KR20150037529A - 흑색 감광성 수지 조성물, 그 경화막, 및 상기 경화막을 갖는 컬러 필터 및 터치 패널 - Google Patents

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Abstract

(과제) 감압 건조시에 있어서의 도막 결함을 방지하여 막두께 균일성이 우수한 도막을 얻을 수 있고, 컬러 필터나 터치 패널에 사용되는 경화막을 얻는데 적합한 흑색 감광성 수지 조성물을 제공한다.
(해결 수단) (A) 소정의 알칼리 가용성 수지, (B) 적어도 1개의 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 광중합성 모노머, (C) 광중합 개시제, (D) 흑색 안료, 및 (E) 용제를 함유하는 흑색 감광성 조성물로서, (E) 용제는 대기압 하에 있어서의 비점이 200℃∼260℃, 25℃에 있어서의 용제 점도가 2.0∼3.2mPa·s, 및 표면장력이 23∼32dyn/cm인 고비점 용제를 함유하고, 이 고비점 용제의 함유량은 전체 용제량의 1∼10질량%인 흑색 감광성 수지 조성물이다.

Description

흑색 감광성 수지 조성물, 그 경화막, 및 상기 경화막을 갖는 컬러 필터 및 터치 패널{BLACK PHOTOSENSITIVE RESIN COMPOSITION, CURED FILM THEREOF, AND COLOUR FILTER OR TOUCH PANEL MADE BY USING THAT FILM}
본 발명은 흑색 감광성 수지 조성물, 그 경화막, 및 상기 경화막을 갖는 표시장치용 컬러 필터나 터치 패널에 관한 것이다.
액정표시장치의 컬러 필터는 통상 각 화소를 구획하기 위한 흑색막을 형성한 유리, 플라스틱 시트 등의 투명 기판 표면에 적색, 녹색, 청색의 화소를 순차 스트라이프상 또는 모자이크상 등의 색 패턴으로 형성하는 방법에 의해 제조되어 있다. 이 흑색막은 화소 간의 광누설에 의한 콘트라스트 및 색 순도의 저하를 방지하는 역활을 하고 있어 카본블랙, 산질화 티타늄이나 티탄블랙 등의 차광재를 함유하고, 알칼리 현상이 가능한 흑색 감광성 수지 조성물을 사용하는 것이 주가 되어 있다.
일반적으로, 컬러 필터는 유리 및 플라스틱 시트 등의 투명 기판 상에 흑색 감광성 수지 조성물을 스핀 코터 또는 슬릿 코터를 사용해서 도포하고, 진공 건조 장치(VCD)를 사용해서 감압 건조하고, 핫플레이트를 사용한 열건조를 더 실시한 후 노광, 현상을 거쳐서 블랙 매트릭스가 형성된다. 계속해서, 적색, 녹색, 청색의 각 색의 착색 감광성 수지 조성물을 순서대로 상기 프로세스를 이용하여 각 색의 소정 화소로 형성해서 컬러 필터를 제조한다.
현재에는, 기판 상에 흑색 감광성 조성물을 도포하고, VCD를 사용해서 감압 건조시키는 공정이 일반적으로 되어 있지만, 감압 건조 시에 흑색 감광성 수지 조성물에 함유되어 있는 용제가 돌비 또는 불균일하게 증발함으로써 도막 결함(건조 불균일, 표면 거침, 크레이터)이 발생해 버리거나, 막두께 균일성이 악화되는 문제가 있었다.
이 문제에 대해서는, 특허문헌 1에서는 도막 결함을 억제하기 위해서 대기압 하에 있어서의 비점이 200℃ 이상 250℃ 이하인 난휘발성 용제를 함유하는 착색 감광성 수지 조성물이 개시되어 있다. 그러나, 도막의 막두께 균일성에 대한 요구 수준이 높아져 오고 있는 상황 속에서 도막 결함을 충분히 억제하면서 막두께 균일성을 충분히 얻을 수 있는지에 대해서는 염려가 남아있다.
일본 특허공개 2008-249822호 공보
그래서, 본 발명의 목적은 감압 건조시에 있어서의 도막 결함을 방지하여 막두께 균일성이 우수한 도막을 얻을 수 있는 흑색 감광성 수지 조성물을 제공하는 것, 그 흑색 감광성 수지 조성물을 사용한 도막(경화막), 및 그 도막을 구비한 컬러 필터 및 터치 패널을 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은 흑색 감광성 수지 조성물 중에 소정의 비점, 소정의 점도 및 소정의 표면장력을 갖는 고비점 용제를 함유시켰을 경우, 표면 결함이 없고 막두께 균일성이 양호한 도포막이 얻어지는 것을 발견하고, 본 발명을 완성시켰다. 즉, 본 발명의 요지는 다음과 같다.
