が挙げられるが、好ましくは、連鎖移動効果が高く、残存モノマーを低減でき、入手も容易な、n-ドデシルメルカプタン、メルカプトプロピオン酸がよい。連鎖移動剤を使用する場合、その使用量は、用いる単量体の組み合わせや、反応条件、目標とする重合体の分子量等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、ゲル化することなく重量平均分子量が数千~数万の重合体を得ることができる点で、全単量体成分に対して0.1~15質量%、より好ましくは0.5~10質量%とするのが好ましい。なお、本発明の重合体では透明性を高くするために、チオール系連鎖移動剤は全単量体成分に対して1質量%以下、より好ましくは0.1質量%以下とするのが好ましく、実質的に含まないことが特に好ましい。
なお、重合方法としては特に限定されないが、溶媒中に、全ての単量体成分を一括で仕込んで重合する方法、予め溶媒と単量体成分の一部を仕込んだ反応容器に残りの単量体成分を連続添加あるいは逐次添加して重合する方法等が採用可能である。本発明の重合体では、上述の単量体成分を、上記重合開始剤を用い、チオール系連鎖移動剤は用いないでラジカル重合させることが好ましい。
反応時の圧力についても特に限定はなく、常圧、加圧のいずれの条件下で行ってもよい。重合反応時の温度については、使用する原料モノマーの種類や組成比、使用溶媒の種類にもよるが、通常は20~150℃の範囲で行うのが好ましく、より好ましくは30~120℃である。重合反応時には、重合体溶液の最終固形分濃度が10~70質量%となるように、溶媒と各単量体成分の量を設定することが好ましい。生産性と重合性の点で、より好ましい最終固形分濃度は20~65質量%であり、さらに好ましくは25~60質量%である。
重合工程の後、例えば、ベースポリマーが含む酸基の一部に、エポキシ基含有単量体を付加反応させることになる。この反応方法は特に限定されず、公知の手法を適宜採用すればよいが、例えば、反応温度を60~140℃とすることが好ましい。また、トリエチルアミンやジメチルベンジルアミン等のアミン化合物;塩化テトラエチルアンモニウム等のアンモニウム塩;臭化テトラフェニルホスホニウム等のホスホニウム塩、ジメチルホルムアミド等のアミド化合物;等の公知の触媒を使用することが好ましい。
上記エポキシ基含有単量体の使用量は、酸価、二重結合当量が所望の範囲となるように適宜設定することが好ましいが、例えば、ベースポリマーを与える単量体成分の総量100質量部に対し、1~90質量部とすることが好ましい。これにより、密着性が更に向上するとともに、硬化性がより高まり硬化物の強度も更に充分なものとなる。より好ましくは3~85質量部、更に好ましくは5~80質量部、最も好ましくは5~60質量部である。
また、上記エポキシ基含有単量体の使用量は、ベースポリマーを与える単量体成分における上記酸基含有単量体100モル%に対して、10~95モル%であることが好ましく、15~90モル%であることがより好ましく、20~85モル%であることが更に好ましい。
なお、エポキシ基含有単量体を含む単量体成分を重合してなる重合体(ベースポリマー)の場合には、そのベースポリマーのエポキシ基に酸基含有単量体(酸基を有する不飽和単量体)を反応させる方法により、側鎖に重合性二重結合を有するラジカル重合性重合体を得ることができる。この反応方法は特に限定されないが、例えば、反応温度を60℃~140℃とすることが好ましい。また、トリエチルアミンやジメチルベンジルアミン等のアミン化合物;塩化テトラエチルアンモニウム等のアンモニウム塩;臭化テトラフェニルホスホニウム等のホスホニウム塩、ジメチルホルムアミド等のアミド化合物;等の公知の触媒を使用することが好ましい。
上記酸基含有単量体の使用量は、ベースポリマーを与える単量体成分の総量100質量部に対し、1~60質量部とすることが好ましい。これにより、密着性が更に向上するとともに、硬化性がより高まり硬化物の強度もより充分なものとなる。より好ましくは2~50質量部、更に好ましくは3~40質量部である。
上記酸基含有単量体の付加反応の後、多塩基酸無水物を反応させることも好適である。この反応は、ベースポリマーが含むエポキシ基と上記酸基含有単量体との反応により生じる水酸基に、多塩基酸無水物を反応させることで、カルボキシル基を生じさせるものである。この反応を行うことで、酸価を適切な量に調整することができる。
上記多塩基酸無水物としては特に限定されないが、例えば、無水コハク酸(別名:コハク酸無水物)、無水マレイン酸、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、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、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、メチルエンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、無水イタコン酸等の二塩基酸無水物;トリメリット酸無水物;等が挙げられる。
上記多塩基酸無水物の使用量は特に限定されず、得られるラジカル重合性重合体の酸価が上述した範囲となるように設定することが好ましい。
なお、合成時には、ラジカル重合性重合体溶液の最終固形分濃度が10~70質量%となるように、溶媒と各単量体成分の量を設定することが好ましい。生産性と重合性の点で、より好ましい最終固形分濃度(不揮発分濃度)は20~65質量%であり、さらに好ましくは25~60質量%である。
本発明は、また、上述のラジカル重合性重合体、多官能モノマー、光重合開始剤、無機微粒子及び溶剤を含む感光性樹脂組成物でもある。ネガ型感光性樹脂組成物であることが特に好ましい。用途としては限定されないが、カラーフィルター、液晶表示素子、集積回路素子、固体撮像素子などの保護膜を形成するための材料等に好適に用いられる。
上記感光性樹脂組成物において、ラジカル重合性重合体の含有割合は、感光性樹脂組成物の固形分総量100質量%に対し、5質量%以上であることが好ましく、また、70質量%以下であることが好適である。このような範囲にあることで、本発明の効果をより顕著に奏することが可能となる。より好ましくは10~65質量%、更に好ましくは10~50質量%、特に好ましくは10~45質量%、最も好ましくは15~40質量%である。
なお、重合方法としては特に限定されないが、溶媒中に、全ての単量体成分を一括で仕込んで重合する方法、予め溶媒と単量体成分の一部を仕込んだ反応容器に残りの単量体成分を連続添加あるいは逐次添加して重合する方法等が採用可能である。本発明の重合体では、上述の単量体成分を、上記重合開始剤を用い、チオール系連鎖移動剤は用いないでラジカル重合させることが好ましい。
反応時の圧力についても特に限定はなく、常圧、加圧のいずれの条件下で行ってもよい。重合反応時の温度については、使用する原料モノマーの種類や組成比、使用溶媒の種類にもよるが、通常は20~150℃の範囲で行うのが好ましく、より好ましくは30~120℃である。重合反応時には、重合体溶液の最終固形分濃度が10~70質量%となるように、溶媒と各単量体成分の量を設定することが好ましい。生産性と重合性の点で、より好ましい最終固形分濃度は20~65質量%であり、さらに好ましくは25~60質量%である。
重合工程の後、例えば、ベースポリマーが含む酸基の一部に、エポキシ基含有単量体を付加反応させることになる。この反応方法は特に限定されず、公知の手法を適宜採用すればよいが、例えば、反応温度を60~140℃とすることが好ましい。また、トリエチルアミンやジメチルベンジルアミン等のアミン化合物;塩化テトラエチルアンモニウム等のアンモニウム塩;臭化テトラフェニルホスホニウム等のホスホニウム塩、ジメチルホルムアミド等のアミド化合物;等の公知の触媒を使用することが好ましい。
上記エポキシ基含有単量体の使用量は、酸価、二重結合当量が所望の範囲となるように適宜設定することが好ましいが、例えば、ベースポリマーを与える単量体成分の総量100質量部に対し、1~90質量部とすることが好ましい。これにより、密着性が更に向上するとともに、硬化性がより高まり硬化物の強度も更に充分なものとなる。より好ましくは3~85質量部、更に好ましくは5~80質量部、最も好ましくは5~60質量部である。
また、上記エポキシ基含有単量体の使用量は、ベースポリマーを与える単量体成分における上記酸基含有単量体100モル%に対して、10~95モル%であることが好ましく、15~90モル%であることがより好ましく、20~85モル%であることが更に好ましい。
なお、エポキシ基含有単量体を含む単量体成分を重合してなる重合体(ベースポリマー)の場合には、そのベースポリマーのエポキシ基に酸基含有単量体(酸基を有する不飽和単量体)を反応させる方法により、側鎖に重合性二重結合を有するラジカル重合性重合体を得ることができる。この反応方法は特に限定されないが、例えば、反応温度を60℃~140℃とすることが好ましい。また、トリエチルアミンやジメチルベンジルアミン等のアミン化合物;塩化テトラエチルアンモニウム等のアンモニウム塩;臭化テトラフェニルホスホニウム等のホスホニウム塩、ジメチルホルムアミド等のアミド化合物;等の公知の触媒を使用することが好ましい。
上記酸基含有単量体の使用量は、ベースポリマーを与える単量体成分の総量100質量部に対し、1~60質量部とすることが好ましい。これにより、密着性が更に向上するとともに、硬化性がより高まり硬化物の強度もより充分なものとなる。より好ましくは2~50質量部、更に好ましくは3~40質量部である。
上記酸基含有単量体の付加反応の後、多塩基酸無水物を反応させることも好適である。この反応は、ベースポリマーが含むエポキシ基と上記酸基含有単量体との反応により生じる水酸基に、多塩基酸無水物を反応させることで、カルボキシル基を生じさせるものである。この反応を行うことで、酸価を適切な量に調整することができる。
上記多塩基酸無水物としては特に限定されないが、例えば、無水コハク酸(別名:コハク酸無水物)、無水マレイン酸、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、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、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、メチルエンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、無水イタコン酸等の二塩基酸無水物;トリメリット酸無水物;等が挙げられる。
