JP6075763B2 - 活性エネルギー線硬化型樹脂組成物、及びそれを用いた表示素子用着色スペーサー及び/またはブラックマトリックス - Google Patents
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Description
(1)反応性ポリカルボン酸化合物(A)と反応性化合物(B)と光重合開始剤(C)と黒色色材(D)と分散剤(E)と有機溶剤(F)を含有し、
反応性ポリカルボン酸化合物(A)が、一分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂(a)と一分子中に1個以上の重合可能なエチレン性不飽和基と1個以上のカルボキシル基を有する化合物(b)との反応物に、更に多塩基酸無水物(d)を反応させて得られる反応性ポリカルボン酸化合物(A)であり、
一分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂(a)が、ナフタレン骨格含有エポキシ樹脂またはグリオキサール型エポキシ樹脂である、
表示素子用着色スペーサーまたはブラックマトリックス用活性エネルギー線硬化型樹脂組成物に関する。
(2)反応性ポリカルボン酸化合物(A)と反応性化合物(B)と光重合開始剤(C)と黒色色材(D)と分散剤(E)と有機溶剤(F)を含有し、
反応性ポリカルボン酸化合物(A)が、一分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂(a)と一分子中に1個以上の重合可能なエチレン性不飽和基と1個以上のカルボキシル基を有する化合物(b)、及び一分子中に少なくとも2個以上の水酸基と一個以上のカルボキシル基を有する化合物(c)との反応物に、更に多塩基酸無水物(d)を反応させて得られる反応性ポリカルボン酸化合物(A)であり、
一分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂(a)が、ナフタレン骨格含有エポキシ樹脂またはグリオキサール型エポキシ樹脂である、
表示素子用着色スペーサーまたはブラックマトリックス用活性エネルギー線硬化型樹脂組成物に関する。
(3)一分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂(a)がナフタレン骨格含有エポキシ樹脂及びグリオキサール型エポキシ樹脂である
(4)一分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂(a)がナフタレン骨格含有エポキシ樹脂である前記表示素子用着色スペーサーまたはブラックマトリックス用活性エネルギー線硬化型樹脂組成物に関する。
(5)一分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂(a)がグリオキサール型エポキシ樹脂である前記表示素子用着色スペーサーまたはブラックマトリックス用活性エネルギー線硬化型樹脂組成物に関する。
(6)さらに前記活性エネルギー線硬化型樹脂組成物から形成される表示素子用着色スペーサーに関する。
(7)さらに前記活性エネルギー線硬化型樹脂組成物から形成されるブラックマトリックスに関する。
(1)水酸基を有する単量体(e)に対し、エチレン性二重結合を有する酸無水物(f)、
(2)水酸基を有する単量体(e)に対し、イソシアネート基とエチレン性二重結合を有する化合物(f)、
(3)水酸基を有する単量体(e)に対し、塩化アシル基とエチレン性二重結合を有する化合物(f)、
(4)エチレン性二重結合を有する酸無水物(e)に対し、水酸基とエチレン性二重結合を有する化合物(f)、
(5)カルボキシル基を有する単量体(e)に対し、エポキシ基とエチレン性二重結合を有する化合物(f)、
(6)エポキシ基を有する単量体(e)に対し、カルボキシル基とエチレン性二重結合を有する化合物(f)。
る単量体の例が挙げられる。
本発明の組成物から形成されるブラックマトリックス及び表示素子用着色スペーサーは、本発明の一態様である。当該ブラックマトリックス及び表示素子用着色スペーサーの形成方法は、
(1)本発明の組成物を、基板上に塗布して塗膜を形成する工程、
(2)上記塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
(3)上記放射線が照射された塗膜を現像する工程、及び
(4)上記現像された塗膜を加熱する工程
を含む。
1)エポキシ当量:JISK7236:2001に準じた方法で測定した。
2)軟化点:JISK7234:1986に準じた方法で測定した。
