JP6043645B2 - 硬化性組成物およびカラーフィルタ - Google Patents
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Description
本願発明は、かかる課題を解決することを目的としたものであって、耐薬品性が良好であり、良好な着色層パターンを形成できる着色硬化性組成物を提供することを目的とする。
具体的には、以下の解決手段<1>により、好ましくは、<2>〜<15>により、上記課題は解決された。
<1>エポキシ基を有する化合物と、加熱により前記エポキシ基と反応して共有結合を形成する官能基を有するフタロシアニン染料とを含む着色硬化性組成物。
<2>エポキシ基を有する化合物と、官能基を有するフタロシアニン染料とを含み、
前記官能基が、カルボキシル基、エポキシ基、アリールエステル基、3級アルキルエステル基、下記式(1)で表される基、下記式(2)で表される基、アミノ基およびチオール基から選ばれる少なくとも1種である、着色硬化性組成物。
<3>フタロシアニン染料がハロゲン化フタロシアニン染料である、<1>または<2>に記載の着色硬化性組成物。
<4>前記ハロゲン化フタロシアニン染料が下記一般式(1−2)で表される、<3>に記載の着色硬化性組成物。
一般式(1−2)
<5>前記フタロシアニン染料が、1分子中に1〜4個の前記加熱によりエポキシ基と反応して共有結合を形成する官能基を有する、<1>〜<4>のいずれかに記載の着色硬化性組成物。
<6>前記エポキシ基を有する化合物が、1分子内にエポキシ基を2つ以上有する、<1>〜<5>のいずれかに記載の着色硬化性組成物。
<7>前記エポキシ基を有する化合物のエポキシ当量が500g/eq以下である、<1>〜<6>のいずれかに記載の着色硬化性組成物。
<8>前記エポキシ基を有する化合物の含有量が、前記着色硬化性組成物の全固形分に対して5〜40質量%である、<1>〜<7>のいずれかに記載の着色硬化性組成物。
<9>さらに、黄色色素を含む、<1>〜<8>のいずれかに記載の着色硬化性組成物。
<10>前記フタロシアニン染料と前記黄色色素とを含む着色剤の含有量の合計が前記着色硬化性組成物の全固形分に対し50〜90質量%である、<9>に記載の着色硬化性組成物。
<11><1>〜<10>のいずれかに記載の着色硬化性組成物を硬化してなる硬化膜。
<12><1>〜<10>のいずれかに記載の着色硬化性組成物を用いた着色層を有するカラーフィルタ。
<13>前記着色層の厚さが0.1〜0.8μmである、<12>に記載のカラーフィルタ。
<14>加熱によりエポキシ基と反応して共有結合を形成する官能基を有するフタロシアニン染料と、エポキシ基を有する化合物とを含む着色硬化性組成物を硬化して着色層を形成する工程、
前記着色層上にフォトレジスト層を形成する工程、
露光および現像することにより前記フォトレジスト層をパターニングしてレジストパターンを得る工程、および
前記レジストパターンをエッチングマスクとして前記着色層をドライエッチングする工程を含む、カラーフィルタの製造方法。
<15><12>または<13>に記載のカラーフィルタ、または<14>に記載のカラーフィルタの製造方法により製造されたカラーフィルタを有する液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス素子または固体撮像素子。
本明細書における基(原子団)の表記において、置換および無置換を記していない表記は、置換基を有さないものと共に置換基を有するものも包含する。例えば「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)も包含する。
また、本明細書中において、“(メタ)アクリレート”はアクリレートおよびメタクリレートを表し、“(メタ)アクリル”はアクリルおよびメタクリルを表し、“(メタ)アクリロイル”はアクリロイルおよびメタクリロイルを表す。
本発明でいう「着色層」は、カラーフィルタに用いられる画素を意味する。
本発明における染料とは、特定の有機溶剤に可溶する色素化合物を意味する。ここで、特定の有機溶剤とは、例えば、後述する染料およびエポキシ基を有する化合物を少なくとも溶解する溶剤の欄で例示する有機溶剤が挙げられる。従って、これらの少なくとも1種の有機溶剤に溶解する色素化合物は本発明における染料に該当する。
本発明の組成物は、エポキシ基を有する化合物と、加熱によりエポキシ基と反応して共有結合を形成する官能基を有するフタロシアニン染料とを含むものである。また、本発明の組成物は、エポキシ基を有する化合物と、官能基を有するフタロシアニン染料とを含み、前記官能基が、カルボキシル基、エポキシ基、アリールエステル基、3級アルキルエステル基、下記式(1)で表される基、下記式(2)で表される基、アミノ基およびチオール基から選ばれる少なくとも1種である。以下、前記フタロシアニン染料が必須要件として含む官能基のことを総称して「本発明で用いられる官能基(X)」ともいう。
下記に示す反応機構において、R1は、フタロシアニン染料におけるフタロシアニン骨格を表し、R2およびR3は、それぞれ独立してアルキル基またはアリール基を表す。
カルボキシル基、アミノ基、チオール基は下記に示す反応機構でバインダーとなるエポキシ基とフタロシアニン染料の間で共有結合が形成され、強固な膜を形成できると推定される。3級アルキルエステル基および前記式(2)は、加熱により分解(エステル部の脱保護)が進行してカルボン酸を生成し、カルボン酸と同様の反応機構と推定される。
前記アリールエステル基または前記式(1)で表される基のメカニズムは定かではないが、例えば下記に示す反応機構のように、まず、加熱条件下で、(A)本発明で用いられる官能基(X)と(B)エポキシ基とが反応して、(A)本発明で用いられる官能基(X)に(B)エポキシ基が結合し、(A)本発明で用いられる官能基(X)からO−R2が脱離し、このO−R2が再び(A)本発明で用いられる官能基(X)に結合して、(A)本発明で用いられる官能基(X)と(B)エポキシ基とが共有結合を形成し、(C)化合物のように、バインダーとなるエポキシ化合物とフタロシアニン染料の間で共有結合が形成され、強固な膜を形成できると推定される。
本発明で用いられるフタロシアニン染料は、上述したように、本発明で用いられる官能基(X)を有するものである。
本発明で用いられるフタロシアニン染料は、また、ハロゲン原子を含むもの(ハロゲン化フタロシアニン)であることが好ましい。
さらに、本発明で用いられるフタロシアニン染料は、上記本発明で用いられる官能基(X)、ハロゲン原子以外の他の置換基を有していてもよい。
以下、これらについて説明する。
本発明で用いられる官能基(X)は、例えば、100℃以上で、熱硬化工程を行ったときに、エポキシ基と反応して共有結合を形成し、耐薬品性(硬化性)が有意に向上するものをいう。
本発明で用いられる官能基(X)の中では、カルボキシル基、エポキシ基、アリールエステル基、3級アルキルエステル基、上記式(1)で表される基、上記式(2)で表される基、アミノ基およびチオール基が好ましく、カルボキシル基、エポキシ基、アリールエステル基、3級アルキルエステル基、上記式(1)で表される基、上記式(2)で表される基がより好ましく、カルボキシル基、エポキシ基、3級アルキルエステル基、上記式(2)で表される基がさらに好ましい。
本発明で用いられるフタロシアニン染料は、通常、構造の末端部分に前記官能基を含む。フタロシアニン染料の構造の末端部分に前記官能基を有することにより、本発明の効果をより効果的に達成することができる。
アリールエステル基としては、置換または無置換のアリールエステル基、置換または無置換のヘテロアリールエステル基が挙げられる。
アリールエステル基中に含まれるアリール基としては、炭素数6〜18のアリール基が好ましく、炭素数6〜14のアリール基がより好ましく、炭素数6〜10のアリール基がさらに好ましい。具体的には、フェニル基、ナフチル基などが例示される。
