JP5549439B2 - 表示素子用の保護膜、絶縁膜又はスペーサーとしての硬化物形成用の感放射線性樹脂組成物、硬化物及びその形成方法 - Google Patents

表示素子用の保護膜、絶縁膜又はスペーサーとしての硬化物形成用の感放射線性樹脂組成物、硬化物及びその形成方法 Download PDF

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本発明は、表示素子用の保護膜、絶縁膜又はスペーサーとしての硬化物形成用の感放射線性樹脂組成物、硬化物及びその形成方法に関する。
従来、液晶表示素子において二枚の基板間の間隔(セルギャップ)を一定に保つために、ガラスビーズ、プラスチックビーズ等のスペーサー粒子を使用している。このスペーサー粒子は、ガラス基板等の透明基板上にランダムに散布されるため、入射光が散乱を受け液晶パネルのコントラストを低下する等の不都合がある。そこで、感放射線性樹脂組成物を用いて画素領域以外の領域にスペーサーを形成する方法が採用されている(特許文献1参照)。
また、液晶表示素子の構造としては、基板上に形成されるカラーフィルターの上にスペーサーが配置され、その上に対向基板が配置され、そしてセルギャップに液晶分子が配置される。従って、基板の全領域においてセルギャップを一定に保つために、スペーサーには高度な膜厚均一性が求められる。特に、近年の液晶表示素子には、画質の高精細化及び高速応答性が求められるため、膜厚均一性に対する要求は高度化している。
一方、カラーフィルターの製作工程においては、通常カラーフィルター上にスペーサーを形成した後に配向膜を形成する。ここで配向膜の印刷前に配向膜の膜厚均一化を図るために、スペーサーやスペーサーが形成されている基板表面に紫外線を照射し、表面改質を行う。しかしながら、基板表面全体に紫外線照射がされた場合、特定部分においてはオゾン表面酸化分解が加速し、スペーサーの高さ不均一性が発生し、結果としてセルギャップ不良が発生し、液晶パネルの表示不良につながる。従って、スペーサーには膜厚均一性に加え、紫外線等に対する優れた耐光性が求められる。
耐光性を向上する目的で、スペーサー形成用の感放射線性樹脂組成物に着色剤等を添加する試みがなされている(特許文献2及び特許文献3参照)。また、例えば特許文献4には露光時には透明であって、加熱後に着色されるような感熱色素と顕色剤とを組み合わせることで、ブラックマトリックスを形成する技術が開示されている。しかし、かかる感放射線性樹脂組成物としての感度や、形成されるスペーサーの性能は十分に満足できるものではない。
このような状況に鑑み、膜厚均一性及び紫外線等に対する耐光性に優れ、かつ一般的な要求特性であるラビング耐性、圧縮性能(回復率と柔軟性)等を有する表示素子用の保護膜、絶縁膜又はスペーサーとしての硬化物を形成可能な、感度に優れる感放射線性樹脂組成物が求められている。
特開2001−261761号公報 特開2009−8755号公報 特開2001−154206号公報 特開平10−170715号公報
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、膜厚均一性及び紫外線等に対する耐光性に優れ、かつ一般的な要求特性であるラビング耐性、圧縮性能(回復率と柔軟性)等を有し、表示素子用の保護膜、絶縁膜又はスペーサーとしての硬化物を形成可能な、感度に優れる感放射線性樹脂組成物、硬化物及びその形成方法を提供することである。
上記課題を解決するためになされた発明は、
表示素子用の保護膜、絶縁膜又はスペーサーとしての硬化物形成に用いられる感放射線性樹脂組成物であって、
(A)カルボキシル基を有する重合体、
(B)重合性不飽和化合物、
(C)感放射線性重合開始剤及び
(D)感熱色素
を含有することを特徴とする感放射線性樹脂組成物である。
当該組成物が、かかる特定成分を有することで膜厚均一性及び紫外線等に対する耐光性に優れ、かつ一般的な要求特性であるラビング耐性、圧縮性能(回復率と柔軟性)等を有する硬化物を形成することができる。また、当該組成物は感度に優れる。
(D)感熱色素の含有量は、(A)重合体、(B)重合性不飽和化合物、(C)重合開始剤及び(D)感熱色素の総量に対して0.5質量%以上5質量%以下であることが好ましい。(D)感熱色素の使用割合を上記特定範囲とすることで、小さい露光量でスペーサー等の硬化物を形成可能であり、さらに高い膜厚均一性と耐光性を達成できる。
(D)感熱色素は下記式(1)〜(6)で示される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
Figure 0005549439
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Figure 0005549439
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(式(1)中、R〜Rはそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜8のシクロアルキル基、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基又はナフチル基である。但し、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基及びナフチル基の水素原子の一部又は全部は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、ハロゲン原子又はトリフルオロメチル基で置換されていてもよい。R及びRはモルホリノ基を形成してもよい。R及びRはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基である。
式(2)中、R及びRは式(1)と同義である。Rは水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基又はハロゲン原子である。nは0〜4の整数である。但し、nが2以上の場合、複数のRは同一であっても異なっていてもよい。
式(3)中、R及びRは式(1)と同義である。Rは水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、ハロゲン原子又はトリフルオロメチル基である。nは0〜4の整数である。但し、nが2以上の場合、複数のRは同一であっても異なっていてもよい。
式(4)中、R及びRは式(1)と同義である。R1a、R2a、R1b及びR2bはそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜8のシクロアルキル基、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基又はナフチル基である。但し、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基及びナフチル基の水素原子の一部又は全部は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、ハロゲン原子又はトリフルオロメチル基で置換されていてもよい。R1a及びR2a、並びにR1b及びR2bはモルホリノ基を形成してもよい。
式(5)中、R、R、R1a及びR2aは式(4)と同義である。Rは式(2)と同義である。mは0〜5の整数である。mが2以上の場合、複数のRは同一であっても異なっていてもよい。
式(6)中、R、R、R1a及びR2aは式(4)と同義である。Rは炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜8のシクロアルキル基、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基又はナフチル基である。但し、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基及びナフチル基の水素原子の一部又は全部は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、ハロゲン原子又はニトロ基で置換されていてもよい。)
(A)重合体は、エポキシ基又は(メタ)アクリロイル基をさらに有することが好ましい。(A)重合体が上記の特定基を有することで、より耐光性に優れた硬化物を形成できる。
当該組成物は(E)感熱性酸発生剤(以下「(E)酸発生剤」と称することがある)をさらに含有することが好ましい。(E)酸発生剤は、加熱により酸を発生する化合物であり、(D)感熱色素の中央に位置するラクトン環の開環を促進することが可能となる。このような(E)酸発生剤を加えることによってより着色化を促進できる。
本発明には、当該組成物から形成される表示素子用保護膜、絶縁膜又はスペーサーとしての硬化物も好適に含まれる。
本発明に含まれる表示素子用保護膜、絶縁膜又はスペーサーとしての硬化物の形成方法は、
(1)当該組成物を基板上に塗布して塗膜を形成する工程、
(2)塗膜の少なくとも一部を露光する工程、
(3)露光後の塗膜を現像する工程及び
(4)現像後の塗膜を加熱する工程
を有する。
上記の工程を有する形成方法により、塗膜に微小な凹凸のムラを発生させることなく膜厚均一性等の諸性能に優れる表示素子用の保護膜、絶縁膜又はスペーサーとしての硬化物が得られる。
本発明によれば、膜厚均一性及び紫外線等に対する耐光性に優れ、かつ一般的な要求特性であるラビング耐性、圧縮性能(回復率と柔軟性)等を有し、表示素子用の保護膜、絶縁膜又はスペーサーとしての硬化物を形成可能な、感度に優れる感放射線性樹脂組成物、硬化物及びその形成方法を提供することができる。
<表示素子用の保護膜、絶縁膜又はスペーサーとしての硬化物形成用の感放射線性樹脂組成物>
当該組成物は表示素子用の保護膜、絶縁膜又はスペーサーとしての硬化物形成用の感放射線性樹脂組成物であって、(A)重合体、(B)重合性不飽和化合物、(C)重合開始剤及び(D)感熱色素を含有する。また、当該組成物は好適な成分として(E)酸発生剤をさらに含有してもよい。さらに、当該組成物は発明の効果を損なわない限りその他の任意成分を含有してもよい。以下、各成分について詳述する。
<(A)重合体>
(A)重合体は、後述する現像工程において用いられる現像液、好ましくはアルカリ現像液に対する可溶性を有するアルカリ可溶性樹脂である。このような(A)重合体としては、カルボキシル基及びカルボン酸無水物基からなる群より選択される少なくとも一種を有する。さらに、(A)重合体はエポキシ基又は(メタ)アクリロイル基をさらに有することがより好ましい。
(A)重合体としては、(a1)不飽和カルボン酸及び不飽和カルボン酸無水物よりなる群から選択される少なくとも1種(以下、「(a1)化合物」と称することがある)と、(a2)(a1)以外の不飽和化合物(以下、「(a2)化合物」と称することがある)との共重合体が好ましい。
(A)重合体としての好ましい例としては、
[A1](a1)化合物及び1分子中に少なくとも1つの水酸基を有する不飽和化合物(以下、「(a2−1)化合物」と称することがある)を含む単量体の共重合体(以下、「(α)共重合体」と称することがある)に、不飽和イソシアネート化合物を反応させて得られる重合体(以下、「[A1]重合体」と称することがある);
[A2](a1)化合物及びエポキシ基を有する不飽和化合物(以下、「(a2−2)化合物」と称することがある)を含む単量体の共重合体(以下、「[A2]共重合体」と称することがある);
[A3](a1)化合物と(a1)化合物、(a2−1)化合物及び(a2−2)化合物以外の不飽和化合物(以下、「(a2−3)化合物」と称することがある)とからなる単量体の共重合体(以下、「[A3]共重合体」と称することがある)等が挙げられる。
(α)共重合体を製造するに際しては、(a2−3)化合物を共存させ、(α)共重合体を(a1)化合物、(a2−1)化合物及び(a2−3)化合物の共重合体としてもよい。
[A2]共重合体を製造するに際しては、(a1)化合物及び(a2−2)化合物の他、(a2−3)化合物を共存させ、[A2]共重合体を(a1)化合物、(a2−2)化合物及び(a2−3)化合物の共重合体としてもよい。
(α)共重合体、[A2]共重合体及び[A3]共重合体を製造するに際して用いられる(a1)化合物としては、例えばモノカルボン酸、ジカルボン酸、ジカルボン酸の無水物等が挙げられる。