3)酸価:JISK0070:1992に準じた方法で測定した。
4)13C−NMR:
測定装置:VARIAN NMR system 400MHz
溶剤:重クロロホルム
温度計、還流冷却器、撹拌機を付けたガラス容器に2,6−ビス(ヒドロキシメチル)パラクレゾール168質量部(1.0モル)及びα−ナフトール1008質量部(7.0モル)を仕込み、溶媒としてメチルイソブチルケトン1500mLを加えて窒素雰囲気下において室温で撹拌した。p−トルンエンスルホン酸1.7質量部(パラクレゾールジメチロール化合物に対して1.0質量%)を発熱に注意し、液温が50℃を越えないよう徐々に添加した。添加後油浴上で50℃まで加温し2時間反応させた後、メチルイソブチルケトン500mL加えて、分液ロートに移し水洗した。洗浄水が中性を示すまで水洗後、有機層を減圧下濃縮し、淡黄色粘性物370質量部を得た。軟化温度(JISK2425環球法)は112℃、水酸基当量(g/mol)は138であった。
続いて、温度計、撹拌装置、滴下ロート及び生成水分離装置についた1Lの反応器に、得られた淡黄色粘性物138質量部及びエピクロルヒドリン460質量部を仕込み、窒素置換を行った。次いで48質量%水酸化ナトリウム水溶液85質量部を5時間かけて滴下した。滴下中は反応温度60℃、圧力100〜150mmHgの条件下で生成水及び水酸化ナトリウム水溶液の水のエピクロルヒドリンとの共沸により連続的に反応系外に除去し、エピクロルヒドリンは系内に戻した。ついで過剰の未反応エピクロルヒドリンを減圧下に回収した後、メチルイソブチルケトン500mLを加え100mLの水の水層が中性を示すまで洗浄した。メチルイソブチルケトン層を減圧下濃縮し、淡黄色で固体のエポキシ樹脂生成物(EP1)170質量部を得た。
この生成物は、軟化温度(JISK2425)75℃でエポキシ当量(g/mol)は213であった。又、この生成物をGPC分析したところ式(1)のエポキシ樹脂の組成量は57重量%であった。エポキシ樹脂生成物はマススペクトル(FAB−MS)でM+588がえられたことにより次の構造を有する成分が主成分であることを確認した。
温度計、還流冷却器、撹拌機を付けたガラス容器に2,6−ビス(ヒドロキシメチル)パラクレゾール168質量部(1.0モル)及びβ−ナフトール1008質量部(7.0モル)を仕込み、溶媒としてメチルイソブチルケトン1500mLを加えて窒素雰囲気下で室温で撹拌した。p−トルンエンスルホン酸1.7質量部(パラクレゾールジメチロール化合物に対して1.0質量%)を発熱に注意し、液温が50℃を越えないよう徐々に添加した。添加後油浴上で80℃まで加温し2時間反応させた後、メチルイソブチルケトン500mL加えて、分液ロートに移し水洗した。洗浄水が中性を示すまで水洗後、有機層を減圧下濃縮し、黄色固体371質量部を得た。軟化温度(JISK2425環球法)は113℃、水酸基当量(g/mol)は138であった。
続いて、温度計、撹拌装置、滴下ロート及び生成水分離装置についた1Lの反応器に、上記黄色固体(水酸基当量(g/mol)138)138質量部及びエピクロルヒドリン460質量部を仕込み窒素置換を行った後、48質量%水酸化ナトリウム水溶液85質量部を5時間かけて滴下した。滴下中は反応温度60℃、圧力100〜150mmHgの条件下で生成水及び水酸化ナトリウム水溶液の水のエピクロルヒドリンとの共沸により連続的に反応系外に除去し、エピクロルヒドリンは系内に戻した。ついで過剰の未反応エピクロルヒドリンを減圧下に回収した後、メチルイソブチルケトン500mLを加え100mLの水の水層が中性を示すまで洗浄した。メチルイソブチルケトン層を減圧下濃縮し、淡黄色で固体のエポキシ樹脂生成物(EP2)169質量部を得た。この生成物は軟化温度が76℃でエポキシ当量(g/mol)が214であった。又、生成物中の式(1)のエポキシ樹脂の組成量は55質量%、マススペクトル(FAB−MS)でM+588であった。
温度計、還流冷却器、撹拌機を付けたガラス容器に窒素パージを施しながら、ナフトール−クレゾールノボラック樹脂(ナフトールとクレゾールをアルデヒドで反応させる際に、ナフトール及びクレゾール中ナフトール含有量70重量%、全ナフトール中α−ナフトール5重量%で反応させて得られた樹脂、軟化点110℃)160質量部、エピクロロヒドリン370質量部(4モル当量 対 フェノール樹脂)、ジメチルスルホキシド37質量部を加え、撹拌下で溶解し、40〜45℃にまで昇温した。次いで、フレーク状の水酸化ナトリウム41質量部を90分かけて分割添加した後、更に40℃で2時間、70℃で1時間反応を行なった。反応終了後、水500質量部で水洗を行い、油層からロータリーエバポレーターを用いて減圧下、過剰のエピクロルヒドリン等の溶剤類を留去した。残留物にメチルイソブチルケトン500質量部を加え、70℃にまで昇温した。撹拌下で30質量%の水酸化ナトリウム水溶液10質量部を加え、1時間反応を行なった後、油層の洗浄水が中性になるまで水洗を行い、得られた溶液から、ロータリーエバポレーターを用いて減圧下にメチルイソブチルケトン等を留去することでエポキシ樹脂(EP3)196質量部を得た。
