JP7436620B2 - 感光性組成物、膜、光学フィルタ、固体撮像素子および画像表示装置 - Google Patents
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Description
本発明者が、特許文献1の実施例に記載された感光性組成物について検討を行ったところ、この感光性組成物を用いて形成された画素については、これらの特性について更なる改善の余地があることが分かった。
<1> 色材と、光重合開始剤と、重合性モノマーと、樹脂とを含む感光性組成物であって、
上記光重合開始剤は、芳香族環に電子求引性基が導入された芳香族環基ArOX1を有するオキシム化合物OXを含み、
上記重合性モノマーの質量を上記光重合開始剤の質量で割った値が0.5~5.5である、感光性組成物。
<2> 上記光重合開始剤中における上記オキシム化合物OXの含有量が50~100質量%である、<1>に記載の感光性組成物。
<3> 上記芳香族環基ArOX1が有する電子求引性基は、アシル基およびニトロ基から選ばれる少なくとも1種である、<1>または<2>に記載の感光性組成物。
<4> 上記芳香族環基ArOX1が有する電子求引性基は、アシル基である、<1>または<2>に記載の感光性組成物。
<5> 上記芳香族環基ArOX1は、式(OR-1)で表される基である、<1>~<4>のいずれか1つに記載の感光性組成物;
<6> 上記オキシム化合物OXは、式(OR-11)で表される基および式(OR-12)で表される基から選ばれる少なくとも1種の基を有する、<1>~<5>のいずれか1つに記載の感光性組成物;
ROX12は、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、複素環基、複素環オキシ基、アルキルスルファニル基、アリールスルファニル基、アルキルスルフィニル基、アリールスルフィニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アシルオキシ基またはアミノ基を表し、
波線は結合手を表す。
<7> 上記オキシム化合物OXは、式(OX1)で表される化合物および式(OX2)で表される化合物から選ばれる少なくとも1種である、<1>~<6>のいずれか1つに記載の感光性組成物;
RX2は、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、複素環基、複素環オキシ基、アルキルスルファニル基、アリールスルファニル基、アルキルスルフィニル基、アリールスルフィニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アシルオキシ基またはアミノ基を表し、
RX3~RX14は、それぞれ独立して水素原子または置換基を表す;
ただし、RX10~RX14のうち少なくとも一つは、電子求引性基である。
<8> 上記重合性モノマーは、エチレン性不飽和結合含有基を3個有する化合物を含む、<1>~<7>のいずれか1つに記載の感光性組成物。
<9> 上記重合性モノマーのエチレン性不飽和結合含有基価が100~300g/molである、<1>~<8>のいずれか1つに記載の感光性組成物。
<10> 感光性組成物の全固形分中における上記色材の含有量が50質量%以上である、<1>~<9>のいずれか1つに記載の感光性組成物。
<11> 感光性組成物の全固形分中における上記重合性モノマーの含有量が1~25質量%である、<1>~<10>のいずれか1つに記載の感光性組成物。
<12> 固体撮像素子用である、<1>~<11>のいずれか1つに記載の感光性組成物。
<13> シアン色、イエロー色またはマゼンタ色用の画素形成用の感光性組成物である、<1>~<12>のいずれか1つに記載の感光性組成物。
<14> <1>~<13>のいずれか1つに記載の感光性組成物を用いて得られる膜。
<15> <14>に記載の膜を有する光学フィルタ。
<16> <14>に記載の膜を有する固体撮像素子。
<17> <14>に記載の膜を有する画像表示装置。
本明細書において、「~」とはそ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意味で使用される。
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。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。
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、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザ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、「(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、構造式中のMeはメチル基を表し、Etはエチル基を表し、Buはブチル基を表し、Phはフェニル基を表す。
本明細書において、重量平均分子量および数平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)法により測定したポリスチレン換算値である。
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総質量をいう。
本明細書において、顔料とは、溶剤に対して溶解しにくい化合物を意味する。
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。
本発明の感光性組成物は、色材と、光重合開始剤と、重合性モノマーと、樹脂とを含む感光性組成物であって、
上記光重合開始剤は、芳香族環に電子求引性基が導入された芳香族環基ArOX1を有するオキシム化合物OXを含み、
上記重合性モノマーの質量を上記光重合開始剤の質量で割った値が0.5~5.5であることを特徴とする。
本発明の感光性組成物において、光重合開始剤として用いられる上記オキシム化合物OXは、色材と相互作用しやすいと推測され、感光性組成物中で、色材とオキシム化合物OXとが近接して存在していると推測される。重合性モノマーに対して光重合開始剤が少なすぎると、露光時の光照射によって光重合開始剤から発生したラジカルなどの活性種と、重合性モノマーとの衝突頻度が少なくなり易く、露光部の重合性モノマーの硬化反応が十分進行しない箇所が生じやすいと推測される。また、重合性モノマーに対して光重合開始剤が多すぎると、露光時の光量の多い膜表面において色材のまわりの重合性モノマーの硬化が局所的に進みやすく、その結果、現像後の膜(画素)の表面の荒れが大きくなり易いと推測される。本発明の感光性組成物においては、光重合開始剤として上記オキシム化合物OXを含むものを用い、かつ、重合性モノマーの質量を光重合開始剤の質量で割った値が0.5~5.5であるので、露光時の光照射によって、露光部の感光性組成物層の硬化を均一に進行させることができると推測され、その結果、密着性が良好で、現像後の膜(画素)の色ムラおよび表面粗さをより小さくできたと推測される。
また、本発明の感光性組成物において光重合開始剤として用いられる上記のオキシム化合物OXは、芳香族環に電子求引性基が導入された芳香族環基ArOX1を有しており、この芳香族環基ArOX1の部位が紫外線吸収剤として作用すると推測され、その結果、耐光性に優れた画素を形成することができたと推測される。
一態様として、本発明の感光性組成物を、赤色、青色または緑色の画素形成用の感光性組成物として用いる態様が挙げられる。この場合は、より色価が高く、分光特性に優れた画素を形成できる。
