JPWO2009063955A1 - スペーサー形成用感放射線性樹脂組成物、スペーサー、スペーサーの形成方法、及び液晶表示素子 - Google Patents
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Abstract
Description
被膜の透明性が低いと、露光時に膜表面で硬化反応が進む一方、被膜の深さ方向への硬化反応が不十分となる。その結果、現像後に得られるスペーサーの形状は、逆テーパ(断面形状が、膜表面の辺が基板側の辺よりも長い逆三角形状)となり、その後の配向膜のラビング処理時にスペーサーが剥離する原因となる。
また、従来の感放射線性重合開始剤は、液保存性が悪いため、塗布液を冷下で保存させなければならない取り扱い性の問題や、それによるコストアップへの影響、塗布後のガラス基板上での経時安定性など問題があった。
<1>
(A)分岐構造および/または脂環構造、酸性基、又はエステル基を介して主鎖に結合するエチレン性不飽和基を少なくとも1つの側鎖に有する樹脂、
(B)重合性不飽和化合物、並びに
(C)(C1)ヘキサアリールビイミダゾール化合物、(C2)芳香族メルカプト化合物、及び(C3)助剤を含有する、スペーサー形成用感放射線性樹脂組成物。
<2>
前記(C3)助剤が、チオキサントン化合物、クマリン化合物、ベンゾフェノン化合物、及びアクリドン化合物から選択される少なくとも一種類を含有する<1>に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物。
前記(C1)ヘキサアリールビイミダゾール化合物が、下記一般式(1)または一般式(2)で表される化合物である<1>に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物:
前記分岐構造および/または脂環構造が、ジシクロペンタニル基、ジシクロペンテニル基、シクロヘキシル基、トリシクロペンタニル基、トリシクロペンテニル基、アダマンチル基、ノルボルニル基、及びイソボルニル基から選択される少なくとも1種である<1>に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物。
<5>
前記脂環構造が、下記一般式(3)で表される単量体から誘導される基である<1>に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物:
<6>
前記2価の有機連結基が、アルキレン基、アリーレン基、エステル基、アミド基、及びエーテル基から選ばれる一つ又は組み合わせである<5>に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物。
前記脂環構造が、下記一般式(4)で表される単量体から誘導される基である<1>に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物:
前記2価の有機連結基が、アルキレン基、アリーレン基、エステル基、アミド基、及びエーテル基から選ばれる一つ又は組み合わせである<7>に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物。
前記分岐構造が、炭素原子数3〜12個の分岐状のアルキル基である<1>に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物。
前記(A)樹脂における、前記分岐構造及び/又は脂環構造の組成比(x)が10〜70モル%であって、前記酸性基の組成比(y)が5〜70モル%であって、前記エチレン性不飽和基の組成比(z)が10〜70モル%である、<1>に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物。
前記(B)重合性化合物の(A)樹脂に対する質量比率[(B)/(A)比]が0.5〜2.5である<1>に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物。
上記<1>〜<12>のいずれか1項に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物を用いて形成されたスペーサー。
<14>
上記<1>〜<12>のいずれか1項に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物を用いて感光性樹脂層を基板上に形成することと、
該感光性樹脂層の少なくとも一部に、350nm未満の波長を実質的に含まない放射線を露光することと、
露光後の感光性樹脂層を現像することと、
現像後の感光性樹脂層を加熱することと、
を含むスペーサーの形成方法。
<15>
上記<13>に記載のスペーサーを備えた液晶表示素子。
本発明のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物は、(A)分岐構造および/または脂環構造、酸性基、又はエステル基を介して主鎖に結合するエチレン性不飽和基を少なくとも1つの側鎖に有する樹脂、(B)重合性不飽和化合物、(C)(C1)ヘキサアリールビイミダゾール化合物、(C2)芳香族メルカプト化合物及び(C3)助剤を含有する。
本発明のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物は、上記構成を有することにより、高感度で現像性に優れ、かつ、保存性に優れている。特に、350nm未満の波長を含まない波長でも高感度で、かつ硬化反応が良好で現像性に優れている。
また、該感放射線性樹脂組成物により製造されるスペーサーは、圧縮性にも優れて高度の変形回復性を有するため、表示素子及び/または表示装置における表示ムラを解消することができる。
本発明における層形成工程は、基板上に本発明の感放射線性樹脂組成物を用いて感光性樹脂層を形成する工程である。
この感光性樹脂層から、後述するパターニング工程等の他工程を経て、変形回復性が良好でセル厚を均一に保持し得る本発明のスペーサーが形成される。該スペーサーを用いることにより、特にセル厚の変動により表示ムラが生じやすい液晶表示装置における画像中の表示ムラが効果的に解消される。
感放射線性樹脂組成物の塗布は、公知の塗布法、例えば、スピンコート法、カーテンコート法、スリットコート法、ディップコート法、エアーナイフコート法、ローラーコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、あるいは米国特許第2681294号明細書に記載のホッパーを使用するエクストルージョンコート法等により行なうことができる。中でも、特開2004−89851号公報、特開2004−17043号公報、特開2003−170098号公報、特開2003−164787号公報、特開2003−10767号公報、特開2002−79163号公報、特開2001−310147号公報等に記載のスリットノズルあるいはスリットコーターを用いる塗布方法が好適である。
転写は、感光性転写材料を用いて、仮支持体上に膜状に形成された感光性樹脂層を、ローラー又は平板を用いて、支持体(または基板)の表面に圧着又は加熱圧着することによって貼り合せた後、仮支持体の剥離により感光性樹脂層を支持体上に転写する。具体的には、特開平7−110575号公報、特開平11−77942号公報、特開2000−334836号公報、特開2002−148794号公報に記載のラミネーター及びラミネート方法が挙げられる。低異物の観点で、特開平7−110575号公報に記載の方法を用いるのが好ましい。
該感光性転写材料を構成する仮支持体、酸素遮断層、熱可塑性樹脂層、その他の層や該感光性転写材料の作製方法については、特開2006−23696号公報の段落番号[0024]〜[0030]に記載の構成、作製方法を適用することができる。
次に、感放射線性樹脂組成物について説明する。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、(A)分岐構造および/または脂環構造、酸性基、又はエステル基を介して主鎖に結合するエチレン性不飽和基を少なくとも1つの側鎖に有する樹脂、(B)重合性不飽和化合物、及び(C)(C1)ヘキサアリールビイミダゾール化合物、(C2)芳香族メルカプト化合物及び(C3)助剤を含有する。
また、必要に応じて、その他の成分を更に含んでも良い。