アリールエステル基中に含まれるヘテロアリール基としては、5員環または6員環が好ましい。また、ヘテロアリール基は、単環または縮合環であり、単環または2〜8個の環が縮合した縮合環が好ましく、単環または2〜4個の環が縮合した縮合環がより好ましく、単環がさらに好ましい。
アリールエステル基の置換基としては、電子吸引性基が好ましく、例えば、ニトロ基、メトキシ基、シアノ基、カルボキシル基、ケトン基、アシルオキシ基、ヒドロキシ基、パーフルオロアルキル基、アルキルスルホン基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基、ベンジルオキシ基等が挙げられる。
本発明で用いられるアリールエステル基としては、例えば、下記構造で表されるものが好ましい。
3級アルキルエステル基としては、置換または無置換の3級アルキルエステル基が挙げられる。3級アルキルエステル基における3級アルキル基としては、t−ブチル基、t−ペンチル基、t−ヘキシル基等が挙げられ、特に、t−ブチル基およびt−ペンチル基が好ましい。
前記式(1)で表される基は、前記式(1)中、R1がフッ素原子を有するアルキル基を表す。
フッ素原子を有するアルキル基としては、フッ素原子を2つ以上有する炭素数が1〜10のフッ素原子を有するアルキル基が好ましく、直鎖状、分岐鎖状および環状のいずれであってもよいが、直鎖状または分岐鎖状のものが好ましい。フッ素原子を有するアルキル基における炭素数は、1〜10がより好ましく、1〜5がさらに好ましく、1〜4が特に好ましい。フッ素原子を有するアルキル基は、末端の構造が(−CF3)であることが好ましい。フッ素原子を有するアルキル基は、フッ素原子の置換率が、40〜100%であることが好ましく、50〜100%であることがより好ましい。ここで、フッ素原子の置換率とは、フッ素原子を有するアルキル基のうち、水素原子がフッ素原子に置換されている比率(%)のことをいう。
前記式(2)で表される基は、前記式(2)中、R2およびR3が、それぞれ独立して、アルキル基であり、R2およびR3が互いに結合して環を形成していても良い。
前記式(2)中、R2およびR3は、それぞれ独立して、置換または無置換のアルキル基のいずれであってもよく、また、直鎖状、分岐鎖状およびR2とR3が互いに結合した環状のいずれであってもよい。特に、直鎖状またはR2とR3が互いに結合した環状の炭素数3〜5の無置換のアルキル基が好ましい。R2およびR3の少なくとも一方が直鎖状のアルキル基である場合、R2およびR3は、それぞれ独立して、炭素数が1〜5であることが好ましく、炭素数が1〜4であることがより好ましい。
特に、前記式(2)中、R2およびR3としては、それぞれ独立して、メチル基、エチル基、プロピル基、またはブチル基であるか、R2とR3が互いに結合した炭素数4〜6の環状のアルキル基が好ましい。
本発明で用いられるフタロシアニン染料は、上述した官能基を有するが、この官能基は、フタロシアニン染料のフタロシアニン骨格に直接に結合していてもよいし、何らかの連結基を介して結合していてもよい。例えば、以下の置換基T群の置換基の水素原子が置換された形態する形態が挙げられる。
アルキル基(好ましくは炭素数1〜24の、直鎖、分岐鎖、または環状のアルキル基で、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ドデシル基、ヘキサデシル基、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、1−ノルボルニル基、1−アダマンチル基)、アルケニル基(好ましくは炭素数2〜18のアルケニル基で、例えば、ビニル基、アリル基、3−ブテン−1−イル基)、アリール基(好ましくは炭素数6〜24のアリール基で、例えば、フェニル基、ナフチル基)、ヘテロ環基(好ましくは炭素数1〜18のヘテロ環基で、例えば、2−チエニル基、4−ピリジル基、2−フリル基、2−ピリミジニル基、1−ピリジル基、2−ベンゾチアゾリル基、1−イミダゾリル基、1−ピラゾリル基、ベンゾトリアゾール−1−イル基)、シリル基(好ましくは炭素数3〜18のシリル基で、例えば、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリブチルシリル基、tert−ブチルジメチルシリル基、tert−ヘキシルジメチルシリル基)、ヒドロキシル基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜24のアルコキシ基で、例えば、メトキシ基、エトキシ基、1−ブトキシ基、2−ブトキシ基、イソプロポキシ基、tert−ブトキシ基、ドデシルオキシ基、また、シクロアルキルオキシ基であれば、例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基)、アリールオキシ基(好ましくは炭素数6〜24のアリールオキシ基で、例えば、フェノキシ基、1−ナフトキシ基)、ヘテロ環オキシ基(好ましくは炭素数1〜18のヘテロ環オキシ基で、例えば、1−フェニルテトラゾール−5−オキシ基、2−テトラヒドロピラニルオキシ基)、シリルオキシ基(好ましくは炭素数1〜18のシリルオキシ基で、例えば、トリメチルシリルオキシ基、tert−ブチルジメチルシリルオキシ基、ジフェニルメチルシリルオキシ基)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数2〜24のアシルオキシ基で、例えば、アセトキシ基、ピバロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基、ドデカノイルオキシ基)、アルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは炭素数2〜24のアルコキシカルボニルオキシ基で、例えば、エトキシカルボニルオキシ基、tert−ブトキシカルボニルオキシ基、また、シクロアルキルオキシカルボニルオキシ基であれば、例えば、シクロヘキシルオキシカルボニルオキシ基)、アリールオキシカルボニルオキシ基(好ましくは炭素数7〜24のアリールオキシカルボニルオキシ基で、例えば、フェノキシカルボニルオキシ基)、カルバモイルオキシ基(この好ましくは炭素数1〜24のカルバモイルオキシ基で、例えば、N,N−ジメチルカルバモイルオキシ基、N−ブチルカルバモイルオキシ基、N−フェニルカルバモイルオキシ基、N−エチル−N−フェニルカルバモイルオキシ基)、スルファモイルオキシ基(好ましくは炭素数1〜24のスルファモイルオキシ基で、例えば、N,N−ジエチルスルファモイルオキシ基、N−プロピルスルファモイルオキシ基)、アルキルスルホニルオキシ基(好ましくは炭素数1〜24のアルキルスルホニルオキシ基で、例えば、メチルスルホニルオキシ基、ヘキサデシルスルホニルオキシ基、シクロヘキシルスルホニルオキシ基)、アリールスルホニルオキシ基(好ましくは炭素数6〜24のアリールスルホニルオキシ基で、例えば、フェニルスルホニルオキシ基)、アシル基(好ましくは炭素数1〜24のアシル基で、例えば、ホルミル基、アセチル基、ピバロイル基、ベンゾイル基、テトラデカノイル基、シクロヘキサノイル基)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜24のアルコキシカルボニル基で、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、オクタデシルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル基、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルシクロヘキシルオキシカルボニル基)、アリールオキシカルボニル基(好ましくは炭素数7〜24のアリールオキシカルボニル基で、例えば、フェノキシカルボニル基)、カルバモイル基(好ましくは炭素数1〜24のカルバモイル基で、例えば、カルバモイル基、N,N−ジエチルカルバモイル基、N−エチル−N−オクチルカルバモイル基、N,N−ジブチルカルバモイル基、