JP6912885B2 - 着色樹脂組成物、カラーフィルタ、表示装置、固体撮像素子、及び化合物 - Google Patents

着色樹脂組成物、カラーフィルタ、表示装置、固体撮像素子、及び化合物 Download PDF

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Description

本発明は、着色樹脂組成物に関する。
液晶表示装置、エレクトロルミネッセンス表示装置及びプラズマディスプレイ等の表示装置やCCDやCMOSセンサなどの固体撮像素子に使用されるカラーフィルタは、着色樹脂組成物から製造される。このような着色樹脂組成物としては、着色剤として部分臭素化亜鉛フタロシアニン顔料を含む組成物が知られている(特許文献1)。
特開2004−70342号公報
従来から知られる上記の着色樹脂組成物から形成されるカラーフィルタは、コントラストが十分に満足できるものではない場合があった。
本発明は、以下の発明を含む。
[1] 着色剤及び樹脂を含み、
前記着色剤が式(Ia)で表される化合物を含む着色樹脂組成物。
Figure 0006912885
[式(Ia)中、
1〜R4は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜20の芳香族炭化水素基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜19の芳香族複素環基を表す。
5〜R12は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜20の飽和炭化水素基、置換基を有していてもよい炭素数6〜20の芳香族炭化水素基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜19の芳香族複素環基を表す。R5とR6とは、R7とR8とは、R9とR10とは、及びR11とR12とは、それぞれ互いに結合して置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環を形成してもよい。
Mは、2価の金属原子、又は置換基を有する3価若しくは4価の金属原子を表す。]
[2] さらに重合性化合物及び重合開始剤を含む前記[1]に記載の着色樹脂組成物。
[3] 前記[1]又は[2]記載の着色樹脂組成物から形成されるカラーフィルタ。
[4] 前記[3]記載のカラーフィルタを含む表示装置。
[5] 前記[3]記載のカラーフィルタを含む固体撮像素子。
[6] 式(Ib’)で表される化合物。
Figure 0006912885
[式(Ib’)中、
環A1〜A4は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環を表す。ただし、環A1〜A4のうち少なくとも一つは、置換基を有する芳香族炭化水素環である。
1〜R4は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜20の芳香族炭化水素基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜19の芳香族複素環基を表す。
Mは、2価の金属原子、又は置換基を有する3価若しくは4価の金属原子を表す。]
本発明の着色樹脂組成物によれば、コントラストの高いカラーフィルタを製造できる。
本発明の着色樹脂組成物は、着色剤及び樹脂を含む。以下、着色剤を「着色剤(A)」という場合があり、樹脂を「樹脂(B)」という場合がある。
<着色剤(A)>
前記着色剤(A)は、式(Ia)で表される化合物を含む。以下、式(Ia)で表される化合物を「化合物(Ia)」という場合がある。
Figure 0006912885
[式(Ia)中、
1〜R4は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜20の芳香族炭化水素基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜19の芳香族複素環基を表す。
5〜R12は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜20の飽和炭化水素基、置換基を有していてもよい炭素数6〜20の芳香族炭化水素基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜19の芳香族複素環基を表す。R5とR6とは、R7とR8とは、R9とR10とは、及びR11とR12とは、それぞれ互いに結合して置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環を形成してもよい。
Mは、2価の金属原子、又は置換基を有する3価若しくは4価の金属原子を表す。]
1〜R4及びR5〜R12で表される芳香族炭化水素基の炭素数は、好ましくは6〜15であり、より好ましくは6〜12である。該芳香族炭化水素基としては、フェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、キシリル基、4−n−ブチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ビフェニル基、ターフェニル基等が挙げられ、好ましくは、フェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、4−n−ブチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基であり、特に好ましくは4−n−ブチルフェニル基、フェニル基である。
1〜R4及びR5〜R12で表される前記芳香族炭化水素基は、1又は2以上の置換基を有していてもよい。該置換基としては、フッ素原子、塩素原子、ヨウ素原子、臭素原子等のハロゲン原子;クロロメチル基、トリフルオロメチル基等の炭素数1〜6のハロアルキル基;メトキシ基、エトキシ基等の炭素数1〜6のアルコキシ基;ヒドロキシ基;メタンスルホニル基等の炭素数1〜6のアルカンスルホニル基;メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等の炭素数1〜6のアルコキシカルボニル基等が挙げられる。置換基を有する芳香族炭化水素基としては、例えば、2−フルオロフェニル基、2−クロロフェニル基、2−ブロモフェニル基、2−ヨードフェニル基、3−フルオロフェニル基、3−クロロフェニル基、3−ブロモフェニル基、3−ヨードフェニル基、4−フルオロフェニル基、4−クロロフェニル基、4−ブロモフェニル基、4−ヨードフェニル基、2,3−ジクロロフェニル基、2,4−ジクロロフェニル基、2,5−ジクロロフェニル基、2,6−ジクロロフェニル基、3,5−ジクロロフェニル基、2,6−ジフルオロフェニル基、1,3,5−トリクロロフェニル基、2,3,4,5−テトラクロロフェニル基、4−クロロメチルフェニル基、2−トリフルオロメチル基、2−メトキシフェニル基、3−メトキシフェニル基、4−メトキシフェニル基、2−ヒドロキシフェニル基、3−ヒドロキシフェニル基、4−ヒドロキシフェニル基、4−スルファモイルフェニル基、2−メタンスルホニルフェニル基などが挙げられ、好ましくは2−メトキシフェニル基、3−メトキシフェニル基、4−メトキシフェニル基である。