(A)樹脂は、分岐構造および/または脂環構造、酸性基、又はエステル基を介して主鎖に結合するエチレン性不飽和基を少なくとも1つの側鎖に有する。
前記(A)成分の樹脂における分岐構造および/または脂環構造、酸性基、及びエチレン性不飽和基は、それぞれが異なる側鎖中に含まれてもよいし、これらのうちの少なくとも2つが組み合わされて同じ側鎖中に含まれてもよいし、全てが同じ側鎖中に含まれていてもよい。
分岐構造及び/又は脂環構造について説明する。
本発明における(A)樹脂は、分岐構造及び/又は脂環構造を側鎖中に少なくとも1つを含む。
分岐構造及び/又は脂環構造は、樹脂(A)の同一の側鎖中に複数含まれていてもよい。また、分岐構造及び/又は脂環構造は、樹脂(A)の同一の側鎖中に、酸性基、エチレン性不飽和基をともに含まれていてもよい。
また、前記分岐構造及び/又は脂環構造は、樹脂(A)の主鎖に直接結合し分岐構造及び/又は脂環構造のみで樹脂(A)の側鎖を構成していてもよいし、また樹脂(A)の主鎖に2価の有機連結基を介して結合し、分岐構造及び/又は脂環構造を有する基として樹脂(A)の側鎖を構成していてもよい。
前記アルキレン基の例としては、総炭素数1〜20のアルキレン基が好ましく挙げられ、さらに好ましくは総炭素数1〜10のアルキレン基が好ましい。具体的には、メチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、ヘキシレン、オクチレン、ドデシレン、オクタデシレンなどが挙げられ、これらは分岐構造、環状構造、又は官能基を有していてもよく、さらに好ましくは、メチレン基、エチレン基、オクチレン基が挙げられる。
前記アリーレン基の例としては、総炭素数6〜20のアリーレン基が好ましく挙げられ、さらに好ましくは総炭素数6〜12のアリーレン基が挙げられる。具体的には、フェニレン基、ビフェニレン基、ナフタレン基、アントラセン基などが挙げられ、これらは分岐構造又は官能基を有していてもよく、さらに好ましくは、フェニレン基、ビフェニレン基が挙げられる。
一般式(3)又は(4)の中でも、y=1又は2、n=0〜4である場合が好ましく、n=0〜2である場合がより好ましい。
前記2価の有機連結基は、置換基を有していてもよく、前記2価の有機連結基の例として、アルキレン基、アリーレン基、エステル基、アミド基、及びエーテル基から選ばれる一つ又は組み合わせが挙げられる。
前記アルキレン基の例としては、総炭素数1〜20のアルキレン基が好ましく挙げられ、さらに好ましくは1〜10が好ましい。具体的には、メチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、ヘキシレン、オクチレン、ドデシレン、オクタデシレンなどが挙げられ、これらは分岐構造、環状構造、又は官能基を有していてもよく、さらに好ましくは、メチレン基、エチレン基、オクチレン基が好ましい。
前記アリーレン基の例としては、総炭総数6〜20のアリーレン基が好ましく挙げられ、さらに好ましくは総炭総数6〜12が好ましい。具体的には、フェニレン基、ビフェニレン基、ナフタレン基、アントラセン基などが挙げられ、これらは分岐構造又は官能基を有していてもよく、さらに好ましくは、フェニレン基、ビフェニレン基が好ましい。
前記2価の有機連結基が有してもよい置換基の例としては、アルキル基、ヒドロキシ基、アミノ基、ハロゲン基、芳香環基、脂環構造を有する基などが挙げられる。
中でも現像性に優れ、変形回復率に優れる点で、一般式(3)又は(4)で表される化合物が好ましく、その具体例として、下記化合物D−1〜D−11、T−1〜T−12が挙げられる。
前記市販品の例としては、FA−511A、FA−512A(S)、FA−512M、FA−513A、FA−513M、TCPD−A、TCPD−M、H−TCPD−A、H−TCPD−M、TOE−A、TOE−M、H−TOE−A、H−TOE−M(全て商品名、日立化成工業(株)製)等が挙げられる。これらの中でも、現像性に優れ、変形回復率に優れる点で、FA−512A(S)及びFA−512Mが好ましい。
(A)樹脂は、側鎖に酸性基を少なくとも1つ含む。
前記酸性基は同一の側鎖中に複数含まれていてもよい。また、酸性基は(A)樹脂の同一の側鎖中に分岐構造および/または脂環構造、並びにエステル基を介して結合しているエチレン性不飽和基とともに含まれていてもよい。
また、前記酸性基は、樹脂(A)の主鎖に直接結合し酸性基のみで樹脂(A)の側鎖を構成してもよいし、樹脂(A)の主鎖に2価の有機連結基を介して結合し、酸性基を有する基として樹脂(A)の側鎖を構成してもよい。ここで、2価の有機連結基の例としては前記分岐構造及び/又は脂環構造の項の説明で例示した2価の有機連結基が挙げられ、好ましい範囲も同様である
。
前記(A)樹脂の側鎖としてエステル基を介して主鎖に結合している「エチレン性不飽和基」としては、特に制限はないが、その例としては(メタ)アクリロイル基が挙げられる。前記エステル基(−COO−)はエチレン性不飽和基と(A)樹脂の主鎖とを連結する。
本明細書において、エステル基を介して主鎖に結合するエチレン性不飽和基とは、エチレン性不飽和基を含む原子団がエステル基によって樹脂の主鎖に結合していることを指す。このため、該エステル基は主鎖に直結しているが、該エチレン性不飽和基と該エステル基とは直接結合されていてもよいし、両者を連結する連結基を介して結合されていてもよい。
前記(A)樹脂の側鎖にエチレン性不飽和基を導入する方法は公知のものの中から適宜選択することができる。例えば、酸性基を持つ繰り返し単位にエポキシ基を持つ(メタ)アクリレートを付加する方法、ヒドロキシル基を持つ繰り返し単位にイソシアネート基を持つ(メタ)アクリレートを付加した付加する方法、イソシアネート基を持つ繰り返し単位にヒドロキシ基を持つ(メタ)アクリレートを付加する方法などが挙げられる。
その中でも、酸性基を持つ繰り返し単位にエポキシ基を持つ(メタ)アクリレートを付加する方法が最も製造が容易であり、低コストである点で好ましい。
前記(A)樹脂には、その他の単量体を用い、その他の基が導入されていてもよい。
前記その他の単量体としては、特に制限はなく、例えば分岐構造及び/又は脂環構造をもたない(メタ)アクリル酸エステル、スチレン、ビニルエーテル、二塩基酸無水物基、ビニルエステル基、炭化水素アルケニル基等を有する単量体などが挙げられる。
前記ビニルエーテル基としては、特に制限はなく、例えば、ブチルビニルエーテル基などが挙げられる。
前記ビニルエステル基としては、特に制限はなく、例えば、酢酸ビニル基などが挙げられる。
前記炭化水素アルケニル基としては、特に制限はなく、例えば、ブタジエン基、イソプレン基などが挙げられる。
また、例示化合物中のx、l、y、z及びStは、各繰り返し単位の組成比(質量比)を表し、後述の好ましい範囲で構成する形態が好適である。また、各例示化合物の重量平均分子量も、後述の好ましい範囲で構成する形態が好適である。
(A)樹脂は、モノマーの(共)重合反応の工程とエチレン性不飽和基を導入する工程の二段階の工程から合成することができる。
まず、(共)重合反応としては、種々のモノマーの(共)重合反応が挙げられ、特に制限はなく公知のものの中から適宜選択することができる。例えば、重合の活性種については、ラジカル重合、カチオン重合、アニオン重合、配位重合などを適宜選択することができる。これらの中でも合成が容易であり、低コストである点からラジカル重合であることが好ましい。また、重合方法についても特に制限はなく公知の方法の中から適宜選択することができる。例えば、バルク重合法、懸濁重合法、乳化重合法、溶液重合法などを適宜選択することができる。これらの中でも、溶液重合法であることがより望ましい。
(A)樹脂の総炭素数は、弾性係数(硬さ)の観点から、10以上が好ましい。中でも、総炭素数は、10〜30がより好ましく、特に好ましくは10〜15である。
(A)樹脂の分子量は、重量平均分子量で10,000〜10万が好ましく、12,000〜60,000が更に好ましく、15,000〜45,000が特に好ましい。重量平均分子量が前記範囲内であると、樹脂(好ましくは共重合体)の製造適性、及び現像性の点で望ましい。また、溶融粘度の低下により形成された形状が潰れ難い点、架橋不良となり難い点、及び現像でのスペーサ形状の残渣がない点で好ましい。
重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)で測定される。GPCについては、後記する実施例の項で詳細に示す。