(1) 본 발명은 (A) 비스페놀류로부터 유도되는 2개의 글리시딜에테르기를 갖는 에폭시 화합물과 불포화기 함유 모노카르복실산의 반응물에 대하여 (a) 디카르복실산 또는 트리카르복실산 또는 그 산무수물 및 (b) 테트라카르복실산 또는 그 산이무수물을 반응시켜서 얻어진 알칼리 가용성 수지, (B) 적어도 1개의 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 광중합성 모노머, (C) 광중합 개시제, (D) 흑색 안료, 및 (E) 용제를 함유하는 흑색 감광성 조성물로서, (E) 용제는 대기압 하에 있어서의 비점이 200℃∼260℃, 25℃에 있어서의 용제 점도가 2.0∼3.2mPa·s, 및 표면장력이 23∼32dyn/cm인 고비점 용제를 함유하고, 이 고비점 용제의 함유량은 전체 용제량의 1∼10질량%인 것을 특징으로 하는 흑색 감광성 수지 조성물이다.
(2) 본 발명은 또한, (1)에 기재된 흑색 감광성 수지 조성물을 포토리소그래피법에 의해 패터닝한 후, 계속해서 열경화시킴으로써 얻어지는 경화막이다.
(3) 본 발명은 또한, (2)에 기재된 경화막을 갖는 컬러 필터이다.
(4) 본 발명은 또한, (2)에 기재된 경화막을 갖는 터치 패널이다.
본 발명에 의하면, 표면 결함이 없고 막두께 균일성이 양호한 도포막이 얻어지는 흑색 감광성 수지 조성물을 얻을 수 있고, 상기 경화막을 표시장치용 컬러 필터나 터치 패널에 적용할 수 있다.
이하에, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 흑색 감광성 수지 조성물에 있어서의 (A)는 비스페놀류로부터 유도되는 2개의 글리시딜에테르기를 갖는 에폭시 화합물과 불포화기 함유 모노카르복실산의 반응물에 대하여 (a) 디카르복실산 또는 트리카르복실산 또는 그 산무수물, 및 (b) 테트라카르복실산 또는 그 산이무수물을 반응시켜서 얻어진 알칼리 가용성 수지이다. 여기에서, (a)/(b)의 몰비가 0.1∼10인 것이 바람직하다.
(A)의 원료가 되는 비스페놀류로서는 비스(4-히드록시페닐)케톤, 비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)케톤, 비스(4-히드록시-3,5-디클로로페닐)케톤, 비스(4-히드록시페닐)술폰, 비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)술폰, 비스(4-히드록시-3,5-디클로로페닐)술폰, 비스(4-히드록시페닐)헥사플루오로프로판, 비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)헥사플루오로프로판, 비스(4-히드록시-3,5-디클로로페닐)헥사플루오로프로판, 비스(4-히드록시페닐)디메틸실란, 비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)디메틸실란, 비스(4-히드록시-3,5-디클로로페닐)디메틸실란, 비스(4-히드록시페닐)메탄, 비스(4-히드록시-3,5-디클로로페닐)메탄, 비스(4-히드록시-3,5-디브로모페닐)메탄, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3,5-디클로로페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3-메틸페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3-클로로페닐)프로판, 비스(4-히드록시페닐)에테르, 비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)에테르, 비스(4-히드록시-3,5-디클로로페닐)에테르, 9,9-비스(4-히드록시페닐)플루오렌, 9,9-비스(4-히드록시-3-메틸페닐)플루오렌, 9,9-비스(4-히드록시-3-클로로페닐)플루오렌, 9,9-비스(4-히드록시-3-브로모 페닐)플루오렌, 9,9-비스(4-히드록시-3-플루오로페닐)플루오렌, 9,9-비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)플루오렌, 9,9-비스(4-히드록시-3,5-디클로로페닐)플루오렌, 9,9-비스(4-히드록시-3,5-디브로모페닐)플루오렌, 4,4'-비페놀, 3,3'-비페놀 등 및 이들의 유도체를 들 수 있다. 이들 중에서는 9,9-플루오레닐기를 갖는 것이 특히 적합하게 이용된다.
다음에, 상기 비스페놀류와 에피클로로히드린을 반응시켜서 2개의 글리시딜에테르기를 갖는 에폭시 화합물을 얻는다. 이 반응 시에는 일반적으로 디글리시딜에테르 화합물의 올리고머화를 수반하기 때문에, 하기 일반식(I)의 에폭시 화합물을 얻게 된다.
Figure pat00001
일반식(I)의 식 중, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소원자, 탄소수 1∼5개의 알킬기, 할로겐 원자 또는 페닐기를 나타내고, A는 -CO-, -SO2-, -C(CF3)2-, -Si(CH3)2-, -CH2-, -C(CH3)2-, -O-, 9,9-플루오레닐기 또는 직결합을 나타낸다. l은 0∼10의 수이다. 바람직한 R1, R2, R3 및 R4는 수소원자이고, 바람직한 A는 9,9-플루오레닐기이다. 또한, l은 보통 복수의 값이 혼재하기 때문에 평균치 0∼10(정수에 한정되는 것은 아님)이 되지만, 바람직한 l의 평균치는 0∼3이다. l의 값이 상한치를 초과하면, 상기 에폭시 화합물을 사용해서 합성한 알칼리 가용성 수지를 사용한 흑색 감광성 수지 조성물로 했을 때, 상기 조성물의 점도가 지나치게 커져서 도포가 잘 행해지지 않게 되거나, 알칼리 가용성을 충분히 부여할 수 없어서 알칼리 현상성이 매우 나빠지거나 한다.