上記モノカルボン酸としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、2−アクリロイルオキシエチルコハク酸、2−メタクリロイルオキシエチルコハク酸、2−アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2−メタクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸等が挙げられる。
上記ジカルボン酸としては、例えばマレイン酸、フマル酸、シトラコン酸等が挙げられる。上記ジカルボン酸の無水物としては、例えば無水マレイン酸、無水フマル酸等が挙げられる。
これらのうち、共重合反応性及び得られる共重合体の現像液に対する溶解性の点から、アクリル酸、メタクリル酸、2−アクリロイルオキシエチルコハク酸、2−メタクリロイルオキシエチルコハク酸、無水マレイン酸が好ましい。
(a1)化合物は、単独又は2種以上を混合して使用できる。(α)共重合体、[A2]共重合体及び[A3]共重合体において、(a1)化合物に由来する構造単位の含有率としては、好ましくは5〜60質量%であり、より好ましくは7〜50質量%であり、特に好ましくは8〜40質量%である。(a1)化合物に由来する構造単位の含有率が5〜60質量%の場合、放射線感度、現像性及び保存安定性等の特性がより高いレベルでバランスされた当該組成物が得られる。
(α)共重合体の製造に用いられる(a2−1)化合物としては、(メタ)アクリル酸のヒドロキシアルキルエステル、(メタ)アクリル酸のジヒドロキシアルキルエステル、(メタ)アクリル酸の(6−ヒドロキシヘキサノイルオキシ)アルキルエステル等が挙げられる。
(メタ)アクリル酸のヒドロキシアルキルエステルとしては、例えば(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチルエステル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシプロピルエステル、(メタ)アクリル酸4−ヒドロキシブチルエステル等が挙げられる。
(メタ)アクリル酸のジヒドロキシアルキルエステルとしては、例えば(メタ)アクリル酸2,3−ジヒドロキシプロピルエステル、(メタ)アクリル酸1,3−ジヒドロキシプロピルエステル、(メタ)アクリル酸3,4−ジヒドロキシブチルエステル等が挙げられる。
(メタ)アクリル酸の(6−ヒドロキシヘキサノイルオキシ)アルキルエステルとしては、例えば(メタ)アクリル酸2−(6−ヒドロキシヘキサノイルオキシ)エチルエステル、(メタ)アクリル酸3−(6−ヒドロキシヘキサノイルオキシ)プロピルエステル等が挙げられる。
これらのうち、共重合反応性及びイソシアネート化合物との反応性の点から、アクリル酸2−ヒドロキシエチルエステル、アクリル酸3−ヒドロキシプロピルエステル、アクリル酸4−ヒドロキシブチルエステル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチルエステル、メタクリル酸3−ヒドロキシプロピルエステル、メタクリル酸4−ヒドロキシブチルエステル、アクリル酸2,3−ジヒドロキシプロピルエステル、メタクリル酸2,3−ジヒドロキシプロピルエステル及び(メタ)アクリル酸(6−ヒドロキシヘキサノイルオキシ)アルキルエステルが好ましい。(メタ)アクリル酸(6−ヒドロキシヘキサノイルオキシ)アルキルエステルやメタクリル酸2−ヒドロキシエチルエステルは、現像性の向上の点や、得られるスペーサー等の圧縮性能向上の観点から特に好ましい。
メタクリル酸2−(6−ヒドロキシヘキサノイルオキシ)エチルエステルとメタクリル酸2−ヒドロキシエチルエステルとの混合物の市販品としては、PLACCEL FM1D、FM2D(ダイセル化学工業社)等が挙げられる。
(α)共重合体において、(a2−1)化合物は単独又は2種以上を混合して使用できる。(α)共重合体において、(a2−1)化合物に由来する構造単位の含有率としては、好ましくは1〜50質量%であり、より好ましくは3〜40質量%であり、特に好ましくは5〜30質量%である。化合物(a2−1)に由来する構造単位の含有率が1〜50質量%の場合、不飽和イソシアネート化合物との反応により得られる共重合体の安定性が良好となり、その結果得られる当該組成物の保存安定性が良好となる。
[A2]共重合体の製造に用いられる(a2−2)化合物におけるエポキシ基としては、オキシラニル基(1,2−エポキシ構造を有する)、オキセタニル基(1,3−エポキシ構造を有する)等が挙げられる。
オキシラニル基を有する不飽和化合物としては、例えば(メタ)アクリル酸オキシラニル(シクロ)アルキルエステル、α−アルキルアクリル酸オキシラニル(シクロ)アルキルエステル、不飽和結合を有するグリシジルエーテル化合物等が挙げられる。
(メタ)アクリル酸オキシラニル(シクロ)アルキルエステルとしては、例えば(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸2−メチルグリシジル、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートグリシジルエーテル、(メタ)アクリル酸3,4−エポキシブチル、(メタ)アクリル酸6,7−エポキシヘプチル、(メタ)アクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル等が挙げられる。
α−アルキルアクリル酸オキシラニル(シクロ)アルキルエステルとしては、例えばα−エチルアクリル酸グリシジル、α−n−プロピルアクリル酸グリシジル、α−n−ブチルアクリル酸グリシジル、α−エチルアクリル酸6,7−エポキシヘプチル、α−エチルアクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシル等が挙げられる。
不飽和結合を有するグリシジルエーテル化合物としては、例えばo−ビニルベンジルグリシジルエーテル、m−ビニルベンジルグリシジルエーテル、p−ビニルベンジルグリシジルエーテル等が挙げられる。
オキセタニル基を有する不飽和化合物としては、例えばオキセタニル基を有する(メタ)アクリル酸エステル等が挙げられる。
オキセタニル基を有する(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば3−(メタ)アクリロイルオキシメチルオキセタン、3−(メタ)アクリロイルオキシメチル−3−エチルオキセタン、3−(メタ)アクリロイルオキシメチル−2−メチルオキセタン、3−(メタ)アクリロイルオキシエチル−3−エチルオキセタン、2−エチル−3−(メタ)アクリロイルオキシエチルオキセタン、3−メチル−3−(メタ)アクリロイルオキシメチルオキセタン、3−エチル−3−(メタ)アクリロイルオキシメチルオキセタン等が挙げられる。
これらのうち、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸2−メチルグリシジル、メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシル、メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル、3−メチル−3−メタクリロイルオキシメチルオキセタン、3−エチル−3−メタクリロイルオキシメチルオキセタンが重合性の点から好ましい。
[A2]共重合体の製造において、(a2−2)化合物は単独又は2種以上を混合して使用できる。[A2]共重合体において、(a2−2)化合物に由来する構造単位の含有率としては、好ましくは0.5〜70質量%であり、より好ましくは1〜60質量%であり、特に好ましくは3〜50質量%である。(a2−2)化合物に由来する構造単位の含有率が0.5〜70質量%の場合、共重合体の耐熱性、共重合体及び当該組成物の保存安定性、得られるスペーサー等の圧縮性能がより高いレベルでバランスされた当該組成物が得られる。
[A3]共重合体の製造に際して使用され、又は(α)共重合体及び[A2]共重合体の製造に際して任意的に使用できる(a2−3)化合物としては、例えば、(メタ)アクリル酸アルキルエステル、(メタ)アクリル酸シクロアルキルエステル、(メタ)アクリル酸アリールエステル、(メタ)アクリル酸アラルキルエステル、不飽和ジカルボン酸ジアルキルエステル、含酸素複素5員環又は含酸素複素6員環を有する(メタ)アクリル酸エステル、ビニル芳香族化合物、共役ジエン化合物及びその他の不飽和化合物が挙げられる。
(メタ)アクリル酸アルキルエステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(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sec−ブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル等が挙げられる。
(メタ)アクリル酸シクロアルキルエステルとしては、例えば(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−メチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル、(メタ)アクリル酸2−(トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルオキシ)エチル、(メタ)アクリル酸イソボロニル等が挙げられる。
(メタ)アクリル酸アリールエステルとしては、例えば(メタ)アクリル酸フェニル等が挙げられる。
(メタ)アクリル酸アラルキルエステルとしては、例えば(メタ)アクリル酸ベンジル等が挙げられる。
不飽和ジカルボン酸ジアルキルエステルとしては、例えばマレイン酸ジエチル、フマル酸ジエチル等が挙げられる。
含酸素複素5員環又は含酸素複素6員環を有する(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば(メタ)アクリル酸テトラヒドロフラン−2−イル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロピラン−2−イル、(メタ)アクリル酸2−メチルテトラヒドロピラン−2−イル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフルフリル等が挙げられる。
ビニル芳香族化合物としては、例えばスチレン、α−メチルスチレン、p−メトキシスチレン等が挙げられる。
共役ジエン化合物としては、例えば1,3−ブタジエン、イソプレン等が挙げられる。
その他の不飽和化合物としては、例えばアクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリルアミド等が挙げられる。
これらのうち、共重合反応性の点からメタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル、スチレン、p−メトキシスチレン、メタクリル酸テトラヒドロフラン−2−イル、1,3−ブタジエンが好ましい。
(α)共重合体、[A2]共重合体及び[A3]共重合体の製造において、(a2−3)化合物は、単独又は2種以上を混合して使用できる。(α)共重合体、[A2]共重合体及び[A3]共重合体において、(a2−3)化合物に由来する構造単位の含有率としては、好ましくは10〜70質量%であり、より好ましくは20〜50質量%であり、特に好ましくは30〜50質量%である。(a2−3)化合物の構造単位の含有率が10〜70質量%の場合、共重合体の分子量の制御が容易となり、現像性、感放射線感度等がより高いレベルでバランスされた当該組成物が得られる。
(α)共重合体、[A2]共重合体及び[A3]共重合体は、好ましくは適当な溶媒中において、好ましくはラジカル重合開始剤の存在下で上記単量体の混合物を重合することにより製造できる。上記重合に用いられる溶媒としては、例えばジエチレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、アルコキシプロピオン酸アルキル、酢酸エステル等が挙げられる。これらの溶媒は、単独又は2種以上を混合して使用できる。
上記ラジカル重合開始剤としては、例えば2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス−(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物が挙げられる。これらのラジカル重合開始剤は、単独又は2種以上を混合して使用できる。