また、他の態様として、本発明の感光性組成物を、黄色、シアン色またはマゼンタ色の画素形成用の感光性組成物として用いる態様が挙げられる。これらの色相の画素は色ムラによる分光特性への影響が大きい傾向にあるが、本発明によれば色ムラのより小さい画素を形成できるので、これらの色相の画素に適用した場合、本発明の効果がより顕著に奏される。
(1):波長400~640nmの範囲における透過率の最大値が20%以下(好ましくは15%以下、より好ましくは10%以下)であり、波長800~1300nmの範囲における透過率の最小値が70%以上(好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上)であるフィルタ。
(2):波長400~750nmの範囲における透過率の最大値が20%以下(好ましくは15%以下、より好ましくは10%以下)であり、波長900~1300nmの範囲における透過率の最小値が70%以上(好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上)であるフィルタ。
(3):波長400~830nmの範囲における透過率の最大値が20%以下(好ましくは15%以下、より好ましくは10%以下)であり、波長1000~1300nmの範囲における透過率の最小値が70%以上(好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上)であるフィルタ。
(4):波長400~950nmの範囲における透過率の最大値が20%以下(好ましくは15%以下、より好ましくは10%以下)であり、波長1100~1300nmの範囲における透過率の最小値が70%以上(好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上)であるフィルタ。
本発明の感光性組成物は色材を含有する。色材としては、有彩色色材、黒色色材が挙げられ、有彩色色材であることが好ましい。色材として有彩色色材を用いた場合においては、本発明の感光性組成物は、カラーフィルタにおける着色画素形成用の感光性組成物として好ましく用いることができる。
有彩色色材としては、波長400~700nmの範囲に極大吸収波長を有する色材が挙げられる。例えば、黄色色材、オレンジ色色材、赤色色材、緑色色材、紫色色材、青色色材などが挙げれる。有彩色色材の具体例としては、例えば、以下に示すものが挙げられる。
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1,2,3,4,5,6,7,9,10,14,17,22,23,31,38,41,48:1,48:2,48:3,48:4,49,49:1,49:2,52:1,52:2,53:1,57:1,60:1,63:1,66,67,81:1,81:2,81:3,83,88,90,105,112,119,122,123,144,146,149,150,155,166,168,169,170,171,172,175,176,177,178,179,184,185,187,188,190,200,202,206,207,208,209,210,216,220,224,226,242,246,254,255,264,269,270,272,279,291,294(キサンテン系、Organo Ultramarine、Bluish Red),295(モノアゾ系),296(ジアゾ系),297(アミノケトン系)等(以上、赤色顔料)、
C.I.ピグメントグリーン7,10,36,37,58,59,62,63,64(フタロシアニン系),65(フタロシアニン系),66(フタロシアニン系)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1,2,15,15:1,15:2,15:3,15:4,15:6,16,22,29,60,64,66,79,80,87(モノアゾ系),88(メチン系)等(以上、青色顔料)。
アリール基およびアリールオキシ基の炭素数は、6~20が好ましく、6~10がより好ましい。
アミノ基としては、-NRa1Ra2で表される基が挙げられる。Ra1およびRa2は、それぞれ独立して水素原子、アルキル基、アリール基または複素環基を表す。Ra1とRa2が結合して環を形成してもよい。Ra1およびRa2が表す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、直鎖がより好ましい。Ra1およびRa2が表す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。Ra1およびRa2が表す複素環基は、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。
RD21およびRD22はそれぞれ独立して電子供与性基を表し、
n11およびn12はそれぞれ独立して0~4の整数を表す。
置換基Tとしては、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アルキル基、アルケニル基、アリール基、複素環基、-ORt1、-CORt1、-COORt1、-OCORt1、-NRt1Rt2、-NRt3CORt1、-CONRt1Rt2、-NRt3CONRt1Rt2、-NRt3COORt1、-SRt1、-SO2Rt1、-SO2ORt1、-NRt3SO2Rt1または-SO2NRt1Rt2が挙げられる。Rt1~Rt3は、それぞれ独立して水素原子、アルキル基、アリール基または複素環基を表す。Rt1とRt2が結合して環を形成してもよい。
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いが、直鎖または分岐が好ましく、直鎖がより好ましい。
アルケニル基の炭素数は、2~30が好ましく、2~15がより好ましく、2~8が更に好ましい。アルケニル基は、直鎖、分岐、環状のいずれでもよいが、直鎖または分岐が好ましく、直鎖がより好ましい。
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。
アルキル基、アリール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の群から選ばれる基が挙げられる。
(1)赤色色材と青色色材とを含有する態様。
(2)赤色色材と青色色材と黄色色材とを含有する態様。
(3)赤色色材と青色色材と黄色色材と紫色色材とを含有する態様。
(4)赤色色材と青色色材と黄色色材と紫色色材と緑色色材とを含有する態様。
(5)赤色色材と青色色材と黄色色材と緑色色材とを含有する態様。
(6)赤色色材と青色色材と緑色色材とを含有する態様。
(7)黄色色材と紫色色材とを含有する態様。
黒色色材として、ビスベンゾフラノン化合物、アゾメチン化合物、ペリレン化合物、アゾ化合物などが挙げられ、ビスベンゾフラノン化合物、ペリレン化合物が好ましい。ビスベンゾフラノン化合物としては、特表2010-534726号公報、特表2012-515233号公報、特表2012-515234号公報、国際公開第2014/208348号、特表2015-525260号公報などに記載の化合物が挙げられ、例えば、BASF社製の「Irgaphor Black」として入手可能である。ペリレン化合物としては、C.I.Pigment Black 31、32などが挙げられる。アゾメチン化合物としては、特開平01-170601号公報、特開平02-034664号公報などに記載の化合物が挙げられ、例えば、大日精化社製の「クロモファインブラックA1103」として入手できる。
また、感光性組成物の全固形分中における顔料の含有量は、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く、45質量%以上であることがより一層好ましく、50質量%以上であることが特に好ましい。また、感光性組成物の全固形分中における顔料の含有量の上限は、80質量%以下であることが好ましく、70質量%以下であることがより好ましく、60質量%以下であることが更に好ましい。
