JP6184094B2 - 感光性樹脂組成物および該感光性樹脂組成物を用いたフォトスペーサー - Google Patents

感光性樹脂組成物および該感光性樹脂組成物を用いたフォトスペーサー Download PDF

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本発明は、感光性樹脂組成物および該感光性樹脂組成物を用いたフォトスペーサーに関する。
液晶表示装置の液晶セルは、一対の基板間に液晶層が形成されており、この基板間隔を一定にするために、スペーサーが配置される。近年、このスペーサーとして、ガラスビーズ、樹脂ビーズ等のスペーサー粒子に代えて、フォトリソグラフィにより形成される柱状のスペーサー(フォトスペーサー)が用いられるようになっている(例えば、特許文献1、2)。フォトスペーサーは、感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、所定のマスクをした上で露光し、その後、現像することにより、形成される。フォトスペーサーは、任意の位置に形成させることができるので、例えば、ブラックマトリックス上にのみ形成させて、スペーサーを要因とした表示特性の低下を防止することができる。
フォトスペーサーに求められる特性としては、基板間隔を一定に維持するための高弾性回復性、破壊強度、基板に対する密着性等が挙げられる。これらの特性は、液晶表示装置の高品位化が進む中、より高レベルで満足することが求められている。さらには、細い柱状とした場合にも、上記特性を十分に満足するフォトスペーサーが求められている。
しかしながら、従来の感光性樹脂組成物により柱状の成形体を得る場合、高さ方向に均一に硬化することが難しく、所望の形状が得られ難いという問題がある。例えば、従来のフォトスペーサーは、上部より下部の方が細くなる形状(逆テーパー形状)になる傾向がある。このように逆テーパ形状のフォトスペーサーは、十分な弾性回復率、破壊強度および密着性が得られないという問題がある。また、液晶層に気泡が入りやすくなり、表示不良等の不具合の原因ともなる。
特開2009−53663号公報 特開2009−175647号公報
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、所望の柱状成形体を形成し得る感光性樹脂組成物、より具体的には、非逆テーパー形状のフォトスペーサーを形成し得る感光性樹脂組成物を提供することにある。
本発明の感光性樹脂組成物は、アルカリ可溶性樹脂と、多官能モノマーと、波長290nm〜380nmに極大吸収波長を有する第1の光重合開始剤と、波長230nm〜290nmに極大吸収波長を有する第2の光重合開始剤とを含む。
好ましい実施形態においては、上記第1の光重合開始剤が、α−アミノケトン系化合物である。
好ましい実施形態においては、上記第2の光重合開始剤が、α−ヒドロキシケトン系化合物である。
好ましい実施形態においては、上記第2の光重合開始剤の含有割合が、上記第1の光重合開始剤と該第2の光重合開始剤の合計重量に対して、5重量%〜40重量%である。
好ましい実施形態においては、上記アルカリ可溶性樹脂が、主鎖に環構造を有する繰り返し単位と、側鎖に炭素二重結合を有する繰り返し単位とを有する。
好ましい実施形態においては、上記主鎖に環構造を有する繰り返し単位が、一般式(1)〜(7)で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種である。

式(4)〜(7)中、R、R、R、R、RおよびRはそれぞれ独立して、水素原子または炭素数が1〜30の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基である。
好ましい実施形態においては、上記アルカリ可溶性樹脂が、側鎖に酸基を有する繰り返し単位をさらに有する。
本発明の別の局面によれば、成形体が提供される。この成形体は、上記感光性樹脂組成物を硬化することにより形成される。
本発明のさらに別の局面によれば、フォトスペーサーが提供される。このフォトスペーサーは、上記感光性樹脂組成物により形成される。
本発明のさらに別の局面によれば、液晶ディスプレイが提供される。この液晶ディスプレイは、上記フォトスペーサーを含む。
本発明によれば、極大吸収波長の異なる2種以上の光重合開始剤を用いることにより、非逆テーパー形状のフォトスペーサーを形成し得る感光性樹脂組成物を提供することができる。該感光性樹脂組成物により形成されたフォトスペーサーは、基板密着性に優れ、弾性回復率および破壊強度が高い。また、該フォトスペーサーは、液晶層への気泡の混入を防いで、表示装置の表示性能の向上に寄与し得る。
(a)および(b)は本発明の感光性樹脂組成物により形成されるフォトスペーサーの概略断面図である。 逆テーパー形状のフォトスペーサーを説明する概略断面図である。
A.感光性樹脂組成物
本発明の感光性樹脂組成物は、バインダーポリマーとしてのアルカリ可溶性樹脂と、多官能モノマーと、波長290nm〜380nmに極大吸収波長を有する第1の光重合開始剤と、波長230nm〜290nmに極大吸収波長を有する第2の光重合開始剤とを含む。実用的には、本発明の感光性樹脂組成物は、溶剤および添加剤をさらに含み得る。
本発明の感光性樹脂組成物を用いれば、フォトリソグラフィにより、フォトスペーサーを形成することができる。図1(a)および(b)は、本発明の感光性樹脂組成物により形成されるフォトスペーサーの概略断面図である。極大吸収波長の異なる2種以上の光重合開始剤を含む本発明の感光性樹脂組成物を用いれば、高さ方向で実質的に径差のないフォトスペーサー10(図1(a))、または下部より上部の方が細いフォトスペーサー20(図1(b))を得ることができる。本明細書においては、高さ方向で実質的に径差のない形状および下部より上部の方が細い形状を、「非逆テーパー形状」と総称する。より具体的には、「非逆テーパー形状」とは、フォトスペーサーの下部から高さ方向に(フォトスペーサーの高さL×1/2)離れた部分H1の水平断面積A1が、フォトスペーサーの下部から高さ方向に(フォトスペーサーの高さL×1/4)離れた部分H2の水平断面積A2と同じであるか、水平断面積A2より小さい形状をいう。また、「逆テーパー形状」とは、図2の概略断面図で示される形状をいい、具体的には、フォトスペーサーの下部から高さ方向に(フォトスペーサーの高さL×1/2)離れた部分H1の水平断面積が、フォトスペーサーの下部から高さ方向に(フォトスペーサーの高さL×1/4)離れた部分H2の水平断面積より大きい形状をいう。
A−1.アルカリ可溶性樹脂
上記アルカリ可溶性樹脂としては、本発明の効果が得られる限りにおいて、任意の適切な樹脂が用いられ得る。アルカリ可溶性樹脂は、好ましくはアクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテル系樹脂であり、より好ましくはアクリル系樹脂である。
上記アクリル系樹脂は、好ましくは、主鎖に環構造を有する繰り返し単位(A)を有する。主鎖に環構造を有する繰り返し単位(A)を有するアクリル系樹脂を用いることにより、現像液に対する溶解性が高い感光性樹脂組成物を得ることができる。このような感光性樹脂組成物を用いれば、現像残渣を生じさせることなく、フォトスペーサーを形成することができる。また、主鎖に環構造を有する繰り返し単位(A)を有するアクリル系樹脂を用いれば、基板密着性に優れるフォトスペーサーを形成し得る感光性樹脂組成物を得ることができる。
主鎖に環構造を有する繰り返し単位(A)としては、例えば、マレイミド構造、N−置換マレイミド構造、ラクトン環構造、グルタル酸無水物構造、無水マレイン酸構造等を有する繰り返し単位が挙げられる。なかでも好ましくは、マレイミド構造またはN−置換マレイミド構造である。主鎖にマレイミド構造またはN−置換マレイミド構造を有する繰り返し単位を有するアクリル系樹脂を用いることにより、現像液に対する溶解性がより高い感光性樹脂組成物を得ることができる。具体的には、主鎖に環構造を有する繰り返し単位(A)は、一般式(1)〜(3)で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、一般式(1)で表される繰り返し単位であることがより好ましい。一般式(1)で表される繰り返し単位を有するアクリル系樹脂を用いれば、より破壊強度の高いフォトスペーサーを形成し得る感光性樹脂組成物を得ることができる。
主鎖に環構造を有する繰り返し単位(A)は、一般式(4)〜(7)で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種であってもよい。なかでも好ましくは、一般式(4)または(7)で表される繰り返し単位である。

式(4)〜(7)中、R、R、R、R、RおよびRはそれぞれ独立して、水素原子または炭素数が1〜30の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基であり、好ましくは水素原子または炭素数が1〜10の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基であり、より好ましくは水素原子または炭素数が1〜5の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基であり、さらに好ましくはメチル基である。
主鎖に環構造を有する繰り返し単位(A)を有するアクリル系樹脂は、主鎖に環構造を有するモノマー(a)を含むモノマー組成物を重合して得ることができる。主鎖に環構造を有するモノマー(a)としては、例えば、マレイミド、ベンジルマレイミド、フェニルマレイミド、ナフチルマレイミド、N−o−ヒドロキシフェニルマレイミド、N−m−ヒドロキシフェニルマレイミド、N−p−ヒドロキシフェニルマレイミド、N−o−クロロフェニルマレイミド、N−m−クロロフェニルマレイミド、N−p−クロロフェニルマレイミド、N−o−メチルフェニルマレイミド、N−m−メチルフェニルマレイミド、N−p−メチルフェニルマレイミド、N−o−メトキシフェニルマレイミド、N−m−メトキシフェニルマレイミド、N−p−メトキシフェニルマレイミド等の芳香族置換マレイミド類;シクロヘキシルマレイミド、メチルマレイミド、エチルマレイミド、プロピルマレイミド、イソプロピルマレイミド等のアルキル置換マレイミド類等が挙げられる。これらのモノマーは、単独で、または2種以上組み合わせて用いてもよい。なかでも好ましくは、マレイミド、ベンジルマレイミド、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミドであり、より好ましくはベンジルマレイミド、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミドであり、さらに好ましくはベンジルマレイミドである。一般式(4)〜(7)で表される繰り返し単位を構成するモノマー(a)としては、例えば、一般式(8)または(9)で表される1,6−ジエン類が挙げられる。

式(8)および(9)中、R、RおよびRは上記で説明したとおりである。
上記モノマー組成物中、主鎖に環構造を有する繰り返し単位(A)を構成するモノマー(a)の含有割合は、モノマー組成物中のモノマーの全量に対して、好ましくは5重量%〜50重量%であり、より好ましくは8重量%〜30重量%であり、さらに好ましくは10重量%〜20重量%である。
好ましくは、上記アクリル系樹脂は、側鎖に酸基を有する繰り返し単位(B)を有する。アクリル系樹脂が側鎖に酸基を有する繰り返し単位(B)を有していれば、アルカリ現像性に優れる感光性樹脂組成物を得ることができる。側鎖に酸基を有する繰り返し単位(B)を構成するモノマー(b)としては、例えば、(メタ)アクリル酸、2−(メタ)アクリロイロキシエチルコハク酸、イタコン酸、ω−カルボキシ−ポリカプロラクトンモノアクリレート等のカルボキシル基を有するモノマー;無水マレイン酸、無水イタコン酸等のカルボン酸無水物基を有するモノマー等が挙げられる。なかでも好ましくは(メタ)アクリル酸である。