上記多塩基酸無水物の使用量は特に限定されず、得られるラジカル重合性重合体の酸価が上述した範囲となるように設定することが好ましい。
なお、合成時には、ラジカル重合性重合体溶液の最終固形分濃度が10~70質量%となるように、溶媒と各単量体成分の量を設定することが好ましい。生産性と重合性の点で、より好ましい最終固形分濃度(不揮発分濃度)は20~65質量%であり、さらに好ましくは25~60質量%である。
本発明は、また、上述のラジカル重合性重合体、多官能モノマー、光重合開始剤、無機微粒子及び溶剤を含む感光性樹脂組成物でもある。ネガ型感光性樹脂組成物であることが特に好ましい。用途としては限定されないが、カラーフィルター、液晶表示素子、集積回路素子、固体撮像素子などの保護膜を形成するための材料等に好適に用いられる。
上記感光性樹脂組成物において、ラジカル重合性重合体の含有割合は、感光性樹脂組成物の固形分総量100質量%に対し、5質量%以上であることが好ましく、また、70質量%以下であることが好適である。このような範囲にあることで、本発明の効果をより顕著に奏することが可能となる。より好ましくは10~65質量%、更に好ましくは10~50質量%、特に好ましくは10~45質量%、最も好ましくは15~40質量%である。
上記感光性樹脂組成物において、多官能モノマーは、フリーラジカル、電磁波(例えば赤外線、紫外線、X線等)、電子線等の活性エネルギー線の照射等により重合し得る、重合性不飽和結合(重合性不飽和基とも称す)を有する低分子化合物である。例えば、重合性不飽和基を分子中に2個以上有する多官能の化合物が挙げられる。分子量としては特に限定されないが、取り扱いの観点から、例えば、3000以下が好ましく、2000以下が更に好ましい。中でも、2官能以上の多官能(メタ)アクリレート化合物(以下、単に「多官能(メタ)アクリレート化合物」とも称す)が特に好ましい。1分子中に2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物である。このような化合物を含むことで、感光性樹脂組成物が感光性及び硬化性に優れたものとなり、極めて高硬度で高透明の硬化膜を得ることが可能になる。上記多官能(メタ)アクリレート化合物の官能数として好ましくは、3以上であり、より好ましくは4以上、更に好ましくは5以上である。また、硬化収縮をより抑制する観点から、官能数は10以下が好ましく、より好ましくは8以下であり、更に好ましくは6以下である。
上記多官能モノマーとして、例えば、(ジ)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、トリメチロールプロパンジ(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、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ジ(メタ)アクリレート、ジ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テトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリス(ヒドロキシエチル)イソシアヌレートのトリ(メタ)アクリレート等の多官能(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの中でも、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テトラ(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、エチレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートが好ましい。
上記多官能モノマーの含有割合としては、用いる多官能モノマーや上記ラジカル重合性重合体の種類の他、目的や用途等に応じて適宜設定すればよいが、現像性や製版性により優れる観点から、感光性樹脂組成物の固形分総量100質量%に対し、2質量%以上であることが好ましく、また、85質量%以下であることが好適である。下限値としてより好ましくは5質量%以上、更に好ましくは10質量%以上、特に好ましくは15質量%以上であり、上限値としてより好ましくは75質量%以下、更に好ましくは60質量%以下、特に好ましくは50質量%以下、最も好ましくは40質量%以下である。
また、上記多官能モノマーの含有量は、ラジカル重合性重合体100質量部に対し、50質量部以上500質量部以下であることが好ましい。多官能モノマーの含有量がこの範囲であると、表面硬度がより高い硬化膜が得られるとともに、ラジカル重合性重合体の好ましい重量平均分子量が3000以上であることと相まって、現像性がより向上されることになる。より好ましくは80質量部以上、更に好ましくは100質量部以上、特に好ましくは120質量部以上である。また、現像性をより向上させる観点から、400質量部以下であることがより好ましい。更に好ましくは300質量部以下、特に好ましくは200質量部以下、最も好ましくは150質量部以下である。
上記感光性樹脂組成物において、感光性樹脂組成物を硬化させる際に光や熱重合開始剤を用いることが好ましい。光重合開始剤としては、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、ベンジルジメチルケタール、4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル-(2-ヒドロキシ-2-プロピル)ケトン、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-モルホリノプロパン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)ブタノン、オリゴ{2-ヒドロキシ-2-メチル-1-[4-(1-メチルビニル)フェニル]プロパノン}、2-ヒドロキシ-1-{4-[4-(2-ヒドロキシ-2-メチルプピオニル)ベンジル]フェニル}-2-メチルプロパン-1-オン等のアセトフェノン類;ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾイン類;ベンゾフェノン、o-ベンゾイル安息香酸メチル、4-フェニルベンゾフェノン、4-ベンゾイル-4’-メチル-ジフェニルサルファイド、3,3’,4,4’-テトラ(t-ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、2,4,6-トリメチルベンゾフェノン、4-ベンゾイル-N,N-ジメチル-N-[2-(1-オキソ-2-プロペニルオキシ)エチル]ベンゼンメタナミニウムブロミド、(4-ベンゾイルベンジル)トリメチルアンモニウムクロリド等のベンゾフェノン類;2-イソプロピルチオキサントン、4-イソプロピルチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン、2,4-ジクロロチオキサントン、1-クロロ-4-プロポキシチオキサントン、2-(3-ジメチルアミノ-2-ヒドロキシ)-3,4-ジメチル-9H-チオキサントン-9-オンメソクロリド等のチオキサントン類、その他、フェニルグリオキシリックメチルエステル、2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-フォスフィンオキシド、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルフォスフィンオキシド等が挙げられる。これらの中でも、2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルホリノプロパン-1-オン、2-ベンジルー2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)ブタノンが好ましい。
上記多官能モノマーとして、例えば、(ジ)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、トリメチロールプロパンジ(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、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ジ(メタ)アクリレート、ジ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テトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリス(ヒドロキシエチル)イソシアヌレートのトリ(メタ)アクリレート等の多官能(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの中でも、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テトラ(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、エチレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートが好ましい。
上記多官能モノマーの含有割合としては、用いる多官能モノマーや上記ラジカル重合性重合体の種類の他、目的や用途等に応じて適宜設定すればよいが、現像性や製版性により優れる観点から、感光性樹脂組成物の固形分総量100質量%に対し、2質量%以上であることが好ましく、また、85質量%以下であることが好適である。下限値としてより好ましくは5質量%以上、更に好ましくは10質量%以上、特に好ましくは15質量%以上であり、上限値としてより好ましくは75質量%以下、更に好ましくは60質量%以下、特に好ましくは50質量%以下、最も好ましくは40質量%以下である。
