JP7220776B2 - 着色組成物、硬化膜、構造体、カラーフィルタおよび表示装置 - Google Patents

着色組成物、硬化膜、構造体、カラーフィルタおよび表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、着色組成物に関する。より詳しくは、カラーフィルタの緑色画素形成などに用いられる着色組成物に関する。また、本発明は、着色組成物を用いた硬化膜、構造体、カラーフィルタおよび表示装置に関する。
各種表示装置において、表示画像のカラー化のためにカラーフィルタが一般的に用いられている。また、カラーフィルタにおいては、複数の顔料を併用して分光を調整する試みが行われている。
例えば、特許文献1には、緑色フィルタセグメントを形成するための緑色感光性組成物には、カラーインデックス(C.I.)ピグメントグリーン7、10、36、37および58、アルミニウムフタロシアニン顔料等の緑色顔料を用いることができること、更に、黄色顔料を併用することができることが記載されている。また、特許文献1の実施例では、C.I.ピグメントグリーン58と、C.I.ピグメントイエロー150とを含む感光性組成物が、緑色感光性組成物として用いられている。
特許文献2には、着色剤として、所定のアルミニウムフタロシアニン顔料と、C.I.ピグメントイエロー185とを含む有機エレクトロルミネッセンス(EL)表示装置用緑色感光性着色組成物に関する発明が記載されている。
特開2017-194662号公報 特開2018-163284号公報
カラーフィルタにおいては、色分離性が高いこと、耐光性に優れることが望まれている。これらの特性について、近年ではより高いレベルで求められている。
本発明者が、特許文献1に記載された緑色感光性組成物や、特許文献2に記載された有機EL表示装置用緑色感光性着色組成物について検討を行ったところ、これらの緑色感光性組成物を用いて得られる硬化膜は、他色との色分離性や、耐光性について更なる改善の余地があることが分かった。
よって、本発明の目的は、耐光性および他色との色分離性に優れた硬化膜を形成することができる着色組成物を提供することにある。また、本発明の目的は、前述の着色組成物を用いた硬化膜、構造体、カラーフィルタおよび表示装置を提供することにある。
本発明者の検討によれば、後述する着色組成物を用いることで上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明は以下を提供する。
<1> 着色剤と、重合性化合物と、光重合開始剤とを含む着色組成物であって、
上記着色剤は、カラーインデックスピグメントブルー15:3およびカラーインデックスピグメントブルー15:4から選ばれる少なくとも1種と、カラーインデックスピグメントイエロー150とを含み、カラーインデックスピグメントイエロー150の100質量部に対して、カラーインデックスピグメントブルー15:3とカラーインデックスピグメントブルー15:4とを合計で35~55質量部含有し、
上記着色組成物は、波長400~700nmの波長の光に対する吸光度のうち、波長495~525nmの範囲に吸光度の最小値を有し、
波長450nmの光に対する吸光度を1としたとき、吸光度が0.14となる波長が474~494nmの範囲と、530~570nmの範囲のそれぞれに存在し、
波長450nmの光に対する吸光度A450と、波長620nmの光に対する吸光度A620との比であるA450/A620が1.08~2.05である、
着色組成物。
<2> 上記着色組成物は、波長450nmの光に対する吸光度を1としたとき、吸光度が0.4となる長波長側の波長と、吸光度が0.4となる短波長側の波長との差が80~118nmである、<1>に記載の着色組成物。
<3> 上記着色剤中におけるカラーインデックスピグメントブルー15:3とカラーインデックスピグメントブルー15:4とカラーインデックスピグメントイエロー150との合計の含有量が80~100質量%である、<1>または<2>に記載の着色組成物。
<4> 着色組成物の全固形分中における着色剤の含有量が20質量%以上である、<1>~<3>のいずれか1つに記載の着色組成物。
<5> 上記重合性化合物は、エチレン性不飽和結合含有基を3個以上有する重合性化合物を含む、<1>~<4>のいずれか1つに記載の着色組成物。
<6> 上記重合性化合物は、エチレン性不飽和結合含有基とアルキレンオキシ基とをする重合性化合物を含む、<1>~<5>のいずれか1つに記載の着色組成物。
<7> 上記光重合開始剤は、オキシム化合物を含有する、<1>~<6>のいずれか1つに記載の着色組成物。
<8> 上記光重合開始剤は、オキシム化合物とヒドロキシアルキルフェノン化合物を含有する、<1>~<6>のいずれか1つに記載の着色組成物。
<9> 更に、下記式(I)で表される化合物由来の繰り返し単位を含む樹脂を含有する、<1>~<8>のいずれか1つに記載の着色組成物;
Figure 0007220776000001
式中、Xは、OまたはNHを表し、
は水素原子またはメチル基を表し、
は2価の連結基を表し、
10は置換基を表し、
mは0~2の整数を表し、
pは0以上の整数を表す。
<10> 更に、フリル基を含む化合物を含む、<1>~<9>のいずれか1つに記載の着色組成物。
<11> カラーフィルタの緑色画素形成用の着色組成物である、<1>~<10>のいずれか1つに記載の着色組成物。
<12> 表示装置用の着色組成物である、<1>~<11>のいずれか1つに記載の着色組成物。
<13> 全工程を通じて150℃以下の温度で硬化膜を形成するために用いられる、<1>~<12>のいずれか1つに記載の着色組成物。
<14> <1>~<13>のいずれか1つに記載の着色組成物を用いて得られる硬化膜。
<15> 緑色画素と赤色画素と青色画素とを有する構造体であって、上記緑色画素は<1>~<13>のいずれか1つに記載の着色組成物を用いて得られるものである、構造体。
<16> <14>に記載の硬化膜を有するカラーフィルタ。
<17> <14>に記載の硬化膜を有する表示装置。
本発明によれば、耐光性および他色との色分離性に優れた硬化膜を形成することができる着色組成物を提供することができる。また、本発明は、着色組成物を用いた硬化膜、構造体、カラーフィルタおよび表示装置を提供することができる。
以下において、本発明の内容について詳細に説明する。
本明細書における基(原子団)の表記において、置換および無置換を記していない表記は、置換基を有さない基(原子団)と共に置換基を有する基(原子団)をも包含するものである。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
本明細書において「露光」とは、特に断らない限り、光を用いた露光のみならず、電子線、イオンビーム等の粒子線を用いた描画も露光に含める。また、露光に用いられる光としては、一般的に、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光)、X線、電子線等の活性光線または放射線が挙げられる。
本明細書において「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、全固形分とは、組成物の全成分から溶剤を除いた成分の合計質量をいう。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、アクリレートおよびメタクリレートの双方、または、いずれかを表し、「(メタ)アクリル」は、アクリルおよびメタクリルの双方、または、いずれかを表し、「(メタ)アリル」は、アリルおよびメタリルの双方、または、いずれかを表し、「(メタ)アクリロイル」は、アクリロイルおよびメタクリロイルの双方、または、いずれかを表す。
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。
本明細書において、重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定したポリスチレン換算値として定義される。
<着色組成物>
本発明の着色組成物は、着色剤と、重合性化合物と、光重合開始剤とを含む着色組成物であって、
着色剤は、カラーインデックスピグメントブルー15:3およびカラーインデックスピグメントブルー15:4から選ばれる少なくとも1種と、カラーインデックスピグメントイエロー150とを含み、カラーインデックスピグメントイエロー150の100質量部に対して、カラーインデックスピグメントブルー15:3とカラーインデックスピグメントブルー15:4とを合計で35~55質量部含有し、
着色組成物は、波長400~700nmの波長の光に対する吸光度のうち、波長495~525nmの範囲に吸光度の最小値を有し、
波長450nmの光に対する吸光度を1としたとき、吸光度が0.14となる波長が474~494nmの範囲と、530~570nmの範囲のそれぞれに存在し、
波長450nmの光に対する吸光度A450と、波長620nmの光に対する吸光度A620との比であるA450/A620が1.08~2.05であることを特徴とする。
本発明の着色組成物は、着色剤としてカラーインデックスピグメントブルー15:3およびカラーインデックスピグメントブルー15:4から選ばれる少なくとも1種と、カラーインデックスピグメントイエロー150とを含み、カラーインデックスピグメントイエロー150の100質量部に対して、カラーインデックスピグメントブルー15:3とカラーインデックスピグメントブルー15:4とを合計で35~55質量部含むものを用い、かつ、所定の吸光度の特性を満たすことにより、耐光性に優れ、かつ、赤色や青色との色分離性に優れた分光特性を有する緑色の画素に適した硬化膜を形成することができる。特に、波長495~525nmの範囲の光の透過率が高く、波長400~460nmの範囲の光および波長590~650nmの範囲の光に対する遮蔽性が高い硬化膜を形成できる。
ある波長λにおける吸光度Aλは、以下の式(Ab1)により定義される。
Aλ=-log(Tλ/100) ・・・(Ab1)
Aλは、波長λにおける吸光度であり、Tλは、波長λにおける透過率(%)である。
本発明において、吸光度の値は、溶液の状態で測定した値であってもよく、着色組成物を用いて製膜した硬化膜の値であってもよい。膜の状態で吸光度を測定する場合は、ガラス基板上にスピンコート等の方法によって着色組成物を塗布し、ホットプレート等を用いて100℃、2分間乾燥し、次いで、光照度20mW/cm、露光量1J/cmの条件でi線露光し、次いで、100℃のホットプレート上で20分間加熱し、常温まで放冷して得られた膜(硬化膜)を用いて測定することが好ましい。吸光度は従来公知の分光光度計を用いて測定できる。
本発明の着色組成物は、波長400~700nmの波長の光に対する吸光度のうち、波長495~525nmの範囲に吸光度の最小値を有し、波長500~520nmの範囲に吸光度の最小値を有することが好ましく、波長502~515nmの範囲に吸光度の最小値を有することがより好ましく、波長504~512.5nmの範囲に吸光度の最小値を有することが更に好ましい。以下、波長400~700nmの波長の光に対する吸光度のうち、吸光度の最小値を示す波長のことを波長λminともいう。
本発明の着色組成物が示す波長450nmの光に対する吸光度を1としたとき、吸光度が0.14となる波長が474~494nmの範囲と、530~570nmの範囲にそれぞれ存在する。吸光度が0.14となる短波長側の波長(以下、λ1ともいう)は、色分離性の観点から478~490nmの範囲に存在することが好ましく、480~488nmの範囲に存在することがより好ましく、482~486nmの範囲に存在することが更に好ましい。また、吸光度が0.14となる長波長側の波長(以下、λ2ともいう)は、色分離性の観点から534~566nmの範囲に存在することが好ましく、536~562nmの範囲に存在することがより好ましく、538~558nmの範囲に存在することが更に好ましい。
λ2とλ1との差(λ2-λ1)は色分離性の観点から36~96nmであることが好ましく、40~80nmであることがより好ましく、51~71nmであることが更に好ましい。また、λminとλ1との差(λmin-λ1)は、色分離性の観点から10~40nmであることが好ましく、15~35nmであることがより好ましく、20~30nmであることが更に好ましい。また、λ2とλminとの差(λ2-λmin)は、色分離性の観点から25~55nmであることが好ましく、30~50nmであることがより好ましく、35~45nmであることが更に好ましい。
本発明の着色組成物は、波長450nmの光に対する吸光度を1としたとき、吸光度が0.4となる長波長側の波長(以下、λ4ともいう)と、吸光度が0.4となる短波長側の波長(以下、λ3ともいう)との差(λ4-λ3)は、色分離性の観点から80~118nmであることが好ましく、85~117nmであることがより好ましく、87~116nmであることが更に好ましい。また、λ3は、460~490nmの範囲に存在することが好ましく、465~485nmの範囲に存在することがより好ましく、470~480nmの範囲に存在することが更に好ましい。また、λ4は、555~605nmの範囲に存在することが好ましく、560~600nmの範囲に存在することがより好ましく、565~595nmの範囲に存在することが更に好ましい。
λ3とλ1との差(λ3-λ1)は、色分離性の観点から3~20nmであることが好ましく、5~15nmであることがより好ましく、7~12nmであることが更に好ましい。また、λ2とλ4との差(λ2-λ4)は、色分離性の観点から10~60nmであることが好ましく、15~50nmであることがより好ましく、20~40nmであることが更に好ましい。また、λminとλ3との差(λmin-λ3)は、色分離性の観点から20~50nmであることが好ましく、25~45nmであることがより好ましく、30~40nmであることが更に好ましい。また、λ4とλminとの差(λ4-λmin)は、色分離性の観点から40~100nmであることが好ましく、45~0nmであることがより好ましく、55~85nmであることが更に好ましい。
本発明の着色組成物は、波長450nmの光に対する吸光度A450と、波長620nmの光に対する吸光度A620との比であるA450/A620が1.08~2.05である。
本発明の着色組成物は、波長495~525nmの光に対する吸光度の最小値Amin1と、波長450nmの光に対する吸光度A450との比であるA450/Amin1は、より優れた輝度が得られやすいという理由から10~30であることが好ましく、15~25であることがより好ましく、13~17であることが更に好ましい。
本発明の着色組成物は、波長495~525nmの光に対する吸光度の最小値Amin1と、波長620nmの光に対する吸光度A620との比である、A620/Amin1は、より優れた輝度が得られやすいという理由から5~15であることが好ましく、7.5~12.5であることがより好ましく、8.25~12.25であることが更に好ましい。
本発明の着色組成物は、膜厚が0.6~3.0μmの硬化膜を形成した際に、膜の厚み方向における波長400~700nmの範囲の光に対する透過スペクトルにおいて、波長495~525nmの範囲に透過率のピーク値を有し、かつ、透過率がピーク値の50%になるピーク値の波長よりも長波長側の波長(以下、λT50Lともいう)と、透過率がピーク値の50%になるピーク値の波長よりも短波長側の波長(以下、λT50Sともいう)との差(λT50L-λT50S)が65~90nmであることが好ましく、70~85nmであることがより好ましく、75~80nmであることが更に好ましい。
また、透過率のピーク値の波長(以下、λTmaxともいう)と、透過率がピーク値の50%になるピーク値の波長よりも短波長側の波長(λT50S)との差(λTmax-λT50S)は、15~40nmであることが好ましく、20~35nmであることがより好ましく、25~30nmであることが更に好ましい。
また、透過率がピーク値の50%になるピーク値の波長よりも長波長側の波長(λT50S)と透過率のピーク値の波長(λTmax)との差(λT50L-λTmax)は、35~60nmであることが好ましく、40~55nmであることがより好ましく、45~50nmであることが更に好ましい。
本発明の着色組成物は、膜厚が0.6~3.0μmの硬化膜を形成した際に、膜の厚み方向における波長495~525nmの光に対する透過率の最大値が65%以上で、波長495~525nmの光に対する平均透過率が60%以上であることが好ましく、波長495~525nmの光に対する透過率の最大値が70%以上で、波長495~525nmの光に対する平均透過率が65%以上であることがより好ましい。
また、波長450nmの光に対する透過率は10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、1%以下であることが更に好ましい。また、波長400~450nmの光に対する透過率の最大値は10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、1%以下であることが更に好ましい。
また、波長620nmの光に対する透過率は10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、1%以下であることが更に好ましい。また、波長600~625nmの光に対する透過率の最大値は10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、1%以下であることが更に好ましい。
また、波長480nmの波長の光および波長570nmの波長の光に対する透過率がそれぞれ50%以下であることが好ましく、45%以下であることがより好ましい。また、波長460nmの波長の光および波長580nmの波長の光に対する透過率がそれぞれ20%であることが好ましく、15%以下であることがより好ましい。
着色組成物の吸光度などの値を上述した範囲に調整するには、着色剤に含まれるカラーインデックスピグメントブルー15:3およびカラーインデックスピグメントブルー15:4から選ばれる少なくとも1種と、カラーインデックスピグメントイエロー150との割合およびこれらの含有量、並びに、着色組成物中の着色剤の含有量などを変更することで適宜調整することができる。
本発明の着色組成物は、カラーフィルタの画素形成用の着色組成物として好ましく用いることができ、カラーフィルタの緑色画素形成用の着色組成物としてより好ましく用いることができる。
本発明の着色組成物は、表示装置用の着色組成物として好ましく用いることができる。より詳しくは、表示装置用のカラーフィルタの画素形成用の着色組成物として好ましく用いることができ、表示装置用のカラーフィルタの緑色画素形成用の着色組成物としてより好ましく用いることができる。表示装置の種類としては特に限定はないが、有機エレクトロルミネッセンス表示装置などの有機半導体素子を光源として有する表示装置などが挙げられる。
また、本発明の着色組成物は、固体撮像素子用の着色組成物として用いることもできる。より詳しくは、固体撮像素子用のカラーフィルタの画素形成用の着色組成物として好ましく用いることができ、固体撮像素子用のカラーフィルタの緑色画素形成用の着色組成物としてより好ましく用いることができる。
本発明の着色組成物は、全工程を通じて150℃以下の温度(好ましくは、120℃以下の温度)で硬化膜を形成するために用いられるものであることも好ましい。なお、本明細書において全工程を通じて150℃以下の温度で硬化膜を形成するとは、着色組成物を用いて硬化膜を形成する工程の全てを150℃以下の温度で行うことを意味する。
本発明の着色組成物によって形成される硬化膜および画素の厚さは、0.5~3.0μmであることが好ましい。下限は0.8μm以上が好ましく、1.0μm以上がより好ましく、1.1μm以上がさらに好ましい。上限は2.5μm以下が好ましく、2.0μm以下がより好ましく、1.8μm以下がさらに好ましい。
また、本発明の着色組成物によって形成される画素の線幅(パターンサイズ)は、2.0~10.0μmであることが好ましい。上限は7.5μm以下が好ましく、5.0μm以下がより好ましく、4.0μm以下がさらに好ましい。下限は2.25μm以上が好ましく、2.5μm以上がより好ましく、2.75μm以上がさらに好ましい。
以下、本発明の着色組成物について詳細に説明する。
<<着色剤>>
本発明の着色組成物は着色剤を含有する。本発明の着色組成物に用いられる着色剤は、カラーインデックス(C.I.)ピグメントブルー15:3およびC.I.ピグメントブルー15:4から選ばれる少なくとも1種と、C.I.ピグメントイエロー150とを含む。
本発明の着色組成物に用いられる着色剤は、C.I.ピグメントイエロー150の100質量部に対して、C.I.ピグメントブルー15:3とC.I.ピグメントブルー15:4とを合計で35~55質量部含有する。上限は耐光性の観点から52.5質量部以下であることが好ましく、50質量部以下であることがより好ましく、47.5質量部以下であることが更に好ましい。下限は、色分離性の観点から37.5質量部以上であることが好ましく、40質量部以上であることがより好ましい。
本発明の着色組成物に用いられる着色剤は、C.I.ピグメントブルー15:3とC.I.ピグメントブルー15:4とそれぞれ含むものであってもよく、いずれか一方のみを含むものであってもよい。また、着色剤が、C.I.ピグメントブルー15:3とC.I.ピグメントブルー15:4とを含む場合は、C.I.ピグメントブルー15:3とC.I.ピグメントブルー15:4との質量比は、C.I.ピグメントブルー15:3の100質量部に対して、C.I.ピグメントブルー15:4が5~500質量部であることが好ましく、25~250質量部であることがより好ましく、50~150質量部であることが更に好ましい。
着色剤中におけるC.I.ピグメントブルー15:3とC.I.ピグメントブルー15:4とC.I.ピグメントイエロー150との合計の含有量は80~100質量%であることが好ましく、85~100質量%であることがより好ましく、90~100質量%であることが更に好ましく、95~100質量%であることがより一層好ましく、99~100質量%であることが特に好ましい。
本発明の着色組成物に用いられる着色剤は、C.I.ピグメントブルー15:3、C.I.ピグメントブルー15:4およびC.I.ピグメントイエロー150以外の着色剤(以下、他の着色剤ともいう)を含有していてもよい。着色剤中における他の着色剤の含有量は、20質量%未満であることが好ましく、15質量%未満であることが更に好ましく、10質量%未満であることが更に好ましく、5質量%未満であることがより一層好ましく、1質量%未満であることが特に好ましい。本発明の着色組成物に用いられる着色剤は、他の着色剤を実質的に含有しないことが特に好ましい。なお、本発明の着色組成物に用いられる着色剤は、他の着色剤を実質的に含有しない場合とは、着色剤中における他の着色剤の含有量が0.5質量%未満であることを意味し、0.1質量%未満であることが好ましく、他の着色剤を含有しないことが更に好ましい。