上記モノマー組成物中、側鎖に酸基を有する繰り返し単位(B)を構成するモノマー(b)の含有割合は、モノマー組成物中のモノマーの全量に対して、好ましくは10重量%〜90重量%であり、より好ましくは15重量%〜85重量%であり、さらに好ましくは20重量%〜80重量%である。
好ましくは、上記アクリル系樹脂は、側鎖に炭素二重結合を有する繰り返し単位(C)を有する。アクリル系樹脂が側鎖に炭素二重結合を有する繰り返し単位(C)を有していれば、露光感度が高く、かつ、弾性回復率および破壊強度が高いフォトスペーサーを形成し得る感光性樹脂組成物を得ることができる。側鎖に炭素二重結合を有する繰り返し単位(C)は、側鎖に酸基を有する繰り返し単位(B)の酸基の一部または全部(好ましくは、一部)を反応点として、炭素二重結合を有する化合物を付加することにより、得ることができる。
側鎖に酸基を有する繰り返し単位(B)の酸基がカルボキシル基である場合、炭素二重結合を有する化合物として、エポキシ基と二重結合とを有する化合物、イソシアネート基と二重結合とを有する化合物等が用いられ得る。エポキシ基と二重結合とを有する化合物としては、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、o−ビニルベンジルグリシジルエーテル、m−ビニルベンジルグリシジルエーテル、p−ビニルベンジルグリシジルエーテル、4−ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテル等が挙げられる。イソシアネート基と二重結合とを有する化合物としては2−イソシアナトエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。側鎖に酸基を有する繰り返し単位(B)の酸基がカルボン酸無水物基である場合、炭素二重結合を有する化合物として、水酸基と二重結合とを有する化合物が用いられ得る。水酸基と二重結合とを有する化合物としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
上記アクリル系樹脂は、好ましくは、側鎖に2以上のオキシアルキレン基を有する繰り返し単位(D)をさらに有する。上記アクリル系樹脂が、側鎖に2以上のオキシアルキレン基を有する繰り返し単位(D)を有することにより、架橋密度が高く、弾性回復率および破壊強度の高いフォトスペーサーを形成し得る感光性樹脂組成物を得ることができる。側鎖に2以上のオキシアルキレン基を有する繰り返し単位(D)としては、例えば、一般式(10)で表される繰り返し単位が挙げられる。

式(10)中、R、RおよびRはそれぞれ独立して、水素原子またはメチル基であり、好ましくは水素原子である。R10は、炭素数が1〜20の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、炭素数が2〜20の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基または炭素数が6〜20の芳香族炭化水素基であり、好ましくは水素原子、炭素数が1〜20の直鎖状のアルキル基、炭素数が2〜20の直鎖状のアルケニル基または炭素数が6〜20の芳香族炭化水素基であり、より好ましくは炭素数が1〜10の直鎖状のアルキル基または炭素数が6〜12の芳香族炭化水素基であり、さらに好ましくは炭素数が1〜5の直鎖状のアルキル基、フェニル基またはビフェニル基であり、特に好ましくはメチル基、フェニル基またはビフェニル基である。なお、アルキル基、アルケニル基および芳香族炭化水素基は、置換基を有していてもよい。AOは、オキシアルキレン基を表す。AOで表されるオキシアルキレン基の炭素数は2〜20であり、好ましくは2〜10であり、より好ましくは2〜5であり、さらに好ましくは2である。繰り返し単位(D)は1種または2種以上のオキシアルキレン基を含み得る。xは0〜2の整数を表す。yは0または1を表す。nは、オキシアルキレン基の平均付加モル数を表し、2以上であり、好ましくは2〜100であり、より好ましくは2〜50であり、さらに好ましくは2〜15である。
側鎖に2以上のオキシアルキレン基を有する繰り返し単位(D)は、側鎖に2以上のオキシアルキレン基を有するモノマー(d)により構成される。モノマー(d)としては、例えば、一般式(11)で表されるモノマーが挙げられる。

式(11)中、R、R、R、R10、AO、x、yおよびnは、上記で説明したとおりである。
モノマー(d)としては、例えば、エトキシ化o−フェニルフェノール(メタ)アクリレート(EO2モル)、フェノキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート(EO4モル)、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート(EO9モル)、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート(EO13モル)、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、ブトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシルジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシジプロピレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート(EO4―17モル)、ノニルフェノキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート(PO5モル)、EO変性クレゾール(メタ)アクリレート(EO2モル)等が挙げられる。これらのモノマーは、単独で、または2種以上組み合わせて用いてもよい。なかでも好ましくは、エトキシ化o−フェニルフェノール(メタ)アクリレート(EO2モル)、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート(EO9モル)、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート(EO13モル)である。さらに好ましくは、エトキシ化o−フェニルフェノールアクリレート(EO2モル)、メトキシポリエチレングリコールアクリレート(EO9モル)、メトキシポリエチレングリコールアクリレート(EO13モル)である。これらのモノマー(d)を用いれば、弾性回復率の優れたフォトスペーサーを容易に得ることができる。なお、本明細書において、例えば「EO2モル」、「PO5モル」等の表記は、オキシアルキレン基の平均付加モル数を表す。
上記モノマー組成物中、側鎖に2以上のオキシアルキレン基を有する繰り返し単位(D)を構成するモノマー(d)の含有割合は、モノマー組成物中のモノマーの全量に対して、好ましくは0.5重量%〜55重量%であり、より好ましくは1重量%〜50重量%であり、さらに好ましくは1重量%〜45重量%である。
上記アクリル系樹脂は、上記モノマー(a)、モノマー(b)および/またはモノマー(c)と共重合可能なその他のモノマー(e)由来のその他の繰り返し単位(E)をさらに有し得る。その他のモノマー(e)は、エポキシ基を有さないことが好ましい。エポキシ基を有さないその他のモノマー(e)を用いることにより、すなわち、アルカリ可溶性樹脂としてエポキシ基を有さないアクリル系樹脂を用いることにより、保存安定性に優れる感光性樹脂組成物を得ることができる。
その他のモノマー(e)としては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、ビフェニル(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチレングリコールル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシルエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシプロピレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、ビフェノキシエチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、トリシクロデシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニルオキシエチル(メタ)アクリレート、トリシクロデシルオキシエチル(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシエチレングリコール(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシプロピレングリコール、ベンジル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシ化o−フェニルフェノール(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル類、(メタ)アクリロイルモルホリン(モルホリノ(メタ)アクリレート)、(メタ)アクリルアミド、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N−ブチル(メタ)アクリルアミド、N−イソブチル(メタ)アクリルアミド、N−t−ブチル(メタ)アクリルアミド、N−t−オクチル(メタ)アクリルアミド、ダイアセトン(メタ)アクリルアミド、N−ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、N−ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、N−シクロヘキシル(メタ)アクリルアミド、N−フェニル(メタ)アクリルアミド、N−ベンジル(メタ)アクリルアミド、N−トリフェニルメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリル酸アミド類、スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレン等の芳香族ビニル化合物、ブタジエン、イソプレン等のブタジエンまたは置換ブタジエン化合物、エチレン、プロピレン、塩化ビニル、アクリロニトリル等のエチレンまたは置換エチレン化合物;酢酸ビニル等のビニルエステル類等が挙げられる。これらのモノマーは、単独で、または2種以上組み合わせて用いてもよい。
上記モノマー組成物中、その他の繰り返し単位(E)を構成するモノマー(e)の含有割合は、モノマー組成物中のモノマーの全量に対して、好ましくは0重量%〜55重量%であり、より好ましくは5重量%〜50重量%であり、さらに好ましくは10重量%〜45重量%である。
上記アクリル系樹脂は、ランダム共重合体であってもよく、ブロック共重合体であってもよい。
上記アクリル系樹脂の重量平均分子量は、好ましくはテトラヒドロフラン(THF)溶媒によるゲル・パーミエーション・クロマトグラフ法(GPC)で測定した値が、好ましくは3,000〜200,000であり、より好ましくは4,000〜100,000であり、さらに好ましくは5,000〜50,000である。このような範囲であれば、耐熱性を確保し、かつ、塗膜形成に適切な粘度を有する感光性樹脂組成物を得ることができる。