1〜R4及びR5〜R12で表される芳香族複素環基の炭素数は、好ましくは3〜12であり、より好ましくは3〜8である。該芳香族複素環基としては、チオフェニル基、メチルチオフェニル基、フリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、チアゾリル基、イソチアゾリル基、ピリジニル基、インドリル基、イソインドリル基、インダゾリル基などが挙げられる。
1〜R4及びR5〜R12で表される前記芳香族複素環基は、1又は2以上の置換基を有していてもよい。該置換基としては、フッ素原子、塩素原子、ヨウ素原子、臭素原子等のハロゲン原子;クロロメチル基、トリフルオロメチル基等の炭素数1〜6のハロアルキル基;メトキシ基、エトキシ基等の炭素数1〜6のアルコキシ基;ヒドロキシ基;メタンスルホニル基等の炭素数1〜6のアルカンスルホニル基;メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等の炭素数1〜6のアルコキシカルボニル基等が挙げられる。置換基を有する芳香族複素環基としては、チエニル基、フリル基、ピロリル基、チアゾリル基、オキサゾリル基などが挙げられる。
5〜R12で表される飽和炭化水素基は、直鎖状、分岐鎖状及び環状の何れであってもよい。直鎖状又は分岐鎖状の飽和炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ドデシル基、n−ヘキサデシル基、n−イコシル基等の直鎖状アルキル基;イソプロピル基、イソブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、2−エチルヘキシル基等の分岐鎖状アルキル基等;シクロヘキシル基等のシクロアルキル基等が挙げられる。該飽和炭化水素基の炭素数は、好ましくは1〜10であり、より好ましくは1〜8であり、更に好ましくは1〜6である。
5〜R12で表される前記飽和炭化水素基は、1又は2以上の置換基を有していてもよい。該置換基としては、フッ素原子、塩素原子、ヨウ素原子、臭素原子等のハロゲン原子;メトキシ基、エトキシ基等の炭素数1〜6のアルコキシ基;ヒドロキシ基;シアノ基;アセチル基等のアシル基;メタンスルホニル基等の炭素数1〜6のアルカンスルホニル基;メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等の炭素数1〜6のアルコキシカルボニル基等が挙げられる。置換基を有する飽和炭化水素基としては、クロロメチル基、トリフルオロメチル基、ヒドロキシエチル基、エトキシエチル基、シアノプロピル基、アセチルプロピル基などが挙げられる。
5〜R12で表されるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられ、好ましくは臭素原子である。
5とR6とは、R7とR8とは、R9とR10とは、又はR11とR12とは、それぞれ互いに結合して芳香族炭化水素環を形成してもよい。この芳香族炭化水素環としては、ベンゼンが挙げられる。このベンゼンに、さらに炭素数6〜20の芳香族炭化水素環が縮環又は結合した構造も、該芳香族炭化水素環に含まれる。ベンゼンに芳香族炭化水素環が縮環又は結合した構造としては、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ビフェニル、ターフェニルなどが挙げられる。また芳香族炭化水素環に炭素数1〜20の飽和炭化水素基が結合した構造も、芳香族炭化水素環に含まれるものとする。芳香族炭化水素環として、好ましくはベンゼンである。
5とR6とが、R7とR8とが、R9とR10とが、又はR11とR12とが形成する芳香族炭化水素環は、1又は2以上の置換基を有していてもよい。該置換基としては、フッ素原子、塩素原子、ヨウ素原子、臭素原子等のハロゲン原子;クロロメチル基、トリフルオロメチル基等の炭素数1〜6のハロアルキル基;メトキシ基、エトキシ基等の炭素数1〜6のアルコキシ基;ヒドロキシ基;メタンスルホニル基等の炭素数1〜6のアルカンスルホニル基;アセチル基等の炭素数2〜6のアシル基;ヒドロキシカルボニル基;メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等の炭素数1〜6のアルコキシカルボニル基等が挙げられる。置換基を有する芳香族炭化水素環としては、例えば、モノフルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン、トリフルオロベンゼン、テトラフルオロベンゼン、モノクロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、テトラクロロベンゼン、モノブロモベンゼン、ジブロモベンゼン、トリブロモベンゼン、テトラブロモベンゼン、メトキシベンゼン、エトキシベンゼン、ヒドロキシベンゼン、メタンスルホニルベンゼン、アセチルベンゼン、ヒドロキシカルボニルベンゼン、メトキシカルボニルベンゼン、エトキシカルボニルベンゼンなどが挙げられ、好ましくはアセチルベンゼン、ヒドロキシカルボニルベンゼン、エトキシカルボニルベンゼン、モノフルオロベンゼン、モノクロロベンゼン、モノブロモベンゼン、ジフルオロベンゼン、ジクロロベンゼン、ジブロモベンゼンであり、特に好ましくはモノクロロベンゼンである。
上記Mで表される2価〜4価の金属原子としては、IUPAC1990年規則による長周期型周期表において、第2族〜第15族に分類される金属原子が挙げられる。これらの中でも、金属元素としては、Mg、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Hg、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi等が好ましく、Ti、Zr、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Hg、Al、Ga、Si、Ge、Sn等がより好ましく、Ni、Zn、Hgがより一層好ましく、Znが最も好ましい。