(α)共重合体、[A2]共重合体及び[A3]共重合体につき、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によって測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは1,000〜100,000であり、より好ましくは2,000〜50,000である。(α)共重合体、[A2]共重合体及び[A3]共重合体のMwが1,000〜100,000である場合、耐熱性、現像性、放射線感度等がより高いレベルでバランスされた当該組成物が得られる。
[A1]重合体は、(α)共重合体に不飽和イソシアネート化合物を反応させることにより得ることができる。上記のようにして得られた(α)共重合体は、重合反応溶液のまま[A1]重合体の製造に供してもよく、又は(α)共重合体を一旦溶液から分離したうえで[A1]重合体の製造に供してもよい。
不飽和イソシアネート化合物としては、例えば(メタ)アクリル酸イソシアネートアルキル基等が挙げられる。(メタ)アクリル酸イソシアネートアルキル基としては、例えば2−(メタ)アクリロイルオキシエチルイソシアネート、4−(メタ)アクリロイルオキシブチルイソシアネート、(メタ)アクリル酸2−(2−イソシアネートエトキシ)エチル等が挙げられる。
2−アクリロイルオキシエチルイソシアネートの市販品としては、例えばカレンズAOI(昭和電工社)、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネートの市販品としてはカレンズMOI(昭和電工社)、メタクリル酸2−(2−イソシアネートエトキシ)エチルの市販品としてはカレンズMOI―EG(昭和電工社)が挙げられる。
これらの不飽和イソシアネート化合物のうち、(α)共重合体との反応性の点から、2−アクリロイルオキシエチルイソシアネート、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート、4−メタクリロイルオキシブチルイソシアネート、メタクリル酸2−(2−イソシアネートエトキシ)エチルが好ましい。
[A1]重合体の製造において、不飽和イソシアネート化合物は、単独又は2種以上を混合して使用できる。
(α)共重合体と不飽和イソシアネート化合物との反応は、必要に応じて適当な触媒の存在下において、好ましくは重合禁止剤を含む(α)共重合体の溶液に、室温又は加温下で、攪拌しつつ不飽和イソシアネート化合物を投入することによって実施ができる。上記触媒としては、例えばジラウリン酸ジ−n−ブチルすず(IV)等が挙げられる。上記重合禁止剤としては、例えばp−メトキシフェノール等が挙げられる。
[A1]重合体を製造する際の不飽和イソシアネート化合物の使用割合としては(α)共重合体中の(a2−1)化合物に由来する水酸基に対して、好ましくは0.1〜95モル%であり、より好ましくは1.0〜80モル%であり、特に好ましくは5.0〜75モル%である。不飽和イソシアネート化合物の使用割合が0.1〜95モル%の場合、(α)共重合体との反応性、当該組成物の耐熱性並びに弾性特性がより向上できる。
当該組成物において、[A1]重合体、[A2]共重合体及び[A3]共重合体は、これらをそれぞれ単独で使用してもよいが、[A1]重合体及び[A2]共重合体を併用すること、又は[A2]共重合体及び[A3]共重合体を併用することが好ましい。[A1]重合体及び[A2]共重合体を併用することにより、得られる当該組成物の保存安定性並びに得られるスペーサー等の強度及び耐熱性をさらに向上できる。[A1]重合体及び[A2]共重合体を併用する場合、[A1]重合体の使用割合としては、[A2]共重合体100質量部に対して、好ましくは0.5〜50質量部であり、より好ましくは1〜40質量部であり、特に好ましくは3〜30質量部である。[A1]重合体の使用割合が0.5〜50質量部の場合、当該組成物の保存安定性と得られるスペーサー等の耐熱性が高いレベルでバランスのとれた当該組成物が得られる。
一方、[A2]共重合体及び[A3]共重合体を併用することにより、当該組成物の保存安定性が向上するという利点が得られる。[A2]共重合体及び[A3]共重合体を併用する場合、[A2]共重合体の使用割合としては、[A3]共重合体100質量部に対して、好ましくは10〜150質量部であり、より好ましくは20〜130質量部であり、特に好ましくは30〜100質量部である。
<(B)重合性不飽和化合物>
当該組成物に含有される(B)重合性不飽和化合物は、後述する(C)重合開始剤の存在下において放射線を照射することにより重合する不飽和化合物である。このような重合性不飽和単量体としては、例えば、単官能、2官能又は3官能以上の(メタ)アクリル酸エステルが、重合性が良好であり、得られるスペーサー等の強度が向上する点からも好ましい。
上記単官能(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば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、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアクリレート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルメタクリレート、(2−アクリロイルオキシエチル)(2−ヒドロキシプロピル)フタレート、(2−メタクリロイルオキシエチル)(2−ヒドロキシプロピル)フタレート、ω―カルボキシポリカプロラクトンモノアクリレート等が挙げられる。
これらの市販品としては、例えば
アロニックスM−101、同M−111、同M−114、同M−5300(以上、東亞合成社);
KAYARAD TC−110S、同TC−120S(以上、日本化薬社);
ビスコート158、同2311(以上、大阪有機化学工業社)等が挙げられる。
上記2官能(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えばエチレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジメタクリレート等が挙げられる。
これらの市販品としては、例えば
アロニックスM−210、同M−240、同M−6200(以上、東亞合成社);
KAYARAD HDDA、同 HX−220、同 R−604(以上、日本化薬社);
ビスコート260、同312、同335HP(以上、大阪有機化学工業社);
ライトアクリレート1,9−NDA(共栄社化学社)等が挙げられる。
上記3官能以上の(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えばトリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートとジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの混合物、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、エチレンオキサイド変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、トリ(2−アクリロイルオキシエチル)フォスフェート、トリ(2−メタクリロイルオキシエチル)フォスフェート、コハク酸変性ペンタエリスリトールトリアクリレート、コハク酸変性ジペンタエリスリトールペンタアクリレートの他、直鎖アルキレン基及び脂環式構造を有し、かつ2個以上のイソシアネート基を有する化合物と、分子内に1個以上の水酸基とを有し、かつ3個、4個又は5個の(メタ)アクリロイルオキシ基を有する化合物と反応させて得られる多官能ウレタンアクリレート系化合物等が挙げられる。
3官能以上の(メタ)アクリル酸エステルの市販品としては、例えば
アロニックスM−309、同M−400、同M−405、同M−450、同M−7100、同M−8030、同M−8060、同TO−1450(以上、東亞合成社);
KAYARAD TMPTA、同DPHA、同DPCA−20、同DPCA−30、同DPCA−60、同DPCA−120、同DPEA−12(以上、日本化薬社);
ビスコート295、同300、同360、同GPT、同3PA、同400(以上、大阪有機化学工業社);
多官能ウレタンアクリレート系化合物を含有する市販品としては、ニューフロンティアR−1150(第一工業製薬社)、KAYARAD DPHA−40H(日本化薬社)等が挙げられる。
これらのうち、ω―カルボキシポリカプロラクトンモノアクリレート、1,9−ノナンジオールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートや、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートとジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとの混合物、エチレンオキサイド変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、コハク酸変性ペンタエリスリトールトリアクリレート、コハク酸変性ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、多官能ウレタンアクリレート系化合物を含有する市販品等が好ましい。
上記の(B)重合性不飽和化合物は、単独又は2種以上を混合して使用できる。当該組成物における(B)重合性不飽和化合物の使用割合としては、(A)重合体100質量部に対して、好ましくは30〜250質量部であり、より好ましくは50〜200質量部である。(B)重合性不飽和化合物の使用量が30〜250質量部の場合、当該組成物の感度、得られるスペーサー等の耐熱性並びに弾性特性がより良好となる。
<(C)重合開始剤>
当該組成物に含有される(C)重合開始剤は、放射線に感応して(B)重合性不飽和化合物の重合を開始しうる活性種を生じる成分である。このような(C)重合開始剤としては、O−アシルオキシム化合物、アセトフェノン化合物、ビイミダゾール化合物、ベンゾフェノン化合物等が挙げられる。
上記O−アシルオキシム化合物としては、例えばエタノン−1−〔9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)、1−〔9−エチル−6−ベンゾイル−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−オクタン−1−オンオキシム−O−アセテート、1−〔9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−エタン−1−オンオキシム−O−ベンゾエート、1−〔9−n−ブチル−6−(2−エチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−エタン−1−オンオキシム−O−ベンゾエート、エタノン−1−[9−エチル−6−(2−メチル−4−テトラヒドロフラニルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−〔9−エチル−6−(2−メチル−4−テトラヒドロピラニルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−〔9−エチル−6−(2−メチル−5−テトラヒドロフラニルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−〔9−エチル−6−{2−メチル−4−(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラニル)メトキシベンゾイル}−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)等が挙げられる。
これらのうち、エタノン−1−〔9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−〔9−エチル−6−(2−メチル−4−テトラヒドロフラニルメトキシベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)又はエタノン−1−〔9−エチル−6−{2−メチル−4−(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラニル)メトキシベンゾイル}−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)が好ましい。これらO−アシルオキシム化合物は、単独又は2種以上を混合して使用できる。
