JP7528512B2 - 黒色感光性組成物、遮光板、および表示装置 - Google Patents

黒色感光性組成物、遮光板、および表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、遮光板等の形成に使用する黒色感光性組成物に関する。
液晶や有機エレクトロルミネッセンス等の表示装置には、カラーフィルタ基板が使用されている。カラーフィルタ基板は、有彩色着色剤が使用されたカラフィルタセグメント、およびブラックマトリックスを備えている。
表示装置は、視認性向上のため高輝度化、高コントラスト化および高精細化の検討が進められてきた。しかし、表示品位を損なう大きな要因である外光反射の低減は、満足できる水準では無かった。
外光反射について、液晶表示装置を例に説明する。液晶表示装置に入射した外光の一部は空気と最表面、即ち偏光板との界面で反射される。最表面での外光反射を低減するために偏光板表面に反射防止層が設けられている。一方、偏光板を透過した光は、カラーフィルタ、ガラスあるいはTFT(薄膜トランジスタ、ThinFilm Transistor)基板によって反射される。とりわけカラーフィルタのブラックマトリックスとガラス界面の反射は強度が大きく、外光反射の主要な原因となっていた。外光反射の低減は、野外で使用されるスマートフォンやタブレット端末では特に重要である。
ブラックマトリックスは、黒色顔料としてカーボンブラックを使用しており、黒色顔料の含有量を減らすことでガラス界面の反射率を低減することできる。しかし、カラーフィルタの光学濃度(OD値)が低下してしまうため、反射率と遮光性を両立することは難しかった。
特許文献1には、フッ化マグネシウム、およびジペンタエリスリトールペンタ/ヘキサアクリレート混合物を含む黒色感光性組成物が開示されている。また、特許文献2は、疎水性シリカ、およびジペンタエリスリトールペンタ/ヘキサアクリレート混合物を含む黒色感光性組成物が開示されている。
特開2015-102792号公報 特開2015-161815号公報
しかし、フッ化マグネシウムや疎水性シリカといった無機材料は、所望の反射率を得るためには多量に配合する必要があった上、OD値が低下した。また、無機材料が光硬化性を阻害し、被膜表面と基板付近の深部との光硬化性に差が出るため、ポストキュアでの熱硬化収縮差から被膜表面にシワが生じていた。このシワの発生が原因となり遮光板作製後に行われる透明導電層等の形成工程で密着不良が生じる問題があった。
本発明は、高遮光性と低反射率を両立し、ポストキュア後のシワの発生を抑制できる黒色感光性組成物の提供を目的とする。
本発明の黒色感光性組成物は、カーボンブラック(A)、分散剤(B)、バインダ樹脂
(C)、光重合性化合物(D)、および光重合開始剤(E)を含み、
光重合性化合物(D)は、9以上のエチレン性不飽和結合を有し、二重結合当量が110~180g/molの多官能ウレタンアクリレート(D1)を含む。
上記の本発明により、高遮光性と低反射率を両立し、ポストキュア後のシワの発生を抑制できる黒色感光性組成物、遮光板、および表示装置を提供できる。
本明細書の用語を定義する。「(メタ)アクリロイル」、「(メタ)アクリル」、「(メタ)アクリル酸」、「(メタ)アクリレート」、又は「(メタ)アクリルアミド」と表記した場合には、特に説明がない限り、それぞれ、「アクリロイル及び/又はメタクリロイル」、「アクリル及び/又はメタクリル」、「アクリル酸及び/又はメタクリル酸」、「アクリレート及び/又はメタクリレート」、又は「アクリルアミド及び/又はメタクリルアミド」を表す。「C.I.」は、カラーインデックス(C.I.)を意味する。着色剤は、顔料および染料を含む。モノマー、単量体は、エチレン性不飽和基含有単量体である。
本発明の黒色感光性組成物は、カーボンブラック(A)、分散剤(B)、バインダ樹脂(C)、光重合性化合物(D)、および光重合開始剤(E)を含み、
光重合性化合物(D)は、9以上のエチレン性不飽和結合を有し、二重結合当量が110~180g/molの多官能ウレタンアクリレート(D1)を含む。
本発明で高遮光性を維持しつつ低反射率を実現できたのは下記の理由を推測している。一般に、光の反射は界面で発生するが、界面の上層と下層の屈折率差が大きいほど反射が強くなることがマクスウェルの方程式から導かれている。カーボンブラックの屈折率は高いため、必然的にブラックの塗膜は屈折率が高くなる傾向がある。そのため界面の上層となる空気層とブラックの塗膜との屈折率差が大きくなり、ブラックの塗膜は一般に反射率が高い。
本発明の多官能ウレタンアクリレート(D1)を含む黒色感光性組成物は、先行技術に挙げたような低屈折率材料を含有しないにも関わらず、驚くべきことに現像後の被膜の表面屈折率が大幅に低下することが確認された。そうした効果が得られたのは、多官能ウレタンアクリレート(D1)はそのウレタン結合により、バインダ樹脂(C)と親和性が低くなり被膜の表面付近に偏在する一方、一分子中に9個以上のエチレン性不飽和結合を有し、二重結合当量が110~180g/molと、ウレタン結合を含有するモノマーの中では質量あたりの二重結合当量が比較的多いため、多官能ウレタンアクリレート(D1)が塗膜表層で高度に光硬化するため、光硬化後の被膜表面付近にカーボンブラックの含有量が少ないモノマー硬化層のようなものが形成されたためと推測している。そうした効果により、空気層とブラックの塗膜間の屈折率差が小さく抑えられ、高い遮光性を維持しつつ低い反射率を実現できたと推測している。
また一般にアクリルモノマーは重合時に硬化収縮が発生するが、多官能ウレタンアクリレート(D1)は、硬化収縮をそのウレタン結合により応力緩和することができるため、ポストキュア後に被膜表面のシワを抑制できるという効果も得られる。
なお、外光反射を評価する指標には、SCI方式(「Specular Component Include方式」の略称、正反射光と散乱反射光との合計を示す)とSCE方式(「Specular Component exclude方式」の略称、散乱反射光のみ)における反射率が存在する。本明細書では、SCIおよびSCE方式の双方を使用する。
黒色感光性組成物は、光硬化により黒色の被膜を形成する。前記被膜は、表示装置のブ
ラックマトリックス、ブラックカラムスペーサー等に使用することが好ましい。 なお、黒色感光性組成物は、高遮光性と低反射率を両立し、シワが少ない被膜の形成に制限なく使用できる。
<カーボンブラック(A)>
カーボンブラック(A)は、被膜を黒色に着色できる着色剤である。カーボンブラック(A)の種類は、被膜の用途・性能(例えば、反射率等)により適宜選択できる。
カーボンブラック(A)は、例えば、ランプブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック等が挙げられる。これらの中でもファーネスブラックが好ましい。
カーボンブラック(A)の平均一次粒子径は、10~30nmが好ましく、10~20nmがより好ましい。適度な粒子径を有すると、遮光性と光硬化性を両立し易い。なお、平均一次粒子径は、黒色感光性組成物から形成する被膜の断面について、走査型電子顕微鏡の拡大画像(およそ千倍~1万倍)に表示された任意の約20個の粒子を平均して求める。なお、粒子に長軸方向および短軸方向の長さがある場合、長軸方向の長さを使用する。
カーボンブラック(A)の市販品は、例えば、三菱ケミカル社製の#(30、30L、32、40、44、45、45L、47、52、650、850、900、950、960、980、1000、1000N、2300、2350、2600、2650、3230、3400、4000)、MCF88、MA(7、8、11、77、100、230、600)、CABOT社製のBLACKPEARLS (460、800、880、900、1000、4840、1300、1400、L)、REGAL(330、400、600)等が挙げられる。これらの中でも三菱ケミカル社製の#850、#2650が好ましい。
カーボンブラック(A)の含有量は、黒色感光性組成物の不揮発分100質量%中、10~20質量%が好ましく、15~20質量%がより好ましい。適量含有すると高い遮光性、反射率を抑制し易く 分散安定性が得やすい。
<分散剤(B)>
分散剤(B)は、例えば、樹脂型分散剤が挙げられる。
<樹脂型分散剤>
樹脂型分散剤は、着色剤であるカーボンブラック(A)に吸着する着色剤親和性部位、およびカーボンブラック(A)以外の成分と相溶性がある緩和部位とを有する分散剤である。樹脂型分散剤は、例えば、ポリウレタン等のウレタン系分散剤、ポリアクリレート等のポリカルボン酸エステル、不飽和ポリアミド、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸(部分)アミン塩、ポリカルボン酸アンモニウム塩、ポリカルボン酸アルキルアミン塩、ポリシロキサン、長鎖ポリアミノアマイドリン酸塩、水酸基含有ポリカルボン酸エステルや、これらの変性物、ポリ(低級アルキレンイミン)と遊離のカルボキシル基を有するポリエステルとの反応により形成されたアミドやその塩等の油性分散剤、(メタ)アクリル酸-スチレン共重合体、(メタ)アクリル酸-(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン-マレイン酸共重合体、ポリビニルアルコ-ル、ポリビニルピロリドン等の水溶性樹脂や水溶性高分子化合物、ポリエステル系、変性ポリアクリレート系、エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド付加化合物、リン酸エステル系等が挙げられる。
樹脂型分散剤は、例えば、そのイオン性から分類すると、塩基性樹脂型分散剤、酸性樹
脂型分散剤が挙げられる。また、樹脂型分散剤は、分子構造でいうと直鎖状、櫛形等が挙げられる。
<塩基性樹脂型分散剤>
塩基性樹脂型分散剤は、塩基性基を有する分散剤である。塩基性基は、窒素原子を有する官能基である。塩基性基は、例えば、1級アミノ基、2級アミノ基、3級アミノ基、4級アンモニウム塩基、含窒素複素環等が挙げられる。
塩基性樹脂型分散剤は樹脂タイプでいうと、例えば、ビニル系ブロック共重合体、ビニル系ランダム共重合体、ウレタン系樹脂等が挙げられる。
塩基性樹脂型分散剤は、下記一般式(3)で示す単量体単位、一般式(4)で示す単量体単位、および一般式(5)で示す単量体単位からなる群より選ばれる1種以上を有するビニル系樹脂が好ましい。
Figure 0007528512000001
一般式(1) において、R1~R3は、相互に独立に、水素原子、又は置換基を有して
いてもよい鎖状若しくは環状の炭化水素基を示し、R1~R3のうち2つ以上が互いに結合して環状構造を形成してもよい。R4 は水素原子又はメチル基を示し、Xは2価の連結基を示し、Yは対アニオンを示す。
一般式(2)において、R及びRは、相互に独立に、水素原子、又は置換基を有していてもよい鎖状若しくは環状の炭化水素基を示し、R及びRが互いに結合して環状構造を形成してもよい。Rは水素原子又はメチル基を示し、Xは2価の連結基を示す。
一般式(3)において、Rは水素原子、炭素数1~18のアルキル基、炭素数6~20のアリール基、炭素数7~12のアラルキル基、アシル基、オキシラジカル基、またはOR12を表し、R12は、水素原子、炭素数1~18のアルキル基、炭素数6~20のアリール基、炭素数7~12のアラルキル基、またはアシル基を表し、R、R、R10、R11はそれぞれ独立に、メチル基、エチル基、またはフェニル基を示す。Rは水素原子又はメチル基を示し、Xは2価の連結基を示す。
<ビニル系樹脂型分散剤(B1)>
本明細書で塩基性樹脂型分散剤は、一般式(3)で示す単量体単位を有するビニル系樹脂型分散剤(B1)が好ましい。これによりカーボンブラック(A)の分散安定性がより向上する。
ビニル系樹脂型分散剤(B1)は、一般式(3)で示す単量体単位、およびその他単量体単位を含有する。ビニル系樹脂型分散剤(B1)は、カーボンブラック(A)に対する分散安定性が向上すればよく、ランダム重合体、ブロック重合体のいずれでもよい。
一般式(3)で示す単量体単位を構成するモノマーは、例えば、下記一般式(8-1)で示す化合物、下記一般式(8-2)で示す化合物が好ましい。
Figure 0007528512000002
一般式(8-1)及び一般式(8-2)において、R5およびR7は、それぞれ独立に水素原子、メチル基を示し、R6は、メチレン基、炭素数2~5のアルキレン基を示し、エ
チレン基、プロピレン基が好ましく、エチレン基がより好ましい。Xは、下記一般式(4)で表される基であり、Yは、-CONH-、-SO2-、-SO2NH-を示す。nは0~9の整数を示し、0~8が好ましく、0~6がより好ましい。
Figure 0007528512000003
一般式(4)中、R~Rは、一般式(3)のR~R11にそれぞれ対応する。「
★」は、結合手である。
一般式(8-1)で示す化合物は、例えば、下記一般式(9-1)~(9-7)で示す化合物等が挙げられる。
Figure 0007528512000004
一般式(9-1)~一般式(9-7)において、R5は上記一般式(8-1)におけるR5と同義である。
一般式(8-2)で示す化合物の具体例としては、例えば、下記一般式(10-1)~(10-4)で示す化合物を挙げる事ができる。
Figure 0007528512000005
一般式(10-1)~一般式(10-4)において、R7は上記一般式(8-2)におけるR7と同義である。
これらのうち、2,2,6,6-テトラメチルピペリジルメタクリレート(上記一般式10-1)において、Rがメチル基である化合物)、1,2,2,6,6-ペンタメチルピペリジルメタクリレート(上記一般式10-2)においてRがメチル基である化合物)が好ましく、特に1,2,2,6,6-ペンタメチルピペリジルメタクリレート(上記一般式(10-2)が好ましい。
一般式(3)で示す単量体単位の含有量は、ビニル系樹脂型分散剤(B1)の全単量体単位中、1質量%~100質量%が好ましく、10質量%~80質量%がより好ましく、20質量%~70質量%がさらに好ましい。ビニル系樹脂型分散剤(B1)が一般式(3)で示す単量体単位を有すると、そのピペリジル骨格により嵩高く、立体障害を大きくできる。そのためカーボンブラック(A)を分散剤(B)で分散すると、他の材料が、カーボンブラック(A)に接触する機会を抑制できることで分散安定性がより向上する。
その他単量体は、(メタ)アクリル酸エステル、窒素含有基単量体、ビニル単量体が挙げられる。
(メタ)アクリル酸エステルは、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n-プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル;シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ターシャリブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、及びイソボルニル(メタ)アクリレート等の脂肪族環(メタ)アクリレート類;フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート等の芳香族(メタ)アクリレート類;テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、及び3-メチル-3-オキセタニル(メタ)アクリレート等の複素環式(メタ)アクリレート;メトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート等のアルコキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート;等が挙げられる。
窒素含有基単量体は、例えば、(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジエチル(メタ)アクリルアミド、N-イソプロピル(メタ)アクリルアミド、ダイアセトン(メタ)アクリルアミド、アクリロイルモルホリン等のN置換型(メタ)アクリルアミド;N,N-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N-ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等のアミノ基含有(メタ)アクリレート;メタ)アクリロニトリル等のニトリルが挙げられる。
