KR20230099670A - 감광성 수지 조성물 및 그것을 사용한 경화막, 컬러 필터 및 표시 장치 - Google Patents

감광성 수지 조성물 및 그것을 사용한 경화막, 컬러 필터 및 표시 장치 Download PDF

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Abstract

[과제] 고차광 및 고저항의 양립을 달성할 수 있는 동시에, 세선을 형성했을 경우에도 현상 밀착성이 뛰어난 차광막이 얻어지는 감광성 수지 조성물을 제공한다.
[해결 수단] (A) 에폭시 수지의 일부가 (메타)아크릴화된 부분 (메타)아크릴화 에폭시 수지, (B) 중합성 불포화기 함유 알칼리 가용성 수지, (C) 착색 성분, (D) 광중합 개시제, 및 (E) 용제를 함유하는 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물이다.

Description

감광성 수지 조성물 및 그것을 사용한 경화막, 컬러 필터 및 표시 장치 {PHOTOSENSITIVE RESIN COMPOSITION, CURED FILM, COLOR FILTER AND DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 고차광 그리고 고저항의 세선 패턴의 블랙 매트릭스를 형성하는 데에 바람직한 감광성 수지 조성물에 관한 것이다.
컬러 필터는 액정 표시 장치의 시인성을 좌우하는 중요한 부재의 하나이며, 시인성의 향상, 즉, 선명한 화상을 얻기 위해서는 컬러 필터를 구성하는 적(R), 녹(G), 청(B) 등의 화소를 지금까지 이상으로 고색순도화함과 아울러, 블랙 매트릭스에서는 고차광화를 달성할 필요가 있고, 그것을 위해서는 종래보다 감광성 수지 조성물에 대하여 착색제를 다량으로 첨가하지 않으면 안 된다.
수지 블랙 매트릭스용 차광재로서는 일반적으로 카본 블랙이 알려져 있지만, 카본 블랙은 차광성이 뛰어난 한편, 전기 저항이 낮기 때문에, 표시 장치의 오작동을 일으키는 원인이 되는 경우가 있다. 이에, 카본 블랙을 사용하여 블랙 매트릭스의 전기 저항을 크게 하는 방법으로서, 도전성인 카본 블랙의 비율을 낮추는 것이나, 카본 블랙 표면에 수지를 미리 피복한 재료를 적용하는 방법이 제안되어 왔지만, 패터닝성을 충분히 유지한 상태에서 실현되는 차광도에 한계가 있어, 요구되는 고차광성을 실현하는 것이 곤란하였다.
또한, 상기와 같은 종래 기술을 수용하여 본원의 출원인은 광학 농도 OD와 체적 저항률을 유지하면서, 10㎛ 미만 등의 세선을 형성했을 경우에도 현상 밀착성이 뛰어나 유리 기판과의 밀착성도 충분히 확보할 수 있는 차광막용 감광성 수지 조성물로서, 특정한 구조 및 산가를 갖는 중합성 불포화기 함유 알칼리 가용성 수지를 배합하는 방법을 제안하고 있다(특허문헌 1을 참조). 그렇지만, 이 방법에서도, 표시 장치의 고성능화에 따라 블랙 매트릭스에 요구되는 특성도 점점 높아지고 있기 때문에, 고차광과 고저항의 양립에 있어서 추가적인 개선의 여지가 있었다.
일본 특허공개 2015-200881호 공보 일본 특허공개 2014-145821호 공보 일본 특허공개 2019-070720호 공보 일본 특허공개 2019-052273호 공보
이에, 본원의 발명자들은 상기와 같은 종래의 시도를 수용하여, 고차광과 고저항의 양립을 할 수 있는 차광막용의 감광성 수지 조성물에 대해 검토를 더 진행시켜, 다음과 같은 생각에 이르렀다.
즉, 고차광을 달성할 수 있도록, 예를 들면 차광재로서 카본 블랙을 많은 양 배합하면서도, 그 양을 줄이지 않고 고저항화를 실현할 수 있는 수단으로서 카본 블랙끼리의 접촉 확률을 줄이는 것, 즉, 차광막의 열 경화시에 있어서의 열 수축을 억제하도록 함으로써 카본 블랙 등의 차광재끼리의 접촉을 피할 수 있을 것이라는 생각과, 또한, 예를 들면 미처리 또는 산화 처리가 실시된 통상의 카본 블랙은 그 표면에 산성 관능기를 많이 갖고 있는 것이 알려져 있고, 차광막의 열 경화 과정에 있어서, 예를 들면 상기 카본 블랙이면 그것과 우선적으로 반응할 수 있는 관능기를 가지는 다른 화합물 등을 배합함으로써, 차광재의 표면 근방에 그러한 다른 화합물 등을 존재시키는 것이 의미가 있을 것이라는 생각에 이르렀다.