他の着色剤としては、赤色着色剤、緑色着色剤、青色着色剤、黄色着色剤、紫色着色剤、オレンジ色着色剤などの有彩色着色剤が挙げられる。他の着色剤は、顔料であってもよく、染料であってもよい。顔料と染料とを併用してもよい。また、顔料は、無機顔料、有機顔料のいずれでもよい。また、顔料には、無機顔料または有機‐無機顔料の一部を有機発色団で置換した材料を用いることもできる。無機顔料や有機‐無機顔料の一部を有機発色団で置換することで、色相設計をしやすくできる。顔料としては以下に示すものが挙げられる。
C.I.ピグメントイエロー1,2,3,4,5,6,10,11,12,13,14,15,16,17,18,20,24,31,32,34,35,35:1,36,36:1,37,37:1,40,42,43,53,55,60,61,62,63,65,73,74,77,81,83,86,93,94,95,97,98,100,101,104,106,108,109,110,113,114,115,116,117,118,119,120,123,125,126,127,128,129,137,138,139,147,148,151,152,153,154,155,156,161,162,164,166,167,168,169,170,171,172,173,174,175,176,177,179,180,181,182,185,187,188,193,194,199,213,214,215,231,232(メチン系),233(キノリン系)等(以上、黄色顔料)、
C.I.ピグメントオレンジ2,5,13,16,17:1,31,34,36,38,43,46,48,49,51,52,55,59,60,61,62,64,71,73等(以上、オレンジ色顔料)、
C.I.ピグメントレッド1,2,3,4,5,6,7,9,10,14,17,22,23,31,38,41,48:1,48:2,48:3,48:4,49,49:1,49:2,52:1,52:2,53:1,57:1,60:1,63:1,66,67,81:1,81:2,81:3,83,88,90,105,112,119,122,123,144,146,149,150,155,166,168,169,170,171,172,175,176,177,178,179,184,185,187,188,190,200,202,206,207,208,209,210,216,220,224,226,242,246,254,255,264,270,272,279,294(キサンテン系、Organo Ultramarine、Bluish Red),295(アゾ系),296(アゾ系)等(以上、赤色顔料)、
C.I.ピグメントグリーン7,10,36,37,58,59,62,63等(以上、緑色顔料)、
C.I.ピグメントバイオレット1,19,23,27,32,37,42,60(トリアリールメタン系),61(キサンテン系)等(以上、紫色顔料)、
C.I.ピグメントブルー1,2,15,15:1,15:2,15:6,16,22,29,60,64,66,79,80,87(モノアゾ系),88(メチン系)等(以上、青色顔料)。
また、緑色顔料として、1分子中のハロゲン原子数が平均10~14個であり、臭素原子数が平均8~12個であり、塩素原子数が平均2~5個であるハロゲン化亜鉛フタロシアニン顔料を用いることもできる。具体例としては、国際公開第2015/118720号に記載の化合物が挙げられる。また、緑色顔料として中国特許出願第106909027号明細書に記載の化合物、国際公開第2012/102395号に記載のリン酸エステルを配位子として有するフタロシアニン化合物、特開2019-008014号公報に記載のフタロシアニン化合物および特開2018-180023号公報に記載のフタロシアニン化合物を用いることもできる。
また、青色顔料として、リン原子を有するアルミニウムフタロシアニン化合物を用いることもできる。具体例としては、特開2012-247591号公報の段落番号0022~0030、特開2011-157478号公報の段落番号0047に記載の化合物が挙げられる。
また、黄色顔料として、特開2017-201003号公報に記載の化合物、特開2017-197719号公報に記載の化合物、特開2017-171912号公報の段落番号0011~0062、0137~0276に記載の化合物、特開2017-171913号公報の段落番号0010~0062、0138~0295に記載の化合物、特開2017-171914号公報の段落番号0011~0062、0139~0190に記載の化合物、特開2017-171915号公報の段落番号0010~0065、0142~0222に記載の化合物、特開2013-054339号公報の段落番号0011~0034に記載のキノフタロン化合物、特開2014-026228号公報の段落番号0013~0058に記載のキノフタロン化合物、特開2018-062644号公報に記載のイソインドリン化合物、特開2018-203798号公報に記載のキノフタロン化合物、特開2018-062578号公報に記載のキノフタロン化合物、特許第6432077号公報に記載のキノフタロン化合物、特許第6432076号公報に記載のキノフタロン化合物、特開2018-155881号公報に記載のキノフタロン化合物、特開2018-111757号公報に記載のキノフタロン化合物、特開2018-040835号公報に記載のキノフタロン化合物、特開2017-197640号公報に記載のキノフタロン化合物、特開2016-145282号公報に記載のキノフタロン化合物、特開2014-085565号公報に記載のキノフタロン化合物、特開2014-021139号公報に記載のキノフタロン化合物、特開2013-209614号公報に記載のキノフタロン化合物、特開2013-209435号公報に記載のキノフタロン化合物、特開2013-181015号公報に記載のキノフタロン化合物、特開2013-061622号公報に記載のキノフタロン化合物、特開2013-054339号公報に記載のキノフタロン化合物、特開2013-032486号公報に記載のキノフタロン化合物、特開2012-226110号公報に記載のキノフタロン化合物、特開2008-074987号公報に記載のキノフタロン化合物、特開2008-081565号公報に記載のキノフタロン化合物、特開2008-074986号公報に記載のキノフタロン化合物、特開2008-074985号公報に記載のキノフタロン化合物、特開2008-050420号公報に記載のキノフタロン化合物、特開2008-031281号公報に記載のキノフタロン化合物、特公昭48-032765号公報に記載のキノフタロン化合物、特開2019-008014号公報に記載のキノフタロン化合物、特許第6443711号公報の段落番号0016に記載のキノフタロン化合物、特許6432077号公報の段落番号0047~0048に記載のキノフタロン化合物などが挙げられる。
赤色顔料として、特開2017-201384号公報に記載の構造中に少なくとも1つ臭素原子が置換したジケトピロロピロール化合物、特許第6248838号の段落番号0016~0022に記載のジケトピロロピロール化合物、国際公開第2012/102399号に記載のジケトピロロピロール化合物、国際公開第2012/117965号に記載のジケトピロロピロール化合物、特開2012-229344号公報に記載のナフトールアゾ化合物などを用いることもできる。また、赤色顔料として、芳香族環に対して、酸素原子、硫黄原子または窒素原子が結合した基が導入された芳香族環基がジケトピロロピロール骨格に結合した構造を有する化合物を用いることもできる。
染料としては特に制限はなく、公知の染料が使用できる。例えば、ピラゾールアゾ系、アニリノアゾ系、トリアリールメタン系、アントラキノン系、アントラピリドン系、ベンジリデン系、オキソノール系、ピラゾロトリアゾールアゾ系、ピリドンアゾ系、シアニン系、フェノチアジン系、ピロロピラゾールアゾメチン系、キサンテン系、フタロシアニン系、ベンゾピラン系、インジゴ系、ピロメテン系等の染料が挙げられる。また、特開2012-158649号公報に記載のチアゾール化合物、特開2011-184493号公報に記載のアゾ化合物、特開2011-145540号公報に記載のアゾ化合物も好ましく用いることができる。また、黄色染料として、特開2013-054339号公報の段落番号0011~0034に記載のキノフタロン化合物、特開2014-026228号公報の段落番号0013~0058に記載のキノフタロン化合物などを用いることもできる。
他の着色剤は、色素多量体であってもよい。色素多量体は、一分子中に、色素構造を2以上有するものであり、色素構造を3以上有することが好ましい。上限は、特に限定はないが、100以下とすることもできる。一分子中に有する複数の色素構造は、同一の色素構造であってもよく、異なる色素構造であってもよい。色素多量体の重量平均分子量(Mw)は、2000~50000が好ましい。下限は、3000以上がより好ましく、6000以上がさらに好ましい。上限は、30000以下がより好ましく、20000以下がさらに好ましい。色素多量体は、特開2011-213925号公報、特開2013-041097号公報、特開2015-028144号公報、特開2015-030742号公報、国際公開第2016/031442号等に記載されている化合物を用いることもできる。
着色剤の含有量は、着色組成物の全固形分中20質量%以上であることが好ましく、30質量%以上であることがより好ましく、40質量%以上であることが更に好ましい。上限は、80質量%以下が好ましく、75質量%以下がより好ましく、70質量%以下が更に好ましい。
<<重合性化合物>>
本発明の着色組成物は、重合性化合物を含有する。重合性化合物としては、エチレン性不飽和結合含有基を有する化合物などが挙げられる。エチレン性不飽和結合含有基としては、ビニル基、(メタ)アリル基、(メタ)アクリロイル基などが挙げられる。重合性化合物はラジカルにより重合可能な化合物(ラジカル重合性化合物)であることが好ましい。
重合性化合物としては、モノマー、プレポリマー、オリゴマーなどの化学的形態のいずれであってもよいが、モノマーが好ましい。重合性化合物の分子量は、100~3000が好ましい。上限は、2000以下が好ましく、1500以下がより好ましい。下限は、150以上が好ましく、250以上がより好ましい。
重合性化合物のエチレン性不飽和結合含有基価(以下、C=C価という)は、着色組成物の経時安定性の観点から2~14mmol/gであることが好ましい。下限は、3mmol/g以上であることが好ましく、4mmol/g以上であることがより好ましく、5mmol/g以上であることが更に好ましい。上限は12mmol/g以下であることが好ましく、10mmol/g以下であることがより好ましく、8mmol/g以下であることが更に好ましい。重合性化合物のC=C価は、重合性化合物の1分子中に含まれるエチレン性不飽和結合含有基の数を重合性化合物の分子量で割ることで算出した。
重合性化合物は、エチレン性不飽和結合含有基を3個以上含む化合物であることが好ましく、エチレン性不飽和結合含有基を4個以上含む化合物であることがより好ましい。この態様によれば、露光による着色組成物の硬化性が良好である。エチレン性不飽和結合含有基の上限は、着色組成物の経時安定性の観点から15個以下であることが好ましく、10個以下であることがより好ましく、6個以下であることが更に好ましい。また、重合性化合物は、3官能以上の(メタ)アクリレート化合物であることが好ましく、3~15官能の(メタ)アクリレート化合物であることがより好ましく、3~10官能の(メタ)アクリレート化合物であることが更に好ましく、3~6官能の(メタ)アクリレート化合物であることが特に好ましい。
重合性化合物は、エチレン性不飽和結合含有基とアルキレンオキシ基とを含む化合物であることも好ましい。このような重合性化合物は柔軟性が高く、エチレン性不飽和結合含有基が移動し易いため、露光時において重合性化合物同士が反応し易く、支持体などとの密着性に優れた硬化膜(画素)を形成できる。また、光重合開始剤としてヒドロキシアルキルフェノン化合物を用いた場合においては、重合性化合物と光重合開始剤とが近接して重合性化合物の近傍でラジカルを発生させて重合性化合物をより効果的に反応させることができると推測され、より優れた密着性や耐溶剤性を有する硬化膜(画素)を形成し易い。
重合性化合物の1分子中に含まれるアルキレンオキシ基の数は、3個以上であることが好ましく、4個以上であることがより好ましい。上限は、着色組成物の経時安定性の観点から20個以下が好ましい。
また、エチレン性不飽和結合含有基とアルキレンオキシ基とを含む化合物のSP値(Solubility Parameter)は、着色組成物中の他の成分との相溶性の観点から9.0~11.0が好ましい。上限は、10.75以下が好ましく、10.5以下がより好ましい。下限は、9.25以上が好ましく、9.5以上が更に好ましい。なお、本明細書において、SP値はFedors法に基づく計算値を使用した。
エチレン性不飽和結合含有基とアルキレンオキシ基とを有する化合物としては、下記式(M-1)で表される化合物が挙げられる。
式(M-1)
Figure 0007220776000002
式中Aは、エチレン性不飽和結合含有基を表し、Lは単結合または2価の連結基を表し、Rは、アルキレン基を表し、mは1~30の整数を表し、nは3以上の整数を表し、Lはn価の連結基を表す。
が表すエチレン性不飽和結合含有基としては、ビニル基、(メタ)アリル基、(メタ)アクリロイル基が挙げられ、(メタ)アクリロイル基が好ましい。
が表す2価の連結基としては、アルキレン基、アリーレン基、-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、-NH-およびこれらの2種以上を組み合わせた基が挙げられる。アルキレン基の炭素数は、1~30が好ましく、1~20がより好ましく、1~15が更に好ましい。アルキレン基は、直鎖、分岐、環状のいずれでもよい。アリーレン基の炭素数は、6~30が好ましく、6~20がより好ましく、6~10が更に好ましい。
が表すアルキレン基の炭素数は、1~10が好ましく、1~5がより好ましく、1~3が更に好ましく、2または3が特に好ましく、2が最も好ましい。Rが表すアルキレン基は、直鎖、分岐が好ましく、直鎖がより好ましい。Rが表すアルキレン基の具体例は、エチレン基、直鎖または分岐のプロピレン基などが挙げられ、エチレン基が好ましい。
mは、1~30の整数を表し、1~20の整数が好ましく、1~10の整数がより好ましく、1~5が更に好ましい。
nは3以上の整数を表し、4以上の整数が好ましい。nの上限は15以下の整数が好ましく、10以下の整数がより好ましく、6以下の整数が更に好ましい。
が表すn価の連結基としては、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、複素環基およびこれらの組み合わせからなる基、ならびに、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基および複素環基から選ばれる少なくとも1種と、-O-、-CO-、-COO-、-OCO-および-NH-から選ばれる少なくとも1種とを組み合わせてなる基が挙げられる。脂肪族炭化水素基の炭素数は、1~30が好ましく、1~20がより好ましく、1~15が更に好ましい。脂肪族炭化水素基は、直鎖、分岐、環状のいずれでもよく、直鎖または分岐が好ましい。芳香族炭化水素基の炭素数は、6~30が好ましく、6~20がより好ましく、6~10が更に好ましい。複素環基は、非芳香族の複素環基であってもよく、芳香族複素環基であってもよい。複素環基は、5員環または6員環が好ましい。複素環基を構成するヘテロ原子の種類は窒素原子、酸素原子、硫黄原子などが挙げられる。複素環基を構成するヘテロ原子の数は1~3が好ましい。複素環基は、単環であってもよく、縮合環であってもよい。Lが表すn価の連結基は、多官能アルコールから誘導される基であることも好ましい。
エチレン性不飽和結合含有基とアルキレンオキシ基とを有する化合物としては、下記式(M-2)で表される化合物がより好ましい。
式(M-2)
Figure 0007220776000003
式中Rは水素原子またはメチル基を表し、Rは、アルキレン基を表し、mは1~30の整数を表し、nは3以上の整数を表し、Lはn価の連結基を表す。式(M-2)のR、L、m、nは、式(M-1)のR、L、m、nと同義であり、好ましい範囲も同様である。
エチレン性不飽和結合含有基とアルキレンオキシ基とを有する化合物の市販品としては、KAYARAD T-1420(T)、RP-1040(日本化薬(株)製)などが挙げられる。
重合性化合物として、ジペンタエリスリトールトリアクリレート(市販品としてはKAYARAD D-330;日本化薬(株)製)、ジペンタエリスリトールテトラアクリレート(市販品としてはKAYARAD D-320;日本化薬(株)製)、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート(市販品としてはKAYARAD D-310;日本化薬(株)製)、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート(市販品としてはKAYARAD DPHA;日本化薬(株)製、NKエステルA-DPH-12E;新中村化学工業(株)製)、およびこれらの(メタ)アクリロイル基がエチレングリコールおよび/またはプロピレングリコール残基を介して結合している構造の化合物(例えば、サートマー社から市販されている、SR454、SR499)などを用いることもできる。また、重合性化合物として、アロニックス M-402(東亞合成(株)製、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとジペンタエリスリトールペンタアクリレートの混合物)を用いることも好ましい。また、重合性化合物として、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンプロピレンオキシ変性トリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンエチレンオキシ変性トリ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸エチレンオキシ変性トリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートなどの3官能の(メタ)アクリレート化合物を用いることもできる。3官能の(メタ)アクリレート化合物の市販品としては、アロニックスM-309、M-310、M-321、M-350、M-360、M-313、M-315、M-306、M-305、M-303、M-452、M-450(東亞合成(株)製)、NKエステル A9300、A-GLY-9E、A-GLY-20E、A-TMM-3、A-TMM-3L、A-TMM-3LM-N、A-TMPT、TMPT(新中村化学工業(株)製)、KAYARAD GPO-303、TMPTA、THE-330、TPA-330、PET-30(日本化薬(株)製)などが挙げられる。
重合性化合物としては、酸基を有する重合性化合物を用いることも好ましい。酸基を有する重合性化合物を用いることで、現像時に未露光部の着色組成物層が除去されやすく、現像残渣の発生を抑制できる。酸基としては、カルボキシル基、スルホ基、リン酸基等が挙げられ、カルボキシル基が好ましい。酸基を有する重合性化合物としては、コハク酸変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。酸基を有する重合性化合物の市販品としては、アロニックスM-510、M-520、アロニックスTO-2349(東亞合成(株)製)等が挙げられる。酸基を有する重合性化合物の好ましい酸価としては、0.1~40mgKOH/gであり、より好ましくは5~30mgKOH/gである。重合性化合物の酸価が0.1mgKOH/g以上であれば、現像液に対する溶解性が良好であり、40mgKOH/g以下であれば、製造や取扱い上、有利である。
重合性化合物としては、カプロラクトン構造を有する化合物を用いることも好ましい。カプロラクトン構造を有する重合性化合物は、例えば、日本化薬(株)からKAYARAD DPCAシリーズとして市販されており、DPCA-20、DPCA-30、DPCA-60、DPCA-120等が挙げられる。
重合性化合物としては、トルエンなどの環境規制物質を実質的に含まない化合物を用いることも好ましい。このような化合物の市販品としては、KAYARAD DPHA LT、KAYARAD DPEA-12 LT(日本化薬(株)製)などが挙げられる。
重合性化合物としては、特開2017-048367号公報、特許第6057891号公報、特許第6031807号公報、特開2017-194662号公報に記載されている化合物、8UH-1006、8UH-1012(以上、大成ファインケミカル(株)製)、ライトアクリレートPOB-A0(共栄社化学(株)製)などを用いることもできる。
重合性化合物の含有量は、着色組成物の全固形分中5.0~35質量%であることが好ましい。上限は、30質量%以下であることが好ましく、25質量%以下であることがより好ましい。下限は、7.5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましい。
<<光重合開始剤>>
本発明の着色組成物は光重合開始剤を含有する。光重合開始剤としては、特に制限はなく、公知の光重合開始剤の中から適宜選択することができる。例えば、紫外線領域から可視領域の光線に対して感光性を有する化合物が好ましい。光重合開始剤は、光ラジカル重合開始剤であることが好ましい。
光重合開始剤としては、ハロゲン化炭化水素誘導体(例えば、トリアジン骨格を有する化合物、オキサジアゾール骨格を有する化合物など)、アシルホスフィンオキサイド等のアシルホスフィン化合物、ヘキサアリールビイミダゾール化合物、オキシム誘導体等のオキシム化合物、有機過酸化物、チオ化合物、ケトン化合物、芳香族オニウム塩、ケトオキシムエーテル化合物、アミノアルキルフェノン化合物、ヒドロキシアルキルフェノン化合物、フェニルグリオキシレート化合物などが挙げられる。光重合開始剤の具体例としては、例えば、特開2013-029760号公報の段落番号0265~0268、特許第6301489号公報の記載を参酌することができ、この内容は本明細書に組み込まれる。本発明で用いられる光重合開始剤は、オキシム化合物を含有するものであることが好ましく、オキシム化合物とヒドロキシアルキルフェノン化合物とを含有するものであることがより好ましい。
フェニルグリオキシレート化合物としては、フェニルグリオキシリックアシッドメチルエステルなどが挙げられる。市販品としては、Omnirad MBF(IGM Resins B.V.社製)、Irgacure MBF(BASF社製)などが挙げられる。