N−プロピルカルバモイル基、N−フェニルカルバモイル基、N−メチルN−フェニルカルバモイル基、N,N−ジシクロへキシルカルバモイル基)、アミノ基(好ましくは炭素数24以下のアミノ基で、例えば、アミノ基、メチルアミノ基、N,N−ジブチルアミノ基、テトラデシルアミノ基、2−エチルへキシルアミノ基、シクロヘキシルアミノ基)、アニリノ基(好ましくは6〜24のアニリノ基で、例えば、アニリノ基、N−メチルアニリノ基)、ヘテロ環アミノ基(好ましくは1〜18のヘテロ環アミノ基で、例えば、4−ピリジルアミノ基)、カルボンアミド基(好ましくは2〜24のカルボンアミド基で、例えば、アセトアミド基、ベンズアミド基、テトラデカンアミド基、ピバロイルアミド基、シクロヘキサンアミド基)、ウレイド基(好ましくは炭素数1〜24のウレイド基で、例えば、ウレイド基、N,N−ジメチルウレイド基、N−フェニルウレイド基)、イミド基(好ましくは炭素数24以下のイミド基で、例えば、N−スクシンイミド基、N−フタルイミド基)、アルコキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数2〜24のアルコキシカルボニルアミノ基で、例えば、メトキシカルボニルアミノ基、エトキシカルボニルアミノ基、tert−ブトキシカルボニルアミノ基、オクタデシルオキシカルボニルアミノ基、シクロヘキシルオキシカルボニルアミノ基)、アリールオキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数7〜24のアリールオキシカルボニルアミノ基で、例えば、フェノキシカルボニルアミノ基)、スルホンアミド基(好ましくは炭素数1〜24のスルホンアミド基で、例えば、メタンスルホンアミド基、ブタンスルホンアミド基、ベンゼンスルホンアミド基、ヘキサデカンスルホンアミド基、シクロヘキサンスルホンアミド基)、スルファモイルアミノ基(好ましくは炭素数1〜24のスルファモイルアミノ基で、例えば、N、N−ジプロピルスルファモイルアミノ基、N−エチル−N−ドデシルスルファモイルアミノ基)、アゾ基(好ましくは炭素数1〜24のアゾ基で、例えば、フェニルアゾ基、3−ピラゾリルアゾ基)、アルキルチオ基(好ましくは炭素数1〜24のアルキルチオ基で、例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、オクチルチオ基、シクロヘキシルチオ基)、アリールチオ基(好ましくは炭素数6〜24のアリールチオ基で、例えば、フェニルチオ基)、ヘテロ環チオ基(好ましくは炭素数1〜18のヘテロ環チオ基で、例えば、2−ベンゾチアゾリルチオ基、2−ピリジルチオ基、1−フェニルテトラゾリルチオ基)、アルキルスルフィニル基(好ましくは炭素数1〜24のアルキルスルフィニル基で、例えば、ドデカンスルフィニル基)、アリールスルフィニル基(好ましくは炭素数6〜24のアリールスルフィニル基で、例えば、フェニルスルフィニル基)、アルキルスルホニル基(好ましくは炭素数1〜24のアルキルスルホニル基で、例えば、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、プロピルスルホニル基、ブチルスルホニル基、イソプロピルスルホニル基、2−エチルヘキシルスルホニル基、ヘキサデシルスルホニル基、オクチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基)、アリールスルホニル基(好ましくは炭素数6〜24のアリールスルホニル基で、例えば、フェニルスルホニル基、1−ナフチルスルホニル基)、スルファモイル基(好ましくは炭素数24以下のスルファモイル基で、例えば、スルファモイル基、N,N−ジプロピルスルファモイル基、N−エチル−N−ドデシルスルファモイル基、N−エチル−N−フェニルスルファモイル基、N−シクロヘキシルスルファモイル基)、スルホ基、ホスホニル基(好ましくは炭素数1〜24のホスホニル基で、例えば、フェノキシホスホニル基、オクチルオキシホスホニル基、フェニルホスホニル基)、ホスフィノイルアミノ基(好ましくは炭素数1〜24のホスフィノイルアミノ基で、例えば、ジエトキシホスフィノイルアミノ基、ジオクチルオキシホスフィノイルアミノ基)を表す。
本発明で用いられるフタロシアニン染料は、上述のとおり、ハロゲン化フタロシアニン染料(ハロゲン原子を有するフタロシアニン染料)であることが好ましい。本発明で用いられるハロゲン化フタロシアニン染料は、通常、極大吸収波長を600〜800nmの領域に有し、好ましくは極大吸収波長を630〜750nmの領域に有する化合物である。このようなハロゲン化フタロシアニン染料を用いることにより、本発明の組成物をカラーフィルタの用途に用いる場合に、着色層の着色性をより良好にすることができる。
フタロシアニン染料が有する上述した本発明で用いられる官能基(X)は、フタロシアニン染料のフタロシアニン骨格に直接に結合していてもよいし、何らかの連結基を介して結合していてもよいが、本発明で用いられる官能基(X)がフタロシアニン骨格に連結基を介して結合していることが波長制御の理由から好ましい。
このような連結基としては、例えば、上述の置換基T群の置換基の水素原子が置換された形態が挙げられ、下記一般式(1−1)で表される基が好ましい。
一般式(1−1)
A1は、上述した本発明に用いられる官能基を有するフェニル基またはナフチル基である。
一般式(1−1−1)
A11は、上述した本発明に用いられる官能基を有するフェニル基であり、−R1、−C(=O)O−フェニレン基−R1または−C(=O)O−R1であることが好ましい。ここで、R1は、上述した本発明に用いられる官能基(すなわち、カルボキシル基、エポキシ基、アリールエステル基、3級アルキルエステル基、前記式(1)で表される基、前記式(2)で表される基、アミノ基およびチオール基から選ばれる少なくとも1種の官能基)を表す。
ハロゲン原子は、フタロシアニン染料のフタロシアニン骨格に直接に結合していてもよいし、何らかの連結基を介して結合していてもよく、ハロゲン原子がフタロシアニン骨格に直接に結合していることが好ましい。何らかの連結基を介して結合している場合、上述の置換基T群の置換基の水素原子が置換された形態が挙げられる。
本発明で用いられるフタロシアニン染料は、上記本発明で用いられる官能基(X)、ハロゲン原子以外の他の置換基を有していてもよい。他の置換基としては、上記置換基T群が例示される。
一般式(1−1−2)
A2は、置換基を有するフェニル基または置換基を有するナフチル基であり、1〜5つの置換基を有するフェニル基または1〜7つの置換基を有するナフチル基が好ましく、1〜5つの置換基を有するフェニル基がより好ましい。
一般式(1−1−2−1)
A3は、1〜5つの置換基Rを有するフェニル基であり、1〜3つの置換基Rを有するフェニル基がより好ましく、1つの置換基Rを有するフェニル基がさらに好ましい。
前記置換基Rを有するフェニル基において、置換基Rは、−C(=O)O−R1で表されることが好ましい。前記置換基Rにおいて、R1は、−(CH2)n(nは、1〜5の整数であることが好ましく、1〜3の整数であることがより好ましい。)と、−O−との組み合わせからなる基であることが好ましい。
本発明で用いられるフタロシアニン染料は、下記一般式(1−2)で表されるハロゲン化フタロシアニン染料であることがより好ましい。
一般式(1−2)
Z1〜Z16は、それぞれ、水素原子、置換基またはハロゲン原子を表し、Z1〜Z16の少なくとも1つはハロゲン原子であり、Z1〜Z16の他の少なくとも1つは上述した本発明で用いられる官能基(X)を有する置換基である。
下記一般式中、Rは、本発明で用いられる官能基(X)を有する置換基を表し、β位に結合していることが好ましい。Sは、本発明で用いられるフタロシアニン染料が有していてもよい他の置換基を表す。Xは、本発明で用いられるフタロシアニン染料が有していてもよいハロゲン原子を表す。