그리고, 이러한 생각에 대해, 열 경화시의 열 수축을 억제할 수 있는 것과, 게다가, 열 경화시에 카본 블랙의 관능기와 우선적으로 반응할 수 있는 관능기를 갖는 화합물에 대해서 예의 검토한 결과, 열 경화시에 카본 블랙과 반응할 수 있는 에폭시기를 갖고, 나아가, 그 에폭시기의 일부가 아크릴화 및/또는 메타크릴화(이들을 총칭하여, "(메타)아크릴화"라고 기재하는 경우가 있다. "(메타)아크릴산" 등에 대해서도 마찬가지이다.)된 특정한 에폭시 화합물을 감광성 수지 조성물 중에 배합하는 것을 알아냈다. 이러한 특정한 에폭시 화합물은 감광성 수지 조성물 중에 적지 않게 배합되는 에틸렌성 불포화기를 갖는 성분과, 카본 블랙 등의 차광재의 쌍방과 반응성을 갖는 것으로 추측되기 때문에, 열 경화시에 있어서, 에틸렌성 불포화기를 갖는 성분과 카본 블랙 등의 차광재의 사이에 존재시킬 수 있어, 열 경화시의 수축의 억제를 기대할 수 있다. 그것에 의해, 차광재끼리의 접촉을 억제할 수 있어, 고차광 및 고저항의 양립을 달성할 수 있음과 함께, 예를 들면, 10㎛까지의 세선을 형성했을 경우에도 현상 밀착성이 뛰어난 경화물(차광막)이 얻어지는 것을 새롭게 알아냈다.
한편, 감광성 수지 조성물 중에 에폭시 화합물을 배합하는 기술에 대해서는 본원의 출원인들도 이미 제안하고 있지만(특허문헌 2, 특허문헌 3을 참조), 상기의 특정한 에폭시 화합물을 사용하는 것은 전혀 개시되어 있지 않다. 여기서, 특허문헌 2에 기재된 기술은 터치패널 용도의 흑색 감광성 수지 조성물에 관한 것으로, 특히 가공 프로세스에 사용하는 약품에 대한 높은 내약품성에의 요구로 인해, 비교적 많은 양의 에폭시 화합물을 함유시키는 것을 개시하는 것이다. 또한, 특허문헌 3은 내열성이 높아도 140℃인 플라스틱 기판 등에 수지막 패턴을 형성하기 때문에, 감광성 수지 조성물 중에 경화제 및/또는 경화 촉진제를 필수적으로 배합하고, 게다가 이들과 에폭시 화합물의 합계량을 특정한 범위로 하는 것이 특징이며, 특히 저온 경화를 목적으로 했을 때에 필수가 되는 성분을 개시하는 것에 지나지 않는 것이다. 즉, 특허문헌 2 및 3에 기재되는 조성물에서는 상기와 같은 배합을 필수로 하는 것이며, 고차광과 고저항, 및 세선화 모두를 만족하기는 어려웠다.
나아가, 일부분의 에폭시기가 (메타)아크릴화된 부분 에스테르화 에폭시 수지는 이미 알려져 있었지만(예를 들면, 특허문헌 4를 참조), 이것을 고차광 및 고저항의 양립 등의 목적을 위하여, 감광성 수지 조성물 중에 배합하는 것은 알려져 있지 않았다. 또한, 이러한 부분 에스테르화 에폭시 수지는 액정 표시 장치의 프레임 시일제로서 평가된 예는 있지만, 용제를 사용한 잉크 재료에의 적용이나, 현상에서의 패터닝성, 블랙 매트릭스에의 적용에 대해서 검토는 이루어져 있지 않다.
따라서, 본 발명은 상술한 지견에 기초하여 발명된 것으로, 그 목적으로 하는 바는 고차광 및 고저항을 양립하고, 게다가, 세선을 형성했을 경우에도 현상 밀착성이 뛰어난 경화막(차광막)을 부여하는 차광막의 용도에 바람직한 감광성 수지 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본원의 다른 목적은 그러한 감광성 수지 조성물을 경화시켜 형성시킨 경화막을 제공하는 것이고, 나아가, 상기 경화막을 구비한 컬러 필터 및 상기 컬러 필터를 구비한 표시 장치를 제공하는 것이다.
즉, 본 발명의 요지는 이하와 같다.
