JP7313472B2 - 感光性組成物、硬化物、及び硬化物の製造方法 - Google Patents
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Description
基材成分(A)が、樹脂(A1)からなるか、樹脂(A1)と光重合性モノマー(A2)との組み合わせからなり、
樹脂(A1)が、シリコーン樹脂を含み、
基材成分(A)が、光重合性モノマー(A2)を含まない場合、樹脂(A1)がエチレン性不飽和二重結合を有し、
光重合開始剤(B)が、フォスフィンオキサイド化合物(B1)と、オキシムエステル化合物(B2)とを組み合わせて含む、感光性組成物である。
成形された感光性組成物に対して露光することと、
を含む硬化物の製造方法である。
感光性組成物は、基材成分(A)と、光重合開始剤(B)とを含む。基材成分(A)は、樹脂(A1)からなるか、樹脂(A1)と光重合性モノマー(A2)との組み合わせからなる。樹脂(A1)は、シリコーン樹脂を含む。
基材成分(A)が、光重合性モノマー(A2)を含まない場合、樹脂(A1)がエチレン性不飽和二重結合を有する。
光重合開始剤(B)は、フォスフィンオキサイド化合物(B1)と、オキシムエステル化合物(B2)とを組み合わせて含む。
感光性組成は、感光性組成物に賦形性を付与する基材成分(A)を含む。基材成分(A)は、樹脂(A1)からなるか、樹脂(A1)と光重合性モノマー(A2)との組み合わせからなる。樹脂(A1)は、シリコーン樹脂を含む。
基材成分(A)が、光重合性モノマー(A2)を含まない場合、樹脂(A1)がエチレン性不飽和二重結合を有する。
感光性組成物は、基材成分(A)として樹脂(A1)を必須に含む。樹脂(A1)は、シリコーン樹脂を必須に含む。シリコーン樹脂としては、シロキサン結合からなる分子鎖を有し、当業者がシリコーン樹脂として認識する樹脂であれば特に限定されない。
これらの樹脂材料は、2種以上を組み合わせて使用されてもよい。
感光性組成物を用いて硬化物を形成する際に、フォトリソグラフィー法によるパターニングが容易であることから、樹脂(A1)はアルカリ可溶性樹脂(A1-2)を含んでいてもよい。アルカリ可溶性樹脂(A1-2)は、シリコーン樹脂であっても、その他の樹脂であってもよい。
なお、樹脂(A1)としての樹脂材料が、光重合性樹脂(A1-1)と、アルカリ可溶性樹脂(A1-2)の双方に該当する場合がある。
-XA-BA-YA-COOH・・・(a1a-I)
で表される基であり、
XAが、単結合、炭素原子数1以上6以下のアルキレン基、炭素原子数6以上12以下のアリーレン基、又は-RA6-NH-RA7-で表される基であり、
RA6及びRA7が、それぞれ独立に、炭素原子数1以上3以下のアルキレン基であり、
YAが、2価の環式有機基、又は炭素原子数1以上20以下の鎖状脂肪族炭化水素基であり、
BAが、-NH-CO-、-CO-NH-、-NH-CO-O-、-O-CO-NH-、又は-NH-CO-NH-であり、
XA及びYAは、それぞれ独立に、(メタ)アクリロイルオキシ基、ビニル基、及びエポキシ基含有有機基からなる群より選択される1以上の基で置換されていてもよい。)
下記式、(a1a-1)、又は(a1a-2)で表される構成単位においてRA0が有機基である場合に、当該有機基は、芳香族基、アミド結合、及びウレタン結合から選択される1種以上を含んでいてもよい。
-XA-BA-YA-COOH・・・(a1a-I)
で表される基である。
RA6及びRA7は、それぞれ独立に、炭素原子数1以上3以下のアルキレン基である。
YAは、2価の環式有機基、又は炭素原子数1以上20以下の鎖状脂肪族炭化水素基である。
BAは、-NH-CO-、-CO-NH-、-NH-CO-O-、-O-CO-NH-、又は-NH-CO-NH-である。
XA及びYAは、それぞれ独立に、(メタ)アクリロイルオキシ基、ビニル基、及びエポキシ基含有有機基からなる群より選択される1以上の基で置換されていてもよい。
アリーレン基の好適な具体例としては、o-フェニレン基、m-フェニレン基、p-フェニレン基、ナフタレン-1,4-ジイル基、ナフタレン-1,5-ジイル基、ナフタレン2,6-ジイル基、ビフェニル-4,4’-ジイル基等が挙げられる。
YAが、芳香族環を含む2価基である場合は、2価の環式有機基としては、炭素原子数1又は2の置換基を有していてもよい炭素原子数6以上10以下の芳香族環から2つの水素原子を除いた基が好ましい。炭素原子数6以上10以下の芳香族環の好適な例としては、ベンゼン環、ナフタレン環、メチルベンゼン環、ジメチルベンゼン環等が挙げられる。
YAが、脂肪族環を含む2価基である場合、2価の環式有機基としては、炭素原子数5以上16以下の脂肪族環から2つの水素原子を除いた基が好ましい。炭素原子数5~16の脂肪族環の好適な例としては、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロヘプタン環、シクロオクタン環、シクロノナン環、シクロデカン環、ジシクロペンタジエン環、ノルボルナン環、ノルボルネン環、キュバン環、バスケタン環等が挙げられることができる。
