JP7009374B2 - 樹脂組成物及びこれを含む遮光用ブラックレジスト組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、樹脂組成物及びこれを含む遮光用ブラックレジスト組成物に関し、より具体的に、高温の後工程でも耐熱性に優れ、ＣＯＴ（Color filter on TFT）工程、カバーガラス一体型タッチパネル、ＯＬＥＤ、フレキシブルディスプレイに適用可能な低誘電性能を示す遮光用ブラックレジスト組成物に関するものである。
最近、液晶ディスプレイ、ＯＬＥＤ、タッチパネル、電子ペーパー、フレキシブルディスプレイ機器が発展するにつれて、これを後押しし得る高性能素材の必要性が増大している。韓国公開特許第１０－２００５－００８５６６８号のように、従来のカラーフィルター基板用ブラックレジストの場合、電気的特性を制御する超薄膜トランジスター（ＴＦＴ）基板とは別の工程で進行されることから、耐熱性及び誘電率に対する要求事項が高くなく、標準化された２３０℃硬化工程及び低誘電特性に対する制約がなかったため、一般的なアクリル又はカルド（Cardo）系バインダー樹脂を使用する。また、遮光効果のために添加する従来の技術、つまりブラック顔料分散液の製造にもアクリル又はカルド系バインダーを分散用バインダーとして使用する。
ところが、最近カバーガラス一体型タッチパネルは、ブラックレジストと透明電極又はメタル電極とが互いに当接しているので、低誘電の絶縁特性が要求され、後続する高温蒸着工程にも耐えられるように３５０℃以上の高耐熱特性が求められる。またＯＬＥＤの場合にも、ＴＦＴ基板に直接ブラックレジスト層が適用されるためには、同様に高耐熱特性及び低誘電特性が求められる。しかし、従来のアクリル又はカルドバインダー基盤のブラックレジストの場合は、誘電率制御が難しく、高温工程で分解が生じてしまうことが致命的な問題点として指摘されている。
かかるゆえに、ＣＯＴ工程を適用する液晶ディスプレイやカバーガラス一体型タッチパネル、ＯＬＥＤ、フレキシブルディスプレイなど新規構造に適した高耐熱性及び低誘電特性に優れた新規ブラックレジスト組成物の開発が急がれる実情である。
本発明は、樹脂組成物及びこれを含む遮光用ブラックレジスト組成物を提供することを目的とする。
本発明は、高温の後続蒸着工程やアニーリング工程で耐熱性に優れ、電極基板又はＴＦＴ基板に直接適用可能な低誘電特性の樹脂組成物及びこれを含む遮光用ブラックレジスト組成物を提供することを他の目的とする。
本発明の他の目的や利点は、下記の発明の詳細な説明及び請求範囲を通してより明確になる。
本発明の実施例は、当該技術分野において通常の知識を有する者に対して本発明をより完全に説明するために提供されるものであり、下記実施例は様々な形態に変形でき、本発明の範囲は下記の実施例に限定されるわけではない。むしろ、これら実施例は本開示をより充実で且つ完全にし、当業者に対して本発明の思想を完全に伝えるために提供されるものである。
また、図面において各層の厚さや大きさは説明の便宜及び明確性のために誇張されたものであり、図面上で同じ符号は同じ要素を指し示す。本明細書で使用されているように、用語“及び／又は”は、該当する列挙された項目のうちの何れか１つ及び１つ以上の全ての組み合わせを含む。
本明細書で使用された用語は、特定の実施例を説明するためのものであり、本発明を制限するためのものではない。本明細書で使用されているように、単数形状は文脈上異なる場合を明確に指摘しているのでなければ、複数の形状をも含むことができる。また、本明細書で使用される場合、“含む。（comprise）”及び／又は“（...を）含む～（comprising）”は、言及した形状、数字、段階、動作、部材、要素及び／又はこれらのグループの存在を特定するものであって、１つ以上の他の形状、数字、動作、部材、要素及び／又はグループの存在又は付加を排除するわけではない。
本発明で“アルキル”は、炭素数１～４０の直鎖又は側鎖の飽和炭化水素に由来する１価の置換基を意味する。その例としては、メチル、エチル、プロピル、イソブチル、ｓｅｃ－ブチル、ペンチル、ｉｓｏ－アミル、ヘキシル等が挙げられるが、これらに限らない。
