JP5574122B2 - 熱硬化膜形成用ポリエステル組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、熱硬化膜形成用ポリエステル組成物及びそれから得られる硬化膜に関する。より詳しくは、高い透明性、平坦化性を有し、液晶配向能、高い溶剤耐性並びに耐熱性を有する熱硬化膜形成用ポリエステル組成物及びその硬化膜、並びに該硬化膜の適用に関するものである。この熱硬化膜形成用ポリエステル組成物は、特に液晶ディスプレイにおける液晶配向機能を兼ね備えたカラーフィルタオーバーコート剤に好適である。
一般に、液晶表示素子、有機EL(electroluminescent)素子、固体撮像素子などの光デバイスでは、素子表面が製造工程中に溶剤や熱にさらされるのを防ぐために保護膜が設けられる。この保護膜は保護する基板との密着性が高く溶剤耐性が高いだけでなく、透明性、耐熱性等の性能も要求される。
このような保護膜は、カラー液晶表示装置や固体撮像素子に用いられるカラーフィルタの保護膜として使用する場合には、一般にその下地基板のカラーフィルタあるいはブラックマトリックス樹脂を平坦化する性能、すなわち平坦化膜としての性能を有することが要求される。特にSTN方式やTFT方式のカラー液晶表示素子を製造する際には、カラーフィルタ基板と対向基板との張り合わせ精度を非常に厳密に行う必要があり、基板間のセルギャップを均一にすることが必要不可欠である。加えてカラーフィルタを透過する光の透過率を維持するため、その保護膜であるこれら平坦化膜には高い透明性が必要となる。
一方、近年液晶ディスプレイのセル内に位相差材を導入することで低コスト化、軽量化が検討されており、このような位相差材には液晶モノマーを塗布し配向させた後、光硬化させた材料が一般的に用いられる。この位相差材を配向させるためには下層膜がラビング処理後、配向性を有する材料である必要がある。そのためカラーフィルタのオーバーコート上に液晶配向層を成膜した後、位相差材が形成される(図2(a)参照)。この液晶配向層とカラーフィルタのオーバーコートを兼ねる層(図2(b)参照)を形成できれば、低コスト化、プロセス数の削減等大きなメリットが得られることから、このような材料が強く望まれている。
一般にこのカラーフィルタのオーバーコートには、透明性の高いアクリル樹脂が用いられる。これらのアクリル樹脂にはプロピレングリコールモノメチルエーテルやプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートといったグリコール系の溶媒や乳酸エチル、乳酸ブチルといったエステル系溶媒が安全性、ハンドリング性の観点から広く用いられている。このようなアクリル樹脂は熱硬化や光硬化させることで耐熱性や耐溶剤性を付与している(特許文献1、2)。しかしながら従来の熱硬化性や光硬化性のアクリル樹脂では適当な透明性や平坦化性を示すものの、このような平坦化膜をラビング処理しても十分な配向性を示すことはできなかった。
一方、液晶配向層には溶剤可溶性ポリイミドやポリアミック酸からなる材料が通常用いられている。これらの材料はポストベーク時に完全にイミド化させることで耐溶剤性を付与し、ラビング処理により十分な配向性を示すことが報告されている(特許文献3)。しかしながら、カラーフィルタの平坦化膜としてみた場合、平坦化性と透明性が大きく低下してしまうなどの問題があった。また、ポリイミドやポリアミック酸はN−メチルピロリドンやγ−ブチロラクトンといった溶剤に可溶であるが、グリコール系の溶剤やエステル系の溶剤に対する溶解性が低く、平坦化膜作製ラインへの適用は難しかった。
本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであり、その解決しようとする課題は、硬化膜形成後には高い溶剤耐性、液晶配向性、耐熱性、高透明性並びに高平坦化性を示し、しかも硬化膜形成時においては、カラーフィルタの平坦化膜の作製ラインで適用可能なグリコール系溶剤に溶解できる材料を提供することにある。
本発明者は、上記の課題を解決するべく鋭意研究を行った結果、本発明を見出すに至った。
すなわち、第1観点として、(A)成分であるポリエステル、(B)成分である架橋剤及び(C)成分である下記式(1)で表される少なくとも一種のジエステル化合物を含有する熱硬化膜形成用ポリエステル組成物に関する。
Figure 0005574122
(式中、Pは脂環式基、脂環式基と脂肪族基からなる基又は式(2)で表される構造を表し、Qは脂環式基又は脂環式基と脂肪族基からなる基を含む基を表す。式(2)中、Rはアルキレン基を表す。)
第2観点として、(C)成分が、下記式(iii)で表されるジオール化合物1モルと、下記式(iv)で表されるジカルボン酸無水物の1.7乃至2モルとを反応させたジエステル化合物である、第1観点に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物に関する。
Figure 0005574122
(式中、Pは脂環式基、脂環式基と脂肪族基からなる基又は式(2)で表される構造を表し、Qは脂環式基又は脂環式基と脂肪族基からなる基を表し、P及びQはそれぞれ、各基中に含まれる任意の水素原子が脂肪族基で置換されていてもよい。式(2)中、Rはアルキレン基を表す。)
第3観点として、Pが下記式(1P1)で表される基を表す、第2観点に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物に関する。
Figure 0005574122
(式中、P1は環状飽和炭化水素基を表し、P1基中の任意の水素原子はそれぞれ独立に脂肪族基で置換されていてもよい。R11は単結合、カルボニル基、エーテル基、スルホン酸基、炭素原子数1乃至8の飽和炭化水素基又はフッ素原子で置換された炭素原子数1乃至8の飽和炭化水素基を表し、R12、R13はそれぞれ独立して単結合又は炭素原子数1乃至5のアルキレン基を表し、hは0又は1を表す。)
第4観点として、Qが下記式(1Q1)で表される基を表す、第2観点又は第3観点に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物に関する。
Figure 0005574122
(式中、Q1は炭素原子数4乃至8のシクロアルキレン基又はシクロアルケニレン基を表し、Q1基中の任意の水素原子は脂肪族基又はフェニル基で置換されていてもよい。Xは単結合又は炭素原子数1乃至3のアルキレン基を表す。)
第5観点として、(C)成分が、下記式(1−a)で表される少なくとも一種の多価エステル化合物を含有する請求項1に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物に関する。
Figure 0005574122
(式中、Paは酸素原子若しくは窒素原子で中断されていても良い脂環式基若しくは脂肪族アルキル基、又は式(2−a)で表される構造を表し、Qaは脂環式基を表し、tは1乃至5の整数を表す。式(2−a)中、Raはアルキレン基を表す。)
第6観点として、(A)成分が下記式(3)で表される構造単位を含むポリエステルである第1観点乃至第5観点のうちいずれか一項に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物に関する。
Figure 0005574122
(式中、Aは脂環式基又は脂肪族基に4つの結合手が結合した4価の有機基を表し、Bは脂環式基又は脂肪族基に2つの結合手が結合した2価の有機基を表す。)
第7観点として、(A)成分が下記式(i)で表されるテトラカルボン酸二無水物と式(ii)で表されるジオール化合物とを反応させて得られるポリエステルである、第1観点乃至第6観点のうちいずれか一項に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物に関する。
Figure 0005574122
(式中、Aは脂環式基又は脂肪族基に4つの結合手が結合した4価の有機基を表し、Bは脂環式基又は脂肪族基に2つの結合手が結合した2価の有機基を表す。)
第8観点として、前記式(3)中、Aは下記式(A−1)乃至式(A−8)で表される基から選ばれる少なくとも一種の基を表し、Bが下記式(B−1)乃至式(B−5)で表される基から選ばれる少なくとも一種の基を表す、第6観点又は第7観点に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物に関する。
Figure 0005574122
Figure 0005574122
第9観点として、(A)成分であるポリエステルの重量平均分子量がポリスチレン換算で1,000乃至30,000である、第1観点乃至第8観点のうちいずれか一項に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物に関する。
第10観点として、更に、(D)成分として酸化防止剤であるフェノール化合物を含有する、第1観点乃至第9観点のうちいずれか一項に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物に関する。
第11観点として、更に、(E)成分としてシランカップリング剤を含有する、第1観
点乃至第10観点のうちいずれか一項に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物に関する。
第12観点として、更に、(F)成分としてビスマレイミド化合物を含有する、第1観点乃至第11観点のうちいずれか一項に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物に関する。
第13観点として、(A)成分の100質量部に基づいて、3乃至50質量部の(B)成分、1乃至100質量部の(C)成分を含有する、第1観点乃至第12観点のうちいずれか一項に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物に関する。