この生成物は軟化温度は93℃、エポキシ当量(g/mol)は233、150℃における溶融粘度(ICI溶融粘度 コーン#1)は、1.3Pa・sであった。また、13C−NMRにおいて、74−76ppmのピーク面積の総量と68〜71ppmのピーク面積の総量の比は、64:36であった。
エポキシ樹脂(a)として合成例1−1〜1−3で得られたエポキシ樹脂、GTR−1800(日本化薬(株)製、エポキシ当量170g/eq)を表1中記載量(部)、化合物(b)としてアクリル酸(略称AA、Mw=72)を表1中記載量(部)、化合物(c)としてジメチロールプロピオン酸(略称DMPA、Mw=134)を表1中記載量(部)加えた。触媒としてトリフェニルフォスフィン3g、溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルモノアセテートを固形分が反応液の80質量%となるように加え、100℃で24時間反応させ、反応性エポキシカルボキシレート化合物(G)溶液を得た。固形分酸価(AV:mgKOH/g)5以下を反応終点とし、次反応に進んだ。酸価測定は、反応溶液にて測定し固形分としての酸価に換算した。
次いで、反応性エポキシカルボキシレート化合物(G)溶液に多塩基酸無水物(d)として、テトラヒドロ無水フタル酸(略称THPA)を表1記載量(部)、及び溶剤として固形分が65質量部となるようプロピレングリコールモノメチルエーテルモノアセテートを添加、100℃に加熱した後、酸付加反応させ、反応性ポリカルボン酸化合物(A)溶液を得た。固形分酸価(AV:mgKOH/g)を表1中に記載した。
NC−3000H(日本化薬(株)製、エポキシ当量288g/eq)、EOCN−103S(日本化薬(株)製、エポキシ当量200g/eq)を表1中記載量(部)、化合物(b)としてアクリル酸を表1中記載量(部)、触媒としてトリフェニルフォスフィン3g、溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルモノアセテートを固形分が反応液の80質量%となるように加え、100℃で24時間反応させ、カルボキシレート化合物溶液を得た。固形分酸価(AV:mgKOH/g)5mgKOH/g以下を反応終点とし、次反応に進んだ。
次いで、反応性エポキシカルボキシレート化合物溶液に多塩基酸無水物として、テトラヒドロ無水フタル酸(略称THPA)を表1記載量(部)、及び溶剤として固形分が65質量部となるようプロピレングリコールモノメチルエーテルモノアセテートを添加、100℃に加熱した後、酸付加反応させ比較用反応性ポリカルボン酸化合物溶液を得た。固形分酸価(AV:mgKOH/g)を表1中に記載した。
<反応性化合物(B)>
B−1:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとジペンタエリスリトールペンタアクリレートとの混合物(KAYARAD DPHA、日本化薬(株)製)
<光重合開始剤(C)>
C−1:1,2−オクタンジオン,1−〔4−(フェニルチオ)−,2−(O−ベンゾイルアセチルオキシム)〕(イルガキュアOXE01、BASF社製)
C−2:エタノン−1−〔9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)(イルガキュアOXE02、BASF社製
<有機溶剤(F)>
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
DEGDM:ジエチレングリコールジメチルエーテル
黒色色材として、カーボンブラック(MA−100、三菱化学(株)製)20.0質量部、分散剤としてアジスパーPB821(味の素ファインテクノ(株)製)6.0質量部、有機溶剤としてPGMEA 74質量部を仕込み、ビードミルで12時間混合分散して顔料分散液(I−1)を得た。
<アルカリ可溶性樹脂(J)の合成>
[合成例3]
