JP5611531B2 - 加工顔料、顔料分散組成物、光硬化性組成物、カラーフィルタ、及びカラーフィルタの製造方法 - Google Patents

加工顔料、顔料分散組成物、光硬化性組成物、カラーフィルタ、及びカラーフィルタの製造方法 Download PDF

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本発明は、加工顔料、顔料分散組成物、光硬化性組成物、カラーフィルタ、及びカラーフィルタの製造方法に関する。より詳細には、本発明は、分散性及び分散安定性に優れ、塗料、印刷インキ、カラーフィルタ等の広い範囲で好適に使用し得る加工顔料、該加工顔料を分散してなる顔料分散組成物、該顔料分散組成物を含む光硬化性組成物、該光硬化性組成物により形成された着色領域を有するカラーフィルタ及びその製造方法に関する。
カラーフィルタは、有機顔料や無機顔料を分散させた顔料分散組成物と、多官能モノマー、重合開始剤、アルカリ可溶性樹脂及びその他の成分と、を含有させて光硬化性組成物とし、これを用いてフォトリソ法、インクジェット法などにより着色パターンを形成することで製造されている。
近年、カラーフィルタは、液晶表示素子(LCD)用途において、モニターのみならずテレビ(TV)へと用途が拡大する傾向にある。この用途拡大の傾向に伴い、カラーフィルタには、色度、コントラストなどにおいて高度の色特性が要求されるに至っている。また、イメージセンサ(固体撮像素子)用途のカラーフィルタにおいても、同様に色むらの低減、色分解能の向上など色特性の高いものが求められるようになっている。
上記のような要求に対して、光硬化性組成物に含有される顔料を、より微細な状態で分散させること(良好な分散性)、安定な状態で分散させること(良好な分散安定性)が求められている。顔料の分散性が不充分である場合には、フォトリソ法で形成された着色画素にフリンジ(エッジ部のギザギザ)や表面凹凸が生じたり、また、基板上の現像残り(残渣)が多く発生したりすることに起因して、製造されたカラーフィルタの色度や寸法精度が低下したり、コントラストが著しく劣化したりするという問題がある。また、顔料の分散安定性が不充分である場合には、カラーフィルタの製造の各工程において、種々の問題が生じ易い。特に、光硬化性組成物の塗布工程において塗膜の膜厚の均一性が低下したり、露光工程において感度が低下したり、現像工程においてアルカリ溶解性が低下したりするという問題が生じ易い。さらに、顔料の分散安定性が悪い場合には、時間の経過に伴い、光硬化性組成物中の構成成分が凝集を起こして粘度が上昇し、ポットライフが極めて短くなるという問題もある。カラーフィルタのコントラスト等の色特性の向上には、顔料の粒子径を微細化することが有効であるが、顔料の粒子径を微細化すると顔料粒子の表面積が大きくなるため、顔料粒子間の凝集力が強くなり、高度なレベルで顔料の分散性と分散安定性を両立することは、困難であることが多い。
顔料粒子の微細化と分散性向上に関しては、以下のことが知られている。
一般に、顔料の1次粒子の微細化は、顔料、水溶性の無機塩、該無機塩を実質的に溶解しない水溶性有機溶剤をニーダー等で機械的に混練する方法(ソルトミリング法)がよく知られている。この方法では、先ず、得られた微細顔料の1次粒子の混合物を水中に投入し、ミキサー等で撹拌しスラリー状とする。次に、このスラリーをろ過、水洗して乾燥することにより、顔料の1次粒子の凝集体である2次凝集体として微細顔料が得られる。更に、サンドミル、ボールミル等の通常の分散機で分散を行い、顔料の1次粒子の凝集体である2次凝集体をほぐして1次粒子に近い状態の分散体を得る。
しかしながら、顔料の1次粒子を微細化していくと、凝集し易くなり、スラリーとした際にあるいは乾燥時に凝集体(2次凝集体)が生成し易くなる。また、顔料の1次粒子が微細になるにしたがって、強い2次凝集が起こり易くなる。そのため、微細化した顔料を1次粒子にまで再分散するのは、一般に非常に困難である。2次凝集体が多く存在する分散物を用いて形成されたカラーフィルタは、光の散乱が大きく、コントラストが著しく低下したり、色濃度ムラを生じるため、顔料分散組成物としては、凝集することなく1次粒子が安定に分散されたものが好ましく、かつ取り扱いが容易な性状であることが望まれる。
この微細化した顔料の強い2次凝集を抑制することを目的として、ソルトミリング工程時に、それぞれロジン又はロジン誘導体あるいは非水溶性モノマー又はオリゴマーを添加して顔料を処理し、該顔料の分散体を用いてコントラストの高いカラーフィルタを得る技術が提案されている(例えば、特許文献1、2参照。)。
また、分散工程時に複素環を有する高分子化合物を、分散剤として顔料の分散工程で使用し、分散安定性に優れ、高いコントラストのカラーフィルタ用着色パターンを形成しうる顔料分散組成物、光硬化性組成物、及びカラーフィルタを得ようとする技術も提案されている(例えば、特許文献3参照。)。
しかしながら、これらの方法によっても、更に高くなる市場からのコントラストの要求に応じることはできず、微細な顔料における更に高度な分散性及び分散安定性が望まれていた。
また、近年においてはコントラストのみならず、輝度も高いカラーフィルタが求められてきている。高輝度且つ高コントラストのカラーフィルタを得るための方法として、緑色画素部に従来のC.I.ピグメントグリーン36やC.I.ピグメントグリーン7にかわって、ポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンを使用する方法が提案されている(例えば、特許文献4、5参照)。
特許第3130217号公報 特開2004-233727号公報 特開2003-26950号公報 特開2004−70342号公報 特開2008−19383号公報
本発明は、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明の第1の目的は、2次凝集体の形成を抑制して、1次粒子の状態で分散させることができ、且つ分散後においても1次粒子の状態を安定に維持できる加工顔料を提供することにある。
また、本発明の第2の目的は、前記加工顔料を含み、該加工顔料の分散性及び分散安定性に優れた顔料分散組成物、及び、そのような顔料分散組成物を含み、コントラストに優れた着色硬化膜を形成しうる光硬化性組成物を提供することにある。
さらに、本発明の第3の目的は、前記光硬化性組成物を用いて形成され、コントラストが高く、色濃度ムラが小さく色特性に優れた着色領域を有するカラーフィルタ及びその製造方法を提供することにある。
前記課題を解決するための手段は以下の通りである。
<1> 下記(1)〜(4)から選択される少なくとも1種の、塩基性窒素原子を有する高分子化合物で顔料を被覆してなる加工顔料。
(1)数平均分子量500〜1,000,000であるオリゴマー鎖又はポリマー鎖を側鎖に有し、且つ、炭素数2〜6のアルキレン基を有するポリ(アルキレンイミン)
(2)数平均分子量500〜1,000,000であるオリゴマー鎖又はポリマー鎖を側鎖に有するポリアリルアミン
(3)数平均分子量500〜1,000,000であるオリゴマー鎖又はポリマー鎖を側鎖に有するポリビニルアミン
(4)エステル部に塩基性窒素原子を有する(メタ)アクリル酸エステル、ビニルピリジン、及びアミノスチレンから選択される1種以上のモノマーに由来する構成単位を含み、且つ、数平均分子量500〜1,000,000であるオリゴマー鎖又はポリマー鎖を側鎖に有する高分子化合物
> 前記数平均分子量500〜1,000,000であるオリゴマー鎖又はポリマー鎖が、ポリカプロラクトンである<1>に記載の加工顔料。
> 平均1次粒子径が5nm〜25nmの範囲である<1>又は2>に記載の加工顔料。
> 前記顔料が、ポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンを含む顔料である<1>〜<>のいずれか1に記載の加工顔料。
> <1>〜<>のいずれか1に記載の加工顔料を、有機溶剤中に分散してなる顔料分散組成物。
> 更に、顔料分散剤を含む<>に記載の顔料分散組成物。
> <>又は<>に記載の顔料分散組成物と、重合性化合物と、光重合開始剤と、を含有する光硬化性組成物。
> <>に記載の光硬化性組成物を用いて形成された着色領域を有するカラーフィルタ。
> <>に記載の光硬化性組成物を直接又は他の層を介して基板上に付与して感光性膜を形成する工程と、前記形成された感光性膜にパターン露光及び現像を順次行なうことにより着色領域を形成する工程と、を含むことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
本発明の加工顔料の他の好ましい態様は以下の通りである。
<1> 1−メトキシ−2−プロパノールで洗浄したときの塩基性窒素原子を有する高分子化合物の遊離量が30質量%以下である<1>〜<>のいずれか1に記載の加工顔料。
<1> 前記塩基性窒素原子を有する高分子化合物を、顔料の微細化工程で添加して製造したことを特徴とする<1>〜<>、及び<1>のいずれか1に記載の加工顔料。
<1> 前記塩基性窒素原子を有する高分子化合物の重量平均分子量が、1,000〜100,000の範囲であることを特徴とする<1>〜<>、<1>及び<1>のいずれか1に記載の加工顔料。
なお、前記<1>における「遊離量」とは、加工顔料を、溶剤である1−メトキシ−2−プロパノールに浸漬し、溶剤に溶け出た表面処理剤(本発明では塩基性窒素原子を有する高分子化合物)の量を、使用した表面処理剤の量で除した質量%のことである。
本発明は、塩基性窒素原子を有する高分子化合物で被覆処理した加工顔料と、その応用に関するものであり、この加工顔料を用いることにより、従来のものより、分散性及び分散安定性に優れ、またコントラストが高く、色濃度ムラの小さい顔料分散組成物、カラーフィルタを得ることができる。
即ち、本発明の塩基性窒素原子を有する高分子化合物を顔料処理に使用すると、顔料の1次粒子の凝集体である2次凝集体の生成を効果的に抑制、或いは、2次凝集体の凝集力を効果的に弱めることができると考えられる。そのため分散工程において、1次粒子に近い状態の分散体を得ることができ、コントラストの高いカラーフィルタ及び色濃度ムラの小さいカラーフィルタを得ることができる。
さらに、顔料としてポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンを適用した本発明の加工顔料を含む顔料分散組成物は、その優れた分散性及び分散安定性は保持されたままに、該顔料分散組成物を含む光硬化性組成物を用いてカラーフィルタを作製した際には、輝度及びコントラストにより優れたカラーフィルタを得ることができる。
本発明の作用は明確ではないが、被覆に用いる高分子化合物が、その分子構造中に塩基性窒素原子を有しており、該構造と顔料とが強い静電的相互作用を持つこと、及び高分子化合物による強い分子間力により、顔料1次粒子に強力に高分子化合物が吸着し、スラリー、ろ過、水洗時にも被覆された高分子化合物が脱着することがないため、顔料の1次粒子同士の凝集を効果的に抑制しているものと考えられる。
本発明においては、このように、顔料を塩基性窒素原子を有する高分子化合物で被覆して加工顔料とすることが特徴の一つであり、被覆は顔料の1次粒子を微細化する工程と同時に施すのが特に効果的である。即ち、前述した特許文献3における如く、微細化工程の後の分散工程で、複素環を含むグラフト高分子化合物を、吸着させることよって分散を安定化させる方法に比較し、微細化で生じた表面活性の高い顔料の新界面に、本発明における塩基性窒素原子を有する高分子化合物が強い静電的作用によって吸着し、該高分子化合物の強固な被覆層を形成するため、より高い分散安定性を有する加工顔料が得られるものと考えられる。即ち、本発明においては、加工後の顔料は、高分子化合物を溶解する有機溶剤で洗浄しても、殆ど被覆した高分子化合物は遊離しない。これに対し特許文献3における顔料では、有機溶剤で洗浄すると、分散剤である高分子化合物の多くは、顔料から脱着するので、微細化顔料は凝集しやすくなり、高度な分散安定性が得られないものである。
また、塩基性窒素原子を有する高分子化合物で被覆処理された本発明の加工顔料を用いたカラーフィルタは、高温・高湿度下でカラーフィルタ層が濁るといった問題や、カラーフィルタ作製時に濁るといった問題も解決できる。これらの問題は、カラーフィルタ中の微細顔料粒子が凝集して結晶成長して起こる現象と考えられ、顔料の1次粒子が微細であるほど起きやすい。塩基性窒素原子を有する高分子化合物で被覆処理された本発明の加工顔料は、塩基性窒素原子を有する高分子化合物が微細顔料に強く吸着しているため、カラーフィルタ中においても、顔料粒子同士の凝集を効果的に抑制しているからだと考えられる。
さらに、塩基性窒素原子を有する高分子化合物で被覆処理された本発明の加工顔料を用いたカラーフィルタは、液晶の電圧保持率に優れる。液晶の電圧保持率の低下は、カラーフィルタ中の金属イオン濃度が高い場合に発生し易い。これは、特にソルトミリング法を用いて顔料を微細化した場合に、起きやすい問題であるが、その理由は、ソルトミリング工程で使う無機塩(イオン)が、ソルトミリング工程で顔料粒子に吸着し、分散工程、カラーフィルタ製造工程あるいは液晶表示素子を形成した後で、顔料粒子から溶出してくるためと思われる。顔料の1次粒子が微細であるほど、イオン性化合物を包含しやすくなり、水洗・ろ過での除去が難しくなる。塩基性窒素原子を有する高分子化合物で被覆処理された本発明の加工顔料は、前述した理由で、高分子化合物が微細顔料に強く吸着しているため、分散工程あるいはカラーフィルタ中でのイオンの溶出を効果的に抑制できるからだと考えられる。
また、塩基性窒素原子を有する高分子化合物で被覆処理された本発明の加工顔料を用いた光硬化性組成物は、カラーフィルタ製造に適用した際に、現像工程で、現像液に析出物が発生しにくいという利点を有している。析出物は顔料粒子の凝集体であることが多い。析出は、分散剤により分散された顔料分散体がアルカリ現像液により、分散剤が脱着してしまい、微細顔料粒子が凝集して結晶成長して析出する現象であると考えられる。本発明の加工顔料は、高分子化合物が微細顔料に強く吸着しているため、アルカリ現像液によっても高分子化合物が脱着することがなく、現像液中に析出物が発生しにくいと考えられる。
一方、特許文献3に開示された複素環を有する高分子化合物を、分散工程で顔料分散剤として使用した場合は、顔料への吸着が不十分なため、これらの効果が十分に発現できないので、これらの性能の改善には至るものではない。
本発明によれば、2次凝集体の形成を抑制して、1次粒子の状態で分散させることができ、且つ分散後においても1次粒子の状態を安定に維持できる加工顔料を提供することができる。
また、本発明によれば、前記加工顔料を含み、該加工顔料の分散性及び分散安定性に優れた顔料分散組成物、及び、そのような顔料分散組成物を含み、コントラストに優れた着色硬化膜を形成しうる光硬化性組成物を提供することができる。
さらに、本発明によれば、前記光硬化性組成物を用いて形成され、コントラストが高く、色濃度ムラが小さく色特性に優れた着色領域を有するカラーフィルタ及びその製造方法を提供することができる。
以下に、本発明の加工顔料、顔料分散組成物、光硬化性組成物、カラーフィルタ及びその製造方法について詳細に説明する。
[加工顔料]
本発明の加工顔料は、塩基性窒素原子を有する高分子化合物で顔料を被覆してなる加工顔料であって、かかる塩基性窒素原子を有する高分子化合物が、下記(1)〜(4)から選択される少なくとも1種の高分子化合物であることを特徴とする。
(1)数平均分子量500〜1,000,000であるオリゴマー鎖又はポリマー鎖を側鎖に有し、且つ、炭素数2〜6のアルキレン基を有するポリ(アルキレンイミン)
(2)数平均分子量500〜1,000,000であるオリゴマー鎖又はポリマー鎖を側鎖に有するポリアリルアミン
(3)数平均分子量500〜1,000,000であるオリゴマー鎖又はポリマー鎖を側鎖に有するポリビニルアミン
(4)エステル部に塩基性窒素原子を有する(メタ)アクリル酸エステル、ビニルピリジン、及びアミノスチレンから選択される1種以上のモノマーに由来する構成単位を含み、且つ、数平均分子量500〜1,000,000であるオリゴマー鎖又はポリマー鎖を側鎖に有する高分子化合物
本発明の加工顔料の平均1次粒子径としては、該加工顔料を分散してなる顔料分散組成物、及びこれを含有する光硬化性組成物のハンドリング性を考慮すると、100nm以下が好ましく、30nm以下がより好ましく、5nm〜25nmが最も好ましい。該粒子径が前記範囲内であると、透過率が高く、色特性が良好であると共に、高いコントラストのカラーフィルタを形成するのに有効である。
平均1次粒子径は、SEMあるいはTEMで観察し、粒子が凝集していない部分で粒子サイズを100個計測し、平均値を算出することによって求める。
本発明の加工顔料の好適な態様の一つは、i)顔料と、ii)水溶性無機塩と、iii)実質的にii)を溶解しない少量の水溶性有機溶剤と、iv)塩基性窒素原子を有する高分子化合物とを混合し、ニーダー等で機械的に混練する工程(この工程をソルトミリングと称する)、この混練後の混合物を水中に投入し、ハイスピードミキサー等で攪拌しスラリーとする工程、及び、得られたスラリーを濾過、水洗して必要により乾燥する工程を経て製造されるものである。
このような製造方法により、微細でかつ乾燥時の顔料の凝集が少ない、分散性及び分散安定性に優れた本発明の加工顔料が得られる。
上記した製造方法について、さらに具体的に説明する。
まず、i)有機顔料とii)水溶性の無機塩の混合物に、湿潤剤として少量のiii)水溶性の有機溶剤を加え、ニーダー等で強く練り込んだ後、この混合物を水中に投入し、ハイスピードミキサー等で攪拌しスラリーとする。
