JPWO2019208210A1 - 分散剤組成物、着色組成物およびカラーフィルタ - Google Patents

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Abstract

【課題】顔料分散性に優れた分散剤組成物を提供することを目的とする。【解決手段】分散剤組成物は、(a)酸性基を有するAブロックと、一般式(1)、(2)で表される構造単位を含むBブロックとを有するブロック共重合体;(b)芳香族化合物;(c)3級アミン化合物を混合してなることを特徴とする。【化1】〔式(1)、(2)において、R11、R12、R13、R21およびR22は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい鎖状もしくは環状の炭化水素基を示す。R11、R12およびR13のうち2つ以上が互いに結合して環状構造を形成していてもよい。R21およびR22が互いに結合して環状構造を形成していてもよい。R14、R23は水素原子またはメチル基を示す。X1、X2は2価の連結基を示す。Y-は対イオンを示す。〕【選択図】なし

Description

本発明は、分散剤組成物、前記分散剤組成物を含有する着色組成物、および、前記着色組成物を用いて形成された着色層を備えるカラーフィルタに関する。
従来、液晶ディスプレイ等に用いられるカラーフィルタの製造において、基板への着色材の付与方法としては、顔料分散法、染色法、電着法、印刷法等が知られている。これらの中でも、分光特性、耐久性、パターン形状および精度の観点から、顔料分散法が広く使用されている。顔料分散法では、例えば、顔料、分散剤、分散媒体(溶媒)等を混合した着色組成物からなる塗布膜を基板上に形成し、所望のパターン形状のフォトマスクを介して露光し、アルカリ現像が行われる。
近年、カラーフィルタに対して、より高透過、高輝度、高コントラストかつ高色域化が要求されている。そのため、着色組成物中の顔料の高濃度化や、固有の透過吸収スペクトルがバックライトの蛍光体スペクトルと合致する顔料の開発など、種々の検討が行われている。
特に、緑色画素の高輝度化に関して、例えば特許文献1および2に記載のような、特定の色相を有する新しいハロゲン化亜鉛フタロシアニン緑色顔料が提案されている。これにより、従来のハロゲン化銅フタロシアニン緑色顔料に対する高輝度化が実現された。また、特許文献3では3級アミノ基を有するビニルモノマーに由来する構造単位及び4級アンモニウム塩基を有するビニルモノマーに由来する構造単位を含み、4級アンモニウム塩基の含有割合が3級アミノ基と4級アンモニウム塩基の含有割合の合計の60モル%以下である分散剤を用いることが開示されている。
特開2004−70342号公報 特開2004−70343号公報 特開2016−38584号公報
しかしながら、特許文献1および2に記載されている顔料を用いると顔料分散液の粘度が高くなり、この顔料分散液を用いた着色樹脂組成を工業的に製造することが困難となる。また、特許文献3の方法で用いられている分散剤では、顔料分散性が十分なものではなかった。本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、顔料分散性に優れた分散剤組成物を提供することを目的とする。
上記課題を解決することができた本発明の分散剤組成物は、(a)酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位を含むAブロックと、下記一般式(1)で表される構造単位および下記一般式(2)で表される構造単位を含むBブロックとを有するブロック共重合体、(b)芳香族ジカルボン酸イミド、酸性基含有芳香族化合物およびフェノール性ヒドロキシ基含有芳香族化合物よりなる群から選択される少なくとも1種の芳香族化合物、および、(c)3級アミン化合物を混合してなることを特徴とする。
Figure 2019208210
〔式(1)において、R11、R12およびR13は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい鎖状もしくは環状の炭化水素基を示す。R11、R12およびR13のうち2つ以上が互いに結合して環状構造を形成していてもよい。X1は2価の連結基を示す。R14は水素原子またはメチル基を示す。Y-は対イオンを示す。〕
Figure 2019208210
〔式(2)において、R21およびR22は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい鎖状もしくは環状の炭化水素基を示す。R21およびR22が互いに結合して環状構造を形成していてもよい。X2は2価の連結基を示す。R23は水素原子またはメチル基を示す。〕
本発明の分散剤組成物を用いれば、着色材の分散性が高く、粘度が低い着色組成物が得られる。特に、(c)3級アミン化合物として、環状アミジン化合物を使用すれば、着色組成物から形成される塗膜の輝度も向上させることができる。
本発明の分散剤組成物は、(a)酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位を含むAブロックと、後述する一般式(1)で表される構造単位および後述する一般式(2)で表される構造単位を含むBブロックとを有するブロック共重合体;(b)芳香族ジカルボン酸イミド、酸性基含有芳香族化合物およびフェノール性ヒドロキシ基含有芳香族化合物よりなる群から選択される少なくとも1種の芳香族化合物;(c)3級アミン化合物を混合してなることを特徴とする。
(a)ブロック共重合体
前記分散剤組成物は、(a)ブロック共重合体を含有する。前記(a)ブロック共重合体は、1種類のみを配合してもよいし、2種以上を併用してもよい。前記(a)ブロック共重合体は、酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位を含むAブロックと、後述する一般式(1)で表される構造単位および後述する一般式(2)で表される構造単位を含むBブロックとを有する。
本発明において、「Aブロック」は「Aセグメント」と言い換えることができ、「Bブロック」は「Bセグメント」と言い換えることができる。本発明において、「ビニルモノマー」とは分子中にラジカル重合可能な炭素−炭素二重結合を有するモノマーのことをいう。「ビニルモノマーに由来する構造単位」とは、ビニルモノマーのラジカル重合可能な炭素−炭素二重結合が、重合して炭素−炭素単結合になった構造単位をいう。「(メタ)アクリル」は「アクリルおよびメタクリルの少なくとも一方」をいう。「(メタ)アクリレート」は「アクレートおよびメタクリレートの少なくとも一方」をいう。「(メタ)アクリロイル」は「アクリロイルおよびメタクリロイルの少なくとも一方」をいう。
(Aブロック)
Aブロックは、酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位を有するポリマーブロックである。Aブロックは、酸性基を有することで、アルカリ現像が容易になると考えられる。そのため、前記ブロック共重合体は、アルカリ現像を採用したカラーフィルタの製造に使用されるカラーフィルタ用の着色組成物に好適に使用できる。
前記酸性基としては、カルボキシ基(−COOH)、スルホン酸基(−SO3H)、リン酸基(−OPO32)、ホスホン酸基(−PO32)、ホスフィン酸基(−PO22)が挙げられる。Aブロックは、酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位を1種のみ有してもよいし、2種以上有していてもよい。
前記酸性基を有するビニルモノマーとしては、カルボキシ基を有するビニルモノマー、スルホン酸基を有するビニルモノマー、またはリン酸基を有するビニルモノマーから選択される少なくとも1種が好ましい。これらの中でも好ましくは、カルボキシ基を有する(メタ)アクリルモノマー、スルホン酸基を有する(メタ)アクリルモノマー、またはリン酸基を有する(メタ)アクリルモノマーから選択される少なくとも1種である。
カルボキシ基を有するビニルモノマーとしては、(メタ)アクリル酸;2−(メタ)アクリロイルオキシエチルサクシネート、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルマレアート、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルフタレート等のヒドロキシ基を有するビニルモノマー(好ましくはヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート)に無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸等の酸無水物を反応させたモノマー;クロトン酸;マレイン酸;イタコン酸等が挙げられる。
スルホン酸基を有するビニルモノマーとしては、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、ジスルホン酸エチル(メタ)アクリレート、メチルプロピルスルホン酸(メタ)アクリルアミド、スルホン酸エチル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。
リン酸基を有するビニルモノマーとしては、(メタ)アクリル酸2−(ホスホノオキシ)エチル等が挙げられる。
酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位の含有率は、Aブロック100質量%中において2質量%以上が好ましく、より好ましくは5質量%以上、さらに好ましくは7質量%以上であり、20質量%以下が好ましく、より好ましくは18質量%以下、さらに好ましくは16質量%以下である。酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位の含有率が2質量%以上であればアルカリ現像において、アルカリで中和した際の溶解速度が速くなり、20質量%以下であれば親水性が高すぎず、形成される画素が乱雑になることを抑制できる。
前記Aブロックは、酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位以外の他の構造単位を有していてもよい。Aブロックに含まれ得る他の構造単位は、酸性基を有するビニルモノマー、および後述のBブロックを形成するビニルモノマーの両方と共重合し得るビニルモノマーにより形成されるものであれば特に制限はない。Aブロックの他の構造単位を形成し得るビニルモノマーは単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
Aブロックの他の構造単位を形成し得るビニルモノマーの具体例としては、α−オレフィン、芳香族ビニルモノマー、ヘテロ環を含有するビニルモノマー、ビニルアミド、カルボン酸ビニル、ジエン類、(メタ)アクリルモノマー等が挙げられる。これらのビニルモノマーはヒドロキシ基、エポキシ基を有していてもよい。
α−オレフィンとしては、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン等が挙げられる。
芳香族ビニルモノマーとしては、スチレン、α−メチルスチレン、4−メチルスチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メトキシスチレン、2−ヒドロキシメチルスチレン、1−ビニルナフタレン等が挙げられる。
ヘテロ環を含有するビニルモノマーとしては、2−ビニルチオフェン、N−メチル−2−ビニルピロール、2−ビニルピリジン、4−ビニルピリジン等が挙げられる。
ビニルアミドとしては、N−ビニルホルムアミド、N−ビニルアセトアミド、1−ビニル−2−ピロリドン、N−ビニル−ε−カプロラクタム等が挙げられる。
カルボン酸ビニルとしては、酢酸ビニル、ピバル酸ビニル、安息香酸ビニル等が挙げられる。
ジエン類としては、ブタジエン、イソプレン、4−メチル−1,4−ヘキサジエン、7−メチル−1,6−オクタジエン等が挙げられる。
(メタ)アクリルモノマーとしては、鎖状アルキル基(直鎖アルキル基または分岐鎖状アルキル基)を有する(メタ)アクリレート;環状アルキル基(単環構造)を有する(メタ)アクリレート;芳香環基を有する(メタ)アクリレート;(メタ)アクリルアミド;ポリアルキレングリコール構造単位を有する(メタ)アクリレート;ヒドロキシ基を有する(メタ)アクリレート;ラクトン変性ヒドロキシ基を有する(メタ)アクリレート;アルコキシ基を有する(メタ)アクリレート;環状エーテル基を有する(メタ)アクリレート等が挙げられる。
鎖状アルキル基を有する(メタ)アクリレートとしては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、sec−ブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート等が挙げられる。環状アルキル基を有する(メタ)アクリレートとしては、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、メチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロドデシル(メタ)アクリレート等が挙げられる。芳香環基を有する(メタ)アクリレートとしては、ベンジル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
(メタ)アクリルアミドとしては、(メタ)アクリルアミド、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。
ポリアルキレングリコール構造単位を有する(メタ)アクリレートとしては、ポリエチレングリコール(重合度=2〜10)メチルエーテル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(重合度=2〜10)エチルエーテル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(重合度=2〜10)プロピルエーテル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(重合度=2〜10)フェニルエーテル(メタ)アクリレート等のポリエチレングリコール構造単位を有する(メタ)アクリレート;ポリプロピレングリコール(重合度=2〜10)メチルエーテル(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(重合度=2〜10)エチルエーテル(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(重合度=2〜10)プロピルエーテル(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(重合度=2〜10)フェニルエーテル(メタ)アクリレート等のポリプロピレングリコール構造単位を有する(メタ)アクリレート等が挙げられる。
ヒドロキシ基を有する(メタ)アクリレートとしては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
ラクトン変性ヒドロキシ基を有する(メタ)アクリレートとしては、前記ヒドロキシ基を有する(メタ)アクリレートにラクトンを付加したものが挙げられ、カプロラクトンを付加したものが好ましい。ラクトンの付加量は、1mol〜10molが好ましく、1mol〜5molがより好ましい。前記ラクトン変性ヒドロキシ基を有する(メタ)アクリレートとしては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートのカプロラクトン1mol付加物、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートのカプロラクトン2mol付加物、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートのカプロラクトン3mol付加物、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートのカプロラクトン4mol付加物、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートのカプロラクトン5mol付加物、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートのカプロラクトン10mol付加物等が挙げられる。