本発明で用いるフタロシアニン染料の製造方法は、特に制限されるものではなく、従来公知の方法を利用することができる。好ましくは溶融状態または有機溶剤中で、フタロニトリル化合物と金属塩とを環化反応する方法が特に好ましく使用できる。以下、フタロシアニン染料の製造方法の好ましい実施形態を記載する。しかしながら、本発明は、下記好ましい実施形態に制限されるものではない。
すなわち、下記式(I):
なお、上記式(I)〜(IV)中、Z1〜Z16は、所望のフタロシアニン染料(1)の構造によって規定される。具体的には、上記式(I)〜(IV)中、Z1〜Z16は、それぞれ、上記式(1)中のZ1〜Z16の定義と同様であるため、ここでは説明を省略する。
上記態様において、環化反応は、式(I)〜(IV)のフタロニトリル化合物と金属、金属酸化物、金属カルボニル、金属ハロゲン化物及び有機酸金属からなる群から選ばれる一種を溶融状態または有機溶剤中で反応させることが好ましい。この際使用できる金属、金属酸化物、金属カルボニル、金属ハロゲン化物及び有機酸金属としては、一般式(1−1)のMに相当するものが得られるものであれば、特に制限されるものではない。従って、上記一般式(1−1)におけるMの項で列挙された鉄、銅、亜鉛、バナジウム、チタン、インジウム及びスズ等の金属、当該金属の、塩化物、臭化物、ヨウ化物等の金属ハロゲン化合物、酸化バナジウム、酸化チタニル及び酸化銅等の金属酸化物、酢酸塩等の有機酸金属、ならびにアセチルアセトナート等の錯体化合物及びカルボニル鉄等の金属カルボニル等が挙げられる。具体的には、鉄、銅、亜鉛、バナジウム、チタン、インジウム、マグネシウム及びスズ等の金属;当該金属の、塩化物、臭化物、ヨウ化物等の金属ハロゲン化合物、例えば、塩化バナジウム、塩化チタン、塩化銅、塩化亜鉛、塩化コバルト、塩化ニッケル、塩化鉄、塩化インジウム、塩化アルミニウム、塩化錫、塩化ガリウム、塩化ゲルマニウム、塩化マグネシウム、ヨウ化銅、ヨウ化亜鉛、ヨウ化コバルト、ヨウ化インジウム、ヨウ化アルミニウム、ヨウ化ガリウム、臭化銅、臭化亜鉛、臭化コバルト、臭化アルミニウム、臭化ガリウム;一酸化バナジウム、三酸化バナジウム、四酸化バナジウム、五酸化バナジウム、二酸化チタン、一酸化鉄、三二酸化鉄、四三酸化鉄、酸化マンガン、一酸化ニッケル、一酸化コバルト、三二酸化コバルト、二酸化コバルト、酸化第一銅、酸化第二銅、三二酸化銅、酸化バラジウム、酸化亜鉛、一酸化ゲルマニウム、及び二酸化ゲルマニウム等の金属酸化物;酢酸銅、酢酸亜鉛、酢酸コバルト、安息香酸銅、安息香酸亜鉛等の有機酸金属;ならびにアセチルアセトナート等の錯体化合物及びコバルトカルボニル、鉄カルボニル、ニッケルカルボニル等の金属カルボニルなどが挙げられる。これらのうち、好ましくは金属、金属酸化物及び金属ハロゲン化物であり、より好ましくは金属ハロゲン化物であり、さらに好ましくは、ヨウ化バナジウム、ヨウ化銅およびヨウ化亜鉛であり、よりさらに好ましくは、ヨウ化銅およびヨウ化亜鉛であり、特に好ましくはヨウ化亜鉛である。ヨウ化亜鉛を用いる場合、中心金属は、亜鉛ということになる。金属ハロゲン化物のうち、ヨウ化物を用いることが好適な理由は、溶剤や樹脂に対する溶解性に優れ、得られるフタロシアニン染料のスペクトルがシャープであり、所望の波長である640〜750nmに収まりやすいためである。環化反応の際にヨウ化物を用いた場合にスペクトルがシャープになる詳細なメカニズムは不明であるが、ヨウ化物を用いた場合、反応後にフタロシアニン染料中に残存するヨウ素が、フタロシアニン染料と何らかの相互作用を起こして、フタロシアニン染料の層間にヨウ素が存在するようになるためであると推定される。しかしながら、上記メカニズムに限定されるものではない。環化反応に金属ヨウ化物を用いた場合と同様の効果を得るために、得られたフタロシアニン染料をヨウ素で処理してもよい。
これらのうち、好ましくは、1−クロロナフタレン、1−メチルナフタレン、1−オクタノール、ジクロロベンゼンおよびベンゾニトリルが、より好ましくは、1−オクタノール、ジクロロベンゼンおよびベンゾニトリルが使用される。これらの溶剤は1種単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
また、本発明の組成物における、ハロゲン原子を含まないフタロシアニン染料(以下、「非ハロゲン化フタロシアニン染料」ともいう。)の配合量は、全固形分に対し、5質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましい。このような範囲とすることにより、本発明の効果がより効果的に発揮される。
本発明の組成物は、フタロシアニン染料に加えて、他の着色剤を含んでいてもよく、他の着色剤を含んでいる方が好ましい。他の着色剤としては、黄色色素が好ましく用いられ、染料でも顔料でも、染料と顔料の混合系よいが、分散剤を用いなくても組成物優に均一に溶解した状態の組成物を得ることができる観点から、染料が好ましい。
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組合せて用いることができる。
化学構造としては、例えば、アゾ系(例えば、C.I.solvent yellow 162)、メチン系(C.I.solvent yellow 93)などが挙げられる。
メチン系染料としては、モノメチン染料が好ましく、下記一般式(5)で表されるモノメチン染料がより好ましい。
R11は炭素数1〜12のアルキル基が好ましく、炭素数1〜6のアルキル基がより好ましい。
R12は、フェニル基、ナフチル基が好ましく、置換基としては、アルキルスルホニルアミノ基、ビニルスルホニルアミノ基、アリールスルホニルアミノ基、アルキルカルボニルアミノ基、ビニルカルボニルアミノ基、アリールカルボニルアミノ基が好ましく、特にアルキルスルホニルアミノ基が好ましいが好ましい。炭素数1〜12アルキル基は、不飽和結合を有しても良く、その様な置換基としては、アリルスルホニルアミノ基が挙げられる。
その他、直接染料、塩基性染料、媒染染料、酸性媒染染料、アゾイック染料、分散染料、油溶染料、食品染料、及び/又は、これらの誘導体等も有用に使用することができる。
例えば、黄色色素が染料である場合、本発明で用いる組成物におけるフタロシアニン染料と黄色色素とを含む着色剤の配合量は、本発明の組成物の全固形分に対し50〜90質量%であることが好ましく、60〜85質量%であることが好ましく、70〜80質量%であることがさらに好ましい。
また、例えば、黄色色素が顔料である場合、本発明で用いる組成物におけるフタロシアニン染料と黄色色素とを含む着色剤の配合量は、本発明の組成物の全固形分に対し50〜90質量%であることが好ましく、60〜85質量%であることが好ましく、65〜85質量%であることがさらに好ましい。
本発明の組成物の調整に顔料を用いる場合には、顔料分散物としておくことが好ましい態様である。顔料の分散性を向上させる観点から、さらに顔料分散剤を添加することが好ましい。
高分子分散剤は、その構造から更に直鎖状高分子、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。
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。
具体的には、高分子分散剤を用いる場合であれば、その使用量としては、顔料100質量部に対して、質量換算で5〜100質量部の範囲が好ましく、10〜80質量部の範囲であることがより好ましい。
また、顔料誘導体を併用する場合、顔料誘導体の使用量としては、顔料100質量部に対し、質量換算で1〜30質量部の範囲にあることが好ましく、3〜20質量部の範囲にあることがより好ましく、5〜15質量部の範囲にあることが特に好ましい。
着色剤として顔料を含有する場合、顔料に対する分散樹脂の吸着性を上げるため、更に、顔料誘導体を含有することが好ましい。顔料誘導体とは、有機顔料の一部分を、酸性基、塩基性基又はフタルイミドメチル基で置換した構造を有する化合物である。顔料誘導体としては、分散性及び分散安定性の観点から、酸性基又は塩基性基を有する顔料誘導体を含有することが好ましい。