冷却管、撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)7質量部、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル200質量部を仕込んだ。引き続きスチレン5質量部、メタクリル酸16質量部、ジシクロペンタニルメタクリレート34質量部、メタクリル酸グリシジル40質量部、α−メチルスチレンダイマー3質量部を仕込み窒素置換した後、さらに1,3−ブタジエンを5質量部仕込みゆるやかに攪拌を始めた。溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持し共重合体[J−1]を含む重合体溶液を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度は33.1%であり、重合体の質量平均分子量は、10,000であった。
<界面活性剤(K)>
K−1:フッ素系界面活性剤(ネオス社、フタージェントFTX−218)
K−2:シリコーン系界面活性剤(東レ・ダウコーニング社製、SH8400FLUID)
<架橋剤(L)>
L−1:クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬(株)製、EOCN−103S)
[実施例1−1]
反応性ポリカルボン酸化合物(A)として、合成例2−1で得られた反応物30質量部(固形分)に相当する量を含む溶液に、反応性化合物(B)として(B−1)8質量部、光重合開始剤(C)として(C−2)8質量部、顔料分散液(I)として(I−1)54質量部(固形分)、有機溶剤としてPGMEA、DEGDMを所望の固形分濃度となるように添加し、界面活性剤(K)として(K−1)0.05質量部を混合し、本発明の組成物(S−1)を調製した。なお、表2中の有機溶剤の数値は、PGMEAとDEGDMの質量比である。
各成分の種類及び配合量を表1に記載の通りとした以外は、実施例1−1と同様に操作して実施例1−2〜1−16及び比較例1−1〜1−3の組成物を調製した。なお、表2中の有機溶剤の数値は、PGMEAとDEGDMの質量比である。
実施例1−1〜1−16及び比較例1−1〜1−3の組成物、及びその塗膜から形成されるブラックマトリックスについて下記の評価をした。評価結果を表3に示す。
E型粘度計(東機産業(株)製、TV−200)を用いて、25℃における各組成物の粘度(mPa・s)を測定した。
当該組成物0.3gをアルミ皿に精坪し、ジエチレングリコールジメチルエーテル約1gを加えたのち、175℃で60分間ホットプレート上にて乾固させて、乾燥前後の質量から当該組成物中の固形分濃度(質量%)を求めた。
100×100mmの無アルカリガラス基板上に、当該組成物をスリットダイコーター((株)テクノマシーン製、理化ダイ)を用いて塗布し0.5Torrまで減圧乾燥した後、ホットプレート上で100℃にて2分間プレベークして塗膜を形成し、さらに200mJ/cm2の露光量で露光することにより、クロム成膜ガラスの上面からの膜厚が4μmの膜を形成した。ナトリウムランプ下において、肉眼によりこの塗膜の外観の観察を行った。このとき、塗膜の全体における筋ムラ(塗布方向又はそれに交差する方向にできる一本または複数本の直線のムラ)、モヤムラ(雲状のムラ)、ピン跡ムラ(基板支持ピン上にできる点状のムラ)の出現状況を調べた。これらのムラのいずれもほとんど見えない場合を「○(良好)」、いずれかが少し見える場合を「△(やや不良)」、はっきりと見える場合を「×(不良)」と判断した。
100mm×100mmの無アルカリガラス基板上にスリットコーターを用いて塗布し塗布条件として、下地とノズルの距離150μm、露光後の膜厚が2.5μmとなるように、ノズルから塗布液を吐出し、ノズルの移動速度を120mm/sec.〜200mm/sec.の範囲で変量し、液切れによる筋状のムラが発生しない最大速度を求めた。この時、150mm/sec.以上の速度でも筋状のムラが発生しない場合は、高速塗布に対応が可能であると判断できる。
100mm×100mmのITOスパッタしたガラス基板上にスピンコート法を用いて、当該組成物を塗布したのち、90℃のホットプレート上で3分間プレベークすることにより、膜厚3.5μmの塗膜を形成した。次いで、得られた塗膜に、開口部として直径12μmの円状パターンが形成されたフォトマスクを介して、紫外線露光装置((株)オーク製作所、型式HMW−680GW)を用いて露光した。その後、0.05質量%水酸化カリウム水溶液により25℃にて60秒間現像したのち、純水で1分間洗浄し、さらに230℃のオーブン中で30分間ポストベークすることにより、パターン状被膜からなるスペーサーを形成した。このとき、ポストベーク後の残膜率(ポストベーク後の被膜の膜厚×100/露光後(ポストベーク前)膜厚)が90%以上となる最小の露光量を調べ、この値を感度とした。この値が100mJ/cm2以下であった場合、感度は良好であるといえる。
