JPWO2019176409A1 - 硬化膜の製造方法、固体撮像素子の製造方法 - Google Patents

硬化膜の製造方法、固体撮像素子の製造方法 Download PDF

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Abstract

引置き欠陥抑制性が優れる硬化膜の製造方法を提供する。また、固体撮像素子の製造方法も提供する。硬化膜の製造方法は、黒色色材等の所定の成分を含有する硬化性組成物を用いて硬化性組成物層を形成する工程、これを露光する工程、及び、現像する工程の後、更に、現像後の硬化性組成物層を酸素濃度が1000体積ppm未満の環境下において、170℃未満で加熱する工程を含む。

Description

本発明は、硬化膜の製造方法及び固体撮像素子の製造方法に関する。
固体撮像装置等に用いられる硬化膜の製造方法は、基板上に硬化性組成物層を形成した後に、これを硬化させる方法が一般的である。典型的には、所定のマスクパターンを介して硬化性組成物層に光を照射し、その後、現像処理を行う。
また、形成する硬化膜の性能改善のために、現像後の硬化性組成物層に対して更なる硬化処理(以下「後硬化処理」ともいう)を施す場合がある。
例えば、特許文献1には、熱重合性基を有する化合物を含有する重合性組成物を基板上に塗布することにより形成される塗布層、又は、塗布層により形成されるパターンを、酸素濃度が100ppm以下の環境下において加熱する工程を有する、硬化層又は硬化パターンの形成方法が開示されている。
特開2013−231878号
本発明者が、特許文献1に記載された方法について検討したところ、この方法を用いて製造された硬化膜は、経時による形状の変化(以下、「引置き欠陥」ともいう)の抑制性について改善の余地があることを知見した。
なお、引置き欠陥とは、得られた硬化膜を所定期間放置した際に、硬化膜の形状が変形することを意図する。
そこで、本発明は、引置き欠陥抑制性が優れる硬化膜の製造方法を提供することを課題とする。また、本発明は、固体撮像素子の製造方法を提供することも課題とする。
〔1〕
黒色顔料及び黒色染料からなる群から選択される1種以上の黒色色材、重合性化合物、並びに、光重合開始剤を含有する硬化性組成物を用いて硬化性組成物層を形成する工程と、
上記硬化性組成物層に、活性光線又は放射線を照射することにより露光する工程と、
上記露光後の硬化性組成物層を現像する工程と、
上記現像後の硬化性組成物層を、酸素濃度が1000体積ppm未満の環境下において、170℃未満で加熱して硬化膜を形成する工程と、を含有する、硬化膜の製造方法。
〔2〕
上記酸素濃度が100体積ppm以下である、〔1〕に記載の硬化膜の製造方法。
〔3〕
上記加熱がオーブンを用いて行われる、〔1〕又は〔2〕に記載の硬化膜の製造方法。
〔4〕
上記光重合開始剤が、オキシムエステル系重合開始剤を含有する、〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の硬化膜の製造方法。
〔5〕
上記重合性化合物の二重結合当量が、10.0mmol/g以上である、〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の硬化膜の製造方法。
〔6〕
上記黒色色材が、上記黒色顔料である、〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の硬化膜の製造方法。
〔7〕
上記黒色顔料が、赤外線を吸収する、〔6〕に記載の硬化膜の製造方法。
〔8〕
上記黒色顔料が、チタンの窒化物及び酸窒化物、ジルコニウムの窒化物及び酸窒化物、バナジウムの窒化物及び酸窒化物、並びに、ニオブの窒化物及び酸窒化物からなる群から選択される1種以上である、〔7〕に記載の硬化膜の製造方法。
〔9〕
上記硬化膜が遮光膜である、〔1〕〜〔8〕のいずれかに記載の硬化膜の製造方法。
〔10〕
硬化膜を有する固体撮像素子の製造方法であって、〔1〕〜〔9〕のいずれかに記載の硬化膜の製造方法を含む、固体撮像素子の製造方法。
〔11〕
黒色顔料及び黒色染料からなる群から選択される1種以上の黒色色材、重合性化合物、並びに、光重合開始剤を含有する硬化性組成物を用いて硬化性組成物層を形成する工程と、
上記硬化性組成物層に、活性光線又は放射線を照射することにより露光する工程と、
上記露光後の硬化性組成物層を現像する工程と、
上記現像後の硬化性組成物層に、紫外線を照射して硬化膜を形成する工程と、を含む、硬化膜の製造方法。
〔12〕
上記硬化性組成物が、更に、グラフト鎖を有する繰り返し単位、及び、側鎖にエチレン性不飽和基を有する繰り返し単位を含有する樹脂を含有する、〔11〕に記載の硬化膜の製造方法。
〔13〕
上記紫外線を照射して硬化膜を形成する工程において、照射される光が、波長300nm以下である、〔11〕又は〔12〕に記載の硬化膜の製造方法。
〔14〕
上記光重合開始剤が、波長365nmにおいて感光性を有さない光重合開始剤を含有する、〔11〕〜〔13〕のいずれかに記載の硬化膜の製造方法。
〔15〕
上記黒色色材が、上記黒色顔料である、〔11〕〜〔14〕のいずれかに記載の硬化膜の製造方法。
〔16〕
上記硬化性組成物が、上記黒色色材として上記黒色顔料を含有し、上記黒色顔料の含有量が、上記硬化性組成物の全固形分に対して、55質量%未満である〔15〕に記載の硬化膜の製造方法。
〔17〕
上記黒色顔料が、赤外線を吸収する、〔15〕又は〔16〕に記載の硬化膜の製造方法。
〔18〕
上記黒色顔料が、チタンの窒化物及び酸窒化物、ジルコニウムの窒化物及び酸窒化物、バナジウムの窒化物及び酸窒化物、並びに、ニオブの窒化物及び酸窒化物からなる群から選択される1種以上である、〔17〕に記載の硬化膜の製造方法。
〔19〕
上記硬化膜が遮光膜である、〔11〕〜〔18〕のいずれかに記載の硬化膜の製造方法。
〔20〕
硬化膜を有する固体撮像素子の製造方法であって、〔11〕〜〔19〕のいずれかに記載の硬化膜の製造方法を含む、固体撮像素子の製造方法。
本発明によれば、引置き欠陥抑制性が優れる硬化膜の製造方法を提供できる。
また、本発明によれば、固体撮像素子の製造方法を提供できる。
固体撮像装置の構成例を示す概略断面図である。 図1の撮像部を拡大して示す概略断面図である。
以下、本発明について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
また、本明細書における基(原子団)の表記において、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を含有しない基と共に置換基を含有する基をも包含する。例えば、「アルキル基」とは、置換基を含有しないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を含有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含する。
また、本明細書中における「活性光線」又は「放射線」とは、例えば、遠紫外線、極紫外線(EUV:Extreme ultraviolet lithography)、X線、及び、電子線等を意味する。また本明細書において光とは、活性光線及び放射線を意味する。
また、本明細書において、「(メタ)アクリレート」はアクリレート及びメタアクリレートを表す。また、本明細書において、「(メタ)アクリル」はアクリル及びメタアクリルを表す。また、本明細書において、「(メタ)アクリロイル」は、アクリロイル及びメタクリロイルを表す。また、本明細書において、「(メタ)アクリルアミド」は、アクリルアミド及びメタアクリルアミドを表す。また、本明細書中において、「単量体」と「モノマー」とは同義である。
また、本明細書において、「ppm」は「parts−per−million(10−6)」を意味し、「ppb」は「parts−per−billion(10−9)」を意味し、「ppt」は「parts−per−trillion(10−12)」を意味する。
本明細書において重量平均分子量(Mw)は、GPC(Gel Permeation Chromatography:ゲル浸透クロマトグラフィー)法によるポリスチレン換算値である。
本明細書においてGPC法は、HLC−8020GPC(東ソー社製)を用い、カラムとしてTSKgel SuperHZM−H、TSKgel SuperHZ4000、TSKgel SuperHZ2000(東ソー社製、4.6mmID×15cm)を、溶離液としてTHF(テトラヒドロフラン)を用いる方法に基づく。
〔硬化膜の製造方法〕
本発明の製造方法は、まず、黒色顔料及び黒色染料からなる群から選択される1種以上の黒色色材、重合性化合物、並びに、光重合開始剤を含有する硬化性組成物を用いて硬化性組成物層を形成する。
その後、この硬化性組成物層に、活性光線又は放射線を照射することにより露光し、更に、露光後の硬化性組成物層を現像する。
現像後の硬化性組成物層に対して、「酸素濃度が1000体積ppm未満の環境下において、170℃未満で加熱する(方法A)」、又は、「紫外線を照射する(方法B)」ことで硬化膜を製造する。
上述したような製造方法を用いることで、引置き欠陥抑制性に優れる硬化膜が得られるメカニズムは必ずしも定かではないが、本発明者は以下のように推測している。
方法Aにおいては、酸素濃度が1000体積ppm未満の低酸素環境下で加熱されるため、硬化性組成物層の重合の進行に用いられるラジカルが、硬化性組成物層の表面で酸素によって失活されにくい。よって、硬化性組成物層の表面と内部において均一に硬化が進行するため内部応力が生じにくく、硬化膜の引置き欠陥の発生が抑制できると推測される。
また、方法Aにおいては、加熱温度が170℃未満であるため、硬化性組成物層中の低分子成分が揮発すること等に由来するボイド(空隙)が硬化膜中に生じにくい。硬化膜中のボイドは、硬化膜の経時による形状変化(引置き欠陥)の起点にもなり得るので、加熱温度を170℃未満として硬化膜中のボイドを減らすことによっても、硬化膜の引置き欠陥の発生が抑制されていると推測される。
方法Bでは、紫外線を照射することで、硬化性組成物層の硬化を均一に進行させることができ、硬化膜の引置き欠陥の発生が抑制されていると推測される。
[硬化性組成物]
まず、本発明の製造方法で使用される硬化性組成物について説明する。
<黒色色材>
硬化性組成物は、黒色色材を含有する。
黒色色材としては、黒色顔料及び黒色染料からなる群から選択される1種以上が挙げられる。
黒色色材は1種単独で使用してもよく、2種以上を使用してもよい。
硬化性組成物中における黒色色材の含有量としては特に制限されないが、硬化性組成物の全固形分に対して、1〜99質量%が好ましく、5〜55質量%がより好ましい。
全固形分とは、硬化膜を形成する成分を意図し、溶媒は含まれない。また、硬化膜を形成する成分であれば、その性状が液体状であっても、固形分とみなす。
なお、方法Aによる後硬化処理を行う場合で、かつ、硬化性組成物が黒色顔料を含有する場合は、硬化性組成物中の黒色顔料の含有量は、硬化性組成物の全固形分に対して、25〜70質量%が好ましく、30〜60質量%がより好ましく、33〜55質量%が更に好ましい。
また、方法Bによる後硬化処理を行う場合で、かつ、硬化性組成物が黒色顔料を含有する場合は、硬化性組成物中の黒色顔料の含有量の上限は、引置き欠陥抑制性がより優れる点から、硬化性組成物の全固形分に対して、70質量%以下が好ましく、60質量%以下がより好ましく、56質量%以下が更に好ましく、55質量%未満が特に好ましく、54質量%以下が最も好ましい。硬化性組成物中の黒色顔料の含有量の下限は、硬化性組成物の全固形分に対して、20質量%以上が好ましく、25質量%以上がより好ましく、30質量%以上が更に好ましい。
また、単独では黒色色材として使用できない着色剤を複数組み合わせ、全体として黒色になるように調整して黒色色材としてもよい。
例えば、単独で黒色を発現する顔料を黒色顔料とする他にも、単独では黒色以外の色を有する顔料を複数組み合わせて黒色顔料として使用してもよい。同様に、単独で黒色を発現する染料を黒色染料とする他にも、単独では黒色以外の色を有する染料を複数組み合わせて黒色染料として使用してもよい。
なお、黒色色材とは、波長400〜700nmの全ての範囲にわたって吸収がある色材をいう。
より具体的には、例えば、以下に説明する評価基準Zに適合する黒色色材が好ましい。
まず、色材と、透明な樹脂マトリックス(アクリル樹脂等)と、溶剤とを含有し、全固形分に対する色材の含有量が60質量%である組成物を調製する。得られた組成物を、ガラス基板上に、乾燥後の塗膜の膜厚が1μmになるように塗布し、塗膜を形成する。乾燥後の塗膜の遮光性を、分光光度計(日立株式会社製UV−3600等)を用いて評価する。乾燥後の塗膜の、波長400〜700nmにおける透過率の最大値が10%未満であれば、上記色材は評価基準Zに適合する黒色色材であると判断できる。
(黒色顔料)
黒色色材は、黒色顔料であることが好ましい。
黒色顔料は、各種公知の黒色顔料を使用できる。黒色顔料は、無機顔料であっても有機顔料であってもよい。
黒色顔料としては、単独で黒色を発現する顔料が好ましい。
また、黒色顔料は、例えば、赤外線を吸収する顔料が好ましい。
ここで、赤外線を吸収する黒色顔料は、例えば、赤外領域(好ましくは、波長650〜1300nm)の波長領域に吸収を有する。波長675〜900nmの波長領域に極大吸収波長を有する黒色顔料も好ましい。
赤外線を吸収し、かつ、単独で黒色を発現する無機顔料としては、チタン(Ti)及びジルコニウム(Zr)等の第4族の金属元素、バナジウム(V)及びニオブ(Nb)等の第5族の金属元素、コバルト(Co)、クロム(Cr)、銅(Cu)、マンガン(Mn)、ルテニウム(Ru)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、錫(Sn)、並びに、銀(Ag)からなる群より選ばれた1種又は2種以上の金属元素を含む、金属酸化物、金属窒化物、及び金属酸窒化物等が挙げられる。上記無機顔料には、表面修飾処理が施されていてもよい。例えば、シリコーン基とアルキル基とを併せ持つ表面処理剤で表面修飾処理が施された無機粒子が挙げられ、「KTP−09」シリーズ(信越化学工業社製)等が挙げられる。また、金属酸化物、金属窒化物、及び金属酸窒化物は、更に他の原子が混在した粒子として使用されてもよい。例えば、更に周期表13〜17族元素から選択される原子(好ましくは酸素原子、及び/又は、硫黄原子)を含有する、金属窒化物含有粒子として使用されてもよい。
赤外線を吸収し、かつ、単独で黒色を発現する顔料としては、カーボンブラックも挙げられる。カーボンブラックの具体例としては、市販品である、C.I.ピグメントブラック 1等の有機顔料、及び、C.I.ピグメントブラック 7等の無機顔料が挙げられる。また、カーボンブラックとして、表面を樹脂で被覆したカーボンブラックを使用してもよい。
中でも、黒色顔料としては、第4族の金属元素の窒化物若しくは酸化物、第5族の金属元素の窒化物若しくは酸窒化物、又は、カーボンブラックが好ましく、チタンの窒化物若しくは酸窒化物、ジルコニウムの窒化物若しくは酸窒化物、バナジウムの窒化物若しくは酸窒化物、ニオブの窒化物若しくは酸窒化物、又は、カーボンブラックがより好ましく、チタンの窒化物若しくは酸窒化物、ジルコニウムの窒化物若しくは酸窒化物、バナジウムの窒化物若しくは酸窒化物、又は、ニオブの窒化物若しくは酸窒化物が更に好ましく、チタンの窒化物若しくは酸窒化物が特に好ましい。
また、例えば、黒色色材が、チタンの窒化物及び酸窒化物、ジルコニウムの窒化物及び酸窒化物、バナジウムの窒化物及び酸窒化物、並びに、ニオブの窒化物及び酸窒化物からなる群から選択される1種以上の黒色顔料と、その他の黒色色材とを混合したものである場合、チタンの窒化物及び酸窒化物、ジルコニウムの窒化物及び酸窒化物、バナジウムの窒化物及び酸窒化物、並びに、ニオブの窒化物及び酸窒化物からなる群から選択される1種以上の黒色顔料の合計含有量は、黒色色材の全質量に対して、30質量%以上が好ましく、40質量%以上がより好ましく、50質量%以上が更に好ましい。
なお、チタンの窒化物とは窒化チタンであり、ジルコニウムの窒化物とは窒化ジルコニウムであり、バナジウムの窒化物とは窒化バナジウムであり、ニオブの窒化物とは窒化ニオブである。また、チタンの酸窒化物とは酸窒化チタンであり、ジルコニウムの酸窒化物とは酸窒化ジルコニウムであり、バナジウムの酸窒化物とは酸窒化バナジウムであり、ニオブの酸窒化物とは酸窒化ニオブである。
なお、本明細書において、窒化チタンとは、TiNを意図し、製造上不可避な酸素原子(例えば、TiNの粒子の表面が意図せず酸化したもの、等)を含有してもよい。
本明細書において、窒化チタンとは、CuKα線をX線源とした場合の(200)面に由来するピークの回折角2θが42.5°〜42.8°である化合物を意図する。
また、本明細書において、酸窒化チタンとは、CuKα線をX線源とした場合の(200)面に由来するピークの回折角2θが42.8°超の化合物を意図する。酸窒化チタンの上記回折角2θの上限値としては特に制限されないが、43.5°以下が好ましい。
酸窒化チタンとしては、例えば、チタンブラック等が挙げられ、より具体的には、例えば、TiO、Ti2n−1(1≦n≦20)で表される低次酸化チタン、及び/又は、TiN(0<x<2.0,0.1<y<2.0)で表される酸窒化チタンを含有する形態が挙げられる。以下の説明では、窒化チタン(上記回折角2θが42.5°〜42.8°)、及び、酸窒化チタン(上記回折角2θが42.8°超)を併せてチタン窒化物といい、その形態について説明する。
また、チタン窒化物は、更に他の原子が混在した粒子として使用されてもよい。例えば、チタン窒化物は、更に周期表13〜17族元素から選択される原子(好ましくは、ケイ素原子又は硫黄原子等)を含有する、チタン窒化物含有粒子として使用されてもよい。なお、その他の金属窒化物においても同様で、窒化金属と酸窒化金属を併せていう金属窒化物は、更に他の原子が混在した粒子として使用されてもよい。例えば、金属窒化物は、更に周期表13〜17族元素から選択される原子(好ましくは、ケイ素原子又は硫黄原子等)を含有する、金属窒化物含有粒子として使用されてもよい。
CuKα線をX線源としてチタン窒化物のX線回折スペクトルを測定した場合において、最も強度の強いピークとしてTiNは(200)面に由来するピークが2θ=42.5°近傍に、TiOは(200)面に由来するピークが2θ=43.4°近傍に観測される。一方、最も強度の強いピークではないがアナターゼ型TiOは(200)面に由来するピークは2θ=48.1°近傍に、ルチル型TiOは(200)面に由来するピークは2θ=39.2°近傍に観測される。よって、酸窒化チタンが酸素原子を多く含有するほどピーク位置は42.5°に対して高角度側にシフトする。
チタン窒化物が、酸化チタンTiOを含有する場合、最も強度の強いピークとしてアナターゼ型TiO(101)に由来するピークが2θ=25.3°近傍に、ルチル型TiO(110)に由来するピークが2θ=27.4°近傍に見られる。しかし、TiOは白色であり、硬化性組成物を硬化して得られる遮光膜の遮光性を低下させる要因となるため、ピークとして観察されない程度に低減されていることが好ましい。
上記のX線回折スペクトルの測定により得られたピークの半値幅から、チタン窒化物を構成する結晶子サイズを求めることができる。結晶子サイズの算出はシェラーの式を用いて行うことができる。
チタン窒化物を構成する結晶子サイズとしては、50nm以下が好ましく、20nm以上が好ましい。結晶子サイズが20〜50nmであると、硬化性組成物を用いて形成される硬化膜は、紫外線(特にi線(波長365nm))透過率がより高くなりやすく、より感光性が高い硬化性組成物が得られる。
チタン窒化物の比表面積については特に制限されないが、BET(Brunauer,Emmett,Teller)法により求めることができる。チタン窒化物の比表面積は、5〜100m/gが好ましく、10〜60m/gがより好ましい。