그 다음에, 일반식(I)의 화합물에 불포화기 함유 모노카르복실산으로서 아크릴산 또는 메타크릴산, 또는 이들의 양쪽을 반응시켜서 얻어진 히드록실기를 갖는 반응물에 (a) 디카르복실산 또는 트리카르복실산 또는 그 산무수물, 및 (b) 테트라카르복실산 또는 그 산이무수물을 바람직하게는 (a)/(b)의 몰비가 0.1∼10이 되는 범위에서 반응시켜서, 하기 일반식(II)으로 표시되는 에폭시 (메타)아크릴레이트 산부가물의 구조를 갖는 알칼리 가용성 수지를 얻는다.
Figure pat00002
(식 중, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소원자, 탄소수 1∼5개의 알킬기, 할로겐 원자 또는 페닐기를 나타내고, R5는 수소원자 또는 메틸기를 나타내고, A는 -CO-, -SO2-, -C(CF3)2-, -Si(CH3)2-, -CH2-, -C(CH3)2-, -O-, 9,9-플루오레닐기 또는 직결합을 나타내고, X는 4가의 카르복실산 잔기를 나타내고, Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 수소원자 또는 -OC-Z-(COOH)m(단, Z는 2가 또는 3가 카르복실산 잔기를 나타내고, m은 1∼2의 수를 나타냄)을 나타내고, n은 1∼20의 수를 나타낸다.)
이 에폭시 (메타)아크릴레이트 산부가물(II)은 에틸렌성 불포화 이중 결합과 카르복실기를 겸비하는 알칼리 가용성 수지이기 때문에, 본 발명의 흑색 감광성 수지 조성물의 (A)로서 우수한 광경화성, 양호한 현상성, 패터닝 특성을 부여하여 양호한 패턴 형상이 얻어지는 것이다.
본 발명의 (A)인 일반식(II)의 에폭시 (메타)아크릴레이트 산부가물에 이용되는 (a) 디카르복실산 또는 트리카르복실산 또는 그 산무수물로서는 사슬식 탄화수소 디카르복실산 또는 트리카르복실산 또는 그 산무수물이나 지환식 디카르복실산 또는 트리카르복실산 또는 그 산무수물, 방향족 디카르복실산 또는 트리카르복실산 또는 그 산무수물이 사용된다. 여기에서, 사슬식 탄화수소 디카르복실산 또는 트리카르복실산 또는 그 산무수물로서는, 예를 들면 숙신산, 아세틸숙신산, 말레산, 아디프산, 이타콘산, 아젤라산, 시트라말산, 말론산, 글루타르산, 시트르산, 주석산, 옥소글루타르산, 피멜산, 세박산, 수베르산, 디글리콜산 등의 화합물이 있고, 또한 임의의 치환기가 도입된 디카르복실산 또는 트리카르복실산 또는 그 산무수물이어도 좋다. 또한, 지환식 디카르복실산 또는 트리카르복실산 또는 그 산무수물로서는, 예를 들면 시클로부탄 디카르복실산, 시클로펜탄 디카르복실산, 헥사히드로프탈산, 테트라히드로프탈산, 노르보르난 디카르복실산 등의 화합물이 있고, 또한 임의의 치환기가 도입된 디카르복실산 또는 트리카르복실산 또는 그 산무수물이어도 좋다. 또한, 방향족 디카르복실산 또는 트리카르복실산 또는 그 산무수물로서는, 예를 들면 프탈산, 이소프탈산, 트리멜리트산 등의 화합물이 있고, 또한 임의의 치환기가 도입된 디카르복실산 또는 트리카르복실산 또는 그 산무수물이어도 좋다.
또한, 본 발명의 (A)인 일반식(II)의 에폭시 (메타)아크릴레이트 산부가물에 이용되는 (b) 테트라카르복실산 또는 그 산이무수물로서는 사슬식 탄화수소 테트라카르복실산 또는 그 산이무수물이나 지환식 테트라카르복실산 또는 그 산이무수물,또는 방향족 다가 카르복실산 또는 그 산이무수물이 사용된다. 여기에서, 사슬식 탄화수소 테트라카르복실산 또는 그 산이무수물로서는, 예를 들면 부탄 테트라카르복실산, 펜탄 테트라카르복실산, 헥산 테트라카르복실산 등이 있고, 또한 치환기가 도입된 테트라카르복실산 또는 그 산이무수물이어도 좋다. 또한, 지환식 테트라카르복실산 또는 그 산이무수물로서는, 예를 들면 시클로부탄 테트라카르복실산, 시클로펜탄 테트라카르복실산, 시클로헥산 테트라카르복실산, 시클로헵탄 테트라카르복실산, 노르보르난 테트라카르복실산 등이 있고, 또한 치환기가 도입된 테트라카르복실산 또는 그 산이무수물이어도 좋다. 또한, 방향족 테트라카르복실산이나 그 산이무수물로서는, 예를 들면 피로멜리트산, 벤조페논테트라카르복실산, 비페닐테트라카르복실산, 비페닐에테르 테트라카르복실산 또는 그 산이무수물을 들 수 있고, 또한 치환기가 도입된 테트라카르복실산 또는 그 산이무수물이어도 좋다.