アミノアルキルフェノン化合物としては、例えば、特開平10-291969号公報に記載のアミノアルキルフェノン化合物が挙げられる。また、アミノアルキルフェノン化合物の市販品としては、Omnirad 907、Omnirad 369、Omnirad 369E、Omnirad 379EG(以上、IGM Resins B.V.社製)、Irgacure 907、Irgacure 369、Irgacure 369E、Irgacure 379EG(以上、BASF社製)などが挙げられる。
アシルホスフィン化合物としては、特許第4225898号公報に記載のアシルホスフィン化合物が挙げられる。具体例としては、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルフォスフィンオキサイドなどが挙げられる。アシルホスフィン化合物の市販品としては、Omnirad 819、Omnirad TPO(以上、IGM Resins B.V.社製)、Irgacure 819、Irgacure TPO(以上、BASF社製)などが挙げられる。
ヒドロキシアルキルフェノン化合物としては、下記式(V)で表される化合物が挙げられる。
式(V)
Figure 0007220776000004
式中Rvは、置換基を表し、RvおよびRvは、それぞれ独立して水素原子または置換基を表し、RvとRvとが互いに結合して環を形成していてもよく、mは0~5の整数を表す。
Rvが表す置換基としては、アルキル基(好ましくは、炭素数1~10のアルキル基)、アルコキシ基(好ましくは、炭素数1~10のアルコキシ基)が挙げられる。アルキル基およびアルコキシ基は、直鎖または分岐が好ましく、直鎖がより好ましい。Rvが表すアルキル基およびアルコキシ基は、無置換であってもよく、置換基を有していてもよい。置換基としては、ヒドロキシ基や、ヒドロキシアルキルフェノン構造を有する基などが挙げられる。ヒドロキシアルキルフェノン構造を有する基としては、式(V)におけるRvが結合したベンゼン環またはRvから水素原子を1個除去した構造の基が挙げられる。
RvおよびRvは、それぞれ独立して水素原子または置換基を表す。置換基としては、アルキル基(好ましくは炭素数1~10のアルキル基)が好ましい。また、RvとRvは互いに結合して環(好ましくは炭素数4~8の環、より好ましくは、炭素数4~8の脂肪族環)を形成していてもよい。アルキル基は、直鎖または分岐が好ましく、直鎖がより好ましい。
式(V)で表される化合物の具体例としては、下記化合物が挙げられる。
Figure 0007220776000005
ヒドロキシアルキルフェノン化合物の市販品としては、Omnirad 184、Omnirad 1173、Omnirad 2959、Omnirad 127(以上、IGM Resins B.V.社製)、Irgacure 184、Irgacure 1173、Irgacure 2959、Irgacure 127(以上、BASF社製)などが挙げられる。
オキシム化合物としては、特開2001-233842号公報に記載の化合物、特開2000-080068号公報に記載の化合物、特開2006-342166号公報に記載の化合物、J.C.S.Perkin II(1979年、pp.1653-1660)に記載の化合物、J.C.S.Perkin II(1979年、pp.156-162)に記載の化合物、Journal of Photopolymer Science and Technology(1995年、pp.202-232)に記載の化合物、特開2000-066385号公報に記載の化合物、特開2000-080068号公報に記載の化合物、特表2004-534797号公報に記載の化合物、特開2006-342166号公報に記載の化合物、特開2017-019766号公報に記載の化合物、特許第6065596号公報に記載の化合物、国際公開第2015/152153号に記載の化合物、国際公開第2017/051680号に記載の化合物、特開2017-198865号公報に記載の化合物、国際公開第2017/164127号の段落番号0025~0038に記載の化合物、国際公開第2013/167515号に記載の化合物などが挙げられる。オキシム化合物の具体例としては、3-ベンゾイルオキシイミノブタン-2-オン、3-アセトキシイミノブタン-2-オン、3-プロピオニルオキシイミノブタン-2-オン、2-アセトキシイミノペンタン-3-オン、2-アセトキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オン、2-ベンゾイルオキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オン、3-(4-トルエンスルホニルオキシ)イミノブタン-2-オン、及び2-エトキシカルボニルオキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オンなどが挙げられる。市販品としては、Irgacure OXE01、Irgacure OXE02Irgacure OXE03、Irgacure OXE04(以上、BASF社製)、TR-PBG-304(常州強力電子新材料有限公司製)、アデカオプトマーN-1919((株)ADEKA製、特開2012-014052号公報に記載の光重合開始剤2)が挙げられる。また、オキシム化合物としては、着色性が無い化合物や、透明性が高く変色し難い化合物を用いることも好ましい。市販品としては、アデカアークルズNCI-730、NCI-831、NCI-930(以上、(株)ADEKA製)などが挙げられる。
オキシム化合物は、フッ素原子を含むオキシム化合物であることも好ましい。フッ素原子を含むオキシム化合物は、式(OX-1)で表される化合物が好ましい。
(OX-1)
Figure 0007220776000006
式(OX-1)において、ArおよびAr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し、Rは、フッ素原子を含む基を有するアリール基を表し、RおよびRは、それぞれ独立に、アルキル基またはアリール基を表す。
ArおよびAr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。芳香族炭化水素環は、単環でもよく、縮合環であってもよい。芳香族炭化水素環の環を構成する炭素原子数は、6~20が好ましく、6~15がより好ましく、6~10が特に好ましい。芳香族炭化水素環は、ベンゼン環およびナフタレン環が好ましい。なかでも、ArおよびArの少なくとも一方がベンゼン環であることが好ましく、Arがベンゼン環であることがより好ましい。Arは、ベンゼン環またはナフタレン環が好ましく、ナフタレン環がより好ましい。
ArおよびArが有してもよい置換基としては、アルキル基、アリール基、ヘテロ環基、ニトロ基、シアノ基、ハロゲン原子、-ORX1、-SRX1、-CORX1、-COORX1、-OCORX1、-NRX1X2、-NHCORX1、-CONRX1X2、-NHCONRX1X2、-NHCOORX1、-SOX1、-SOORX1、-NHSOX1などが挙げられる。RX1およびRX2は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基またはヘテロ環基を表す。ハロゲン原子は、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、フッ素原子が好ましい。置換基としてのアルキル基、ならびに、RX1およびRX2が表すアルキル基の炭素数は、1~30が好ましい。アルキル基は、直鎖、分岐、環状のいずれでもよいが、直鎖または分岐が好ましい。アルキル基は、水素原子の一部または全部がハロゲン原子(好ましくは、フッ素原子)で置換されていてもよい。また、アルキル基は、水素原子の一部または全部が、上記置換基で置換されていてもよい。置換基としてのアリール基、ならびに、RX1およびRX2が表すアリール基の炭素数は、6~20が好ましく、6~15がより好ましく、6~10が更に好ましい。アリール基は、単環であってもよく、縮合環であってもよい。また、アリール基は、水素原子の一部または全部が、上記置換基で置換されていてもよい。置換基としてのヘテロ環基、ならびに、RX1およびRX2が表すヘテロ環基は、5員環または6員環が好ましい。ヘテロ環基は、単環であってもよく、縮合環であってもよい。ヘテロ環基を構成する炭素原子の数は3~30が好ましく、3~18がより好ましく、3~12がより好ましい。ヘテロ環基を構成するヘテロ原子の数は1~3が好ましい。ヘテロ環基を構成するヘテロ原子は、窒素原子、酸素原子または硫黄原子が好ましい。また、ヘテロ環基は、水素原子の一部または全部が、上記置換基で置換されていてもよい。
Arが表す芳香族炭化水素環は、無置換が好ましい。Arが表す芳香族炭化水素環は、無置換であってもよく、置換基を有していてもよい。置換基を有していることが好ましい。置換基としては、-CORX1が好ましい。RX1は、アルキル基、アリール基またはヘテロ環基が好ましく、アリール基がより好ましい。アリール基は置換基を有していてもよく、無置換であってもよい。置換基としては、炭素数1~10のアルキル基などが挙げられる。
は、フッ素原子を含む基を有するアリール基を表す。アリール基の炭素数は、6~20が好ましく、6~15がより好ましく、6~10が更に好ましい。フッ素原子を含む基は、フッ素原子を有するアルキル基(以下、含フッ素アルキル基ともいう)、および、フッ素原子を有するアルキル基を含む基(以下、含フッ素基ともいう)が好ましい。含フッ素基としては、-ORF1、-SRF1、-CORF1、-COORF1、-OCORF1、-NRF1F2、-NHCORF1、-CONRF1F2、-NHCONRF1F2、-NHCOORF1、-SOF1、-SOORF1および-NHSOF1から選ばれる少なくとも1種の基が好ましい。RF1は、含フッ素アルキル基を表し、RF2は、水素原子、アルキル基、含フッ素アルキル基、アリール基またはヘテロ環基を表す。含フッ素基は、-ORF1が好ましい。
アルキル基および含フッ素アルキル基の炭素数は、1~20が好ましく、1~15がより好ましく、1~10が更に好ましく、1~4が特に好ましい。アルキル基および含フッ素アルキル基は、直鎖、分岐、環状のいずれでもよいが、直鎖または分岐が好ましい。含フッ素アルキル基において、フッ素原子の置換率は40~100%であることが好ましく、50~100%であることがより好ましく、60~100%であることがさらに好ましい。なお、フッ素原子の置換率とは、アルキル基が有する全水素原子の数に対してフッ素原子に置換されている数の比率(%)をいう。
アリール基の炭素数は、6~20が好ましく、6~15がより好ましく、6~10が更に好ましい。
ヘテロ環基は、5員環または6員環が好ましい。ヘテロ環基は、単環であってもよく、縮合環であってもよい。縮合数は、2~8が好ましく、2~6がより好ましく、3~5が更に好ましく、3~4が特に好ましい。ヘテロ環基を構成する炭素原子の数は3~40が好ましく、3~30がより好ましく、3~20がより好ましい。ヘテロ環基を構成するヘテロ原子の数は1~3が好ましい。ヘテロ環基を構成するヘテロ原子は、窒素原子、酸素原子または硫黄原子が好ましく、窒素原子がより好ましい。
フッ素原子を含む基は、式(1)または(2)で表される末端構造を有することが好ましい。式中の*は、連結手を表す。
*-CHF (1)
*-CF (2)
は、アルキル基またはアリール基を表し、アルキル基が好ましい。アルキル基およびアリール基は、無置換であってもよく、置換基を有していてもよい。置換基としては、上述したArおよびArが有してもよい置換基で説明した置換基が挙げられる。アルキル基の炭素数は、1~20が好ましく、1~15がより好ましく、1~10が更に好ましく、1~4が特に好ましい。アルキル基は、直鎖、分岐、環状のいずれでもよいが、直鎖または分岐が好ましい。アリール基の炭素数は、6~20が好ましく、6~15がより好ましく、6~10が更に好ましい。
は、アルキル基またはアリール基を表し、アルキル基が好ましい。アルキル基およびアリール基は、無置換であってもよく、置換基を有していてもよい。置換基としては、上述したArおよびArが有してもよい置換基で説明した置換基が挙げられる。Rが表すアルキル基の炭素数は、1~20が好ましく、1~15がより好ましく、1~10が更に好ましい。アルキル基は、直鎖、分岐、環状のいずれでもよいが、直鎖または分岐が好ましい。Rが表すアリール基の炭素数は、6~20が好ましく、6~15がより好ましく、6~10が更に好ましい。
フッ素原子を有するオキシム化合物の具体例としては、特開2010-262028号公報に記載の化合物、特表2014-500852号公報に記載の化合物24、36~40、特開2013-164471号公報に記載の化合物(C-3)などが挙げられる。
また、オキシム化合物は、フルオレン環を有するオキシム化合物を用いることもできる。フルオレン環を有するオキシム化合物の具体例としては、特開2014-137466号公報に記載の化合物が挙げられる。この内容は本明細書に組み込まれる。
また、オキシム化合物は、ベンゾフラン骨格を有するオキシム化合物を用いることもできる。具体例としては、国際公開第2015/036910号に記載の化合物OE-01~OE-75が挙げられる。
また、オキシム化合物は、カルバゾール環の少なくとも1つのベンゼン環がナフタレン環となった骨格を有するオキシム化合物を用いることもできる。そのようなオキシム化合物の具体例としては、国際公開第2013/083505号に記載の化合物が挙げられる。
また、オキシム化合物は、ニトロ基を有するオキシム化合物を用いることができる。ニトロ基を有するオキシム化合物は、二量体とすることも好ましい。ニトロ基を有するオキシム化合物の具体例としては、特開2013-114249号公報の段落番号0031~0047、特開2014-137466号公報の段落番号0008~0012、0070~0079に記載の化合物、特許4223071号公報の段落番号0007~0025に記載の化合物などが挙げられる。
オキシム化合物の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
Figure 0007220776000007
Figure 0007220776000008
本発明では、光重合開始剤として、メタノール中での波長365nmの吸光係数が1.0×10mL/gcm以上の光重合開始剤A1と、メタノール中での波長365nmの吸光係数が1.0×10mL/gcm以下で、かつ、波長254nmの吸光係数が1.0×10mL/gcm以上の光重合開始剤A2と、を併用することが好ましい。この態様によれば、露光によって着色組成物を十分に硬化させやすく、低温プロセス(例えば全工程を通じて150℃以下の温度、好ましくは120℃以下の温度)にて、平坦性が良好で、かつ、耐溶剤性などの特性にも優れた画素を形成することができる。光重合開始剤A1および光重合開始剤A2としては、上述した化合物のなかから上記の吸光係数を有する化合物を選択して用いることが好ましい。
なお、本発明において、光重合開始剤の上記波長における吸光係数は、以下のようにして測定した値である。すなわち、光重合開始剤をメタノールに溶解させて測定溶液を調製し、前述の測定溶液の吸光度を測定することで算出した。具体的には、前述の測定溶液を幅1cmのガラスセルに入れ、Agilent Technologies社製UV-Vis-NIRスペクトルメーター(Cary5000)を用いて吸光度を測定し、下記式に当てはめて、波長365nmおよび波長254nmにおける吸光係数(mL/gcm)を算出した。
Figure 0007220776000009
上記式においてεは吸光係数(mL/gcm)、Aは吸光度、cは光重合開始剤の濃度(g/mL)、lは光路長(cm)を表す。
光重合開始剤A1のメタノール中での波長365nmにおける吸光係数は、1.0×10mL/gcm以上であり、1.0×10mL/gcm以上であることが好ましく、1.1×10mL/gcm以上であることがより好ましく、1.2×10~1.0×10mL/gcmであることが更に好ましく、1.3×10~5.0×10mL/gcmであることがより一層好ましく、1.5×10~3.0×10mL/gcmであることが特に好ましい。
また、光重合開始剤A1のメタノール中での波長254nmの光の吸光係数は、1.0×10~1.0×10mL/gcmであることが好ましく、1.5×10~9.5×10mL/gcmであることがより好ましく、3.0×10~8.0×10mL/gcmであることが更に好ましい。
光重合開始剤A1としては、オキシム化合物、アミノアルキルフェノン化合物、アシルホスフィン化合物が好ましく、オキシム化合物およびアシルホスフィン化合物がより好ましく、オキシム化合物が更に好ましく、組成物に含まれる他の成分との相溶性の観点からフッ素原子を含むオキシム化合物であることが特に好ましい。フッ素原子を含むオキシム化合物としては、上述した式(OX-1)で表される化合物が好ましい。光重合開始剤A1の具体例としては、1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)-,2-(O-ベンゾイルオキシム)](市販品としては、例えば、Irgacure OXE01、BASF社製)、エタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-,1-(O-アセチルオキシム)(市販品としては、例えば、Irgacure OXE02、BASF社製)、上記のオキシム化合物の具体例で示した(C-13)、(C-14)、(C-17)などが挙げられる。
光重合開始剤A2のメタノール中での波長365nmの光の吸光係数は、1.0×10mL/gcm以下であり、10~1.0×10mL/gcmであることが好ましく、20~1.0×10mL/gcmであることがより好ましい。また、光重合開始剤A1のメタノール中での波長365nmの光の吸光係数と、光重合開始剤A2のメタノール中での波長365nmの光の吸光係数との差は、9.0×10mL/gcm以上であり、1.0×10mL/gcm以上であることが好ましく、5.0×10~3.0×10mL/gcmであることがより好ましく、1.0×10~2.0×10mL/gcmであることが更に好ましい。また、光重合開始剤A2のメタノール中での波長254nmの光の吸光係数は、1.0×10mL/gcm以上であり、1.0×10~1.0×10mL/gcmであることが好ましく、5.0×10~1.0×10mL/gcmであることがより好ましい。
光重合開始剤A2としては、ヒドロキシアルキルフェノン化合物、フェニルグリオキシレート化合物、アミノアルキルフェノン化合物、アシルホスフィン化合物が好ましく、ヒドロキシアルキルフェノン化合物およびフェニルグリオキシレート化合物がより好ましく、ヒドロキシアルキルフェノン化合物が更に好ましい。また、ヒドロキシアルキルフェノン化合物としては、上述した式(V)で表される化合物が好ましい。光重合開始剤A2の具体例としては、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-オンなどが挙げられる。
光重合開始剤A1と光重合開始剤A2との組み合わせとしては、光重合開始剤A1がオキシム化合物であり、光重合開始剤A2がヒドロキシアルキルフェノン化合物である組み合わせが好ましく、光重合開始剤A1がオキシム化合物であり、光重合開始剤A2が上述した式(V)で表される化合物である組み合わせがより好ましく、光重合開始剤A1がフッ素原子を含むオキシム化合物であり、光重合開始剤A2が上述した式(V)で表される化合物である組み合わせが特に好ましい。
光重合開始剤の含有量は、着色組成物の全固形分中3~25質量%であることが好ましい。下限は、5質量%以上であることが好ましく、7.5質量%以上であることがより好ましく、8質量%以上であることが更に好ましく、9質量%以上であることが一層好ましく、10質量%以上であることが特に好ましい。上限は、20質量%以下であることが好ましく、17.5質量%以下であることがより好ましく、15質量%以下であることが更に好ましい。光重合開始剤は、1種単独であってもよいし、2種以上を併用してもよい。2種以上を併用する場合には、それらの合計量が上記範囲となることが好ましい。
また、本発明の着色組成物において、質量%表示で、全固形分中における重合性化合物の含有量Mと、全固形分中における光重合開始剤の含有量Iとの比(M/I)は、20以下であることが好ましい。上記比の上限は、10以下であることが好ましく、5以下であることがより好ましく、3以下であることが更に好ましく、2以下であることが特に好ましい。上記比の下限は、0.1以上であることが好ましく、0.5以上であることがより好ましい。
本発明の着色組成物において、光重合開始剤として上述したオキシム化合物を用いた場合、オキシム化合物の含有量は、着色組成物の全固形分中3~25質量%であることが好ましい。下限は、5質量%以上であることが好ましく、7.5質量%以上であることがより好ましく、8質量%以上であることが更に好ましく、9質量%以上であることが一層好ましく、10質量%以上であることが特に好ましい。上限は、20質量%以下であることが好ましく、17.5質量%以下であることがより好ましく、15質量%以下であることが更に好ましい。オキシム化合物の含有量が上記範囲にあることにより、現像後の硬化膜の支持体への密着性を向上できる。オキシム化合物は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。2種以上を併用する場合には、それらの合計量が上記範囲となることが好ましい。
また、本発明の着色組成物において、質量%表示で、全固形分中における重合性化合物の含有量Mと、全固形分中におけるオキシム化合物の含有量Iとの比(M/I)は、20以下であることが好ましい。上記比の上限は、10以下であることが好ましく、5以下であることがより好ましく、3以下であることが更に好ましく、2以下であることが特に好ましい。上記比の下限は、0.1以上であることが好ましく、0.5以上であることがより好ましい。
本発明の着色組成物において、光重合開始剤として上述した光重合開始剤A1を用いた場合、光重合開始剤A1の含有量は、着色組成物の全固形分中3~25質量%であることが好ましい。下限は、5質量%以上であることが好ましく、7.5質量%以上であることがより好ましく、8質量%以上であることが更に好ましく、9質量%以上であることが一層好ましく、10質量%以上であることが特に好ましい。上限は、20質量%以下であることが好ましく、17.5質量%以下であることがより好ましく、15質量%以下であることが更に好ましい。光重合開始剤A1の含有量が上記範囲にあることにより、現像後の硬化膜の支持体への密着性を向上できる。
本発明の着色組成物において、質量%表示で、全固形分中における重合性化合物の含有量Mと、全固形分中における光重合開始剤A1の含有量IA1との比(M/IA1)は、20以下であることが好ましい。上記比の上限は、10以下であることが好ましく、5以下であることがより好ましく、3以下であることが更に好ましく、2以下であることが特に好ましい。上記比の下限は、0.1以上であることが好ましく、0.5以上であることがより好ましい。