また、上記多官能モノマーの含有量は、ラジカル重合性重合体100質量部に対し、50質量部以上500質量部以下であることが好ましい。多官能モノマーの含有量がこの範囲であると、表面硬度がより高い硬化膜が得られるとともに、ラジカル重合性重合体の好ましい重量平均分子量が3000以上であることと相まって、現像性がより向上されることになる。より好ましくは80質量部以上、更に好ましくは100質量部以上、特に好ましくは120質量部以上である。また、現像性をより向上させる観点から、400質量部以下であることがより好ましい。更に好ましくは300質量部以下、特に好ましくは200質量部以下、最も好ましくは150質量部以下である。
上記感光性樹脂組成物において、感光性樹脂組成物を硬化させる際に光や熱重合開始剤を用いることが好ましい。光重合開始剤としては、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、ベンジルジメチルケタール、4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル-(2-ヒドロキシ-2-プロピル)ケトン、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-モルホリノプロパン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)ブタノン、オリゴ{2-ヒドロキシ-2-メチル-1-[4-(1-メチルビニル)フェニル]プロパノン}、2-ヒドロキシ-1-{4-[4-(2-ヒドロキシ-2-メチルプピオニル)ベンジル]フェニル}-2-メチルプロパン-1-オン等のアセトフェノン類;ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾイン類;ベンゾフェノン、o-ベンゾイル安息香酸メチル、4-フェニルベンゾフェノン、4-ベンゾイル-4’-メチル-ジフェニルサルファイド、3,3’,4,4’-テトラ(t-ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、2,4,6-トリメチルベンゾフェノン、4-ベンゾイル-N,N-ジメチル-N-[2-(1-オキソ-2-プロペニルオキシ)エチル]ベンゼンメタナミニウムブロミド、(4-ベンゾイルベンジル)トリメチルアンモニウムクロリド等のベンゾフェノン類;2-イソプロピルチオキサントン、4-イソプロピルチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン、2,4-ジクロロチオキサントン、1-クロロ-4-プロポキシチオキサントン、2-(3-ジメチルアミノ-2-ヒドロキシ)-3,4-ジメチル-9H-チオキサントン-9-オンメソクロリド等のチオキサントン類、その他、フェニルグリオキシリックメチルエステル、2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-フォスフィンオキシド、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルフォスフィンオキシド等が挙げられる。これらの中でも、2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルホリノプロパン-1-オン、2-ベンジルー2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)ブタノンが好ましい。
例えば、クメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、t-アミルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート等の有機過酸化物;2,2´-アゾビス(イソブチロニトリル)、1,1´-アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)、2,2´-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2´-アゾビス(2-メチルプロピオネート)等のアゾ化合物;が挙げられる。これら光重合開始剤は、1種のみを用いても2種以上を併用してもよい。
特に好ましい具体的な重合開始剤としては、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(「IRGACURE907」、BASF社製)、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(「IRGACURE369」、BASF社製)、2-ジメチルアミノ-2-(4-メチル-ベンジル)-1-(4-モルフォリン-4-イル-フェニル)-ブタン-1-オン(「IRGACURE379」、BASF社製)等のアミノケトン系化合物;
ビス(η5-2,4-シクロペンタジエン-1-イル)-ビス(2,6-ジフルオロ-3-(1H-ピロール-1-イル)-フェニル)チタニウム(「IRGACURE784」、BASF社製)等のチタノセン系化合物;
1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)-,2-(O-ベンゾイルオキシム)] (「IRGACURE OXE01」、BASF社製)等のオキシムエステル系化合物;等が挙げられる。
上記の光重合開始剤の中でも、アミノケトン系化合物(アミノケトン系重合開始剤とも称す)を少なくとも用いることが特に好適である。すなわち上記感光性樹脂組成物は、更に、アミノケトン系重合開始剤を含むことが好ましい。これにより、硬度及び耐熱性がより優れたものとなる。
上記光重合開始剤の含有量は、目的、用途等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、感光性樹脂組成物の固形分総量100質量部に対し、0.5質量部以上であることが好適である。これにより、耐熱性により優れた硬化膜を得ることができる。より好ましくは1質量部以上、更に好ましくは1.2質量部以上である。また、光重合開始剤の分解物が与える影響や経済性等とのバランスを考慮すると、30質量部以下であることが好ましい。より好ましくは20質量部以下、更に好ましくは10質量部以下、最も好ましくは5質量部以下である。
上記感光性樹脂組成物は、感光性樹脂組成物を硬化した硬化膜の硬度を高めるために、無機微粒子を含むことが好ましい。
ビス(η5-2,4-シクロペンタジエン-1-イル)-ビス(2,6-ジフルオロ-3-(1H-ピロール-1-イル)-フェニル)チタニウム(「IRGACURE784」、BASF社製)等のチタノセン系化合物;
1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)-,2-(O-ベンゾイルオキシム)] (「IRGACURE OXE01」、BASF社製)等のオキシムエステル系化合物;等が挙げられる。
上記の光重合開始剤の中でも、アミノケトン系化合物(アミノケトン系重合開始剤とも称す)を少なくとも用いることが特に好適である。すなわち上記感光性樹脂組成物は、更に、アミノケトン系重合開始剤を含むことが好ましい。これにより、硬度及び耐熱性がより優れたものとなる。
上記光重合開始剤の含有量は、目的、用途等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、感光性樹脂組成物の固形分総量100質量部に対し、0.5質量部以上であることが好適である。これにより、耐熱性により優れた硬化膜を得ることができる。より好ましくは1質量部以上、更に好ましくは1.2質量部以上である。また、光重合開始剤の分解物が与える影響や経済性等とのバランスを考慮すると、30質量部以下であることが好ましい。より好ましくは20質量部以下、更に好ましくは10質量部以下、最も好ましくは5質量部以下である。
上記感光性樹脂組成物は、感光性樹脂組成物を硬化した硬化膜の硬度を高めるために、無機微粒子を含むことが好ましい。
無機微粒子としては、上述したシリカ等の酸化ケイ素の他、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム(ジルコニア等)等の金属酸化物;炭酸カルシウムや硫酸バリウム等の金属塩;が好ましい。中でも、金属酸化物がより好適である。2種以上の金属原子を含む複合金属酸化物であってもよい。より好ましくは、表面に水酸基を有する金属酸化物粒子であり、特に好ましくはシリカ粒子である。なかでも表面修飾されたシリカ微粒子が好ましく、例えば、二価の連結基を介してケイ素原子と結合した(メタ)アクリロイルオキシ基で表面修飾されていることがさらに好ましい。
上記シリカ微粒子は粒子表面に水酸基を有しており、本発明の感光性樹脂組成物に含まれる5員環以上の環状エーテル構造を有する不飽和単量体由来の構成単位を有するラジカル重合性重合体との親和性がさらに向上する。
上記無機微粒子の数平均一次粒子径(一次粒子の直径)は、例えば、1~500nmであることが好適である。この範囲内にあることで、無機微粒子の分散性及び分散安定性がより充分なものとなり、分散性により優れるうえ、透明性が高い硬化膜を与えることが可能になる。より好ましくは数平均一次粒子径が1~300nm、更に好ましくは1~200nm、特に好ましくは1~100nm、最も好ましくは1~50nmである。
数平均一次粒子径は、例えばレーザー回折式粒度分布測定機を用いて測定することができる。なお、直接的には、数平均一次粒子径は、無機微粒子を透過型電子顕微鏡(TEM)、電界放射型透過電子顕微鏡(FE-TEM)、電界放射型走査電子顕微鏡(FE-SEM)などで拡大観察し、無作為に100個の一次粒子を選択してその長軸方向の長さを測定し、その算術平均を求めることで決定できる。
上記無機微粒子は、乾燥された粉末状のものを用いてもよいし、有機溶媒に分散された分散体形状(例えば、コロイダルシリカ等)のものを用いてもよいが、上記感光性樹脂組成物の分散安定性の観点からは、有機溶媒に分散された分散体形状のものを用いることが好適である。すなわち、上記無機微粒子は、有機溶媒分散体として上記感光性樹脂組成物中に含まれることが好ましい。なお、粒子形状としては球状、粒状、楕円球状、立方体状、直方体状、ピラミッド状、針状、柱状、棒状、筒状、りん片状、板状、薄片状などが挙げられる。溶媒への分散性などを考慮すると、上記粒子形状としては、球状、粒状、柱状などが好ましい。また、有機溶媒の具体例として、特開2013-227485号公報〔0024〕に記載の種々の溶媒が挙げられる。