上記アセトフェノン化合物としては、例えばα−アミノケトン化合物、α−ヒドロキシケトン化合物が挙げられる。
α−アミノケトン化合物としては、例えば2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタン−1−オン、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、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−オン等が挙げられる。
α−ヒドロキシケトン化合物としては、例えば1−フェニル−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、1−(4−i−プロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、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等が挙げられる
これらのうちα−アミノケトン化合物が好ましく、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタン−1−オン又は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−オンがより好ましい。
上記ビイミダゾール化合物としては、例えば2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−エトキシカルボニルフェニル)−1,2’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(2,4−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(2,4,6−トリクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール等が挙げられる。
これらのうち、2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(2,4−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール又は2,2’−ビス(2,4,6−トリクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾールが好ましく、2,2’−ビス(2,4−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾールがより好ましい。
当該組成物において、(C)重合開始剤としてビイミダゾール化合物を使用する場合、ジアルキルアミノ基を有する脂肪族又は芳香族化合物(以下、「アミノ系増感剤」と称することがある)及びチオール化合物から選択される少なくとも1種を添加することができる。
上記アミノ系増感剤は、ビイミダゾール化合物の放射線感度を増感し、イミダゾールラジカルの発生効率を高める機能を有する化合物であり、当該組成物の感度及び解像度を向上し、形成されるスペーサー又は保護膜の基板に対する密着性をより向上する目的で添加することができる。
アミノ系増感剤としては、例えばN−メチルジエタノールアミン、4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、p−ジメチルアミノ安息香酸エチル、p−ジメチルアミノ安息香酸i−アミル等が挙げられる。
これらのうち、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンが好ましい。これらアミノ系増感剤は、単独又は2種以上を混合して使用できる。アミノ系増感剤の添加量としては、ビイミダゾール化合物100質量部に対して、好ましくは0.1〜50質量部であり、より好ましくは1〜20質量部である。アミノ系増感剤の添加量が0.1〜50質量部の時、感度、解像度や密着性の改善効果が得られる。
上記チオール化合物は、イミダゾールラジカルに水素ラジカルを供与し、その結果硫黄ラジカルを有する成分を発生する機能を有する化合物である。ビイミダゾール化合物が放射線の照射を受けて開裂して生ずるイミダゾールラジカルの重合開始能は中程度であり、極めて高いものではないから、これをそのまま液晶表示素子のスペーサー等の形成に用いると、スペーサー等の断面形状が逆テーパ状の好ましくない形状となる場合がある。しかし、ここにチオール化合物を添加することにより、イミダゾールラジカルにチオール化合物から水素ラジカルが供与される結果、イミダゾールラジカルが中性のイミダゾールに変換されるとともに、重合開始能のより高い硫黄ラジカルを有する成分が発生し、それによりスペーサー等の形状を、確実により好ましい順テーパ状にすることができる。
チオール化合物としては、例えば
2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾオキサゾール、2−メルカプトベンゾイミダゾール、2−メルカプト−5−メトキシベンゾチアゾール、2−メルカプト−5−メトキシベンゾイミダゾール等の芳香族チオール化合物;
3−メルカプトプロピオン酸、3−メルカプトプロピオン酸メチル、3−メルカプトプロピオン酸エチル、3−メルカプトプロピオン酸オクチル等の脂肪族モノチオール化合物;
3,6−ジオキサ−1,8−オクタンジチオール、ペンタエリストールテトラ(メルカプトアセテート)、ペンタエリストールテトラ(3−メルカプトプロピオネート)等の2官能以上の脂肪族チオール化合物等が挙げられる。これらのチオール化合物のうち、2−メルカプトベンゾチアゾールが好ましい。
チオール化合物の添加量としては、ビイミダゾール化合物100質量部に対して、好ましくは0.1〜50質量部であり、より好ましくは1〜20質量部である。チオール化合物の添加量が0.1〜50質量部の場合、得られるスペーサー等の基材に対する密着性が向上し、形状が良好となる。
当該組成物において、(C)重合開始剤としてビイミダゾール化合物を使用する場合、上記アミノ系増感剤及びチオール化合物の双方を添加することが好ましい。
本発明における(C)重合開始剤の使用割合としては、(A)重合体100質量部に対して、好ましくは1〜60質量部であり、より好ましくは2〜50質量部であり、さらに好ましくは5〜40質量部である。1〜60質量部の範囲で(C)重合開始剤を使用することにより、低露光量の場合でも高い硬度及び密着性を有するスペーサーを形成することができる。
<(D)感熱色素>
当該組成物に含有される(D)感熱色素は感熱色素化合物の一種であり、その化合物自身は無色であるが、加熱とともに電子受容性物質と接することによりで、構造の一部が変化し、吸収波長が変化することで着色する。電子受容性物質としては、通常フェノール性化合物、有機酸等が挙げられ顕色剤とも言われる。本発明においては、このような顕色剤を積極的に加える必要がなく、カルボキシル基を含む(A)重合体が感熱色素に作用することで着色する。(D)感熱色素としては、上記式(1)〜(6)で示される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。
式(1)中、R〜Rはそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜8のシクロアルキル基、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基又はナフチル基である。但し、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基及びナフチル基の水素原子の一部又は全部は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、ハロゲン原子又はトリフルオロメチル基で置換されていてもよい。R及びRはモルホリノ基を形成してもよい。R及びRはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基である。
式(2)中、R及びRは式(1)と同義である。Rは水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基又はハロゲン原子である。nは0〜4の整数である。但し、nが2以上の場合、複数のRは同一であっても異なっていてもよい。
式(3)中、R及びRは式(1)と同義である。Rは水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、ハロゲン原子又はトリフルオロメチル基である。nは0〜4の整数である。但し、nが2以上の場合、複数のRは同一であっても異なっていてもよい。
式(4)中、R及びRは式(1)と同義である。R1a、R2a、R1b及びR2bはそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜8のシクロアルキル基、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基又はナフチル基である。但し、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基及びナフチル基の水素原子の一部又は全部は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、ハロゲン原子又はトリフルオロメチル基で置換されていてもよい。R1a及びR2a、並びにR1b及びR2bはモルホリノ基を形成してもよい。
式(5)中、R、R、R1a及びR2aは式(4)と同義である。Rは式(2)と同義である。mは0〜5の整数である。mが2以上の場合、複数のRは同一であっても異なっていてもよい。
式(6)中、R、R、R1a及びR2aは式(4)と同義である。Rは炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜8のシクロアルキル基、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基又はナフチル基である。但し、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基及びナフチル基の水素原子の一部又は全部は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、ハロゲン原子又はニトロ基で置換されていてもよい。)
上記炭素数1〜6のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。
上記炭素数1〜6のアルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等が挙げられる。
炭素数3〜8のシクロアルキル基としては、シクロヘキシル基等が挙げられる。
当該組成物がこのような(D)感熱色素を含有することで、塗膜形成後の露光時には塗膜の透過率が高いため、高感度で高解像性を有したスペーサーパターンの形成を可能にし、続く現像後のポストベークによる加熱工程において、感熱色素によりスペーサーパターンが着色する。スペーサーパターンが着色物質を含有することで、紫外線領域等における耐光性が向上する。
上記式(1)で示される(D)感熱色素は、フルオラン骨格を有する化合物であり、例えば2−N,N−ジベンジルアミノ−6−ジエチルアミノフルオラン、2−アニリノ−3−メチル−6−ジエチルアミノフルオラン、2−アニリノ−3−メチル−6−(N−エチル−N−イソペンチルアミノ)フルオラン、2−アニリノ−3−メチル−6−(N−エチル−N−トリルアミノ)フルオラン、2−アニリノ−3−メチル−6−モルホリノフルオラン、2−o−クロロアニリノ−6−ジエチルアミノフルオラン、2−N−ベンジル−N−メチルアミノ−6−(N−エチル−N−トリルアミノ)フルオラン、2−アニリノ−3−メチル−6−N,N−ジ−n−ペンチルアミノフルオラン、2−アニリノ−3−メチル−6−N,N−ジ−n−プロピルアミノフルオラン、2−アニリノ−3−メチル−6−(N−エチル−N−トリルアミノ)フルオラン、2−(3−トリフルオロメチルアニリノ)−3−メチル−6−ジエチルアミノフルオラン、2−アニリノ−3−メチル−6−(N−エチル−N−3−エトキシプロピルアミノ)フルオラン等が挙げられる。
上記式(2)で示される(D)感熱色素としては、例えば1,3−ジメチル−6−ジエチルアミノフルオラン、1,3−ジエチル−6−ジエチルアミノフルオラン、1,3−ジエチル−6−ジプロピルアミノフルオラン、1,3−ジブロモ−6−ジエチルアミノフルオラン、1−メチル−3−フェニル−6−ジエチルアミノフルオラン、1−メチル−3−フェニル−6−ジエチルアミノフルオラン、1−メチル−6−ジエチルアミノフルオラン、1,2、3−トリメチル−6−ジエチルアミノフルオラン、2−ブロモ−3−メチル−6−ジブチルアミノフルオラン等が挙げられる。