本発明で“アルケニル（alkenyl）”は、炭素－炭素二重結合を１つ以上有する炭素数２～４０の直鎖又は側鎖の不飽和炭化水素に由来する１価の置換基を意味する。その例としては、ビニール（vinyl）、アリル（allyl）、イソプロペニル（isopropenyl）、２－ブテニル（2-butenyl）等が挙げられるが、これらに限らない。
本発明で“アルキニル（alkynyl）”は、炭素－炭素三重結合を１つ以上有する炭素数２～４０の直鎖又は側鎖の不飽和炭化水素に由来する１価の置換基を意味する。その例としては、エチニル（ethynyl）、２－プロピニル（2-propynyl）等が挙げられるが、これらに限らない。
本発明で“アリール”は、単環あるいは２つ以上の環が結合した炭素数６～６０の芳香族炭化水素に由来する１価の置換基を意味する。また、２つ以上の環の単純付着（pendant）又は縮合形態も含まれる。このようなアリールの例としては、フェニル、ナフチル、ペナントリル、アンスリルなどが挙げられるが、これらに限らない。
本発明で“ヘテロアリール”は、核原子数５～４０のモノヘテロサイクリック又はポリヘテロサイクリック芳香族炭化水素に由来する１価の置換基を意味する。この時、環中の１つ以上の炭素、望ましくは１つ～３つの炭素がＮ、Ｏ、Ｓ又はＳｅのようなヘテロ原子で置換される。また、２つ以上の環の単純付着（pendant）又は縮合形態も含まれることができ、ひいてはアリール基との縮合形態が含まれてもよい。このようなヘテロアリールの例としては、ピリジル、ピラジニル、ピリミジニル、ピリダジニル、トリアジニルのような６員のモノサイクリック環；フェノキサチエニル（phenoxathienyl）、 インドリジニル（indolizinyl）、インドリル（indolyl）、プリニル（purinyl）、キノリル（quinolyl）、ベンゾチアゾール（benzothiazole）、カルバゾリル（carbazolyl）のようなポリサイクリック環；及び、２－プラニル、Ｎ－イミダゾリル、２－イソオキサゾリル、２－ピリジニル、２－ピリミジニルなどが挙げられるが、これらに限らない。
本発明の一具体例において、本発明のランダム共重合体は、重量平均分子量（Ｍｗ）が５００～５０，０００で、分散度は１．０～１０．０であり、望ましくは重量平均分子量（Ｍｗ）が１，０００～１５，０００で、分散度は１．４～３．０である。より望ましくは重量平均分子量（Ｍｗ）が２，０００～８，０００で、分散度は１．５～２．５である。
本発明の一具体例において、本発明のランダム共重合体；カーボンブラック分散液；光開始剤；及び有機溶媒を含み、上記カーボンブラック分散液は、カーボンブラック顔料を上記のランダム共重合体に分散させて被覆処理した遮光用ブラックレジスト組成物に関するものである。
本発明の一具体例において、本発明は、ランダム共重合体５～３０重量％；カーボンブラック分散液２～６５重量％；光開始剤０．１～４重量％；及び有機溶媒１～８２．９重量％を含むものに関する。
本発明の一具体例において、本発明の遮光特性（Optical Density）のためにカーボンブラックを本発明のランダム共重合体溶液に含ませ、ビーズミル（Beads mill）装置で１０～１４時間撹拌して着色分散液を製造する。
本発明の一具体例において、本発明のカーボンブラック顔料は、カーボンブラック、チタンブラック、アニリンブラック及びペリレンブラックからなる群より選択された何れか１つ以上であるが、かかる例示に限るものではない。
本発明の一具体例において、本発明のカーボンブラック顔料は、平均粒径が２０ｎｍ～２００ｎｍであり、望ましくは３０ｎｍ～１００ｎｍである。より望ましくは４０ｎｍ～８０ｎｍである。上記の平均粒径が２０ｎｍ未満であれば再凝集が起こりやすく、遮光特性が低下し、２００ｎｍを超過すれば、コーティング後の薄膜表面が不規則で、微細パターンが形成し難い。