次に、このスラリーを濾過、水洗して必要により乾燥することにより、微細化され、且つ塩基性窒素原子を有する高分子化合物により被覆された顔料が得られる。
なお、得られた加工顔料を、油性のワニスに分散して用いる場合には、乾燥前の処理顔料(濾過ケーキと呼ぶ)を一般にフラッシングと呼ばれる方法で,水を除去しながら油性のワニスに分散することも可能である。また、得られた加工顔料を、水系のワニスに分散する場合は。処理顔料は乾燥する必要がなく、濾過ケーキをそのままワニスに分散することができる。
本発明においては、ソルトミリング時に、iii)水溶性有機溶剤に、少なくとも一部可溶な樹脂、即ち、iv)塩基性窒素原子を有する高分子化合物を用いることで、微細で、且つ表面がiv)塩基性窒素原子を有する高分子化合物で被覆された、乾燥時の顔料の凝集が少ない加工顔料が得られる。
なお、iv)塩基性窒素原子を有する高分子化合物を加えるタイミングは、ソルトミリング工程の初期にすべてを添加してもよく、分割して添加してもよい。
更に、乾燥凝集を防ぐ方法として,上記スラリー中にアルカリ水溶液に溶解したアルカリ可溶性樹脂を添加し、充分攪拌混合した後に塩酸又は硫酸等の酸性水溶液で中和して樹脂を顔料に沈着させるか,塩化カルシウム又は塩化バリウム等の水溶性の多価金属塩の水溶液を添加して樹脂を析出させて顔料に沈着さることにより、乾燥凝集を防ぐことも可能である。
〔i)顔料〕
本発明の加工顔料において、塩基性窒素原子を有する高分子化合物による被覆対象である顔料としては、従来公知の種々の無機顔料又は有機顔料を適宜選択して用いることができる。
顔料としては、本発明の加工顔料がカラーフィルタの着色領域の形成に好適に用いられるものであり、カラーフィルタは高透過率であることが好ましいこと等を考慮すると、有機顔料が好ましく、また、なるべく粒子径の小さいものを使用することが好ましい。
顔料の粒子径は、加工顔料の粒子径を考慮して選択される。
前記無機顔料としては、金属酸化物、金属錯塩等で示される金属化合物を挙げることができ、具体的には、鉄、コバルト、アルミニウム、カドミウム、鉛、銅、チタン、マグネシウム、クロム、亜鉛、アンチモン等の金属酸化物、及び前記金属の複合酸化物を挙げることができる。
前記有機顔料としては、例えば、
C.I.Pigment Red 1、2、3、4、5、6、7、9、10、14、17、22、23、31、38、41、48:1、48:2、48:3、48:4、49、49:1、49:2、52:1、52:2、53:1、57:1、60:1、63:1、66、67、81:1、81:2、81:3、83、88、90、105、112、119、122、123、144、146、149、150、155、166、168、169、170、171、172、175、176、177、178、179、184、185、187、188、190、200、202、206、207、208、209、210、216、220、224、226、242、246、254、255、264、270、272、279、
C.I.Pigment Yellow 1、2、3、4、5、6、10、11、12、13、14、15、16、17、18、20、24、31、32、34、35、35:1、36、36:1、37、37:1、40、42、43、53、55、60、61、62、63、65、73、74、77、81、83、86、93、94、95、97、98、100、101、104、106、108、109、110、113、114、115、116、117、118、119、120、123、125、126、127、128、129、137、138、139、147、148、150、151、152、153、154、155、156、161、162、164、166、167、168、169、170、171、172、173、174、175、176、177、179、180、181、182、185、187、188、193、194、199、213、214
C.I. Pigment Orange 2、5、13、16、17:1、31、34、36、38、43、46、48、49、51、52、55、59、60、61、62、64、71、73
C.I. Pigment Green 7、10、36、37
C.I.Pigment Blue 1、2、15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6、16、22、60、64、66、79、79のCl置換基をOHに変更したもの、80
C.I.Pigment Violet 1、19、23、27、32、37、42
C.I.Pigment Brown 25、28
C.I.Pigment Black 1、7 等を挙げることができる。
これらの中で好ましく用いることができる顔料として、以下のものを挙げることができる。但し、本発明においてはこれらに限定されるものではない。
C.I.Pigment Yellow 11,24,108,109,110,138,139,150,151,154,167,180,185,
C.I.Pigment Orange 36,71,
C.I.Pigment Red 122,150,171,175,177,209,224,242,254,255,264,
C.I.Pigment Violet 19,23,32,
C.I.Pigment Blue 15:1,15:3,15:6,16,22,60,66,
C.I.Pigment Green 7,36,37;
C.I.Pigment Black 1、7
<ポリハロゲン化亜鉛フタロシアニン>
有機顔料の好適な態様の一つは、ポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンである。
ポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンは、これを単独で用いてもよいし、又はポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンと従来公知の有機顔料とを組み合わせて用いてもよい。
一般に、亜鉛フタロシアニンは、フタロシアニン環中に16個の水素原子を有している。そのため、これらの水素原子を、最大16個までハロゲン原子で置換することができる。例えば、これらの水素原子を、臭素原子及び/又は塩素原子とで置換すると、臭素原子数が0〜16個、塩素原子数が0〜16個、水素原子数が0〜16個の範囲で、且つ臭素原子数及び塩素原子数の合計が1以上となり、理論上では合計136種類の置換体を製造できる。
本発明におけるポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンとしては、フタロシアニン環中の置換可能な水素原子16個のうち、8個〜16個が置換されているものが好ましく、12個〜16個置換されているものがより好ましい。フタロシアニン環に置換するハロゲン原子としては、臭素原子、塩素原子、フッ素原子、及びヨウ素原子が挙げられ、臭素原子又は塩素原子がより好ましく、臭素原子が更に好ましい。また、置換するハロゲン原子は、全て同一であっても、それぞれ異なっていてもよい。
フタロシアニン環に置換するハロゲン原子の置換基数を一定とした場合には、臭素原子で置換された亜鉛フタロシアニンの方が、塩素原子で置換された亜鉛フタロシアニンよりも緑色が濃くなる。
このようなポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンとしては、下記一般式(1)で表される化合物が好ましい。
一般式(1)中、X〜X16は、それぞれ独立に、塩素原子、臭素原子、又は水素原子を表す。ただし、X〜X16のうち少なくとも8つは、塩素原子又は臭素原子である。
ここで、ポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンは、臭素原子を8個以上含有することが、黄味を帯びた明度の高い緑色を発色し、カラーフィルターの緑色画素部への使用に最適である。本発明では、臭素原子を8個以上含有するポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンを、「ポリ臭素化亜鉛フタロシアニン」という。このポリ臭素化亜鉛フタロシアニンが、本発明におけるポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンとして好ましい。
ポリ臭素化亜鉛フタロシアニンは、より好ましくは臭素原子を8〜16個有するもの、更に好ましくは12〜16個有するものである。
ポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンの平均組成は、マススペクトロスコピーに基づく質量分析と、フラスコ燃焼イオンクロマトグラフによるハロゲン含有量分析から容易に求められる。
ポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンは、例えば、クロルスルホン酸法、ハロゲン化フタロニトリル法、溶融法等のような公知の製造方法で製造できる。より具体的な製造方法については、特開2008−19383号公報、特開2007−320986号公報、特開2004−70342号公報等の文献に詳細に記載されている。これらの文献に記載の製造方法を、本発明にも適用することができる。
ポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンは、平均一次粒子径が10nm〜40nmのものが好ましく、より好ましくは10nm〜35nmであり、更に好ましくは15nm〜35nmである。
平均一次粒子径が上記範囲にあるポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンを用いて得られた本発明の加工顔料により、分散性及び分散性安定性、着色力に優れた顔料分散組成物が得られ、この顔料分散組成物を含んでなる光硬化性組成物を用いることで、輝度が高く、コントラストの高い画素部を有するカラーフィルタを得ることができる。
なお、本発明における平均一次粒子径とは、透過型電子顕微鏡で視野内の粒子を撮影し、二次元画像上の、凝集体を構成するポリハロゲン化亜鉛フタロシアニン一次粒子の100個につき、その長い方の径(長径)と短い方の径(短径)の平均値を各々求め、それを平均した値である。
平均一次粒子径が10nm〜40nmであるポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンを得るにあたっては、いずれの方法で微粒化してもよいが、容易に結晶成長を抑制でき、かつ平均粒子径の比較的小さい顔料粒子が得られる点で、ソルベントソルトミリングを採用することが好ましい。
このソルベントソルトミリングとは、ポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンと、無機塩と、有機溶剤とを混練摩砕することを意味する。粒子径の大きいポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンは、予め乾式摩砕してからソルベントソルトミリングを行ってもよい。より具体的には、ポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンと、無機塩と、それを溶解しない有機溶剤とを混練機に仕込み、その中で混練摩砕を行う。この際の混練機としては、例えばニーダーやミックスマーラー等が使用できる。
ポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンを用いてソルベントソルトミリングする際に用いる無機塩としては、水溶性無機塩が好適であり、該水溶性無機塩としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硫酸ナトリウム等の無機塩が挙げられる。また、平均粒子径0.5μm〜50μmの無機塩を用いることがより好ましい。この様な無機塩は、通常の無機塩を微粉砕することにより容易に得られる。
平均一次粒子径が10nm〜40nmであるポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンを得るにあたっては、ソルベントソルトミリングにおいてポリハロゲン化亜鉛フタロシアニン使用量に対する無機塩使用量を高くするのが好ましい。即ち、無機塩の使用量は、質量換算で、ポリハロゲン化亜鉛フタロシアニン1部に対して5〜20部とするのが好ましく、7〜15部とするのがより好ましい。
平均一次粒子径が10nm〜40nmであるポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンは、例えば、上述したソルトミリングによって得ることができるが、FASTGEN GREENシリーズとしてDIC株式会社より市販品を購入することも可能である。
これら有機顔料は、単独若しくは色純度を上げるため種々の組合せて用いることができる。有機顔料の組合せの具体例を以下に示す。
例えば、赤の顔料として、アントラキノン系顔料、ペリレン系顔料、ジケトピロロピロール系顔料単独又はそれらの少なくとも1種と、ジスアゾ系黄色顔料、イソインドリン系黄色顔料、キノフタロン系黄色顔料又はペリレン系赤色顔料、アントラキノン系赤色顔料、ジケトピロロピロール系赤色顔料と、の混合物などを用いることができる。例えば、アントラキノン系顔料としては、C.I.ピグメント・レッド177が挙げられ、ペリレン系顔料としては、C.I.ピグメント・レッド155、C.I.ピグメント・レッド224が挙げられ、ジケトピロロピロール系顔料としては、C.I.ピグメント・レッド254が挙げられ、色再現性の点でC.I.ピグメント・イエロー83、C.I.ピグメント・イエロー139又はC.I.ピグメント・レッド177との混合物が好ましい。また、赤色顔料と他顔料との質量比は、100:5〜100:80が好ましい。100:4以下では400nmから500nmの光透過率を抑えることが困難で色純度を上げることが出来ない場合がある。また100:81以上では発色力が下がる場合がある。特に、上記質量比としては、100:10〜100:65の範囲が最適である。尚、赤色顔料同士の組み合わせの場合は、色度に併せて調整することができる。
また、緑の顔料としては、ハロゲン化フタロシアニン系顔料を1種単独で又は、これとジスアゾ系黄色顔料、キノフタロン系黄色顔料、アゾメチン系黄色顔料若しくはイソインドリン系黄色顔料との混合を用いることができる。例えば、このような例としては、C.I.ピグメント・グリーン7、36、37とC.I.ピグメント・イエロー83、C.I.ピグメント・イエロー138、C.I.ピグメント・イエロー139、C.I.ピグメント・イエロー150、C.I.ピグメント・イエロー180又はC.I.ピグメント・イエロー185との混合物が好ましい。緑顔料と黄色顔料との質量比は、100:5〜100:200が好ましい。上記質量比が100:5未満では400〜450nmの光透過率を抑えることが困難となり色純度を上げることができない場合がある。また100:200を越えると主波長が長波長寄りになりNTSC目標色相からのずれが大きくなる場合がある。上記質量比としては100:20〜100:150の範囲が特に好ましい。
使用するハロゲン化フタロシアニン系顔料を、前述のポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンとすると、本発明の加工顔料に適用して得られたカラーフィルタは、輝度が高く、コントラストの高い画素部を有するものとなる。また、ポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンを使用する場合には、C.I.Pigment Yellow 150と組み合わせて用いることがカラーフィルタとして好ましい色相と高い明度を得る観点から好ましい。
青の顔料としては、フタロシアニン系顔料を1種単独で、若しくはこれとジオキサジン系紫色顔料との混合を用いることができる。特に好適な例として、C.I.ピグメント・ブルー15:6とC.I.ピグメント・バイオレット23との混合物を挙げることができる。
青色顔料と紫色顔料との質量比は、100:0〜100:100が好ましく、より好ましくは100:70以下である。
また、ブラックマトリックス用途に好適な顔料としては、カーボンブラック、グラファイト、チタンブラック、酸化鉄、酸化チタンを、単独で又は混合物として用いることができ、カーボンブラックとチタンブラックとの組合せが好ましい。
また、カーボンブラックとチタンブラックとの質量比は、分散安定性の観点から、100:0〜100:60の範囲が好ましい。
〔ii)水溶性無機塩〕
水溶性無機塩は、水に溶解する無機塩であれば特に限定されず、例えば、塩化ナトリウム、塩化バリウム、塩化カリウム、硫酸ナトリウム等を用いることができる。価格の点からは、塩化ナトリウム又は硫酸ナトリウムを用いるのが好ましい。
ソルトミリングする際に用いる水溶性無機塩の量は、処理効率と生産効率の両面から、有機顔料の1〜30質量倍、特に5〜25質量倍であることが好ましい。有機顔料に対する水溶性無機塩の量比が大きいほど微細化効率が高いが、1回の顔料の処理量が少なくなるためである。
なお、ここで、水溶性無機塩における水溶性とは、20℃の水に1質量%以上溶解することを意味する。
〔iii)実質的にii)を溶解しない少量の水溶性有機溶剤〕
水溶性有機溶剤は、有機顔料等の顔料、水溶性無機塩を湿潤する働きをするものであり、水に溶解(混和)し、かつ用いる無機塩を実質的に溶解しないものであれば特に限定されない。但し、ソルトミリング時においては、温度が上昇し、溶剤が蒸発し易い状態になるため、安全性の点から、水溶性有機溶剤としては、沸点120℃以上の高沸点溶剤が好ましい。