上記有機溶媒分散体は、無機微粒子を、有機溶媒に充分に分散することにより得ることができるが、市販品を使用することもできる。例えば、特開2013-227485号公報〔0026〕に例示された各種オルガノシリカゾル(例えば、NBAC-ST(酢酸ブチルを分散媒とするオルガノシリカゾル)等)が挙げられる。
上記感光性樹脂組成物が無機微粒子を含む場合、その含有量(固形分含有量)は、感光性樹脂組成物の固形分総量100質量%中、5質量%以上であることが好適である。より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは15質量%以上である。また、現像性や透明性等の観点から、50質量%以下であることが好適である。より好ましくは40質量%以下である。
上記無機微粒子として少なくともケイ素含有化合物(好ましくはシリカ微粒子)を用いる場合、その含有量(固形分含有量)は、感光性樹脂組成物中の無機微粒子の総量100質量部に対し、50質量部以上であることが好適である。より好ましくは70質量部以上、更に好ましくは90質量部以上、最も好ましくは100質量部である。
本発明の感光性樹脂組成物(好ましくはネガ型感光性樹脂組成物)は、必要に応じて、希釈剤としての溶剤を含むことが好ましい。溶剤としては、上記重合体、多官能モノマー、光重合開始剤及び無機微粒子等の成分を均一に溶解するものであれば、特に制限はない。具体的には、例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3-メトキシブチルアセテート等のエステル類;メタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール類;トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類;クロロホルム、ジメチルスルホキシド;等が挙げられる。なお、溶剤の含有量は、感光性樹脂組成物を使用する際の最適粘度に応じて適宜設定すればよい。例えば、重合体100質量部に対し、1200質量部以下、より好ましくは900質量部以下である。好ましい下限値としては、重合体100質量部に対し、50質量部以上、より好ましくは100質量部以上である。上記数値範囲に制御することで、組成物の取り扱い性や保存安定性、さらには塗布作業時の効率が向上する。
上記感光性樹脂組成物の粘度は所望の硬化膜の厚みに応じて適宜設定することができる。感光性樹脂組成物の粘度の調整は、溶剤を添加することでできる。溶剤を添加して固形分(不揮発分)を40%に調整した感光性樹脂組成物の粘度の上限値は、例えば、100mPa・s以下が好ましく、50mPa・s以下がさらに好ましく、15mPa・s以下が特に好ましい。また、粘度の下限値は、所望の硬化膜の厚みに応じて、例えば、1mPa・s以上が好ましく、5mPa・s以上がさらに好ましい。粘度を上記範囲にすることで取り扱い性、塗布作業性が向上する。
上記シリカ微粒子は粒子表面に水酸基を有しており、本発明の感光性樹脂組成物に含まれる5員環以上の環状エーテル構造を有する不飽和単量体由来の構成単位を有するラジカル重合性重合体との親和性がさらに向上する。
上記無機微粒子の数平均一次粒子径(一次粒子の直径)は、例えば、1~500nmであることが好適である。この範囲内にあることで、無機微粒子の分散性及び分散安定性がより充分なものとなり、分散性により優れるうえ、透明性が高い硬化膜を与えることが可能になる。より好ましくは数平均一次粒子径が1~300nm、更に好ましくは1~200nm、特に好ましくは1~100nm、最も好ましくは1~50nmである。
数平均一次粒子径は、例えばレーザー回折式粒度分布測定機を用いて測定することができる。なお、直接的には、数平均一次粒子径は、無機微粒子を透過型電子顕微鏡(TEM)、電界放射型透過電子顕微鏡(FE-TEM)、電界放射型走査電子顕微鏡(FE-SEM)などで拡大観察し、無作為に100個の一次粒子を選択してその長軸方向の長さを測定し、その算術平均を求めることで決定できる。
上記無機微粒子は、乾燥された粉末状のものを用いてもよいし、有機溶媒に分散された分散体形状(例えば、コロイダルシリカ等)のものを用いてもよいが、上記感光性樹脂組成物の分散安定性の観点からは、有機溶媒に分散された分散体形状のものを用いることが好適である。すなわち、上記無機微粒子は、有機溶媒分散体として上記感光性樹脂組成物中に含まれることが好ましい。なお、粒子形状としては球状、粒状、楕円球状、立方体状、直方体状、ピラミッド状、針状、柱状、棒状、筒状、りん片状、板状、薄片状などが挙げられる。溶媒への分散性などを考慮すると、上記粒子形状としては、球状、粒状、柱状などが好ましい。また、有機溶媒の具体例として、特開2013-227485号公報〔0024〕に記載の種々の溶媒が挙げられる。
上記有機溶媒分散体は、無機微粒子を、有機溶媒に充分に分散することにより得ることができるが、市販品を使用することもできる。例えば、特開2013-227485号公報〔0026〕に例示された各種オルガノシリカゾル(例えば、NBAC-ST(酢酸ブチルを分散媒とするオルガノシリカゾル)等)が挙げられる。
上記感光性樹脂組成物が無機微粒子を含む場合、その含有量(固形分含有量)は、感光性樹脂組成物の固形分総量100質量%中、5質量%以上であることが好適である。より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは15質量%以上である。また、現像性や透明性等の観点から、50質量%以下であることが好適である。より好ましくは40質量%以下である。
上記無機微粒子として少なくともケイ素含有化合物(好ましくはシリカ微粒子)を用いる場合、その含有量(固形分含有量)は、感光性樹脂組成物中の無機微粒子の総量100質量部に対し、50質量部以上であることが好適である。より好ましくは70質量部以上、更に好ましくは90質量部以上、最も好ましくは100質量部である。
本発明の感光性樹脂組成物(好ましくはネガ型感光性樹脂組成物)は、必要に応じて、希釈剤としての溶剤を含むことが好ましい。溶剤としては、上記重合体、多官能モノマー、光重合開始剤及び無機微粒子等の成分を均一に溶解するものであれば、特に制限はない。具体的には、例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3-メトキシブチルアセテート等のエステル類;メタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール類;トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類;クロロホルム、ジメチルスルホキシド;等が挙げられる。なお、溶剤の含有量は、感光性樹脂組成物を使用する際の最適粘度に応じて適宜設定すればよい。例えば、重合体100質量部に対し、1200質量部以下、より好ましくは900質量部以下である。好ましい下限値としては、重合体100質量部に対し、50質量部以上、より好ましくは100質量部以上である。上記数値範囲に制御することで、組成物の取り扱い性や保存安定性、さらには塗布作業時の効率が向上する。
上記感光性樹脂組成物の粘度は所望の硬化膜の厚みに応じて適宜設定することができる。感光性樹脂組成物の粘度の調整は、溶剤を添加することでできる。溶剤を添加して固形分(不揮発分)を40%に調整した感光性樹脂組成物の粘度の上限値は、例えば、100mPa・s以下が好ましく、50mPa・s以下がさらに好ましく、15mPa・s以下が特に好ましい。また、粘度の下限値は、所望の硬化膜の厚みに応じて、例えば、1mPa・s以上が好ましく、5mPa・s以上がさらに好ましい。粘度を上記範囲にすることで取り扱い性、塗布作業性が向上する。
本発明の感光性樹脂組成物は、上述の成分のほかに、本発明の効果を損なわない範囲で、例えば、水酸化アルミニウム、タルク、クレー、硫酸バリウム等の充填材、量子ドット粒子、染料、顔料、消泡剤、カップリング剤、レベリング剤、増感剤、離型剤、滑剤、可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、難燃剤、重合禁止剤、重合遅延剤、重合促進剤、増粘剤、分散剤、界面活性剤等の公知の添加剤を含有するものであってもよい。上記顔料としては、種々の有機又は無機着色剤を1種又は2種以上用いることができる。有機着色剤としては、染料、有機顔料、天然色素等を用いることができる。
上記感光性樹脂組成物を調製する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いればよく、例えば、上述した各含有成分を、各種の混合機や分散機を用いて混合分散する方法が挙げられる。混合・分散工程は特に限定されず、公知の方法により行えばよい。また、通常行われる他の工程を更に含んでいてもよい。なお、上記感光性樹脂組成物が色材を含む場合は、色材の分散処理工程を経て調製することが好ましい。
上記色材の分散処理工程としては、例えば、まず、色材(好ましくは有機顔料)、分散剤及び溶剤を各所定量秤量し、分散機を用いて、色材を微粒子分散させて液状の色材分散液(「ミルベース」とも称す。)を得る方法が挙げられる。上記分散機としては、ペイントコンディショナー、ビーズミル、ロールミル、ボールミル、ジェットミル、ホモジナイザー、ニーダー、ブレンダー等が挙げられる。上記分散処理工程としては、好ましくは、ロールミル、ニーダー、ブレンダー等で混練分散処理をしてから、0.01~1mmのビーズを充填したビーズミル等のメディアミルで微分散処理をする手法が挙げられる。得られたミルベースに、別途攪拌混合しておいた上記ラジカル重合性重合体や無機微粒子等を含む組成物(好ましくは透明液)を加えて混合、均一な分散溶液とし、感光性樹脂組成物を得ることができる。なお、得られた感光性樹脂組成物は、フィルター等によって、濾過処理をして微細なゴミを除去するのが好ましい。
本発明は、また、上記ラジカル重合性重合体および/または上記感光性樹脂組成物を硬化させてなる硬化膜でもある。塗布する基板として用いられる材料としては、例えば、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、PETなどのポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂などの透明材料やアルミニウム、銅、鉄、ステンレス等の金属材料などが挙げられる。上記硬化膜は、その膜厚(厚み)が0.1~20μmであることが好適である。これにより、上記硬化膜を用いた部材や表示装置等の低背化要求に充分に応えることができる。より好ましくは0.5~10μm、更に好ましくは0.5~8μmである。