また、顔料誘導体が有する酸性基としては、スルホン酸、カルボン酸及びその4級アンモニウム塩が好ましく、カルボン酸基及びスルホン酸基がさらに好ましく、スルホン酸基が特に好ましい。顔料誘導体が有する塩基性基としては、アミノ基が好ましく、特に三級アミノ基が好ましい。
顔料分散物における溶剤としては、一般の顔料分散性組成物に用いられる有機溶剤であれば特に限定されない。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、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、n−プロパノール、2−プロパノール、n−ブタノール、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、トルエン、キシレンなどの溶剤を挙げることができ、融点や粘度、顔料の分散性を調整するためにこれらのうち複数を併用することも可能である。
顔料分散物が後述する着色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、顔料と顔料分散剤との総和が顔料分散物の溶剤を除いた総質量に対して5〜50質量%となるように含有することができる。
本発明の組成物は、少なくとも一種のエポキシ基を有する化合物を含有する。本発明で用いられるエポキシ基を有する化合物としては、1分子内にエポキシ基を2つ以上有するものが好ましい。1分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物を用いることにより、本発明の効果をより効果的に達成することができる。
QEPは単結合若しくはnEP価の有機基を表す。REP1〜REP3は、QEPとも結合して環構造を形成していても良い。
nEPは2以上の整数を表し、好ましくは2〜10、更に好ましくは2〜6である。但しQEPが単結合の場合、nEPは2である。
これらの化合物は、市販品を用いてもよいし、ポリマーの側鎖へエポキシ基を導入することによっても得られる。
また、エポキシ基を有する化合物の市販品としては、JER1031S(三菱化学(株)製)、JER1032H60(三菱化学(株)製)、EPICLON HP−4700(DIC(株)社製)、EPICLON N−695(DIC(株)社製)等も好ましく用いることができる。
エポキシ不飽和化合物としては、グリシジル(メタ)アクリレートやアリルグリシジルエーテル等のエポキシ基としてグリシジル基を有するものも使用可能であるが、脂環式エポキシ基を有する不飽和化合物であることが好ましい。このようなものとしては、例えば以下の化合物を例示することができる。
本発明の組成物は、ハロゲン化フタロシアニン染料およびエポキシ基を有する化合物を少なくとも溶解する溶剤(通常、有機溶剤)を含む。
有機溶剤としては、エステル類として、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、乳酸メチル、乳酸エチル、オキシ酢酸アルキル(例:オキシ酢酸メチル、オキシ酢酸エチル、オキシ酢酸ブチル(例えば、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等))、3−オキシプロピオン酸アルキルエステル類(例: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等(例えば、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等))、2−オキシプロピオン酸アルキルエステル類(例: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等(例えば、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及び2−オキシ−2−メチルプロピオン酸エチル(例えば、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等)、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、並びに、エーテル類として、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モノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート等、並びに、ケトン類として、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、並びに、芳香族炭化水素類として、例えば、トルエン、キシレン等が好適に挙げられる。
本発明の着色硬化性組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて、各種添加物、例えば、界面活性剤、酸無水物、硬化剤、硬化触媒、充填剤、密着促進剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、凝集防止剤等を配合することができる。
一方、本発明の着色硬化性組成物は、光重合性化合物の配合量が全固形分の1質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以下であることがより好ましく、含まないことがさらに好ましい。
本発明の着色硬化性組成物は、塗布性をより向上させる観点から、各種の界面活性剤を添加していることが好ましい。界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤などの各種界面活性剤を使用できる。
即ち、フッ素系界面活性剤を含有する着色硬化性組成物を適用した塗布液を用いて膜形成する場合においては、被塗布面と塗布液との界面張力を低下させることにより、被塗布面への濡れ性が改善され、被塗布面への塗布性が向上する。このため、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をより好適に行える点で有効である。
本発明の着色硬化性組成物は、酸無水物を含有しても良い。酸無水物を含有することにより、エポキシ基を有する化合物の熱硬化による架橋性を向上させることができる。
本発明の組成物には、硬化剤を添加してもよい。硬化剤は、種類が非常に多く、性質、樹脂と硬化剤の混合物との可使時間、粘度、硬化温度、硬化時間、発熱などが種類によって非常に異なるため、使用目的、使用条件、作業条件などによって適当な硬化剤を選ぶことが好ましい。硬化剤に関しては、垣内弘編「エポキシ樹脂(昇晃堂)」第5章に詳しく解説されている。以下、硬化剤の例を示す。
着色剤濃度の高い組成を実現するためには、硬化剤との反応による硬化のほか、主としてエポキシ基同士の反応による硬化が有効である。このため、硬化剤は用いず、硬化触媒を使用することもできる。硬化触媒の添加量としては、エポキシ当量が150〜200程度のエポキシ樹脂に対して、質量基準で1/10〜1/1000程度、好ましくは1/20〜1/500程度さらに好ましくは1/30〜1/250程度のわずかな量で硬化させることが可能である。
本発明の着色硬化性組成物の好ましい調製方法について説明する。但し、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明の着色硬化性組成物は、異物の除去や欠陥の低減などの目的で、フィルターで濾過することが好ましい。
フィルターろ過に用いるフィルターとしては、従来からろ過用途等に用いられているフィルターであれば特に限定されることなく用いることができる。
前記フィルターの材質の例としては、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等のフッ素樹脂;ナイロン−6、ナイロン−6,6等のポリアミド系樹脂;ポリエチレン、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン樹脂(高密度、超高分子量を含む);等が挙げられる。これら素材の中でもポリプロピレン(高密度ポリプロピレンを含む)が好ましい。
