JP4642403B2 - 硬化性組成物、カラーフィルタ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
(1)染料は一般に顔料に比べ、耐光性、耐熱性に劣る;
(2)通常の色素はアルカリ水溶液又は有機溶剤(以下、単に溶剤ともいう)への溶解性が低いため、所望のスペクトルを有する液状の硬化性組成物を得るのが困難である;
(3)染料は、硬化性組成物中の他の成分と相互作用を示すことが多く、硬化部、非硬化部の溶解性(現像性)の調節が難しい;
(4)染料のモル吸光係数(ε)が低い場合には多量の染料を添加しなければならず、そのために硬化性組成物中の重合性化合物(モノマー)やバインダー、光重合開始剤等の他の成分を減らさざるを得なくなり、組成物の硬化性、硬化後の耐熱性、(非)硬化部の現像性が低下する等の問題を生じる;
等である。
<3> 下記一般式(M1)で表される化合物を含有することを特徴とする硬化性組成物である。
<5> 前記<3>又は<4>に記載の硬化性組成物を支持体上に塗布後、マスクを通して露光し、現像してパターン像を形成する工程を有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。
本発明のカラーフィルタおよび硬化性組成物は、有機溶剤可溶性染料として、以下に示す一般式(M1)で表される化合物(以下、「本発明に係るアゾ染料」または「アゾ染料」ともいう。)を用いて構成されるものであり、好ましくは更にバインダーや感放射線性化合物、モノマーを用いて構成され、また必要に応じ架橋剤をはじめとする他の成分を用いて構成することができる。本発明のカラーフィルタは、本発明に係るアゾ染料を含む硬化性組成物を支持体の上に付与することによって好適に構成することができる。
本発明の硬化性組成物及びカラーフィルタは、下記一般式(M1)で表されるアゾ染料の少なくとも一種を含有する。以下、本発明に係るアゾ染料について詳細に説明する。
本発明においては、前記一般式(M1)中のQ M は、チアジアゾール環基を表す。
本明細書において、ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子および臭素原子が挙げられる。
本明細書において、アルキルスルフィニル基およびアリールスルフィニル基の例としては、それぞれメタンスルフィニル基およびフェニルスルフィニル基を挙げることができる。
ハメット則はベンゼン誘導体の反応または平衡に及ぼす置換基の影響を定量的に論ずるために、1935年にL.P.Hammettにより提唱された経験則であるが、これは今日広く妥当性が認められている。ハメット則に求められた置換基定数にはσp値とσm値があり、これらの値は多くの一般的な成書に見出すことができるが、例えば、J.A.Dean編、「Lange’s and book of Chemistry」第12版、1979年(McGraw−Hill)や「化学の領域」増刊、122号、96〜103頁、1979年(南光堂)に詳しい。なお、本発明において各置換基をハメットの置換基定数σpにより限定したり、説明したりするが、これは上記の成書で見出せる文献既知の値がある置換基にのみ限定されるという意味ではなく、その値が文献未知であってもハメット則に基づいて測定した場合にその範囲内に包まれるであろう置換基をも含むものである。また、前記一般式(M1)の中には、ベンゼン誘導体ではないものも含まれるが、置換基の電子効果を示す尺度として置換位置に関係なくσp値を使用する。本発明においてはσp値をこのような意味で使用する。
ハメットσp値が0.45以上の電子吸引性基としては、上記に加え、アシル基(例えばアセチル基)、アルコキシカルボニル基(例えばドデシルオキシカルボニル基)、アリールオキシカルボニル基(例えばm−クロロフェノキシカルボニル基)、アルキルスルフィニル基(例えばn−プロピルスルフィニル基)、アリールスルフィニル基(例えばフェニルスルフィニル基)、スルファモイル基(例えば、N−エチルスルファモイル基、N,N−ジメチルスルファモイル基)、ハロゲン化アルキル基(例えばトリフロロメチル基)を挙げることができる。
σp値が0.20以上の電子吸引性基の具体例としては、上記に加え、ハロゲン原子などが挙げられる。
(イ)RM5およびRM6はそれぞれ、好ましくは水素原子、アルキル基、アリール基、複素環基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アシル基であり、より好ましくは水素原子、アルキル基、アリール基、複素環基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基であり、最も好ましくは水素原子、アルキル基、アリール基、複素環基である。但し、RM5およびRM6が共に水素原子を表すことはない。
(ロ)RM3およびRM4はそれぞれ、好ましくは水素原子、アルキル基、アリール基、複素環基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アシル基であり、さらに好ましくは水素原子、アルキル基、アリール基、複素環基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基であり、最も好ましくは水素原子、アルキル基、アリール基、複素環基である。
(ハ)RM1としては、水素原子、アルキル基、シアノ基が好ましく、特に好ましくは水素原子またはシアノ基である。
(ニ)RM2としては、水素原子、アルキル基が特に好ましい。
(ホ)ZM1としては、水素原子、アルキル基、シアノ基が好ましく、特に好ましくはシアノ基である。
(ヘ)ZM2としては、水素原子、アルキル基、アリール基が好ましく、特に好ましくは水素原子と炭素数が1〜8のアルキル基である。
(ト)QMとしてはC,N,S,O原子から選ばれる複数の原子からなる単環の5員複素環が好ましく、特に好ましくは1,2,4−チアジアゾール環、1,3,4−チアジアゾール環、1,2,5−チアジアゾール環である。