〔1〕(A) 에폭시 수지의 일부가 (메타)아크릴화된 부분 (메타)아크릴화 에폭시 수지,
(B) 중합성 불포화기 함유 알칼리 가용성 수지,
(C) 착색 성분,
(D) 광중합 개시제, 및
(E) 용제를 함유하는 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
〔2〕(F) 에폭시기를 갖지 않고 게다가 적어도 1개의 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 광중합성 모노머를 더 함유하는 것을 특징으로 하는〔1〕에 기재된 감광성 수지 조성물.
〔3〕상기 (A) 성분이 하기의 식(1)으로 나타내어지는 것을 특징으로 하는〔1〕또는〔2〕에 기재된 감광성 수지 조성물.
Figure pat00001
(1)
〔식(1) 중, Cy는 탄소수 6∼12의 방향족 탄화수소기이거나 또는 탄소수 3∼12의 지환식 탄화수소기이고,
Y는 탄소수 1∼20의 2가의 탄화수소기이며,
R11은 독립적으로 탄소수 1∼10의 탄화수소기이다. R12는 독립적으로 이하의 식(*) 및/또는 식(**)으로 나타내어지는 기를 나타내고, 적어도 1개씩의 (*) 및 (**)를 포함한다. R17은 수소 원자 또는 메틸기이다.
a, m, n은 각각 독립적으로 반복수를 나타내고, a는 1 이상이고, m은 1 또는 2이며, n은 0∼7이다.〕
Figure pat00002
(*)
Figure pat00003
(**)
〔4〕상기 (A) 성분이 하기의 식(2)으로 나타내어지는 것을 특징으로 하는〔1〕또는〔2〕에 기재된 감광성 수지 조성물.
Figure pat00004
(2)
〔식(2) 중, R14는 d개의 활성 수소기를 갖는 유기 화합물의 잔기를 나타낸다. R12는 독립적으로 이하의 식(*) 및/또는 식(**)을 나타내고, 1분자 내에 적어도 1개씩의 (*) 및 (**)를 포함한다. R17은 수소 원자 또는 메틸기이다.
d는 1∼100의 정수이다. c는 각각 독립적으로 0∼100의 정수이고, 각 c의 합이 2∼100이다.〕
Figure pat00005
(*)
Figure pat00006
(**)
〔5〕상기 (A) 성분이 하기의 식(3)으로 나타내어지는 것을 특징으로 하는〔1〕또는〔2〕에 기재된 감광성 수지 조성물.
Figure pat00007
(3)
〔식(3) 중, f, g, h, i는 각각 독립적으로 0 또는 1이고, f+g+h+i=1∼3이다.
R13은 독립적으로 이하의 식(***) 및/또는 식(****)을 나타내고, 적어도 1개씩의 (***) 및 (****)를 포함한다. R17은 수소 원자 또는 메틸기이다.〕
Figure pat00008
(***)
Figure pat00009
(****)
〔6〕상기 (A) 성분이 하기의 식(4)으로 나타내어지는 것을 특징으로 하는〔1〕또는〔2〕에 기재된 감광성 수지 조성물.
R13-W-R13 (4)
〔식(4) 중, W는 단결합이거나 또는 내부에 헤테로 원소를 포함해도 되는 탄소수 1∼20의 2가의 유기기를 나타낸다. R13은 독립적으로 이하의 식(***) 및/또는 식(****)을 나타내고, 적어도 1개씩의 (***) 및 (****)를 포함한다. R17은 수소 원자 또는 메틸기이다.〕
Figure pat00010
(***)
Figure pat00011
(****)
〔7〕상기 (A) 성분이 하기의 식(5)으로 나타내어지는 것을 특징으로 하는〔1〕또는〔2〕에 기재된 감광성 수지 조성물.
Figure pat00012
(5)
〔식(5) 중, Z는 -CO-, -SO2-, -C(CF3)2-, -Si(CH3)2-, -CH2-, -C(CH3)2-, -O-, 9,9-플루오레닐기 또는 부존재를 나타낸다.
R12는 독립적으로 이하의 식(*) 및/또는 식(**)을 나타내고, 적어도 1개씩의 (*) 및 (**)를 포함한다. R17은 수소 원자 또는 메틸기이다.
R15 및 R16은 각각 독립적으로 수소 원자이거나, 탄소수 1∼5의 알킬기이거나 또는 할로겐 원자를 나타낸다.
p는 반복수를 나타내고, 0∼10의 정수를 나타낸다.〕
Figure pat00013
(*)
Figure pat00014
(**)
〔8〕(B) 성분과 (F) 성분의 질량 비율(B)/(F)이 50/50∼90/10이고, (C) 성분 100질량부에 대하여 (A) 성분을 0.5∼180질량부 함유하고, (C) 성분이 감광성 수지 조성물의 고형분 중에 30∼70질량% 포함되는 것을 특징으로 하는〔2〕에 기재된 감광성 수지 조성물.