第14観点として、(A)成分の100質量部に基づいて、0.01乃至5質量部の(D)成分を含有する、第10観点に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物に関する。
第15観点として、(A)成分の100質量部に基づいて、0.5乃至30質量部の(E)成分を含有する、第11観点に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物に関する。
第16観点として、(A)成分の100質量部に基づいて、0.5乃至50質量部の(F)成分を含有する、第12観点に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物に関する。
第17観点として、第1観点乃至第16観点のうちいずれか一項に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物を用いて得られる硬化膜に関する。
第18観点として、第1観点乃至第16観点のうちいずれか一項に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物を用いて得られる液晶配向層に関する。
中でも本発明は、(A)成分である下記式(3)で表される構造単位を含むポリエステル、(B)成分である架橋剤、(C)成分である下記式(1)で表される少なくとも一種のジエステル化合物又は下記(iii−a−1)乃至(iii−a−10)で表される少なくとも一種の多価アルコール化合物と式(iv−a)で表される少なくとも一種のジカルボン酸無水物との反応生成物である少なくとも一種の多価エステル化合物、(D)成分として酸化防止剤であるフェノール化合物及び(E)成分としてシランカップリング剤を含有し、(A)成分の100質量部に基づいて、3乃至50質量部の(B)成分、1乃至100質量部の(C)成分、0.01乃至5質量部の(D)成分及び0.5乃至30質量部の(E)成分を含有する、熱硬化膜形成用ポリエステル組成物を対象とする。
Figure 0005574122
(式中、Aは下記式(A−1)乃至式(A−8)で表される基から選ばれる少なくとも一種の基を表し、Bが下記式(B−1)乃至式(B−5)で表される基から選ばれる少なくとも一種の基を表す。)
Figure 0005574122
Figure 0005574122
Figure 0005574122
(式中、Pは下記式(P−1)乃至式(P−5)で表される少なくとも一種の構造を表し、Qは脂環式基又は脂環式基と脂肪族基からなる基を表す。)
Figure 0005574122
Figure 0005574122
Figure 0005574122
(式中、Qaは脂環式基を表す。)
本発明の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物は、高い平坦化性、高い透明性、高い溶剤耐性、高い耐熱性に加えて、液晶配向能を有する硬化膜を形成できるため、液晶配向膜や平坦化膜の形成材料として用いることができる。特に、従来独立して形成されていた液晶配向膜とカラーフィルタのオーバーコート層を、両者の特性を兼ね備える「液晶配向層」として一度に形成することが可能となり、製造工程の簡略化及びプロセス数低減による低コスト化等を実現できる。
さらに本発明の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物は、グリコール系溶剤に可溶であることから、これら溶剤を主として使用する平坦化膜の作製ラインに好適に使用できる。
図1は段差基板に熱硬化性ポリエステル組成物を塗布した際に形成された硬化膜を示すモデル図である。 従来技術により液晶配向膜を形成した液晶セル(a)と本発明の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物を用いて平坦化膜を形成した液晶セル(b)とを対比して示すモデル図である。
前述のように、従来提案されているアクリル樹脂系及びポリイミド系の硬化膜においては、液晶配向膜や平坦化膜に求められる平坦化性、透明性、配向性などの全ての性能を十分に満足できるものはなかった。
またこれまでにも液晶表示素子の配向材料としてポリエステルの使用(特開平5−158055号公報、特開2002−229039号公報参照)が提案されたことはあったが、これらはいずれも熱硬化性を有するものではなく、また、形成した硬化膜の耐溶剤性も劣るものであった。
本発明は、熱硬化性であるポリエステルを用いて前述の平坦化性、透明性、配向性などの性能向上を図った点に特徴がある。すなわち本発明は、(A)成分としてポリエステル、(B)成分として架橋剤、並びに(C)成分として下記式(1)で表されるジエステル化合物
Figure 0005574122
(式中、Pは脂環式基、脂環式基と脂肪族基からなる基を含む基又は式(2)で表される構造を表し、Qは脂環式基又は脂環式基と脂肪族基からなる基を表す。また式(2)中、Rはアルキレン基を表す。)を含有する熱硬化膜形成用ポリエステル組成物である。
更には、上記(A)乃至(C)成分に加えて、所望により(D)成分として酸化防止剤であるフェノール化合物、(E)成分としてシランカップリング剤、(F)成分としてビスマレイミド化合物をも含有することのできる熱硬化膜形成用ポリエステル組成物である。
以下、各成分の詳細を説明する。
[(A)成分]
(A)成分のポリエステルは、好ましくは下記式(3)で表される構造単位を含むポリエステルであり、より好ましくは式(3)で表される構造単位からなるポリエステルである。
Figure 0005574122
上記式中、Aは脂環式基又は脂肪族基に4つの結合手が結合した4価の有機基を表し、Bは脂環又は脂肪族基に2つの結合手が結合した2価の有機基を表す。
上記Aは、好ましくは下記式(3A1)、式(3A2)又は式(3A3)で表される基である。
Figure 0005574122
式中のA1は環状飽和炭化水素基を表し、好ましくは炭素原子数4乃至8の環状飽和炭化水素基を表し、より好ましくは炭素原子数4乃至6の環状飽和炭化水素基を表す。ここで、A1基中に含まれる任意の水素原子はそれぞれ独立に脂肪族基で置換されていてもよく、またそれらのうち2つの置換基が互いに結合して4乃至6員環を形成してもよい。
ここで、該置換基である脂肪族基は、炭素原子数1乃至5の脂肪族基が好ましく、より好ましくは炭素原子数1乃至3の脂肪族基である。これら置換基が結合して環を形成する場合は、例えば、ノルボルネン基やアダマンタン基などの橋掛け環式炭化水素基、一部又は全部が水素化された縮合多環式炭化水素基となる。
上記式中、R1は単結合、カルボニル基、エーテル基、スルホン酸基、炭素原子数1乃至8の飽和炭化水素基又はフッ素原子で置換された炭素原子数1乃至8の飽和炭化水素基を表す。好ましくは単結合、カルボニル基、エーテル基、スルホン酸基、炭素原子数1乃至5の飽和炭化水素基又はフッ素原子で置換された炭素原子数1乃至5の飽和炭化水素基を表す。
またR2は炭素原子数1乃至8の飽和炭化水素基を表し、好ましくは炭素原子数1乃至5の飽和炭化水素基を表し、より好ましくは炭素原子数1乃至3の飽和炭化水素基を表す。
式(3)における4価の有機基であるAの好ましい具体例を下記の式(A−1)乃至式(A−8)に示す。下記(A−1)乃至式(A−8)で表される基の中でも、Aは特に式(A−1)又は(A−2)から選択される基であることが好ましい。
Figure 0005574122
上記式(3)中、Bは脂環式基又は脂肪族基に2つの結合手が結合した2価の有機基を表し、好ましくは下記式(3B1)又は式(3B2)で表される基である。
Figure 0005574122
式中のB1は環状飽和炭化水素基を表し、好ましくは炭素原子数が4乃至8の環状飽和炭化水素基を表し、より好ましくは炭素原子数が4乃至6の環状飽和炭化水素基を表し。B1基中に含まれる任意の水素原子はそれぞれ独立に脂肪族基で置換されていてもよい。
ここで該置換基である脂肪族基は、炭素原子数1乃至5の脂肪族基が好ましく、より好ましくは炭素原子数1乃至3の脂肪族基である。これら置換基が結合して環を形成する場合は、例えば、ノルボルネン基やアダマンタン基などの橋掛け環式炭化水素基、一部又は全部が水素化された縮合多環式炭化水素基となる。
またB2はフェニレン基を表す。
式中、R3は単結合、カルボニル基、エーテル基、スルホン酸基、炭素原子数1乃至8の飽和炭化水素基又はフッ素原子で置換された炭素原子数1乃至8の飽和炭化水素基を表し、好ましくは、単結合、カルボニル基、エーテル基、スルホン酸基、炭素原子数1乃至5の飽和炭化水素基又はフッ素原子で置換された炭素原子数1乃至5の飽和炭化水素基を表す。
4、R5はそれぞれ独立して単結合又は炭素原子数1乃至5のアルキレン基を表し、好ましくは単結合、炭素原子数1乃至3のアルキレン基を表す。
6、R7はそれぞれ独立して炭素原子数1乃至5のアルキレン基を表し、好ましくは炭素原子数1乃至3のアルキレン基を表す。
また、kは0又は1を表す。
式(3)における2価の有機基であるBの好ましい具体例を下記の式(B−1)乃至式(B−5)に示す。下記(B−1)乃至式(B−5)で表される基の中でも、Bは特に(B−1)乃至(B−4)から選択される基であることが好ましい。
Figure 0005574122
(A)成分のポリエステルは、式(3)で表される構造単位中、Aが式(3A1)乃至式(3A3)で表される基からなる群から選ばれる少なくとも一種の構造を含むことが好ましいが、式(3A1)乃至式(3A3)で表される基以外の構造を含んでいても良い。その際、ポリエステルの構造を形成するのであればその構造は特に限定されないが、下記式(3A4)乃至式(3A5)で表される基からなる群から選ばれる少なくとも一種の構造であることが好ましい。
Figure 0005574122
上記式中、R8、R9、R10はそれぞれ独立して単結合、カルボニル基、エーテル基、スルホン酸基、炭素原子数1乃至8の飽和炭化水素基又はフッ素原子で置換された炭素原子数1乃至8の飽和炭化水素基を表し、好ましくは単結合、カルボニル基、エーテル基、スルホン酸基、炭素原子数1乃至5の飽和炭化水素基又はフッ素原子で置換された炭素原子数1乃至5の飽和炭化水素基を表す。