黒色顔料の製造方法としては特に制限されず、公知の製造方法を使用でき、例えば、気相反応法が挙げられる。気相反応法としては、電気炉法、及び、熱プラズマ法等が挙げられるが、不純物の混入が少なく、粒子径が揃いやすく、また、生産性が高い点で、熱プラズマ法が好ましい。
熱プラズマ法において、熱プラズマを発生させる方法としては、特に制限されず、直流アーク放電、多層アーク放電、高周波(RF)プラズマ、及び、ハイブリッドプラズマ等が挙げられ、電極からの不純物の混入が少ない高周波プラズマがより好ましい。
熱プラズマ法による黒色顔料の具体的な製造方法としては、特に制限されないが、例えば、チタン窒化物の製造方法として、プラズマ炎中で四塩化チタンとアンモニアガスを反応させる方法(特開平2−22110号公報)、チタン粉末を高周波熱プラズマにより蒸発させ窒素をキャリアーガスとして導入し冷却過程にて窒化させ合成する方法(特開昭61−11140号公報)、及び、プラズマの周縁部にアンモニアガスを吹き込む方法(特開昭63−85007号公報)等が挙げられる。
ただし、黒色顔料の製造方法としては、上記に制限されるものではなく、所望とする物性を有する黒色顔料が得られれば、製造方法は制限されない。
また、上述したような金属原子の(酸)窒化物を含ケイ素化合物で被覆し、黒色顔料としてもよい。
金属原子の(酸)窒化物を被覆する方法としては、特に制限されず、公知の方法を使用でき、例えば、特開昭53−33228号公報の2頁右下〜4頁右上に記載された方法(チタン酸化物に代えて、金属原子の(酸)窒化物を用いる)、特開2008−69193の段落0015〜0043に記載された方法(微粒子二酸化チタンに代えて、金属原子の(酸)窒化物を用いる)、特開2016−74870号公報の段落0020、及び、段落0124〜0138に記載された方法(金属酸化物微粒子に代えて、金属原子の(酸)窒化物を用いる)が挙げられ、上記の内容は本明細書に組み込まれる。
更に、硬化性組成物がチタンブラックを含有する場合、チタンブラックを、チタンブラック及びSi原子を含む被分散体として含有することも好ましい。
この形態において、チタンブラックは、組成物中において被分散体として含有されるものであり、被分散体中のSi原子とTi原子との含有比(Si/Ti)が質量換算で0.05以上が好ましく、0.05〜0.5がより好ましく、0.07〜0.4が更に好ましい。
ここで、上記被分散体は、チタンブラックが一次粒子の状態であるもの、凝集体(二次粒子)の状態であるものの双方を包含する。
被分散体のSi/Tiを変更する(例えば、0.05以上とする)ためには、以下のような手段を用いることができる。
まず、酸化チタンとシリカ粒子とを分散機を用いて分散することにより分散物を得て、この分散物を高温(例えば、850〜1000℃)にて還元処理することにより、チタンブラック粒子を主成分とし、SiとTiとを含有する被分散体を得ることができる。上記還元処理は、アンモニア等の還元性ガスの雰囲気下で行うこともできる。
酸化チタンとしては、TTO−51N(商品名、石原産業製)等が挙げられる。
シリカ粒子の市販品としては、AEROSIL(登録商標)90、130、150、200、255、300、380(商品名、エボニック製)等が挙げられる。
酸化チタンとシリカ粒子との分散は、分散剤を用いてもよい。分散剤としては、後述する分散剤として説明するものが挙げられる。
上記の分散は溶剤中で行ってもよい。溶剤としては、水、有機溶剤が挙げられる。後述する有機溶剤の欄で説明するものが挙げられる。
Si/Tiが、例えば、0.05以上等に調整されたチタンブラックは、例えば、特開2008−266045号公報の段落0005及び段落0016〜0021に記載の方法により作製することができる。
チタンブラック及びSi原子を含む被分散体中のSi原子とTi原子との含有比(Si/Ti)を好適な範囲(例えば0.05以上)に調整することで、この被分散体を含む組成物を用いて硬化膜を形成した際に、硬化膜の形成領域外における組成物由来の残渣物が低減される。なお、残渣物は、チタンブラック粒子、樹脂成分等の組成物に由来する成分を含むものである。
残渣物が低減される理由は未だ明確ではないが、上記のような被分散体は小粒径となる傾向があり(例えば、粒径が30nm以下)、更に、この被分散体のSi原子が含まれる成分が増すことにより、膜全体の下地との吸着性が低減される。これが、硬化膜の形成における未硬化の組成物(特に、チタンブラック)の現像除去性の向上に寄与すると推測される。
また、チタンブラックは、紫外光から赤外光までの広範囲にわたる波長領域の光に対する遮光性に優れることから、上記したチタンブラック及びSi原子を含む被分散体(好ましくはSi/Tiが質量換算で0.05以上であるもの)を用いて形成された遮光膜は優れた遮光性を発揮する。
なお、被分散体中のSi原子とTi原子との含有比(Si/Ti)は、例えば、特開2013−249417号公報の段落0033に記載の方法(1−1)または方法(1−2)を用いて測定できる。
また、組成物を硬化して得られた硬化膜に含有される被分散体について、その被分散体中のSi原子とTi原子との含有比(Si/Ti)が0.05以上か否かを判断する際は、特開2013−249417号公報の段落0035に記載の方法(2)を用いる。
チタンブラック及びSi原子を含む被分散体において、チタンブラックは、上記したものを使用できる。
以下、被分散体にSi原子を導入する際に用いられる材料について述べる。被分散体にSi原子を導入する際には、シリカ等のSi含有物質を用いればよい。
用いうるシリカとしては、沈降シリカ、フュームドシリカ、コロイダルシリカ、合成シリカ等を挙げることができ、これらを適宜選択して使用すればよい。
更に、シリカ粒子の粒径が遮光膜(硬化膜)を形成した際に膜厚よりも小さい粒径であると遮光性がより優れるため、シリカ粒子として微粒子タイプのシリカを用いることが好ましい。なお、微粒子タイプのシリカの例としては、例えば、特開2013−249417号公報の段落0039に記載のシリカが挙げられ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
更に、上述したように、単独では黒色以外の色を有する顔料を複数組み合わせて黒色顔料として使用してもよい。
このように単独では黒色以外の色を有する顔料は、無機顔料であっても有機顔料であってもよい。単独では黒色以外の色を有する顔料としては、例えば、R(レッド)、G(グリーン)、及び、B(ブルー)等の有彩色系の顔料(有彩色顔料)も使用できる。
単独では黒色以外の色を有する無機顔料としては、特に制限されず、公知の無機顔料を使用できる。
上記無機顔料としては、例えば、酸化チタン、酸化クロム、酸化鉄、鉛丹、酸化鉄赤、黄鉛、亜鉛黄(亜鉛黄1種、亜鉛黄2種)、ウルトラマリン青、プロシア青(フェロシアン化鉄カリ)ジルコングレー、プラセオジムイエロー、クロムチタンイエロー、クロムグリーン、ピーコック、ビクトリアグリーン、紺青(プルシアンブルーとは無関係)、バナジウムジルコニウム青、クロム錫ピンク、陶試紅、並びに、サーモンピンク等から選択できる。
上記無機顔料は表面修飾処理がなされていてもよい。例えば、シリコーン基とアルキル基を併せ持つ表面処理剤で表面修飾処理が施された無機顔料が挙げられ、「KTP−09」シリーズ(信越化学工業社製)等が挙げられる。
単独では黒色以外の色を有する有機顔料としては、例えば、下記有機顔料から選択される。
カラーインデックス(C.I.)ピグメントイエロー1,2,3,4,5,6,10,11,12,13,14,15,16,17,18,20,24,31,32,34,35,35:1,36,36:1,37,37:1,40,42,43,53,55,60,61,62,63,65,73,74,77,81,83,86,93,94,95,97,98,100,101,104,106,108,109,110,113,114,115,116,117,118,119,120,123,125,126,127,128,129,137,138,139,147,148,150,151,152,153,154,155,156,161,162,164,166,167,168,169,170,171,172,173,174,175,176,177,179,180,181,182,185,187,188,193,194,199,213,214等;
C.I.ピグメントオレンジ 2,5,13,16,17:1,31,34,36,38,43,46,48,49,51,52,55,59,60,61,62,64,71,73等;
C.I.ピグメントレッド 1,2,3,4,5,6,7,9,10,14,17,22,23,31,38,41,48:1,48:2,48:3,48:4,49,49:1,49:2,52:1,52:2,53:1,57:1,60:1,63:1,66,67,81:1,81:2,81:3,83,88,90,105,112,119,122,123,144,146,149,150,155,166,168,169,170,171,172,175,176,177,178,179,184,185,187,188,190,200,202,206,207,208,209,210,216,220,224,226,242,246,254,255,264,270,272,279等;
C.I.ピグメントグリーン 7,10,36,37,58,59等;
C.I.ピグメントバイオレット 1,19,23,27,32,37,42等;
C.I.ピグメントブルー 1,2,15,15:1,15:2,15:3,15:4,15:6,16,22,60,64,66,79,80等。
顔料は、後述する染料と併用してもよい。
色味を調整するため、及び、所望の波長領域の遮光性を高めるため、例えば、単独で黒色を発現する顔料、及び/又は、単独では黒色以外の色を有する顔料等に、赤色、緑色、黄色、オレンジ色、紫色、及び、ブルー等の有彩色顔料若しくは後述する染料を混ぜてもよい。
また、赤外線を吸収し、かつ、単独で黒色を発現する顔料に、赤色顔料若しくは染料、又は、紫色顔料若しくは染料を混合することも好ましく、赤色顔料を混合することがより好ましい。
更に、後述する赤外線吸収剤を加えてもよい。
また、単独では黒色以外の色を有する顔料であって、赤外線を吸収する顔料として、タングステン化合物、及び、金属ホウ化物等も使用できる。中でも、赤外領域の波長における遮光性に優れる点からは、タングステン化合物が好ましい。タングステン化合物は、露光による硬化効率に関わるオキシム系重合開始剤の光吸収波長領域と、可視光領域の透光性に優れる。
ハンドリング性を考慮すると、黒色顔料の平均一次粒子径は、0.01〜0.1μmが好ましく、0.01〜0.05μmがより好ましい。黒色顔料が複数種類の顔料の組み合わせからなる場合、黒色顔料を構成する顔料の1種以上が上記範囲内にあることが好ましく、黒色顔料を構成する顔料の全種が上記範囲内にあることがより好ましい。
なお、顔料の平均一次粒子径は、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope、TEM)を用いて測定できる。透過型電子顕微鏡としては、例えば、日立ハイテクノロジーズ社製の透過型電子顕微鏡HT7700を使用できる。
透過型電子顕微鏡を用いて得た粒子像の最大長(Dmax:粒子画像の輪郭上の2点における最大長さ)、及び最大長垂直長(DV−max:最大長に平行な2本の直線で画像を挟んだ時、2直線間を垂直に結ぶ最短の長さ)を測長し、その相乗平均値(Dmax×DV−max)1/2を粒子径とする。この方法で100個の粒子の粒子径を測定し、その算術平均値を平均粒子径として、顔料の平均一次粒子径とする。
(黒色染料)
黒色染料としては、単独で黒色を発現する染料を使用できる。更に、上述の通り、単独では黒色以外の色を有する染料を複数組み合わせて黒色染料として使用してもよい。
このような着色染料としては、例えば、R(レッド)、G(グリーン)、及び、B(ブルー)等の有彩色系の染料(有彩色染料)の他、特開2014−42375の段落0027〜0200に記載の着色剤も使用できる。
また、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、特開平5−333207号公報、特開平6−35183号公報、特開平6−51115号公報、及び、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。化学構造として区分すると、ピラゾールアゾ化合物、ピロメテン化合物、アニリノアゾ化合物、トリフェニルメタン化合物、アントラキノン化合物、ベンジリデン化合物、オキソノール化合物、ピラゾロトリアゾールアゾ化合物、ピリドンアゾ化合物、シアニン化合物、フェノチアジン化合物、又は、ピロロピラゾールアゾメチン化合物等を使用できる。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、及び、特開2013−041097号公報に記載されている化合物が挙げられる。また、分子内に重合性を有する重合性染料を用いてもよく、市販品としては、例えば、和光純薬工業社製RDWシリーズが挙げられる。
(赤外線吸収剤)
黒色色材は、更に、単独では黒色以外の色を有する色材として、赤外線吸収剤を含有してもよい。
赤外線吸収剤は、赤外領域(好ましくは、波長650〜1300nm)の波長領域に吸収を有する化合物を意味する。赤外線吸収剤としては、波長675〜900nmの波長領域に極大吸収波長を有する化合物が好ましい。
このような分光特性を有する着色剤としては、例えば、ピロロピロール化合物、銅化合物、シアニン化合物、フタロシアニン化合物、イミニウム化合物、チオール錯体系化合物、遷移金属酸化物系化合物、スクアリリウム化合物、ナフタロシアニン化合物、クアテリレン化合物、ジチオール金属錯体系化合物、及び、クロコニウム化合物等が挙げられる。
フタロシアニン化合物、ナフタロシアニン化合物、イミニウム化合物、シアニン化合物、スクアリリウム化合物、及び、クロコニウム化合物は、特開2010−111750号公報の段落0010〜0081に開示の化合物を使用してもよく、この内容は本明細書に組み込まれる。シアニン化合物は、例えば、「機能性色素、大河原信/松岡賢/北尾悌次郎/平嶋恒亮・著、講談社サイエンティフィック」を参酌でき、この内容は本願明細書に組み込まれる。
上記分光特性を有する着色剤として、特開平07−164729号公報の段落0004〜0016に開示の化合物及び/又は特開2002−146254号公報の段落0027〜0062に開示の化合物、特開2011−164583号公報の段落0034〜0067に開示のCu及び/又はPを含む酸化物の結晶子からなり数平均凝集粒子径が5〜200nmである近赤外線吸収粒子を使用することもできる。
波長675〜900nmの波長領域に極大吸収波長を有する化合物としては、シアニン化合物、ピロロピロール化合物、スクアリリウム化合物、フタロシアニン化合物、及び、ナフタロシアニン化合物からなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。
また、赤外線吸収剤は、25℃の水に1質量%以上溶解する化合物であることが好ましく、25℃の水に10質量%以上溶解する化合物がより好ましい。このような化合物を用いることで、耐溶剤性が良化する。
ピロロピロール化合物は、特開2010−222557号公報の段落0049〜0062を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。シアニン化合物及びスクアリリウム化合物は、国際公開2014/088063号公報の段落0022〜0063、国際公開2014/030628号公報の段落0053〜0118、特開2014−59550号公報の段落0028〜0074、国際公開2012/169447号公報の段落0013〜0091、特開2015−176046号公報の段落0019〜0033、特開2014−63144号公報の段落0053〜0099、特開2014−52431号公報の段落0085〜0150、特開2014−44301号公報の段落0076〜0124、特開2012−8532号公報の段落0045〜0078、特開2015−172102号公報の段落0027〜0067、特開2015−172004号公報の段落0029〜0067、特開2015−40895号公報の段落0029〜0085、特開2014−126642号公報の段落0022〜0036、特開2014−148567号公報の段落0011〜0017、特開2015−157893号公報の段落0010〜0025、特開2014−095007号公報の段落0013〜0026、特開2014−80487号公報の段落0013〜0047、及び、特開2013−227403号公報の段落0007〜0028等を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
<重合性化合物>
硬化性組成物は重合性化合物を含有する。本明細書において重合性化合物とは、後述する光重合開始剤の作用を受けて重合する化合物を意図する。
硬化性組成物中における重合性化合物の含有量としては特に制限されないが、硬化性組成物の全固形分に対して、5〜30質量%が好ましい。重合性化合物は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。2種以上の重合性化合物を併用する場合には、合計含有量が上記範囲内であることが好ましい。
重合性化合物の分子量は2000以下であることが好ましい。
重合性化合物は、エチレン性不飽和結合を含有する基(以下単に「エチレン性不飽和基」ともいう)を1個以上含有する化合物が好ましく、2個以上含有する化合物がより好ましく、3個以上含有する化合物が更に好ましく、5個以上含有する化合物が特に好ましい。上限は、例えば、15個以下である。エチレン性不飽和基としては、例えば、ビニル基、(メタ)アリル基、及び、(メタ)アクリロイル基等が挙げられる。
重合性化合物としては、例えば、特開2008−260927号公報の段落0050、及び、特開2015−68893号公報の段落0040に記載されている化合物を使用でき、上記の内容は本明細書に組み込まれる。
重合性化合物は、例えば、モノマー、プレポリマー、オリゴマー、及び、これらの混合物、並びに、これらの多量体等の化学的形態のいずれであってもよい。
重合性化合物は、3〜15官能の(メタ)アクリレート化合物であることが好ましく、3〜6官能の(メタ)アクリレート化合物であることがより好ましい。
重合性化合物は、エチレン性不飽和基を1個以上含有する、常圧下で100℃以上の沸点を持つ化合物も好ましい。例えば、特開2013−29760号公報の段落0227、特開2008−292970号公報の段落0254〜0257に記載の化合物を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
重合性化合物は、ジペンタエリスリトールトリアクリレート(市販品としてはKAYARAD D−330、日本化薬社製)、ジペンタエリスリトールテトラアクリレート(市販品としてはKAYARAD D−320、日本化薬社製)、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート(市販品としてはKAYARAD D−310、日本化薬社製)、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート(市販品としてはKAYARAD DPHA、日本化薬社製、A−DPH−12E、新中村化学社製)、及び、これらの(メタ)アクリロイル基がエチレングリコール残基又はプロピレングリコール残基を介している構造(例えば、サートマー社から市販されている、SR454、SR499)が好ましい。これらのオリゴマータイプも使用できる。また、NKエステルA−TMMT(ペンタエリスリトールテトラアクリレート、新中村化学社製)、及び、KAYARAD RP−1040(日本化薬社製)等を使用することもできる。
以下に好ましい重合性化合物の態様を示す。