アルコキシ基を有する(メタ)アクリレートとしては、メトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
環状エーテル基を有する(メタ)アクリレートとしては、グリシジル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフルフリル、(メタ)アクリロイルモルホリン、(メタ)アクリル酸2−(4−モルホリニル)エチル、(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル(メタ)アクリレート、(2−メチル−2−エチル−1,3−ジオキソラン−4−イル)メチル(メタ)アクリレート、環状トリメチロールプロパンホルマール(メタ)アクリレート、2−〔(2−テトラヒドロピラニル)オキシ〕エチル(メタ)アクリレート、1,3−ジオキサン−(メタ)アクリレート等が挙げられる。
Aブロックに含まれ得る他の構造単位を形成し得るビニルモノマーは、(メタ)アクリルモノマーが好ましく、鎖状アルキル基を有する(メタ)アクリレート、芳香環基を有する(メタ)アクリレート、ポリアルキレングリコール構造単位を有する(メタ)アクリレート、ヒドロキシ基を有する(メタ)アクリレート、ラクトン変性ヒドロキシ基を有する(メタ)アクリレート、環状エーテル基を有する(メタ)アクリレートよりなる群から選択される少なくとも1種であることがより好ましい。Aブロックで使用し得る前記ビニルモノマーは、それぞれ1種または2種以上を使用することができる。
Aブロックが、鎖状アルキル基を有する(メタ)アクリレート、環状アルキル基を有する(メタ)アクリレート、および、芳香環基を有する(メタ)アクリレートよりなる群から選択される少なくとも1種のビニルモノマーに由来する構造単位を有する場合、これらの構造単位の合計含有率は、Aブロック100質量%中において30質量%以上が好ましく、より好ましくは35質量%以上、さらに好ましくは40質量%以上、一層好ましくは50質量%以上、より一層好ましくは60質量%以上、特に好ましくは70質量%以上であり、98質量%以下が好ましく、より好ましくは95質量%以下、さらに好ましくは90質量%以下である。
Aブロックが、(メタ)アクリルアミド、ポリアルキレングリコール構造単位を有する(メタ)アクリレート、ヒドロキシ基を有する(メタ)アクリレート、ラクトン変性ヒドロキシ基を有する(メタ)アクリレート、アルコキシ基を有する(メタ)アクリレート、および、環状エーテル基を有する(メタ)アクリレートよりなる群から選択される少なくとも1種のビニルモノマーに由来する構造単位を有する場合、これらの構造単位の合計含有率は、Aブロック100質量%中において2質量%以上が好ましく、より好ましくは5質量%以上、さらに好ましくは10質量%以上であり、70質量%以下が好ましく、より好ましくは65質量%以下、さらに好ましくは60質量%以下、一層好ましくは50質量%以下、より一層好ましくは30質量%以下、特に好ましくは20質量%以下である。
また、Aブロックは、アミノ基を有さないことが好ましい。つまり、Aブロックを構成するビニルモノマーには、アミノ基を有するビニルモノマーを含有しないことが好ましい。Aブロックにアミノ基が多量に存在すると、着色材の分散剤として使用した際に、着色材がAブロックおよびBブロックの両方に吸着されてしまい、着色材の分散性能が低下する。Aブロック中のアミノ基を有するビニルモノマーに由来する構造単位の含有率は、2質量%以下が好ましく、より好ましくは1質量%以下、さらに好ましくは0.1質量%以下、最も好ましくは0質量%である。
Aブロックにおいて2種以上の構造単位が含有される場合は、Aブロックに含有される各種構造単位は、Aブロック中においてランダム共重合、ブロック共重合等の何れの態様で含有されていてもよく、均一性の観点からランダム共重合の態様で含有されていることが好ましい。例えば、Aブロックが、a1ブロックからなる構造単位とa2ブロックとからなる構造単位との共重合体により形成されていてもよい。
(Bブロック)
Bブロックは、一般式(1)で表される構造単位および一般式(2)で表される構造単位を有するポリマーブロックである。Bブロックは、3級アミノ基に加え4級アンモニウム塩基を有することから、着色材との高い親和性を有すると考えられる。
(一般式(1)で表される構造単位)
一般式(1)で表される構造単位は、構造中に4級アンモニウム塩を有する。Bブロックにおける一般式(1)で表される構造単位は、1種のみであってもよいし2種以上を有していてもよい。
Figure 2019208210
〔式(1)において、R11、R12およびR13は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい鎖状もしくは環状の炭化水素基を示す。R11、R12およびR13のうち2つ以上が互いに結合して環状構造を形成していてもよい。X1は2価の連結基を示す。R14は水素原子またはメチル基を示す。Y-は対イオンを示す。〕
前記R11〜R13で表される鎖状の炭化水素基には、直鎖状および分岐鎖状のいずれも含まれる。前記R11〜R13で表される鎖状の炭化水素基が有する置換基としては、ハロゲン基、アルコキシ基、ベンゾイル基(−COC65)、ヒドロキシ基等が挙げられる。前記R11〜R13で表される環状の炭化水素基が有する置換基としては、鎖状のアルキル基、ハロゲン原子、アルコキシ基、ヒドロキシ基等が挙げられる。
前記R11〜R13で表される基としては、置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数7〜16のアラルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、ベンジル基(−CH265)がより好ましい。
前記R11〜R13のうち2つ以上が互いに結合して形成する環状構造としては、例えば、5〜7員環の含窒素複素単環またはこれらが2個縮合してなる縮合環が挙げられる。該含窒素複素環は芳香族性を有しないものが好ましく、飽和環がより好ましい。具体的には下記式(1−1)、(1−2)、(1−3)で表される構造が挙げられる。
Figure 2019208210
〔一般式(1−1)、(1−2)、(1−3)において、R15は、R11〜R13のいずれかである。R16は、炭素数1〜6のアルキル基を示す。lは0〜5の整数を表す。mは0〜4の整数を表す。nは0〜4の整数を表す。*は結合手を表す。lが2〜5、mが2〜4、nが2〜4の場合、複数存在するR16は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。〕
一般式(1)において、2価の連結基X1としては、例えば、炭素数1〜10のアルキレン基、アリーレン基、−CONH−R17−基(アミド基)、−COO−R18−基(エステル基)等が挙げられ、好ましくは−CONH−R17−基及び/又は−COO−R18−基であり、より好ましくは−COO−R18−基である。なお、アミド基、エステル基の結合方向は特に限定されないが、アミド基の結合態様としてはC−CO−NH−R17−N+111213が好ましく、エステル基の結合態様としてはC−CO−O−R18−N+111213が好ましい。
前記R17は、単結合、炭素数1〜10のアルキレン基、又は炭素数1〜10のエーテル基(アルキルオキシアルキル基)であり、好ましくは炭素数1〜10のアルキレン基であり、より好ましくは炭素数1〜4のアルキレン基である。具体例としては、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基等を挙げることができる。
前記R18は、単結合、炭素数1〜10のアルキレン基、または炭素数1〜10のエーテル基(アルキルオキシアルキル基)であり、好ましくは炭素数1〜10のアルキレン基であり、より好ましくは炭素数1〜4のアルキレン基である。具体例としては、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基等を挙げることができる。
-としては、ハロゲンアニオン、カルボキシレートアニオン、ニトロキシドアニオン、スルフェートアニオン、スルホネートアニオン、ホスフェートアニオン等が挙げられる。
前記ハロゲンアニオンとしては、フルオロアニオン、クロロアニオン、ブロモアニオン、ヨードアニオンが挙げられる。
前記カルボキシレートアニオンとしては、酢酸アニオン、プロピオン酸アニオン等のアルキルカルボキシレートアニオン;安息香酸アニオン等の芳香族カルボキシレートアニオンが挙げられる。
前記スルフェートアニオンとしては、メチル硫酸アニオン、エチル硫酸アニオン等アルキルスルフェートアニオン;フェニル硫酸アニオン、ベンジル硫酸アニオン等の芳香族硫酸アニオンが挙げられる。
前記スルホネートアニオンとしては、メタンスルホン酸アニオン、エタンスルホン酸アニオン等のアルキルスルホネートアニオン;ベンゼンスルホン酸アニオン、トルエンスルホン酸アニオン等の芳香族スルホネートアニオンが挙げられる。
前記ホスフェートアニオンとしては、メチルホスフェートアニオン等のアルキルホスフェートアニオン;フェニルホスフェートアニオン等の芳香族ホスフェートアニオンが挙げられる。
前記式(1)で示される構造単位を形成するビニルモノマーの具体例としては、(メタ)アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド、(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメチルアンモニウムクロリド、(メタ)アクリロイルオキシブチルトリメチルアンモニウムクロリド、(メタ)アクリロイルオキシエチルベンジルジメチルアンモニウムクロリド、(メタ)アクリロイルオキシプロピルベンジルジメチルアンモニウムクロリド、(メタ)アクリロイルオキシブチルベンジルジメチルアンモニウムクロリド、(メタ)アクリロイルオキシエチルベンジルジエチルアンモニウムクロリド、(メタ)アクリロイルオキシプロピルベンジルジエチルアンモニウムクロリド、(メタ)アクリロイルオキシブチルベンジルジエチルアンモニウムクロリド、(メタ)アクリロイルアミドプロピルベンジルジメチルアンモニウムクロリド、(メタ)アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムブロミド、(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメチルアンモニウムブロミド、(メタ)アクリロイルオキシブチルトリメチルアンモニウムブロミド、(メタ)アクリロイルオキシエチルベンジルジメチルアンモニウムブロミド、(メタ)アクリロイルオキシプロピルベンジルジメチルアンモニウムブロミド、(メタ)アクリロイルオキシブチルベンジルジメチルアンモニウムブロミド、(メタ)アクリロイルオキシエチルベンジルジエチルアンモニウムブロミド、(メタ)アクリロイルオキシプロピルベンジルジエチルアンモニウムブロミド、(メタ)アクリロイルオキシブチルベンジルジエチルアンモニウムブロミド、(メタ)アクリロイルアミドプロピルベンジルジメチルアンモニウムブロミド、(メタ)アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムヨージド、(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメチルアンモニウムヨージド、(メタ)アクリロイルオキシブチルトリメチルアンモニウムヨージド、(メタ)アクリロイルオキシエチルベンジルジメチルアンモニウムヨージド、(メタ)アクリロイルオキシプロピルベンジルジメチルアンモニウムヨージド、(メタ)アクリロイルオキシブチルベンジルジメチルアンモニウムヨージド、(メタ)アクリロイルオキシエチルベンジルジエチルアンモニウムヨージド、(メタ)アクリロイルオキシプロピルベンジルジエチルアンモニウムヨージド、(メタ)アクリロイルオキシブチルベンジルジエチルアンモニウムヨージド、(メタ)アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムフロリド、(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメチルアンモニウムフロリド、(メタ)アクリロイルオキシブチルトリメチルアンモニウムフロリド、(メタ)アクリロイルオキシエチルベンジルジメチルアンモニウムフロリド、(メタ)アクリロイルオキシプロピルベンジルジメチルアンモニウムフロリド、(メタ)アクリロイルオキシブチルベンジルジメチルアンモニウムフロリド、(メタ)アクリロイルオキシエチルベンジルジエチルアンモニウムフロリド、(メタ)アクリロイルオキシプロピルベンジルジエチルアンモニウムフロリド、(メタ)アクリロイルオキシブチルベンジルジエチルアンモニウムフロリド、(メタ)アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム=メチルスルファート、(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメチルアンモニウム=メチルスルファート、(メタ)アクリロイルオキシブチルトリメチルアンモニウム=メチルスルファート、(メタ)アクリロイルオキシエチルジメチルエチルアンモニウム=エチルスルファート、(メタ)アクリロイルオキシプロピルジメチルエチルアンモニウム=エチルスルファート、(メタ)アクリロイルオキシブチルジメチルエチルアンモニウム=エチルスルファート、(メタ)アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム=トルエン−4−スルホナート、(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメチルアンモニウム=トルエン−4−スルホナート、(メタ)アクリロイルオキシブチルトリメチルアンモニウム=トルエン−4−スルホナート、(メタ)アクリロイルアミドプロピルトリメチルアンモニウム=メチルスルファート、(メタ)アクリロイルアミドプロピルエチルジメチルアンモニウム=エチルスルファート等が挙げられる。
一般式(1)で表される構造単位の含有率は、Bブロック100質量%中において30質量%以上が好ましく、より好ましくは35質量%以上、さらに好ましくは40質量%以上であり、85質量%以下が好ましく、より好ましくは80質量%以下、さらに好ましくは75質量%以下、一層好ましくは60質量%以下、より一層好ましくは50質量%以下である。一般式(1)で表される構造単位の含有率をこの範囲にすることで着色材と高い親和性を有すると考えられる。
(一般式(2)で表される構造単位)
一般式(2)で表される構造単位は、3級アミン構造を有する。Bブロックにおける一般式(2)で表される構造単位は、1種のみであってもよいし2種以上を有していてもよい。
Figure 2019208210
〔式(2)において、R21およびR22は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい鎖状もしくは環状の炭化水素基を示す。R21およびR22が互いに結合して環状構造を形成していてもよい。X2は2価の連結基を示す。R23は水素原子またはメチル基を示す。〕
前記R21またはR22で表される鎖状の炭化水素基には、直鎖状および分岐鎖状のいずれも含まれる。前記R21またはR22で表される鎖状の炭化水素基が有する置換基としては、ハロゲン基、アルコキシ基、ベンゾイル基、ヒドロキシ基等が挙げられる。前記R21またはR22で表される環状の炭化水素基が有する置換基としては、鎖状のアルキル基、ハロゲン基、アルコキシ基、ヒドロキシ基等が挙げられる。