上記硬化膜の光線透過率は、具体的には、130μmの厚さにおいて波長410nmの光の透過率を70%以上とすることができ、好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上であることが好ましい。このように、本発明の感光性樹脂組成物から得られる硬化膜は、透明性が高いことが好ましい。これにより、例えば、硬化膜を含む積層体をタッチパネルに用いた場合であっても、その表示性能を低下させることがなく、鮮明な画像を表示することができる。
また、基板上に、上記感光性樹脂組成物の硬化物(硬化膜)を有する積層体(例えばカラーフィルター)もまた、本発明の一つである。以下に、カラーフィルターについて、説明する。
本発明のカラーフィルターは、基板上に、上記感光性樹脂組成物の硬化物を有する形態からなる。上記カラーフィルターにおいて、上記感光性樹脂組成物により形成される硬化物は、例えば、ブラックマトリクスや、赤色、緑色、青色、黄色等の各画素のような着色が必要なセグメントとして特に好適であるが、フォトスペーサー、保護層、配向制御用リブ等の着色が必ずしも必要としないセグメントとしても好適である。
上記カラーフィルターに使用される基板としては、例えば、白板ガラス、青板ガラス、アルカリ強化ガラス、シリカコート青板ガラス等のガラス基板;ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリスルホン、環状オレフィンの開環重合体やその水素添加物等の熱可塑性樹脂からなるシート、フィルム又は基板;エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂からなるシート、フィルム又は基板;アルミニウム板、銅板、ニッケル板、ステンレス板等の金属基板;セラミック基板;光電変換素子を有する半導体基板;表面に色材層を備えるガラス基板(例えばLCD用カラーフィルター)等の各種材料から構成される部材;等が挙げられる。なかでも、耐熱性の点から、ガラス基板や、耐熱性樹脂からなるシート、フィルム又は基板が好ましい。また、上記基板は透明基板であることが好適である。上記基板には、必要に応じて、コロナ放電処理、オゾン処理、シランカップリング剤等による薬品処理等を行ってもよい。
上記カラーフィルターを得るには、例えば、画素一色につき(すなわち、一色の画素ごとに)、基板上に、上記感光性樹脂組成物を配置する工程(配置工程とも称する)と、該基板上に配置された感光性樹脂組成物に光を照射する工程(光照射工程とも称する)と、現像液により現像処理する工程(現像工程とも称する)と、加熱処理する工程(加熱工程とも称する)とを含む手法を採用し、これと同じ手法を各色で繰り返す製造方法を採用することが好適である。なお、各色の画素の形成順序は、特に限定されるものではない。
上記配置工程は、塗布により行うことが好適である。基板上に上記感光性樹脂組成物を塗布する方法としては、例えば、スピン塗布、スリット塗布、ロール塗布、流延塗布等が挙げられる。本発明の感光性樹脂組成物は粘度を適度な範囲に調整でき、塗布作業性に優れるので、いずれの方法も好ましく用いることができる。
上記加熱工程は、最終的に、焼成によって露光部(硬化部)を更に硬化させる工程(後硬化工程とも称する)である。例えば、高圧水銀灯等の光源を使用して、例えば0.5~5J/cm2の光量で後露光する工程や、例えば60~260℃の温度で10秒~120分間にわたって後加熱する工程等が挙げられる。このような後硬化工程を行うことにより、パターン化された硬化膜の硬度及び密着性を更に強固なものとすることが可能になる。
以上のように、本発明のラジカル重合性重合体は、取り扱い性が良く塗布作業性に優れ、透明性及び密着性に優れた硬化物を与えることができる。また、本発明のラジカル重合性重合体を含む感光性樹脂組成物は、更に硬化性に優れ、基板との密着性、透明性、耐熱性等にも優れた硬化物を与えることができる。
上記硬化膜の表面硬度は、上述の感光性樹脂組成物を硬化するので表面硬度(後述する鉛筆硬度)が高い。これにより、保護膜や絶縁膜等の構成部材として使われた場合でも、外部からの衝撃を緩和することができる。なお、鉛筆硬度の評価では4H>3H>2H>H>F>HB>B>2B>3B>4Bの順に、硬度が低下する。
このような本発明のラジカル重合性重合体およびその感光性樹脂組成物は、透明性、耐熱性(特に耐熱分解性)、塗布作業性に優れており、例えば、レジスト材料、各種コーティング剤、塗料等の用途に用いることができ、また重合体にカルボキシル基等の酸基を有するのでカラーフィルターの着色画素、ブラックマトリックス、オーバーコート、フォトスペーサーや光導波路等を作製するためのアルカリ現像型のネガ型レジスト材料等として好適に用いることができる。
上記色材の分散処理工程としては、例えば、まず、色材(好ましくは有機顔料)、分散剤及び溶剤を各所定量秤量し、分散機を用いて、色材を微粒子分散させて液状の色材分散液(「ミルベース」とも称す。)を得る方法が挙げられる。上記分散機としては、ペイントコンディショナー、ビーズミル、ロールミル、ボールミル、ジェットミル、ホモジナイザー、ニーダー、ブレンダー等が挙げられる。上記分散処理工程としては、好ましくは、ロールミル、ニーダー、ブレンダー等で混練分散処理をしてから、0.01~1mmのビーズを充填したビーズミル等のメディアミルで微分散処理をする手法が挙げられる。得られたミルベースに、別途攪拌混合しておいた上記ラジカル重合性重合体や無機微粒子等を含む組成物(好ましくは透明液)を加えて混合、均一な分散溶液とし、感光性樹脂組成物を得ることができる。なお、得られた感光性樹脂組成物は、フィルター等によって、濾過処理をして微細なゴミを除去するのが好ましい。
本発明は、また、上記ラジカル重合性重合体および/または上記感光性樹脂組成物を硬化させてなる硬化膜でもある。塗布する基板として用いられる材料としては、例えば、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、PETなどのポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂などの透明材料やアルミニウム、銅、鉄、ステンレス等の金属材料などが挙げられる。上記硬化膜は、その膜厚(厚み)が0.1~20μmであることが好適である。これにより、上記硬化膜を用いた部材や表示装置等の低背化要求に充分に応えることができる。より好ましくは0.5~10μm、更に好ましくは0.5~8μmである。
上記硬化膜の光線透過率は、具体的には、130μmの厚さにおいて波長410nmの光の透過率を70%以上とすることができ、好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上であることが好ましい。このように、本発明の感光性樹脂組成物から得られる硬化膜は、透明性が高いことが好ましい。これにより、例えば、硬化膜を含む積層体をタッチパネルに用いた場合であっても、その表示性能を低下させることがなく、鮮明な画像を表示することができる。
また、基板上に、上記感光性樹脂組成物の硬化物(硬化膜)を有する積層体(例えばカラーフィルター)もまた、本発明の一つである。以下に、カラーフィルターについて、説明する。
本発明のカラーフィルターは、基板上に、上記感光性樹脂組成物の硬化物を有する形態からなる。上記カラーフィルターにおいて、上記感光性樹脂組成物により形成される硬化物は、例えば、ブラックマトリクスや、赤色、緑色、青色、黄色等の各画素のような着色が必要なセグメントとして特に好適であるが、フォトスペーサー、保護層、配向制御用リブ等の着色が必ずしも必要としないセグメントとしても好適である。
上記カラーフィルターに使用される基板としては、例えば、白板ガラス、青板ガラス、アルカリ強化ガラス、シリカコート青板ガラス等のガラス基板;ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリスルホン、環状オレフィンの開環重合体やその水素添加物等の熱可塑性樹脂からなるシート、フィルム又は基板;エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂からなるシート、フィルム又は基板;アルミニウム板、銅板、ニッケル板、ステンレス板等の金属基板;セラミック基板;光電変換素子を有する半導体基板;表面に色材層を備えるガラス基板(例えばLCD用カラーフィルター)等の各種材料から構成される部材;等が挙げられる。なかでも、耐熱性の点から、ガラス基板や、耐熱性樹脂からなるシート、フィルム又は基板が好ましい。また、上記基板は透明基板であることが好適である。上記基板には、必要に応じて、コロナ放電処理、オゾン処理、シランカップリング剤等による薬品処理等を行ってもよい。
上記カラーフィルターを得るには、例えば、画素一色につき(すなわち、一色の画素ごとに)、基板上に、上記感光性樹脂組成物を配置する工程(配置工程とも称する)と、該基板上に配置された感光性樹脂組成物に光を照射する工程(光照射工程とも称する)と、現像液により現像処理する工程(現像工程とも称する)と、加熱処理する工程(加熱工程とも称する)とを含む手法を採用し、これと同じ手法を各色で繰り返す製造方法を採用することが好適である。なお、各色の画素の形成順序は、特に限定されるものではない。
上記配置工程は、塗布により行うことが好適である。基板上に上記感光性樹脂組成物を塗布する方法としては、例えば、スピン塗布、スリット塗布、ロール塗布、流延塗布等が挙げられる。本発明の感光性樹脂組成物は粘度を適度な範囲に調整でき、塗布作業性に優れるので、いずれの方法も好ましく用いることができる。
上記加熱工程は、最終的に、焼成によって露光部(硬化部)を更に硬化させる工程(後硬化工程とも称する)である。例えば、高圧水銀灯等の光源を使用して、例えば0.5~5J/cm2の光量で後露光する工程や、例えば60~260℃の温度で10秒~120分間にわたって後加熱する工程等が挙げられる。このような後硬化工程を行うことにより、パターン化された硬化膜の硬度及び密着性を更に強固なものとすることが可能になる。