炭素原子数1以上20以下の鎖状脂肪族炭化水素基の好適な例としては、メチレン基、エタン-1,2-ジイル基、エタン-1,1-ジイル基、プロパン-1,3-ジイル基、プロパン-1,2-ジイル基、プロパン-1,3-ジイル基、プロパン-1,2-ジイル基、ビニレン基、(2-オクテニル)エチレン基、(2,4,6-トリメチル-2-ノネニル)エチレン基等のアルキレン基、二重結合を有するアルキレン基又は炭素原子数1~9の分岐鎖を有するアルキレン基を挙げることができる。
また、シルセスキオキサン樹脂は、XA及びYAの少なくとも一方が、(メタ)アクリロイルオキシ基、ビニル基、及びエポキシ基含有有機基からなる群より選択される1以上の基で置換されているシルセスキオキサン樹脂であるのが好ましい。
その他の構成単位は特に限定されないが、その他の構成単位としては下記式(a2b)で表される構成単位が好ましい。
-ZA-AA・・・(a1a-II)
で表される基であり、
ZAが、単結合、炭素原子数1以上6以下のアルキレン基、又は炭素原子数6以上12以下のアリーレン基であり、
AAが、(メタ)アクリロイルオキシ基、ビニル基、又はエポキシ基含有有機基である。)
アリーレン基の好適な具体例としては、o-フェニレン基、m-フェニレン基、p-フェニレン基、ナフタレン-1,4-ジイル基、ナフタレン-1,5-ジイル基、ナフタレン2,6-ジイル基、ビフェニル-4,4’-ジイル基等が挙げられる。
その他の構成単位としては特に限定されないが、前述の式(a2b)で表される構成単位が好ましい。
アルカリ可溶性樹脂(A1-2)としてカルド構造を有する樹脂(a-1)を用いる場合、解像性に優れる感光性組成物を得やすく、感光性組成物を用いて加熱により過度にフローしにくい硬化物を形成しやすい。このため、所望する形状の硬化物を形成しやすい。
カルド構造を有する樹脂(a-1)としては、その構造中にカルド構造を有し、所定のアルカリ可溶性を有する樹脂を用いることができる。カルド構造とは、第1の環状構造を構成している1つの環炭素原子に、第2の環状構造と第3の環状構造とが結合した構造をいう。なお、第2の環状構造と、第3の環状構造とは、同一の構造であっても異なった構造であってもよい。
カルド構造の代表的な例としては、フルオレン環の9位の炭素原子に2つの芳香環(例えばベンゼン環)が結合した構造が挙げられる。
脂肪族環としては、モノシクロアルカン、ビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカン等が挙げられる。
具体的には、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン等のモノシクロアルカンや、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカンが挙げられる。
脂肪族環に縮合してもよい芳香族環は、芳香族炭化水素環でも芳香族複素環でもよく、芳香族炭化水素環が好ましい。具体的にはベンゼン環、及びナフタレン環が好ましい。
まず、下記式(a-2b)で表されるジオール化合物が有するフェノール性水酸基中の水素原子を、必要に応じて、常法に従って、-Ra3-OHで表される基に置換した後、エピクロルヒドリン等を用いてグリシジル化して、下記式(a-2c)で表されるエポキシ化合物を得る。
次いで、式(a-2c)で表されるエポキシ化合物を、アクリル酸又はメタクリル酸と反応させることにより、式(a-2a)で表されるジオール化合物が得られる。
式(a-2b)及び式(a-2c)中、Ra1、Ra3、及びt2は、式(a-2)について説明した通りである。式(a-2b)及び式(a-2c)中の環Aについては、式(a-3)について説明した通りである。
なお、式(a-2a)で表されるジオール化合物の製造方法は、上記の方法に限定されない。
上記式(a-1)中、t1は、0以上20以下の整数を示す。
Ra4がアルキル基である場合、当該アルキル基は直鎖状でも分岐鎖状でもよい。
式(a-4)中の複数のRa4は、高純度のテトラカルボン酸二無水物の調製が容易であることから、同一の基であるのが好ましい。
テトラカルボン酸二無水物の精製が容易である点から、t3の上限は5が好ましく、3がより好ましい。
テトラカルボン酸二無水物の化学的安定性の点から、t3の下限は1が好ましく、2がより好ましい。
式(a-4)中のt3は、2又は3が特に好ましい。
Ra5、及びRa6は、テトラカルボン酸二無水物の精製が容易である点から、水素原子、又は炭素原子数1以上10以下(好ましくは1以上6以下、より好ましくは1以上5以下、さらに好ましくは1以上4以下、特に好ましくは1以上3以下)のアルキル基であるのが好ましく、水素原子又はメチル基であるのが特に好ましい。
アルカリ可溶性樹脂(A1-2)は、加熱による硬化物の過度の熱フローを抑制する観点から、ノボラック樹脂(a-2)を含むのも好ましい。
ノボラック樹脂(a-2)としては、従来から感光性組成物に配合されている種々のノボラック樹脂を用いることができる。ノボラック樹脂(a-2)としては、フェノール性水酸基を有する芳香族化合物(以下、単に「フェノール類」という。)とアルデヒド類とを酸触媒下で付加縮合させることにより得られる樹脂が好ましい。