本発明の感光性組成物は、光重合開始剤を含む。光重合開始剤としては、芳香族環に電子求引性基が導入された芳香族環基ArOX1を有するオキシム化合物OX(以下、オキシム化合物OXともいう)を含むものが用いられる。オキシム化合物OXにおいて、芳香族環基ArOX1は、電子求引性基が結合している芳香族環を介して、オキシム化合物OXのオキシム構造を含む部位と結合していることが好ましい。すなわち、芳香族環基ArOX1の電子求引性基は、電子求引性基によって電子求引された芳香族環を介して、オキシム化合物OXのオキシム構造を含む部位と結合していることが好ましい。具体的には、芳香族環基ArOX1の芳香族環側が、オキシム化合物OXのオキシム構造を含む部位との結合側であることが好ましい。なお、本明細書において、電子求引性基とは、有機電子論において、誘起効果や共鳴効果により、置換した原子団から電子を求引する原子団のことである。電子求引性基としては、Hammett式の置換基定数(σp-)として、正の値をとるものが挙げられる。Hammett式の置換基定数(σp-)は、大学院講義有機化学I.分子構造と反応・有機金属化学 第1版の175ページから引用することができる。電子求引性基は、Hammett式の置換基定数(σp-)が0.01以上の基であることが好ましく、0.1以上の基であることがより好ましく、0.3以上の基であることが更に好ましい。
ROX12は、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、複素環基、複素環オキシ基、アルキルスルファニル基、アリールスルファニル基、アルキルスルフィニル基、アリールスルフィニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アシルオキシ基またはアミノ基を表し、
波線は結合手を表す。
複素環基の具体例としては、2-チエニル基、2-ベンゾチエニル基、ナフト[2,3-b]チエニル基、3-チアントレニル基、2-チアンスレニル基、2-フリル基、2-ベンゾフリル基、ピラニル基、イソベンゾフラニル基、クロメニル基、キサンテニル基、フェノキサチイニル基、2H-ピロリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、ピリジル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、インドリジニル基、イソインドリル基、3H-インドリル基、2-インドリル基、3-インドリル基、1H-インダゾリル基、プリニル基、4H-キノリジニル基、イソキノリル基、キノリル基、フタラジニル基、ナフチリジニル基、キノキサニリル基、キナゾリニル基、シンノリニル基、プテリジニル基、4aH-カルバゾリル基、2-カルバゾリル基、3-カルバゾリル基、β-カルボリニル基、フェナントリジニル基、2-アクリジニル基、ペリミジニル基、フェナントロリニル基、フェナジニル基、フェナルサジニル基、イソチアゾリル基、フェノチアジニル基、イソキサゾリル基、フラザニル基、3-フェニキサジニル基、イソクロマニル基、クロマニル基、ピロリジニル基、ピロリニル基、イミダゾリジニル基、イミダゾリニル基、ピラゾリジニル基、ピラゾリニル基、ピペリジル基、ピペラジニル基、インドリニル基、イソインドリニル基、キヌクリジニル基、モルホリニル基、チオキサントリル基、4-キノリニル基、4-イソキノリル基、3-フェノチアジニル基、2-フェノキサチイニル基、3-クマリニル基等が挙げられる。複素環オキシ基の具体例としては、2-フラニルオキシ基、2-チエニルオキシ基、2-インドリルオキシ基、3-インドリルオキシ基、2-ベンゾフリルオキシ基、2-ベンゾチエニルオキシ基、2-カルバゾリルオキシ基、3-カルバゾリルオキシ基、4-カルバゾリルオキシ基、9-アクリジニルオキシ基等が挙げられる。
RX2は、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、複素環基、複素環オキシ基、アルキルスルファニル基、アリールスルファニル基、アルキルスルフィニル基、アリールスルフィニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アシルオキシ基またはアミノ基を表し、
RX3~RX14は、それぞれ独立して水素原子または置換基を表す;
ただし、RX10~RX14のうち少なくとも一つは、電子求引性基である。
RX3~RX14は、それぞれ独立して水素原子または置換基を表す。
RX10~RX14が表す置換基は、ニトロ基、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、複素環基、複素環オキシ基、アルケニル基、アルキルスルファニル基、アリールスルファニル基、アシル基、アミノ基であることが好ましい。アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、複素環基、複素環オキシ基、アルケニル基、アルキルスルファニル基、アリールスルファニル基、アシル基、アミノ基としては上述したROX11が表すこれらの基として説明した基が挙げられる。アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、複素環基、複素環オキシ基、アルケニル基、アルキルスルファニル基、アリールスルファニル基、アシル基およびアミノ基は更に置換基を有していてもよい。さらなる置換基としては、上述した置換基Tの群から選ばれる基が挙げられる。
本発明の感光性組成物は、重合性モノマーを含有する。重合性モノマーとしては、エチレン性不飽和結合含有基を有する化合物であることが好ましい。エチレン性不飽和結合含有基としては、ビニル基、ビニルフェニル基、(メタ)アリル基、(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリロイルオキシ基、(メタ)アクリロイルアミド基などが挙げられ、(メタ)アクリロイルオキシ基であることが好ましい。本発明で用いられる重合性モノマーは、ラジカル重合性モノマーであることが好ましい。
本発明の感光性組成物は樹脂を含有する。樹脂は、例えば、顔料を感光性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、主に顔料を感光性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。
式(a-2)中、Ra11は、水素原子、ヒドロキシ基、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アシル基またはオキシラジカルを表し、Ra12~Ra19は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基またはアリール基を表す。
式(Ac-2)中、Ar10は芳香族カルボキシル基を含む基を表し、L11は、-COO-または-CONH-を表し、L12は3価の連結基を表し、P10はポリマー鎖を表す。
式(Ar-12)中、n2は1~8の整数を表し、1~4の整数であることが好ましく、1または2であることがより好ましく、2であることが更に好ましい。
式(Ar-13)中、n3およびn4はそれぞれ独立して0~4の整数を表し、0~2の整数であることが好ましく、1または2であることがより好ましく、1であることが更に好ましい。ただし、n3およびn4の少なくとも一方は1以上の整数である。
式(Ar-13)中、Q1は、単結合、-O-、-CO-、-COOCH2CH2OCO-、-SO2-、-C(CF3)2-、上記式(Q-1)で表される基または上記式(Q-2)で表される基を表す。
式(Ar-11)~(Ar-13)中、*1はL1との結合位置を表す。