特に、R8は単結合、カルボニル基、エーテル基、スルホン酸基、炭素原子数1乃至5の飽和炭化水素基又はフッ素原子で置換された炭素原子数1乃至5の飽和炭化水素基であることが好ましく、R9はエーテル基、炭素原子数1乃至5の飽和炭化水素基又はフッ素原子で置換された炭素原子数1乃至5の飽和炭化水素基であることが好ましく、そしてR10はカルボニル基、エーテル基、スルホン酸基、炭素原子数1乃至5の飽和炭化水素基又はフッ素原子で置換された炭素原子数1乃至5の飽和炭化水素基であることが好ましい。
またhは0又は1を表す。
前記式(3A4)乃至式(3A5)の好ましい具体例を下記の式(a1)乃至式(a7)に示す。
Figure 0005574122
本発明で用いられる(A)成分のポリエステルにおいて、上記式(3)で表される構造単位において、Aが前記式(3A1)乃至式(3A3)で表される基からなる群から選ばれる少なくとも一種の構造単位を少なくとも60モル%以上を含むことが好ましい。
(A)成分のポリエステルの重量平均分子量は、好ましくは1,000乃至30,000であり、より好ましくは1,500乃至10,000である。(A)成分のポリエステルの重量平均分子量が前記範囲より小さい場合、配向性及び溶剤耐性が低下する傾向にあり、前記範囲を超えると平坦化性が低下する場合がある。
<(A)成分の製造方法>
本発明において、(A)成分であるポリエステルは、例えば、テトラカルボン酸二無水物とジオール化合物とを重合させて得ることができる。より好ましくは、下記式(i)で表されるテトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物(以下、酸成分ともいう)と、下記式(ii)で表されるジオール化合物を含むジオール化合物(以下、ジオール成分ともいう)とを反応させて得られる。
Figure 0005574122
上記式中、A及びBは上述した式(3)における定義と同義であり、好ましい形態も上述したものと同じである。
前記(A)成分のポリエステルにおいて、テトラカルボン酸二無水物の合計量(酸成分の合計量)とジオール化合物の合計量(ジオール成分の合計量)の配合比、即ち〈ジオール化合物の合計モル数〉/〈テトラカルボン酸二無水物化合物の合計モル数〉は0.5乃至1.5であることが望ましい。通常の重縮合反応同様、このモル比が1に近いほど生成するポリエステルの重合度は大きくなり、分子量が増加する。
(A)成分のポリエステルは、保存安定性の低下を避けるため、その末端を酸無水物末端とすることが好ましい。
上記ポリエステルの末端は酸成分とジオール成分の配合比に依存して変化する。例えば、酸成分を過剰に反応させた場合、末端は酸無水物となりやすい。
また、ジオール成分を過剰に用いて重合した場合には、末端は水酸基になりやすい。この場合、該末端水酸基にカルボン酸無水物を反応させ、末端水酸基を酸無水物で封止することができる。このようなカルボン酸無水物の例としてはフタル酸無水物、トリメリット酸無水物、無水マレイン酸、ナフタル酸無水物、水素化フタル酸無水物、無水イタコン酸、テトラヒドロフタル酸無水物、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸無水物、4−メチル−1,2−シクロヘキサンジカルボン酸無水物、4−フェニル−1,2−シクロヘキサンジカルボン酸無水物、メチル−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物、テトラヒドロフタル酸無水物、メチルテトラヒドロフタル酸無水物、ビシクロ[2.2.2.]オクテン−2,3−ジカルボン酸無水物等を挙げることができる。
上記(A)成分のポリエステルの製造において、酸成分とジオール成分との反応温度は50乃至200℃、好ましくは80乃至170℃の任意の温度を選択することができる。例えば、反応温度は100℃乃至140℃、反応時間2乃至48時間でポリエステルを得ることが出来る。
また、末端水酸基を酸無水物で保護する場合の反応温度は50乃至200℃、好ましくは80乃至170℃の任意の温度を選択することができる。
上記酸成分とジオール成分との反応は、通常、溶剤中で行なわれる。その際に使用できる溶剤としては、水酸基やアミノ基等、酸無水物と反応する官能基を含有しないものなら特に限定されない。例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、N−ビニルピロリドン、N−メチルカプロラクタム、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ジメチルスルホン、ヘキサメチルスルホキシド、m−クレゾール、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン、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プロピルエーテルアセテート、3−メトキシプロピオン酸メチル、2−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、2−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、2−エトキシプロピオン酸エチル等を挙げることができる。
これらの溶媒は単独でも、混合して使用しても良いが、安全性、カラーフィルタのオーバーコート剤のラインへの適用性の点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がより好ましい。
さらに、ポリエステルを溶解しない溶剤であっても、重合反応により生成したポリエステルが析出しない範囲で、上記溶剤に混合して使用してもよい。
また上記酸成分(式(i))とジオール成分(式(ii))との反応の際には、触媒を用いることもできる。
ポリエステルの重合時に用いる触媒の具体例としては、ベンジルトリメチルアンモニウムクロリド、ベンジルトリメチルアンモニウムブロミド、ベンジルトリエチルアンモニウムクロリド、ベンジルトリエチルアンモニウムブロミド、ベンジルトリプロピルアンモニウムクロリド、ベンジルトリプロピルアンモニウムブロミド、テトラメチルアンモニウムクロリド、テトラエチルアンモニウムブロミド、テトラプロピルアンモニウムクロリド、テトラプロピルアンモニウムブロミド等の四級アンモニウム塩、テトラフェニルホスホニウムクロリド、テトラフェニルホスホニウムブロミド、ベンジルトリフェニルホスホニウムクロリド、ベンジルトリフェニルホスホニウムブロミド、エチルトリフェニルホスホニウムクロリド、エチルトリフェニルホスホニウムブロミド等の4級ホスホニウム塩を挙げることができる。
このようにして得られた(A)成分のポリエステルを含む溶液は、熱硬化膜形成用ポリエステル組成物の調製にそのまま用いることができる。また、得られたポリエステルを水、メタノール、エタノール、ジエチルエーテル、ヘキサン等の貧溶剤に沈殿単離させて回収した後、用いることもできる。
<(B)成分>
本発明の(B)成分は架橋剤である。架橋剤としては、エポキシ化合物やメチロール化合物等の化合物が挙げられるが、好ましくはエポキシ基を2個以上有するエポキシ化合物である。
こうした化合物の例としては、トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアヌレート、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,2−エポキシ−4−(エポキシエチル)シクロヘキサン、グリセロールトリグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、2,6−ジグリシジルフェニルグリシジルエーテル、1,1,3−トリス[p−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル]プロパン、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸ジグリシジルエステル、4,4’−メチレンビス(N,N−ジグリシジルアニリン)、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、トリメチロールエタントリグリシジルエーテル及びビスフェノール−A−ジグリシジルエーテル、及びペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル等を挙げることができる。
また、入手が容易である点から市販品の化合物を用いてもよい。以下にその具体例(商品名)を挙げるが、これらに限定されるものではない:YH−434、YH434L(東都化成(株)製)等のアミノ基を有するエポキシ樹脂;エポリードGT−401、同GT−403、同GT−301、同GT−302、セロキサイド2021、セロキサイド3000、セロキサイドP−2021(ダイセル化学工業(株)製)等のシクロヘキセンオキサイド構造を有するエポキシ樹脂;エピコート1001、同1002、同1003、同1004、同1007、同1009、同1010、同828(以上、油化シェルエポキシ(株)(現ジャパンエポキシレジン(株))製)等のビスフェノールA型エポキシ樹脂;エピコート807(油化シェルエポキシ(株)(現ジャパンエポキシレジン(株))製)等のビスフェノールF型エポキシ樹脂;エピコート152、同154(以上、油化シェルエポキシ(株)(現ジャパンエポキシレジン(株))製)、EPPN201、同202(以上、日本化薬(株)製)等のフェノールノボラック型エポキシ樹脂;EOCN−102、EOCN−103S、EOCN−104S、EOCN−1020、EOCN−1025、EOCN−1027(以上、日本化薬(株)製)、エピコート180S75(油化シェルエポキシ(株)(現ジャパンエポキシレジン(株))製)等のクレゾールノボラック型エポキシ樹脂;デナコールEX−252(ナガセケムテックス(株)製)、CY175、CY177、CY179、アラルダイトCY−182、同CY−192、同CY−184(以上、CIBA−GEIGY A.G製)、エピクロン200、同400(以上、DIC(株)製)、エピコート871、同872(以上、油化シェルエポキシ(株)(現ジャパンエポキシレジン(株))製)、ED−5661、ED−5662(以上、セラニーズコーティング(株)製)等の脂環式エポキシ樹脂;デナコールEX−611、同EX−612、同EX−614、同EX−622、同EX−411、同EX−512、同EX−522、同EX−421、同EX−313、同EX−314、同EX−321(ナガセケムテックス(株)製)等の脂肪族ポリグリシジルエーテル等である。