本発明の一具体例において、本発明のカーボンブラック分散液は、界面活性剤をさらに含み、該界面活性剤は、陰イオン性、陽イオン性、非イオン性、両親媒性、ポリアミン系及びポリエステル系からなる群より選択された何れか１つ以上であり、非制限的な例として、DISPER BYK-2001、DISPER BYK-2070、DISPER BYK-2118（BYK社製品）、EFKA-4020，4050、EFKA-4400，4800（バスフ社製品）を１種以上使用できるが、かかる例示に限るものではない。 また、選択的に着色補助のためにピグメントブラック３２（ペリレンブラック）乃至はピグメントブラック１（アニリンブラック）を添加してもよい。
本発明の一具体例において、本発明の界面活性剤は、遮光用ブラックレジスト組成物１００重量％に対して０．０１～１０重量％含まれ、０．０１重量％未満に含まれる場合は分散安定性が落ちる問題が生じ、１０重量％を超過する場合には経済性が落ちる問題がある。
本発明の一具体例において、本発明の光開始剤は、紫外線によってラジカルを形成して架橋反応を起こす化合物である。望ましくはα－ヒドロキシケトン系、フェニルグリオキシレート系、アシルホスフィンオキシド系、α－アミノケトン系、ベンゾフェノン系、ベンジルジメチルケタール系及びオキシムエステル系化合物からなる群より１種以上を選択することができ、より望ましくは非制限的な例として、バスフ社製の商品名Irgacure 184、Darocur 1173、Irgacure 127、Irgacure 2959、Irgacure 500、Irgacure 754、Darocur MBF、Lucirin TPO、Lucirin TPO-L、Irgacure 2100、Irgacure 819、Irgacure-DW、Darocur 4265、Irgacure 2022、Irgacure 907、Irgacure 369、Irgacure 1300、Irgacure 379、Darocur BP、Irgacure 651、Irgacure 784、Irgacure OXE 01及びIrgacure OXE 02からなる群より１種以上を使用する。
本発明の一具体例において、本発明の樹脂組成物に含まれる有機溶媒は、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エチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、メチルメトキシプロピオネート、エチルエトキシプロピオネート、乳酸エチル、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メチルアセテート、ジエチレングリコールエチルアセテート、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサンオン、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）、ジエチレングリコールメチルエーテル、アセトン、ジメチルアセテート、２－（２－エトキシエトキシ）エタノール、１，４－ジオキサン、トルエン、キシレン、γ－ブチロラクトン及びテトラヒドロフランからなる群より選択された何れか１つ以上であるが、かかる例示に限るものではない。
本発明の一具体例において、本発明のヘテロ環を含む共重合体レジスト組成物を含むブラックレジスト層を形成する材料として、液晶ディスプレイのカラーフィルター用ブラックマトリクス又はＣＯＴ（Color filter on TFT）工程用ブラックマトリクス、カバーガラス一体型タッチパネル用ブラックベゼル、ＯＬＥＤ用画素定義層（Pixel Defined Layer、又は画素間隔壁層）、ＬＴＰＳ（低温ポリシリコン）、乃至はＯｘｉｄｅ ＴＦＴ（酸化物ＴＦＴ）保護用光遮断層、フレキシブルディスプレイ用光遮断層用途、各種ディスプレイ上部の偏光フィルム代替層に使用することができるが、かかる例示に限るものではない。
本発明によるランダム共重合体樹脂組成物及びこれを含む遮光用ブラックレジスト樹脂組成物は、紫外線露光工程を経た上で、各種有機溶剤及びＮａＣＯ３、ＫＯＨ及びＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）などのような様々なアルカリ水溶液で現像可能であり、遮光用パターンを形成することができ、優れた光学密度（Ｏ．Ｄ．）、低誘電率及び高抵抗値を具現することができる。