본 발명의 (A)인 일반식(II)의 에폭시 (메타)아크릴레이트 산부가물에 사용되는 (a) 디카르복실산 또는 트리카르복실산 또는 그 산무수물과 (b) 테트라카르복실산 또는 그 산이무수물의 몰비 (a)/(b)는 바람직하게는 0.1∼10인 것이 좋고, 보다 바람직하게는 0.2∼3.0이 되는 범위이다. 몰비 (a)/(b)가 상기 범위를 일탈하면 최적 분자량이 얻어지지 않고, (A)를 사용한 흑색 감광성 수지 조성물에 있어서 알칼리 현상성, 내열성, 내용제성, 패턴 형상 등이 열화되므로 바람직하지 않다. 또한, 몰비 (a)/(b)가 작을수록 분자량이 커져서 알칼리 용해성이 악화되는 경향이 있다.
또한, 본 발명의 (A)인 일반식(II)의 에폭시 (메타)아크릴레이트 산부가물은 중량 평균 분자량(Mw)이 2000∼10000의 사이인 것이 바람직하고, 3000∼7000의 사이인 것이 특히 바람직하다. 중량 평균 분자량(Mw)이 2000을 미달하면 (A)를 사용한 흑색 감광성 수지 조성물의 현상시의 패턴의 밀착성을 유지할 수 없어서 패턴 박리가 발생하고, 또한 중량 평균 분자량(Mw)이 10000을 초과하면 현상 잔사나 미노광부의 잔막이 남기 쉬워진다. 더욱이, (A)는 그 산가가 30∼200KOHmg/g의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이 값이 30KOHmg/g보다 작으면 (A)를 사용한 흑색 감광성 수지 조성물의 알칼리 현상이 악화되는 경향이 되기 때문에, 강알칼리 등의 특수한 현상 조건이 필요하게 된다. 한편, 200KOHmg/g을 초과하면 (A)를 사용한 흑색 감광성 수지 조성물로의 알칼리 현상액의 침투가 지나치게 빨라져서 박리 현상이 일어나기 때문에 모두 바람직하지 않다.
본 발명에서 이용되는 일반식(II)의 에폭시 (메타)아크릴레이트 산부가물은 상술한 공정에 의해 기지의 방법, 예를 들면 일본 특허공개 평8-278629호 공보나 일본 특허공개 2008-9401호 공보 등에 기재된 방법에 의해 제조할 수 있다. 우선, 일반식(I)의 에폭시 화합물에 불포화기 함유 모노카르복실산을 반응시키는 방법으로서는, 예를 들면 에폭시 화합물의 에폭시기와 당몰의 불포화기 함유 모노카르복실산을 용제 중에 첨가하고, 촉매(트리에틸벤질암모늄클로라이드, 2,6-디이소부틸 페놀 등)의 존재 하에서 공기를 블로잉하면서 90∼120℃로 가열·교반하여 반응시킨다고 하는 방법이 있다. 그 다음에, 반응 생성물인 에폭시아크릴레이트 화합물의 수산 기에 산무수물을 반응시키는 방법으로서는 에폭시아크릴레이트 화합물과 산이무수물 및 산일무수물의 소정량을 용제 중에 첨가하고, 촉매(브롬화 테트라에틸암모늄, 트리페닐포스핀 등)의 존재 하에서 90∼130℃에서 가열·교반하여 반응시킨다고 하는 방법이 있다.
본 발명의 흑색 감광성 수지 조성물에 있어서의 (B) 적어도 1개의 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 광중합성 모노머로서는, 예를 들면 2-히드록시에틸 (메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필 (메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메타)아크릴레이트 등의 수산기를 갖는 (메타)아크릴산 에스테르류나, 에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 테트라메틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트, 트리메틸올에탄 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨 디(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨 테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 테트라(메타)아크릴레이트, 글리세롤 (메타)아크릴레이트, 소르비톨 펜타(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 펜타(메타)아크릴레이트, 또는 디펜타에리스리톨 헥사(메타)아크릴레이트, 소르비톨 헥사(메타)아크릴레이트, 포스파젠의 알킬렌옥사이드 변성 헥사(메타)아크릴레이트, 카프로락톤 변성 디펜타에리스리톨 헥사(메타)아크릴레이트 등의 (메타)아크릴산 에스테르류를 들 수 있고, 이들의 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. 또한, 상기 적어도 1개의 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 광중합성 모노머는 광중합성기를 3개 이상 가져서 불포화기 함유 알칼리 가용성 수지의 분자끼리를 가교할 수 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, (B) 적어도 1개의 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 광중합성 모노머는 유리 카르복실기를 갖지 않는다.
