JP6113466B2 - ブラックマトリックス用顔料分散組成物及びそれを含有するブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物 - Google Patents

Description

本発明は、液晶パネルのブラックマトリックスの形成に使用されるブラックマトリックス用顔料分散組成物及びそれを含有するブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物に関する。

コンピュータ、カラーテレビ、携帯電話、タブレット端末、ゲーム端末機等の画像表示素子に液晶方式が多用されている。液晶画像表示素子は、各色の画素を形成したカラーフィルターとシャッター作用を有する液晶とを利用して、画面に画像を表示する。
そして、カラーフィルターは、通常、ガラス、プラスチックシート等の透明基板の表面に、ストライプ状或いはモザイク状等の開口部を有する黒色のマトリックス（ブラックマトリックス）を形成し、続いて、開口部に赤、緑、青等の３種以上の異なる色素の画素を順次、形成したものである。

ここで、ブラックマトリックスは、各色間の混色抑制や光漏れ防止によるコントラスト向上の役割を果たすものである。したがって高い遮光性が要求され、かつては薄膜でも遮光性の高いクロム等の蒸着膜が用いられていた。しかしながら、形成する工程が複雑でしかも高価であるという理由から、最近では、顔料と感光性樹脂を含有したフォトリソグラフィー法（顔料法）が利用されている。
この顔料法では、黒色顔料としてカーボンブラック等の黒色顔料または数種の顔料を黒色となるように組み合わせて使用する。
さらに高遮光性を得るためには、顔料自体の含有量も多く配合する必要があるが、顔料濃度が高くなるほど、現像性、解像性、密着性、安定性といった他の必要性能が低下し、遮光性を高めるには限界があった。一方では、カラーフィルターを形成する皮膜については薄膜化が求められ、顔料の高濃度化で対応せざるを得ない状況となっている。

ところで、最近、カラー液晶表示装置において表示が鮮明であることは装置自体の販売の増加に直結し、鮮明性向上の要望は非常に強いものがある。そこで、色のにじみなどの鮮明性を損なう原因となる、カラーフィルターやブラックマトリックスのパターンの形成不良をなくすことが非常に大きな課題になっている。
ブラックマトリックスをフォトリソグラフィー法で形成するには、まず、ブラックマトリックス用レジスト組成物を基板に塗工する。その後、所望のパターンを有するマスクを通して紫外線で露光し、露光部の塗膜を硬化させる。そして、未露光部の塗膜を現像液で除去して、上記所望のパターン通りのブラックマトリックスを形成する。このとき、良好なパターンを得るためには、レジスト組成物に良好なパターン再現性が求められる。例えば、現像終了時に未露光部においては現像残渣がないこと、露光部は十分な細線再現性を有すること、シャープなエッジのパターンが形成できること等が要求される。

しかし、ブラックマトリックスとして遮光性が高いということは、紫外線に対する遮光性も高いということである。したがって、露光部分において、塗膜表面は硬化しても、基板の近辺では紫外線が届かず、未硬化のまま残ることになる。そして未硬化で残った部分は徐々に現像液に侵されて細り、最終的には露光部分が全て除去されてブラックマトリックスが消失するという現象が発生する。
この様に、まず未露光部が完全に除去されてから、露光部が細ってブラックマトリックスとしての規定の性能が得られなくなるまでの時間の長さは、現像マージン（Development Latitude)と呼ばれている。この現像マージンが少ないものは、未露光部分が除去された後、すぐに露光部の細りや消失が起こるため、現像を止めるタイミングの見極めが困難である。特に上記のような高顔料濃度化されたレジスト組成物は、露光部における未硬化の度合いが高くなり易いことから、現像マージンが十分に取れず、密着性も低下する。そのため、未露光部が完全に除去できなかったり、露光部が細って規定の性能が得られない等、工程管理の面で非常に大きな問題となっていた。

この問題を解決するために、（１）着色剤として黒色顔料と体質顔料を使用したブラックマトリックス用顔料組成物（例えば、特許文献１参照）、（２）着色剤として吸油量１０〜１５０ｍｌ／１００ｇ、ｐＨが９より大きい範囲にあるカーボンブラックを使用したブラックマトリックス用顔料組成物（例えば、特許文献２参照）が提案されている。これにより、上記問題点はある程度は解決する。
また、カーボンブラックの粒径等を制御することにより、ブラックマトリックス層形成時の硬化性等を向上させることや、アグリゲート径が異なる２種以上のカーボンブラックを併用する等することは、特許文献３及び４に記載されている。

しかし、近年、携帯電話、タブレット端末、ゲーム端末機等が広まり、これらは手軽に持ち運べるようになっているが、それに伴い落下させることも多く、落下した場合の表示部の物理的強度（シール強度と呼ばれている）が高いものが要求され、さらに上記の現像マージン（より大きいもの）と密着性（より高いもの）との両立が要望されており、上記の提案されている方法では、まだ不十分である問題を有している。

特開平１１−１４９１５３号公報 国際公開第２００８／０６６１００号 特開２００６−２５７１１０号公報 特開２００４−２５１９４６号公報

そこで本発明の課題は、遮光性が良好で、且つシール強度に優れ、現像マージンが大きく、密着性が高いブラックマトリックス用顔料分散組成物及びそれを含有するブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物を提供することである。