前記R21またはR22で表される基としては、置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数7〜16のアラルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、ベンジル基がより好ましい。
前記R21またはR22が互いに結合して形成する環状構造としては、例えば、5〜7員環の含窒素複素単環またはこれらが2個縮合してなる縮合環が挙げられる。該含窒素複素環は芳香族性を有しないものが好ましく、飽和環がより好ましい。具体的には下記式(2−1)、(2−2)、(2−3)で表される構造が挙げられる。
Figure 2019208210
〔一般式(2−1)、(2−2)、(2−3)において、R24は、炭素数1〜6のアルキル基を示す。lは0〜5の整数を表す。mは0〜4の整数を表す。nは0〜4の整数を表す。*は結合手を表す。lが2〜5、mが2〜4、nが2〜4の場合、複数存在するR24は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。〕
上記一般式(2)において、2価の連結基X2としては、例えば、炭素数1〜10のアルキレン基、アリーレン基、−CONH−R25−基(アミド基)、−COO−R26−基(エステル基)等が挙げられ、好ましくは−COO−R26−基及び/又は−CONH−R25−基であり、好ましくは−CONH−R25−基及び/又は−COO−R26−基であり、より好ましくは−COO−R26−基である。なお、アミド基、エステル基の結合方向は特に限定されないが、アミド基の結合態様としてはC−CO−NH−R25−NR2122が好ましく、エステル基の結合態様としては、C−CO−O−R26−NR2122が好ましい。
前記R25は、単結合、炭素数1〜10のアルキレン基、又は炭素数1〜10のエーテル基(アルキルオキシアルキル基)であり、好ましくは炭素数1〜10のアルキレン基であり、より好ましくは炭素数1〜4のアルキレン基である。具体例としては、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基等を挙げることができる。
前記R26は、単結合、炭素数1〜10のアルキレン基、または炭素数1〜10のエーテル基(アルキルオキシアルキル基)であり、好ましくは炭素数1〜10のアルキレン基であり、より好ましくは炭素数1〜4のアルキレン基である。具体例としては、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基等を挙げることができる。
一般式(2)で表される構造単位の含有率は、Bブロック100質量%中において15質量%以上が好ましく、より好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは25質量%以上、一層好ましくは30質量%以上、より一層好ましくは40質量%以上であり、70質量%以下が好ましく、より好ましくは65質量%以下、さらに好ましくは60質量%以下である。一般式(2)で表される構造単位の含有率をこの範囲にすることで着色材と高い親和性を有すると考えられる。
Bブロックは、一般式(1)で表される構造単位および一般式(2)で表される構造単位のみであっても良いし、他の構造単位が含まれていてもよい。着色材との親和性を保持する観点から、Bブロック中の一般式(1)で表される構造単位と一般式(2)で表される構造単位との合計含有率は、80質量%以上が好ましく、より好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上である。また、Bブロックは、酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位を実質的に含有しないことが好ましい。すなわち、酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位の含有率は、Bブロック100質量%中において、5質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましい。
Bブロックの他の構造単位を形成し得るビニルモノマーの具体例としては、Aブロックの他の構造単位を形成し得るビニルのモノマーの具体例として例示したものと同一のものを挙げることができる。
Bブロックにおいて2種以上の構造単位が含有される場合は、Bブロックに含有される各種構造単位は、Bブロック中においてランダム共重合、ブロック共重合等の何れの態様で含有されていてもよく、均一性の観点からランダム共重合の態様で含有されていることが好ましい。例えば、Bブロックが、b1ブロックからなる構造単位とb2ブロックとからなる構造単位との共重合体により形成されていてもよい。
(ブロック共重合体)
前記ブロック共重合体の構造は、線状ブロック共重合体であることが好ましい。また、線状ブロック共重合体は、いずれの構造(配列)であっても良いが、線状ブロック共重合体の物性、または組成物の物性の観点から、AブロックをA、BブロックをBと表現したとき、(A−B)型、(A−B)−A型、(B−A)−B型(mは1以上の整数、例えば1〜3の整数)よりなる群から選択される少なくとも1種の構造を持つ共重合体であることが好ましい。これらの中でも、加工時の取扱い性、組成物の物性の観点から、A−Bで表されるジブロック共重合体であることが好ましい。A−Bで表されるジブロック共重合体を構成することで、Aブロックに有する酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位と、Bブロックに有する3級アミノ基を有するビニルモノマーに由来する構造単位および4級アンモニウム塩基を有するビニルモノマーに由来する構造単位とが局在化し、効率的に着色材と、溶媒、バインダー樹脂(アルカリ可溶性樹脂)と好適に作用することができると考えられる。
Aブロックの含有率は、ブロック共重合体全体100質量%中において、35質量%以上が好ましく、より好ましくは40質量%以上、さらに好ましくは45質量%以上、一層好ましくは50質量%以上であり、85質量%以下が好ましく、より好ましくは80質量%以下、さらに好ましくは75質量%以下、一層好ましくは65質量%以下である。Bブロックの含有率は、ブロック共重合体全体100質量%中において、15質量%以上が好ましく、より好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは25質量%以上、一層好ましくは30質量%以上であり、65質量%以下が好ましく、より好ましくは60質量%以下、さらに好ましくは55質量%以下、一層好ましくは50質量%以下、より一層好ましくは45質量%以下である。AブロックおよびBブロックの含有率を、上記範囲内に調整することで、耐熱性、分散剤として使用した際の分散性能をバランスよく両立できる。
ブロック共重合体中のAブロックとBブロックとの質量比(Aブロック/Bブロック)は、50/50以上が好ましく、より好ましくは55/45以上、さらに好ましくは60/40以上であり、95/5以下が好ましく、より好ましくは90/10以下、さらに好ましくは80/20以下、一層好ましくは70/30以下である。AブロックとBブロックとの質量比が前記範囲内であれば、分散剤として使用した際の分散性能とアルカリ現像性をバランスよく両立できる。
前記(a)ブロック共重合体における酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位の含有率は、1質量%以上が好ましく、より好ましくは2質量%以上、さらに好ましくは4質量%以上であり、20質量%以下が好ましく、より好ましくは15質量%以下、さらに好ましくは10質量%以下である。
前記(a)ブロック共重合体における前記一般式(1)で表される構造単位および前記一般式(2)で表される構造単位の合計含有率は、5質量%以上が好ましく、より好ましくは10質量%以上、さらに好ましくは20質量%以上であり、50質量%以下が好ましく、より好ましくは45質量%以下、さらに好ましくは40質量%以下である。
前記(a)ブロック共重合体の分子量は、ゲルパーミエーショングラフィー(以下「GPC」という)法により測定される。前記(a)ブロック共重合体の重量平均分子量(Mw)は5000以上が好ましく、より好ましくは6000以上、さらに好ましくは7000以上であり、15000以下が好ましく、より好ましくは12000以下、さらに好ましくは10000以下である。重量平均分子量が上記範囲内にあれば、分散剤として使用した際の分散性能がより良好となる。
前記(a)ブロック共重合体の分子量分布(PDI)は、2.0以下であることが好ましく、1.6以下であることがより好ましく、1.4以下であることがさらに好ましい。なお、本発明において、分子量分布(PDI)とは、(ブロック共重合体の重量平均分子量(Mw))/(ブロック共重合体の数平均分子量(Mn))によって求められるものである。PDIが小さいほど分子量分布の幅が狭い、分子量のそろった共重合体となり、その値が1.0のとき最も分子量分布の幅が狭い。即ち、PDIの下限値は1.0である。ブロック共重合体の分子量分布(PDI)が、2.0を超えると、分子量の小さいものや、分子量の大きいものが含まれることになる。
(ブロック共重合体の製造方法)
前記ブロック共重合体の製造方法としては、ビニルモノマーの重合反応によって、Aブロックを先に製造し、AブロックにBブロックのモノマーを重合する方法;Bブロックを先に製造し、BブロックにAブロックのモノマーを重合する方法;AブロックとBブロックとを別々に製造した後、AブロックとBブロックとをカップリングする方法;Aブロックを先に製造し、Bブロックに式(2)で表される構造単位を形成し得るビニルモノマーを含有するモノマー組成物を重合し、得られた重合物中の式(2)で表される構造単位の一部の3級アミン構造を4級化する方法;式(2)で表される構造単位を形成し得るビニルモノマーを含有するモノマー組成物を重合し、この重合物にAブロックのモノマーを重合し、得られた重合物中の式(2)で表される構造単位の一部の3級アミン構造を4級化する方法;Aブロックと式(2)で表される構造単位を有するブロックとを別々に製造し、これらのブロックをカップリングした後、得られた重合物中の式(2)で表される構造単位の一部の3級アミン構造を4級化する方法等が挙げられる。
重合法は特に限定されないが、リビングラジカル重合が好ましい。すなわち、前記ブロック共重合体としては、リビングラジカル重合により重合されたものが好ましい。従来のラジカル重合法は、開始反応、成長反応だけでなく、停止反応、連鎖移動反応により成長末端の失活が起こり、様々な分子量、不均一な組成のポリマーの混合物となり易い傾向がある。これに対してリビングラジカル重合法は、従来のラジカル重合法の簡便性と汎用性を保ちながら、停止反応や、連鎖移動が起こりにくく、成長末端が失活することなく成長するため、分子量分布の精密制御、均一な組成のポリマーの製造が容易である点で好ましい。
リビングラジカル重合法には、重合成長末端を安定化させる手法の違いにより、遷移金属触媒を用いる方法(ATRP法);硫黄系の可逆的連鎖移動剤を用いる方法(RAFT法);有機テルル化合物を用いる方法(TERP法)等の方法がある。ATRP法は、アミン系錯体を使用するため、酸性基を有するビニルモノマーの酸性基を保護せず使用することができない場合がある。RAFT法は、多種のモノマーを使用した場合、低分子量分布になりづらく、かつ硫黄臭や着色等の不具合がある場合がある。これらの方法のなかでも、使用できるモノマーの多様性、高分子領域での分子量制御、均一な組成、あるいは着色の観点から、TERP法を用いることが好ましい。
TERP法とは、有機テルル化合物を重合開始剤として用い、ラジカル重合性化合物(ビニルモノマー)を重合させる方法であり、例えば、国際公開第2004/14848号、国際公開第2004/14962号、国際公開第2004/072126号、および国際公開第2004/096870号に記載された方法である。
TERP法の具体的な重合法としては、下記(a)〜(d)が挙げられる。
(a)ビニルモノマーを、一般式(11)で表される有機テルル化合物を用いて重合する。
(b)ビニルモノマーを、一般式(11)で表される有機テルル化合物とアゾ系重合開始剤との混合物を用いて重合する。
(c)ビニルモノマーを、一般式(11)で表される有機テルル化合物と一般式(12)で表される有機ジテルリド化合物との混合物を用いて重合する。
(d)ビニルモノマーを、一般式(11)で表される有機テルル化合物とアゾ系重合開始剤と一般式(12)で表される有機ジテルリド化合物との混合物を用いて重合する。
Figure 2019208210
[一般式(11)において、R1は、炭素数1〜8のアルキル基、アリール基または芳香族ヘテロ環基を示す。R2およびR3は、それぞれ独立に、水素原子または炭素数1〜8のアルキル基を示す。R4は、炭素数1〜8のアルキル基、アリール基、置換アリール基、芳香族ヘテロ環基、アルコキシ基、アシル基、アミド基、オキシカルボニル基、シアノ基、アリル基またはプロパルギル基を示す。
一般式(12)において、R1は、炭素数1〜8のアルキル基、アリール基または芳香族ヘテロ環基を示す。]
1で表される基は、炭素数1〜8のアルキル基、アリール基または芳香族ヘテロ環基であり、具体的には次の通りである。
炭素数1〜8のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等の直鎖または分岐鎖アルキル基や、シクロヘキシル基等の環状アルキル基等を挙げることができる。好ましくは炭素数1〜4の直鎖または分岐鎖アルキル基であり、更に好ましくはメチル基またはエチル基である。
アリール基としては、フェニル基、ナフチル基等を挙げることができる。
芳香族ヘテロ環基としては、ピリジル基、フリル基、チエニル基等を挙げることができる。
2およびR3で表される基は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜8のアルキル基であり、各基は、具体的には次の通りである。
炭素数1〜8のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等の直鎖または分岐鎖アルキル基や、シクロヘキシル基等の環状アルキル基等を挙げることができる。好ましくは炭素数1〜4の直鎖または分岐鎖アルキル基であり、更に好ましくはメチル基またはエチル基である。
4で表される基は、炭素数1〜8のアルキル基、アリール基、置換アリール基、芳香族ヘテロ環基、アルコキシ基、アシル基、アミド基、オキシカルボニル基、シアノ基、アリル基またはプロパルギル基であり、具体的には次の通りである。
炭素数1〜8のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等の直鎖または分岐鎖アルキル基、シクロヘキシル基等の環状アルキル基等を挙げることができる。好ましくは炭素数1〜4の直鎖または分岐鎖アルキル基であり、更に好ましくはメチル基またはエチル基である。
アリール基としては、フェニル基、ナフチル基等を挙げることができる。好ましくはフェニル基である。
置換アリール基としては、置換基を有しているフェニル基、置換基を有しているナフチル基等を挙げることができる。前記置換基を有しているアリール基の置換基としては、例えば、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、−COR411で示されるカルボニル含有基(R411は炭素数1〜8のアルキル基、アリール基、炭素数1〜8のアルコキシ基またはアリーロキシ基)、スルホニル基、トリフルオロメチル基等を挙げることができる。また、これらの置換基は、1個または2個置換しているのがよい。
芳香族ヘテロ環基としては、ピリジル基、フリル基、チエニル基等を挙げることができる。
アルコキシ基としては、炭素数1〜8のアルキル基が酸素原子に結合した基が好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基等を挙げることができる。
アシル基としては、アセチル基、プロピオニル基、ベンゾイル基等を挙げることができる。
アミド基としては、−CONR421422(R421、R422は、それぞれ独立に水素原子、炭素数1〜8のアルキル基またはアリール基)を挙げることがきる。
