JPWO2016052069A1 - チオール化合物、チオール化合物の製造方法、ポリマー、組成物、硬化性組成物、着色組成物、硬化膜およびカラーフィルタ - Google Patents
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Abstract
Description
上記において、Rは水素原子またはアルキル基であり、aは1〜4の整数であり、bは1〜4の整数である。
具体的には、下記手段<1>により、好ましくは<2>〜<17>により、上記課題は解決された。
<1>下記式(1)で表されるチオール化合物;
(HS−R1−M1−)nL1 (1)
式(1)において、L1はn価の有機連結基を表し、
nは3〜15の整数を表し、
M1は、−O−、−S−、−N(R2)−、−C(=O)−、−C(=O)−O−、−O−C(=O)−O−、−C(=O)−NH−、−O−C(=O)−NH−、−S(=O)−、−S(=O)−O−、−S(=O)2−、−S(=O)2−O−、または−CH=N−を表し、
R1は、アルキレン基、または、アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基を表し、
R2は、水素原子、エーテル性酸素原子を含んでもいてもよい炭素数1〜10のアルキル基、または、エーテル性酸素原子を含んでもいてもよい芳香族性炭化水素基を表し、
SHはチオール基を表し、SHの硫黄原子とM1のR1と結合する原子とは、R1の5以上の原子によって隔てられている。
<2>R1は、炭素数5〜30の直鎖アルキレン基、炭素数6〜30の分岐アルキレン基、炭素数3〜27の直鎖アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基、または、炭素数4〜28の分岐アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基を表す、<1>に記載のチオール化合物。
<3>R1は、炭素数5〜20の直鎖アルキレン基、エチレンオキシ鎖を含む、炭素数5〜20のアルキレン基、または、イソプロピレンオキシ鎖を含む、炭素数5〜20のアルキレン基を表す、<1>に記載のチオール化合物。
<4>L1は、多価アルコールから誘導される連結基である、<1>〜<3>のいずれかに記載のチオール化合物。
<5>L1は、1から100個までの炭素原子、0個から10個までの窒素原子、0個から50個までの酸素原子、1個から200個までの水素原子、および0個から20個までの硫黄原子からなる基からなる、<1>〜<4>のいずれかに記載のチオール化合物。
<6>L1は、下記(L−1)〜(L−21)のいずれかで表される構造から選択される、<1>〜<4>のいずれかに記載のチオール化合物;
上記において、rは0〜10の整数であり、R31〜R41はそれぞれ独立にアルキル基を表し、R42は、水素原子、アルキル基またはアルコキシ基を表し、R43およびR44は、それぞれ独立に、水素原子、または炭素数1〜6のアルキル基であり、sは、0〜9の整数であり、L4は、−O−または−C(=O)−を表す。
<7>L1は、下記のいずれかで表される構造から選択される、<1>〜<4>のいずれかに記載のチオール化合物;
上記において、rは0〜10の整数であり、R42、R43およびR44は、エチル基である。
<8>下記式(3)で表される化合物と下記式(4)で表される化合物とを反応させ、得られた生成物と保護基Zを有する含硫黄化合物を反応させた後、保護基Zを脱離させることによりチオール基を生成させることを含む、<1>〜<7>のいずれかに記載のチオール化合物の製造方法;
L1−(RH)n (3)
X−Ma−R1−Y (4)
式中、L1は、n価の有機連結基を表し、
RHは酸素原子、窒素原子および硫黄原子の少なくとも1つを含み、酸素原子、窒素原子および硫黄原子のいずれかと連結する水素原子を含む基を表し、
nは3〜15の整数を表し、
Yは保護基Zを有する含硫黄化合物との反応で脱離する基を表し、
R1は、アルキレン基、または、アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基を表し、YのR1と結合する原子とMaのR1と結合する原子とは、R1の5以上の原子によって隔てられており、
Maは、単結合または2価の連結基を表し、Xは、ハロゲン原子またはスルホネートの少なくとも一つを含む基を表す。
<9>3〜15価の多価アルコールと下記式(4−1)で表される化合物とを反応させ、得られた生成物と保護基Zを有する含硫黄化合物を反応させた後、保護基Zを脱離させることによりチオール基を生成させることを含む、チオール化合物の製造方法;
X−Ma1−R1−Y (4−1)
式中、Yは保護基Zを有する含硫黄化合物との反応で脱離する基を表し、
R1は、アルキレン基、または、アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基を表し、YのR1と結合する原子とMa1のR1と結合する原子とは、R1の5以上の原子によって隔てられており、
Ma1は、−C(=O)−を表し、
Xは、ハロゲン原子またはスルホネートの少なくとも一つを含む基を表す。
<10>3〜15価の多価アルコールと下記式(4−2)で表される化合物とを反応させ、得られた生成物と保護基Zを有する含硫黄化合物を反応させた後、保護基Zを脱離させることによりチオール基を生成させることを含む、チオール化合物の製造方法;
X−R1−Y (4−2)
式中、Yは保護基Zを有する含硫黄化合物との反応で脱離する基を表し、
R1は、アルキレン基、または、アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基を表し、YのR1と結合する原子とXのR1と結合する原子とは、R1の5以上の原子によって隔てられており、
Xは、ハロゲン原子またはスルホネートの少なくとも一つを含む基を表す。
<11>保護基Zが、下記式(5)で表される基、下記式(6)で表される基、または、下記式(6)で表される基の塩である、<8>〜<10>のいずれかに記載のチオール化合物の製造方法;
式(5)中、R4は、水素原子、炭素数1〜30のアルキル基、炭素数6〜30のアリール基、または、炭素数3〜30のヘテロアリール基を表す。
<12> 下式(7)で表されるポリマー;
式(7)において、L1は(n1+n2)価の有機連結基を表し、
n1は1〜15を表し、n2は0〜14を表し、n1とn2との合計は3〜15であり、M1は、−O−、−S−、−N(R2)−、−C(=O)−、−C(=O)−O−、−O−C(=O)−O−、−C(=O)−NH−、−O−C(=O)−NH−、−S(=O)−、−S(=O)−O−、−S(=O)2−、−S(=O)2−O−、または−CH=N−を表し、
R1は、アルキレン基、または、アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基を表し、
R2は、水素原子、エーテル性酸素原子を含んでもいてもよい炭素数1〜10のアルキル基、または、エーテル性酸素原子を含んでもいてもよい芳香族性炭化水素基を表し、
SHはチオール基を表し、SHの硫黄原子とM1のR1と結合する原子とは、R1の5以上の原子によって隔てられており、
Sは硫黄原子を表し、該硫黄原子とM1のR1と結合する原子とは、R1の5以上の原子によって隔てられており、
P1はエチレン性不飽和結合を有する化合物由来の繰り返し単位を有する1価の置換基を表す。
<13><8>〜<11>のいずれかに記載のチオール化合物の製造方法で製造されたチオール化合物を含む組成物であって、組成物の50質量%以上が、式(1)で表されるチオール化合物のうちの特定の1種類である、組成物。
<14><1>〜<7>のいずれかに記載のチオール化合物を含む組成物であって、組成物の50質量%以上が、式(1)で表されるチオール化合物のうちの特定の1種類である、組成物。
<15><12>に記載のポリマーを含む組成物。
<16><1>〜<7>のいずれかに記載のチオール化合物、<8>〜<11>のいずれかに記載のチオール化合物の製造方法で得られたチオール化合物、<12>に記載のポリマー、および、<13>〜<15>のいずれかに記載の組成物の少なくとも1種と、重合性化合物を含む硬化性組成物。
<17><1>〜<7>のいずれかに記載のチオール化合物、<8>〜<11>のいずれかに記載のチオール化合物の製造方法で得られたチオール化合物、<12>に記載のポリマー、および、<13>〜<15>のいずれかに記載の組成物の少なくとも1種と、重合性化合物と、着色剤とを含む着色組成物。
<18><16>に記載の硬化性組成物または<17>に記載の着色組成物を硬化して得られる硬化膜。
<19><17>に記載の着色組成物を用いて得られるカラーフィルタ。
本明細書における基(原子団)の表記に於いて、置換および無置換を記していない表記は、置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
本明細書において、全固形分とは、着色組成物の全組成から溶剤を除いた成分の総質量をいう。
本発明のチオール化合物は、下記式(1)で表される。
(HS−R1−M1−)nL1
式(1)において、L1はn価の有機連結基を表し、nは3〜15の整数を表し、M1は、−O−、−S−、−N(R2)−、−C(=O)−、−C(=O)−O−、−O−C(=O)−O−、−C(=O)−NH−、−O−C(=O)−NH−、−S(=O)−、−S(=O)−O−、−S(=O)2−、−S(=O)2−O−、または−CH=N−を表し、R1は、アルキレン基、または、アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基を表し、SHはチオール基を表し、R2は、水素原子、エーテル性酸素原子を含んでもいてもよい炭素数1〜10のアルキル基、または、エーテル性酸素原子を含んでもいてもよい芳香族性炭化水素基を表し、SHの硫黄原子とM1のR1と結合する原子とは、R1の5以上の原子によって隔てられている。
このような構成を採用することにより、耐熱性に優れたチオール化合物となる。すなわち、SH基を複数有する多官能チオール化合物は、例えば、重合性化合物の存在下で連鎖移動剤として働く。ここで、重合性化合物と多官能チオール化合物を含む組成物を硬化させる際、硬化物中の多官能チオール化合物は、多官能であるが故に立体的に込み合い、また硬化が進行するにつれて近傍の重合性化合物の量が減少するために、硬化処理後において、多官能チオール化合物のチオール基の平均1〜5個程度が未反応のまま残存していると、推測される。
ここで、上述のとおり、複数のSH基を有する多官能チオール化合物は知られている。しかしながら、上記特許文献1(国際公開WO2009/129221号パンフレット)では、SH基とエステル基の間が短いため、熱により容易に切れてしまう。特許文献2(特開2007−277514号公報)、特許文献3(特開2013−79380号公報)では、SH基とエステル基等の所定の連結基間で反応してしまい、多官能チオール化合物の分解が進む。
これに対し、本発明では、M1で表される所定の連結基とSH基の間にアルキレン基、または、アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基を設けることによって、耐熱性を向上させている。これは、所定の連結基とSH基の間に炭素数5以上のアルキレン基等があることにより、加熱しても両者の間での反応が進行しにくくなるためである。
また、L1は、下記(L−1)〜(L−21)のいずれかで表されることが好ましい。
*はM1との結合部位を示している。
R31〜R41はそれぞれ独立にアルキル基を表し、炭素数3〜10の分岐アルキル基が好ましく、t−ブチル基がより好ましい。R31〜R41はそれぞれ異なっていても良いが、同じ基であることが好ましい。
R42は、水素原子、アルキル基またはアルコキシ基を表し、水素原子、メチル基、エチル基、メトキシ基が好ましく、エチル基がより好ましい。
R43およびR44は、それぞれ独立に、水素原子、または炭素数1〜6のアルキル基であり、炭素数1〜3のアルキル基がより好ましく、エチル基がさらに好ましい。
sは、0〜9の整数であり、1〜5の整数が好ましく、1〜3の整数がより好ましい。
M1は、−O−、−S−、−N(R2)−、−C(=O)−、−C(=O)−O−、−O−C(=O)−O−、−C(=O)−NH−、−O−C(=O)−NH−、−S(=O)−、−S(=O)−O−、−S(=O)2−、−S(=O)2−O−、または−CH=N−を表し、−O−、−S−、−C(=O)−、−C(=O)−O−、−O−C(=O)−O−、−C(=O)−NH−、−O−C(=O)−NH−が好ましく、−O−、−S−、−C(=O)−、−C(=O)−O−がより好ましく、−O−または−C(=O)−O−がさらに好ましく、−C(=O)−O−が特に好ましい。