重合性化合物は、カルボン酸基、スルホン酸基、及び、リン酸基等の酸基を有していてもよい。酸基を含有する重合性化合物としては、脂肪族ポリヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸とのエステルが好ましく、脂肪族ポリヒドロキシ化合物の未反応の水酸基に非芳香族カルボン酸無水物を反応させて酸基を持たせた重合性化合物がより好ましく、このエステルにおいて、脂肪族ポリヒドロキシ化合物がペンタエリスリトール及び/又はジペンタエリスリトールであるものが更に好ましい。市販品としては、例えば、東亞合成社製の、アロニックスTO−2349、M−305、M−510、及び、M−520等が挙げられる。
酸基を含有する重合性化合物の酸価としては、0.1〜40mgKOH/gが好ましく、5〜30mgKOH/gがより好ましい。重合性化合物の酸価が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、製造及び/又は取扱い上、有利である。更には、光重合性能が良好で、硬化性に優れる。
重合性化合物は、カプロラクトン構造を含有する化合物も好ましい態様である。
カプロラクトン構造を含有する化合物としては、分子内にカプロラクトン構造を含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、及び、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−カプロラクトンと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)アクリレートが挙げられる。中でも下記式(Z−1)で表されるカプロラクトン構造を含有する化合物が好ましい。
式(Z−1)中、6個のRは全てが下記式(Z−2)で表される基であるか、又は6個のRのうち1〜5個が下記式(Z−2)で表される基であり、残余が下記式(Z−3)で表される基である。
式(Z−2)中、Rは水素原子又はメチル基を示し、mは1又は2の数を示し、「*」は結合手であることを示す。
式(Z−3)中、Rは水素原子又はメチル基を示し、「*」は結合手であることを示す。
カプロラクトン構造を含有する重合性化合物は、例えば、日本化薬からKAYARAD DPCAシリーズとして市販されており、DPCA−20(上記式(Z−1)〜(Z−3)においてm=1、式(Z−2)で表される基の数=2、Rが全て水素原子である化合物)、DPCA−30(同式、m=1、式(Z−2)で表される基の数=3、Rが全て水素原子である化合物)、DPCA−60(同式、m=1、式(Z−2)で表される基の数=6、Rが全て水素原子である化合物)、及び、DPCA−120(同式においてm=2、式(Z−2)で表される基の数=6、Rが全て水素原子である化合物)等が挙げられる。
重合性化合物は、下記式(Z−4)又は(Z−5)で表される化合物も使用できる。
式(Z−4)及び(Z−5)中、Eは、それぞれ独立に、−((CHCHO)−、又は((CHCH(CH)O)−を表し、yは、それぞれ独立に0〜10の整数を表し、Xは、それぞれ独立に、(メタ)アクリロイル基、水素原子、又はカルボン酸基を表す。
式(Z−4)中、(メタ)アクリロイル基の合計は3個又は4個であり、mはそれぞれ独立に0〜10の整数を表し、各mの合計は0〜40の整数である。
式(Z−5)中、(メタ)アクリロイル基の合計は5個又は6個であり、nはそれぞれ独立に0〜10の整数を表し、各nの合計は0〜60の整数である。
式(Z−4)中、m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の整数が更に好ましい。
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の整数が更に好ましい。
また、式(Z−4)又は式(Z−5)中の−((CHCHO)−又は((CHCH(CH)O)−は、酸素原子側の末端がXに結合する形態が好ましい。
式(Z−4)又は式(Z−5)で表される化合物は1種単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。特に、式(Z−5)において、6個のX全てがアクリロイル基である形態、式(Z−5)において、6個のX全てがアクリロイル基である化合物と、6個のXのうち、少なくとも1個が水素原子である化合物との混合物である態様が好ましい。このような構成とすることにより、現像性をより向上できる。
また、式(Z−4)又は式(Z−5)で表される化合物の重合性化合物中における全含有量としては、20質量%以上が好ましく、50質量%以上がより好ましい。
式(Z−4)又は式(Z−5)で表される化合物の中でも、ペンタエリスリトール誘導体及び/又はジペンタエリスリトール誘導体がより好ましい。
また、重合性化合物は、カルド骨格を含有してもよい。
カルド骨格を含有する重合性化合物としては、9,9−ビスアリールフルオレン骨格を含有する重合性化合物が好ましい。
カルド骨格を含有する重合性化合物としては、限定されないが、例えば、オンコートEXシリーズ(長瀬産業社製)及びオグソール(大阪ガスケミカル社製)等が挙げられる。
得られる硬化膜の引置き欠陥抑制性がより優れる点から、重合性化合物は、二重結合当量(エチレン性不飽和基の含有量。より具体的には、重合性化合物中のエチレン性不飽和基の数を、重合性化合物の分子量(g/mol)で除した値を意図する)が6.0mmol/g以上であることが好ましく、10.0mmol/g以上であることがより好ましい。上限は特に制限されないが、一般に、12.0mmol/g以下である。
なお、硬化性組成物中が、複数種類の重合性化合物を含有し、それぞれの二重結合当量が同一ではない場合は、全重合性化合物中における各重合性化合物の質量割合と、各重合性化合物の二重結合当量との積を、それぞれ合計した値が、上記範囲内にあることが好ましい。
中でも、方法Aを用いる場合において、重合性化合物の二重結合当量が上記範囲内にあることが好ましい。
本明細書において、二重結合当量のことを「C=C価」という場合がある。
硬化性組成物が複数種類の重合性化合物を含有しており、かつ、各重合性化合物のC=C価が明らかである場合、各重合性化合物の配合比から、硬化性組成物が含有する重合性化合物全質量としてのC=C価を計算して求めてもよい。
硬化性組成物が含有する重合性化合物のC=C価(エチレン性不飽和基の含有量)は、エチレン性不飽和基が(メタ)アクリロイル基である場合、例えば、以下の方法により測定できる。
まず、遠心分離法によって硬化性組成物中の固体成分(黒色顔料等)を沈殿させて残った液体成分を分取する。更に、得られた液体成分から、液体クロマトグラフィー法で重合性化合物を分離し、NMR(nuclear magnetic resonance)法、及び、GPC法等を用いた解析により、重合性化合物の構造を特定し、C=C価を求める。C=C価(エチレン性不飽和基の含有量)は一分子に含まれる重合性基の個数を分子量で除した値として算出する。
<光重合開始剤>
上記硬化性組成物は光重合開始剤を含有する。
光重合開始剤としては、重合性化合物の重合を開始できれば特に制限されず、公知の光重合開始剤を使用できる。光重合開始剤としては、例えば、紫外線領域から可視光領域に対して感光性を有する光重合開始剤が好ましい。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、重合性化合物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(ラジカル重合開始剤)であってもよい。
また、光重合開始剤は、300〜800nm(好ましくは330〜500nm)の範囲内に少なくとも50L/(mol・cm)のモル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。
本明細書において、化合物のモル吸光係数は、公知の方法を使用できるが、例えば、紫外可視分光光度計(Varian社製Cary−5 spctrophotometer)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。
光重合開始剤としては、例えば、ハロゲン化炭化水素誘導体(例えば、トリアジン骨格を含有するもの、オキサジアゾール骨格を含有するもの、等)、アシルホスフィンオキサイド等のアシルホスフィン化合物、ヘキサアリールビイミダゾール、オキシム誘導体等のオキシム化合物、有機過酸化物、チオ化合物、ケトン化合物、芳香族オニウム塩、アミノアセトフェノン化合物、及び、ヒドロキシアセトフェノン等が挙げられる。
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を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
光重合開始剤としては、より具体的には、例えば、特開平10−291969号公報に記載のアミノアセトフェノン系開始剤、及び特許第4225898号公報に記載のアシルホスフィン系開始剤も使用できる。
ヒドロキシアセトフェノン化合物としては、例えば、IRGACURE−184、DAROCUR−1173、IRGACURE−500、IRGACURE−2959、及び、IRGACURE−127(商品名、いずれもBASF社製)を使用できる。
アミノアセトフェノン化合物としては、例えば、市販品であるIRGACURE−907、IRGACURE−369、又は、IRGACURE−379EG(商品名、いずれもBASF社製)を使用できる。アミノアセトフェノン化合物としては、波長365nm又は波長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使用できる。
アシルホスフィン化合物としては、市販品であるIRGACURE−819、又は、IRGACURE−TPO(商品名、いずれもBASF社製)を使用できる。
・オキシム化合物
光重合開始剤として、オキシムエステル系重合開始剤(オキシム化合物)がより好ましい。特にオキシム化合物は高感度で重合効率が高いため好ましい。
中でも、方法Aを用いる場合、光重合開始剤として、オキシムエステル系重合開始剤(オキシム化合物)を用いることが好ましい。
オキシム化合物の具体例としては、特開2001−233842号公報記載の化合物、特開2000−80068号公報記載の化合物、又は、特開2006−342166号公報記載の化合物を使用できる。
オキシム化合物としては、例えば、3−ベンゾイロキシイミノブタン−2−オン、3−アセトキシイミノブタン−2−オン、3−プロピオニルオキシイミノブタン−2−オン、2−アセトキシイミノペンタン−3−オン、2−アセトキシイミノ−1−フェニルプロパン−1−オン、2−ベンゾイロキシイミノ−1−フェニルプロパン−1−オン、3−(4−トルエンスルホニルオキシ)イミノブタン−2−オン、及び、2−エトキシカルボニルオキシイミノ−1−フェニルプロパン−1−オン等が挙げられる。
また、J.C.S.Perkin II(1979年)pp.1653−1660)、J.C.S.Perkin II(1979年)pp.156−162、Journal of Photopolymer Science and Technology(1995年)pp.202−232、特開2000−66385号公報記載の化合物、特開2000−80068号公報、特表2004−534797号公報、及び、特開2006−342166号公報の各公報に記載の化合物等も挙げられる。
市販品ではIRGACURE−OXE01(BASF社製)、IRGACURE−OXE02(BASF社製)、IRGACURE−OXE03(BASF社製)、又は、IRGACURE−OXE04(BASF社製)も好ましい。また、TR−PBG−304(常州強力電子新材料有限公司製)、アデカアークルズNCI−831、アデカアークルズNCI−930(ADEKA社製)、又は、N−1919(カルバゾール・オキシムエステル骨格含有光開始剤(ADEKA社製)も使用できる。
また上記記載以外のオキシム化合物として、カルバゾールN位にオキシムが連結した特表2009−519904号公報に記載の化合物;ベンゾフェノン部位にヘテロ置換基が導入された米国特許第7626957号公報に記載の化合物;色素部位にニトロ基が導入された特開2010−15025号公報及び米国特許公開2009−292039号記載の化合物;国際公開特許2009−131189号公報に記載のケトオキシム化合物;及び、トリアジン骨格とオキシム骨格を同一分子内に含有する米国特許7556910号公報に記載の化合物;405nmに吸収極大を有しg線光源に対して良好な感度を有する特開2009−221114号公報記載の化合物;等を用いてもよい。
例えば、特開2013−29760号公報の段落0274〜0275を参酌でき、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、オキシム化合物の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。
式(OX−1)中、R及びBはそれぞれ独立に1価の置換基を表し、Aは2価の有機基を表し、Arはアリール基を表す。
式(OX−1)中、Rで表される1価の置換基としては、1価の非金属原子団であることが好ましい。
1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、及び、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、更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又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、及び、アリール基等が挙げられる。
式(OX−1)中、Bで表される1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く、アリール基、又は、複素環基がより好ましい。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。
式(OX−1)中、Aで表される2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、又は、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。
光重合開始剤として、フッ素原子を含有するオキシム化合物も使用できる。フッ素原子を含有するオキシム化合物の具体例としては、特開2010−262028号公報記載の化合物;特表2014−500852号公報記載の化合物24、36〜40;及び、特開2013−164471号公報記載の化合物(C−3);等が挙げられる。この内容は本明細書に組み込まれる。
光重合開始剤として、下記一般式(1)〜(4)で表される化合物も使用できる。
式(1)において、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数4〜20の脂環式炭化水素基、炭素数6〜30のアリール基、又は、炭素数7〜30のアリールアルキル基を表し、R及びRがフェニル基の場合、フェニル基同士が結合してフルオレン基を形成してもよく、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜30のアリール基、炭素数7〜30のアリールアルキル基又は炭素数4〜20の複素環基を表し、Xは、直接結合又はカルボニル基を示す。
式(2)において、R、R、R、及び、Rは、式(1)におけるR、R、R、及び、Rと同義であり、Rは、−R、−OR、−SR、−COR、−CONR、−NRCOR、−OCOR、−COOR、−SCOR、−OCSR、−COSR、−CSOR、−CN、ハロゲン原子、又は、水酸基を表し、Rは、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜30のアリール基、炭素数7〜30のアリールアルキル基、又は、炭素数4〜20の複素環基を表し、Xは、直接結合又はカルボニル基を表し、aは0〜4の整数を表す。
式(3)において、Rは、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数4〜20の脂環式炭化水素基、炭素数6〜30のアリール基、又は、炭素数7〜30のアリールアルキル基を表し、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜30のアリール基、炭素数7〜30のアリールアルキル基、又は、炭素数4〜20の複素環基を表し、Xは、直接結合又はカルボニル基を示す。
式(4)において、R、R、及び、Rは、式(3)におけるR、R、及び、Rと同義であり、Rは、−R、−OR、−SR、−COR、−CONR、−NRCOR、−OCOR、−COOR、−SCOR、−OCSR、−COSR、−CSOR、−CN、ハロゲン原子、又は、水酸基を表し、Rは、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜30のアリール基、炭素数7〜30のアリールアルキル基、又は、炭素数4〜20の複素環基を表し、Xは、直接結合又はカルボニル基を表し、aは0〜4の整数を表す。
上記式(1)及び(2)において、R及びRは、それぞれ独立に、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、シクロヘキシル基、又は、フェニル基が好ましい。Rはメチル基、エチル基、フェニル基、トリル基、又は、キシリル基が好ましい。Rは炭素数1〜6のアルキル基又はフェニル基が好ましい。Rはメチル基、エチル基、フェニル基、トリル基、又は、ナフチル基が好ましい。Xは直接結合が好ましい。
また、上記式(3)及び(4)において、Rは、それぞれ独立に、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、シクロヘキシル基、又は、フェニル基が好ましい。Rはメチル基、エチル基、フェニル基、トリル基、又は、キシリル基が好ましい。Rは炭素数1〜6のアルキル基、又は、フェニル基が好ましい。Rはメチル基、エチル基、フェニル基、トリル基、又は、ナフチル基が好ましい。Xは直接結合が好ましい。
式(1)及び式(2)で表される化合物の具体例としては、特開2014−137466号公報の段落0076〜0079に記載された化合物が挙げられる。この内容は本明細書に組み込まれることとする。
上記硬化性組成物に好ましく使用されるオキシム化合物の具体例を以下に示す。また、オキシム化合物としては、国際公開第2015−036910号のTable1に記載の化合物も使用でき、上記の内容は本明細書に組み込まれる。
また、光重合開始剤としては、特開第2008−260927号公報の段落0052、特開第201097210号公報の段落0033〜0037、特開第2015−68893号公報の段落0044に記載の化合物も使用でき、上記の内容は本明細書に組み込まれる。
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よい。
方法Bを使用する場合においては、波長365nmにおいて感光性を有さない光重合開始剤(以下、「特定開始剤」ともいう)を用いることも好ましい。
上記「波長365nmにおいて感光性を有さない」とは、波長365nmにおける吸光係数が1.0×102mL/(g・cm)以下であることを意図する。
特定開始剤は、波長330〜500における吸光係数の最大値が1.0×102mL/(g・cm)以下であり、波長200〜315nmにおける吸光係数の最大値が1.0×103mL/(g・cm)以上である光重合開始剤であることが好ましい。