フィルターの孔径を上記範囲とすることにより、微細な粒子をより効果的に取り除くことができ、濁度をより低減することができる。
ここで、フィルターの孔径は、フィルタメーカーの公称値を参照することができる。市販のフィルターとしては、例えば、日本ポール株式会社、アドバンテック東洋株式会社、日本インテグリス株式会社(旧日本マイクロリス株式会社)又は株式会社キッツマイクロフィルタ等が提供する各種フィルターの中から選択することができる。
例えば、まず第1のフィルターを用いてろ過を行い、次に、第1のフィルターとは孔径が異なる第2のフィルターを用いてろ過を行うことができる。
その際、第1のフィルターでのフィルタリング及び第2のフィルターでのフィルタリングは、それぞれ、1回のみでもよいし、2回以上行ってもよい。
第2のフィルターは、上述した第1のフィルターと同様の材料等で形成されたものを使用することができる。
本発明の着色硬化性組成物は、硬化させて硬化膜として好ましく用いられる。本発明の着色硬化性組成物を硬化させた層は、カラーフィルタの着色層として好ましく用いることができる。特に、ドライエッチング用着色硬化性組成物として好ましく用いることができる。
本発明において、着色層の厚さは、0.1〜1.0μmであることが好ましく、0.1〜0.8μmであることがより好ましい。本発明では、着色層における着色剤の濃度を高めることができるので、このような薄膜化が可能になる。
本発明のカラーフィルタは、これを構成するパターンのうち、少なくとも一種のパターンが、上記した本発明の着色硬化性組成物から形成された着色パターンである。本発明のカラーフィルタは、少なくとも一種のパターンが、上記した本発明の着色硬化性組成物から形成された着色パターンであれば特に制限されるものではないが、好ましくは以下に示す本発明のカラーフィルタの製造方法により作製される。
ここで、第1着色層は、本発明の着色硬化性組成物により形成されているため、上述したように、耐溶剤性及び耐アルカリ現像液性に優れている。
これにより、後に詳細に述べる、第1着色層の上にエッチング用のマスクとしてレジストパターン(パターニングされたフォトレジスト層)を形成する際に使用する現像液や、第1着色層の上に第2着色感放射線性組成物により第2着色感放射線性層を形成する工程、及び、第1着色層の上に第3着色感放射線性組成物により第3着色感放射線性層を形成する工程において、第1着色層が、第2又は第3着色感放射線性組成物における有機溶剤や、第2又は第3着色感放射線性組成物により形成された第2又は第3着色感放射線性層を露光、現像する際に使用される現像液に溶解し、第1着色層における色成分が、上記溶剤や現像液に溶出する虞れや、第2又は第3着色感放射線性組成物における色成分が、第1の着色層に混入する虞れなどを抑制できる。その結果、第1着色層における色成分の色落ちの発生や複数の色が互いに重なり合うオーバーラップ領域の発生を抑制できるため、最終的に得られるカラーフィルタの性能を向上させることができる。
特に、例えば厚みが0.1〜1.0μm及び/又は画素パターンサイズ(正方パターンにおける一辺)が2μm以下(例えば0.5〜2.0μm)となるような微小サイズが求められる固体撮像素子用のカラーフィルタを作製するのに有効である。
図1に示すように、固体撮像素子10は、シリコン基板上に設けられた受光素子(フォトダイオード)42、カラーフィルタ13、平坦化膜14、マイクロレンズ15等から構成される。本発明においては、平坦化膜14は必ずしも設ける必要はない。なお、図1では、各部を明確にするため、相互の厚みや幅の比率は無視して一部誇張して表示している。
本発明の実施形態に係るカラーフィルタの製造方法においては、先ず、図2の概略断面図に示すように、第1着色硬化性組成物によって第1着色層11を形成する(工程(ア))。ここで、第1着色硬化性組成物は、既述の本発明の着色硬化性組成物である。
具体的には、ポジ型の感放射線性組成物として、キノンジアジド化合物及びアルカリ可溶性樹脂を含有する組成物が好ましい。キノンジアジド化合物及びアルカリ可溶性樹脂を含有するポジ型の感放射線性組成物は、500nm以下の波長の光照射によりキノンジアジド基が分解してカルボキシル基を生じ、結果としてアルカリ不溶状態からアルカリ可溶性になることを利用するものである。このポジ型フォトレジストは解像力が著しく優れているので、ICやLSI等の集積回路の作製に用いられている。キノンジアジド化合物としては、ナフトキノンジアジド化合物が挙げられる。
レジストパターン52の形成は、特に制限なく、従来公知のフォトリソグラフィーの技術を適宜最適化して行なうことができる。露光、現像によりフォトレジスト層51に、レジスト貫通孔群51Aが設けられることによって、次のエッチングで用いられるエッチングマスクとしてのレジストパターン52が、第1着色層11上に設けられる。
貫通孔群120は、第1着色層11に、市松状に設けられている。よって、第1着色層11に貫通孔群120が設けられてなる第1着色パターン12は、複数の四角形状の第1着色画素を市松状に有している。
フッ素系ガスと酸素ガス(O2)との混合ガスを用い、支持体が露出しない領域(深さ)までエッチングを行なう第1段階のエッチングと、この第1段階のエッチングの後に、窒素ガス(N2)と酸素ガス(O2)との混合ガスを用い、好ましくは支持体が露出する領域(深さ)付近までエッチングを行なう第2段階のエッチングと、支持体が露出した後に行なうオーバーエッチングとを含む形態が好ましい。以下、ドライエッチングの具体的手法、並びに第1段階のエッチング、第2段階のエッチング、及びオーバーエッチングについて説明する。
(1)第1段階のエッチングにおけるエッチングレート(nm/min)と、第2段階のエッチングにおけるエッチングレート(nm/min)とをそれぞれ算出する。
(2)第1段階のエッチングで所望の厚さをエッチングする時間と、第2段階のエッチングで所望の厚さをエッチングする時間とをそれぞれ算出する。
(3)前記(2)で算出したエッチング時間に従って第1段階のエッチングを実施する。(4)前記(2)で算出したエッチング時間に従って第2段階のエッチングを実施する。あるいはエンドポイント検出でエッチング時間を決定し、決定したエッチング時間に従って第2段階のエッチングを実施してもよい。
(5)前記(3)、(4)の合計時間に対してオーバーエッチング時間を算出し、オーバーエッチングを実施する。
また、前記第2段階のエッチング工程及び前記オーバーエッチング工程は、第1段階のエッチング工程でフッ素系ガス及び酸素ガスの混合ガスにより支持体が露出しない領域までエッチングを実施した後、支持体のダメージ回避の観点から、窒素ガス及び酸素ガスの混合ガスを用いてエッチング処理を行なうのが好ましい。
ここでの第2着色感放射線性層21の厚みとしては、0.3〜1μmの範囲が好ましく、0.35〜0.8の範囲がより好ましく、0.35〜0.7μmの範囲がより好ましい。
ここでの第3着色感放射線性層31の厚みとしては、0.3〜1μmの範囲が好ましく、0.35〜0.8の範囲がより好ましく、0.35〜0.7μmの範囲がより好ましい。
また、露光後に実施される現像は、通常、現像液で現像処理することにより行われる。
現像液としては、フォトレジスト層51に対する露光、現像において既述した現像液と同様のものを挙げることができる。
また、アルカリ性水溶液を現像液として用いた場合は、一般に現像後に水で洗浄処理が施される。
また、本発明の着色硬化性組成物により形成された第1着色画素は、上述したように、耐溶剤性及び耐アルカリ現像液性が優れたものとなる。これにより、他の着色層及び他の着色パターンにおける色と重なり合うオーバーラップ領域の発生を低減でき、その結果、高性能のカラーフィルタを製造できる。
フタロシアニン染料として、以下の例示化合物を用いた。