上記式(3)で示される(D)感熱色素としては、6−ジメチルアミノ−ベンゾ[a]−フルオラン、6−ジエチルアミノ−ベンゾ[a]−フルオラン、6−ジメチルアミノ−2,3−ジメチルベンゾ[a]−フルオラン、6−ジメチルアミノ−2,3−ジエチルベンゾ[a]−フルオラン、6−ジメチルアミノ−2−エチルベンゾ[a]−フルオラン、6−ジメチルアミノ−2−ブロモベンゾ[a]−フルオラン、6−ジメチルアミノ−2−メトキシベンゾ[a]−フルオラン等が挙げられる。
上記式(4)で示される(D)感熱色素としては、3,3−ビス(p−ジメチルアミノフェニル)−6−ジメチルアミノフタリド、3,3−ビス(p−ジエチルアミノフェニル)−6−ジエチルアミノフタリド、3,3−ビス(p−ジイソプロピルアミノフェニル)−6−ジイソプロピルアミノフタリド、3,3−ビス(p−ジn−ブチルアミノフェニル)−6−ジn−プロピルアミノフタリド等が挙げられる。
上記式(5)で示される(D)感熱色素としては、3,7−ビス(ジメチルアミノ)−10−ベンゾイル−フェノチアジン、3,7−ビス(ジエチルアミノ)−10−ベンゾイル−フェノチアジン、3,7−ビス(ジイソプロピルアミノ)−10−ベンゾイル−フェノチアジン、3,7−ビス(ジnーブチルアミノ)−10−ベンゾイル−フェノチアジン等が挙げられる。
上記式(6)で示される(D)感熱色素としては、3,6−ビス(ジメチルアミノ)フルオラン−γ−(4’−ニトロ)−アニリノラクタム、3,6−ビス(ジエチルアミノ)フルオラン−γ−(4’−ニトロ)−アニリノラクタム、3,6−ビス(ジエチルアミノ)フルオラン−γ−(4’−フェニル)−アニリノラクタム、3,6−ビス(ジエチルアミノ)フルオラン−γ−(4’−ナフチル)−アニリノラクタムが挙げられる。
これら(D)感熱色素のうち、感熱による着色性及び当該組成物への溶解性の観点から、2−アニリノ−3−メチル−6−(N−エチル−N−イソペンチルアミノ)フルオラン、2−N,N−ジベンジルアミノ−6−ジエチルアミノフルオラン、2−N−ベンジル−N−メチルアミノ−6−(N−エチル−N−トリルアミノ)フルオラン、2−アニリノ−3−メチル−6−(N−エチル−N−トリルアミノ)フルオラン、1,3−ジメチル−6−ジエチルアミノフルオラン、2−ブロモ−3−メチル−6−ジブチルアミノフルオラン、6−ジメチルアミノ−ベンゾ[a]−フルオラン、3,3−ビス(p−ジメチルアミノフェニル)−6−ジメチルアミノフタリド、3,7−ビス(ジメチルアミノ)−10−ベンゾイル−フェノチアジン、3,6−ビス(ジエチルアミノ)フルオラン−γ−(4’−ニトロ)−アニリノラクタムが好ましい。
(D)感熱色素の含有割合としては、(A)重合体、(B)重合性不飽和化合物、(C)重合開始剤及び(D)感熱色素の総量に対して0.5質量%以上5質量%以下が好ましく、1質量%以上3質量%以下がより好ましい。(D)感熱色素の含有割合が、0.5から5質量%の範囲の場合、850(J/m)以下の露光量でスペーサーを形成可能であり、さらに高い膜厚均一性と耐光性を達成できる。
<(E)酸発生剤>
当該組成物は好適な成分として(E)酸発生剤を含有できる。(E)酸発生剤は、加熱により酸を発生する化合物であり、(D)感熱色素の中央に位置するラクトン環の開環等を促進することが可能となる。(E)酸発生剤を使用しなくても、硬化膜の着色をすることが可能であるが、(E)酸発生剤を加えることによって着色化を促進できる。なお、(E)酸発生剤は、当該組成物の塗膜形成工程における比較的低温(例えば70〜120℃)のプレベーク時には酸性活性物質を放出せず、現像後の加熱工程における比較的高温(例えば120〜250℃)のポストベーク時に酸性活性物質を放出する性質を有するものが好ましい。
(E)酸発生剤としては、例えばジフェニルヨードニウム塩、トリフェニルスルホニウム塩、スルホニウム塩、ベンゾチアゾニウム塩、アンモニウム塩、ホスホニウム塩、テトラヒドロチオフェニウム塩等のオニウム塩が挙げられる。
ジフェニルヨードニウム塩としては、例えばジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスホネート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアルセネート、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホナート、ジフェニルヨードニウムトリフルオロアセテート、ジフェニルヨードニウム−p−トルエンスルホナート、ジフェニルヨードニウムブチルトリス(2,6−ジフルオロフェニル)ボレート、4−メトキシフェニルフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムテトラフルオロボレート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロアルセネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホナート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロアセテート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム−p−トルエンスルホナート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムカンファースルホン酸等が挙げられる。
トリフェニルスルホニウム塩としては、例えばトリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホナート、トリフェニルスルホニウムカンファースルホン酸、トリフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート、トリフェニルスルホニウムトリフルオロアセテート、トリフェニルスルホニウム−p−トルエンスルホナート、トリフェニルスルホニウムブチルトリス(2、6−ジフルオロフェニル)ボレート等が挙げられる。
スルホニウム塩としては、例えばアルキルスルホニウム塩、ベンジルスルホニウム塩、ジベンジルスルホニウム塩、置換ベンジルスルホニウム塩等が挙げられる。
アルキルスルホニウム塩としては、例えば4−アセトキシフェニルジメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−アセトキシフェニルジメチルスルホニウムヘキサフルオロアルセネート、ジメチル−4−(ベンジルオキシカルボニルオキシ)フェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジメチル−4−(ベンゾイルオキシ)フェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジメチル−4−(ベンゾイルオキシ)フェニルスルホニウムヘキサフルオロアルセネート、ジメチル−3−クロロ−4−アセトキシフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート等が挙げられる。
ベンジルスルホニウム塩として、例えばベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、4−アセトキシフェニルベンジルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ベンジル−4−メトキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ベンジル−2−メチル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ベンジル−3−クロロ−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアルセネート、4−メトキシベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート等が挙げられる。
ジベンジルスルホニウム塩としては、例えばジベンジル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジベンジル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、4−アセトキシフェニルジベンジルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジベンジル−4−メトキシフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジベンジル−3−クロロ−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムヘキサフルオロアルセネート、ジベンジル−3−メチル−4−ヒドロキシ−5−t−ブチルフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ベンジル−4−メトキシベンジル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート等が挙げられる
置換ベンジルスルホニウム塩としては、例えばp−クロロベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、p−ニトロベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、p−クロロベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、p−ニトロベンジル−3−メチル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、3,5−ジクロロベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、o−クロロベンジル−3−クロロ−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート等が挙げられる
ベンゾチアゾニウム塩としては、例えば3−ベンジルベンゾチアゾニウムヘキサフルオロアンチモネート、3−ベンジルベンゾチアゾニウムヘキサフルオロホスフェート、3−ベンジルベンゾチアゾニウムテトラフルオロボレート、3−(p−メトキシベンジル)ベンゾチアゾニウムヘキサフルオロアンチモネート、3−ベンジル−2−メチルチオベンゾチアゾニウムヘキサフルオロアンチモネート、3−ベンジル−5−クロロベンゾチアゾニウムヘキサフルオロアンチモネート等が挙げられる。
テトラヒドロチオフェニウム塩としては、例えば1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウム−1,1,2,2−テトラフルオロ−2−(ノルボルナン−2−イル)エタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウム−2−(5−t−ブトキシカルボニルオキシビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウム−2−(6−t−ブトキシカルボニルオキシビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−(4,7−ジブトキシ−1−ナフタレニル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホナート等が挙げられる。
これらのうち、硬化膜の着色促進の観点からトリフェニルスルホニウム塩、スルホニウム塩、ベンゾチアゾニウム塩、及びテトラヒドロチオフェニウム塩が好ましい。中でも、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホナート、トリフェニルスルホニウムカンファースルホン酸、4−アセトキシフェニルジメチルスルホニウムヘキサフルオロアルセネート、ベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−アセトキシフェニルベンジルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジベンジル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−アセトキシフェニルベンジルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、3−ベンジルベンゾチアゾニウムヘキサフルオロアンチモネート、ベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、1−(4,7−ジブトキシ−1−ナフタレニル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホナートがより好ましい。