上記式において、RP3は、水素原子またはメチル基を表す。
上記式において、LP1は、単結合またはアリーレン基を表し、LP2は、単結合または2価の連結基を表す。LP1は、単結合であることが好ましい。LP2が表す2価の連結基としては、アルキレン基(好ましくは炭素数1~12のアルキレン基)、アリーレン基(好ましくは炭素数6~20のアリーレン基)、-NH-、-SO-、-SO2-、-CO-、-O-、-COO-、-OCO-、-S-、-NHCO-、-CONH-、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。
RP4は、水素原子または置換基を表す。置換基としては、ヒドロキシ基、カルボキシル基、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アルキルチオエーテル基、アリールチオエーテル基、ヘテロアリールチオエーテル基、エチレン性不飽和結合含有基、環状エーテル基、ブロックイソシアネート基等が挙げられる。
本発明の感光性組成物は、顔料誘導体を含有することが好ましい。顔料誘導体としては、色素骨格に酸基または塩基性基が結合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色素骨格としては、キノリン色素骨格、ベンゾイミダゾロン色素骨格、ベンゾイソインドール色素骨格、ベンゾチアゾール色素骨格、イニミウム色素骨格、スクアリリウム色素骨格、クロコニウム色素骨格、オキソノール色素骨格、ピロロピロール色素骨格、ジケトピロロピロール色素骨格、アゾ色素骨格、アゾメチン色素骨格、フタロシアニン色素骨格、ナフタロシアニン色素骨格、アントラキノン色素骨格、ジアントラキノン色素骨格、キナクリドン色素骨格、ジオキサジン色素骨格、ペリノン色素骨格、ペリレン色素骨格、チアジンインジゴ色素骨格、チオインジゴ色素骨格、イソインドリン色素骨格、イソインドリノン色素骨格、キノフタロン色素骨格、イミニウム色素骨格、ジチオール色素骨格、トリアリールメタン色素骨格、ピロメテン色素骨格等が挙げられ、フタロシアニン色素骨格、ジケトピロロピロール色素骨格、ベンゾイソインドール色素骨格、アントラキノン色素骨格、ジアントラキノン色素骨格、チアジンインジゴ色素骨格、アゾ色素骨格、キノフタロン色素骨格またはキナクリドン色素骨格であることが好ましく、フタロシアニン色素骨格またはジケトピロロピロール色素骨格であることがより好ましい。すなわち、顔料誘導体はフタロシアニン化合物またはジケトピロロピロール化合物であることが好ましい。酸基としては、スルホ基、カルボキシル基、リン酸基及びこれらの塩が挙げられる。塩を構成する原子または原子団としては、アルカリ金属イオン(Li+、Na+、K+など)、アルカリ土類金属イオン(Ca2+、Mg2+など)、アンモニウムイオン、イミダゾリウムイオン、ピリジニウムイオン、ホスホニウムイオンなどが挙げられる。塩基性基としては、アミノ基、ピリジニル基およびその塩、アンモニウム基の塩、並びにフタルイミドメチル基が挙げられる。塩を構成する原子または原子団としては、水酸化物イオン、ハロゲンイオン、カルボン酸イオン、スルホン酸イオン、フェノキシドイオンなどが挙げられる。
本発明の感光性組成物は、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。溶剤の種類は、各成分の溶解性や感光性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も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。ただし有機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)。
本発明の感光性組成物は、環状エーテル基を有する化合物を含有することができる。環状エーテル基としては、エポキシ基、オキセタニル基などが挙げられる。環状エーテル基を有する化合物は、エポキシ基を有する化合物(以下、エポキシ化合物ともいう)であることが好ましい。エポキシ化合物としては、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る。これらの内容は、本明細書に組み込まれる。
本発明の感光性組成物は、硬化促進剤を含んでもよい。硬化促進剤としては、チオール化合物、メチロール化合物、アミン化合物、ホスホニウム塩化合物、アミジン塩化合物、アミド化合物、塩基発生剤、イソシアネート化合物、アルコキシシラン化合物、オニウム塩化合物などが挙げられる。硬化促進剤の具体例としては、国際公開第2018/056189号の段落番号0094~0097に記載の化合物、特開2015-034963号公報の段落番号0246~0253に記載の化合物、特開2013-041165号公報の段落番号0186~0251に記載の化合物、特開2014-055114号公報に記載のイオン性化合物、特開2012-150180号公報の段落番号0071~0080に記載の化合物、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、特許第5765059号公報の段落番号0085~0092に記載の化合物、特開2017-036379号公報に記載のカルボキシル基含有エポキシ硬化剤などが挙げられる。硬化促進剤を含有する場合、感光性組成物の全固形分中における硬化促進剤の含有量は0.3~8.9質量%が好ましく、0.8~6.4質量%がより好ましい。
本発明の感光性組成物は、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。このような化合物としては、特開2009-217221号公報の段落番号0038~0052、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に記載された化合物が挙げられ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。紫外線吸収剤の具体例としては、下記構造の化合物などが挙げられる。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、紫外線吸収剤は、特許第6268967号公報の段落番号0049~0059に記載された化合物を用いることもできる。
本発明の感光性組成物は、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-tert-ブチル-p-クレゾール、ピロガロール、tert-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-tert-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)が挙げられる。中でも、p-メトキシフェノールが好ましい。重合禁止剤を含有する場合、感光性組成物の全固形分中における重合禁止剤の含有量は、0.0001~5質量%が好ましい。重合禁止剤は、1種類のみでもよく、2種類以上でもよい。2種類以上の場合は、合計量が上記範囲となることが好ましい。