また、少なくとも二つのエポキシ基を有する化合物としてはエポキシ基を有するポリマーを使用することができる。そのようなポリマーとしては、エポキシ基を有するものであれば特に制限なく使用することができる。
上記エポキシ基を有するポリマーは、例えばエポキシ基を有する付加重合性モノマーを用いた付加重合により製造することができる。一例として、ポリグリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレートとエチルメタクリレートの共重合体、グリシジルメタクリレートとスチレンと2−ヒドロキシエチルメタクリレートの共重合体等の付加重合ポリマーや、エポキシノボラック等の縮重合ポリマーを挙げることができる。
或いは、上記エポキシ基を有するポリマーは、水酸基を有する高分子化合物とエピクロルヒドリン、グリシジルトシレート等のエポキシ基を有する化合物との反応により製造することもできる。
このようなポリマーの重量平均分子量としては、例えば、300乃至200,000である。
これらのエポキシ基を2個以上有するエポキシ化合物は、単独または2種以上の組み合わせで使用することができる。
本発明の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物における(B)成分の架橋剤の含有量は、(A)成分のポリエステル100質量部に基づいて3乃至50質量部であることが好ましく、より好ましくは5乃至40質量部であり、特に好ましくは10乃至30質量部である。この割合が過小である場合には、熱硬化膜形成用ポリエステル組成物から得られる硬化膜の溶剤耐性や耐熱性が低下し、他方、過大である場合には溶剤耐性が低下したり保存安定性が低下することがある。
<(C)成分>
(C)成分は、下記式(1)で表されるジエステル化合物である。本発明において、(C)成分のジエステル化合物としては、式(1)で表される化合物を一種のみならず、複数種を用いることができる。
Figure 0005574122
式中、Pは脂環式基、脂環式基と脂肪族基からなる基又は式(2)で表される構造を表し、Qは脂環式基又は脂環式基と脂肪族基からなる基を表し、P及びQはそれぞれ、基中の任意の水素原子が脂肪族基で置換されていてもよい。
また式(2)中、Rはアルキレン基を表し、好ましくはRは炭素原子数1乃至6のアルキレン基を表し、より好ましくは炭素原子数1乃至5のアルキレン基を表し、さらに好ましくは炭素原子数1乃至3のアルキレン基を表す。
上記式中、Pの好ましい構造は上記式(2)又は下記式(1P1)で表される。
Figure 0005574122
式中、P1は環状飽和炭化水素基を表し、好ましくは炭素原子数4乃至8の環状飽和炭化水素基を表し、より好ましくは炭素原子数が4乃至6の環状飽和炭化水素基を表す。基P1中の任意の水素原子はそれぞれ独立に脂肪族基で置換されていてもよい。
該置換基である脂肪族基は、炭素原子数が1乃至5の脂肪族基が好ましく、より好ましくは炭素原子数が1乃至3の脂肪族基である。
上記式中、R11は単結合、カルボニル基、エーテル基、スルホン酸基、炭素原子数1乃至8の飽和炭化水素基又はフッ素原子で置換された炭素原子数1乃至8の飽和炭化水素基を表し、好ましくは単結合、カルボニル基、エーテル基、スルホン酸基、炭素原子数1乃至5の飽和炭化水素基又はフッ素原子で置換された炭素原子数1乃至5の飽和炭化水素基を表す。
12、R13はそれぞれ独立して単結合又は炭素原子数1乃至5のアルキレン基を表し、好ましくは単結合、炭素原子数1乃至3のアルキレン基を表す。
またhは0又は1を表す。
上記式(1)におけるPの好ましい具体例を下記の式(P−1)乃至式(P−5)に示す。
Figure 0005574122
上記式()中、Qは脂環式基又は脂環式基と脂肪族基からなる基を表し、好ましくは下記式(1Q1)で表される基である。
Figure 0005574122
式中、Q1は炭素原子数が4乃至8のシクロアルキレン基又はシクロアルケニレン基を表し、好ましくは炭素原子数が4乃至6のシクロアルキレン基又はシクロアルケニレン基を表す。基Q1中の任意の水素原子は脂肪族基で置換されていてもよい。
該置換基である脂肪族基は、炭素原子数が1乃至5の脂肪族基が好ましく、より好ましくは炭素原子数が1乃至3の脂肪族基である。
またXは単結合又は炭素原子数が1乃至3のアルキレン基を表す。
好ましいQ1の具体例としては、シクロブタン基、メチルシクロブタン基、ジメチルシクロブタン基、シクロペンチル基、シクロヘキシレン基、メチルシクロヘキシレン基、テトラヒドロフタロイル基、又はメチルテトラヒドロフタロイル基等を挙げることができる。
本発明の(C)成分であるジエステル化合物は、下記式(iii)で表されるジオール1モルと式(iv)で表されるジカルボン酸無水物1.7乃至2モル、好ましくは1.8乃至2モルとを反応させて得られる。
Figure 0005574122
上記式(iii)及び式(iv)において、Pは脂環式基、脂環式基と脂肪族基からなる基又は式(2)で表される構造を表し、Qは脂環式基又は脂環式基と脂肪族基からなる基を表し、式(2)中、Rはアルキレン基を表す。なお、P、Q及びRは上述した式(1)及び式(2)の定義と同意義であり、好ましい形態も上述したものと同じである。
本発明において、上記式(iii)で表されるジオール化合物と式(iv)で表されるジカルボン酸無水物は、それぞれ一種類のみの使用でも良いし、複数種を用いても良い。
上記式(iii)で表されるジオール化合物の具体例としては、例えば、水素化ビスフェノールA、4,4’−ビシクロヘキサノール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,3−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジメタノール、p−キシレングリコール、m−キシレングリコール等を挙げることができる。
(C)成分は、下記式(1−a)で表される多価エステル化合物であってもよい。本発明において、該多価エステル化合物としては、式(1−a)で表される化合物を一種のみならず、複数種を用いることができる。
Figure 0005574122
式中、Paは酸素原子若しくは窒素原子で中断されていても良い脂環式基若しくは脂肪族アルキル基、又は式(2−a)で表される構造を表し、Qaは脂環式基を表し、tは1乃至5の整数を表し、Pa及びQaはそれぞれ、基中の任意の水素原子が脂肪族基で置換されていてもよい。また、式(2−a)中、Raはアルキレン基を表し、好ましくはRaは炭素原子数1乃至6のアルキレン基を表し、より好ましくは炭素原子数1乃至5のアルキレン基を表し、さらに好ましくは炭素原子数1乃至3のアルキレン基を表す。
前記多価エステル化合物は、下記式(iii−a)で表される多価アルコール化合物と式(iv−a)で表されるジカルボン酸無水物とを反応させて得られる。
Figure 0005574122
上記式(iii−a)及び式(iv−a)において、Paは酸素原子若しくは窒素原子で中断されていても良い脂環式基若しくは脂肪族アルキル基、又は式(2−a)で表される構造を表し、tは1乃至5の整数を表し、Qaは脂環式基を表し、式(2−a)中、Raはアルキレン基を表す。なお、Pa、Qa及びRaは上述した式(1−a)及び式(2−a)の定義と同意義であり、好ましい形態も上述したものと同じである。
本発明において、上記式(iii−a)で表される多価アルコール化合物と式(iv−a)で表されるジカルボン酸無水物は、それぞれ一種類のみの使用でも良いし、複数種を用いても良い。
上記式(iii−a)で表される多価アルコール化合物の例としては、1,3,5−シクロヘキサントリオールやペンタエリスリトール等の化合物を挙げることができる。
上記式(iii−a)で表される多価アルコール化合物の具体例を下記に示す(下記式(iii−a−1)乃至式(iii−a−10)で表される化合物を参照のこと)
Figure 0005574122
上記式(iv)で表されるジカルボン酸無水物の具体例としては、例えば、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸無水物、4−メチル−1,2−シクロヘキサンジカルボン酸無水物、テトラヒドロフタル酸無水物、メチルテトラヒドロフタル酸無水物、ヘキサヒドロフタル酸無水物等を挙げることができる。
上記(C)成分のジエステル化合物(又は多価エステル化合物)の製造において、ジオール化合物(又は多価アルコール化合物)とジカルボン酸無水物との反応温度は50乃至200℃、好ましくは80乃至170℃の任意の温度を選択することができる。例えば、反応温度は100℃乃至140℃、反応時間2乃至48時間でジエステル化合物(又は多価エステル化合物)を得ることが出来る。
上記ジオール化合物(又は多価アルコール化合物)とジカルボン酸無水物との反応は、通常、溶剤中で行なわれる。その際に使用できる溶剤としては、水酸基やアミノ基等、酸無水物と反応する官能基を含有しないものなら特に限定されない。例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、N−ビニルピロリドン、N−メチルカプロラクタム、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ジメチルスルホン、ヘキサメチルスルホキシド、m−クレゾール、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン、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プロピルエーテルアセテート、3−メトキシプロピオン酸メチル、2−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、2−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、2−エトキシプロピオン酸エチル等を挙げることができる。