次に、前記一般式(M1)で表されるアゾ染料の合成例について、前記例示化合物であるアゾ染料ma−1の合成を一例に下記スキームを参照して詳述する。
染料中間体(ma−1a)70g(131mmol)、炭酸カリウム21.7g(157mmol)、ジメチルスルホキシド(DMSO)240ml、およびアセトニトリル240mlを窒素気流下で混合した。続いて、この混合物を室温で撹拌しながら、この中にクロロメチルチアジアゾール(ma−1b)19.4g(144mmol)を2分間かけて滴下した。そのまま室温下で10時間反応させた後、一晩静置した。その後、これに水(940ml)を投入したところ、結晶が析出し、この結晶を濾過することにより粗結晶77.3g(粗収率93.3%)を得た。この粗結晶をクロロホルム(310ml)に溶解させ、次いでアセトニトリル(930ml)を滴下した後、室温で1時間撹拌した。そして、析出した結晶を濾過、乾燥させ、中間体(ma−1c)の結晶物60.2gを得た(収率72.6%)。
上記より得られた中間体(ma−1c)52g(82.2mmol)をN,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)210mlに溶解し、炭酸カリウム22.7g(164mmol)を添加して室温で撹拌した。ここに更に3−ブロモプロパノール9.66ml(14.85g、107mmol)を3分間かけて滴下した後、外温を70℃にして反応させた。このとき、反応開始から3時間後と4時間後にそれぞれ、3−ブロモプロパノールを1mlずつ追加添加した。外温70℃でトータル4時間撹拌した後、反応液を水520ml中に添加したところ、結晶が析出した。この結晶を濾別、乾燥して粗結晶56.5gを得た。得られた粗結晶をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、アゾ染料ma−1を38.8g得た(収率68.3%)。合成されたアゾ染料ma−1の、分光光度計UV−2500PC(島津製作所社製)による最大吸収波長λmaxは538.3nm(DMF溶液)であり、モル吸光係数(ε)=57000であった。
(バインダー)
本発明の硬化性組成物は、バインダーの少なくとも一種を含有することにより好適に構成することができる。また、本発明のカラーフィルタは、このバインダーが硬化された樹脂成分として含有されることにより好適に構成できる。
本発明に係るバインダーは、アルカリ可溶性であれば特に限定されないが、耐熱性、現像性、入手性等の観点から選ばれることが好ましい。
また、親水性を有するモノマーを共重合してもよく、この例としては、アルコキシアルキル(メタ)アクリレート、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、グリセロール(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、2級又は3級のアルキルアクリルアミド、ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート、モルホリン(メタ)アクリレート、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム、ビニルイミダゾール、ビニルトリアゾール、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、分岐又は直鎖のプロピル(メタ)アクリレート、分岐又は直鎖のブチル(メタ)アクリレート、フェノキシヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、等が挙げられる。
本発明のカラーフィルタ又は硬化性組成物は、感放射線性化合物の少なくとも一種を含有することにより好適に構成することができる。本発明に係る感放射線性化合物は、UV、Deep UV、可視光、赤外光、電子線などの放射線に対し、ラジカル発生、酸発生、塩基発生などの化学反応を起こし得る化合物であるが、上記のアルカリ可溶性樹脂を架橋、重合、酸性基の分解などの反応により不溶化させたり、塗膜中に共存する重合性モノマーやオリゴマーの重合、架橋剤の架橋などを起こすことで塗膜をアルカリ現像液に対して不溶化させる目的で用いられる。
本発明のカラーフィルタは、既述の一般式(M1)で表される化合物(アゾ染料)を含有し、例えば該アゾ染料を含む硬化性組成物を塗布等して好適に作製することができる。本発明はこの場合において、従来に比して塗布膜の硬化反応をより高度に進行させ、硬化性の良好な膜が得ることができるが、さらに、本発明のカラーフィルタおよび硬化性組成物に補足的に架橋剤を用いることによって、より高度に硬化された膜を形成することも可能である。以下、架橋剤について説明する。
以下、前記(b)のメラミン化合物、グアナミン化合物、グリコールウリル化合物及びウレア化合物を総じて、(b)に係る化合物(メチロール基含有化合物、アルコキシメチル基含有化合物、又はアシロキシメチル基含有化合物)ということがある。
前記メラミン化合物として、例えば、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンのメチロール基の1〜5個がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、ヘキサメトキシエチルメラミン、ヘキサアシロキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンのメチロール基の1〜5個がアシロキシメチル化した化合物又はその混合物、などが挙げられる。
これら(b)に係る化合物は、単独で使用してもよく、組合わせて使用してもよい。
前記ナフトール化合物においても、OH基のオルト位以外は、未置換であっても置換基を有していてもよい。