以上のように、本発明のラジカル重合性重合体は、取り扱い性が良く塗布作業性に優れ、透明性及び密着性に優れた硬化物を与えることができる。また、本発明のラジカル重合性重合体を含む感光性樹脂組成物は、更に硬化性に優れ、基板との密着性、透明性、耐熱性等にも優れた硬化物を与えることができる。
上記硬化膜の表面硬度は、上述の感光性樹脂組成物を硬化するので表面硬度(後述する鉛筆硬度)が高い。これにより、保護膜や絶縁膜等の構成部材として使われた場合でも、外部からの衝撃を緩和することができる。なお、鉛筆硬度の評価では4H>3H>2H>H>F>HB>B>2B>3B>4Bの順に、硬度が低下する。
このような本発明のラジカル重合性重合体およびその感光性樹脂組成物は、透明性、耐熱性(特に耐熱分解性)、塗布作業性に優れており、例えば、レジスト材料、各種コーティング剤、塗料等の用途に用いることができ、また重合体にカルボキシル基等の酸基を有するのでカラーフィルターの着色画素、ブラックマトリックス、オーバーコート、フォトスペーサーや光導波路等を作製するためのアルカリ現像型のネガ型レジスト材料等として好適に用いることができる。
以下、実施例によって本発明をさらに詳述するが、下記実施例は本発明を制限するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは全て本発明の技術的範囲に包含される。
本発明に関し、実施例、比較例および特性評価により具体的に示す。なお、実施例および比較例では、特に記載しない限り%、wt%は質量%を、部は質量部を意味する。
以下の製造例等において、各種物性等は以下のようにして評価した。
[評価方法]
(1)重量平均分子量:Mw
GPC(HLC-8220GPC、東ソー社製)にてTHFを溶離液とし、カラムにTSKgel SuperHZM-N(東ソー社製)を用いて測定し、標準ポリスチレン換算にて算出した。
(2)固形分
製造例で調製した共重合体溶液をアルミカップに約0.3gはかり取り、アセトン約1gを加えて溶解させた後、常温で自然乾燥させた。その後、熱風乾燥機(商品名:PHH-101、エスペック株社製)を用い、140℃で3時間乾燥した後、デシケータ内で放冷し、重量を測定した。その重量減少量から、ポリマー溶液の固形分(樹脂)の重量を計算した。
(3)酸価
製造例で調製した共重合体溶液を1.5g精秤し、アセトン90gと水10gの混合溶媒に溶解させ、0.1NのKOH水溶液で滴定した。滴定は、自動滴定装置(商品名:COM-555、平沼産業社製)を用いて行い、固形分濃度から、ポリマー1g当たりの酸価を求めた(mgKOH/g)。
(4)熱重量減
製造例で調製した共重合体溶液2gにテトラヒドロフラン4gを加えた溶液をヘキサン60gに滴下し、沈殿したアクリル系樹脂を分離して取り出し、40℃で一晩真空乾燥した。得られたアクリル系樹脂粉末を10mg秤量し、熱重量測定装置TGA-50(SHIMADZU製)を用いて窒素雰囲気下230℃30分での重量減少率を測定した。
[ラジカル重合性重合体の製造]
以下のラジカル重合性重合体を用いた。
[製造例1]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、N-フェニルマレイミド(PMI)15g、メタクリル酸(MAA)37g、テトラフルフリルアクリレート(THFA)10g、メタクリル酸シクロヘキシル(CHMA)28g、2-ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)10g、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート(商品名「パーブチル(登録商標)O」、日本油脂社製、以下PBOともいう)8gを投入し、撹拌混合した。
本発明に関し、実施例、比較例および特性評価により具体的に示す。なお、実施例および比較例では、特に記載しない限り%、wt%は質量%を、部は質量部を意味する。
以下の製造例等において、各種物性等は以下のようにして評価した。
[評価方法]
(1)重量平均分子量:Mw
GPC(HLC-8220GPC、東ソー社製)にてTHFを溶離液とし、カラムにTSKgel SuperHZM-N(東ソー社製)を用いて測定し、標準ポリスチレン換算にて算出した。
(2)固形分
製造例で調製した共重合体溶液をアルミカップに約0.3gはかり取り、アセトン約1gを加えて溶解させた後、常温で自然乾燥させた。その後、熱風乾燥機(商品名:PHH-101、エスペック株社製)を用い、140℃で3時間乾燥した後、デシケータ内で放冷し、重量を測定した。その重量減少量から、ポリマー溶液の固形分(樹脂)の重量を計算した。
(3)酸価
製造例で調製した共重合体溶液を1.5g精秤し、アセトン90gと水10gの混合溶媒に溶解させ、0.1NのKOH水溶液で滴定した。滴定は、自動滴定装置(商品名:COM-555、平沼産業社製)を用いて行い、固形分濃度から、ポリマー1g当たりの酸価を求めた(mgKOH/g)。
(4)熱重量減
製造例で調製した共重合体溶液2gにテトラヒドロフラン4gを加えた溶液をヘキサン60gに滴下し、沈殿したアクリル系樹脂を分離して取り出し、40℃で一晩真空乾燥した。得られたアクリル系樹脂粉末を10mg秤量し、熱重量測定装置TGA-50(SHIMADZU製)を用いて窒素雰囲気下230℃30分での重量減少率を測定した。
[ラジカル重合性重合体の製造]
以下のラジカル重合性重合体を用いた。
[製造例1]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、N-フェニルマレイミド(PMI)15g、メタクリル酸(MAA)37g、テトラフルフリルアクリレート(THFA)10g、メタクリル酸シクロヘキシル(CHMA)28g、2-ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)10g、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート(商品名「パーブチル(登録商標)O」、日本油脂社製、以下PBOともいう)8gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にプロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)233gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物を180分かけて滴下した。モノマー組成物滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、メタクリル酸グリシジル(GMA)33g、重合禁止剤としてアンテージW-400(川口化学工業社製) 0.2g、触媒としてトリフェニルホスフィン(TPP)0.4gを仕込み、115℃で14時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂36.2重量%を含む共重合体溶液(A-1)を得た。樹脂の数平均分子量(Mn)は3030、重量平均分子量(Mw)は8700、分子量分布(Mw/Mn)は2.87、酸価は85mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、固形分濃度、Mn、Mw、Mw/Mnおよび酸価を、製造例2~12とともに、表1に示す。
[製造例2]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、PMI15g、MAA37g、テトラフルフリルメタクリレート(THFMA)10g、メチルメタクリレート(MMA)28g、HEMA10g、PBO8gを投入し、撹拌混合した。
[製造例2]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、PMI15g、MAA37g、テトラフルフリルメタクリレート(THFMA)10g、メチルメタクリレート(MMA)28g、HEMA10g、PBO8gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA233gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物を180分かけて滴下した。モノマー組成物滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA33g、重合禁止剤としてアンテージW-400 0.2g、触媒としてTPP0.4gを仕込み、115℃で14時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂36.5重量%を含む共重合体溶液(A-2)を得た。樹脂の樹脂の数平均分子量(Mn)は2900、重量平均分子量(Mw)は9000、分子量分布(Mw/Mn)は3.10、酸価は86mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、固形分濃度、Mn、Mw、Mw/Mnおよび酸価を、製造例2~12とともに、表1に示す。
[製造例3]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、PMI15g、MAA37g、(2-メチル-2-エチル-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチルアクリレート(大阪有機化学工業製「MEDOL10」10g、ビニルトルエン(VT)28g、HEMA10g、PBO8gを投入し、撹拌混合した。
[製造例3]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、PMI15g、MAA37g、(2-メチル-2-エチル-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチルアクリレート(大阪有機化学工業製「MEDOL10」10g、ビニルトルエン(VT)28g、HEMA10g、PBO8gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA233gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物を180分かけて滴下した。モノマー組成物滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA33g、重合禁止剤としてアンテージW-400 0.2g、触媒としてTPP0.4gを仕込み、115℃で14時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂36.1重量%を含む共重合体溶液(A-3)を得た。樹脂の数平均分子量(Mn)は2690、重量平均分子量(Mw)は8600、Mw/Mnは3.20、酸価は85mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、固形分濃度、Mn、Mw、Mw/Mnおよび酸価を、製造例2~12とともに、表1に示す。