本発明の感光性組成物は、シランカップリング剤を含有することができる。本発明において、シランカップリング剤は、加水分解性基とそれ以外の官能基とを有するシラン化合物を意味する。また、加水分解性基とは、ケイ素原子に直結し、加水分解反応及び縮合反応の少なくともいずれかによってシロキサン結合を生じ得る置換基をいう。加水分解性基としては、例えば、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシルオキシ基などが挙げられ、アルコキシ基が好ましい。すなわち、シランカップリング剤は、アルコキシシリル基を有する化合物が好ましい。また、加水分解性基以外の官能基としては、例えば、ビニル基、(メタ)アリル基、(メタ)アクリロイル基、メルカプト基、エポキシ基、オキセタニル基、アミノ基、ウレイド基、スルフィド基、イソシアネート基、フェニル基などが挙げられ、アミノ基、(メタ)アクリロイル基およびエポキシ基が好ましい。シランカップリング剤の具体例としては、N-β-アミノエチル-γ-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、商品名 KBM-602)、N-β-アミノエチル-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名 KBM-603)、N-β-アミノエチル-γ-アミノプロピルトリエトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名 KBE-602)、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名 KBM-903)、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名 KBE-903)、3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名 KBM-502)、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、商品名 KBM-503)等がある。また、シランカップリング剤の具体例については、特開2009-288703号公報の段落番号0018~0036に記載の化合物、特開2009-242604号公報の段落番号0056~0066に記載の化合物が挙げられ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。シランカップリング剤を含有する場合、感光性組成物の全固形分中におけるシランカップリング剤の含有量は、0.01~15.0質量%が好ましく、0.05~10.0質量%がより好ましい。シランカップリング剤は、1種類のみでもよく、2種類以上でもよい。2種類以上の場合は、合計量が上記範囲となることが好ましい。
本発明の感光性組成物は、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、シリコー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。
本発明の感光性組成物は、酸化防止剤を含有することができる。酸化防止剤としては、フェノール化合物、亜リン酸エステル化合物、チオエーテル化合物などが挙げられる。フェノール化合物としては、フェノール系酸化防止剤として知られる任意のフェノール化合物を使用することができる。好ましいフェノール化合物としては、ヒンダードフェノール化合物が挙げられる。フェノール性ヒドロキシ基に隣接する部位(オルト位)に置換基を有する化合物が好ましい。前述の置換基としては炭素数1~22の置換又は無置換のアルキル基が好ましい。また、酸化防止剤は、同一分子内にフェノール基と亜リン酸エステル基を有する化合物も好ましい。また、酸化防止剤は、リン系酸化防止剤も好適に使用することができる。感光性組成物の全固形分中における酸化防止剤の含有量は、0.01~20質量%であることが好ましく、0.3~15質量%であることがより好ましい。酸化防止剤を含有する場合、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。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。
本発明の感光性組成物は、必要に応じて、増感剤、硬化促進剤、フィラー、熱硬化促進剤、可塑剤及びその他の助剤類(例えば、導電性粒子、充填剤、消泡剤、難燃剤、レベリング剤、剥離促進剤、香料、表面張力調整剤、連鎖移動剤など)を含有してもよい。これらの成分を適宜含有させることにより、膜物性などの性質を調整することができる。これらの成分は、例えば、特開2012-003225号公報の段落番号0183以降(対応する米国特許出願公開第2013/0034812号明細書の段落番号0237)の記載、特開2008-250074号公報の段落番号0101~0104、0107~0109等の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。また、本発明の感光性組成物は、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。潜在酸化防止剤の市販品としては、アデカアークルズGPA-5001((株)ADEKA製)等が挙げられる。また、特開2018-155881号公報に記載されているように、C.I.ピグメントイエロー129を耐候性改良の目的で添加しても良い。
本発明の感光性組成物は、前述の成分を混合して調製できる。感光性組成物の調製に際しては、全成分を同時に溶剤に溶解および/または分散して感光性組成物を調製してもよいし、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感光性組成物を調製してもよい。
本発明の膜は、上述した本発明の感光性組成物から得られる膜である。本発明の膜は、カラーフィルタや赤外線透過フィルタなどの光学フィルタに用いることができる。
(1):膜の厚み方向における光の透過率の、波長400~640nmの範囲における最大値が20%以下(好ましくは15%以下、より好ましくは10%以下)で、膜の厚み方向における光の透過率の、波長800~1300nmの範囲における最小値が70%以上(好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上)である。このような分光特性を有する膜は、波長400~640nmの範囲の光を遮光して、波長700nmを超える光を透過させることができる。
(2):膜の厚み方向における光の透過率の、波長400~750nmの範囲における最大値が20%以下(好ましくは15%以下、より好ましくは10%以下)で、膜の厚み方向における光の透過率の、波長900~1300nmの範囲における最小値が70%以上(好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上)である膜。このような分光特性を有する膜は、波長400~750nmの範囲の光を遮光して、波長850nmを超える光を透過させることができる。
(3):膜の厚み方向における光の透過率の、波長400~830nmの範囲における最大値が20%以下(好ましくは15%以下、より好ましくは10%以下)で、膜の厚み方向における光の透過率の、波長1000~1300nmの範囲における最小値が70%以上(好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上)である膜。このような分光特性を有する膜は、波長400~830nmの範囲の光を遮光して、波長940nmを超える光を透過させることができる。
(4):膜の厚み方向における光の透過率の、波長400~950nmの範囲における最大値が20%以下(好ましくは15%以下、より好ましくは10%以下)で、膜の厚み方向における光の透過率の、波長1100~1300nmの範囲における最小値が70%以上(好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上)である膜。このような分光特性を有する膜は、波長400~950nmの範囲の光を遮光して、波長1040nmを超える光を透過させることができる。
次に、画素の形成方法について説明する。画素の形成方法は、上述した本発明の感光性組成物を支持体上に塗布して感光性組成物層を形成する工程と、感光性組成物層をパターン状に露光する工程と、露光後の感光性組成物層の未露光部を現像除去する工程と、を含むことが好ましい。以下、各工程について説明する。