また、ヘテロ環構造の鎖間の水素結合と剛直な構造で３５０℃以上の後工程でも耐熱性に優れており、光学密度（Ｏ．Ｄ．）低下や抵抗値減少がないことから上記遮光用ブラックレジスト樹脂組成物は高耐熱及び低誘電特性が要求される液晶ディスプレイのカラーフィルター用ブラックマトリクス又はＣＯＴ（Color filter on TFT）工程用ブラックマトリクス、カバーガラス一体型タッチパネル用ブラックベゼル、ＯＬＥＤ用画素定義層（Pixel Defined Layer、又は画素間隔壁層）、ＬＴＰＳ（低温ポリシリコン）、又はＯｘｉｄｅ ＴＦＴ（酸化物ＴＦＴ）保護用光遮断層、フレキシブルディスプレイ用光遮断層用途、各種ディスプレイ上部の偏光フィルム代替層に適用することができる。
本発明の合成例１によるランダム共重合体の分子量に関するものである。 本発明の合成例２によるランダム共重合体の分子量に関するものである。 本発明の合成例３によるランダム共重合体の分子量に関するものである。 本発明の合成例４によるランダム共重合体の分子量に関するものである。 本発明の合成例５によるランダム共重合体の分子量に関するものである。 本発明の遮光用ブラックレジスト組成物のパターン解像度を評価したSEM（走査電子顕微鏡）写真である。
以下、実施例を通して本発明をより詳細に説明する。下記実施例は本発明をより実施的に説明するためのものであり、本発明の要旨に従って本発明の範囲がこれらの実施例によって制限されないのは当業界で通常の知識を有する者にとって自明なことであろう。
［合成例１］ヘテロ環を含むランダム共重合体の合成１
Figure 0007009374000001
漏斗、冷却管、攪拌機を備えた２ＬフラスコにＮ－（トリメトキシシリル）プロピルイミダゾール８０．９２ｇ（０．３０モル）、ジフェニルジメトキシシラン８５．８５ｇ（０．３０モル）、トリエトキシ［３－［（３－エチル－３－オキセタニル）メトキシ］プロピル］シラン７５．０６ｇ（０．２０モル）、３－（トリメトキシシリル）プロピルメタクリレート５８．１７ｇ（０．２０モル）、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート２００ｇを秤量し、この溶液を撹拌しながら３５％ＨＣｌ水溶液１７ｇと超純水３３７ｇとの混合液を徐々に滴下した。この時、発熱温度が５０℃を超えないように温度を維持する。滴下終了後、反応温度を８０℃に昇温し、２４時間撹拌した。
反応終了後、蒸留水を添加し相分離を通して有機相を回収し、残留溶媒及び水分を留去して共重合体樹脂１２０ｇを得た。得た共重合体樹脂をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート４００ｇに溶解させて固形分３０％の樹脂溶液を製造した。
図１は、合成例１によって製造したヘテロ環を含むランダム共重合体の重量平均分子量に関するもので、ＧＰＣ測定結果、共重合体樹脂の分散度（ＰＤＩ）は１．７４、重量平均分子量（Ｍｗ）は４，０００であった。
［合成例２］ヘテロ環を含むランダム共重合体の合成２
Figure 0007009374000002
漏斗、冷却管、攪拌機を備えた２Ｌフラスコにトリエトキシ［２－（２－ピリジル）］エチル］シラン９０．５１ｇ（０．３０モル）、ジフェニルジメトキシシラン８２．０９ｇ（０．３０モル）、トリエトキシ［３－［（３－エチル－３－オキセタニル）メトキシ］プロピル］シラン７１．７８ｇ（０．２０モル）、３－（トリメトキシシリル）プロピルメタクリレート５５．６２ｇ（０．２０モル）、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート２００ｇを秤量し、この溶液を撹拌しながら３５％ＨＣｌ水溶液１７ｇと超純水３３７ｇとの混合液を徐々に滴下した。この時、発熱温度が５０℃を超えないように温度を維持する。滴下終了後、反応温度を８０℃に昇温し、２４時間撹拌した。