本発明の着色組成物において、光重合開始剤として上述した光重合開始剤A2を用いた場合、光重合開始剤A2の含有量は、着色組成物の全固形分中0.1~10.0質量%であることが好ましい。下限は、0.5質量%以上であることが好ましく、1.0質量%以上であることがより好ましく、1.5質量%以上であることが更に好ましい。上限は、9.0質量%以下であることが好ましく、8.0質量%以下であることがより好ましく、7.0質量%以下であることがさらに好ましい。光重合開始剤A2の含有量が上記範囲であれば、現像後の硬化膜の耐溶剤性を向上できる。
本発明の着色組成物において、光重合開始剤として上述した光重合開始剤A1と光重合開始剤A2とを用いた場合、本発明の着色組成物は、光重合開始剤A1の100質量部に対して、光重合開始剤A2を50~200質量部含有することが好ましい。上限は、175質量部以下であることが好ましく、150質量部以下であることがより好ましい。下限は、60質量部以上であることが好ましく、70質量部以上であることがより好ましい。この態様によれば、低温プロセス(例えば全工程を通じて150℃以下、好ましくは120℃以下の温度下でのプロセス)にて耐溶剤性などの特性に優れた硬化膜を形成することができる。光重合開始剤A1および光重合開始剤A2をそれぞれ2種以上併用する場合には、それぞれの合計量が上記要件を満たすことが好ましい。
本発明の着色組成物において、光重合開始剤として上述した光重合開始剤A1と光重合開始剤A2とを用いた場合、着色組成物の全固形分中における光重合開始剤A1と光重合開始剤A2との合計の含有量は、3.1~25質量%であることが好ましい。下限は、3.1質量%以上であることが好ましく、5質量%以上であることが好ましく、7.5質量%以上であることがより好ましく、8質量%以上であることが更に好ましく、9質量%以上であることが一層好ましく、10質量%以上であることが特に好ましい。上限は、20質量%以下であることが好ましく、17.5質量%以下であることがより好ましく、15質量%以下であることが更に好ましい。
本発明の着色組成物は、光重合開始剤として光重合開始剤A1および光重合開始剤A2以外の光重合開始剤(以下、他の光重合開始剤ともいう)を含有することもできるが、他の光重合開始剤は実質的に含有しないことが好ましい。他の光重合開始剤を実質的に含有しない場合とは、他の光重合開始剤の含有量が、光重合開始剤A1と光重合開始剤A2との合計100質量部に対して1質量部以下であることを意味し、0.5質量部以下であることがより好ましく、0.1質量部以下であることが更に好ましく、他の光重合開始剤を含有しないことが一層好ましい。
<<樹脂>>
本発明の着色組成物は樹脂を含むことが好ましい。樹脂は、例えば、顔料(C.I.ピグメントブルー15:3、C.I.ピグメントブルー15:4、C.I.ピグメントイエロー150など)を着色組成物中で分散させる用途や、バインダーの用途で配合される。なお、主に顔料を着色組成物中で分散させるために用いられる樹脂を分散剤ともいう。ただし、樹脂のこのような用途は一例であって、このような用途以外を目的として樹脂を使用することもできる。
樹脂の重量平均分子量(Mw)は、2000~2000000が好ましい。上限は、1000000以下が好ましく、500000以下がより好ましい。下限は、3000以上が好ましく、4000以上がより好ましく、5000以上が更に好ましい。
樹脂としては、例えば、(メタ)アクリル樹脂、(メタ)アクリルアミド樹脂、エポキシ樹脂、エン・チオール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリフェニレン樹脂、ポリアリーレンエーテルホスフィンオキシド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、環状オレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン樹脂、シロキサン樹脂などが挙げられる。また、特開2017-206689号公報の段落番号0041~0060に記載の樹脂、特開2018-010856号公報の段落番号0022~0071に記載の樹脂、特開2017-057265号公報に記載の樹脂、特開2017-032685号公報に記載の樹脂、特開2017-075248号公報に記載の樹脂、特開2017-066240号公報に記載の樹脂を用いることもできる。
本発明で用いる樹脂は、酸基を有していてもよい。酸基としては、例えば、カルボキシル基、リン酸基、スルホ基、フェノール性ヒドロキシ基などが挙げられる。これら酸基は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。酸基を有する樹脂は、酸基を側鎖に有する繰り返し単位を含むことが好ましい。酸基を有する樹脂はアルカリ可溶性樹脂や、分散剤として用いることもできる。
酸基を有する樹脂の酸価は、30~500mgKOH/gが好ましい。下限は、50mgKOH/g以上がより好ましく、70mgKOH/g以上が更に好ましい。上限は、400mgKOH/g以下がより好ましく、200mgKOH/g以下がさらに好ましく、150mgKOH/g以下が特に好ましく、120mgKOH/g以下が最も好ましい。
酸基を有する樹脂は、マレイミド化合物に由来する繰り返し単位を有していてもよい。マレイミド化合物としては、N-アルキルマレイミド、N-アリールマレイミドなどが挙げられる。マレイミド化合物に由来する繰り返し単位としては、式(C-mi)で表される繰り返し単位が挙げられる。
Figure 0007220776000010
式(C-mi)において、Rmiはアルキル基またはアリール基を表す。アルキル基の炭素数は1~20が好ましい。アルキル基は、直鎖、分岐、環状のいずれもよい。アリール基の炭素数は、6~20が好ましく、6~15がより好ましく、6~10が更に好ましい。Rmiはアリール基であることが好ましい。
酸基を有する樹脂は、下記式(ED1)で示される化合物および/または下記式(ED2)で表される化合物(以下、これらの化合物を「エーテルダイマー」と称することもある。)由来の繰り返し単位を含む樹脂であることも好ましい。
Figure 0007220776000011
式(ED1)中、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子または置換基を有していてもよい炭素数1~25の炭化水素基を表す。
Figure 0007220776000012
式(ED2)中、Rは、水素原子または炭素数1~30の有機基を表す。式(ED2)の詳細については、特開2010-168539号公報の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。エーテルダイマーの具体例については、特開2013-029760号公報の段落番号0317を参酌することができ、この内容は本明細書に組み込まれる。
エーテルダイマー由来の繰り返し単位を含む樹脂としては、例えば下記構造の樹脂が挙げられる。以下の構造式中Meはメチル基を表す。
Figure 0007220776000013
本発明で用いられる樹脂は、重合性基を有していてもよい。重合性基としては、ビニル基、(メタ)アリル基、(メタ)アクリロイル基等のエチレン性不飽和結合含有基が挙げられる。重合性基を有する樹脂の市販品としては、ダイヤナールNRシリーズ(三菱レイヨン(株)製)、Photomer6173(カルボキシル基含有ポリウレタンアクリレートオリゴマー、Diamond Shamrock Co.,Ltd.製)、ビスコートR-264、KSレジスト106(いずれも大阪有機化学工業(株)製)、サイクロマーPシリーズ(例えば、ACA230AA)、プラクセル CF200シリーズ(いずれも(株)ダイセル製)、Ebecryl3800(ダイセルユーシービー株式会社製)、アクリキュアーRD-F8((株)日本触媒製)、DP-1305(富士ファインケミカルズ(株)製)などが挙げられる。
本発明で用いられる樹脂は、式(I)で表される化合物由来の繰り返し単位を含む樹脂b1を含有することが好ましい。樹脂b1を用いることで、低温での硬化性に優れ、更には、分光特性に優れた硬化膜を形成しやすい。
Figure 0007220776000014
は、OまたはNHを表し、Oであることが好ましい。
は水素原子またはメチル基を表す。
は2価の連結基を表す。2価の連結基としては、炭化水素基、複素環基、-NH-、-SO-、-SO-、-CO-、-O-、-COO-、-OCO-、-S-およびこれらの2以上を組み合わせてなる基が挙げられる。炭化水素基としては、アルキル基、アリール基などが挙げられる。複素環基は、非芳香族の複素環基であってもよく、芳香族複素環基であってもよい。複素環基は、5員環または6員環が好ましい。複素環基を構成するヘテロ原子の種類は窒素原子、酸素原子、硫黄原子などが挙げられる。複素環基を構成するヘテロ原子の数は1~3が好ましい。複素環基は、単環であってもよく、縮合環であってもよい。炭化水素基および複素環基は置換基を有していてもよい。置換基としては、アルキル基、アリール基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子などが挙げられる。
10は置換基を表す。R10が表す置換基としては、以下に示す置換基Tが挙げられ、炭化水素基であることが好ましく、アリール基を置換基として有していてもよいアルキル基であることがより好ましい。
mは0~2の整数を表し、0または1が好ましく、0がより好ましい。
pは0以上の整数を表し、0~4が好ましく、0~3がより好ましく、0~2が更に好ましく、0または1がより一層好ましく、1が特に好ましい。
(置換基T)
置換基Tとしては、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、炭化水素基、複素環基、-ORt、-CORt、-COORt、-OCORt、-NRtRt、-NHCORt、-CONRtRt、-NHCONRtRt、-NHCOORt、-SRt、-SORt、-SOORt、-NHSORtまたは-SONRtRtが挙げられる。RtおよびRtは、それぞれ独立して水素原子、炭化水素基または複素環基を表す。RtとRtが結合して環を形成してもよい。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
炭化水素基としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基が挙げられる。アルキル基の炭素数は、1~30が好ましく、1~15がより好ましく、1~8が更に好ましい。アルキル基は、直鎖、分岐、環状のいずれでもよく、直鎖または分岐が好ましく、分岐がより好ましい。
アルケニル基の炭素数は、2~30が好ましく、2~12がより好ましく、2~8が特に好ましい。アルケニル基は直鎖、分岐、環状のいずれでもよく、直鎖または分岐が好ましい。
アルキニル基の炭素数は、2~30が好ましく、2~25がより好ましい。アルキニル基は直鎖、分岐、環状のいずれでもよく、直鎖または分岐が好ましい。
アリール基の炭素数は、6~30が好ましく、6~20がより好ましく、6~12が更に好ましい。
複素環基は、単環であってもよく、縮合環であってもよい。複素環基は、単環または縮合数が2~4の縮合環が好ましい。複素環基の環を構成するヘテロ原子の数は1~3が好ましい。複素環基の環を構成するヘテロ原子は、窒素原子、酸素原子または硫黄原子が好ましい。複素環基の環を構成する炭素原子の数は3~30が好ましく、3~18がより好ましく、3~12がより好ましい。
炭化水素基および複素環基は、置換基を有していてもよく、無置換であってもよい。置換基としては、上述した置換基Tで説明した置換基が挙げられる。
式(I)で表される化合物は、下記式(I-1)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007220776000015
は、OまたはNHを表し、Oであることが好ましい。
は水素原子またはメチル基を表す。
、RおよびR11はそれぞれ独立して炭化水素基を表す。
およびRが表す炭化水素基は、アルキレン基またはアリーレン基であることが好ましく、アルキレン基であることがより好ましい。アルキレン基の炭素数は1~10であることが好ましく、1~5であることがより好ましく、1~3であることが更に好ましく、2または3であることが特に好ましい。R11が表す炭化水素基は、アリール基を置換基として有していてもよいアルキル基であることが好ましく、アリール基を置換基として有するアルキル基であることがより好ましい。アルキル基の炭素数は、1~20が好ましく、1~10がより好ましく、1~5が更に好ましい。なお、アルキル基が置換基としてアリール基を有する場合におけるアルキル基の炭素数は、アルキル部位の炭素数のことを意味する。
12は置換基を表す。R12が表す置換基としては、上述した置換基Tが挙げられる。
nは0~15の整数を表し、0~5の整数であることが好ましく、0~4の整数であることがより好ましく、0~3の整数であることが更に好ましい。
mは0~2の整数を表し、0または1であることが好ましく、0であることがより好ましい。
p1は0以上の整数を表し、0~4が好ましく、0~3がより好ましく、0~2が更に好ましく、0~1がより一層好ましく、0が特に好ましい。
q1は1以上の整数を表し、1~4が好ましく、1~3がより好ましく、1~2が更に好ましく、1が特に好ましい。
式(I)で表される化合物は、下記式(III)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007220776000016
式中、Rは水素原子またはメチル基を表し、R21およびR22はそれぞれ独立してアルキレン基を表し、nは0~15の整数を表す。R21およびR22が表すアルキレン基の炭素数は1~10であることが好ましく、1~5であることがより好ましく、1~3であることが更に好ましく、2または3であることが特に好ましい。nは0~15の整数を表し、0~5の整数であることが好ましく、0~4の整数であることがより好ましく、0~3の整数であることが更に好ましい。
式(I)で表される化合物としては、パラクミルフェノールのエチレンオキサイドまたはプロピレンオキサイド変性(メタ)アクリレートなどが挙げられる。市販品としては、アロニックスM-110(東亞合成(株)製)などが挙げられる。
樹脂b1において、全繰り返し単位中、式(I)(好ましくは式(III))で表される化合物由来の繰り返し単位の割合は、1~99モル%が好ましい。下限は、3モル%以上がより好ましく、5モル%以上がさらに好ましい。上限は、95モル%以下がより好ましく、90モル%以下がさらに好ましい。
樹脂b1は、更に、式(I)で表される化合物由来の繰り返し単位以外の繰り返し単位を含んでいてもよい。例えば、樹脂b1は、(メタ)アクリレート由来の繰り返し単位を含むことができ、アルキル(メタ)アクリレート由来の繰り返し単位を含むことが好ましい。アルキル(メタ)アクリレートのアルキル部位の炭素数は、3~10であることが好ましく、3~8であることがより好ましく、3~6であることがさらに好ましい。アルキル(メタ)アクリレートの好ましい具体例としては、n-ブチル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。また、樹脂b1は、酸基を有する繰り返し単位を含むことも好ましい。
本発明の着色組成物は、分散剤としての樹脂を含有することができる。分散剤としては、酸性分散剤(酸性樹脂)、塩基性分散剤(塩基性樹脂)が挙げられる。ここで、酸性分散剤(酸性樹脂)とは、酸基の量が塩基性基の量よりも多い樹脂を表す。酸性分散剤(酸性樹脂)としては、酸基の量と塩基性基の量の合計量を100モル%としたときに、酸基の量が70モル%以上を占める樹脂が好ましく、実質的に酸基のみからなる樹脂がより好ましい。酸性分散剤(酸性樹脂)が有する酸基は、カルボキシル基が好ましい。酸性分散剤(酸性樹脂)の酸価は、10~105mgKOH/gが好ましい。また、塩基性分散剤(塩基性樹脂)とは、塩基性基の量が酸基の量よりも多い樹脂を表す。塩基性分散剤(塩基性樹脂)としては、酸基の量と塩基性基の量の合計量を100モル%としたときに、塩基性基の量が50モル%を超える樹脂が好ましい。塩基性分散剤が有する塩基性基は、アミノ基が好ましい。
分散剤としては、例えば、高分子分散剤(例えば、ポリアミドアミンとその塩、ポリカルボン酸とその塩、高分子量不飽和酸エステル、変性ポリウレタン、変性ポリエステル、変性ポリ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系共重合体、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物)、ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルカノールアミン等が挙げられる。高分子分散剤は、その構造から更に直鎖状高分子、末端変性型高分子、グラフト型高分子、ブロック型高分子に分類することができる。高分子分散剤は、顔料などの粒子表面に吸着し、再凝集を防止するように作用する。そのため、顔料などの粒子表面へのアンカー部位を有する末端変性型高分子、グラフト型高分子、ブロック型高分子を好ましい構造として挙げることができる。また、特開2011-070156号公報の段落番号0028~0124に記載の分散剤や特開2007-277514号公報に記載の分散剤も好ましく用いられる。
本発明において、分散剤にはグラフト共重合体を用いることもできる。グラフト共重合体の詳細は、特開2012-137564号公報の段落番号0131~0160の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。また、本発明において、分散剤には主鎖及び側鎖の少なくとも一方に窒素原子を含むオリゴイミン系共重合体を用いることもできる。オリゴイミン系共重合体については、特開2012-255128号公報の段落番号0102~0174の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
分散剤は、市販品としても入手可能であり、そのような具体例としては、ビックケミー社製のDisperbykシリーズ(例えば、Disperbyk-111、2001など)、日本ルーブリゾール(株)製のソルスパースシリーズ(例えば、ソルスパース20000、76500など)、味の素ファインテクノ(株)製のアジスパーシリーズ等が挙げられる。また、特開2012-137564号公報の段落番号0129に記載された製品、特開2017-194662号公報の段落番号0235に記載された製品を分散剤として用いることもできる。
樹脂の含有量は、着色組成物の全固形分中5~50質量%であることが好ましい。上限は、40質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることがより好ましい。下限は、7.5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましい。
また、樹脂の含有量は重合性化合物の100質量部に対して25~500質量部であることが好ましい。上限は250質量部以下が好ましく、150質量部以下がより好ましい。下限は50質量部以上が好ましく、75質量部以上がより好ましい。
また、本発明の着色組成物に含まれる樹脂の全量中における上述した樹脂b1の含有量は、0.1~100質量%であることが好ましく、5~100質量%であることがより好ましい。上限は、90質量%以下とすることもでき、80質量%以下とすることもでき、70質量%以下とすることもできる。
また、上述した樹脂b1の含有量は、着色組成物の全固形分中5~50質量%であることが好ましい。上限は、40質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることがより好ましい。下限は、10質量%以上であることが好ましく、12.5質量%以上であることがより好ましい。
<<フリル基含有化合物>>
本発明の着色組成物は、フリル基を含む化合物(以下、フリル基含有化合物ともいう)を含有することが好ましい。この態様によれば、低温での硬化性に優れる。
フリル基含有化合物は、フリル基(フランから1つの水素原子を除いた基)を含んでいれば特にその構造が限定されるものではない。フリル基含有化合物については、特開2017-194662号公報の段落番号0049~0089に記載された化合物を用いることができる。また、特開2000-233581号公報、特開1994-271558号公報、特開1994-293830号公報、特開1996-239421号公報、特開1998-508655号公報、特開2000-001529号公報、特開2003-183348号公報、特開2006-193628号公報、特開2007-186684号公報、特開2010-265377号公報、特開2011-170069号公報などに記載されている化合物を用いることもできる。
フリル基含有化合物は、モノマーであってもよく、ポリマーであってもよい。得られる膜の耐久性を向上させやすいという理由からポリマーであることが好ましい。ポリマーの場合、重量平均分子量は、2000~70000が好ましい。上限は、60000以下が好ましく、50000以下がより好ましい。下限は、3000以上が好ましく、4000以上がより好ましく、5000以上が更に好ましい。モノマーの場合、分子量は、2000未満が好ましく、1800以下がより好ましく、1500以下が更に好ましい。下限は、100以上が好ましく、150以上がより好ましく、175以上が更に好ましい。なお、ポリマータイプのフリル基含有化合物は、本発明の着色組成物における樹脂にも該当する成分である。また、重合性基を有するフリル基含有化合物は、本発明の着色組成物における重合性化合物にも該当する成分である。
モノマータイプのフリル基含有化合物(以下、フリル基含有モノマーともいう)としては、下記式(fur-1)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0007220776000017
式中、Rfは水素原子またはメチル基を表し、Rfは2価の連結基を表す。
Rfが表す2価の連結基としては、アルキレン基、アリーレン基、-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、-NH-、-S-およびこれらの2種以上を組み合わせた基が挙げられる。アルキレン基の炭素数は、1~30が好ましく、1~20がより好ましく、1~15が更に好ましい。アルキレン基は、直鎖、分岐、環状のいずれでもよい。アリーレン基の炭素数は、6~30が好ましく、6~20がより好ましく、6~10が更に好ましい。アルキレン基およびアリーレン基は置換基を有していてもよい。置換基としては、ヒドロキシ基などが挙げられる。