水溶性有機溶剤としては、例えば、2−メトキシエタノール、2−ブトキシエタノール、2−(イソペンチルオキシ)エタノール、2−(ヘキシルオキシ)エタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、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、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、液状のポリエチレングリコール、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、液状のポリプロピレングリコール等が挙げられる。
水溶性有機溶剤の添加量としては、水溶性無機塩に対して5質量%〜50質量%が好ましく、より好ましくは水溶性無機塩に対して10質量%〜40質量%であり、最適には水溶性無機塩に対して15質量%〜35質量%である。水溶性有機溶剤の添加量が5質量%未満であると、均一な混練が難しくなり、粒子サイズの分布が大きくなって好ましくない。水溶性有機溶剤の添加量が50質量%以上であると、混練組成物がやわらかくなりすぎ、混練組成物にシェアがかかりにくくなる為に、充分な微細化効果が得られなくなる。
iii)水溶性有機溶剤はソルトミリング初期に全てを添加しても良いし、分割して添加してもよい。水溶性有機溶剤は、単独で使用してもよいし、2種以上を併用することもできる。
〔iv)塩基性窒素原子を有する高分子化合物〕
塩基性窒素原子を有する高分子化合物(以下、適宜、「特定高分子化合物」と称する)としては、その分子構造中に塩基性窒素原子を有するものであれば特に制限はない。
ここで、塩基性窒素原子とは、炭素原子のみと結合し、未酸化の状態であり、孤立電子対1個を有する窒素原子を指す。
特定高分子化合物としては、下記(1)〜(4)から選択される少なくとも1種の高分子化合物であることが好ましい。
(1)炭素数2〜6のアルキレン基を有するポリ(アルキレンイミン)
(2)ポリアリルアミン
(3)ポリビニルアミン
(4)エステル部に塩基性窒素原子を有する(メタ)アクリル酸エステル、ビニルピリジン、及びアミノスチレンから選択される1種以上のモノマーに由来する構成単位を含む高分子化合物
本発明では、(1)炭素数2〜6のアルキレン基を有するポリ(アルキレンイミン)、(2)ポリアリルアミン、(3)ポリビニルアミン、及び、(4)エステル部に塩基性窒素原子を有する(メタ)アクリル酸エステル、ビニルピリジン、及びアミノスチレンから選択される1種以上のモノマーに由来する構成単位を含む高分子化合物は、いずれも、数平均分子量500〜1,000,000であるオリゴマー鎖又はポリマー鎖を側鎖に有するものを適用する。
特定高分子化合物は、その構造から、さらに、直鎖状高分子、及び、グラフト型高分子の2態様に分類することができる。
ここで、本発明における直鎖状高分子とは、塩基性窒素原子を高分子鎖中に有する直鎖状の高分子を意味するが、当該直鎖状高分子同士がその構造の一部において互いに架橋したものも本発明における直鎖状高分子に包含される。
また、本発明におけるグラフト型高分子とは、塩基性窒素原子を有する高分子鎖とそれとは異なる他の高分子鎖とがグラフト結合した構造を有するものを意味する。
加工顔料を1次粒子の状態に保持して、2次凝集体の生成を効果的に抑制する観点からは、特定高分子化合物は、直鎖状高分子であることが好ましい。また、顔料分散組成物の調製における分散工程において、2次凝集体の凝集力を効果的に弱める観点からは、特定高分子化合物、はグラフト型高分子であることが好ましい。
<直鎖状高分子>
特定高分子化合物が、直鎖状高分子である場合、該高分子化合物としては、炭素数2〜6のアルキレン基を有するポリ(アルキレンイミン)、ポリアリルアミン、及びポリビニルアミンから選択される高分子化合物、又は、エステル部に塩基性窒素原子を有する(メタ)アクリル酸エステル、ビニルピリジン、及びアミノスチレンから選択される1種以上のモノマーに由来する構成単位を含む高分子化合物であって、且つ直鎖状の高分子構造を有するものが好ましい。
炭素数2〜6のアルキレン基を有するポリ(アルキレンイミン)(以下、適宜、「ポリ(低級アルキレンイミン)」と称する。)は、鎖状であっても網目状の構造を有するものであってもよい。
ポリ(低級アルキレンイミン)としては、下記一般式(I−1)で表される繰り返し単位を含む高分子化合物が好適に挙げられる。
一般式(I−1)中、R及びRは、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、又はアルキル基を表す。aは1〜5の整数を表す。*は繰り返し単位間の連結部を表す。Xは、水素原子、1価の有機基、又はpKaが14以下である官能基を含有する基を表す。Xで表される1価の有機基としては、炭素数1〜5のアルキル基、炭素数1〜5のアルキルカルボニル基、置換されてもよいカルボキシル基、置換されてもよい水酸基などが挙げられる。
一般式(I−1)で表される繰り返し単位を有する高分子化合物は、一般式(I−1)で表される繰り返し単位に加えて、さらに下記一般式(I−2)で表される繰り返し単位を共重合成分として含んでいてもよい。そのような繰り返し単位を併用することで、加工顔料の分散性能を更に向上させることができる。
一般式(I−2)中、R、R、a、及び*は、一般式(I−1)におけるR、R、a、及び*と同義である。X’は、ハロゲン原子を表す。
一般式(I−1)及び一般式(I−2)において、R及びRは、水素原子であることが特に好ましい。また、aは、2であることが原料入手性の観点から好ましい。
一般式(I−1)及び(I−1’)において、R及びRは、水素原子であることが特に好ましい。また、aは、2であることが原料入手性の観点から好ましい。
一般式(I−1)で表される繰り返し単位を含む高分子化合物は、一般式(I−1)、及び一般式(I−2)で表される繰り返し単位以外に、さらに他の繰り返し単位を共重合成分として含んでいてもよい、そのような繰り返し単位としては、一級又は三級のアミノ基を含有する低級アルキレンイミンを繰り返し単位などが挙げられる。該低級アルキレンイミン繰り返し単位における窒素原子には、さらに、前記Xで示されるpKaが14以下である官能基が結合していてもよい。
一般式(I−1)におけるXが、pKaが14以下である官能基を表す場合、物性がこの条件を満たすものであれば、その構造などは特に限定されず、公知の官能基でpKaが上記範囲を満たすものが挙げられる。
Xで表されるpKaが14以下である官能基として、具体的には、例えば、カルボン酸基(pKa:3〜5程度)、スルホン酸基(pKa:−3〜−2程度)、−COCHCO−(pKa:8〜10程度)、−COCHCN(pKa:8〜11程度)、−CONHCO−、フェノール性水酸基、−RCHOH又は−(RCHOH(Rはペルフルオロアルキル基を表す、pKa:9〜11程度))、スルホンアミド基(pKa:9〜11程度)等が挙げられ、カルボン酸基(pKa:3〜5程度)、スルホン酸基(pKa:−3〜−2程度)、−COCHCO−(pKa:8〜10程度)が好ましく、導入のし易さから特にカルボン酸基が好ましい。
ポリ(低級アルキレンイミン)として具体的には、例えば、ポリエチレンイミン、ポリプロピレンイミン、等が挙げられる。また、ポリ(低級アルキレンイミン)としては、市販品を用いることもでき、例えば、SP−003、SP−006、SP−012、SP−018、SP−200、SP−1000(以上、日本触媒(株)製)が挙げられる。
ポリアリルアミンとしては、下記一般式(II−1)で表される繰り返し単位を有する高分子化合物が好適に挙げられる。
一般式(II−1)中、R、R、R及びRは、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基を表す。*及びXは、前記一般式(I−1)中の*及びXと同義である。
一般式(II−1)で表される繰り返し単位を有する高分子化合物は、一般式(II−1)で表される繰り返し単位に加えて、さらに下記一般式(II−2)で表される繰り返し単位を共重合成分として含んでいてもよい。そのような繰り返し単位を併用することで、加工顔料の分散性能を更に向上させることができる。
一般式(II−2)中、R、R、R、R、及び*は、一般式(II−1)におけるR、R、R、R、及び*と同義である。X’は一般式(I−2)中のX’と同義である。
一般式(II−1)及び(II−2)において、R、R、R及びRは、水素原子であることが原料の入手性の観点好ましい。
一般式(II−1)で表される繰り返し単位を有する高分子化合物は、一般式(II−1)、及び一般式(II−2)で表される繰り返し単位以外に、さらに他の繰り返し単位を共重合成分として含んでいてもよい。
ポリアリルアミンとしては、市販品を用いることもでき、例えば、PAA−01、PAA−03、PAA−05、PAA−08、PAA−15、PAA−15C、PAA−25、PAA−H−10C、PAA−1112、PAA−U5000(以上、日東紡製)等が挙げられる。
ポリビニルアミンとしては、下記一般式(III−1)で表される繰り返し単位を有する高分子化合物が好適に挙げられる。
一般式(III−1)中、R及びRは、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、又はアルキル基を表す。*及びXは、前記一般式(I−1)中の*及びXと同義である。
一般式(III−1)で表される繰り返し単位を有する高分子化合物は、一般式(III−1)で表される繰り返し単位に加えて、さらに下記一般式(III−2)で表される繰り返し単位を共重合成分として含んでいてもよい。そのような繰り返し単位を併用することで、加工顔料の分散性能を更に向上させることができる。
一般式(III−2)中、R、R及び*は、一般式(II−1)中のR、R及び*及びと同義である。X’は一般式(I−2)中のX’と同義である。
一般式(III−1)、及び一般式(III−2)において、R及びRは、水素原子であることが原料の入手性の観点好ましい。
一般式(III−1)で表される繰り返し単位を有する高分子化合物は、一般式(III−1)、及び一般式(III−2)で表される繰り返し単位以外に、さらに他の繰り返し単位を共重合成分として含んでいてもよい。
一般に、ポリビニルアミンは、特開平2−222404号公報に記載されるように、N−ビニルカルボン酸アミドの重合体や共重合体を、酸またはアルカリの存在下に、全部または一部を加水分解する方法や、特開平6−122712号公報に記載されるように、モノマー水溶液を有機溶媒又は水系溶媒にて、アゾ系開始剤を用いて重合を行う方法により合成することができる。
上記のポリ(低級アルキレンイミン)、ポリアリルアミン、及びポリビニルアミンは、ソルトミリング時の溶媒への溶解性を向上させる観点から、更に、有機基が置換したものであってもよい。該有機基として具体的には、炭素数1〜5のアルキル基、炭素数1〜5のアルキルカルボニル基、置換されてもよいカルボキシル基、置換されてもよい水酸基などが挙げられる。これらの有機基は、カルボン酸クロリド、酸無水物、ラクトンなどの低分子化合物を反応させることで、導入することができる。置換基は1種類でもよいし、2種類以上であってもよい。
エステル部に塩基性窒素原子を有する(メタ)アクリル酸エステル、ビニルピリジン、及びアミノスチレンから選択される1種以上のモノマーに由来する構成単位を含む高分子化合物は、該モノマーに由来する構成単位のみを含む単独重合体又は共重合体であってもよいし、該モノマー以外の他のモノマーに由来する構成単位を有する共重合体であってもよい。
エステル部に塩基性窒素原子を有する(メタ)アクリル酸エステルとしては、具体的には、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレルアミド、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、ジ(ジメチルアミノエチル)ウレイドエチル(メタ)アクリレート、ジ(ジメチルアミノプロピル)ウレイドエチル(メタ)アクリレート、ジ(ジエチルアミノプロピル)ウレイドエチル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
エステル部に塩基性窒素原子を有する(メタ)アクリル酸エステル、ビニルピリジン、及び/又は、アミノスチレンと共重合可能な、前記他のモノマーとしては、特に限定されないが、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)クリル酸エチル、(メタ)クリル酸プロピル、(メタ)クリル酸ブチル、(メタ)クリル酸ヘキシル、(メタ)クリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)クリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸アセトアセテートエチル、(メタ)アクリル酸ベンジル、スチレンなどが挙げられる。
また、前記他のモノマーとしては、酸基を有するモノマーであってもよい。酸基を有するモノマーとして具体的には、例えば、(メタ)アクリル酸、ヒドロキシ(メタ)クリレートのコハク酸無水物付加体、ヒドロキシ(メタ)クリレートの1,2−シクロヘキシルカルボン酸無水物付加体、ヒドロキシ(メタ)クリレートの1,2−シクロヘキシルカルボン酸無水物付加体、ヒドロキシ(メタ)クリレートの1,2−シクロヘキセンカルボン酸無水物付加体、ヒドロキシ(メタ)クリレートのフタル酸無水物付加体などが挙げられる。
このような、酸基を有するモノマーを用いることで、本発明の加工顔料を含む顔料分散組成物を、カラーフィルタ作製などに適用される光硬化性組成物に適用した場合において、未露光部の現像除去性に優れたものとなる。
特定高分子化合物が、エステル部に塩基性窒素原子を有する(メタ)アクリル酸エステル、ビニルピリジン、及びアミノスチレンから選択される1種以上のモノマーのモノマーに由来する構成単位を含む高分子化合物である場合、該モノマーは、特定高分子化合物中に、30質量%〜100質量%含有されることが好ましく、30質量%〜80質量%であることがより好ましい。
以下に、直鎖状高分子に分類される特定高分子化合物の具体例を挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下に例示した高分子化合物の分子量は、重量平均分子量(Mw)が1,000〜100,000の範囲であり、数平均分子量(Mn)で400〜50,000の範囲である。
上記の各具体例中、1種の繰り返し単位を有するものは、当該繰り返し単位を100質量%有する特定高分子化合物である。また、複数の繰り返し単位を有するものは、塩基性窒素原子を有する繰り返し単位の含有量をAとし、それ以外の繰り返し単位の含有量をBをとした場合、その比(A/B)が、A/B=10/90質量%〜90/10質量%の範囲にある特定高分子化合物である。
上記の各具体例は、塩基性窒素原子を有する繰り返し単位の含有量をAとし、それ以外の繰り返し単位の含有量をBをとした場合、その比(A/B)が、A/B=10/90質量%〜60/40質量%の範囲にある特定高分子化合物である。
<グラフト型高分子>
特定高分子化合物が、グラフト型高分子である場合、該高分子化合物としては、数平均分子量500〜1,000,000であるオリゴマー鎖又はポリマー鎖を側鎖に有するものであることが好ましい。また、該オリゴマー鎖又はポリマー鎖としては、良好な分散性を得られるという観点から、ポリカプロラクトンであることが好ましい。
オリゴマー鎖又はポリマー鎖の数平均分子量はGPC法によるポリスチレン換算値により測定することができる。
以下、グラフト型高分子である特定高分子化合物について、より詳細に説明する。
グラフト型高分子である特定高分子化合物として、特に好適な態様は、ポリ(低級アルキレンイミン)、ポリアリルアミン、又はポリビニルアミンと、オリゴマー鎖又はポリマー鎖とが結合してなる高分子化合物(以下、「グラフト型高分子(1)」とも称する)、及び、エステル部に塩基性窒素原子を有する(メタ)アクリル酸エステル、ビニルピリジン、及びアミノスチレンから選択される少なくとも1種のモノマーと、少なくとも重合性オリゴマー(マクロモノマー)とを共重合してなる高分子化合物(以下、「グラフト型高分子(2)」とも称する)であることが好ましい。
グラフト型高分子(1)を構成しうる、ポリ(低級アルキレンイミン)、ポリアリルアミン、及びポリビニルアミンは、直鎖状高分子の好適な例として前記した、ポリ(低級アルキレンイミン)、ポリアリルアミン、及びポリビニルアミンと同様である。
グラフト型高分子(1)において、ポリ(低級アルキレンイミン)、ポリアリルアミン、又はポリビニルアミンと結合しうるオリゴマー鎖又はポリマー鎖としては、ポリエステルであることが好ましく、良好な分散性を得られるという観点からは、ポリカプロラクトンであることがより好ましい。
グラフト型高分子(1)の合成方法としては、例えば、特開2007−63472公報、特開平9−176511号公報に記載の方法を適用することができる。
グラフト型高分子(1)の好適な例としては、下記一般式(I−1)及び(I−3)で表される繰り返し単位を含む化合物が挙げられる。