n個のM1はそれぞれ同一でもよいし、異なっていても良い。n個のM1はいずれも同じであることが好ましい。
M1で表される連結基は、一方の端がR1と他方の端がL1と結合しているが、どちらの端がどちらの基と結合していてもよい。例えば、−C(=O)−O−の場合、炭素原子がR1と結合していてもよいし、酸素原子がR1と結合していてもよい。
R2は、水素原子、エーテル性酸素原子を含んでもいてもよい炭素数1〜10のアルキル基、または、エーテル性酸素原子を含んでもいてもよい芳香族性炭化水素基を表し、水素原子またはメチル基が好ましく、水素原子がさらに好ましい。
n個のR1はそれぞれ同一でもよいし、異なっていても良い。n個のR1はいずれも同じであることが好ましい。
R1としてのアルキレン基は、直鎖、分岐または環状のアルキレン基であり、直鎖または分岐のアルキレン基が好ましく、直鎖のアルキレン基またはメチル鎖を分岐鎖として有する分岐アルキレン基がより好ましい。アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基についても、直鎖または分岐のアルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基が好ましく、直鎖のアルキレン基またはメチル鎖を分岐鎖として有する分岐アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基がより好ましい。
アルキレン基は置換基を有していてもよいが、置換基を有さない方が好ましい。アルキレン基が置換基を有する場合、上述のL1が有していても良い置換基が例示される。
R1が直鎖アルキレン基の場合、炭素数の下限値は、5以上とすることができ、6以上であってもよく、7以上であってもよい。上限値は、50以下が好ましく、40以下がより好ましく、30以下がさらに好ましく、20以下が特に好ましい。上限値は、12以下であってもよく、10以下であってもよく、8以下とすることもできる。
R1が分岐アルキレン基の場合、炭素数の下限値は、6以上とすることができ、7以上であってもよく、8以上であってもよい。上限値は、50以下が好ましく、40以下がより好ましく、30以下がさらに好ましく、20以下が特に好ましい。上限値は、12以下であってもよく、10以下とすることもできる。
R1が環状アルキレン基の場合、通常、上記直鎖または分岐アルキレン基と環状アルキレン基の組み合わせからなる基となる。環状アルキレン基の環を構成する炭素数は3〜8が好ましく、6がより好ましい。
R1が直鎖アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基の場合、炭素数の下限値は、3以上とすることができ、4以上が好ましく、5以上がより好ましい。上限値は、50以下が好ましく、40以下がより好ましく、27以下がさらに好ましく、20以下が特に好ましい。上限値は、10以下とすることもでき、8以下とすることもでき、6以下とすることもできる。R1が直鎖アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基の場合の好ましい実施形態として、エチレンオキシ鎖を含み、SHの硫黄原子とM1のR1と結合する原子とを隔てる原子数5〜20の基が例示され、エチレンオキシ鎖が2〜5個繰り返していることが好ましい。
R1が分岐アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基の場合、炭素数の下限値は、4以上とすることができ、5以上とすることもでき、6以上とすることもできる。上限値は、50以下が好ましく、40以下がより好ましく、28以下がさらに好ましく、20以下が特に好ましく、10以下とすることもでき、8以下とすることもできる。
R1が分岐アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基の場合の好ましい実施形態として、イソプロピレンオキシ鎖を含み、SHの硫黄原子とM1のR1と結合する原子とを隔てる原子数5〜20の基が例示され、イソプロピレンオキシ鎖が2〜5個繰り返している構造を含む態様が例示される。
R1が環状アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基の場合、通常、上記直鎖または分岐アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基と環状アルキレン基の組み合わせからなる基となる。
本発明におけるR1は、特に、炭素数5〜20の直鎖アルキレン基、エチレンオキシ鎖を含む、炭素数5〜20のアルキレン基、または、イソプロピレンオキシ鎖を含む、炭素数5〜20のアルキレン基を表すことが好ましく、炭素数5〜20の直鎖アルキレン基またはエチレンオキシ鎖を含む、炭素数5〜20のアルキレン基がより好ましく、炭素数5〜20の直鎖アルキレン基がさらに好ましい。
本発明のチオール化合物は、以下の基を有さない方が好ましい。以下の基を有さないことにより、耐熱性がより向上する傾向にある。
酸無水物基(−C(=O)−O−C(=O)−、−S(=O)2−O−S(=O)2−、−P(=O)(OH)−O−P(=O)(OH)−、−S(=O)2−O−C(=O)−)、リン酸エステル基(−P(=O)(OH)−O−)、ジオキシ基(−O−O−)、ジスルフィド基(−S−S−)、メチレンジオキシ基(−OCH2O−)、オキサリル基(−C(=O)C(=O)−)、マロニル基(−C(=O)CH2C(=O)−)、ウレイレン基(−NH−C(=O)−NH−)、ヒドラジニレン基(−NHNH−)、―C(=O)−S−、−O−C(=O)−S−、−C(=S)−O−、−O−C(=S)−O−、−C(=S)−S−、−O−C(=S)−S−、−S−C(=S)−S−
上記(S−15)において、nは1〜13の整数である。
上記(S−16)において、nは1〜13の整数である。
上記(S−29)において、nは1〜13の整数である。
上記(S−32)において、nは1〜13の整数である。
(HS−R1−M1−)nL1
次に本発明のチオール化合物の製造方法について説明する。
上記本発明のチオール化合物は、下記式(3)で表される化合物と下記式(4)で表される化合物とを反応させ、得られた生成物と保護基Zを有する含硫黄化合物を反応させた後、保護基Zを脱離させることによりチオール基を生成させることによって製造可能である。
L1−(RH)n (3)
X−Ma−R1−Y (4)
式中、L1は、n価の有機連結基を表し、
RHは酸素原子、窒素原子および硫黄原子の少なくとも1つを含み、酸素原子、窒素原子および硫黄原子のいずれかと連結する水素原子を含む基を表し、
nは3〜15の整数を表し、
Yは保護基Zを有する含硫黄化合物との反応で脱離する基を表し、
R1は、アルキレン基、または、アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基を表し、YのR1と結合する原子とMaのR1と結合する原子とは、R1の5以上の原子によって隔てられており、
Maは、単結合または2価の連結基を表し、
Xは、ハロゲン原子またはスルホネートの少なくとも一つを含む基を表す。
RHは酸素原子、窒素原子および硫黄原子の少なくとも1つを含み、酸素原子、窒素原子および硫黄原子のいずれかと連結する水素原子を含む基であり、好ましくは、水酸基、チオール基、置換または無置換のアミノ基、カルボキシル基が含まれる。
Xは、具体的には、トリフルオロメタンスルホネート、p−トルエンスルホネート、ベンゼンスルホネート、メタンスルホネート、Cl−C(=O)−、Br−C(=O)−、p−トルエンスルホニルオキシカルボニル、メタンスルホニルオキシカルボニルが例示される。
Maは、単結合、−C(=O)−、−O−、−C(=O)−O−、−NH−または−S(=O)−が好ましく、単結合または−C(=O)−がより好ましい。
保護基としては、アシル基、アミジノ基、アミジノ基の塩が例示され、下記式(5)で表される基、下記式(6)で表される基、または、下記式(6)で表される基の塩が好ましい。
式(5)中、R4は、水素原子、炭素数1〜30のアルキル基、炭素数6〜30のアリール基、または、炭素数3〜30のヘテロアリール基を表す。
R4は、炭素数1〜10のアルキル基、または炭素数6〜10のアリール基が好ましく、炭素数1〜5のアルキル基またはフェニル基がより好ましい。
アミジノ基の塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩が例示される。
X−Ma1−R1−Y (4−1)
R1は、アルキレン基、または、アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基を表し、YのR1と結合する原子とMa1のR1と結合する原子とは、R1の5以上の原子によって隔てられており、
Ma1は、−C(=O)−を表し、
Xは、ハロゲン原子またはスルホネートの少なくとも一つを含む基を表す。
X−R1−Y (4−2)
式中、Yは保護基Zを有する含硫黄化合物との反応で脱離する基を表し、
R1は、アルキレン基、または、アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基を表し、YのR1と結合する原子とXのR1と結合する原子とは、R1の5以上の原子によって隔てられており、
Xは、ハロゲン原子またはスルホネートの少なくとも一つを含む基を表す。
上記式(4−1)および式(4−2)におけるX、Yは、式(4)におけるX、Yと同義であり、好ましい範囲も同様である。式(4−1)および式(4−2)におけるR1は、上記式(1)におけるR1と同義であり、好ましい範囲も同様である。
保護基Zを有する含硫黄化合物は、上述の保護基Zを有する含硫黄化合物と同義であり、好ましい範囲も同様である。
本発明のチオール化合物の用途としては、色素の原料、分散剤などの樹脂(ポリマー)の原料、硬化剤や架橋剤、樹脂の安定剤、ゴムの加硫剤、接着剤原料、水銀や鉛などの重金属元素・イオン除去剤の原料、センサーなどの金属表面の機能化剤の原料などが考えられる。
具体的には、上記特許文献1(国際公開WO2009/129221号パンフレット)、特許文献2(特開2007−277514号公報)、特許文献3(特開2013−79380号公報)における多官能チオール化合物に代えて、本発明のチオール化合物を用いることができる。
本発明のチオール化合物を、エポキシ化合物の硬化剤類として用いる場合、エポキシ化合物のエポキシ基100モルに対して、SH基が70〜120モルとなるように配合することが好ましく、エポキシ化合物のエポキシ基100モルに対しSH基が80〜110モルとなるように配合することが更に好ましい。酸無水物などのチオール化合物以外の硬化剤類(他の硬化剤類ともいう)を併用する場合は、他の硬化剤類が消費するエポキシ基を差し引き、残ったエポキシ基100モルに対して、SH基が70〜120モル(好ましくは80〜110モル)となるように配合することが好ましい。
イソシアネート化合物の具体例としては、例えば、2,4−トリレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネートの二量体、2,6−トリレンジイソシアネート、p−キシリレンジイソシアネート、m−キシリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフチレンジイソシアネート、3,3’−ジメチルビフェニル−4,4’−ジイソシアネート等のような芳香族ジイソシアネート化合物;ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、ダイマー酸ジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート化合物;イソホロンジイソシアネート、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、メチルシクロヘキサン−2,4(又は2,6)ジイソシアネート、1,3−(イソシアネートメチル)シクロヘキサン等の脂環族ジイソシアネート化合物;1,3−ブチレングリコール1モルとトリレンジイソシアネート2モルとの付加体等のジオールとジイソシアネートとの反応物であるジイソシアネート化合物;ヘキサメチレンジイソシアネートのビウレット化反応生成物;ヘキサメチレンジイソシアネートとトリメチロールプロパンとのアダクト反応生成物などが挙げられる。
本発明のチオール化合物を、イソシアネート基を有する化合物の硬化剤類として用いる場合、イソシアネート基100モルに対してSH基が50〜300モルとなるように配合することが好ましく、イソシアネート基100モルに対しSH基が50〜150モルとなるように配合することが更に好ましい。酸無水物などのチオール化合物以外の硬化剤類(他の硬化剤類ともいう)を併用する場合は、他の硬化剤類が消費するイソシアネート基を差し引き、残ったイソシアネート基100モルに対して、SH基が50〜300モル(好ましくは50〜150モル)となるように配合することが好ましい。