反応終了後、蒸留水を添加し相分離を通して有機相を回収し、残留溶媒及び水分を留去して共重合体樹脂１１０ｇを得た。得られた共重合体樹脂をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート３６５ｇに溶解させて固形分３０％の樹脂溶液を製造した。
図２は、合成例２によって製造したヘテロ環を含むランダム共重合体の重量平均分子量に関するもので、ＧＰＣ測定結果、共重合体樹脂の分散度（ＰＤＩ）は１．７７、重量平均分子量（Ｍｗ）は３，９９０であった。
［合成例３］ヘテロ環を含むランダム共重合体の合成３
Figure 0007009374000003
漏斗、冷却管、攪拌機を備えた２Ｌフラスコにトリエトキシ［２－（２－ピリジル）］エチル］シラン９７．０４ｇ（０．３０モル％）、ジフェニルジメトキシシラン８８．０２ｇ（０．３０モル％）、Ｎ－（トリメトキシシリル）プロピルイミダゾール５５．３１ｇ（０．２０モル％）、３－（トリメトキシシリル）プロピルメタクリレート５５．６２ｇ（０．２０モル％）、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート２００ｇを秤量し、この溶液を撹拌しながら３５％ＨＣｌ水溶液１７ｇと超純水３３７ｇとの混合液を徐々に滴下した。この時、発熱温度が５０℃を超えないように温度を維持する。滴下終了後、反応温度を８０℃に昇温し、２４時間撹拌した。
反応終了後、蒸留水を添加し相分離を通して有機相を回収し、残留溶媒及び水分を留去して共重合体樹脂１００ｇを得た。得られた共重合体樹脂をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート３３０ｇに溶解させて固形分３０％の樹脂溶液を製造した。
図３は、合成例３によって製造したヘテロ環を含むランダム共重合体の重量平均分子量に関するもので、ＧＰＣ測定結果、共重合体樹脂の分散度（ＰＤＩ）は１．７４、重量平均分子量（Ｍｗ）は２，８６０であった。
［合成例４］ヘテロ環を含むランダム共重合体の合成４
Figure 0007009374000004
漏斗、冷却管、攪拌機を備えた２Ｌフラスコにトリエトキシ［２－（２－ピリジル）］エチル］シラン１０３．８６ｇ（０．３０モル％）、ジフェニルジメトキシシラン９４．２１ｇ（０．３０モル％）、ビニールトリメトキシシラン３８．１０ｇ（０．２０モル％）、３－（トリメトキシシリル）プロピルメタクリレート６３．８３ｇ（０．２０モル％）、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート２００ｇを秤量し、この溶液を撹拌しながら３５％ＨＣｌ水溶液１７ｇと超純水３３７ｇとの混合液を徐々に滴下した。この時、発熱温度が５０℃を超えないように温度を維持する。滴下終了後、反応温度を８０℃に昇温し、２４時間撹拌した。
反応終了後、蒸留水を添加し相分離を通して有機相を回収し、残留溶媒及び水分を留去して共重合体樹脂１１５ｇを得た。得られた共重合体樹脂をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート３８０ｇに溶解させて固形分３０％の樹脂溶液を製造した。
図４は、合成例４によって製造したヘテロ環を含むランダム共重合体の重量平均分子量に関するもので、ＧＰＣ測定結果、共重合体樹脂の分散度（ＰＤＩ）は１．９０、重量平均分子量（Ｍｗ）は４，１６０であった。
［合成例５］ヘテロ環を含むランダム共重合体の合成４
Figure 0007009374000005
漏斗、冷却管、攪拌機を備えた２ＬフラスコにＮ－（トリメトキシシリル）プロピルイミダゾール９３．５０ｇ（０．３０モル）、ジフェニルジメトキシシラン９９．１９ｇ（０．３０モル％）、ビニールトリメトキシシラン４０．１１ｇ（０．２０モル％）、３－（トリメトキシシリル）プロピルメタクリレート６７．２０ｇ（０．２０モル％）、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート２００ｇを秤量し、この溶液を撹拌しながら３５％ＨＣｌ水溶液１７ｇと超純水３３７ｇとの混合液を徐々に滴下した。この時、発熱温度が５０℃を超えないように温度を維持する。滴下終了後、反応温度を８０℃に昇温し、２４時間撹拌した。