(A)樹脂のガラス転移温度(Tg)は、40〜180℃であることが好ましく、45〜140℃であることはより好ましく、50〜130℃であることが特に好ましい。ガラス転移温度(Tg)が前記好ましい範囲内であると、良好な現像性、及び力学強度を有するスペーサが得られる。
(A)樹脂の酸価は、とりうる分子構造により好ましい範囲が変動するが、一般には20mgKOH/g以上であることが好ましく、40mgKOH/g以上であることはより好ましく、50〜130mgKOH/gであることが特に好ましい。酸価が前記好ましい範囲内であると、良好な現像性、及び力学強度を有するスペーサが得られる。
前記(A)樹脂は、良好な現像性、及び力学強度を有するスペーサが得られる点で、ガラス転移温度(Tg)が40〜180℃であり、かつ重量平均分子量が10,000〜100,000であることが好ましく、Tgが45〜140℃であり、かつ重量平均分子量が12,000〜60,000であることがより好ましく、Tgが50〜130℃であり、かつ重量平均分子量が15,000〜45,000であることが特に好ましい。
更に、前記(A)樹脂の好ましい例は、好ましい前記分子量、ガラス転移温度(Tg)、及び酸価のそれぞれの組合せがより好ましい。
具体的には、前記(A)樹脂は、分岐構造及び/又は脂環構造を有する繰り返し単位:X(xモル%)と、酸性基を有する繰り返し単位:Y(yモル%)と、主鎖との間にエステル基を介して配されたエチレン性不飽和結合を有する繰り返し単位:Z(zモル%)と、を少なくとも有する3元共重合以上の共重合体であることが好ましい。さらに、必要に応じてその他の繰り返し単位:L(lモル%)を有していてもよい。
このような共重合体は、例えば、分岐構造及び/又は脂環構造を有する単量体と、酸性基を有する単量体と、主鎖との間にエステル基を介して配されたエチレン性不飽和結合を有する単量体と、必要に応じて他の単量体と、を共重合させて得ることができる。このうち、嵩高い官能基で圧縮弾性率、弾性回復性が良好になる点で、少なくとも前記分岐構造及び/又は脂環構造を有する単量体として、前記一般式(4)で表される単量体を共重合させて、分岐構造及び/又は脂環構造を有する基が導入された共重合体であることが好ましい。この場合、(A)樹脂は、前記一般式(4)で表される単量体に由来の構成単位を主鎖に有する。
(A)樹脂における、分岐構造及び/又は脂環構造を有する繰り返し単位の組成比(x)は、10〜70モル%が好ましく、15〜65モル%が更に好ましく、20〜60モル%が特に好ましい。組成比(x)が前記範囲内であると、良好な現像性が得られると共に、画像部の現像液耐性も良好である。
(A)樹脂における、酸性基を有する繰り返し単位の組成比(y)は、5〜70モル%が好ましく、10〜60モル%が更に好ましく、20〜50モル%が特に好ましい。組成比(y)が前記範囲内であると、良好な硬化性、現像性が得られる。
(A)樹脂における「主鎖との間にエステル基を介して配されたエチレン性不飽和結合」を有する繰り返し単位の組成比(z)は、10〜70モル%が好ましく、20〜70モル%が更に好ましく、30〜70モル%が特に好ましい。組成比(z)が前記範囲内であると、顔料分散性に優れると共に、感度及び重合硬化性が良好であり、調液後の液保存性、及び塗布後の乾膜状態で長期保持された際の経時安定性が良好になる。
更には、(A)樹脂としては、組成比(x)が10〜70モル%であって、組成比(y)が5〜70モル%であって、組成比(z)が10〜70モル%である場合が好ましく、組成比(x)が15〜65モル%であって、組成比(y)が10〜60モル%であって、組成比(z)が20〜70モル%である場合がより好ましく、組成比(x)が20〜50モル%であって、組成比(y)が20〜50モル%であって、組成比(z)が30〜70モル%である場合が特に好ましい。
(A)樹脂は、後述するその他の樹脂と併用できるが、前記(A)樹脂のみで構成される場合が好ましい。
前記(A)樹脂と併用することができる樹脂の例としては、アルカリ性水溶液に対して膨潤性を示す化合物が好ましく、アルカリ性水溶液に対して可溶性である化合物がより好ましい。
アルカリ性水溶液に対して膨潤性又は溶解性を示す樹脂としては、例えば、酸性基を有する樹脂が好適に挙げられる。具体例としては、エポキシ化合物にエチレン性不飽和二重結合と酸性基とを導入した化合物(例えば、エポキシアクリレート化合物)、側鎖に(メタ)アクリロイル基及び酸性基を有するビニル共重合体、エポキシアクリレート化合物と、側鎖に(メタ)アクリロイル基及び酸性基を有するビニル共重合体との混合物、マレアミド酸系共重合体、などが挙げられる。
前記酸性基は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、などが挙げられ、これらの中でも、原料の入手性などの観点から、カルボキシル基が好ましく挙げられる。
本発明における感光性組成物は、前記(A)樹脂と共に、(B)重合性不飽和化合物を含有する。
前記重合性不飽和化合物は、公知の組成物を構成する成分から選択して用いることができ、例えば、特開2006−23696号公報の段落番号[0010]〜[0020]に記載の成分や、特開2006−64921号公報の段落番号[0027]〜[0053]に記載の成分を挙げることができる。
(C1)ヘキサアリールビイミダゾール化合物
本発明の感放射線性樹脂組成物は、長波長における感光向上のため、(C)成分として少なくとも(C1)ヘキサアリールビイミダゾール化合物を含有する。
ヘキサアリールビイミダゾール系化合物としては、例えば、2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾール、2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−エトキシカルボニルフェニル)ビイミダゾール、2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−フェノキシカルボニルフェニル)ビイミダゾール、2,2’−ビス(2,4−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−エトキシカルボニルフェニル)ビイミダゾール、2,2’−ビス(2,4−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−フェノキシカルボニルフェニル)ビイミダゾール、2,2’−ビス(2,4,6−トリクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−エトキシカルボニルフェニル)ビイミダゾール、2,2’−ビス(2,4,6−トリクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−フェノキシカルボニルフェニル)ビイミダゾール、2,2’−ビス(2−シアノフェニル)−4,4’,5.5’−テトラキス(4−エトキシカルボニルフェニル)ビイミダゾール、2,2’−ビス(2−シアノフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−フェノキシカルボニルフェニル)ビイミダゾール、2,2’−ビス(2−メチルフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−メトキシカルボニルフェニル)ビイミダゾール、2,2’−ビス(2−メチルフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−エトキシカルボニルフェニル)ビイミダゾール、2,2’−ビス(2−メチルフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−フェノキシカルボニルフェニル)ビイミダゾール、2,2’−ビス(2−エチルフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−メトキシカルボニルフェニル)ビイミダゾール、2,2’−ビス(2−エチルフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−エトキシカルボニルフェニル)ビイミダゾール、2,2’−ビス(2−エチルフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−フェノキシカルボニルフェニル)ビイミダゾール、2,2’−ビス(2−フェニルフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−メトキシカルボニルフェニル)ビイミダゾール、2,2’−ビス(2−フェニルフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−エトキシカルボニルフェニル)ビイミダゾール、2,2’−ビス(2−フェニルフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−フェノキシカルボニルフェニル)ビイミダゾール等;