[製造例4]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、(α-アリルオキシメチル)アクリル酸メチル(AOMA)15g、MAA37g、THFA10g、CHMA28g、HEMA10g、PBO10gを投入し、撹拌混合した。
[製造例4]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、(α-アリルオキシメチル)アクリル酸メチル(AOMA)15g、MAA37g、THFA10g、CHMA28g、HEMA10g、PBO10gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA233gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物を180分かけて滴下した。モノマー組成物滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA17g、重合禁止剤としてアンテージW-400 0.2g、触媒としてTPP0.4gを仕込み、115℃で7時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂33.5重量%を含む共重合体溶液(A-4)を得た。樹脂の数平均分子量(Mn)は2680、重量平均分子量(Mw)は5500、Mw/Mnは2.05、酸価は150mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、固形分濃度、Mn、Mw、Mw/Mnおよび酸価を、製造例2~12とともに、表1に示す。
[製造例5]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、ジメチル-2、2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート(MD)15g、MAA33g、MEDOL10 10g、HEMA10g、MMA32g、PBO8gを投入し、撹拌混合した。
[製造例5]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、ジメチル-2、2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート(MD)15g、MAA33g、MEDOL10 10g、HEMA10g、MMA32g、PBO8gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA233gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物を180分かけて滴下した。モノマー組成物滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、サイクロマーM100(ダイセル製 以下M100)38g、重合禁止剤としてアンテージW-400 0.2g、触媒としてTPP0.4gを仕込み、115℃で21時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂37.1重量%を含む共重合体溶液(A-5)を得た。樹脂の数平均分子量(Mn)は3560、重量平均分子量(Mw)は8000、Mw/Mnは2.25、酸価は88mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、固形分濃度、Mn、Mw、Mw/Mnおよび酸価を、製造例2~12とともに、表1に示す。
[製造例6]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、PMI15g、MAA47g、THFMA10g、HEMA10g、CHMA18g、PBO10gを投入し、撹拌混合した。
[製造例6]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、PMI15g、MAA47g、THFMA10g、HEMA10g、CHMA18g、PBO10gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA233gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物を180分かけて滴下した。モノマー組成物滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA 58g、重合禁止剤としてアンテージW-400 0.2g、触媒としてTPP0.4gを仕込み、115℃で21時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂40.5重量%を含む共重合体溶液(A-6)を得た。樹脂の数平均分子量(Mn)は3120、重量平均分子量(Mw)は11000、Mw/Mnは3.53、酸価は50mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、固形分濃度、Mn、Mw、Mw/Mnおよび酸価を、製造例2~12とともに、表1に示す。
[製造例7]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、PMI30g、MAA37g、THFMA10g、HEMA10g、CHMA13g、PBO8gを投入し、撹拌混合した。
[製造例7]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、PMI30g、MAA37g、THFMA10g、HEMA10g、CHMA13g、PBO8gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA233gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物を180分かけて滴下した。モノマー組成物滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA 33g、重合禁止剤としてアンテージW-400 0.2g、触媒としてTPP0.4gを仕込み、115℃で14時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂36.7重量%を含む共重合体溶液(A-7)を得た。樹脂の数平均分子量(Mn)は3050、重量平均分子量(Mw)は9100、Mw/Mnは2.98、酸価は85mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、固形分濃度、Mn、Mw、Mw/Mnおよび酸価を、製造例2~12とともに、表1に示す。
[製造例8]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、PMI15g、MAA37g、THFA10g、CHMA38g、PBO8gを投入し、撹拌混合した。
[製造例8]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、PMI15g、MAA37g、THFA10g、CHMA38g、PBO8gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA233gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物を180分かけて滴下した。モノマー組成物滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA 33g、重合禁止剤としてアンテージW-400 0.2g、触媒としてTPP0.4gを仕込み、115℃で14時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂36.0重量%を含む共重合体溶液(A-8)を得た。樹脂の数平均分子量(Mn)は3280、重量平均分子量(Mw)は8200、Mw/Mnは2.50、酸価は84mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、固形分濃度、Mn、Mw、Mw/Mnおよび酸価を、製造例2~12とともに、表1に示す。
[製造例9]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、PMI15g、MAA37g、THFA10g、HEMA10g、CHMA28g、PBO2gを投入し、撹拌混合した。
[製造例9]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、PMI15g、MAA37g、THFA10g、HEMA10g、CHMA28g、PBO2gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA233gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物を180分かけて滴下した。モノマー組成物滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA 33g、重合禁止剤としてアンテージW-400 0.2g、触媒としてTPP0.4gを仕込み、115℃で14時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂36.8重量%を含む共重合体溶液(A-9)を得た。樹脂の数平均分子量(Mn)は5850、重量平均分子量(Mw)は20000、Mw/Mnは3.42、酸価は85mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、固形分濃度、Mn、Mw、Mw/Mnおよび酸価を、製造例2~12とともに、表1に示す。