フリル基含有モノマーは、下記式(fur-1-1)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007220776000018
式中、Rfは水素原子またはメチル基を表し、Rf11は-O-または-NH-を表し、Rf12は単結合または2価の連結基を表す。Rf12が表す2価の連結基としては、アルキレン基、アリーレン基、-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、-NH-、-S-およびこれらの2種以上を組み合わせた基が挙げられる。アルキレン基の炭素数は、1~30が好ましく、1~20がより好ましく、1~15が更に好ましい。アルキレン基は、直鎖、分岐、環状のいずれでもよい。アリーレン基の炭素数は、6~30が好ましく、6~20がより好ましく、6~10が更に好ましい。アルキレン基およびアリーレン基は置換基を有していてもよい。置換基としては、ヒドロキシ基などが挙げられる。
フリル基含有モノマーの具体例としては、下記構造の化合物が挙げられる。以下の構造式中、Rfは水素原子またはメチル基を表す。
Figure 0007220776000019
ポリマータイプのフリル基含有化合物(以下、フリル基含有ポリマーともいう)としては、フリル基を含む繰り返し単位を含む樹脂であることが好ましく、上記式(fur-1)で表される化合物由来の繰り返し単位を含む樹脂であることがより好ましい。フリル基含有ポリマーにおいて、全繰り返し単位中、フリル基を含む繰り返し単位の割合は、30~70質量%が好ましい。下限は、35質量%以上が好ましく、40質量%以上がより好ましい。上限は、65質量%以下が好ましく、60質量%以下がより好ましい。フリル基含有ポリマー中のフリル基の濃度は、フリル基含有ポリマー1gあたり0.5~6.0mmolが好ましく、1.0~4.0mmolがより好ましい。フリル基の濃度が0.5mmol以上、好ましくは1.0mmol以上であると耐溶剤性などにより優れた硬化膜を形成しやすい。フリル基の濃度が6.0mmol以下、好ましくは4.0mmol以下であれば、着色組成物の経時安定性が良好である。
フリル基含有ポリマーは、フリル基を有する繰り返し単位の他に、酸基を有する繰り返し単位および/または重合性基を有する繰り返し単位を含んでいてもよい。酸基としては、カルボキシル基、リン酸基、スルホ基、フェノール性ヒドロキシ基などが挙げられる。重合性基としては、ビニル基、(メタ)アリル基、(メタ)アクリロイル基等のエチレン性不飽和結合含有基が挙げられる。フリル基含有ポリマーが酸基を有する繰り返し単位を含む場合、フリル基含有ポリマーの酸価は10~200mgKOH/gが好ましく、40~130mgKOH/gがより好ましい。酸基を有する繰り返し単位の割合は、フリル基含有ポリマーの全繰り返し単位中、2~25質量%が好ましい。下限は、4質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましい。上限は、20質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましい。フリル基含有ポリマーが重合性基を有する繰り返し単位を含む場合、重合性基を有する繰り返し単位の割合は、フリル基含有ポリマーの全繰り返し単位中20~60質量%が好ましい。下限は、25質量%以上が好ましく、30質量%以上がより好ましい。上限は、55質量%以下が好ましく、50質量%以下がより好ましい。フリル基含有ポリマーが、重合性基を有する繰り返し単位を含む場合には、より耐溶剤性などに優れた硬化膜を形成しやすい。
フリル基含有ポリマーは、特開2017-194662号公報の段落番号0052~0101に記載された方法で製造することができる。
フリル基含有化合物の含有量は、着色組成物の全固形分中0.1~70質量%であることが好ましい。下限は、2.5質量%以上であることが好ましく、5.0質量%以上であることがより好ましく、7.5質量%以上であることが更に好ましい。上限は、65質量%以下であることが好ましく、60質量%以下であることがより好ましく、50質量%以下であることが更に好ましい。
また、フリル基含有化合物としてフリル基含有ポリマーを用いた場合、着色組成物に含まれる樹脂中におけるフリル基含有ポリマーの含有量は、0.1~100質量%であることが好ましい。下限は、10質量%以上であることが好ましく、15質量%以上であることがより好ましい。上限は、90質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であることがより好ましい。
また、本発明の着色組成物に用いられる樹脂が上述した樹脂b1を含み、かつ、フリル基含有化合物としてフリル基含有ポリマーを用いた場合には、フリル基含有ポリマーの含有量は、樹脂b1の100質量部に対して10~200質量部であることが好ましい。上限は、175質量部以下であることが好ましく、150質量部以下であることが好ましい。下限は、25質量部以上であることが好ましく、150質量部以上であることが好ましい。樹脂b1とフリル基含有ポリマーとを併用することにより、低温での硬化性に優れ、かつ、分光特性に優れた硬化膜を形成し易い。更に、両者の割合が上記範囲である場合には得られる膜の耐久性をより向上できるという効果も期待できる。
<<エポキシ基を有する化合物>>
本発明の着色組成物は、更にエポキシ基を有する化合物を含有することができる。エポキシ基を有する化合物としては、1分子内にエポキシ基を2つ以上有する化合物が好ましい。エポキシ基は、1分子内に2~100個有することが好ましい。上限は、例えば、10個以下とすることもでき、5個以下とすることもできる。エポキシ基を有する化合物のエポキシ当量(=エポキシ基を有する化合物の分子量/エポキシ基の数)は、500g/eq以下であることが好ましく、100~400g/eqであることがより好ましく、100~300g/eqであることがさらに好ましい。エポキシ基を有する化合物は、低分子化合物(例えば、分子量1000未満)でもよいし、高分子化合物(macromolecule)(例えば、分子量1000以上、ポリマーの場合は、重量平均分子量が1000以上)のいずれでもよい。エポキシ基を有する化合物の分子量(ポリマーの場合は、重量平均分子量)は、200~100000が好ましく、500~50000がより好ましい。分子量(ポリマーの場合は、重量平均分子量)の上限は、3000以下が好ましく、2000以下がより好ましく、1500以下が更に好ましい。
エポキシ基を有する化合物としては、特開2013-011869号公報の段落番号0034~0036、特開2014-043556号公報の段落番号0147~0156、特開2014-089408号公報の段落番号0085~0092に記載された化合物、特開2017-179172号公報に記載された化合物を用いることもでき、これらの内容は、本明細書に組み込まれる。
本発明の着色組成物がエポキシ基を有する化合物を含有する場合、エポキシ基を有する化合物の含有量は、着色組成物の全固形分中、0.1~40質量%が好ましい。下限は、0.5質量%以上がより好ましく、1質量%以上が更に好ましい。上限は、30質量%以下がより好ましく、20質量%以下が更に好ましい。エポキシ基を有する化合物は、1種単独であってもよいし、2種以上を併用してもよい。2種以上を併用する場合は、それらの合計量が上記範囲となることが好ましい。
<<溶剤>>
本発明の着色組成物は、溶剤を含有することが好ましい。溶剤としては、有機溶剤が挙げられる。溶剤は、各成分の溶解性や着色組成物の塗布性を満足すれば基本的には特に制限はない。有機溶剤としては、エステル系溶剤、ケトン系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤、エーテル系溶剤、炭化水素系溶剤などが挙げられる。これらの詳細については、国際公開第2015/166779号の段落番号0223を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。また、環状アルキル基が置換したエステル系溶剤、環状アルキル基が置換したケトン系溶剤を好ましく用いることもできる。有機溶剤の具体例としては、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル、ジクロロメタン、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、エチルセロソルブアセテート、乳酸エチル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、酢酸ブチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、2-ヘプタノン、シクロヘキサノン、酢酸シクロヘキシル、シクロペンタノン、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、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-N,N-ジメチルプロパンアミド、3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミドなどが挙げられる。ただし溶剤としての芳香族炭化水素類(ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等)は、環境面等の理由により低減したほうがよい場合がある(例えば、有機溶剤全量に対して、50質量ppm(parts per million)以下とすることもでき、10質量ppm以下とすることもでき、1質量ppm以下とすることもできる)。
本発明においては、金属含有量の少ない溶剤を用いることが好ましく、溶剤の金属含有量は、例えば10質量ppb(parts per billion)以下であることが好ましい。必要に応じて質量ppt(parts per trillion)レベルの溶剤を用いてもよく、そのような高純度溶剤は例えば東洋合成社が提供している(化学工業日報、2015年11月13日)。
溶剤から金属等の不純物を除去する方法としては、例えば、蒸留(分子蒸留や薄膜蒸留等)やフィルタを用いたろ過を挙げることができる。ろ過に用いるフィルタのフィルタ孔径としては、10μm以下が好ましく、5μm以下がより好ましく、3μm以下が更に好ましい。フィルタの材質は、ポリテトラフロロエチレン、ポリエチレンまたはナイロンが好ましい。
溶剤は、異性体(原子数が同じであるが構造が異なる化合物)が含まれていてもよい。また、異性体は、1種のみが含まれていてもよいし、複数種含まれていてもよい。
本発明において、有機溶剤中の過酸化物の含有率が0.8mmol/L以下であることが好ましく、過酸化物を実質的に含まないことがより好ましい。
着色組成物中における溶剤の含有量は、60~95質量%であることが好ましい。上限は90質量%以下であることが好ましく、87.5質量%以下であることがより好ましく、85質量%以下であることが更に好ましい。下限は、65質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、75質量%以上であることが更に好ましい。溶剤は、1種単独であってもよいし、2種以上を併用してもよい。2種以上を併用する場合は、それらの合計量が上記範囲となることが好ましい。
また、本発明の着色組成物は、環境規制の観点から環境規制物質を実質的に含有しないことが好ましい。なお、本発明において、環境規制物質を実質的に含有しないとは、着色組成物中における環境規制物質の含有量が50質量ppm以下であることを意味し、30質量ppm以下であることが好ましく、10質量ppm以下であることが更に好ましく、1質量ppm以下であることが特に好ましい。環境規制物質は、例えばベンゼン;トルエン、キシレン等のアルキルベンゼン類;クロロベンゼン等のハロゲン化ベンゼン類等が挙げられる。これらは、REACH(Registration Evaluation Authorization and Restriction of CHemicals)規則、PRTR(Pollutant Release and Transfer Register)法、VOC(Volatile Organic Compounds)規制等のもとに環境規制物質として登録されており、使用量や取り扱い方法が厳しく規制されている。これらの化合物は、本発明の着色組成物に用いられる各成分などを製造する際に溶剤として用いられることがあり、残留溶剤として着色組成物中に混入することがある。人への安全性、環境への配慮の観点よりこれらの物質は可能な限り低減することが好ましい。環境規制物質を低減する方法としては、系中を加熱や減圧して環境規制物質の沸点以上にして系中から環境規制物質を留去して低減する方法が挙げられる。また、少量の環境規制物質を留去する場合においては、効率を上げる為に該当溶剤と同等の沸点を有する溶剤と共沸させることも有用である。また、ラジカル重合性を有する化合物を含有する場合、減圧留去中にラジカル重合反応が進行して分子間で架橋してしまうことを抑制するために重合禁止剤等を添加して減圧留去してもよい。これらの留去方法は、原料の段階、原料を反応させた生成物(例えば重合した後の樹脂溶液や多官能モノマー溶液)の段階、またはこれらの化合物を混ぜて作製した着色組成物の段階いずれの段階でも可能である。
<<顔料誘導体>>
本発明の着色組成物は、顔料誘導体を含有することができる。顔料誘導体としては、発色団の一部分を、酸基、塩基性基またはフタルイミドメチル基で置換した構造を有する化合物が挙げられる。顔料誘導体を構成する発色団としては、キノリン骨格、ベンゾイミダゾロン骨格、ジケトピロロピロール骨格、アゾ骨格、フタロシアニン骨格、アンスラキノン骨格、キナクリドン骨格、ジオキサジン骨格、ペリノン骨格、ペリレン骨格、チオインジゴ骨格、イソインドリン骨格、イソインドリノン骨格、キノフタロン骨格、スレン骨格、金属錯体骨格等が挙げられ、キノリン骨格、ベンゾイミダゾロン骨格、ジケトピロロピロール骨格、アゾ骨格、キノフタロン骨格、イソインドリン骨格およびフタロシアニン骨格が好ましく、アゾ骨格およびベンゾイミダゾロン骨格がより好ましい。顔料誘導体が有する酸基としては、スルホ基、カルボキシル基が好ましく、スルホ基がより好ましい。顔料誘導体が有する塩基性基としては、アミノ基が好ましく、三級アミノ基がより好ましい。顔料誘導体の具体例としては、特開昭56-118462号公報、特開昭63-264674号公報、特開平01-217077号公報、特開平03-009961号公報、特開平03-026767号公報、特開平03-153780号公報、特開平03-045662号公報、特開平04-285669号公報、特開平06-145546号公報、特開平06-212088号公報、特開平06-240158号公報、特開平10-030063号公報、特開平10-195326号公報、国際公開第2011/024896号の段落番号0086~0098、国際公開第2012/102399号の段落番号0063~0094、国際公開第2017/038252号の段落番号0082、特開2015-151530号公報の段落番号0171、特開2011-252065号公報の段落番号0162~0183、特開2003-081972号公報、特許第5299151号公報、特開2015-172732号公報、特開2014-199308号公報、特開2014-085562号公報、特開2014-035351号公報、特開2008-081565号公報に記載の化合物が挙げられる。
顔料誘導体の含有量は、C.I.ピグメントブルー15:3と、C.I.ピグメントブルー15:4と、C.I.ピグメントイエロー150との合計100質量部に対し、0.1~30質量部が好ましい。下限は、0.25質量部以上であることがより好ましく、0.5質量部以上であることがより好ましく、0.75質量部以上であることが更に好ましく、1質量部以上であることが特に好ましい。また、上限は、25質量部以下であることが好ましく、20質量部以下であることがより好ましく、15質量部以下であることが更に好ましい。顔料誘導体の含有量が上記範囲内であることにより、経時安定性がより向上するという効果がある。顔料誘導体は、1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。2種以上を併用する場合は、それらの合計量が上記範囲となることが好ましい。
<<硬化促進剤>>
本発明の着色組成物は、重合性化合物の反応を促進させたり、硬化温度を下げる目的で、硬化促進剤を添加してもよい。硬化促進剤としては、分子内に2個以上のメルカプト基を有する多官能チオール化合物などが挙げられる。多官能チオール化合物は安定性、臭気、解像性、現像性、密着性等の改良を目的として添加してもよい。多官能チオール化合物は、2級のアルカンチオール類であることが好ましく、式(T1)で表される化合物であることがより好ましい。
式(T1)
Figure 0007220776000020
(式(T1)中、nは2~4の整数を表し、Lは2~4価の連結基を表す。)
式(T1)において、連結基Lは炭素数2~12の脂肪族基であることが好ましく、nが2であり、Lが炭素数2~12のアルキレン基であることが特に好ましい。
また、硬化促進剤は、メチロール系化合物(例えば、特開2015-034963号公報の段落番号0246において、架橋剤として例示されている化合物)、アミン類、ホスホニウム塩、アミジン塩、アミド化合物(以上、例えば特開2013-041165号公報の段落番号0186に記載の硬化剤)、塩基発生剤(例えば、特開2014-055114号公報に記載のイオン性化合物)、シアネート化合物(例えば、特開2012-150180号公報の段落番号0071に記載の化合物)、アルコキシシラン化合物(例えば、特開2011-253054号公報に記載のエポキシ基を有するアルコキシシラン化合物)、オニウム塩化合物(例えば、特開2015-034963号公報の段落番号0216に酸発生剤として例示されている化合物、特開2009-180949号公報に記載の化合物)などを用いることもできる。
本発明の着色組成物が硬化促進剤を含有する場合、硬化促進剤の含有量は、着色組成物の全固形分中0.3~8.9質量%が好ましく、0.8~6.4質量%がより好ましい。
<<シランカップリング剤>>
本発明の着色組成物は、シランカップリング剤を含有することできる。シランカップリング剤としては、一分子中に少なくとも2種の反応性の異なる官能基を有するシラン化合物が好ましい。シランカップリング剤は、ビニル基、エポキシ基、スチレン基、メタクリル基、アミノ基、イソシアヌレート基、ウレイド基、メルカプト基、スルフィド基、および、イソシアネート基から選ばれる少なくとも1種の基と、アルコキシ基とを有するシラン化合物が好ましい。シランカップリング剤の具体例としては、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM-602)、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM-603)、3-アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM-903)、3-アミノプロピルトリエトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBE-903)、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM-503)、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM-403)等が挙げられる。シランカップリング剤の詳細については、特開2013-254047号公報の段落番号0155~0158の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。本発明の着色組成物がシランカップリング剤を含有する場合、シランカップリング剤の含有量は、着色組成物の全固形分中0.001~20質量%が好ましく、0.01~10質量%がより好ましく、0.1質量%~5質量%が特に好ましい。本発明の着色組成物は、シランカップリング剤を、1種のみを含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。2種以上含む場合は、それらの合計量が上記範囲となることが好ましい。
<<重合禁止剤>>
本発明の着色組成物は、重合禁止剤を含有することができる。重合禁止剤としては、ハイドロキノン、p-メトキシフェノール、ジ-t-ブチル-p-クレゾール、ピロガロール、t-ブチルカテコール、ベンゾキノン、4,4’-チオビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)、2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)、N-ニトロソフェニルヒドロキシアミン塩(アンモニウム塩、第一セリウム塩等)等が挙げられる。本発明の着色組成物が重合禁止剤を含有する場合、重合禁止剤の含有量は、着色組成物の全固形分中0.0001~5質量%が好ましい。本発明の着色組成物は、重合禁止剤を、1種のみを含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。2種以上含む場合は、それらの合計量が上記範囲となることが好ましい。
<<紫外線吸収剤>>
本発明の着色組成物は、紫外線吸収剤を含有することができる。紫外線吸収剤は、共役ジエン化合物、アミノジエン化合物、サリシレート化合物、ベンゾフェノン化合物、ベンゾトリアゾール化合物、アクリロニトリル化合物、ヒドロキシフェニルトリアジン化合物、インドール化合物、トリアジン化合物などを用いることができる。これらの詳細については、特開2012-208374号公報の段落番号0052~0072、特開2013-068814号公報の段落番号0317~0334、特開2016-162946号公報の段落番号0061~0080の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。紫外線吸収剤の市販品としては、例えば、UV-503(大東化学(株)製)などが挙げられる。また、ベンゾトリアゾール化合物としては、ミヨシ油脂製のMYUAシリーズ(化学工業日報、2016年2月1日)が挙げられる。また、紫外線吸収剤として特許第6268967号公報の段落番号0049~0059に記載の化合物も使用できる。本発明の着色組成物が紫外線吸収剤を含有する場合、紫外線吸収剤の含有量は、着色組成物の全固形分中0.1~10質量%が好ましく、0.1~5質量%がより好ましく、0.1~3質量%が特に好ましい。また、紫外線吸収剤は、1種のみを用いてもよく、2種以上を用いてもよい。2種以上を用いる場合は、合計量が上記範囲となることが好ましい。
<<界面活性剤>>