前記金属原子のうち3価又は4価の金属原子は、置換基を有している。置換基を有する3価又は4価の金属原子は、2つの窒素原子と2つのN−M結合を形成することで原子価を2つ使用し、残りの原子価で置換基と結合していることが好ましい。3価又は4価の金属原子が有する置換基としては、塩素原子などのハロゲン原子;オキソ基;ヒドロキシ基;アセチルオキシ基などのアシルオキシ基;メタンスルホニルオキシ基などのアルカンスルホニルオキシ基等が挙げられる。
ハロゲン原子を有する3価又は4価の金属原子としては、AlCl、SiCl2、VCl、VCl2、VOCl、FeCl、GaCl、ZrCl等が挙げられる。
オキソ基を有する3価又は4価の金属原子としては、VO、GeO等が挙げられる。
ヒドロキシ基を有する3価又は4価の金属原子としては、Si(OH)2、Cr(OH)2、Sn(OH)2等が挙げられる。
化合物(Ia)は、R5〜R12の少なくとも一つが炭素数6〜20の芳香族炭化水素基若しくは炭素数3〜19の芳香族複素環基であるか、又はR5とR6、R7とR8、R9とR10、若しくはR11とR12が互いに結合して芳香族炭化水素環を形成しているのが好ましく、式(Ib)で表される化合物であるのがさらに好ましい。以下、式(Ib)で表される化合物を「化合物(Ib)」という場合がある。
Figure 0006912885
[式(Ib)中、
環A1〜A4は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環を表す。
1〜R4及びMは、前記と同じである。]
なおA1〜A4で表される芳香族炭化水素環の少なくとも一つが、置換基を有する芳香族炭化水素環であってもよい。化合物(Ib)において、A1〜A4で表される芳香族炭化水素環の少なくとも一つが、置換基を有する芳香族炭化水素環である化合物を「化合物(Ib’)」という場合がある。
1〜A4で表される芳香族炭化水素環としては、ベンゼンが挙げられる。このベンゼンに、さらに炭素数6〜20の芳香族炭化水素環が縮環又は結合した構造も、前記芳香族炭化水素環に含まれる。ベンゼンに芳香族炭化水素環が縮環又は結合した構造としては、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ビフェニル、ターフェニルなどが挙げられる。また芳香族炭化水素環に炭素数1〜20の飽和炭化水素基が結合した構造も、芳香族炭化水素環に含まれるものとする。芳香族炭化水素環として、好ましくはベンゼンである。
1〜A4で表される前記芳香族炭化水素環は、1又は2以上の置換基を有していてもよい。該置換基としては、炭素数1〜20の飽和炭化水素基;炭素数6〜20の芳香族炭化水素基;フッ素原子、塩素原子、ヨウ素原子、臭素原子等のハロゲン原子;クロロメチル基、トリフルオロメチル基等の炭素数1〜6のハロアルキル基;メトキシ基、エトキシ基等の炭素数1〜6のアルコキシ基;ヒドロキシ基;メタンスルホニル基等の炭素数1〜6のアルカンスルホニル基;アセチル基等の炭素数2〜6のアシル基;ヒドロキシカルボンル基;メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等の炭素数1〜6のアルコキシカルボニル基等が挙げられる。置換基を有する芳香族炭化水素環としては、例えば、モノフルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン、トリフルオロベンゼン、テトラフルオロベンゼン、モノクロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、テトラクロロベンゼン、モノブロモベンゼン、ジブロモベンゼン、トリブロモベンゼン、テトラブロモベンゼン、メトキシベンゼン、エトキシベンゼン、ヒドロキシベンゼン、メタンスルホニルベンゼン、アセチルベンゼン、ヒドロキシカルボニルベンゼン、メトキシカルボニルベンゼン、エトキシカルボニルベンゼンなどが挙げられ、好ましくはアセチルベンゼン、ヒドロキシカルボニルベンゼン、エトキシカルボニルベンゼン、モノフルオロベンゼン、モノクロロベンゼン、モノブロモベンゼン、ジフルオロベンゼン、ジクロロベンゼン、ジブロモベンゼンであり、特に好ましくはモノクロロベンゼンである。
化合物(Ib)としては、式(Ic)で表される化合物が好ましい。以下、式(Ic)で表される化合物を「化合物(Ic)」という場合がある。
Figure 0006912885
[式(Ic)中、
21〜R36は、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜20の飽和炭化水素基、置換基を有していてもよい炭素数6〜20の芳香族炭化水素基、ハロゲン原子、炭素数1〜6のハロアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のアルカンスルホニル基、炭素数2〜6のアシル基、ヒドロキシカルボニル基、又は炭素数1〜6のアルコキシカルボニル基を表す。
1〜R4及びMは、前記と同じである。]
なおR21〜R36のうち少なくとも一つが、置換基を有していてもよい炭素数1〜20の飽和炭化水素基、置換基を有していてもよい炭素数6〜20の芳香族炭化水素基、ハロゲン原子、炭素数1〜6のハロアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のアルカンスルホニル基、炭素数2〜6のアシル基、ヒドロキシカルボニル基、又は炭素数1〜6のアルコキシカルボニル基であってもよい。
21〜R36で表される置換基を有していてもよい飽和炭化水素基は、R5〜R12で表される置換基を有していてもよい飽和炭化水素基と同様である。
21〜R36で表される置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基は、R1〜R4及びR5〜R12で表される置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基と同様である。
21〜R36で表されるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、ヨウ素原子、臭素原子などが挙げられ、ハロアルキル基としては、クロロメチル基、トリフルオロメチル基等が挙げられ、アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基等が挙げられ、アルカンスルホニル基としては、メタンスルホニル基等が挙げられ、アルコキシカルボニル基としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等が挙げられる。