〔9〕상기 (C) 성분이 카본 블랙, 티탄 블랙 및/또는 락탐 블랙인 것을 특징으로 하는〔1〕또는〔2〕에 기재된 감광성 수지 조성물.
〔10〕〔1〕또는〔2〕에 기재된 감광성 수지 조성물을 경화시켜 형성한 것을 특징으로 하는 경화막.
〔11〕〔10〕에 기재된 경화막을 구비한 것을 특징으로 하는 컬러 필터.
〔12〕〔11〕에 기재된 컬러 필터를 갖는 표시 장치.
본 발명에 의하면, 고차광 및 고저항의 양립을 달성할 수 있는 동시에, 예를 들면, 10㎛ 미만의 세선을 형성했을 경우에도 현상 밀착성이 뛰어난 경화막(차광막)이 얻어지는 감광성 수지 조성물을 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 감광성 수지 조성물은 적어도, (A) 에폭시 수지의 일부가 (메타)아크릴화된 부분 (메타)아크릴화 에폭시 수지, (B) 중합성 불포화기 함유 알칼리 가용성 수지, (C) 착색 성분, (D) 광중합 개시제, 및 (E) 용제를 필수의 성분으로서 갖는다. 이하, 이들 성분을 중심으로 상세하게 설명한다.
<(A) 에폭시 수지의 일부가 (메타)아크릴화된 부분 (메타)아크릴화 에폭시 수지>
본 발명의 감광성 수지 조성물에 있어서의 (A) 성분은 에폭시 수지의 일부가 (메타)아크릴화된 부분 (메타)아크릴화 에폭시 수지이며, 원료가 되는 에폭시 수지(에폭시 화합물이라고도 한다. 이하 마찬가지이다.)에, 아크릴산 및/또는 메타아크릴산을 반응시킴으로써, 원료 에폭시 수지의 에폭시기의 일부분을 (메타)아크릴화함으로써 얻어진다.
이렇게 (A) 성분은 1분자 중에 에폭시기와 (메타)아크릴기를 갖는 것이기 때문에, 열 경화성과 자외선 경화성을 갖고, 그 때문에, 열 경화시에 있어서, 에틸렌성 불포화기를 갖는 성분과 카본 블랙 등의 차광재의 사이에 존재시킬 수 있어, 열 경화시의 수축의 억제를 기대할 수 있다. 그것에 의해, 차광재끼리의 접촉의 억제를 기대할 수 있다.
여기서, (메타)아크릴화되는 양적 관계에 대해서는 원료 에폭시 수지에 있어서의 에폭시기의 수(몰수)에 기초하여 정할 수 있고, 이것과, (메타)아크릴화 후에 있어서의 (메타)아크릴기의 수(몰수)의 관계로부터 구할 수 있다. 보다 간편하게는 각각의 원료의 주입 비율에 따라, 원료 에폭시 수지의 에폭시기의 수(몰수)와 반응시키는 (메타)아크릴산의 관능기수(몰수)의 조건에 기초하여 정할 수 있다. 원료 에폭시 수지의 에폭시기의 수(몰수)는 중량 평균 분자량과 에폭시 당량으로부터 산출할 수 있다. 원료 에폭시기 중에서 (메타)아크릴화된 비율을, 변성률〔%(몰%)〕로서 나타낼 수도 있다. 상기 (A) 성분의 변성률에 대해서는 조성물의 다른 성분과의 관계나 용도 등에 따라 특별히 제한 없이 넓게 설정하여 사용 가능하지만, 변성률의 바람직한 하한은 10%, 보다 바람직한 하한은 20%, 더욱 바람직한 하한은 30%, 보다 더욱 바람직한 하한은 40%, 가장 바람직한 하한은 50%이다. 한편, 변성률의 바람직한 상한은 90%, 보다 바람직한 상한은 80%, 더욱 바람직한 상한은 70%, 보다 더욱 바람직한 상한은 60%, 가장 바람직한 상한은 50%이다. (A) 성분으로서는 변성률이 다른 복수의 성분을 혼합하여 사용해도 된다. 변성률이 다른 복수의 성분을 혼합하여 사용했을 경우에는 평균치로서 상기의 변성률의 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
또한 (A) 성분은 일본 특허공개 2019-52273 등에 기재된 공지의 방법에 따라 합성할 수 있다.
한편, 원료 에폭시 수지의 에폭시기가 미변성인 것이나, 모든 에폭시기가 변성된 것은 각각 단독 성분으로서는 상기 (A) 성분의 정의에는 포함되지 않지만, 이들 성분도 본 발명의 감광성 수지 조성물 중에 포함되어도 된다. 이들 성분도 포함한 혼합물로서, 예를 들면, 상기 변성률 등의 특성을 갖는 (A) 성분으로서 규정할 수도 있다.