(E)酸発生剤は、単独で使用してもよいし2種以上を混合して使用してもよい。(E)酸発生剤の使用量としては、(A)重合体100質量部に対して、好ましくは0.1質量部〜10質量部、より好ましくは1質量部〜8質量部である。(E)酸発生剤の使用量を0.1質量部〜10質量部とすることで、硬化膜の着色促進及び形成されるスペーサー等の耐熱性をバランス良く備えた当該組成物が得られる。
<溶媒>
当該組成物は、好ましくは適当な溶媒に溶解されて溶液状態で用いられる。溶媒としては、例えばアルコール、グリコールエーテル、エチレングリコールアルキルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノアルキルエーテル、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、ジプロピレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールアルキルエーテルアセテート、プロピレングリコールアルキルエーテルプロピオネート、ケトン、エステル等が挙げられる。
アルコールとしては、例えばベンジルアルコール等;
グリコールエーテルとしては、例えば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等;
エチレングリコールアルキルエーテルアセテートとしては、例えば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エチルエーテルアセテート等;
ジエチレングリコールモノアルキルエーテルとしては、例えば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等;
ジエチレングリコールジアルキルエーテルとしては、例えば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等;
ジプロピレングリコールジアルキルエーテルとしては、例えばジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールエチルメチルエーテル等;
プロピレングリコールモノアルキルエーテルとしては、例えばプロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル、プロピレングリコールブチルエーテル等;
プロピレングリコールアルキルエーテルアセテートとしては、例えばプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート等;
プロピレングリコールアルキルエーテルプロピオネートとしては、例えばプロピレングリコールメチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールエチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールプロピルエーテルプロピオネート等;
ケトンとしては、例えばメチルエチルケトン、シクロヘキサノン、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン、メチルイソアミルケトン等;
エステルとしては、例えば酢酸エチル、酢酸ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、ヒドロキシ酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸ブチル、2−エトキシプロピオン酸エチル、2−エトキシプロピオン酸プロピル、2−エトキシプロピオン酸ブチル、2−ブトキシプロピオン酸メチル、2−ブトキシプロピオン酸エチル、2−ブトキシプロピオン酸プロピル、2−ブトキシプロピオン酸ブチル、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−メトキシプロピオン酸プロピル、3−メトキシプロピオン酸ブチル、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、3−エトキシプロピオン酸プロピル、3−エトキシプロピオン酸ブチル、3−プロポキシプロピオン酸メチル等がそれぞれ挙げられる。
これらのうち、ベンジルアルコール、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メチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、ジ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エチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジエチルエーテル、3−メ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、シクロヘキサノン、ジ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メチルエーテルプロピオネートが好ましい。
溶媒の含有量としては、当該組成物の全量に対し好ましくは60質量%〜95質量%で、より好ましくは70質量%〜95質量%である。溶媒の含有量が、60質量%〜95質量%の場合、当該組成物の粘度と固形濃度がより高いレベルでバランスされ、かつ高速塗布性に優れる。
<その他の任意成分>
当該組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で界面活性剤、密着助剤等のその他の任意成分を含有できる。
<界面活性剤>
界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤が挙げられる。上記フッ素系界面活性剤としては、末端、主鎖及び側鎖の少なくともいずれかの部位にフルオロアルキル基及び/又はフルオロアルキレン基を有する化合物が好ましく、例えば1,1,2,2−テトラフロロ−n−オクチル(1,1,2,2−テトラフロロ−n−プロピル)エーテル、1,1,2,2−テトラフロロ−n−オクチル(n−ヘキシル)エーテル、ヘキサエチレングリコールジ(1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロ−n−ペンチル)エーテル、オクタエチレングリコールジ(1,1,2,2−テトラフロロ−n−ブチル)エーテル、ヘキサプロピレングリコールジ(1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロ−n−ペンチル)エーテル、オクタプロピレングリコールジ(1,1,2,2−テトラフロロ−n−ブチル)エーテル、パーフロロ−n−ドデカンスルホン酸ナトリウム、1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロ−n−デカン、1,1,2,2,8,8,9,9,10,10−デカフロロ−n−ドデカンや、フロロアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、フロロアルキル燐酸ナトリウム、フロロアルキルカルボン酸ナトリウム、ジグリセリンテトラキス(フロロアルキルポリオキシエチレンエーテル)、フロロアルキルアンモニウムヨージド、フロロアルキルベタイン、他のフロロアルキルポリオキシエチレンエーテル、パーフロロアルキルポリオキシエタノール、パーフロロアルキルアルコキシレート、カルボン酸フロロアルキルエステル等が挙げられる。
上記フッ素系界面活性剤の市販品としては、例えばBM−1000、BM−1100(以上、BM CHEMIE社)、メガファックF142D、同F172、同F173、同F183、同F178、同F191、同F471、同F476(以上、大日本インキ化学工業社)、フタージェントFT−100、同−110、同−140A、同−150、同−250、同−251、同−300、同−310、同−400S、フタージェントFTX−218、同−251(以上、ネオス社)等が挙げられる。
上記シリコーン系界面活性剤としては、例えばトーレシリコーンDC3PA、同DC7PA、同SH11PA、同SH21PA、同SH28PA、同SH29PA、同SH30PA、同SH−190、同SH−193、同SZ−6032、同SF−8428、同DC−57、同DC−190(以上、東レ・ダウコーニング・シリコーン社)等が挙げられる。これらの界面活性剤は、単独又は2種以上を混合して使用できる。
界面活性剤の使用量としては、(A)重合体100質量部に対して、0.1〜5質量部であり、より好ましくは0.15〜3質量部である。界面活性剤の使用量が0.1〜5質量部の時、塗布ムラを低減できる。
<密着助剤>
密着助剤は、形成されたスペーサーと基板との接着性を向上させるために使用する成分である。密着助剤としては、カルボキシル基、メタクリロイル基、ビニル基、イソシアネート基、エポキシ基等の反応性官能基を有する官能性シランカップリング剤が好ましく、例えばトリメトキシシリル安息香酸、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−イソシアナートプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、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が挙げられる。これらの密着助剤は、単独又は2種以上を混合して使用できる。
密着助剤の使用量としては、(A)重合体100質量部に対して、好ましくは1〜20質量部の範囲、より好ましくは2〜15質量部である。密着助剤の使用量が1〜20質量部の範囲の時、現像工程において現像残りを生じることなく、パターンの密着性を向上させることができる。
<当該組成物の調製>
当該組成物は、上記の(A)重合体、(B)重合性不飽和化合物、(C)重合開始剤、(D)感熱色素並びに好適な(E)酸発生剤、必要に応じてその他の任意成分を所定の割合でそれぞれ均一に混合することによって調製される。当該組成物は、好ましくは適当な溶媒に溶解されて溶液状態で用いられる。かかる組成物溶液は、孔径0.5μm程度のミリポアフィルタ等を用いて濾過した後、使用に供することもできる。
当該組成物を溶液状態として調製する場合、固形分濃度(組成物溶液中に占める溶媒以外の成分、すなわち上記の(A)重合体、(B)重合性不飽和化合物、(C)重合開始剤、(D)感熱色素、及びその他の任意成分を溶媒に溶解させる。その合計量の割合は、使用目的や所望の膜厚の値等に応じて任意の濃度(例えば5〜50質量%)に設定することができる。さらに好ましい固形分濃度は、基板上への被膜の形成方法により異なる。塗布方法としてスピン塗布法を採用する場合の固形分濃度は、20〜50質量%であることがさらに好ましく、特に30〜40質量%であることが好ましい。スリット塗布法を採用する場合の固形分濃度は、10〜35質量%であることがさらに好ましく、特に15〜30質量%であることが好ましい。
<硬化物の形成方法>
本発明には、当該組成物から形成される表示素子用保護膜、絶縁膜又はスペーサーとしての硬化物も好適に含まれる。
表示素子用保護膜、絶縁膜又はスペーサーとしての硬化物の形成方法は、
(1)当該組成物を基板上に塗布して塗膜を形成する工程、
(2)塗膜の少なくとも一部を露光する工程、
(3)露光後の塗膜を現像する工程及び
(4)現像後の塗膜を加熱する工程
を有する。以下、各工程について詳述する。
[工程(1)]
透明基板の片面に透明導電膜を形成し、この透明導電膜の上に当該組成物の被膜を形成する。透明基板としては、例えばガラス基板、樹脂基板等が挙げられる。より具体的には、ソーダライムガラス、無アルカリガラス等のガラス基板;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリイミド等のプラスチックからなる樹脂基板が挙げられる。透明基板の一面に設けられる透明導電膜としては、例えば酸化スズ(SnO)からなるNESA膜(米国PPG社の登録商標)、酸化インジウム−酸化スズ(In−SnO)からなるITO膜等が挙げられる。