また、本発明のチオール化合物は、色素の原料として用いることができる。
次に、本発明のポリマーについて説明する。本発明のポリマーは、下式(7)で表される。
式(7)において、L1は(n1+n2)価の有機連結基を表し、
n1は1〜15を表し、n2は0〜14を表し、n1とn2との合計は3〜15であり、M1は、−O−、−S−、−N(R2)−、−C(=O)−、−C(=O)−O−、−O−C(=O)−O−、−C(=O)−NH−、−O−C(=O)−NH−、−S(=O)−、−S(=O)−O−、−S(=O)2−、−S(=O)2−O−、または−CH=N−を表し、
R1は、アルキレン基、または、アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基を表し、
R2は、水素原子、エーテル性酸素原子を含んでもいてもよい炭素数1〜10のアルキル基、または、エーテル性酸素原子を含んでもいてもよい芳香族性炭化水素基を表し、
SHはチオール基を表し、SHとM1は、R1の5以上の原子によって隔てられており、
Sは硫黄原子を表し、該硫黄原子とM1のR1と結合する原子とは、R1の5以上の原子によって隔てられており、
P1はエチレン性不飽和結合を有する化合物由来の繰り返し単位を有する1価の置換基を表す。
n1は1〜15を表し、n2は0〜14を表し、n1とn2との合計は3〜15である。1つのポリマーにおける、n1およびn2は、それぞれ整数であるが、本発明のポリマーは、式(7)におけるn1およびn2が異なるものを複数含んでいてもよい。n1は2以上が好ましく、3以上がより好ましい。
式(7)のP1は、エチレン性不飽和結合を有する化合物由来の繰り返し単位を有する1価の置換基を表す。n個のP1は、同一であってもよく、互いに異なってもよい。P1は、好ましくはエチレン性不飽和結合を有する化合物由来の繰り返し単位を2個以上有し、より好ましくは繰り返し単位を2〜10,000個有し、さらに好ましくは2〜1,000個有する。
また、エチレン性不飽和結合を有する化合物として、後述するアルカリ可溶性樹脂で説明するモノマーを用いることもできる。
具体例としては、例えば、メタクリル酸、ベンジルメタクリレートなどが挙げられる。
エチレン性不飽和結合を有する化合物としては、特に限定されないが、酸基を1種類またはそれ以上含む化合物が好ましい。
エチレン性不飽和結合を有する化合物としては、(メタ)アクリル酸エステル類、クロトン酸エステル類、ビニルエステル類、マレイン酸ジエステル類、フマル酸ジエステル類、イタコン酸ジエステル類、(メタ)アクリルアミド類、スチレン類、ビニルエーテル類、ビニルケトン類、オレフィン類、マレイミド類、(メタ)アクリロニトリル、酸性基を有するビニルモノマーなどが挙げられ、(メタ)アクリル酸エステル類、(メタ)アクリルアミド類、スチレン類、ビニルエーテル類、マレイミド類、酸性基を有するビニルモノマーが好ましく、(メタ)アクリル酸エステル類、スチレン類、酸性基を有するビニルモノマーがより好ましい。また、エチレン性不飽和結合を有する化合物として、後述するアルカリ可溶性樹脂で説明するモノマーを用いることもできる。
溶液重合法で用いられる溶剤としては、用いる原料化合物の溶解性、生成するポリマーの溶解性に応じて任意に選択できる。例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、1−メトキシ−2−プロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メトキシプロピルアセテート、乳酸エチル、酢酸エチル、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、クロロホルム、トルエンが挙げられる。これらの溶剤は、二種以上を混合して使用してもよい。また、重合開始剤としては、2,2'−アゾビス(イソブチロニトリル)(AIBN)、2,2'−アゾビス−(2,4'−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル 2,2' −アゾビス(2−メチルプロピオネート)などのアゾ化合物、ベンゾイルパーオキシドなどの過酸化物、および、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムなどの過硫酸塩が利用できる。
本発明の組成物は、本発明のチオール化合物を含む組成物であって、組成物の50質量%以上が、上記チオール化合物のうちの特定の1種類であることが好ましい。
また、本発明の組成物は、上記保護基Zを有する含硫黄化合物を用いた方法で製造されたチオール化合物を含む組成物であって、上記組成物の50質量%以上が、上記チオール化合物のうちの特定の1種類であることが好ましい。チオエステル構造を有する化合物は、加熱により、チオエステル構造で分解しやすいが、本発明の組成物はそのような不純物が少ないため、より耐熱性の高い成形品が得られる。
特定の1種類とは、式(1)で表される化合物のうちのいずれか1種類を意味する。
本発明のチオール化合物を含む組成物において、上記チオール化合物の特定の1種類の化合物の量の上限は特に定めるものでは無く理想は100質量%であるが、例えば、80質量%以下でも十分の実用性がある組成物となる。
また、本発明の組成物は、上記(7)で表されるポリマーを含む。本発明のポリマーは、耐熱性に優れているので、より耐熱性の高い成形品が得られる。更には、本発明のポリマーは、低粘度で、レベリング性に優れているので、本発明の組成物を含む着色組成物を用いてカラーフィルタを形成した場合、一つの画素中に高低差が生じ難くできる(ディッシングの抑制)。
以下、本発明の硬化性組成物および着色組成物について説明する。
本発明の硬化性組成物は、本発明のチオール化合物、本発明の製造方法で得られたチオール化合物、および、本発明の組成物の少なくとも1種と、重合性化合物とを含む。
上述のとおり、多官能チオール化合物は、重合性化合物の硬化時に、連鎖移動剤として作用するが、得られた硬化物においても、未反応のチオール基が残ってしまう。公知のチオール化合物では、未反応のチオール基が他の基と反応し、熱分解を引き起こしていた。しかしながら、本発明では、かかる熱分解を引き起こしにくくできるため、有益である。
本発明の硬化性組成物における本発明のチオール化合物の含有量は、固形分の0.1〜20質量%であることが好ましく、0.5〜10質量%であることがより好ましく、1〜5質量%であることがさらに好ましい。
一例として、本発明のチオール化合物、本発明の製造方法で得られたチオール化合物、および、本発明の組成物の少なくとも1種と、フッ素原子を有するポリエーテル構造を有する繰り返し単位及び4つ以上の重合性基を有する化合物、光重合開始剤および溶剤を含む重合性組成物としても用いることができる。このような重合性組成物は、低屈折率層形成用組成物として用いることができる。重合性組成物は、より好ましくは、パーフルオロオレフィン共重合体と、中空シリカ粒子と、重合性化合物(好ましくは重合性モノマー)と、光重合開始剤と、含フッ素モノマーを含む組成物が例示される。これらの詳細は、特開2014−167596号公報の段落0024〜0060、特開2014−070165号公報の段落0027〜0126、特開2003−228741号公報の段落0018〜0167の記載(特に、段落0043〜0048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。
上記パーフルオロオレフィン共重合体としては、下式(1)に示す構造が挙げられる。構造式中、50:50はモル比を表す。
上記中空シリカ粒子としては、イソプロピルアルコールシリカゾルが挙げられる。市販品としては、「CS60−IPA」(触媒化成工業製)などが挙げられる。
上記含フッ素モノマーの具体例としては、以下に示す構造が挙げられる。
また、本発明のチオール化合物をエポキシ化合物の硬化剤類として使用する場合、本発明の硬化性組成物としては、例えば、本発明のチオール化合物と、エポキシ化合物を少なくとも含み、更に、3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルアミン等の硬化促進剤を含む組成物が挙げられる。
また、本発明のチオール化合物をイソシアネート化合物の硬化剤類として使用する場合、本発明の硬化性組成物としては、例えば、本発明のチオール化合物と、イソシアネート化合物とを少なくとも含み、更に、ジブチルすずジクロリド等の硬化促進剤を含む組成物が挙げられる。
本発明の着色組成物は、本発明のチオール化合物、本発明の製造方法で得られたチオール化合物、および、本発明の組成物の少なくとも1種と、重合性化合物と、着色剤とを含む。
本発明の着色組成物における本発明のチオール化合物の含有量は、固形分の0.1〜20質量%であることが好ましく、0.5〜10質量%であることがより好ましく、1〜5質量%であることがさらに好ましい。
本発明の着色組成物は、重合性化合物を含有する。重合性化合物としては、ラジカル、酸、熱により架橋可能な公知の重合性化合物を用いることができる。例えば、エチレン性不飽和結合、環状エーテル(エポキシ、オキセタン)、メチロール等を含む重合性化合物が挙げられる。重合性化合物は、感度の観点から、末端エチレン性不飽和結合を少なくとも1個、好ましくは2個以上有する化合物から好適に選ばれる。中でも、4官能以上の多官能重合性化合物が好ましく、5官能以上の多官能重合性化合物がさらに好ましい。
本発明における重合性化合物は1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの具体的な化合物としては、特開2009−288705号公報の段落番号〔0095〕〜〔0108〕に記載されている化合物を本発明においても好適に用いることができる。
酸基を有する重合性化合物の好ましい酸価としては、0.1mgKOH/g〜40mgKOH/gであり、特に好ましくは5mgKOH/g〜30mgKOH/gである。多官能モノマーの酸価が0.1mgKOH/g以上であれば、現像溶解特性が良好であり、40mgKOH/g以下であれば、製造や取扱い上、有利である。さらには、光重合性能が良好で、画素の表面平滑性等の硬化性に優れる。従って、異なる酸基の重合性化合物を2種以上併用する場合、或いは酸基を有しない重合性化合物と酸基を有する重合性化合物とを併用する場合、全体の重合性化合物としての酸基が上記範囲に入るように調整することが好ましい。
カプロラクトン構造を有する重合性化合物としては、分子内にカプロラクトン構造を有する限り特に限定されるものではないが、例えば、トリメチロールエタン、ジトリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ジトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、グリセリン、ジグリセロール、トリメチロールメラミン等の多価アルコールと、(メタ)アクリル酸及びε−カプロラクトンをエステル化することにより得られる、ε−カプロラクトン変性多官能(メタ)アクリレートを挙げることができる。なかでも下記一般式(Z−1)で表されるカプロラクトン構造を有する重合性化合物が好ましい。
本発明において、カプロラクトン構造を有する重合性化合物は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
一般式(Z−4)中、アクリロイル基及びメタクリロイル基の合計は3個又は4個であり、mは各々独立に0〜10の整数を表し、各mの合計は0〜40の整数である。但し、各mの合計が0の場合、Xのうちいずれか1つはカルボキシル基である。
一般式(Z−5)中、アクリロイル基及びメタクリロイル基の合計は5個又は6個であり、nは各々独立に0〜10の整数を表し、各nの合計は0〜60の整数である。但し、各nの合計が0の場合、Xのうちいずれか1つはカルボキシル基である。
また、各mの合計は、2〜40の整数が好ましく、2〜16の整数がより好ましく、4〜8の整数が特に好ましい。
一般式(Z−5)中、nは、0〜6の整数が好ましく、0〜4の整数がより好ましい。
また、各nの合計は、3〜60の整数が好ましく、3〜24の整数がより好ましく、6〜12の整数が特に好ましい。
また、一般式(Z−4)又は一般式(Z−5)中の−((CH2)yCH2O)−又は−((CH2)yCH(CH3)O)−は、酸素原子側の末端がXに結合する形態が好ましい。
具体的には、下記式(a)〜(f)で表される化合物(以下、「例示化合物(a)〜(f)」とも称する。)が挙げられ、中でも、例示化合物(a)、(b)、(e)、(f)が好ましい。