本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、カーボンブラックとして特定の平均一次粒子径を有する中性カーボンブラックと酸性カーボンブラックを併用し、且つ特定の平均一次粒子径を有する沈降性硫酸バリウムを使用することにより上記課題を全て解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、（１）カーボンブラック、沈降性硫酸バリウム、塩基性基含有顔料分散剤、顔料誘導体、酸基含有樹脂、溶剤を含有するブラックマトリックス用顔料分散組成物であって、カーボンブラックの平均一次粒子径が２０〜６０ｎｍであり、且つカーボンブラック１００質量部に対して平均一次粒子径が０．０１〜０．０５μｍの沈降性硫酸バリウムを２０質量部以下含有することを特徴とするブラックマトリックス用顔料分散組成物に関する。
また、本発明は、（２）カーボンブラックが平均一次粒子径２０〜６０ｎｍの中性カーボンブラックと平均一次粒子径２０〜６０ｎｍの酸性カーボンブラックとからなることを特徴とする上記（１）項に記載のブラックマトリックス用顔料分散組成物に関する。
また、本発明は、（３）上記中性カーボンブラックと上記酸性カーボンブラックとの混合比率（質量比）が８５／１５〜１５／８５の範囲であることを特徴とする上記（１）項又は（２）項に記載のブラックマトリックス用顔料分散組成物に関する。
また、本発明は、（４）上記塩基性基含有顔料分散剤がポリエステル鎖を有する塩基性基含有ウレタン系高分子分散剤であり、上記顔料誘導体が、スルホン酸基を有するフタロシアニン誘導体であることを特徴とする上記（１）項〜（３）項のいずれかに記載のブラックマトリックス用顔料分散組成物に関する。
また、本発明は、（５）上記（１）項〜（４）項のいずれかに記載のブラックマトリックス用顔料分散組成物と、アルカリ可溶性樹脂と、光重合性化合物と、光重合開始剤を含有するブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物に関する。

本発明は、特定の組成からなるブラックマトリックス用顔料分散組成物及びブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物とすることにより分散安定性に優れ、かつ、レジストパターン形成時において、光学濃度、現像性、現像マージン、細線密着性及びシール強度に優れるという顕著な効果を発揮することができる発明である。

以下、本発明のブラックマトリックス用顔料分散組成物及びそれを含有するブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物について、詳細に説明する。
[ブラックマトリックス用顔料分散組成物]
まず、本発明のブラックマトリックス用顔料分散組成物について説明する。
ブラックマトリックス用顔料分散組成物は、カーボンブラック、沈降性硫酸バリウム、塩基性基含有顔料分散剤、顔料誘導体、酸基含有樹脂、溶剤を含有してなる組成物であり、この組成物を基にしてブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物を得るものである。

(カーボンブラック)
本発明のブラックマトリックス用顔料分散組成物を構成するカーボンブラックとしては、平均一次粒子径２０〜６０ｎｍの中性カーボンブラック及び／又は平均一次粒子径２０〜６０ｎｍの酸性カーボンブラックとを使用する。
カーボンブラックの一次粒子径が２０ｎｍより小さい場合、及び６０ｎｍより大きい場合は、沈降性硫酸バリウムを併用した場合の効果が得られない問題を有する。
また、中性カーボンブラックと酸性カーボンブラックを併用することが好ましく、中性カーボンブラックと酸性カーボンブラックとの混合比率（質量比）は８５／１５〜１５／８５が好ましく、さらに好ましくは７５／２５〜４０／６０の範囲である。使用するカーボンブラックの中性カーボンブラックの割合が８５より多い場合は、シール強度が低下し、使用するカーボンブラックの酸性カーボンブラックの割合が６０より多い場合は、現像マージンや細線密着性が低下するので好ましくない。

中性カーボンブラックとしては、好ましくはｐＨが９より大きいもので、具体的には、デグサ社製のプリンテックス２５（平均一次粒子径５６ｎｍ、ｐＨ９．５）、プリンテックス３５（平均一次粒子径３１ｎｍ、ｐＨ９．５）、プリンテックス６５（平均一次粒子径２１ｎｍ、ｐＨ９．５）、三菱化学社製のＭＡ＃２０（平均一次粒子径４０ｎｍ、ｐＨ８．０）、ＭＡ＃４０（一次粒子径４０ｎｍ、ｐＨ８．０）、ＭＡ＃３０（平均一次粒子径３０ｎｍ、ｐＨ８．０）等が挙げられる。

酸性カーボンブラックとしては、ｐＨが２〜４の範囲が好ましく、具体的には、コロンビアケミカルズ社製のＲａｖｅｎ１０８０（平均一次粒子径２８ｎｍ、ｐＨ２．４）、Ｒａｖｅｎ１１００（平均一次粒子径３２ｎｍ、ｐＨ２．９）、三菱化学社製のＭＡ−８（平均一次粒子径２４ｎｍ、ｐＨ３．０）、ＭＡ−１００（平均一次粒子径２２ｎｍ、ｐＨ３．５）、デグサ社製のスペシャルブラック２５０（平均一次粒子径５６ｎｍ、ｐＨ３．０）、スペシャルブラック３５０（平均一次粒子径３１ｎｍ、ｐＨ３．０）、スペシャルブラック５５０（平均一次粒子径２５ｎｍ、ｐＨ４）が挙げられる。