ノボラック樹脂(a-2)を作製する際に用いられるフェノール類としては、例えば、フェノール;o-クレゾール、m-クレゾール、p-クレゾール等のクレゾール類;2,3-キシレノール、2,4-キシレノール、2,5-キシレノール、2,6-キシレノール、3,4-キシレノール、3,5-キシレノール等のキシレノール類;o-エチルフェノール、m-エチルフェノール、p-エチルフェノール等のエチルフェノール類;2-イソプロピルフェノール、3-イソプロピルフェノール、4-イソプロピルフェノール、o-ブチルフェノール、m-ブチルフェノール、p-ブチルフェノール、並びにp-tert-ブチルフェノール等のアルキルフェノール類;2,3,5-トリメチルフェノール、及び3,4,5-トリメチルフェノール等のトリアルキルフェノール類;レゾルシノール、カテコール、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、ピロガロール、及びフロログリシノール等の多価フェノール類;アルキルレゾルシン、アルキルカテコール、及びアルキルハイドロキノン等のアルキル多価フェノール類(いずれのアルキル基も炭素原子数1以上4以下である。);α-ナフトール;β-ナフトール;ヒドロキシジフェニル;並びにビスフェノールA等が挙げられる。これらのフェノール類は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
m-クレゾールとp-クレゾールの配合割合は特に限定されないが、m-クレゾール/p-クレゾールのモル比で、3/7以上8/2以下が好ましい。m-クレゾール及びp-クレゾールをかかる範囲の比率で用いることにより、耐熱性に優れる硬化物を形成可能な感光性組成物を得やすい。
m-クレゾールと2,3,5-トリメチルフェノールの配合割合は特に限定されないが、m-クレゾール/2,3,5-トリメチルフェノールのモル比で、70/30以上95/5以下が好ましい。
ノボラック樹脂(a-2)を作製する際に用いられるアルデヒド類としては、例えば、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、フルフラール、ベンズアルデヒド、ニトロベンズアルデヒド、及びアセトアルデヒド等が挙げられる。これらのアルデヒド類は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ノボラック樹脂(a-2)を作製する際に用いられる酸触媒としては、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、及び亜リン酸等の無機酸類;蟻酸、シュウ酸、酢酸、ジエチル硫酸、及びパラトルエンスルホン酸等の有機酸類;並びに酢酸亜鉛等の金属塩類等が挙げられる。これらの酸触媒は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ノボラック樹脂(a-2)のポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw;以下、単に「重量平均分子量」ともいう。)は、感光性組成物を用いて形成される硬化物の加熱によるフローに対する耐性の観点から、下限値として2000が好ましく、5000がより好ましく、10000が特に好ましく、15000がさらに好ましく、20000が最も好ましく、上限値として50000が好ましく、45000がより好ましく、40000がさらに好ましく、35000が最も好ましい。
アルカリ可溶性樹脂(A1-2)としては、加熱により変形しにくく、高い耐水性を有する硬化物を形成しやすい点から、エポキシ化合物(a-3a)と不飽和基含有カルボン酸(a-3b)との反応物に、多塩基酸無水物(a-3c)が付加した付加体を含んでいてもよい。かかる付加体について、「変性エポキシ樹脂(a-3)」とも記す。
なお、本出願の明細書及び特許請求の範囲において、上記の定義に該当する化合物であって、前述のカルド構造を有する樹脂(a-1)に該当しない化合物を、変性エポキシ樹脂(a-3)とする。
変性エポキシ樹脂(a-3)は、不飽和基含有カルボン酸(a-3b)に由来する不飽和着を有するため、光重合性樹脂(A1-1)にも該当する。
エポキシ化合物(a-3a)は、エポキシ基を有する化合物であれば特に限定されず、芳香族基を有する芳香族エポキシ化合物であっても、芳香族基を含まない脂肪族エポキシ化合物であってもよく、芳香族基を有する芳香族エポキシ化合物が好ましい。
エポキシ化合物(a-3a)は、単官能エポキシ化合物であっても、2官能以上の多官能エポキシ化合物であってもよく、多官能エポキシ化合物が好ましい。
ビフェニル骨格を有するエポキシ化合物は、主鎖に下記式(a-3a-1)で表されるビフェニル骨格を少なくとも1つ以上有するのが好ましい。
ビフェニル骨格を有するエポキシ化合物は、2以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物であるのが好ましい。
ビフェニル骨格を有するエポキシ化合物を用いることにより、感度と現像性とのバランスに優れ、基板への密着性に優れた硬化物を形成できる感光性組成物を得やすい。
置換基の例としては、炭素原子数1以上4以下のアルキル基、炭素原子数1以上4以下のアルコキシ基、炭素原子数2以上4以下の脂肪族アシル基、ハロゲン原子、シアノ基、及びニトロ基が挙げられる。
変性エポキシ化合物(a-3)と調製するにあたって、エポキシ化合物(a-3a)と、不飽和基含有カルボン酸(a-3b)とを反応させる。