これらの詳細は、特開2013−011869号公報の段落0034〜0036の記載、特開2014−153554号公報の段落0091〜0103の記載、特開2014−089408号公報の段落0084〜0095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。
これらの化合物は、市販品を用いてもよいし、ポリマーの側鎖へエポキシ基を導入することによっても得られる。
また、エポキシ基を有する化合物の市販品としては、jER1031S(三菱化学(株)製)、jER1032H60(三菱化学(株)製)、EPICLON HP−4700(DIC(株)製)、EPICLON N−695(DIC(株)製)、EPICLON840(DIC(株)製)、EPICLON N660(DIC(株)製)、EPICLON HP7200(DIC(株)製)等も好ましく用いることができる。
また、本発明では重合性化合物としてオキセタン基を有する化合物を用いることもできる。オキセタン基を有する化合物としては、特開2008−224970号公報の段落0134〜0145記載の化合物が挙げられ、その内容は本明細書に組み込まれる。具体例としては、アロンオキセタンOXT−121、OXT−221、OX−SQ、PNOX(以上、東亞合成(株)製)を用いることができる。
重合性化合物の市販品としては、ウレタンオリゴマーUAS−10、UAB−140(山陽国策パルプ製)、UA−7200(新中村化学製)、DPHA−40H(日本化薬製)、UA−306H、UA−306T、UA−306I、AH−600、T−600、AI−600(共栄社製)などが挙げられる。
本発明の着色組成物に用いられる着色剤は特に定めるものではなく、顔料であってもよいし、染料であってもよいし、顔料と染料を併用してもよい。着色剤は1種類のみ用いても良いし、2種類以上用いても良い。
着色剤の量は、本発明の着色組成物の固形分の10〜90質量%が好ましく、30〜85質量%がより好ましく、60〜80質量%がさらに好ましい。
着色組成物に含有される着色剤として使用できる染料は、特に制限はなく、従来カラーフィルタ用として公知の染料が使用できる。例えば、ピラゾールアゾ系、アニリノアゾ系、トリフェニルメタン系、アントラキノン系、アントラピリドン系、ベンジリデン系、オキソノール系、ピラゾロトリアゾールアゾ系、ピリドンアゾ系、シアニン系、フェノチアジン系、ピロロピラゾールアゾメチン系、キサンテン系、フタロシアニン系、ベンゾピラン系、インジゴ系、ピロメテン系等の染料が使用できる。また、これらの染料の多量体を用いてもよい。
その他、直接染料、塩基性染料、媒染染料、酸性媒染染料、アゾイック染料、分散染料、油溶染料、食品染料、及び/又は、これらの誘導体等も有用に使用することができる。
acid alizarin violet N;acid black 1,2,24,48;acid blue 1,7,9,15,18,23,25,27,29,40〜45,62,70,74,80,83,86,87,90,92,103,112,113,120,129,138,147,158,171,182,192,243,324:1;acid chrome violet K;acid Fuchsin;acid green 1,3,5,9,16,25,27,50;acid orange 6,7,8,10,12,50,51,52,56,63,74,95;acidred 1,4,8,14,17,18,26,27,29,31,34,35,37,42,44,50,51,52,57,66,73,80,87,88,91,92,94,97,103,111,114,129,133,134,138,143,145,150,151,158,176,183,198,211,215,216,217,249,252,257,260,266,274;acid violet 6B,7,9,17,19;acid yellow 1,3,7,9,11,17,23,25,29,34,36,42,54,72,73,76,79,98,99,111,112,114,116,184,243;Food Yellow 3;及びこれらの染料の誘導体が挙げられる。
一例として、後述する実施例で用いられる染料(A−1)が例示される。
上述した色素(A)以外の公知の染料としては、例えば特開昭64−90403号公報、特開昭64−91102号公報、特開平1−94301号公報、特開平6−11614号公報、特登2592207号、米国特許4808501号明細書、米国特許5667920号明細書、米国特許505950号明細書、米国特許5667920号明細書、特開平5−333207号公報、特開平6−35183号公報、特開平6−51115号公報、特開平6−194828号公報等に開示されている色素を使用できる。化学構造としては、ピラゾールアゾ系、ピロメテン系、アニリノアゾ系、トリアリールメタン系、アントラキノン系、ベンジリデン系、オキソノール系、ピラゾロトリアゾールアゾ系、ピリドンアゾ系、シアニン系、フェノチアジン系、ピロロピラゾールアゾメチン系等の染料を使用できる。
また、染料としては色素多量体を用いてもよい。色素多量体としては、特開2011−213925号公報、特開2013−041097号公報に記載されている化合物が挙げられる。後述する実施例で使用する化合物A−1も本発明で用いる好ましいピロメテン色素の例に該当する。
本発明で用いられる顔料としては、有機顔料でも無機顔料でもよい。
無機顔料としては、金属酸化物、金属錯塩等で示される金属化合物を挙げることができ、具体的には、鉄、コバルト、アルミニウム、カドミウム、鉛、銅、チタン、マグネシウム、クロム、亜鉛、アンチモン等の金属酸化物、および上述した金属の複合酸化物、カーボンブラック、チタンブラック等の黒色顔料を挙げることができる。
C.I.ピグメントイエロー11,24,31,53,83,93,99,108,109,110,138,139,147,150,151,154,155,167,180,185,199;
C.I.ピグメントオレンジ36,38,43,71;
C.I.ピグメントレッド81,105,122,149,150,155,171,175,176,177,179,209,220,224,242,254,255,264,270;
C.I.ピグメントバイオレット19,23,32,39;
C.I.ピグメントブルー1,2,15,15:1,15:3,15:6,16,22,60,66;
C.I.ピグメントグリーン7,36,37,58;
C.I.ピグメントブラウン25,28;
C.I.ピグメントブラック1;等を挙げることができる。
C.I.ピグメントイエロー11,24,108,109,110,138,139,150,151,154,167,180,185,
C.I.ピグメントオレンジ36,71,
C.I.ピグメントレッド122,150,171,175,177,209,224,242,254,255,264,
C.I.ピグメントバイオレット19,23,32,
C.I.ピグメントブルー15:1,15:3,15:6,16,22,60,66,
C.I.ピグメントグリーン7,36,37,58;
C.I.ピグメントブラック1,7
顔料の平均一次粒子径は、電子顕微鏡等の公知の方法で測定することができる。
本発明の着色組成物が顔料を有する場合は、顔料分散剤を、所望により併用することができる。
本発明に用いうる顔料分散剤としては、高分子分散剤〔例えば、ポリアミドアミンとその塩、ポリカルボン酸とその塩、高分子量不飽和酸エステル、変性ポリウレタン、変性ポリエステル、変性ポリ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系共重合体、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物〕、および、ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルカノールアミン等の界面活性剤、および、顔料誘導体等を挙げることができる。
高分子分散剤は、その構造からさらに直鎖状高分子、末端変性型高分子、グラフト型高分子、ブロック型高分子に分類することができる。
分散剤の詳細としては、特開2014−130344号公報の段落0098〜0102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。
市販品としては、BY−161(BYK製)が例示される。
本発明の着色組成物は、顔料分散剤を、それぞれ、1種類のみを含んでいてもよいし、2種類以上含んでいてもよい。2種類以上含む場合は、その合計量が上記範囲となることが好ましい。
本発明の硬化性組成物または着色組成物は、さらに、アルカリ可溶性樹脂を含有してもよい。なお、アルカリ可溶性樹脂は、顔料分散剤として用いることもできる。
アルカリ可溶性樹脂としては、線状有機高分子重合体であって、分子(好ましくは、アクリル系共重合体、スチレン系共重合体を主鎖とする分子)中に少なくとも1つのアルカリ可溶性を促進する基を有するアルカリ可溶性樹脂の中から適宜選択することができる。耐熱性の観点からは、ポリヒドロキシスチレン系樹脂、ポリシロキサン系樹脂、アクリル系樹脂、アクリルアミド系樹脂、アクリル/アクリルアミド共重合体樹脂が好ましく、現像性制御の観点からは、アクリル系樹脂、アクリルアミド系樹脂、アクリル/アクリルアミド共重合体樹脂が好ましい。
一般式(ED2)中、Rは、水素原子または炭素数1〜30の有機基を表す。一般式(ED2)の具体例としては、特開2010−168539号公報の記載を参酌できる。
これらエーテルダイマーは、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。一般式(ED)で示される化合物由来の構造体は、その他のモノマーを共重合させてもよい。
一般式(X)
(式(X)において、R1は、水素原子またはメチル基を表し、R2は炭素数2〜10のアルキレン基を表し、R3は、水素原子またはベンゼン環を含んでもよい炭素数1〜20のアルキル基を表す。nは1〜15の整数を表す。)
さらに、特開2012−32767号公報に記載の段落番号0029〜0063に記載の共重合体(B)および実施例で用いられているアルカリ可溶性樹脂、特開2012−208474号公報の段落番号0088〜0098に記載のバインダー樹脂および実施例で用いられているバインダー樹脂、特開2012−137531号公報の段落番号0022〜0032に記載のバインダー樹脂および実施例で用いられているバインダー樹脂、特開2013−024934号公報の段落番号0132〜0143に記載のバインダー樹脂および実施例で用いられているバインダー樹脂、特開2011−242752号公報の段落番号0092〜0098に記載のバインダー樹脂および実施例で用いられているバインダー樹脂、特開2012−032770号公報の段落番号0030〜0072の記載のバインダー樹脂を用いること好ましい。これらの内容は本明細書に組み込まれる。より具体的には、下記の樹脂が好ましい。
下記において、nは1〜10の整数である。
アルカリ可溶性樹脂の酸価は、30mgKOH/g〜200mgKOH/gが好ましく、50mgKOH/g〜150mgKOH/gがより好ましく、70mgKOH/g〜120mgKOH/gが特に好ましい。
また、アルカリ可溶性樹脂の重量平均分子量(Mw)としては、2,000〜50,000が好ましく、5,000〜30,000がさらに好ましく、7,000〜20,000が特に好ましい。
本発明の硬化性組成物または着色組成物は、アルカリ可溶性樹脂を、1種類のみを含んでいてもよいし、2種類以上含んでいてもよい。2種類以上含む場合は、その合計量が上記範囲となることが好ましい。
本発明の硬化性組成物または着色組成物は、さらに光重合開始剤を含有することが好ましい。
光重合開始剤としては、重合性化合物の重合を開始する能力を有する限り、特に制限はなく、公知の光重合開始剤の中から適宜選択することができる。例えば、紫外線領域から可視の光線に対して感光性を有するものが好ましい。また、光励起された増感剤と何らかの作用を生じ、活性ラジカルを生成する活性剤であってもよく、モノマーの種類に応じてカチオン重合を開始させるような開始剤であってもよい。
また、光重合開始剤は、約300nm〜800nm(330nm〜500nmがより好ましい。)の範囲内に少なくとも約50の分子吸光係数を有する化合物を、少なくとも1種含有していることが好ましい。
本発明に用いられる光重合開始剤の具体例としては、例えば、特開2013−29760号公報の段落0265〜0268を参酌することができ、この内容は本明細書に組み込まれる。