一般式(I−1)及び(I−3)中、R及びRは、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、又はアルキル基を表す。aは1〜5の整数を表す。*は繰り返し単位間の連結部を表す。Xは、水素原子、1価の有機基、又はpKaが14以下である官能基を含有する基を表す。Xで表される1価の有機基としては、炭素数1〜5のアルキル基、炭素数1〜5のアルキルカルボニル基、置換されてもよいカルボキシル基、置換されてもよい水酸基などが挙げられる。Yは数平均分子量が500〜1,000,000であるオリゴマー鎖又はポリマー鎖を表す。
般式(I−1)及び(I−3)で表される繰り返し単位を含む化合物は、一般式(I−1)及び一般式(I−3)で表される繰り返し単位に加えて、更に、一般式(I−4)で表される繰り返し単位を共重合成分として有してもよい。
一般式(I−4)中、R、R、a及び*は、一般式(I−1)におけるR、R、a及び*と同義である。Y’はアニオン基を有する数平均分子量が500〜1,000,000であるオリゴマー鎖又はポリマー鎖を表す。一般式(I−3)で表される繰り返し単位は、主鎖部に一級又は二級アミノ基を有する樹脂に、アミンと反応して塩を形成する基を有するオリゴマー又はポリマーを添加して反応させることで形成することが可能である。
一般式(I−1)、一般式(I−3)、及び一般式(I−4)において、R及びRは、水素原子であることが特に好ましい。また、aは、2であることが原料入手性の観点から好ましい。
一般式(I−1)及び(I−3)で表される繰り返し単位を含む化合物は、一般式(I−1)、一般式(I−2)及び一般式(I−3)で表される繰り返し単位以外に、さらに他の繰り返し単位を共重合成分として含んでいてもよい、そのような繰り返し単位としては、一級又は三級のアミノ基を含有する低級アルキレンイミンを繰り返し単位とが挙げられる。該低級アルキレンイミン繰り返し単位における窒素原子には、さらに、前記X、Y又はY’で示される基が結合していてもよい。このような主鎖構造に、Xで示される基が結合した繰り返し単位とYが結合した繰り返し単位の双方を含む樹脂もまた、本発明の特定樹脂に包含される。
グラフト型高分子(1)の他の好適な例として、下記一般式(II−1)及び(II−3)で表される繰り返し単位を含む化合物が挙げられる。
一般式(II−1)及び(II−3)中、R、R、R、及びRは、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、アルキル基を表す。*、X及びYは一般式(I−1)及び(I−3)中の*、X及びYと同義である。
一般式(II−1)及び(II−3)で表される繰り返し単位を含む化合物は、一般式(II−1)で表される繰り返し単位、一般式(II−3)で表される繰り返し単位に加えて、さらに下記一般式(II−4)で表される繰り返し単位を共重合成分として含むことが好ましい。このような繰り返し単位を併用することで、この樹脂を顔料などの微粒子分散剤として用いたときにさらに分散性能が向上する。
一般式(II−4)中、R、R、R、R及び*は、一般式(II−1)におけるR、R、R、R及び*と同義である。Y’は一般式(I−4)中のY’と同義である。
一般式(II−1)、(II−3)及び(II−4)において、R、R、R及びRは水素原子であることが原料の入手性の観点好ましい。
一般式(II−1)及び(II−3)で表される繰り返し単位を有する高分子化合物は、一般式(II−1)、(II−3)、(II−4)で表される繰り返し単位以外に、さらに他の繰り返し単位を共重合成分として含んでいてもよい。
グラフト型高分子(1)の他の好適な例として、下記一般式(III−1)及び(III−3)で表される繰り返し単位を含む化合物が挙げられる。
一般式(III−1)及び(III−3)中、R及びRは、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基を表す。*は繰り返し単位間の連結部を表す。X及びYは、一般式(I−1)及び(I−3)中のX及びYと同義である。
一般式(III−1)及び(III−3)で表される繰り返し単位を含む化合物は、一般式(III−1)で表される繰り返し単位、一般式(III−3)で表される繰り返し単位に加えて、さらに下記一般式(III−4)で表される繰り返し単位を共重合成分として含んでいてもよい。
一般式(III−4)中、R、R及び*は、一般式(III−1)中のR、R及び*と同義である。Y’は一般式(I−4)中のY’と同義である。
一般式(III−1)、(III−3)及び(III−4)において、R7及びR8は、水素原子であることが原料の入手性の観点好ましい。
一般式(III−1)及び(III−3)で表される繰り返し単位を有する高分子化合物は、一般式(III−1)、(III−3)、(III−4)で表される繰り返し単位以外に、さらに他の繰り返し単位を共重合成分として含んでいてもよい。
また、グラフト型高分子(1)としては、市販品を用いることもでき、例えば、ソルスパース24000GR、28000、32000、38500(商品名:日本ルーブリゾール社製)、アジスパーPB711、PN411、PA111、PB821、PB822(商品名:味の素ファインテクノ(株)製)、EFKA4047、4050(商品名:エフカアディティブスジャパン社製)、Disperbyk−161、162、167、168(商品名:ビックケミージャパン(株)製)が挙げられる。
グラフト型高分子(2)を構成しうるモノマーである、エステル部に塩基性窒素原子を有する(メタ)アクリル酸エステル、ビニルピリジン、及びアミノスチレンは、塩基性窒素原子を有する高分子化合物が直鎖状高分子である場合の説明において挙げたモノマーと同様である。また、これらのモノマーと共重合しうるモノマーとして前記した他のモノマーも、グラフト型高分子(2)を構成しうる任意のモノマーとして好適に用いることができる。
グラフト型高分子(2)を構成しうるモノマーとして好適に用いられる、重合性オリゴマー(マクロモノマー)は、末端に炭素−炭素二重結合を有するオリゴマーであり、具体的には、ポリスチレン、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリ(メタ)アクリル酸エステル、ポリカプロラクトン等が好適に挙げられる。重合性オリゴマー(マクロモノマー)としては、良好な分散性を得られるという観点からは、ポリカプロラクトンを有するものが好ましい。
重合性オリゴマー(マクロモノマー)の合成方法としては、特表平9−507255号、特表2001−518530号、特開2005−298401号、特表2006−521442号の各公報に記載の方法が挙げられる。また、特開2007−63461号公報に記載のヒドロキシ(メタ)アクリレートにカプロラクトンを連結させる方法や、特表2003−531001号公報に記載のヒドロキシ(メタ)アクリレートにカプロラクトンを連結した後に酸クロリドを反応させる方法なども挙げられる。
グラフト型高分子(2)を構成しうる、重合性オリゴマー(マクロモノマー)は、市販品としても入手できる。そのような重合性オリゴマー(マクロモノマー)としては、例えば、ラジカル重合したオリゴマーを有する、片末端メタクリロイル化ポリメチルメタクリレートオリゴマー(Mn=6,000、商品名:AA−6、東亜合成化学工業(株)製)、片末端メタクリロイル化ポリ−n−ブチルアクリレートオリゴマー(Mn=6,000、商品名:AB−6、東亜合成化学工業(株)製)、片末端メタクリロイル化ポリスチレンオリゴマー(Mn=6,000、商品名:AS−6、東亜合成化学工業(株)製)を挙げることができる。また、末端に水酸基を有するポリカプロラクトンからなるオリゴマーを有する、ヒドロキシメチルメタクリレートのε−カプロラクトン2モル付加体(商品名:プラクセルFM2D、ダイセル化学工業(株)製)、ヒドロキシメチルメタクリレートのε−カプロラクトン3モル付加体(商品名:プラクセルFM3、ダイセル化学工業(株)製)、ヒドロキシメチルメタクリレートのε−カプロラクトン5モル付加体(商品名:プラクセルFM5、ダイセル化学工業(株)製)、ヒドロキシメチルアクリレートのε−カプロラクトン2モル付加体(商品名:プラクセルFA2D、ダイセル化学工業(株)製)、ヒドロキシメチルアクリレートのε−カプロラクトン10モル付加体(商品名:プラクセルFA10L、ダイセル化学工業(株)製)が挙げられる。
グラフト型高分子(2)は、通常のラジカル重合法によって製造することができる。一般的には、懸濁重合法あるいは溶液重合法などを用いる。
グラフト型高分子(2)を合成する際に用いられる溶媒としては、例えば、エチレンジクロリド、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、アセトン、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、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、2−メトキシエチルアセテート、1−メトキシ−2−プロパノール、1−メトキシ−2−プロピルアセテート、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、トルエン、酢酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチルなどが挙げられる。これらの溶媒は単独あるいは2種以上混合してもよい。
また、ラジカル重合に際しては、ラジカル重合開始剤を使用することができる。また、さらに連鎖移動剤(例、2−メルカプトエタノール及びドデシルメルカプタン)を使用することができる。
以下に、グラフト高分子に分類される特定高分子化合物の具体例を挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下に例示した高分子化合物の分子量は、重量平均分子量(Mw)が1,000〜100,000の範囲であり、数平均分子量(Mn)で400〜50,000の範囲である。
上記の各具体例は、塩基性窒素原子を有する繰り返し単位の含有量をAとし、側鎖にポリマー鎖を有する他の繰り返し単位の含有量をBとした場合に、その比(A/B)が、A/B=10/90質量%〜70/30質量%の範囲にある特定高分子化合物である。
上記の各具体例は、塩基性窒素原子を有する繰り返し単位の含有量をAとし、側鎖にポリマー鎖を有さない他の繰り返し単位の含有量をBとし、側鎖にポリマー鎖を有する他の繰り返し単位の含有量をCとした場合に、その比(A/B/C)が、A/B/C=10/10/80質量%〜60/10/30質量%の範囲にある特定高分子化合物である。
特定高分子化合物が、酸基を有するモノマーに由来する共重合単位を有する場合、該酸基を有するモノマーに由来する共重合単位の含有量は、好ましくは30〜200mgKOH/gであり、より好ましくは30〜100mgKOH/gであり、更に好ましくは50〜80mgKOH/gである。
即ち、本発明の加工顔料を含む顔料分散組成物を光硬化性組成物に適用した場合において、現像液中での析出物の生成抑制という点では、酸基を有するモノマーに由来する重合単位の含有量は50mgKOH/g以上であることが好ましい。酸価が200mgKOH/g以上であると酸基間の凝集が強くなり、加工顔料間の凝集が生じ、分散性が劣化し、となって好ましくない。顔料の1次粒子の凝集体である2次凝集体の生成を効果的に抑制、或いは、2次凝集体の凝集力を効果的に弱めるためには、酸基を有するモノマーに由来する共重合単位の含有量は上記範囲が好ましい
特定高分子化合物は、該高分子化合物で被覆された顔料である本発明の加工顔料を、酸性分散剤存在下にて分散するときに、良好な分散性に寄与することから、酸性分散剤と好適に併用することができる。
さらに、特定高分子化合物は、該高分子化合物の塩基性や親疎水性、分子量を適宜調整することで、顔料への被覆されやすさ、分散安定性を調整することができる。
以上の観点からは、塩基性窒素原子を有する高分子化合物としては、前述した特定高分子化合物の中でも、特に、ポリ(低級アルキレンイミン)、塩基性窒素原子を有する(メタ)アクリル酸エステルに由来する構造単位を含む高分子化合物が好ましい。
特定高分子化合物の好ましい分子量は、重量平均分子量(Mw)で1,000〜100,000の範囲、数平均分子量(Mn)で400〜50,000の範囲であることが好ましい。重量平均分子量(Mw)で5,000〜50,000の範囲、数平均分子量(Mn)で2,000〜30,000の範囲であることがより好ましい。重量平均分子量(Mw)で8,000〜30,000の範囲、数平均分子量(Mn)で4,000〜12,000の範囲であることが最も好ましい。
即ち、顔料の1次粒子の凝集体である2次凝集体の生成を効果的に抑制、或いは、2次凝集体の凝集力を効果的に弱めるための観点からは、特定高分子化合物の重量平均分子量(Mw)は1,000以上であることが好ましい。また、本発明の加工顔料を含む光硬化性組成物によりカラーフィルタを製造する際の現像性の観点からは、特定高分子化合物の重量平均分子量(Mw)は100,000以下であることが好ましい。
本発明の加工顔料において、i)顔料とiv)特定高分子化合物との含有比としては、質量比で、i)顔料:iv)特定高分子化合物=1:0.01〜1:2が好ましく、より好ましくは、1:0.05〜1:1であり、さらに好ましくは、1:0.1〜1:0.6である。
本発明の加工顔料を製造する際には、必要に応じて、上述の特定高分子化合物の他に、他の高分子化合物を同時に使用してもよい。好ましくは室温において固体であり、水不溶性で、且つ、ソルトミリング時に湿潤剤として用いる水溶性有機溶剤に少なくとも一部可溶である必要があり、それを満たすものであれば、天然樹脂、変性天然樹脂、合成樹脂、天然樹脂で変性された合成樹脂等が用いられる。
乾燥した加工顔料を得る場合には、他の高分子化合物は室温で固体であることが好ましい。
天然樹脂としてはロジンが代表的であり、変性天然樹脂としては、ロジン誘導体、繊維素誘導体、ゴム誘導体、タンパク誘導体及びそれらのオリゴマーが挙げられる。合成樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、マレイン酸樹脂、ブチラール樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられる。天然樹脂で変性された合成樹脂としては、ロジン変性マレイン酸樹脂、ロジン変性フェノール樹脂等が挙げられる。
また、合成樹脂としては、ポリアミドアミンとその塩、ポリカルボン酸とその塩、高分子量不飽和酸エステル、ポリウレタン、ポリエステル、ポリ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系共重合体、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物が挙げられる。
本発明の加工顔料は、有機顔料などのi)顔料粒子がiv)特定高分子化合物で被覆されていることを特徴とし、該高分子化合物が顔料粒子表面の一部或いは全部に強固に被覆されることで本発明の効果を奏するものであり、一般的な高分子分散剤が顔料に吸着してなるものとは異なるものである。この被覆状態は、以下に示す有機溶剤による洗浄で高分子化合物の遊離量(遊離率)を測定することにより確認できる。即ち、顔料に単に吸着してなる高分子化合物は、有機溶剤による洗浄によりその殆ど、具体的には、65%以上が遊離、除去されるが、本発明の如く表面被覆された加工顔料の場合には遊離率は極めて少なく、30%以下である。
本発明における加工顔料の高分子化合物の遊離量は、加工顔料を1−メトキシ−2−プロパノールで洗浄して、算出する。その具体的な方法は、まず、加工顔料10gを1−メトキシ−2−プロパノール100ml中に投入し、振とう機で室温で3時間、振とうさせる。その後、遠心分離機で80,000rpmで8時間かけて顔料を沈降させ、上澄み液部分の固形分を乾燥法から求める。この固形分の量から、顔料から遊離した高分子化合物の質量を求め、初期の処理に使用した高分子化合物の質量との比から、遊離率(%)を算出する。
なお、市販品等の加工顔料の遊離率は、以下の方法で測定できる。
即ち、顔料を溶解する溶剤(例えばジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、蟻酸、硫酸など)で、加工顔料全体を溶解した後に、高分子化合物と顔料とに、溶解性の差を利用して有機溶剤で分離して、「初期の処理に使用した高分子化合物の質量」として算出する。別途、加工顔料を1−メトキシ−2−プロパノールで洗浄して、得られた上記の遊離量を、この「初期の処理に使用した高分子化合物の質量」で除して遊離率(%)を求める。
遊離率は小さいほど顔料への被覆率が高く、分散性、分散安定性が良好である。遊離率の好ましい範囲は30%以下、より好ましくは20%以下、最も好ましくは15%以下である。理想的には0%である。
本発明の加工顔料は、顔料表面が、特定高分子化合物により強固に被覆され、有機溶剤に浸漬した場合でも遊離しないことから、分散性及び分散安定性に優れた加工顔料であり、その応用範囲は広い。特に、後述する顔料分散組成物の調製に有用である。
[顔料分散組成物]
次に、前記本発明の加工顔料を用いた本発明の顔料分散組成物について説明する。
本発明の顔料分散組成物は、上記した本発明の加工顔料を有機溶剤中に分散してなる。
また、本発明の加工顔料を有機溶剤中に分散する際には、顔料誘導体、分散剤を適宜必要に応じて使用することも好ましい態様である。
〔有機溶剤〕