これらの溶媒は単独でも、混合して使用しても良いが、安全性、カラーフィルタのオーバーコート剤のラインへの適用性の点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がより好ましい。
さらに、ジエステル化合物を溶解しない溶剤であっても、重合反応により生成したジエステル化合物が析出しない範囲で、該溶剤を上記溶剤に混合して使用してもよい。
また上記ジオール化合物(式(iii))(又は多価アルコール化合物(式(iii−a)))とジカルボン酸無水物(式(iv)又は式(iv−a))との反応の際には、触媒を用いることもできる。
その際用いる触媒の具体例としては、ベンジルトリメチルアンモニウムクロリド、ベンジルトリメチルアンモニウムブロミド、ベンジルトリエチルアンモニウムクロリド、ベンジルトリエチルアンモニウムブロミド、ベンジルトリプロピルアンモニウムクロリド、ベンジルトリプロピルアンモニウムブロミド、テトラメチルアンモニウムクロリド、テトラエチルアンモニウムブロミド、テトラプロピルアンモニウムクロリド、テトラプロピルアンモニウムブロミド等の四級アンモニウム塩、テトラフェニルホスホニウムクロリド、テトラフェニルホスホニウムブロミド、ベンジルトリフェニルホスホニウムクロリド、ベンジルトリフェニルホスホニウムブロミド、エチルトリフェニルホスホニウムクロリド、エチルトリフェニルホスホニウムブロミド等の4級ホスホニウム塩を挙げることができる。
本発明の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物における(C)成分の含有量は、(A)成分のポリエステル100質量部に基づいて1乃至100質量部であることが好ましく、より好ましくは5乃至60質量部である。この割合が過小である場合には、熱硬化膜形成用ポリエステル組成物から得られる硬化膜の配向性が低下したり平坦化性が低下し、他方、過大である場合には透過率が低下することがある。
<(D)成分>
本発明においては(D)成分として酸化防止剤を含有しても良い。この(D)成分は、本発明の熱硬化膜形成後のプロセスで想定される高温焼成による膜の変色を防ぐことにおいて有効である。
(D)成分の酸化防止剤としては特にフェノール化合物が好ましく、その具体例として、2,6−ジ−t−ブチル−4−クレゾール、2,6−ジ−t−ブチル−フェノール、2,4,6−トリス(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシベンジル)メシチレン、ペンタエリスリトールテトラキス[3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、アセトンビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)メルカプトール、4,4’−メチレンビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノール)、3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸メチル、4,4’−チオジ(2,6−ジ−t−ブチルフェノール)、トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)イソシアヌル酸、ビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)スルフィド等が挙げられる。
これらの酸化防止剤であるフェノール化合物は特に上記のものに限定されるものではない。またこれらは、単独又は2種以上の成分を併用することが可能である。
これらの酸化防止剤のうち2,6−ジ−t−ブチル−4−クレゾール、2,4,6−トリス(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシベンジル)メシチレン、4,4’−メチレンビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノール)等が配向性を低下させず耐熱性も高い点で特に好ましい。
本発明において(D)成分の酸化防止剤であるフェノール化合物の使用割合は、(A)成分のポリエステル100質量部に対して0.01乃至5質量部であることが好ましく、より好ましくは0.1乃至3質量部である。この割合が過小である場合には、酸化防止剤としての効果を充分に得られない場合があり、過大である場合には配向性が低下したり塗膜が荒れたりすることがある。
<(E)成分>
本発明においては(E)成分としてシランカップリング剤を含有しても良い。
(E)成分であるシランカップリング剤は、重合性液晶からなる位相差材との密着性を向上させることにおいて有効である。
このようなシランカップリング剤の具体例としては、トリメチルクロロシラン、ジメチルビニルクロロシラン、メチルジフェニルクロロシラン、クロロメチルジメチルクロロシラン等のクロロシラン類;トリメチルメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、ジメチルビニルエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のアルコキシシラン類;ヘキサメチルジシラザン、N,N’−ビス(トリメチルシリル)ウレア、ジメチルトリメチルシリルアミン、トリメチルシリルイミダゾール等のシラザン類、ビニルトリクロロシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシ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エトキシシラン、γ−(N−ピペリジニル)プロピルトリエトキシシラン等のシラン類;ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、インダゾール、イミダゾール、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、2−メルカプトベンゾオキサゾール、ウラゾール、チオウラシル、メルカプトイミダゾール、メルカプトピリミジン等の複素環状化合物や、1,1−ジメチルウレア、1,3−ジメチルウレア等の尿素、またはチオ尿素化合物を挙げることができ、これらシランカップリング剤のうち1種又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。
これらのシランカップリング剤のうちγ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランが重合性液晶からなる位相差材との密着力、保存安定性の点から特に好ましい。
上記のシランカップリング剤は、例えば、信越化学工業(株)製、MOMENTIVE製や東レ・ダウコーニング(株)製等の市販品の化合物を用いることもでき、これらの市販品は容易に入手可能である。
これらのシランカップリング剤の添加量は、(A)成分の100質量部に対して、通常、0.5〜30質量部、より好ましくは0.8〜20質量部である。20質量部以上用いると塗膜の溶剤耐性が低下する場合があり、また、0.5質量部未満ではシランカップリング剤の十分な効果が得られない場合がある。
<(F)成分>
本発明においては(F)成分としてビスマレイミド化合物を含有しても良い。(F)成分であるビスマレイミド化合物は、平坦化性を更に向上させることにおいて有効であり、例えば下記式(4)で表される化合物を挙げることができる。これらのビスマレイミド化合物は特に上記のものに限定されるものではない。これらは、単独又は2種以上の成分を併用することが可能である。
Figure 0005574122
上記式中、Yは、脂肪族基、環式構造を含む脂肪族基及び芳香族基からなる群から選ばれる有機基又はそれらの群から選ばれる複数の有機基の組み合わせからなる有機基である。そして、Yには、エステル結合、エーテル結合、アミド結合、ウレタン結合等の結合を含んでいても良い。