前記(c)に係るアルコキシメチル基含有化合物は、(c)に係るメチロール基含有化合物をアルコール中で塩酸、硫酸、硝酸、メタンスルホン酸等の酸触媒の存在下で加熱することにより得られる。
前記(c)に係るアシロキシメチル基含有化合物は、(c)に係るメチロール基含有化合物を塩基性触媒の存在下アシルクロリドと反応させることにより得られる。
また、アシロキシメチル基含有化合物として、例えば、上記メチロール基含有化合物のメチロール基を、一部又は全部アシロキシメチル化した化合物等が挙げられる。
これら(c)に係る化合物は、単独で使用してもよく、組合わせて使用してもよい。
本発明の硬化性組成物は、モノマーの少なくとも一種を含有することにより好適に構成することができる。また、本発明のカラーフィルタは、このモノマーが硬化されたポリマーとして含有されることにより好適に構成できる。
以下、モノマーについて説明する。
本発明の硬化性組成物の調製の際には一般に有機溶剤(本明細書において単に「溶剤」ともいう)を含有することができる。溶剤は、各成分の溶解性や硬化性組成物の塗布性を満足するものであれば限定されないが、特に染料、アルカリ可溶性バインダーの溶解性、塗布性、安全性を考慮して選ばれることが好ましい。
本発明の硬化性組成物には、必要に応じて、各種添加物、例えば充填剤、上記以外の高分子化合物、界面活性剤、密着促進剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、凝集防止剤等を配合することができる。
具体的には、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、ピバル酸、カプロン酸、ジエチル酢酸、エナント酸、カプリル酸等の脂肪族モノカルボン酸;シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ブラシル酸、メチルマロン酸、エチルマロン酸、ジメチルマロン酸、メチルコハク酸、テトラメチルコハク酸、シトラコン酸等の脂肪族ジカルボン酸;トリカルバリル酸、アコニット酸、カンホロン酸等の脂肪族トリカルボン酸;安息香酸、トルイル酸、クミン酸、ヘメリト酸、メシチレン酸等の芳香族モノカルボン酸;フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリト酸、トリメシン酸、メロファン酸、ピロメリト酸等の芳香族ポリカルボン酸;フェニル酢酸、ヒドロアトロパ酸、ヒドロケイ皮酸、マンデル酸、フェニルコハク酸、アトロパ酸、ケイ皮酸、ケイ皮酸メチル、ケイ皮酸ベンジル、シンナミリデン酢酸、クマル酸、ウンベル酸等のその他のカルボン酸が挙げられる。
本発明のカラーフィルタを構成する支持体としては、例えば、液晶表示素子等に用いられるソーダガラス、パイレックス(R)ガラス、石英ガラス及びこれらに透明導電膜を付着させたものや、撮像素子等に用いられる光電変換素子基板、例えばシリコン基板等や、相補性金属酸化膜半導体(CMOS)等が挙げられる。これらの基板は、各画素を隔離するブラックストライプが形成されている場合もある。また、これらの支持体上には、必要により、上部の層との密着改良、物質の拡散防止あるいは基板表面の平坦化のために下塗り層を設けてもよい。
1)レジスト液の調製
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート …19.20部
(PGMEA)
・エチルラクテート …36.67部
・バインダー …30.51部
〔メタクリル酸ベンジル/メタクリル酸/メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル共重合体(モル比=60:20:20)の41%PGMEA溶液〕
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート …12.20部
(光重合性化合物)
・重合禁止剤(p−メトキシフェノール) … 0.0061部
・フッ素系界面活性剤 … 0.83部
(F−475、大日本インキ化学工業(株)製)
・光重合開始剤 … 0.586部
(TAZ−107(トリハロメチルトリアジン系の光重合開始剤)、みどり化学社製)
を混合して溶解し、レジスト液を調製した。
ガラス基板(コーニング1737)を1%NaOH水で超音波洗浄した後、水洗、脱水ベーク(200℃/30分)を行なった。次いで、前記1)で得たレジスト液を、洗浄後のガラス基板上に膜厚2μmになるようにスピンコーターを用いて塗布し、220℃で1時間加熱乾燥し、硬化膜(下塗り層)を形成した。
前記1)で得られたレジスト液100部と、上記例示の本発明に係るアゾ染料ma−1(一般式(M1)で表される化合物の例示化合物)8部とを混合し溶解して、染料レジスト液(硬化性組成物の溶液)を得た。
前記3)で得られた染料レジスト液を、前記2)で得られた下塗り層付ガラス基板の下塗り層の上に膜厚が2.0μmになるようにスピンコーターを用いて塗布し、120℃で120秒間プリベークした。
上記より得たカラーフィルタに対して以下の評価を行なった。評価した結果は下記表1に示す。
(1)耐光性
上記のようにしてパターン像が形成されたカラーフィルタに対し、サンテスターXF−180CPS(島津製作所(株)製)を光源として100万ルックス・時間(lux・h)の光を照射した。光照射後の、光照射前に対するカラーフィルタの最大吸収波長λmaxにおける色素残存率〔%〕を求め、耐光性を評価する際の指標とした。
上記のようにしてパターン像が形成されたカラーフィルタを200℃で60分間加熱した後、光照射後の、光照射前に対する色素残存率〔%〕を求め、耐熱性を評価する際の指標とした。
実施例1において、「3)染料レジスト液の調製」で用いたアゾ染料を、上記表1に示す各アゾ染料(前記一般式(M1)で表される化合物)に代えたこと以外、実施例1と同様にして、実施例1の場合と同じ膜吸光度が得られるように染料レジスト液を調製し、更にマゼンタ色のパターン像が形成されたカラーフィルタを作製すると共に、同様の評価を行なった。