ヒドロキシアセトフェノン系開始剤としては、IRGACURE−184、DAROCUR−1173、IRGACURE−500、IRGACURE−2959,IRGACURE−127(商品名;いずれもBASF製)を用いることができる。アミノアセトフェノン系開始剤としては、市販品であるIRGACURE−907、IRGACURE−369、及び、IRGACURE−379(商品名;いずれもBASF製)を用いることができる。アミノアセトフェノン系開始剤として、365nm又は405nm等の長波光源に吸収波長がマッチングされた特開2009−191179公報に記載の化合物も用いることができる。また、アシルホスフィン系開始剤としては市販品であるIRGACURE−819やDAROCUR−TPO(商品名;いずれもBASF製)を用いることができる。
市販品ではIRGACURE−OXE01(BASF製)、IRGACURE−OXE02(BASF製)も好適に用いられる。また、TRONLY TR−PBG−304、TRONLY TR−PBG−309、TRONLY TR−PBG−305(常州強力電子新材料有限公司(CHANGZHOU TRONLY NEW ELECTRONIC MATERIALS CO.,LTD)製)、アデカアークルズNCI−831およびアデカアークルズNCI−930(ADEKA製)も用いることができる。
好ましくは、例えば、特開2013−29760号公報の段落0274〜0275を参酌することができ、この内容は本明細書に組み込まれる。
具体的には、オキシム化合物としては、下記式(OX−1)で表される化合物が好ましい。なお、オキシムのN−O結合が(E)体のオキシム化合物であっても、(Z)体のオキシム化合物であっても、(E)体と(Z)体との混合物であってもよい。
一般式(OX−1)中、Rで表される一価の置換基としては、一価の非金属原子団であることが好ましい。
一価の非金属原子団としては、アルキル基、アリール基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、複素環基、アルキルチオカルボニル基、アリールチオカルボニル基等が挙げられる。また、これらの基は、1以上の置換基を有していてもよい。また、前述した置換基は、さらに他の置換基で置換されていてもよい。
置換基としてはハロゲン原子、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基またはアリールオキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシル基、アルキル基、アリール基等が挙げられる。
一般式(OX−1)中、Bで表される一価の置換基としては、アリール基、複素環基、アリールカルボニル基、又は、複素環カルボニル基が好ましい。これらの基は1以上の置換基を有していてもよい。置換基としては、前述した置換基が例示できる。
一般式(OX−1)中、Aで表される二価の有機基としては、炭素数1〜12のアルキレン基、シクロアルキレン基、アルキニレン基が好ましい。これらの基は1以上の置換基を有していてもよい。置換基としては、前述した置換基が例示できる。
化合物のモル吸光係数の測定は、公知の方法を用いることができるが、具体的には、例えば、紫外可視分光光度計(Varian製Carry−5 spectrophotometer)にて、酢酸エチル溶媒を用い、0.01g/Lの濃度で測定することが好ましい。
本発明に用いられる光重合開始剤は、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用しても良い。
本発明の組成物は、光重合開始剤を、1種類のみを含んでいてもよいし、2種類以上含んでいてもよい。2種類以上含む場合は、その合計量が上記範囲となることが好ましい。
本発明の硬化性組成物または着色組成物は、上述の各成分に加えて、本発明の効果を損なわない範囲で、さらに、溶剤、重合禁止剤、界面活性剤、有機カルボン酸、有機カルボン酸無水物などの他の成分を含んでいてもよい。
本発明の硬化性組成物または着色組成物は、溶剤を含有してもよい。
溶剤は、各成分の溶解性や着色組成物の塗布性を満足すれば基本的には特に制限はないが、色素(A)、硬化性化合物等の溶解性、塗布性、安全性を考慮して選ばれることが好ましい。また、本発明における着色組成物を調製する際には、少なくとも2種類の溶剤を含むことが好ましい。
本発明において、有機溶剤は、過酸化物の含有率が0.8mmol/L以下であることが好ましく、過酸化物を実質的に含まないことがより好ましい。
本発明の硬化性組成物または着色組成物は、溶剤を、1種類のみを含んでいてもよいし、2種類以上含んでいてもよい。2種類以上含む場合は、その合計量が上記範囲となることが好ましい。
本発明の硬化性組成物または着色組成物においては、着色組成物の製造中又は保存中において、重合性化合物の不要な熱重合を阻止するために、少量の重合禁止剤を添加することが望ましい。
本発明に用いうる重合禁止剤としては、ハイドロキノン、p−メトキシフェノール、ジ−t−ブチル−p−クレゾール、ピロガロール、t−ブチルカテコール、ベンゾキノン、4,4'−チオビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,2'−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、N−ニトロソフェニルヒドロキシアミン第一セリウム塩等が挙げられる。
本発明の硬化性組成物または着色組成物が重合禁止剤を含有する場合、重合禁止剤の含有量は、着色組成物の質量に対して、約0.01〜5質量%が好ましい。
本発明の硬化性組成物または着色組成物は、重合禁止剤を、1種類のみを含んでいてもよいし、2種類以上含んでいてもよい。2種類以上含む場合は、その合計量が上記範囲となることが好ましい。
本発明の組成物には、塗布性をより向上させる観点から、各種の界面活性剤を添加してもよい。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できる。
即ち、フッ素系界面活性剤を含有する組成物を適用した塗布液を用いて膜形成する場合においては、被塗布面と塗布液との界面張力を低下させることにより、被塗布面への濡れ性が改善され、被塗布面への塗布性が向上する。このため、少量の液量で数μm程度の薄膜を形成した場合であっても、厚みムラの小さい均一厚の膜形成をより好適に行える点で有効である。
また、下記化合物も本発明で用いられるフッ素系界面活性剤として例示される。
本発明の組成物に界面活性剤を含有する場合、界面活性剤の添加量は、組成物の全質量に対して、0.001質量%〜2.0質量%が好ましく、より好ましくは0.005質量%〜1.0質量%である。
本発明の組成物は、界面活性剤を、1種類のみを含んでいてもよいし、2種類以上含んでいてもよい。2種類以上含む場合は、その合計量が上記範囲となることが好ましい。
本発明の硬化性組成物または着色組成物は、分子量1000以下の有機カルボン酸、及び/又は有機カルボン酸無水物を含有していてもよい。有機カルボン酸及び有機カルボン酸無水物の具体例としては、例えば、特開2013−29760号公報の段落0338〜0340を参酌することができ、この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明の硬化性組成物または着色組成物に有機カルボン酸、有機カルボン酸無水物を含有する場合、有機カルボン酸および/または有機カルボン酸無水物の添加量は、通常、全固形分中0.01〜10質量%、好ましくは0.03〜5質量%、より好ましくは0.05〜3質量%の範囲である。
本発明の硬化性組成物または着色組成物は、有機カルボン酸および/または有機カルボン酸無水物を、それぞれ、1種類のみを含んでいてもよいし、2種類以上含んでいてもよい。2種類以上含む場合は、その合計量が上記範囲となることが好ましい。
また、下記化合物を含有することもできる。
本発明の硬化性組成物または着色組成物においては、特開2004−295116号公報の段落0078に記載の増感剤や光安定剤、同公報の段落0081に記載の熱重合防止剤を含有することができる。また、バインダーとして特開2006−215453号公報の一般式(1)で示される単量体を共重合成分として含む樹脂を含有することができる。
用いる原料等により着色組成物中に金属元素が含まれることがあるが、欠陥発生抑制等の観点で、着色組成物中の第2族元素(カルシウム、マグネシウム等)の含有量は50ppm以下であることが好ましく、0.01〜10ppmに制御することが好ましい。また、着色組成物中の無機金属塩の総量は100ppm以下であることが好ましく、0.5〜50ppmに制御することがより好ましい。
本発明の硬化性組成物および着色組成物は、前述の成分を混合することで調製される。
なお、硬化性組成物または着色組成物の調製に際しては、硬化性組成物または着色組成物を構成する各成分を一括配合してもよいし、各成分を溶剤に溶解・分散した後に逐次配合してもよい。また、配合する際の投入順序や作業条件は特に制約を受けない。例えば、全成分を同時に溶剤に溶解・分散して組成物を調製してもよいし、必要に応じては、各成分を適宜2つ以上の溶液・分散液としておいて、使用時(塗布時)にこれらを混合して組成物として調製してもよい。
本発明の硬化性組成物または着色組成物は、異物の除去や欠陥の低減などの目的で、フィルタで濾過することが好ましい。従来からろ過用途等に用いられているものであれば特に限定されることなく用いることができる。例えば、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等のフッ素樹脂、ナイロン−6、ナイロン−6,6等のポリアミド系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン樹脂(高密度、超高分子量のものを含む)等によるフィルタが挙げられる。これら素材の中でもポリプロピレン(高密度ポリプロピレンを含む)が好ましい。
フィルタの孔径は、0.01〜7.0μm程度が適しており、好ましくは0.01〜3.0μm程度、さらに好ましくは0.05〜0.5μm程度である。この範囲とすることにより、後工程において均一及び平滑な硬化性組成物または着色組成物の調製を阻害する、微細な異物を確実に除去することが可能となる。
また、上述した範囲内で異なる孔径の第1のフィルタを組み合わせてもよい。ここでの孔径は、フィルタメーカーの公称値を参照することができる。市販のフィルタとしては、例えば、日本ポール株式会社、アドバンテック東洋株式会社、日本インテグリス株式会社(旧日本マイクロリス株式会社)又は株式会社キッツマイクロフィルタ等が提供する各種フィルタの中から選択することができる。
第2のフィルタは、上述した第1のフィルタと同様の材料等で形成されたものを使用することができる。
例えば、第1のフィルタでのフィルタリングは、分散液のみで行い、他の成分を混合した後で、第2のフィルタリングを行ってもよい。
本発明の硬化膜は、本発明の硬化性組成物または本発明の着色組成物を硬化して得られる。特に、本発明の着色組成物を用いると、耐熱性、色移り性が良好な硬化膜を形成することができるため、カラーフィルタの着色層を形成するために好適に用いられる。また、本発明の着色組成物は、固体撮像素子(例えば、CCD(Charge Coupled Device)、CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等)や、液晶表示装置(LCD)などの画像表示装置に用いられるカラーフィルタなどの着色パターン形成用として好適に用いることができる。さらに、印刷インキ、インクジェットインキ及び塗料などの作製用途としても好適に用いることができる。なかでも、CCD及びCMOS等の固体撮像素子用のカラーフィルタの製造に好適に用いることができる。
本発明のカラーフィルタは、本発明の着色組成物を用いて得られる。カラーフィルタの製造方法は特に定めるものでは無いが、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法が好ましく用いられる。カラーフィルタの製造方法の詳細については、特開2014−080589号公報の段落0137〜0145の記載、特開2014−043556号公報の段落0215〜0264並びにこれらの文章で参照されている図面を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
本発明のカラーフィルタは固体撮像素子に用いることができる。固体撮像素子の詳細については、特開2014−080589号公報の段落0155〜0156の記載、特開2013−257543号公報の段落0291〜0305の記載、特開2013−257543号公報の段落0312〜0314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。