不飽和基含有カルボン酸(a-3b)としては、分子中にアクリル基やメタクリル基等の反応性の不飽和二重結合を含有するモノカルボン酸が好ましい。このような不飽和基含有カルボン酸としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、β-スチリルアクリル酸、β-フルフリルアクリル酸、α-シアノ桂皮酸、桂皮酸等を挙げることができる。また、不飽和基含有カルボン酸(a-3b)は、単独又は2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
エポキシ化合物(a-3a)の使用量と不飽和基含有カルボン酸(a-3b)の使用量との比率が、前記の当量比で1:0.5~1:2であると、架橋効率が向上する傾向があり好ましい。
多塩基酸無水物(a-3c)は、2個以上のカルボキシ基を有するカルボン酸の無水物である。
多塩基酸無水物(a-3c)としては、特に限定されないが、例えば、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水イタコン酸、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3-メチルヘキサヒドロフタル酸無水物、4-メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、3-エチルヘキサヒドロ無水フタル酸、4-エチルヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、3-メチルテトラヒドロ無水フタル酸、4-メチルテトラヒドロ無水フタル酸、3-エチルテトラヒドロ無水フタル酸、4-エチルテトラヒドロ無水フタル酸、下記式(a-3c-1)で表される化合物、及び下記式(a-3c-2)で表される化合物を挙げることができる。また、多塩基酸無水物(a-3c)は、単独又は2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
また、使用量比は、エポキシ化合物(a-3a)と不飽和基含有カルボン酸(a-3b)との反応後の成分中のOH基のモル数と、多塩基酸無水物(a-3c)の酸無水物基の当量比で、通常1:1~1:0.1であり、好ましくは1:0.8~1:0.2である。上記範囲とすることにより、現像性が良好である感光性組成物を得やすい。
アクリル系樹脂(a-4)もまたアルカリ可溶性樹脂(A1-2)を構成する成分として好ましい。
アクリル系樹脂(a-4)としては、(メタ)アクリル酸に由来する構成単位、及び/又は(メタ)アクリル酸エステル等の他のモノマーに由来する構成単位を含む樹脂を用いることができる。(メタ)アクリル酸は、アクリル酸、又はメタクリル酸である。(メタ)アクリル酸エステルは、下記式(a-4-1)で表される化合物であって、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されない。
アクリロイルオキシ基やメタアクリロイルオキシ基等の、不飽和二重結合を有するアシル基は、例えば、エポキシ基を有する構成単位を含むアクリル系樹脂(a-4)における、エポキシ基の少なくとも一部に、アクリル酸やメタクリル酸等の不飽和カルボン酸を反応させることにより製造することができる。
エポキシ基の少なくとも一部に、不飽和カルボン酸を反応させた後に、反応により生成した基に多塩基酸無水物を反応させてもよい。
アクリル系樹脂(a-4)が、上記の範囲内の量の不飽和二重結合を有する構成単位を含むことにより、アクリル系樹脂をレジスト膜内の架橋反応に取り込んで均一化できるため硬化膜の耐熱性、機械特性の向上に有効である。
感光性組成物は、前述の樹脂(A1)と組み合わせて、光重合性モノマー(A2)を含んでいてもよい。光重合性モノマー(A2)としては、従来より感光性組成物に配合されている化合物を特に制限なく用いることができる。
式(a-02)中、環Z01は芳香族炭化水素環を示し、X01は単結合又は-S-で示される基を示し、R01は単結合、炭素原子数1以上4以下のアルキレン基、又は、水酸基で置換されていてもよい炭素原子数が1以上4以下であるアルキレンオキシ基を示し、R01がアルキレンオキシ基である場合、アルキレンオキシ基中の酸素原子が環Z01と結合し、R02は、1価炭化水素基、水酸基、-OR4Aで示される基、-SR4Bで示される基、アシル基、アルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、メルカプト基、カルボキシ基、アミノ基、カルバモイル基、-NHR4Cで示される基、-N(R4D)2で示される基、スルホ基、又は1価炭化水素基、-OR4Aで示される基、-SR4Bで示される基、アシル基、アルコキシカルボニル基、-NHR4Cで示される基、若しくは-N(R4D)2で示される基に含まれる炭素原子に結合した水素原子の少なくとも一部が1価炭化水素基、水酸基、-OR4aで示される基、-SR4Bで示される基、アシル基、アルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、メルカプト基、カルボキシ基、アミノ基、カルバモイル基、-NHR4Cで示される基、-N(R4D)2で示される基、メシルオキシ基、若しくはスルホ基で置換された基を示し、R4A~R4Dは独立に1価炭化水素基を示し、Mは0以上の整数を示し、R03は、水素原子、ビニル基、又は(メタ)アクリロイル基であり、2つのR03のうちの少なくとも1つがビニル基又は(メタ)アクリロイル基であり、