オキシカルボニル基としては、−COOR431(R431は水素原子、炭素数1〜8のアルキル基またはアリール基)で表される基が好ましく、例えばカルボキシル基、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、sec−ブトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニル基、n−ペンチルオキシカルボニル基、フェノキシカルボニル基等を挙げることができる。好ましいオキシカルボニル基としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基が挙げられる。
アリル基としては、−CR441442−CR443=CR444445(R441、R442は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜8のアルキル基、R443、R444、R445は、それぞれ独立に水素原子、炭素数1〜8のアルキル基またはアリール基であり、それぞれの置換基が環状構造で繋がっていてもよい)等を挙げることができる。
プロパルギル基としては、−CR451452−C≡CR453(R451、R452は、水素原子または炭素数1〜8のアルキル基、R453は、水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、アリール基またはシリル基)等を挙げることができる。
一般式(11)で表される有機テルル化合物は、具体的には(メチルテラニルメチル)ベンゼン、(メチルテラニルメチル)ナフタレン、エチル−2−メチル−2−メチルテラニル−プロピオネート、エチル−2−メチル−2−n−ブチルテラニル−プロピオネート、(2−トリメチルシロキシエチル)−2−メチル−2−メチルテラニル−プロピオネート、(2−ヒドロキシエチル)−2−メチル−2−メチルテラニル−プロピオネートまたは(3−トリメチルシリルプロパルギル)−2−メチル−2−メチルテラニル−プロピオネート等、国際公開第2004/14848号、国際公開第2004/14962号、国際公開第2004/072126号、および国際公開第2004/096870号に記載された有機テルル化合物の全てを例示することができる。
一般式(12)で表される有機ジテルリド化合物の具体例としては、ジメチルジテルリド、ジエチルジテルリド、ジ−n−プロピルジテルリド、ジイソプロピルジテルリド、ジシクロプロピルジテルリド、ジ−n−ブチルジテルリド、ジ−s−ブチルジテルリド、ジ−t−ブチルジテルリド、ジシクロブチルジテルリド、ジフェニルジテルリド、ビス−(p−メトキシフェニル)ジテルリド、ビス−(p−アミノフェニル)ジテルリド、ビス−(p−ニトロフェニル)ジテルリド、ビス−(p−シアノフェニル)ジテルリド、ビス−(p−スルホニルフェニル)ジテルリド、ジナフチルジテルリドまたはジピリジルジテルリド等を例示することができる。
アゾ系重合開始剤は、通常のラジカル重合で使用するアゾ系重合開始剤であれば特に制限なく使用することができる。例えば、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)(AIBN)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)(AMBN)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)(ADVN)、1,1’−アゾビス(1−シクロヘキサンカルボニトリル)(ACHN)、ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(MAIB)、4,4’−アゾビス(4−シアノバレリアン酸)(ACVA)、1,1’−アゾビス(1−アセトキシ−1−フェニルエタン)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチルアミド)、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)(V−70)、2,2’−アゾビス(2−メチルアミジノプロパン)二塩酸塩、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]、2,2’−アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)、2−シアノ−2−プロピルアゾホルムアミド、2,2’−アゾビス(N−ブチル−2−メチルプロピオンアミド)、または2,2’−アゾビス(N−シクロヘキシル−2−メチルプロピオンアミド)等を例示することができる。
重合工程は、不活性ガスで置換した容器で、ビニルモノマーと一般式(11)の有機テルル化合物とに、ビニルモノマーの種類に応じて反応促進、分子量および分子量分布の制御等の目的で、さらにアゾ系重合開始剤および/または一般式(12)の有機ジテルリド化合物を混合する。このとき、不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム等を挙げることができる。好ましくは、アルゴン、窒素が良い。
前記(a)、(b)、(c)および(d)におけるビニルモノマーの使用量は、目的とする共重合体の物性により適宜調節すればよい。一般式(11)の有機テルル化合物1molに対しビニルモノマーを5mol〜10000molとすることが好ましい。
前記(b)の一般式(11)の有機テルル化合物とアゾ系重合開始剤とを併用する場合、一般式(11)の有機テルル化合物1molに対してアゾ系重合開始剤を0.01mol〜10molとすることが好ましい。
前記(c)の一般式(11)の有機テルル化合物と一般式(12)の有機ジテルリド化合物とを併用する場合、一般式(11)の有機テルル化合物1molに対して一般式(12)の有機ジテルリド化合物を0.01mol〜100molとすることが好ましい。
前記(d)の一般式(11)の有機テルル化合物と一般式(12)の有機ジテルリド化合物とアゾ系重合開始剤とを併用する場合、一般式(11)の有機テルル化合物1molに対して一般式(12)の有機ジテルリド化合物を0.01mol〜100molとすることが好ましく、一般式(11)の有機テルル化合物1molに対してアゾ系重合開始剤を0.01mol〜100molとすることが好ましい。
重合反応は、無溶媒でも行うことができるが、ラジカル重合で一般に使用される非プロトン性溶媒またはプロトン性溶媒を使用し、前記混合物を撹拌して行なってもよい。使用できる非プロトン性溶媒は、例えば、アニソール、ベンゼン、トルエン、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、アセトン、2−ブタノン(メチルエチルケトン)、ジオキサン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、クロロホルム、四塩化炭素、テトラヒドロフラン(THF)、酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートまたはトリフルオロメチルベンゼン等を例示することができる。また、プロトン性溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、1−メトキシ−2−プロパノール、ヘキサフルオロイソプロパノールまたはジアセトンアルコール等を例示することができる。
溶媒の使用量としては、適宜調節すればよく、例えば、ビニルモノマー1gに対して、0.01ml以上が好ましく、より好ましくは0.05ml以上、さらに好ましくは0.1ml以上であり、50ml以下が好ましく、より好ましくは10ml以下、さらに好ましくは1ml以下である。
反応温度、反応時間は、得られる共重合体の分子量或いは分子量分布により適宜調節すればよいが、通常、0℃〜150℃で、1分〜100時間撹拌する。TERP法は、低い重合温度および短い重合時間であっても高い収率と精密な分子量分布を得ることができる。このとき、圧力は、通常、常圧で行われるが、加圧または減圧しても構わない。
重合反応の終了後、得られた反応混合物から、通常の分離精製手段により、使用溶媒、残存ビニルモノマーの除去等を行い、目的とする共重合体を分離することができる。
本発明のブロック共重合体は、例えば、リビングラジカル重合法でブロックを構成するビニルモノマーを順次重合反応させることにより得られることができる。具体的には、ABブロックの場合、リビングラジカル重合法で、Aブロックを構成するビニルモノマーを重合して、Aブロックを重合する工程と、Aブロックを重合した後、Bブロックを構成するビニルモノマーを重合して、Bブロックを重合する工程とを備えた重合方法;ABAブロックの場合、リビングラジカル重合法で、2つのAブロックのうち一方のブロックを構成するビニルモノマーを重合して、一方のAブロックを重合する工程と、一方のAブロックを重合した後、Bブロックを構成するビニルモノマーを重合して、Bブロックを重合する工程と、Bブロックを重合した後、2つのAブロックのうちの他方のブロックを構成するビニルモノマーを重合して、他方のAブロックを重合する工程とを備えた重合方法等が挙げられる。
重合反応により得られる共重合体の成長末端は、テルル化合物由来の−TeR1(式中、R1は上記と同じである)の形態であり、重合反応終了後の空気中の操作により失活していくが、テルル原子が残存する場合がある。テルル原子が末端に残存した共重合体は着色したり、熱安定性が劣ったりするため、テルル原子を除去することが好ましい。
テルル原子を除去する方法としては、トリブチルスタンナンまたはチオール化合物等を用いるラジカル還元方法;活性炭、シリカゲル、活性アルミナ、活性白土、モレキュラーシーブスおよび高分子吸着剤等で吸着する方法;イオン交換樹脂;等で金属を吸着する方法;過酸化水素水または過酸化ベンゾイル等の過酸化物を添加したり、空気または酸素を系中に吹き込むことで共重合体末端のテルル原子を酸化分解させ、水洗や適切な溶媒を組み合わせることにより残留テルル化合物を除去する液−液抽出法や固−液抽出法;特定の分子量以下のもののみを抽出除去する限界ろ過等の溶液状態での精製方法等を用いることができ、また、これらの方法を組み合わせて用いることもできる。
式(2)で表される構造単位の3級アミン基を4級化する場合、4級化剤としては、塩化メチル、塩化エチル、臭化メチル、ヨウ化メチル等のハロゲン化アルキル;塩化ベンジル、臭化ベンジル、ヨウ化ベンジル等のハロゲン化アラルキル;硫酸ジフェニル等の硫酸ジアリール;硫酸ジメチル;硫酸ジエチル、硫酸ジ−n−プロピル等の硫酸ジアルキル;p−トルエンスルホン酸メチル、p−トルエンスルホン酸エチル等の芳香族スルホン酸アルキル等が挙げられる。これらの中でも、好ましくは塩化ベンジル、臭化ベンジル、ヨウ化ベンジル等のハロゲン化アラルキル、硫酸ジメチル、硫酸ジエチル、硫酸ジ−n−プロピル等の硫酸ジアルキル、p−トルエンスルホン酸メチル、p−トルエンスルホン酸エチル等の芳香族スルホン酸アルキルであり、より好ましくは塩化ベンジル、硫酸ジメチル、p−トルエンスルホン酸メチルである。4級化後の構造には、4級化剤に由来するアルキル基、アラルキル基が導入される。よって、4級化により導入されたアルキル基、アラルキル基の量を測定することで、式(1)で表される構造単位の量を推定することができる。
重合物中の式(2)で表される構造単位の一部の3級アミン構造を4級化する方法としては、重合物と4級化剤とを接触させる方法が挙げられる。具体的には、式(2)で表される構造単位を形成し得るビニルモノマーを含有するモノマー組成物を重合した後、この反応液に4級化剤を添加し、撹拌する方法が挙げられる。4級化剤を添加する反応液の温度は25℃〜65℃が好ましく、より好ましくは55℃〜65℃であり、撹拌時間は1時間〜40時間が好ましく、より好ましくは5時間〜20時間である。4級化剤を添加する際に、重合後の反応液を希釈することも好ましい。希釈のために添加する溶媒としては、重合反応に使用し得る溶媒、プロトン性溶媒、重合反応に使用する溶媒とプロトン性溶媒との混合溶媒が挙げられ、目的とするブロック共重合体の溶解度により適宜選択すればよい。プロトン性溶媒としては、メタノールがより好ましい。
(b)芳香族化合物
本発明の分散剤組成物は、(b)芳香族ジカルボン酸イミド、酸性基含有芳香族化合物およびフェノール性ヒドロキシ基含有芳香族化合物よりなる群から選択される少なくとも1種の芳香族化合物を含有する。分散剤組成物が、(b)芳香族化合物を含有することで、分散性が良好となる。(b)芳香族化合物は、1種類のみを配合してもよいし、2種以上を併用してもよい。
芳香族ジカルボン酸イミドは、分子中に芳香環とこの芳香環に直接結合するイミド基(−C(=O)NHC(=O)−)を有する。前記イミド基は、両末端が1つの芳香環に結合していてもよいし、それぞれ異なる芳香環に結合していてもよいが、両末端が1つの芳香環に結合していることが好ましい。前記芳香族ジカルボン酸イミドとしては、一般式(3)で表される化合物が好ましい。
Figure 2019208210
〔一般式(3)において、環Aは置換基を有していてもよい芳香環を表す。〕
一般式(3)において、環Aを構成する芳香環とは、芳香族性を有する環構造である。前記芳香環としては、単環および縮合環のいずれも含まれる。前記単環としては、5または6員環が好ましく、ベンゼン環、フラン環、チオフェン環、ピロール環が好適である。前記縮合環としては、2〜5縮合環が好ましく、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、インドール環が好適である。これらの中でも、環構造としては、環構造を構成する原子としてヘテロ原子を含有しないものが好ましい。前記芳香環が有していてもよい置換基としては、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜14のアリール基、ニトロ基、シアノ基、ハロゲン基等が挙げられる。
前記芳香族ジカルボン酸イミドの具体的としては、以下の化合物を挙げることができる。
Figure 2019208210
前記酸性基含有芳香族化合物は、分子中に芳香環とこの芳香環に直接結合する酸性基を有する。前記酸性基としては、カルボキシ基(−COOH)、スルホン酸基(−SO3H)、リン酸基(−OPO32)、ホスホン酸基(−PO32)、ホスフィン酸基(−PO22)が挙げられる。酸性基の個数は、1つでもよいし、複数有していてもよい。また、酸性基を複数有する場合、複数種の酸性基を有していてもよい。前記酸性基含有芳香族化合物としては、一般式(4)で表される化合物(すなわち、芳香族カルボン酸、芳香族スルホン酸、芳香族ホスホン酸)が好ましい。
Figure 2019208210
〔一般式(4)において、環Aは置換基を有していてもよい芳香環を表す。〕
一般式(4)において、環Aを構成する芳香環とは、芳香族性を有する環構造である。前記芳香環としては、単環および縮合環のいずれも含まれる。前記単環としては、5または6員環が好ましく、ベンゼン環、フラン環、チオフェン環、ピロール環が好適である。前記縮合環としては、2〜5縮合環が好ましく、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、インドール環が好適である。これらの中でも、環構造としては、環構造を構成する原子としてヘテロ原子を含有しないものが好ましい。前記芳香環が有していてもよい置換基としては、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜14のアリール基、ニトロ基、シアノ基、ハロゲン基等が挙げられる。
前記芳香族カルボン酸の具体的としては、以下の化合物を挙げることができる。
Figure 2019208210
前記芳香族スルホン酸の具体的としては、以下の化合物を挙げることができる。
Figure 2019208210
前記芳香族ホスホン酸の具体的としては、以下の化合物を挙げることができる。
Figure 2019208210
前記フェノール性ヒドロキシ基含有芳香族化合物は、分子中に芳香環とこの芳香環に直接結合するヒドロキシ基を有する。ヒドロキシ基の個数は、1つでもよいし、複数有していてもよい。前記フェノール性ヒドロキシ基含有芳香族化合物としては、一般式(5)で表される化合物が好ましい。