本発明の顔料分散組成物における有機溶剤としては、有機溶剤であれば特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、1−メトキシ−2−プロピルアセテート、1−メトキシ−2−プロパノール、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、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、ジ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の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル及びこれらの酢酸エステル類;酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸i−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル等の酢酸エステル類;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類;メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類;エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン等のアルコール類、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、アルキレングリコールモノアルキルエーテル類、及びその酢酸エステル類、酢酸エステル類、メチルエチルケトン、などが好ましい。
顔料分散組成物における有機溶剤の含有量は、顔料分散組成物の用途などに応じて適宜選択される。顔料分散組成物が、後述する光硬化性組成物の調製に用いられる場合には、取り扱い性の観点から、加工顔料等を含む固形分濃度が5〜50質量%となるように含有することができる。
〔顔料誘導体〕
本発明の顔料分散組成物には、必要に応じて、顔料誘導体が添加される。
分散剤と親和性のある部分、或いは、極性基を導入した顔料誘導体を、加工顔料の表面に吸着させ、これを分散剤の吸着点として用いることで、加工顔料を微細な粒子として顔料分散組成物中に分散させることができ、また、その再凝集を防止することができる。
顔料誘導体は、具体的には有機顔料を母体骨格とし、側鎖に酸性基や塩基性基、芳香族基を置換基として導入した化合物である。有機顔料は、具体的には、キナクリドン系顔料、フタロシアニン系顔料、アゾ系顔料、キノフタロン系顔料、イソインドリン系顔料、イソインドリノン系顔料、キノリン顔料、ジケトピロロピロール顔料、ベンゾイミダゾロン顔料等が挙げられる。一般に、色素と呼ばれていないナフタレン系、アントラキノン系、トリアジン系、キノリン系等の淡黄色の芳香族多環化合物も含まれる。色素誘導体としては、特開平11−49974号公報、特開平11−189732号公報、特開平10−245501号公報、特開2006−265528号公報、特開平8−295810号公報、特開平11−199796号公報、特開2005−234478号公報、特開2003−240938号公報、特開2001−356210号公報等に記載されているものを使用できる。
顔料誘導体の顔料分散組成物中における含有量としては、顔料の質量に対して、1〜30質量%が好ましく、3〜20質量%がより好ましい。顔料誘導体の含有量がこの範囲内であると、粘度を低く抑えながら、分散を良好に行なえると共に分散後の分散安定性を向上させることができる。
この顔料分散組成物をカラーフィルタの製造に適用することで、透過率が高く、優れた色特性を有し、高いコントラストのカラーフィルタを得ることができる。
〔分散剤〕
本発明の顔料分散組成物には、加工顔料の分散性をより向上させる目的で、従来から公知の顔料分散剤や界面活性剤等の分散剤を加えることもできる。
公知の分散剤(顔料分散剤)としては、高分子分散剤〔例えば、ポリアミドアミンとその塩、ポリカルボン酸とその塩、高分子量不飽和酸エステル、変性ポリウレタン、変性ポリエステル、変性ポリ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系共重合体、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物〕、及び、ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルカノールアミン、顔料誘導体等を挙げることができる。
高分子分散剤は、その構造からさらに直鎖状高分子、末端変性型高分子、グラフト型高分子、ブロック型高分子に分類することができる。
高分子分散剤は顔料の表面に吸着し、再凝集を防止する様に作用する。そのため、顔料表面へのアンカー部位を有する末端変性型高分子、グラフト型高分子、ブロック型高分子が好ましい構造として挙げることができる。一方で、顔料誘導体は顔料表面を改質することで、高分子分散剤の吸着を促進させる効果を有する。
前記高分子分散剤は、分散工程において、顔料の表面に吸着し、再凝集を防止する様に作用する。そのため、顔料表面へのアンカー部位を有するブロック型高分子、グラフト型高分子、末端変性型高分子が好ましい構造として挙げることができる。一方で、顔料誘導体は顔料表面を改質することで、高分子分散剤の吸着を促進させる効果を有する。
(グラフト型高分子)
グラフト型高分子については、特に制限されないが、特開昭54−37082号公報、特開昭61−174939号公報などに記載のポリアルキレンイミンとポリエステル化合物を反応させた化合物、特開平9−169821号公報に記載のポリアリルアミンの側鎖のアミノ基をポリエステルで修飾した化合物、特開昭60−166318号公報に記載のポリエステルポリオール付加ポリウレタン等が好適に挙げられ、更に、特開平9−171253号公報や、マクロモノマーの化学と工業(アイピーシー出版部、1989年)などにあるように、重合性オリゴマー(以下、マクロモノマーと称する)を共重合成分とするグラフト型高分子も好適に挙げることができる。また、顔料に吸着して、良好な分散性を与えるという点において、特開2003−238837に記載の有機色素部分を有するグラフト型高分子が好ましい。
グラフト型高分子の枝部は、ポリスチレン、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリ(メタ)アクリル酸エステル、ポリカプロラクトン等が好適に挙げられるが、ポリカプロラクトン鎖を有するグラフト型高分子がより好ましい。
前記グラフト型高分子の市販品としては、ソルスパース24000、同28000、同32000、同38500、同39000、同55000(以上ルーブリゾール社製)、Disperbyk−161、同−171、同−174(以上BYK Chemie社製)等が挙げられる。
(末端変性型高分子)
末端変性型高分子としては、例えば、特開平9−77994号公報や、特開2002−273191号公報、特開2007−277514公報、特開2007−140487公報などに記載されているポリマーの末端に官能基を有する高分子を挙げることができる。
(ブロック型高分子)
ブロック型高分子としては、特に限定されないが、顔料吸着ブロックと、顔料に吸着しないブロックとからなるブロック型高分子が挙げられる。
顔料吸着ブロックを構成する単量体としては、特に制限されないが、例えば、顔料に吸着し得る官能基を有するモノマーが挙げられる。具体的には、有機色素構造あるいは複素環構造を有するモノマー、酸性基を有するモノマー、塩基性窒素原子を有するモノマーなどを挙げることができる。
有機色素構造あるいは複素環構造を有するモノマーとしては、例えば、特開2003−238837に記載の有機色素骨格やマレイミド誘導体などが挙げられる。
ブロック型高分子としては、市販品を利用することも可能である。具体的な例としては、Disperbyk−2000、同−2001(以上BYK Chemie社製 )、EFKA4330、同4340(以上EFKA社製)等を挙げることができる。
−顔料分散組成物の調製−
本発明の顔料分散組成物は、各種の混合機、分散機を使用して混合分散する混合分散工程を経ることによって、調製することができる。
なお、混合分散工程は、混練分散とそれに続けて行う微分散処理からなるのが好ましいが、混練分散を省略することも可能である。
本発明の顔料分散組成物は、具体的には、例えば、本発明の加工顔料、有機溶剤、及び、必要に応じて用いられる任意成分(顔料誘導体、分散剤、等)を、縦型若しくは横型のサンドグラインダー、ピンミル、スリットミル、超音波分散機等を用いて、0.01mm〜1mmの粒子径のガラス、ジルコニア等でできたビーズにて微分散処理を行なうことにより得ることができる。
なお、ビーズによる微分散を行なう前に、二本ロール、三本ロール、ボールミル、トロンミル、ディスパー、ニーダー、コニーダー、ホモジナイザー、ブレンダー、単軸若しくは2軸の押出機等を用いて、強い剪断力を与えながら混練分散処理を行なうことも可能で
なお、混練、分散についての詳細は、T.C.Patton著”Paint Flow and Pigment Dispersion”(1964年 John Wiley and Sons社刊)等に記載されている。
[光硬化性組成物]
本発明の光硬化性組成物は、既述の本発明の顔料分散組成物と、重合性化合物と、光重合開始剤とを含んでなり、更に、アルカリ可溶性樹脂を含むことが好ましく、必要に応じて、他の成分を含んでいてもよい。
本発明の光硬化性組成物は、カラーフィルタの製造に用いられる光硬化性組成物に好適に用いられる。以下、本発明の光硬化性組成物に含まれる各成分について詳述する。
〔顔料分散組成物〕
本発明の光硬化性組成物は、前記した本発明の顔料分散組成物の少なくとも一種を用いて構成されるものである。光硬化性組成物を構成する本発明の顔料分散組成物の詳細については、既述の通りである。
本発明の光硬化性組成物中における顔料分散組成物の含有量としては、光硬化性組成物の全固形分(質量)に対して、加工顔料の含有量が5質量%〜70質量%の範囲となる量が好ましく、15質量%〜60質量%の範囲となる量がより好ましい。顔料分散組成物の含有量がこの範囲内であると、色濃度が充分で優れた色特性を確保するのに有効である。
〔重合性化合物〕
本発明の光硬化性組成物は、少なくとも1種の重合性化合物を含有する。
本発明に用いることができる重合性化合物としては、少なくとも1個の付加重合可能なエチレン性不飽和基を有し、沸点が常圧で100℃以上である化合物が好ましく、中でも4官能以上のアクリレート化合物がより好ましい。
少なくとも1個の付加重合可能なエチレン性不飽和基を有し、沸点が常圧で100℃以上である化合物としては、例えば、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート等の単官能のアクリレートやメタアクリレート;ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(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ヘキサ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオール(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(アクリロイルオキシプロピル)エーテル、トリ(アクリロイロキシエチル)イソシアヌレート、グリセリンやトリメチロールエタン等の多官能アルコールにエチレンオキサイドやプロピレンオキサイドを付加させた後(メタ)アクリレート化したもの、ペンタエリスリトール又はジペンタエリスリトールのポリ(メタ)アクリレート化したもの、特公昭48−41708号、特公昭50−6034号、特開昭51−37193号公報に記載のウレタンアクリレート類、特開昭48−64183号、特公昭49−43191号、特公昭52−30490号公報に記載のポリエステルアクリレート類、エポキシ樹脂と(メタ)アクリル酸との反応生成物であるエポキシアクリレート類等の多官能のアクリレートやメタアクリレートを挙げることができる。
更に、日本接着協会誌Vol.20、No.7、300〜308頁に光硬化性モノマー及びオリゴマーとして紹介されているものも使用できる。
また、特開平10−62986号公報において一般式(1)及び(2)としてその具体例と共に記載の、前記多官能アルコールにエチレンオキサイドやプロピレンオキサイドを付加させた後に(メタ)アクリレート化した化合物も用いることができる。
中でも、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、及びこれらのアクリロイル基がエチレングリコール、プロピレングリコール残基を介している構造が好ましい。これらのオリゴマータイプも使用できる。
重合性化合物は、1種単独で用いる以外に、2種以上を組み合わせて用いることができる。
重合性化合物の光硬化性組成物中における含有量としては、該組成物の全固形分100質量部に対して、3〜55質量部が好ましく、より好ましくは10〜50質量部である。重合性化合物の含有量が前記範囲内であると、硬化反応が充分に行なえる。
〔光重合開始剤〕
光重合開始剤としては、例えば、特開平57−6096号公報に記載のハロメチルオキサジアゾール、特公昭59−1281号公報、特開昭53−133428号公報等に記載のハロメチル−s−トリアジン等活性ハロゲン化合物、米国特許USP−4318791、欧州特許公開EP−88050A等の各明細書に記載のケタール、アセタール、又はベンゾインアルキルエーテル類等の芳香族カルボニル化合物、米国特許USP−4199420明細書に記載のベンゾフェノン類等の芳香族ケトン化合物、Fr−2456741明細書に記載の(チオ)キサントン類又はアクリジン類化合物、特開平10−62986号公報に記載のクマリン類又はロフィンダイマー類等の化合物、特開平8−015521号公報等のスルホニウム有機硼素錯体等、等を挙げることができる。
前記光重合開始剤としては、アセトフェノン系、ケタール系、ベンゾフェノン系、ベンゾイン系、ベンゾイル系、キサントン系、トリアジン系、ハロメチルオキサジアゾール系、アクリジン類系、クマリン類系、ロフィンダイマー類系、ビイミダゾール系、オキシムエステル系等が好ましい。
前記アセトフェノン系光重合開始剤としては、例えば、2,2−ジエトキシアセトフェノン、p−ジメチルアミノアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン、p−ジメチルアミノアセトフェノン、4’−イソプロピル−2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオフェノンなどを好適に挙げることができる。
前記ケタール系光重合開始剤としては、例えば、ベンジルジメチルケタール、ベンジル−β−メトキシエチルアセタールなどを好適に挙げることができる。
前記ベンゾフェノン系光重合開始剤としては、例えば、ベンゾフェノン、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、4,4’−ジクロロベンゾフェノン、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、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、2−トリル−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、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ノン−1等を好適に挙げることができる。
前記ベンゾイン系又はベンゾイル系光重合開始剤としては、例えば、ベンゾインイソプロピルエーテル、ゼンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインメチルエーテル、メチルo−ベンゾイルベゾエート等を好適に挙げることができる。
前記キサントン系光重合開始剤としては、例えば、ジエチルチオキサントン、ジイソプロピルチオキサントン、モノイソプロピルチオキサントン、クロロチオキサントン、等を好適に挙げることができる。
前記トリアジン系光重合開始剤としては、例えば、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−p−メトキシフェニル−s−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−p−メトキシスチリル−s−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−(1−p−ジメチルアミノフェニル)−1,3−ブタジエニル−s−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−ビフェニル−s−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−(p−メチルビフェニル)−s−トリアジン、p−ヒドロキシエトキシスチリル−2,6−ジ(トリクロロメチル)−s−トリアジン、メトキシスチリル−2,6−ジ(トリクロロメチル−s−トリアジン、3,4−ジメトキシスチリル−2,6−ジ(トリクロロメチル)−s−トリアジン、4−ベンズオキソラン−2,6−ジ(トリクロロメチル)−s−トリアジン、4−(o−ブロモ−p−N,N−(ジエトキシカルボニルアミノ)−フェニル)−2,6−ジ(クロロメチル)−s−トリアジン、4−(p−N,N−(ジエトキシカルボニルアミノ)−フェニル)−2,6−ジ(クロロメチル)−s−トリアジン等を好適に挙げることができる。
前記ハロメチルオキサジアゾール系光重合開始剤としては、例えば、2−トリクロロメチル−5−スチリル−1,3,4−オキソジアゾール、2−トリクロロメチル−5−(シアノスチリル)−1,3,4−オキソジアゾール、2−トリクロロメチル−5−(ナフト−1−イル)−1,3,4−オキソジアゾール、2−トリクロロメチル−5−(4−スチリル)スチリル−1,3,4−オキソジアゾール等を好適に挙げることができる。