[製造例10]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、PMI15g、MAA37g、VT10g、HEMA10g、CHMA28g、PBO8gを投入し、撹拌混合した。
[製造例10]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、PMI15g、MAA37g、VT10g、HEMA10g、CHMA28g、PBO8gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA233gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物を180分かけて滴下した。モノマー組成物滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA 33g、重合禁止剤としてアンテージW-400 0.2g、触媒としてTPP0.4gを仕込み、115℃で14時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂36.2重量%を含む共重合体溶液(A-10)を得た。樹脂の数平均分子量(Mn)は3350、重量平均分子量(Mw)は8800、Mw/Mnは2.63、酸価は86mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、固形分濃度、Mn、Mw、Mw/Mnおよび酸価を、製造例2~12とともに、表1に示す。
[製造例11]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、PMI15g、MAA15g、MEDOL10 10g、VT22g、HEMA10g、CHMA28g、PBO6gを投入し、撹拌混合した。
[製造例11]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、PMI15g、MAA15g、MEDOL10 10g、VT22g、HEMA10g、CHMA28g、PBO6gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA233gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物を180分かけて滴下した。モノマー組成物滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、室温まで冷却し、樹脂30.3重量%を含む共重合体溶液(A-11)を得た。樹脂の数平均分子量(Mn)は2940、重量平均分子量(Mw)は6200、Mw/Mnは2.11、酸価は100mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、固形分濃度、Mn、Mw、Mw/Mnおよび酸価を、製造例2~12とともに、表1に示す。
[製造例12]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、MAA37g、THFMA10g、MMA15g、HEMA10g、CHMA28g、PBO8gを投入し、撹拌混合した。
[製造例12]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、MAA37g、THFMA10g、MMA15g、HEMA10g、CHMA28g、PBO8gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA233gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物を180分かけて滴下した。モノマー組成物滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA 33g、重合禁止剤としてアンテージW-400 0.2g、触媒としてTPP0.4gを仕込み、115℃で14時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂36.3重量%を含む共重合体溶液(A-12)を得た。樹脂の数平均分子量(Mn)は3620、重量平均分子量(Mw)は8800、Mw/Mnは2.43、酸価は86mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、固形分濃度、Mn、Mw、Mw/Mnおよび酸価を、製造例2~12とともに、表1に示す。
上記のラジカル重合性重合体について、A―1~A―8(実施例1~8)、A―9~A―12(比較例1~4)の組成および物性を表1に記す。
上記のラジカル重合性重合体について、A―1~A―8(実施例1~8)、A―9~A―12(比較例1~4)の組成および物性を表1に記す。
バインダー樹脂として上記共重合体溶液(A-1)3.31g(すなわち、樹脂1.2g)、無機微粒子としてPGM-AC-4130Y 4.00g(不揮発分1.2g:日産化学製)、多官能モノマーとしてDPHA1.54g、および光重合開始剤として2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルホリノ-プロパン-1-オン(商品名「IRGACURE(登録商標)907」、BASFジャパン社製、以下Irg907と表す)0.06gを加え、不揮発分濃度が40重量%となるようにPGMEAで希釈し、感光性樹脂組成物B1を調製した。
同様にバインダー樹脂として上記共重合体溶液(A-2~12)を用いて感光性樹脂組成物B2~12を調製した。組成を表2に記す。
樹脂組成物Bの25℃での粘度はコーンプレート型回転粘度計(TVE22LT、東機産業製)により測定した。なお、コーンプレートは標準ロータ(名称:1°34´×R24)を用いた。
〈硬化方法〉
5cm角のガラス基板上に、上記感光性樹脂組成物B1~12をスピンコーターにより塗布し、オーブンで80℃3分間乾燥した。乾燥後、2.0kWの超高圧水銀ランプを装着したUVアライナ(商品名「TME-150RNS」、TOPCON社製)によって1J/cm2の強度(365nm照度換算)で紫外線を照射した。紫外線照射後、160℃で1時間アフターキュアーを行い塗膜を完全に硬化させた。得られた塗膜は全て透明であったため、下記評価(5)~(6)に供した。結果を表2に示す。
(5)密着性(クロスカット試験)
JIS K5600-5-6:1999「塗料一般試験方法-第5部:塗膜の機械的性質-第6節:付着性(クロスカット法)」を行った結果の残膜存率が100~90%の場合に1、89~80%の場合に2、79~70%の場合に3、69~60%の場合に4、59%未満の場合に5とした。評価結果を表2に示す。
(6)鉛筆硬度
JIS-K5600-5-4(1999年)に準じて試験を行ったが、すべて荷重は旧JIS版のJIS-K5400(1990年)の500gで行い、傷跡を生じなかった最も硬い鉛筆を硬度(表面硬度)の値とした。
Irg907:IRGACURE(登録商標)907、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
DPHA:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
表1における実施例と、比較例との比較より、本発明のラジカル重合性重合体の優位性を確認できた。具体的には、特定の構成単位を有する重合体で重量平均分子量が19000以下を満たす重合体は、組成物での粘度が低く取り扱い性が良好で、熱重量減が小さく、耐熱分解性が高いものであった。特に比較例4(重合体A―12)では、主鎖に環構造を有する構成単位を含まないため、耐熱分解性が他の重合体に比べて著しく低いと推察できる。また、5員環以上の環状エーテル構造を有する不飽和単量体由来の構成単位を含まない比較例2(重合体A-10)を含む組成物では粘度が高いものであった。さらに、HEMAを含む実施例1、4(重合体A-1、A-4)を含む組成物の方が、HEMAを含まない実施例8(重合体A-8)を含む組成物より、粘度がやや低い傾向にあった。5員環以上の環状エーテル構造を有する不飽和単量体や水酸基含有単量体由来の構成単位を含む重合体は無機微粒子との親和性が高く分散性を向上できると考えられる。
表2における実施例と、比較例との比較より、本発明の感光性樹脂組成物の優位性を確認できた。具体的には、実施例9~16の組成物では粘度が低く塗布作業性の高いものであった。特に比較例5、6との比較より、含まれる重合体の分子量、5員環以上の環状エーテル構造を有する不飽和単量体由来の構成単位が、粘度低減に効いていると推察できる。また、表には記載していないが、得られる硬化膜は透明性が高いことから光学分野に好適である。さらには比較例7に比べて実施例11の組成物から得られる硬化膜の鉛筆硬度が高いので、組成物に含まれる重合体の側鎖に重合性二重結合が付与されていることが大きく効いていると考えられる。また、PMI量が多い重合体A-7を含む実施例15の組成物では、粘度、密着性及び鉛筆硬度の物性が最も良好であった。
本発明のラジカル重合性重合体および感光性樹脂組成物は、例えば、レジスト材料に適用でき、光学分野や電機・電子分野で好適に使用できる。
Claims (5)
- 酸基を有する不飽和単量体由来の構成単位、5員環以上の環状エーテル構造を有する不飽和単量体由来の構成単位、主鎖に環構造を有する構成単位、及び側鎖に重合性二重結合を有する重合体であり、該重合体の重量平均分子量が、19000以下であるラジカル重合性重合体。
- 前記ラジカル重合性重合体の二重結合当量が300~2000(g/mol)である請求項1に記載のラジカル重合性重合体。
- 前記ラジカル重合性重合体の全構成単位100質量%に対して、主鎖に環構造を有する構成単位の含有割合が、9質量%以上である請求項1又は2に記載のラジカル重合性重合体。
- 前記ラジカル重合性重合体の全構成単位100質量%に対して、5員環以上の環状エーテル構造を有する不飽和単量体由来の構成単位の含有割合が、7.5質量%以上である請求項1~3の何れかに記載のラジカル重合性重合体。
- 請求項1~4の何れかに記載のラジカル重合性重合体、多官能モノマー、光重合開始剤、無機微粒子及び溶剤を含む感光性樹脂組成物。
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