上記式(4)で表されるビスマレイミド化合物としては、例えば、N,N’−3,3−ジフェニルメタンビスマレイミド、N,N’−(3,3−ジエチル−5,5−ジメチル)−4,4−ジフェニル−メタンビスマレイミド、N,N’−4,4−ジフェニルメタンビスマレイミド、3,3−ジフェニルスルホンビスマレイミド、4,4−ジフェニルスルホンビスマレイミド、N,N’−p−ベンゾフェノンビスマレイミド、N,N’−ジフェニルエタンビスマレイミド、N,N’−ジフェニルエーテルビスマレイミド、N,N’−(メチレンジ−ジテトラヒドロフェニル)ビスマレイミド、N,N’−(3−エチル)−4,4−ジフェニルメタンビスマレイミド、N,N’−(3、3−ジメチル)−4,4−ジフェニルメタンビスマレイミド、N,N’−(3,3−ジエチル)−4,4−ジフェニルメタンビスマレイミド、N,N’−(3,3−ジクロロ)−4,4−ジフェニルメタンビスマレイミド、N,N’−イソホロンビスマレイミド、N,N’−トリジンビスマレイミド、N,N’−ジフェニルプロパンビスマレイミド、N,N’−ナフタレンビスマレイミド、N,N’−m−フェニレンビスマレイミド、N,N’−5−メトキシ−1,3−フェニレンビスマレイミド、2,2−ビス(4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル)プロパン、2,2−ビス(3−クロロ−4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル)プロパン、2,2−ビス(3−ブロモ−4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル)プロパン、2,2−ビス(3−エチル−4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル)プロパン、2,2−ビス(3−プロピル−4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル)プロパン、2,2−ビス(3−イソプロピル−4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル)プロパン、2,2−ビス(3−ブチル−4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル)プロパン、2,2−ビス(3−メトキシ−4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル)プロパン、1,1−ビス(4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル)エタン、1,1−ビス(3−メチル−4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル)エタン、1,1−ビス(3−クロロ−4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル)エタン、1,1−ビス(3−ブロモ−4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル)エタン、3,3−ビス(4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル)ペンタン、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2,2−ビス(4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル)プロパン、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2,2−ビス(3,5−ジメチル−4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル)プロパン、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2,2−ビス(3,5−ジブロモ−4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル)プロパン、N,N’−エチレンジマレイミド、N,N’−ヘキサメチレンビスマレイミド、N,N’−ドデカメチレンビスマレイミド、N,N’−m−キシレンビスマレイミド、N,N’−p−キシレンビスマレイミド、N,N’−1,3−ビスメチレンシクロヘキサンビスマレイミド、N,N’−2,4−トリレンビスマレイミド、N,N’−2,6−トリレンビスマレイミド等が挙げられるが、特に上記のものに限定されるものではない。これらは、単独又は2種以上の成分を併用することが可能である。
これらのビスマレイミドのうち2,2−ビス(4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル)プロパン、N,N’−4,4−ジフェニルメタンビスマレイミド、N,N’−(3,3−ジエチル−5,5−ジメチル)−4,4−ジフェニル−メタンビスマレイミド等の芳香族ビスマレイミドが好ましい。
また、これらの芳香族ビスマレイミドのうち、より高い平坦化性を得るためには分子量1,000以下のものが好ましい。
本発明において(F)成分のビスマレイミド化合物の使用割合は、(A)成分のポリエステル100質量部に対して0.5乃至50質量部であることが好ましく、より好ましくは1乃至30質量部であり、特に好ましくは2乃至20質量部である。この割合が過小である場合には、熱硬化膜形成用ポリエステル組成物から得られる硬化膜の平坦化性を向上させる効果が得られ難い場合があり、過大である場合には硬化膜の透過率が低下したり塗膜が荒れたりすることがある。
<溶剤>
本発明の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物は、溶剤に溶解し、溶液状態で用いられることが多い。その際に用いられる溶剤は、(A)成分乃至(C)成分、必要に応じて(D)成分乃至(F)成分、及び/又は、後述するその他添加剤を溶解するものであり、斯様な溶解能を有する溶剤であれば、その種類及び構造などは特に限定されるものでない。
斯様な溶剤としては、(A)成分の重合に用いた溶剤や下記の溶剤を挙げることができる。例えば、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、ブチルセルソルブ、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プロピルエーテル、乳酸エチル、乳酸ブチル、シクロヘキサノール、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、等が挙げられる。
これらの溶剤は、一種単独で、又は二種以上の組合せで使用することができる。
<その他添加剤>
更に、本発明の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、必要に応じて、界面活性剤、レオロジー調整剤、等の接着補助剤、顔料、染料、保存安定剤、消泡剤、多価フェノールや多価カルボン酸等の溶解促進剤等を含有することができる。
<熱硬化膜形成用ポリエステル組成物>
本発明の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物は、(A)成分のポリエステル、(B)成分の架橋剤、(C)成分のジエステル(又は多価エステル)を含有し、所望により(D)成分の酸化防止剤(フェノール化合物)、(E)成分のシランカップリング剤、(F)成分のビスマレイミド化合物、更にその他添加剤のうち一種以上を含有することができる組成物である。そして、通常は、それらが溶剤に溶解した溶液として用いられることが多い。
中でも、本発明の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物の好ましい例は、以下のとおりである。
[1]:(A)成分100質量部に基づいて、3乃至50質量部の(B)成分、1乃至100質量部の(C)成分を含有する熱硬化膜形成用ポリエステル組成物。
[2]:(A)成分100質量部に基づいて、3乃至50質量部の(B)成分、1乃至100質量部の(C)成分、溶剤を含有する熱硬化膜形成用ポリエステル組成物。
[3]:(A)成分100質量部に基づいて、3乃至50質量部の(B)成分、1乃至100質量部の(C)成分、0.01乃至5質量部の(D)成分、0.5乃至30質量部の(E)成分、0.5乃至50質量部の(F)成分を含有する熱硬化膜形成用ポリエステル組成物。
[4]:(A)成分100質量部に基づいて、3乃至50質量部の(B)成分、3乃至50質量部の(C)成分、0.01乃至5質量部の(D)成分、0.5乃至30質量部の(E)成分、0.5乃至50質量部の(F)成分、溶剤を含有する熱硬化膜形成用ポリエステル組成物。
本発明の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物を溶液として用いる場合の配合割合、調製方法等を以下に詳述する。
本発明の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物における固形分の割合は、各成分が均一に溶剤に溶解している限り、特に限定されるものではないが、1乃至80質量%であり、好ましくは5乃至60質量%であり、より好ましくは10乃至50質量%である。ここで、固形分とは、熱硬化膜形成用ポリエステル組成物の全成分から溶剤を除いたものをいう。
本発明の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物の調製方法は、特に限定されないが、その調製法としては、例えば、(A)成分を溶剤に溶解し、この溶液に(B)成分、(C)成分、さらには(D)成分、(E)成分、(F)成分を所定の割合で混合し、均一な溶液とする方法、或いは、この調製法の適当な段階において、必要に応じてその他添加剤を更に添加して混合する方法が挙げられる。
本発明の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物の調製にあたっては、溶剤中における重合反応によって得られるポリエステルの溶液をそのまま使用することができる。この場合、この(A)成分の溶液に前記と同様に(B)成分、(C)成分、(D)成分、(E)成分、(F)成分などを入れて均一な溶液とする際に、濃度調整を目的としてさらに溶剤を追加投入してもよい。このとき、ポリエステルの生成過程で用いられる溶剤と、熱硬化膜形成用ポリエステル組成物の調製時に濃度調整のために用いられる溶剤とは同一であってもよいし、異なってもよい。
而して、調製された熱硬化膜形成用ポリエステル組成物の溶液は、孔径が0.2μm程度のフィルタなどを用いて濾過した後、使用することが好ましい。
<塗膜、硬化膜及び液晶配向層>
本発明の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物を基板(例えば、シリコン/二酸化シリコン被覆基板、シリコンナイトライド基板、金属、例えば、アルミニウム、モリブデン、クロムなどが被覆された基板、ガラス基板、石英基板、ITO基板等)やフィルム(例えば、トリアセチルセルロースフィルム、ポリエステルフィルム、アクリルフィルム等の樹脂フィルム)等の上に、回転塗布、流し塗布、ロール塗布、スリット塗布、スリットに続いた回転塗布、インクジェット塗布、印刷などによって塗布し、その後、ホットプレート又はオーブン等で予備乾燥(プリベーク)することにより、塗膜を形成することができる。その後、この塗膜を加熱処理することにより、被膜が形成される。