Figure 2019208210
〔一般式(5)において、環Aは置換基を有していてもよい芳香環を表す。〕
一般式(5)において、環Aを構成する芳香環とは、芳香族性を有する環構造である。前記芳香環としては、単環および縮合環のいずれも含まれる。前記単環としては、5または6員環が好ましく、ベンゼン環、フラン環、チオフェン環、ピロール環が好適である。前記縮合環としては、2〜5縮合環が好ましく、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、インドール環、クマリン環、キサンテン環が好適である。前記芳香環が有していてもよい置換基としては、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜14のアリール基、ニトロ基、シアノ基、ハロゲン基等が挙げられる。
前記フェノール性ヒドロキシ基含有芳香族化合物の具体的としては、以下の化合物を挙げることができる。
Figure 2019208210
(c)3級アミン化合物
前記分散剤組成物は、(c)3級アミン化合物を含有する。前記(c)3級アミン化合物は、分子中に3級アミン構造を有する。分散剤組成物が、(c)3級アミン化合物を含有することで、前記(b)芳香族化合物と塩形成が可能となる。(c)3級アミン化合物は、1種類のみを配合してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記(c)3級アミン化合物としては、一般式(6)で表される化合物または一般式(7)で表される化合物が好ましく、一般式(7)で表される化合物がより好ましい。前記(c)3級アミン化合物として一般式(7)で表される化合物を配合することで、着色組成物から形成される塗膜の輝度が向上する。
Figure 2019208210
〔一般式(6)において、R61、R62およびR63は、それぞれ独立して、置換基を有してもよい炭素数1〜10の炭化水素基を示す。また、R62およびR63は互いに結合して環状構造を形成してよい。〕
61、R62およびR63で表される炭素数1〜10の炭化水素基としては、炭素数1〜10の鎖状アルキル基、炭素数1〜10の環状アルキル基、炭素数6〜10のアリール基、炭素数7〜10のアラルキル基、炭素数7〜10のアルキルアリール基が挙げられる。
一般式(6)で表される化合物としては、トリメチルアミン、トリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリイソプロピルアミン、トリブチルアミン、N−メチル−ジエチルアミン、N−エチルジアミルアミン等の脂肪族アミン;N,N−ジメチルアニリン、N,N−ジエチルアニリン等の芳香族アミン;N,N−ジメチル−シクロヘキシルアミン、N,N−ジエチル−シクロヘキシルアミン等の脂環式アミン等が挙げられる。
Figure 2019208210
〔一般式(7)において、R71は置換基を有してもよい炭素数2〜6の2価の炭化水素基を示し、R72およびR73は、それぞれ独立して、水素原子または置換基を有してもよい炭素数1〜10の炭化水素基を示す。また、R72およびR73は互いに結合して環状構造を形成してよい。〕
71で表される2価の炭素数2〜6の炭化水素基としては、炭素数2〜6のアルキレン基が挙げられる。前記R71で表される2価の炭素数2〜6の炭化水素基が有する置換基としては、炭素数1〜10の鎖状アルキル基、炭素数1〜10の環状アルキル基、炭素数6〜10のアリール基、炭素数7〜10のアラルキル基、炭素数7〜10のアルキルアリール基が挙げられる。
72およびR73で表される炭素数1〜10の炭化水素基としては、炭素数1〜10の鎖状アルキル基、炭素数1〜10の環状アルキル基、炭素数6〜10のアリール基、炭素数7〜10のアラルキル基、炭素数7〜10のアルキルアリール基が挙げられる。
前記一般式(7)で表される化合物としては、一般式(8)で表される環状アミジン化合物が好ましい。
Figure 2019208210
〔一般式(8)において、R80〜R89は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基を示す。nは、1〜4の整数である。mは1〜4の整数である。〕
前記一般式(8)で表される化合物の具体的としては、以下の化合物を挙げることができる。
Figure 2019208210
前記分散剤組成物は、溶媒を含有することが好ましい。前記溶媒としては、有機溶剤を使用することができ、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、プロピレングリコール−t−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、3−メチル−3−メトキシブタノール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル等のグリコールモノアルキルエーテル類;エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル等のグリコールジアルキルエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、メトキシブチルアセテート、3−メトキシブチルアセテート、メトキシペンチルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート等のグリコールアルキルエーテルアセテート類;エチレングリコールジアセテート、1,3−ブチレングリコールジアセテート、1,6−ヘキサノールジアセテート等のグリコールジアセテート類;シクロヘキサノールアセテート等のアルキルアセテート類;アミルエーテル、プロピルエーテル、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ブチルエーテル、ジアミルエーテル、エチルイソブチルエーテル、ジヘキシルエーテル等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルアミルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルイソアミルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、エチルアミルケトン、メチルブチルケトン、メチルヘキシルケトン、メチルノニルケトン、メトキシメチルペンタノン等のケトン類;エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、メトキシプロパノール、メトキシメチルペンタノール、グリセリン、ベンジルアルコール等の1価または多価アルコール類;n−ペンタン、n−オクタン、ジイソブチレン、n−ヘキサン、ヘキセン、イソプレン、ジペンテン、ドデカン等の脂肪族炭化水素類;シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、メチルシクロヘキセン、ビシクロヘキシル等の脂環式炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン等の芳香族炭化水素類;アミルホルメート、エチルホルメート、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸アミル、メチルイソブチレート、エチレングリコールアセテート、エチルプロピオネート、プロピルプロピオネート、酪酸ブチル、酪酸イソブチル、イソ酪酸メチル、エチルカプリレート、ブチルステアレート、エチルベンゾエート、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−メトキシプロピオン酸プロピル、3−メトキシプロピオン酸ブチル、γ−ブチロラクトン等の鎖状または環状エステル類;3−メトキシプロピオン酸、3−エトキシプロピオン酸等のアルコキシカルボン酸類;ブチルクロライド、アミルクロライド等のハロゲン化炭化水素類;メトキシメチルペンタノン等のエーテルケトン類;アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類等が挙げられる。分散剤組成物に含まれる有機溶剤は、1種類のみであってもよいし、複数種類であってもよい。
前記分散剤組成物は、(a)ブロック共重合体、(b)芳香族化合物、(c)3級アミン化合物および必要に応じて溶媒を混合することで調整できる。なお、混合後は、(b)芳香族化合物と(c)3級アミン化合物とが反応し、有機塩を形成すると考えられることから、事前に(b)芳香族化合物と(c)3級アミン化合物と混合した混合物(例えば、(d)芳香族化合物と3級アミン化合物とからなる塩)と、(a)ブロック共重合体とを混合して調整してもよい。各原料の混合は、例えば、ペイントシェーカー、ビーズミル、ボールミル、ディゾルバー、ニーダー等の混合分散機を用いて混合することができる。分散剤組成物を調製する際の混合温度は、50℃以上が好ましく、より好ましくは55℃以上、さらに好ましくは60℃以上であり、75℃以下が好ましく、より好ましくは70℃以下、さらに好ましくは65℃以下である。
前記分散剤組成物は、前記(a)ブロック共重合体中の4級アンモニウム塩基と前記(b)芳香族化合物とのモル比((b)/(a)中の4級アンモニウム塩基)が、0.5以上が好ましく、より好ましくは0.8以上、さらに好ましくは1.0以上であり、1.2以下が好ましく、より好ましくは1.1以下、さらに好ましくは1.05以下である。
前記分散剤組成物は、前記(a)ブロック共重合体中の4級アンモニウム塩基と前記(c)3級アミン化合物とのモル比((c)/(a)中の4級アンモニウム塩基)が、0.5以上が好ましく、より好ましくは0.8以上、さらに好ましくは1.0以上であり、1.2以下が好ましく、より好ましくは1.1以下、さらに好ましくは1.05以下である。
前記分散剤組成物は、前記(a)ブロック共重合体中の酸性基と前記(b)芳香族化合物との合計と(c)3級アミン化合物とのモル比((c)/((a)中の酸性基+(b))が、0.1以上が好ましく、より好ましくは0.3以上、さらに好ましくは0.5以上であり、1.0以下が好ましく、より好ましくは0.9以下、さらに好ましくは0.8以下である。
前記分散剤組成物は、前記(b)芳香族化合物と前記(c)3級アミン化合物とのモル比((b)/(c))が、0.9以上が好ましく、より好ましくは0.95以上、さらに好ましくは1.0以上であり、1.1以下が好ましく、より好ましくは1.05以下、さらに好ましくは1.02以下である。
前記溶媒の使用量は、前記(a)ブロック共重合体、(b)芳香族化合物および(c)3級アミン化合物の合計を100質量部としたとき、50質量部以上が好ましく、より好ましくは100質量部以上、さらに好ましくは200質量部以上であり、500質量部以下が好ましく、より好ましくは300質量部以下、さらに好ましくは250質量部以下である。
前記分散剤組成物の固形分の酸価は、5mgKOH/g以上が好ましく、より好ましくは10mgKOH/g以上、さらに好ましくは15mgKOH/g以上であり、70mgKOH/g以下が好ましく、より好ましくは65mgKOH/g以下、さらに好ましくは60mgKOH/g以下である。酸価が、5mgKOH/g以上であればアルカリに対する溶解性が高く、アルカリに溶解する速度がより速くなり、70mgKOH/g以下であれば着色組成物の粘度が高くなり過ぎず、レジスト組成物の塗工性がより良好となる。ここで固形分とは、溶媒以外の成分である。
前記分散剤組成物の固形分のアミン価は、10mgKOH/g以上が好ましく、より好ましくは30mgKOH/g以上、さらに好ましくは50mgKOH/g以上であり、150mgKOH/g以下が好ましく、より好ましくは120mgKOH/g以下、さらに好ましくは95mgKOH/g以下である。アミン価が、10mgKOH/g以上であれば着色組成物の粘度の経時安定性がより向上し、150mgKOH/g以下であれば着色組成物の粘度の増大を抑制できる。
(着色組成物)
本発明の着色組成物は、前記分散剤組成物、着色材、分散媒体およびバインダー樹脂を含有する。
(着色材)
前記着色材の種類は、その用途に応じて適宜選択すればよく、例えば顔料、染料が挙げられる。前記着色組成物は、耐光性および耐熱性の観点から、着色材として顔料を含有することが好ましい。顔料としては、有機顔料および無機顔料のいずれでもよいが、有機化合物を主成分とする有機顔料が特に好ましい。顔料としては、例えば、赤色顔料、黄色顔料、橙色顔料、青色顔料、緑色顔料、紫色顔料等の各色の顔料が挙げられる。顔料の構造は、モノアゾ系顔料、ジアゾ系顔料、縮合ジアゾ系顔料等のアゾ系顔料、ジケトピロロピロール系顔料、フタロシアニン系顔料、イソインドリノン系顔料、イソインドリン系顔料、キナクリドン系顔料、インディゴ系顔料、チオインディゴ系顔料、キノフタロン系顔料、ジオキサジン系顔料、アントラキノン系顔料、ペリレン系顔料、ペリノン系顔料等の多環系顔料等が挙げられる。着色組成物に含まれる顔料は、1種類のみであってもよいし、色度などの調整のために複数種類であってもよい。
顔料の具体例としては、C.I.Pigment Red 7、9、14、41、48:1、48:2、48:3、48:4、81:1、81:2、81:3、122、123、146、149、166、168、177、178、179、187、200、202、208、210、215、224、242、254、255、264、269等の赤色顔料;C.I.Pigment Yellow 1、3、5、6、14、55、60、61、62、63、65、73、74、77、81、93、97、98、104、108、110、138、139、147、150、151、154、155、166、167、168、170、180、185、188、193、194、213等の黄色顔料;C.I.Pigment Orange 36、38、43等の橙色顔料;C.I.Pigment Blue 15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6、16、17、22、60等の青色顔料;C.I.Pigment Green 7、36、58、59、62、63、アルミニウムフタロシアニン、ポリハロゲン化アルミニウムフタロシアニン、アルミニウムフタロシアニンハイドロオキサイド、ジフェノキシホスフィニルオキシアルミニウムフタロシアニン、ジフェニルホスフィニルオキシアルミニウムフタロシアニン、ポリハロゲン化ジフェノキシホスフィニルオキシアルミニウムフタロシアニン、ポリハロゲン化ジフェニルホスフィニルオキシアルミニウムフタロシアニン等の緑色顔料;C.I.Pigment Violet 23、32、50等の紫色顔料等が挙げられる。顔料は、これらの中でも、C.I.Pigment Red 254、C.I.Pigment Red 255、C.I.Pigment Red 264、C.I.Pigment Red 269、C.I.Pigment Blue 15、C.I.Pigment Blue 15:2、C.I.Pigment Blue 15:3、C.I.Pigment Blue 15:4、C.I.Pigment Blue 15:6、C.I.Pigment Blue 16、C.I.Pigment Green 7、C.I.Pigment Green 36、C.I.Pigment Green 58、C.I.Pigment Green 59等が好ましい。
本発明において、分散剤組成物は、フタロシアニン系顔料を含む着色材と共に使用することが好ましく、具体的にはPigment Blue 15、Pigment Blue 15:1、Pigment Blue 15:2、Pigment Blue 15:3、Pigment Blue 15:4、Pigment Blue 15:6、Pigment Blue 17、Pigment Green 7、C.I.Pigment Green 36、C.I.Pigment Green 58、C.I.Pigment Green 59、C.I.Pigment Green 62、C.I.Pigment Green 63、アルミニウムフタロシアニン、ポリハロゲン化アルミニウムフタロシアニン、アルミニウムフタロシアニンハイドロオキサイド、ジフェノキシホスフィニルオキシアルミニウムフタロシアニン、ジフェニルホスフィニルオキシアルミニウムフタロシアニン、ポリハロゲン化ジフェノキシホスフィニルオキシアルミニウムフタロシアニン、ポリハロゲン化ジフェニルホスフィニルオキシアルミニウムフタロシアニン等を含む着色材と共に使用することが好ましい。より好ましくは、ポリハロゲン化フタロシアニン系顔料を含む着色材と共に使用することがよい。