化合物(Ic)としては、R21〜R36で表される基のうち、1〜8個が塩素原子又は臭素原子であり、残りが水素原子であるもの、及び、R21〜R36で表される基のいずれもが水素原子であるものが好ましい。より好ましくは、式(I−1)〜(I−23)で表される化合物が挙げられ、特に好ましくは、式(I−1)〜(I−6)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0006912885
Figure 0006912885
Figure 0006912885
Figure 0006912885
化合物(Ia)は、例えば、式(II)で表される化合物を式(III)で表される化合物と反応させ、次いでホルムアミドと反応させて式(IV)で表される化合物を合成し、この式(IV)で表される化合物を式(V)で表される化合物と反応させることによって製造できる。
Figure 0006912885
[式中、R1〜R12及びMは、前記に同じである。Xはハロゲン原子を表す。Zn-は、n価のアニオンを表し、a、bは自然数を表す。ただし、a×nとb×2は等しい。]
化合物(Ia)の含有率は、着色剤(A)の総量中、例えば、1〜100質量%であり、好ましくは50〜100質量%であり、より好ましくは80〜100質量%であり、最も好ましくは90〜100質量%である。
着色剤(A)は、化合物(Ia)以外の着色剤として、染料又は顔料を含んでいてもよい。染料としては、溶剤染料、酸性染料、直接染料、媒染染料等が挙げられ、例えば、カラーインデックス(The Society of Dyers and Colourists出版)でピグメント以外で色相を有するものに分類されている化合物や、染色ノート(色染社)に記載されている公知の染料が挙げられる。顔料としても、特に限定されず公知の顔料を使用することができ、例えば、カラーインデックス(The Society of Dyers and Colourists出版)でピグメントに分類されている顔料が挙げられる。
例えば、
C.I.ピグメントイエロー1(以下、C.I.ピグメントイエローの記載を省略し、番号のみの記載とする。)、3、12、13、14、15、16、17、20、24、31、53、83、86、93、94、109、110、117、125、128、137、138、139、147、148、150、153、154、166、173、194、214などの黄色顔料;
C.I.ピグメントオレンジ13、31、36、38、40、42、43、51、55、59、61、64、65、71、73などのオレンジ色顔料;
C.I.ピグメントレッド9、97、105、122、123、144、149、166、168、175、176、177、180、192、209、215、216、224、242、254、255、264、265などの赤色顔料;
C.I.ピグメントブルー15、15:3、15:4、15:6、60、80などの青色顔料;
C.I.ピグメントバイオレット1、19、23、29、32、36、38などのバイオレット色顔料;
C.I.ピグメントグリーン7、36、58などの緑色顔料;等が挙げられる。
使用可能な染料としてはC.I.ソルベントイエロー4、14、15、23、24、38、62、63、68、82、94、98、99、162;
C.I.ソルベントレッド45、49、125、130;
C.I.ソルベントオレンジ2、7、11、15、26、56;
C.I.ソルベントブルー4、5、37、67、70、90;
C.I.ソルベントグリーン1、4、5、7、34、35等のC.I.ソルベント染料、
C.I.アシッドイエロー1、3、7、9、11、17、23、25、29、34、36、38、40、42、54、65、72、73、76、79、98、99、111、112、113、114、116、119、123、128、134、135、138、139、140、144、150、155、157、160、161、163、168、169、172、177、178、179、184、190、193、196、197、199、202、203、204、205、207、212、214、220、221、228、230、232、235、238、240、242、243、251;
C.I.アシッドレッド1、4、8、14、17、18、26、27、29、31、34、35、37、42、44、50、57、66、73、88、91、97、103、111、114、129、133、134、138、143、145、150、151、158、176、182、183、195、198、206、211、215、216、217、227、228、249、252、257、258、260、261、266、268、270、274、277、280、281、308、312、315、316、339、341、345、346、349、382、383、394、401、412、417、418、422、426;
C.I.アシッドオレンジ6、7、8、10、12、26、50、51、52、56、62、63、64、74、75、94、95、107、108、169、173;
C.I.アシッドバイオレット6B、7、17、19;
C.I.アシッドブルー1、7、9、15、18、22、29、42、59、60、62、70、72、74、82、83、86、87、90、92、93、100、102、103、104、113、117、120、126、130、131、142、147、151、154、158、161、166、167、168、170、171、184、187、192、199、210、229、234、236、242、243、256、259、267、285、296、315、335;
C.I.アシッドグリーン1、3、5、9、16、50、58、63、65、80、104、105、106、109等のC.I.アシッド染料、
C.I.ダイレクトイエロー2、33、34、35、38、39、43、47、50、54、58、68、69、70、71、86、93、94、95、98、102、108、109、129、136、138、141;
C.I.ダイレクトレッド79、82、83、84、91、92、96、97、98、99、105、106、107、172、173、176、177、179、181、182、184、204、207、211、213、218、220、221、222、232、233、234、241、243、246、250;
C.I.ダイレクトオレンジ26、34、39、41、46、50、52、56、57、61、64、65、68、70、96、97、106、107;
C.I.ダイレクトバイオレット47、52、54、59、60、65、66、79、80、81、82、84、89、90、93、95、96、103、104;