本発明のカラーフィルタは、液晶表示装置や有機EL表示装置(organic light emitting display device)などの、画像表示装置に用いることができ、特に液晶表示装置の用途に好適である。画像表示装置の詳細については、特開2014−080589号公報の段落0150〜0154の記載、特開2013−257543号公報の段落0307〜0311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。
(S−27)の合成(チオウレア〜炭酸カリウム法)
中間体S−27−1の20部、チオウレア9.5部、エタノール200部、ヨウ化カリウム17.6部を三口フラスコに加え、窒素雰囲気下加熱還流で18時間反応させた。反応後の溶液に、20%炭酸カリウム水溶液81部を加え、70℃で3時間反応させた後、冷却した。次に、そこへ1N塩酸水150部とクロロホルム300部とを加え分液操作を行った。続いて、有機層を飽和食塩水150部2回で洗浄し、有機層に硫酸ナトリウムを加えた後、ろ別し、ろ液を減圧濃縮することでS−27を14.7部得た(収率93%)。
1H NMR(DMSO−d6)δ4.05(s,12H)、3.40(s,4H)、2.47(td,12H)、2.30(t,12H)、2.17(t,6H)、1.54(m,24H)、1.35(m,12H)。MALDI−MS m/z calcd. 1057[M+Na]、found 1057。HPLCで測定した純度は53%であった。
(S−27)の合成 (チオ酢酸カリウム〜ヒドラジン法)
中間体S−27−2の2.2部、DMAc22部を三口フラスコに加え、窒素雰囲気下15℃で攪拌した。これにヒドラジン塩酸塩0.85部、酢酸ナトリウム2.0部を添加し、15℃で4時間反応させた。反応後の溶液に酢酸エチル66部を加え、溶液を1N塩酸水66部で2回洗浄し、次いで飽和食塩水66部で2回洗浄した。得られた有機層に硫酸マグネシウムを加えた後、ろ別し、ろ液を減圧濃縮することでS−27を1.73部得た(収率98%)。HPLCで測定した純度は80%であった。
(S−27)の合成 (脱水縮合法)
(S−28)の合成
(S−27)の合成例1において、中間体S−27−1に代えて中間体S−28−1の25部を使用した以外は、合成例1と同様に合成を行い、S−28を17.7部得た(収率85%)。
1H NMR(DMSO−d6)δ4.05(s,12H)、3.42(s,4H)、2.48(td,12H)、2.32(t,12H)、2.18(t,6H)、1.53(m,24H)、1.30(m,60H)。MALDI−MS m/z calcd. 1394[M+Na]、found 1394。HPLCで測定した純度は51%であった。
(S−3)の合成
(S−27)の合成例1において、中間体S−3−1の20部、チオウレア8.2部、エタノール200部、ヨウ化カリウム18部を使用した以外は、(S−27)の合成例1と同様に合成を行い、S−3を11.8部得た(収率75%)。
1H NMR(DMSO−d6)δ4.05(s,6H)、2.47(td,6H)、2.30(t,6H)、2.17(t,3H)、1.54(m,14H)、1.35(m,6H)、0.96(t,3H)。MALDI−MS m/z calcd. 547[M+Na]、found 547。HPLCで測定した純度は85%であった。
(S−8)の合成
(S−27)の合成例1において、中間体S−27−1に代えて中間体S−8−1の25部を使用した以外は、合成例1と同様に合成を行い、S−8を16.4部得た(収率79%)。
1H NMR(DMSO−d6)δ4.05(s,6H)、2.47(td,6H)、2.30(t,6H)、2.17(t,3H)、1.53(m,14H)、1.30(m,30H)、0.94(t,3H)。MALDI−MS m/z calcd. 715[M+Na]、found 715。HPLCで測定した純度は79%であった。
(S−24)の合成
(S−27)の合成例1において、中間体S−24−1の20部、チオウレア12.3部、エタノール200部、ヨウ化カリウム24部を使用した以外は、(S−27)の合成例1と同様に合成を行い、S−24を14.6部得た(収率94%)。
1H NMR(DMSO−d6)δ4.03(s,8H)、2.46(td,8H)、2.29(t,8H)、2.16(t,4H)、1.54(m,16H)、1.35(m,8H)。MALDI−MS m/z calcd. 679[M+Na]、found 679。HPLCで測定した純度は82%であった。
(S−31)の合成
(S−27)の合成例1において、中間体S−31−1の10部、チオウレア4.4部、エタノール100部、ヨウ化カリウム9部を使用した以外は、(S−27)の合成例1と同様に合成を行い、S−31を5.7部得た(収率74%)。
1H NMR(CDCl3)δ5.42(m,2H)、5.24(m,1H)、5.05(m,1H)、4.3(m,2H)、4.1(m,2H)、2.46(td,12H)、2.30(m,12H)、2.19(t,6H)、1.55(m,24H)、1.36(m,12H)。MALDI−MS m/z calcd. 985[M+Na]、found 985。HPLCで測定した純度は73%であった。
(S−32)の合成
中間体S−32−1の2部、シクロヘキサノン30部、チオ酢酸1.5部をフラスコに加え、80℃浴中で攪拌した。これに2,2’−アゾビス(イソ酪酸)ジメチル(和光純薬工業製、商品名V−601)1.5部を添加した後、80℃で2時間加熱攪拌し、さらにV−601を0.3部添加して80℃で2時間、90℃で1.5時間加熱攪拌した。次に酢酸エチル100部を加え、5%炭酸ナトリウム水溶液50部2回、飽和食塩水50部で洗浄し、有機層に硫酸マグネシウムを加えた後、ろ別し、ろ液を減圧濃縮することで中間体S−32−2を2.0部得た(収率80%)。
中間体S−32−2の2部、DMAc22部をフラスコに加え、窒素雰囲気下15℃で攪拌した。これにヒドラジン塩酸塩0.43部、酢酸ナトリウム1.1部を添加し、15℃で4時間反応させた。次に酢酸エチル80部を加え、1N塩酸水50部2回、次いで飽和食塩水50部2回で洗浄し、有機層に硫酸マグネシウムを加えた後、ろ別し、ろ液を減圧濃縮することでS−32を1.35部得た(収率76%)。HPLCで測定した純度は90%であった。
(S−38)の合成
(S−27)の合成例1において、中間体S−38−1の8部、チオウレア3.6部、エタノール80部、ヨウ化カリウム7.7部を使用した以外は、(S−27)の合成例1と同様に合成を行い、S−38を4.4部得た(収率71%)。
1H NMR(DMSO−d6)δ2.47(td,12H)、2.28(t,12H)、2.17(t,6H)、1.52(m,24H)、1.35(m,12H)。MALDI−MS m/z calcd. 977[M+Na]、found 977。HPLCで測定した純度は70%であった。
(S−41)の合成
(S−27)の合成例1において、ジペンタエリスリトールに代えて中間体S−41−1の3.8部を用い、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)を40部、6−ブロモヘキサノイルクロリドを9.8部使用した以外は、(S−27)の合成例1と同様に合成を行い、中間体S−41−2を7.4部得た(収率80%)。
(S−27)の合成例1において、中間体S−41−2の7部、チオウレア2.7部、エタノール60部、ヨウ化カリウム5.8部を使用した以外は、(S−27)の合成例1と同様に合成を行い、S−41を4.3部得た(収率76%)。
MALDI−MS m/z calcd. 1179[M+Na]、found 1179。HPLCで測定した純度は72%であった。
(S−45)の合成
(S−27)の合成例1において、中間体S−27−1に代えて中間体S−45−1の16.2部を使用した以外は、(S−27)の合成例1と同様に合成を行い、S−45を10.7部得た(収率85%)。
MALDI−MS m/z calcd. 853[M+Na]、found 853。HPLCで測定した純度は69%であった。
(S−51)の合成
(S−27)の合成例1において、中間体S−27−1に代えて中間体S−51−1の21.8部を使用した以外は、(S−27)の合成例1と同様に合成を行い、S−51を14.9部得た(収率85%)。
MALDI−MS m/z calcd. 793[M+Na]、found 793。HPLCで測定した純度は73%であった。
(T−1)の合成
(T−3)の合成
1H NMR(CDCl3)δ4.02(s,12H)、3.40(s,4H)、2.48(td,12H)、2.36(t,12H)、1.84(m,12H)、1.27(t,6H)。MALDI−MS m/z calcd. 889[M+Na]、found 889。HPLCで測定した純度は50%であった。
(T−4)の合成
1H NMR(CDCl3)δ4.02(s,12H)、3.40(s,4H)、2.52(td,12H)、2.34(t,12H)、1.70(m,24H)、1.26(t,6H)。HPLCで測定した純度は55%であった。
測定サンプル5mgをメタノール1mLに溶解させ、下記条件でHPLCの測定を行った。
溶出・分離条件カラム:島津製作所製Shim−pack CLC−ODS、サイズ6.0mmID×15cm。
移動相A:メタノール。
移動相B:1%リン酸+1%トリエチルアミン水溶液。
条件:0分 A50%、B50%、30分間でA95%、B5%に変化させるグラジエント濃度勾配で溶出。
流速:1.0mL/min。
カラム温度:40℃。
検出波長:210nm。
1.レジスト液の調製
下記組成の成分を混合して溶解し、下塗り層用レジスト液を調製した。
下塗り層用レジスト液の組成
・溶剤:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 19.20部
・溶剤:乳酸エチル 36.67部
・アルカリ可溶性樹脂:メタクリル酸ベンジル/メタクリル酸/メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル共重合体(モル比=60/22/18、重量平均分子量15,000、数平均分子量9,000)の40%PGMEA溶液 30.51部
・重合性化合物:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(日本化薬製、KAYARAD DPHA) 12.20部
・重合禁止剤:p−メトキシフェノール 0.0061部
・フッ素系界面活性剤:F−475、DIC(株)製 0.83部
・光重合開始剤:トリハロメチルトリアジン系の光重合開始剤 0.586部(TAZ−107、みどり化学製)
6inchシリコンウエハをオーブン中で200℃のもと30分加熱処理した。次いで、このシリコンウエハ上に、下塗り層用レジスト液を乾燥膜厚が1.5μmになるように塗布し、更に220℃のオーブン中で1時間加熱乾燥させて下塗り層を形成し、下塗り層付シリコンウエハ基板を得た。
3−1.着色組成物
下記の各成分を混合・溶解し、孔径0.45μmのナイロンフィルタでろ過して、着色組成物を調製した。
・有機溶剤1(シクロヘキサノン) 17.12部
・アルカリ可溶性樹脂1(メタクリル酸ベンジル/メタクリル酸(47/53[質量比])、30%プロピレングリコールモノメチルエーテル溶液、Mw=11,000) 1.23部
・アルカリ可溶性樹脂2(アクリキュア−RD−F8(日本触媒製)) 0.23部
・重合性化合物1(新中村化学(株)製、NKエステルA−DPH−12E) 1.96部
・重合禁止剤(p−メトキシフェノール) 0.0007部
・光重合開始剤1(IRGACURE OXE−02) 0.975部
・チオール化合物(合成例1で合成したS−27) 0.35部
・フッ素系界面活性剤(DIC製、商品名:メガファックF−475、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溶液) 2.50部
・顔料分散液P1(C.I.Pigment Blue 15:6分散液、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液、固形分濃度12.8質量%) 51.40部
・染料溶液1(下記により調製した染料溶液) 24.57部
染料溶液1は、下記の各成分を混合、溶解して調製した。
・有機溶剤1(シクロヘキサノン) 21.55部
・染料(A−1) 3.02部
以下のようにして、顔料分散液P1(C.I.Pigment Blue15:6分散液)を調製した。