ｐＨは、カーボンブラック１ｇを炭酸を除いた蒸留水（ｐＨ７．０）２０ｍｌに添加してマグネテックスターラーで混合して水性懸濁液を調製し、ガラス電極を使用して２５℃で測定する（ドイツ工業品標準規格 ＤＩＮ ＩＳＯ ７８７／９）。
平均一次粒子径は、電子顕微鏡観察による算術平均径の値である。
尚、上記のカーボンブラックのｐＨと平均一次粒子径はカタログ値である。

(沈降性硫酸バリウム)
本発明のブラックマトリックス用顔料分散組成物を構成する沈降性硫酸バリウムは、単独でまたは２種類以上を混合して使用することができる。これにより、シール強度、現像マージン、密着性が向上する。
本発明のブラックマトリックス用顔料分散組成物における沈降性硫酸バリウムの平均一次粒子径は、好ましくは０．０１〜０．０８μｍである。沈降性硫酸バリウムの平均一次粒子径が０．０１μｍ未満であると、効果が得られず、一方、０．０８μｍを超える場合は、分散安定性が低下する傾向がある。
沈降性硫酸バリウムの使用量は、好ましくはカーボンブラック１００質量部に対して２０質量部以下の範囲であり、より好ましくは１〜１０重量部の範囲である。１質量部未満であると、効果が得られず、一方、１０質量部より多い場合は、濃度（ＯＤ値）、分散安定性が低下する傾向がある。

（塩基性基含有顔料分散剤）
本発明のブラックマトリックス用顔料分散組成物を構成する塩基性基含有顔料分散剤としては、アニオン性界面活性剤、塩基性基含有ポリエステル系顔料分散剤、塩基性基含有アクリル系顔料分散剤、塩基性基含有ウレタン系顔料分散剤、塩基性基含有カルボジイミド系顔料分散剤等を用いることができる。
これらの塩基性基含有顔料分散剤は、単独で用いてもよく、また、２種類以上の組み合わせを用いてもよい。中でも、良好な顔料分散性が得られる点から、塩基性基含有高分子顔料分散剤が好ましい。

塩基性基を有する高分子顔料分散剤としては、例えば、以下のものが挙げられる。
（１）ポリアミン化合物（例えば、ポリアリルアミン、ポリビニルアミン、ポリエチレンポリイミン等の、ポリ（低級）アルキレンアミン等）のアミノ基及び／又はイミノ基と、遊離のカルボキシル基を有するポリエステル、ポリアミド及びポリエステルアミドからなる群より選択される少なくとも１種との反応生成物。
（２）分子内にポリエステル側鎖、ポリエーテル側鎖、及びポリアクリル側鎖からなる群より選択される少なくとも１種の側鎖と、塩基性窒素含有基とをそれぞれ少なくとも１つ有するカルボジイミド系化合物。
（３）ポリ（低級）アルキレンイミン、メチルイミノビスプロピルアミン等の低分子アミノ化合物と、遊離のカルボキシル基を有するポリエステルとの反応生成物。
（４）ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基に、メトキシポリエチレングリコール等のアルコール類やカプロラクトンポリエステル等の水酸基を１個有するポリエステル類、２〜３個のイソシアネート基反応性官能基を有する化合物、イソシアネート基反応性官能基と第３級アミノ基とを有する脂肪族又は複素環式炭化水素化合物を順次反応させてなる反応生成物。
（５）アルコール性水酸基を有するアクリレートの重合物にポリイソシアネート化合物とアミノ基を有する炭化水素化合物とを反応させた反応生成物。
（６）低分子アミノ化合物にポリエーテル鎖を付加させてなる反応生成物。
（７）イソシアネート基を有する化合物にアミノ基を有する化合物を反応させてなる反応生成物。
（８）ポリエポキシ化合物に遊離のカルボキシル基を有する線状ポリマー及び２級アミノ基を１個有する有機アミン化合物を反応させた反応生成物。
（９）片末端にアミノ基と反応し得る官能基を有するポリカーボネート化合物とポリアミン化合物との反応生成物。
（１０）メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレート、ステアリルアクリレート、ベンジルアクリレート等のメタクリル酸エステル又はアクリル酸エステルから選択される少なくとも１種と、アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ−メチロールアミド、ビニルイミダゾール、ビニルピリジン、アミノ基とポリカプロラクトン骨格を有するモノマー等の塩基性基含有重合性モノマーの少なくとも１種と、スチレン、スチレン誘導体、その他の重合性モノマーの少なくとも１種との共重合体。
（１１）３級アミノ基、４級アンモニウム塩基等の塩基性基を有するブロックと塩基性官能基を有していないブロックとからなるアクリル系ブロック共重合体等。
（１２）ポリアリルアミンにポリカーボネート化合物をマイケル付加反応させて得られる顔料分散剤。
（１３）ポリブタジエン鎖と塩基性窒素含有基とをそれぞれ少なくとも１つ有するカルボジイミド系化合物。
（１４）分子内にアミド基を有する側鎖と、塩基性窒素含有基とをそれぞれ少なくとも１つ有するカルボジイミド系化合物。
（１５）エチレンオキサイド鎖とプロピレンオキサイド鎖を有する構成単位を有し、かつ四級化剤により四級化されたアミノ基を有するポリウレタン系化合物。
（１６）分子内にイソシアヌレート環を有するイソシアネート化合物のイソシアネート基と、分子内に活性水素基を有し、かつ、カルバゾール環及び／又はアゾベンゼン骨格を有する化合物の活性水素基とを反応させて得られる化合物であって、該化合物の分子内の、イソシアヌレート環を有するイソシアネート化合物に由来するイソシアネート基と、イソシアネート基と活性水素基との反応により生じたウレタン結合及び尿素結合との合計に対するカルバゾール環とアゾベンゼン骨格の数が１５〜８５％である化合物。
等。