上記アクリル系樹脂の酸価は、好ましくは20mgKOH/g〜300mgKOH/gであり、より好ましくは25mgKOH/g〜200mgKOH/gであり、さらに好ましくは30mgKOH/g〜150mgKOH/gである。このような範囲であれば、アルカリ現像性に優れ、現像残渣の発生が少なく、かつ、密着性に優れるフォトスペーサーを形成し得る感光性樹脂組成物を得ることができる。
上記アクリル系樹脂は、モノマー組成物を、任意の適切な方法で重合して得ることができる。重合方法としては、例えば、溶液重合法が挙げられる。
上記モノマー組成物は、任意の適切な溶媒を含み得る。溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン、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ジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3−メトキシブチルアセテート等のエステル類;メタノール、エタノール等のアルコール類;トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類;クロロホルム;ジメチルスルホキシド等が挙げられる。これらの溶媒は、単独で、または2種以上組み合わせて用いてもよい。上記モノマー組成物を重合する際の重合濃度は、好ましくは5重量%〜90重量%であり、より好ましくは5重量%〜50重量%であり、さらに好ましくは10重量%〜50重量%である。
上記モノマー組成物は、任意の適切な重合開始剤を含み得る。重合開始剤としては、例えば、クメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、t−アミルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート等の有機過酸化物;2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)、1,1’−アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)等のアゾ化合物等が挙げられる。重合開始剤の含有割合は、モノマー組成物中の全モノマー100重量部に対して、好ましくは0.1重量部〜15重量部、より好ましくは0.5重量部〜10重量部である。
上記アクリル系樹脂を溶液重合法により重合する際の重合温度は、好ましくは40℃〜150℃であり、より好ましくは60℃〜130℃である。
側鎖に炭素二重結合を有する繰り返し単位(C)を有するアクリル系樹脂を得る場合、上記重合後、得られたアクリル系樹脂に上記炭素二重結合を有する化合物を付加する。炭素二重結合を有する化合物を付加する方法としては、任意の適切な方法が採用され得る。例えば、重合禁止剤および触媒の存在下で、炭素二重結合を有する化合物を、側鎖に酸基を有する繰り返し単位(B)の酸基の一部または全部(好ましくは、一部)に反応させて付加することにより、側鎖に炭素二重結合を有する繰り返し単位(C)を形成させることができる。
上記炭素二重結合を有する化合物の付加量は、上記重合後のアクリル系樹脂(すなわち、炭素二重結合を有する化合物を付加する前のアクリル系樹脂)100重量部に対して、好ましくは5重量部以上であり、より好ましくは10重量部以上であり、さらに好ましくは15重量部以上であり、特に好ましくは20重量部以上である。このような範囲であれば、露光感度に優れる感光性樹脂組成物を得ることができる。このような感光性樹脂組成物を用いれば、緻密な硬化塗膜を形成して、基板密着性に優れ、弾性回復率および破壊強度が高いフォトスペーサーを形成することができる。また、炭素二重結合を有する化合物の付加量が上記範囲であれば、炭素二重結合を有する化合物の付加により水酸基が十分に生成され、アルカリ現像液に対する溶解性に優れる感光性樹脂組成物を得ることができる。上記炭素二重結合を有する化合物の付加量の上限は、上記重合後のアクリル系樹脂(すなわち、炭素二重結合を有する化合物を付加する前のアクリル系樹脂)100重量部に対して、好ましくは170重量部以下であり、より好ましくは150重量部以下であり、さらに好ましくは140重量部以下である。炭素二重結合を有する化合物の付加量が多すぎる場合、感光性樹脂組成物の保存安定性および溶解性が低下するおそれがある。
重合禁止剤としては、例えば、6−tert−ブチル−2,4−キシレノール等のアルキルフェノール化合物が挙げられる。触媒としては、例えば、ジメチルベンジルアミン、トリエチルアミン等の3級アミンが挙げられる。
A−2.多官能モノマー
本発明の感光性樹脂組成物は、多官能モノマーをさらに含み得る。多官能モノマーとしては、例えば、ジビニルベンゼン、ジアリルフタレート、ジアリルベンゼンホスホネート等の多官能芳香族ビニル系モノマー;(ジ)エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(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ジ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジ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、トリペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールヘプタ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールオクタ(メタ)アクリレート、トリス(ヒドロキシエチル)イソシアヌレートのトリ(メタ)アクリレート等の多官能(メタ)アクリレート類;これらのモノマーをカプロラクトン変性またはアルキレンオキサイド変性した多官能モノマー等が挙げられる。なかでも好ましくは、ペンタエリスリトールジ(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ジ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジ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、トリペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールヘプタ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールオクタ(メタ)アクリレート等のペンタエリスリトール骨格を有する多官能(メタ)アクリレートが好ましい。これらの多官能モノマーを用いれば、官能基数が多いので架橋密度の高いフォトスペーサーを得ることができる。また、弾性回復率の高いフォトスペーサーを得ることができる。
上記多官能モノマーの含有割合は、上記アルカリ可溶性樹脂と該多官能モノマーとの合計重量100重量部に対して、好ましくは10重量部〜90重量部であり、より好ましくは30重量部〜85重量部であり、さらに好ましくは50重量部〜85重量部である。
A−3.光重合開始剤
本発明の感光性樹脂組成物は、第1の光重合開始剤および第2の光重合開始剤を含む。
本発明においては、光重合開始剤として、異なる波長範囲に極大吸収波長を有する2種以上の光重合開始剤を用いることにより、露光時に紫外光を効率的に利用することができる。その結果、下部が上部よりも細くならない、すなわち非逆テーパー形状のフォトスペーサーが形成される。非逆テーパー形状のフォトスペーサーは、基板密着性に優れ、弾性回復率および破壊強度が高い。また、該フォトスペーサーは、液晶層への気泡の混入を防いで、表示装置の表示性能の向上に寄与し得る。
上記第1の光重合開始剤は、波長290nm〜380nmに極大吸収波長を有し、好ましくは波長295nm〜350nmに極大吸収波長を有し、より好ましくは295nm〜340nmに極大吸収波長を有する。このような第1の光重合開始剤を用いることにより、非逆テーパー形状のフォトスペーサーを形成し得る感光性樹脂組成物を得ることができる。なお、380nmより高波長側に極大吸収波長を有する光重合開始剤を用いた場合、フォトスペーサーの太さを制御することが困難となり、太すぎるフォトスペーサーが形成されるおそれがある。本発明において、「極大吸収波長」とは、濃度が0.001重量%の光重合開始剤溶液について、光路長1cmで測定した吸光度が0.5以上となる極大吸収の波長をいう。
上記第1の光重合開始剤として、好ましくはα−アミノケトン系化合物が用いられ、より好ましくは、一般式(12)で表されるα−アミノケトン系化合物が用いられる。このような化合物を用いれば、非逆テーパー形状であり、かつ、径が細いフォトスペーサーを形成し得る感光性樹脂組成物を得ることができる。
式(12)中、XおよびXはそれぞれ独立して、メチル基、エチル基、ベンジル基または4−メチルベンジル基であり、好ましくはメチル基である。−NXはジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基またはモルフォリノ基であり、好ましくはジメチルアミノ基またはモルフォリノ基であり、より好ましくはモルフォリノ基である。Xは、水素原子、炭素数が1〜8のアルキル基、炭素数が1〜8のアルコキシ基、炭素数が1〜8のアルキルチオ基、ジメチルアミノ基、またはモルフォリノ基であり、好ましくは炭素数が1〜8のアルキルチオ基またはモルフォリノ基であり、より好ましくは炭素数が1〜3のアルキルチオ基またはモルフォリノ基であり、さらに好ましくはメチルチオ基である。
上記α−アミノケトン系化合物の具体例としては、2−ジメチルアミノ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、2−ジエチルアミノ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、2−メチル−2−モルホリノ−1−フェニルプロパン−1−オン、2−ジメチルアミノ−2−メチル−1−(4−メチルフェニル)プロパン−1−オン、2−ジメチルアミノ−1−(4−エチルフェニル)−2−メチルプロパン−1−オン、2−ジメチルアミノ−1−(4−イソプロピルフェニル)−2−メチルプロパン−1−オン、1−(4−ブチルフェニル)−2−ジメチルアミノ−2−メチルプロパン−1−オン、2−ジメチルアミノ−1−(4−メトキシフェニル)−2−メチルプロパン−1−オン、2−ジメチルアミノ−2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)プロパン−1−オン、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ン−1−オン、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)−ブタン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−ジメチルアミノフェニル)−ブタン−1−オン、2−ジメチルアミノ−2−[(4−メチルフェニル)メチル]−1−[4−(4−モルフォルニル)フェニル]−1−ブタノン等が挙げられる。これらの化合物は、単独で、または2種以上組み合わせて用いてもよい。なかでも好ましくは、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ン−1−オン、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)−ブタン−1−オンまたは2−ジメチルアミノ−2−[(4−メチルフェニル)メチル]−1−[4−(4−モルフォルニル)フェニル]−1−ブタノンであり、より好ましくは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ン−1−オンである。第1の光重合開始剤として、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ン−1−オンを用いれば、非逆テーパー形状であり、かつ径が細いフォトスペーサーを形成し得る感光性樹脂組成物を得ることができる。