(A) 성분의 제조에 사용되는 원료 에폭시 수지로서는 공지의 에폭시 수지를 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 비스페놀 A형 에폭시 화합물, 비스페놀 F형 에폭시 화합물, 비스페놀 플루오렌형 에폭시 화합물, 비스나프톨플루오렌형 에폭시 화합물, 디페닐플루오렌형 에폭시 화합물, 페놀 노블락형 에폭시 화합물, (o,m,p-)크레졸 노블락형 에폭시 화합물, 페놀 아랄킬형 에폭시 화합물, 비페닐형 에폭시 화합물(예를 들면, jER YX4000: 미쓰비시 케미컬 주식회사제, "jER"은 동사의 등록상표), 나프탈렌 골격을 포함하는 페놀 노볼락 화합물(예를 들면 NC-7000L: 닛폰 화약 주식회사제), 나프톨 아랄킬형 에폭시 화합물, 트리스페놀 메탄형 에폭시 화합물(예를 들면, EPPN-501H: 닛폰 화약 주식회사제), 테트라키스페놀에탄형 에폭시 화합물, 다가 알코올의 글리시딜에테르, 다가 카르복실산의 글리시딜에스테르, 메타크릴산과 메타크릴산글리시딜의 공중합체로 대표되는 (메타)아크릴산글리시딜을 유닛으로서 포함하는 (메타)아크릴기를 갖는 모노머의 공중합체, 수소화 비스페놀 A 디글리시딜에테르(예를 들면, 리카 레진 HBE-100: 신니혼 리카 주식회사제, "리카 레진"은 동사의 등록상표) 등의 글리시딜기를 갖는 에폭시 화합물, 1,4-시클로헥산디메탄올-비스3,4-에폭시시클로헥산카르복실레이트, 2-(3,4-에폭시)시클로헥실-5,1-스피로(3,4-에폭시)시클로헥실-m-디옥산(예를 들면, 아랄다이트 CY175: 헌츠맨사제, "아랄다이트"는 동사의 등록상표), 비스(3,4-에폭시시클로헥실메틸)아디페이트(예를 들면, CYRACURE UVR-6128: 다우·케미컬사제), 3',4'-에폭시시클로헥실메틸3,4-에폭시시클로헥산카르복실레이트로 대표되는 지환식 에폭시 화합물(예를 들면, 셀록사이드 2021P: 주식회사 다이셀제, "셀록사이드"는 동사의 등록상표), 부탄테트라카르복실산테트라(3,4-에폭시시클로헥실메틸) 수식 ε-카프로락톤(예를 들면, 에포리드 GT401: 주식회사 다이셀제, "에포리드"는 동사의 등록상표), 에폭시시클로헥실기를 갖는 에폭시 화합물(예를 들면, HiREM-1: 시코쿠 화성 공업 주식회사제), 디시클로펜타디엔 골격을 갖는 다관능 에폭시 화합물(예를 들면 HP7200 시리즈: DIC 주식회사제), 2,2-비스(히드록시메틸)-1-부탄올의 1,2-에폭시-4-(2-옥시라닐)시클로헥산 부가물(예를 들면 EHPE3150: 주식회사 다이셀제) 등의 지환식 에폭시 화합물, 에폭시화 폴리부타디엔(예를 들면 NISSO-PB·JP-100: 닛폰 소다 주식회사제, "NISSO-PB"는 동사의 등록상표), 실리콘 골격을 갖는 에폭시 화합물 등이 포함된다. 한편, 이들 원료 에폭시 수지는 1종만을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다. 즉, (A) 성분으로서는 상기한 바와 같은 변성률이 다를 뿐만 아니라, 원료가 달라 분자 골격이 다른 것을 혼합하여 사용해도 된다. 분자 골격과 변성률의 쌍방이 다른 것을 복수종 혼합해도 된다.
이러한 원료 에폭시 수지 중, (메타)아크릴화하여 (A) 성분으로서 사용했을 때에, 다른 성분과의 반응점을 많게 하여 3차원적인 가교(경화)를 실현하는 것이 바람직한 용도에 있어서는 원료로서는 3관능 이상의 다관능의 에폭시 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 다관능의 에폭시 수지를 원료로서 사용할 경우, 차광재와의 반응 확률을 높이는 이유에서 원료 에폭시 수지의 에폭시 당량이 500 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 450 이하, 더욱 바람직하게는 80 이상 400 이하, 특히 바람직하게는 80 이상 300 이하이다. 또한, 이 경우, 차광재와의 반응성과, UV 노광시의 반응성을 양립시키는 이유에서, (메타)아크릴화 후의 (A) 성분으로서의 에폭시 당량이, 원료의 에폭시 당량의 1.2∼10배가 되도록, (메타)아크릴화가 조정되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 (A) 성분의 에폭시 당량이 원료의 에폭시 당량의 1.4∼8배가 되는 것이 바람직하다.