본 발명의 흑색 감광성 수지 조성물에 있어서의 (C) 광중합 개시제로서는, 예를 들면 아세토페논, 2,2-디에톡시아세토페논, p-디메틸아세토페논, p-디메틸아미노프로피오페논, 디클로로아세토페논, 트리클로로아세토페논, p-tert-부틸아세토페논 등의 아세토페논류, 벤조페논, 2-클로로벤조페논, p,p'-비스디메틸아미노벤조페논 등의 벤조페논류, 벤질, 벤조인, 벤조인 메틸에테르, 벤조인 이소프로필에테르, 벤조인 이소부틸에테르 등의 벤조인 에테르류, 2-(o-클로로페닐)-4,5-페닐비이미다졸, 2-(o-클로로페닐)-4,5-디(m-메톡시페닐)비이미다졸, 2-(o-플루오로페닐)-4,5-디페닐비이미다졸, 2-(o-메톡시페닐)-4,5-디페닐비이미다졸, 2,4,5-트리아릴 비이미다졸 등의 비이미다졸계 화합물류, 2-트리클로로메틸-5-스티릴-1,3,4-옥사디아졸, 2-트리클로로메틸-5-(p-시아노스티릴)-1,3,4-옥사디아졸, 2-트리클로로메틸-5-(p-메톡시스티릴)-1,3,4-옥사디아졸 등의 할로메틸디아졸 화합물류, 2,4,6-트리스(트리클로로메틸)-1,3,5-트리아진, 2-메틸-4,6-비스(트리클로로메틸)-1,3,5-트리아진, 2-페닐-4,6-비스(트리클로로메틸)-1,3,5-트리아진, 2-(4-클로로페닐)-4,6-비스(트리클로로메틸)-1,3,5-트리아진, 2-(4-메톡시페닐)-4,6-비스(트리클로로메틸)-1,3,5-트리아진, 2-(4-메톡시나프틸)-4,6-비스(트리클로로메틸)-1,3,5-트리아진, 2-(4-메톡시스티릴)-4,6-비스(트리클로로메틸)-1,3,5-트리아진, 2-(3,4,5-트리메톡시스티릴)-4,6-비스(트리클로로메틸)-1,3,5-트리아진, 2-(4-메틸티오스티릴)-4,6-비스(트리클로로메틸)-1,3,5-트리아진 등의 할로메틸-S-트리아진계 화합물류, 1,2- 옥탄디온, 1-[4-(페닐티오)페닐]-,2-(o-벤조일옥심), 1-(4-페닐술파닐페닐)부탄-1, 2-디온-2-옥심-o-벤조에이트, 1-(4-메틸술파닐페닐)부탄-1,2-디온-2-옥심-o-아세테이트, 1-(4-메틸술파닐페닐)부탄-1-온옥심-o-아세테이트 등의 o-아실옥심계 화합물류, 벤질디메틸케탈, 티옥산톤, 2-클로로티옥산톤, 2,4-디에틸티옥산톤, 2-메틸티옥산톤, 2-이소프로필티옥산톤 등의 황 화합물, 2-에틸안트라퀴논, 옥타메틸안트라퀴논, 1,2-벤즈안트라퀴논, 2,3-디페닐안트라퀴논 등의 안트라퀴논류, 아조비스이소부틸니트릴, 벤조일 퍼옥사이드, 쿠멘 퍼옥사이드 등의 유기 과산화물, 2-메르캅토벤조이미다졸, 2-메르캅토벤조옥사졸, 2-메르캅토벤조티아졸 등의 티올 화합물, 트리에탄올아민, 트리에틸아민 등의 제 3 급 아민 등을 들 수 있다. 이 중에서도, 고감도의 흑색 감광성 수지 조성물을 얻기 쉬운 관점에서 o-아실옥심계 화합물류를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 광중합 개시제를 2종류 이상 사용할 수도 있다. 또한, 본 발명에서 말하는 광중합 개시제란 증감제를 포함하는 의미에서 사용된다.
본 발명의 흑색 감광성 수지 조성물에 있어서의 (D) 흑색 안료는 혼색 유기안료 또는 무기계 안료 등을 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 흑색 유기안료로서는, 예를 들면 페릴렌 블랙, 시아닌 블랙, 아닐린 블랙 등을 들 수 있다. 혼색 유기안료로서는 적색, 청색, 녹색, 자색, 황색, 시아닌, 마젠타 등에서 선택되는 적어도 2종 이상의 안료를 혼합해서 유사 흑색화된 것을 들 수 있다. 무기계 안료로서는 카본블랙, 산화 크롬, 산화철, 티탄블랙, 산질화 티타늄, 티타늄 질화물 등을 들 수 있다. 이들 차광재(흑색 안료)는 1종류 단독이어도 2종 이상을 적당히 선택해서 사용할 수도 있지만, 특히 카본블랙이 차광성, 표면 평활성, 분산 안정성, 수지와의 친화성이 양호한 점에서 바람직하다.