本発明の着色組成物を使用してカラーフィルタのブラックマトリックス等の遮光材を形成する場合には、黒色の顔料を使用することができる。黒色顔料は単独で使用してもよく、また、前記赤色顔料、前記緑色顔料、前記青色顔料等を混合して使用してもよい。黒色顔料としては、カーボンブラック、アセチレンブラック、ランプブラック、ボーンブラック、黒鉛、鉄黒、チタンブラック等を挙げることができる。これらの中では、遮光率、画像特性の観点からカーボンブラック、チタンブラックが好ましい。
前記着色材の個数平均粒子径は、その用途に応じて適宜選択すればよく、特に限定はない。前記着色組成物は、高透明性及び高コントラス性の観点から、個数平均粒子径が10nm〜150nmの着色材を含有することが好ましい。
前記着色材は、分散助剤として色素誘導体を含有していてもよい。前記色素誘導体としては、樹脂型分散剤中の3級アミノ基、4級アンモニウム塩基とイオン結合させて吸着させるために、酸性基を有する酸性の色素誘導体を含有することが好ましい。この色素誘導体は、色素骨格に酸性官能基が導入されたものである。色素骨格としては、着色組成物を構成している着色材と同一または類似の骨格、該着色材の原料となる化合物と同一または類似の骨格が好ましい。色素骨格の具体例としては、アゾ系色素骨格、フタロシアニン系色素骨格、アントラキノン系色素骨格、トリアジン系色素骨格、アクリジン系色素骨格、ペリレン系色素骨格等を挙げることができる。色素骨格に導入される酸性基としては、カルボキシ基、リン酸基、スルホン酸基が好ましい。なお、合成の都合上、および酸性度の強さからスルホン酸基が好ましい。また、酸性基は、色素骨格に直接結合してもよいが、アルキル基やアリール基等の炭化水素基;エステル、エーテル、スルホンアミド、ウレタン結合を介して色素骨格に結合してもよい。色素誘導体の使用量は特に限定はないが、例えば、着色材100質量部に対して4質量部〜17質量部であることが好ましい。
着色組成物における着色材の含有量の上限値は、輝度の観点から、着色組成物の固形分全量中において、通常80質量%であり、75質量%であることが好ましく、70質量%であることがより好ましい。また、着色組成物における着色材の含有量の下限値は、着色組成物の固形分全量中において、通常10質量%であり、30質量%であることが好ましく、50質量%であることがより好ましい。ここで固形分とは、後述する分散媒体以外の成分である。
着色組成物における着色材に対する(a)ブロック共重合体の含有量は、着色材100質量部に対して5質量部〜200質量部であることが好ましく、10質量部〜100質量部であることが好ましく、10質量部〜80質量部であることがさらに好ましい。
(分散媒体)
前記着色組成物は、分散媒体としては、着色組成物を構成する他の成分を分散または溶解し、かつこれらの成分と反応せず、適度に揮発性を有するものである限り、適宜に選択して使用できる。例えば、従来公知の有機溶媒を使用することができ、前記分散剤組成物の溶媒として例示したものを使用できる。有機溶媒は、着色材等の分散性、分散剤の溶解性、着色組成物の塗布性等の観点から、グリコールアルキルエーテルアセテート類、1価または多価アルコール類であることが好ましい。着色組成物に含まれる溶媒は、1種類のみであってもよいし、複数種類であってもよい。
フォトリソグラフィ法にてカラーフィルタの画素を形成する場合、分散媒体の沸点が100℃〜200℃(圧力1013.25hPa条件下。以下、沸点に関しては全て同様。)が好ましく、120℃〜170℃がより好ましい。上記分散媒体の中でも、塗布性、表面張力などのバランスがよく、着色組成物中の構成成分の溶解度が比較的高い点から、グリコールアルキルエーテルアセテート類が好ましい。グリコールアルキルエーテルアセテート類は単独で使用しても良いし、他の分散媒体を併用しても良い。またこの場合、沸点が150℃以上の分散媒体を併用することも好ましい。このような沸点の高い分散媒体を併用することにより、着色組成物は乾きにくくなり、急激に乾燥することによる着色組成物の相互関係の破壊を抑制できる。沸点が150℃以上の分散媒体の含有割合は、分散媒体全体100質量%に対して3質量%〜50質量%が好ましい。含有割合が3質量%以上であれば、スリットノズル先端で着色材などが析出・固化して異物欠陥を発生することが抑制できる。50質量%以下であれば、着色組成物の乾燥速度が遅くなり、後述するカラーフィルタ製造において乾燥時間の長期化や、プリベークのピン跡といった問題の発生が抑制できる。なお、沸点が150℃以上の分散媒体が、グリコールアルキルエーテルアセテート類であってもよく、この場合は、沸点が150℃以上の分散媒体を別途含有させなくてもかまわない。
インクジェット法にてカラーフィルタの画素を形成する場合、分散媒体の沸点は130℃〜300℃が好ましく、150℃〜280℃がより好ましい。沸点を130℃以上とすることで、得られる塗膜の均一性が良好になる。また沸点を300℃以下とすることで熱焼成後における塗膜中の残留溶剤を低減でき、品質上の不具合や、乾燥時間の長期化を抑制できる。また、分散媒体の蒸気圧は、得られる塗膜の均一性の観点から、通常10mmHg以下、好ましくは5mmHg以下、より好ましくは1mmHg以下のものが使用できる。
なお、インクジェット法によるカラーフィルタ製造において、ノズルから発せられるインクは数pL〜数十pLと非常に微細であるため、ノズル口周辺あるいは画素バンク内に着弾する前に、分散媒体が蒸発してインクが濃縮・乾固する傾向がある。これを回避するためには分散媒体の沸点は高い方が好ましく、具体的には、沸点が180℃以上の分散媒体を含むことが好ましい。より好ましくは、沸点が200℃以上、特に好ましくは沸点が220℃以上である分散媒体を含有する。また、沸点が180℃以上である高沸点溶剤は、着色組成物に含まれる分散媒体全体100質量%に対して50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上がより好ましく、90質量%以上が最も好ましい。前記下限値以上とすることで液滴からの溶剤の蒸発防止効果を十分に発揮できる傾向がある。
着色組成物中の分散媒体の含有量は、特に限定されず、適宜調整することができる。着色組成物中の分散媒体の含有量の上限値は、通常99質量%である。また、着色組成物中の分散媒体の含有量の下限値は、着色組成物の塗布に適した粘度を考慮して、通常70質量%であり、75質量%であることが好ましい。前記分散媒体は、着色組成物から形成される析出物を溶解、除去するための溶媒として使用できる。
(バインダー樹脂)
本発明の着色組成物は、バインダー樹脂(ただし、前記(a)ブロック共重合体は除く。)を含有する。これにより、着色組成物のアルカリ現像性や基板への結着性を高めることができる。このようなバインダー樹脂としては、特に限定されるものではないが、カルボキシ基、フェノール性ヒドロキシ基等の酸性基を有する樹脂であることが好ましい。前記バインダー樹脂としては、例えば、エポキシ基含有(メタ)アクリレートと、他のラジカル重合性単量体との共重合体に対し、該共重合体が有するエポキシ基の少なくとも一部に不飽和一塩基酸を付加させてなる樹脂、あるいは該付加反応により生じたヒドロキシ基の少なくとも一部に多塩基酸無水物を付加させて得られるアルカリ可溶性樹脂;主鎖にカルボキシ基を含有する直鎖状アルカリ可溶性樹脂;カルボキシ基含有樹脂のカルボキシ基部分に、エポキシ基含有不飽和化合物を付加させた樹脂;(メタ)アクリル系樹脂;カルボキシ基を有するエポキシ(メタ)アクリレート樹脂等を挙げることができ、これらを単独または2種以上を混合して使用することができる。
前記バインダー樹脂としては、カルボキシ基含有ビニルモノマーに由来する構造単位と(メタ)アクリレートに由来する構造単位とスチレンとを含有するランダム共重合体、エポキシ樹脂に(メタ)アクリル基が導入された合成樹脂、カルボキシ基含有ビニルモノマーに由来する構造単位と(メタ)アクリレートに由来する構造単位とを含有するランダム共重合体が好ましい。前記カルボキシ基含有ビニルモノマーとしては、(メタ)アクリル酸が好ましい。前記(メタ)アクリレートとしては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシルエチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、グリセロールモノ(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
前記バインダー樹脂は、カルボキシ基含有ビニルモノマーに由来する構造単位と(メタ)アクリレートに由来する構造単位との合計含有率が、50質量%以上が好ましく、より好ましくは60質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上である。また、前記バインダー樹脂は、カルボキシ基含有ビニルモノマーに由来する構造の含有率が、5質量%以上が好ましく、より好ましくは10質量%以上、さらに好ましくは20質量%以上であり、90質量%以下が好ましく、より好ましくは70質量%以下である。
これらの中でも、カルボキシ基含有ビニルモノマーと(メタ)アクリレートとのランダム共重合体であることが好ましい。このような共重合体の具体例としては、(メタ)アクリル酸とブチル(メタ)アクリレートとのランダム共重合体、(メタ)アクリル酸とベンジル(メタ)アクリレートとのランダム共重合体、(メタ)アクリル酸とブチル(メタ)アクリレートとベンジル(メタ)アクリレートとのランダム共重合体等が挙げられる。バインダー樹脂と着色材との親和性の観点からは、バインダー樹脂は、(メタ)アクリル酸とベンジル(メタ)アクリレートとのランダム共重合体であることが特に好ましい。
カルボキシ基含有ビニルモノマーと(メタ)アクリレートとの共重合体において、(メタ)アクリル酸の含有量は、全モノマー成分中、通常5質量%〜90質量%であり、10質量%〜70質量%であることが好ましく、20質量%〜70質量%であることがより好ましい。
前記バインダー樹脂は、側鎖にラジカル重合可能な炭素−炭素二重結合を有するものであってもよい。側鎖に二重結合を有することで、本発明に係る着色組成物の光硬化性が高まるため、解像度、密着性を更に向上することができる。側鎖にラジカル重合可能な炭素−炭素二重結合を導入する方法としては、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、o−(またはm−、またはp−)ビニルベンジルグリシジルエーテル等の化合物を、前記バインダー樹脂の酸性基に反応させる方法が挙げられる。
バインダー樹脂のMwは、3,000〜100,000であることが好ましく、5,000〜50,000であることがより好ましく、5,000〜20,000であることがさらに好ましい。バインダー樹脂のMwが3,000以上であると、着色組成物から形成された着色層の耐熱性、膜強度等が良好となり、Mwが100,000以下であると、この塗布膜のアルカリ現像性がより一層良好となる。
バインダー樹脂の酸価は、20mgKOH/g〜170mgKOH/gであることが好ましく、50mgKOH/g〜150mgKOH/gであることがより好ましく、90mgKOH/g〜150mgKOH/gであることがさらに好ましい。バインダー樹脂の酸価が20mgKOH/g以上であると、着色組成物を着色層としたときのアルカリ現像性がより一層良好となり、170mgKOH/g以下であると耐熱性が良好となる。
着色組成物に含まれるバインダー樹脂は、1種類のみであってもよいし、複数種類であってもよい。着色組成物において、バインダー樹脂の含有量は、着色材100質量部に対して、5質量部〜200質量部であることが好ましく、10質量部〜100質量部であることがより好ましく、20質量部〜80質量部であることがさらに好ましい。
(架橋剤)
前記着色組成物は、架橋剤を含有してもよい。架橋剤とは、2個以上の重合可能な基を有する化合物をいう。重合可能な基としては、例えば、エチレン性不飽和基、オキシラニル基、オキセタニル基、N−アルコキシメチルアミノ基等を挙げることができる。前記架橋剤としては、2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物、または2個以上のN−アルコキシメチルアミノ基を有する化合物が好ましい。前記架橋剤は、単独または2種以上を混合して使用することができる。
前記2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物の具体例としては、脂肪族ポリヒドロキシ化合物と(メタ)アクリル酸を反応させて得られる多官能(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性された多官能(メタ)アクリレート、アルキレンオキサイド変性された多官能(メタ)アクリレート、ヒドロキシ基を有する(メタ)アクリレートと多官能イソシアネートを反応させて得られる多官能ウレタン(メタ)アクリレート、ヒドロキシ基を有する(メタ)アクリレートと酸無水物を反応させて得られるカルボキシ基を有する多官能(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
前記脂肪族ポリヒドロキシ化合物としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等の2価の脂肪族ポリヒドロキシ化合物;グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール等の3価以上の脂肪族ポリヒドロキシ化合物が挙げられる。前記ヒドロキシ基を有する(メタ)アクリレートとしては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、グリセロールジ(メタ)アクリレート等が挙げられる。前記多官能イソシアネートとしては、例えば、トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジフェニルメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等が挙げられる。前記酸無水物としては、例えば、無水こはく酸、無水マレイン酸、無水グルタル酸、無水イタコン酸、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸等の二塩基酸の無水物;無水ピロメリット酸、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物等の四塩基酸二無水物が挙げられる。
本発明の着色組成物において、架橋剤の含有量は、着色材100質量部に対して、10質量部〜1,000質量部が好ましく、特に20質量部〜500質量部が好ましい。架橋剤の含有量が少なすぎると、十分な硬化性が得られないおそれがある。一方、架橋剤の量が多すぎると、本発明の着色組成物にアルカリ現像性が低下し、未露光部の基板上または遮光層上に地汚れ、膜残り等が発生しやすくなる傾向がある。
(光重合開始剤)
前記着色組成物は、光重合開始剤を含有することが好ましい。これにより、着色組成物に感放射線性を付与することができる。前記光重合開始剤は、可視光線、紫外線、遠赤外線、電子線、X線等の放射線の露光により、架橋剤の重合を開始し得る活性種を発生する化合物である。
前記光重合開始剤としては、例えば、チオキサントン系化合物、アセトフェノン系化合物、ビイミダゾール系化合物、トリアジン系化合物、O−アシルオキシム系化合物、オニウム塩系化合物、ベンゾイン系化合物、ベンゾフェノン系化合物、α−ジケトン系化合物、多核キノン系化合物、ジアゾ系化合物、イミドスルホナート系化合物等を挙げることができる。光重合開始剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