前記アクリジン類系光重合開始剤としては、例えば、9−フェニルアクリジン、1,7−ビス(9−アクリジニル)ヘプタン等を好適に挙げることができる。
前記クマリン類系光重合開始剤としては、例えば、3−メチル−5−アミノ−((s−トリアジン−2−イル)アミノ)−3−フェニルクマリン、3−クロロ−5−ジエチルアミノ−((s−トリアジン−2−イル)アミノ)−3−フェニルクマリン、3−ブチル−5−ジメチルアミノ−((s−トリアジン−2−イル)アミノ)−3−フェニルクマリン等を好適に挙げることができる。
前記ロフィンダイマー類系光重合開始剤としては、例えば、2−(o−クロロフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾリル二量体、2−(o−メトキシフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾリル二量体、2−(2,4−ジメトキシフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾリル二量体等を好適に挙げることができる。
前記ビイミダゾール系光重合開始剤としては、例えば、2−メルカプトベンズイミダゾール、2,2’−ベンゾチアゾリルジサルファイド等を好適に挙げることができる。
上記以外に、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシム、O−ベンゾイル−4’−(ベンズメルカプト)ベンゾイル−ヘキシル−ケトキシム、2,4,6−トリメチルフェニルカルボニル−ジフェニルフォスフォニルオキサイド、ヘキサフルオロフォスフォロ−トリアルキルフェニルホスホニウム塩等が挙げられる。
本発明では、以上の光重合開始剤に限定されるものではなく、他の公知のものも使用することができる。例えば、米国特許第2,367,660号明細書に記載のビシナールポリケトルアルドニル化合物、米国特許第2,367,661号及び第2,367,670号明細書に記載のα−カルボニル化合物、米国特許第2,448,828号明細書に記載のアシロインエーテル、米国特許第2,722,512号明細書に記載のα−炭化水素で置換された芳香族アシロイン化合物、米国特許第3,046,127号及び第2,951,758号明細書に記載の多核キノン化合物、米国特許第3,549,367号明細書に記載のトリアリルイミダゾールダイマー/p−アミノフェニルケトンの組合せ、特公昭51−48516号公報に記載のベンゾチアゾール系化合物/トリハロメチール−s−トリアジン系化合物、J.C.S. Perkin II(1979)1653−1660、J.C.S.PerkinII(1979)156−162、Journal of Photopolymer Science and Technology(1995)202−232、特開2000−66385号公報記載のオキシムエステル化合物等が挙げられる。
また、これらの光重合開始剤を併用することもできる。
光重合開始剤の光硬化性組成物中における含有量としては、該組成物の全固形分に対して、0.1〜10.0質量%が好ましく、より好ましくは0.5〜5.0質量%である。光重合開始剤の含有量が前記範囲内であると、重合反応を良好に進行させて強度の良好な膜形成が可能である。
〔アルカリ可溶性樹脂〕
アルカリ可溶性樹脂としては、線状有機高分子重合体であって、分子(好ましくは、アクリル系共重合体、スチレン系共重合体を主鎖とする分子)中に少なくとも1つのアルカリ可溶性を促進する基(例えばカルボキシル基、リン酸基、スルホン酸基など)を有するアルカリ可溶性樹脂の中から適宜選択することができる。このうち、更に好ましくは、有機溶剤に可溶で弱アルカリ水溶液により現像可能なものである。
アルカリ可溶性樹脂の製造には、例えば公知のラジカル重合法による方法を適用することができる。ラジカル重合法でアルカリ可溶性樹脂を製造する際の温度、圧力、ラジカル開始剤の種類及びその量、溶媒の種類等々の重合条件は、当業者において容易に設定可能であり、実験的に条件を定めるようにすることもできる。
上記の線状有機高分子重合体としては、側鎖にカルボン酸を有するポリマーが好ましい。例えば特開昭59−44615号、特公昭54−34327号、特公昭58−12577号、特公昭54−25957号、特開昭59−53836号、特開昭59−71048号の各公報に記載されているような、メタクリル酸共重合体、アクリル酸共重合体、イタコン酸共重合体、クロトン酸共重合体、マレイン酸共重合体、部分エステル化マレイン酸共重合体等、並びに側鎖にカルボン酸を有する酸性セルロース誘導体、水酸基を有するポリマーに酸無水物を付加させたもの等であり、さらに側鎖に(メタ)アクリロイル基を有する高分子重合体も好ましいものとして挙げられる。
これらの中では特に、ベンジル(メタ)アクリレート/(メタ)アクリル酸共重合体やベンジル(メタ)アクリレート/(メタ)アクリル酸/他のモノマーからなる多元共重合体が好適である。
このほか、2−ヒドロキシエチルメタクリレートを共重合したもの等も有用なものとして挙げられる。該ポリマーは任意の量で混合して用いることができる。
上記以外に、特開平7−140654号公報に記載の、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート/ポリスチレンマクロモノマー/ベンジルメタクリレート/メタクリル酸共重合体、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート/ポリメチルメタクリレートマクロモノマー/ベンジルメタクリレート/メタクリル酸共重合体、2−ヒドロキシエチルメタクリレート/ポリスチレンマクロモノマー/メチルメタクリレート/メタクリル酸共重合体、2−ヒドロキシエチルメタクリレート/ポリスチレンマクロモノマー/ベンジルメタクレート/メタクリル酸共重合体などが挙げられる。
アルカリ可溶性樹脂の具体的な構成単位については、特に(メタ)アクリル酸と、これと共重合可能な他の単量体との共重合体が好適である。ここで(メタ)アクリル酸はアクリル酸とメタクリル酸を合わせた総称であり、以下も同様に(メタ)アクリレートはアクリレートとメタクリレートの総称である。
前記(メタ)アクリル酸と共重合可能な他の単量体としては、アルキル(メタ)アクリレート、アリール(メタ)アクリレート、ビニル化合物などが挙げられる。ここで、アルキル基及びアリール基の水素原子は、置換基で置換されていてもよい。
前記アルキル(メタ)アクリレート及びアリール(メタ)アクリレートの具体例としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、トリル(メタ)アクリレート、ナフチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
また、前記ビニル化合物としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、グリシジルメタクリレート、アクリロニトリル、ビニルアセテート、N−ビニルピロリドン、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、ポリスチレンマクロモノマー、ポリメチルメタクリレートマクロモノマー、CH=CR、CH=C(R)(COOR)〔ここで、Rは水素原子又は炭素数1〜5のアルキル基を表し、Rは炭素数6〜10の芳香族炭化水素環を表し、Rは炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数6〜12のアラルキル基を表す。〕、等を挙げることができる。
これら共重合可能な他の単量体は、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。好ましい共重合可能な他の単量体は、CH=CR、CH=C(R)(COOR)、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート及びスチレンから選択される少なくとも1種であり、特に好ましくは、CH=CR、及び/又はCH=C(R)(COOR)である。
アルカリ可溶性樹脂の光硬化性組成物中における含有量としては、該組成物の全固形分に対して、1〜15質量%が好ましく、より好ましくは、2〜12質量%であり、特に好ましくは、3〜10質量%である。
〔溶剤〕
本発明の光硬化性組成物は、一般に、前述の各成分と共に溶剤を用いることで、好適に調製することができる。
溶剤としては、エステル類、例えば酢酸エチル、酢酸−n−ブチル、酢酸イソブチル、ギ酸アミル、酢酸イソアミル、酢酸イソブチル、プロピオン酸ブチル、酪酸イソプロピル、酪酸エチル、酪酸ブチル、アルキルエステル類、乳酸メチル、乳酸エチル、オキシ酢酸メチル、オキシ酢酸エチル、オキシ酢酸ブチル、メトキシ酢酸メチル、メトキシ酢酸エチル、メトキシ酢酸ブチル、エトキシ酢酸メチル、エトキシ酢酸エチル、3−オキシプロピオン酸メチル、3−オキシプロピオン酸エチルなどの3−オキシプロピオン酸アルキルエステル類;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、2−オキシプロピオン酸メチル、2−オキシプロピオン酸エチル、2−オキシプロピオン酸プロピル、2−メトキシプロピオン酸メチル、2−メトキシプロピオン酸エチル、2−メトキシプロピオン酸プロピル、2−エトキシプロピオン酸メチル、2−エトキシプロピオン酸エチル、2−オキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−オキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、2−メトキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−エトキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2−オキソブタン酸メチル、2−オキソブタン酸エチル等;エーテル類、例えばジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、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、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、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、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート等;ケトン類、例えばメチルエチルケトン、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン等;芳香族炭化水素類、例えばトルエン、キシレン、等が挙げられる。
これらのうち、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、エチルセロソルブアセテート、乳酸エチル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、酢酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、2−ヘプタノン、シクロヘキサノン、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート等が好適である。
溶剤は、単独で用いる以外に2種以上を組み合わせて用いてもよい。
〔その他成分〕
本発明の光硬化性組成物には、必要に応じて、フッ素系有機化合物、熱重合開始剤、熱重合成分、熱重合防止剤、着色剤、光重合開始剤、その他充填剤、上記のアルカリ可溶性樹脂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、凝集防止剤などの各種添加物を含有することができる。
<フッ素系有機化合物>
フッ素系有機化合物を含有することで、塗布液としたときの液特性(特に流動性)を改善でき、塗布厚の均一性や省液性を改善することができる。すなわち、基板と塗布液との界面張力を低下させて基板への濡れ性が改善され、基板への塗布性が向上するので、少量の液量で数μm程度の薄膜を形成した場合であっても、厚みムラの小さい均一厚の膜形成が可能である点で有効である。
フッ素系有機化合物のフッ素含有率は3〜40質量%が好適であり、より好ましくは5〜30質量%であり、特に好ましくは7〜25質量%である。フッ素含有率が前記範囲内であると、塗布厚均一性や省液性の点で効果的であり、組成物中への溶解性も良好である。
フッ素系有機化合物としては、例えば、メガファックF171、同F172、同F173、同F177、同F141、同F142、同F143、同F144、同R30、同F437(以上、大日本インキ化学工業(株)製)、フロラードFC430、同FC431、同FC171(以上、住友スリーエム(株)製)、サーフロンS−382、同SC−101、同SC−103、同SC−104、同SC−105、同SC1068、同SC−381、同SC−383、同S393、同KH−40(以上、旭硝子(株)製)等が挙げられる。
フッ素系有機化合物としては、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又はフルオロアルキレン基を有する化合物を好適に用いることができる。具体的市販品としては、例えばメガファックF142D、同F172、同F173、同F176、同F177、同F183、同780、同781、同R30、同R08、同F−472SF、同BL20、同R−61、同R−90(大日本インキ(株)製)、フロラードFC−135、同FC−170C、同FC−430、同FC−431、Novec FC−4430(住友スリーエム(株)製)、アサヒガードAG7105,7000,950,7600、サーフロンS−112、同S−113、同S−131、同S−141、同S−145、同S−382、同SC−101、同SC−102、同SC−103、同SC−104、同SC−105、同SC−106(旭ガラス(株)製)、エフトップEF351、同352、同801、同802(JEMCO(株)製)などである。
フッ素系有機化合物は特に、塗布膜を薄くしたときの塗布ムラや厚みムラの防止に効果的である。また、更には液切れを起こしやすいスリット塗布においても効果的である。
フッ素系有機化合物の添加量は、光硬化性組成物の全質量に対して、0.001〜2.0質量%が好ましく、より好ましくは0.005〜1.0質量%である。
<熱重合開始剤>
本発明の光硬化性組成物には、熱重合開始剤を含有させることも有効である。熱重合開始剤としては、例えば、各種のアゾ系化合物、過酸化物系化合物が挙げられ、前記アゾ系化合物としては、アゾビス系化合物を挙げることができ、前記過酸化物系化合物としては、ケトンパーオキサイド、パーオキシケタール、ハイドロパーオキサイド、ジアルキルパーオキサイド、ジアシルパーオキサイド、パーオキシエステル、パーオキシジカーボネートなどを挙げることができる。
<熱重合成分>
本発明の光硬化性組成物には、熱重合成分を含有させることも有効である。必要によっては、塗膜の強度を上げるために、エポキシ化合物を添加することができる。エポキシ化合物としては、ビスフェノールA型、クレゾールノボラック型、ビフェニル型、脂環式エポキシ化合物などのエポキシ環を分子中に2個以上有する化合物である。例えばビスフェノールA型としては、エポトートYD−115、YD−118T、YD−127、YD−128、YD−134、YD−8125、YD−7011R、ZX−1059、YDF−8170、YDF−170など(以上東都化成製)、デナコールEX−1101、EX−1102、EX−1103など(以上ナガセ化成製)、プラクセルGL−61、GL−62、G101、G102(以上ダイセル化学製)の他に、これらの類似のビスフェノールF型、ビスフェノールS型も挙げることができる。またEbecryl 3700、3701、600(以上ダイセルユーシービー製)などのエポキシアクリレートも使用可能である。クレゾールノボラック型としては、エポトートYDPN−638、YDPN−701、YDPN−702、YDPN−703、YDPN−704など(以上東都化成製)、デナコールEM−125など(以上ナガセ化成製)、ビフェニル型としては3,5,3’,5’−テトラメチル−4,4’ジグリシジルビフェニルなど、脂環式エポキシ化合物としては、セロキサイド2021、2081、2083、2085、エポリードGT−301、GT−302、GT−401、GT−403、EHPE−3150(以上ダイセル化学製)、サントートST−3000、ST−4000、ST−5080、ST−5100など(以上東都化成製)などを挙げることができる。また1,1,2,2−テトラキス(p−グリシジルオキシフェニル)エタン、トリス(p−グリシジルオキシフェニル)メタン、トリグリシジルトリス(ヒドロキシエチル)イソシアヌレート、o−フタル酸ジグリシジルエステル、テレフタル酸ジグリシジルエステル、他にアミン型エポキシ樹脂であるエポトートYH−434、YH−434L、ビスフェノールA型エポキシ樹脂の骨格中にダイマー酸を変性したグリシジルエステル等も使用できる。
<界面活性剤>
本発明の光硬化性組成物には、塗布性を改良する観点から、各種の界面活性剤を用いて構成することが好ましく、前述のフッソ系界面活性剤の他にノニオン系、カチオン系、アニオン系の各種界面活性剤を使用できる。中でも、前記のノニオン系界面活性剤でパーフルオロアルキル基を有するフッ素系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤が好ましい。