これらは単独で又は2種類以上を組み合わせて使用される。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、分光感度を上げるために(C2)芳香族メルカプト化合物を含有する。
本発明の感放射線性樹脂組成物に用いられる芳香族メルカプト化合物の例としては、ベンゼン環又は複素環を母核とし、メルカプト基を1つ又は2つ有する化合物等が挙げられる。前記メルカプト基を2つ有する場合には、一方のメルカプト基が、アルキル基、アラルキル基又はフェニル基により置換されていてもよく、また、アルキレン基を介在した二量体又はジスルフィドの形をとった二量体でもよい。
上記の中でも、芳香族メルカプト化合物としては、例えば、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾオキサゾール、2−メルカプトベンゾイミダゾール、及びN−フェニルメルカプトベンゾイミダゾール等が好ましいものとして挙げられる。これらは単独で又は2種類以上を組み合わせて使用される。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、更に、感度を上げるために(C3)助剤を含有する。
前記(C3)助剤としては、感度を上げることができるものであれば特に限定されるものでないが、中でも、感度向上の効果の観点から、チオキサントン化合物、クマリン化合物、ベンゾフェノン化合物、及びアクリドン化合物から選択される少なくとも一種類であることが好ましい。
本明細書において、チオキサントン化合物とは置換基を有していても良いチオキサントンを意味する。
該置換基としては、例えば、炭素数1〜10、好ましくは炭素数1〜4の直鎖又は分岐のアルキル基、及びフッ素原子、塩素原子又はヨウ素原子等のハロゲン原子が挙げられる。置換基の位置に特に制限はないが、好ましくは2−位及び/又は4−位である。
上記の中でも好ましくは、2−イソプロピルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、又は2−クロロチオキサントンが挙げられる。
クマリン化合物としては、一般式(I)、(II)又は(III)で示される化合物を挙げることができる。
一般式(II)中、R3は炭素数1〜7のアルキレン基を表し、好ましくは1〜4のアルキレン基を表す。R4及びR5は同一でも異なっていても良く、それぞれ独立して水素原子、又は炭素数1〜7のアルキル基を表す。R4又はR5がアルキル基を表す場合、好ましくは1〜4のアルキル基を表す。
一般式(III)中、R6及びR7は同一でも異なっていても良く、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜7(好ましくは1〜4)のアルキル基、又は、炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。
R13、R14、R16、及びR17はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜8のアルキル基(例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基)を表す。R13とR14は互いに結合し窒素原子とともに複素環(例えばピペリジン環、ピペラジン環、モルホリン環、ピラゾール環、ジアゾール環、トリアゾール環、ベンゾトリアゾール環等)を形成してもよい。R16とR17は互いに結合し窒素原子とともに複素環(例えばピペリジン環、ピペラジン環、モルホリン環、ピラゾール環、ジアゾール環、トリアゾール環、ベンゾトリアゾール環等)を形成してもよい。R15は水素原子、炭素数1〜8のアルキル基(例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基)、炭素数1〜8のアルコキシ基(例えばメトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基)、置換されてもよい炭素数6〜10のアリール基(例えばフェニル基)、アミノ基、N(R16)(R17)、ハロゲン(例えば−Cl、−Br,−F)を表す。
R18及びR19はそれぞれ独立に、シアノ基、−COOR20、−COR21を表す。R20及びR21はそれぞれ独立に炭素数1〜8のアルキル基(例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基)、炭素数1〜8のハロアルキル基(例えばクロロメチル基、フロロメチル基、トリフロロメチル基など)、置換されてもよい炭素数6〜10のアリール基(例えばフェニル基)を表し、複素環、ベンゼン環であってもよい。
また、他のクマリン化合物の例として、下記一般式(IV)で表される化合物が挙げられる。
Zは、好ましくは=O、=S、=C(CN)2であり、特に好ましくは=Oである。
また、前記一般式(IV)で表される化合物に代表されるクマリン化合物の例としては、例えば、下記化合物1〜3や、林原生物化学研究所カタログによるNKX1316、1317、1767、1768、1320、1769、1319、1770、1771、846、3502、1619が挙げられ、市販品としても入手可能である。なかでも、NKX1767、1768、1619(商品名:林原生物化学研究所製)が好ましい。
ベンゾフェノン化合物の例としては、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、4−フェニルベンゾフェノン、4,4−ジエチルアミノベンゾフェノン、3,3’−ジメチル−4−メトキシベンゾフェノン、4−ベンゾイル−4’−メチルジフェニルサルファイド等が挙げられる。
(C3−4)アクリドン化合物
アクリドン化合物の例としては、特開2007−41082の[0032]〜[0042]に開示されている化合物が挙げられ、中でも特に好ましい化合物の例として、10−n−ブチル−2−クロロアクリドン(商品名:NBCA、黒金化成社製)が挙げられる。
前記アミノアセトフェノン系化合物の具体例としては、IRGACURE(Irg)369やIRGACURE(Irg)379、及びIRGACURE(Irg)907等(全て商品名;チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製)が挙げられる。
前記アシルフォスフィンオキサイド系化合物の具体例としては、DAROCUR TPOや、Irgacure(Irg)819等(全て商品名;チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製)が挙げられる。
前記オキシムエステル系化合物の具体例としては、IRGACURE(Irg) OXE01やCGI242等(全て商品名;チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製)が挙げられる。
本発明における感光性組成物は、前記(A)樹脂、(B)重合性不飽和化合物及び(C)光重合開始剤を少なくとも含有してなり、更に必要に応じて、その他の成分((D)微粒子等)を含んでいてもよい。
その他の成分としては、公知の組成物を構成する成分から選択して用いることができ、例えば、特開2006−23696号公報の段落番号[0010]〜[0020]に記載の成分や、特開2006−64921号公報の段落番号[0027]〜[0053]に記載の成分を挙げることができる。
基板上への感光性樹脂層の形成を転写法で行う場合、感光性組成物は、微粒子を含有することが好ましい。
(D)微粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、特開2003−302639号公報[0035]〜[0041]に記載の体質顔料が好ましく、中でも、良好な現像性、力学強度を有するスペーサが得られる点から、コロイダルシリカが好ましい。