本発明の着色組成物は、界面活性剤を含有することができる。界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、シリコン系界面活性剤などの各種界面活性剤を使用することができる。界面活性剤については、国際公開第2015/166779号の段落番号0238~0245に記載された界面活性剤が挙げられ、この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明において、界面活性剤はフッ素系界面活性剤であることが好ましい。着色組成物にフッ素系界面活性剤を含有させることで液特性(特に、流動性)がより向上し、省液性をより改善することができる。また、厚みムラの小さい膜を形成することもできる。
フッ素系界面活性剤中のフッ素含有率は、3~40質量%が好適であり、より好ましくは5~30質量%であり、特に好ましくは7~25質量%である。フッ素含有率がこの範囲内であるフッ素系界面活性剤は、塗布膜の厚さの均一性や省液性の点で効果的であり、着色組成物中における溶解性も良好である。
フッ素系界面活性剤としては、特開2014-041318号公報の段落番号0060~0064(対応する国際公開第2014/017669号の段落番号0060~0064)等に記載の界面活性剤、特開2011-132503号公報の段落番号0117~0132に記載の界面活性剤が挙げられ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。フッ素系界面活性剤の市販品としては、例えば、メガファックF171、F172、F173、F176、F177、F141、F142、F143、F144、R30、F437、F475、F479、F482、F554、F780、EXP、MFS-330(以上、DIC(株)製)、フロラードFC430、FC431、FC171(以上、住友スリーエム(株)製)、サーフロンS-382、SC-101、SC-103、SC-104、SC-105、SC-1068、SC-381、SC-383、S-393、KH-40(以上、旭硝子(株)製)、PolyFox PF636、PF656、PF6320、PF6520、PF7002(以上、OMNOVA社製)等が挙げられる。
また、フッ素系界面活性剤は、フッ素原子を含有する官能基を持つ分子構造を有し、熱を加えるとフッ素原子を含有する官能基の部分が切断されてフッ素原子が揮発するアクリル系化合物も好適に使用できる。このようなフッ素系界面活性剤としては、DIC(株)製のメガファックDSシリーズ(化学工業日報(2016年2月22日)、日経産業新聞(2016年2月23日))、例えばメガファックDS-21が挙げられる。
また、フッ素系界面活性剤は、フッ素化アルキル基またはフッ素化アルキレンエーテル基を有するフッ素原子含有ビニルエーテル化合物と、親水性のビニルエーテル化合物との重合体を用いることも好ましい。このようなフッ素系界面活性剤は、特開2016-216602号公報に記載されたフッ素系界面活性剤が挙げられ、この内容は本明細書に組み込まれる。
フッ素系界面活性剤は、ブロックポリマーを用いることもできる。フッ素系界面活性剤は、フッ素原子を有する(メタ)アクリレート化合物に由来する繰り返し単位と、アルキレンオキシ基(好ましくはエチレンオキシ基、プロピレンオキシ基)を2以上(好ましくは5以上)有する(メタ)アクリレート化合物に由来する繰り返し単位と、を含む含フッ素高分子化合物も好ましく用いることができる。また、特開2010-032698号公報の段落番号0016~0037に記載されたフッ素含有界面活性剤や、下記化合物も本発明で用いられるフッ素系界面活性剤として例示される。
Figure 0007220776000021
上記の化合物の重量平均分子量は、好ましくは3000~50000であり、例えば、14000である。上記の化合物中、繰り返し単位の割合を示す%はモル%である。
また、フッ素系界面活性剤は、エチレン性不飽和結合含有基を側鎖に有する含フッ素重合体を用いることもできる。具体例としては、特開2010-164965号公報の段落番号0050~0090および段落番号0289~0295に記載された化合物、DIC(株)製のメガファックRS-101、RS-102、RS-718K、RS-72-K等が挙げられる。また、フッ素系界面活性剤は、特開2015-117327号公報の段落番号0015~0158に記載の化合物を用いることもできる。
ノニオン系界面活性剤としては、グリセロール、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン並びにそれらのエトキシレート及びプロポキシレート(例えば、グリセロールプロポキシレート、グリセロールエトキシレート等)、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート、ソルビタン脂肪酸エステル、プルロニックL10、L31、L61、L62、10R5、17R2、25R2(BASF社製)、テトロニック304、701、704、901、904、150R1(BASF社製)、ソルスパース20000(日本ルーブリゾール(株)製)、NCW-101、NCW-1001、NCW-1002(和光純薬工業(株)製)、パイオニンD-6112、D-6112-W、D-6315(竹本油脂(株)製)、オルフィンE1010、サーフィノール104、400、440(日信化学工業(株)製)などが挙げられる。
シリコン系界面活性剤としては、例えば、トーレシリコーンDC3PA、トーレシリコーンSH7PA、トーレシリコーンDC11PA、トーレシリコーンSH21PA、トーレシリコーンSH28PA、トーレシリコーンSH29PA、トーレシリコーンSH30PA、トーレシリコーンSH8400(以上、東レ・ダウコーニング(株)製)、TSF-4440、TSF-4300、TSF-4445、TSF-4460、TSF-4452(以上、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製)、KP-341、KF-6001、KF-6002(以上、信越シリコーン株式会社製)、BYK307、BYK323、BYK330(以上、ビックケミー社製)等が挙げられる。
着色組成物の全固形分中における界面活性剤の含有量は、0.001質量%~5.0質量%が好ましく、0.005~3.0質量%がより好ましい。界面活性剤は、1種のみでもよく、2種以上でもよい。2種以上の場合は、合計量が上記範囲となることが好ましい。
<<その他添加剤>>
本発明の着色組成物には、必要に応じて、各種添加剤、例えば、充填剤、密着促進剤、酸化防止剤、凝集防止剤等を配合することができる。これらの添加剤としては、特開2004-295116号公報の段落番号0155~0156に記載の添加剤を挙げることができ、この内容は本明細書に組み込まれる。また、酸化防止剤としては、例えばフェノール化合物、リン系化合物(例えば特開2011-090147号公報の段落番号0042に記載の化合物)、チオエーテル化合物などを用いることができる。市販品としては、例えば(株)ADEKA製のアデカスタブシリーズ(AO-20、AO-30、AO-40、AO-50、AO-50F、AO-60、AO-60G、AO-80、AO-330など)が挙げられる。また、酸化防止剤として、国際公開第2017/006600号に記載された多官能ヒンダードアミン酸化防止剤、国際公開第2017/164024号に記載された酸化防止剤、特許第6268967号公報の段落番号0023~0048に記載された酸化防止剤を用いることもできる。酸化防止剤は1種のみを用いてもよく、2種以上を用いてもよい。また、本発明の着色組成物は、必要に応じて、潜在酸化防止剤を含有してもよい。潜在酸化防止剤としては、酸化防止剤として機能する部位が保護基で保護された化合物であって、100~250℃で加熱するか、又は酸/塩基触媒存在下で80~200℃で加熱することにより保護基が脱離して酸化防止剤として機能する化合物が挙げられる。潜在酸化防止剤の具体例としては、国際公開第2014/021023号、国際公開第2017/030005号、特開2017-008219号公報に記載された化合物が挙げられる。市販品としては、アデカアークルズGPA-5001((株)ADEKA製)等が挙げられる。また、本発明の着色組成物は、特開2004-295116号公報の段落番号0078に記載の増感剤や光安定剤、同公報の段落番号0081に記載の熱重合防止剤、特開2018-091940号公報の段落番号0242に記載の貯蔵安定化剤を含有することができる。
本発明の着色組成物は、顔料などと結合または配位していない遊離の金属の含有量が100ppm以下であることが好ましく、50ppm以下であることがより好ましく、10ppm以下であることが更に好ましく、実質的に含有しないことが特に好ましい。この態様によれば、顔料分散性の安定化(凝集抑止)、分散性向上に伴う分光特性の向上、硬化性成分の安定化、金属原子・金属イオンの溶出に伴う導電性変動の抑止、表示特性の向上などの効果が期待できる。また、特開2012-153796号公報、特開2000-345085号公報、特開2005-200560号公報、特開平08-043620号公報、特開2004-145078号公報、特開2014-119487号公報、特開2010-083997号公報、特開2017-090930号公報、特開2018-025612号公報、特開2018-025797号公報、特開2017-155228号公報、特開2018-036521号公報などに記載された効果も得られる。上記の遊離の金属の種類としては、Na、K、Ca、Sc、Ti、Mn、Cu、Zn、Fe、Cr、Co、Mg、Al、Sn、Zr、Ga、Ge、Ag、Au、Pt、Cs、Ni、Cd、Pb、Bi等が挙げられる。また、本発明の着色組成物は、顔料などと結合または配位していない遊離のハロゲンの含有量が100ppm以下であることが好ましく、50ppm以下であることがより好ましく、10ppm以下であることが更に好ましく、実質的に含有しないことが特に好ましい。ハロゲンとしては、F、Cl、Br、I及びそれらの陰イオンが挙げられる。着色組成物中の遊離の金属やハロゲンの低減方法としては、イオン交換水による洗浄、ろ過、限外ろ過、イオン交換樹脂による精製等の方法が挙げられる。
<収容容器>
本発明の着色組成物の収容容器としては、特に限定はなく、公知の収容容器を用いることができる。また、収容容器として、原材料や着色組成物中への不純物混入を抑制することを目的に、容器内壁を6種6層の樹脂で構成する多層ボトルや6種の樹脂を7層構造にしたボトルを使用することも好ましい。このような容器としては例えば特開2015-123351号公報に記載の容器が挙げられる。
<着色組成物の製造方法>
本発明の着色組成物は、前述の成分を混合して製造できる。着色組成物の製造に際しては、全成分を同時に溶剤に溶解および/または分散して着色組成物を製造してもよいし、必要に応じて、各成分を適宜2つ以上の溶液または分散液としておいて、使用時(塗布時)にこれらを混合して着色組成物を製造してもよい。
また、着色組成物の製造に際して、顔料などの粒子を分散させるプロセスを含んでいてもよい。顔料を分散させるプロセスにおいて、顔料の分散に用いる機械力としては、圧縮、圧搾、衝撃、剪断、キャビテーションなどが挙げられる。これらプロセスの具体例としては、ビーズミル、サンドミル、ロールミル、ボールミル、ペイントシェーカー、マイクロフルイダイザー、高速インペラー、サンドグラインダー、フロージェットミキサー、高圧湿式微粒化、超音波分散などが挙げられる。またサンドミル(ビーズミル)における顔料の粉砕においては、径の小さいビーズを使用する、ビーズの充填率を大きくする事等により粉砕効率を高めた条件で処理することが好ましい。また、粉砕処理後にろ過、遠心分離などで粗粒子を除去することが好ましい。また、顔料を分散させるプロセスおよび分散機は、「分散技術大全、株式会社情報機構発行、2005年7月15日」や「サスペンション(固/液分散系)を中心とした分散技術と工業的応用の実際 総合資料集、経営開発センター出版部発行、1978年10月10日」、特開2015-157893号公報の段落番号0022に記載のプロセス及び分散機を好適に使用出来る。また顔料を分散させるプロセスにおいては、ソルトミリング工程にて粒子の微細化処理を行ってもよい。ソルトミリング工程に用いられる素材、機器、処理条件等は、例えば特開2015-194521号公報、特開2012-046629号公報の記載を参酌できる。
着色組成物の調製にあたり、異物の除去や欠陥の低減などの目的で、着色組成物をフィルタでろ過することが好ましい。フィルタとしては、従来からろ過用途等に用いられているフィルタであれば特に限定されることなく用いることができる。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素樹脂、ナイロン(例えばナイロン-6、ナイロン-6,6)等のポリアミド樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン樹脂(高密度、超高分子量のポリオレフィン樹脂を含む)等の素材を用いたフィルタが挙げられる。これら素材の中でもポリプロピレン(高密度ポリプロピレンを含む)およびナイロンが好ましい。
フィルタの孔径は、0.01~7.0μmが好ましく、0.01~3.0μmがより好ましく、0.05~0.5μmが更に好ましい。フィルタの孔径が上記範囲であれば、微細な異物をより確実に除去できる。フィルタの孔径値については、フィルタメーカーの公称値を参照することができる。フィルタは、日本ポール株式会社(DFA4201NIEYなど)、アドバンテック東洋株式会社、日本インテグリス株式会社(旧日本マイクロリス株式会社)および株式会社キッツマイクロフィルタ等が提供する各種フィルタを用いることができる。
また、フィルタとしてファイバ状のろ材を用いることも好ましい。ファイバ状のろ材としては、例えばポリプロピレンファイバ、ナイロンファイバ、グラスファイバ等が挙げられる。市販品としては、ロキテクノ社製のSBPタイプシリーズ(SBP008など)、TPRタイプシリーズ(TPR002、TPR005など)、SHPXタイプシリーズ(SHPX003など)が挙げられる。
フィルタを使用する際、異なるフィルタ(例えば、第1のフィルタと第2のフィルタなど)を組み合わせてもよい。その際、各フィルタでのろ過は、1回のみでもよいし、2回以上行ってもよい。また、上述した範囲内で異なる孔径のフィルタを組み合わせてもよい。また、第1のフィルタでのろ過は、分散液のみに対して行い、他の成分を混合した後で、第2のフィルタでろ過を行ってもよい。
<硬化膜>
本発明の硬化膜は、上述した本発明の着色組成物を用いて得られるものである。本発明の硬化膜は、カラーフィルタとして好ましく用いることができる。特に、カラーフィルタの緑色の画素として好ましく用いることができる。硬化膜の膜厚は、目的に応じて適宜調整できる。例えば、膜厚は、0.5~3.0μmであることが好ましい。下限は0.8μm以上が好ましく、1.0μm以上がより好ましく、1.1μm以上がさらに好ましい。上限は2.5μm以下が好ましく、2.0μm以下がより好ましく、1.8μm以下がさらに好ましい。
本発明の硬化膜は、膜の厚み方向における波長400~700nmの範囲の光に対する透過スペクトルにおいて、波長495~525nmの範囲に透過率のピーク値を有し、かつ、透過率がピーク値の50%になるピーク値の波長よりも長波長側の波長(以下、λT50Lともいう)と、透過率がピーク値の50%になるピーク値の波長よりも短波長側の波長(以下、λT50Sともいう)との差(λT50L-λT50S)が65~90nmであることが好ましく、70~85nmであることがより好ましく、75~80nmであることが更に好ましい。
また、透過率のピーク値の波長(以下、λTmaxともいう)と、透過率がピーク値の50%になるピーク値の波長よりも短波長側の波長(λT50S)との差(λTmax-λT50S)は、15~40nmであることが好ましく、20~35nmであることがより好ましく、25~30nmであることが更に好ましい。
また、透過率がピーク値の50%になるピーク値の波長よりも長波長側の波長(λT50S)と透過率のピーク値の波長(λTmax)との差(λT50L-λTmax)は、35~60nmであることが好ましく、40~55nmであることがより好ましく、45~50nmであることが更に好ましい。
本発明の硬化膜は、波長495~525nmの光に対する透過率の最大値が65%以上で、波長495~525nmの光に対する平均透過率が60%以上であることが好ましく、波長495~525nmの光に対する透過率の最大値が70%以上で、波長495~525nmの光に対する平均透過率が65%以上であることがより好ましい。また、波長450nmの光に対する透過率は10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、1%以下であることが更に好ましい。また、波長400~450nmの光に対する透過率の最大値は10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、1%以下であることが更に好ましい。また、波長620nmの光に対する透過率は10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、1%以下であることが更に好ましい。また、波長600~625nmの光に対する透過率の最大値は10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、1%以下であることが更に好ましい。また、波長480nmの波長の光および波長570nmの波長の光に対する透過率がそれぞれ50%以下であることが好ましく、45%以下であることがより好ましい。また、波長460nmの波長の光および波長580nmの波長の光に対する透過率がそれぞれ20%であることが好ましく、15%以下であることがより好ましい。
<カラーフィルタ>
本発明のカラーフィルタは、上述した本発明の硬化膜を有する。本発明のカラーフィルタの好ましい態様として、本発明の着色組成物を用いて得られる緑色画素と、赤色画素と、青色画素とを有する態様が挙げられる。本発明のカラーフィルタは、固体撮像素子や表示装置に用いることができる。
赤色画素は、赤色着色剤を含むことが好ましい。赤色画素に含まれる着色剤中における赤色着色剤の含有量は、30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましい。赤色画素に含まれる着色剤中における赤色着色剤の含有量の上限は、100質量%であってもよく、99質量%以下であってもよく、95質量%以下であってもよく、90質量%以下であってもよい。また、赤色画素は、赤色着色剤を40質量%以上含むことが好ましく、50質量%以上含むことがより好ましく、60質量%以上含むことが更に好ましい。また、赤色着色剤の含有量の上限は、80質量%以下が好ましく、70質量%以下がより好ましく、60質量%以下が更に好ましい。
赤色着色剤としては、C.I.ピグメントレッド1,2,3,4,5,6,7,9,10,14,17,22,23,31,38,41,48:1,48:2,48:3,48:4,49,49:1,49:2,52:1,52:2,53:1,57:1,60:1,63:1,66,67,81:1,81:2,81:3,83,88,90,105,112,119,122,123,144,146,149,150,155,166,168,169,170,171,172,175,176,177,178,179,184,185,187,188,190,200,202,206,207,208,209,210,216,220,224,226,242,246,254,255,264,270,272,279,294(キサンテン系、Organo Ultramarine、Bluish Red),295(アゾ系),296(アゾ系)等の赤色顔料が挙げられ、C.I.ピグメントレッド177,254,269、272がより好ましい。
赤色画素は、赤色着色剤の他に、更に黄色着色剤を含むことがより好ましい。黄色着色剤の含有量は、赤色着色剤の100質量部に対して3~60質量部であることが好ましく、5~50質量部であることがより好ましく、10~40質量部であることが更に好ましい。黄色着色剤としては、C.I.ピグメントイエロー1,2,3,4,5,6,10,11,12,13,14,15,16,17,18,20,24,31,32,34,35,35:1,36,36:1,37,37:1,40,42,43,53,55,60,61,62,63,65,73,74,77,81,83,86,93,94,95,97,98,100,101,104,106,108,109,110,113,114,115,116,117,118,119,120,123,125,126,127,128,129,137,138,139,147,148,150,151,152,153,154,155,156,161,162,164,166,167,168,169,170,171,172,173,174,175,176,177,179,180,181,182,185,187,188,193,194,199,213,214,215,231,232(メチン系),233(キノリン系)等の黄色顔料が挙げられ、C.I.ピグメントイエロー138,139,150,185がより好ましい。
赤色画素は、波長580nmまでの透過率が低い分光特性を有することが好ましい。
青色画素は、青色着色剤を含むことが好ましい。青色画素に含まれる着色剤中における青色着色剤の含有量は、40質量%以上であることが好ましく、60質量%以上であることがより好ましい。また、青色画素は、青色着色剤を20質量%以上含むことが好ましく、25質量%以上含むことがより好ましく、30質量%以上含むことが更に好ましい。青色着色剤の含有量の上限は、80質量%以下が好ましく、70質量%以下がより好ましく、60質量%以下が更に好ましい。青色着色剤としては、C.I.ピグメントブルー1,2,15,15:1,15:2,15:6,16,22,29,60,64,66,79,80,87(モノアゾ系),88(メチン系)等の青色顔料が挙げられ、C.I.ピグメントブルー15:6が好ましい。
青色画素は、青色着色剤の他に、更に紫色着色剤および赤色着色剤から選ばれる少なくとも1種を含むことがより好ましい。紫色着色剤の含有量は、青色着色剤の100質量部に対して10~90質量部であることが好ましく、20~75質量部であることがより好ましく、30~60質量部であることが更に好ましい。紫色着色剤および赤色着色剤としては、C.I.ピグメントバイオレット1,19,23,27,32,37,42,60(トリアリールメタン系),61(キサンテン系)等の紫色顔料、キサンテン化合物などが挙げられる。キサンテン化合物としては、特開2016-180834号公報の段落番号0025~0077に記載の側鎖にカチオン性基を有する樹脂とキサンテン系酸性染料とを反応させて得られた造塩化合物などが挙げられる。
青色画素は、ピーク透過率が高く、急峻なスロープ形状の分光特性を有することが好ましい。
<構造体>
本発明の構造体は、上述した本発明の着色組成物を用いて得られる緑色画素と、赤色画素と、青色画素とを有する。