この加熱処理の条件としては、例えば、温度70℃乃至160℃、時間0.3乃至60分間の範囲の中から適宜選択された加熱温度及び加熱時間が採用される。加熱温度及び加熱時間は、好ましくは80℃乃至140℃、0.5乃至10分間である。
また、熱硬化膜形成用ポリエステル組成物から形成される被膜の膜厚は、例えば0.1乃至30μmであり、使用する基板の段差や光学的、電気的性質を考慮し適宜選択することができる。
ポストベークとしては、一般に、温度140℃乃至250℃の範囲の中から選択された加熱温度にて、ホットプレート上の場合には5乃至30分間、オーブン中の場合には30乃至90分間処理するという方法が採られる。
上記のような条件のもとで、本発明の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物を硬化させることにより、基板の段差を充分に平坦化でき、高透明性を有する硬化膜を形成することができる。
このようにして形成した硬化膜はラビング処理を行うことで液晶配向層、即ち、液晶性を有する化合物を配向させる層として機能させることができる。
ラビング処理の条件としては、一般に回転速度300乃至1000rpm、送り速度3乃至200mm/秒、押し込み量0.1乃至1mmという条件が用いられる。
その後、純水等を用いて超音波洗浄によりラビングにより生じた残渣が除去される。
このようにして形成された液晶配向層上に、位相差材料を塗布した後、位相差材料を液晶状態として光硬化させ、光学異方性を有する層を形成することができる。
位相差材料としては、例えば、重合性基を有する液晶モノマーやそれを含有する組成物等が用いられる。
また、上記のようにして形成された液晶配向層を有する2枚の基板を、スペーサーを介して液晶配向層が向かい合うように張り合わせた後、それらの基板の間に、液晶を注入して、液晶が配向した液晶表示素子とすることができる。
さらに、液晶配向層を形成する基材をフィルムとした場合は、光学異方性フィルムとして有用な材料となる。
以上の通り、本発明の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物は、各種光学異方性フィルム、液晶表示素子に好適に用いることができる。
また、本発明の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物は少なくとも必要な水準の平坦化性を有するため、薄膜トランジスタ(TFT)型液晶表示素子、有機EL素子等の各種ディスプレイにおける保護膜、平坦化膜、絶縁膜等の硬化膜を形成する材料としても有用であり、特に、カラーフィルタのオーバーコート材、TFT型液晶素子の層間絶縁膜、有機EL素子の絶縁膜等を形成する材料としても好適である。
以下、実施例を挙げて、本発明を更に詳しく説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものでない。
[実施例で用いる略記号]
以下の実施例で用いる略記号の意味は、次のとおりである。
<ポリエステルおよびジエステル化合物 原料>
HBPDA:3,3’−4,4’−ビシクロヘキシルテトラカルボン酸二無水物
BPDA:ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
BPADA:4,4’−(4,4’−イソプロピリデンジフェノキシ)ビスフタル酸無水物
HPA:ヘキサヒドロフタル酸無水物
CHDO:1,4−シクロヘキサンジオール
CHTO:1,3,5−シクロヘキサントリオール
PE:ペンタエリスリトール
HBPA:水素化ビスフェノールA
THPA:1,2,5,6−テトラヒドロフタル酸無水物
<ポリエステルおよびジエステル化合物 重合触媒>
BTEAC:ベンジルトリエチルアンモニウムクロリド
<ポリイミド前駆体原料>
CBDA:シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物
pDA:p−フェニレンジアミン
<アクリル共重合体原料>
MAA:メタクリル酸
MMA:メチルメタクリレート
HEMA:2−ヒドロキシエチルメタクリレート
CHMI:N−シクロヘキシルマレイミド
AIBN:アゾビスイソブチロニトリル
<エポキシ化合物>
CEL:ダイセル化学工業(株)製セロキサイドP−2021(製品名)(化合物名:3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート)
<酸化防止剤>
TBHBM:2,4,6−トリス(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシベンジル)メシチレン
MBP:4,4’−メチレンビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノール)
<シランカップリング剤>
MPS:γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン
<ビスマレイミド化合物>
BMI1:N,N’−(3,3−ジエチル−5,5−ジメチル)−4,4−ジフェニル−メタンビスマレイミド
<溶剤>
PGMEA:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
PGME:プロピレングリコールモノメチルエーテル
NMP:N−メチルピロリドン
以下の合成例に従い得られるポリエステル、ポリイミド前駆体及びアクリル共重合体の数平均分子量及び重量平均分子量は、日本分光(株)製GPC装置(Shodex(登録商標)カラムKF803LおよびKF804L)を用い、溶出溶媒テトラヒドロフランを流量1ml/分でカラム中に(カラム温度40℃)流して溶離させるという条件で測定した。なお、下記の数平均分子量(以下、Mnと称す。)及び重量平均分子量(以下、Mwと称す。)は、ポリスチレン換算値にて表した。
<合成例1>
HBPDA 18.0g、BPDA 4.54g、HBPA 15.9g、THPA 2.01g、BTEAC 0.19gをPGMEA 95.1g中にて125℃で19時間反応させることにより、ポリエステル溶液(固形分濃度:30.0質量%)を得た(P1)。得られたポリエステルのMnは1,310、Mwは3,270であった。
<合成例2>
HBPDA 12.0g、HBPA 10.2g、THPA 0.95g、BTEAC 0.22gをPGMEA 54.48g中にて125℃で19時間反応させることにより、ポリエステル溶液(固形分濃度:30.0質量%)を得た(P2)。得られたポリエステルのMnは1,980、Mwは3,500であった。
<合成例3>
HBPDA 18.0g、BPADA 7.37g、HBPA 17.0g、THPA 2.15g、BTEAC 0.10gをPGMEA 104.2g中にて125℃で19時間反応させることにより、ポリエステル溶液(固形分濃度:30.0質量%)を得た(P3)。得られたポリエステルのMnは1,440、Mwは3,080であった。
<合成例4>
HBPA 16.82g(0.070mol)、THPA 20.85g(0.137mol)、BTEAC 0.096gをPGMEA 88.13g中にて130℃で16時間反応させることによりジエステル溶液(固形分濃度30.0質量%)を得た(A1)。
<合成例5>
CHDO 8.13g(0.070mol)、THPA 20.85g(0.137mol)、BTEAC 0.096gをPGMEA 67.86g中にて130℃で16時間反応させることによりジエステル溶液(固形分濃度30.0質量%)を得た(A2)。
<合成例6>
HBPA 16.82g(0.070mol)、HPA 21.13g(0.137mol)、BTEAC 0.096gをPGMEA 88.77g中にて130℃で16時間反応させることによりジエステル溶液(固形分濃度30.0質量%)を得た(A3)。
<合成例7>
CHTO 5.50g(0.042mol)、THPA 17.08g(0.112mol)、BTEAC 0.057gをPGMEA 52.83g中にて130℃で16時間反応させることにより多価エステル溶液(固形分濃度30.0質量%)を得た(A4)。
<合成例8>
PE 5.00g(0.037mol)、THPA 20.10g(0.132mol)、BTEAC 0.050gをPGMEA 58.69g中にて130℃で16時間反応させることにより多価エステル溶液(固形分濃度30.0質量%)を得た(A5)。
<合成例9>
CBDA 17.7g、pDA 10.2gをNMP 66.4g中にて23℃で24時間反応させることにより、ポリイミド前駆体溶液(固形分濃度:30.0質量%)を得た(P4)。得られたポリイミド前駆体のMnは5,800、Mwは12,500であった。
<合成例10>
モノマー成分として、MAA 10.9g、CHMI 35.3g、HEMA 25.5g、MMA 28.3gを使用し、ラジカル重合開始剤としてAIBN 5gを使用し、これらを溶剤PGMEA 150g中において温度60℃乃至100℃で重合反応させることにより、アクリル共重合体溶液(固形分濃度:40.0質量%)を得た(P5)。得られたアクリル共重合体の溶液のMnは3,800、Mwは6,700であった。
<実施例1乃至実施例9及び比較例1乃至比較例3>
表1に示す組成にて実施例1乃至実施例9及び比較例1乃至比較例3の各組成物を調製し、それぞれについて、該組成物より得られた硬化膜について夫々平坦化性、溶剤耐性、配向性、密着性、透明性及び耐熱性(透過率)に関する評価を行った。
Figure 0005574122
[平坦化性の評価]
実施例1乃至実施例9並びに比較例1乃至比較例3の各組成物を高さ1.0μm、ライン幅100μm、ライン間スペース40μmの段差基板(ガラス製)上にスピンコーターを用いて塗布した後、温度100℃で120秒間ホットプレート上においてプリベークを行い、膜厚2.5μmの塗膜を形成した。膜厚はFILMETRICS社製 F20を用いて測定した。この塗膜を温度230℃で30分間熱風循環式オーブン中で加熱することによりポストベークを行い、膜厚2.0μmの硬化膜を形成した。