C.I.Pigment Blue15:6(青色顔料;以下、「PB15:6」とも称する)を19.4質量部(平均一次粒子径55nm)、及び顔料分散剤BY−161(BYK製)を2.95質量部、アルカリ可溶性樹脂1(メタクリル酸ベンジル/メタクリル酸(47/53[質量比])、30%プロピレングリコールモノメチルエーテル溶液、Mw=11,000)を固形分換算で2.95質量部(溶液9.93質量部)、プロピレングリコールモノメチルエーテルを165.3質量部混合して得られる混合液を、ビーズミル(beads mill)(ジルコニアビーズ0.3mm径)により3時間混合することにより分散した。その後、さらに、減圧機構付き高圧分散機NANO−3000−10(日本ビーイーイー製)を用いて、2000kg/cm3の圧力下で流量500g/minとして分散処理を行なった。この分散処理を10回繰り返し、顔料分散液として、C.I.Pigment Blue15:6分散液を得た。得られたC.I.Pigment Blue15:6分散液について、顔料の平均一次粒子径を動的光散乱法(Microtrac Nanotrac UPA−EX150(日機装社(Nikkiso Co., Ltd.)製))により測定したところ、24nmであった。
4−1:着色組成物を用いた着色硬化膜の作製
上記で調製された着色組成物を、上記で作製された下塗り層付シリコンウエハ基板の下塗り層上に塗布し、着色層(塗布膜)を形成した。そして、この塗布膜の乾燥膜厚が1μmになるように、100℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行なった。次いでプリベーク後のシリコンウエハ基板を200℃で5分間加熱し、塗布膜の硬化を行って着色硬化膜を作製した。
上記で作製された着色硬化膜付シリコンウエハ基板を、280℃のホットプレートで30分間加熱し、次いでシクロヘキサノンに10分間浸漬した。シクロヘキサノンに浸漬する前後の着色硬化膜付シリコンウエハ基板の400〜700nmの可視光透過率差(ΔT)を色度計MCPD−1000(大塚電子(株)製)を用いて測定した。測定されたΔTに基づき、下記評価基準に従って耐熱性を評価した。
B:ΔTが5%以上10%未満
C:ΔTが10%以上20%未満
D:ΔTが20%以上
上記実施例1において、チオール化合物を下記表に示すチオール化合物に変更して着色組成物を調製した以外は、実施例1と同様にして、着色硬化膜を作製し、耐熱性を評価した。
本実施例の着色組成物の調製において、重合性化合物1をNKエステルA−DPH−12Eに代えて、同質量のKAYARAD DPHA(日本化薬製、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート)を用いて得られる着色硬化膜についても、同様の結果が得られた。また、本実施例の着色組成物の調製において、光重合開始剤1をIRGACURE OXE−02に代えて、同質量のIRGACURE OXE−01(BASF社製)を用いて得られる着色硬化膜についても、同様の結果が得られた。
1.塗布液の調製
(パーフルオロオレフィン共重合体(1)の合成)
中空シリカ粒子微粒子ゾル(イソプロピルアルコールシリカゾル、触媒化成工業製、CS60−IPA、平均粒子径60nm、シェル厚み10nm、シリカ濃度20質量%、シリカ粒子の屈折率1.31)500質量部に、アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン30質量部、及びジイソプロポキシアルミニウムエチルアセテート1.51質量部を加え混合した後に、そこへイオン交換水9質量部を加えた。混合溶液を60℃で8時間反応させた後に、室温まで冷却し、そこへアセチルアセトン1.8質量部を添加し、分散液を得た。その後、得られた分散液にシリカの含率がほぼ一定になるようにシクロヘキサノンを添加しながら、圧力30Torrで減圧蒸留による溶媒置換を行い、最後に濃度調整をすることで、固形分濃度18.2質量%の分散液Aを得た。得られた分散液Aのイソプロピルアルコール(IPA)残存量をガスクロマトグラフィーで分析したところ0.5質量%以下であった。
下記の各成分を混合し、メチルエチルケトンに溶解して固形分濃度5質量%の塗布液を調製した。
・パーフルオロオレフィン共重合体(1) 15部
・中空シリカ分散液A 50部
・多官能モノマー1(下記化合物(A−2)) 20部
・多官能モノマー2(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、日本化薬製) 7部
・光重合開始剤(BASF製、イルガキュア127)2.5部
・チオール化合物(合成例1で合成した(S−27)) 0.5部
・含フッ素モノマー(下記化合物(A−3)) 5部
上記で調製された塗布液を、面積100cm2のガラス基板上にグラビアコーターを用いて塗布し、塗布膜を形成した。次に、この塗布膜を90℃、30秒で乾燥した後、塗布膜に紫外線を照射した。紫外線の照射は、酸素濃度が0.1体積%以下の雰囲気になるように窒素パージしながら240W/cmの空冷メタルハライドランプ(アイグラフィックス製)を用いて行った。照射した紫外線は、照度600mW/cm2、照射量600mJ/cm2の紫外線であった。紫外線の照射により、塗布膜を硬化させ、厚さ150nmの硬化膜を形成し、無色硬化膜付きガラス基板を得た。膜厚は、反射分光膜厚計"FE−3000"(大塚電子製)を用いて算出した。
上記で作製された無色硬化膜付ガラス基板を、220℃のホットプレートで30分間加熱し、次いでシクロヘキサノンに10分間浸漬した。このシクロヘキサノン溶液から減圧下で溶媒を留去し、得られた残渣をCDCl3に溶解させ、19F−NMRを測定した。測定においては、内部標準としてベンゾトリフルオリド(和光純薬工業製)を使用し、ベンゾトリフルオリドのピーク面積を1として、これに対する含フッ素モノマー(A−3)に由来するCF3基の面積比を計算した。次いで下記(式1)に従って、シクロヘキサノンに溶出した含フッ素モノマー(A−3)の質量(溶出A−3量)を算出した。溶出A−3量を用いて、下記評価基準に基づき、耐熱性を評価した。
A:溶出A−3量が1μg未満
B:溶出A−3量が1μg以上2μg未満
C:溶出A−3量が2μg以上4μg未満
D:溶出A−3量が4μg以上
1.合成例2で得られたチオール化合物S−27の102質量部、エポキシ化合物(三菱化学製、エポキシ樹脂jER825、エポキシ当量170[g/eq])の100質量部、および硬化促進剤(和光純薬工業製、3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルアミン(IPDA))の4質量部を混合し硬化性組成物を得た。得られた硬化性組成物を用いて得られる硬化物の機械的強度を下記評価方法で評価した。
上記硬化性組成物を80℃で4時間加熱して硬化させた後の硬化物の引張強度を、JIS K−7113に準拠し、室温にて測定した。
80℃で4時間硬化させた後の硬化物を、300℃のホットプレートで1時間加熱した。300℃で加熱する前後の硬化物の引張強度TSを室温で測定した。加熱前後の引張強度の比率ΔTSを用いて、下記評価基準に基づき耐熱性を評価した。
ΔTS=加熱後の硬化物の引張強度/加熱前の硬化物の引張強度
B:ΔTSが0.80以上0.90未満。
C:ΔTSが0.60以上0.80未満。
D:ΔTSが0.60未満。
実施例20において、チオール化合物を下記表に示すチオール化合物に変更して硬化性組成物を調製した以外は、実施例20と同様にして硬化物を作製し、耐熱性を評価した。
実施例20において、エポキシ化合物をjER825の100質量部に代えて、3’,4’−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート(ダイセル化学工業製、セロキサイド2021P、エポキシ当量130[g/eq])76.5質量部を用いて得られる硬化性組成物についても、同様の結果が得られた。
1.硬化性組成物の調製
合成例2で得られたチオール化合物S−27の205質量部、イソシアネート化合物(和光純薬工業製、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、イソシアネート当量84[g/eq])の100質量部、および硬化促進剤(和光純薬工業製、ジブチルすずジクロリド)の0.5質量部を混合し硬化性組成物を得た。得られた硬化性組成物を用いて得られる硬化物の機械的強度を下記評価方法で評価した。
上記硬化性組成物を80℃で4時間加熱して硬化させた後の硬化物の引張強度を、JIS K−7113に準拠し、室温にて測定した。
80℃で4時間硬化させた後の硬化物を、300℃のホットプレートで1時間加熱した。300℃で加熱する前後の硬化物の引張強度TSを室温で測定した。加熱前後の引張強度の比率ΔTSを用いて、下記評価基準に基づき、耐熱性を評価した。
ΔTS=加熱後の硬化物の引張強度/加熱前の硬化物の引張強度
B:ΔTSが0.60以上0.80未満。
C:ΔTSが0.60未満。
上記実施例25において、チオール化合物を下記表に示すチオール化合物に変更して硬化性組成物を調製した以外は、実施例25と同様にして硬化物を作製し、耐熱性を評価した。
1.アルカリ可溶性樹脂の合成
合成例2で得られたチオール化合物S−27の15.3質量部、メタクリル酸(和光純薬工業製)の30質量部、ベンジルメタクリレート(和光純薬工業製)の70質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートの117質量部を混合し、これに重合開始剤(和光純薬工業製、ジメチル 2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、製品名V−601)の1.5質量部を混合し、モノマー溶液を得た。フラスコ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の117質量部を取り、窒素気流下で80℃に加熱した。このフラスコにモノマー溶液を2.5時間で滴下した後、80℃で2.5時間加熱し、さらに90℃で2時間加熱した。これを室温まで冷却し、アルカリ可溶性樹脂溶液を得た。
上記アルカリ可溶性樹脂のGPCにて測定したポリスチレン換算分子量(重量平均分子量)は10,800であり、酸価は190KOHmg/gであった。
上記合成例17において、チオール化合物を下記表に示すチオール化合物に変更した以外は合成例17と同様にして、合成例18〜20のアルカリ可溶性樹脂溶液を得た。
2.着色組成物の調製
2−1.Blue着色組成物
下記の各成分を混合・溶解し、孔径0.45μmのナイロンフィルタでろ過して、Blue着色組成物を調製した。
・有機溶剤1(シクロヘキサノン) 17.12部
・アルカリ可溶性樹脂1(合成例17で合成したアルカリ可溶性樹脂) 1.12部
・アルカリ可溶性樹脂2(アクリキュア−RD−F8(日本触媒製)) 0.23部
・重合性化合物1(新中村化学(株)製、NKエステルA−DPH−12E) 1.96部
・重合禁止剤(p−メトキシフェノール) 0.0007部
・光重合開始剤1(IRGACURE OXE−02、BASF社製) 0.975部
・フッ素系界面活性剤(DIC製、商品名:メガファックF−475、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溶液) 2.50部
・顔料分散液P1(C.I.Pigment Blue 15:6分散液、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液、固形分濃度12.8質量%) 51.40部
・染料溶液1 24.57部
染料溶液1および顔料分散液P1は、実施例1の着色組成物で使用した染料溶液1および顔料分散液P1を使用した。
C.I.ピグメントグリーン58とC.I.ピグメントイエロー139との100/55(質量比)混合物12.6部と、分散剤としてBYK2001(Disperbyk;ビックケミー(BYK)社製、固形分濃度45.1質量%)5.2部と、分散樹脂として樹脂(P−1)を2.7部と、溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート78.3部とからなる混合液を、ビーズミルを用いて15時間混合し、分散して、Green顔料分散液P2を調製した。
上記で得られたGreen顔料分散液P2を用い、下記組成となるように各成分を混合し、溶液を得た。得られた溶液を孔径0.45μmのナイロンフィルタでろ過して、Green着色組成物を調製した。
<組成>
・Green顔料分散液P2 83.3部
・アルカリ可溶性樹脂(樹脂(P−1)) 1.0部
・光重合開始剤(IRGACURE OXE−01、BASF社製) 1.2部
・重合性化合物1(下記化合物M−1) 1.4部
・重合性化合物2(M−305、東亞合成社製) 1.4部
・化合物(A−8)の80%溶液(シグマアルドリッチ社製) 1.3部
・p−メトキシフェノール 0.001部
・ポリエチレングリコールメチルエーテルアセテート 7.4部
・界面活性剤(PGMEA0.2%溶液) 4.2部
重合性化合物1:下記構造
重合性化合物2:下記構造
・界面活性剤:下記混合物(Mw=14000)