緑色画素は、上述した本発明の硬化膜の項で説明した分光特性を有することが好ましい。また、赤色画素および青色画素は、上述したカラーフィルタの項で説明した分光特性を有することが好ましい。
<画素の形成方法>
画素の形成方法について説明する。本発明の着色組成物を用いることで、例えば、緑色画素を形成することができる。
画素の形成方法は、支持体上に着色組成物を塗布して着色組成物層を形成する工程と、この着色組成物層をパターン状に露光する工程と、露光後の着色組成物層を現像する工程と、を含むことが好ましい。画素の形成にあたり、全工程を通じて150℃以下の温度で行うことが好ましい。なお、本発明において、「全工程を通じて150℃以下の温度で行う」とは、着色組成物を用いて画素を形成する工程の全てを、150℃以下の温度で行うことを意味する。露光後の着色組成物層を現像した後、更に加熱する工程を設ける場合は、この加熱する工程も150℃以下の温度で行うことを意味する。以下、各工程について詳細を述べる。
着色組成物層を形成する工程では、支持体上に着色組成物を塗布して着色組成物層を形成する。支持体としては、ガラス基板、ポリカーボネート基板、ポリエステル基板、芳香族ポリアミド基板、ポリアミドイミド基板、ポリイミド基板等が挙げられる。これらの基板上には有機発光層が形成されていてもよい。また、基板上には、上部の層との密着性改良、物質の拡散防止或いは表面の平坦化のために下塗り層が設けられていてもよい。
着色組成物の塗布方法としては、公知の方法を用いることができる。例えば、滴下法(ドロップキャスト);スリットコート法;スプレー法;ロールコート法;回転塗布法(スピンコーティング);流延塗布法;スリットアンドスピン法;プリウェット法(例えば、特開2009-145395号公報に記載されている方法);インクジェット(例えばオンデマンド方式、ピエゾ方式、サーマル方式)、ノズルジェット等の吐出系印刷、フレキソ印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、反転オフセット印刷、メタルマスク印刷法などの各種印刷法;金型等を用いた転写法;ナノインプリント法などが挙げられる。インクジェットでの適用方法としては、特に限定されず、例えば「広がる・使えるインクジェット-特許に見る無限の可能性-、2005年2月発行、住ベテクノリサーチ」に示された方法(特に115ページ~133ページ)や、特開2003-262716号公報、特開2003-185831号公報、特開2003-261827号公報、特開2012-126830号公報、特開2006-169325号公報などに記載の方法が挙げられる。また、着色組成物の塗布方法については、国際公開第2017/030174号、国際公開第2017/018419号の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
支持体上に形成した着色組成物層は、乾燥(プリベーク)してもよい。プリベークを行う場合、プリベーク温度は、80℃以下が好ましく、70℃以下がより好ましく、60℃以下が更に好ましく、50℃以下が特に好ましい。下限は、例えば、40℃以上とすることができる。プリベーク時間は、10~3600秒が好ましい。プリベークは、ホットプレート、オーブン等で行うことができる。
次に、着色組成物層をパターン状に露光する(露光工程)。例えば、着色組成物層に対し、ステッパー露光機やスキャナ露光機などを用いて、所定のマスクパターンを有するマスクを介して露光することで、パターン状に露光することができる。これにより、露光部分を硬化することができる。
露光に際して用いることができる放射線(光)としては、g線、i線等が挙げられる。また、波長300nm以下の光(好ましくは波長180~300nmの光)を用いることもできる。波長300nm以下の光としては、KrF線(波長248nm)、ArF線(波長193nm)などが挙げられ、KrF線(波長248nm)が好ましい。また、300nm以上の長波な光源も利用できる。
また、露光に際して、光を連続的に照射して露光してもよく、パルス的に照射して露光(パルス露光)してもよい。なお、パルス露光とは、短時間(例えば、ミリ秒レベル以下)のサイクルで光の照射と休止を繰り返して露光する方式の露光方法のことである。パルス露光の場合、パルス幅は、100ナノ秒(ns)以下であることが好ましく、50ナノ秒以下であることがより好ましく、30ナノ秒以下であることが更に好ましい。パルス幅の下限は、特に限定はないが、1フェムト秒(fs)以上とすることができ、10フェムト秒以上とすることもできる。周波数は、1kHz以上であることが好ましく、2kHz以上であることがより好ましく、4kHz以上であることが更に好ましい。周波数の上限は50kHz以下であることが好ましく、20kHz以下であることがより好ましく、10kHz以下であることが更に好ましい。最大瞬間照度は、50000000W/m以上であることが好ましく、100000000W/m以上であることがより好ましく、200000000W/m以上であることが更に好ましい。また、最大瞬間照度の上限は、1000000000W/m以下であることが好ましく、800000000W/m以下であることがより好ましく、500000000W/m以下であることが更に好ましい。なお、パルス幅とは、パルス周期における光が照射されている時間のことである。また、周波数とは、1秒あたりのパルス周期の回数のことである。また、最大瞬間照度とは、パルス周期における光が照射されている時間内での平均照度のことである。また、パルス周期とは、パルス露光における光の照射と休止を1サイクルとする周期のことである。
照射量(露光量)は、例えば、0.03~2.5J/cmが好ましく、0.05~1.0J/cmがより好ましい。露光時における酸素濃度については適宜選択することができ、大気下で行う他に、例えば酸素濃度が19体積%以下の低酸素雰囲気下(例えば、15体積%、5体積%、または、実質的に無酸素)で露光してもよく、酸素濃度が21体積%を超える高酸素雰囲気下(例えば、22体積%、30体積%、または、50体積%)で露光してもよい。また、露光照度は適宜設定することが可能であり、通常1000W/m~100000W/m(例えば、5000W/m、15000W/m、または、35000W/m)の範囲から選択することができる。酸素濃度と露光照度は適宜条件を組み合わせてよく、例えば、酸素濃度10体積%で照度10000W/m、酸素濃度35体積%で照度20000W/mなどとすることができる。
また、波長350nmを超え380nm以下の光(好ましくはi線)を1J/cm以上の露光量で照射して露光することも好ましい。このように露光することにより、着色組成物層を充分に硬化させることができ、耐溶剤性などの特性に優れた画素を製造することができる。
次に、露光後の着色組成物層を現像する。すなわち、着色組成物層の未露光部を現像除去してパターン(画素)を形成する。着色組成物層の未露光部の現像除去は、現像液を用いて行うことができる。これにより、露光工程における未露光部の着色組成物層が現像液に溶出し、光硬化した部分だけが残る。現像液としては、有機溶剤、アルカリ現像液などが挙げられ、アルカリ現像液であることが好ましい。現像液の温度は、例えば、20~30℃が好ましい。現像時間は、20~180秒が好ましい。また、残渣除去性を向上するため、現像液を60秒ごとに振り切り、さらに新たに現像液を供給する工程を数回繰り返してもよい。
アルカリ現像液は、アルカリ剤を純水で希釈したアルカリ性水溶液であることが好ましい。アルカリ剤としては、例えば、アンモニア、エチルアミン、ジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、ジグリコールアミン、ジエタノールアミン、ヒドロキシアミン、エチレンジアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、エチルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ジメチルビス(2-ヒドロキシエチル)アンモニウムヒドロキシド、コリン、ピロール、ピペリジン、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]-7-ウンデセンなどの有機アルカリ性化合物や、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウムなどの無機アルカリ性化合物が挙げられる。アルカリ剤は、分子量が大きい化合物の方が環境面および安全面で好ましい。アルカリ性水溶液のアルカリ剤の濃度は、0.001~10質量%が好ましく、0.01~1質量%がより好ましい。また、現像液は、さらに界面活性剤を含有していてもよい。界面活性剤としては、上述した界面活性剤が挙げられ、ノニオン系界面活性剤が好ましい。現像液は、移送や保管の便宜などの観点より、一旦濃縮液として製造し、使用時に必要な濃度に希釈してもよい。希釈倍率は特に限定されないが、例えば1.5~100倍の範囲に設定することができる。また、現像後純水で洗浄(リンス)することも好ましい。また、リンスは、現像後の着色組成物層が形成された支持体を回転させつつ、現像後の着色組成物層へリンス液を供給して行うことが好ましい。また、リンス液を吐出させるノズルを支持体の中心部から支持体の周縁部に移動させて行うことも好ましい。この際、ノズルの支持体中心部から周縁部へ移動させるにあたり、ノズルの移動速度を徐々に低下させながら移動させてもよい。このようにしてリンスを行うことで、リンスの面内ばらつきを抑制できる。また、ノズルを支持体中心部から周縁部へ移動させつつ、支持体の回転速度を徐々に低下させても同様の効果が得られる。
現像後、乾燥を施した後に追加露光処理や加熱処理(ポストベーク)を行うことも好ましい。追加露光処理やポストベークは、硬化を完全なものとするための現像後の硬化処理である。
ポストベークを行う場合、加熱温度は、100~150℃が好ましい。加熱温度の上限は120℃以下が好ましい。加熱時間は1分以上が好ましく、5分以上がより好ましく、10分以上が更に好ましい。上限は特に限定はないが、生産性の観点から20分以下が好ましい。ポストベークは、不活性ガスの雰囲気下で行うことも好ましい。この態様によれば、熱重合を、酸素に阻害されることなく、非常に高い効率で進行させることができ、全工程を通じて120℃以下の温度で画素を製造した場合であっても、平坦性が良好で、耐溶剤性などの特性に優れた画素を製造することができる。不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等が挙げられ、窒素ガスであることが好ましい。ポストベーク時の酸素濃度は、100ppm以下であることが好ましい。
追加露光処理を行う場合、波長254~350nmの光を照射して露光することが好ましい。より好ましい態様としては、着色組成物層をパターン状に露光する工程(現像前の露光)は、着色組成物層に対して波長350nmを超え380nm以下の光(好ましくは波長355~370nmの光、より好ましくはi線)を照射して露光して行い、追加露光処理(現像後の露光)は、現像後の着色組成物層に対して、波長254~350nmの光(好ましくは波長254nmの光)を照射して露光することが好ましい。この態様によれば、最初の露光(現像前の露光)で着色組成物層を適度に硬化させることができ、次の露光(現像後の露光)で着色組成物層全体をほぼ完全に硬化させることができるので、結果として、低温条件でも、着色組成物層を充分に硬化させて、耐溶剤性、密着性および矩形性などの特性に優れた画素を形成することができる。このように2段階で露光を行う場合、着色組成物は、光重合開始剤として、メタノール中での波長365nmの吸光係数が1.0×10mL/gcm以上の光重合開始剤A1と、メタノール中での波長365nmの吸光係数が1.0×10mL/gcm以下で、かつ、波長254nmの吸光係数が1.0×10mL/gcm以上の光重合開始剤A2とを含むものを用いることが好ましい。
現像後の露光は、例えば紫外線フォトレジスト硬化装置を用いて行うことができる。紫外線フォトレジスト硬化装置からは、例えば波長254~350nmの光とともに、これ以外の光(例えばi線)が照射されてもよい。
現像前の露光での照射量(露光量)としては、例えば、30~1500mJ/cmが好ましく、50~1000mJ/cmがより好ましい。現像後の露光での照射量(露光量)は、30~4000mJ/cmが好ましく、50~3500mJ/cmがより好ましい。現像前の露光で用いられる光の波長と、現像後の露光で用いられる光の波長の差は、200nm以下であることが好ましく、100~150nmであることがより好ましい。
<表示装置>
本発明の表示装置は、上述した本発明の硬化膜を有する。表示装置としては、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置などが挙げられる。表示装置の定義や各表示装置の詳細については、例えば「電子ディスプレイデバイス(佐々木昭夫著、(株)工業調査会、1990年発行)」、「ディスプレイデバイス(伊吹順章著、産業図書(株)平成元年発行)」などに記載されている。また、液晶表示装置については、例えば「次世代液晶ディスプレイ技術(内田龍男編集、(株)工業調査会、1994年発行)」に記載されている。本発明が適用できる液晶表示装置に特に制限はなく、例えば、上記の「次世代液晶ディスプレイ技術」に記載されている色々な方式の液晶表示装置に適用できる。
有機エレクトロルミネッセンス表示装置は、白色有機エレクトロルミネッセンス素子からなる光源を有するものであってもよい。白色有機エレクトロルミネッセンス素子としては、タンデム構造であることが好ましい。有機エレクトロルミネッセンス素子のタンデム構造については、特開2003-045676号公報、三上明義監修、「有機EL技術開発の最前線-高輝度・高精度・長寿命化・ノウハウ集-」、技術情報協会、326-328ページ、2008年などに記載されている。有機EL素子が発光する白色光のスペクトルは、青色領域(430nm-485nm)、緑色領域(530nm-580nm)及び黄色領域(580nm-620nm)に強い極大発光ピークを有するものが好ましい。これらの発光ピークに加え更に赤色領域(650nm-700nm)に極大発光ピークを有するものがより好ましい。
<固体撮像素子>
本発明の着色組成物および硬化膜は、固体撮像素子に用いることもできる。固体撮像素子の構成としては、本発明の硬化膜を有し、固体撮像素子として機能する構成であれば特に限定はないが、例えば、以下のような構成が挙げられる。
基板上に、固体撮像素子(CCD(電荷結合素子)イメージセンサ、CMOS(相補型金属酸化膜半導体)イメージセンサ等)の受光エリアを構成する複数のフォトダイオードおよびポリシリコン等からなる転送電極を有し、フォトダイオードおよび転送電極上にフォトダイオードの受光部のみ開口した遮光膜を有し、遮光膜上に遮光膜全面およびフォトダイオード受光部を覆うように形成された窒化シリコン等からなるデバイス保護膜を有し、デバイス保護膜上に、本発明の硬化膜を有する構成である。更に、デバイス保護膜上であって本発明の硬化膜の下(基板に近い側)に集光手段(例えば、マイクロレンズ等。以下同じ)を有する構成や、本発明の硬化膜上に集光手段を有する構成等であってもよい。また、本発明の硬化膜は、隔壁により例えば格子状に仕切られた空間に埋め込まれていてもよい。この場合の隔壁は本発明の硬化膜よりも低屈折率のものであることが好ましい。このような構造を有する撮像装置の例としては、特開2012-227478号公報、特開2014-179577号公報、国際公開第2018/043654号、米国特許出願公開第2018/0040656号明細書に記載の装置が挙げられる。固体撮像素子を備えた撮像装置は、デジタルカメラや、撮像機能を有する電子機器(携帯電話等)の他、車載カメラや監視カメラ用としても用いることができる。
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。
(顔料分散液P-G1~P-G10、P-Gr1、P-Gr2)
下記表に記載の原料を混合した後、直径1mmのジルコニアビーズを用いて、アイガーミル(アイガージャパン社製「ミニモデルM-250MKII」)で5時間分散した後、孔径5μmのフィルタで濾過して顔料分散液を作製した。下記表に記載の数値は質量部である。顔料分散液中の顔料比についても併せて記す。
Figure 0007220776000022
上記表中、略語で記載した原料は以下の通りである。
PB15:3 : C.I.ピグメントブルー15:3
PB15:4 : C.I.ピグメントブルー15:4
PY150 : C.I.ピグメントイエロー150
分散剤1:Disperbyk-2001(ビックケミー社製、固形分濃度46質量%)
樹脂溶液1:以下の方法で調製した樹脂溶液1
撹拌機、温度計、滴下装置、還流冷却器、ガス導入管を備えた反応容器にシクロヘキサノン90.0質量部を入れ、容器に窒素ガスを注入しながら60℃に加熱して、同温度でメタクリル酸20.0質量部、メチルメタクリレート10.0質量部、n-ブチルメタクリレート55.0質量部、ベンジルメタクリレート15質量部、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル2.5質量部の混合物を2時間かけて滴下して重合反応を行った。滴下終了後、さらに60℃で1時間反応させた後、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル0.5質量部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10.0質量部に溶解させたものを添加し、その後3時間、同じ温度で撹拌を続け樹脂(Mw=30000)を得た。室温に冷却後、シクロヘキサノンで希釈して固形分濃度を20質量%に調整し、樹脂溶液1を調製した。
溶剤1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)
<着色組成物の調製>
(実施例1)
以下に示す原料を混合し、撹拌した後、孔径0.45μmのナイロン製フィルタ(日本ポール(株)製)を用いてろ過することにより、固形分濃度19.05質量%の着色組成物を調製した。なお、着色組成物の固形分濃度は、溶剤(PGMEA)の配合量で調整した。
顔料分散液(顔料分散液P-G1) ・・・65質量%
光重合開始剤(開始剤1) ・・・2質量%
樹脂(樹脂A) ・・・5.5質量%
フリル基含有化合物(F1) ・・・5.5質量%
重合性化合物(M1) ・・・2.6質量%
溶剤(PGMEA) ・・・残部
(実施例2~27、比較例1、2)
顔料分散液、光重合開始剤、樹脂、フリル基含有化合物、重合性化合物および溶剤の種類および含有量を、それぞれ下記表に記載のとおり変更し、実施例1と同様にして着色組成物を調製した。なお、樹脂およびフリル基含有化合物の含有量の数値は固形分換算での値である。
Figure 0007220776000023
上記表中、略語で記載した原料は以下の通りである。
(顔料分散液)
P-G1~P-G11、P-Gr1、P-Gr2:上述の顔料分散液P-G1~P-G11、P-Gr1、P-Gr2
(光重合開始剤)
開始剤1:Irgacure OXE02(BASF社製、下記構造の化合物、メタノール中での波長365nmにおける吸光係数が7749mL/gcmである。)
開始剤2:Irgacure OXE01(BASF社製、下記構造の化合物、メタノール中での波長365nmにおける吸光係数が6969mL/gcmである。)
開始剤3:下記構造の化合物(メタノール中での波長365nmの光の吸光係数が18900mL/gcmである。)
開始剤4:下記構造の化合物(メタノール中での波長365nmにおける吸光係数が48.93mL/gcmであり、波長254nmにおける吸光係数が3.0×10mL/gcmである。)
開始剤5:下記構造の化合物(メタノール中での波長365nmにおける吸光係数が88.64mL/gcmであり、波長254nmにおける吸光係数が3.3×10mL/gcmである。)
開始剤6:下記構造の化合物(メタノール中での波長365nmの光の吸光係数が13200mL/gcmである。)
Figure 0007220776000024
(重合性化合物)
M1:アロニックス M-402(東亞合成(株)製、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとジペンタエリスリトールペンタアクリレートの混合物)
M2:下記構造の化合物(a+b+c=3)
M3:下記構造の化合物(a+b+c=4)
M4:下記構造の化合物の混合物(a+b+c=5の化合物:a+b+c=6の化合物=3:1(モル比))
Figure 0007220776000025
M5:下記構造の化合物
Figure 0007220776000026
M6:アロニックスM―309(東亞合成(株)製、トリメチロールプロパントリアクリレート)
(樹脂)
樹脂A:以下の方法で合成した樹脂
温度計、冷却管、窒素ガス導入管、滴下管および撹拌装置を備えたセパラブル4口フラスコにシクロヘキサノン70.0質量部を仕込み、80℃に昇温し、フラスコ内を窒素置換した後、滴下管より、n-ブチルメタクリレート13.3質量部、2-ヒドロキシエチルメタクリレート4.6質量部、メタクリル酸4.3質量部、パラクミルフェノールエチレンオキサイド変性アクリレート(東亞合成(株)製、アロニックスM110)7.4質量部および2,2’-アゾビスイソブチロニトリル0.4質量部の混合物を2時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに3時間反応を継続して樹脂A(Mw=26000)の30質量%溶液を得た。
樹脂B:下記構造の樹脂(Mw=30000、主鎖に付記した数値はモル比である。)
Figure 0007220776000027
樹脂C:以下の方法で合成した樹脂
撹拌機、温度計、滴下装置、還流冷却器、ガス導入管を備えた反応容器にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート90.0質量部を入れ、容器に窒素ガスを注入しながら60℃に加熱して、同温度でグリシジルメタクリレート35.0質量部、メチルメタクリレート45.0質量部、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル2.5質量部の混合物を2時間かけて滴下して重合反応を行った。滴下終了後、さらに60℃で1時間反応させた後、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル0.5質量部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10.0質量部に溶解させたものを添加し、その後3時間、同じ温度で撹拌を続け共重合体を得た。続いて、反応容器に乾燥空気を注入し、アクリル酸10.0質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート30.2質量部、ジメチルベンジルアミン1.30質量部、メトキノン0.26質量部を入れ、100℃に加熱して、20時間撹拌を続け、酸価測定を行って目的物が生成していることを確認した。さらに続けて反応容器にテトラヒドロ無水フタル酸10.0質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート27.7質量部を入れ、60℃で3時間撹拌したのち室温に冷却後、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希釈することにより、樹脂C(Mw=12000)の20質量%溶液を得た。