ノニオン系界面活性剤の例として、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルエステル類、ソルビタンアルキルエステル類、モノグリセリドアルキルエステル類などのノニオン系界面活性剤が特に好ましい。具体的には、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテルなどのポリオキシエチレンアルキルエーテル類;ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンポリスチリル化エーテル、ポリオキシエチレントリベンジルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン-プロピレンポリスチリルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルなどのポリオキシエチレンアリールエーテル類;ポリオキシエチレンジラウレート、ポリオキシエチレンジステアレートなどのポリオキシエチレンジアルキルエステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類、エチレンジアミンポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン縮合物などのノニオン系界面活性剤があり、これらは花王(株)、日本油脂(株)、竹本油脂(株)、(株)ADEKA、三洋化成(株)などから市販されているものが適宜使用できる。上記の他に前述の分散剤も使用可能である。
上記以外に、光硬化性組成物には各種の添加物を添加できる。添加物の具体例としては、2−(3−t−ブチル−5−メチル−2−ヒドロキシフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、アルコキシベンゾフェノン等の紫外線吸収剤、ポリアクリル酸ナトリウム等の凝集防止剤、ガラス、アルミナ等の充填剤;イタコン酸共重合体、クロトン酸共重合体、マレイン酸共重合体、部分エステル化マレイン酸共重合体、酸性セルロース誘導体、水酸基を有するポリマーに酸無水物を付加させたもの、アルコール可溶性ナイロン、ビスフェノールAとエピクロルヒドリンとから形成されたフェノキシ樹脂などのアルカリ可溶の樹脂などがある。
また、未硬化部のアルカリ溶解性を促進し、顔料分散組成物の現像性の更なる向上を図る場合には、顔料分散組成物に有機カルボン酸、好ましくは分子量1000以下の低分子量有機カルボン酸の添加を行なうことができる。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。
<熱重合防止剤>
本発明の光硬化性組成物には、以上のほかに更に、熱重合防止剤を加えておくことが好ましく、例えば、ハイドロキノン、p−メトキシフェノール、ジ−t−ブチル−p−クレゾール、ピロガロール、t−ブチルカテコール、ベンゾキノン、4,4′−チオビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2−メルカプトベンゾイミダゾール等が有用である。
本発明の光硬化性組成物は、本発明の加工顔料を含む顔料分散組成物(本発明の顔料分散組成物)を含むことから、加工顔料の分散性に優れ、また、色特性にも優れる。
そのため、良好な色特性が求められるカラーフィルタの着色領域を形成するために用いられることが好ましい。
<カラーフィルタ>
本発明のカラーフィルタは、基板上に、前述の本発明の光硬化性組成により形成された着色領域を有することを特徴とする。
ここで、着色領域とは、3色或いは4色の着色パターン(画素部)と、ブラックマトリクスと、の両方を含むものである。
以下、本発明のカラーフィルタについて、その製造方法を通じて詳述する。
本発明のカラーフィルタの製造方法について説明する。
まず、本発明の光硬化性組成物を、基板上に直接又は他の層を介して付与(好ましくは、回転塗布、スリット塗布、流延塗布、ロール塗布等の塗布方法により塗布)して感光性膜(塗布膜)を形成する(塗布工程)。その後、形成された塗布膜に、所定のマスクパターンを介して露光を行う(露光工程)。露光後、塗布膜の未硬化部を現像液で現像除去する(現像工程)。これらの工程を経ることで、各色(3色或いは4色)の画素からなる着色パターンが形成され、カラーフィルタを得ることができる。
このような方法により、液晶表示素子や固体撮像素子に用いられるカラーフィルタをプロセス上の困難性が少なく、高品質で、且つ、低コストに作製することができる。
以下、各工程について詳細に説明する。
〔塗布工程〕
まず、塗布工程で用いられる基板について説明する。
本発明のカラーフィルタに用いられる基板としては、例えば、液晶表示素子等に用いられる無アルカリガラス、ソーダガラス、パイレックス(登録商標)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、固体撮像素子等に用いられる光電変換素子基板、例えば、シリコーン基板や、プラスチック基板が挙げられる。
これらの基板上には、各画素を隔離するブラックマトリクスが形成されていたり、密着促進等のために透明樹脂層が設けられたりしていてもよい。
また、プラスチック基板は、その表面に、ガスバリヤー層及び/又は耐溶剤性層を有していることが好ましい。
この他に、薄膜トランジスター(TFT)方式カラー液晶表示装置の薄膜トランジスター(TFT)が配置された駆動用基板(以下、「TFT方式液晶駆動用基板」という。)を用い、この駆動用基板上にも、本発明の光硬化性組成物を用いてなる着色パターンを形成し、カラーフィルタを作製することができる。
TFT方式液晶駆動用基板における基板としては、例えば、ガラス、シリコーン、ポリカーボネート、ポリエステル、芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド等を挙げることができる。これらの基板には、所望により、シランカップリング剤等による薬品処理、プラズマ処理、イオンプレーティング、スパッタリング、気相反応法、真空蒸着等の適宜の前処理を施しておくこともできる。例えば、TFT方式液晶駆動用基板の表面に、窒化ケイ素膜等のパッシベーション膜を形成した基板を用いることができる。
塗布工程において、本発明の光硬化性組成物を基板に塗布する方法としては、特に限定されるものではないが、スリット・アンド・スピン法、スピンレス塗布法等のスリットノズルを用いる方法(以下、スリットノズル塗布法という)が好ましい。
スリットノズル塗布法において、スリット・アンド・スピン塗布法とスピンレス塗布法は、塗布基板の大きさによって条件は異なるが、例えば、スピンレス塗布法により第五世代のガラス基板(1100mm×1250mm)を塗布する場合、スリットノズルからの光硬化性組成物の吐出量は、通常、500マイクロリットル/秒〜2000マイクロリットル/秒、好ましくは800マイクロリットル/秒〜1500マイクロリットル/秒であり、また、塗工速度は、通常、50mm/秒〜300mm/秒、好ましくは100mm/秒〜200mm/秒である。
また、塗布工程で用いられる光硬化性組成物の固形分としては、通常、10%〜20%、好ましくは13%〜18%である。
基板上に本発明の光硬化性組成物による塗布膜を形成する場合、該塗布膜の厚み(プリベーク処理後)としては、一般に0.3μm〜5.0μmであり、望ましくは0.5μm〜4.0μm、最も望ましくは0.5μm〜3.0μmである。
また、固体撮像素子用のカラーフィルタの場合であれば、塗布膜の厚み(プリベーク処理後)は、0.5μm〜5.0μmの範囲が好ましい。
塗布工程において、通常は、塗布後にプリベーク処理を施す。必要によっては、プリベーク前に真空処理を施すこともできる。
真空乾燥の条件は、真空度が、通常、0.1torr〜1.0torr、好ましくは0.2torr〜0.5torr程度である。
また、プリベーク処理は、ホットプレート、オーブン等を用いて50℃〜140℃の温度範囲で、好ましくは70℃〜110℃程度であり、10秒〜300秒の条件にて行うことができる。なお、プリベーク処理には、高周波処理などを併用してもよい。高周波処理は単独でも使用可能である。
〔露光工程〕
露光工程では、前述のようにして形成された光硬化性組成物からなる塗布膜に対し、所定のマスクパターンを介して露光を行う。
露光の際に使用される放射線としては、特に、g線、h線、i線、j線等の紫外線が好ましい。
なお、液晶表示装置用のカラーフィルタを製造する際には、プロキシミテイ露光機、ミラープロジェクション露光機により、主として、h線、i線を使用した露光が好ましく用いられる。
また、固体撮像素子用のカラーフィルタを製造する際には、ステッパー露光機にて、主として、i線を使用することが好ましい。
なお、TFT方式液晶駆動用基板を用いてカラーフィルタを製造する際には、用いられるフォトマスクは、画素(着色パターン)を形成するためのパターンの他、スルーホール或いはコの字型の窪みを形成するためのパターンが設けられているものが使用される。
〔現像工程〕
現像工程では、露光後の塗布膜の未硬化部を現像液に溶出させ、硬化分のみを基板上に残存させる。
現像温度としては、通常20℃〜30℃であり、現像時間としては20秒〜90秒である。
現像液としては、未硬化部における光硬化性組成物の塗布膜を溶解する一方、硬化部を溶解しないものであれば、いずれのものも用いることができる。
具体的には、種々の有機溶剤の組合せやアルカリ性の水溶液を用いることができる。
現像に用いられる有機溶剤としては、本発明の光硬化性組成物を調製する際に使用できる既述の溶剤が挙げられる。
また、アルカリ性の水溶液としては、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、炭酸水素ナトリウム、硅酸ナトリウム、メタ硅酸ナトリウム、アンモニア水、エチルアミン、ジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、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、コリン、ピロール、ピペリジン、1,8−ジアザビシクロ−[5,4,0]−7−ウンデセン等のアルカリ性化合物を、濃度が0.001質量%〜10質量%、好ましくは0.01質量%〜1質量%となるように溶解したアルカリ性水溶液が挙げられる。
アルカリ性水溶液には、例えば、メタノール、エタノール等の水溶性有機溶剤や界面活性剤等を適量添加することもできる。
現像方式は、デイップ方式、シャワー方式、スプレー方式などいずれでもよく、これにスウィング方式、スピン方式、超音波方式などを組み合わせてもよい。現像液に触れる前に、被現像面を予め水等で湿しておいて、現像むらを防ぐこともできる。また、基板を傾斜させて現像することもできる。
また、固体撮像素子用のカラーフィルタを製造する場合にはパドル現像も用いられる。
現像処理後は、余剰の現像液を洗浄除去するリンス処理を経て、乾燥を施した後、硬化を完全なものとするために、加熱処理(ポストベーク)が施される。
リンス工処理は通常は純水で行うが、省液のために、最終洗浄で純水を用い、洗浄初期は使用済の純水を使用したり、また、基板を傾斜させて洗浄したり、超音波照射を併用したりする方法を用いてもよい。
リンス処理後、水切り、乾燥をした後に、通常、約200℃〜250℃の加熱処理を行う。
この加熱処理(ポストベーク)は、現像後の塗布膜を、上記条件になるようにホットプレートやコンベクションオーブン(熱風循環式乾燥機)、高周波加熱機等の加熱手段を用いて、連続式或いはバッチ式で行うことができる。
以上の各工程を、所望の色相数に合わせて各色毎に順次繰り返し行うことにより、複数色の着色された硬化膜(着色パターン)が形成されてなるカラーフィルタを作製することができる。
本発明のカラーフィルタは、コントラストが高く、色濃度ムラの小さい、色特性の良好であることから、固体撮像素子又は液晶表示素子に好適に用いることができる。
本発明の光硬化性組成物の用途としては、主に、カラーフィルタの着色パターンへの用途を中心に説明したが、カラーフィルタを構成する着色パターン(画素)を隔離するブラックマトリックスの形成にも適用することができる。
基板上のブラックマトリックスは、カーボンブラック、チタンブラックなどの黒色顔料の加工顔料を含有する光硬化性組成物を用い、塗布、露光、及び現像の各工程を経て、その後、必要に応じて、ポストベークすることにより形成することができる。
<液晶表示素子、固体撮像素子>
本発明のカラーフィルタは、液晶表示素子又は固体撮像素子が備えるカラーフィルタとして適用することができる。より具体的には、例えば、カラーフィルタの内面側に配向膜を形成し、電極基板と対向させ、間隙部に液晶を満たして密封することにより、液晶表示素子であるパネルが得られる。また、例えば、受光素子上にカラーフィルタを形成することにより、固体撮像素子が得られる。
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は質量基準である。
なお、以下に示す、高分子化合物7、9及び10を用いた加工顔料を含む実施例以外は、いずれも参考例に該当する。
(特定高分子化合物及び比較用高分子化合物の合成)
<合成例1:高分子化合物1の合成>
ジメチルアミノエチルメタクリレート 50.0g、メチルメタクリレート 50.0g、及び1−メトキシ−2−プロパノール 233.3gを、窒素置換した三つ口フラスコに導入し、攪拌機(新東科学(株):スリーワンモータ)にて攪拌し、窒素をフラスコ内に流しながら加熱して90℃まで昇温した。これに2,2−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)(和光純薬(株)製V−65)を6.0g加え、90℃にて2時間加熱攪拌を行った。2時間後、さらにV−65を6.0g加え、3時加熱攪拌の後、特定高分子化合物である高分子化合物1の30質量%溶液を得た
得られた高分子化合物1の重量平均分子量をポリスチレンを標準物質としたゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(GPC)により測定した結果、2.0万であった。
<合成例2:高分子化合物2の合成>
ビニルピリジン 50.0g、スチレン 50.0g、及び1−メトキシ−2−プロパノール 233.3gを、窒素置換した三つ口フラスコに導入し、攪拌機(新東科学(株):スリーワンモータ)にて攪拌し、窒素をフラスコ内に流しながら加熱して90℃まで昇温した。これに2,2−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)(和光純薬(株)製V−65)を3.9g加え、90℃にて2時間加熱攪拌を行った。2時間後、さらにV−65を3.9g加え、3時加熱攪拌の後、特定高分子化合物である高分子化合物2の30質量%溶液を得た。
得られた高分子化合物の重量平均分子量をポリスチレンを標準物質としたゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(GPC)により測定した結果、2.5万であった。
<合成例3〜7:高分子化合物3〜7、高分子化合物C1の合成>
特定高分子化合物である高分子化合物3〜7、比較用高分子化合物である高分子化合物C1は、前記高分子化合物1の合成において使用した単量体を、下記表1に記載の組成(wt%)となるように変更した以外は、高分子化合物1の合成と同様にして合成した。
下記表1に、高分子化合物1〜7、高分子化合物C1を構成する単量体とその組成(wt%)、得られた各高分子化合物の重量平均分子量(Mw)を示す。
表1中、DMEAMAはジメチルアミノエチルメタクリレート、MAAはメタクリル酸、MMAはメチルメタクリレート、BzMAはベンジルメタクリレート、HEMAは2−ヒドロキシエチルメタクリレート、AAEMはアセトアセテートエチルメタクリレート、Stはスチレン、VyPyはビニルピリジン、AStはp−アミノスチレン、AA−6は片末端メタクリロイル化ポリメチルメタクリレートオリゴマー(Mn=6,000、東亜合成化学工業(株)製)である。
<合成例8:高分子化合物8の合成>
ポリエチレンイミン(SP−018、数平均分子量1,800、日本触媒製)100gと、無水酢酸40gを1−メトキシ−2−プロパノール326gに投入し、120℃で2時間攪拌し、高分子化合物8の30質量%溶液を得た。
<合成例9:高分子化合物9の合成>
特表2003−531001号公報の実施例1に記載の方法に従い、2−ブチルオクタン酸のカプロラクトン10モル付加体とポリエチレンイミンとの縮合体である高分子化合物10を得た。溶媒は、1−メトキシ−2−プロパノール30質量%溶液で行なった。
(合成例10:高分子化合物10の合成)
特表2003−531001号公報の実施例1に記載の方法に従い、2−ブチルオクタン酸のカプロラクトン10モル付加体とポリアリルアミン(PAA−03、数平均分子量3,000、日東紡製)との縮合体である高分子化合物10を得た。溶媒は、1−メトキシ−2−プロパノール30質量%溶液で行なった。
なお、高分子化合物1〜6及び8は、前記窒素原子を有する繰り返し単位からなる高分子に該当する特定高分子化合物であり、高分子化合物7、9及び10は、前記グラフト型高分子に該当する特定高分子化合物である。
[実施例1−1〜1−35、比較例1−1〜1−12]
<加工顔料の作製>