これら塩基性基含有高分子顔料分散剤の中でも、塩基性基含有ウレタン系高分子顔料分散剤、塩基性基含有ポリエステル系高分子顔料分散剤、塩基性基含有アクリル系高分子顔料分散剤がより好ましく、アミノ基含有ウレタン系高分子顔料分散剤、アミノ基含有ポリエステル系高分子顔料分散剤、アミノ基含有アクリル系高分子顔料分散剤がより好ましい。特に、塩基性基含有ウレタン系高分子顔料分散剤が好ましく、なかんずく、ポリエステル鎖、ポリエーテル鎖、およびポリカーボネート鎖よりなる群から選択される少なくとも１種を有する塩基性基（アミノ基）含有ウレタン系高分子顔料分散剤が好ましい。
塩基性基含有分散剤の使用量は、カーボンブラック１００質量部に対して、好ましくは１〜２００質量部、より好ましくは１〜６０質量部である。

（顔料誘導体）
本発明のブラックマトリックス用顔料分散組成物を構成する顔料誘導体としては、酸基含有顔料誘導体、酸基含有色素誘導体よりなる群から選択される少なくとも１種を含有させることができる。
まず、酸基含有顔料誘導体、酸基含有色素誘導体としては、酸基を有するフタロシアニン系顔料誘導体、酸基を有するアントラキノン系顔料誘導体、酸基を有するナフタレン系顔料誘導体等が例示できる。この中でも、スルホン酸基を有するフタロシアニン系顔料誘導体がカーボンブラックの分散性の点から好ましい。
顔料誘導体の使用量は、カーボンブラック１００質量部に対して、０〜２０質量部、好ましくは０．５〜１０質量部である。

(酸基含有樹脂)
本発明のブラックマトリックス用顔料分散組成物を構成する酸基含有樹脂としては、酸基含有共重合体樹脂、酸基含有ポリエステル樹脂、酸基含有ウレタン樹脂等を用いることができる。
上記酸基含有樹脂の酸基としては、カルボキシル基、スルホン酸基、燐酸基等が挙げられる。
上記酸基含有樹脂の中でも、好ましいものは、酸基を有する単量体の少なくとも１種を含有する単量体成分をラジカル重合して得られる、酸価１０〜３００ｍｇＫＯＨ／g（好ましくは２０〜３００ｍｇＫＯＨ／ｇ）、重量平均分子量１,０００〜１００，０００の酸基含有共重合体樹脂（特に酸基含有アクリル系共重合体樹脂）である。具体的には、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、マレイン酸モノアルキルエステル、シトラコン酸、無水シトコラン酸、シトラコン酸モノアルキルエステル、スルホエチルメタクリレート、ブチルアクリルアミドスルホン酸、ホスホエチルメタクリレート等の酸基含有不飽和単量体成分と、スチレン、メチルスチレン、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、アリルアクリレート、アリルメタクリレート、ベンジルアクリレート、ベンジルメタクリレート、メチルメタクリレート、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等よりなる群から選択される少なくとも１種の単量体成分をラジカル重合して得られる酸基含有共重合体樹脂を用いることができる。
なお、本発明において、上記酸基含有樹脂の重量平均分子量は、ＧＰＣに基づいて得られるポリスチレン換算の重量平均分子量である。本発明においては、ＧＰＣ装置として、Ｗａｔｅｒ ２６９０（ウオーターズ社製）、カラムとしてＰＬｇｅｌ ５μ ＭＩＸＥＤ−Ｄ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社製）を用いる。

酸基含有樹脂の使用量は、カーボンブラック１００質量部に対して０．５〜６０質量部である。
本発明のブラックマトリックス用顔料分散組成物は、酸性カーボンブラック、中性カーボンブラック、沈降性硫酸バリウム、塩基性基含有顔料分散剤、顔料誘導体、酸基含有樹脂、溶剤の混合物である。ブラックマトリックス用顔料分散組成物は、これらの混合物をロールミル、ニーダー、高速攪拌機、ビーズミル、ボールミル、サンドミル、超音波分散機、高圧分散装置等を用いて、分散処理して得ることができる。
本発明のブラックマトリックス用顔料分散組成物におけるカーボンブラックの含有量は、好ましくは３〜７０質量％であり、より好ましくは１０〜５０質量％である。カーボンブラックの含有量が前記範囲未満では、ブラックマトリックスを形成した場合の遮光性が低くなる傾向があり、一方前記範囲を超えると、顔料分散が困難となる傾向がある。