反応終了後、蒸留水を添加し相分離を通して有機相を回収し、残留溶媒及び水分を留去して共重合体樹脂１２５ｇを得た。得られた共重合体樹脂をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート４１０ｇに溶解させて固形分３０％の樹脂溶液を製造した。
図５は、合成例５によって製造したヘテロ環を含むランダム共重合体の重量平均分子量に関するもので、ＧＰＣ測定結果、共重合体樹脂の分散度（ＰＤＩ）は１．６８、重量平均分子量（Ｍｗ）は４，７１０であった。
［実施例１］ブラックレジスト樹脂組成物製造１．
上記合成例１で製造されたヘテロ環を含むランダム共重合体樹脂（重量平均分子量４，０００）溶液を固形分の割合で１００重量部、上記同一の共重合体樹脂で被覆処理されたカーボンブラック（平均粒径８０ｎｍ、３０％溶液）分散液を固形分の割合で２００重量部、光開始剤としてそれぞれアシルフォスフィンオキシド系（商品名Lucirin TPO、バスフ社製）２重量部とオキシムエステル系（商品名Irgacure OXE 02、バスフ社製）１重量部、シリコン系界面活性剤０．５重量部、希釈溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを用いて組成物の固形分含量が３０重量部となるように希釈しポアサイズ２．０μｍのＰＴＦＥメンブレンフィルターで濾過して液状のブラックレジスト樹脂組成物を得た。
［実施例２］ブラックレジスト樹脂組成物製造２．
上記合成例１で製造されたヘテロ環を含むランダム共重合体樹脂の代わりに、上記合成例２で製造されたヘテロ環を含むランダム共重合体樹脂（重量平均分子量３，９９０）溶液を用いたことを除いては、実施例１と同様に製造した。
［実施例３］ブラックレジスト樹脂組成物製造３．
上記合成例１で製造されたヘテロ環を含むランダム共重合体樹脂の代わりに、上記合成例３で製造されたヘテロ環を含むランダム共重合体樹脂（重量平均分子量２，８６０）溶液を用いたことを除いては、実施例１と同様に製造した。
［実施例４］ブラックレジスト樹脂組成物製造４．
上記合成例１で製造されたヘテロ環を含むランダム共重合体樹脂の代わりに、上記合成例４で製造されたヘテロ環を含むランダム共重合体樹脂（重量平均分子量４，１６０）溶液を用いたことを除いては、実施例１と同様に製造した。
［実施例５］ブラックレジスト樹脂組成物製造５．
上記合成例１で製造されたヘテロ環を含むランダム共重合体樹脂の代わりに、上記合成例５で製造されたヘテロ環を含むランダム共重合体樹脂（重量平均分子量４，７１０）溶液を用いたことを除いては、実施例１と同様に製造した。
［比較例１］
本発明の合成共重合体樹脂の代わりに、ダウコーニング社製のXiameter RSN-0217シロキサン樹脂（Ｍｗ ２，５００）を固形分割合で１００重量部、本発明の着色分散液の代わりに、カーボンブラック（平均粒径１００ｎｍ）を１００重量部、光開始剤としてそれぞれアシルフォスフィンオキシド系（商品名Lucirin TPO、バスフ社製）２重量部とオキシムエステル系（商品名Irgacure OXE 02、バスフ社製）１重量部、シリコン系界面活性剤０．５重量部、希釈溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを用いて組成物の固形分含量が３０重量部となるように希釈しポアサイズ２．０μｍのＰＴＦＥメンブレンフィルターで濾過して液状のブラックレジスト樹脂組成物を得た。
［比較例２］
本発明の合成共重合体樹脂の代わりに、シグマアルドゥリチ社製のポリ（４－ビニールフェニル－ｃｏ－メチルメタクリレート、Ｍｗ ８，０００）アクリル共重合体を固形分割合で１００重量部、本発明の着色分散液の代わりにカーボンブラック（平均粒径１００ｎｍ）を１００重量部、光開始剤としてそれぞれアシルフォスフィンオキシド系（商品名Lucirin TPO、バスフ社製）２重量部とオキシムエステル系（商品名Irgacure OXE02、バスフ社製）１重量部、シリコン系界面活性剤０．５重量部、希釈溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを用いて、組成物の固形分含量が３０重量部となるように希釈しポアサイズ２．０μｍのＰＴＦＥメンブレンフィルターで濾過して液状のブラックレジスト樹脂組成物を得た。