C.I.ダイレクトブルー1、2、6、8、15、22、25、41、57、71、76、78、80、81、84、85、86、90、93、94、95、97、98、99、100、101、106、107、108、109、113、114、115、117、119、120、137、149、150、153、155、156、158、159、160、161、162、163、164、165、166、167、168、170、171、172、173、188、189、190、192、193、194、195、196、198、199、200、201、202、203、207、209、210、212、213、214、222、225、226、228、229、236、237、238、242、243、244、245、246、247、248、249、250、251、252、256、257、259、260、268、274、275、293;
C.I.ダイレクトグリーン25、27、31、32、34、37、63、65、66、67、68、69、72、77、79、82等のC.I.ダイレクト染料、
C.I.ディスパースイエロー54,76等のC.I.ディスパース染料、
C.I.ベーシックブルー1、3、5、7、9、19、24、25、26、28、29、40、41、54、58、59、64、65、66、67、68;
C.I.ベーシックグリーン1;等のC.I.ベーシック染料、
C.I.リアクティブイエロー2,76,116;
C.I.リアクティブオレンジ16;等のC.I.リアクティブ染料、
C.I.モーダントイエロー5、8、10、16、20、26、30、31、33、42、43、45、56、61、62、65;
C.I.モーダントレッド1、2、4、9、12、14、17、18、19、22、23、24、25、26、30、32、33、36、37、38、39、41、43、45、46、48、53、56、63、71、74、85、86、88、90、94、95; C.I.モーダントオレンジ3、4、5、8、12、13、14、20、21、23、24、28、29、32、34、35、36、37、42、43、47、48;
C.I.モーダントバイオレット1、2、4、5、7、14、22、24、30、31、32、37、40、41、44、45、47、48、53、58;
C.I.モーダントブルー1、2、3、7、9、12、13、15、16、19、20、21、22、26、30、31、39、40、41、43、44、49、53、61、74、77、83、84;
C.I.モーダントグリーン1、3、4、5、10、15、26、29、33、34、35、41、43、53等のC.I.モーダント染料、
C.I.バットグリーン1等のC.I.バット染料、等が挙げられる。
着色剤(A)の含有量は、樹脂(B)100質量部に対して、0.1〜100質量部であることが好ましく、1〜50質量部であることがより好ましく、5〜30質量部であることがさらに好ましい。
<樹脂(B)>
樹脂(B)は、特に限定されないが、アルカリ可溶性樹脂であることが好ましく、不飽和カルボン酸及び不飽和カルボン酸無水物からなる群から選ばれる少なくとも1種(a)(以下「(a)」という場合がある)に由来する構造単位を有する樹脂がより好ましい。樹脂(B)は、さらに、炭素数2〜4の環状エーテル構造とエチレン性不飽和結合とを有する単量体(b)(以下「(b)」という場合がある)に由来する構造単位、(a)と共重合可能な単量体(c)(ただし、(a)及び(b)とは異なる。)(以下「(c)」という場合がある)に由来する構造単位、並びに、側鎖にエチレン性不飽和結合を有する構造単位からなる群から選ばれる少なくとも一種の構造単位を有することが好ましい。
(a)としては、具体的には、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、イタコン酸無水物、3,4,5,6−テトラヒドロフタル酸無水物、こはく酸モノ〔2−(メタ)アクリロイルオキシエチル〕等が挙げられ、好ましくは、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸である。
(b)は、炭素数2〜4の環状エーテル構造(例えば、オキシラン環、オキセタン環及びテトラヒドロフラン環からなる群から選ばれる少なくとも1種)と(メタ)アクリロイルオキシ基とを有する単量体が好ましい。
尚、本明細書において、「(メタ)アクリル酸」とは、アクリル酸及びメタクリル酸よりなる群から選ばれる少なくとも1種を表す。「(メタ)アクリロイル」及び「(メタ)アクリレート」等の表記も、同様の意味を有する。
(b)としては、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、ビニルベンジルグリシジルエーテル、3,4−エポキシトリシクロ[5.2.1.02,6]デシル(メタ)アクリレート、3−エチル−3−(メタ)アクリロイルオキシメチルオキセタン、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート等が挙げられ、好ましくは、グリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシトリシクロ[5.2.1.02,6]デシル(メタ)アクリレート、3−エチル−3−(メタ)アクリロイルオキシメチルオキセタンである。
(c)としては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、2−メチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル(メタ)アクリレート、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、N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−ベンジルマレイミド、スチレン、ビニルトルエン等が挙げられ、スチレン、ビニルトルエン、N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−ベンジルマレイミド等が好ましい。
側鎖にエチレン性不飽和結合を有する構造単位を有する樹脂は、(a)と(c)との共重合体に(b)を付加させるか、(b)と(c)との共重合体に(a)を付加させることにより製造することができる。該樹脂は、(b)と(c)との共重合体に(a)を付加させさらにカルボン酸無水物を反応させた樹脂であってもよい。
樹脂(B)のポリスチレン換算の重量平均分子量は、好ましくは3,000〜100,000であり、より好ましくは5,000〜50,000であり、さらに好ましくは5,000〜30,000である。