한편으로, (메타)아크릴화하여 (A) 성분으로서 사용했을 때에, 기재와의 밀착성이 높은 것이 바람직한 용도에 있어서는 원료로서는 2관능의 에폭시 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 사용되는 용도에 따라, 원료 에폭시 수지를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 2관능의 에폭시 수지를 원료로서 사용하는 경우에도, 상기의 이유에서, 원료 에폭시 수지의 에폭시 당량이 500 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 450 이하, 더욱 바람직하게는 80 이상 200 이하이다. 또한, 이 경우, 차광재와의 반응성과, UV 노광시의 반응성을 양립시키는 이유에서, (메타)아크릴화 후의 (A) 성분으로서의 에폭시 당량이, 원료의 에폭시 당량의 1.5∼8배가 되도록, (메타)아크릴화가 조정되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 (A) 성분의 에폭시 당량이 원료의 에폭시 당량의 1.5∼5배가 되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1.6∼4.8배가 되는 것이 바람직하다.
그리고, 이러한 본 발명의 (A) 성분으로서는 구체적으로는 이하의 제 1∼제 5 실시형태를 들 수 있다. 상기와 마찬가지로, 1종류의 실시형태만을 사용해도 되고, 복수의 실시형태를 조합하여 사용해도 된다.
<제 1 실시형태>
(A) 성분의 제 1 실시형태로서는 이하의 일반식(1)으로 나타내어진다.
Figure pat00015
(1)
여기서, 식(1) 중, Cy는 탄소수 6∼12의 방향족 탄화수소기이거나 또는 탄소수 3∼12의 지환식 탄화수소기이다. 바람직한 Cy는 벤젠환, 나프탈렌환, 비페닐환, 시클로펜탄환, 시클로헥산환, 또는 이들의 일부가 탄소수 1∼6의 알킬기나 할로겐 원자 등으로 치환된 환이며, 보다 바람직하게는 벤젠환, 나프탈렌환, 비페닐환이다.
Y는 탄소수 1∼20의 2가의 탄화수소기이고, 바람직하게는 -R18-로 나타내어지는 기나, φ-R18-Cy2-R18-φ(φ는 결합부)이다. 여기서 R18은 바람직하게는 메틸렌기, 에틸렌기 및 프로필렌기에서 선택되는 기이다. Cy2는 바람직하게는 페닐렌기, 나프탈렌디일기, 비페닐디일기, 디시클로펜탄디일기 및 디시클로펜텐디일기 및 그것들을 복수 조합한 기에서 선택되는 기이다.
R11은 상기 Cy의 치환기로서, 독립적으로 탄소수1∼10의 탄화수소기이고, 바람직한 R11은 메틸기이다.
R12는 독립적으로 이하의 식(*)으로 나타내어지는 에폭시기이거나, 및/또는 식(**)으로 나타내어지는 것과 같은 에폭시기가 (메타)아크릴화된 기를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 상기 (A) 성분은 원료 에폭시 수지 중 일부가 (메타)아크릴화되어 얻어지는 것이기 때문에, 1분자 중에 이들 (*) 및 (**)의 기를 적어도 1개씩 포함하게 된다.
한편, 식(1)에 있어서 a, m, n은 각각 독립적으로 반복수를 나타내고, a는 1 이상이고, 바람직하게는 1∼50이며, 보다 바람직하게는 2∼45이다. m은 1 또는 2이고, m이 1인 경우는 a가 2 이상인 것이 바람직하다. n은 0∼7이다.
Figure pat00016
(*)
Figure pat00017
(**)
이러한 제 1 실시형태의 구체예로서는 예를 들면, 이하의 (1-1)∼(1-3)과 같은 구조의 화합물을 들 수 있지만, 이것에 한정되지 않는다.
Figure pat00018
(1-1)
Figure pat00019
(1-2)
Figure pat00020
(1-3)
식(1-1) 및 (1-2)에 있어서, a1, b는 각각 독립적으로 반복수를 나타낸다. a는 통상 0∼45이지만 1∼40인 것이 바람직하고, 또한, b는 통상 0∼45이지만 1∼40인 것이 바람직하다. a1+b는 1 이상이고, a1 및 b의 결합 순서는 랜덤이어도 된다.
또한, 식(1-3)에 있어서의 q도 반복수이고, q는 통상 1 이상이다.