本発明の光学フィルタは、上述した本発明の膜を有する。光学フィルタの種類としては、カラーフィルタおよび赤外線透過フィルタが挙げられ、カラーフィルタであることが好ましい。カラーフィルタとしては、カラーフィルタの着色画素として本発明の膜を有することが好ましい。
カラーフィルタの一態様としては、赤色画素、緑色画素及び青色画素を少なくとも有し、赤色画素、緑色画素及び青色画素の少なくとも1色の着色画素が本発明の膜で構成されているカラーフィルタが挙げられる。
カラーフィルタの他の態様としては、シアン色画素、マゼンタ色画素及び黄色画素を少なくとも有し、シアン色画素、マゼンタ色画素及び黄色画素の少なくとも1色の着色画素が本発明の膜で構成されているカラーフィルタが挙げられる。
本発明の固体撮像素子は、上述した本発明の膜を有する。固体撮像素子の構成としては、本発明の膜を備え、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。
本発明の画像表示装置は、上述した本発明の膜を有する。画像表示装置としては、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。画像表示装置の定義や各画像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。
下記の表に記載の原料を混合したのち、直径0.3mmのジルコニアビーズ230質量部を加えて、ペイントシェーカーを用いて5時間分散処理を行い、ビーズをろ過で分離して分散液を製造した。下記の表の各素材の配合量の数値は質量部である。なお、樹脂(分散剤)の配合量の値は、固形分20質量%の樹脂溶液での配合量の値である。
PR122 : C.I.ピグメントレッド122
PR177 : C.I.ピグメントレッド177
PR254 : C.I.ピグメントレッド254
PR264 : C.I.ピグメントレッド264
PR269 : C.I.ピグメントレッド269
PR272 : C.I.ピグメントレッド272
PY129 : C.I.ピグメントイエロー129
PY139 : C.I.ピグメントイエロー139
PY150 : C.I.ピグメントイエロー150
PY185 : C.I.ピグメントイエロー185
PY215 : C.I.ピグメントイエロー215
PO71 : C.I.ピグメントオレンジ71
PG7 : C.I.ピグメントグリーン7
PG36 : C.I.ピグメントグリーン36
PG58 : C.I.ピグメントグリーン58
PG62 : C.I.ピグメントグリーン62
PG63 : C.I.ピグメントグリーン63
PB15:6 : C.I.ピグメントブルー15:6
PB60 : C.I.ピグメントブルー60
PV23 : C.I.ピグメントバイオレット23
PV29 : C.I.ピグメントバイオレット29
Alフタロシアニン:下記構造の化合物
AR289:C.I.アシッドレッド289
染料1:下記構造の化合物(キサンテン染料、以下の構造式中、iPrはイソプロピル基である)
誘導体1:下記構造の化合物
A-1:下記構造の樹脂(主鎖に付記した数値はモル比であり、側鎖に付記した数値は繰り返し単位の数である。重量平均分子量=24000、酸価47mgKOH/g)の20質量%%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)溶液
メチルメタクリレート50質量部、n-ブチルメタクリレート50質量部、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)45.4質量部を反応容器に仕込み、雰囲気ガスを窒素ガスで置換した。反応容器内を70℃に加熱して、3-メルカプト-1,2-プロパンジオール6質量部を添加して、さらにAIBN(アゾビスイソブチロニトリル)0.12質量部を加え、12時間反応させた。固形分測定により95%が反応したことを確認した。次に、ピロメリット酸無水物9.7質量部、PGMEA70.3質量部、触媒としてDBU(1,8-ジアザビシクロ-[5.4.0]-7-ウンデセン)0.20質量部を追加し、120℃で7時間反応させた。酸価の測定で98%以上の酸無水物がハーフエステル化していることを確認し反応を終了した。PGMEAを加えて不揮発分(固形分濃度)を20質量%に調整し、酸価43mgKOH/g、重量平均分子量9000の下記構造の樹脂B-1の樹脂溶液を得た。
メチルメタクリレート50質量部、n-ブチルメタクリレート30質量部、t-ブチルメタクリレート20質量部、PGMEA45.4質量部を反応容器に仕込み、雰囲気ガスを窒素ガスで置換した。反応容器内を70℃に加熱して、3-メルカプト-1,2-プロパンジオール6質量部を添加して、さらにAIBN(アゾビスイソブチロニトリル)0.12質量部を加え、12時間反応させた。固形分測定により95%が反応したことを確認した。次に、ピロメリット酸無水物9.7質量部、PGMEA70.3質量部、触媒としてDBU(1,8-ジアザビシクロ-[5.4.0]-7-ウンデセン)0.20質量部を追加し、120℃で7時間反応させた。酸価の測定で98%以上の酸無水物がハーフエステル化していることを確認し反応を終了した。PGMEAを加えて不揮発分(固形分濃度)を20質量%に調整し、酸価43mgKOH/g、重量平均分子量9000の下記構造の樹脂B-2の樹脂溶液を得た。
樹脂B-2の合成において、t-ブチルメタクリレート20質量部を、(3-エチルオキセタン-3-イル)メチルメタクリレート20質量部に変更した以外は同様にして、酸価43mgKOH/g、重量平均分子量9000の下記構造の樹脂B-3の樹脂溶液を得た。
樹脂B-2の合成において、t-ブチルメタクリレート20質量部を、昭和電工製「カレンズMOI-BM」20質量部に変更した以外は同様にして、酸価43mgKOH/g、重量平均分子量9000の下記構造の樹脂B-4の樹脂溶液を得た。
3-メルカプト-1,2-プロパンジオール6.0質量部、ピロメリット酸無水物9.5質量部、PGMEA62質量部、1,8-ジアザビシクロ-[5.4.0]-7-ウンデセン0.2質量部を反応容器に仕込み、雰囲気ガスを窒素ガスで置換した。反応容器内を100℃に加熱して、7時間反応させた。酸価の測定で98%以上の酸無水物がハーフエステル化していることを確認した後、系内の温度を70℃に冷却し、メチルメタクリレート65質量部、エチルアクリレート5.0質量部、t-ブチルアクリレート15質量部、メタクリル酸5.0質量部、ヒドロキシエチルメタクリレート10質量部、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル0.1質量部を溶解したPGMEA溶液53.5質量部を添加して、10時間反応させた。固形分測定により重合が95%進行したことを確認し反応を終了した。PGMEAを加えて不揮発分(固形分濃度)を20質量%に調整し、酸価70.5mgKOH/g、重量平均分子量10000の下記構造の樹脂B-5の樹脂溶液を得た。
1-チオグリセロール108質量部、ピロメリット酸無水物174質量部、メトキシプロピルアセテート650質量部、触媒としてモノブチルスズオキシド0.2質量部を反応容器に仕込み、雰囲気ガスを窒素ガスで置換した後、120℃で5時間反応させた(第一工程)。酸価の測定で95%以上の酸無水物がハーフエステル化していることを確認した。次に、第一工程で得られた化合物を固形分換算で160質量部、2-ヒドロキシプロピルメタクリレート200質量部、エチルアクリレート200質量部、t-ブチルアクリレート150質量部、2-メトキシエチルアクリレート200質量部、メチルアクリレート200質量部、メタクリル酸50質量部、PGMEA663質量部を反応容器に仕込み、反応容器内を80℃に加熱して、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)1.2質量部を添加し、12時間反応させた(第二工程)。固形分測定により95%が反応したことを確認した。最後に、第二工程で得られた化合物の50質量%PGMEA溶液500質量部、2-メタクリロイルオキシエチルイソシアネート(MOI)27.0質量部、ヒドロキノン0.1質量部を反応容器に仕込み、イソシアネート基に基づく2270cm-1のピークの消失を確認するまで反応を行った(第三工程)。ピーク消失の確認後、反応溶液を冷却して、PGMEAを加えて不揮発分(固形分濃度)を20質量%に調整し、酸価68mgKOH/g、重量平均分子量13000の下記構造の樹脂B-6の樹脂溶液を得た。