（溶剤）
本発明のブラックマトリックス用顔料分散組成物を構成する溶剤としては、従来から使用されている顔料を安定的に分散させることができ、かつ後述の塩基性基含有顔料分散剤、酸基含有樹脂を溶解させることができるものであり、好ましくは、常圧（１．０１３×１０^２ｋＰａ）における沸点が１００〜２５０℃のエステル系有機溶剤、エーテル系有機溶剤、エーテルエステル系有機溶剤、ケトン系有機溶剤、芳香族炭化水素系有機溶剤、含窒素系有機溶剤等である。
このような溶剤としては、具体的には、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、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジ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、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル等のエーテル系有機溶剤類、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、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等のエーテルエステル系有機溶剤類、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、２−ヘプタノン、δ−ブチロラクトン等のケトン系有機溶剤類、２−ヒドロキシプロピオン酸メチル、２−ヒドロキシプロピオン酸エチル、２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオン酸エチル、３−メチル−３−メトキシブチルプロピオネート、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、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エステル、蟻酸ｎ−アミル等のエステル系有機溶剤類、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド等の含窒素系有機溶剤類等を例示でき、これら有機溶剤は単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。

[ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物]
次に、本発明のブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物について説明する。
本発明のブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物は、上記ブラックマトリックス用顔料組成物に加えて、アルカリ可溶性樹脂、光重合性化合物、光重合開始剤、溶剤から主として構成され、必要に応じて重合禁止剤等の各種添加剤を適宜含有させて得られるものである。
なお、ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物中のカーボンブラックは、ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物の固形分中の質量％で３０〜８０質量％であることが好ましい。

（アルカリ可溶性樹脂）
本発明のブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物を構成するアルカリ可溶性樹脂としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、マレイン酸モノアルキルエステル、シトラコン酸、無水シトラコン酸、シトラコン酸モノアルキルエステル等のカルボキシル基含有不飽和単量体と、スチレン、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、アリルアクリレート、アリルメタクリレート、ベンジルアクリレート、ベンジルメタクリレート、グリセロールモノアクリレート、グリセロールメタクリレート、ジシクロペンタジエン骨格を有するモノ（メタ)アクリレート、Ｎ−フェニルマレイミド、ポリスチレンマクロモノマーおよびポリメチルメタクリレートマクロモノマーよりなる群から選択される少なくとも１種を反応させて得られる共重合体であるカルボキシル基含有アルカリ可溶性樹脂が好ましい。アルカリ可溶性樹脂は、皮膜形成性、アルカリ現像性の点から、酸価２０〜３００ｍｇＫＯＨ／ｇ、重量平均分子量１，０００〜２００，０００であることが好ましい。アルカリ可溶性樹脂は、要求される性能に応じて、適宜１種または２種以上を組み合わせて使用することができる。重量平均分子量は、ポリスチレン換算の重量平均分子量であり、前記酸基含有樹脂の場合と同様にして測定できる。
ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物中の皮膜形成樹脂の含有量は、ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物中の固形分中の前記アルカリ可溶性樹脂と前記酸基含有樹脂との合計量の質量％で表して、５〜５０質量％となる範囲が好ましい。

（光重合性化合物）
本発明のブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物を構成する光重合性化合物としては、光重合性不飽和結合を有するモノマー、オリゴマー等が挙げられる。
具体的には、光重合性不飽和結合を分子内に１個有するモノマーとして、例えば、メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、メチルアクリレート、ブチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート等のアルキルメタクリレートまたはアクリレート；ベンジルメタクリレート、ベンジルアクリレート等のアラルキルメタクリレートまたはアクリレート；ブトキシエチルメタクリレート、ブトキシエチルアクリレート等のアルコキシアルキルメタクリレートまたはアクリレート；Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルメタクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルアクリレート等のアミノアルキルメタクリレートまたはアクリレート；ジエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメ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のメタクリル酸エステルまたはアクリル酸エステル；ヘキサエチレングリコールモノフェニルエーテル等のポリアルキレングリコールモノアリールエーテルのメタクリル酸エステルまたはアクリル酸エステル；イソボニルメタクリレートまたはアクリレート；グリセロールメタクリレートまたはアクリレート；２−ヒドロキシエチルメタクリレートまたはアクリレート等を用いることができる。
光重合性不飽和結合を分子内に２個以上有するモノマーとして、例えば、ビスフェノールＡジメタクリレート、１，４−ブタンジオールジメタクリレート、１，３−ブチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、グリセロールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、ジペンタエリスリトールペンタメタクリレート、ビスフェノールＡジアクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレート、１，３−ブチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、グリセロールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート等を用いることができる。
前記光重合性不飽和結合を有するオリゴマーとしては、前記モノマーを適宜重合させて得られたものを用いることができる。これらの光重合性化合物は、単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明において、前記光重合性化合物の使用量は、本発明のブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物中の全固形分に基づいて、好ましくは３〜５０質量％の範囲である。