実施例1において、「3)染料レジスト液の調製」で用いたアゾ染料を、下記染料Dye−Aに代えたこと以外、実施例1と同様にして、実施例1の場合と同じ膜吸光度が得られるように染料レジスト溶液を調製し、更にマゼンタ色のパターン像が形成されたカラーフィルタを作製すると共に、同様の評価を行なった。
Claims (5)
- 下記一般式(M1)で表される化合物を含有することを特徴とするカラーフィルタ。
〔一般式(M1)中、ZM1は、ハメットの置換基定数σp値が0.20以上の電子求引性基を表す。B1およびB2は、各々独立に、−CRM1=、−CRM2=、または窒素原子を表す。ZM2、RM1およびRM2は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、脂肪族基、芳香族基、複素環基、シアノ基、カルボキシル基、カルバモイル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、複素環オキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、アルキル基もしくはアリール基もしくは複素環基で置換された置換アミノ基、アシルアミノ基、ウレイド基、スルファモイルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、アルキルスルホニルアミノ基、アリールスルホニルアミノ基、ニトロ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アルキルスルフィニル基、アリールスルフィニル基、スルファモイル基、スルホ基、または複素環チオ基を表す。RM3およびRM4は、各々独立に、水素原子、脂肪族基、芳香族基、複素環基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、カルバモイル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、またはスルファモイル基を表す。RM5およびRM6は、各々独立に、水素原子、脂肪族基、芳香族基、複素環基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、カルバモイル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、またはスルファモイル基を表し、RM5とRM6とは同時に水素原子を表すことはない。RM1とRM5、及び/又は、RM5とRM6は互いに結合して5員もしくは6員環を形成してもよい。QMは、チアジアゾール環基を表す。〕 - R M5 、R M6 が、各々独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、又は複素環基である請求項1に記載のカラーフィルタ。
- 下記一般式(M1)で表される化合物を含有することを特徴とする硬化性組成物。
〔一般式(M1)中、ZM1は、ハメットの置換基定数σp値が0.20以上の電子求引性基を表す。B1およびB2は、各々独立に、−CRM1=、−CRM2=、または窒素原子を表す。ZM2、RM1およびRM2は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、脂肪族基、芳香族基、複素環基、シアノ基、カルボキシル基、カルバモイル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、複素環オキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、アルキル基もしくはアリール基もしくは複素環基で置換された置換アミノ基、アシルアミノ基、ウレイド基、スルファモイルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、アルキルスルホニルアミノ基、アリールスルホニルアミノ基、ニトロ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アルキルスルフィニル基、アリールスルフィニル基、スルファモイル基、スルホ基、または複素環チオ基を表す。RM3およびRM4は、各々独立に、水素原子、脂肪族基、芳香族基、複素環基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、カルバモイル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、またはスルファモイル基を表す。RM5およびRM6は、各々独立に、水素原子、脂肪族基、芳香族基、複素環基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、カルバモイル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、またはスルファモイル基を表し、RM5とRM6とは同時に水素原子を表すことはない。RM1とRM5、及び/又は、RM5とRM6は互いに結合して5員もしくは6員環を形成してもよい。QMは、チアジアゾール環基を表す。〕 - R M5 、R M6 が、各々独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、又は複素環基である請求項3に記載の硬化性組成物。
- 請求項3又は請求項4に記載の硬化性組成物を支持体上に塗布後、マスクを通して露光し、現像してパターン像を形成する工程を有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
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