本発明のスペーサーの製造方法は、上記の層形成工程の後、基板上に形成された感光性樹脂層(被膜)の少なくとも一部に、350nm未満の波長を実質的に含まない放射線を露光する工程(露光工程)、露光後の感光性樹脂層を現像する工程(現像工程)、現像後の感光性樹脂層を加熱する工程(加熱工程)を含む。
本発明の製造方法により、変形回復率に優れたスペーサを作製することができる。
基板上に形成された感光性樹脂層を露光及び現像してパターニングする工程を「パターニング工程」ということがある。
本発明でいう「放射線」の例としては、紫外線、遠紫外線、X線、電子線、分子線、γ線、シンクロトロン放射線、プロトンビーム線等が挙げられる。
本発明における露光工程では、前記層形成工程で形成された感光性樹脂層(被膜)の少なくとも一部に、350nm未満の波長を実質的に含まない放射線を露光する。
ここで、「350nm未満の波長を実質的に含まない」とは、350nm以上の波長の照射強度に比べて、実質的に無視し得る程度の照射強度を有する350nm未満の波長を含み得ることを意味する。即ち、後述の露光機ミラーの寿命に悪影響を与えることがない程度の照射強度を有する波長を含んでもよい。
前記感光性樹脂層の一部に露光する際には、所定のパターンマスクを介して露光する。本発明においては、高いエネルギーを有する350nm未満の短波長の放射線をカットすることにより、露光機に使用しているミラーの寿命低下を有効に抑制することができる。
前記露光に使用される放射線としては、可視光線、紫外線、遠紫外線等を使用することができる。
光照射に用いる光源の例としては、中圧〜超高圧水銀灯、キセノンランプ、メタルハライドランプ等が挙げられる。
波長が350nm未満の短波長を実質的に含まない放射線であれば特に限定されないが、190〜450nmの範囲にある放射線から350nm未満をカットしたものを用いることが好ましい。
前記放射線の露光量は、露光される放射線の波長(例えば、365nm)における強度を照度計(商品名:OAI model 356 、OAI Optical Associates Inc. 製)により測定した値として、通常、20〜50,000J/m2であり、20〜1500J/m2であることが好ましい。
前記放射線の350nm未満の波長をカットする手法としては、特に限定されるものではないが、例えば、フィルターを用いる方法を採用することができる。
前記フィルターとしては、例えば、東芝ガラス(株)製紫外透過フィルター「UV−35」(商品名)を採用することができる。
本発明における現像工程では、前記露光後の感光性樹脂層(被膜)を現像する。
現像処理に用いる現像液としては、アルカリ性物質の希薄水溶液を用いてよいが、該希薄水溶液に更に、水と混和性の有機溶剤を少量添加したものでもよい。
前記現像の前には、純水をシャワーノズル等にて噴霧して、感光性樹脂組成物層又は酸素遮断層の表面を均一に湿らせることが好ましい。
本発明おける加熱工程では、前記現像工程によって得られた感光性樹脂層からなるパターン画像(又はスペーサ)を加熱処理(ベーク処理ともいう)する。
加熱処理は、露光及び現像により形成されたパターン画像(スペーサパターン)を加熱して硬化させるものである。これにより本発明のスペーサを得ることができる。
ポスト露光に用いる光源としては、感光性樹脂層を硬化し得る波長領域の光(例えば、365nm、又は405nm)を照射できるものであれば適宜選定して用いることができる。
具体例としては、超高圧水銀灯、高圧水銀灯、メタルハライドランプ等が挙げられる。
露光量は、前記露光を補う露光量であればよく、通常は50mJ/cm2〜5000mJ/cm2であり、好ましくは200mJ/cm2〜2000mJ/cm2、更に好ましくは500mJ/cm2〜1000mJ/cm2である。
前記黒色遮蔽部及び着色部とスペーサとは、感光性組成物を塗布する塗布法と感光性組成物からなる感光性樹脂層を有する転写材料を用いる転写法と、を任意に組合せて形成することが可能である。
前記黒色遮蔽部及び着色部並びに前記スペーサはそれぞれ感光性組成物から形成できる。例えば、基板に液体の前記感光性組成物を直接塗布することにより感光性樹脂層を形成した後に、露光及び現像を行ない、前記黒色遮蔽部及び着色部をパターン状に形成し、その後、別の液体の前記感光性組成物を前記基板とは異なる別の基板(仮支持体)上に設置して感光性樹脂層を形成することにより作製された転写材料を用い、この転写材料を前記黒色遮蔽部及び着色部が形成された前記基板に密着させて感光性樹脂層を転写した後に、露光及び現像を行うことによりスペーサをパターン状に形成することができる。このようにして、スペーサが設けられたカラーフィルタを作製することができる。
本発明において、液晶表示装置用基板は、前記本発明のスペーサを備える。スペーサは、支持体上に形成されたブラックマトリクス等の黒色遮光部の上、又はTFT等の駆動素子上に形成されることが好ましい。また、ブラックマトリクス等の黒色遮光部又はTFT等の駆動素子と、スペーサとの間にITO等の透明導電層(透明電極)又はポリイミド等の液晶配向膜が存在していてもよい。
また、上記と同様に、例えば、基板に液体の前記感光性組成物を直接塗布することにより感光性樹脂層を形成した後に、露光及び現像を行ない、前記黒色遮蔽部及び着色部をパターン状に形成し、その後、別の液体の前記感光性組成物を前記基板とは異なる別の基板(仮支持体)上に設置して感光性樹脂層を形成することにより作製された転写材料を用い、この転写材料を前記黒色遮蔽部及び着色部が形成された前記基板に密着させて感光性樹脂層を転写した後に、露光及び現像を行うことによりスペーサをパターン状に形成することができる。このようにして、スペーサが設けられた液晶表示装置用基板を作製することができる。
液晶表示装置用基板には更に、必要に応じて赤色(R)、青色(B)、緑色(G)の3色等の着色画素が設けられてもよい。
本発明において、液晶表示装置用基板を設けて液晶表示素子を構成することができる。液晶表示素子の1つの態様として、少なくとも一方が光透過性の一対の支持体(本発明の液晶表示装置用基板を含む)と、この支持体間に、液晶層と液晶駆動手段(単純マトリックス駆動方式及びアクティブマトリックス駆動方式を含む)とを少なくとも備えた素子が挙げられる。
また、前記カラーフィルタ基板の前記画素群は、互いに異なる色を呈する2色の画素からなるものでも、3色の画素、4色以上の画素からなるものであってもよい。例えば3色の場合、赤(R)、緑(G)及び青(B)の3つの色相で構成される。RGB3色の画素群を配置する場合には、モザイク型、トライアングル型等の配置が好ましく、4色以上の画素群を配置する場合にはどのような配置であってもよい。カラーフィルタ基板の作製は、例えば2色以上の画素群を形成した後既述のようにブラックマトリックスを形成してもよいし、逆にブラックマトリックスを形成した後に画素群を形成してもよい。RGB画素の形成については、特開2004−347831号公報等を参考にすることができる。
液晶表示装置は、前記液晶表示装置用基板を備える。また、液晶表示装置は、前記液晶表示素子を備える。すなわち、互いに向き合うように対向配置された一対の基板間を既述のように、本発明のスペーサで所定幅に規制し、規制された間隙に液晶材料を封入(封入部位を液晶層と称する)して構成されており、液晶層の厚さ(セル厚)が所望の均一厚に保持されるようになっている。
中でも、液晶表示装置においては、最も効果的に本発明の効果を奏する観点から、液晶セルのセル厚の変動により表示ムラを起こし易い表示モードが望ましく、セル厚が2μm〜4μmであるVA型表示モード、IPS型表示モード、OCB型表示モードに構成されるのが好ましい。
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「%」及び「部」は質量基準である。
(A)樹脂の例として既述した化合物P−4にスチレン由来の構造単位を加えた化合物P−4+Stの合成例を以下に示す。ただし、化合物P−4中のモノマー比は先に示されたものからは変更されている。