（光重合開始剤）
本発明のブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物を構成する光重合開始剤としては特に限定されない。例えば、ベンゾフェノン、Ｎ，Ｎ'−テトラエチル−４，４'−ジアミノベンゾフェノン、４−メトキシ−４'−ジメチルアミノベンゾフェノン、ベンジル、２，２−ジエトキシアセトフェノン、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンジルジメチルケタール、α−ヒドロキシイソブチルフェノン、チオキサントン、２−クロロチオキサントン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ｔ−ブチルアントラキノン、１−クロロアントラキノン、２，３−ジクロロアントラキノン、３−クロル−２−メチルアントラキノン、２−エチルアントラキノン、１，４−ナフトキノン、１，２−ベンゾアントラキノン、１，４−ジメチルアントラキノン、２−フェニルアントラキノン、トリアジン系光重合開始剤、オキシムエステル系光重合開始剤等を用いることができる。これらの光重合開始剤は単独で、または２種以上を併用して用いることがでる。
本発明において、上記光重合開始剤の使用量は、本発明のブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物中の全固形分に基づいて、好ましくは１〜２０質量％の範囲である。

(溶剤)
本発明のブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物を構成する溶剤としては、上記に挙げた溶剤と同様のものを用いることができる。特に、常圧（１．０１３×１０^２ｋＰａ）における沸点が１００〜２５０℃のエステル系有機溶剤、エーテル系有機溶剤、エーテルエステル系有機溶剤、ケトン系有機溶剤、芳香族炭化水素系有機溶剤、含窒素系有機溶剤等が好ましい。沸点が２５０℃を超える有機溶剤を多量に含んでいると、塗布形成された塗膜をプレベークする際に有機溶剤が十分に蒸発せずに乾燥塗膜内に残存し、乾燥塗膜の耐熱性が低下する場合がある。また、沸点が１００℃未満の有機溶剤を多量に含有していると、ムラなく均一に塗布することが困難になり、表面平滑性に優れた塗膜が得られなくなる場合がある。
このような溶剤としては、具体的には、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、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジ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、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル等のエーテル系有機溶剤類、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、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等のエーテルエステル系有機溶剤類、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、２−ヘプタノン、δ−ブチロラクトン等のケトン系有機溶剤類、２−ヒドロキシプロピオン酸メチル、２−ヒドロキシプロピオン酸エチル、２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオン酸エチル、３−メチル−３−メトキシブチルプロピオネート、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、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エステル、蟻酸ｎ−アミル等のエステル系有機溶剤類、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド等の含窒素系有機溶剤類等があり、これらを単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。

これらの有機溶剤の中でも、溶解性、分散性、塗布性等の点で、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、エチ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、シクロヘキサノン、２−ヘプタノン、２−ヒドロキシプロピオン酸エチル、３−メチル−３−メトキシブチルプロピオネート、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、蟻酸ｎ−アミル等が好ましい。特に好ましくは、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートである。
さらに、これらの有機溶剤は、上記顔料分散剤、酸基含有樹脂、皮膜形成樹脂の溶解性、顔料分散性、塗布性等の点から、上記ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物に使用される全有機溶剤中、５０質量％以上であることが好ましく、７０質量％以上含有させることがより好ましい。

（添加剤）
本発明のブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物には、必要に応じて、上述したもの以外の光重合性化合物、熱重合禁止剤、酸化防止剤などの各種添加剤を適宜使用することも可能である。

以上の構成材料を用いて本発明のブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物を製造する方法を説明する。
本発明のブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物を製造する方法は、本発明の好ましい実施形態の一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ブラックマトリックス用顔料分散組成物に、光重合性化合物、光重合開始剤、アルカリ可溶性樹脂、必要に応じて有機溶剤、その他添加剤を加え、公知の攪拌装置等を用いて攪拌混合する方法が利用できる。

以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はその主旨と適用範囲を逸脱しない限りこれらに限定されるものではない。尚、特に断りのない限り、本実施例において、「部」および「％」は、それぞれ「質量部」および「質量％」を表す。

（中性カーボンブラック）
プリンテックス２５（平均一次粒子径５６ｎｍ、ｐＨ９．５、デグサ社製）
プリンテックス４５（平均一次粒子径２６ｎｍ、ｐＨ９．５、デグサ社製）
プリンテックス６０（平均一次粒子径２１ｎｍ、ｐＨ９．５、デグサ社製）
プリンテックス７５（平均一次粒子径１７ｎｍ、ｐＨ８．５、デグサ社製）
Ｒａｖｅｎ４５０（平均一次粒子径７５ｎｍ、ｐＨ８．０、コロンビアケミカルズ社製）

（酸性カーボンブラック）
スペシャルブラック２５０（平均一次粒子径５６ｎｍ、ｐＨ３．０、デグサ社製）
Ｒａｖｅｎ１０８０（平均一次粒子径２８ｎｍ、ｐＨ２．４、コロンビアケミカルズ社製）
Ｒａｖｅｎ１２５５（平均一次粒子径２１ｎｍ、ｐＨ２．５、コロンビアケミカルズ社製）
ＭＡ＃１０００（平均一次粒子径１７ｎｍ、ｐＨ３．０、三菱化学社製）