ビニル単量体は、例えば、スチレン、α-メチルスチレン等のスチレン類;エチルビニルエーテル、n-プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、n-ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル等のビニルエーテル;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等の脂肪酸ビニル;等が挙げられる。
樹脂型分散剤を合成する際、有機溶剤を使用できる。有機溶剤は、例えば、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、酢酸イソブチル、ヘキサン、トルエン、キシレン、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、又はジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート等が挙げられる。
有機溶剤は、単独または2種類以上を併用して使用できる。
ビニル系樹脂型分散剤(B1)のアミン価は、50~350mgKOH/gが好ましい。適度なアミン価により低粘度、および分散安定性が得やすい。
<酸性樹脂型分散剤>
酸性樹脂型分散剤は、カルボキシル基を有する樹脂型分散剤が好ましい。カルボキシル基を有する樹脂型分散剤は、直鎖状の樹脂型分散剤、櫛型の樹脂型分散剤が好ましい。
(直鎖状の樹脂型分散剤)
直鎖状の樹脂型分散剤は、公知の方法で合成できる。例えば、特開2009-251481号公報、特開2007-23195号公報、特開1996-143651号公報に示されるような公知の方法を利用して合成できる。直鎖の樹脂型分散剤の製造方法の一例として、片末端に1つの水酸基を有するビニル系重合体を原料として、トリメリット酸無水物を水酸基に付加することで合成できる。
前記直鎖の樹脂型分散剤における数平均分子量とは、例えば上記の製造方法においてはトリメリット酸無水物(芳香族トリカルボン酸無水物)を水酸基に付加させたビニル重合
体全体の分子量を指す。
(櫛形の樹脂型分散剤)
櫛型の樹脂型分散剤は、公知の方法で合成できる。例えば、特開2009-251481号公報、特開2009-251481号公報に示されるような公知の方法で合成できる。櫛型の樹脂型分散剤の製造方法の一例として、片末端に2つの水酸基を有するビニル系重合体を原料として、ピロメリット酸無水物(芳香族テトラカルボン酸二無水物)を水酸基に付加することで合成できる。
前記櫛型の樹脂型分散剤における側鎖の数平均分子量とは、例えば上記の製造方法においては片末端に2つの水酸基を有するビニル系重合体の分子量を指す。
片末端に水酸基を有する重合体は、公知の方法を利用して製造することができる。例えば、特開2009-251481号公報に示されるような方法で、分子内に水酸基とチオール基とを有する化合物をエチレン性不飽和単量体と混合して加熱することで得ることができる。
分子内に水酸基とチオール基とを有する化合物は、例えば、メルカプトメタノール、2-メルカプトエタノール、3-メルカプト-1-プロパノール、1-メルカプト-2-ブタノール、及び2-メルカプト-3-ブタノール、1-メルカプト-1,1-メタンジオール、1-メルカプト-1,1-エタンジオール、3-メルカプト-1,2-プロパンジオール(チオグリセリン)、2-メルカプト-1,2-プロパンジオール、2-メルカプト-2-メチル-1,3-プロパンジオール、2-メルカプト-2-エチル-1,3-プロパンジオール、1-メルカプト-2,2-プロパンジオール、2-メルカプトエチル-2-メチル-1,3-プロパンジオール、及び2-メルカプトエチル-2-エチル-1,3-プロパンジオール等が挙げられる。
前記重合体の合成に使用できる単量体は、例えば、水酸基、オキセタン基、t-ブチル基およびブロックイソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも1種の熱架橋性官能基を有する単量体、カルボキシル基含有単量体、その他単量体が挙げられる。なお、その他単量体は、既に例示した単量体は使用できる。
水酸基含有単量体は、例えば、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2(又は3)-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2(又は3又は4)-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート及びシクロヘキサンジメタノールモノ(メタ)アクリレートなどのヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、及びエチル-α-ヒドロキシメチルアクリレートなどのアルキル-α-ヒドロキシアルキルアクリレート;
水酸基を有する(メタ)アクリルアミド系単量体として、例えば、N-(2-ヒドロキシエチル)(メタ)アクリルアミド、N-(2-ヒドロキシプロピル)(メタ)アクリルアミド、N-(2-ヒドロキシブチル)(メタ)アクリルアミドなどのN-(ヒドロキシアルキル)(メタ)アクリルアミド;
水酸基を有するビニルエーテル系単量体として、例えば、2-ヒドロキシエチルビニルエーテル、2-(又は3-)ヒドロキシプロピルビニルエーテル、2-(又は3-又は4-)ヒドロキシブチルビニルエーテルなどのヒドロキシアルキルビニルエーテル;
水酸基を有するアリルエーテル系単量体として、例えば、2-ヒドロキシエチルアリルエーテル、2-(又は3-)ヒドロキシプロピルアリルエーテル、2-(又は3-又は4-)ヒドロキシブチルアリルエーテルなどのヒドロキシアルキルアリルエーテルが挙げられる。
オキセタン基含有単量体は、例えば、(ビニルオキシアルキル)アルキルオキセタン、
(メタ)アクリロイルオキシアルキルオキセタン、〔(メタ)アクリロイルオキシアルキル〕アルキルオキセタン等が挙げられる。これらに中でも、メタクリル酸(3-エチルオキセタン―3-イル)メチルが好ましい。
t-ブチル基を有する単量体は、例えば、t-ブチルメタクリレート、t-ブチルアクリレート等が挙げられる。
ブロックイソシアネート基含有単量体は、例えば、メタクリル酸2-(0-[1‘-メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ)エチル、2-[(3,5-ジメチルピラゾリル)カルボニルアミノ]エチルメタクリレート等が挙げられる。
熱架橋性官能基含有単量体の使用量は、全単量体中5~90質量%が好ましく、20~60質量%がより好ましい。適量使用すると被膜の耐溶剤性がより向上する。
カルボキシル基含有単量体は、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、α-クロルアクリル酸、けい皮酸等が挙げられる。これらの中でも、(メタ)アクリル酸が好ましい。
芳香族トリカルボン酸無水物は、例えば、ベンゼントリカルボン酸無水物(1,2,3-ベンゼントリカルボン酸無水物、トリメリット酸無水物(1,2,4-ベンゼントリカルボン酸無水物)等)、ナフタレントリカルボン酸無水物(1,2,4-ナフタレントリカルボン酸無水物、1,4,5-ナフタレントリカルボン酸無水物、2,3,6-ナフタレントリカルボン酸無水物、1,2,8-ナフタレントリカルボン酸無水物等)、3,4,4’-ベンゾフェノントリカルボン酸無水物、3,4,4’-ビフェニルエーテルトリカルボン酸無水物、3,4,4’-ビフェニルトリカルボン酸無水物、2,3,2’-ビフェニルトリカルボン酸無水物、3,4,4’-ビフェニルメタントリカルボン酸無水物、及び3,4,4’-ビフェニルスルホントリカルボン酸無水物等が挙げられる。
芳香族テトラカルボン酸二無水物としては、ピロメリット酸二無水物、エチレングリコールジ無水トリメリット酸エステル、プロピレングリコールジ無水トリメリット酸エステル、ブチレングリコールジ無水トリメリット酸エステル、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ジメチルジフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-テトラフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-フランテトラカルボン酸二無水物、4,4’-ビス(3,4-ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルスルフィド二無水物、4,4’-ビス(3,4-ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルスルホン二無水物、4,4’-ビス(3,4-ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルプロパン二無水物、3,3’,4,4’-パーフルオロイソプロピリデンジフタル酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビス(フタル酸)フェニルホスフィンオキサイド二無水物、p-フェニレン-ビス(トリフェニルフタル酸)二無水物、m-フェニレン-ビス(トリフェニルフタル酸)二無水物、ビス(トリフェニルフタル酸)-4,4’-ジフェニルエーテル二無水物、ビス(トリフェニルフタル酸)-4,4’-ジフェニルメタン二無水物、9,9-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレン二無水物、9,9-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレン二無水物、3,4-ジカルボキシ-1,2,3,4-テトラヒドロ-1-ナフタレンコハク酸二無水物、又は3,4-ジカルボキシ-1,2,3,4-テトラヒドロ-6-メチル-1-ナフタレンコハク酸二無水物等が挙げられる。
樹脂型分散剤の使用量は、カーボンブラック(A)100質量部に対し、1~200質量部が好ましく、20~150質量部がより好ましく、30~120質量部がさらに好ましい。
樹脂型分散剤の数平均分子量は、500~30,000が好ましい。適度な数平均分子量を有すると適度な粘度が得られ、分散安定性もより向上する。
<分散助剤>
分散助剤は、カーボンブラック(A)の表面に吸着することで、カーボンブラック(A)の表面が極性を持ち、分散剤(B)と親和し易くなることでカーボンブラック(A)の分散性がより向上する。
カーボンブラック(A)に分散助剤を添加し、例えば、アシッドペースティング、アシッドスラリー、ドライミリング、ソルトミリング、またはソルベントソルトミリング等の分散処理を行う事で、顔料表面に分散助剤が吸着するため、分散助剤を添加しない場合と比較してカーボンブラック(A)の分散粒子径を微細化できる。分散助剤は、誘導体(特定の構造に酸性基、および塩基性基を有する化合物)が好ましい。誘導体の中でも、トリアジン環を有する誘導体(以下、トリアジン系誘導体という)が好ましい。トリアジン系誘導体は、酸性基を有するトリアジン系誘導体が好ましい。これにより粘度安定性が向上する。
誘導体は、置換基として有機色素残基を有する化合物を色素誘導体という。色素誘導体は、誘導体骨格に有機色素残基、ならびに酸性基、および塩基性基、および中性基などを有する化合物である。色素誘導体は、例えば、スルホ基、カルボキシ基、リン酸基などの酸性置換基を有する化合物及びこれらのアミン塩や、スルホンアミド基や末端に3級アミノ基などの塩基性置換基を有する化合物、フェニル基やフタルイミドアルキル基などの中性置換基を有する化合物が挙げられる。
前記有機色素は、例えばジケトピロロピロール系顔料、アントラキノン系顔料、キナクリドン系顔料、ジオキサジン系顔料、ペリノン系顔料、ペリレン系顔料、チアジンインジゴ系顔料、トリアジン系顔料、ベンズイミダゾロン系顔料、ベンゾイソインドール等のインドール系顔料、イソインドリン系顔料、イソインドリノン系顔料、キノフタロン系顔料、ナフトール系顔料、スレン系顔料、金属錯体系顔料、アゾ、ジスアゾ、ポリアゾ等のアゾ系顔料等が挙げられる。
有機色素の具体例は、ジケトピロロピロール系色素誘導体としては、特開2001-220520号公報、WO2009/081930号パンフレット、WO2011/052617号パンフレット、WO2012/102399号パンフレット、特開2017-156397号公報;フタロシアニン系色素誘導体としては、特開2007-226161号公報、WO2016/163351号パンフレット、特開2017-165820号公報、特許第5753266号公報;アントラキノン系色素誘導体は、特開昭63-264674号公報、特開平09-272812号公報、特開平10-245501号公報、特開平10-265697号公報、特開2007-079094号公報、WO2009/025325号パンフレット;キナクリドン系色素誘導体は、特開昭48-54128号公報、特開平03-9961号公報、特開2000-273383号公報;オキサジン系色素誘導体は、特開2011-162662号公報;チアジンインジゴ系色素誘導体は、特開2007-314785号公報;トリアジン系色素誘導体は、特開昭61-246261号公報、特開平11-199796号公報、特開2003-165922号公報、特開2003-168208号公報、特開2004-217842号公報、特開2007-314681号公報;ベンゾイソインドール系色素誘導体は、特開2009-57478号公報;キノフタロン系色素誘導体は、特開2003-167112号公報、特開2006-291194号公報、特開2008-31281号公報、特開2012-226110号公報;ナフトール系色素誘導体は、特開2012-208329号公報、特開2014-5439号公報;アゾ系色素誘導体は、特開2001-172520号公報、特開2012-172092号公報;酸性置換基は、特開2004-307854号公報;塩基性置換基は、特開2002-201377号公報、特開2003-171594号公報、特開2005-181383号公報、特開2005-213404号公報等が挙げられる。
酸性基を有するトリアジン系誘導体は、例えば、下記一般式(20)で示す化合物、下記一般式(21)で示す化合物が挙げられる。
一般式(20)
Figure 0007528512000006
[一般式(20)中、Xは、NH、O、CONH、SONH、CHNH、CHNHCOCHNH又はXYXを表し、X及びXは、各々独立して、NH又はOを表し、Xは、CONH、SONH、CHNH、NHCO又はNHSOを表し、Yは、炭素数1~20で構成された、置換基を有してもよい炭素数1~20のアルキレン基、置換基を有してもよい炭素数1~20のアルケニレン基又は置換基を有してもよい炭素数1~20のアリ-レン基を表し、Zは、SOM、COM又はP(O)(OM)を表し、Mは、1~3価のカチオンの一当量を表し、R21は、有機色素残基、置換基を有していてもよい複素環残基、置換基を有していてもよい芳香族環残基又は下記一般式(22)で表される基を表し、Qは、OR22、NHR22、ハロゲン原子、X又はXYZを表し、R22は、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基又は置換基を有してもよいアルケニル基を表す。]
一般式(22)
Figure 0007528512000007
[一般式(22)中、Xは、NH又はOを表し、X及びXは、各々独立して、NH、O、CONH、SONH、CHNH又はCHNHCOCHNHを表し、R23及びR24は、各々独立して、有機色素残基、置換基を有していてもよい複素環残基、置換基を有していてもよい芳香族環残基又はYZを表し、Yは、炭素数1~20で構成された、置換基を有してもよい炭素数1~20のアルキレン基、置換基を有してもよい炭素数1~20のアルケニレン基又は置換基を有してもよい炭素数1~20のアリ-レン基を表し、Zは、SOM、COM又はP(O)(OM)を表す。]
一般式(20)のR21及び一般式(22)のR23、R24で表される有機色素残基は、例えば、ジケトピロロピロール系色素、アゾ、ジスアゾ、ポリアゾ等のアゾ系色素、フタロシアニン系色素、ジアミノジアントラキノン、アントラピリミジン、フラバントロン、アントアントロン、インダントロン、ピラントロン、ビオラントロン等のアントラキノン系色素、キナクリドン系色素、ジオキサジン系色素、ぺリノン系色素、ぺリレン系色素、チオインジゴ系色素、イソインドリン系色素、イソインドリノン系色素、キノフタロン系色素、スレン系色素等が挙げられる。これらの中でもアゾ系色素、ジケトピロロピロール系色素、無金属フタロシアニン系色素、キナクリドン系色素、ジオキサジン系色素は、分散性や光吸収性に優れるため好ましい。