また、基板上表面を目視により観察し、残留物の有無を確認した。評価基準は以下の通り。
○…残留物なし。
△…残留物わずかにあり。
×…残留物が多い
20μmのマスクパターンを忠実に再現する露光量における現像可能なレジストの最小パターン寸法を顕微鏡により観察した。顕微鏡の倍率は200倍。評価基準は以下の通り。
○…最小パターン寸法が、10μm以下の場合
×…最小パターン寸法が、10μmを超える場合
電極として、ITO電極が形成されたガラス基板(100mm×100mm)を定法にしたがって洗浄した。次に、上記ガラス基板のITO電極上に、スピンコート法を用いて、当該組成物を塗布したのち、90℃、3分間の条件でプリベークし、額縁状フォトマスクで100mJ/cm2のエネルギー量で露光し、0.05%KOH水溶液を用いたスプレー現像を60秒行った後、230℃、30分間のポストベークを行うことで、膜厚1.5μmのブラックマトリックス層をITO電極上に形成した。一方、対向電極として、ITO電極が形成されたガラス基板(100mm×100mm)を準備し定法にしたがって洗浄した。
電極と対向電極とを対向させ、周辺部をシール部材により封止し、両電極間に液晶(メルクジャパン社製MLC−6846−000)を注入し、注入口を封止して、測定用液晶セルを作製した。なお、使用した液晶は、不純物強制抽出処理前の状態において、上記の測定用液晶セルで下記の電圧保持率測定条件にて測定した電圧保持率が98%以上となるものであった。
上記で作製した測定用液晶セルごと加熱処理(オーブン中、105℃、2.5時間放置)を施して、ブラックマトリックス層に対して不純物強制抽出処理を行った。次に、上記のように不純物強制抽出処理を施した測定用液晶セルを室温に戻し、下記の条件で、電極と対向電極間に電圧を印加して電圧保持率を測定した。この値が95%以上あった場合、電圧保持率は良好であるといえる。なお、電圧保持率の測定には、電圧保持率測定システムVHR−6254型((株)東陽テクニカ製)を用いた。
(電圧保持率測定条件)
・電極と対向電極間の距離:5〜15μm
・印加電圧パルス振幅:5V
・印加電圧パルス周波数:60Hz
・印加電圧パルス幅:20μsec
Claims (4)
- 反応性ポリカルボン酸化合物(A)と反応性化合物(B)と光重合開始剤(C)と黒色色材(D)と分散剤(E)と有機溶剤(F)を含有し、
反応性ポリカルボン酸化合物(A)が、一分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂(a)と一分子中に1個以上の重合可能なエチレン性不飽和基と1個以上のカルボキシル基を有する化合物(b)との反応物に、更に多塩基酸無水物(d)を反応させて得られる反応性ポリカルボン酸化合物(A)であり、
一分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂(a)が、ナフタレン骨格含有エポキシ樹脂及び/またはグリオキサール型エポキシ樹脂である、
反応性化合物(B)が、アクリレート化合物、エポキシ化合物、ビニル化合物から選ばれる1種以上である、
表示素子用着色スペーサーまたはブラックマトリックス用活性エネルギー線硬化型樹脂組成物。 - 反応性ポリカルボン酸化合物(A)と反応性化合物(B)と光重合開始剤(C)と黒色色材(D)と分散剤(E)と有機溶剤(F)を含有し、
反応性ポリカルボン酸化合物(A)が、一分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂(a)と一分子中に1個以上の重合可能なエチレン性不飽和基と1個以上のカルボキシル基を有する化合物(b)、及び一分子中に少なくとも2個以上の水酸基と一個以上のカルボキシル基を有する化合物(c)との反応物に、更に多塩基酸無水物(d)を反応させて得られる反応性ポリカルボン酸化合物(A)であり、
一分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂(a)が、ナフタレン骨格含有エポキシ樹脂及び/またはグリオキサール型エポキシ樹脂である、
反応性化合物(B)が、アクリレート化合物、エポキシ化合物、ビニル化合物から選ばれる1種以上である、
表示素子用着色スペーサーまたはブラックマトリックス用活性エネルギー線硬化型樹脂組成物。 - 請求項1または2に記載の活性エネルギー線硬化型樹脂組成物から形成される表示素子用着色スペーサー。
- 請求項1または2に記載の活性エネルギー線硬化型樹脂組成物から形成されるブラックマトリックス。
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