本発明の着色組成物において、光重合開始剤の含有量は、架橋剤100質量部に対して、0.01質量部〜120質量部が好ましく、特に1質量部〜100質量部が好ましい。この場合、光重合開始剤の含有量が少なすぎると、露光により硬化が不十分となるおそれがあり、一方多すぎると、形成された着色層が現像時に基板から脱落しやすくなる傾向がある。
(他の配合剤)
前記着色組成物には、本発明の好ましい物性を損なわない範囲であれば、前記配合剤以外に、他の配合剤を配合することができる。他の配合剤としては、増感色素、熱重合防止剤、非イオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両性界面活性剤、可塑剤、有機カルボン酸化合物、有機カルボン酸無水物、pH調整剤、前記フェノール系酸化防止剤以外の酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、防腐剤、防カビ剤、凝集防止剤、密着性改良剤、現像改良剤、保存安定剤等を挙げることができる。
増感色素としては、4,4’−ジメチルアミノベンゾフェノン、4,4’−ジエチルアミノベンゾフェノン、2−アミノベンゾフェノン、4−アミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、3,4−ジアミノベンゾフェノン、2−(p−ジメチルアミノフェニル)ベンゾオキサゾール、2−(p−ジエチルアミノフェニル)ベンゾオキサゾール、2−(p−ジメチルアミノフェニル)ベンゾ[4,5]ベンゾオキサゾール、2−(p−ジメチルアミノフェニル)ベンゾ[6,7]ベンゾオキサゾール、2,5−ビス(p−ジエチルアミノフェニル)1,3,4−オキサゾール、2−(p−ジメチルアミノフェニル)ベンゾチアゾール、2−(p−ジエチルアミノフェニル)ベンゾチアゾール、2−(p−ジメチルアミノフェニル)ベンズイミダゾール、2−(p−ジエチルアミノフェニル)ベンズイミダゾール、2,5−ビス(p−ジエチルアミノフェニル)1,3,4−チアジアゾール、(p−ジメチルアミノフェニル)ピリジン、(p−ジエチルアミノフェニル)ピリジン、(p−ジメチルアミノフェニル)キノリン、(p−ジエチルアミノフェニル)キノリン、(p−ジメチルアミノフェニル)ピリミジン、(p−ジエチルアミノフェニル)ピリミジン等が挙げられる。
熱重合防止剤としては、ハイドロキノン、p−メトキシフェノール、ピロガロール、カテコール、2,6−t−ブチル−p−クレゾール、β−ナフトール等が挙げられる。
非イオン系界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤(1,1,2,2−テトラフロロオクチル(1,1,2,2−テトラフロロプロピル)エーテル、1,1,2,2−テトラフロロオクチルヘキシルエーテル、オクタエチレングリコールジ(1,1,2,2−テトラフロロブチル)エーテル、ヘキサエチレングリコールジ(1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロペンチル)エーテル、オクタプロピレングリコールジ(1,1,2,2−テトラフロロブチル)エーテル、ヘキサプロピレングリコールジ(1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロペンチル)エーテル、パーフロロドデシルスルホン酸ナトリウム、1,1,2,2,8,8,9,9,10,10−デカフロロドデカン、1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロデカン等)、シリコーン系界面活性剤、ポリオキシエチレン系界面活性剤(ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルエステル類、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル類、グリセリン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル類、ペンタエリスリット脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンペンタエリスリット脂肪酸エステル類、ソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類、ソルビット脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビット脂肪酸エステル類等)等が挙げられる。
アニオン系界面活性剤としては、アルキルスルホン酸塩類、アルキルベンゼンスルホン酸塩類、アルキルナフタレンスルホン酸塩類、ポリオキシエチレンアルキルエーテルスルホン酸塩類、アルキル硫酸塩類、アルキル硫酸エステル塩類、高級アルコール硫酸エステル塩類、脂肪族アルコール硫酸エステル塩類、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩類、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸塩類、アルキル燐酸エステル塩類、ポリオキシエチレンアルキルエーテル燐酸塩類、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル燐酸塩類、特殊高分子系界面活性剤等が挙げられる。
カチオン系界面活性剤としては、第4級アンモニウム塩類、イミダゾリン誘導体類、アルキルアミン塩類等が挙げられる。
両性界面活性剤としては、ベタイン型化合物類、イミダゾリウム塩類、イミダゾリン類、アミノ酸類等が挙げられる。
可塑剤としては、ジオクチルフタレート、ジドデシルフタレート、トリエチレングリコールジカプリレート、ジメチルグリコールフタレート、トリクレジルホスフェート、ジオクチルアジペート、ジブチルセバケート、トリアセチルグリセリン等が挙げられる。
有機カルボン酸化合物としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、ピバル酸、カプロン酸、グリコール酸、アクリル酸、メタクリル酸などのモノカルボン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、シクロヘキセンジカルボン酸、イタコン酸、シトラコン酸、マレイン酸、フマル酸、トリカルバリル酸、アコニット酸、安息香酸、フタル酸などのフェニル基に直接カルボキシル基が結合したカルボン酸、フェニル基から炭素結合を介してカルボキシル基が結合したカルボン酸類等が挙げられる。
有機カルボン酸無水物としては、無水酢酸、無水トリクロロ酢酸、無水トリフルオロ酢酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水イタコン酸、無水グルタル酸、無水1,2−シクロヘキセンジカルボン酸、無水n−オクタデシルコハク酸、無水5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸、無水フタル酸、トリメリット酸無水物、ピロメリット酸無水物、無水ナフタル酸等が挙げられる。
<着色組成物およびカラーフィルタの製造方法>
着色組成物は、分散剤組成物、着色材、分散媒体、バインダー樹脂、必要に応じて架橋剤、光重合開始剤、他の添加剤等を混合することで調製できる。なお、着色組成物は、(a)ブロック共重合体、(b)芳香族化合物、(c)3級アミン化合物、着色材、分散媒体、バインダー樹脂、必要に応じて他の成分を混合することで調製してもよい。混合は、例えば、ペイントシェーカー、ビーズミル、ボールミル、ディゾルバー、ニーダー等の混合分散機を用いることができる。着色組成物は、混合後に濾過することが好ましい。他の添加剤としては、例えば、pH調整剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、防腐剤、防カビ剤、界面活性剤、凝集防止剤等が挙げられる。
前記着色組成物は、アルカリ現像性を有することから、カラーフィルタ用として好適に使用することができる。
本発明のカラーフィルタは、前記着色組成物を用いて形成された着色層を備えるものである。カラーフィルタを製造する方法としては、例えば、次の方法が挙げられる。まず、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂などの熱可塑性樹脂シート、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂などの熱硬化性樹脂シート、各種ガラスなどの透明基板上に、例えば、赤色の顔料が分散された本発明の着色組成物を塗布したのち、プレベークを行って溶媒(分散媒体)を蒸発させ、塗膜を形成する。次いで、この塗膜にフォトマスクを介して露光したのち、アルカリ現像液(有機溶剤又は界面活性剤とアルカリ性化合物とを含む水溶液など)を用いて現像して、塗膜の未露光部を溶解除去する。その後、ポストベークすることにより、赤色の画素パターンが所定の配列で配置された画素アレイを形成する。次いで、緑色または青色の各着色組成物を用い、上記と同様にして、各着色組成物の塗布、プレベーク、露光、現像およびポストベークを行って、緑色の画素アレイおよび青色の画素アレイを同一基板上に順次形成する。これにより、赤色、緑色および青色の三原色の画素アレイが基板上に配置されたカラーフィルタが得られる。但し、本発明においては、各色の画素を形成する順序は、上記のものに限定されない。
着色組成物を基板に塗布する際には、スプレー法、ロールコート法、回転塗布法(スピンコート法)、スリットダイ塗布法、バー塗布法等の適宜の塗布法を採用することができるが、特に、スピンコート法、スリットダイ塗布法を採用することが好ましい。
このようにして得られた画素パターン上に、必要に応じて保護膜を形成した後、透明導電膜(ITOなど)をスパッタリングにより形成する。透明導電膜を形成した後、更にスペーサーを形成してカラーフィルタとすることもできる。また、赤色、緑色および青色の三原色の画素アレイを形成に用いる透明基板上には、ブラックマトリックスが設けられていてもよい。
本発明のカラーフィルタは、寸法精度等が高く、カラー液晶表示素子、カラー撮像管素子、カラーセンサー、有機EL表示素子、電子ペーパー等に好適に使用することができる。
また、前記着色組成物は、粘度が低く、着色組成物から形成される塗膜(着色体)の輝度が優れていることから、液晶層を間に挟んで位置するTFT基板とカラーフィルタ基板に支持する着色カラムスペーサとして好適に使用することができる。例えば、特開2015−191234号公報に記載の高い光学密度(Optical Depth:OD)の組成物が挙げられる。
以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。なお、分散剤及びバインダー樹脂の重合率、重量平均分子量(Mw)、分子量分布(PDI)、アミン価及び酸価、並びに着色組成物の粘度、輝度は、下記の方法に従って評価した。
なお、略語の意味は下記のとおりである。
BTEE:エチル−2−メチル−2−n−ブチルテラニル−プロピオネート
DBDT:ジブチルジテルリド
AIBN:2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)
MMA:メチルメタクリレート
BMA:ブチルメタクリレート
EHMA:2−エチルヘキシルメタクリレート
BzMA:ベンジルメタクリレート
M4EGM:メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート(商品名:ブレンマーPME−200、日油社製)
DMAEMA:ジメチルアミノエチルメタクリレート
BzCl:塩化ベンジル
MAA:メタクリル酸
PI:フタルイミド
2−NA:2−ナフトエ酸
2−NAOH:2−ナフトール
7−HC:7−ヒドロキシクマリン
4−MU:4−メチルウンベリフェロン
DBU:ジアザビシクロウンデセン
DIPEA:ジイソプロピルエチルアミン
TEA:トリエチルアミン
PIDBU:フタルイミドジアザビシクロウンデセン
PMA:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
MP:1−メトキシ−2−プロパノール
(重合率)
核磁気共鳴(NMR)測定装置(Bruker社製、型式:AVANCE500(周波数500MHz))を用いて、1H−NMRを測定(溶媒:重水素化クロロホルム、内部標準:テトラメチルシラン)した。得られたNMRスペクトルについて、モノマー由来のビニル基と、ポリマー由来のエステル側鎖のピークの積分比を求め、モノマーの重合率を算出した。
(重量平均分子量(Mw)および分子量分布(PDI))
高速液体クロマトグラフ(東ソー製、型式:HLC8320)を用いて、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により求めた。カラムはSHODEX KF−603(Φ6.0mm×150mm)(SHODEX社製)を1本、移動相に30mmol/L臭化リチウム−30mmol/L酢酸−N−メチルピロリドン、検出器に示差屈折率検出器を使用した。測定条件は、カラム温度を40℃、試料濃度を20mg/mL、試料注入量を10μL、流速を0.2mL/minとした。標準物質としてポリスチレン(分子量427,000、190,000、96,400、37,400、10,200、2,630、906)を使用して検量線(校正曲線)を作成し、重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)を測定した。これらの測定値から分子量分布(PDI=Mw/Mn)を算出した。
(アミン価)
アミン価は、固形分1gあたりの塩基性成分と当量の水酸化カリウム(KOH)の質量で表したものである。測定試料をテトラヒドロフランに溶解し、電位差滴定装置(商品名:GT−06、三菱化学社製)を用いて、得られた溶液を0.1mol/L塩酸/2−プロパノール溶液で中和滴定した。滴定pH曲線の変曲点を滴定終点として次式によりアミン価(B)を算出した。
B=56.11×Vs×0.1×f/w
B:アミン価(mgKOH/g)
Vs:滴定に要した0.1mol/L塩酸/2−プロパノール溶液の使用量(mL)
f:0.1mol/L塩酸/2−プロパノール溶液の力価
w:測定試料の質量(g)(固形分換算)
(酸価)
酸価は、固形分1gあたりの酸性成分を中和するのに要する水酸化カリウムの質量を表したものである。測定試料をテトラヒドロフランに溶解し、指示薬としてフェノールフタレインエタノール溶液を数滴加え、0.1mol/L水酸化カリウム/エタノール溶液で中和滴定した。次式により酸価(A)を算出した。
A=56.11×Vs×0.1×f/w
A:酸価(mgKOH/g)
Vs:滴定に要した0.1mol/L水酸化カリウム/エタノール溶液の使用量(mL)
f:0.1mol/L水酸化カリウム/エタノール溶液の力価
w:測定試料の質量(g)(固形分換算)
(粘度)
E型粘度計(商品名:TVE−22L、東機産業社製)を用い、コーンローター(1°34’×R24)を使用して、25℃下、ローター回転数60rpmで粘度を測定した。
着色組成物は、調製後、25℃にて2時間保管した後、粘度を測定した。粘度が10mPa・s未満であるものを「A」、粘度が10mPa・s以上であるものを「B」と評価した。
(輝度)
ガラス板に着色組成物を塗布し、乾燥後に230℃、30分間熱処理することで塗布膜を形成し着色ガラスを作製した。着色ガラス板を分光測色計(商品名:CM−3700d、コニカミノルタセンシング(株)製)にセットし、C光源におけるXYZ座標軸での透過色度を測定した。この際のY値を輝度(Y)として採用した。表2において、輝度は、着色組成物No.1〜8は着色組成物No.8を用いた着色ガラス板の輝度を基準として評価し、測定値と基準値との差(測定値−基準値)が0.4以上を「A」、差が0超0.4未満を「B」、差が0を「C」とした。また、着色組成物No.9〜11は着色組成物No.11を用いた着色ガラス板の輝度を基準として評価し、測定値と基準値との差(測定値−基準値)が0超0.2未満を「A」、差が0を「B」とした。