一般式(20)のR21及び一般式(22)のR23、R24で表される複素環残基及び芳香族環残基としては、例えば、チオフェン、フラン、ピリジン、ピラゾ-ル、ピロール、イミダゾ-ル、イソインドリン、イソインドリノン、ベンズイミダゾロン、ベンズチアゾ-ル、ベンズトリアゾ-ル、インド-ル、キノリン、カルバゾ-ル、アクリジン、ベンゼン、ナフタリン、アントラセン、フルオレン、フェナントレン、アントラキノン等が挙げられる。
一般式(20)及び一般式(22)のYとしては、好ましくは、置換されていてもよいフェニレン基、ビフェニレン基、ナフチレン基又は置換基を有していてもよい炭素数が10以下のアルキレン基が挙げられる。
一般式(20)のR22におけるアルキル基及びアルケニル基は、好ましくは炭素数20以下であり、更に好ましくは置換基を有していてもよい炭素数が10以下のアルキル基が挙げられる。
有してもよい置換基としては、フッ素原子、塩素原子、および臭素原子等のハロゲン原子、水酸基、ならびにメルカプト基等が挙げられる。
一般式(20)中のMで表される1~3価のカチオンとしては、水素原子(プロトン)、金属カチオン、4級アンモニウムカチオンが挙げられる。また、構造中にMを2つ以上有する場合、Mは、水素原子(プロトン)、金属カチオン、4級アンモニウムカチオンのいずれかひとつのみでも良いし、これらの組み合わせでも良い。金属カチオンの金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、バリウム、マグネシウム、アルミニウム、ニッケル、コバルト等が挙げられる。これらの中でも、より好ましくは、金属カチオン又は4級アンモニウムカチオンであり、特に好ましくは4級アンモニウムカチオンである。
分散助剤の使用量は、カーボンブラック(A)100質量部に対し、1~100質量部が好ましく、3~70質量部がより好ましく、5~50質量部がさらに好ましい。
分散剤(B)は、単独または2種類以上を併用して使用できる。前記併用は、例えば、塩基性樹脂型分散剤と、酸性樹脂型分散剤との組合せが好ましい。
また、分散剤(B)と分散助剤の併用は、(1)塩基性樹脂型分散剤と酸性基を有する分散助剤との組合せ、(2)酸性樹脂型分散剤と酸性基を有する分散助剤との組合せが挙げられる。これらの併用に対して、さらに他の分散剤(B)を併用できる。本明細書では、塩基性ビニル系樹脂型分散剤(B1)、および酸性基を有する分散助剤を使用するとカーボンブラック(A)の分散安定性がより向上する。
<バインダ樹脂(C)>
黒色感光性組成物は、バインダ樹脂(C)を含有する。これにより被膜を形成しやすくなる。また、バインダ樹脂(C)は、400~700nmの全波長領域において透過率が好ましくは80%以上、より好ましくは95%以上の樹脂が好ましい。これによりカーボンブラック(A)の黒さが低下しにくい。
バインダ樹脂(C)は、その主たる硬化方式で分類すると熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、活性エネルギー線硬化性樹脂が挙げられる。活性エネルギー線硬化性樹脂は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂に活性エネルギー線硬化性を付与した樹脂である。また、バインダ樹脂(C)は、現像性を有するアルカリ可溶性樹脂が好ましい。アルカリ可溶性は、カラーフィルタ作製時のアルカリ現像工程において現像溶解性を付与するためのものであり、酸性基が必要である。本明細書でバインダ樹脂(C)は、活性エネルギー線硬化性アルカリ可溶性樹脂が好ましい。
<熱可塑性樹脂>
熱可塑性樹脂は、例えば、アクリル樹脂、ブチラール樹脂、スチレン-マレイン酸共重合体、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル-酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル樹脂、ビニル系樹脂、アルキッド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ゴム系樹脂、環化ゴム系樹脂、セルロース類、ポリエチレン(HDPE、LDPE)、ポリブタジエン、及びポリイミド樹脂等が挙げられる。
<アルカリ可溶性樹脂>
アルカリ可溶性樹脂を用いることで、ブラックマトリックスをフォトリソグラフィー法で作製する場合、黒色感光性組成物から形成した被膜に現像性が得られる。
アルカリ可溶性樹脂の質量平均分子量(Mw)は、2,000~40,000が好ましく、3,000~30,000がより好ましく、4,000~20,000がさらに好ましい。また、Mw/Mnの値は、10以下が好ましい。適度なMwによりアルカリ現像溶解性がより向上する。
<活性エネルギー線硬化性アルカリ可溶性樹脂>
活性エネルギー線硬化性アルカリ可溶性樹脂は、エチレン性不飽和基を有することが好
ましい。エチレン性不飽和基は、例えば、次の(i)、 (ii)、または (iii)の方法で導入できる。活性エネルギー線硬化性アルカリ可溶性樹脂を使用すると被膜は3次元架橋されることで架橋密度が上がり、薬品耐性が向上する。
[方法(i)]
方法(i)は、例えば、まず、エポキシ基含有単量体、およびそれ単量体の重合体を合成する。次いで、前記重合体のエポキシ基に、カルボキシル基含有単量体を付加し、生成した水酸基に、多塩基酸無水物を反応させてアルカリ可溶性樹脂を得る方法が挙げられる。
エポキシ基含有単量体は、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、メチルグリシジル(メタ)アクリレート、2-グリシドキシエチル(メタ)アクリレート、3,4-エポキシブチル(メタ)アクリレート、及び3,4-エポキシシクロヘキシル(メタ)アクリレートが挙げられる。これらの中でも、反応性の観点で、グリシジル(メタ)アクリレートが好ましい。
カルボキシル基含有単量体は、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、o-、m-、p-ビニル安息香酸、(メタ)アクリル酸のα位ハロアルキル、アルコキシル、ハロゲン、ニトロ、シアノ置換体等のモノカルボン酸等が挙げられる。
多塩基酸無水物は、例えば、テトラヒドロ無水フタル酸、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水コハク酸、無水マレイン酸等が挙げられる。
また、方法(i)に似た方法として、例えば、カルボキシル基含有単量体、およびそれ以外に単量体を合成し重合体を作製する。次いで、前記重合体のカルボキシル基の一部にエポキシ基含有単量体を付加し、アルカリ可溶性樹脂を得る方法が挙げられる。
[方法(ii)]
方法(ii)は、例えば、水酸基含有単量体、カルボキシル基含有単量体、およびそれ以外の単量体を重合し重合体を作製する。次いで、前記重合体の水酸基に、イソシアネート基含有単量体のイソシアネート基を反応させる方法が挙げられる。それ以外の単量体は、例えば、既に例示したその他単量体、マレイミド、およびリン酸エステル基含有単量体等が挙げられる。
イソシアネート基含有単量体は、例えば、2-(メタ)アクリロイルエチルイソシアネート、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルイソシアネート、又は1,1-ビス〔メタアクリロイルオキシ〕エチルイソシアネート等が挙げられる。
マレイミドは、例えば,シクロヘキシルマレイミド、フェニルマレイミド、メチルマレイミド、エチルマレイミド、1,2-ビスマレイミドエタン1,6-ビスマレイミドヘキサン、3-マレイミドプロピオン酸、6,7-メチレンジオキシ-4-メチル-3-マレイミドクマリン、4,4’-ビスマレイミドジフェニルメタン、ビス(3-エチル-5-メチル-4-マレイミドフェニル)メタン、N,N’-1,3-フェニレンジマレイミド、N,N’-1,4-フェニレンジマレイミド、N-(1-ピレニル)マレイミド、N-(2,4,6-トリクロロフェニル)マレイミド、N-(4-アミノフェニル)マレイミド、N-(4-ニトロフェニル)マレイミド、N-ベンジルマレイミド、N-ブロモメチル-2,3-ジクロロマレイミド、N-スクシンイミジル-3-マレイミドベンゾエート、N-スクシンイミジル-3-マレイミドプロピオナート、N-スクシンイミジル-4-マレイミドブチラート、N-スクシンイミジル-6-マレイミドヘキサノアート、N-[4-(2-ベンゾイミダゾリル)フェニル]マレイミド、9-マレイミドアクリジン等のN-置換マレイミド等が挙げられる。
リン酸エステル基含有単量体は、例えば、前記水酸基含有単量体の水酸基に、5酸化リンやポリリン酸等のリン酸エステル化剤を反応させた単量体である。
また、その他単量体は、次の単量体を含む。例えば、下記一般式(12)で示す化合物である。一般式(12)で示す化合物は、例えば、EO変性クレゾールアクリレート、n-ノニルフェノキシポリエチレングリコールアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、エトキシ化フェニルアクリレート、フェノールのエチレンオキサイド(EO)変性(メタ)アクリレート、パラクミルフェノールのEO又はプロピレンオキサイド(PO)変性(メタ)アクリレート、ノニルフェノールのEO変性(メタ)アクリレート、ノニルフェノールのPO変性(メタ)アクリレート等が挙げられる。
Figure 0007528512000008
一般式(12)中、Rは、水素原子、又はメチル基であり、Rは、炭素数2若しくは3のアルキレン基であり、Rは、ベンゼン環を有していてもよい炭素数1~20のアルキル基であり、nは、1~15の整数である。
[方法(iii)]
方法(iii)は、環状エーテル含有単量体とその他単量体とを共重合することでエチレン性不飽和基を導入できる。
環状エーテル含有単量体は、例えば、テトラヒドロフラン骨格、フラン骨格、テトラヒドロピラン骨格、ピラン骨格、ラクトン骨格の郡から選ばれる1以上の骨格を有する単量体である。
テトラヒドロフラン骨格は、例えば、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、2-メタクリロイルオキシ-プロピオン酸テトラヒドロフルフリルエステル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフラン-3-イルエステルな等;フラン骨格は、例えば、2-メチル-5-(3-フリル)-1-ペンテン-3-オン、フルフリル(メタ)アクリレート、1-フラン-2-ブチル-3-エン-2-オン、1-フラン-2-ブチル-3-メトキシ-3-エン-2-オン、6-(2-フリル)-2-メチル-1-ヘキセン-3-オン、6-フラン-2-イル-ヘキシ-1-エン-3-オン、アクリル酸2-フラン-2-イル-1-メチル-エチルエステル、6-(2-フリル)-6-メチル-1-ヘプテン-3-オン等;テトラヒドロピラン骨格は、例えば、(テトラヒドロピラン-2-イル)メチルメタクリレート、2,6-ジメチル-8-(テトラヒドロピラン-2-イルオキシ)-オクト-1-エン-3-オン、2-メタクリル酸テトラヒドロピラン-2-イルエステル、1-(テトラヒドロピラン-2-オキシ)-ブチル-3-エン-2-オン等;ピラン骨格は、例えば、4-(1,4-ジオキサ-5-オキソ-6-ヘプテニル)-6-メチル-2-ピロン、4-(1,5-ジオキサ-6-オキソ-7-オクテニル)-6-メチル-2-ピロン等;ラクトン骨格は、例えば、2-プロペン酸2-メチル-テトラヒドロ-2-オキソ-3-フラニルエステル、2-プロペン酸2-メチル-7-オキソ-6-オクサビシクロ[3.2.1]オクト-2-イルエステル、2-プロペン酸2-メチル-ヘキサヒドロ-2-オキソ-3,5-メタノ-2H-シクロペンタ[b]フラン-7-イルエステル、2-プロペン酸2-メチル-テトラヒドロ-2-オキソ-2H-ピラン-3-イルエステル、2-プロペン酸(テトラヒドロ-5-オキソ-2-フラニル)メチルエステル、2-プロペン酸ヘキサヒドロ-2-オキソ-2,6-メタノフロ[3,2-b]-6-イルエステル、2-プロペン酸2-メチル-2-(テトラヒドロ-5-オキソ-3-フラニル)エチルエステル、2-プロペン酸2-メチル-デカヒドロ-8-オキソ-5,9-メタノ-2H-フロ[3,4-g]-1-ベンゾピラン-2-イルエステル、2-プロペン酸2-メチル-2-[(ヘキサヒドロ-2-オキソ-3,5-メタノ-2H-シクロペンタ[b]フラン-6-イル)オキシ]エチルエステル、2-プロペン酸3-オキソ-3-[(テトラヒドロ-2-オキソ-3-フラニル)オキシ]プロピルエステル、2-プロペン酸2-メチル-2-オキシ-1-オクサスピロ[4.5]デク-8-イルエステル等が挙げられる。これらの中でもテトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレートが好ましい。
<エチレン性不飽和基を有しないアルカリ可溶性樹脂>
黒色感光性組成物は、被膜の硬化度を調製するために、活性エネルギー線硬化性アルカリ可溶性樹脂と活性エネルギー線硬化性を有しないアルカリ可溶性樹脂を併用できる。
アルカリ可溶性樹脂は、酸性基を有する熱可塑性樹脂が好ましい。酸性基は、例えば、カルボキシル基、スルホン基等が挙げられる。アルカリ可溶性樹脂は、例えば、酸性基を有するアクリル樹脂、α-オレフィン/(無水)マレイン酸共重合体、スチレン/スチレンスルホン酸共重合体、エチレン/(メタ)アクリル酸共重合体、又はイソブチレン/(無水)マレイン酸共重合体等が挙げられる。これらの中でも、現像性、耐熱性、透明性の面で酸性基を有するアクリル樹脂、スチレン/スチレンスルホン酸共重合体が好ましく、酸性基を有するアクリル樹脂がより好ましい。
アルカリ可溶性樹脂の酸価は、50~200mgKOH/gが好ましく、70~180
がより100~180KOHmg/gのビニル樹脂(C1)が好ましい。これにより遮光板の反射率をより抑制できる上、現像性がより向上する。
ビニル樹脂(C1)は、全単量体単位中にカルボキシル基含有単量体単位を10~40質量%含有することが好ましい。
また、ビニル樹脂(C1)は、全単量体単位中に水酸基含有単量体単位を10~40質量%含有することが好ましい。
ビニル樹脂(C1)は、カルボキシル基含有単量体単位や水酸基含有単量体単位以外に樹脂型分散剤の合成で使用できる単量体を使用できる。
本明細書ではバインダ樹脂(C)として、酸価100~180KOHmg/gのビニル樹脂(C1)を含有することが好ましい。これにより遮光板の反射率をより抑制できる。
また、酸価100~180KOHmg/gのビニル樹脂(C1)の含有量は、バインダ樹脂(C)全量100質量%中、20~100質量%で反射率低下と現像残渣が良好となり、20~80質量%がより好ましい。
バインダ樹脂(C)の質量平均分子量(Mw)は、2,000~40,000が好ましく、3,000~30,000がより好ましく、4,000~20,000がさらに好ましい。また、Mw/Mnの値は10以下であることが好ましい。適度な質量平均分子量を有すると密着性がより向上する。
バインダ樹脂(C)の含有量は、カーボンブラック(A)100質量部に対して、20~400質量部が好ましく、50~250質量部がより好ましい。適量含有すると遮光性、および低反射率を高い水準で両立できる。
バインダ樹脂(C)は、単独または2種類以上を併用して使用できる。
<光重合性化合物(D)>
光重合性化合物(D)は、9以上のエチレン性不飽和結合を有し、二重結合当量が110~180g/molの多官能ウレタンアクリレート(D1)を含む。これにより反射率を抑制し、シワの発生が抑制できる。一般に二重結合当量とは、エチレン性不飽和結合1molあたりの質量として計算される。光重合性化合物の場合は、その化合物の分子量をその化合物に含まれるエチレン性不飽和結合の数で割ることで計算できる。
<多官能ウレタンアクリレート(D1)>
多官能ウレタンアクリレート(D1)は、9以上のエチレン性不飽和結合を有し、二重結合当量が110~180g/molのウレタン結合を有する化合物である。多官能ウレタンアクリレート(D1)は、例えば、(1)水酸基を有する(メタ)アクリレートに多官能イソシアネートを反応させて得られる多官能ウレタンアクリレート、(2)多価アルコールに多官能イソシアネートを反応させ、さらに水酸基を有する(メタ)アクリレートを反応させて得られる多官能ウレタンアクリレート等が挙げられる。
水酸基を有する(メタ)アクリレートは、例えば、2-ヒドロキシエチル(メタ)アク
リレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(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、ジトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールエチレンオキサイド変性ペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールプロピレンオキサイド変性ペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールカプロラクトン変性ペンタ(メタ)アクリレート、グリセロールアクリレートメタクリレート、グリセロールジメタクリレート、2-ヒドロキシ-3-アクリロイルプ
ロピルメタクリレート、エポキシ基含有化合物とカルボキシ(メタ)アクリレートの反応物、水酸基含有ポリオールポリアクリレート等が挙げられる。
多官能イソシアネートは、例えば、トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジフェニルメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ポリイソシアネート等が挙げられる。
多官能ウレタンアクリレート(D1)は、水酸基を有する(メタ)アクリレートがジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレートと、多官能イソシアネートがヘキサメチレンジイソシアネートとの反応物である多官能ウレタンアクリレートとの反応物が好ましい。前記反応物を使用すると反射率がより低減し、シワがより抑制できる。
多価アルコールを使用した場合、硬化塗膜の架橋度が高くなり、塗膜耐性が上がるため好ましい。多価アルコールとしては、プロピレングリコール、エチレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等が挙げられる。
多官能ウレタンアクリレート(D1)の含有量は、光重合性化合物(D)100質量%中の20~100質量%が好ましく、30~90質量%がより好ましい。適量含有すると高遮光性と低反射率をより高度に両立し、ポストキュア後のシワの発生がより抑制できる。
光重合性化合物(D)は、多官能ウレタンアクリレート(D1)以外に加え、その他光重合性化合物(D2)を含有できる。
<その他光重合性化合物(D2)>
その他光重合性化合物(D2)は、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピ
ル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、β-カルボキシエチル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、フェノキシテトラエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシヘキサエチレングリコール(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンPO変性トリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンEO変性トリ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸EO変性ジ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸EO変性トリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、メチロール化メラミンの(メタ)アクリル酸エステル、エポキシ(メタ)アクリレート、ウレタンアクリレート等の各種アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸、スチレン、酢酸ビニル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、エチレングリコールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、(メタ)アクリルアミド、N-ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-ビニルホルムアミド、アクリロニトリル等が挙げられる。
これらの市販品としては、日本化薬社製のKAYARAD R-128H、R526、PEG400DA、MAND、NPGDA、R-167、HX-220、R-551、R712、R-604、R-684、GPO-303、TMPTA、DPHA、DPEA-12、DPHA-2C、D-310、D-330、DPCA-20、DPCA-30、DPCA-60、DPCA-120、及び東亜合成社製のアロニックスM-303、M-305、M-306、M-309、M-310、M-321、M-325、M-350、M-360、M-313、M-315、M-400、M-402、M-403、M-404、M-405、M-406、M-450、M-452、M-408、M-211B、M-101A、大阪有機社製のビスコート#310HP、#335HP、#700、#295、#330、#360、#GPT、#400、#405、新中村化学社製のNKエステルA-9300等が挙げられる。
また、その他光重合性化合物(D2)は、酸基を有することが好ましい。酸基は、例えば、スルホ基、カルボキシル基、リン酸基等が挙げられる。
酸基を有する光重合性化合物は、例えば、多価アルコールと(メタ)アクリル酸との遊離水酸基含有ポリ(メタ)アクリレート類と、ジカルボン酸類とのエステル化物;多価カルボン酸と、モノヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート類とのエステル化物等を挙げることができる。具体例としては、トリメチロールプロパンジアクリレート、トリメチロールプロパンジメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタメタクリレート等のモノヒドロキシオリゴアクリレート又はモノヒドロキシオリゴメタクリレート類と、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、フタル酸等のジカルボン酸類との遊離カルボキシル基含有モノエステル化物;プロパン-1,2,3-トリカルボン酸(トリカルバリル酸)、ブタン-1,2,4-トリカルボン酸、ベンゼン-1,2,3-トリカルボン酸、ベンゼン-1,3,4-トリカルボン酸、ベンゼン-1,3,5-トリカルボン酸等のトリカルボン酸類と、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルメタクリレート等のモノヒドロキシモノアクリレート又はモノヒドロキシモノメタクリレート類との遊離カルボキシル基含有オリゴエステル化物等が挙げられる。
これらの市販品は、大阪有機社製のビスコート#2500P、及び東亜合成社製アロニックスM-5300、M-5400、M-5700、M-510、M-520等が挙げられる。
光重合性化合物(D)は、単独、または2種以上併用して使用できる。
光重合性化合物(D)の含有量は、黒色感光性組成物の不揮発分100質量%中、30~50質量%が好ましく、35~45質量%がより好ましい。適量含有すると光硬化性および低反射化を高度に両立できる。
<光重合開始剤(E)>
光重合開始剤(E)は、紫外線等の光で光重合性化合物(D)の重合を開始できる活性種を発生する化合物である。
光重合開始剤(E)は、例えば、4-フェノキシジクロロアセトフェノン、4-t-ブチル-ジクロロアセトフェノン、ジエトキシアセトフェノン、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-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、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-(ジメチルアミノ)-1-[4-(4-モルホリノ)フェニル]-2-(フェニルメチル)-1-ブタノン、又は2-(ジメチルアミノ)-2-[(4-メチルフェニル)メチル]-1-[4-(4-モルホリニル)フェニル]-1-ブタノン等のアセトフェノン系化合物;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、又はベンジルジメチルケタール等のベンゾイン系化合物;ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、4-フェニルベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、アクリル化ベンゾフェノン、4-ベンゾイル-4’-メチルジフェニルサルファイド、又は3,3’,4,4’-テトラ(t-ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン等のベンゾフェノン系化合物;チオキサントン、2-クロルチオキサントン、2-メチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、2,4-ジイソプロピルチオキサントン、又は2,4-ジエチルチオキサントン等のチオキサントン系化合物;2,4,6-トリクロロ-s-トリアジン、2-フェニル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(p-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-(p-トリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-ピペロニル-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-スチリル-s-トリアジン、2-(ナフト-1-イル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4-メトキシ-ナフト-1-イル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2,4-トリクロロメチル-(ピペロニル)-6-トリアジン、又は2,4-トリクロロメチル-(4’-メトキシスチリル)-6-トリアジン等のトリアジン系化合物;1,2-オクタンジオン,1-〔4-(フェニルチオ)フェニル-,2-(O-ベンゾイルオキシム)〕、又はエタノン,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)等のオキシムエステル系化合物;ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキサイド、又はジフェニル-2,4,6-トリメチルベンゾイルホスフィンオキサイド等のホスフィン系化合物;9,10-フェナンスレンキノン、カンファーキノン、エチルアントラキノン等のキノン系化合物;ボレート系化合物;カルバゾール系化合物;イミダゾール系化合物;あるいは、チタノセン系化合物等が挙げられる。これらの中でも、オキシムエステル系化合物が好ましい。
光重合開始剤(E)は、単独または2種類以上を併用して使用できる。なお、本明細
書で光重合開始剤(E)は、オキシムエステル系化合物(E-1)であることが好ましい。
<オキシムエステル系化合物(E-1)>
オキシムエステル系化合物は、紫外線を吸収することによってオキシムのN-O結合の解裂がおこり、イミニルラジカルとアルキロキシラジカルを生成する。これらのラジカルは更に分解することにより活性の高いラジカルを生成するため、少ない露光量でパターンを形成させることができる。黒色感光性組成物のカーボンブラック濃度が高い場合、塗膜の紫外線透過率が低くなり塗膜の硬化度が低くなることがあるが、オキシムエステル系化合物は高い量子効率を持つため好適に使用される。
オキシムエステル系化合物の市販品は、例えば、1,2-オクタンジオン,1-[4-(
フェニルチオ)フェニル-,2-(O-ベンゾイルオキシム)](IRGACURE OXE-01)、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)(IRGACURE OXE- 02)(以上、BASFジャパン社製)、N-1919(ADEKA社製)、TRONLYTR-PBG-304、TRONLY TR-PBG-305、TRONLY TR-
PBG-309(以上、常州強力新材料社製)等が挙げられる。また、特開2007-210991号公報、特開2009-179619号公報、特開2010-037223号公報、特開2010-215575号公報、特開2011-020998号公報等に記載された光重合開始剤も挙げられる。
ここから
光重合開始剤(E)の含有量は、カーボンブラック(A)100質量%に対し、1~50質量%が好ましく、1~30質量%がより好ましい。適量配合すると光硬化性および現像性がより向上する。
<増感剤(F)>
黒色感光性組成物は、さらに増感剤を含有できる。
増感剤は、例えば、カルコン誘導体、ジベンザルアセトン等に代表される不飽和ケトン類、ベンジルやカンファーキノン等に代表される1,2-ジケトン誘導体、ベンゾイン誘導体、フルオレン誘導体、ナフトキノン誘導体、アントラキノン誘導体、キサンテン誘導体、チオキサンテン誘導体、キサントン誘導体、チオキサントン誘導体、クマリン誘導体、ケトクマリン誘導体、シアニン誘導体、メロシアニン誘導体、オキソノ-ル誘導体等のポリメチン色素、アクリジン誘導体、アジン誘導体、チアジン誘導体、オキサジン誘導体、インドリン誘導体、アズレン誘導体、アズレニウム誘導体、スクアリリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、テトラフェニルポルフィリン誘導体、トリアリールメタン誘導体、テトラベンゾポルフィリン誘導体、テトラピラジノポルフィラジン誘導体、フタロシアニン誘導体、テトラアザポルフィラジン誘導体、テトラキノキサリロポルフィラジン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、サブフタロシアニン誘導体、ピリリウム誘導体、チオピリリウム誘導体、テトラフィリン誘導体、アヌレン誘導体、スピロピラン誘導体、スピロオキサジン誘導体、チオスピロピラン誘導体、金属アレーン錯体、有機ルテニウム錯体、又はミヒラーケトン誘導体、α-アシロキシエステル、アシルフォスフィンオキサイド、メチルフェニルグリオキシレート、ベンジル、9,10-フェナンスレンキノン、カンファーキノン、エチルアンスラキノン、4,4’-ジエチルイソフタロフェノン、3,3’又は4,4’-テトラ(t-ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、4,4’-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン等が挙げられる。また、大河原信ら編「色素ハンドブック」(1986年、講談社)、大河原信ら編「機能性色素の化学」(1981年、シーエムシー)、池森忠三朗ら編、及び「特殊機能材料」(1986年、シーエムシー)に記載の増感剤が挙げられる。これらの中でもチオキサントン誘導体、ミヒラーケトン誘導体、カルバゾール誘導体が好ましい。具体的には、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-ジクロロチオキサントン、2-イソプロピルチオキサントン、4-イソプロピルチオキサントン、1-クロロ-4-プロポキシチオキサントン、4,4’-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’-ビス(エチルメチルアミノ)ベンゾフェノン、N-エチルカルバゾール、3-ベンゾイル-N-エチルカルバゾール、3,6-ジベンゾイル-N-エチルカルバゾール等がより好ましい。
増感剤の市販品は、「KAYACURE DETX-S」(2,4-ジエチルチオキサントン 日本化薬社製)、「CHEMARK DEABP」(4,4’-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン Chemark Chemical社製)等が挙げられる。
増感剤は、単独または2種類以上を併用して使用できる。
増感剤の含有量は、光重合開始剤(E)100質量部に対し、3~60質量部が好ましく、5~50質量部がより好ましい。適量含有すると光硬化性および現像性がより向上する。
<チオール系連鎖移動剤>
黒色感光性組成物は、連鎖移動剤を含有できる。連鎖移動剤は、チオール系連鎖移動剤が好ましい。チオール系連鎖移動剤は、光重合開始剤と併用すると光照射後のラジカル重合の際、酸素による重合阻害を受けにくいチイルラジカルが発生し、黒色感光性組成物の感度が向上する。