フラスコにテトラクロロフタロニトリル(80.0g、300.9mmol)と上記化合物1(59.03g、300.9mmol)、アセトニトリル400.0gを投入し、内温が40℃に安定するまで30分間攪拌した後、炭酸カリウム(45.74g、330.9mmol)を投入して約3時間反応させた。冷却後、吸引ろ過して得た溶液を40℃1時間で減圧濃縮し、溶媒を溜去した。さらに、110℃で一晩真空乾燥し、化合物Aが約128g(99.9%)得られた。
(例示化合物G’−1(化合物B)の合成)
フラスコに化合物A(125.0g、293.7mmol)、ベンゾニトリル146.83mLを投入し、窒素気流下(10mL/min)、内温150℃に安定するまで約1時間攪拌した後、ヨウ化亜鉛26.81g(84.0mmol)を投入して、約48時間反応させた。冷却後メタノール2000mLを加え、室温にて攪拌することで晶析した。析出した固体をデカンテーションにより取り出し、得られた固体にメタノール2000mLを加え、60℃で1時間加熱攪拌した。冷却後、吸引ろ過し、得られた結晶を40℃で一晩送風乾燥し、約104.5g(80.5%)得られた。
(例示化合物G−1(化合物C)の合成)
フラスコに化合物B(30.0g、16.97mmol)、THF/水(1:1)300mL、水酸化リチウム(0.81g、33.94mmol)を投入し、内温60℃で約7時間攪拌した。冷却後、1M塩酸102mLを加え、室温にて30分攪拌した。この溶液を40℃1時間で減圧濃縮し、溶媒を留去した。得られた残渣にメタノール50mLを加え、吸引ろ過し、得られた結晶を40℃で一晩送風乾燥し、約1.54g(88.2%)得られた。
フラスコに化合物C(1.50g、0.91mmol)、THF30mL、グリシドール(0.27g、3.63mmol)、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(0.52g、2.72mmol)、4−ジメチルアミノピリジン(5.6mg、0.05mmol)を投入し、室温で約20時間攪拌した。この溶液を40℃1時間で減圧濃縮し、溶媒を留去した。得られた残渣にメタノール50mLを加え、吸引ろ過し、得られた結晶を40℃で一晩送風乾燥し、約1.50g(93.8%)得られた。
化合物G−1の合成において、化合物Aの合成で、テトラクロロフタロニトリルの代わりに等モルのテトラフルオロフタロニトリルを用いること以外は同様の反応を行った。
化合物G−2の合成において、テトラクロロフタロニトリルの代わりに等モルのテトラフルオロフタロニトリルを用いること以外は同様の反応を行った。
化合物G’−1の合成において、化合物Aの合成で、化合物1の代わりに等モルの4−ヒドロキシ安息香酸フェニルを用いること以外は同様の反応を行った。
化合物G−5の合成において、テトラクロロフタロニトリルの代わりに等モルのテトラフルオロフタロニトリルを用いること以外は同様の反応を行った。
化合物G−6の合成において、テトラクロロフタロニトリルの代わりに等モルのテトラフルオロフタロニトリルを用いること以外は同様の反応を行った。
化合物G−7の合成において、テトラクロロフタロニトリルの代わりに等モルのテトラフルオロフタロニトリルを用いること以外は同様の反応を行った。
化合物Cの合成において、水酸化リチウムを化合物Bに対して4倍当量用いる以外は同様の反応をおこなった。
<例示化合物G−14の合成例>
氷冷下、フラスコに化合物C(3.00g、1.95mmol)、THF60mL、化合物E(1.27g、11.72mmol)、ジイソプロピルエチルアミン(3.03g、23.44mmol)を投入し、室温で約4時間攪拌した。この溶液を40℃1時間で減圧濃縮し、溶媒を留去した。得られた残渣にMeOH/水(1:1、120mL)を加え、吸引ろ過し、得られた結晶を40℃で一晩送風乾燥し、約3.40g(95.4%)得られた。
氷冷下、フラスコに化合物C(3.00g、1.95mmol)、THF60mL、3,4−ジヒドロ−2−H−ピラン(0.99g、11.72mmol)、TsOH・H2O(0.04g、0.20mmol)を投入し、室温で約4時間攪拌した。この溶液を40℃1時間で減圧濃縮し、溶媒を留去した。得られた残渣にMeOH/水(1:1、120mL)を加え、吸引ろ過し、得られた結晶を40℃で一晩送風乾燥し、約3.40g(95.4%)得られた。
G−2の合成において、グリシドールの代わりに等モルの2−メルカプロエタノールを用いる以外は同様の反応をおこなった。
化合物Aの合成で、化合物1のmol数の半分を4−ヒドロキシニトロベンゼンに置き換えた以外は同様の反応をおこなった。
<例示化合物G−17の合成例>
フラスコに化合物F(5.00g、3.13mol)、THF(50mL)、5%Pd/C(0.05g)を投入し、水素雰囲気下24時間攪拌した。この溶液をセライトろ過し、THFで洗浄した。ろ液と洗液を合わせた溶液を40℃1時間で減圧濃縮し、溶媒を留去した。得られた残渣にMeOH(100mL)を加え、吸引ろ過し、得られた結晶を40℃で一晩送風乾燥し、約4.50g(95.3%)得られた。
化合物G−1の合成において、化合物Bの合成で、ヨウ化亜鉛の代わりに等モルの塩化銅(II)を用いること以外は同様の反応を行った。
化合物G−18の合成において、化合物Aの合成で、テトラクロロフタロニトリルの代わりに等モルのテトラフルオロフタロニトリルを用いること以外は同様の反応を行った。
化合物G−1の合成において、化合物Aの合成で、テトラクロロフタロニトリルの代わりに等モルのジクロロフタロニトリルを用いること以外は同様の反応を行った。
化合物G’−1の合成において、化合物Aの合成で、テトラクロロフタロニトリルの代わりに等モルのテトラフルオロフタロニトリルを用いること以外は同様の反応を行った。
Y−1:黄色色素(メチン系色素(染料))
Y150:アゾ系色素(顔料)
メチン系色素Y−1は、以下のスキームで合成した。
上記化合物(A)(EP0571959A2公報に記載の方法にて合成)100重量部、ピリジン390mlの混合溶液を5℃まで冷却し、オクタンスルホニルクロライド87重量部を、反応温度25℃以下で滴下した。反応液を室温で2時間撹拌後、4N 塩酸水溶液 2Lを加え、室温で攪拌した後、濾取した。濾取した結晶をメタノール500mlで洗浄後、乾燥することにより、中間体Aを153g(収率91%)得た。
1H-NMR CDCl3 δ0.8(t, 3H) 1.0-1.4(m, 19), 1.6(m, 2H) 3.2(t, 2H) 5.6(s, 1H) 7.3(d, 2H) 7.9(d, 2H) 10.2(s, 1H) 12.9(s, 1H)
中間体A 110g、酢酸650mlの懸濁溶液に室温で、オルトギ酸エチル68gを加え、反応液を80℃で3時間攪拌させた。反応液にメタノール1.1Lを加え、冷却後、濾取、メタノール洗浄することにより、メチン系色素Y−1を96g(収率88%)得た。
1H-NMR CDCl3 δ0.8(t, 6H) 1.2-2.0(m, 41H) 3.3(t, 4H) 7.3(d, 4H), 7.6(br, 2H) 7.8(d, 4H) 8.4(s, 1H)
分散剤A:(特開2007−277514号公報の段落番号0334を参照して合成した。)
上記において、aは、2.0、bは4.0、酸価10mgKOH/g、Mw20000である。
また、分散剤Aにおけるa及びbは、それぞれ、括弧内で表される部分構造の数を表し、a+b=6を満たす。
分散剤B:(特開2011−070156号公報を参照して合成した。)
JER1031S:(三菱化学(株)製、エポキシ当量:180−220(g/eq.))
JER157S70:(三菱化学(株)製、エポキシ当量:200−220(g/eq.))
JER1032H60:(三菱化学(株)製、エポキシ当量:163−175(g/eq.))
EPICLON HP−4700:(DIC(株)社製、エポキシ当量:160−170(g/eq.))
EPICLON N−695:(DIC(株)社製、エポキシ当量:209−219(g/eq.))
JER1003:(三菱化学(株)製、エポキシ当量:670−700(g/eq.))
JER1007:(三菱化学(株)製、エポキシ当量:1750−2200(g/eq.))