（沈降性硫酸バリウム）
ＢＦ−４０（平均一次粒子径０．０１μｍ、堺化学工業社製）
ＢＦ−２０（平均一次粒子径０．０３μｍ、堺化学工業社製）
ＢＦ−１０（平均一次粒子径０．０６μｍ、堺化学工業社製）
ＢＦ−１Ｌ（平均一次粒子径０．１μｍ、堺化学工業社製硫酸バリウム）
（塩基性基含有顔料分散剤）
ＢＹＫ−１６１（ビックケミー社製、ポリエステル鎖を有するアミノ基含有ポリウレタン系高分子分散剤）

（顔料誘導体）
ソルスパース５０００（リーブリゾール社製、フタロシアニンスルホン酸アミン塩）
（酸基含有樹脂）
ＢｚＭＡ（ベンジルメタクリレート）／ＭＡＡ（メタクリル酸）共重合体、酸価１００ｍｇＫＯＨ／ｇ、重量平均分子量３００００
（光重合性化合物）
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
（光重合開始剤）
２−メチル−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノプロパン−１−オン（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製）
（アルカリ可溶性樹脂）
ＢｚＭＡ（ベンジルメタクリレート）／ＭＡＡ（メタクリル酸）共重合体、酸価１００ｍｇＫＯＨ／ｇ、重量平均分子量３００００
（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

＜実施例１〜１１、比較例１〜７のブラックマトリックス用顔料分散組成物の調製＞
表１の組成（表１における各材料の使用量は質量％である）となるように各種材料を混合し、ビーズミルで一昼夜練肉し、実施例１〜１１、比較例１〜７のブラックマトリックス用顔料分散組成物を調製した。

＜実施例１〜１１、比較例１〜７ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物の調製＞
高速攪拌機を用いて、実施例１〜１１、比較例１〜７の各ブラックマトリックス用顔料分散組成物と他の材料とを表１の組成（表１における各材料の使用量は質量％である）になるように均一に混合した後、孔径３μｍのフィルターで濾過し、実施例１〜１１、比較例１〜７の各ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物を得た。

＜評価試験＞
（分散安定性）
実施例１〜１１、比較例１〜７の各ブラックマトリックス用顔料分散組成物、および実施例１〜１１、比較例１〜７の各ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物をそれぞれガラス瓶に採り、密栓して室温で７日間保存した後の状態を下記評価基準に従って評価した。
Ａ：増粘、沈降物が共に認められない
Ｂ：軽く振ると元に戻る程度の増粘や沈降物が認められる
Ｃ：強く振っても元に戻らない程度の増粘や沈降物が認められる

＜レジストパターンの光学濃度（ＯＤ値）＞
実施例１〜１１、比較例１〜７の各ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物をスピンコーターにて膜厚１μｍとなるようにガラス基板（コーニング１７３７）上に塗布し、１００℃で３分間プレベークした後、高圧水銀灯で露光し、更に２３０℃で３０分間ポストベークを行い、ベタ部のみで形成されたブラックレジストパターンを得た。得られた各ベタ部のブラックレジストパターンの光学濃度（ＯＤ値）をマクベス濃度計（Ｄ−２００II、商品名、マクベス社製）で測定した。

（レジストパターンの現像性（ＢＰ））
実施例１〜１１、比較例１〜７の各ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物をスピンコーターにて膜厚１μｍとなるようにガラス基板（コーニング１７３７）上に塗布し、１００℃で３分間プレベークした。その後、５μｍ、８μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、３０μｍのラインパターンを有するフォトマスクを用いて、高圧水銀灯を用い、ＵＶ積算光量４００ｍＪ／ｃｍ^２で露光した。２３℃、０．０５％水酸化カリウム水溶液中、０．５ｋｇｆ／ｃｍ^２のシャワー現像圧にて現像パターンが現れ始める時間（ブレイクポイント）を下記評価基準に従い評価した。
Ａ：３０秒以内に完全に除去できるもの
Ｂ：３０秒を超えて６０秒以内に完全に除去できるもの
Ｃ：６０秒を超えても完全に除去できないもの

（レジストパターンの現像マージン）
実施例１〜１１、比較例１〜７の各ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物をスピンコーターにて膜厚１μｍとなるようにガラス基板（コーニング１７３７）上に塗布し、１００℃で３分間プレベークした。その後、５μｍ、８μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、３０μｍのラインパターンを有するフォトマスクを用いて、高圧水銀灯を用い、ＵＶ積算光量４００ｍＪ／ｃｍ^２で露光した。２３℃、０．０５％水酸化カリウム水溶液中、０．５ｋｇｆ／ｃｍ^２のシャワー現像圧にて現像を行い、３．０ｋｇｆ／ｃｍ^２圧のスプレー水洗を行った。２０μｍパターンについて、未露光部分のレジスト組成物が除去できた時から、硬化部分のレジスト組成物が除去されるまでの時間を測定して、下記評価基準に従って現像マージンを評価した。
Ａ：未露光部分のレジスト組成物が除去できた時から、硬化部分のレジスト組成物が除 去されるまでの時間が６０秒以上
Ｂ：未露光部分のレジスト組成物が除去できた時から、硬化部分のレジスト組成物が除 去されるまでの時間が３０秒以上、６０秒未満
Ｃ：未露光部分のレジスト組成物が除去できた時から、硬化部分のレジスト組成物が除 去されるまでの時間が３０秒未満