例えば、硬化性組成物が、特定開始剤以外の光重合開始剤と、特定開始剤との両方を含有する場合、このような硬化性組成物を用いて形成された硬化性組成物層を波長330〜500nmの光(例えばi線)で露光した後でも、硬化性組成物層中の特定開始剤が分解されずに残りやすい。そのため、その後、現像後の硬化性組成物層に、紫外線(好ましくは、露光時に使用したのとは異なる光。例えば、波長200〜315nmの光を含むことが好ましい)を照射する際に、後硬化がより効果的に進行し、引置き欠陥抑制性がより優れる硬化膜を得ることができる。
特定開始剤としては、例えば、チバ イルガキュア 2959(商品名)が挙げられる。特定紫外線照射を行う場合においては、硬化性組成物層が波長315nm以下で硬化する材料であることが好ましい。波長の下限値は特にないが、200nm以上であることが一般的である。
硬化性組成物中における、光重合開始剤の含有量としては特に制限されないが、硬化性組成物の全固形分に対して、0.5〜20質量%が好ましい。光重合開始剤を、1種を単独で用いても、2種以上を使用してもよい。2種以上の光重合開始剤を使用する場合には、合計含有量が上記範囲内であることが好ましい。
また、光重合開始剤として、特定開始剤以外の光重合開始剤と、特定開始剤との両方を含有する場合、特定開始剤以外の光重合開始剤の含有量は、硬化性組成物の全固形分に対して、0.5〜15質量%が好ましく、特定開始剤の含有量は、硬化性組成物の全固形分に対して、0.5〜15質量%が好ましい。
特定開始剤以外の光重合開始剤、及び/又は、特定開始剤が、複数種類使用されている場合、それぞれその合計含有量が、上述の特定開始剤以外の光重合開始剤、及び、特定開始剤の好ましい含有量の範囲内であることが好ましい。
なお、硬化性組成物は、光重合開始剤の他に更に熱重合開始剤を含有していてもよい。
<樹脂>
硬化性組成物は樹脂を含有することが好ましい。樹脂としては、例えば、分散剤及びアルカリ可溶性樹脂等が挙げられる。
硬化性組成物中における樹脂の含有量としては特に制限されないが、硬化性組成物の全固形分に対して、3〜60質量%が好ましく、5〜40質量%がより好ましい。樹脂は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。2種以上の樹脂を併用する場合には、合計含有量が上記範囲内であることが好ましい。
樹脂の分子量は2000超であることが好ましい。なお、樹脂の分子量が多分散である場合、重量平均分子量が2000超であることが好ましい。
(分散剤)
硬化性組成物は分散剤を含有することが好ましい。なお、本明細書において、分散剤とは、主に、顔料を硬化性組成物中に分散させるために用いられる化合物であり、後述するアルカリ可溶性樹脂とは異なる化合物を意図する。
硬化性組成物中における分散剤の含有量としては特に制限されないが、硬化性組成物の全固形分に対して、2〜40質量%が好ましく、5〜30質量%がより好ましい。
分散剤は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。2種以上の分散剤を併用する場合には、合計含有量が上記範囲内であることが好ましい。
分散剤としては、例えば、公知の分散剤を適宜選択して使用できる。中でも、高分子化合物が好ましい。
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〕、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、及び、顔料誘導体等を挙げられる。
高分子化合物は、その構造から更に直鎖状高分子、末端変性型高分子、グラフト型高分子、及び、ブロック型高分子に分類できる。
・高分子化合物
高分子化合物は、上述したような顔料等の被分散体の表面に吸着し、被分散体の再凝集を防止するように作用する。そのため、顔料表面へのアンカー部位を含有する、末端変性型高分子、グラフト型(高分子鎖を含有する)高分子、又は、ブロック型高分子が好ましい。
上記高分子化合物は硬化性基を含有してもよい。
硬化性基としては、例えば、エチレン性不飽和基(例えば、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、及び、スチリル基等)、及び、環状エーテル基(例えば、エポキシ基、オキセタニル基等)等が挙げられる
中でも、ラジカル反応で重合制御が可能な点で、硬化性基としては、エチレン性不飽和基が好ましい。エチレン性不飽和基は(メタ)アクリロイル基がより好ましい。
高分子化合物中が硬化性基を有する態様に制限はないが、高分子化合物を構成する繰り返し単位の側鎖が硬化性基を含有していることが好ましい。また、上記繰り返し単位が、後述するグラフト鎖を含有する場合、上記グラフト鎖が硬化性基を含有していてもよい。例えば、グラフト鎖の末端に硬化性基が存在していてもよく、グラフト鎖の末端以外(例えば、グラフト鎖の鎖中、及び、グラフト鎖が有する置換基等)に硬化性基が存在していてもよい。
高分子化合物がエチレン性不飽和基を含有する場合、エチレン性不飽和基の含有量としては、特に制限されないが、0.001〜8.00mmol/gが好ましく、0.10〜3.00mmol/gがより好ましく、0.20〜2.50mmol/gが更に好ましい。
硬化性組成物が含有する高分子化合物における、エチレン性不飽和基の含有量は、エチレン性不飽和基が(メタ)アクリロイル基である場合、例えば、以下の方法により測定できる。
まず、遠心分離法によって硬化性組成物中の固体成分(黒色顔料等)を沈殿させて残った液体成分を分取する。更に、得られた液体成分から、GPC法で重量平均分子量が2000超である成分を分取し、これを測定対象の樹脂(高分子化合物)とする。
更に、得られた樹脂を、NMR(nuclear magnetic resonance)法、及び、GPC法等を用いた解析により、構造及びエチレン性不飽和基の含有量を特定する。
硬化性基を含有する樹脂は、ポリエステル構造、及び、ポリエーテル構造からなる群から選択される少なくとも1種を含有することが好ましい。この場合、主鎖にポリエステル構造、及び/又は、ポリエーテル構造を含有していてもよいし、後述するように、上記樹脂がグラフト鎖を含有する構造単位を含有する場合には、上記高分子鎖がポリエステル構造、及び/又は、ポリエーテル構造を含有していてもよい。
上記樹脂としては、上記高分子鎖がポリエステル構造を含有することがより好ましい。
高分子化合物は、グラフト鎖を含有する構造単位を含有することが好ましい。なお、本明細書において、「構造単位」とは「繰り返し単位」と同義である。
このようなグラフト鎖を含有する構造単位を含有する高分子化合物は、グラフト鎖によって溶剤との親和性を有するために、顔料等の分散性、及び、経時後の分散安定性(経時安定性)に優れるものである。また、グラフト鎖の存在により、グラフト鎖を含有する構造単位を含有する高分子化合物は重合性化合物又はその他の併用可能な樹脂等との親和性を有する。結果として、アルカリ現像で残渣を生じにくくなる。
グラフト鎖が長くなると立体反発効果が高くなり顔料等の分散性は向上する。一方、グラフト鎖が長すぎると顔料等への吸着力が低下して、顔料等の分散性は低下する傾向となる。このため、グラフト鎖は、水素原子を除いた原子数が40〜10000であることが好ましく、水素原子を除いた原子数が50〜2000であることがより好ましく、水素原子を除いた原子数が60〜500であることが更に好ましい。
ここで、グラフト鎖とは、共重合体の主鎖の根元(主鎖から枝分かれしている基において主鎖に結合する原子)から、主鎖から枝分かれしている基の末端までを示す。
グラフト鎖は、ポリマー構造を含有することが好ましく、このようなポリマー構造としては、例えば、ポリ(メタ)アクリレート構造(例えば、ポリ(メタ)アクリル構造)、ポリエステル構造、ポリウレタン構造、ポリウレア構造、ポリアミド構造、及び、ポリエーテル構造等が挙げられる。
グラフト鎖と溶剤との相互作用性を向上させ、それにより顔料等の分散性を高めるために、グラフト鎖は、ポリエステル構造、ポリエーテル構造、及び、ポリ(メタ)アクリレート構造からなる群から選ばれた少なくとも1種を含有するグラフト鎖であることが好ましく、ポリエステル構造及びポリエーテル構造の少なくともいずれかを含有するグラフト鎖であることがより好ましい。
このようなグラフト鎖を含有するマクロモノマー(ポリマー構造を有し、共重合体の主鎖に結合してグラフト鎖を構成するモノマー)としては、特に限定されないが、反応性二重結合性基を含有するマクロモノマーを好適に使用できる。
高分子化合物が含有するグラフト鎖を含有する構造単位に対応し、高分子化合物の合成に好適に用いられる市販のマクロモノマーとしては、AA−6(商品名、東亞合成社製)、AA−10(商品名、東亞合成社製)、AB−6(商品名、東亞合成社製)、AS−6(商品名、東亞合成社製)、AN−6(商品名、東亞合成社製)、AW−6(商品名、東亞合成社製)、AA−714(商品名、東亞合成社製)、AY−707(商品名、東亞合成社製)、AY−714(商品名、東亞合成社製)、AK−5(商品名、東亞合成社製)、AK−30(商品名、東亞合成社製)、AK−32(商品名、東亞合成社製)、ブレンマーPP−100(商品名、日油社製)、ブレンマーPP−500(商品名、日油社製)、ブレンマーPP−800(商品名、日油社製)、ブレンマーPP−1000(商品名、日油社製)、ブレンマー55−PET−800(商品名、日油社製)、ブレンマーPME−4000(商品名、日油社製)、ブレンマーPSE−400(商品名、日油社製)、ブレンマーPSE−1300(商品名、日油社製)、又は、ブレンマー43PAPE−600B(商品名、日油社製)等が用いられる。この中でも、AA−6(商品名、東亞合成社製)、AA−10(商品名、東亞合成社製)、AB−6(商品名、東亞合成社製)、AS−6(商品名、東亞合成社製)、AN−6(商品名、東亞合成社製)、又は、ブレンマーPME−4000(商品名、日油社製)が好ましい。
上記分散剤は、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル、及び、環状又は鎖状のポリエステルからなる群より選択される少なくとも1種の構造を含有することが好ましく、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル、及び、鎖状のポリエステルからなる群より選択される少なくとも1種の構造を含有することがより好ましく、ポリアクリル酸メチル構造、ポリメタクリル酸メチル構造、ポリカプロラクトン構造、及び、ポリバレロラクトン構造からなる群より選択される少なくとも1種の構造を含有することが更に好ましい。分散剤は、一の分散剤中に上記構造を単独で含有する分散剤であってもよいし、一の分散剤中にこれらの構造を複数含有する分散剤であってもよい。
ここで、ポリカプロラクトン構造とは、ε−カプロラクトンを開環した構造を繰り返し単位として含有する構造をいう。ポリバレロラクトン構造とは、δ−バレロラクトンを開環した構造を繰り返し単位として含有する構造をいう。
ポリカプロラクトン構造を含有する分散剤の具体例としては、下記式(1)及び下記式(2)におけるj及びkが5である分散剤が挙げられる。また、ポリバレロラクトン構造を含有する分散剤の具体例としては、下記式(1)及び下記式(2)におけるj及びkが4である分散剤が挙げられる。
ポリアクリル酸メチル構造を含有する分散剤の具体例としては、下記式(4)におけるXが水素原子であり、Rがメチル基である分散剤が挙げられる。また、ポリメタクリル酸メチル構造を含有する分散剤の具体例としては、下記式(4)におけるXがメチル基であり、Rがメチル基である分散剤が挙げられる。
・グラフト鎖を含有する構造単位
高分子化合物は、グラフト鎖を含有する構造単位として、下記式(1)〜式(4)のいずれかで表される構造単位を含有することが好ましく、下記式(1A)、下記式(2A)、下記式(3A)、下記式(3B)、及び、下記(4)のいずれかで表される構造単位を含有することがより好ましい。
式(1)〜(4)において、W、W、W、及び、Wはそれぞれ独立に酸素原子又はNHを表す。W、W、W、及び、Wは酸素原子であることが好ましい。
式(1)〜(4)において、X、X、X、X、及び、Xは、それぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表す。X、X、X、X、及び、Xとしては、合成上の制約の観点からは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数(炭素原子数)1〜12のアルキル基であることが好ましく、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基であることがより好ましく、メチル基が更に好ましい。
式(1)〜(4)において、Y、Y、Y、及び、Yは、それぞれ独立に、2価の連結基を表し、連結基は特に構造上制約されない。Y、Y、Y、及び、Yで表される2価の連結基として、具体的には、下記の(Y−1)〜(Y−21)の連結基等が例として挙げられる。下記に示した構造において、A、Bはそれぞれ、式(1)〜(4)における結合部位を意味する。下記に示した構造のうち、合成の簡便性から、(Y−2)又は(Y−13)であることがより好ましい。
式(1)〜(4)において、Z、Z、Z、及び、Zは、それぞれ独立に1価の有機基を表す。有機基の構造は、特に限定されないが、具体的には、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アルキルチオエーテル基、アリールチオエーテル基、ヘテロアリールチオエーテル基、アミノ基、及び、硬化性基を有する基等が挙げられる。これらの中でも、Z、Z、Z、及び、Zで表される有機基としては、特に分散性向上の観点から、立体反発効果を含有する基が好ましく、それぞれ独立に炭素数5〜24のアルキル基又はアルコキシ基がより好ましく、その中でも、特にそれぞれ独立に炭素数5〜24の分岐鎖状アルキル基、炭素数5〜24の環状アルキル基、又は、炭素数5〜24のアルコキシ基が更に好ましい。なお、アルコキシ基中に含まれるアルキル基は、直鎖状、分岐鎖状、及び、環状のいずれでもよい。
式(1)〜(4)において、n、m、p、及び、qは、それぞれ独立に、1〜500の整数である。
また、式(1)及び(2)において、j及びkは、それぞれ独立に、2〜8の整数を表す。式(1)及び(2)におけるj及びkは、組成物の経時安定性及び現像性の観点から、4〜6の整数が好ましく、5がより好ましい。
また、式(1)及び(2)において、n、及び、mは、10以上の整数が好ましく、20以上の整数がより好ましい。また、分散剤が、ポリカプロラクトン構造、及び、ポリバレロラクトン構造を含有する場合、ポリカプロラクトン構造の繰り返し数と、ポリバレロラクトンの繰り返し数の和としては、10以上の整数が好ましく、20以上の整数がより好ましい。
式(3)中、Rは分岐鎖状又は直鎖状のアルキレン基を表し、炭素数1〜10のアルキレン基が好ましく、炭素数2又は3のアルキレン基がより好ましい。pが2〜500のとき、複数存在するRは互いに同じであっても異なっていてもよい。
式(4)中、Rは水素原子又は1価の有機基を表し、この1価の有機基としては特に構造上限定はされない。Rとしては、水素原子、アルキル基、アリール基、又は、ヘテロアリール基が好ましく、水素原子又はアルキル基がより好ましい。Rがアルキル基である場合、アルキル基としては、炭素数1〜20の直鎖状アルキル基、炭素数3〜20の分岐鎖状アルキル基、又は、炭素数5〜20の環状アルキル基が好ましく、炭素数1〜20の直鎖状アルキル基がより好ましく、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基が更に好ましい。式(4)において、qが2〜500のとき、グラフト共重合体中に複数存在するX及びRは互いに同じであっても異なっていてもよい。
また、高分子化合物は、2種以上の構造が異なる、グラフト鎖を含有する構造単位を含有できる。即ち、高分子化合物の分子中に、互いに構造の異なる式(1)〜(4)で示される構造単位を含んでいてもよく、また、式(1)〜(4)においてn、m、p、及び、qがそれぞれ2以上の整数を表す場合、式(1)及び(2)においては、側鎖中にj及びkが互いに異なる構造を含んでいてもよく、式(3)及び(4)においては、分子内に複数存在するR、R、及び、Xは互いに同じであっても異なっていてもよい。
式(1)で表される構造単位としては、組成物の経時安定性及び現像性の観点から、下記式(1A)で表される構造単位であることがより好ましい。
また、式(2)で表される構造単位としては、組成物の経時安定性及び現像性の観点から、下記式(2A)で表される構造単位であることがより好ましい。
式(1A)中、X、Y、Z、及び、nは、式(1)におけるX、Y、Z、及び、nと同義であり、好ましい範囲も同様である。式(2A)中、X、Y、Z、及び、mは、式(2)におけるX、Y、Z、及び、mと同義であり、好ましい範囲も同様である。
また、式(3)で表される構造単位としては、組成物の経時安定性及び現像性の観点から、下記式(3A)又は式(3B)で表される構造単位であることがより好ましい。
式(3A)又は(3B)中、X、Y、Z、及び、pは、式(3)におけるX、Y、Z、及び、pと同義であり、好ましい範囲も同様である。
高分子化合物は、グラフト鎖を含有する構造単位として、式(1A)で表される構造単位を含有することがより好ましい。
高分子化合物において、グラフト鎖を含有する構造単位(例えば、上記式(1)〜(4)で表される構造単位)は、質量換算で、高分子化合物の総質量に対し2〜90質量%の範囲で含まれることが好ましく、5〜30質量%の範囲で含まれることがより好ましい。グラフト鎖を含有する構造単位がこの範囲内で含まれると、顔料の分散性が高く、硬化膜を形成する際の現像性が良好である。
高分子化合物は、グラフト鎖を有する繰り返し単位、及び、硬化性基(側鎖に硬化性基を有することが好ましい。硬化性基はエチレン性不飽和基が好ましい)を有する繰り返し単位の両方を含有することが好ましい。
・疎水性構造単位
また、高分子化合物は、グラフト鎖を含有する構造単位とは異なる(すなわち、グラフト鎖を含有する構造単位には相当しない)疎水性構造単位を含有することが好ましい。ただし、本明細書において、疎水性構造単位は、酸基(例えば、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基、フェノール性水酸基等)を有さない構造単位である。
疎水性構造単位は、ClogP値が1.2以上の化合物(モノマー)に由来する(対応する)構造単位であることが好ましく、ClogP値が1.2〜8の化合物に由来する構造単位であることがより好ましい。これにより、本発明の効果をより確実に発現できる。
ClogP値は、Daylight Chemical Information System, Inc.から入手できるプログラム“CLOGP”で計算された値である。このプログラムは、Hansch, Leoのフラグメントアプローチ(下記文献参照)により算出される“計算logP”の値を提供する。フラグメントアプローチは化合物の化学構造に基づいており、化学構造を部分構造(フラグメント)に分割し、そのフラグメントに対して割り当てられたlogP寄与分を合計することにより化合物のlogP値を推算している。その詳細は以下の文献に記載されている。本明細書では、プログラムCLOGP v4.82により計算したClogP値を用いる。
A. J. Leo, Comprehensive Medicinal Chemistry, Vol.4, C. Hansch, P. G. Sammnens, J. B. Taylor and C. A. Ramsden, Eds., p.295, Pergamon Press, 1990 C. Hansch & A. J. Leo. SUbstituent Constants For Correlation Analysis in Chemistry and Biology. John Wiley & Sons. A.J. Leo. Calculating logPoct from structure. Chem. Rev., 93, 1281−1306, 1993.