(フリル基含有化合物)
F1:以下の方法で合成したフリル基含有化合物F1
撹拌機、温度計、滴下装置、還流冷却器、ガス導入管を備えた反応容器にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート90.0質量部を入れ、容器に窒素ガスを注入しながら60℃に加熱して、同温度でフルフリルメタクリレート50.0質量部、2-メタクリロイロキシエチルコハク酸26.7質量部、2-ヒドロキシエチルメタクリレート23.3質量部、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)2.5質量部の混合物を2時間かけて滴下して重合反応を行った。滴下終了後、さらに60℃で1時間反応させた後、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.5質量部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10.0質量部に溶解させたものを添加し、その後3時間、同じ温度で撹拌を続け共重合体を得た。室温に冷却後、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希釈することにより、フリル基含有化合物F1(Mw=52000)の20質量%溶液を得た。
F2:以下の方法で合成したフリル基含有化合物F2
撹拌機、温度計、滴下装置、還流冷却器、ガス導入管を備えた反応容器にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート90.0質量部を入れ、容器に窒素ガスを注入しながら60℃に加熱して、同温度でフルフリルメタクリレート50.0質量部、メタクリル酸10質量部、メチルメタクリレート40.0質量部、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)5.0質量部の混合物を2時間かけて滴下して重合反応を行った。滴下終了後、さらに60℃で1時間反応させた後、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)1.0質量部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10.0質量部に溶解させたものを添加し、その後3時間、同じ温度で撹拌を続け共重合体を得た。室温に冷却後、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希釈することにより、フリル基含有化合物F2(Mw=26000)の20質量%溶液を得た。
(溶剤)
PGMEA:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
PGME:プロピレングリコールメチルエーテル
<硬化膜の作製>
スピンコーターを用いて、各着色組成物を乾燥後の膜厚が1.4μmとなるようにガラス基板上に塗布し、100℃のホットプレート上で2分間乾燥させた。その後、超高圧水銀ランプを用いて、露光照度20mW/cm、露光量1J/cmの条件でi線露光した。そして、100℃のホットプレート上で20分間加熱し、放冷して、硬化膜を形成した。硬化膜の作製において、基板の温度は、全工程を通じて20~100℃の範囲である。
<評価>
(分光)
得られた硬化膜について、紫外可視近赤外分光光度計(UV3600、(株)島津製作所製)を用い、レファレンスをガラス基板として、波長300~800nmの範囲の光の吸光度を測定し、以下の波長1、波長2、波長3、A450/A620および波長差1を測定した。
波長1は、波長400~700nmの波長の光に対する吸光度のうち、吸光度が最小となる波長のことである。
波長2は、波長450nmの光に対する吸光度を1としたとき、吸光度が0.14となる短波長側の波長のことである。
波長3は、波長450nmの光に対する吸光度を1としたとき、吸光度が0.14となる長波長側の波長のことである。
450/A620は、波長450nmの光に対する吸光度A450と、波長620nmの光に対する吸光度A620との比のことである。
波長差1は、波長450nmの光に対する吸光度を1としたとき、吸光度が0.4となる長波長側の波長と、吸光度が0.4となる短波長側の波長差のことである。
(耐光性)
得られた硬化膜について、大塚電子(株)製のMCPD-3000を用い、400~700nmの範囲の光透過率(透過率)を測定した。
次に、上記で作製した硬化膜に紫外線カットフィルター(アズワン社製、KU-1000100)を装着し、耐光試験機(スガ試験機(株)製、Xenon Weather Meter SX75)を用いて10万ルクスの光を50時間かけて照射して、耐光性試験を行った。試験装置内の温度は63℃に設定した。試験装置内の相対湿度は50%とした。耐光性試験を行った後、硬化膜の透過率を測定し、透過率の変化量の最大値を求め、以下の基準にて耐光性を評価した。以下の基準でAA、A、およびBであれば耐光性に優れている。
透過率の測定は、各試料につき5回行い、最大値と最小値を除いた3回の結果の平均値を採用した。また、透過率の変化量の最大値とは、耐光性試験前後の硬化膜の、波長400~700nmの範囲における透過率の変化量が最も大きい波長における変化量を意味する。
AA:透過率の変化量の最大値が3%以下。
A:透過率の変化量の最大値が3%を超えて、5%以下。
B:透過率の変化量の最大値が5%を超えて、10%以下。
C:透過率の変化量の最大値が10%を超えている。
Figure 0007220776000028
実施例の着色組成物を用いて得られる硬化膜は、耐光性および分光特性に優れていた。特に、実施例の着色組成物を用いて得られる硬化膜は、波長500nmの光の透過率が高く、緑色の画素として感度が優れていた。更には、波長620nmの透過率が比較例よりも低く、青色との色分離性にも優れていた。
また、実施例の着色組成物の吸光度を測定したところ、実施例の着色組成物は、波長400~700nmの波長の光に対する吸光度のうち、波長495~525nmの範囲に吸光度の最小値を有し、波長450nmの光に対する吸光度を1としたとき、吸光度が0.14となる波長が474~494nmの範囲と、530~570nmの範囲のそれぞれに存在し、波長450nmの光に対する吸光度A450と、波長620nmの光に対する吸光度A620との比であるA450/A620が1.08~2.05であった。
(実施例1001)
シリコンウエハ上に、緑色画素形成用着色組成物を製膜後の膜厚が1.0μmになるようにスピンコート法で塗布した。次いで、ホットプレートを用いて、100℃で2分間加熱した。次いで、i線ステッパー露光装置FPA-3000i5+(キヤノン(株)製)を用い、1000mJ/cmで2μm四方のドットパターンのマスクを介して露光した。次いで、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)0.3質量%水溶液を用い、23℃で60秒間パドル現像を行った。その後、スピンシャワーにてリンスを行い、更に純水にて水洗した。次いで、ホットプレートを用いて、200℃で5分間加熱することで、緑色の着色パターン(緑色画素)を形成した。同様に赤色画素形成用着色組成物1、青色画素形成用着色組成物1を順次パターニングし、赤色の着色パターン(赤色画素)、青色の着色パターン(青色画素)をそれぞれ形成して構造体を形成した。緑色画素形成用着色組成物としては、実施例1の着色組成物を使用した。赤色画素形成用着色組成物1、及び青色画素形成用着色組成物1については後述する。
得られた構造体を公知の方法に従い有機エレクトロルミネッセンス表示装置に組み込んだ。この有機エレクトロルミネッセンス表示装置は好適な画像認識能を有していた。
(実施例1002)
シリコンウエハ上に、緑色画素形成用着色組成物を製膜後の膜厚が1.0μmになるようにスピンコート法で塗布した。次いで、ホットプレートを用いて、100℃で2分間加熱した。次いで、i線ステッパー露光装置FPA-3000i5+(キヤノン(株)製)を用い、1000mJ/cmで2μm四方のドットパターンのマスクを介して露光した。次いで、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)0.3質量%水溶液を用い、23℃で60秒間パドル現像を行った。その後、スピンシャワーにてリンスを行い、更に純水にて水洗した。次いで、ホットプレートを用いて、200℃で5分間加熱することで、緑色の着色パターン(緑色画素)を形成した。同様に赤色画素形成用着色組成物1、青色画素形成用着色組成物2を順次パターニングし、赤色の着色パターン(赤色画素)、青色の着色パターン(青色画素)をそれぞれ形成して構造体を形成した。緑色画素形成用着色組成物としては、実施例1の着色組成物を使用した。赤色画素形成用着色組成物1、及び青色画素形成用着色組成物2については後述する。
得られた構造体を公知の方法に従い有機エレクトロルミネッセンス表示装置に組み込んだ。この有機エレクトロルミネッセンス表示装置は好適な画像認識能を有していた。
[赤色画素形成用着色組成物1]
下記組成の混合物を均一になるように撹拌混合した後、1.0μmのフィルタで濾過し、赤色画素形成用着色組成物1を作製した。
顔料分散液DR-1 ・・・30.2質量部
顔料分散液DY-1 ・・・8.4質量部
樹脂溶液12 ・・・15.2質量部
重合性化合物(アロニックス M-402、東亞合成(株)製) ・・・0.7質量部
光重合開始剤(Irgacure OXE02、BASF社製) ・・・0.3質量部
PGMEA ・・・44.2質量部
[青色画素形成用着色組成物1]
下記組成の混合物を均一になるように撹拌混合した後、1.0μmのフィルタで濾過し、青色画素形成用着色組成物1を作製した。
顔料分散液DB-1 ・・・10.4質量部
顔料分散液DV-1 ・・・6.1質量部
樹脂溶液12 ・・・24.2質量部
重合性化合物(アロニックス M-402、東亞合成(株)製) ・・・0.7質量部
光重合開始剤(Irgacure OXE02、BASF社製) ・・・0.3質量部
PGMEA ・・・44.2質量部
[青色画素形成用着色組成物2]
下記組成の混合物を均一になるように撹拌混合した後、1.0μmのフィルタで濾過し、青色画素形成用着色組成物2を作製した。
造塩化合物含有樹脂溶液DC-1 ・・・23.0質量部
顔料分散液DB-2 ・・・45.0質量部
樹脂溶液12 ・・・6.5質量部
重合性化合物(トリメチロールプロパントリアクリレート) ・・・4.1質量部
光重合開始剤(Irgacure OXE01、BASF社製) ・・・1.3質量部
PGMEA ・・・20.1質量部
顔料分散液DR-1は、以下の方法で調製したものを用いた。
C.I.ピグメントレッド269の11.0質量部と、樹脂溶液11の21.5質量部と、分散剤(BASF社製、EFKA4300)の1質量部と、PGMEAの66.5質量部とを混合した後、直径1mmのジルコニアビーズを用いて、アイガーミル(アイガージャパン社製「ミニモデルM-250MKII」)で5時間分散した後、孔径5μmのフィルタで濾過して顔料分散液DR-1を調製した。
顔料分散液DY-1は、以下の方法で調製したものを用いた。
C.I.ピグメントイエロー139の23.5質量部と、樹脂溶液11の7質量部と、分散剤(BASF社製、EFKA4300)の3質量部と、PGMEAの66.5質量部とを混合した後、直径1mmのジルコニアビーズを用いて、アイガーミル(アイガージャパン社製「ミニモデルM-250MKII」)で5時間分散した後、孔径5μmのフィルタで濾過して顔料分散液DY-1を調製した。
顔料分散液DB-1は、以下の方法で調製したものを用いた。
C.I.ピグメントブルー15:6の11.0質量部と、樹脂溶液11の21.5質量部と、分散剤(BASF社製、EFKA4300)の1質量部と、PGMEAの66.5質量部とを混合した後、直径1mmのジルコニアビーズを用いて、アイガーミル(アイガージャパン社製「ミニモデルM-250MKII」)で5時間分散した後、孔径5μmのフィルタで濾過して顔料分散液DB-1を調製した。
顔料分散液DV-1は、以下の方法で調製したものを用いた。
C.I.ピグメントバイオレット23の11.0質量部と、樹脂溶液11の21.5質量部と、分散剤(BASF社製、EFKA4300)の1質量部と、PGMEAの66.5質量部とを混合した後、直径1mmのジルコニアビーズを用いて、アイガーミル(アイガージャパン社製「ミニモデルM-250MKII」)で5時間分散した後、孔径5μmのフィルタで濾過して顔料分散液DV-1を調製した。
造塩化合物含有樹脂溶液DC-1は、以下の方法で調製したものを用いた。
温度計、撹拌機、蒸留管、冷却器を具備した4つ口セパラブルフラスコに、イソプロピルアルコールの75.1質量部を仕込み、窒素気流下で75℃に昇温した。メチルメタクリレートの18.2質量部、n-ブチルメタクリレートの27.3質量部、2-エチルヘキシルメタクリレートの27.3質量部、ヒドロキシエチルメタクリレートの15.0質量部、メタクリル酸ジメチルアミノエチルメチルクロライド塩の12.2質量部、および、メチルエチルケトンの23.4質量部、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)7.0の質量部を混合して均一にした後、滴下ロートに仕込み、この滴下ロートを上記4つ口セパラブルフラスコに取り付け、2時間かけて滴下した。滴下終了2時間後、固形分から重合収率が98%以上であり、重量平均分子量(Mw)が、7330である事を確認し、50℃へ冷却した。その後、メタノールを14.3質量部加え、樹脂成分が40重量%の側鎖にカチオン性基を有する樹脂B-1を得た。得られた樹脂のアンモニウム塩価は32mgKOH/gであった。
次に、水2000質量部に側鎖にカチオン性基を有する樹脂B-1の5質量部を添加し、十分に撹拌混合を行った後、60℃に加熱して樹脂溶液を調製した。別途、90質量部の水に10質量部のC.I.アシッド レッド 289を溶解させた水溶液を調製し、先ほどの樹脂溶液に滴下した。滴下後、60℃で120分撹拌して反応させた。反応の終点確認としては濾紙に反応液を滴下して、にじみがなくなったところを終点として、造塩化合物が得られたものと判断した。撹拌しながら室温まで放冷した後、吸引濾過と水洗によって側鎖にカチオン性基を有する樹脂の対アニオンとC.I.アシッド レッド 289の対カチオンとからなる塩を除去した後、濾紙上に残った造塩化合物を乾燥機にて水分を除去して乾燥し、32質量部のC.I.アシッド レッド 289と側鎖にカチオン性基を有する樹脂B-1との造塩化合物(C-1)を得た。
次に、造塩化合物(C-1)の11質量部と、樹脂溶液11の40質量部と、PGMEAの49質量部とを混合した後、5.0μmのフィルタで濾過して造塩化合物含有樹脂溶液DC-1を調製した。
顔料分散液DB-2は、以下の方法で調製したものを用いた。
C.I.ピグメントブルー15:6の11質量部と、樹脂溶液11の40質量部と、分散剤(BASF社製、EFKA4300)の1質量部と、PGMEAの48質量部とを混合した後、直径1mmのジルコニアビーズを用いて、アイガーミル(アイガージャパン社製「ミニモデルM-250MKII」)で5時間分散した後、孔径5μmのフィルタで濾過して顔料分散液DB-2を調製した。
樹脂溶液11は、以下の方法で調製したものを用いた。
セパラブル4口フラスコに温度計、冷却管、窒素ガス導入管、滴下管および撹拌装置を取り付けた反応容器にPGMEAの196質量部を仕込み、80℃に昇温し、反応容器内を窒素置換した後、滴下管より、n-ブチルメタクリレート37.2質量部、2-ヒドロキシエチルメタクリレート12.9質量部、メタクリル酸12.0質量部、パラクミルフェノールエチレンオキサイド変性アクリレート(東亞合成(株)製、アロニックスM110)20.7質量部、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル1.1質量部の混合物を2時間かけて滴下した。滴下終了後、更に3時間反応を継続し、樹脂(Mw=30000)を得た。室温まで冷却した後、PGMEAで希釈して固形分濃度を20質量%に調整し、樹脂溶液11を調製した。
樹脂溶液12は、以下の方法で調製したものを用いた。
セパラブル4口フラスコに温度計、冷却管、窒素ガス導入管、滴下管および撹拌装置を取り付けた反応容器にPGMEAの207質量部を仕込み、80℃に昇温し、反応容器内を窒素置換した後、滴下管より、メタクリル酸20質量部、パラクミルフェノールエチレンオキサイド変性アクリレート(東亞合成(株)製、アロニックスM110)20質量部、メタクリル酸メチル45質量部、2-ヒドロキシエチルメタクリレート8.5質量部、及び2,2’-アゾビスイソブチロニトリル1.33質量部の混合物を2時間かけて滴下した。滴下終了後、更に3時間反応を継続した。次に得られた溶液全量に対して、窒素ガスを停止し乾燥空気を1時間注入しながら撹拌したのちに、室温まで冷却した後、2-メタクリロイルオキシエチルイソシアネート(昭和電工(株)製、カレンズMOI)6.5質量部、ラウリン酸ジブチル錫0.08質量部、シクロヘキサノン26質量部の混合物を70℃で3時間かけて滴下した。滴下終了後、更に1時間反応を継続し、樹脂(Mw=18000)を得た。室温まで冷却した後、PGMEAで希釈して固形分濃度を20質量%に調整し、樹脂溶液12を調製した。

Claims (18)

  1. 着色剤と、重合性化合物と、光重合開始剤とを含む着色組成物であって、
    前記着色剤は、カラーインデックスピグメントブルー15:3およびカラーインデックスピグメントブルー15:4から選ばれる少なくとも1種と、カラーインデックスピグメントイエロー150とを含み、カラーインデックスピグメントイエロー150の100質量部に対して、カラーインデックスピグメントブルー15:3とカラーインデックスピグメントブルー15:4とを合計で35~55質量部含有し、
    前記着色組成物は、波長400~700nmの波長の光に対する吸光度のうち、波長495~525nmの範囲に吸光度の最小値を有し、
    波長450nmの光に対する吸光度を1としたとき、吸光度が0.14となる波長が474~494nmの範囲と、530~570nmの範囲のそれぞれに存在し、
    波長450nmの光に対する吸光度A450と、波長620nmの光に対する吸光度A620との比であるA450/A620が1.08~2.05である、
    カラーフィルタの緑色画素形成用の着色組成物。
  2. 着色剤と、重合性化合物と、光重合開始剤とを含む着色組成物であって、
    前記着色剤は、カラーインデックスピグメントブルー15:3と、カラーインデックスピグメントブルー15:4と、カラーインデックスピグメントイエロー150とを含み、C.I.ピグメントブルー15:3とC.I.ピグメントブルー15:4との質量比は、C.I.ピグメントブルー15:3の100質量部に対して、C.I.ピグメントブルー15:4が5~500質量部であり、カラーインデックスピグメントイエロー150の100質量部に対して、カラーインデックスピグメントブルー15:3とカラーインデックスピグメントブルー15:4とを合計で35~55質量部含有し、
    前記着色組成物は、波長400~700nmの波長の光に対する吸光度のうち、波長495~525nmの範囲に吸光度の最小値を有し、
    波長450nmの光に対する吸光度を1としたとき、吸光度が0.14となる波長が474~494nmの範囲と、530~570nmの範囲のそれぞれに存在し、
    波長450nmの光に対する吸光度A450と、波長620nmの光に対する吸光度A620との比であるA450/A620が1.08~2.05である、
    着色組成物。
  3. 前記着色組成物は、波長450nmの光に対する吸光度を1としたとき、吸光度が0.4となる長波長側の波長と、吸光度が0.4となる短波長側の波長との差が80~118nmである、請求項1または2に記載の着色組成物。
  4. 前記着色剤中におけるカラーインデックスピグメントブルー15:3とカラーインデックスピグメントブルー15:4とカラーインデックスピグメントイエロー150との合計の含有量が80~100質量%である、請求項1~3のいずれか1項に記載の着色組成物。
  5. 着色組成物の全固形分中における着色剤の含有量が20質量%以上である、請求項1~のいずれか1項に記載の着色組成物。
  6. 前記重合性化合物は、エチレン性不飽和結合含有基を3個以上有する重合性化合物を含む、請求項1~のいずれか1項に記載の着色組成物。
  7. 前記重合性化合物は、エチレン性不飽和結合含有基とアルキレンオキシ基とをする重合性化合物を含む、請求項1~のいずれか1項に記載の着色組成物。
  8. 前記光重合開始剤は、オキシム化合物を含有する、請求項1~のいずれか1項に記載の着色組成物。
  9. 前記光重合開始剤は、オキシム化合物とヒドロキシアルキルフェノン化合物を含有する、請求項1~のいずれか1項に記載の着色組成物。
  10. 更に、下記式(I)で表される化合物由来の繰り返し単位を含む樹脂を含有する、請求項1~のいずれか1項に記載の着色組成物;
    Figure 0007220776000029
    式中、Xは、OまたはNHを表し、
    は水素原子またはメチル基を表し、
    は2価の連結基を表し、
    10は置換基を表し、
    mは0~2の整数を表し、
    pは0以上の整数を表す。
  11. 更に、フリル基を含む化合物を含む、請求項1~10のいずれか1項に記載の着色組成物。
  12. カラーフィルタの緑色画素形成用の着色組成物である、請求項に記載の着色組成物。
  13. 表示装置用の着色組成物である、請求項1~12のいずれか1項に記載の着色組成物。
  14. 全工程を通じて150℃以下の温度で硬化膜を形成するために用いられる、請求項1~1のいずれか1項に記載の着色組成物。
  15. 請求項1~14のいずれか1項に記載の着色組成物を用いて得られる硬化膜。
  16. 緑色画素と赤色画素と青色画素とを有する構造体であって、前記緑色画素は請求項1~14のいずれか1項に記載の着色組成物を用いて得られるものである、構造体。
  17. 請求項15に記載の硬化膜を有するカラーフィルタ。
  18. 請求項15に記載の硬化膜を有する表示装置。
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