<제 2 실시형태>
(A) 성분의 제 2 실시형태로서는 이하의 일반식(2)으로 나타내어진다.
Figure pat00021
(2)
여기서, 식(2) 중, R14는 d개의 활성 수소기를 갖는 유기 화합물의 잔기를 나타낸다. R12는 상기와 마찬가지로, 상기의 식(*)으로 나타내어지는 에폭시기이거나, 및/또는 식(**)으로 나타내어지는 것과 같은 에폭시기가 (메타)아크릴화된 기를 나타낸다. 식(1)의 경우와 마찬가지로, 식(2)의 원료 에폭시 수지 중 일부의 에폭시기인 식(*)이, (메타)아크릴화됨으로써, 식(2)에 의한 수지를 얻을 수 있다. 그 때문에, 식(2)에 있어서도 상기 (*) 및 (**)의 기를 1분자 중에 적어도 1개씩 포함하게 된다.
한편, c, d는 각각 독립적으로 반복수를 나타낸다. d는 1∼100의 정수이고, 바람직하게는 2∼10의 정수인 것이 바람직하고, 3∼6의 정수가 보다 바람직하다.
또한, c는 각각 독립적으로 0∼100의 정수이다. 바람직하게는 2∼10의 정수인 것이 바람직하고, 3∼6의 정수가 보다 바람직하다. 또한, 경화 후의 가교의 정도나 용해성 등의 취급의 관점에서, 각 c의 합은 2∼100이고, 3∼30인 것이 바람직하고, 4∼20인 것이 보다 바람직하다.
한편, 상기 R14의 잔기에 대해서는 그 전구체인 활성 수소기를 갖는 유기 화합물로서는 알코올류, 페놀류, 카르복실산류, 아민류, 티올류 등, 일본 특허 제5744528호에 기재된 공지의 화합물을 들 수 있다. 이 R14기를 갖는 원료 에폭시 화합물의 시판품으로서는 예를 들면, 주식회사 다이셀의 EHPE3150〔2,2-비스(히드록시메틸)-1-부탄올의 1,2-에폭시-4-(2-옥시라닐)시클로헥산 부가물〕 등을 들 수 있지만, 이것에 한정되지 않는다.
<제 3 실시형태>
(A) 성분의 제 3 실시형태로서는 이하의 일반식(3)으로 나타내어진다.
Figure pat00022
(3)
여기서, 식(3) 중, f, g, h, i는 각각 독립적으로 0 또는 1이고, f+g+h+i=1∼3이다. 이 식(3)으로 나타내어지는 화합물에 대해서는 각각 독립적인 R13기로서, 이하의 식(***)으로 나타내어지는 3,4-에폭시시클로헥실기를 가지면서, 그 일부가, 식(****)으로 나타내어지는 에폭시시클로헥실기가 (메타)아크릴화된 기를 갖기 때문에, 이들 (***) 및 (****)의 기를 적어도 1개씩 포함하게 된다.
이 식(3)의 화합물의 원료 에폭시 화합물의 시판품으로서는 예를 들면, 주식회사 다이셀의 에포리드 GT401〔부탄테트라카르복실산테트라(3,4-에폭시시클로헥실메틸) 수식 ε-카프로락톤〕등을 들 수 있지만, 이것에 한정되지 않는다.
Figure pat00023
(***)
Figure pat00024
(****)
R17은 수소 원자 또는 메틸기이다.
<제 4 실시형태>
(A) 성분의 제 4 실시형태로서는 이하의 일반식(4)으로 나타내어진다.
R13-W-R13 (4)
여기서, 식(4) 중, W는 단결합이거나 또는 내부에 헤테로 원소를 포함해도 되는 탄소수 1∼20의 2가의 유기기를 나타낸다. 구체적인 W로서는 2가의 탄화수소기, 상기 탄화수소기의 말단의 1개 또는 2개에 카르복시기를 갖는 2가의 기 등이 포함되고, 내부에 에테르 결합성의 산소 원자 또는 에스테르 결합을 갖고 있어도 된다. 보다 구체적으로는 일본 특허공개 2020-166254호 공보에 기재된 식(14)∼ (20)으로 나타내어지는 것을 원료로서 사용할 수 있다. 이 식(4)으로 나타내어지는 화합물에 대해서도, R13기로서, 상기의 식(***)으로 나타내어지는 3,4-에폭시시클로헥실기를 가지면서, 그 일부가, 상기 식(****)으로 나타내어지는 에폭시시클로헥실기가 (메타)아크릴화된 기를 갖기 때문에, 이들 (***) 및 (****)의 기를 적어도 1개씩 포함하게 된다. 즉, 이 식(4)에 있어서는 상기 식(***) 및 (****)의 기를 각각 1개씩 포함한다. 이 식(4)의 화합물의 원료 에폭시 화합물의 시판품으로서는 예를 들면, 주식회사 다이셀의 셀록사이드 2021P〔3',4'-에폭시시클로헥실메틸3,4-에폭시시클로헥산카르복실레이트〕 등을 들 수 있지만, 이것에 한정되지 않는다.