logPは、分配係数P(Partition Coefficient)の常用対数を意味し、ある有機化合物が油(一般的には1−オクタノール)と水の2相系の平衡でどのように分配されるかを定量的な数値として表す物性値であり、以下の式で示される。
logP=log(Coil/Cwater)
式中、Coilは油相中の化合物のモル濃度を、Cwaterは水相中の化合物のモル濃度を表す。
logPの値が0をはさんでプラスに大きくなると油溶性が増し、マイナスで絶対値が大きくなると水溶性が増すことを意味し、有機化合物の水溶性と負の相関があり、有機化合物の親疎水性を見積るパラメータとして広く利用されている。
高分子化合物は、疎水性構造単位として、下記式(i)〜(iii)で表される単量体に由来の構造単位から選択された1種以上の構造単位を含有することが好ましい。
上記式(i)〜(iii)中、R、R、及び、Rは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等)、又は、炭素数が1〜6のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等)を表す。
、R、及び、Rは、水素原子又は炭素数が1〜3のアルキル基であることが好ましく、水素原子又はメチル基であることがより好ましい。R及びRは、水素原子であることが更に好ましい。
Xは、酸素原子(−O−)又はイミノ基(−NH−)を表し、酸素原子であることが好ましい。
Lは、単結合又は2価の連結基である。2価の連結基としては、2価の脂肪族基(例えば、アルキレン基、置換アルキレン基、アルケニレン基、置換アルケニレン基、アルキニレン基、置換アルキニレン基)、2価の芳香族基(例えば、アリーレン基、置換アリーレン基)、2価の複素環基、酸素原子(−O−)、硫黄原子(−S−)、イミノ基(−NH−)、置換イミノ基(−NR31−、ここでR31は脂肪族基、芳香族基又は複素環基)、カルボニル基(−CO−)、及び、これらの組み合わせ等が挙げられる。
2価の脂肪族基は、環状構造又は分岐構造を有していてもよい。脂肪族基の炭素数は、1〜20が好ましく、1〜15がより好ましく、1〜10が更に好ましい。脂肪族基は不飽和脂肪族基であっても飽和脂肪族基であってもよいが、飽和脂肪族基であることが好ましい。また、脂肪族基は、置換基を有していてもよい。置換基の例は、ハロゲン原子、芳香族基、及び、複素環基等が挙げられる。
2価の芳香族基の炭素数は、6〜20が好ましく、6〜15がより好ましく、6〜10が更に好ましい。また、芳香族基は置換基を有していてもよい。置換基の例は、ハロゲン原子、脂肪族基、芳香族基、及び、複素環基等が挙げられる。
2価の複素環基は、複素環として5員環又は6員環を含有することが好ましい。複素環に他の複素環、脂肪族環、又は、芳香族環が縮合していてもよい。また、複素環基は置換基を有していてもよい。置換基の例としては、ハロゲン原子、水酸基、オキソ基(=O)、チオキソ基(=S)、イミノ基(=NH)、置換イミノ基(=N−R32、ここでR32は脂肪族基、芳香族基、又は、複素環基)、脂肪族基、芳香族基、及び、複素環基が挙げられる。
Lは、単結合、アルキレン基又はオキシアルキレン構造を含有する2価の連結基であることが好ましい。オキシアルキレン構造は、オキシエチレン構造又はオキシプロピレン構造であることがより好ましい。また、Lは、オキシアルキレン構造を2以上繰り返して含有するポリオキシアルキレン構造を含んでいてもよい。ポリオキシアルキレン構造としては、ポリオキシエチレン構造又はポリオキシプロピレン構造が好ましい。ポリオキシエチレン構造は、−(OCHCH−で表され、nは、2以上の整数が好ましく、2〜10の整数であることがより好ましい。
Zとしては、脂肪族基(例えば、アルキル基、置換アルキル基、不飽和アルキル基、置換不飽和アルキル基、)、芳香族基(例えば、アリール基、置換アリール基、アリーレン基、置換アリーレン基)、複素環基、又は、これらの組み合わせが挙げられる。これらの基には、酸素原子(−O−)、硫黄原子(−S−)、イミノ基(−NH−)、置換イミノ基(−NR31−、ここでR31は脂肪族基、芳香族基又は複素環基)、又は、カルボニル基(−CO−)が含まれていてもよい。
脂肪族基は、環状構造又は分岐構造を有していてもよい。脂肪族基の炭素数は、1〜20が好ましく、1〜15がより好ましく、1〜10が更に好ましい。脂肪族基には、更に環集合炭化水素基、架橋環式炭化水素基が含まれ、環集合炭化水素基の例としては、ビシクロヘキシル基、パーヒドロナフタレニル基、ビフェニル基、及び、4−シクロヘキシルフェニル基等が含まれる。架橋環式炭化水素環として、例えば、ピナン、ボルナン、ノルピナン、ノルボルナン、ビシクロオクタン環(ビシクロ[2.2.2]オクタン環、及び、ビシクロ[3.2.1]オクタン環等)等の2環式炭化水素環、ホモブレダン、アダマンタン、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、及び、トリシクロ[4.3.1.12,5]ウンデカン環等の3環式炭化水素環、並びに、テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン、及び、パーヒドロ−1,4−メタノ−5,8−メタノナフタレン環等の4環式炭化水素環等が挙げられる。また、架橋環式炭化水素環には、縮合環式炭化水素環、例えば、パーヒドロナフタレン(デカリン)、パーヒドロアントラセン、パーヒドロフェナントレン、パーヒドロアセナフテン、パーヒドロフルオレン、パーヒドロインデン、及び、パーヒドロフェナレン環等の5〜8員シクロアルカン環が複数個縮合した縮合環も含まれる。
脂肪族基は不飽和脂肪族基よりも飽和脂肪族基の方が好ましい。また、脂肪族基は、置換基を有していてもよい。置換基の例は、ハロゲン原子、芳香族基及び複素環基が挙げられる。ただし、脂肪族基は、置換基として酸基を有さない。
芳香族基の炭素数は、6〜20が好ましく、6〜15がより好ましく、6〜10が更に好ましい。また、芳香族基は置換基を有していてもよい。置換基の例は、ハロゲン原子、脂肪族基、芳香族基及び複素環基が挙げられる。ただし、芳香族基は、置換基として酸基を有さない。
複素環基は、複素環として5員環又は6員環を含有することが好ましい。複素環に他の複素環、脂肪族環又は芳香族環が縮合していてもよい。また、複素環基は置換基を有していてもよい。置換基の例としては、ハロゲン原子、水酸基、オキソ基(=O)、チオキソ基(=S)、イミノ基(=NH)、置換イミノ基(=N−R32、ここでR32は脂肪族基、芳香族基又は複素環基)、脂肪族基、芳香族基、及び、複素環基が挙げられる。ただし、複素環基は、置換基として酸基を有さない。
上記式(iii)中、R、R、及びRは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、及び、臭素原子等)、炭素数が1〜6のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、及び、プロピル基等)、Z、又は、L−Zを表す。ここでL及びZは、上記におけるものと同義である。R、R、及び、Rとしては、水素原子、又は、炭素数が1〜3のアルキル基が好ましく、水素原子がより好ましい。
上記式(i)で表される単量体として、R、R、及び、Rが水素原子、又は、メチル基であって、Lが単結合又はアルキレン基若しくはオキシアルキレン構造を含有する2価の連結基であって、Xが酸素原子又はイミノ基であって、Zが脂肪族基、複素環基、又は、芳香族基である化合物が好ましい。
また、上記式(ii)で表される単量体として、Rが水素原子又はメチル基であって、Lがアルキレン基であって、Zが脂肪族基、複素環基、又は、芳香族基である化合物が好ましい。また、上記式(iii)で表される単量体として、R、R、及び、Rが水素原子又はメチル基であって、Zが脂肪族基、複素環基、又は、芳香族基である化合物が好ましい。
式(i)〜(iii)で表される代表的な化合物の例としては、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、及び、スチレン類等から選ばれるラジカル重合性化合物が挙げられる。
なお、式(i)〜(iii)で表される代表的な化合物の例としては、特開2013−249417号公報の段落0089〜0093に記載の化合物を参照でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
高分子化合物において、疎水性構造単位は、質量換算で、高分子化合物の総質量に対し10〜90質量%の範囲で含まれることが好ましく、20〜80質量%の範囲で含まれることがより好ましい。含有量が上記範囲において十分なパターン形成が得られる。
・顔料等と相互作用を形成しうる官能基
高分子化合物は、顔料等と相互作用を形成しうる官能基を導入できる。ここで、高分子化合物は、顔料等と相互作用を形成しうる官能基を含有する構造単位を更に含有することが好ましい。
この顔料等と相互作用を形成しうる官能基としては、例えば、酸基、塩基性基、配位性基、及び、反応性を有する官能基等が挙げられる。
高分子化合物が、酸基、塩基性基、配位性基、又は、反応性を有する官能基を含有する場合、それぞれ、酸基を含有する構造単位、塩基性基を含有する構造単位、配位性基を含有する構造単位、又は、反応性を有する構造単位を含有することが好ましい。
特に、高分子化合物が、更に、酸基として、カルボン酸基等のアルカリ可溶性基を含有することで、高分子化合物に、アルカリ現像によるパターン形成のための現像性を付与できる。
すなわち、高分子化合物にアルカリ可溶性基を導入することで、上記組成物は、顔料等の分散に寄与する分散剤としての高分子化合物がアルカリ可溶性を含有することになる。このような高分子化合物を含有する組成物は、露光部の遮光性に優れたものとなり、かつ、未露光部のアルカリ現像性が向上される。
また、高分子化合物が酸基を含有する構造単位を含有することにより、高分子化合物が溶剤となじみやすくなり、塗布性も向上する傾向となる。
これは、酸基を含有する構造単位における酸基が顔料等と相互作用しやすく、高分子化合物が顔料等を安定的に分散すると共に、顔料等を分散する高分子化合物の粘度が低くなっており、高分子化合物自体も安定的に分散されやすいためであると推測される。
ただし、酸基としてのアルカリ可溶性基を含有する構造単位は、上記のグラフト鎖を含有する構造単位と同一の構造単位であっても、異なる構造単位であってもよいが、酸基としてのアルカリ可溶性基を含有する構造単位は、上記の疎水性構造単位とは異なる構造単位である(すなわち、上記の疎水性構造単位には相当しない)。
顔料等と相互作用を形成しうる官能基である酸基としては、例えば、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基、及び、フェノール性水酸基等があり、カルボン酸基、スルホン酸基、及び、リン酸基のうち少なくとも1種であることが好ましく、カルボン酸基が更に好ましい。カルボン酸基は、顔料等への吸着力が良好で、かつ、分散性が高い。
すなわち、高分子化合物は、カルボン酸基、スルホン酸基、及び、リン酸基のうち少なくとも1種を含有する構造単位を更に含有することが好ましい。
高分子化合物は、酸基を含有する構造単位を1種又は2種以上有してもよい。
高分子化合物は、酸基を含有する構造単位を含有してもしなくてもよいが、含有する場合、酸基を含有する構造単位の含有量は、質量換算で、高分子化合物の総質量に対して、5〜80質量%であることが好ましく、アルカリ現像による画像強度のダメージ抑制という観点から、10〜60質量%がより好ましい。
顔料等と相互作用を形成しうる官能基である塩基性基としては、例えば、第1級アミノ基、第2級アミノ基、第3級アミノ基、N原子を含有するヘテロ環、及び、アミド基等があり、好ましい塩基性基は、顔料等への吸着力が良好で、かつ、分散性が高い点で、第3級アミノ基である。高分子化合物は、これらの塩基性基を1種又は2種以上、含有できる。
高分子化合物は、塩基性基を含有する構造単位を含有してもしなくてもよいが、含有する場合、塩基性基を含有する構造単位の含有量は、質量換算で、高分子化合物の総質量に対して、0.01〜50質量%が好ましく、現像性阻害抑制という観点から、0.01〜30質量%がより好ましい。
顔料等と相互作用を形成しうる官能基である配位性基、及び反応性を有する官能基としては、例えば、アセチルアセトキシ基、トリアルコキシシリル基、イソシアネート基、酸無水物、及び、酸塩化物等が挙げられる。好ましい官能基は、顔料等への吸着力が良好で、顔料等の分散性が高い点で、アセチルアセトキシ基である。高分子化合物は、これらの基を1種又は2種以上有してもよい。
高分子化合物は、配位性基を含有する構造単位、又は、反応性を有する官能基を含有する構造単位を含有してもしなくてもよいが、含有する場合、これらの構造単位の含有量は、質量換算で、高分子化合物の総質量に対して、10〜80質量%が好ましく、現像性阻害抑制という観点から、20〜60質量%がより好ましい。
上記高分子化合物が、グラフト鎖以外に、顔料等と相互作用を形成しうる官能基を含有する場合、上記の各種の顔料等と相互作用を形成しうる官能基を含有していればよく、これらの官能基がどのように導入されているかは特に限定はされないが、高分子化合物は、下記式(iv)〜(vi)で表される単量体に由来の構造単位から選択された1種以上の構造単位を含有することが好ましい。
式(iv)〜(vi)中、R11、R12、及びR13は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、及び、臭素原子等)、又は炭素数が1〜6のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、及び、プロピル基等)を表す。
式(iv)〜(vi)中、R11、R12、及びR13は、それぞれ独立に水素原子、又は炭素数が1〜3のアルキル基であることが好ましく、それぞれ独立に水素原子又はメチル基であることがより好ましい。一般式(iv)中、R12及びR13は、それぞれ水素原子であることが更に好ましい。
式(iv)中のXは、酸素原子(−O−)又はイミノ基(−NH−)を表し、酸素原子であることが好ましい。
また、式(v)中のYは、メチン基又は窒素原子を表す。
また、式(iv)〜(v)中のLは、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基の定義は、上述した式(i)中のLで表される2価の連結基の定義と同じである。
は、単結合、アルキレン基又はオキシアルキレン構造を含有する2価の連結基であることが好ましい。オキシアルキレン構造は、オキシエチレン構造又はオキシプロピレン構造であることがより好ましい。また、Lは、オキシアルキレン構造を2以上繰り返して含有するポリオキシアルキレン構造を含んでいてもよい。ポリオキシアルキレン構造としては、ポリオキシエチレン構造又はポリオキシプロピレン構造が好ましい。ポリオキシエチレン構造は、−(OCHCH−で表され、nは、2以上の整数が好ましく、2〜10の整数であることがより好ましい。
式(iv)〜(vi)中、Zは、グラフト鎖以外に顔料等と相互作用を形成しうる官能基を表し、カルボン酸基、及び、第3級アミノ基であることが好ましく、カルボン酸基であることがより好ましい。
式(vi)中、R14、R15、及びR16は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、及び、臭素原子等)、炭素数が1〜6のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、及び、プロピル基等)、−Z、又はL−Zを表す。ここでL及びZは、上記におけるL及びZと同義であり、好ましい例も同様である。R14、R15、及び、R16としては、それぞれ独立に水素原子、又は炭素数が1〜3のアルキル基が好ましく、水素原子がより好ましい。
式(iv)で表される単量体として、R11、R12、及びR13がそれぞれ独立に水素原子又はメチル基であって、Lがアルキレン基又はオキシアルキレン構造を含有する2価の連結基であって、Xが酸素原子又はイミノ基であって、Zがカルボン酸基である化合物が好ましい。
また、式(v)で表される単量体として、R11が水素原子又はメチル基であって、Lがアルキレン基であって、Zがカルボン酸基であって、Yがメチン基である化合物が好ましい。
更に、式(vi)で表される単量体として、R14、R15、及びR16がそれぞれ独立に水素原子又はメチル基であって、Lが単結合又はアルキレン基であって、Zがカルボン酸基である化合物が好ましい。
以下に、式(iv)〜(vi)で表される単量体(化合物)の代表的な例を示す。
単量体の例としては、メタクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、分子内に付加重合性二重結合及び水酸基を含有する化合物(例えば、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル)とコハク酸無水物との反応物、分子内に付加重合性二重結合及び水酸基を含有する化合物とフタル酸無水物との反応物、分子内に付加重合性二重結合及び水酸基を含有する化合物とテトラヒドロキシフタル酸無水物との反応物、分子内に付加重合性二重結合及び水酸基を含有する化合物と無水トリメリット酸との反応物、分子内に付加重合性二重結合及び水酸基を含有する化合物とピロメリット酸無水物との反応物、アクリル酸、アクリル酸ダイマー、アクリル酸オリゴマー、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸、4−ビニル安息香酸、ビニルフェノール、及び、4−ヒドロキシフェニルメタクリルアミド等が挙げられる。
顔料等と相互作用を形成しうる官能基を含有する構造単位の含有量は、顔料等との相互作用、経時安定性、及び現像液への浸透性の観点から、高分子化合物の全質量に対して、0.05〜90質量%が好ましく、1.0〜80質量%がより好ましく、10〜70質量%が更に好ましい。
・その他の構造単位
更に、高分子化合物は、画像強度等の諸性能を向上する目的で、本発明の効果を損なわない限りにおいて、グラフト鎖を含有する構造単位、疎水性構造単位、及び、顔料等と相互作用を形成しうる官能基を含有する構造単位とは異なる、種々の機能を有する他の構造単位(例えば、後述する溶剤との親和性を有する官能基等を含有する構造単位)を更に有していてもよい。
このような、他の構造単位としては、例えば、アクリロニトリル類、及び、メタクリロニトリル類等から選ばれるラジカル重合性化合物に由来の構造単位が挙げられる。
高分子化合物は、これらの他の構造単位を1種又は2種以上使用でき、その含有量は、質量換算で、高分子化合物の総質量に対して、0〜80質量%が好ましく、10〜60質量%がより好ましい。含有量が上記範囲において、十分なパターン形成性が維持される。
・高分子化合物の物性
高分子化合物の酸価は、0mg〜250mgKOH/gの範囲であることが好ましく、10〜200mgKOH/gの範囲がより好ましく、20〜120mgKOH/gの範囲が更に好ましい。
高分子化合物の酸価が250mgKOH/g以下であれば、硬化膜を形成する際の現像時におけるパターン剥離がより効果的に抑えられる。また、高分子化合物の酸価が10mgKOH/g以上であればアルカリ現像性がより良好となる。また、高分子化合物の酸価が20mgKOH/g以上であれば、顔料等の沈降をより抑制でき、粗大粒子数をより少なくでき、組成物の経時安定性をより向上できる。
本明細書において酸価は、例えば、化合物中における酸基の平均含有量から算出できる。また、樹脂の構成成分である酸基を含有する構造単位の含有量を変化させることで所望の酸価を有する樹脂を得ることができる。
高分子化合物の重量平均分子量は、4,000〜300,000であることが好ましく、5,000〜200,000であることがより好ましく、6,000〜100,000であることが更に好ましく、10,000〜50,000であることが特に好ましい。
高分子化合物は、公知の方法に基づいて合成できる。
高分子化合物の具体例な構造の例としては下記化合物が挙げられる。