W01とW02との双方がR03として水素原子を有することはなく、
環Y01及び環Y02は同一の又は異なる芳香族炭化水素環を示し、R00は単結合、置換基を有してもよいメチレン基、置換基を有してもよく、2個の炭素原子間にヘテロ原子を含んでもよいエチレン基、-O-で示される基、-NH-で示される基、又は-S-で示される基を示し、R3A及びR3Bは独立にシアノ基、ハロゲン原子、又は1価炭化水素基を示し、N1及びN2は独立に0~4の整数を示す。)
で表される化合物を含むのも好ましい。
さらに、上記式(a-01)で表される化合物は、高い硬度を有する硬化物を与える。
スルフィド化合物(A2-1)は、下記式(a2-1)で表される化合物である。
(メタ)アクリレート化合物(A2-2)は、下記式(a2-2)で表される化合物である。
アルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、n-プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、n-ブチルオキシ基、イソブチルオキシ基、sec-ブチルオキシ基、及びtert-ブチルオキシ基が挙げられる。これらの中では、メトキシ基、及びエトキシ基が好ましく、メトキシ基がより好ましい。
m1は、0以上5以下の整数であり、0又は1が好ましく、0がより好ましい。
感光性組成物は、光重合開始剤(B)として、フォスフィンオキサイド化合物(B1)と、オキシムエステル化合物(B2)とを組み合わせて含む。
かかる光重合開始剤(B)を用いることにより、感光性組成物を用いて、高い屈折率と高い透明性とを兼ね備える硬化物を形成できる。フォスフィンオキサイド化合物(B1)と、オキシムエステル化合物(B2)とを組み合わせて含む光重合開始剤(B)は、特に硬化物の透明性に寄与する。
所望する効果を得やすい点から、光重合開始剤(B)の質量に対する、フォスフィンオキサイド化合物(B1)の質量と、オキシムエステル化合物(B2)の質量との合計の比率は、80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、95質量%以上がさらに好ましく、100質量%が特に好ましい。
フォスフィンオキサイド化合物(B1)は、P=O結合を有する5価リン化合物である。フォスフィンオキサイド化合物(B1)として、従来より光重合開始剤として使用されているP=O結合を有する5価リン化合物を特に制限なく用いることができる。
フォスフィンオキサイド化合物の例としては、下記式(b-I)で表される部分構造を有する化合物が挙げられる。
アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、tert-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、2,4,4,-トリメチルペンチル基、2-エチルヘキシル基、n-ノニル基、n-デシル基、n-ウンデシル基、及びn-ドデシル基が挙げられる。
脂肪族アシル基の具体例としては、アセチル基、プロピオニル基、ブタノイル基、ペンタノイル基、ヘキサノイル基、ヘプタノイル基、オクタノイル基、ノナノイル基、デカノイル基、ウンデカノイル基、ドデカノイル基、トリデカノイル基、テトラデカノイル基、ペンタデカノイル基、ヘキサデカノイル基、ヘプタデカノイル基、オクタデカノイル基、ノナデカノイル基、及びイコサノイル基が挙げられる。
オキシムエステル化合物(B2)は、>C=N-O-CO-で表される結合を有する化合物である。オキシムエステル化合物(B2)として、従来より光重合開始剤として使用されている、>C=N-O-CO-で表される結合を有する化合物を特に制限なく用いることができる。
アルキル基が炭素原子上に有してもよい好適な置換基の例としては、炭素原子数1以上20以下のアルコキシ基、炭素原子数3以上10以下のシクロアルキル基、炭素原子数3以上10以下のシクロアルコキシ基、炭素原子数2以上20以下の飽和脂肪族アシル基、炭素原子数2以上20以下のアルコキシカルボニル基、炭素原子数2以上20以下の飽和脂肪族アシルオキシ基、置換基を有してもよいフェニル基、置換基を有してもよいフェノキシ基、置換基を有してもよいフェニルチオ基、置換基を有してもよいベンゾイル基、置換基を有してもよいフェノキシカルボニル基、置換基を有してもよいベンゾイルオキシ基、置換基を有してもよい炭素原子数7以上20以下のフェニルアルキル基、置換基を有してもよいナフチル基、置換基を有してもよいナフトキシ基、置換基を有してもよいナフトイル基、置換基を有してもよいナフトキシカルボニル基、置換基を有してもよいナフトイルオキシ基、置換基を有してもよい炭素原子数11以上20以下のナフチルアルキル基、置換基を有してもよいヘテロシクリル基、置換基を有してもよいヘテロシクリルカルボニル基、アミノ基、1又は2の有機基で置換されたアミノ基、モルホリン-1-イル基、及びピペラジン-1-イル基、ハロゲン、ニトロ基、及びシアノ基等が挙げられる。
フェニル基が炭素原子上に有してもよい好適な置換基の例としては、アルキル基が炭素原子上に有してもよい好適な置換基として上記で例示した基に加えて、炭素原子数1以上20以下のアルキル基が挙げられる。
また、Rb1が水素原子であると、透明性が良好となる傾向があり好ましい。なお、Rb1が水素原子であり且つRb4が後述の式(1a)又は(1b)で表される基であると透明性はより良好となる傾向がある。