（レジストパターンの細線密着性）
実施例１〜１１、比較例１〜７の各ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物をスピンコーターにて膜厚１μｍとなるようにガラス基板（コーニング１７３７）上に塗布し、１００℃で３分間プレベークした。その後、５μｍ、８μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、３０μｍのラインパターンを有するフォトマスクを用いて、高圧水銀灯を用い、ＵＶ積算光量４００ｍＪ／ｃｍ²で露光した。２３℃、０．０５％水酸化カリウム水溶液中、０．５ｋｇｆ／ｃｍ^２のシャワー現像圧にて現像パターンが現れ始める時間（ブレイクポイント）から＋２０秒間現像を行い、３．０ｋｇｆ／ｃｍ^２圧のスプレー水洗を行った。基板上に残存する最小パターンのサイズを下記評価基準に従って評価した。
Ａ：残存する最小パターンサイズが２μｍ、５μｍ、８μｍである場合
Ｂ：残存する最小パターンサイズが１０μｍ、１５μｍである場合
Ｃ：残存する最小パターンサイズが２０μｍ、３０μｍである場合

（シール強度）
実施例１〜１１、比較例１〜７の各ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物をスピンコーターにて膜厚１μｍとなるようにガラス基板（コーニング１７３７）上に塗布し、１００℃で３分間プレベークした後、高圧水銀灯で露光し、更に２３０℃で３０分間ポストベークを行い、ベタ部のみで形成されたブラックレジストパターンを得た。得られた基板およびレジスト組成物を塗布していないガラス基板（コーニング１７３７）に一定の量のシール剤を介して、直径５ｍｍのアルミピンを貼り合わせた。その後、アルミピンを貼り合わせたガラス基板を１５０℃で１時間のポストベークを実施し、試験片を作成した。そして、上記で得られた試験片について引っ張り試験を実施し、剥離時の強度を読み取り、シール剤の塗布面積で割り、単位面積当たりの強度をシール強度とした。レジスト組成物を塗布していないガラスのシール強度を１００とした時の、各組成のシール強度から相対値を算出し、下記評価基準に従って評価した。
Ａ：相対値が８０以上
Ｂ：相対値が６０以上、８０未満
Ｃ：相対値が６０未満

本発明に沿った例である実施例Ａ〜Ｍによれば、ブラックマトリックス用顔料分散組成物はいずれも分散安定性に優れており、さらにこれらのブラックマトリックス用顔料分散組成物を基に得たブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物も分散安定性に優れることに加え、レジストパターン形成時において、高いＯＤ値、優れたレジストパターンの現像性（ＢＰ）、長い現像マージン、優れた細線密着性、及び強いシール強度のバランスがとれた優れた効果を発揮できる。

しかしながら、本発明に沿った例ではない比較例Ａ〜Ｅによると、例えば、硫酸バリウムの含有量が少ない比較例Ａでは、シール強度が劣ることに加え、現像マージン及び細線密着性に劣る結果となり、逆に硫酸バリウムの含有量が過剰である比較例Ｂによれば、レジストパターンの光学濃度（ＯＤ値）と現像性（ＢＰ値）が低いため、レジストパターンの濃度と現像性に劣る結果となった。
さらに中性及び酸性のカーボンブラックが共に平均一次粒子径の小さいものとした場合には、比較例Ｄに示すように現像マージンが短く、細線密着性及びシール強度にも劣る結果となり、中性カーボンのみの平均一次粒子径が大きい比較例Ｅの場合には、レジストパターンの現像マージンとレジストパターンの細線密着性が劣ると共に、シール強度に劣る結果となった。

これらの実施例及び比較例の結果を総合してみると、本発明は、特定の組成からなるブラックマトリックス用顔料分散組成物及びブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物とすることにより分散安定性に優れ、かつ、レジストパターン形成時において、光学濃度、現像性、現像マージン、細線密着性及びシール強度に優れるという顕著な効果を発揮することができる発明である。

Claims (5)

1. カーボンブラック、沈降性硫酸バリウム、塩基性基含有顔料分散剤、顔料誘導体、酸基含有樹脂、溶剤を含有するブラックマトリックス用顔料分散組成物であって、カーボンブラックの平均一次粒子径が２０〜６０ｎｍであり、且つカーボンブラック１００質量部に対して平均一次粒子径が０．０１〜０．０８μｍの沈降性硫酸バリウムを１０質量部以下含有することを特徴とするブラックマトリックス用顔料分散組成物。
2. カーボンブラックが平均一次粒子径２０〜６０ｎｍの中性カーボンブラックと平均一次粒子径２０〜６０ｎｍの酸性カーボンブラックとからなることを特徴とする請求項１に記載のブラックマトリックス用顔料分散組成物。
3. 前記中性カーボンブラックと前記酸性カーボンブラックとの混合比率（質量比）が８５／１５〜１５／８５の範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載のブラックマトリックス用顔料分散組成物。
4. 前記塩基性基含有顔料分散剤がポリエステル鎖を有する塩基性基含有ウレタン系高分子分散剤であり、前記顔料誘導体が、スルホン酸基を有するフタロシアニン誘導体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のブラックマトリックス用顔料分散組成物。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のブラックマトリックス用顔料分散組成物と、アルカリ可溶性樹脂と、光重合性化合物と、光重合開始剤を含有するブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物。