高分子化合物の他の具体例としては、楠本化成社製「DA−7301」、BYK社製「DISPERBYK−101(ポリアミドアミン燐酸塩)、107(カルボン酸エステル)、110(酸基を含有する共重合体)、111(リン酸系分散剤)、130(ポリアミド)、161、162、163、164、165、166、167、170、190(高分子共重合体)」、「BYK−P104、P105(高分子量不飽和ポリカルボン酸)」、EFKA社製「EFKA4047、4050〜4010〜4165(ポリウレタン系)、EFKA4330〜4340(ブロック共重合体)、4400〜4402(変性ポリアクリレート)、5010(ポリエステルアミド)、5765(高分子量ポリカルボン酸塩)、6220(脂肪酸ポリエステル)、6745(フタロシアニン誘導体)、6750(アゾ顔料誘導体)」、味の素ファインテクノ社製「アジスパーPB821、PB822、PB880、PB881」、共栄社化学社製「フローレンTG−710(ウレタンオリゴマー)」、「ポリフローNo.50E、No.300(アクリル系共重合体)」、楠本化成社製「ディスパロンKS−860、873SN、874、#2150(脂肪族多価カルボン酸)、#7004(ポリエーテルエステル)、DA−703−50、DA−705、DA−725」、花王社製「デモールRN、N(ナフタレンスルホン酸ホルマリン重縮合物)、MS、C、SN−B(芳香族スルホン酸ホルマリン重縮合物)」、「ホモゲノールL−18(高分子ポリカルボン酸)」、「エマルゲン920、930、935、985(ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル)」、「アセタミン86(ステアリルアミンアセテート)」、日本ルーブリゾール製「ソルスパース5000(フタロシアニン誘導体)、22000(アゾ顔料誘導体)、13240(ポリエステルアミン)、3000、12000、17000、20000、27000(末端部に機能部を含有する高分子)、24000、28000、32000、38500(グラフト共重合体)」、日光ケミカルズ社製「ニッコールT106(ポリオキシエチレンソルビタンモノオレアート)、MYS−IEX(ポリオキシエチレンモノステアレート)」、川研ファインケミカル製 ヒノアクトT−8000E等、信越化学工業製 オルガノシロキサンポリマーKP−341、裕商製「W001:カチオン系界面活性剤」、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート、ソルビタン脂肪酸エステル等のノニオン系界面活性剤、「W004、W005、W017」等のアニオン系界面活性剤、森下産業製「EFKA−46、EFKA−47、EFKA−47EA、EFKAポリマー100、EFKAポリマー400、EFKAポリマー401、EFKAポリマー450」、サンノプコ製「ディスパースエイド6、ディスパースエイド8、ディスパースエイド15、ディスパースエイド9100」等の高分子分散剤、ADEKA製「アデカプルロニックL31、F38、L42、L44、L61、L64、F68、L72、P95、F77、P84、F87、P94、L101、P103、F108、L121、P−123」、及び、三洋化成製「イオネット(商品名)S−20」等が挙げられる。また、アクリベースFFS−6752、アクリベースFFS−187も使用できる。
また、酸基及び塩基性基を含有する両性樹脂を使用することも好ましい。両性樹脂は、酸価が5mgKOH/g以上で、かつ、アミン価が5mgKOH/g以上である樹脂が好ましい。
両性樹脂の市販品としては、例えば、BYK社製のDISPERBYK−130、DISPERBYK−140、DISPERBYK−142、DISPERBYK−145、DISPERBYK−180、DISPERBYK−187、DISPERBYK−191、DISPERBYK−2001、DISPERBYK−2010、DISPERBYK−2012、DISPERBYK−2025、BYK−9076、味の素ファインテクノ社製のアジスパーPB821、アジスパーPB822、及び、アジスパーPB881等が挙げられる。
これらの高分子化合物は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
なお、高分子化合物の具体例としては、特開2013−249417号公報の段落0127〜0129に記載の高分子化合物を参照でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
また、分散剤としては、上記の高分子化合物以外に、特開2010−106268号公報の段落0037〜0115(対応するUS2011/0124824の段落0075〜0133)のグラフト共重合体が使用でき、これらの内容は援用でき、本明細書に組み込まれる。
また、上記以外にも、特開2011−153283号公報の段落0028〜0084(対応するUS2011/0279759の段落0075〜0133)の酸性基が連結基を介して結合してなる側鎖構造を含有する構成成分を含有する高分子化合物が使用でき、これらの内容は援用でき、本明細書に組み込まれる。
また、分散剤としては、特開2016−109763号公報の段落0033〜0049に記載された樹脂も使用でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
(アルカリ可溶性樹脂)
硬化性組成物は、アルカリ可溶性樹脂を含有することが好ましい。本明細書において、アルカリ可溶性樹脂とは、アルカリ可溶性を促進する基(アルカリ可溶性基)を含有する樹脂を意図し、既に説明した分散剤とは異なる樹脂を意図する。
硬化性組成物中におけるアルカリ可溶性樹脂の含有量としては特に制限されないが、硬化性組成物の全固形分に対して、1〜30質量%が好ましく、1〜15質量%がより好ましい。
アルカリ可溶性樹脂は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。2種以上のアルカリ可溶性樹脂を併用する場合には、合計含有量が上記範囲内であることが好ましい。
アルカリ可溶性樹脂としては、分子中に少なくとも1個のアルカリ可溶性基を含有する樹脂が挙げられ、例えば、ポリヒドロキシスチレン樹脂、ポリシロキサン樹脂、(メタ)アクリル樹脂、(メタ)アクリルアミド樹脂、(メタ)アクリル/(メタ)アクリルアミド共重合樹脂、エポキシ系樹脂、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の具体例としては、不飽和カルボン酸とエチレン性不飽和化合物の共重合体が挙げられる。
不飽和カルボン酸としては特に制限されないが、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、及び、ビニル酢酸等のモノカルボン酸類;イタコン酸、マレイン酸、及び、フマル酸等のジカルボン酸、又は、その酸無水物;並びに、フタル酸モノ(2−(メタ)アクリロイロキシエチル)等の多価カルボン酸モノエステル類;等が挙げられる。
共重合可能なエチレン性不飽和化合物としては、(メタ)アクリル酸メチル等が挙げられる。また、特開2010−97210号公報の段落0027、及び、特開2015−68893号公報の段落0036〜0037に記載の化合物も使用でき、上記の内容は本明細書に組み込まれる。
また、共重合可能なエチレン性不飽和化合物であって、側鎖にエチレン性不飽和基を含有する化合物を組み合わせて用いてもよい。エチレン性不飽和基としては、(メタ)アクリル酸基が好ましい。側鎖にエチレン性不飽和基を含有するアクリル樹脂は、例えば、カルボン酸基を含有するアクリル樹脂のカルボン酸基に、グリシジル基又は脂環式エポキシ基を含有するエチレン性不飽和化合物を付加反応させて得ることができる。
アルカリ可溶性樹脂としては、硬化性基を含有するアルカリ可溶性樹脂も好ましい。
上記硬化性基としては、上述の高分子化合物が含有してもよい硬化性基が同様に挙げられ、好ましい範囲も同様である。
硬化性基を含有するアルカリ可溶性樹脂としては、硬化性基を側鎖に有するアルカリ可溶性樹脂等が好ましい。硬化性基を含有するアルカリ可溶性樹脂としては、ダイヤナールNRシリーズ(三菱レイヨン社製)、Photomer6173(COOH含有 polyurethane acrylic oligomer.Diamond Shamrock Co.,Ltd.製)、ビスコートR−264、KSレジスト106(いずれも大阪有機化学工業社製)、サイクロマーPシリーズ(例えば、ACA230AA)、プラクセル CF200シリーズ(いずれもダイセル社製)、Ebecryl3800(ダイセル・オルネクス社製)、及び、アクリキュアRD−F8(日本触媒社製)等が挙げられる。
アルカリ可溶性樹脂としては、例えば、特開昭59−44615号、特公昭54−34327号、特公昭58−12577号、特公昭54−25957号、特開昭54−92723号、特開昭59−53836号、及び、特開昭59−71048号に記載されている側鎖にカルボン酸基を含有するラジカル重合体;欧州特許第993966号、欧州特許第1204000号、及び、特開2001−318463号等の各公報に記載されているアルカリ可溶性基を含有するアセタール変性ポリビニルアルコール系バインダー樹脂;ポリビニルピロリドン;ポリエチレンオキサイド;アルコール可溶性ナイロン、及び、2,2−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)−プロパンとエピクロロヒドリンとの反応物であるポリエーテル等;並びに、国際公開第2008/123097号に記載のポリイミド樹脂;等を使用できる。
アルカリ可溶性樹脂としては、例えば、特開2016−75845号公報の段落0225〜0245に記載の化合物も使用でき、上記内容は本明細書に組み込まれる。
アルカリ可溶性樹脂としては、ポリイミド前駆体も使用できる。ポリイミド前駆体は、酸無水物基を含有する化合物とジアミン化合物とを40〜100℃下において付加重合反応することにより得られる樹脂を意図する。
ポリイミド前駆体としては、例えば、式(1)で表される繰り返し単位を含有する樹脂が挙げられる。ポリイミド前駆体の構造としては、例えば、下記式(2)で示されるアミック酸構造と、アミック酸構造が一部イミド閉環してなる下記式(3)、及び、全てイミド閉環した下記式(4)で示されるイミド構造を含有するポリイミド前駆体が挙げられる。
なお、本明細書において、アミック酸構造を有するポリイミド前駆体をポリアミック酸ということがある。
上記式(1)〜(4)において、Rは炭素数2〜22の4価の有機基を表し、Rは炭素数1〜22の2価の有機基を表し、nは1又は2を表す。
上記ポリイミド前駆体の具体例としては、例えば、特開2008−106250号公報の段落0011〜0031に記載の化合物、特開2016−122101号公報の段落0022〜0039に記載の化合物、及び、特開2016−68401号公報の段落0061〜0092に記載の化合物等が挙げられ、上記の内容は本明細書に組み込まれる。
アルカリ可溶性樹脂は、硬化性組成物を用いて得られるパターン状の硬化膜のパターン形状がより優れる点で、ポリイミド樹脂、及び、ポリイミド前駆体からなる群から選択される少なくとも1種を含有することも好ましい。
アルカリ可溶性基を含有するポリイミド樹脂としては、特に制限されず、公知のアルカリ可溶性基を含有するポリイミド樹脂を使用できる。上記ポリイミド樹脂としては、例えば、特開2014−137523号公報の段落0050に記載された樹脂、特開2015−187676号公報の段落0058に記載された樹脂、及び、特開2014−106326号公報の段落0012〜0013に記載された樹脂等が挙げられ、上記の内容は本明細書に組み込まれる。
<重合禁止剤>
硬化性組成物は、重合禁止剤を含有してもよい。
重合禁止剤としては特に制限されず、公知の重合禁止剤を使用できる。重合禁止剤としては、例えば、フェノール系重合禁止剤(例えば、p−メトキシフェノール、2,5−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、2,6−ジtert−ブチル−4−メチルフェノール、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)、4−メトキシナフトール等);ハイドロキノン系重合禁止剤(例えば、ハイドロキノン、2,6−ジ−tert−ブチルハイドロキノン等);キノン系重合禁止剤(例えば、ベンゾキノン等);フリーラジカル系重合禁止剤(例えば、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン1−オキシルフリーラジカル、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン1−オキシルフリーラジカル等);ニトロベンゼン系重合禁止剤(例えば、ニトロベンゼン、4−ニトロトルエン等);及び、フェノチアジン系重合禁止剤(例えば、フェノチアジン、2−メトキシフェノチアジン等);等が挙げられる。
中でも、硬化性組成物がより優れた効果を有する点で、フェノール系重合禁止剤、又は、フリーラジカル系重合禁止剤が好ましい。
重合禁止剤は、硬化性基を含有する樹脂と共に用いる場合にその効果が顕著である。
硬化性組成物中における重合禁止剤の含有量としては特に制限されないが、硬化性組成物の全固形分に対して、0.0001〜0.5質量%が好ましく、0.001〜0.2質量%がより好ましい。重合禁止剤は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。2種以上の重合禁止剤を併用する場合には、合計含有量が上記範囲内であることが好ましい。
<界面活性剤>
硬化性組成物は、界面活性剤を含有してもよい。界面活性剤は、硬化性組成物の塗布性向上に寄与する。
上記硬化性組成物が、界面活性剤を含有する場合、界面活性剤の含有量としては、硬化性組成物の全固形分に対して、0.001〜2.0質量%が好ましい。
界面活性剤は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。界面活性剤を2種以上併用する場合は、合計量が上記範囲内であることが好ましい。
界面活性剤としては、例えば、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、及び、シリコーン系界面活性剤等が挙げられる。
例えば、硬化性組成物がフッ素系界面活性剤を含有することで、硬化性組成物の液特性(特に、流動性)がより向上する。即ち、フッ素系界面活性剤を含有する硬化性組成物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、厚さ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。
フッ素系界面活性剤中のフッ素含有率は、3〜40質量%が好ましく、5〜30質量%がより好ましく、7〜25質量%が更に好ましい。フッ素含有率がこの範囲内であるフッ素系界面活性剤は、塗布膜の厚さの均一性及び/又は省液性の点で効果的であり、硬化性組成物中における溶解性も良好である。
フッ素系界面活性剤としては、例えば、メガファックF171、同F172、同F173、同F176、同F177、同F141、同F142、同F143、同F144、同R30、同F437、同F475、同F479、同F482、同F554、同F780、及び、同F781(以上、DIC製);フロラードFC430、同FC431、及び、同FC171(以上、住友スリーエム製);サーフロンS−382、同SC−101、同SC−103、同SC−104、同SC−105、同SC−1068、同SC−381、同SC−383、同S−393、及び、同KH−40(以上、旭硝子製);並びに、PF636、PF656、PF6320、PF6520、及び、PF7002(OMNOVA社製)等が挙げられる。
フッ素系界面活性剤としてブロックポリマーも使用でき、具体例としては、例えば特開第2011−89090号公報に記載されたが化合物が挙げられる。
<紫外線吸収剤>
硬化性組成物は、紫外線吸収剤を含有してもよい。これにより、硬化膜のパターンの形状をより優れた(精細な)形状にできる。
紫外線吸収剤としては、サリシレート系、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、置換アクリロニトリル系、及び、トリアジン系の紫外線吸収剤を使用できる。これらの具体例としては、特開2012−068418号公報の段落0137〜0142(対応するUS2012/0068292の段落0251〜0254)の化合物が使用でき、これらの内容が援用でき、本明細書に組み込まれる。
他にジエチルアミノ−フェニルスルホニル系紫外線吸収剤(大東化学社製、商品名:UV−503)等も好適に用いられる。
紫外線吸収剤としては、特開2012−32556号公報の段落0134〜0148に例示される化合物が挙げられる。
紫外線吸収剤の含有量は、硬化性組成物の全固形分に対して、0.001〜15質量%が好ましく、0.01〜10質量%がより好ましく、0.1〜5質量%が更に好ましい。
<シランカップリング剤>
硬化性組成物はシランカップリング剤を含有してもよい。
シランカップリング剤とは、分子中に加水分解性基とそれ以外の官能基とを含有する化合物である。なお、アルコキシ基等の加水分解性基は、珪素原子に結合している。
加水分解性基とは、珪素原子に直結し、加水分解反応及び/又は縮合反応によってシロキサン結合を生じ得る置換基をいう。加水分解性基としては、例えば、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシルオキシ基、及び、アルケニルオキシ基が挙げられる。加水分解性基が炭素原子を含有する場合、その炭素数は6以下であることが好ましく、4以下であることがより好ましい。特に、炭素数4以下のアルコキシ基又は炭素数4以下のアルケニルオキシ基が好ましい。
また、基板上に硬化膜を形成する場合、シランカップリング剤は基板と硬化膜間の密着性を向上させるため、フッ素原子及び珪素原子(ただし、加水分解性基が結合した珪素原子は除く)を含まないことが好ましく、フッ素原子、珪素原子(ただし、加水分解性基が結合した珪素原子は除く)、珪素原子で置換されたアルキレン基、炭素数8以上の直鎖状アルキル基、及び、炭素数3以上の分岐鎖状アルキル基は含まないことが望ましい。
上記硬化性組成物中におけるシランカップリング剤の含有量は、硬化性組成物中の全固形分に対して、0.1〜10質量%が好ましく、0.5〜8質量%がより好ましく、1.0〜6質量%が更に好ましい。
上記硬化性組成物は、シランカップリング剤を1種単独で含んでいてもよく、2種以上を含んでいてもよい。硬化性組成物がシランカップリング剤を2種以上含有する場合は、その合計が上記範囲内であればよい。
シランカップリング剤としては、例えば、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トリエトキシシラン、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メチルジエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、及び、ビニルトリエトキシシラン等が挙げられる。
<溶剤>
硬化性組成物は、溶剤を含有することが好ましい。
溶剤としては特に制限されず公知の溶剤を使用できる。
硬化性組成物中における溶剤の含有量としては特に制限されないが、硬化性組成物の固形分が10〜90質量%となるように調整されることが好ましく、15〜90質量%となるように調整されることがより好ましい。なお、固形分とは、溶剤以外の成分を意図する。
溶剤は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。2種以上の溶剤を併用する場合には、硬化性組成物の全固形分が上記範囲内となるように調整されることが好ましい。
溶剤としては、例えば、水、及び、有機溶剤が挙げられる。
有機溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサン、酢酸エチル、エチレンジクロライド、テトラヒドロフラン、トルエン、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ジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、アセチルアセトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、ジアセトンアルコール、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エチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、3−メトキシプロパノール、メトキシメトキシエタノール、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、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、3−メトキシプロピルアセテート、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、酢酸ブチル、乳酸メチル、N−メチル−2−ピロリドン、及び、乳酸エチル等が挙げられる。
[硬化性組成物の製造方法]
硬化性組成物は、まず、黒色色材を分散させた分散組成物を製造し、得られた分散組成物を更にその他の成分と混合して硬化性組成物とすることが好ましい。
分散組成物は、黒色色材、樹脂(好ましくは分散剤)、及び、溶剤を混合して調製することが好ましい。また、分散組成物に重合禁止剤を含有させることも好ましい。
上記分散組成物は、上記の各成分を公知の混合方法(例えば、撹拌機、ホモジナイザー、高圧乳化装置、湿式粉砕機、又は、湿式分散機等を用いた混合方法)により混合して調製できる。
硬化性組成物の調製に際しては、各成分を一括配合してもよいし、各成分をそれぞれ、溶剤に溶解又は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及び作業条件は特に制限されない。
硬化性組成物は、異物の除去及び欠陥の低減等の目的で、フィルタで濾過することが好ましい。フィルタとしては、従来からろ過用途等に用いられているフィルタであれば特に限定されることなく使用できる。例えば、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等のフッ素樹脂、ナイロン等のポリアミド系樹脂、並びに、ポリエチレン及びポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系樹脂(高密度、超高分子量を含む)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)、ナイロンが好ましい。