段差基板ライン上の塗膜とスペース上の塗膜の膜厚差を測定し(図1参照)、平坦化率(DOP)=100×〔1−{塗膜の膜厚差(μm)/段差基板の高さ(1.0μm)}〕の式を用いて平坦化率を求めた。
なお平坦化膜と認められるには、少なくとも60%以上の平坦化率を有するものであることが望まれる。
[溶剤耐性の評価]
実施例1乃至実施例9並びに比較例1乃至比較例3の各組成物をシリコンウェハにスピンコーターを用いて塗布した後、温度100℃で120秒間ホットプレート上においてプリベークを行い、膜厚2.8μmの塗膜を形成した。膜厚はFILMETRICS社製 F20を用いて測定した。この塗膜を温度230℃で30分間熱風循環式オーブン中でポストベークを行い、膜厚2.5μmの硬化膜を形成した。
この硬化膜をPGMEA又はNMP中に60秒間浸漬させた後、それぞれ温度100℃にて60秒間乾燥し、膜厚を測定した。PGMEA又はNMP浸漬後の膜厚変化がないものを○、浸漬後に膜厚の減少が見られたものを×とした。
[配向性の評価]
実施例1乃至実施例9並びに比較例1乃至比較例3の各組成物をITO基板上にスピンコーターを用いて塗布した後、温度100℃で120秒間ホットプレート上においてプリベークを行い膜厚2.8μmの塗膜を形成した。膜厚はFILMETRICS社製 F20を用いて測定した。この膜を温度230℃で30分間熱風循環式オーブン中でポストベークを行い硬化膜を形成した。
この硬化膜を回転速度400rpm、送り速度30mm/秒、押し込み量0.4mmでラビング処理した。ラビング処理した基板を純水で5分間超音波洗浄した。
この基板上に液晶モノマーからなる位相差材料をスピンコーターを用いて塗布した後、80℃で60秒間ホットプレート上においてプリベークを行い膜厚1.4μmの塗膜を形成した。この基板を窒素雰囲気下1,000mJで露光した。作製した基板を偏向板に挟み、配向性を目視にて確認した。基板を45度に傾けた時と傾けない時で光の透過性が著しく変化するものを○、変化しないものを×とした。
[密着性の評価]
実施例1乃至実施例9並びに比較例1乃至比較例3の各組成物を石英基板上にスピンコーターを用いて塗布した後、温度100℃で120秒間ホットプレート上においてプリベークを行った後温度230℃で30分間熱風循環式オーブン中でポストベークを行い硬化膜を形成した。
この硬化膜を回転速度400rpm、送り速度30mm/秒、押し込み量0.4mmでラビング処理した。ラビング処理した基板を純水で5分間超音波洗浄した。
この基板上に液晶モノマーからなる位相差材料をスピンコーターを用いて塗布した後、80℃で60秒間、ホットプレート上においてプリベークを行い膜厚1.4μmの塗膜を形成した。この基板を窒素雰囲気下1,000mJで露光した。作製した塗膜に1mmX1mmの切り目を25個入れた後、粘着テープ剥離試験(使用テープ:セロテープ(登録商標))を行った。切れ目25個のうち全く剥がれのなかったものを○、1個でも剥がれたものを×とした。
[透明性(透過率)の評価]
実施例1乃至実施例9並びに比較例1乃至比較例3の各組成物を石英基板上にスピンコーターを用いて塗布した後、温度100℃で120秒間ホットプレート上においてプリベークを行い膜厚2.8μmの塗膜を形成した。膜厚はFILMETRICS社製 F20を用いて測定した。この塗膜を温度230℃で30分間熱風循環式オーブン中でポストベークを行い硬化膜を形成した。
この硬化膜を紫外線可視分光光度計((株)島津製作所製SHIMADSU UV−2550型番)を用いて波長400nm時の透過率を測定した。
[耐熱性(透過率)の評価]
上述の透明性を評価した硬化膜を、さらに温度230℃で3時間熱風循環式オーブン中で加熱し、その後紫外線可視分光光度計((株)島津製作所 SHIMADSU UV−2550型番)を用いて、波長400nm時の透過率を測定した。
[評価の結果]
以上の評価を行った結果を、次の表2に示す。
Figure 0005574122
実施例1乃至実施例9は、平坦化率、PGMEA、NMPのいずれに対しても耐性がみられた。またいずれも良好な配向性を示し、高温焼成後、更なる高温焼成後も高い透過率(透明性)を達成し、耐熱性も備えるとする結果となった。さらにいずれの実施例も位相差材との密着性が良好であった。
一方、比較例1は硬化膜が形成されなかった。
また、比較例2は、溶剤耐性、耐熱性、配向性は良好であったが、透明性に課題を残す結果となり、また、平坦化率が非常に低く、密着性に劣るとする結果となった。
そして比較例3は、平坦化率、溶剤耐性、透明性は良好とする結果が得られたが、配向性、密着性に劣るとする結果となった。
以上のように、本発明の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物は、硬化膜形成時にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのグリコール系溶剤の使用が可能であり、しかも得られた硬化膜は、優れた光透過性、溶剤耐性、耐熱性、平坦化性、密着性及び配向性のいずれの性能も良好な結果が得られた。
本発明による熱硬化膜形成用ポリエステル組成物は、光学異方性フィルムや液晶表示素子の液晶配向層として非常に有用であり、更に、薄膜トランジスタ(TFT)型液晶表示素子、有機EL素子等の各種ディスプレイにおける保護膜、平坦化膜、絶縁膜等の硬化膜を形成する材料、特に、TFT型液晶素子の層間絶縁膜、カラーフィルタの保護膜、有機EL素子の絶縁膜等を形成する材料としても好適である。
特開2000−103937号公報 特開2000−119472号公報 特開2005−037920号公報

Claims (9)

  1. (A)成分である下記式(3)で表される構造単位を含むポリエステル、
    (B)成分である架橋剤
    (C)成分である下記式(1)で表される少なくとも一種のジエステル化合物又は下記(iii−a−1)乃至(iii−a−10)で表される少なくとも一種の多価アルコール化合物と式(iv−a)で表される少なくとも一種のジカルボン酸無水物との反応生成物である少なくとも一種の多価エステル化合物、
    (D)成分として酸化防止剤であるフェノール化合物及び
    (E)成分としてシランカップリング剤を含有し、
    (A)成分の100質量部に基づいて、3乃至50質量部の(B)成分、1乃至100質量部の(C)成分、0.01乃至5質量部の(D)成分及び0.5乃至30質量部の(E)成分を含有する、
    熱硬化膜形成用ポリエステル組成物。
    Figure 0005574122
    (式中、Aは下記式(A−1)乃至式(A−8)で表される基から選ばれる少なくとも一種の基を表し、Bが下記式(B−1)乃至式(B−5)で表される基から選ばれる少なくとも一種の基を表す。)
    Figure 0005574122
    Figure 0005574122
    Figure 0005574122
    (式中、Pは下記式(P−1)乃至式(P−5)で表される少なくとも一種の構造を表し、Qは脂環式基又は脂環式基と脂肪族基からなる基を表す
    Figure 0005574122
    Figure 0005574122
    Figure 0005574122
    (式中、Qaは脂環式基を表す。)
  2. (C)成分が、下記式(iii)で表されるジオール化合物1モルと、下記式(iv)で表されるジカルボン酸無水物の1.7乃至2モルとを反応させたジエステル化合物である、請求項1に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物。
    Figure 0005574122
    (式中、P、Qは前述の定義と同意義である。)
  3. Qが下記式(1Q1)で表される基を表す、請求項又は請求項に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物。
    Figure 0005574122
    (式中、Qは炭素原子数4乃至8のシクロアルキレン基又はシクロアルケニレン基を表し、Q基中の任意の水素原子は脂肪族基で置換されていてもよい。Xは単結合又は炭素原子数1乃至3のアルキレン基を表す。)
  4. (A)成分が下記式(i)で表されるテトラカルボン酸二無水物と式(ii)で表されるジオール化合物とを反応させて得られるポリエステルである、請求項1乃至請求項のうちいずれか一項に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物。
    Figure 0005574122
    (式中、A、Bは前述の定義と同意義である。
  5. (A)成分であるポリエステルの重量平均分子量がポリスチレン換算で1,000乃至30,000である、請求項1乃至請求項のうちいずれか一項に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物。
  6. 更に、(F)成分としてビスマレイミド化合物を含有する、請求項1乃至請求項のうちいずれか一項に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物。
  7. (A)成分の100質量部に基づいて、0.5乃至50質量部の(F)成分を含有する、請求項に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物。
  8. 請求項1乃至請求項のうちいずれか一項に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物を用いて得られる硬化膜。
  9. 請求項1乃至請求項のうちいずれか一項に記載の熱硬化膜形成用ポリエステル組成物を用いて得られる液晶配向層。
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