<ブロック共重合体の製造>
アルゴンガス導入管、撹拌機を備えたフラスコにMMA 46.1g、BMA 22.2g、EHMA 20.9g、BzMA 15.4g、M4EGM 8.1g、MAA 8.1g、AIBN 0.82g、PMA 80.5gを仕込み、アルゴン置換後、BTEE 7.49g、DBDT 4.61gを加え、60℃で15時間反応させAブロックを重合した。重合率は99%であった。
反応溶液に、予めアルゴン置換したDMAEMA 54.3g、AIBN 0.41g、PMA 36.2gの混合溶液を加え、60℃で10時間反応させ、Bブロックを重合した。重合率は98%であった。
反応終了後、反応液に予めアルゴン置換したメタノール(165g)を加え希釈し、BzCl 15.3gを希釈溶液に加え、60℃で10時間反応させることで4級化した。
反応終了後、反応液を撹拌しているn−ヘプタン中に注いだ。析出したポリマーを吸引濾過、乾燥することによりブロック共重合体を得た。得られたブロック共重合体は、Mwが7618、PDIが1.30、酸価が32mgKOH/g、アミン価が64mgKOH/g、共重合体中のAブロックの含有率が63質量%、Bブロックの含有率が37質量%、共重合体中の酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位の含有率が4.3質量%、共重合体中の一般式(1)で表される構造単位および一般式(2)で表される構造単位の合計含有率が36.0質量%であった。なお、共重合体中の各構造単位の含有率は、重合反応に用いたビニルモノマーの仕込み比率、ビニルモノマーの重合率、4級化反応に用いた4級化剤の反応率から算出した。
<分散剤組成物の調製>
(分散剤組成物No.A)
撹拌機を備えたフラスコに、ブロック共重合体 87.5g、PI 8.91g、DBU 9.23g、PMA 110g、MP 110gを加え、60℃で20時間加熱混合し、分散剤組成物を調製した。
(分散剤組成物No.B〜H)
各成分の配合を表1に示すように変更して、分散剤組成物No.Aの調製法と同様にして分散剤組成物No.B〜Hを得た。
Figure 2019208210
<着色組成物の調製>
(着色組成物No.1)
顔料(C.I.Pigment Green 58、商品名:FASTOGEN(登録商標) GREEN A310、DIC社製)18質量部、分散剤組成物12質量部、バインダー樹脂としてアルカリ可溶性樹脂(商品名:リポキシ(登録商標)SPC−2000、昭和高分子株式会社製)5.4質量部、PMA64.6質量部を内容量500mlの混合槽に投入し、ディスパーを用いて2000rpmで10分間撹拌し、予備分散を行った。得られた予備分散物に直径0.5mmのジルコニアビーズ640質量部を加え、2000rpmで2時間撹拌して本分散を行った。得られた分散物にPMA28.5質量部を添加し、さらに1500rpmで10分間撹拌した。得られた最終分散物を2.5μmメッシュのフィルター(商品名:HDC II Membrene Fillter、PALL社製)で濾過してジルコニアビーズを除去した。得られた着色組成物の粘度および輝度を評価した。結果を表2に示す。
(着色組成物No.2〜8)
分散剤を表2に示したものに変更したこと以外は、着色組成物No.1の調製法と同様にして、着色組成物No.2〜8を調製した。着色組成物No.8では、分散剤として前記で得たブロック共重合体を使用した。
(着色組成物No.9)
顔料(C.I.Pigment Blue 15:6、商品名:FASTGEN(登録商標) Blue A540、DIC社製)16質量部、分散剤組成物24質量部、バインダー樹脂としてアルカリ可溶性樹脂(商品名:リポキシ(登録商標)SPC−2000、昭和高分子社製)16質量部、PMA44質量部を内容量500mlの混合槽に投入し、ディスパーを用いて2000rpmで10分間撹拌し、予備分散を行った。得られた予備分散物に直径0.5mmのジルコニアビーズ640質量部を加え、2000rpmで2時間撹拌して本分散を行った。得られた分散物にPMA33.3質量部を添加し、さらに1500rpmで10分間撹拌した。得られた最終分散物を2.5μmメッシュのフィルター(商品名:HDC II Membrene Fillter、PALL社製)で濾過してジルコニアビーズを除去した。得られた着色組成物の粘度および輝度を評価した。結果を表2に示す。
(着色組成物10〜11)
分散剤を表2に示したものに変更したこと以外は、着色組成物No.9の調製法と同様にして、着色組成物No.10、11を調製した。着色組成物No.11では、分散剤として前記で得たブロック共重合体を使用した。
Figure 2019208210
分散剤として分散剤組成物No.A〜Hを用いた着色組成物No.1〜7、9、10は、顔料の分散性が高く、粘度が低い。これらの中でも、3級アミン化合物として環状アミジン化合物を含有する分散剤組成物No.A〜EおよびHを用いた着色組成物No.1〜5、9、10は塗膜の輝度も優れていた。つまり、着色組成物No.1〜5、9、10は、液晶ディスプレイの製造工程で高温に曝されても耐変色性に優れ、これらの着色組成物を用いてカラーフィルタを作製した場合、輝度が向上することが期待できる。
本発明には、以下の実施態様が含まれる。
(実施態様1)
(a)酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位を含むAブロックと、下記一般式(1)で表される構造単位および下記一般式(2)で表される構造単位を含むBブロックとを有するブロック共重合体、(b)芳香族ジカルボン酸イミド、酸性基含有芳香族化合物およびフェノール性ヒドロキシ基含有芳香族化合物よりなる群から選択される少なくとも1種の芳香族化合物、および、(c)3級アミン化合物を混合してなることを特徴とする分散剤組成物。
Figure 2019208210
〔式(1)において、R11、R12およびR13は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい鎖状もしくは環状の炭化水素基を示す。R11、R12およびR13のうち2つ以上が互いに結合して環状構造を形成していてもよい。X1は2価の連結基を示す。R14は水素原子またはメチル基を示す。Y-は対イオンを示す。〕
Figure 2019208210
〔式(2)において、R21およびR22は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい鎖状もしくは環状の炭化水素基を示す。R21およびR22が互いに結合して環状構造を形成していてもよい。X2は2価の連結基を示す。R23は水素原子またはメチル基を示す。〕
(実施態様2)
前記(a)ブロック共重合体中の4級アンモニウム塩基と前記(b)芳香族化合物とのモル比((b)/(a)中の4級アンモニウム塩基)が、0.5〜1.2である実施態様1に記載の分散剤組成物。
(実施態様3)
前記(a)ブロック共重合体中の4級アンモニウム塩基と前記(c)3級アミン化合物とのモル比((c)/(a)中の4級アンモニウム塩基)が、0.5〜1.2である実施態様1または2に記載の分散剤組成物。
(実施態様4)
前記(a)ブロック共重合体における酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位の含有率が、1質量%〜20質量%である実施態様1〜3のいずれか一項に記載の分散剤組成物。
(実施態様5)
前記(a)ブロック共重合体における前記一般式(1)で表される構造単位および前記一般式(2)で表される構造単位の合計含有率が、5質量%〜50質量%である実施態様1〜4のいずれか一項に記載の分散剤組成物。
(実施態様6)
前記(c)3級アミン化合物が、一般式(6)で表される化合物および/または一般式(7)で表される化合物である実施態様1〜5のいずれか一項に記載の分散剤組成物。
Figure 2019208210
〔一般式(6)において、R61、R62およびR63は、それぞれ独立して、置換基を有してもよい炭素数1〜10の炭化水素基を示す。また、R62およびR63は互いに結合して環状構造を形成してよい。〕
Figure 2019208210
〔一般式(7)において、R71は置換基を有してもよい炭素数2〜6の2価の炭化水素基を示し、R72およびR73は、それぞれ独立して、水素原子または置換基を有してもよい炭素数1〜10の炭化水素基を示す。また、R72およびR73は互いに結合して環状構造を形成してよい。〕
(実施態様7)
実施態様1〜6のいずれか一項に記載の分散剤組成物、着色材、分散媒体およびバインダー樹脂を含有する着色組成物。
(実施態様8)
(a)酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位を含むAブロックと、下記一般式(1)で表される構造単位および下記一般式(2)で表される構造単位を含むBブロックとを有するブロック共重合体、(b)芳香族ジカルボン酸イミド、酸性基含有芳香族化合物およびフェノール性ヒドロキシ基含有芳香族化合物よりなる群から選択される少なくとも1種の芳香族化合物、(c)3級アミン化合物、着色材、分散媒体およびバインダー樹脂を混合してなることを特徴とする着色組成物。
Figure 2019208210
〔式(1)において、R11、R12およびR13は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい鎖状もしくは環状の炭化水素基を示す。R11、R12およびR13のうち2つ以上が互いに結合して環状構造を形成していてもよい。X1は2価の連結基を示す。R14は水素原子またはメチル基を示す。Y-は対イオンを示す。〕
Figure 2019208210
〔式(2)において、R21およびR22は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい鎖状もしくは環状の炭化水素基を示す。R21およびR22が互いに結合して環状構造を形成していてもよい。X2は2価の連結基を示す。R23は水素原子またはメチル基を示す。〕
(実施態様9)
前記着色材がフタロシアニン系顔料である、実施態様7または8に記載の着色組成物。
(実施態様10)
カラーフィルタ用である、実施態様7〜9のいずれか一項に記載の着色組成物。
(実施態様11)
実施態様10に記載の着色組成物を用いて形成された着色層を備えることを特徴とするカラーフィルタ。
本発明のブロック共重合体は、着色組成物の着色材の分散剤として使用することができる。前記着色組成物は、カラーフィルタ用に好適に使用できる。前記カラーフィルタは、寸法精度等が高く、カラー液晶表示素子、カラー撮像管素子、カラーセンサー、有機EL表示素子、電子ペーパー等に好適に使用することができる。

Claims (11)

  1. (a)酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位を含むAブロックと、下記一般式(1)で表される構造単位および下記一般式(2)で表される構造単位を含むBブロックとを有するブロック共重合体、
    (b)芳香族ジカルボン酸イミド、酸性基含有芳香族化合物およびフェノール性ヒドロキシ基含有芳香族化合物よりなる群から選択される少なくとも1種の芳香族化合物、および、
    (c)3級アミン化合物を混合してなることを特徴とする分散剤組成物。
    Figure 2019208210
    〔式(1)において、R11、R12およびR13は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい鎖状もしくは環状の炭化水素基を示す。R11、R12およびR13のうち2つ以上が互いに結合して環状構造を形成していてもよい。X1は2価の連結基を示す。R14は水素原子またはメチル基を示す。Y-は対イオンを示す。〕
    Figure 2019208210
    〔式(2)において、R21およびR22は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい鎖状もしくは環状の炭化水素基を示す。R21およびR22が互いに結合して環状構造を形成していてもよい。X2は2価の連結基を示す。R23は水素原子またはメチル基を示す。〕
  2. 前記(a)ブロック共重合体中の4級アンモニウム塩基と前記(b)芳香族化合物とのモル比((b)/(a)中の4級アンモニウム塩基)が、0.5〜1.2である請求項1に記載の分散剤組成物。
  3. 前記(a)ブロック共重合体中の4級アンモニウム塩基と前記(c)3級アミン化合物とのモル比((c)/(a)中の4級アンモニウム塩基)が、0.5〜1.2である請求項1または2に記載の分散剤組成物。
  4. 前記(a)ブロック共重合体における酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位の含有率が、1質量%〜20質量%である請求項1〜3のいずれか一項に記載の分散剤組成物。
  5. 前記(a)ブロック共重合体における前記一般式(1)で表される構造単位および前記一般式(2)で表される構造単位の合計含有率が、5質量%〜50質量%である請求項1〜4のいずれか一項に記載の分散剤組成物。
  6. 前記(c)3級アミン化合物が、一般式(6)で表される化合物および/または一般式(7)で表される化合物である請求項1〜5のいずれか一項に記載の分散剤組成物。
    Figure 2019208210
    〔一般式(6)において、R61、R62およびR63は、それぞれ独立して、置換基を有してもよい炭素数1〜10の炭化水素基を示す。また、R62およびR63は互いに結合して環状構造を形成してよい。〕
    Figure 2019208210
    〔一般式(7)において、R71は置換基を有してもよい炭素数2〜6の2価の炭化水素基を示し、R72およびR73は、それぞれ独立して、水素原子または置換基を有してもよい炭素数1〜10の炭化水素基を示す。また、R72およびR73は互いに結合して環状構造を形成してよい。〕
  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の分散剤組成物、着色材、分散媒体およびバインダー樹脂を含有する着色組成物。
  8. (a)酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位を含むAブロックと、下記一般式(1)で表される構造単位および下記一般式(2)で表される構造単位を含むBブロックとを有するブロック共重合体、(b)芳香族ジカルボン酸イミド、酸性基含有芳香族化合物およびフェノール性ヒドロキシ基含有芳香族化合物よりなる群から選択される少なくとも1種の芳香族化合物、(c)3級アミン化合物、着色材、分散媒体およびバインダー樹脂を混合してなることを特徴とする着色組成物。
    Figure 2019208210
    〔式(1)において、R11、R12およびR13は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい鎖状もしくは環状の炭化水素基を示す。R11、R12およびR13のうち2つ以上が互いに結合して環状構造を形成していてもよい。X1は2価の連結基を示す。R14は水素原子またはメチル基を示す。Y-は対イオンを示す。〕
    Figure 2019208210
    〔式(2)において、R21およびR22は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい鎖状もしくは環状の炭化水素基を示す。R21およびR22が互いに結合して環状構造を形成していてもよい。X2は2価の連結基を示す。R23は水素原子またはメチル基を示す。〕
  9. 前記着色材がフタロシアニン系顔料である、請求項7または8に記載の着色組成物。
  10. カラーフィルタ用である、請求項7〜9のいずれか一項に記載の着色組成物。
  11. 請求項10に記載の着色組成物を用いて形成された着色層を備えることを特徴とするカラーフィルタ。
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