反応容器中に1−メトキシ−2−プロパノール(商品名:MFG,日本乳化剤(株)製)7.48部をあらかじめ加え、90℃に昇温し、スチレン(St;w)3.1部、トリシクロペンテニルメタクリレート(日立化成工業(株)製のTCPD−M(商品名);x)4.28部、メタクリル酸(MAA;y)11.7部、アゾ系重合開始剤(和光純薬(株)製、V−601(商品名))2.08部、及び1−メトキシ−2−プロパノール55.2部からなる混合溶液を窒素ガス雰囲気下、90℃の反応容器中に2時間かけて滴下した。滴下後、4時間反応させて、アクリル樹脂溶液を得た。
次いで、前記アクリル樹脂溶液に、ハイドロキノンモノメチルエーテル0.15部、及びテトラエチルアンモニウムブロマイド0.34部を加えた後、メタクリル酸グリシジル(GLM,東京化成工業(株)製)26.4部を2時間かけて滴下した(GLM−MAA;z)。滴下後、空気を吹き込みながら90℃で4時間反応させた後、固形分濃度が45%になるように溶媒1−メトキシ−2−プロピルアセテート(MMPGAc、ダイセル化学工業(株)製)を添加し、不飽和基を持つ化合物P−4+St((A)樹脂)の樹脂溶液(固形分酸価;76.0mgKOH/g、Mw;25,000、1−メトキシ−2−プロパノール/1−メトキシ−2−プロピルアセテート45%溶液)を得た(x:y:z:St=30mol%:27mol%:37mol%:6mol%)。
ここで、GLM−MAAは、メタクリル酸にグリシジルメタクリレートが結合したものを示す(以下、同様である)。
なお、化合物P−4+スチレン化合物(化合物P−4+St)の分子量Mwは、重量平均分子量を示し、重量平均分子量の測定は、ゲル浸透クロマトグラフ法(GPC法)を用いて行なった。
GPCは、HLC−8020GPC(東ソー(株)製)を用い、カラムとして、TSKgel、Super Multipore HZ−H(東ソー(株)製、4.6mmID×15cm)を3本用い、溶離液としてTHF(テトラヒドロフラン)を用いた。また、条件としては、試料濃度を0.35/min、流速を0.35ml/min、サンプル注入量を10μl、測定温度を40℃とし、IR検出器を用いて行なった。また、検量線は、東ソー(株)製「標準試料TSK standard,polystyrene」:「F−40」、「F−20」、「F−4」、「F−1」、「A−5000」、「A−2500」、「A−1000」、「n−プロピルベンゼン」の8サンプルから作製した(以下、同様である)。
既述の化合物P−4の合成を以下のように行なった。ただし、化合物P−4中のモノマー比は先に示されたものからは変更されている。
合成例1において、スチレンを用いず、化合物P−4中のx:y:zが34mol%:27mol%:39mol%になるように、TCPD−M(x)、メタクリル酸(y)、及びGLM−MAA(z)の添加量を変更した以外は、合成例1と同様の方法により合成し、不飽和基を持つ化合物P−4((A)樹脂)の樹脂溶液(固形分酸価;72.5mgKOH/g、Mw;22,000、1−メトキシ−2−プロパノール/1−メトキシ−2−プロピルアセテート45%溶液)を得た。
既述の化合物P−3にスチレン由来の構造単位を加えた化合物構造の化合物P−3+Stの合成を以下のように行なった。ただし、化合物P−3中のモノマー比は先に示されたものからは変更されている。
合成例1において、トリシクロペンテニルメタアクリレートをメタクリル酸シクロヘキシル(CHMA,東京化成工業(株)製)に変更し、化合物P−3+St中のx:y:z:wが25mol%:25mol%:40mol%:10mol%になるように、メタクリル酸シクロヘキシル(x)、メタクリル酸(y)、GLM−MAA(z)、及びスチレン(St)の添加量を変更した以外は、合成例1と同様の方法により合成し、不飽和基を持つ化合物P−3+St((A)樹脂)の樹脂溶液(固形分酸価;84.9mgKOH/g、Mw;26,000、1−メトキシ−2−プロパノール/1−メトキシ−2−プロピルアセテート45%溶液)を得た。
既述の化合物P−3の合成を以下のように行なった。ただし、化合物P−3中のモノマー比は先に示されたものからは変更されている。
合成例1において、スチレンを用いず、トリシクロペンテニルメタクリレートをメタクリル酸シクロヘキシル(CHMA,東京化成工業(株)製)に変更して、化合物P−3中のx:y:zが32mol%:25mol%:43mol%になるように、メタクリル酸シクロヘキシル(x)、メタクリル酸(y)、及びGLM−MAA(z)の添加量を変更した以外は、合成例1と同様の方法により合成し、不飽和基を持つ化合物P−3((A)樹脂)の樹脂溶液(固形分酸価;80.9mgKOH/g、Mw;21,000、1−メトキシ−2−プロパノール/1−メトキシ−2−プロピルアセテート45%溶液)を得た。
既述の化合物P−53の合成を以下のように行なった。ただし、化合物P−53中のモノマー比は先に示されたものからは変更されている。
合成例1において、スチレンを用いず、トリシクロペンテニルメタクリレートをジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート(日立化成工業(株)製のファンクリルFA−512M(商品名))に変更し、化合物P−53中のx:y:zが46.2mol%:24.3mol%:29.5mol%になるように、FA−512M(x)、メタクリル酸(y)、GLM−MAA(z)の添加量を変更した以外は、合成例1と同様の方法により合成し、不飽和基を持つ化合物P−53((A)樹脂)の樹脂溶液(固形分酸価;70.2mgKOH/g、Mw;30,000、1−メトキシ−2−プロパノール/1−メトキシ−2−プロピルアセテート45%溶液)を得た。
既述の化合物P−10にスチレン由来の構造単位を加えた化合物構造の化合物P−10+Stの合成を以下のように行なった。ただし、化合物P−10中のモノマー比は先に示されたものからは変更されている。
合成例1において、トリシクロペンテニルメタクリレートをジシクロペンタニルメタクリレート(日立化成工業(株)製のファンクリルFA−513M(商品名))に変更し、化合物P−10にスチレンを加えた中のx:y:z:wが25mol%:25mol%:40mol%:10mol%になるように、FA−513M(x)、メタクリル酸(y)、GLM−MAA(z)、及びスチレンの添加量を変更した以外は、合成例1と同様の方法により合成し、不飽和基を持つ化合物P−10+St((A)樹脂)の樹脂溶液(固形分酸価;78.7mgKOH/g、Mw;28,000、1−メトキシ−2−プロパノール/1−メトキシ−2−プロピルアセテート45%溶液)を得た。
既述の化合物P−1にスチレン由来の構造単位を加えた化合物構造の化合物P−1+Stの合成を以下のように行なった。ただし、化合物P−1中のモノマー比は先に示されたものからは変更されている。
合成例1において、トリシクロペンテニルメタクリレートをADMA(出光興産(株)製)に変更し、化合物P−1+St中のx:y:z:wが30mol%:24mol%:38mol%:8mol%になるように、ADMA(x)、メタクリル酸(y)、GLM−MAA(z)、及びスチレンの添加量を変更した以外は、合成例1と同様の方法により合成し、不飽和基を持つ化合物P−1+St((A)樹脂)の樹脂溶液(固形分酸価;74.1mgKOH/g、Mw;29,000、1−メトキシ−2−プロパノール/1−メトキシ−2−プロピルアセテート45%溶液)を得た。
既述の化合物P−2にスチレン由来の構造単位を加えた化合物構造の化合物P−2+Stの合成を以下のように行なった。ただし、化合物P−2中のモノマー比は先に示されたものからは変更されている。
合成例1において、トリシクロペンテニルメタクリレートをメタクリル酸イソボルニル(IBXMA,和光純薬工業(株)製)に変更し、化合物P−2+St中のx:y:z:wが34mol%:24mol%:36mol%:6mol%になるように、IBXMA(x)、メタクリル酸(y)、GLM−MAA(z)、及びスチレンの添加量を変更した以外は、合成例1と同様の方法により合成し、不飽和基を持つ化合物P−2+St((A)樹脂)の樹脂溶液(固形分酸価;72.9mgKOH/g、Mw;29,000、1−メトキシ−2−プロパノール/1−メトキシ−2−プロピルアセテート45%溶液)を得た。
比較用の樹脂として、下記のようにして共重合体1を合成した。
合成例6において、GLM−MAAをメタクリル酸グリシジル(GLM;東京化成工業(株)製)に変更し、共重合体1中のx:y:z:wが27mol%:25mol%:40mol%:8mol%になるように、ジシクロペンタニルメタクリレート(x)、メタクリル酸(y)、GLM(z)、及びスチレンの添加量を変更した以外は、合成例6と同様の方法により合成し、不飽和基を持たない共重合体1の樹脂溶液(固形分酸価;95.9mgKOH/g、Mw;18,000、1−メトキシ−2−プロパノール/1−メトキシ−2−プロピルアセテート45%溶液)を得た。