界面活性剤A:F−781(DIC(株)製 フッ素型界面活性剤)
誘導体A:
下記化合物を配合した混合液を、0.3mm径のジルコニアビーズを使用して、ビーズミル(減圧機構付き高圧分散機NANO−3000−10(日本ビーイーイー(株)製))で、3時間、混合、分散して、顔料分散液を調製した。各成分の配合量は、最終的に得られる着色硬化性組成物中の組成比が下記記載の割合となるように配合した。
・顔料:PY150
・誘導体A
・分散剤Aまたは分散剤B
・溶剤:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)
下記表に記載の組成となるように各成分を混合し、撹拌して着色硬化性組成物を調製した(実施例1〜27、比較例1〜13)。
フタロシアニン染料(上述した例示化合物G−1〜G−17、G'−1〜G'−3):固形分中42%
黄色色素(上述した染料(Y−1)を含有する場合:固形分中36%、上述した顔料分散液を用いる場合:顔料(固形分中24%)、誘導体(固形分中4.5%)、分散剤(固形分中7.5%)、無添加の場合:固形分中0%)
エポキシ基を有する化合物 (上述したエポキシ基を有する化合物):固形分中21.9%
界面活性剤(上述した界面活性剤A):固形分中0.1%
溶剤(シクロヘキサノン):最終固形分濃度15%となる量
上記で得られた着色硬化性組成物を7.5cm×7.5cmのガラス基板上に、膜厚0.6μmの塗布膜となるようにスピンコーターを用いて塗布し、ホットプレートを使用して、100℃で2分間加熱乾燥し、200℃で8分間塗布膜を硬化させて着色層を形成した。
得られた着色層をPGMEA、シクロヘキサノンまたはNMPに10分間浸漬させた後、流水にてリンスし、得られた基板の分光スペクトルを測定した。耐薬品性の評価は、PGMEA、シクロヘキサノンおよびNMPそれぞれの薬剤について行った。
浸漬前後の吸光度を比較し、下記式より浸漬後の色剤残存率を算出し、以下の区分に従って評価した。なお、色剤残存率は数値が高いほど耐薬品性に優れていることを意味する。
色剤残存率(%)=溶剤浸漬後の最大吸光度/溶剤浸漬前の最大吸光度×100
4:色剤残存率=95%以上100%以下
3:色剤残存率=80%以上95%未満
2:色剤残存率=50%以上85%未満
1:色剤残存率=0%以上50%未満
<<着色層形成工程>>
上記で得られた着色硬化性組成物を、7.5cm×7.5cmのガラス基板上に膜厚が0.5μmになるようにスピンコーターを用いて塗布し、ホットプレートを使用して、200℃で5分間、加熱を行い、塗布膜の硬化を行って着色層を作製した。この着色層の膜厚は、0.5μmであった。
次いで、ポジ型フォトレジスト「FHi622BC」(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)を塗布し、90℃で1分間、プリベーク処理を実施し、膜厚0.8μmのフォトレジスト層を形成した。
続いて、フォトレジスト層を、i線ステッパー(キャノン(株)製)を用い、350mJ/cm2の露光量でパターン露光し、フォトレジスト層の温度又は雰囲気温度が90℃となる温度で1分間、加熱処理を行なった。その後、現像液「FHD−5」(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)で1分間の現像処理を行ない、さらに110℃で1分間のポストベーク処理を実施して、レジストパターンを形成した。このレジストパターンのサイズは、エッチング変換差(エッチングによるパターン幅の縮小)を考慮して、一辺1.2μmで形成した。
次に、得られたガラス基板を8inchシリコンウェハに貼り付け、ドライエッチング装置(U−621、日立ハイテクノロジーズ社製)にて、RFパワー:800W、アンテナバイアス:400W、ウエハバイアス:200W、チャンバーの内部圧力:4.0Pa、基板温度:50℃、混合ガスのガス種及び流量をCF4:80mL/min.、O2:40mL/min.、Ar:800mL/min.として、80秒の第1段階のエッチング処理を実施した。
上記で作製したカラーフィルタをガラス切りにて切り出し、その断面を、走査式電子顕微鏡(S−4800、日立株式会社製)を用いて、倍率15,000倍にて観察し、下記評価基準に従って評価した。
(評価基準)
A:線幅1.2μmのパターンが直線性よく形成されていた。
B:線幅1.2μmのパターンにがたつきがわずかに確認されたが、実用上問題のない程度であった。
C:線幅1.2μmのパターンの直線性が著しく悪かった。
これに対し、加熱によりエポキシ基と反応して共有結合を形成する官能基を有していないフタロシアニン染料を用いたカラーフィルタ(比較例1〜14)は、耐薬品性およびパターン形成性が良好ではないことが分かった。
11 第1着色層
12 第1着色パターン
13,100 カラーフィルタ
14 平坦化膜
15 マイクロレンズ
20G 緑色画素(第1色画素)
20R 赤色画素(第2色画素)
20B 青色画素(第3色画素)
21 第2着色感放射線性層
21A 第1貫通孔部分群121に対応する位置
22 第2着色パターン
22R 第2貫通孔部分群122の各貫通孔の内部に設けられた複数の第2着色画素
31 第3着色感放射線性層
31A 第2貫通孔部分群122に対応する位置
32 第3着色パターン
41 Pウエル
42 受光素子(フォトダイオード)
43 不純物拡散層
44 電極
45 配線層
46 BPSG膜
47 絶縁膜
48 P−SiN膜
49 平坦化膜層
51 フォトレジスト層
51A レジスト貫通孔
52 レジストパターン(パターニングされたフォトレジスト層)
60 着色層
61 酸素遮断膜
120 貫通孔群
121 第1貫通孔部分群
122 第2貫通孔部分群
Claims (15)
- エポキシ基を有する化合物と、加熱により前記エポキシ基と反応して共有結合を形成する官能基を有するフタロシアニン染料とを含み、
前記エポキシ基を有する化合物のエポキシ当量が500g/eq以下であり、
前記エポキシ基を有する化合物のエポキシ当量と、前記フタロシアニン染料の前記官能基の数との関係が、(エポキシ基を有する化合物のエポキシ当量/フタロシアニン染料が有する官能基の数)=25g/eq以上500g/eq以下であり、
前記エポキシ基を有する化合物を、全固形分に対して5〜40質量%含有し、
前記フタロシアニン染料を、全固形分に対して20〜70質量%含有する着色硬化性組成物。 - エポキシ基を有する化合物と、官能基を有するフタロシアニン染料とを含み、
前記官能基が、カルボキシル基、エポキシ基、アリールエステル基、3級アルキルエステル基、下記式(1)で表される基、下記式(2)で表される基、アミノ基およびチオール基から選ばれる少なくとも1種であり、
前記エポキシ基を有する化合物のエポキシ当量が500g/eq以下であり、
前記エポキシ基を有する化合物のエポキシ当量と、前記フタロシアニン染料の前記官能基の数との関係が、(エポキシ基を有する化合物のエポキシ当量/フタロシアニン染料が有する官能基の数)=25g/eq以上500g/eq以下であり、
前記エポキシ基を有する化合物を、全固形分に対して5〜40質量%含有し、
前記フタロシアニン染料を、全固形分に対して20〜70質量%含有する、着色硬化性組成物。
(式(1)中、R1はフッ素原子を有するアルキル基を表す。式(2)中、R2およびR3は、それぞれ独立して、アルキル基であり、R2およびR3が互いに結合して環を形成していても良い。) - 前記フタロシアニン染料が有する官能基が、カルボキシル基、エポキシ基、3級アルキルエステル基、前記式(1)で表される基、前記式(2)で表される基およびチオール基から選ばれる少なくとも1種である、請求項2に記載の着色硬化性組成物。
- フタロシアニン染料がハロゲン化フタロシアニン染料である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の着色硬化性組成物。
- 前記フタロシアニン染料がハロゲン化フタロシアニン染料であり、かつ、前記フタロシアニン染料が有する官能基が、カルボキシル基、エポキシ基、3級アルキルエステル基、および、前記式(2)で表から選ばれる少なくとも1種である、請求項2に記載の着色硬化性組成物。
- 前記ハロゲン化フタロシアニン染料が下記一般式(1−2)で表される、請求項4または5に記載の着色硬化性組成物。
一般式(1−2)
(一般式(1−2)中、Z1〜Z16は、水素原子、置換基またはハロゲン原子を表し、Z1〜Z16の少なくとも1つはハロゲン原子であり、Z1〜Z16の他の少なくとも1つは前記官能基を有する置換基である。Mは2つの水素原子、金属原子、金属酸化物または金属ハロゲン化物を表わす。) - 前記フタロシアニン染料が、1分子中に1〜4個の前記加熱によりエポキシ基と反応して共有結合を形成する官能基を有する、請求項1に記載の着色硬化性組成物。
- 前記エポキシ基を有する化合物が、1分子内にエポキシ基を2つ以上有する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の着色硬化性組成物。
- さらに、黄色色素を含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の着色硬化性組成物。
- 前記フタロシアニン染料と前記黄色色素とを含む着色剤の含有量の合計が前記着色硬化性組成物の全固形分に対し50〜90質量%である、請求項9に記載の着色硬化性組成物。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の着色硬化性組成物を硬化してなる硬化膜。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の着色硬化性組成物を用いた着色層を有するカラーフィルタ。
- 前記着色層の厚さが0.1〜0.8μmである、請求項12に記載のカラーフィルタ。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の着色硬化性組成物を硬化して着色層を形成する工程、
前記着色層上にフォトレジスト層を形成する工程、
露光および現像することにより前記フォトレジスト層をパターニングしてレジストパターンを得る工程、および
前記レジストパターンをエッチングマスクとして前記着色層をドライエッチングする工程を含む、カラーフィルタの製造方法。 - 請求項12または13に記載のカラーフィルタを有する液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス素子または固体撮像素子。
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