JP4627227B2 - 感光性組成物およびブラックマトリクス - Google Patents
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Description
光重合性化合物と、光重合開始剤と、遮光材料とを含有し、
前記光重合開始剤として、(a)式(I)で示される化合物
こうして感光性組成物の感度を高め、パターン部分の現像マージンを大きくすることで、黒色顔料の含有量を多くしても感光性組成物は光照射によって効率的に硬化する。よって、遮光性が高いとともに、直線性が高く、剥がれや残さのない良好なブラックマトリクスパターンを基板上に形成することができる。
これらのことによりコントラストが高く、R、G、Bの発色が美しいカラーフィルタを有した液晶ディスプレイパネルを容易に提供することができる。
本発明に係る感光性組成物は、液晶ディスプレイパネルのガラス基板上にブラックマトリクスを形成するのに用いられ、光重合性化合物、光重合開始剤、及び遮光材料を含有する。
感光性組成物は、光重合開始剤として、(a)式(I)で示される化合物、
よって、ブラックマトリクスパターンを直線性が高く、剥がれや残さのない良好な形態にすることができるので、表示コントラストが高くてR、G、Bの発色が美しいカラーフィルタを提供することができる。
具体的には、2−メルカプトベンズイミダゾール、2−メルカプトベンゾチアゾール、および2−メルカプトベンゾオキサゾール等を挙げることができる。また、上記置換基としては、ハロゲン、CN、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基または複素環基が挙げられる。これらアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基は、ハロゲン、複素環で置換されていてもよく、このうちアルキル基およびアラルキル基のアルキレン部分は、不飽和結合、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合により中断されていてもよく、他の置換基あるいは環Bと一緒になって環を形成していてもよい。
その他に、式(I)で示される化合物以外の光重合開始剤を組み合わせてもよい。
式(I)で示される化合物以外の光重合開始剤としては、2,2′−ビス(o−クロロフェニル)−4,4′,5,5′−テトラフェニルビイミダゾール(以下、B−CIM(保土ヶ谷化学社製))、2,2′−ビス(o−ブロモフェニル)−4,4′,5,5′−テトラフェニルビイミダゾール、2,2′−ビス(o,p−ジクロロフェニル)−4,4′,5,5′−テトラフェニルビイミダゾール、2,2′−ビス(o−クロロフェニル)−4,4′,5,5′−テトラ(m−メトキシフェニル)ビイミダゾール、2,2′−ビス(o,o′−ジクロロフェニル)−4,4′,5,5′−テトラフェニルビイミダゾール、2,2′−ビス(o−ニトロフェニル)−4,4′,5,5′−テトラフェニルビイミダゾール、2,2′−ビス(o−メチルフェニル)−4,4′,5,5′−テトラフェニルビイミダゾール等のヘキサアリールビイミダゾールや、アセトフェノン、2,2−ジエトキシアセトフェノン、p−ジメチルアセトフェノン、p−ジメチルアミノプロピオフェノン、ジクロロアセトフェノン、トリクロロアセトフェノン、p−tert−ブチルアセトフェノン等のアセトフェノン類や、ベンゾフェノン、2−クロロベンゾフェノン、p,p'−ビスジメチルアミノベンゾフェノン、p,p'−ビスジエチルアミノベンゾフェノン(以下、EAB−F(保土ヶ谷化学社製))等のベンゾフェノン類や、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾインエ−テル類や、ベンジルジメチルケタール、チオキサンテン、2−クロロチオキサンテン、2,4−ジエチルチオキサンテン、2−メチルチオキサンテン、2−イソプロピルチオキサンテン等のイオウ化合物や、2−エチルアントラキノン、オクタメチルアントラキノン、1,2−ベンズアントラキノン、2,3−ジフェニルアントラキノン等のアントラキノン類や、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルパーオキシド、クメンパーオキシド等の有機過酸化物や、p−メトキシトリアジン等のトリアジン化合物や、2,4,6−トリス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−メチル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−[2−(5−メチルフラン−2−イル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−[2−(フラン−2−イル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−[2−(4−ジエチルアミノ−2−メチルフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−[2−(3,4−ジメトキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4−メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4−エトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4−n−ブトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン等のハロメチル基を有するトリアジン化合物が適用可能である。
こうして感光性組成物の感度や現像マージンをさらに高めることで、ブラックマトリクスパターンを直線性が高く、剥がれや残さのない良好な形態にすることがさらに容易となる。
また、式(IX)で示される化合物のZは、例えば無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物等のテトラカルボン酸二無水物から2個のカルボン酸無水物基を除いた残基である。
有機顔料は、無機顔料と有機顔料の総和100重量部に対して、有機顔料を10〜80重量部の範囲で用いると好ましく、より好ましくは有機顔料が20〜60重量部であり、最も好ましくは有機顔料が20〜40重量部である。
また、分散剤としては、ポリエチレンイミン系、ウレタン樹脂系、アクリル樹脂系の高分子分散剤が好ましく用いられる。
なお、上記の組成比において、遮光材料はカーボンブラックやチタンブラックといった無機顔料のみから構成してもよいし、補助顔料である有機顔料を含んでいてもよい。また、以下、遮光材料という場合は全て同様である。
一方、遮光材料の組成比が75重量部以上にすることにより、所定波長の光線を照射した際に硬化不良を起こすことを抑制することができる。