表2に記載の顔料50g、塩化ナトリウム500g、特定高分子化合物又は比較用高分子化合物の30%溶液25g、及びジエチレングリコール100gをステンレス製1ガロンニーダー((株)井上製作所製)に仕込み、9時間混練した。次に、この混合物を約3リットルの水中に投入し、ハイスピードミキサーで約1時間撹拌した後に、ろ過、水洗して塩化ナトリウム及び溶剤(ジエチレングリコール)を除き、乾燥して高分子化合物で被覆された実施例及び比較例の各加工顔料を得た。
(顔料の1次粒子径の測定)
加工顔料の1次粒子径は、得られた加工顔料を透過型電子顕微鏡(TEM)にて観察することにより求めた。
(顔料の被覆度の評価)
得られた加工顔料10gを、1−メトキシ−2−プロパノール100mL中に投入し、振とう機にて室温で3時間、振とうさせた。その後、遠心分離機にて、80,000rpm、8時間かけて顔料を沈降させた。上澄み液部分の固形分を乾燥法から求めた。顔料から遊離した高分子化合物の量を求め、処理に使用した高分子化合物との比から、遊離率(%)を算出した。遊離率は小さいほど、高分子化合物の顔料への被覆度が高い。
なお、表2に記載される化合物の詳細は以下の通りである。
<顔料>
PR254: C.I.ピグメントレッド254
PR177: C.I.ピグメントレッド177
PG36: C.I.ピグメントグリーン36
PY150: C.I.ピグメントエロー150
PB15:6: C.I.ピグメントブルー15:6
PV23: C.I.ピグメントバイオレット23
ポリ臭素化亜鉛Pc:ZnPcBr10Cl(Pc;フタロシアニン)
<高分子化合物>
高分子化合物1〜1、C1: 前記合成例にて得られた特定高分子化合物及び比較用高分子化合物
高分子化合物C2: ポリウレタン分散剤(商品名:Disperbyk−167、ビックケミージャパン社製)
[実施例2−1〜2−4、比較例2−1]
<顔料分散組成物の調製>
下記組成(1)の成分を混合し、ホモジナイザーを用いて回転数3,000rpmで3時間撹拌して混合し、顔料を含む混合溶液を調製した。
〔組成(1)〕
・加工顔料(表3記載の各加工顔料) 95部
(但し、比較例2−1は、82.7部とした。)
・下記構造の顔料誘導体A 5部


・分散剤 表3に記載の量
(表3記載の分散剤の30%1−メトキシ−2−プロピルアセテート溶液)
・1−メトキシ−2−プロピルアセテート 750部
続いて、上記より得られた混合溶液を、さらに0.3mmφジルコニアビーズを用いたビーズ分散機ディスパーマット(GETZMANN社製)にて6時間分散処理を行なった。その後さらに、減圧機構付き高圧分散機NANO−3000−10(日本ビーイーイー(株)製)を用いて、2,000kg/cmの圧力下で流量500g/minとして分散処理を行なった。この分散処理を10回繰り返し、顔料分散組成物を得た。
<顔料分散組成物の評価>
得られた各顔料分散組成物について下記の評価を行った。結果を表3に示す。
(1)粘度の測定、評価
得られた各顔料分散組成物について、E型粘度計を用いて、分散直後の顔料分散組成物の粘度η1、及び、分散後、室温にて1週間経過した後の顔料分散組成物の粘度η2を測定し、増粘の程度を評価した。ここで、粘度が低いことは、分散剤に起因する粘度の上昇が抑制されており、顔料の分散性及び分散安定性が良好であることを示す。
(2)コントラストの測定、評価
得られた各顔料分散組成物をガラス基板上に塗布し、乾燥後の塗布膜の厚さが1μmになるようにサンプルを作製した。2枚の偏光板の間に、塗布した基板を置き、偏光板が平行時の輝度と直行時の輝度を(BM−5 トプコン社製)にて測定し、コントラスト=平行時の輝度/直行時の輝度で求めた。コントラストが高いことは、顔料が高度に微細化された状態で均一に分散されているため、透過率、即ち着色力が高いことを示す。
表3中の分散剤D−1の詳細は、以下の通りである
D−1:BzMA/A−1/MAA=20/65/15(質量比)、重量平均分子量:2.3万、酸価:100mgKOH/gの重合体
表3に示されるように、実施例の顔料分散組成物は、比較例の顔料分散組成物との対比において、コントラストが高く、また、初期粘度が小さく、経時での増粘も小さいことがわかる。
[実施例2−5〜2−11、比較例2−2〜2−4]
<顔料分散組成物の調製>
下記組成(2)の成分を混合し、ホモジナイザーを用いて回転数3,000rpmで3時間撹拌して混合し、顔料を含む混合溶液を調製した。
〔組成(2)〕
・加工顔料(表4に記載の各加工顔料) 100部
(但し、比較例2−2、2−3は82.7部とした。)
・分散剤 表4に記載の量
(表4に記載の分散剤の30% 1−メトキシ−2−プロピルアセテート溶液)
・1−メトキシ−2−プロピルアセテート 750部
続いて、上記より得られた混合溶液を、さらに0.3mmφジルコニアビーズを用いたビーズ分散機ディスパーマット(GETZMANN社製)にて6時間分散処理を行ない、その後さらに、減圧機構付き高圧分散機NANO−3000−10(日本ビーイーイー(株)製)を用いて、2,000kg/cmの圧力下で流量500g/minとして分散処理を行なった。この分散処理を10回繰り返し、顔料分散組成物を得た。
<顔料分散組成物の評価>
得られた顔料分散組成物について下記の評価を行った。
評価方法及び評価基準は、実施例2−1の顔料分散組成物に対して行ったものと同じである。結果を表4に示す。
(1)粘度の測定、評価
(2)コントラストの測定、評価
表4中の分散剤D−1は、前記表3中に記載される分散剤D−1と同じ分散剤である
表4に示されるように、実施例の顔料分散組成物は、比較例の顔料分散組成物との対比において、コントラストが高く、また、初期粘度が小さく、経時での増粘も小さいことがわかる。
[実施例3−1〜3−9、比較例3−1〜3−2]
<顔料分散組成物の調製>
下記組成(3)の成分を混合し、ホモジナイザーを用いて回転数3,000rpmで3時間撹拌して混合し、顔料を含む混合溶液を調製した。
〔組成(3)〕
・加工顔料(表5に記載の加工顔料) 110部
・分散剤 250部
(表5に記載の分散剤の30%1−メトキシ−2−プロピルアセテート溶液)
・下記構造の顔料誘導体B 20部


・1−メトキシ−2−プロピルアセテート 750部
続いて、上記より得られた混合溶液を、さらに0.3mmφジルコニアビーズを用いたビーズ分散機ディスパーマット(GETZMANN社製)にて6時間分散処理を行ない、その後さらに、減圧機構付き高圧分散機NANO−3000−10(日本ビーイーイー(株)製)を用いて、2000kg/cm3の圧力下で流量500g/minとして分散処理を行なった。この分散処理を10回繰り返し、下記表5に記載の各顔料分散組成物(DG−1〜DG−11、DY−1〜DY−6)を得た。
表5中の分散剤D−1は、前記表3中に記載される分散剤D−1と同じ分散剤である
また、分散剤D−2の詳細は、以下の通りである
D−2: ルーブリゾール社製の「ソルスパース 24000」
<光硬化性組成物の調製>
上記にて得られた各顔料分散組成物を用いて、下記の光硬化性組成物を調製した。
・顔料分散組成物A(表6のA欄に記載の顔料分散組成物) 2000部
・顔料分散組成物B(表6のB欄に記載の顔料分散組成物) 1000部
・KAYARAD DPHA(光重合性化合物、日本化薬(株)製) 120部
・4−[o−ブロモ−p−N,N−ジ(エトキシカルボニル)アミノフェニル]−2,6−ジ(トリクロロメチル)−s−トリアジン(光重合開始剤) 50部
・メタクリル酸ベンジル/メタクリル酸(=75/35[質量比])共重合体
(重量平均分子量:10,000)のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液(固形分30%)(アルカリ可溶性樹脂、 300部
・1−メトキシ−2−プロピルアセテート(溶剤) 390部
<光硬化性組成物を用いたカラーフィルタの作製>
得られた光硬化性組成物(カラーレジスト液)を、100mm×100mmのガラス基板(1737、コーニング社製)上に、膜厚1.75μmとなるようにスリット塗布し90℃オーブンで60秒乾燥させた(プリベーク)。その後、塗膜の全面に200mJ/cmにて(照度20mW/cm)露光し、露光後の塗膜をアルカリ現像液CDK−1(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製)の1%水溶液にて、60秒間シャワー現像した。静止後、純水をシャワー状に散布して現像液を洗い流した。そして、上記のように露光及び現像が施された塗膜を220℃のオーブンで1時間加熱処理し(ポストベーク)、ガラス基板上にカラーフィルタ用の着色パターン(着色樹脂被膜)を形成し、着色フィルタ基板(カラーフィルタ)を作製した。
<カラーフィルタの評価>
得られた着色フィルタ基板(カラーフィルタ)について、コントラストの評価を以下のようにして行った。結果を表6に示す。
(1)コントラスト
上記で得られた着色フィルタ基板の着色樹脂被膜の上に偏光板を置いて着色樹脂被膜を挟み込み、偏光板が平行時の輝度と直交時の輝度とをトプコン社製のBM−5を用いて測定し、平行時の輝度を直交時の輝度で除して得られる値(=平行時の輝度/直交時の輝度)を、コントラストを評価するための指標とした。値が大きいほど高コントラストであることを示す。
表6に示されるように、実施例のカラーフィルタは、比較例のカラーフィルタとの対比において、コントラストの高いものであることがわかる。
以下、固体撮像素子用途のカラーフィルタ形成用として光硬化性組成物を調製した例を挙げて説明する。
[実施例4−1〜4−4、比較例4−1]
<B1.レジスト液の調製>
下記組成の成分を混合して溶解し、レジスト液を調製した。
〔レジスト液の組成〕
・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:溶剤)
・乳酸エチル 36.67部
・樹脂(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=60/22/18、重量平均分子量:15,000、
数平均分子量:8,000)の40%PGMEA溶液) 30.51部
・エチレン性不飽和二重結合含有化合物
(ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート) 12.20部
・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(F−475、大日本インキ化学工業(株)製) 0.83部
・光重合開始剤(トリハロメチルトリアジン系の光重合開始剤) 0.586部
(TAZ−107、みどり化学社製)
<B2.下塗り層付シリコン基板の作製>
6inch シリコンウエハをオーブン中で200℃のもと30分加熱処理した。次いで、このシリコンウエハ上に、前記レジスト液を乾燥膜厚が1.5μmになるように塗布し、更に220℃のオーブン中で1時間加熱乾燥させて下塗り層を形成し、下塗り層付シリコンウエハ基板を得た。
<B3.顔料分散組成物の調製>
顔料分散組成物は、実施例3−6〜3−9、比較例3−2に用いたものと同様にして分散処理することにより調製した。
<B4.光硬化性組成物(塗布液)の調製>
上記にて得られた各顔料分散組成物を用いて、下記組成比となるよう撹拌混合して、光硬化性組成物溶液を調製した。
・着色剤(前記顔料分散液) 600部
・光重合開始剤(オキシム系光重合開始剤)
(CGI−124、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製) 30部
・TO−1382(東亞合成(株)製) 25部
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート 30部
・溶媒(PGMEA) 900部
・基板密着剤(3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン) 1部
<B5.光硬化性組成物によるカラーフィルタの作製及び評価>
(1)パターン形成性の評価
上記のように調製した光硬化性組成物を、前記B2.で得られた下塗り層付シリコンウエハの下塗り層上に塗布し、着色層(塗布膜)を形成した。そして、この塗布膜の乾燥膜厚が0.5μmになるように、100℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行なった。
次いで、i線ステッパー露光装置FPA−3000i5+(Canon(株)製)を使用して365nmの波長でパターンが2μm四方のIslandパターンマスクを通して50〜1200mJ/cmの種々の露光量で露光した。
その後、照射された塗布膜が形成されているシリコンウエハ基板をスピン・シャワー現像機(DW−30型、(株)ケミトロニクス製)の水平回転テーブル上に載置し、CD−2000(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製)を用いて23℃で60秒間パドル現像を行ない、シリコンウエハ基板に着色パターンを形成した。
着色パターンが形成されたシリコンウエハを真空チャック方式で前記水平回転テーブルに固定し、回転装置によって該シリコンウエハ基板を回転数50r.p.m.で回転させつつ、その回転中心の上方より純水を噴出ノズルからシャワー状に供給してリンス処理を行ない、その後スプレー乾燥した。
パターン形成性は、以上のようにして形成された着色パターンの断面形状を観察することにより評価した。パターン断面形状は矩形が好ましく、逆テーパーは好ましくない。
結果を表7に示す。
(3)光硬化性組成物の保存安定性の評価
前記B4.にて調製された光硬化性組成物(塗布液)を室温で1ケ月保存した後、液の粘度を測定し下記判定基準に従って評価した。結果を表7に示す。
−評価基準−
○:粘度上昇は認められなかった。
△:5%以上10%未満の粘度上昇が認められた。
×:10%以上の粘度上昇が認められた。
(4)色ムラの評価
色ムラの評価は、輝度分布を下記方法で解析し、平均からのずれが±5%以内である画素が全画素数に占める割合を元に行った。評価基準は以下の通りである。
輝度分布の測定方法について説明する。まず、光硬化性組成物を、前記B2.と同様の方法で得られた下塗り層付ガラス板の下塗り層上に塗布し、着色層(塗布膜)を形成した。この塗布膜の乾燥膜厚が0.7μmになるように、100℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行なった。この塗布済みガラス板の輝度分布を顕微鏡MX−50(オリンパス社製)にて撮影した画像を解析した。
結果を表7に示す。
−評価基準−
○:平均からのずれが±5%以内である画素が全画素数中の99%以上
△:平均からのずれが±5%以内である画素が全画素数中の95%以上99%未満
×:平均からのずれが±5%以内である画素が全画素数中の95%未満
表7の結果から、実施例の加工顔料を用いた光硬化性組成物は、固体撮像素子用途のカラーフィルタ形成用として用いた場合においても、その溶液状態において保存安定性に優れたものであることが判る。また、この光硬化性組成物を用いて、支持体上に着色パターンを形成した場合には、比較例との対比において、現像性に優れると共に、パターン断面形状、色ムラの何れにも優れたカラーフィルタが得られていることが判る。
これらの結果より、実施例の加工顔料を含む光硬化性組成物は、固体撮像素子用途のカラーフィルタを作製する場合においても、液晶表示素子用途のカラーフィルタを作製する場合と同様に、優れたパターン形成性が実現されることがわかった。

Claims (9)

  1. 下記(1)〜(4)から選択される少なくとも1種の、塩基性窒素原子を有する高分子化合物で顔料を被覆してなる加工顔料。
    (1)数平均分子量500〜1,000,000であるオリゴマー鎖又はポリマー鎖を側鎖に有し、且つ、炭素数2〜6のアルキレン基を有するポリ(アルキレンイミン)
    (2)数平均分子量500〜1,000,000であるオリゴマー鎖又はポリマー鎖を側鎖に有するポリアリルアミン
    (3)数平均分子量500〜1,000,000であるオリゴマー鎖又はポリマー鎖を側鎖に有するポリビニルアミン
    (4)エステル部に塩基性窒素原子を有する(メタ)アクリル酸エステル、ビニルピリジン、及びアミノスチレンから選択される1種以上のモノマーに由来する構成単位を含み、且つ、数平均分子量500〜1,000,000であるオリゴマー鎖又はポリマー鎖を側鎖に有する高分子化合物
  2. 前記数平均分子量500〜1,000,000であるオリゴマー鎖又はポリマー鎖が、ポリカプロラクトンである請求項1に記載の加工顔料。
  3. 平均1次粒子径が5nm〜25nmの範囲である請求項1又は請求項2に記載の加工顔料。
  4. 前記顔料が、ポリハロゲン化亜鉛フタロシアニンを含む顔料である請求項1〜請求項のいずれか1項に記載の加工顔料。
  5. 請求項1〜請求項のいずれか1項に記載の加工顔料を、有機溶剤中に分散してなる顔料分散組成物。
  6. 更に、顔料分散剤を含む請求項5に記載の顔料分散組成物。
  7. 請求項又は請求項に記載の顔料分散組成物と、重合性化合物と、光重合開始剤と、を含有する光硬化性組成物。
  8. 請求項に記載の光硬化性組成物を用いて形成された着色領域を有するカラーフィルタ。
  9. 請求項に記載の光硬化性組成物を直接又は他の層を介して基板上に付与して感光性膜を形成する工程と、前記形成された感光性膜にパターン露光及び現像を順次行なうことにより着色領域を形成する工程と、を含むことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
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