・樹脂P−1:下記構造(酸価=54mgKOH/g、Mw=15000)
上記で調製したBlue着色組成物を、実施例1と同様の方法で製造した下塗り層付シリコンウエハ基板の下塗り層上に塗布し、着色層(塗布膜)を形成した。そして、この塗布膜の乾燥膜厚が1μmになるように、100℃のホットプレートを用いて120秒間加熱処理(プリベーク)を行なった。次いでプリベーク後のシリコンウエハ基板を200℃で5分間加熱し、塗布膜の硬化を行って着色硬化膜付シリコンウエハ基板を作製した。
上記で調製したGreen着色組成物を、あらかじめヘキサメチルジシラザンを噴霧した200mm(8インチ)のシリコンウエハの上に塗布し、光硬化性の塗布膜を形成した。そして、この塗布膜の乾燥膜厚が1.0μmになるように、100℃のホットプレートを用いて180秒間加熱処理(プリベーク)を行った。次いで、i線ステッパー露光装置FPA−3000i5+(Canon(株)製)を使用して、365nmの波長で1.0μm四方のベイヤーパターンマスクを通し、1.0μm四方のベイヤーパターンが形成できる露光量(50〜1000mJ/cm2より事前に選定)にて照射した。その後、照射された塗布膜が形成されているシリコンウエハをスピン・シャワー現像機(DW−30型;(株)ケミトロニクス製)の水平回転テーブル上に載置し、現像液CD−2000(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製)の40%希釈液を用いて、23℃で180秒間パドル現像することにより、シリコンウエハに緑色着色パターンを形成した。
緑色着色パターンが形成されたシリコンウエハを真空チャック方式で水平回転テーブルに固定し、回転装置によって該シリコンウエハを回転数50rpmで回転させつつ、その回転中心の上方より純水を噴出ノズルからシャワー状に供給してリンス処理を行ない、その後スプレー乾燥した。
次に、緑色着色パターンが形成されたシリコンウエハを200℃のホットプレートにて5分間加熱し、Greenパターンを形成した。
さらに、上記Blue着色組成物を用い、露光を、ベイヤーパターンマスクに代えて、1.0μm四方のアイランドパターンマスクを用いて露光する以外はGreenパターンの形成と同様にして、Blueパターンを形成し、カラーフィルタを作製した。
上記で作製した着色硬化膜付シリコンウエハ基板を、280℃のホットプレートで30分間加熱し、次いでシクロヘキサノンに10分間浸漬した。溶剤浸漬前後の着色硬化膜付シリコンウエハ基板の400〜700nmの可視光透過率差(ΔT)を色度計MCPD−1000(大塚電子(株)製)を用いて測定した。測定されたΔTを用いて、下記評価基準に基づき、耐熱性を評価した。
B:ΔTが5%以上10%未満
C:ΔTが10%以上20%未満
D:ΔTが20%以上
上記で作製したカラーフィルタのBlue画素の高さを、原子間力顕微鏡(AFM、セイコーインスツルメンツ株式会社製、SPA−400AFM)を用いて、画素の対角線に沿って測定した。測定された値から、最高点と中央部の高さの差を、ディッシング深さとして、下記評価基準に基づき、ディッシングを評価した。
A:ディッシング深さが75nm未満
B:ディッシング深さが75nm以上100nm未満
C:ディッシング深さが100nm以上
実施例30において、Blue着色組成物に使用したアルカリ可溶性樹脂1を、合成例17で合成したアルカリ可溶性樹脂に代えて、合成例18〜20で合成したアルカリ可溶性樹脂を用いた以外は、実施例30と同様にしてBlue着色組成物を調製し、実施例30と同様にディッシングを評価した。
実施例30のBlue着色組成物の調製において、重合性化合物1をNKエステルA−DPH−12Eに代えて、同質量のKAYARAD DPHA(日本化薬製、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート)を用いて得られる着色組成物についても、同様の結果が得られた。また、光重合開始剤をIRGACURE OXE−02に代えて、同質量のIRGACURE OXE−01(BASF社製)を用いて得られる着色組成物についても、同様の結果が得られた。
Claims (19)
- 下記式(1)で表されるチオール化合物;
(HS−R1−M1−)nL1 (1)
式(1)において、L1はn価の有機連結基を表し、
nは3〜15の整数を表し、
M1は、−O−、−S−、−N(R2)−、−C(=O)−、−C(=O)−O−、−O−C(=O)−O−、−C(=O)−NH−、−O−C(=O)−NH−、−S(=O)−、−S(=O)−O−、−S(=O)2−、−S(=O)2−O−、または−CH=N−を表し、
R1は、アルキレン基、または、アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基を表し、
R2は、水素原子、エーテル性酸素原子を含んでもいてもよい炭素数1〜10のアルキル基、または、エーテル性酸素原子を含んでもいてもよい芳香族性炭化水素基を表し、
SHはチオール基を表し、SHの硫黄原子とM1のR1と結合する原子とは、R1の5以上の原子によって隔てられている。 - 前記R1は、炭素数5〜30の直鎖アルキレン基、炭素数6〜30の分岐アルキレン基、炭素数3〜27の直鎖アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基、または、炭素数4〜28の分岐アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基を表す、請求項1に記載のチオール化合物。
- 前記R1は、炭素数5〜20の直鎖アルキレン基、エチレンオキシ鎖を含む、炭素数5〜20のアルキレン基、または、イソプロピレンオキシ鎖を含む、炭素数5〜20のアルキレン基を表す、請求項1に記載のチオール化合物。
- 前記L1は、多価アルコールから誘導される連結基である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のチオール化合物。
- 前記L1は、1から100個までの炭素原子、0個から10個までの窒素原子、0個から50個までの酸素原子、1個から200個までの水素原子、および0個から20個までの硫黄原子からなる基からなる、請求項1〜4のいずれか1項に記載のチオール化合物。
- 前記L1は、下記(L−1)〜(L−21)のいずれかで表される構造から選択される、請求項1〜4のいずれか1項に記載のチオール化合物;
上記において、rは0〜10の整数であり、R31〜R41はそれぞれ独立にアルキル基を表し、R42は、水素原子、アルキル基またはアルコキシ基を表し、R43およびR44は、それぞれ独立に、水素原子、または炭素数1〜6のアルキル基であり、sは、0〜9の整数であり、L4は、−O−または−C(=O)−を表す。*はM1との結合部位を示す。 - 前記L1は、下記のいずれかで表される構造から選択される、請求項1〜4のいずれか1項に記載のチオール化合物;
上記において、rは0〜10の整数であり、R42、R43およびR44は、エチル基である。*はM1との結合部位を示す。 - 下記式(3)で表される化合物と下記式(4)で表される化合物とを反応させ、得られた生成物と保護基Zを有する含硫黄化合物を反応させた後、保護基Zを脱離させることによりチオール基を生成させることを含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載のチオール化合物の製造方法;
L1−(RH)n (3)
X−Ma−R1−Y (4)
式中、L1は、n価の有機連結基を表し、
RHは酸素原子、窒素原子および硫黄原子の少なくとも1つを含み、酸素原子、窒素原子および硫黄原子のいずれかと連結する水素原子を含む基を表し、
nは3〜15の整数を表し、
Yは保護基Zを有する含硫黄化合物との反応で脱離する基を表し、
R1は、アルキレン基、または、アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基を表し、YのR1と結合する原子とMaのR1と結合する原子とは、R1の5以上の原子によって隔てられており、
Maは、単結合または2価の連結基を表し、
Xは、ハロゲン原子またはスルホネートの少なくとも1つを含む基を表す。 - 3〜15価の多価アルコールと下記式(4−1)で表される化合物とを反応させ、得られた生成物と保護基Zを有する含硫黄化合物を反応させた後、保護基Zを脱離させることによりチオール基を生成させることを含む、チオール化合物の製造方法;
X−Ma1−R1−Y (4−1)
式中、Yは保護基Zを有する含硫黄化合物との反応で脱離する基を表し、
R1は、アルキレン基、または、アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基を表し、YのR1と結合する原子とMa1のR1と結合する原子とは、R1の5以上の原子によって隔てられており、
Ma1は、−C(=O)−を表し、
Xは、ハロゲン原子またはスルホネートの少なくとも1つを含む基を表す。 - 3〜15価の多価アルコールと下記式(4−2)で表される化合物とを反応させ、得られた生成物と保護基Zを有する含硫黄化合物を反応させた後、保護基Zを脱離させることによりチオール基を生成させることを含む、チオール化合物の製造方法;
X−R1−Y (4−2)
式中、Yは保護基Zを有する含硫黄化合物との反応で脱離する基を表し、
R1は、アルキレン基、または、アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基を表し、YのR1と結合する原子とXのR1と結合する原子とは、R1の5以上の原子によって隔てられており、
Xは、ハロゲン原子またはスルホネートの少なくとも1つを含む基を表す。 - 前記保護基Zが、下記式(5)で表される基、下記式(6)で表される基、または、下記式(6)で表される基の塩である、請求項8〜10のいずれか1項に記載のチオール化合物の製造方法;
式(5)中、R4は、水素原子、炭素数1〜30のアルキル基、炭素数6〜30のアリール基、または、炭素数3〜30のヘテロアリール基を表す。 - 下式(7)で表されるポリマー;
式(7)において、L1は(n1+n2)価の有機連結基を表し、
n1は1〜15を表し、n2は0〜14を表し、n1とn2との合計は3〜15であり、M1は、−O−、−S−、−N(R2)−、−C(=O)−、−C(=O)−O−、−O−C(=O)−O−、−C(=O)−NH−、−O−C(=O)−NH−、−S(=O)−、−S(=O)−O−、−S(=O)2−、−S(=O)2−O−、または−CH=N−を表し、
R1は、アルキレン基、または、アルキレン基とエーテル性酸素原子の組み合わせからなる基を表し、
R2は、水素原子、エーテル性酸素原子を含んでもいてもよい炭素数1〜10のアルキル基、または、エーテル性酸素原子を含んでもいてもよい芳香族性炭化水素基を表し、
SHはチオール基を表し、SHの硫黄原子とM1のR1と結合する原子とは、R1の5以上の原子によって隔てられており、Sは硫黄原子を表し、該硫黄原子とM1のR1と結合する原子とは、R1の5以上の原子によって隔てられており、
P1はエチレン性不飽和結合を有する化合物由来の繰り返し単位を有する1価の置換基を表す。 - 請求項8〜11のいずれか1項に記載のチオール化合物の製造方法で製造されたチオール化合物を含む組成物であって、前記組成物の50質量%以上が、式(1)で表されるチオール化合物のうちの特定の1種類である、組成物。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載のチオール化合物を含む組成物であって、前記組成物の50質量%以上が、式(1)で表されるチオール化合物のうちの特定の1種類である、組成物。
- 請求項12に記載のポリマーを含む組成物。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載のチオール化合物、請求項8〜11のいずれか1項に記載のチオール化合物の製造方法で得られたチオール化合物、請求項12に記載のポリマー、および、請求項13〜15のいずれか1項に記載の組成物の少なくとも1種と、重合性化合物とを含む硬化性組成物。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載のチオール化合物、請求項8〜11のいずれか1項に記載のチオール化合物の製造方法で得られたチオール化合物、請求項12に記載のポリマー、および、請求項13〜15のいずれか1項に記載の組成物の少なくとも1種と、重合性化合物と、着色剤とを含む着色組成物。
- 請求項16に記載の硬化性組成物または請求項17に記載の着色組成物を硬化して得られる硬化膜。
- 請求項17に記載の着色組成物を用いて得られるカラーフィルタ。
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