塗布法により被膜を形成する場合、上記透明導電膜の上に当該組成物の溶液を塗布したのち、塗布面を加熱(プレベーク)することにより被膜を形成することができる。組成物溶液の塗布方法としては、スプレー法、ロールコート法、回転塗布法(スピン塗布法)、スリット塗布法、バー塗布法、インクジェット塗布法等の適宜の方法を採用でき、スピン塗布法又はスリット塗布法が好ましい。スリット塗布法を採用した場合に、本発明の有利な効果を最大限に発揮することができる。
塗布後、好ましくはプレベーク及びポストベークが行われる。プレベーク及びポストベークの条件としては、当該組成物に含有される成分の種類、使用割合等によって適宜に設定されるべきである。プレベークは、例えば70℃〜120℃において、例えば1分〜10分程度の条件で行うことができる。形成される塗膜の膜厚としては、好ましくは0.1μm〜8μmであり、より好ましくは0.1μm〜6μmであり、特に好ましくは0.1μm〜5μmである。
[工程(2)]
次いで、形成された塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する。このとき、塗膜の一部にのみ照射する方法としては、例えば所定のパターンを有するフォトマスクを介して照射する方法等が挙げられる。照射に使用される放射線としては、可視光線、紫外線、遠紫外線等が挙げられる。このうち波長が250〜550nmの範囲にある放射線が好ましく、特に365nmの紫外線を含む放射線が好ましい。放射線照射量(露光量)は、照射される放射線の波長365nmにおける強度を照度計(OAI model 356、Optical Associates Inc.社)により測定した値として、好ましくは100〜5,000J/m、より好ましくは200〜3,000J/mである。当該組成物は、従来知られている組成物と比較して放射線感度が高く、上記放射線照射量が850J/m以下であっても所望の膜厚、良好な形状、優れた密着性及び高い硬度の表示素子用の保護膜、絶縁膜又はスペーサーとしての硬化物が得られる。
[工程(3)]
次に、放射線照射後の塗膜を現像することにより、不要な部分(非露光部分)を除去して、所望のパターンを形成する。現像に使用される現像液としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム等の無機アルカリ性化合物、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド等の4級アンモニウム塩等の有機アルカリ性化合物の水溶液が使用できる。上記アルカリ性化合物の水溶液には、メタノール、エタノール等の水溶性有機溶媒及び界面活性剤からなる群より選択される少なくとも1種を適当量添加して使用してもよい。
現像方法としては、液盛り法、ディッピング法、シャワー法等のいずれでもよく、現像時間は、10〜180秒間程度とすることが好ましい。現像温度は常温でよい。現像処理に続いて、好ましくは例えば流水洗浄を30〜90秒間行った後、圧縮空気や圧縮窒素で風乾することによって所望のパターンを得ることができる。
[工程(4)]
次いで、得られたパターン状塗膜をホットプレート、オーブン等の適当な加熱装置により、例えば100℃〜250℃で、例えばホットプレート上では5分〜30分、オーブン中では25分〜180分加熱することにより所望のパターンを有する硬化物が得られる。
以上の工程を有する形成方法により、塗膜に微小な凹凸のムラを発生させることなく、膜厚均一性等の諸性能に優れる表示素子用の保護膜、絶縁膜又はスペーサーとしての硬化物が得られる。
以下に本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
重合体の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、以下の条件によるゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。
測定装置:GPC−101(昭和電工社)、分離カラム:GPC−KF−801、GPC−KF−802、GPC−KF−803及びGPC−KF−804を結合
カラム温度:40℃
溶出溶媒:テトラヒドロフラン(和光純薬工業社)
流速:1.0mL/分
試料濃度:1.0質量%
試料注入量:100μL
検出器:示差屈折計
標準物質:単分散ポリスチレン
当該組成物の溶液粘度は、東京計器社のE型粘度計を用いて25℃において測定した。
<(A)重合体の合成>
[合成例1]
冷却管と撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)6質量部、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)3部、3−メトキシプロピオン酸メチル250質量部を仕込み、引き続いてメタクリル酸14質量部、メタクリル酸グリシジル40質量部、スチレン6質量部及びメタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル35質量部を仕込んで、窒素置換したのち、さらに1,3−ブタジエン5質量部を仕込み、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を4時間保持して重合することにより、固形分濃度28.1%の共重合体溶液を得た。これを(A2―1)共重合体とする。得られた(A2―1)共重合体とのMwは10,500であった。
[合成例2]
冷却管、撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル5質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート250質量部を仕込み、引き続いてメタクリル酸18質量部、メタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル25質量部、スチレン5質量部、メタクリル酸2―ヒドロキシエチルエステル30質量部、メタクリル酸ベンジル22質量部を仕込んで、窒素置換したのち、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持して重合することにより、固形分濃度28.8%の(α−1)共重合体溶液を得た。得られた(α−1)共重合体のMwは13,000であった。
次いで、(α−1)溶液に、3−メタアクリロイルオキエチルイソシアネート(カレンズMOI、昭和電工社)12質量部及び4−メトキシフェノール0.1質量部を添加したのち、40℃で1時間、さらに60℃で2時間攪拌して反応させた。3−メタアクリロイルオキエチルイソシアネート由来のイソシアネート基と(α−1)の水酸基の反応の進行は、IR(赤外線吸収)スペクトルにより確認した。40℃で1時間後、さらに60℃で2時間反応後の反応溶液のIRスペクトルを測定し、3−メタアクリロイルオキエチルイソシアネートのイソシアネート基に由来する2270cm−1付近のピークが減少していることで、反応が進行しているのを確認した。固形分濃度31.0%の(A1−1)重合体溶液を得た。これを(A1−1)重合体とする。
[合成例3]
冷却管と撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)6質量部、3−メトキシプロピオン酸メチル250質量部を仕込み、引き続いてメタクリル酸14質量部、メタクリル酸テトラヒドロフルフリル20質量部、スチレン5質量部及びメタクリル酸ベンジル56質量部を仕込んで、窒素置換したのち、さらに1,3−ブタジエン5質量部を仕込み、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持して重合することにより、固形分濃度27.9%の(A)重合体溶液を得た。これを(A3―1)共重合体とする。得られた(A3―1)共重合体のMwは11,400であった。
[合成例4]
冷却管と撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)6質量部と3−メトキシプロピオン酸メチル250質量部を仕込み、引き続いてスチレン5質量部、メタクリル酸14質量部、メタクリル酸ベンジル33質量部及びメタクリル酸n−ブチル23質量部、3−(メタアクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン20質量部を仕込んで、窒素置換した後、さらに1,3−ブタジエン5質量部を仕込み、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を80℃に上昇させ、この温度を4時間保持して重合することにより、固形分濃度27.9重量%の(A)重合体溶液を得た。これを(A2―2)共重合体とする。得られた(A2―2)共重合体のMwは11,200であった。
<当該組成物の調製>
[実施例1]
(A)重合体として上記合成例1で得た(A2−1)共重合体の溶液を(A2−1)共重合体に換算して100質量部(固形分)に相当する量、(B)重合性不飽和化合物としてジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとジペンタエリスリトールペンタアクリレートの混合物(KAYARAD DPHA、日本化薬社)150質量部、(C)重合開始剤としてエタノン−1−〔9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)(チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社、イルガキュアOXE02)2質量部、2−(4−メチルベンジル)−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(イルガキュア379、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社)10質量部、2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール2質量部、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン1質量部、(D)感熱色素として2−アニリノ−3−メチル−6−(N−エチル−N−イソペンチルアミノ)アミノフルオラン3質量部、溶媒として3−メトキシプロピオン酸メチル500質量部、密着助剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン5質量部、界面活性としてフタージェントFTX−218(ネオス社)0.2質量部を加え、固形分濃度が23.5質量%になるように溶解した後、孔径0.5μmのミリポアフィルタでろ過することにより、当該組成物を調製した。調製後の当該組成物の粘度は、4.0(mPa・s)であった。
[実施例2〜20及び比較例1]
(A)〜(E)成分として、表1に記載のとおりの種類、量を使用した他は、実施例1と同様に操作して当該組成物の溶液を調製した。
表1に記載の(B)〜(E)成分の略号の詳細は以下のとおりである。
(B)重合性不飽和化合物
(B−1):ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとジペンタエリスリトールペンタアクリレートの混合物(KAYARAD DPHA、日本化薬社)
(B−2):多官能アクリレート系化合物(KAYARAD DPHA−40H、日本化薬社)
(B−3):コハク酸変性ジペンタエリスリトールペンタアクリレート
(B−4):ω―カルボキシポリカプロラクトンモノアクリレート(アロニックス M−5300、東亞合成社)
(C)重合開始剤
(C−1):エタノン,1−〔9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル〕−,1−(O−アセチルオキシム)(イルガキュアOXE02、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社)
(C−2):2−(4−メチルベンジル)−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(イルガキュア379、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社)