アルキル基が有してもよい置換基は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。置換基の好適な例としては、シアノ基、ハロゲン原子、環状有機基、及びアルコキシカルボニル基が挙げられる。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。これらの中では、フッ素原子、塩素原子、臭素原子が好ましい。環状有機基としては、シクロアルキル基、芳香族炭化水素基、ヘテロシクリル基が挙げられる。シクロアルキル基の具体例としては、Rb1がシクロアルキル基である場合の好適な例と同様である。芳香族炭化水素基の具体例としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニリル基、アントリル基、及びフェナントリル基等が挙げられる。ヘテロシクリル基の具体例としては、Rb1がヘテロシクリル基である場合の好適な例と同様である。Rb1がアルコキシカルボニル基である場合、アルコキシカルボニル基に含まれるアルコキシ基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよく、直鎖状が好ましい。アルコキシカルボニル基に含まれるアルコキシ基の炭素原子数は、1以上10以下が好ましく、1以上6以下がより好ましい。
その他の光重合開始剤(B3)として具体的には、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、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、1-(4-イソプロピルフェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン、1-(4-ドデシルフェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン、2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン、ビス(4-ジメチルアミノフェニル)ケトン、2-メチル-1-〔4-(メチルチオ)フェニル〕-2-モルフォリノプロパン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)-ブタン-1-オン、4-ベンゾイル-4’-メチルジメチルスルフィド、4-ジメチルアミノ安息香酸、4-ジメチルアミノ安息香酸メチル、4-ジメチルアミノ安息香酸エチル、4-ジメチルアミノ安息香酸ブチル、4-ジメチルアミノ-2-エチルヘキシル安息香酸、4-ジメチルアミノ-2-イソアミル安息香酸、ベンジル-β-メトキシエチルアセタール、ベンジルジメチルケタール、1-フェニル-1,2-プロパンジオン-2-(O-エトキシカルボニル)オキシム、o-ベンゾイル安息香酸メチル、2,4-ジエチルチオキサントン、2-クロロチオキサントン、2,4-ジメチルチオキサントン、1-クロロ-4-プロポキシチオキサントン、チオキサンテン、2-クロロチオキサンテン、2,4-ジエチルチオキサンテン、2-メチルチオキサンテン、2-イソプロピルチオキサンテン、2-エチルアントラキノン、オクタメチルアントラキノン、1,2-ベンズアントラキノン、2,3-ジフェニルアントラキノン、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルパーオキシド、クメンヒドロペルオキシド、2-メルカプトベンゾイミダゾール、2-メルカプトベンゾオキサゾール、2-メルカプトベンゾチアゾール、2-(o-クロロフェニル)-4,5-ジ(m-メトキシフェニル)-イミダゾリル二量体、ベンゾフェノン、2-クロロベンゾフェノン、p,p’-ビスジメチルアミノベンゾフェノン、4,4’-ビスジエチルアミノベンゾフェノン、4,4’-ジクロロベンゾフェノン、3,3-ジメチル-4-メトキシベンゾフェノン、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾイン-n-ブチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインブチルエーテル、アセトフェノン、2,2-ジエトキシアセトフェノン、p-ジメチルアセトフェノン、p-ジメチルアミノプロピオフェノン、ジクロロアセトフェノン、トリクロロアセトフェノン、p-tert-ブチルアセトフェノン、p-ジメチルアミノアセトフェノン、p-tert-ブチルトリクロロアセトフェノン、p-tert-ブチルジクロロアセトフェノン、α,α-ジクロロ-4-フェノキシアセトフェノン、チオキサントン、2-メチルチオキサントン、2-イソプロピルチオキサントン、ジベンゾスベロン、ペンチル-4-ジメチルアミノベンゾエート、9-フェニルアクリジン、1,7-ビス-(9-アクリジニル)ヘプタン、1,5-ビス-(9-アクリジニル)ペンタン、1,3-ビス-(9-アクリジニル)プロパン、p-メトキシトリアジン、2,4,6-トリス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-メチル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