既述の化合物P−57の合成を以下のように行なった。
合成例1において、トリシクロペンテニルメタアクリレートをメタクリル酸シクロヘキシル(CHMA,東京化成工業(株)製)に変更し、化合物P−57中のx:y:z:MMAが40.1mol%:26.6mol%:31.3mol%:2.0mol%になるように、メタクリル酸シクロヘキシル(x)、メタクリル酸(y)、GLM−MAA(z)、及びメチルメタクリレート(MMA)の添加量を変更した以外は、合成例1と同様の方法により合成し、不飽和基を持つ化合物P−57((A)樹脂)の樹脂溶液(固形分酸価;97.6mgKOH/g、Mw;31,300、1−メトキシ−2−プロパノール/1−メトキシ−2−プロピルアセテート45%溶液)を得た。
既述の化合物P−25の合成を以下のように行なった。
合成例1において、トリシクロペンテニルメタアクリレートをメタクリル酸シクロヘキシル(CHMA,東京化成工業(株)製)に変更し、化合物P−25中のx:y:z:MMAが46.0mol%:20.0mol%:32.0mol%:2.0mol%になるように、メタクリル酸シクロヘキシル(x)、メタクリル酸(y)、GLM−MAA(z)、及びメチルメタクリレート(MMA)の添加量を変更した以外は、合成例1と同様の方法により合成し、不飽和基を持つ化合物P−25((A)樹脂)の樹脂溶液(固形分酸価;74.3mgKOH/g、Mw;33,600、1−メトキシ−2−プロパノール/1−メトキシ−2−プロピルアセテート45%溶液)を得た。
カラーフィルタ基板の作製
特開2005−3861号公報の段落番号[0084]〜[0095]に記載の方法により、ブラックマトリクス、R(赤色)画素、G(緑色)画素、B(青色)画素を有するカラーフィルタを作製した(以下、これをカラーフィルタ基板と称する)。ここで、カラーフィルタ基板のサイズは、400mm×300mmとした。
次いで、得られたカラーフィルタ基板のR画素、G画素、及びB画素並びにブラックマトリクスの上に更に、ITO(Indium Tin Oxide)の透明電極をスパッタリングにより形成した。
上記で作製したITO透明電極がスパッタ形成されたカラーフィルタ基板のITO透明電極上に、スリット状ノズルを有するガラス基板用コーターMH−1600(商品名;エフ・エー・エス・アジア社製)を用いて、下記表1に示す処方(実施例1では処方1、C1:C2:C3=3.7:1:1(重量比))からなる感光性樹脂層用塗布液をスリット塗布した。引き続き、真空乾燥機VCD(商品名;東京応化社製)を用いて30秒間溶媒の一部を乾燥させて塗布膜の流動性をなくした後、90℃のホットプレート上で3分間プリベークし、膜厚5.2μmの感光性樹脂層を形成した(層形成工程)。
別途、対向基板としてガラス基板を用意し、上記で得られたカラーフィルタ基板の透明電極上及び対向基板上にそれぞれPVAモード用にパターニングを施し、その上に更にポリイミドよりなる配向膜を設けた。
変形回復率
得られたフォトスペーサに対して、微小硬度計(商品名:DUH−W201、(株)島津製作所製)により次のようにして測定を行ない、評価した。測定は、50μmφの円錘台圧子を採用し、最大荷重21mN、保持時間5秒として、負荷−除荷試験法により行なった。この測定値から下記式により変形回復率[%]を求め、下記評価基準にしたがって評価した。測定は、22±1℃、50%RHの環境下で行なった。
変形回復率(%)
=(荷重開放後の回復量[μm]/荷重時の変形量[μm])×100
5:変形回復率が90%以上であった。
4:変形回復率が87%以上90%未満であった。
3:変形回復率が85%以上87%未満であった。
2:変形回復率が80%以上85%未満であった。
1:変形回復率が75%以上80%未満であった。
0:変形回復率が75%未満であった。
温度25℃に調整した室内において、スペーサを10mN/sの荷重印加速度で初期高さH0[mm]の85%に相当する高さH1[mm]になるまで圧縮し、高さH1のときの荷重F1[N]を読み取り、15%圧縮時(ひずみ量=(H0−H1)/H0)の弾性係数を下記式から算出した。
弾性係数=(荷重F1/スペーサの底面積S[mm2])/ひずみ量
前記「フォトスペーサの作製」において、プロキシミティー露光後、各実施例の現像条件と同様の方法で現像し、形成したフォトスペーサ周辺部のSEM観察を行ない、スペーサ周辺の残渣の有無を確認した。
評価基準
5:残渣がまったく見られなかった。
4:パターン周辺に若干の残渣が見られた。
3:パターン周辺に残渣が見られた。
2:パターン周辺とパターン近傍の基板上に残渣が見られた。
1:基板上の所々に残渣が確認された。
各実施例で用いた感光性樹脂層用塗布液に対して、露光量を種々変化させたときにスペーサーパターンを形成できるかできないかを上記現像条件同様に露光現像処理を行い、SEM観察し、パターン形成が可能な最小の露光量を感度として、下記評価基準にしたがって評価した。
評価基準
A:露光量が60mJ/cm2未満でパターン形成が可能であった。
B:露光量が60mJ/cm2以上150mJ/cm2未満でパターン形成が可能であった。
C:パターン形成に150mJ/cm2以上300mJ/cm2未満の露光量が必要であった。
D:パターン形成に300mJ/cm2以上の露光量が必要であった。
上記で得られた密栓した感光性樹脂層用塗布液の自然経時(25℃)180日、及び感光性樹脂層用塗布液を60℃オーブンに入れ2週間経過した後、該塗布液を用い上記感度評価の操作と同様にして、下記基準で評価を行った。
評価基準
A:露光量が60mJ/cm2未満でパターン形成が可能であった。
B:露光量が60mJ/cm2以上150mJ/cm2未満でパターン形成が可能であった。
C:パターン形成に150mJ/cm2以上300mJ/cm2未満の露光量が必要であった。
D:パターン形成に300mJ/cm2以上の露光量が必要であった。
実施例1において、(A)樹脂、及び(C)光重合開始剤を表1〜3に記載の化合物のように変更した以外は、実施例1と同様な方法で液晶表示装置を作製した。
得られた液晶表示装置について、実施例1と同様の評価を行った(スペーサーの製造工程内での評価(現像性を含む))。評価結果を表3に示す。得られたスペーサーは、全て、直径15.1μm、平均高さ4.7μmの円柱状であった。
実施例1において、感光性樹脂層用塗布液の調製に用いた化合物P−1((A)樹脂)、微粒子、及び形成方法等を下記表1中の処方2及び4(C1:C2:C3=1:1.7:1(重量比))、及び表3に示すように変更し、感光性樹脂層用塗布液の塗布に代えて以下に示すスペーサ用感光性転写フィルムを用いた転写を行なうことにより、感光性樹脂層を形成したこと以外は、実施例1と同様して、フォトスペーサ及び液晶表示装置を作製した。得られたフォトスペーサは、直径15.1μm、平均高さ4.7μmの円柱形状であった。
厚さ75μmのポリエチレンテレフタレートフィルム仮支持体(PET仮支持体)上に、下記処方Aからなる熱可塑性樹脂層用塗布液を塗布、乾燥させ、乾燥層厚15.0μmの熱可塑性樹脂層を形成した。
・メチルメタクリレート/2−エチルヘキシルアクリレート/ベンジルメタクリレート/メタクリル酸共重合体 … 25.0部
(=55/11.7/4.5/28.8[モル比]、重量平均分子量90,000)
・スチレン/アクリル酸共重合体 … 58.4部
(=63/37[モル比]、重量平均分子量8,000)
・2,2−ビス[4−(メタクリロキシポリエトキシ)フェニル]プロパン
… 39.0部
・下記界面活性剤1 … 10.0部
・メタノール … 90.0部
・1−メトキシ−2−プロパノール … 51.0部
・メチルエチルケトン … 700部
・下記構造物1 …30%
・メチルエチルケトン …70%
・ポリビニルアルコール …3.22部
(商品名:PVA−205(鹸化率80%)、(株)クラレ製)
・ポリビニルピロリドン …1.49部
(商品名:PVP K−30、アイエスピー・ジャパン株式会社製)
・メタノール …42.3部
・蒸留水 …524部