上記第1の光重合開始剤は、市販品を用いてもよい。市販の第1の光重合開始剤としては、例えば、BASFジャパン社製の商品名「イルガキュア907」、「イルガキュア369」、「イルガキュア379」等が挙げられる。
上記第1の光重合開始剤の含有割合は、上記アルカリ可溶性樹脂と上記多官能モノマーとの合計重量100重量部に対して、好ましくは0.1重量部〜30重量部、より好ましくは0.5重量部〜10重量部であり、さらに好ましくは1.0重量部〜5重量部である。
上記第2の光重合開始剤は、波長230nm〜290nmに極大吸収波長を有し、好ましくは波長240nm〜280nmに極大吸収波長を有し、より好ましくは波長250nm〜270nmに極大吸収波長を有する。
上記第2の光重合開始剤として、好ましくはα−ヒドロキシケトン系化合物が用いられ、より好ましくは一般式(13)または一般式(14)で表されるα−ヒドロキシケトン系化合物が用いられ、さらに好ましくは一般式(14)で表されるα−ヒドロキシケトン系化合物が用いられる。このような化合物を用いれば、非逆テーパー形状であり、かつ径が細いフォトスペーサーを形成し得る感光性樹脂組成物を得ることができる。
式(13)中、Xは水素原子、炭素数が1〜10のアルキル基、または炭素数が1〜10のアルコキシ基であり、好ましくは水素原子、炭素数が1〜5のアルキル基または炭素数が1〜5のアルコキシ基であり、より好ましくは水素原子または炭素数が1〜2のアルコキシ基である。XおよびXはそれぞれ独立して、水素原子または炭素数が1〜10のアルキル基であり、好ましくは炭素数が1〜5のアルキル基であり、より好ましくはメチル基である。また、XとXとが結合して炭素数が4〜8(好ましくは6〜8、より好ましくは6)のシクロアルキル基を形成していてもよい。
式(14)中、X〜X12はそれぞれ独立して、水素原子または炭素数が1〜10のアルキル基であり、好ましくは炭素数が1〜5のアルキル基であり、より好ましくはメチル基である。また、XとX10、および/またはX11とX12とが結合して炭素数が4〜8のシクロアルキル基を形成していてもよい。
上記アルキル基、アルコキシ基、アルキル基およびシクロアルキル基は、置換基を有していてもよい。該置換基としては、例えば、水酸基、カルボキシル基、スルホ基、シアノ基、ハロゲン原子等が挙げられる。
上記α−ヒドロキシケトン系化合物の具体例としては、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルブタン−1−オン、1−(4−メチルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−メチルプロパン−1−オン、1−(4−ブチルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−(4−オクチルフェニル)プロパン−1−オン、1−(4−ドデシルフェニル)−2−メチルプロパン−1−オン、1−(4−メトキシフェニル)−2−メチルプロパン−1−オン、1−(4−メチルチオフェニル)−2−メチルプロパン−1−オン、1−(4−クロロフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、1−(4−ブロモフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、2−ヒドロキシ−1−(4−ヒドロキシフェニル)−2−メチルプロパン−1−オン、1−(4−ジメチルアミノフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、1−(4−カルボエトキシフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン、2−ヒロドキシ−1−{4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)−ベンジル]フェニル}−2−メチル−プロパン−1−オンなどが挙げられる。これらの化合物は、単独で、または2種以上組み合わせて用いてもよい。なかでも好ましくは、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オンまたは2−ヒロドキシ−1−{4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)−ベンジル]フェニル}−2−メチル−プロパン−1−オンであり、より好ましくは2−ヒロドキシ−1−{4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)−ベンジル]フェニル}−2−メチル−プロパン−1−オンである。第2の光重合開始剤として、2−ヒロドキシ−1−{4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)−ベンジル]フェニル}−2−メチル−プロパン−1−オンを用いれば、非逆テーパー形状であり、かつ、径が細いフォトスペーサーを形成し得る感光性樹脂組成物を得ることができる。
上記第2の光重合開始剤は、市販品を用いてもよい。市販の第2の光重合開始剤としては、例えば、BASFジャパン社製の商品名「イルガキュア184」、「イルガキュア2959」、「イルガキュア127」、「ダロキュア1173」等が挙げられる。
上記第2の光重合開始剤の含有割合は、上記アルカリ可溶性樹脂と上記多官能モノマーとの合計重量100重量部に対して、好ましくは0.01重量部〜30重量部であり、より好ましくは0.05重量部〜10重量部であり、さらに好ましくは0.07重量部〜1重量部である。
また、上記第2の光重合開始剤の含有割合は、上記第1の光重合開始剤と該第2の光重合開始剤の合計重量に対して、好ましくは5重量%〜40重量%であり、より好ましくは5重量%〜30重量%であり、さらに好ましくは5重量%〜20重量%である。このような範囲であれば、基板密着性に優れ、弾性回復率および破壊強度が高いフォトスペーサーを形成し得る感光性樹脂組成物を得ることができる。
上記第1の光重合開始剤および第2の光重合開始剤の合計含有割合は、上記アルカリ可溶性樹脂と上記多官能モノマーとの合計重量100重量部に対して、好ましくは0.5重量部〜50重量部であり、より好ましくは1重量部〜10重量部であり、さらに好ましくは1.5重量部〜5重量部である。
第1の光重合開始剤および第2の光重合開始剤に加えて光重合開始助剤を組み合わせて用いることもでき、光重合開始助剤を複数の組み合わせで用いることもできる。光重合開始助剤の具体例としては、1,3,5−トリス(3−メルカプトプロピオニルオキシエチル)−イソシアヌレート、1,3,5−トリス(3−メルカプトブチルオキシエチル)−イソシアヌレート(昭和電工社製、カレンズMT(登録商標)NR1)、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトプロピオネート等の3官能チオール化合物;ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトブチレート)(昭和電工社製、カレンズMT(登録商標)PE1)等の4官能チオール化合物;ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−プロピオネート)等の6官能チオール化合物等の多官能チオールが挙げられる。
A−4.溶剤
本発明の感光性樹脂組成物は、任意の適切な溶剤を含み得る。溶剤としては、例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン、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ジメチルエーテル等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3−メトキシブチルアセテート等のエステル類;メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、エチ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等のアルコール類;トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類;クロロホルム、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。溶剤の量は、所望とする感光性樹脂組成物の粘度に応じて、任意の適切な量に設定され得る。
A−5.添加剤
本発明の感光性樹脂組成物は、必要に応じて、任意の適切な添加剤を含み得る。添加剤としては、例えば、水酸化アルミニウム、タルク、クレー、硫酸バリウム等の充填材、染料、顔料、消泡剤、カップリング剤、レベリング剤、増感剤、離型剤、滑剤、可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤、重合抑制剤、増粘剤、分散剤等が挙げられる。
1つの実施形態においては、本発明の感光性樹脂組成物は、UV吸収剤を含む。UV吸収剤を含む感光性樹脂組成物を用いれば、上下で径の差が小さいフォトスペーサーを得ることができ、フォトスペーサーを細い柱状することができる。本発明の感光性樹脂組成物により形成されるフォトスペーサーは、細くとも、十分な破壊強度を有する。
本発明の感光性樹脂組成物がUV吸収剤を含む場合、UV吸収剤の含有割合は、上記アルカリ可溶性樹脂と上記多官能モノマーとの合計重量100重量部に対して、好ましくは0.05重量部〜10重量部、より好ましくは0.1重量部〜5重量部であり、さらに好ましくは0.2重量部〜3重量部である。UV吸収剤の含有割合が、10重量部を越える場合、非逆テーパー形状のフォトスペーサーが得られないおそれがある。
B.フォトスペーサー
本発明のフォトスペーサーは、上記感光性樹脂組成物を用いて得ることができる。上記感光性樹脂組成物を用いれば、基板密着性に優れ、弾性回復率および破壊強度が高いフォトスペーサーを形成することができる。本発明のフォトスペーサーは、液晶ディスプレイ、より具体的には液晶ディスプレイの液晶セルのスペーサーとして好適に利用することができる。
上記フォトスペーサーは、フォトリソグラフィにより形成することができる。具体的には、上記感光性樹脂組成物を基板に塗布した後に乾燥させ、得られた塗膜上にフォトマスクを配置して露光し、塗膜を硬化させ、その後、現像することにより、フォトスペーサーを形成することができる。フォトリソグラフィによれば、任意の位置にフォトスペーサーを形成することができるので、例えば、液晶表示装置において、ブラックマトリックス上にのみフォトスペーサーを形成して、スペーサーを要因とした表示特性の低下を防止することができる。
上記感光性樹脂組成物の塗布方法としては、例えば、スピンコーター、バーコーター、グラビアコーター、ロールコーター、ナイフコーター、アプリケーター等を用いる方法が挙げられる。乾燥温度は、好ましくは40℃〜200℃であり、より好ましくは70℃〜100℃である。乾燥時間は、好ましくは1分間〜30分間であり、より好ましくは2分間〜10分間である。