樹脂(B)の分散度[重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)]は、好ましくは1.1〜6であり、より好ましくは1.2〜4である。
樹脂(B)の酸価は、固形分換算で、好ましくは50〜170mg−KOH/gであり、より好ましくは60〜150mg−KOH/g、さらに好ましくは70〜135mg−KOH/gである。ここで酸価は樹脂(B)1gを中和するに必要な水酸化カリウムの量(mg)として測定される値であり、例えば水酸化カリウム水溶液を用いて滴定することにより求めることができる。
樹脂(B)の含有率は、固形分の総量に対して、好ましくは7〜65質量%であり、より好ましくは13〜60質量%であり、さらに好ましくは17〜55質量%である。
ここで、本明細書における「固形分の総量」とは、着色樹脂組成物の総量から溶剤の含有量を除いた量のことをいう。固形分の総量及びこれに対する各成分の含有量は、例えば、液体クロマトグラフィー又はガスクロマトグラフィーなどの公知の分析手段で測定することができる。
本発明の着色樹脂組成物は、重合性化合物及び/又は重合開始剤を含んでいてもよい。以下、重合性化合物及び重合開始剤を含む着色樹脂組成物を「着色硬化性樹脂組成物」という場合がある。また以下、重合性化合物を「重合性化合物(C)」という場合があり、重合開始剤を「重合開始剤(D)」という場合がある。
<重合性化合物(C)>
重合性化合物(C)は、重合開始剤(D)から発生した活性ラジカル及び/又は酸によって重合しうる化合物であり、例えば、重合性のエチレン性不飽和結合を有する化合物等が挙げられ、好ましくは(メタ)アクリル酸エステル化合物である。
中でも、重合性化合物(C)は、エチレン性不飽和結合を3つ以上有する重合性化合物であることが好ましい。このような重合性化合物としては、例えば、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)アクリレート等が挙げられる。
重合性化合物(C)の重量平均分子量は、好ましくは150以上2,900以下、より好ましくは250以上1,500以下である。
重合性化合物(C)を含む場合、重合性化合物(C)の含有率は、固形分の総量に対して、7〜65質量%であることが好ましく、より好ましくは13〜60質量%であり、さらに好ましくは17〜55質量%である。
<重合開始剤(D)>
重合開始剤(D)は、光や熱の作用により活性ラジカル、酸等を発生し、重合を開始しうる化合物であれば特に限定されることなく、公知の重合開始剤を用いることができる。活性ラジカルを発生する重合開始剤としては、例えば、N−ベンゾイルオキシ−1−(4−フェニルスルファニルフェニル)ブタン−1−オン−2−イミン、N−ベンゾイルオキシ−1−(4−フェニルスルファニルフェニル)オクタン−1−オン−2−イミン、N−ベンゾイルオキシ−1−(4−フェニルスルファニルフェニル)−3−シクロペンチルプロパン−1−オン−2−イミン、2−メチル−2−モルホリノ−1−(4−メチルスルファニルフェニル)プロパン−1−オン、2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−2−ベンジルブタン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−ピペロニル−1,3,5−トリアジン、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾール等が挙げられる。
重合開始剤(D)を含む場合、重合開始剤(D)の含有量は、樹脂(B)及び重合性化合物(C)の合計量100質量部に対して、好ましくは0.1〜30質量部であり、より好ましくは1〜20質量部である。重合開始剤(D)の含有量が、前記の範囲内にあると、高感度化して露光時間が短縮される傾向があるためカラーフィルタの生産性が向上する。
本発明の着色樹脂組成物は、重合開始助剤を含んでいてもよい。以下、重合開始助剤を「重合開始助剤(D1)」という場合がある。
<重合開始助剤(D1)>
重合開始助剤(D1)は、重合開始剤によって重合が開始された重合性化合物の重合を促進するために用いられる化合物、もしくは増感剤である。重合開始助剤(D1)を含む場合、通常、重合開始剤(D)と組み合わせて用いられる。
重合開始助剤(D1)としては、4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン(通称ミヒラーズケトン)、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、9,10−ジメトキシアントラセン、2,4−ジエチルチオキサントン、N−フェニルグリシン等が挙げられる。
これらの重合開始助剤(D1)を用いる場合、その含有量は、樹脂(B)及び重合性化合物(C)の合計量100質量部に対して、好ましくは0.1〜30質量部、より好ましくは1〜20質量部である。重合開始助剤(D1)の量がこの範囲内にあると、さらに高感度で着色パターンを形成することができ、カラーフィルタの生産性が向上する傾向にある。
本発明の着色樹脂組成物は、溶剤を含むことが好ましい。以下、溶剤を「溶剤(E)」という場合がある。
<溶剤(E)>
溶剤(E)は、特に限定されず、当該分野で通常使用される溶剤を用いることができる。例えば、エステル溶剤(分子内に−COO−を含み、−O−を含まない溶剤)、エーテル溶剤(分子内に−O−を含み、−COO−を含まない溶剤)、エーテルエステル溶剤(分子内に−COO−と−O−とを含む溶剤)、ケトン溶剤(分子内に−CO−を含み、−COO−を含まない溶剤)、アルコール溶剤(分子内にOHを含み、−O−、−CO−及び−COO−を含まない溶剤)、芳香族炭化水素溶剤、アミド溶剤、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。