チオール系連鎖移動剤は、チオール基(SH基)2以上有するある多官能チオールが好ましい。なお、チオール系連鎖移動剤は、SH基を4以上有することがより好ましい。官能基数が増えると被膜の表面から最深部まで光硬化し易くなる。
多官能チオールは、例えば、ヘキサンジチオール、デカンジチオール、1,4-ブタンジオールビスチオプロピオネート、1,4-ブタンジオールビスチオグリコレート、エチレングリコールビスチオグリコレート、エチレングリコールビスチオプロピオネート、トリメチロールプロパントリスチオグリコレート、トリメチロールプロパントリスチオプロピオネート、トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトブチレート)、ペンタエリスリトールテトラキスチオグリコレート、ペンタエリスリトールテトラキスチオプロピオネート、トリメルカプトプロピオン酸トリス(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレート、1,4-ジメチルメルカプトベンゼン、2、4、6-トリメルカプト-s-トリアジン、2-(N,N-ジブチルアミノ)-4,6-ジメルカプト-s-トリアジンなどが挙げられ、好ましくは、エチレングリコールビスチオプロピオネート、トリメチロールプロパントリスチオプロピオネート、ペンタエリスリトールテトラキスチオプロピオネート等が挙げられる。
チオール系連鎖移動剤は、単独または2種類以上を併用して使用できる。
チオール系連鎖移動剤の含有量は、黒色感光性組成物の不揮発分100質量%中、1~10質量%が好ましく、2~8質量%がより好ましい。適量含有すると光感度、テーパー形状が向上し、被膜表面にシワが発生し難くなる。
<重合禁止剤>
黒色感光性組成物は、重合禁止剤を含有できる。これにより露光時にマスクの回折光による感光を防止し、良好なパターン形状が得やすくなる。
重合禁止剤は、例えば、カテコール、レゾルシノール、1,4-ヒドロキノン、2-メチルカテコール、3-メチルカテコール、4-メチルカテコール、2-エチルカテコール、3-エチルカテコール、4-エチルカテコール、2-プロピルカテコール、3-プロピルカテコール、4-プロピルカテコール、2-n-ブチルカテコール、3-n-ブチルカテコール、4-n-ブチルカテコール、2-tert-ブチルカテコール、3-tert-ブチルカテコール、4-tert-ブチルカテコール、3,5-ジ-tert-ブチルカテコール等のアルキルカテコール系化合物、2-メチルレゾルシノール、4-メチルレゾルシノール、2-エチルレゾルシノール、4-エチルレゾルシノール、2-プロピルレゾルシノール、4-プロピルレゾルシノール、2-n-ブチルレゾルシノール、4-n-ブチルレゾルシノール、2-tert-ブチルレゾルシノール、4-tert-ブチルレゾルシノール等のアルキルレゾルシノール系化合物、メチルヒドロキノン、エチルヒドロキノン、プロピルヒドロキノン、tert-ブチルヒドロキノン、2,5-ジ-tert-ブチルヒドロキノン等のアルキルヒドロキノン系化合物、トリブチルホスフィン、トリオクチルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリベンジルホスフィン等のホスフィン化合物、トリオクチルホスフィンオキサイド、トリフェニルホスフィンオキサイドなどのホスフィンオキサイド化合物、トリフェニルホスファイト、トリスノニルフェニルホスファイト等のホスファイト化合物、ピロガロール、フロログルシン等が挙げられる。
重合禁止剤の含有量は、黒色感光性組成物の不揮発分100質量%中、0.01~0.4質量%が好ましい。適量含有すると良好なパターン形状が得やすくなる。
<紫外線吸収剤>
黒色感光性組成物は、紫外線吸収剤を含有できる。紫外線吸収剤は、例えば、ベンゾトリアゾール系化合物、トリアジン系化合物、ベンゾフェノン系化合物、サリチル酸エステル系化合物、シアノアクリレート系化合物、及びサリシレート系化合物等が挙げられる。
ベンゾトリアゾール系化合物は、例えば、2-(5メチル-2-ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール、2-(2-ヒドロキシ-5-t-ブチルフェニル)-2H-ベンゾトリアゾール、2-[2-ヒドロキシ-3,5-ビス(α, α-ジメチルベンジル)フェニル]-2H-ベンゾトリアゾール、2-(3-tブチル-5-メチル-2-ヒドロキシフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾール、2-(2'-ヒドロキシ-5'-t-オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール、5%の2-メトキシ-1-メチルエチルアセテートと95%の
ベンゼンプロパン酸,3-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-(1,1-ジメチルエチル)-4-ヒドロキシ,C7-9側鎖及び直鎖アルキルエステルの混合物、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4,6-ビス(1-メチル-1-フェニルエチル)フェノール、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-6-(1-メチル-1-フェニルエチル)-4-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)フェノール、メチル3-(3-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-5-t-ブチル-4-ヒドロキ
シフェニル)プロピオネート/ポリエチレングリコール300の反応生成物、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)フェノール、2,2’-メチレンビス[6-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)フェノール]、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-p-クレゾール、2-(5-クロロ-2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-6-t-ブチル-4-メチルフェノール、2-(3,5-ジ-t-アミル-2-ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール、2-[2-ヒドロキシ-5-[2-(メタクリロイルオキシ)エチル]フェニル]-2H-ベンゾトリアゾール、オクチル-3-[3-tert-ブチル-4-ヒドロキシ-5-(5-クロロ-2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)フェニル]プロピオネート、2-エチルヘキシル-3-[3-tert-ブチ
ル-4-ヒドロキシ-5-(5-クロロ-2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)フェニル]プロピオネートが挙げられる。
ベンゾトリアゾール系化合物の市販品は、BASF社製TINUVIN P、PS、2
34、326、329、384-2、900、928、99-2、1130、ADEKA社製アデカスタブLA-29、LA-31RG、LA-32、LA-36、ケミプロ化成社製KEMISORB71、73、74、79、279、大塚化学社製RUVA-93等が挙げられる。
トリアジン系化合物は、例えば、2,4-ビス(2,4-ジメチルフェニル)-6-(2-ヒドロキシ-4-n-オクチルオキシフェニル)-1,3,5-トリアジン、2‐[4,6‐ビス(2,4‐ジメチルフェニル)‐1,3,5‐トリアジン‐2‐イル]‐5‐[3‐(ドデシルオキシ)‐2‐ヒドロキシプロポキシ]フェノール、2-(2,4-ジヒドロキシフェニル)-4,6-ビス(2,4-ジメチルフェニル)-1,3,5-トリアジンと(2-エチルヘキシル)-グリシド酸エステルの反応生成物、2,4-ビス「2-ヒドロキシ-4-ブトキシフェニル」-6-(2,4-ジブトキシフェニル)-1,3,5-トリアジン、2-(4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル)-5-(ヘキシルオキシ)フェノール、2-(4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル)-5-[2-(2-エチルヘキサノイルオキシ)エトキシ]フェノール、2,4,6-トリス(2-ヒドロキシ-4-ヘキシルオキシ-3-メチルフェニル)-1,3,5-トリアジン等が挙げられる。
トリアジン系化合物の市販品は、ケミプロ化成社製KEMISORB 102、BAS
F社製TINUVIN 400、405、460、477、479、1577ED、AD
EKA社アデカスタブLA-46、LA-F70、サンケミカル社製CYASORB U
V-1164等が挙げられる。
ベンゾフェノン系化合物は、例えば、2,4-ジ-ヒドロキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-メトキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-メトキシベンゾフェノン-5-スルホン酸-3水温、2-ヒドロキシ-4-n-オクトキシベンゾフェノン、2,2’-ジ-ヒドロキシ-4-メトキシベンゾフェノン、2,2’-ジヒドロキシ-4,4’-ジメトキシベンゾフェノン、4-ドデシロキシ-2-ヒドロキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-オクタデシロキシベンゾフェノン、2,2’ジヒドロキシ-4,4’-ジメトキシベンゾフェノン、2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-メトキシ-2’-カルボキシベンゾフェノン等が挙げられる。
ベンゾフェノン系化合物の市販品は、ケミプロ化成社製KEMISORB 10、11
、11S、12、111、シプロ化成社製SEESORB 101、107、ADEKA
社製アデカスタブ1413、サンケミカル社製UV-12等が挙げられる。
サリチル酸エステル系化合物は、例えば、サリチル酸フェニル、サリチル酸p-オクチルフェニル、サリチル酸p-tertブチルフェニル等が挙げられる。
紫外線吸収剤の含有量は、光重合開始剤(E)と紫外線吸収剤との合計100質量%中、5~70質量%が好ましい。適量含有すると現像後の解像性がより向上する。なお、黒色感光性組成物が増感剤を含む場合には、この含有量に限り、光重合開始剤(E)の含有量に増感剤の含有量を含むこととする。
また、光重合開始剤(E)と紫外線吸収剤の合計含有量は、黒色感光性組成物の不揮発分100質量%中、1~20質量%が好ましい。適量含有すると被膜の基板に対する密
着性がより向上し、良好な感度が得やすい。
<酸化防止剤>
黒色感光性組成物は、酸化防止剤を含有できる。酸化防止剤は、黒色感光性組成物に含まれる光重合開始剤や熱硬化性化合物が、熱硬化やITOアニール時の熱工程によって酸化による黄変を防ぎ、被膜の透過率の低下を抑制できる。特に黒色感光性組成物の着色剤濃度が高い場合、相対的に光重合性化合物(D)の含有量が減少するため、光重合開始剤を増量すると被膜が黄変し易い。そのため、酸化防止剤を含むことで、加熱工程時の酸化による黄変を防止し、被膜の透過率の低下を抑制できる。
酸化防止剤は、ラジカル補足機能、又は過酸化物分解機能を有する化合物である。酸化防止剤は、ヒンダードフェノール系化合物、ヒンダードアミン系化合物、リン系化合物、イオウ系化合物、ヒドロキシルアミン系化合物の化合物等が挙げられる。なお、酸化防止剤は、ハロゲン原子を含有しない化合物が好ましい。
酸化防止剤は、単独または2種類以上を併用して使用できる。
また酸化防止剤の含有量は、黒色感光性組成物の全不揮発分100質量%中、0.5~5.質量%の場合、これにより感度がより向上する。
<レベリング剤>
黒色感光性組成物は、レベリング剤を含有できる。これにより、被膜形成時の透明基板に対する濡れ性および被膜の乾燥性がより向上する。レベリング剤は、例えば、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤等が挙げられる。
界面活性剤は、単独または2種類以上を混合して使用できる。
界面活性剤の含有量は、黒色感光性組成物の不揮発分中、0.001~2質量%が好ましく、0.005~1質量%がより好ましい。この範囲内であることで、黒色感光性組成物の塗布性、およびパターン密着性バランスがより向上する。
<貯蔵安定剤>
黒色感光性組成物は、組成物の経時粘度を安定化させるために貯蔵安定剤を含有できる。貯蔵安定剤は、例えば、ベンジルトリメチルクロライド、ジエチルヒドロキシアミンなどの4級アンモニウムクロライド、乳酸、シュウ酸などの有機酸およびそのメチルエーテル、t-ブチルピロカテコール、テトラエチルホスフィン、テトラフェニルフォスフィンなどの有機ホスフィン、亜リン酸塩等が挙げられる。
貯蔵安定剤の含有量は、カーボンブラック(A)100質量部に対して、0.1~10質量部が好ましい。
<密着向上剤>
黒色感光性組成物は、密着向上剤を含有できる。これにより被膜と基材の密着性がより向上する。また、フォトリソグラフィー法で幅が狭いパターンを形成し易くなる。密着向上剤は、例えば、シランカップリング剤等が挙げられる。
シランカップリング剤は、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のビニルシラン類、3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジエトキ
シシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン等の(メタ)アクリルシラン類、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のエポキシシラン類、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、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、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-トリエトキシシリル-N-(1,3-ジメチル-ブチリデン)プロピルアミン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(ビニルベンジル)-2-アミノエチル-3-アミノプロピルトリメトキシシランの塩酸塩等のアミノシラン類、3-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプト類、p-スチリルトリメトキシシラン等のスチリル類、3-ウレイドプロピルトリエトキシシラン等のウレイド類、ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド等のスルフィド類、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等のイソシアネート類が挙げられる。
密着向上剤の含有量は、カーボンブラック(A)100質量部に対し、01~10質量部が好ましく、0.05~5質量部がより好ましい。適量含有すると黒色感光性組成物の光感度が向上し、密着性および解像性がより向上する。
<溶剤>
黒色感光性組成物は、溶剤を含有できる。これにより粘度調整が容易になるため、表面が平滑な被膜を形成し易い。溶剤は、使用目的に応じて適宜選択し、適量を含有すれば良い。
溶剤は、例えば、エステル溶剤(分子内に-COO-を含み、-O-を含まない溶剤)、エーテル溶剤(分子内に-O-を含み、-COO-を含まない溶剤)、エーテルエステル溶剤(分子内に-COO-と-O-とを含む溶剤)、ケトン溶剤(分子内に-CO-を含み、-COO-を含まない溶剤)、アルコール溶剤(分子内にOHを含み、-O-、-CO-及び-COO-を含まない溶剤)、芳香族炭化水素溶剤、アミド溶剤、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。