-[2-(5-メチルフラン-2-イル)エテニル]-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-[2-(フラン-2-イル)エテニル]-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-[2-(4-ジエチルアミノ-2-メチルフェニル)エテニル]-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-[2-(3,4-ジメトキシフェニル)エテニル]-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4-メトキシフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4-エトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4-n-ブトキシフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2,4-ビス-トリクロロメチル-6-(3-ブロモ-4-メトキシ)フェニル-s-トリアジン、2,4-ビス-トリクロロメチル-6-(2-ブロモ-4-メトキシ)フェニル-s-トリアジン、2,4-ビス-トリクロロメチル-6-(3-ブロモ-4-メトキシ)スチリルフェニル-s-トリアジン、2,4-ビス-トリクロロメチル-6-(2-ブロモ-4-メトキシ)スチリルフェニル-s-トリアジン等が挙げられる。
感光性組成物は、塗布性の調整の目的等で溶媒(S)を含んでいてもよい。溶媒(S)の種類は特に限定されないが、典型的には有機溶媒である。
また、感光性組成物が溶媒(S)を含む場合、感光性組成物における溶媒(S)の含有量は、1質量%以上でもよく、5質量%以上でもよく、10質量%以上でもよく、20質量%以上でもよく、30質量%以上でもよい。
この場合、ディスプレイパネルを構成する種々の部材にダメージを与えないために、高屈折率膜形成時の溶媒(S)の揮発や、高屈折率膜に残留する溶媒(S)に由来するアウトガスの発生が少ないことが望まれる。
溶媒(S)の揮発やアウトガスの問題は、感光性組成物における溶媒(S)の含有量を低減することにより解消され得る。しかし、一般的には、感光性組成物等において溶媒の含有量を低減する場合、組成物の塗布性が著しく損なわれ、特にインクジェット法等の塗布方法への適用が困難である。
感光性組成物の粘度は、例えば、基材成分(A)、及び溶媒(S)等の含有量を調整すること等によって調整することができる。
溶媒(S)の揮発やアウトガスの問題を考慮する場合、感光性組成物は、溶媒(S)を実質的に含まないのが最も好ましい。感光性組成物が溶媒(S)を実質的に含まないとは、原料等に付随してごく少量の溶媒(S)が不可避的に感光性組成物に持ち込まれる他、感光性組成物に意図的に溶媒(S)が加えられていないことを言う。
感光性組成物が溶媒(S)を実質的に含まない場合の、感光性組成物の溶媒(S)の含有量は、例えば0.2質量%以下であり、0.15質量%以下が好ましく、0.1質量%以下がより好ましく、0.05質量%以下がさらに好ましい。
感光性組成物は、本発明の目的を阻害しない範囲で、以上説明した成分の他に、従来から感光性組成物に配合されている種々の添加剤を含んでいてもよい。感光性組成物に配合される好ましい添加剤としては、分散剤、シランカップリング剤等の密着促進剤、酸化防止剤、凝集防止剤、消泡剤、界面活性剤等が挙げられる。界面活性剤としては、特に限定されず、フッ素系界面活性剤、シリコン系界面活性剤等の公知の成分を用いることができる。
感光性組成物が、上記の金属化合物粒子を含む場合、高屈折率を示す硬化物の形成が特に容易である。
感光性組成物中の金属化合物粒子の含有量が上記の範囲内であることにより、低粘度の感光性組成物を得やすく、また、高屈折率の硬化物を形成しやすい。
以上説明した成分を、それぞれ所定量混合したのち、混合物を均一に撹拌することにより感光性組成物が得られる。
以上説明した感光性組成物は、典型的には、
感光性組成物を、形成される硬化物の形状に応じて成形することと、
成形された感光性組成物に対して露光することと、
を含む方法によって、硬化物とされる。
硬化物の形状がレンズ形状やプリズム形状等である場合には、硬化物の形状に応じた鋳型中に感光性組成物をスキージ等を用いて充填してもよい。
硬化物の形状がライン形状等である場合、硬化物の形状に応じて、基材上に感光性組成物を塗布すればよい。塗布方法としては、例えば、インクジェット法等の印刷法が挙げられる。
また、感光性組成物が、基材成分(A)としてアルカリ可溶性樹脂(A1-2)を含む場合、アルカリ現像液や有機溶媒を現像液として用いるフォトリソグラフィー法によって、ライン形状、ドット形状等の任意の形状にパターニングされた硬化物を形成することができる。
硬化物を膜形状に塗布する方法としては、ロールコータ、リバースコータ、バーコータ等の接触転写型塗布装置や、スピンナー(回転式塗布装置)、カーテンフローコータ等の非接触型塗布装置を用いる方法が挙げられる。また、インクジェット法等の印刷法によって感光性組成物を膜形状に塗布することもできる。