また、遮光材料の濃度は、後述するように本発明の感光性組成物を用いてブラックマトリックスを成膜した際に、本発明の感光性組成物の膜厚1μmあたりのOD(Optical Density)値が3.5以上、好ましくは4.0以上となるように調整することが好ましい。感光性組成物の膜厚1μmあたりのOD値が3.5以上あれば、液晶ディスプレイのブラックマトリックスに用いた場合に、十分な表示コントラストを得ることができ、クロム薄膜の代替えとして必要な性能を得られる。
前記高分子バインダーとしては、具体的にアクリル酸、メタクリル酸、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、プロピルアクリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、n−ブチルアクリレート、n−ブチルメタクリレート、tert−ブチルアクリレート、tert−ブチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、ベンジルアクリレート、ベンジルメタクリレート、フェノキシアクリレート、フェノキシメタクリレート、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、スチレン、アクリルアミド、メタアクリルアミド、アクリロニトリル、メタアクリロニトリルなどから選ばれた単量体を共重合させることによって得られたものや、側鎖にカルボキシル基を有する酸性セルロース変性物、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、アクリロニトリル、塩化ビニル、塩化ビニリデンとの共重合体、塩化ビニリデン、塩素化ポリオレフィン、または塩化ビニルと酢酸ビニルとの共重合体、ポリ酢酸ビニル、アクリロニトリルとスチレンとの共重合体、アクリロニトリルとスチレン、ブタジエンとの共重合体、ポリビニルアルキルエーテル、ポリビニルアルキルケトン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレートイソフタレート、アセチルセルロースおよびポリビニルブチラールなどを挙げることができる。特にアルカリ性水溶液での現像性を改善するためにアクリル酸、メタクリル酸などのカルボキシル基を有する単量体を共重合成分として使用することがよい。前記アクリル酸、メタクリル酸などは共重合成分中5〜40重量%の範囲が好ましい。また、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、カルボキシプロピルセルロースや、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースのヒドロキシル基に多塩基酸無水物を反応させたセルロース樹脂も好ましく用いることができる。
高分子バインダーは、光重合性化合物、エチレン性化合物、光重合開始剤、黒色顔料の総和100重量部に対して、400重量部以下、好ましくは200重量部以下の範囲で含有することができる。
また、本発明に係る感光性組成物は、希釈のための溶剤や、熱重合禁止剤、消泡剤、界面活性剤などを添加することとしてもよい。
(樹脂合成例1)
まず、特開2001−354735号公報に記載の方法に従って前記式(IX)で示される化合物1を合成した。
すなわち、500ml四つ口フラスコ中に、ビスフェノールフルオレン型エポキシ樹脂235g(エポキシ当量235)とテトラメチルアンモニウムクロライド110mg、2,6−ジ−tertブチル−4−メチルフェノール100mg及びアクリル酸72.0gを仕込み、これに25ml/分の速度で空気を吹き込みながら90〜100℃で加熱溶解した。次ぎに、溶液が白濁した状態のまま徐々に昇温し、120℃に加熱して完全溶解させた。ここで溶液は次第に透明粘稠になったがそのまま撹拌を継続した。この間、酸価を測定し、1.0mgKOH/g未満になるまで加熱撹拌を続けた。酸価が目標に達するまで12時間を要した。そして室温まで冷却し、無色透明で固体状の式(XI)で表されるビスフェノールフルオレン型エポキシアクリレートを得た。
この化合物1を主な光重合性化合物として、本発明の感光性組成物を調整した。
まず、エチレン性不飽和結合を有する光重合性化合物として、化合物2を合成した。化合物2は、500ml四つ口フラスコ中に、PGMEA400gとメタクリル酸75gとベンジルメタクリレート210g、2−ヒドロキシエチルメタクリレート15g、アゾビスイソブチロニトリル5gを仕込み、これに窒素を吹き込みながら65〜70℃に保ち3時間攪拌反応させることで得られた。
本実施例およびに係る感光性組成物の成分を表1に示す。
*2 エタノン,1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾル−3−イル]−,1−(O−アセチルオキシム)、チバスペシャリティーケミカルズ製
*3 カーボン濃度20%、御国色素製
*4 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)−ブタン−1オン、チバガイギー社製
*5 高抵抗カーボン24%含有、御国色素製
*6 ブルー顔料20%含有
*7 バイオレット顔料10%含有
*8 黒チタン顔料20%含有、御国色素製
*9 55%固形分に調整されている。
得られた感光性組成物を厚さ1mmの清浄な表面を有するガラス基板上にスピンコーター(TR25000:東京応化(株)製)を用いて乾燥膜厚が1.2μmとなるように塗布し、90℃で2分間乾燥して感光性組成物の膜(感光層)を形成した。次いでこの膜にネガマスクを介して紫外線を選択的に照射した。露光量は45、50、60、70mJの4段階とした。そののち、0.5重量%炭酸ナトリウム水溶液で25℃、60秒間スプレー現像することで線幅10μmのラインを含むブラックマトリクスパターンを形成した。その後、220℃−30min循環式オーブンにてポストベークを行った。作成された各ブラックマトリックスの膜厚は1.0μmであった。
また、作成された各ブラックマトリックスのについて、OD測定装置D−200II(グレタグマクベス社製)にて測定したところOD値は4.0であった。
Claims (6)
- 前記遮光材料として、カーボンブラック及び/又はチタンブラックを含有することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の感光性組成物。
- 前記感光性組成物の膜厚1μmあたりのOD値が3.5以上であることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の感光性組成物。
- 請求項1〜5に何れか一項に記載の感光性組成物から形成されたブラックマトリクス。
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