エステル溶剤は、例えば、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、2-ヒドロキシイソブタン酸メチル、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、酢酸イソブチル、ギ酸ペンチル、酢酸イソペンチル、プロピオン酸ブチル、酪酸イソプロピル、酪酸エチル、酪酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、シクロヘキサノールアセテート、γ-ブチロラクトン等が挙げられる。
エーテル溶剤は、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、3-メトキシ-1-ブタノール、3-メトキシ-3-メチルブタノール、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,4-ジオキサン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールメチル-n-プロピルエーテル、アニソ
ール、フェネトール、メチルアニソール等が挙げられる。
エーテルエステル溶剤は、例えば、メトキシ酢酸メチル、メトキシ酢酸エチル、メトキシ酢酸ブチル、エトキシ酢酸メチル、エトキシ酢酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、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、2-メトキシプロピオン酸メチル、2-メトキシプロピオン酸エチル、2-メトキシプロピオン酸プロピル、2-エトキシプロピオン酸メチル、2-エトキシプロピオン酸エチル、2-メトキシ-2-メチルプロピオン酸メチル、2-エトキシ-2-メチルプロピオン酸エチル、3-メトキシブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールジアセテート等が挙げられる。
ケトン溶剤は、例えば、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、アセトン、2-ブタノン、2-ヘプタノン、3-ヘプタノン、4-ヘプタノン、4-メチル-2-ペンタノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、イソホロン等が挙げられる。
アルコール溶剤は、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-ブチレングリコール、グリセリン等が挙げられる。
芳香族炭化水素溶剤は、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン等が挙げられる。
アミド溶剤は、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等が挙げられる。
これらの中でも塗布性、乾燥性の面で1atmにおける沸点が120℃以上180℃以下の溶剤が好ましい。例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、乳酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、3-エトキシプロピオン酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドン等がより好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、乳酸エチル、3-エトキシプロピオン酸エチル等がさらに好ましい。
溶剤は、単独または2種類以上を混合して使用できる。
<黒色感光性組成物の製造方法>
黒色感光性組成物は、例えば、カーボンブラック(A)、および分散剤(B)等を使用して分散処理を行いカーボンブラック(A)分散体を作製する。次いで、カーボンブラック(A)分散体、バインダ樹脂(C)、光重合性化合物(D)、および光重合開始剤(E)を混合して作製することができる。
前記分散処理は、例えば、ニーダー、2本ロールミル、3本ロールミル、ボールミル、横型サンドミル、縦型サンドミル、アニュラー型ビーズミル、又はアトライター等の分散装置を使用できる。
<カーボンブラック(A)の平均分散粒子径>
黒色感光性組成物中のカーボンブラック(A)の平均分散粒子径は、30~200nmが好ましく、40~120nmがより好ましい。この範囲であると、着色組成物は、適切な粘度が得やすく、分散安定性がより向上する。また、黒色感光性組成物は、感度が高く、現像速度を高めることができる。そのため、高品質なカラーフィルタを作製し易い。
平均分散粒子径は、動的光散乱法(FFTパワースペクトル法)を採用した日機装社のマイクロトラックUPA‐EX150を用いる。条件設定は、粒子透過性を吸収モード、粒子形状を非球形とし、D50を平均径として測定できる。測定用の希釈溶剤は、顔料分散体作成に使用した溶剤を用いる。また、事前に超音波で処理したサンプルについてサンプル調整直後に測定するとバラツキが少ない結果が得られやすく好ましい。
<粗大粒子の除去>
黒色感光性組成物は、その製造工程で酸化ジルコニウムや無機ガラス等によるビーズ分散を行うことが好ましい。ビーズ分散は、直径の異なるビーズを使用できる。また、ビーズ分散後に、重力加速度3000~25000Gの遠心分離、焼結フィルタ、メンブレンフィルタ等で、5μm以上の粗大粒子、好ましくは1μm以上の粗大粒子、さらに好ましくは0.5μm以上の粗大粒子および混入した塵の除去を行うことが好ましい。
<遮光板>
本明細書の遮光板は、基材(基板ともいう)、および黒色感光性組成物の硬化物である被膜を備えることが好ましい。遮光板は、例えば、表示装置のブラックマトリックス、ブラックカラムスペーサー等に使用することが好ましい。
基板は、透明な素材が好ましく、例えば、ガラス、窒化ケイ素等が挙げられる。基板の厚みは、0.1~5μm程度である。
遮光板は、例えば、フォトリソグラフィー法で作製すること好ましい。まず、基板上に黒色感光性組成物を塗布し、必要に応じて乾燥し、被膜を形成する。次いで、フォトマスクを介して被膜面に紫外線等の光を照射し、溶剤またはアルカリ現像液に漬浸するかスプレーなどにより現像液を噴霧して未照射部、すなわち未硬化部を現像して除去する。次いで、加熱によるポストキュアを行うことで作製する。
塗布方法は、例えば、スピンコート、スリットコート、ロールコート等が挙げられる。被膜の厚みは、0.2~5μmが好ましく、5~3μmがより好ましい。適度な厚みにより過不足ない遮光性が得られる。
遮光板(厚み2μm)の光学濃度(OD値)は、1.8以上が好ましく、2.0以上がより好ましい。光学濃度は、高遮光性の観点から高いほど好ましいが、概ね2.0以上が望ましい。
被膜の光感度を上げるため、被膜上に現像可能なポリビニルアルコールや水溶性アクリル樹脂等からなる被膜を形成し、硬化阻害となる酸素を遮断した上で光を照射することもできる。
光は、紫外線、400~500nmの可視光を使用できる。光は、例えば、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライド灯、ガリウム灯、キセノン灯、カーボンアーク灯等が挙げられる。これらの中でも超高圧水銀ランプ、キセノン水銀ランプが好ましい。照射量は、5~1000mJ程度が好ましく、20~300mJがより好ましい。
アルカリ現像液は、例えば、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム等の無機アルカリ水溶液、ジメチルベンジルアミン、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、トリエタノールアミン等の有機アルカリ水溶液等が挙げられる。現像液は、さらに消泡剤や界面活
性剤を含有できる。
<カラーフィルタ>
カラーフィルタは、赤色フィルタセグメント、緑色フィルタセグメント、および青色フィルタセグメントを有することが好ましい。また、カラーフィルタは、別途マゼンタ色フィルタセグメント、シアン色フィルタセグメント、黄色フィルタセグメントを有することができる。
<カラーフィルタの製造方法>
カラーフィルタは、まず本明細書の遮光板を形成し、次いでフィルタセグメントを形成することが好ましい。フィルタセグメントの形成は、例えば、印刷法、電着法、転写法、インクジェット法、フォトリソグラフィー法等で作製できる。
印刷法は、印刷インキとして調製した着色組成物の印刷と乾燥を繰り返すだけでパターン形成ができるため、カラーフィルタの製造法としては、低コストで量産性に優れている。さらに、印刷技術の発展により高い寸法精度及び平滑度を有する微細パターンの印刷を行うことができる。印刷を行うためには、印刷の版上にて、あるいはブランケット上にてインキが乾燥、固化しないような組成とすることが好ましい。また、印刷機上でのインキの流動性の制御も重要であり、分散剤や体質顔料によるインキ粘度の調整を行うこともできる。
電着法は、透明基板上に形成した透明導電膜を利用して、コロイド粒子の電気泳動により各色のフィルタセグメントをそれぞれ透明導電膜の上に電着形成することでカラーフィルタを作製する。また、転写法は、剥離性シートの剥離処理面に、フィルタセグメントを形成する。次いでこのフィルタセグメントを透明基板に転写して作製する。
フォトリソグラフィー法は、例えば、ある色調の着色剤を含有する黒色感光性組成物を、透明基板上に、乾燥膜厚が0.2~5μm程度になるように塗布し被膜を形成する。得られた被膜(以下、第一の被膜という)は、所定のパターンを有するマスクを通して露光(光照射)を行う。次いで、溶剤又はアルカリ現像液に浸漬するかもしくはスプレーなどにより現像液を噴霧し現像を行い、未硬化部分を除去して所望のパターンを得る。この工程を他の色調の着色剤を有する感光性組成物を使用して同様に行うことで、各色のフィルタセグメントを有するカラーフィルタを製造できる。また、露光前の第一の被膜上にさらにポリビニルアルコールや水溶性アクリル樹脂を使用して第二の被膜(酸素遮断膜)を形成できる。これにより第一の被膜は、酸素に接しないため露光感度がより向上する。また、カラーフィルタは、フィルタセグメント中に未硬化の光重合性化合物を硬化させるために加熱を行うことができる。なおフォトリソグラフィー法は、印刷法より精度の高いカラーフィルタが製造できるため好ましい。
塗布装置は、例えば、スプレーコートやスピンコート、スリットコート、ロールコート等が挙げられる。塗工に際し、乾燥工程を行うことができる。乾燥装置は、例えば、熱風オーブン、赤外線ヒーター等が挙げられる。現像液は、既に説明した通りである。
次いで、シール剤を用いて対向基板と貼り合わせ、シール部に設けられた注入口から液晶を注入したのち注入口を封止し、必要に応じて偏光膜や位相差膜を基板の外側に張り合わせることにより、カラー液晶表示装置が製造される。このカラー液晶表示装置は、ツイステッド・ネマティック(TN)、スーパー・ツイステッド・ネマティック(STN)、イン・プレーン・スイッチング(IPS)、ヴァーティカリー・アライメント(VA)、オプティカリー・コンベンセンド・ベンド(OCB)等のカラーフィルタを使用してカラー化を行う液晶表示モードに使用することができる。
本明細書でカラーフィルタは、液晶表示装置と同一の構成である固体撮像素子、有機EL表示装置、量子ドット表示装置、電子ペーパー、ヘッドマウントディスプレイ等の用途に使用できる。
本明細書でカラーフィルタは、液晶表示装置と同一の構成である固体撮像素子、有機EL表示装置、量子ドット表示装置、電子ペーパー、ヘッドマウントディスプレイ等の用途に使用できる。
また、黒色感光性組成物から形成する遮光板は、マイクロLED(Light Emitting Diode)およびマイクロOLED(Organic Light Emitting Diode)などの用途にも用いることができる。特に限定されないが、マイクロLEDおよびマイクロOLEDに使用される光学フィルタおよび光学フィルムのほか、遮光機能および反射防止機能を付与する部材に対して好適に用いられる。マイクロLEDおよびマイクロOLEDの例は、特表2015-500562号公報および特表2014-533890号公報に記載されている。
<表示装置>
本明細書の表示装置は、遮光板を備える。表示装置は、例えば、液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、マイクロLED表示装置等の文字表示装置や画像表示装置が挙げられる。遮光板は、表示装置を構成するカラーフィルタに使用することが好ましい。
以下、本発明を製造例と実施例に基づいて説明するが、いうまでもなく本発明はこれらに限定されない。また、特に断りの無い限り「部」は「質量部」、「%」は「質量%」を意味する。
なお、実施例6は、参考例である。
樹脂の質量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、酸価(mgKOH/g)、側
鎖にカチオン性基を有する樹脂のアンモニウム塩価は以下の通りである。
<塩基性基を有する樹脂型分散剤の平均分子量>
塩基性基を有する樹脂型分散剤の数平均分子量(Mn)及び質量平均分子量(Mw)は、装置としてHLC-8320GPC(東ソー社製)を用い、カラムとして SUPER-AW3000を使用し、溶離液として30mMトリエチルアミン及び10mM LiBrのN,N-ジメチルホルムアミド溶液を用いて測定したポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)及び質量平均分子量(Mw)である。
<酸性基を有する樹脂型分散剤およびバインダ樹脂の数平均分子量(Mn)、質量平均分子量(Mw)>
カルボキシル基を有する樹脂型分散剤およびバインダ樹脂の数平均分子量(Mn)および質量平均分子量(Mw)は、RI検出器を装備したゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定した。装置としてHLC-8220GPC(東ソー社製)を用い、分離カラムを2本直列に繋ぎ、両方の充填剤には「TSK-GEL SUPER HZM-N」を2連でつなげて使用し、オーブン温度40℃、溶離液としてTHF溶液を用い、流速0.35ml/minで測定した。サンプルは1wt%の上記溶離液からなる溶剤に溶解し、20マイクロリットル注入した。分子量はいずれもポリスチレン換算値である。
<樹脂の酸価(mgKOH/g)>
樹脂溶液0.5~1gに、アセトン80ml及び水10mlを加えて攪拌して均一に溶解させ、0.1mol/LのKOH水溶液を滴定液として、自動滴定装置(「COM-555」平沼産業製)を用いて滴定し、樹脂溶液の酸価(mgKOH/g)を測定した。そして、樹脂溶液の酸価と樹脂溶液の不揮発分濃度から、樹脂の不揮発分あたりの酸価を算出した。
<ビニル系樹脂型分散剤のアミン価>
ビニル系樹脂型分散剤のアミン価は、ASTM D 2074の方法に準拠し、測定した全アミン価(mgKOH/g)を不揮発分換算した値である。
<樹脂型分散剤(B)>
(塩基性ビニル系樹脂型分散剤(B1-1)の製造)
ガス導入管、コンデンサー、攪拌翼、及び温度計を備え付けた反応槽に、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート133部を仕込み、窒素置換しながら110℃に昇温した。滴下槽に1,2,2,6,6-ペンタメチルピペリジルメタクリレート80部(日立化成工業社製、ファンクリルFA-711MM)、メチルアクリレート100部、2-ヒドロキシエチルメタクリレート20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61部、及び2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)を6部仕込み、均一になるまで攪拌した後、反応槽へ2時間かけて滴下し、その後同温度で3時間反応を行った。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不揮発分40%に調整し、不揮発分当たりのアミン価が91mgKOH/g、数平均分子量3,800(Mn)のビニル系樹脂型分散剤(B1-1)を得た。
(塩基性ビニル系樹脂型分散剤(B1-2)の製造)
ガス導入管、コンデンサー、攪拌翼、及び温度計を備え付けた反応槽に、メチルメタクリレート30部、nーブチルメタクリレート30部、ヒドロキシエチルメタクリレート20部、テトラメチルエチレンジアミン13.2部を仕込み、窒素を流しながら50℃で1時間撹拌し、系内を窒素置換した。次に、ブロモイソ酪酸エチル9.3部、塩化第一銅5.6部、メトキシプロピルアセテート133部を仕込み、窒素気流下で、110℃まで昇温して第一ブロック(Bブロック)の重合を開始した。4時間重合後、重合溶液をサンプリングして不揮発分測定を行い、不揮発分から換算して重合転化率が98%以上であることを確認した。