上記実施例及び比較例の樹脂組成物について下に述べるように物性の評価を施し、評価結果を以下の表１に示した。
＜１．塗布膜形成＞
ガラス基板にブラックレジスト組成物を１，０００ｒｐｍの速度でスピンコーティングして膜を形成した後、ソフトベーク工程で１００℃のホットプレート（Hot plate）で１２０秒間ベークさせて、光学式膜厚測定器（製品名：ケイメック社製ST-4000）で塗布膜の厚さを測定する。
＜２．パターン評価＞
５μｍ～３００μｍ line & space １：１間隔のフォトマスク及びＧ、Ｈ、Ｉ－ｌｉｎｅ紫外線ランプ付きマスクアライナー（製品名：SUSS MA-6）を使用して１００ｍＪ／ｃｍ２（ｉ－ｌｉｎｅ ３６５ｎｍ基準、初期厚さ２．０μｍ基準）エネルギーを照射した後、２．３８％ＴＭＡＨ薄いアルカリ水溶液に６０秒間現像して超純水で水洗いした。こうして得られたパターン基板を２３０℃で３０分間オーブンで加熱する。パターンを形成したシリコンウェハー又はガラス基板を電子顕微鏡で観察し、１０μｍパターンを形成した場合には“優秀”、１０μｍパターンを形成しなかったり、スカム（scum）が酷い試料に対しては“不良”と判定した。
＜３．残膜率評価＞
下の式１を通して残膜率を算出した。
式１）残膜率（％）＝（現像及び硬化工程後の膜厚／初期厚さ）ｘ１００
＜４．耐熱性評価＞
硬化後、試料を熱重量分析（機器名TGA、Perkin elmer社製）を施して常温から６００℃まで１０／ｍｉｎ．の速度で昇温して温度別重量減少率（loss wt％）を測定した。この時、４００℃地点で重量減少率１０％未満は“優秀”、１０％～４０％は“普通”、４０％超過は“不良”と判定した。
＜５．耐化学性評価＞
塗布膜を形成し硬化工程を経た後、ＰＲ剥離液（商品名LT-360）を４０℃で１０分間浸した後、膜厚の膨潤（swelling）の変化率を算出した。５％未満の膨潤を“優秀”とし、５％以上の膨潤の場合は“不良”と判定した。
＜６．誘電定数評価＞
ＩＴＯ基板に塗膜を形成し硬化工程を経た後、直径１．０のアルミニウム電極を蒸着してMetal-Insulator-Metal（ＭＩＭ）評価セルを製作した。誘電定数を測定するために、上記評価セルをＬＣＲ－ｍｅｔｅｒ（エジュラント社製4284）を使用して塗布されたレジスト膜の静電容量（Ｃ）を測定し、下記式２を通して誘電定数を求めた。
下の式２で、ｄ＝レジスト膜の厚さ、Ａ＝蒸着した電極の面積、ε０は定数として真空の誘電率（８．８５５×１０－１２Ｆ／ｍ）であり、εは求めようとするレジスト膜の誘電定数である。
式２ Ｃ＝（ε０εＡ）／ｄ
＜７．吸湿率評価＞
塗布膜を形成し硬化工程を経た後、蒸留水に常温で７２時間浸した後、膜厚の膨潤の変化率を算出した。３％未満の膨潤を“優秀”とし、３％超過の膨潤は“不良”と判定した。
＜８．面抵抗；Sheet resistanceの測定＞
塗布膜を形成し硬化工程を経た後、キスリ（Keithley 6517B）社製の高抵抗測定器を使用して面抵抗値を測定した。
＜９．光学密度；Ｏ．Ｄ．値の測定＞
塗布膜を形成し硬化工程を経た後、エックスライト（X-Rite 361T）社製のＯ．Ｄ．測定器を使用してＯ．Ｄ．値を測定した。
Figure 0007009374000006
上記の表１から分かるように、本発明によるランダム共重合体及び該ランダム共重合体組成物に分散させて被覆処理されたカーボンブラック分散液を使用したブラックレジスト組成物は、従来のブラックレジスト組成物とは違って、高温工程に耐えられる優れた耐熱性を奏するだけでなく、これにより高い残膜率を有し、耐化学性及びパターン解像度に非常に優れていることが確認できる。
また、本発明の組成物で形成されたレジスト膜は比較例に比べて低誘電及び高抵抗特性を示し、高い光学密度値を示すことで、優れた信頼性及び高性能の新規なブラックレジストを期待することができる。