본 발명의 흑색 감광성 수지 조성물에 있어서의 (E) 용제는 일반적인 흑색 감광성 조성물에 사용되는 수 종류의 용제를 사용할 수 있고, 이하에서 설명하는 바와 같은 특정한 고비점 용제를 함유한다. 즉, 사용되는 특정한 고비점 용제로서는 대기압 하에 있어서의 비점이 200℃∼260℃이다. 또한, 25℃에 있어서 용제 점도가 2.0∼3.2mPa·s이다. 또한, 표면장력이 23∼32dyn/cm이다. 대기화에 있어서의 비점은 250∼260℃가 보다 바람직하고, 25℃에 있어서의 용융 점도에 대해서는 2.2∼2.8mPa·s가 보다 바람직하고, 표면장력에 대해서는 24∼28dyn/cm인 것이 보다 바람직하다.
또한, 고비점 용제의 함유량은 전체 용제량의 1∼10질량%, 보다 바람직하게는 2∼4질량%로 함으로써, 감압 건조시의 도막 결함을 억제하는 효과가 있다. 또한, 고비점 용제가 감압 건조의 최종 단계까지 잔존함으로써, 표면 거침이나 건조 불균일이 억제됨과 아울러, 면내 막두께 균일성도 우수한 도막이 얻어진다. 고비점 용제가 감압 건조의 최종 단계까지 잔존하여 있다고 하는 조건을 충족시키기 위해서는 고비점 용제의 100℃, 60초 가열 후의 중량 감소율이 3% 이하인 것이 바람직하다.
고비점 용제로서, 구체적으로는 1,3-부틸렌글리콜 디아세테이트(1,3-BGDA), 디에틸렌글리콜 모노에틸에테르 아세테이트(EDGAC), 디에틸렌글리콜 모노부틸에테르 아세테이트(BDGAC), 디에틸렌글리콜 디부틸에테르(BDB)를 들 수 있다. 이들 중에서, 디에틸렌글리콜 디부틸에테르(BDB)가 보다 바람직하다.
또한, (E) 용제에 대해서는 고비점 용제 이외에 다른 용제를 함유한다. 다른 용제로서 1종 또는 복수 종류의 용제를 함유시킬 수 있고, 특별히 한정되는 것도 아니다. 예를 들면, 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 등의 알콜류, α- 또는 β-테르피네올 등의 테르펜류 등, 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥사논, N-메틸-2-피롤리돈 등의 케톤류, 톨루엔, 크실렌, 테트라메틸벤젠 등의 방향족 탄화수소류, 셀로솔브, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 카르비톨, 메틸카르비톨, 에틸카르비톨, 부틸카르비톨, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노에틸에테르, 디프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜 모노에틸에테르, 트리에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 트리에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르, 디에틸렌글리콜 에틸메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸에테르 등의 글리콜 에테르류, 아세트산 에틸, 아세트산 부틸, 셀로솔브 아세테이트, 에틸셀로솔브 아세테이트, 부틸셀로솔브 아세테이트, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트, 프로필렌글리콜 모노에틸에테르 아세테이트 등의 아세트산 에스테르류 등을 들 수 있고, 이들을 수 종류 사용해서 용해, 혼합시킴으로써 균일한 용액상의 조성물로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 흑색 감광성 수지 조성물에는 필요에 따라서 경화 촉진제, 열중합 금지제, 가소제, 충전재, 레벨링제, 소포제, 커플링제, 계면활성제 등의 첨가제를 배합할 수 있다. 열중합 금지제로서는 하이드로퀴논, 하이드로퀴논 모노메틸에테르, 피로갈롤, tert-부틸카테콜, 페노티아진 등을 들 수 있고, 가소제로서는 디부틸프탈레이트, 디옥틸프탈레이트, 인산 트리크레실 등을 들 수 있고, 충전재로서는 유리 파이버, 실리카, 마이카, 알루미나 등을 들 수 있고, 소포제나 레벨링제로서는 실리콘계, 불소계, 아크릴계의 화합물을 들 수 있다. 또한, 계면활성제로서는 불소계 계면활성제, 실리콘계 계면활성제 등을 들 수 있다.
본 발명의 흑색 감광성 수지 조성물은 상기 (A)∼(E) 성분을 주성분으로서 함유한다. 흑색 감광성 수지 조성물에 있어서는 바람직하게는 (E) 용제를 제외한 고형분(광경화 후에 고형분이 되는 모노머 성분을 포함함) 중에 (A) 100질량부에 대하여 (B)가 10∼60질량부, (C)가 (A)와 (B)의 합계 질량에 대하여 2∼40질량부이다. 보다 바람직하게는 (A) 100질량부에 대하여 (B)가 30∼50질량부, (C)가 (A)와 (B)의 합계 질량에 대하여 3∼30질량부이다. 또한, (D) 흑색 안료에 대해서는 고형분에 대하여 함유량이 1∼80질량% 이하의 범위인 것이 좋고, 보다 바람직하게는 20∼60질량%의 범위이다.