上記フォトマスクの配置位置は、所望とするフォトスペーサーのサイズに応じて、任意の適切な位置に配置される。フォトマスクは塗膜の上部に配置され、塗膜とフォトマスクとの距離は、好ましくは0μm〜500μmであり、より好ましく10μm〜400μmであり、さらに好ましくは20μm〜300μmであり、特に好ましくは30μm〜200μmである。
上記露光時のUV照射強度(365nm照度換算)は、好ましくは10mJ/cm〜200mJ/cmであり、より好ましくは20mJ/cm〜150mJ/cmであり、さらに好ましくは30mJ/cm〜100mJ/cmである。
上記現像に際しては、アルカリ水溶液を用いることが好ましい。環境への負荷が少なく高感度の現像を行うことができるからである。アルカリ成分としては、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム等が用いられる。アルカリ水溶液のアルカリ濃度は、好ましくは0.01重量%〜5重量%であり、より好ましくは0.02重量%〜3重量%であり、さらに好ましくは0.03重量%〜1重量%である。このような範囲であれば、上記感光性樹脂組成物を適切に溶解して、現像性よくフォトスペーサーを形成することができる。アルカリ水溶液には界面活性剤をさらに添加してもよい。
現像後に、ポストベークを行ってもよい。ポストベーク時の加熱温度は、好ましくは150℃〜300℃である、より好ましくは180℃〜250℃である。加熱時間は、好ましくは10分〜90分であり、より好ましくは20分〜60分である。本発明の感光性樹脂組成物が、側鎖に2以上のオキシアルキレン基を有する繰り返し単位(B)を有するアクリル系樹脂を含む場合、ポストベークにより、架橋密度の高いフォトスペーサーを形成することができる。
本発明のフォトスペーサーの形状としては、例えば、円柱状、角柱状、円錐台形状、角錐台形状等が挙げられる。フォトスペーサーの最下部における太さは、フォトスペーサーの水平断面積でいえば、好ましくは3μm〜500μmであり、より好ましくは15μm〜100μmである。フォトスペーサーの形状が、円柱状または円錐台形状である場合、フォトスペーサーの最下部における直径は、任意の適切な範囲に設定し得る。実用的には、好ましくは2μm〜20μmであり、より好ましくは3μm〜10μmであり、さらに好ましくは5μm〜8.5μmである。フォトスペーサーの高さは、所望とする基板間隔に応じて、任意の適切な高さに設定され得る。フォトスペーサーの高さは、例えば、1μm〜10μmである。
本発明のフォトスペーサーは、上記のとおり、非逆テーパー形状を有する。フォトスペーサーの下部から高さ方向に(フォトスペーサーの高さL×1/2)離れた部分H1の水平断面積A1と、フォトスペーサーの下部から高さ方向に(フォトスペーサーの高さL×1/4)離れた部分H2の水平断面積A2との比(A2/A1)は、好ましくは1〜1.3であり、より好ましくは1〜1.2であり、さらに好ましくは1〜1.15であり、特に好ましくは1〜1.1である。A2/A1がこのような範囲のフォトスペーサーは、基板密着性に優れ、かつ、弾性回復率および破壊強度が高い。また、該フォトスペーサーは、液晶層への気泡の混入を防いで、表示装置の表示性能の向上に寄与し得る。
1つの実施形態においては、本発明のフォトスペーサーの圧縮率は、10%〜90%である。圧縮率の評価方法は後述する。
本発明のフォトスペーサーの弾性回復率の下限は、好ましくは55%以上であり、より好ましくは60%以上であり、さらに好ましくは65%以上であり、さらに好ましくは70%以上であり、さらに好ましくは75%以上であり、さらに好ましくは80%以上であり、特に好ましくは90%以上である。弾性回復率は大きければ大きいほど好ましく、本発明のフォトスペーサーの弾性回復率の上限は、例えば、100%である。弾性回復率の評価方法は後述する。
1つの実施形態においては、形状が円柱状または円錐台形状であるフォトスペーサーの最下部における直径が6μm〜8μmである場合、本発明のフォトスペーサーの弾性回復率は、好ましくは70%〜100%であり、より好ましくは80%〜95%である。
本発明のフォトスペーサーの弾性回復率b(%)と、フォトスペーサーの形状が円柱状または円錐台形状である場合のフォトスペーサーの最下部における直径a(μm)との関係は、実用的な直径aの範囲において、好ましくは、b>3.1a+45であり、より好ましくはb>3.1a+50であり、さらに好ましくはb>3.1a+53である。
本発明のフォトスペーサーの破壊強度の下限は、好ましくは20mN以上であり、より好ましくは50mN以上であり、さらに好ましくは100mN以上であり、さらに好ましくは130mN以上であり、さらに好ましくは145mN以上であり、さらに好ましくは160mN以上であり、特に好ましくは175mN以上であり、最も好ましくは190mN以上である。破壊強度は大きければ大きいほど好ましく、本発明のフォトスペーサーの破壊強度の上限値は、例えば、好ましくは300mNである。破壊強度の評価方法は後述する。
1つの実施形態においては、形状が円柱状または円錐台形状であるフォトスペーサーの最下部における直径が6μm〜8μmである場合、本発明のフォトスペーサーの破壊強度は、好ましくは145mN〜300mNであり、より好ましくは160mN〜250mNであり、さらに好ましくは175mN〜200mNである。
C.感光性樹脂組成物の用途
本発明の感光性樹脂組成物は、上記のように、異なる波長範囲に極大吸収波長を有する2種以上の光重合開始剤を用いることにより、露光時に紫外光を効率的に利用することができるので、硬化性に優れ、かつ、所望の形状を有する成形体を精度よく形成することができる。このような本発明の感光性樹脂組成物は、フォトスペーサー用感光性樹脂組成物としてフォトスペーサーの形成に用いられる他、各種成形体の材料として用いられ得、本発明よれば感光性樹脂組成物により形成される成形体(硬化物)が提供される。該成形体の具体例としては、カラーフィルター、オーバーコート、絶縁膜、保護膜等が挙げられる。また、本発明の感光性樹脂組成物は、光硬化性塗料、光硬化性インクとしても用いられ得る。
以下に、実施例により、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。実施例における評価方法は以下のとおりである。
(1)重量平均分子量:Mw
GPC(HLC−8220GPC、東ソー社製)にてTHFを溶離液とし、カラムにTSKgel SuperHZM−N(東ソー社製)を用いて測定し、標準ポリスチレン換算にて算出した。
(2)固形分
製造例で調製した共重合体溶液をアルミカップに約0.3gはかり取り、アセトン約1gを加えて溶解させた後、常温で自然乾燥させた。その後、熱風乾燥機(商品名:PHH−101、エスペック株社製)を用い、140℃で3時間乾燥した後、デシケータ内で放冷し、重量を測定した。その重量減少量から、ポリマー溶液の固形分(アクリル系樹脂)の重量を計算した。
(3)酸価
製造例で調製した共重合体溶液を1.5g精秤し、アセトン90gと水10gの混合溶媒に溶解させ、0.1NのKOH水溶液で滴定した。滴定は、自動滴定装置(商品名:COM−555、平沼産業社製)を用いて行い、固形分濃度から、ポリマー1g当たりの酸価を求めた(mgKOH/g)。
(4)現像残渣
現像後、感光性樹脂組成物のとけ残りの有無を目視観察にて評価した。
(5)フォトスペーサーの密着性
形成されたフォトスペーサーの欠損の有無を目視にて観察し、以下の基準で評価した。
○:欠損無く、密着性が非常に優れる
△:一部に欠損あり、密着性がよい
×:全欠損、密着性が悪い
(6)フォトスペーサーの圧縮率
フォトスペーサーの圧縮率を、微小圧縮試験機(商品名:HM2000、フィッシャー・インストルメンツ社製)を用いて測定した。100μm角の平面圧子により、負荷速度および徐荷速度をともに4.7mN/秒として、80mNまでの荷重を負荷したのち0.49mNまで除荷して、負荷時の荷重−変形量曲線および徐荷時の荷重−変形量曲線を作成した。このとき、負荷時の荷重80mNでの変形量をL1とて、下記式により、圧縮率を算出した。
圧縮率(%)=L1×100/スペーサー高さ
(7)フォトスペーサーの弾性回復率
フォトスペーサーの弾性回復率を、微小圧縮試験機(商品名:HM2000、フィッシャー・インストルメンツ社製)を用いて測定した。100μm角の平面圧子により、負荷速度および徐荷速度をともに4.7mN/秒として、80mNまでの荷重を負荷したのち0.49mNまで除荷して、負荷時の荷重−変形量曲線および徐荷時の荷重−変形量曲線を作成した。このとき、負荷時の荷重80mNでの変形量をL1とし、除荷時の荷重0.49mNでの変形量をL2として、下記式により、弾性回復率を算出した。
弾性回復率(%)=(L1−L2)×100/L1
(8)フォトスペーサーの破壊強度
フォトスペーサーの破壊強度を、微小圧縮試験機(商品名:HM2000、フィッシャー・インストルメンツ社製)を用いて測定した。100μm角の平面圧子により、負荷速度および徐荷速度をともに4.7mN/秒として、300mNまでの荷重を負荷し、スペーサーが破壊されるときの荷重を荷重−変形量曲線から読み取った。
(9)フォトスペーサーの太さ(最下部における水平方向断面の直径)および高さ
フォトスペーサーの最下部における直径および高さは、レーザー顕微鏡(商品名「VK−9700」、キーエンス社製)を用いて測定した。
(10)フォトスペーサーの形状(非逆テーパー形状/逆テーパー形状)
フォトスペーサーの形状が非逆テーパー形状であるか、あるいは逆テーパー形状であるかの評価は、FE−SEM(商品名「S−4800」、日立製作所製)を用いて、(フォトスペーサーの高さL×1/2)離れた部分H1の直径D1、および(フォトスペーサーの高さL×1/4)離れた部分H2の直径D2を測定し、該直径D1、D2から、H1での水平断面積A1、およびH2での水平断面積A2を算出して行った。A2/A1が1以上となる場合が、非逆テーパー形状である。
[製造例1]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、ベンジルマレイミド(BzMI)15g、アクリル酸(AA)44.5g、1モルエトキシ化フェニルフェノールアクリレートと2モルエトキシ化フェニルフェノールアクリレートとの1:1(モル比)混合物(商品名「OPPE」、第一工業製薬社製、以下OPPEともいう)40.5g、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(商品名「パーブチル(登録商標)O」、日本油脂社製、以下PBOともいう)2g、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)42gおよびプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)18gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、ドデシルメルカプタン(nDM)2g、PGMEA18gおよびPGME8gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA98gとPGME42gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。モノマー組成物および連鎖移動剤溶液は、それぞれ温度を90℃に保ちながら、180分間かけて滴下した。滴下が終了してから30分後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、反応槽を115℃に昇温した。1.5時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=5/95(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、メタクリル酸グリシジル(GMA)69g、重合禁止剤として6−tert−ブチル−2,4−キシレノール(商品名「トパノール」、東京化成工業社製)0.3g、触媒としてジメチルベンジルアミン(DMBA)0.5g、PGMEA16g、PGME6gを仕込み、110℃で1時間、115℃で8時間反応させた。その後、室温まで冷却し、アクリル系樹脂39.4重量%を含む共重合体溶液(A−1)を得た。アクリル系樹脂の重量平均分子量(Mw)は17200、酸価は55mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、固形分濃度、重量平均分子量(Mw)および酸価を、製造例2〜17とともに、表1に示す。