従って、本発明の組成物から得られたブラックレジスト膜は、液晶ディスプレイのカラーフィルター用ブラックマトリクス又はＣＯＴ（Color filter on TFT）工程用ブラックマトリクス、カバーガラス一体型タッチパネル用ブラックベゼル、ＯＬＥＤ用画素定義層（Pixel Defined Layer、又は画素間隔壁層）、ＬＴＰＳ（低温ポリシリコン）、乃至はＯｘｉｄｅ ＴＦＴ（酸化物ＴＦＴ）保護用光遮断層、フレキシブルディスプレイ用光遮断層用途、各種ディスプレイ上部の偏光フィルム代替層として有用であることが確認できる。
本発明は、樹脂組成物及びこれを含む遮光用ブラックレジスト組成物に関するものであり、より具体的に、高温の後工程でも耐熱性に優れており、ＣＯＴ（Color filter on TFT）工程、カバーガラス一体型タッチパネル、ＯＬＥＤ、フレキシブルディスプレイに適用可能な低誘電性能を奏する遮光用ブラックレジスト組成物に関するものである。

Claims (14)

  1. ランダム共重合体；
    カーボンブラック分散液；
    光開始剤；及び
    有機溶媒を含む遮光用ブラックレジスト組成物であって、
    上記ランダム共重合体が、下記化学式のいずれかで示され、
    Figure 0007009374000007
    Figure 0007009374000008
    Figure 0007009374000009
    Figure 0007009374000010
    Figure 0007009374000011
     ここで、上記化学式においてｎは繰り返し単位の数を表し、
    上記ランダム共重合体は、重量平均分子量（Ｍｗ）が５００～５０，０００であり、
    上記カーボンブラック分散液が、カーボンブラック顔料を上記ランダム共重合体に分散させて被覆処理した、遮光用ブラックレジスト組成物。
  2. 上記ランダム共重合体は、分散度は１．０～１０．０である、請求項１に記載の遮光用ブラックレジスト組成物。
  3. 上記ランダム共重合体５～３０重量％；
    カーボンブラック分散液２～６５重量％；
    光開始剤０．１～４重量％；及び
    有機溶媒１～８２．９重量％を含む、請求項１に記載の遮光用ブラックレジスト組成物。
  4. 上記カーボンブラック顔料は、カーボンブラック、チタンブラック、アニリンブラック及びペリレンブラックからなる群より選択された何れか１つ以上である、請求項１に記載の遮光用ブラックレジスト組成物。
  5. 上記カーボンブラック顔料は、平均粒径が２０ｎｍ～２００ｎｍである、請求項１に記載の遮光用ブラックレジスト組成物。
  6. 上記カーボンブラック分散液は界面活性剤を更に含み、
    上記界面活性剤は、陰イオン性、陽イオン性、非イオン性、両親媒性、ポリアミン系及びポリエステル系からなる群より選択された何れか１つ以上である、請求項１に記載の遮光用ブラックレジスト組成物。
  7. 上記界面活性剤は、遮光用ブラックレジスト組成物１００重量％に対して０．０１～１０重量％含まれる、請求項９に記載の遮光用ブラックレジスト組成物。
  8. 請求項１に記載の遮光用ブラックレジスト組成物を含むディスプレイ及び半導体用層間絶縁膜。
  9. 請求項１に記載の遮光用ブラックレジスト組成物を含むディスプレイ及び半導体用平坦化膜。
  10. 請求項１に記載の遮光用ブラックレジスト組成物を含むディスプレイ及び半導体用パッシベーション絶縁膜。
  11. 請求項１に記載の遮光用ブラックレジスト組成物を含むＯＬＥＤ用遮光パターン層。
  12. 請求項１に記載の遮光用ブラックレジスト組成物を含むＯＬＥＤ用隔壁層。
  13. 請求項１に記載の遮光用ブラックレジスト組成物を含むタッチパネル用ブラックマトリクス。
  14. 請求項１に記載の遮光用ブラックレジスト組成物を含む液晶ディスプレイ用ブラックマトリクス。
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