メチルメタクリレート40質量部、n-ブチルメタクリレート60質量部、PGMEA45.4質量部を反応容器に仕込み、雰囲気ガスを窒素ガスで置換した。反応容器内を70℃に加熱して、3-メルカプト-1,2-プロパンジオール8質量部を添加して、さらにAIBN(アゾビスイソブチロニトリル)0.12質量部を加え、12時間反応させた。固形分測定により95%が反応したことを確認した。次に、ピロメリット酸無水物13質量部、PGMEA70.3質量部、触媒としてDBU(1,8-ジアザビシクロ-[5.4.0]-7-ウンデセン)0.20質量部を追加し、120℃で7時間反応させた。酸価の測定で98%以上の酸無水物がハーフエステル化していることを確認し反応を終了した。PGMEAを加えて不揮発分(固形分濃度)を20質量%に調整し、酸価55mgKOH/g、重量平均分子量10000の下記構造の樹脂B-7の樹脂溶液を得た。
K-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)
下記の表に記載の原料を混合して、感光性組成物を調製した。なお、樹脂の配合量の値は、固形分20質量%の樹脂溶液での配合量の値である。下記表に、感光性組成物の全固形分中における光重合開始剤の含有量を「光重合開始剤量」の欄に示す。また、感光性組成物に含まれる重合性モノマーと光重合開始剤に関して、重合性モノマーの質量を光重合開始剤の質量で割った値を「M/I比」の欄に示す。また、感光性組成物に含まれる色材と重合性モノマーに関して、重合性モノマーの質量を色材の質量で割った値を「M/P比」の欄に示す。
A-3:下記構造の樹脂(主鎖に付記した数値はモル比である。Mw=11000、酸価69mgKOH/g)の20質量%PGMEA溶液
M-1:トリメチロールプロパントリアクリレート(東亞合成(株)製、アロニックス M-309、官能基数3、分子量296、エチレン性不飽和結合含有基価99g/mol)
M-2:トリメチロールプロパンプロピレンオキシ変性トリアクリレート(東亞合成(株)製、アロニックス M-310、官能基数3、分子量471、エチレン性不飽和結合含有基価157g/mol、アルキレンオキシ基(プロピレンオキシ基)を有する化合物)
M-3:トリメチロールプロパンエチレンオキシ変性トリアクリレート(東亞合成(株)製、アロニックス M-350、官能基数3、分子量429、エチレン性不飽和結合含有基価143g/mol、アルキレンオキシ基(エチレンオキシ基)を有する化合物)
M-4:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(東亞合成(株)製、アロニックス M-402、官能基数6、分子量579、エチレン性不飽和結合含有基価96g/mol)
M-5:イソシアヌル酸トリス(2-アクリロイルオキシエチル)(東亞合成(株)製、アロニックスM-315、官能基数3、分子量423、エチレン性不飽和結合含有基価141g/mol)
M-6:カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(日本化薬(株)製、KAYARAD DPCA-30、下記構の化合物(m=1、a=3、b=3)、官能基数6、分子量921、エチレン性不飽和結合含有基価154g/mol)
M-8:下記構造の化合物(官能基数6、分子量1107、エチレン性不飽和結合含有基価185g/mol、アルキレンオキシ基(エチレンオキシ基)を有する化合物)
[芳香族環に電子求引性基が導入された芳香族環基ArOX1を有するオキシム化合物OX]
G-1~G-4:下記構造の化合物
G-c1:下記構造の化合物(オキシム系光重合開始剤)
H-1:下記構造の化合物(紫外線吸収剤)
I-1:下記構造の化合物(Mw=14000)の1質量%PGMEA溶液。下記の式中、繰り返し単位の割合を示す%はモル%である。
J―1:p-メトキシフェノール
K-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)
(耐光性)
ガラス基板上に、各感光性組成物をスピンコート法で塗布し、次いで、ホットプレートを使用して100℃で120秒加熱処理(プリベーク)し、次いでi線で1000mj/cm2の露光量で露光し、次いで、200℃で5分間加熱を行い、厚さ0.6μmの膜を作製した。得られた膜について、大塚電子(株)製のMCPD-3000を用い、波長400~700nmの範囲の光透過率(透過率)を測定した。次に、上記で作製した膜に対し、耐光試験機(スーパーキセノンウェザーメーターSX75、スガ試験機株式会社製)を用いて100000Luxの光を1000時間かけて照射した(総照射量1億Lux・hr)。光照射後の膜の透過率を測定し、以下の基準にて耐光性を評価した。A~Cが使用に問題ない範囲である。
A:光照射後の膜の波長400~700nmの透過率の積算値が、光照射前の膜の波長400~700nmの透過率の積算値の99%以上である。
B:光照射後の膜の波長400~700nmの透過率の積算値が、光照射前の膜の波長400~700nmの透過率の積算値の97%以上99%未満である。
C:光照射後の膜の波長400~700nmの透過率の積算値が、光照射前の膜の波長400~700nmの透過率の積算値の95%以上97%未満である。
D:光照射後の膜の波長400~700nmの透過率の積算値が、光照射前の膜の波長400~700nmの透過率の積算値の95%未満である。
直径8インチ(=203.2mm)のシリコンウエハ上にCT-4000(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製)を膜厚が0.1μmとなるようにスピンコート法で塗布し、ホットプレートを用いて220℃で1時間加熱して下地層を形成した。この下地層付きのシリコンウエハ上に各感光性組成物をスピンコート法で塗布し、その後、ホットプレートを用いて100℃で2分間加熱して、膜厚0.5μmの組成物層を得た。この組成物層に対して、i線ステッパーFPA-3000i5+(Canon(株)製)を使用し、一辺1.1μmの正方ピクセルがそれぞれ基板上の4mm×3mmの領域に配列されたマスクパターンを介して、365nmの波長の光を500mJ/cm2の露光量で照射して露光した。露光後の組成物層に対し、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの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水を用いてリンスを行い、更に純水にて水洗いを行った。その後、水滴を高圧のエアーで飛ばし、シリコンウエハを自然乾燥させたのち、ホットプレートを用いて220℃で300秒間ポストベークを行い、画素を形成した。得られた画素について、光学顕微鏡を用いて観察し、全画素中シリコンウエハに密着している画素の数をカウントして密着性を評価した。A~Cが使用に問題ない範囲である。
A:すべての画素が密着している。
B:密着している画素が、全画素の98%以上100%未満である。
C:密着している画素が、全画素の95%以上98%未満である。