(C−3):2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール
(C−4):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(イルガキュア907、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社)
(C−5):4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン
(D)感熱色素
(D−1):2−アニリノ−3−メチル−6−(N−エチル−N−イソペンチルアミノ)フルオラン(S−205、山田化学工業社)
(D−2):2−アニリノ−3−メチル−6−(N−エチル−N−トリルアミノ)フルオラン(ETAC、山田化学工業社)
(D−3):2−N,N−ジベンジルアミノ−6−ジエチルアミノフルオラン(GREEN−DCF、保土谷化学工業社)
(D−4):2−N−ベンジル−N−メチルアミノ−6−(N−エチル−N−トリルアミノ)フルオラン
(D−5):1,3−ジメチル−6−ジエチルアミノフルオラン(Orange−DCF、保土谷化学工業社)
(D−6):2−ブロモ−3−メチル−6−ジブチルアミノフルオラン(Vermilion−DCF、保土谷化学工業社)
(D−7):6−ジメチルアミノ−ベンゾ[a]−フルオラン(Red−DCF、保土ヶ谷化学工業社)
(D−8):3,3−ビス(p−ジメチルアミノフェニル)−6−ジメチルアミノフタリド(CVL、保土谷化学工業社)
(D−9):3,7−ビス(ジメチルアミノ)−10−ベンゾイル−フェノチアジン(B.L.M.B、保土谷化学工業社)
(D−10):3,6−ビス(ジエチルアミノ)フルオラン−γ−(4’−ニトロ)−アニリノラクタム(Pink−DCF、保土谷化学工業社)
(E)酸発生剤
(E−1):トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホナート
(E−2):ベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート
<評価>
実施例1〜20及び比較例1で調製した組成物及びその組成物から得られる硬化物について、以下の評価を行った。結果を表1に示す。
[塗布膜厚の均一性(ユニフォミティ)の評価]
550mm×650mmのクロム成膜ガラス上に、調製した組成物溶液を、スリットダイコーター(TR632105−CL、東京応化工業社)を用いて塗布した。0.5Torrまで減圧乾燥した後、ホットプレート上で100℃にて2分間プレベークして塗膜を形成し、さらに2,000J/mの露光量で紫外線を露光することにより、クロム成膜ガラスの上面からの膜厚が4μmの膜を形成した。クロム成膜ガラス上の塗膜の膜厚を、針接触式測定機(KLA Tencor社 AS200)を用いて測定した。ユニフォミティとして、9つの測定点における膜厚から計算した。9つの測定点とは基板の短軸方向をX、長軸方向をYとすると、(X[mm]、Y[mm])が、(275、20)、(275、30)、(275、60)、(275、100)、(275、325)、(275、550)、(275、590)、(275、620)、(275、630)である。ユニフォミティの計算式としては、下記式で表される。下記式のFT(X、Y)maxは9つの測定点における膜厚中の最大値、FT(X、Y)minは9つの測定点における膜厚中の最小値、FT(X、Y)avg.は9つの測定点における膜厚中の平均値である。ユニフォミティが2%以下の場合は、膜厚均一性は良好と判断できる。
(ユニフォミティの計算式)
ユニフォミティ(%)={FT(X、Y)max − FT(X、Y)min}×100/{2×FT(X、Y)avg.}
[感度の評価]
95mm×95mmの無アルカリガラス基板上にスピンコート法を用いて、当該組成物を塗布したのち、90℃のホットプレート上で3分間プレベークして、膜厚3.5μmの被膜を形成した。次いで、得られた被膜に、開口部として直径12μmの円状パターンが形成されたフォトマスクを介して、365nmにおける強度が250W/mの紫外線で、露光時間を変量して露光した。その後、水酸化カリウム0.05%水溶液により、25℃で60秒間現像したのち、純水で1分間洗浄し、さらに230℃のオーブン中で30分間ポストベークすることにより、スペーサーを形成した。このとき、ポストベーク後の残膜率(ポストベーク後の膜厚×100/露光後膜厚)が90%以上になる最小の露光量を感度とした。この時の露光量が850J/m以下の時、感度が良好と言える。結果を表1に示す。
[耐光性の評価]
露光量を上記感度の評価で決定した感度に相当する露光量とした他は、感度の評価と同様にして基板上にスペーサーを形成した。得られたスペーサーについて、UV光照射装置(USHIO社 UVX−02516S1JS01、ランプ;UVL−4001M3−N1)を用い、500kJ/mのUV光を照射し、照射前後の残膜率(UV光照射後の膜厚×100/UV光照射前の膜厚)を求めることにより評価した。残膜率が97%以上で耐光性に優れるといえる。
[ラビング耐性の評価]
露光量を感度の評価で決定した感度に相当する露光量とした他は、感度の評価と同様にして基板上にスペーサーを形成した。スペーサーを形成した基板上に、液晶配向剤AL3046(JSR社)を液晶配向膜塗布用印刷機により塗布したのち、180℃で1時間乾燥して、膜厚0.05μmの液晶配向剤の塗膜を形成した。次いで、この塗膜に対して、ポリアミド製の布を巻き付けたロールを有するラビングマシーンにより、ロールの回転数500rpm、ステージの移動速度1cm/秒の条件で、ラビング処理を行った。このとき、パターンの削れや剥がれの有無を確認し、パターンの削れや剥がれが確認できなかったものをラビング耐性A、パターンの削れや剥がれが確認できたものをラビング耐性Bとした。
[圧縮性能の評価]
上記感度の評価と同様にして、残膜率が90%以上になる露光量で基板上に丸状残しパターンを形成した。このパターンを微小圧縮試験機(フィッシャースコープH100C、フィッシャーインストルメンツ社)で50μm角状の平面圧子を用い、40mNの荷重により圧縮試験を行い、荷重に対する圧縮変位量の変化を測定した。この時、40mNの荷重時の変位量と40mNの荷重を取り除いた時の変位量から回復率(%)を算出した。この時、回復率が90%以上でさらに40mNの荷重時の変位が0.15μm以上の時、高い回復率と柔軟性を兼ね備えた圧縮性能を有するスペーサーと言える。
Figure 0005549439
表1の結果から、当該組成物は高感度であり、また当該組成物から形成されるスペーサーは膜厚均一性及び耐光性に優れ、かつ一般的な要求特性であるラビング耐性、圧縮性能(回復率と柔軟性)等を有することがわかった。
が分かった。
本発明の感放射線性樹脂組成物は高感度であり、また当該組成物から形成される表示素子用の保護膜、絶縁膜又はスペーサーとしての硬化物は膜厚均一性及び紫外線等に対する耐光性に優れ、かつ一般的な要求特性であるラビング耐性、圧縮性能(回復率と柔軟性)等を有する。

Claims (6)

  1. 表示素子用の保護膜、絶縁膜又はスペーサーとしての硬化物形成に用いられる感放射線性樹脂組成物であって、
    (A)カルボキシル基を有する重合体、
    (B)重合性不飽和化合物、
    (C)感放射線性重合開始剤及び
    (D)加熱により着色する感熱色素
    を含有し、
    (D)感熱色素の含有量が(A)重合体、(B)重合性不飽和化合物、(C)感放射線性重合開始剤及び(D)感熱色素の総量に対して0.5質量%以上5質量%以下であることを特徴とする感放射線性樹脂組成物。
  2. (D)感熱色素が下記式(1)〜(6)で示される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005549439
    Figure 0005549439
    Figure 0005549439
    Figure 0005549439
    Figure 0005549439
    Figure 0005549439
    (式(1)中、R〜Rはそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜8のシクロアルキル基、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基又はナフチル基である。但し、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基及びナフチル基の水素原子の一部又は全部は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、ハロゲン原子又はトリフルオロメチル基で置換されていてもよい。R及びRはモルホリノ基を形成してもよい。R及びRはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基である。
    式(2)中、R及びRは式(1)と同義である。Rは水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基又はハロゲン原子である。nは0〜4の整数である。但し、nが2以上の場合、複数のRは同一であっても異なっていてもよい。
    式(3)中、R及びRは式(1)と同義である。Rは水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、ハロゲン原子又はトリフルオロメチル基である。nは0〜4の整数である。但し、nが2以上の場合、複数のRは同一であっても異なっていてもよい。
    式(4)中、R及びRは式(1)と同義である。R1a、R2a、R1b及びR2bはそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜8のシクロアルキル基、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基又はナフチル基である。但し、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基及びナフチル基の水素原子の一部又は全部は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、ハロゲン原子又はトリフルオロメチル基で置換されていてもよい。R1a及びR2a、並びにR1b及びR2bはモルホリノ基を形成してもよい。
    式(5)中、R、R、R1a及びR2aは式(4)と同義である。Rは式(2)と同義である。mは0〜5の整数である。mが2以上の場合、複数のRは同一であっても異なっていてもよい。
    式(6)中、R、R、R1a及びR2aは式(4)と同義である。Rは炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜8のシクロアルキル基、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基又はナフチル基である。但し、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基及びナフチル基の水素原子の一部又は全部は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、ハロゲン原子又はニトロ基で置換されていてもよい。)
  3. (A)重合体が、エポキシ基又は(メタ)アクリロイル基をさらに有する請求項1又は請求項2に記載の感放射線性樹脂組成物。
  4. (E)感熱性酸発生剤をさらに含有する請求項1から請求項のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
  5. 請求項1から請求項のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物から形成される表示素子用保護膜、絶縁膜又はスペーサーとしての硬化物。
  6. (1)請求項1から請求項のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物を基板上に塗布して塗膜を形成する工程、
    (2)塗膜の少なくとも一部を露光する工程、
    (3)露光後の塗膜を現像する工程及び
    (4)現像後の塗膜を加熱する工程
    を有する表示素子用保護膜、絶縁膜又はスペーサーとしての硬化物形成方法。
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