フィルタの孔径は、0.1〜7.0μmが好ましく、0.2〜2.5μmがより好ましく、0.2〜1.5μmが更に好ましく、0.3〜0.7μmが特に好ましい。この範囲とすることにより、顔料のろ過詰まりを抑えつつ、顔料に含まれる不純物及び凝集物等、微細な異物を確実に除去できるようになる。
フィルタを使用する際、異なるフィルタを組み合わせてもよい。その際、第1のフィルタでのフィルタリングは、1回のみでもよいし、2回以上行ってもよい。異なるフィルタを組み合わせて2回以上フィルタリングを行う場合は1回目のフィルタリングの孔径より2回目以降の孔径が同じ、又は、大きい方が好ましい。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)、及び、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フィルタを使用できる。第2のフィルタの孔径は、0.2〜10.0μmが好ましく、0.2〜7.0μmがより好ましく、0.3〜6.0μmが更に好ましい。
硬化性組成物は、金属、ハロゲンを含む金属塩、酸、アルカリ等の不純物を含まないことが好ましい。これら材料に含まれる不純物の含有量としては、1ppm以下が好ましく、1ppb以下がより好ましく、100ppt以下が更に好ましく、10ppt以下が特に好ましく、実質的に含まないこと(測定装置の検出限界以下であること)が最も好ましい。
なお、上記不純物は、誘導結合プラズマ質量分析装置(横河アナリティカルシステムズ製、Agilent 7500cs型)により測定できる。
[硬化膜を製造する手順]
上記硬化性組成物を用いて形成された硬化性組成物層(組成物層)を硬化してパターン状の硬化膜を得ることができる。
以下、上述したような硬化性組成物を用いて硬化膜を形成する手順を、方法Aと方法Bとに分けてそれぞれ説明する。
≪方法A≫
<硬化性組成物層形成工程>
方法Aでは、露光に先立ち、支持体等の上に、硬化性組成物を付与して硬化性組成物の層(硬化性組成物層)を形成する(硬化性組成物層形成工程)工程を有する。
支持体としては、例えば、基板(例えば、シリコン基板)上にCCD(Charge Coupled Device)又はCMOS(Complementary Metal−Oxide Semiconductor)等の撮像素子(受光素子)が設けられた固体撮像素子用基板を使用できる。また、支持体上には、必要により、上部の層との密着改良、物質の拡散防止及び基板表面の平坦化等のために下塗り層を設けてもよい。
支持体上への硬化性組成物の適用方法としては、スリット塗布法、インクジェット法、回転塗布法、流延塗布法、ロール塗布法、又は、スクリーン印刷法等の各種の塗布方法を適用できる。
また、支持体上に塗布された硬化性組成物は、乾燥処理(プリベーク)されて、硬化性組成物層とされることが好ましい。
支持体上に塗布された硬化性組成物の乾燥処理は、ホットプレート又はオーブン等で50〜140℃の温度で10〜300秒で行うことが好ましい。
硬化性組成物層の膜厚としては、0.1〜10μmが好ましく、0.2〜5μmがより好ましく、0.2〜3μmが更に好ましい。
<露光工程>
方法Aでは、硬化性組成物層形成工程において形成された硬化性組成物層に、活性光線又は放射線を照射することにより露光し、硬化性組成物層を硬化(光硬化)させる(露光工程)。
光照射の方法としては特に制限されないが、パターン状の開口部を有するフォトマスクを介して光照射することが好ましい。
露光は放射線の照射により行うことが好ましく、露光に際して用いることができる放射線としては、特に、g線、h線、及び、i線等の紫外線が好ましく、光源としては高圧水銀灯が好ましい。照射強度は5〜1500mJ/cmが好ましく、10〜1000mJ/cmがより好ましい。
<現像工程>
方法Aでは、露光後の硬化性組成物に対して、現像処理(現像工程)を行い、露光工程における光未照射部分を現像液に溶出させる。これにより、光硬化した部分だけが残る。
現像液としては、アルカリ現像液を用いてもよい。その場合は、有機アルカリ現像液を用いることが好ましい。現像温度としては通常20〜30℃であり、現像時間は20〜90秒である。
アルカリ水溶液(アルカリ現像液)としては、無機アルカリ現像液及び有機アルカリ現像液が挙げられる。
無機アルカリ現像液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、硅酸ナトリウム、及び、メタ硅酸ナトリウム等のアルカリ性化合物を、濃度が0.001〜10質量%(好ましくは0.005〜0.5質量%)となるように溶解したアルカリ水溶液が挙げられる。
また、有機アルカリ現像液としては、アンモニア水、エチルアミン、ジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、コリン、ピロール、ピペリジン、及び、1,8−ジアザビシクロ−[5,4,0]−7−ウンデセン等のアルカリ性化合物を、濃度が0.001〜10質量%(好ましくは0.005〜0.5質量%)となるように溶解したアルカリ水溶液が挙げられる。
アルカリ水溶液には、例えば、メタノール、エタノール等の水溶性有機溶剤、及び/又は、界面活性剤等を適量添加することもできる。
なお、このようなアルカリ水溶液からなる現像液を使用した場合には、一般に現像後に硬化膜を純水で洗浄(リンス)する。
<後硬化工程(ポストベーク工程)>
本工程は後硬化処理をする工程である。
方法Aにおいて、現像後の硬化性組成物は、更に、酸素濃度が1000体積ppm未満の環境下において、170℃未満で加熱され、硬化膜が形成される(後硬化工程(ポストベーク工程))。
後硬化工程における酸素濃度は、1000体積ppm未満であり、850体積ppm以下が好ましく、500体積ppm以下がより好ましく、100体積ppm以下が更に好ましい。上記酸素濃度の下限に特に制限はないが、例えば、1体積ppb以上であり、1体積ppm以上が好ましい。
また、上記範囲の酸素濃度を実現する方法としては、後硬化工程を行う系内の空気を、不活性ガス(好ましくは窒素ガス又はアルゴンガス)で置換する方法が好ましい。また、後硬化工程を行う系内の気圧は、常圧が好ましい。ここで常圧とは、大気の標準状態近傍における圧力であり、絶対圧で101kPa近傍の大気圧条件を意図する。
言い換えると、後硬化工程は、常圧下(101kPa)での酸素濃度が上記範囲内になるような絶対酸素濃度の下で行うことが好ましい。
後硬化工程における加熱温度は、170℃未満であり、下限に特に制限はないが、例えば、100℃以上である。上記加熱温度は、例えば、135〜160℃が好ましい。
加熱時間は、30〜300秒が好ましい。上限は、240秒以下がより好ましく、180秒以下が更に好ましい。下限は60秒以上がより好ましい。
後硬化工程における加熱方法に特に制限はなく、オーブン又はホットプレートを用いる方法等が挙げられる。中でも、加熱はオーブンを用いて行うことが好ましい。
なお、硬化膜の製造方法は、その他の工程を含有してもよい。
その他の工程としては、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。
その他の工程としては、例えば、基材の表面処理工程等が挙げられる。
≪方法B≫
<硬化性組成物層形成工程>
方法Bは、硬化性組成物層形成工程を有する。方法Bにおいては、方法Aと同様に硬化性組成物層形成工程を行う。
<露光工程>
方法Bにおいては、方法Aと同様の手順に従って露光工程を行う。
なかでも、方法Bにおいては、波長330〜500nmの光(例えばi線)を用いて露光することが好ましい。露光に用いる光に、波長330〜500nm以外の光が含有されていてもよいが、この場合、波長330〜500nmの領域での最大波長の強度を100%とした場合において、波長200〜315nmの領域での最大波長の強度が10%以下であることが好ましい。
<現像工程>
方法Bは、現像工程を有する。方法Bにおいては、方法Aと同様に現像工程を行える。
<後硬化工程(紫外線照射工程)>
本工程は後硬化処理をする工程である。
方法Bでは、現像後の硬化性組成物に対して、更に、紫外線を照射して硬化膜を形成する(後硬化工程(紫外線照射工程))。
本工程で照射される光は、紫外線であり、波長300nm以下であることがより好ましい。本工程で照射される光は、紫外線(好ましくは波長300nm以下の光)を含有していれば特に制限はなく、紫外線以外の光を含有していてもよい。
本工程で照射される光は、波長330〜500nmの領域での最大波長の強度を100%とした場合において、波長200〜315nm(好ましくは、波長200〜300nm)の領域での最大波長の強度が50%以上であることが好ましい。
また、紫外線照射工程における光の照射量は、0.1〜20J/cmが好ましく、1〜10J/cmがより好ましい。
[硬化膜の物性、及び、硬化膜の用途]
〔硬化膜の物性〕
本発明の製造方法で得られる硬化膜は、優れた遮光性を有する点で、400〜1200nmの波長領域における膜厚1.0μmあたりの光学濃度(OD:Optical Density)が、2.0以上が好ましく、3.0以上がより好ましい。なお、上限値は特に制限されないが、一般に10以下が好ましい。上記硬化膜は、遮光膜として好ましく用いることができる。
また、本明細書において、400〜1200nmの波長領域における膜厚1.0μmあたりの光学濃度が、3.0以上とは、波長400〜1200nmの全域において、膜厚1.0μmあたりの光学濃度が3.0以上であることを意図する。
なお、本明細書において、硬化膜の光学濃度の測定方法としては、まず、ガラス基板上硬化膜を形成して、透過濃度計(X−rite 361T(visual)densitometer)を用いて測定し、測定箇所の膜厚も測定し、所定の膜厚あたりの光学濃度を算出する。
また、上記硬化膜は、表面凹凸構造を有することも好ましい。そうすることで、硬化膜を遮光膜とした場合における、硬化膜の反射率を低減できる。硬化膜そのものの表面に凹凸構造を有しても、硬化膜上に別の層を設けて凹凸構造を付与してもよい。表面凹凸構造の形状は特に限定されないが、表面粗さが0.55μm〜1.5μmの範囲であることが好ましい。
硬化膜の反射率は、5%以下が好ましく、3%以下がより好ましく、2%以下が更に好ましい。
表面凹凸構造を作製する方法は特に限定されないが、硬化膜若しくはそれ以外の層に、有機フィラー及び/又は無機フィラーを含む方法、露光現像を利用したリソグラフィー法、又は、エッチング法、スパッタ法及びナノインプリント法等で硬化膜若しくはそれ以外の層の表面を粗面化する方法であってもよい。
また、上記硬化膜の反射率を下げる方法としては、上記以外に、硬化膜上に低屈折率層を設ける方法、更に屈折率の異なる層(例えば、高屈折率層)を複数設ける方法、及び、特開2015−1654号公報に記載の、低光学濃度層と高光学濃度層とを形成する方法等が挙げられる。
また、上記硬化膜は、パーソナルコンピュータ、タブレット、携帯電話、スマートフォン、及び、デジタルカメラ等のポータブル機器;プリンタ複合機、及び、スキャナ等のOA(Office Automation)機器;監視カメラ、バーコードリーダ、現金自動預け払い機(ATM:automated teller machine)、ハイスピードカメラ、及び、顔画像認証を使用した本人認証機能を有する機器等の産業用機器;車載用カメラ機器;内視鏡、カプセル内視鏡、及び、カテーテル等の医療用カメラ機器;並びに、生体センサ、バイオセンサー、軍事偵察用カメラ、立体地図用カメラ、気象及び海洋観測カメラ、陸地資源探査カメラ、及び、宇宙の天文及び深宇宙ターゲット用の探査カメラ等の宇宙用機器;等に使用される光学フィルタ及びモジュールの遮光部材及び遮光膜、更には反射防止部材及び反射防止膜に好適である。
上記硬化膜は、マイクロLED(Light Emitting Diode)及びマイクロOLED(Organic Light Emitting Diode)等の用途にも使用できる。上記硬化膜は、マイクロLED及びマイクロOLEDに使用される光学フィルタ及び光学フィルムのほか、遮光機能又は反射防止機能を付与する部材に対して好適である。
マイクロLED及びマイクロOLEDの例としては、特表2015−500562号及び特表2014−533890に記載されたものが挙げられる。
上記硬化膜は、量子ドットセンサー及び量子ドット固体撮像素子に使用される光学フィルタ及び光学フィルムとしても好適である。また、遮光機能及び反射防止機能を付与する部材として好適である。量子ドットセンサー及び量子ドット固体撮像素子の例としては、米国特許出願公開第2012/37789号及び国際公開第2008/131313号パンフレットに記載されたもの等が挙げられる。
上記硬化膜は、自動車等の車両用前照灯に用いられるヘッドライトユニットの遮光部材及び/又は遮光膜に使用することも好ましい。また、反射防止部材及び反射防止膜等に使用することも好ましい。
〔遮光膜、並びに、固体撮像素子及び固体撮像装置〕
本発明の製造方法で得られた硬化膜は、いわゆる遮光膜として使用することも好ましい。このような遮光膜は、固体撮像素子に使用することも好ましい。
なお、遮光膜は、本発明の製造方法で得られる硬化膜における好ましい用途の1つである。つまり、本発明の硬化膜の製造方法で製造される硬化膜が、遮光膜であることも好ましい。
遮光膜である硬化膜の製造方法は、上述の硬化膜の製造方法として説明した方法で同様に行える。具体的には、基板に硬化性組成物を塗布して、硬化性組成物層を形成し、露光、及び、現像して遮光膜を製造できる。
また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、上述した本発明の製造方法を介して硬化膜(遮光膜)を製造する工程を含有する、上記硬化膜(遮光膜)を有する固体撮像素子を製造する方法である。
上述の通り、本発明の製造方法に係る、固体撮像素子は、上記硬化膜(遮光膜)を含有する。固体撮像素子が硬化膜(遮光膜)を含有する形態としては特に制限されず、例えば、基板上に、固体撮像素子(CCDイメージセンサ、CMOSイメージセンサ等)の受光エリアを構成する複数のフォトダイオード及びポリシリコン等からなる受光素子を有し、支持体の受光素子形成面側(例えば、受光部以外の部分及び/又は色調整用画素等)又は形成面の反対側に硬化膜を有するものが挙げられる。
固体撮像装置は、上記固体撮像素子を含有する。
このような固体撮像装置を、カメラ、指紋認証装置、及び、顔認証装置等に適用することも好ましい。
固体撮像装置、及び、固体撮像素子の構成例を図1及び2を参照して説明する。なお、図1及び2では、各部を明確にするため、相互の厚み及び/又は幅の比率は無視して一部誇張して表示している。
図1に示すように、固体撮像装置100は、矩形状の固体撮像素子101と、固体撮像素子101の上方に保持され、この固体撮像素子101を封止する透明なカバーガラス103とを備えている。更に、このカバーガラス103上には、スペーサー104を介してレンズ層111が重ねて設けられている。レンズ層111は、支持体113とレンズ材112とで構成されている。レンズ層111は、支持体113とレンズ材112とが一体成形された構成でもよい。レンズ層111の周縁領域に迷光が入射すると光の拡散によりレンズ材112での集光の効果が弱くなり、撮像部102に届く光が低減する。また、迷光によるノイズの発生も生じる。そのため、このレンズ層111の周縁領域は、遮光膜114が設けられて遮光されている。本発明の製造方法で得られる硬化膜は上記遮光膜114としても使用できる。
固体撮像素子101は、その受光面となる撮像部102で結像した光学像を光電変換して、画像信号として出力する。この固体撮像素子101は、2枚の基板を積層した積層基板105を備えている。積層基板105は、同サイズの矩形状のチップ基板106及び回路基板107からなり、チップ基板106の裏面に回路基板107が積層されている。
チップ基板106として用いられる基板の材料としては特に制限されず、公知の材料を使用できる。
チップ基板106の表面中央部には、撮像部102が設けられている。また、撮像部102の周縁領域に迷光が入射すると、この周縁領域内の回路から暗電流(ノイズ)が発生するため、この周縁領域は、遮光膜115が設けられて遮光されている。本発明の製造方法で得られる硬化膜は遮光膜115として用いることが好ましい。
チップ基板106の表面縁部には、複数の電極パッド108が設けられている。電極パッド108は、チップ基板106の表面に設けられた図示しない信号線(ボンディングワイヤでも可)を介して、撮像部102に電気的に接続されている。
回路基板107の裏面には、各電極パッド108の略下方位置にそれぞれ外部接続端子109が設けられている。各外部接続端子109は、積層基板105を垂直に貫通する貫通電極110を介して、それぞれ電極パッド108に接続されている。また、各外部接続端子109は、図示しない配線を介して、固体撮像素子101の駆動を制御する制御回路、及び固体撮像素子101から出力される撮像信号に画像処理を施す画像処理回路等に接続されている。
図2に示すように、撮像部102は、受光素子201、カラーフィルタ202、マイクロレンズ203等の基板204上に設けられた各部から構成される。カラーフィルタ202は、青色画素205b、赤色画素205r、緑色画素205g、及び、ブラックマトリクス205bmを有している。本発明の製造方法で得られる硬化膜は、ブラックマトリクス205bmとして用いることもできる。
基板204の材料としては、前述のチップ基板106と同様の材料を使用できる。基板204の表層にはpウェル層206が形成されている。このpウェル層206内には、n型層からなり光電変換により信号電荷を生成して蓄積する受光素子201が正方格子状に配列形成されている。
受光素子201の一方の側方には、pウェル層206の表層の読み出しゲート部207を介して、n型層からなる垂直転送路208が形成されている。また、受光素子201の他方の側方には、p型層からなる素子分離領域209を介して、隣接画素に属する垂直転送路208が形成されている。読み出しゲート部207は、受光素子201に蓄積された信号電荷を垂直転送路208に読み出すためのチャネル領域である。
基板204の表面上には、ONO(Oxide−Nitride−Oxide)膜からなるゲート絶縁膜210が形成されている。このゲート絶縁膜210上には、垂直転送路208、読み出しゲート部207、及び、素子分離領域209の略直上を覆うように、ポリシリコン又はアモルファスシリコンからなる垂直転送電極211が形成されている。垂直転送電極211は、垂直転送路208を駆動して電荷転送を行わせる駆動電極と、読み出しゲート部207を駆動して信号電荷読み出しを行わせる読み出し電極として機能する。信号電荷は、垂直転送路208から図示しない水平転送路及び出力部(フローティングディフュージョンアンプ)に順に転送された後、電圧信号として出力される。
垂直転送電極211上には、その表面を覆うように遮光膜212が形成されている。遮光膜212は、受光素子201の直上位置に開口部を有し、それ以外の領域を遮光している。本発明の製造方法で得られる硬化膜は、遮光膜212として用いることもできる。
遮光膜212上には、BPSG(borophospho silicate glass)からなる絶縁膜213、P−SiNからなる絶縁膜(パシベーション膜)214、透明樹脂等からなる平坦化膜215からなる透明な中間層が設けられている。カラーフィルタ202は、中間層上に形成されている。
その他、本発明の製造方法で得られる硬化膜(遮光膜)の用途に制限はなく、例えば、画像表示装置におけるブラックマトリクス(又はこのブラックマトリクスを含有するカラーフィルタ)に使用してもよいし、赤外線センサに使用してもよい。
以下に実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、及び、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更できる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきではない。
〔硬化性組成物の調製〕
以下に示す成分を使用して硬化性組成物を調製した。
<分散組成物>
以下の分散組成物を作製して硬化性組成物の調製に用いた。
(チタンブラック分散液A)
下記原料を、シンマルエンタープライゼス製のNPM Pilotを使用して分散処理を行い、チタンブラック分散液Aを得た。
・チタンブラック(T−1)(詳細は後述する) : 25質量部
・樹脂(X−1)のPGMEA30質量%溶液(顔料分散剤) : 25質量部
・PGMEA : 23質量部
・酢酸ブチル : 27質量部
上記樹脂(X−1)の構造は以下のとおりである。重量平均分子量は30000であった。また、各繰り返し単位に付した数字は、各ユニットのモル比を示す。
なお、PGMEAは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意味する。
また、樹脂(X−1)のPGMEA30質量%溶液とは、樹脂(X−1)の含有量が溶液の全質量に対して30質量%になるように、PGMEAに樹脂(X−1)を溶解させた溶液を意図する。以下、「(物質名)の(溶剤名)(数字)質量%溶液」という記載をする場合は、同様の意図に基づく。