[製造例2]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、BzMI15g、AA55g、OPPE30g、PBO2g、PGMEA30gおよびPGME30gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM2g、PGMEA13gおよびPGME13gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA98gとPGME42gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。モノマー組成物および連鎖移動剤溶液は、それぞれ温度を90℃に保ちながら、180分間かけて滴下した。滴下が終了してから30分後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、反応槽を115℃に昇温した。1.5時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=5/95(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA69g、重合禁止剤として6−tert−ブチル−2,4−キシレノール(商品名「トパノール」、東京化成工業社製)0.3g、触媒としてDMBA0.5g、PGMEA11g、PGME11gを仕込み、110℃で1時間、115℃で8時間反応させた。その後、室温まで冷却し、アクリル系樹脂39.3重量%を含む共重合体溶液(A−2)を得た。アクリル系樹脂の重量平均分子量(Mw)は18000、酸価は103mgKOH/gであった。
[製造例3]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、BzMI15g、AA42g、OPPE43g、PBO2g、PGMEA42gおよびPGME18gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM2g、PGMEA18gおよびPGME8gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA98gとPGME42gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。モノマー組成物および連鎖移動剤溶液は、それぞれ温度を90℃に保ちながら、180分間かけて滴下した。滴下が終了してから30分後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、反応槽を115℃に昇温した。1.5時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=5/95(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA69g、重合禁止剤として6−tert−ブチル−2,4−キシレノール(商品名「トパノール」、東京化成工業社製)0.3g、触媒としてDMBA0.5g、PGMEA16g、PGME6gを仕込み、110℃で1時間、115℃で8時間反応させた。その後、室温まで冷却し、アクリル系樹脂39.0重量%を含む共重合体溶液(A−3)を得た。アクリル系樹脂の重量平均分子量(Mw)は18200、酸価は44mgKOH/gであった。
[製造例4]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、BzMI15g、AA44.5g、OPPE40.5g、PBO2g、PGMEA42gおよびPGME18gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM1.2g、PGMEA18gおよびPGME8gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA98gとPGME42gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。モノマー組成物および連鎖移動剤溶液は、それぞれ温度を90℃に保ちながら、180分間かけて滴下した。滴下が終了してから30分後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、反応槽を115℃に昇温した。1.5時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=5/95(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA69g、重合禁止剤として6−tert−ブチル−2,4−キシレノール(商品名「トパノール」、東京化成工業社製)0.3g、触媒としてDMBA0.5g、PGMEA16g、PGME6gを仕込み、110℃で1時間、115℃で8時間反応させた。その後、室温まで冷却し、アクリル系樹脂39.5重量%を含む共重合体溶液(A−4)を得た。アクリル系樹脂の重量平均分子量(Mw)は25200、酸価は56mgKOH/gであった。
[製造例5]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、BzMI15g、AA44.5g、OPPE40.5g、PBO2g、PGMEA42gおよびPGME18gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM5g、PGMEA18gおよびPGME8gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA98gとPGME42gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。モノマー組成物および連鎖移動剤溶液は、それぞれ温度を90℃に保ちながら、180分間かけて滴下した。滴下が終了してから30分後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、反応槽を115℃に昇温した。1.5時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=5/95(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA69g、重合禁止剤として6−tert−ブチル−2,4−キシレノール(商品名「トパノール」、東京化成工業社製)0.3g、触媒としてDMBA0.5g、PGMEA16g、PGME6gを仕込み、110℃で1時間、115℃で8時間反応させた。その後、室温まで冷却し、アクリル系樹脂38.8重量%を含む共重合体溶液(A−5)を得た。アクリル系樹脂の重量平均分子量(Mw)は10400、酸価は55mgKOH/gであった。
[製造例6]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、BzMI10g、AA76g、OPPE14g、PBO2g、PGMEA18gおよびPGME42gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM1.5g、PGMEA8gおよびPGME18gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA42gとPGME98gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。モノマー組成物および連鎖移動剤溶液は、それぞれ温度を90℃に保ちながら、180分間かけて滴下した。滴下が終了してから30分後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、反応槽を115℃に昇温した。1.5時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=5/95(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA124g、重合禁止剤として6−tert−ブチル−2,4−キシレノール(商品名「トパノール」、東京化成工業社製)0.3g、触媒としてDMBA0.7g、PGMEA32g、PGME74gを仕込み、110℃で1時間、115℃で12時間反応させた。その後、室温まで冷却し、アクリル系樹脂39.6重量%を含む共重合体溶液(A−6)を得た。アクリル系樹脂の重量平均分子量(Mw)は19300、酸価は54mgKOH/gであった。
[製造例7]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、BzMI15g、AA23g、OPPE62g、PBO2g、PGMEA42gおよびPGME18gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM2g、PGMEA18gおよびPGME8gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA98gとPGME42gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。モノマー組成物および連鎖移動剤溶液は、それぞれ温度を90℃に保ちながら、180分間かけて滴下した。滴下が終了してから30分後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、反応槽を115℃に昇温した。1.5時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=5/95(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA30g、重合禁止剤として6−tert−ブチル−2,4−キシレノール(商品名「トパノール」、東京化成工業社製)0.3g、触媒としてDMBA0.5gを仕込み、110℃で1時間、115℃で8時間反応させた。その後、室温まで冷却し、アクリル系樹脂35.0重量%を含む共重合体溶液(A−7)を得た。アクリル系樹脂の重量平均分子量(Mw)は17000、酸価は56mgKOH/gであった。