본 발명의 흑색 감광성 수지 조성물을 사용한 경화막의 형성 방법으로서는 포토리소그래피법을 이용하는 방법을 들 수 있다. 그 형성 방법으로서는 우선 흑색 감광성 수지 조성물을 기판 표면에 도포하고, 이어서 용제를 건조시킨(프리베이킹) 후, 얻어진 도막에 포토마스크를 통해서 자외선을 조사해서 노광부를 경화시키고, 알칼리 수용액을 사용해서 미노광부를 용출시키는 현상을 행함으로써 패턴을 형성하고, 열경화(포스트베이킹)을 더 행하는 방법을 들 수 있다. 여기에서, 흑색 감광성 수지 조성물을 도포하는 기판으로서는 유리, 투명 필름(예를 들면, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르술폰 등) 등이 사용된다.
흑색 감광성 수지 조성물을 기판에 도포하는 방법으로서는 공지의 용액 침지법, 스프레이법 이외에, 롤러 코터기, 랜드 코터기, 슬릿 코터기나 스피너기를 사용하는 방법 등의 어느 방법을 채용할 수 있다. 이들 방법에 의해 소망의 두께로 도포한 후, 용제를 제거(프리베이킹)함으로써 도막이 형성된다. 프리베이킹은 23℃, 20∼100Pa에서 15∼60초간 감압 건조(VCD)에 의해 용제를 제거한 후, 오븐, 핫플레이트 등에 의해 가열함으로써 행해진다. 이 프리베이킹에 있어서의 가열 온도 및 가열 시간은 사용하는 용제에 따라서 적당히 선택되고, 예를 들면 60∼110℃의 온도에서 1∼3분간 행해진다.
프리베이킹 후에 행해지는 노광은 노광기에 의해 행해지고, 포토마스크를 통해서 노광함으로써 패턴에 대응한 부분의 감광성 수지 및 감광성 모노머를 감광시킨다. 노광기 및 그 노광 조사 조건은 적당히 선택되고, 초고압 수은등, 고압 수은 램프, 메탈할라이드 램프, 원자외선등 등의 광원을 사용해서 노광을 행한다.
노광 후의 알칼리 현상은 노광되지 않은 부분의 도막을 제거할 목적에서 행해지고, 이 현상에 의해 소망의 패턴이 형성된다. 이 알칼리 현상에 적합한 현상액으로서는, 예를 들면 알칼리 금속이나 알칼리 토류금속의 탄산염의 수용액, 알칼리 금속의 수산화물의 수용액 등을 들 수 있지만, 특히 탄산 나트륨, 탄산 칼륨 등의 탄산염을 0.03∼1질량% 함유하는 약알칼리성 수용액을 사용해서 23∼27℃의 온도에서 현상하는 것이 바람직하고, 시판의 현상기나 초음파 세정기 등을 사용해서 미세한 화상을 정밀하게 형성할 수 있다.
이렇게 하여 현상한 후, 200∼240℃의 온도, 20∼60분의 조건에서 열처리(포스트베이킹)가 행해진다. 이 포스트베이킹은 패터닝된 흑색 막과 기판과의 밀착성을 향상시키기 위해서 등의 목적에서 행해진다. 이것은 오븐, 핫플레이트 등에 의해 가열함으로써 행해진다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
[흑색 감광성 수지 조성물의 제작]
표 1에 나타내는 각 용제를 사용하고, 표 2에 나타내는 조성에 의해 배합을 행하여, 실시예 1∼4 및 비교예 1, 2의 흑색 감광성 수지 조성물을 조제했다. 하기에 각 조성에 사용한 성분을 나타낸다. (A) 알칼리 가용성 수지: 플루오렌 골격을 갖는 에폭시아크릴레이트 산부가물의 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트 용액(수지 고형분 농도 56.5%, NIPPON STEEL & SUMIKIN CHEMICAL CO., LTD. 제품, 상품명 V-259ME)
(B) 광중합성 모노머: 디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트와 디펜타에리스리톨 펜타아크릴레이트의 혼합물(Nippon Kayaku Co., Ltd. 제품, 상품명 DPHA)
(C) 광중합 개시제: 1-[9-에틸-6-(2-메틸벤조일)카르바졸-3-일]에탄온=O-아세틸옥심(BASF 제품, 상품명 IRGACURE OXE02)
(D) 흑색 안료: 카본블랙 농도 25w%, 고분자 분산제 6w%의 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트 용제의 카본블랙 분산체
(E) 용제:
(E)-1: 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(PGMEA)
(E)-2: 디에틸렌글리콜 디메틸에테르(MDM)
(E)-3: 디에틸렌글리콜 에틸메틸에테르(EDM)
(E)-4a: 디에틸렌글리콜 디부틸에테르(BDB)
(E)-4b: 디에틸렌글리콜 모노부틸에테르 아세테이트(BDGAC)
(E)-4c: 1,3-부틸렌글리콜 디아세테이트(1,3-BGDA)
(E)-4d: 디에틸렌글리콜 모노에틸에테르 아세테이트(EDGAC)
(E)-5: 디에틸렌글리콜 디에틸에테르(EDE)
(F) 계면활성제
(G) 실란 커플링제
(1% 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트 용액)
Figure pat00003
표 1에 나타내는 중량 변화율은 핫플레이트 온도를 100℃로 설정하고, 샤알레를 핫플레이트 상에 설치하고, 각 용제를 적하하고 60초 후의 용제의 중량 감소를 측정했다. 용액 점도는 E형 점도계(RE-85L, TOKI SANGYO CO., LTD. 제품)를 사용해서 25℃에 있어서의 용액 점도를 측정했다. 표면장력은 전자동 표면장력계(BVP-Z형, Kyowa Interface Science Co., LTD. 제품)를 사용해서 23℃에서 측정했다.