・チタンブラック(T−1)の作製
平均粒径15nmの酸化チタンMT−150A(商品名、テイカ製)(100g)、BET表面積300m/gのシリカ粒子AEROSIL(登録商標)300/30(エボニック製)(25g)、及び、分散剤DISPERBYK−190(商品名、BYK社製)(100g)秤量し、イオン電気交換水(71g)を加えてKURABO製MAZERSTAR KK−400Wを使用して、公転回転数1360rpm、自転回転数1047rpmにて20分間処理することにより均一な混合物水溶液を得た。この水溶液を石英容器に充填し、小型ロータリーキルン(株式会社モトヤマ製)を用いて酸素雰囲気中で920℃に加熱した後、窒素で雰囲気を置換し、同温度でアンモニアガスを100mL/minで5時間流すことにより窒化還元処理を実施した。終了後回収した粉末を乳鉢で粉砕し、Si原子を含み、粉末状の比表面積73m/gのチタンブラック(T−1)を得た。
(チタンブラック分散液B)
樹脂(X−1)のPGMEA30質量%溶液(顔料分散剤)を、樹脂(X−2)のPGMEA30質量%溶液(顔料分散剤)に変更した以外はチタンブラック分散液Aと同様にしてチタンブラック分散液Bを作製した。
樹脂(X−2)の構造は以下のとおりである。重量平均分子量は18000であった。また、各繰り返し単位に付した数字は、各ユニットのモル比を示す。また、下記構造中、xとyは繰り返し数を表し、x/y=83.2/16.8であり、x+y=20である。
樹脂(X−2)は、グラフト鎖を有する繰り返し単位、及び、エチレン性不飽和基を有する繰り返し単位を含有する樹脂に該当する。
樹脂(X−2)のエチレン性不飽和基の含有量は0.45mmol/gである。
(Red顔料分散液R1)
シンマルエンタープライゼス製のNPM Pilotを使用して、下記原料の分散処理を行い、Red顔料分散液R1を得た。
・Pigment Red254 : 8.3質量部
・Pigment Yellow139 : 3.7質量部
・DISPERBYK−161(分散剤、BYK社製、固形分30質量%) : 16.0質量部
・PGMEA : 72.0質量部
(Blue顔料分散液B1)
シンマルエンタープライゼス製のNPM Pilotを使用して、下記原料の分散処理を行い、Blue顔料分散液B1を得た。
・Pigment Blue15:6 : 9.5質量部
・Pigment Violet23 : 2.4質量部
・DISPERBYK−161(分散剤、BYK社製、固形分30質量%) : 18.7質量部
・PGMEA : 69.4質量部
(カーボンブラック(CB)分散液C1)
下記原料を混合して得られた分散物を、更に攪拌機により十分に攪拌し、プレミキシングを行った。更に、分散物に対し、寿工業製のウルトラアペックスミルUAM015を使用して後述の分散条件にて分散処理を行い、分散液を得た。分散終了後、フィルタによりビーズと分散液を分離して、CB分散液C1を得た。
・被覆カーボンブラック(詳細は後述する) : 20質量部
・DISPERBYK−167(顔料分散剤、BYK社製、固形分52質量%) : 8.7質量部
・ソルスパース12000(顔料誘導体、ルーブリゾール社製) : 1質量部
・PGMEA : CB分散液C1の固形分が35質量%になる量
・分散条件
ビーズ径:φ0.05mm
ビーズ充填率:65体積%
ミル周速:10m/sec
セパレーター周速:11m/s
分散処理する混合液量:15.0g
循環流量(ポンプ供給量):60kg/hour
処理液温度:20〜25℃
冷却水:水道水 5℃
ビーズミル環状通路内容積:2.2L
パス回数:84パス
・被覆カーボンブラックの作製
通常のオイルファーネス法で、カーボンブラックを製造した。ただし、原料油としては、Na分量、Ca分量、及び、S分量の少ないエチレンボトム油を用い、ガス燃料を用いて燃焼を行った。更に、反応停止水としては、イオン交換樹脂で処理した純水を用いた。
ホモミキサーを用いて、得られたカーボンブラック(540g)を純水(14500g)と共に5,000〜6,000rpmで30分撹拌し、スラリーを得た。このスラリーをスクリュー型撹拌機付容器に移して、約1,000rpmで混合しながらエポキシ樹脂「エピコート828」(ジャパンエポキシレジン製)(60g)を溶解したトルエン(600g)を少量ずつ添加した。約15分で、水に分散していたカーボンブラックは全量トルエン側に移行し、約1mmの粒子となった。
次に、60メッシュ金網で水切りを行った後、分離された粒を真空乾燥機に入れ、70℃で7時間乾燥し、トルエン及び水を除去した。得られた被覆カーボンブラックの樹脂被覆量は、カーボンブラックと樹脂の合計量に対して10質量%であった。
<黒色染料>
以下の黒色染料を、硬化性組成物の調製に用いた。
・RDW−K01(重合性染料、和光純薬株式会社製)
<重合性化合物>
以下の重合性化合物を、硬化性組成物の調製に用いた。
・DPHA:KAYARAD DPHA(商品名、日本化薬製、6官能重合性化合物(二重結合当量:10.4mmol/g)、及び、5官能重合性化合物(二重結合当量:9.5mmol/g)の混合物。全体としての二重結合当量(6官能重合性化合物及び5官能重合性化合物の、二重結合当量の加重平均の値))は10.1mmol/g)
・RP−1040:KAYARAD RP−1040(日本化薬製、4官能重合性化合物、二重結合当量:7.5mmol/g)
・A−TMMT:NKエステルA−TMMT(商品名、新中村化学製、4官能重合性化合物、二重結合当量:11.35mmol/g)
<樹脂>
以下の樹脂(樹脂を含有する溶液)を、硬化性組成物の調製に用いた。
・RD−F8:アクリキュア−RD−F8(日本触媒製、固形分40質量%、溶剤:プロピレングリコールモノメチルエーテル)
・FF−426:アクリルベースFF−426(藤倉化成製、固形分39質量%、溶剤:プロピレングリコールモノメチルエーテル)
・ACA230AA:サイクロマーP (ACA)Z230AA(ダイセル化学工業製、固形分54質量%(ACA230AAの固形分は実測した値である。その他の市販品である原料の固形分の値はカタログ値である。))
<光重合開始剤>
以下の光重合開始剤を、硬化性組成物の調製に用いた。
・OXE01:IRGACURE OXE−01(BASF製)
・OXE02:IRGACURE OXE−02(BASF製)
・2959:IRGACURE 2959(BASF製)
なお、上記IRGACURE 2959は、特定開始剤にあたる。
<界面活性剤>
以下の界面活性剤を、硬化性組成物の調製に用いた。
・F−780:メガファックF−780(DIC製)
・F−781溶液:メガファックF−781(DIC製)のシクロヘキサノン0.2質量%溶液
・D−6112−W:パイオニンD−6112−W(竹本油脂製)
・混合物X:下記に示す混合物(重量平均分子量:14000)
<シランカップリング剤>
以下のシランカップリング剤を、硬化性組成物の調製に用いた。
・KBM−602溶液:KBM−602(信越化学製)のシクロヘキサノン0.9質量%溶液
<紫外線吸収剤>
以下の紫外線吸収剤を、硬化性組成物の調製に用いた。
・UV−503(大東化学製)
<重合禁止剤>
以下の重合禁止剤を、硬化性組成物の調製に用いた。
・p−メトキシフェノール
<溶剤>
以下の溶剤を、硬化性組成物の調製に用いた。
・PGMEA:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
・XAN:シクロヘキサノン
上述の成分を混合して、下記表に示す硬化性組成物を調製した。
表は、各硬化性組成物中における各成分の含有量(質量部)を示す。
例えば、硬化性組成物1は、チタンブラック分散液Aを、73質量部含有することを示す。
また、表中、「色材含有量」の欄は、各分散組成物においては、分散組成物中の全質量に対する色材(顔料)の含有量(質量%)を示す。また、RDW−K01においては、黒色染料そのものを使用しており、色材含有量が100質量%であることを示す。
「全固形分に対する色材含有量」の欄は、各硬化性組成物中の固形分の全質量に対する、黒色色材の含有量(質量%)を示す。
なお、硬化性組成物5においては、Red顔料分散液R1とBlue顔料分散液B1とを混合したことによって、複数の色材が混在している状態であり、硬化性組成物5は混合色材を含有しているといえる。この混合色材(Pigment Red254、Pigment Yellow139、Pigment Blue15:6、及び、Pigment Violet23の混合物)は、全体として黒色になるように調整された黒色色材(黒色顔料)であり、上述した評価基準Zを満たす。
〔試験〕
上述した各硬化性組成物を用いて以下の試験を行った。
<遮光性>
硬化性組成物をそれぞれ、ガラス基板上にスピンコート法で塗布し、その後、ホットプレート上で100℃にて2分間加熱して硬化性組成物層を得た。次に、i線ステッパー露光装置FPA−3000i5+(Canon製)を使用して、2cm四方の角パターンを含むマスクを介して、得られた硬化性組成物層に対して200mJ/cmで露光した。露光された硬化性組成物層を、現像液「CD−2060」(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)で60秒間パドル現像し、更にスピン乾燥した。その後、現像及び乾燥後の硬化性組成物層に対して、後述する装置A〜Dのいずれかを用いた後硬化処理を施し、硬化膜を得た。
その後、UV−3600(日立株式会社製:分光光度計)を使用して、下記評価基準に従って、硬化膜の遮光性を評価した。
A:波長400〜700nmにおいて透過率の最大値が10%未満
B:波長400〜700nmにおいて透過率の最大値が10%以上
<パターン欠陥抑制性の評価>
基板として100nmのSiOを蒸着した8インチのシリコン基板を使用したことと、マスクとして5μm四方の角パターンを含むマスクを使用して露光したこと以外は、上述の<遮光性>の試験と同様にして硬化膜を得た。
その後、異物評価装置コンプラスIII(アプライドマテリアルズ社製)コンプラスを使用して、得られた硬化膜の欠陥数を評価した。
A:欠陥数が100個/Wafer未満であり、問題ないレベル
B:欠陥数が100個/Wafer以上300個/Wafer未満であり、問題ないレベル
C:欠陥数が300個/Wafer以上であり、問題あるレベル
<引置き欠陥抑制性の評価>
上述した<パターン欠陥の評価>の試験で作製した基板を、23℃条件下で30日間放置した。その後、得られたパターンを断面SEM(走査型電子顕微鏡)で確認し、下記観点で引き置き欠陥を評価した。
A:パターンが正常に形成されており、問題ないレベル
B:パターンがわずかに変形しているが、問題ないレベル
C:パターンが変形しているが、使いこなせるレベル
D:パターンが大きく変形し、実用上問題となるレベル
<膜収縮抑制性の評価>
ガラス基板上に、スピンコート法を用いて各硬化性組成物をそれぞれ塗布し、その後、ホットプレート上で100℃にて2分間加熱して、硬化性組成物層を得た。次に、i線ステッパー露光装置FPA−3000i5+(Canon製)を使用して、2cm四方の角パターンを含むマスクを介して、得られた硬化性組成物層に対して200mJ/cmで露光した。露光された硬化性組成物層を、現像液「CD−2060」(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)で60秒間パドル現像し、更にスピン乾燥した。その後、現像及び乾燥後の硬化性組成物層に対して、後述する装置A〜Dのいずれかを用いた後硬化処理を施し、硬化膜を得た。
この際、後硬化処理をする前の硬化性組成物層の膜厚と、後硬化処理をして得られた硬化膜の膜厚とを、触針式表面形状測定器(ULVAC社製 DEKTAK150)を用いて測定した。この結果から、膜収縮率「1−(後硬化処理をして得られた硬化膜の膜厚/後硬化処理をする直前の硬化性組成物層の膜厚)」を計算し、下記評価基準に従って膜収縮抑制性を評価した。A、Bを許容内とした。
A:膜収縮率が0.03以下であり、問題ないレベル
B:膜収縮率が0.03超0.05以下であり、問題ないレベル
C:膜収縮率が0.05超であり、問題あるレベル
<装置A〜D>
・装置A:加熱槽を密閉し、加熱槽内の空気を排気しながら、窒素を導入したオーブン
・装置B:加熱槽を密閉し、加熱槽内の空気を排気しながら、窒素を導入したホットプレート式加熱装置。
・装置C:UVキュア装置ユニハードUMA−802(ウシオ社製)
・装置D:加熱槽を密閉し、加熱槽内の空気を排気しながら、空気を導入したホットプレート式加熱装置
なお、装置A及びBは、方法Aに使用できる。装置Cは、方法Bに使用できる。
装置A〜Dを用いた際の各種条件は、後述する表にまとめて示す。
〔結果〕
試験の結果を下記表に示す。
表中、「番号」の欄は、試験に供した硬化性組成物の番号を示す。
「色材」の欄は、硬化性組成物が含有する色材の種類を示す。「Ti」はチタンブラックを意味し、「CB」はカーボンブラックを意味し、「Ti/CB」はチタンブラックとカーボンブラックの混合系であることを意味し、「Pig」はその他の顔料を意味し、「黒染料」は黒色染料を意味する。
「色材含有量」の欄は、硬化性組成物中の固形分の全質量に対する、色材の含有量(質量%)を示す。
「重合性化合物C=C価」の欄は、硬化性組成物に使用した、重合性化合物の二重結合当量を示す。なお、重合性化合物を2製品混合して使用している硬化性組成物12については、硬化性組成物に含まれる重合性化合物の全体としての二重結合当量(各重合性化合物の二重結合当量の加重平均の値)を示す。
「グラフト鎖/C=C樹脂」の欄は、硬化性組成物が、グラフト鎖を有する繰り返し単位、及び、エチレン性不飽和基を有する繰り返し単位を含有する樹脂を含有するか否かを示す。含有する場合を「A」とし、含有しない場合を「B」とした。
「特定開始剤」の欄は、硬化性組成物が、特定開始剤である光重合開始剤を含有するか否かを示す。含有する場合を「A」とし、含有しない場合を「B」とした。
「塗布後膜厚」の欄は、各試験において形成した硬化性組成物層の、露光前における厚みを示す。
「酸素濃度」の欄は、後硬化処理をした際の加熱槽中の酸素濃度を意味する。「ppm」は「体積ppm」を意味し、「%」は「体積%」を意味する。
「露光量」の欄は、装置Cを用いて照射した光のエネルギーの総量を示す。
本発明の方法によれば、引置き欠陥抑制性に優れる硬化膜が製造できることが確認された。
方法Aで後硬化をする場合において、引置き欠陥抑制性がより優れる点から、酸素濃度は、500体積ppm以下が好ましく、100体積ppm以下がより好ましいことが確認された(実施例1〜5の比較)。
方法Aで後硬化をする場合において、硬化性組成物中の色材が、黒色顔料である場合、得られる硬化膜の膜収縮がより抑制されることが確認された(実施例1〜14と15との比較)。
また、方法Aで後硬化をする場合において、硬化性組成物中の色材が、チタンブラック(チタン窒化物)である場合、得られる硬化膜の引置き欠陥抑制性がより優れることが確認された(実施例2、6、及び、7の比較。実施例1と14との比較)。
方法Aを実施するには、オーブンで加熱処理を行うことで、得られる硬化膜のパターン欠陥がより抑制されることが確認された(実施例2と8との比較)。
また、方法Aで後硬化をする場合において、硬化性組成物中の重合性化合物の二重結合当量が10.0mmol/g以上である場合、得られる硬化膜の引置き欠陥抑制性がより優れることが確認された(実施例1と11との比較)。
方法Bで後硬化をする場合、黒色顔料の含有量を、硬化性組成物の全固形分に対して、55質量%未満とすることで、得られる硬化膜の引置き欠陥抑制性がより優れることが確認された(実施例20と21との比較)。
方法Bで後硬化をする場合、硬化性組成物が、グラフト鎖を有する繰り返し単位、及び、側鎖にエチレン性不飽和基を有する繰り返し単位を含有する樹脂を含有することで、得られる硬化膜の引置き欠陥抑制性がより優れることが確認された(実施例16と24との比較。実施例22と23との比較)。
方法Bで後硬化をする場合、硬化性組成物が、特定開始剤を含有することで、得られる硬化膜の引置き欠陥抑制性がより優れることが確認された(実施例16と17との比較)。
また、方法Bで後硬化をする場合において、硬化性組成物中の色材が、赤外線を吸収する黒色顔料である場合、得られる硬化膜の膜収縮がより抑制されることが確認された(実施例16、18、19、及び、28の比較)。
100・・・固体撮像装置
101・・・固体撮像素子
102・・・撮像部
103・・・カバーガラス
104・・・スペーサー
105・・・積層基板
106・・・チップ基板
107・・・回路基板
108・・・電極パッド
109・・・外部接続端子
110・・・貫通電極
111・・・レンズ層
112・・・レンズ材
113・・・支持体
114、115・・・硬化膜
201・・・受光素子
202・・・カラーフィルタ
201・・・受光素子
202・・・カラーフィルタ
203・・・マイクロレンズ
204・・・基板
205b・・・青色画素
205r・・・赤色画素
205g・・・緑色画素
205bm・・・ブラックマトリクス
206・・・pウェル層
207・・・読み出しゲート部
208・・・垂直転送路
209・・・素子分離領域
210・・・ゲート絶縁膜
211・・・垂直転送電極
212・・・硬化膜
213、214・・・絶縁膜
215・・・平坦化膜

Claims (20)

  1. 黒色顔料及び黒色染料からなる群から選択される1種以上の黒色色材、重合性化合物、並びに、光重合開始剤を含有する硬化性組成物を用いて硬化性組成物層を形成する工程と、
    前記硬化性組成物層に、活性光線又は放射線を照射することにより露光する工程と、
    前記露光後の硬化性組成物層を現像する工程と、
    前記現像後の硬化性組成物層を、酸素濃度が1000体積ppm未満の環境下において、170℃未満で加熱して硬化膜を形成する工程と、を含有する、硬化膜の製造方法。
  2. 前記酸素濃度が100体積ppm以下である、請求項1に記載の硬化膜の製造方法。
  3. 前記加熱がオーブンを用いて行われる、請求項1又は2に記載の硬化膜の製造方法。
  4. 前記光重合開始剤が、オキシムエステル系重合開始剤を含有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の硬化膜の製造方法。
  5. 前記重合性化合物の二重結合当量が、10.0mmol/g以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の硬化膜の製造方法。
  6. 前記黒色色材が、前記黒色顔料である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の硬化膜の製造方法。
  7. 前記黒色顔料が、赤外線を吸収する、請求項6に記載の硬化膜の製造方法。
  8. 前記黒色顔料が、チタンの窒化物及び酸窒化物、ジルコニウムの窒化物及び酸窒化物、バナジウムの窒化物及び酸窒化物、並びに、ニオブの窒化物及び酸窒化物からなる群から選択される1種以上である、請求項7に記載の硬化膜の製造方法。
  9. 前記硬化膜が遮光膜である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の硬化膜の製造方法。
  10. 硬化膜を有する固体撮像素子の製造方法であって、請求項1〜9のいずれか1項に記載の硬化膜の製造方法を含む、固体撮像素子の製造方法。
  11. 黒色顔料及び黒色染料からなる群から選択される1種以上の黒色色材、重合性化合物、並びに、光重合開始剤を含有する硬化性組成物を用いて硬化性組成物層を形成する工程と、
    前記硬化性組成物層に、活性光線又は放射線を照射することにより露光する工程と、
    前記露光後の硬化性組成物層を現像する工程と、
    前記現像後の硬化性組成物層に、紫外線を照射して硬化膜を形成する工程と、を含む、硬化膜の製造方法。
  12. 前記硬化性組成物が、更に、グラフト鎖を有する繰り返し単位、及び、側鎖にエチレン性不飽和基を有する繰り返し単位を含有する樹脂を含有する、請求項11に記載の硬化膜の製造方法。
  13. 前記紫外線を照射して硬化膜を形成する工程において、照射される光が、波長300nm以下である、請求項11又は12に記載の硬化膜の製造方法。
  14. 前記光重合開始剤が、波長365nmにおいて感光性を有さない光重合開始剤を含有する、請求項11〜13のいずれか1項に記載の硬化膜の製造方法。
  15. 前記黒色色材が、前記黒色顔料である、請求項11〜14のいずれか1項に記載の硬化膜の製造方法。
  16. 前記黒色顔料の含有量が、前記硬化性組成物の全固形分に対して、55質量%未満である、請求項15に記載の硬化膜の製造方法。
  17. 前記黒色顔料が、赤外線を吸収する、請求項15又は16に記載の硬化膜の製造方法。
  18. 前記黒色顔料が、チタンの窒化物及び酸窒化物、ジルコニウムの窒化物及び酸窒化物、バナジウムの窒化物及び酸窒化物、並びに、ニオブの窒化物及び酸窒化物からなる群から選択される1種以上である、請求項17に記載の硬化膜の製造方法。
  19. 前記硬化膜が遮光膜である、請求項11〜18のいずれか1項に記載の硬化膜の製造方法。
  20. 硬化膜を有する固体撮像素子の製造方法であって、請求項11〜19のいずれか1項に記載の硬化膜の製造方法を含む、固体撮像素子の製造方法。

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