また、前述の感光性組成物を、3Dプリンティング法に適用して、インクジェット印刷と、露光による硬化とを繰り返して薄膜状の硬化物を積層することにより、所望する形状の硬化物を形成してもよい。
成形された感光性組成物に対する露光は、例えば、紫外線、エキシマレーザー光等の活性エネルギー線を照射して行われる。
現像液としては、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等の有機系の現像液や、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、アンモニア、4級アンモニウム塩等の水溶液が挙げられる。
現像処理を行う場合、現像後に加熱による乾燥等の方法により、現像液を十分に除去するのが好ましい。
実施例1~5、及び比較例1において、メタクリル基を有するメタクリル変性シリコーン樹脂(シルセスキオキサン樹脂1:モノマー組成として、2-(3-(トリエトキシシリルプロピル)カルバモイル)シクロヘキサンカルボン酸(40モル%)、メタクリル酸3-(トリメトキシシリル)プロピル(40モル%)、及びフェニルトリメトキシシラン(20モル%)を含むシルセスキオキサン樹脂)を、樹脂(A1)として用いた。
(B1-1):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。
(B1-2):2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-フォスフィンオキサイド
(B1-3):エチル(2,4,6-トリメチルベンゾイル)フェニルフォスフィネート
得られた感光性組成物の感度と、得られた感光性組成物を用いて形成された硬化膜の光透過性とを下記処方に従って測定した。これらの測定結果を表3に記す。
ガラス基板上に実施例及び比較例の感光性組成物スピンコートし、100℃2分で乾燥させた。その後395nmのUV-LED露光機を用いて露光し、塗膜を得た。得られた膜をTMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)の濃度2.38質量%の水溶液に浸漬し、2分後ガラス基板を取り出した。その後、純粋でリンスし、乾燥させた後膜厚を測定する。その時のTMAH浸漬後の膜厚が、TMAH浸漬前の膜厚の90%以上である露光量が200mJ/cm2以下である場合を◎と判定し、200mJ/cm2超1J/cm2以下である場合を○と判定した。また、露光量1J/cm2でも硬化しない場合を×として判定した。
ガラス基板上に、実施例1~5、及び比較例1の感光性組成物をスピンコートし、100℃2分で乾燥した。その後、395nmのUV-LED露光機を用いて、露光量2J/cm2で塗布膜を露光して硬化させ、厚さ3μmの硬化膜を得た。
得られた硬化膜の光線透過率を、大塚電子製MCPD透過率計を用いて測定した。測定された光透過率に基づいて、以下の基準に従い、実施例1~5、及び比較例1の感光性組成物を用いて形成された硬化物の光透過率を評価した。
◎:光透過率が95%以上である。
〇:光透過率が93%以上95%未満である。
×:光透過率が93%未満である。
Claims (7)
- 基材成分(A)と、光重合開始剤(B)とを含む、感光性組成物であって、
前記基材成分(A)が、樹脂(A1)からなるか、前記樹脂(A1)と光重合性モノマー(A2)との組み合わせからなり、
前記樹脂(A1)が、シリコーン樹脂を含み、
前記基材成分(A)が、前記光重合性モノマー(A2)を含まない場合、前記樹脂(A1)がエチレン性不飽和二重結合を有し、
前記光重合開始剤(B)が、フォスフィンオキサイド化合物(B1)と、オキシムエステル化合物(B2)とを組み合わせて含み、
前記オキシムエステル化合物(B2)が、下記式(1)で表される化合物である、感光性組成物。
- 前記オキシムエステル化合物(B2)が、吸光スペクトルにおいて、320nm以上400nm未満の波長域においてピークを有し、且つ、400nm以上の波長域のいずれかの波長において10以上のグラム吸光係数を示す化合物を含む、請求項1に記載の感光性組成物。
- 前記フォスフィンオキサイド化合物(B1)の質量W1と前記オキシムエステル化合物(B2)の質量W2との合計に対する、オキシムエステル化合物(B2)の質量W2の質量の比率が30質量%以上である、請求項1または2に記載の感光性組成物。
- 前記基材成分(A)が、前記樹脂(A1)及び前記光重合性モノマー(A2)を含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の感光性組成物。
- 前記基材成分(A)が、前記樹脂(A1)を含み、
前記樹脂(A1)が、エチレン性不飽和二重結合を有するシリコーン樹脂を含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の感光性組成物。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載の感光性組成物の硬化物。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載の感光性組成物を、形成される硬化物の形状に応じて成形することと、
成形された前記感光性組成物に対して露光することと、
を含む硬化物の製造方法。
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