D:密着している画素が、全画素の95%未満である。
ガラス基板上に、CT-4000(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製)を膜厚が0.1μmとなるようにスピンコート法で塗布し、ホットプレートを用いて220℃で1時間加熱して下地層を形成した。この下地層付きのガラス基板上に各感光性組成物をスピンコート法で塗布し、その後、ホットプレートを用いて100℃で2分間加熱して、膜厚0.5μmの組成物層を得た。
この組成物層に対して、365nmの波長の光を500mJ/cm2の露光量で照射して露光した。
露光後の組成物層に対し、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの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水を用いてリンスを行い、更に純水にて水洗いを行った。その後、水滴を高圧のエアーで飛ばし、ガラス基板を自然乾燥させたのち、ホットプレートを用いて220℃で300秒間ポストベークを行い、膜を形成した。この膜が形成されたガラス基板(評価用基板)を用いて輝度分布を下記方法で解析し、平均からのずれが±10%以上である画素数をもとに色ムラの評価を行った。
輝度分布の測定方法について説明する。評価用基板を光学顕微鏡の観測レンズと光源との間に設置して光を観測レンズに向けて照射し、その透過光状態をデジタルカメラが設置された光学顕微鏡MX-50(オリンパス社製)を用いて観察した。膜表面の撮影は、任意に選択した5つの領域に対して行った。撮影画像の輝度を0~255までの256階調の濃度分布として数値化して保存した。この画像から輝度分布を解析し、平均からのズレが±10%を超える画素数にて色ムラを評価した。評価基準は以下の通りである。A~Cの評価であれば実用上問題ないと判断する。
A:平均からのズレが±10%を超える画素数が1000以下である。
B:平均からのズレが±10%を超える画素数が1000を越え3000以下である。
C:平均からのズレが±10%を超える画素数が3000を越え5000以下である。
D:平均からのズレが±10%を超える画素数が5000を超える。
密着性評価で得られた画素の表面粗さ(Ra)を、原子間力顕微鏡Dimension FastScan AFM(Bruker製)を用いて測定した。表面粗さの評価基準は以下の通りである。A~Cの評価であれば実用上問題ないと判断する。
A:表面粗さ(Ra)が0nm以上3nm未満
B:表面粗さ(Ra)が3nm以上5nm未満
C:表面粗さ(Ra)が5nm以上10nm未満
D:表面粗さ(Ra)が10nm以上
シリコンウエハ上に、緑色感光性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/cm2の露光量で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、緑色感光性組成物をパターニングして緑色画素を形成した。同様に赤色感光性組成物、青色感光性組成物を同様のプロセスでパターニングして、赤色画素、青色画素を順次形成して、緑色画素、赤色画素および青色画素を有するカラーフィルタを形成した。このカラーフィルタにおいては、緑色画素がベイヤーパターンで形成されており、その隣接する領域に、赤色画素、青色画素がアイランドパターンで形成されている。得られたカラーフィルタを公知の方法に従い固体撮像素子に組み込んだ。この固体撮像素子は好適な画像認識能を有していた。なお、緑色感光性組成物としては、実施例G1の感光性組成物を使用した。赤色感光性組成物としては、実施例R1の感光性組成物を使用した。青色感光性組成物としては、実施例B1の感光性組成物を使用した。
シリコンウエハ上に、シアン色感光性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/cm2の露光量で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、シアン色感光性組成物をパターニングしてシアン色画素を形成した。同様に黄色感光性組成物、マゼンタ色感光性組成物を同様のプロセスでパターニングして、黄色画素、マゼンタ色画素を順次形成して、シアン色画素、黄色画素およびマゼンタ色画素を有するカラーフィルタを形成した。このカラーフィルタにおいては、シアン色画素がベイヤーパターンで形成されており、その隣接する領域に、黄色画素、マゼンタ色画素がアイランドパターンで形成されている。得られたカラーフィルタを公知の方法に従い固体撮像素子に組み込んだ。この固体撮像素子は好適な画像認識能を有していた。なお、シアン色感光性組成物としては、実施例C1の感光性組成物を使用した。黄色感光性組成物としては、実施例Y1の感光性組成物を使用した。マゼンタ色感光性組成物としては、実施例M1の感光性組成物を使用した。
Claims (13)
- 色材と、光重合開始剤と、重合性モノマーと、樹脂とを含む感光性組成物であって、
前記光重合開始剤は、式(OX1)で表される化合物および式(OX2)で表される化合物から選ばれる少なくとも1種のオキシム化合物OXを含み、
前記重合性モノマーの質量を前記光重合開始剤の質量で割った値が0.5~4.0であり、
前記重合性モノマーの質量を前記色材の質量で割った値が、0.1~0.35であり、
前記重合性モノマーは、アルキレンオキシ基を有し、かつ、エチレン性不飽和結合含有基を3個有する重合性モノマーを含み、
前記アルキレンオキシ基を有し、かつ、エチレン性不飽和結合含有基を3個有する重合性モノマーは、式(M2)で表される化合物であり、
前記重合性モノマーの全量中における前記アルキレンオキシ基を有し、かつ、エチレン性不飽和結合含有基を3個有する重合性モノマーの含有量が70~100質量%である、感光性組成物;
RX2は、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、複素環基、複素環オキシ基、アルキルスルファニル基、アリールスルファニル基、アルキルスルフィニル基、アリールスルフィニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アシルオキシ基またはアミノ基を表し、
RX3~RX14は、それぞれ独立して水素原子または置換基を表す;
ただし、RX10~RX14のうち少なくとも一つは、電子求引性基である;
- 前記光重合開始剤中における前記オキシム化合物OXの含有量が50~100質量%である、請求項1に記載の感光性組成物。
- 前記電子求引性基は、アシル基およびニトロ基から選ばれる少なくとも1種である、請求項1または2に記載の感光性組成物。
- 前記電子求引性基は、アシル基である、請求項1または2に記載の感光性組成物。
- 前記重合性モノマーのエチレン性不飽和結合含有基価が100~300g/molである、請求項1~4のいずれか1項に記載の感光性組成物。
- 感光性組成物の全固形分中における前記色材の含有量が50質量%以上である、請求項1~5のいずれか1項に記載の感光性組成物。
- 感光性組成物の全固形分中における前記重合性モノマーの含有量が1~25質量%である、請求項1~6のいずれか1項に記載の感光性組成物。
- 固体撮像素子用である、請求項1~7のいずれか1項に記載の感光性組成物。
- シアン色、イエロー色またはマゼンタ色用の画素形成用の感光性組成物である、請求項1~8のいずれか1項に記載の感光性組成物。
- 請求項1~9のいずれか1項に記載の感光性組成物を用いて得られる膜。
- 請求項10に記載の膜を有する光学フィルタ。
- 請求項10に記載の膜を有する固体撮像素子。
- 請求項10に記載の膜を有する画像表示装置。
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