溶剤としては、乳酸エチル、乳酸ブチル、2−ヒドロキシイソブタン酸メチル、酢酸n−ブチル、酪酸エチル、酪酸ブチル、ピルビン酸エチル、アセト酢酸メチル、シクロヘキサノールアセテート及びγ−ブチロラクトン等のエステル溶剤(分子内に−COO−を含み、−O−を含まない溶剤);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、プロピレングリコールモノメチルエーテル、3−メトキシ−1−ブタノール、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溶剤(分子内に−O−を含み、−COO−を含まない溶剤);3−メ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、3−メトキシブチルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエーテルエステル溶剤(分子内に−COO−と−O−とを含む溶剤);4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン、ヘプタノン、4−メチル−2−ペンタノン、シクロヘキサノン等のケトン溶剤(分子内に−CO−を含み、−COO−を含まない溶剤);ブタノール、シクロヘキサノール、プロピレングリコール等のアルコール溶剤(分子内にOHを含み、−O−、−CO−及び−COO−を含まない溶剤);N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド及びN−メチルピロリドン等のアミド溶剤などが挙げられる。
溶剤としては、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、乳酸エチル、N−メチルピロリドン及び3−エトキシプロピオン酸エチルがより好ましい。
溶剤(E)を含む場合、溶剤(E)の含有率は、本発明の着色樹脂組成物の総量に対して、好ましくは70〜95質量%であり、より好ましくは75〜92質量%である。言い換えると、着色樹脂組成物の固形分の総量は、好ましくは5〜30質量%、より好ましくは8〜25質量%である。溶剤(E)の含有量が前記の範囲内にあると、塗布時の平坦性が良好になり、またカラーフィルタを形成した際に色濃度が不足しないために表示特性が良好となる傾向がある。
<その他の成分>
本発明の着色脂組成物は、必要に応じて、レベリング剤、充填剤、他の高分子化合物、密着促進剤、酸化防止剤、光安定剤、連鎖移動剤等、当該技術分野で公知の添加剤を含んでもよい。
<着色樹脂組成物の製造方法>
本発明の着色樹脂組成物は、着色剤(A)、樹脂(B)、並びに必要に応じて用いられる重合性化合物(C)、重合開始剤(D)、溶剤(E)及びその他の成分を混合することにより調製できる。
<カラーフィルタの製造方法>
本発明の着色樹脂組成物から着色パターンを製造する方法としては、フォトリソグラフ法、インクジェット法、印刷法等が挙げられる。中でも、フォトリソグラフ法が好ましい。
本発明の着色樹脂組成物によれば、コントラストの高いカラーフィルタを作製することができる。該カラーフィルタは、液晶表示装置、有機EL装置、電子ペーパー等の表示装置、及び固体撮像素子に用いられるカラーフィルタとして有用である。
以下、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。例中、含有量ないし使用量を表す%および部は、特に断らない限り質量基準である。
以下において、化合物の構造は質量分析(LC;Agilent製1200型、MAS;Agilent製LC/MSD型)で確認した。
(合成例1)
フタロニトリル(東京化成(株)製)5.0部を脱水ジエチルエーテル(関東化学(株)製)40部に溶解させ−20℃に冷却し、フェニルマグネシウムブロミドの1Mテトラヒドロフラン溶液(関東化学(株)製)42.6部を滴下した。滴下後室温に昇温し、3時間撹拌した。得られた反応液を濃縮後、あらかじめ硫酸マグネシウムを加えて脱水させたホルムアミド(東京化成(株)製)280部を加え、140℃で3時間撹拌した。反応終了後室温まで冷却し析出した固体をろ過した。得られたろ過物をメタノール/水混合液700部で洗浄後1晩60℃で減圧乾燥し、(式IV−1)で表される化合物を1.7部得た。収率は22%であった。
Figure 0006912885
同定:(質量分析)イオン化モード=ESI+:m/z=[M+H]+398.5
Exact Mass:397.2
(合成例2)
次いで、式(IV−1)で表される化合物0.5部、酢酸亜鉛(和光純薬工業(株)製)0.3部、ジイソプロピルエチルアミン(東京化成(株)製)0.325部、1−ブタノール(和光純薬工業(株)製)10部を加え、110℃で6時間加熱還流を行った。反応終了後室温に冷却し、析出した固体をろ過した。得られた固体をクロロホルム50部で加熱しながら洗浄後1晩60℃減圧乾燥し、式(I−1)で表される化合物を0.4部得た。収率は76%であった。
Figure 0006912885
同定:(質量分析)イオン化モード=ESI+:m/z=[M+H]+857.0
Exact Mass:856.23
(合成例3)
3−クロロフタロニトリル(和光純薬工業(株)製)2.0部を脱水ジエチルエーテル(関東化学(株)製)28部に溶解させ−20℃に冷却し、フェニルマグネシウムブロミドの1Mテトラヒドロフラン溶液(関東化学(株)製)13.2部を滴下した。滴下後室温に昇温し、3時間撹拌した。得られた反応液を濃縮後、あらかじめ硫酸マグネシウムを加えて脱水させたホルムアミド(東京化成(株)製)75部を加え、140℃で30分撹拌した。反応終了後室温まで冷却し析出した固体をろ過した。得られたろ過物をメタノール/水混合液375部で洗浄後1晩60℃減圧乾燥し、(式IV−2)で表される化合物を1.2部得た。収率は43%であった。
Figure 0006912885
同定:(質量分析)イオン化モード=ESI+:m/z=[M+H]+466.5
Exact Mass: 465.1
(合成例4)
次いで、式(IV−2)で表される化合物4.0部、酢酸亜鉛(和光純薬工業(株)製)1.8部、ジイソプロピルエチルアミン(東京化成(株)製)、2.0部、1−ブタノール(和光純薬工業(株)製)120部を加え、110℃で3時間加熱還流行った。反応終了後室温に冷却し、析出した固体をろ過した。得られた固体をクロロホルム、テトラヒドロフランにより加熱洗浄後1晩60℃減圧乾燥し、式(I−4)で表される化合物を2.2部得た。収率は55%であった。
Figure 0006912885
同定:(質量分析)イオン化モード=ESI+:m/z=[M+H]+994.8
Exact Mass:992.07
(合成例5)