[製造例8]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、シクロヘキシルマレイミド(CHMI)15g、AA44.5g、OPPE40.5g、PBO2g、PGMEA42gおよびPGME18gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM2g、PGMEA18gおよびPGME8gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA98gとPGME42gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。モノマー組成物および連鎖移動剤溶液は、それぞれ温度を90℃に保ちながら、180分間かけて滴下した。滴下が終了してから30分後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、反応槽を115℃に昇温した。1.5時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=5/95(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA69g、重合禁止剤として6−tert−ブチル−2,4−キシレノール(商品名「トパノール」、東京化成工業社製)0.3g、触媒としてDMBA0.5g、PGMEA16g、PGME6gを仕込み、110℃で1時間、115℃で8時間反応させた。その後、室温まで冷却し、アクリル系樹脂39.0重量%を含む共重合体溶液(A−8)を得た。アクリル系樹脂の重量平均分子量(Mw)は17500、酸価は54mgKOH/gであった。
[製造例9]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、ジメチル−2、2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート(MD)15g、AA44.5g、OPPE40.5g、PBO2g、PGMEA42gおよびPGME18gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM2g、PGMEA18gおよびPGME8gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA98gとPGME42gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。モノマー組成物および連鎖移動剤溶液は、それぞれ温度を90℃に保ちながら、180分間かけて滴下した。滴下が終了してから30分後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、反応槽を115℃に昇温した。1.5時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=5/95(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA69g、重合禁止剤として6−tert−ブチル−2,4−キシレノール(商品名「トパノール」、東京化成工業社製)0.3g、触媒としてDMBA0.5g、PGMEA16g、PGME6gを仕込み、110℃で1時間、115℃で8時間反応させた。その後、室温まで冷却し、アクリル系樹脂38.8重量%を含む共重合体溶液(A−9)を得た。アクリル系樹脂の重量平均分子量(Mw)は17000、酸価は53mgKOH/gであった。
[製造例10]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、(α−アリルオキシメチル)アクリル酸メチル(AMA)15g、AA44.5g、OPPE40.5g、PBO2g、PGMEA42gおよびPGME18gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM2g、PGMEA18gおよびPGME8gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA98gとPGME42gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。モノマー組成物および連鎖移動剤溶液は、それぞれ温度を90℃に保ちながら、180分間かけて滴下した。滴下が終了してから30分後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、反応槽を115℃に昇温した。1.5時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=5/95(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA69g、重合禁止剤として6−tert−ブチル−2,4−キシレノール(商品名「トパノール」、東京化成工業社製)0.3g、触媒としてDMBA0.5g、PGMEA16g、PGME6gを仕込み、110℃で1時間、115℃で8時間反応させた。その後、室温まで冷却し、アクリル系樹脂38.9重量%を含む共重合体溶液(A−10)を得た。アクリル系樹脂の重量平均分子量(Mw)は17500、酸価は54mgKOH/gであった。
[製造例11]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、BzMI15g、AA44.5g、OPPE20.5g、1モルエトキシ化フェニルフェノールアクリレート(商品名「A−LEN−10」、新中村化学社製、以下A−LEN−10ともいう)20g、PBO2g、PGMEA42gおよびPGME18gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM2g、PGMEA18gおよびPGME8gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA98gとPGME42gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。モノマー組成物および連鎖移動剤溶液は、それぞれ温度を90℃に保ちながら、180分間かけて滴下した。滴下が終了してから30分後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、反応槽を115℃に昇温した。1.5時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=5/95(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA69g、重合禁止剤として6−tert−ブチル−2,4−キシレノール(商品名「トパノール」、東京化成工業社製)0.3g、触媒としてDMBA0.5g、PGMEA16g、PGME6gを仕込み、110℃で1時間、115℃で8時間反応させた。その後、室温まで冷却し、アクリル系樹脂39.1重量%を含む共重合体溶液(A−11)を得た。アクリル系樹脂の重量平均分子量(Mw)は18100、酸価は54mgKOH/gであった。
[製造例12]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、BzMI15g、AA44.5g、A−LEN−10を38.5g、メトキシポリエチレングリコール(400)アクリレート(商品名「ライトアクリレート130A」、共栄社化学社製、エチレンオキサイドモル数n=9、以下130Aともいう)2g、PBO2g、PGMEA42gおよびPGME18gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM2g、PGMEA18gおよびPGME8gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA98gとPGME42gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。モノマー組成物および連鎖移動剤溶液は、それぞれ温度を90℃に保ちながら、180分間かけて滴下した。滴下が終了してから30分後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、反応槽を115℃に昇温した。1.5時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=5/95(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA69g、重合禁止剤として6−tert−ブチル−2,4−キシレノール(商品名「トパノール」、東京化成工業社製)0.3g、触媒としてDMBA0.5g、PGMEA16g、PGME6gを仕込み、110℃で1時間、115℃で8時間反応させた。その後、室温まで冷却し、アクリル系樹脂39.4重量%を含む共重合体溶液(A−12)を得た。アクリル系樹脂の重量平均分子量(Mw)は17500、酸価は55mgKOH/gであった。
[製造例13]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、BzMI15g、AA44.5g、A−LEN−10を38.5g、メトキシポリエチレングリコール(550)アクリレート(商品名「CD550」、巴工業社製、エチレンオキサイドモル数n=12〜13、以下CD550ともいう)2g、PBO2g、PGMEA42gおよびPGME18gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM2g、PGMEA18gおよびPGME8gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA98gとPGME42gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。モノマー組成物および連鎖移動剤溶液は、それぞれ温度を90℃に保ちながら、180分間かけて滴下した。滴下が終了してから30分後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、反応槽を115℃に昇温した。1.5時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=5/95(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA69g、重合禁止剤として6−tert−ブチル−2,4−キシレノール(商品名「トパノール」、東京化成工業社製)0.3g、触媒としてDMBA0.5g、PGMEA16g、PGME6gを仕込み、110℃で1時間、115℃で8時間反応させた。その後、室温まで冷却し、アクリル系樹脂39.0重量%を含む共重合体溶液(A−13)を得た。アクリル系樹脂の重量平均分子量(Mw)は18000、酸価は53mgKOH/gであった。
[製造例14]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、BzMI15g、AA44.5g、OPPE20.5g、ジシクロペンタニルアクリレート(DCPA)20g、PBO2g、PGMEA42gおよびPGME18gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM2g、PGMEA18gおよびPGME8gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA98gとPGME42gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。モノマー組成物および連鎖移動剤溶液は、それぞれ温度を90℃に保ちながら、180分間かけて滴下した。滴下が終了してから30分後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、反応槽を115℃に昇温した。1.5時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=5/95(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA69g、重合禁止剤として6−tert−ブチル−2,4−キシレノール(商品名「トパノール」、東京化成工業社製)0.3g、触媒としてDMBA0.5g、PGMEA16g、PGME6gを仕込み、110℃で1時間、115℃で8時間反応させた。その後、室温まで冷却し、アクリル系樹脂39.1重量%を含む共重合体溶液(A−14)を得た。アクリル系樹脂の重量平均分子量(Mw)は17800、酸価は56mgKOH/gであった。