Figure pat00004
[건조 불균일의 평가]
실시예 1∼4, 비교예 1, 2의 흑색 감광성 수지 조성물을 유리판(5인치×5인치) 및 스핀코터를 사용하여 건조 후 막두께가 1.6㎛가 되는 조건에서 도포·건조한 후에 나트륨 램프광을 조사해서 도포면을 관찰했다. 건조 조건은 VCD 23℃, 50Pa 30초, 및 핫플레이트 가열 100℃ 90초에서 행했다. 하기 기준에 근거하여 평가 결과를 표 3에 나타낸다.
·판정 기준
○: 도포면에 백색 연무가 확인되지 않은 것
×: 도포면에 백색 연무가 확인된 것
[표면 조도(Å)]
실시예 1∼4, 비교예 1, 2의 흑색 감광성 수지 조성물을 유리판(5인치×5인치) 및 스핀 코터를 사용하여 건조 후(건조 조건은 건조 불균일 평가시와 같음) 막두께가 1.6㎛가 되는 조건에서 도포·건조한 후에, 촉침식 막두께계(KLA-TENCOR 제품, P-15)를 사용하여 표면 조도(Å)를 측정했다. 하기 기준에 근거하여 평가 결과를 표 3에 나타낸다.
·판정 기준
○: 60Å 이하
△: 60Å 이상 100Å 이하
×: 100Å 이상
[크레이터 관찰]
실시예 1∼4, 비교예 1, 2의 흑색 감광성 수지 조성물을 유리판(5인치×5인치) 및 스핀 코터를 사용하여 건조 후(건조 조건은 건조 불균일 평가시와 같음) 막두께가 1.6㎛가 되는 조건에서 도포·건조한 후에, 금속 현미경을 사용해서 도포면의 관찰을 실시했다. 하기 기준에 근거하여 평가 결과를 표 3에 나타낸다.
·판정 기준
○: 도포면에 크레이터가 확인되지 않은 것
×: 도포면에 크레이터가 확인된 것
[막두께 균일성]
실시예 1∼4, 비교예 1, 2의 흑색 감광성 수지 조성물을 유리판(5인치×5인치) 및 스핀 코터를 사용하여 건조 후(건조 조건은 건조 불균일 평가시와 같음) 막두께가 1.6㎛가 되는 조건에서 도포·건조한 후에, 촉침식 막두께계(KLA-TENCOR 제품, P-15)를 사용하여 기판상 5개소(중앙부+4코너)의 막두께 측정을 실시했다. 하기 기준에 근거하여 평가 결과를 표 3에 나타낸다.
·판정 기준
○: 표준 편차가 0.05㎛ 이하
△: 표준 편차가 0.05㎛ 이상 0.1㎛ 미만
×: 표준 편차가 0.1㎛ 이상
Figure pat00005
표 3의 결과로부터 명백해지듯이, 적어도 건조 불균일, 표면 상태에 관한 평가가 우수한 경화막을 얻기 위해서는 본 발명에 의한 고비점 용제를 포함한 수지 조성물이 적합한 것을 알 수 있다. 더욱이, 고비점 용제의 선택 기준으로서 점도 및 표면장력의 영역을 확인함으로써, 도포·건조 공정에서의 도막 유동의 억제에 효과를 발휘하여 막두께 균일성이 우수한 것이 명백해졌다.

Claims (4)

  1. (A) 비스페놀류로부터 유도되는 2개의 글리시딜에테르기를 갖는 에폭시 화합물과 불포화기 함유 모노카르복실산의 반응물에 대하여 (a) 디카르복실산 또는 트리카르복실산 또는 그 산무수물 및 (b) 테트라카르복실산 또는 그 산이무수물을 반응시켜서 얻어진 알칼리 가용성 수지, (B) 적어도 1개의 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 광중합성 모노머, (C) 광중합 개시제, (D) 흑색 안료, 및 (E) 용제를 함유하는 흑색 감광성 조성물로서,
    (E) 용제는 대기압 하에 있어서의 비점이 200℃∼260℃, 25℃에 있어서의 용제 점도가 2.0∼3.2mPa·s, 및 표면장력이 23∼32dyn/cm인 고비점 용제를 함유하고, 이 고비점 용제의 함유량은 전체 용제량의 1∼10질량%인 것을 특징으로 하는 흑색 감광성 수지 조성물.
  2. 제 1 항에 기재된 흑색 감광성 수지 조성물을 포토리소그래피법에 의해 패터닝한 후, 계속해서 열경화시킴으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 경화막.
  3. 제 2 항에 기재된 경화막을 갖는 것을 특징으로 하는 컬러 필터.
  4. 제 2 항에 기재된 경화막을 갖는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
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