次に、この反応層に、メトキシプロピルアセテート61部、第二ブロック(Aブロック)モノマーとして1,2,2,6,6-ペンタメチルピペリジルメタクリレート20部(日立化成工業社製、ファンクリルFA-711MM)を投入し、110℃・窒素雰囲気下を保持したまま撹拌し、反応を継続した。1,2,2,6,6-ペンタメチルピペリジルメタクリレート投入から2時間後、重合溶液をサンプリングして不揮発分測定を行い、不揮発分から換算して第二ブロック(Aブロック)の重合転化率が98%以上であることを確認し、反応溶液を室温まで冷却して重合を停止した。このようにして、不揮発分当たりのアミン価が57mgKOH/g、質量平均分子量(Mw)9200、Mw/Mn=1.5のビニル系樹脂型分散剤(B1-2)を得た。室温まで冷却した後、樹脂溶液約2gをサンプリングして180℃、20分加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成したブロック共重合体溶液に不揮発分が40質量%になるよう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を添加してビニル系樹脂型分散剤(B1-2)液を調製した。
(塩基性ビニル系樹脂型分散剤(B1-3)の製造)
ガス導入管、コンデンサー、攪拌翼、及び温度計を備え付けた反応槽に、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート133部を仕込み、窒素置換しながら100℃に昇温した。滴下槽にN,N-ジメチルアミノエチルメタクリレート200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61部、及び2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)を6部仕込み、均一になるまで攪拌した後、反応槽へ2時間かけて滴下し、その後同温度で3時間反応を継続した。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不揮発分40%に調整し、不揮発分当たりのアミン価が345mgKOH/g、数平均分子量2,500(Mn)の3級アミノ基を有するビニル系樹脂型分散剤(B1-3)を得た。
(酸性樹脂型分散剤(B2-1)液の製造)
ガス導入管、温度、コンデンサー、攪拌機を備えた反応層に、メタクリル酸10部、メチルメタクリレート100部、i-ブチルメタクリレート70部、ベンジルメタクリレート20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50部を仕込み、窒素ガスで置換した。反応層内を50℃に加熱撹拌し、3-メルカプト-1,2-プロパンジオール12部を添加した。90℃に昇温し、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル0.1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90部に加えた溶液を添加しながら7時間反応した。不揮発分測定により95%が反応したことを確認した。
次いで、ピロメリット酸無水物19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50部、シクロヘキサノン50部、触媒として1,8-ジアザビシクロ-[5.4.0]-7-ウンデセン0.4部を追加し、100℃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、不揮発分測定で不揮発分40%となるようプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMAC)を加えて希釈し、酸価70mgKOH/g、質量平均分子量8500の酸性樹脂型分散剤(B2-1)液を得た。
<分散助剤(b)>
下記の分散助剤(b)を使用した。
Figure 0007528512000009
Figure 0007528512000010
Figure 0007528512000011
Figure 0007528512000014
<カーボンブラック分散体の製造方法>
(カーボンブラック分散体(X-1)の作製)
下記の混合物を均一になるように攪拌混合した後、直径0.5mm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-250 MKII」)で3時間分散した後、孔径5.0μmのフィルタで濾過し、不揮発成分が20.0質量%の着色組成物(X-1)を作製した。
カーボンブラック(A-1) :13.0部
樹脂型分散剤((B1-1):不揮発分40%液) :15.0部
分散助剤(b-1) :1.0部
溶剤(S)PGMAC :71.0部
(カーボンブラック分散体(X-2~19))
カーボンブラック、樹脂型分散剤をそれぞれX-1と同様に、表1に記載した配合にて、対応するカーボンブラック分散体(X-2~19)を得た。
Figure 0007528512000015
<カーボンブラック(A)>
(A-1)三菱ケミカル社製「#2650」(平均一次粒子径13nm)
(A-2)三菱ケミカル社製「#850」(平均一次粒子径17nm)
(A-3)CABOT社製「REGAL250R」(平均一次粒子径35nm)
<黒色感光性組成物の製造方法>
[実施例1]
(黒色感光性組成物(Y-1))
以下の原料を混合、攪拌し、孔径1.0μmのフィルタで濾過して、黒色感光性組成物(
Y-1)を得た。
カーボンブラック分散体(X-1:不揮発分20%) :25.7部
バインダ樹脂(C1-1:不揮発分20%) :33.2部
光重合性化合物(D1-1) :8.0部
光重合開始剤(E-1) :0.2部
レベリング剤(L:不揮発分3%) :1.0部
溶剤(S)PGMAC :31.9部
[実施例2~34、比較例1~4]
(黒色感光性組成物(Y-2~38))
カーボン分散体、バインダ樹脂、および光重合性化合物をそれぞれ実施例1と同様に、表2に記載した配合にて、対応する黒色感光性樹脂組成物(Y-2~38)を得た。なお、表2の配合量は、各材料の不揮発分換算量を記載している。
<バインダ樹脂(C)の製造>
(バインダ樹脂溶液(C1-1)の製造)
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
取り付けた反応層にシクロヘキサノン196部を仕込み、80℃に昇温し、反応層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部、2-ヒドロキシエチルメタクリレート12.9部、メタクリル酸12.0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(東亞合成社製「アロニックスM110」)20.7部、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル1.1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、アクリル樹脂の溶液を得た。室温まで冷却した後、樹脂溶液約2部をサンプリングして180℃、20分間加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成した樹脂溶液に不揮発分が20%になるよう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を添加してバインダ樹脂(C-1)液を調製した。得られたバインダ樹脂溶液(C-1)の酸価が125mgKOH/g、質量平均分子量(Mw)は26000であった。
(バインダ樹脂溶液(C1-2)の製造)
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、撹拌装置を取り付けた反応層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800部を入れ、容器に窒素ガスを注入しながら120℃に加熱して、同温度で滴下管より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(東亜合成社製アロニックスM110)60部、メタクリル酸40部、メチルメタクリレート40部、2-ヒドロキシエチルメタクリレート60部、及び2,2’-アゾビスイソブチロニトリル4.0部の混合物を2時間かけて滴下した。滴下後、さらに80℃で4時間反応させた後、2-メタクリロイルオキシエチルイソシアネート(昭和電工社製カレンズMOI)45部を添加し、更に60℃で8時間反応させアクリル樹脂溶液を得た。室温まで冷却した後、樹脂溶液約2gをサンプリングして180℃、20分加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成した樹脂溶液に不揮発分が20質量%になるよう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を添加してバインダ樹脂溶液(C1-2)を調製した。酸価は106mgKOH/g、質量平均分子量は25000であった。
(バインダ樹脂溶液(C-2)の製造)
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層にシクロヘキサノン570部を入れ、容器に窒素ガスを注入しながら80℃に加熱して、同温度でメタクリル酸23.0部、メチルメタクリレート23.0部、ベンジルメタクリレート35.0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(東亜合成社製「アロニックスM110」)22.0部、グリセロールモノメタクリレート48.0部、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル3.0部の混合物を1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80℃で3時間反応させた後、アゾビスイソブチロニトリル1.0部をシクロヘキサノン50部に溶解させたものを添加し、さらに80℃で1時間反応を続けて、樹脂溶液を得た。
次に、得られた樹脂溶液336部に対して、2-メタクロイルエチルイソシアネート33.0部、ラウリン酸ジブチル錫0.4部、シクロヘキサノン130.0部の混合物を70℃で3時間かけて滴下しして感光性透明樹脂溶液を得た。室温まで冷却した後、感光性透明樹脂溶液約2gをサンプリングして180℃、20分加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成した感光性透明樹脂溶液に不揮発分が20質量%になるようにシクロヘキサノンを添加して感光性樹脂溶液を調製した。得られたバインダ樹脂溶液(C-2)の酸価が65mgKOH/g、質量平均分子量Mwは32000であった。
(バインダ樹脂溶液(C-3)の製造)
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層にシクロヘキサノン207部を仕込み、80℃に昇温し、反応層内を窒素置換した後、滴下管より、メタクリル酸37.5部、メチルメタクリレート27.5部、n-ブチルメタクリレート5.0部、2-ヒドロキシエチルメタクリレート18.0部および2,2'-アゾビスイソブチロニトリル1.33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、樹脂溶液を得た。次に得られた共重合体溶液全量に対して、窒素ガスを停止し乾燥空気を1時間注入しながら攪拌したのちに、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(昭和電工社製カレンズMOI)12.0部、ラウリン酸ジブチル錫0.08部、シクロヘキサノン26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、アクリル樹脂溶液を得た。
室温まで冷却した後、樹脂溶液約2部をサンプリングして180℃、20分加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成した樹脂溶液に不揮発分が20質量%になるようにシクロヘキサノンを添加してバインダ樹脂溶液(C-3)を調製した。酸価が220mgKOH/g、質量平均分子量(Mw)が17,600であった。
(バインダ樹脂溶液(C-4)の製造)
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、滴下管及び撹拌装置を取り付けた反応層にシクロヘキサノン370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、ジシクロペンタニルメタクリレート18部、ベンジルメタクリレート10部、グリシジルメタクリレート18.2部、メタクリル酸メチル25部、及び2,2'-アゾビスイソブチロニトリル2.0部の混合物を2時間かけて滴下した。滴
下後、更に100℃で3時間反応させた後、アゾビスイソブチロニトリル1.0部をシクロヘキサノン50部で溶解させたものを添加し、更に100℃で1時間反応を続けた。次に、容器内を空気置換に替え、アクリル酸9.3部(グリシジル基の100%)にトリスジメチルアミノフェノール0.5部及びハイドロキノン0.1部を上記容器内に投入し、120℃で6時間反応を続け不揮発分酸価0.5となったところで反応を終了し、アクリル樹脂の溶液を得た。更に、引き続きテトラヒドロ無水フタル酸19.5部(生成した水酸基の100%)、トリエチルアミン0.5部を加え120℃で3.5時間反応させアクリル樹脂の溶液を得た。
室温まで冷却した後、樹脂溶液約2gをサンプリングして180℃、20分加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成した樹脂溶液に不揮発分が20%になるよう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を添加してバインダ樹脂(C-4)液を調製した。酸価が80mgKOH/g、質量平均分子量(Mw)は19000であった。
<光重合性化合物(D)の製造>
(多官能ウレタンアクリレート(D1-1)の製造)
内容量が1リットルの5つ口反応層に、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートとジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの混合物(アロニックスM-400(東亞合成社製))623部、ヘキサメチレンジイソシアネート44部を仕込み、60℃で8時間反応を行い、エチレン性不飽和結合数10の多官能ウレタンアクリレート(D1-1)を得た。上記要領でGPC測定を行い出力されたチャートの面積比を計算したところエチレン性不飽和結合数10の多官能ウレタンアクリレート(D1-1)の含有量は45%、多官能ウレタンアクリレート(D1-1)ではないエチレン性不飽和結合を有する光重合性化合物が55%の比率であった。なお、IR分析により、反応生成物中にイソシアネート基が存在しないことを確認した。得られた多官能ウレタンアクリレート(D1-1)の二重結合当量は、120g/molであった。
(多官能ウレタン(メタ)アクリレート(D1-2)の製造)
撹拌機、還流冷却管、ドライエア-導入管、温度計を備えた4口フラスコにトリメチロールプロパン5.0部、ヘキサメチレンジイソシアネート18.8部、ペンタエリスリトールトリアクリレート51.3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75.1部、p―メトキシフェノール0.02部、次いで触媒としてジオクチル錫0.12部を仕込み、100℃まで昇温した。100℃で3時間反応後、エチレン性不飽和結合数9の多官能ウレタンアクリレート(D1-2)を得た。上記要領でGPC測定を行い出力されたチャートの面積比を計算したところエチレン性不飽和結合数9の多官能ウレタンアクリレート(D1-2)の含有量は50%、多官能ウレタンアクリレート(D1-2)ではないエチレン性不飽和結合を有する光重合性化合物が50%の比率であった。なお、IR分析により、反応生成物中にイソシアネート基が存在しないことを確認した。得られた多官能ウレタンアクリレート(D1-2)の二重結合当量は、170g/molであった。
(その他光重合性化合物(D2))