還流冷却器、滴下ロート及び攪拌機を備えたフラスコ内に窒素を適量流し窒素雰囲気に置換し、1−メトキシ−2−プロピルアセテート371部を入れ、攪拌しながら85℃まで加熱した。次いで、該フラスコ内に、アクリル酸54部、3,4−エポキシトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルアクリレート及び3,4−エポキシトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−9−イルアクリレートの混合物(商品名「E−DCPA」、株式会社ダイセル製)225部、ビニルトルエン(異性体混合物)81部、1−メトキシ−2−プロピルアセテート80部の混合溶液を4時間かけて滴下した。一方、重合開始剤2,2−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)30部を1−メトキシ−2−プロピルアセテート160部に溶解した溶液を5時間かけて滴下した。開始剤溶液の滴下終了後、4時間同温度で保持した後、室温まで冷却して、B型粘度(23℃)で測定した粘度は246mPasであった。樹脂(B−1)溶液の固形分は37.5%、固形分換算の酸価は115mg−KOH/gであった。生成した共重合体の重量平均分子量Mwは10600、分散度[Mw/Mn]は2.01であった。樹脂(B−1)は、以下の構造単位を有する。
Figure 0006912885
樹脂のポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)の測定は、GPC法により以下の条件で行った。
装置 ;HLC−8120GPC(東ソー(株)製)
カラム ;TSK−GELG2000HXL
カラム温度 ;40℃
溶媒 ;THF
流速 ;1.0mL/min
被検液固形分濃度;0.001〜0.01質量%
注入量 ;50μL
検出器 ;RI
校正用標準物質 ;TSK STANDARD POLYSTYRENE
F−40、F−4、F−288、A−2500、A−500
(東ソー(株)製)
上記で得られたポリスチレン換算の重量平均分子量及び数平均分子量の比(Mw/Mn)を分散度とした。
[実施例1〜2、比較例1]
[着色樹脂組成物の調製]
表1中に示す部数で各成分を混合して着色樹脂組成物を得た。
Figure 0006912885
[着色パターンの作製]
5cm角のガラス基板(イーグル2000;コーニング社製)上に、着色樹脂組成物をスピンコート法で塗布したのち、100℃で3分間プリベークして着色組成物層を得た。放冷後、着色組成物層が形成された基板と石英ガラス製フォトマスクとの間隔を100μmとして、露光機(TME−150RSK;トプコン(株)製)を用いて、大気雰囲気下、150mJ/cm2の露光量(365nm基準)で光照射した。フォトマスクとしては、100μmラインアンドスペースパターンが形成されたものを使用した。光照射後の着色組成物層を、非イオン系界面活性剤0.12%と水酸化カリウム0.04%を含む水系現像液に24℃で60秒間浸漬現像し、水洗後、オーブン中、150℃で20分間ポストベークを行い、着色パターンを得た。
実施例1及び2の着色樹脂組成物から得られた着色パターンを光学顕微鏡で観察したところ、100μmラインアンドスペースを解像していることが確認された。
[膜厚測定]
得られた着色パターンの膜厚は、膜厚測定装置(DEKTAK(登録商標)3;日本真空技術(株)製)を用いて測定した。結果を表2に示す。
[着色塗膜の作製]
5cm角のガラス基板(イーグル2000;コーニング社製)上に、着色樹脂組成物を、ポストベーク後の膜厚が上記着色パターンと同じ膜厚になるようにスピンコート法で塗布したのち、100℃で3分間プリベークした。放冷後、露光機(TME−150RSK;トプコン(株)製)を用いて、大気雰囲気下、150mJ/cm2の露光量(365nm基準)で光照射した。光照射後、オーブン中、150℃で20分間ポストベークを行い、着色塗膜を得た。
[コントラスト評価]
得られた着色塗膜について、コントラスト計(CT−1;壺坂電機(株)製、色彩色差計BM−5A;トプコン社製、光源;F−10、偏光フィルム;壺坂電機(株)製)を用いてコントラストを測定した。尚、測定時のブランク値は30000である。結果を表2に示す。
Figure 0006912885
実施例の着色樹脂組成物によれば、得られた着色塗膜は、コントラストが高いことが確認された。このことから、本発明の着色樹脂組成物から得られる着色塗膜や着色パターンは、カラーフィルタとして有用であり、該カラーフィルタを含む表示装置は表示特性に優れ、該カラーフィルタを含む固体撮像素子は撮像特性に優れることがわかる。
本発明の着色硬化性樹脂組成物によれば、コントラストが高いカラーフィルタを形成することができる。

Claims (5)

  1. 着色剤樹脂、重合性化合物及び重合開始剤を含み、
    前記着色剤が式(Ia)で表される化合物を含むことを特徴とする、カラーフィルタに使用するための着色樹脂組成物。
    Figure 0006912885
    [式(Ia)中、
    1〜R4は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜20の芳香族炭化水素基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜19の芳香族複素環基を表す。
    5〜R12は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜20の飽和炭化水素基、置換基を有していてもよい炭素数6〜20の芳香族炭化水素基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜19の芳香族複素環基を表す。R5とR6とは、R7とR8とは、R9とR10とは、及びR11とR12とは、それぞれ互いに結合して置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環を形成してもよい。
    Mは、2価の金属原子、又は置換基を有する3価若しくは4価の金属原子を表す。]
  2. 請求項1記載の着色樹脂組成物から形成されるカラーフィルタ。
  3. 請求項記載のカラーフィルタを含む表示装置。
  4. 請求項記載のカラーフィルタを含む固体撮像素子。
  5. 着色樹脂組成物から形成されるカラーフィルタに使用するための式(Ib’)で表される化合物。
    Figure 0006912885
    [式(Ib’)中、
    環A1〜Aは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環を表す。ただし、環A1〜Aのうち少なくとも一つは、置換基を有する芳香族炭化水素環である。
    1〜R4は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜20の芳香族炭化水素基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜19の芳香族複素環基を表す。
    Mは、2価の金属原子、又は置換基を有する3価若しくは4価の金属原子を表す。]
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