得られたスペーサ用感光性転写フィルムのカバーフィルムを剥離し、露出した感光性樹脂層の表面を、実施例1と同様にして作製したITO透明電極がスパッタ形成されたカラーフィルタ基板のITO透明電極上に重ね合わせ、ラミネーターLamicII型[商品名:(株)日立インダストリイズ製]を用いて、線圧100N/cm、130℃の加圧及び加熱条件下で搬送速度2m/分にて貼り合わせた。その後、PET仮支持体を熱可塑性樹脂層との界面で剥離除去し、感光性樹脂層を熱可塑性樹脂層及び中間層と共に転写した(層形成工程)。
次いで、炭酸Na系現像液(0.38モル/リットルの炭酸水素ナトリウム、0.47モル/リットルの炭酸ナトリウム、5%のジブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム、アニオン界面活性剤、消泡剤、及び安定剤を含有;商品名:T−CD1(富士フィルム(株)製)を純水で10倍に希釈した液)を用いて29℃で30秒間、コーン型ノズル圧力0.15MPaでシャワー現像し、パターン像を形成した。引き続いて、洗浄剤(燐酸塩、珪酸塩、ノニオン界面活性剤、消泡剤、安定剤を含有;商品名:T−SD3(富士フィルム(株)製))を純水で10倍に希釈した液を用いて33℃で20秒間、コーン型ノズル圧力0.02MPaにてシャワーで吹きかけ、形成されたパターン像の周辺の残渣除去を行ない、円柱状のスペーサパターンを300μm×300μmに1本のスペーサ間隔となるように形成した(パターニング工程)。
次に、スペーサパターンが設けられたカラーフィルタ基板を、220℃で60分間加熱処理を行なう(熱処理工程)ことにより、カラーフィルタ基板上にフォトスペーサを作製した。得られたフォトスペーサは、直径15.1μm、平均高さ4.7μmの円柱形状であった。
そして、フォトスペーサが作製されたカラーフィルタ基板を用い、実施例1と同様にして、PVAモード液晶表示装置を作製した。
・B−CIM:2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾール(保土ヶ谷化学工業(株)製)
・HABI1311:2,2’−ビス(o−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(3,4−ジメトキシフェニル)ビイミダゾール(日本シベルヘグナー(株)製)
・メチルビイミダゾール:2,2’−ビス(2−メチル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾール(黒金化成(株)製)
・IRG907: 2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モリフォリノプロパン−1−オン (IRGACURE907、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製)
・MBI: 2−メルカプトベンズイミダゾール
・MBT: 2−メルカプトベンゾチアゾール
・EAB:ジエチルアミノベンゾフェノン
・NKX−1619:クマリン化合物((株)林原生物化学研究所製)
・MIBK−St:シリカゾルの30wt%メチルイソブチルケトン分散物(日産化学製)
・NBCA:10−n−ブチル−2−クロロアクリドン(黒金化成社製)
・NPhMBI:N−フェニルメルカプトベンゾイミダゾール
Claims (15)
- (A)分岐構造および/または脂環構造、酸性基、又はエステル基を介して主鎖に結合するエチレン性不飽和基を少なくとも1つの側鎖に有する樹脂、
(B)重合性不飽和化合物、並びに
(C)(C1)ヘキサアリールビイミダゾール化合物、(C2)芳香族メルカプト化合物、及び(C3)助剤を含有する、スペーサー形成用感放射線性樹脂組成物。 - 前記(C3)助剤が、チオキサントン化合物、クマリン化合物、ベンゾフェノン化合物、及びアクリドン化合物から選択される少なくとも一種類を含有する請求項1に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物。
- 前記(C1)ヘキサアリールビイミダゾール化合物が、下記一般式(1)または一般式(2)で表される化合物である請求項1に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物:
式(1)中、Xは水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数6〜9のアリール基を示し;Aは炭素数1〜12を有する置換もしくは無置換のアルコキシ基、又は−COO−R(但し、Rは炭素数1〜4のアルキル基または炭素数6〜9のアリール基を示す)を示し;nは1〜3の整数であり;各mは1〜3の整数である;
式(2)中、X1、X2およびX3はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数6〜9のアリール基を示すが、X1、X2およびX3の2個以上が同時に水素原子を示すことはない。 - 前記分岐構造および/または脂環構造が、ジシクロペンタニル基、ジシクロペンテニル基、シクロヘキシル基、トリシクロペンタニル基、トリシクロペンテニル基、アダマンチル基、ノルボルニル基、及びイソボルニル基から選択される少なくとも1種である請求項1に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物。
- 前記脂環構造が、下記一般式(3)で表される単量体から誘導される基である請求項1に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物:
一般式(3)中、Xは2価の有機連結基を表し、yは1又は2を表し、nは0〜15の整数を表し、Rは水素原子又はメチル基を表す。 - 前記2価の有機連結基が、アルキレン基、アリーレン基、エステル基、アミド基、及びエーテル基から選ばれる一つ又は組み合わせである請求項5に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物。
- 前記脂環構造が、下記一般式(4)で表される単量体から誘導される基である請求項1に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物:
一般式(4)中、Xは2価の有機連結基を表し、yは1又は2を表し、nは0〜15の整数を表し、Rは水素原子又はメチル基を表す。 - 前記2価の有機連結基が、アルキレン基、アリーレン基、エステル基、アミド基、及びエーテル基から選ばれる一つ又は組み合わせである請求項7に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物。
- 前記分岐構造が、炭素原子数3〜12個の分岐状のアルキル基である請求項1に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物。
- 前記(A)樹脂が、スチレン由来の構造単位をさらに含む、請求項1に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物。
- 前記(A)樹脂における、前記分岐構造及び/又は脂環構造の組成比(x)が10〜70モル%であって、前記酸性基の組成比(y)が5〜70モル%であって、前記エチレン性不飽和基の組成比(z)が10〜70モル%である、請求項1に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物。
- 前記(B)重合性化合物の(A)樹脂に対する質量比率[(B)/(A)比]が0.5〜2.5である請求項1に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物。
- 請求項1〜請求項12のいずれか1項に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物を用いて形成されたスペーサー。
- 請求項1〜請求項12のいずれか1項に記載のスペーサー形成用感放射線性樹脂組成物を用いて感光性樹脂層を基板上に形成することと、
該感光性樹脂層の少なくとも一部に、350nm未満の波長を実質的に含まない放射線を露光することと、
露光後の感光性樹脂層を現像することと、
現像後の感光性樹脂層を加熱することと、
を含むスペーサーの製造方法。 - 請求項13に記載のスペーサーを備えた液晶表示素子。
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