(D2-1)ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
[アロニックスM402(東亞合成社製)、二重結合当量99g/mol]
(D2-2)多塩基酸性アクリルオリゴマー
[アロニックスM520(東亞合成社製)、二重結合当量99g/mol]
(D2-3)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
[KAYARAD DPCA-30(日本化薬社製)、二重結合当量153g/mol]
(その他の多官能ウレタンアクリレート(D2-4)の製造)
内容量が1リットル5つ口反応層に、ペンタエリスリトールトリアクリレート432部、ヘキサメチレンジイソシアネート84部を仕込み、60℃で8時間反応後、エチレン性不飽和結合数6の(メタ)アクリロイル基を有する多官能ウレタンアクリレート(D2-4)を得た。上記要領でGPC測定を行い出力されたチャートの面積比を計算したところエチレン性不飽和結合数6の多官能ウレタンアクリレート(D2-4)の含有量が70%、多官能ウレタンアクリレート(D2-4)ではないエチレン性不飽和結合を有する光重合性化合物が30%の比率であった。なお、IR分析により反応生成物中にイソシアネート基が存在しないことを確認した。得られた多官能ウレタンアクリレート(D2-4)の二重結合当量は、127g/molであった。
<光重合開始剤(E)の製造>
(光重合開始剤(E-1)の製造)
光重合開始剤(E-1)は、以下の(E-1-1)~(E-1-5)をそれぞれ同量にて混合することで作製した。
(E-1-1)エタン-1-オン,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)[イルガキュアOXE02(BASFジャパン社製)]
<光重合開始剤(E-1-2)の合成>
(ステップ1)
窒素気流中、塩化アルミニウム12.60g(95ミリモル)と、1,2-ジクロロエタン126gと、N-エチル-3-ニトロ-カルバゾール53ミリモルとを、氷冷した反応層に投入した。反応温度を5℃以下に保持したまま、この混合液に、4-(2-メトキシ
-1-メチル-エトキシ)-2-メチル-ベンゾイルクロライド64ミリモルを徐々に滴
下した。滴下終了後、この混合液を、20℃にて4時間攪拌した。その後、反応液を氷水に注いで油性相と水性相とに分離させ、この油性相を構成している液を、硫酸マグネシウムを用いて乾燥させた。次いで、この液から、濾過によって乾燥剤を除去し、更に、蒸留によって溶媒を除去した。以上のようにして、アシル体を得た。
(ステップ2)
窒素気流中、上記のアシル体20ミリモルと、塩酸ヒドロキシルアミン2.1g(30
ミリモル)と、ジメチルホルムアミド16.9gとを、反応層に投入した。この混合液を
80℃で1時間攪拌した後、室温に冷却して油性相と水性相とに分離させた。この油性相
を構成している液から蒸留によって溶媒を除去し、次いで、この蒸留残渣に、酢酸ブチル25.4gと無水酢酸2.45g(24ミリモル)とを加えた。この混合液を90℃で1時間攪拌した後、室温に冷却し、5%水酸化ナトリウム水溶液で中和させた。続いて、これを、油水分離に供し、油性相を構成している液から蒸留によって溶媒を除去し、更に、酢酸エチルを溶媒として用いた再結晶を行った。以上のようにして、光重合開始剤(E-1-2)を得た。
<光重合開始剤(E-1-3)の合成>
(ステップ1)
窒素気流中、塩化アルミニウム12.60g(95ミリモル)と、1,2-ジクロロエタン126gと、N-(2-エチル-ヘキシル)-3-ニトロカルバゾール化合物53ミリモルとを、氷冷した反応層に投入した。反応温度を5℃以下に保持したまま、この混合液に、4-(2-メトキシ-1-メチル-エトキシ)-2-メチル-ベンゾイルクロライド64ミリモルを徐々に滴下した。滴下終了後、この混合液を、20℃にて4時間攪拌した。その後、反応液を氷水に注いで油性相と水性相とに分離させ、この油性相を構成している液を、硫酸マグネシウムを用いて乾燥させた。この液から、濾過によって乾燥剤を除去し、更に、蒸留によって溶媒を除去した。以上のようにして、アシル体を得た。
(ステップ2)
窒素気流中、上記のアシル体20ミリモルと、塩酸ヒドロキシルアミン2.1g(30
ミリモル)と、ジメチルホルムアミド16.9gとを、反応層に投入した。この混合液を
80℃で1時間攪拌した後、室温に冷却して油性相と水性相とに分離させた。この油性相を構成している液から蒸留によって溶媒を除去し、次いで、この蒸留残渣に、酢酸ブチル25.4gと無水酢酸2.45g(24ミリモル)とを加えた。この混合液を90℃で1時間攪拌した後、室温に冷却し、5%水酸化ナトリウム水溶液で中和させた。続いて、これを、油水分離に供し、油性相を構成している液から蒸留によって溶媒を除去し、更に、酢酸エチルを溶媒として用いた再結晶を行った。以上のようにして、光重合開始剤(E-1-3)を得た。
<光重合開始剤(E-1-4)の合成>
(ステップ1)
窒素気流中、塩化アルミニウム12.60g(95ミリモル)と、1,2-ジクロロエタン126gと、N-エチル-3-ニトロカルバゾール化合物53ミリモルとを、氷冷した反応層に投入した。反応温度を5℃以下に保持したまま、この混合液に、4-(エトキシ
メチル)-2-メチル-ベンゾイルクロライド64ミリモルを徐々に滴下した。滴下終了
後、この混合液を、20℃にて4時間攪拌した。その後、反応液を氷水に注いで油性相と水性相とに分離させ、この油性相を構成している液を、硫酸マグネシウムを用いて乾燥させた。この液から、濾過によって乾燥剤を除去し、更に、蒸留によって溶媒を除去した。以上のようにして、アシル体を得た。
(ステップ2)
窒素気流中、上記のアシル体20ミリモルと、塩酸ヒドロキシルアミン2.1g(30
ミリモル)と、ジメチルホルムアミド16.9gとを、反応層に投入した。この混合液を
80℃で1時間攪拌した後、室温に冷却して油性相と水性相とに分離させた。この油性相を構成している液から蒸留によって溶媒を除去し、次いで、この蒸留残渣に、酢酸ブチル25.4gと無水酢酸2.45g(24ミリモル)とを加えた。この混合液を90℃で1時間攪拌した後、室温に冷却し、5%水酸化ナトリウム水溶液で中和させた。続いて、これを、油水分離に供し、油性相を構成している液から蒸留によって溶媒を除去し、更に、酢酸エチルを溶媒として用いた再結晶を行った。以上のようにして、光重合開始剤(E-1-4)を得た。
<光重合開始剤(E-1-5)の合成>
(ステップ1)
窒素気流中、塩化アルミニウム12.60g(95ミリモル)と、1,2-ジクロロエタン126gと、N-(2-エチル-ヘキシル)-3-ニトロカルバゾール化合物53ミリモルとを、氷冷した反応層に投入した。反応温度を5℃以下に保持したまま、この混合液に、4-(2-メトキシ-1-メチル-エトキシ)-2-メチル-ベンゾイルクロライド64ミリモルを徐々に滴下した。滴下終了後、この混合液を、20℃にて4時間攪拌した。その後、反応液を氷水に注いで油性相と水性相とに分離させ、この油性相を構成している液を、硫酸マグネシウムを用いて乾燥させた。この液から、濾過によって乾燥剤を除去し、更に、蒸留によって溶媒を除去した。以上のようにして、アシル体を得た。
(ステップ2)
窒素気流中、上記のアシル体20ミリモルと、塩酸ヒドロキシルアミン2.1g(30
ミリモル)と、ジメチルホルムアミド16.9gとを、反応層に投入した。この混合液を
80℃で1時間攪拌した後、室温に冷却して油性相と水性相とに分離させた。この油性相を構成している液から蒸留によって溶媒を除去し、次いで、この蒸留残渣に、酢酸ブチル25.4gとプロピオン酸無水物3.12g(24ミリモル)とを加えた。この混合液を90℃で1時間攪拌した後、室温に冷却し、5%水酸化ナトリウム水溶液で中和させた。続いて、これを、油水分離に供し、油性相を構成している液から蒸留によって溶媒を除去し、更に、酢酸エチルを溶媒として用いた再結晶を行った。以上のようにして、光重合開始剤(E-1-5)を得た。
Figure 0007528512000016
(光重合開始剤(E-2)の製造)
光重合開始剤(E-2)は、以下の(E-2-1)~(E-2-7)をそれぞれ同量に
て混合することで作製した。
(E-2-1)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[イルガキュア907(BASFジャパン社製)]
(E-2-2)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[イルガキュア369(BASFジャパン社製)]
(E-2-3)2,4,6-トリメチルベンゾイルージフェニルーホスフィンオキサイド[ルシリンTPO(チバ・ジャパン社製)]
(E-2-4)2,2’-ビス(o-クロロフェニル)-4,5,4’,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール[ビイミダゾール(黒金化成社製)]
(E-2-5)p-ジメチルアミノアセトフェノン[DMA(ダイキファイン社製)]
(E-2-6)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[イルガキュア2959(BASFジャパン社製)]
(E-2-7)ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルホスフィンオキサ
イド[イルガキュア819(BASFジャパン社製)]
<レベリング剤(L)>
DIC社製「メガファックF-551:含ふっ素基親油性基含有オリゴマー」1部、
ビックケミー社製「BYK-330:ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン」 1部、花王社製「エマルゲン103:ポリオキシエチレンラウリルエーテル」 1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97部に溶解させた混合溶液。
<溶剤(S) >
(S-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(PGMAC)
50部
(S-2)シクロヘキサノン 10部
(S-3)3-エトキシプロピオン酸エチル 10部
(S-4)プロピレングリコールモノメチルエーテル 10部
(S-5)シクロヘキサノールアセテート 10部
(S-6)ジプロプレングリコールメチルエーテルアセテート 10部
以上、(S-1)~(S-6)をそれぞれ上記質量部にて混合し、溶剤(S)とした。
Figure 0007528512000017
<黒色感光性組成物の評価>
各試験を下記方法で行った。試験結果を表3に示す。
<光学濃度評価>
黒色感光性組成物を、厚さ0.7mm、大きさ100mm×100mmのガラス基板上に、スピンコーターをもちいて回転塗工し、70℃で60秒間プリベークを行い、塗膜を形成した。次いで、超高圧水銀ランプにて100mJ/cm2の露光量で塗膜に対して全面露光した。その後、全面露光された塗膜を有する基板を23℃のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液をもちいてスプレー現像した後、イオン交換水で洗浄して風乾した。得られた塗膜について、230℃のオーブンで20分間加熱処理(ポストベーク)を行い、仕上がり膜厚が2.0μmとなる遮光板を形成した。このようにして得られた黒色感光性組成物からなる遮光板における光学濃度(OD値)を、マクベス濃度計(GretagMacbethD200-II)により測定した。なお、塗膜
の膜厚は、Dektak 8(日本真空技術社製)を用いて行った。
○:OD値の大きさが2.0以上で、遮光性良好なレベル
△:OD値の大きさが1.8以上2.0未満で、実用可能レベル
×:OD値の大きさが1.8未満で、実用不可レベル
<反射率評価>
上述の方法により形成した遮光板に対し、塗膜面からの反射率(SCI値、SCE値)を測色計CM-2002(コニカミノルタ社製)にて測定した。
○:SCI値が3.5未満、SCE値が0.1未満で、反射率良好なレベル
△:SCI値が3.5以上4.0未満、SCE値が0.1以上0.2未満で、実用可能レベル
×:SCI値が4.0以上、SCE値が0.2以上で、実用不可レベル
<パターン密着性評価>
黒色感光性組成物を、厚さ0.7mm、大きさ100mm×100mmのガラス基板上に、スピンコーターをもちいて回転塗工し、70℃で60秒間プリベークを行い、塗膜を形成した。次いで、超高圧水銀ランプにて100mJ/cm2の露光量で塗膜に対して、所定のストライプパターンを有するフォトマスクを介して露光した。その後、基板を23℃のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液をもちいてスプレー現像した後、イオン交換水で洗浄して風乾することで、所望のストライプパターンを形成した。得られた塗膜について、230℃のオーブンで20分間加熱処理(ポストベーク)を施し、顕微鏡(オリンパス光学社製「BX-51」)にて画素のパターンの欠落の様子を確認した。評価は、欠落した画素パターンの大きさを観察し、以下のように評価した。
○:10μm未満の大きさの画素パターンの欠落がなく、密着性良好なレベル
△:10μm未満の大きさの画素パターンは欠落しているが、30μm未満の大きさの画素パターンの欠落がなく、実用可能レベル
×:30μm以上の大きさの画素パターンの欠落があり、実用不可レベル
<表面シワ評価>
ポストベーク後のパターンの表面におけるシワの発生具合を光学顕微鏡(オリンパス光学社製「BX-51」、倍率:200倍)にて観察した。評価基準は、以下の通りである。
○:パターンの表面にシワが観察されず、良好なレベル
△:パターンの表面に実用上問題ない程度の僅かなシワが観察され、実用可能レベル
×:パターンの表面にシワが著しく目立ち、実用不可レベル
<粘度安定性の評価>
得られた黒色感光性組成物の調製直後と10℃で1か月保管した後の粘度を、E型粘度計を用いて測定した。(1か月保管後の粘度)/(調整直後の粘度)の比を算出して下記判定基準で評価した。尚、○は良好なレベル、△は実用可能なレベル、×は実用には適さないレベルである。
〇:粘度比が1.00以上、1.05未満
△:粘度比が1。05以上、1.10未満
×:粘度比が1.10以上
Figure 0007528512000018
表3の結果から、実施例1~34の黒色感光性組成物は、より高い遮光性と低反射率を有し、シワの発生がなく、高精細に適したパターン形状できるため、比較例1~4により得られた黒色感光性組成物よりも優れた遮光板を提供し、各種表示装置の性能向上に貢献できる。

Claims (12)

  1. カーボンブラック(A)、分散剤(B)、バインダ樹脂(C)、光重合性化合物(D)、および光重合開始剤(E)を含み、
    前記カーボンブラック(A)の平均1次粒子径が、10~30nmであり、
    前記光重合性化合物(D)は、9または10のエチレン性不飽和結合を有し、二重結合当量が110~180g/molの多官能ウレタンアクリレート(D1)を含む、
    黒色感光性組成物。
  2. 光重合性化合物(D)を、黒色感光性組成物の不揮発分中に30~50質量%含有する、請求項1に記載の黒色感光性組成物。
  3. 多官能ウレタンアクリレート(D1)を、光重合性化合物(D)100質量%中、20質量%以上含有する、請求項1または2に記載の黒色感光性組成物。
  4. 分散剤(B)が、塩基性樹脂型分散剤を含む、請求項1~3いずれか1項に記載の黒色感光性組成物。
  5. バインダ樹脂(C)は、酸価100~180mgKOH/gのビニル樹脂(C1)を含む、請求項1~4いずれか1項に記載の黒色感光性組成物。
  6. 前記ビニル樹脂(C1)は、全単量体単位中に水酸基含有単量体単位を10~20質量%含む、請求項1~5いずれか1項に記載の黒色感光性組成物。
  7. 光重合性開始剤(E)が、オキシムエステル系化合物(E-1)である、請求項1~6いずれか1項に記載の黒色感光性組成物。
  8. カーボンブラック(A)を黒色感光性組成物の不揮発分中に10~20質量%含有する、請求項1~7いずれか1項に記載の黒色感光性組成物。
  9. さらに、分散助剤を含む、請求項1~8いずれか1項に記載の黒色感光性組成物。
  10. 分散助剤が、酸性基を有するトリアジン系誘導体を含む、請求項9に記載の黒色感光性組成物。
  11. 基材、および請求項1~10のいずれか1項に記載の黒色感光性組成物の硬化物である被膜を備える、遮光板。
  12. 請求項11に記載の遮光板を備える、表示装置。
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