[製造例15]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、BzMI15g、AA44.5g、A−LEN−10を40.5g、PBO2g、PGMEA42gおよびPGME18gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM2g、PGMEA18gおよびPGME8gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA98gとPGME42gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。モノマー組成物および連鎖移動剤溶液は、それぞれ温度を90℃に保ちながら、180分間かけて滴下した。滴下が終了してから30分後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、反応槽を115℃に昇温した。1.5時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=5/95(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA69g、重合禁止剤として6−tert−ブチル−2,4−キシレノール(商品名「トパノール」、東京化成工業社製)0.3g、触媒としてDMBA0.5g、PGMEA16g、PGME6gを仕込み、110℃で1時間、115℃で8時間反応させた。その後、室温まで冷却し、アクリル系樹脂39.4重量%を含む共重合体溶液(A−15)を得た。アクリル系樹脂の重量平均分子量(Mw)は17400、酸価は54mgKOH/gであった。
[製造例16]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、BzMI15g、AA44.5g、フェノキシジエチレングリコールアクリレート(商品名「ライトアクリレートP2HA」、共栄社化学社製、以下P2HAともいう)40.5g、PBO2g、PGMEA42gおよびPGME18gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM2g、PGMEA18gおよびPGME8gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA98gとPGME42gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。モノマー組成物および連鎖移動剤溶液は、それぞれ温度を90℃に保ちながら、180分間かけて滴下した。滴下が終了してから30分後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、反応槽を115℃に昇温した。1.5時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=5/95(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA69g、重合禁止剤として6−tert−ブチル−2,4−キシレノール(商品名「トパノール」、東京化成工業社製)0.3g、触媒としてDMBA0.5g、PGMEA16g、PGME6gを仕込み、110℃で1時間、115℃で8時間反応させた。その後、室温まで冷却し、アクリル系樹脂38.8重量%を含む共重合体溶液(A−16)を得た。アクリル系樹脂の重量平均分子量(Mw)は18100、酸価は56mgKOH/gであった。
[製造例17]
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、BzMI15g、AA44.5g、DCPA40.5g、PBO2g、PGMEA42gおよびPGME18gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、nDM2g、PGMEA18gおよびPGME8gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA98gとPGME42gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。モノマー組成物および連鎖移動剤溶液は、それぞれ温度を90℃に保ちながら、180分間かけて滴下した。滴下が終了してから30分後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、反応槽を115℃に昇温した。1.5時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=5/95(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA69g、重合禁止剤として6−tert−ブチル−2,4−キシレノール(商品名「トパノール」、東京化成工業社製)0.3g、触媒としてDMBA0.5g、PGMEA16g、PGME6gを仕込み、110℃で1時間、115℃で8時間反応させた。その後、室温まで冷却し、アクリル系樹脂39.6重量%を含む共重合体溶液(A−17)を得た。アクリル系樹脂の重量平均分子量(Mw)は18500、酸価は55mgKOH/gであった。
[実施例1]
上記共重合体溶液(A−1)89g(すなわち、アクリル系樹脂35g)、多官能モノマーとしてトリペンタエリスリトールオクタアクリレート(商品名「ビスコート#802」、大坂有機化学社製)65g、および波長290nm〜380nmに極大吸収波長を有する光重合開始剤(第1の光重合開始剤)として2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノ−プロパン−1−オン(商品名「IRGACURE(登録商標)907」、BASFジャパン社製)1.75g、波長230nm〜290nmに極大吸収波長を有する光重合開始剤(第2の光重合開始剤)として2−ヒドロキシ−1−{4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)−ベンジル]−フェニル}−2−メチル−プロパン−1−オン(商品名「IRGACURE(登録商標)127」、BASFジャパン社製、)0.25g、UV吸収剤として2−(2−ヒドロキシ−4−オクトキシフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール(商品名「SEESORB707」、シプロ化成社製、以下SB707という)0.5gの混合物に、固形分濃度が35重量%となるようにPGMEAを加え、孔径0.5μmのフィルタでろ過し、感光性樹脂組成物を調製した。
10cm角のガラス基板上に、上記感光性樹脂組成物をスピンコーターにより塗布し、オーブンで80℃で3分間乾燥した。乾燥後、塗膜から100μmの距離にフォトマスクを配置して2.0kWの超高圧水銀ランプを装着したUVアライナ(商品名「TME−150RNS」、TOPCON社製)によって50mJ/cmの強度(365nm照度換算)で紫外線を照射した。紫外線照射後、塗膜に0.05%の水酸化カリウム水溶液をスピン現像機にて40秒間散布し、未露光部を溶解、除去し、残った露光部を純水で10秒間水洗することにより現像して、円柱状のフォトスペーサーを形成した。現像残渣の有無を確認し(評価(4))、得られたフォトスペーサーを上記評価(5)〜(10)に供した。結果を表2に示す。
[実施例2〜30]
感光性樹脂組成物の組成を表2に示す組成とした以外は、実施例1と同様にしてフォトスペーサーを形成し、実施例1と同様の評価に供した。結果を表2に示す。
なお、表2中、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(共栄社化学社製)を「DPHA」と、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(共栄社化学社製)を「PETA」と表記する。
UV吸収剤については、表2において、BASFジャパン社製の商品名「チヌビン479」を「T479」と表記する。
第2の光重合開始剤については表2において、BASFジャパン社製の商品名「IRGACURE(登録商標)2959」を「I2959」、「IRGACURE(登録商標)184」を「I184」と表記する。
[比較例1〜6]
感光性樹脂組成物の組成を表3に示す組成とした以外は、実施例1と同様にしてフォトスペーサーを形成し、実施例1と同様の評価に供した。結果を表3に示す。
光重合開始剤については表3において、BASFジャパン社製の商品名「IRGACURE(登録商標)651」を「I651」、「IRGACURE(登録商標)819」を「I851」と表記する。なお、「I651」および「I819」は、波長230nm〜290nmに極大吸収波長を有さない。
表2および3から明らかなように、本発明の感光性樹脂組成物を用いれば、現像残渣を生じさせずに、密着性に優れるフォトスペーサーを形成することができる。形成されたフォトスペーサーは非逆テーパー形状を有する。また、このフォトスペーサーは、径と機械的特性のバランスに優れ、弾性回復率および破壊強度に優れる。
本発明の感光性樹脂組成物は、液晶セルのスペーサーの製造に好適に利用することができる。また、また、カラーフィルター、オーバーコート、絶縁膜、保護膜等の材料としても用いられ得る。さらに、光硬化性塗料、光硬化性インクとしても用いられ得る。
10、20 フォトスペーサー

Claims (6)

  1. 感光性樹脂組成物により形成される、フォトスペーサーであって、
    該感光性樹脂組成物が、
    アルカリ可溶性樹脂と、多官能モノマーと、波長290nm〜380nmに極大吸収波長を有する第1の光重合開始剤と、波長230nm〜290nmに極大吸収波長を有する第2の光重合開始剤とを含み、
    該第1の光重合開始剤が、α−アミノケトン系化合物であり、
    該第2の光重合開始剤が、α−ヒドロキシケトン系化合物であり、
    該第2の光重合開始剤の含有割合が、該第1の光重合開始剤と該第2の光重合開始剤の合計重量に対して、5重量%〜40重量%であり、
    該アルカリ可溶性樹脂が、主鎖に環構造を有する繰り返し単位と、側鎖に炭素二重結合を有する繰り返し単位とを有する、
    フォトスペーサー
  2. 前記アルカリ可溶性樹脂が、側鎖に酸基を有する繰り返し単位をさらに有する、請求項1に記載のフォトスペーサー
  3. 前記アルカリ可溶性樹脂が、側鎖に2以上のオキシアルキレン基を有する繰り返し単位をさらに有する、請求項1または2に記載のフォトスペーサー
  4. 前記感光性樹脂組成物が、UV吸収剤をさらに含む、請求項1から3のいずれかに記載のフォトスペーサー
  5. 前記主鎖に環構造を有する繰り返し単位が、一般式(1)〜(7)で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種である、請求項1から4のいずれかに記載のフォトスペーサー
    式(4)〜(7)中、R、R、R、R、RおよびRはそれぞれ独立して、水素原子または炭素数が1〜30の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基である。
  6. 請求項1から5のいずれかに記載のフォトスペーサーを含む、液晶ディスプレイ。
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