<제 5 실시형태>
(A) 성분의 제 5 실시형태로서는 이하의 일반식(5)으로 나타내어진다.
Figure pat00025
(5)
여기서, 식(5) 중, Z는 -CO-, -SO2-, -C(CF3)2-, -Si(CH3)2-, -CH2-, -C(CH3)2-, -O-, 9,9-플루오레닐기 또는 부존재를 나타내지만, 바람직하게는 -CH2-, 9,9-플루오레닐기이다.
R12는 상기의 식(*)으로 나타내어지는 에폭시기이거나, 및/또는 식(**)으로 나타내어지는 에폭시기가 (메타)아크릴화된 기를 나타낸다. 그 때문에, 이 식(5)에 대해서도, 이들 (*) 및 (**)의 기를 각각 1개씩 포함하게 된다.
R15 및 R16은 각각 독립적으로 수소 원자이거나, 탄소수 1∼5의 알킬기이거나 또는 할로겐 원자를 나타내지만, 바람직하게는 수소 원자 또는 메틸기이다.
p는 반복수를 나타내고, 0∼10의 정수를 나타내지만, 바람직하게는 0∼8이다.〕
한편, (A) 성분의 합성의 종점은 산가의 측정 등으로 확인할 수 있다.
이러한 실시형태가 예시되는 상기 (A) 성분에 대해서는 중량 평균 분자량이 200∼20000인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 250∼15000인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 (A) 성분의 배합량에 대해서는 본 발명의 감광성 수지 조성물의 고형분 중에, 0.2∼60질량% 함유되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.2∼55질량%, 보다 바람직하게는 0.3∼50질량%인 것이 바람직하다.
또한, 상기 (A) 성분의 배합량에 대해서는 후술하는 (B) 성분 100질량부이거나, 또는 (B) 성분과 (F) 성분의 합계 100질량부에 대하여 0.8∼1000질량부인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.9∼900질량부, 더욱 바람직하게는 1.5∼800질량부인 것이 바람직하다. (B) 성분, 또는 (B) 성분과 (F) 성분의 합계에 대하여 상기의 배합량으로 함으로써, 충분한 광경화성을 갖게 할 수 있고, 양호한 패터닝 특성을 얻을 수 있게 되기 때문에 바람직하다.
또한, 상기 (A) 성분에 대해서는 후술하는 (C) 성분 100질량부에 대하여, 0.5∼180질량부가 되도록 배합하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1∼160질량부, 더욱 바람직하게는 1.0∼140질량부로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 (C) 성분에 대한 양을 적정화함으로써, (C) 성분과의 양호한 친화성을 유지하면서, 충분한 차광성과 저항의 양립을 달성할 수 있기 때문에 바람직하다.
<(B) 중합성 불포화기 함유 알칼리 가용성 수지>
본 발명의 감광성 수지 조성물에 있어서의 (B) 성분은 분자 내에 중합성 불포화기와 산성기를 갖는 수지이면 특별히 제한 없이 사용할 수 있다. 바람직하게 적용할 수 있는 제 1 예로서는 에폭시기를 2개 이상 갖는 화합물과 (메타)아크릴산(이것은 아크릴산 및/또는 메타크릴산의 의미이다)을 반응시키고, 얻어진 히드록시기를 갖는 에폭시(메타)아크릴레이트 화합물에, (a) 디카르복실산 또는 트리카르복실산 또는 그 산 1 무수물 및/또는 (b) 테트라카르복실산 또는 그 산 2 무수물을 반응시켜 얻어지는 에폭시(메타)아크릴레이트 산부가물이다. 에폭시(메타)아크릴레이트 산부가물로 유도되는 에폭시기를 2개 이상 갖는 화합물로서는 비스페놀형 에폭시 화합물이나 노블락형 에폭시 화합물을 예시할 수 있다. 구체적으로는 하기 일반식(I)으로 나타내어지는 비스페놀형 에폭시 화합물을 바람직하게 들 수 있다.
Figure pat00026
일반식(I)의 식 중, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1∼5의 알킬기, 할로겐 원자 또는 페닐기를 나타내고, A는 -CO-, -SO2-, -C(CF3)2-, -Si(CH3)2-, -CH2-, -C(CH3)2-, -O-, 플루오렌-9,9-디일기 또는 직결합을 나타낸다. l은 0∼10의 정수이다. 바람직한 R1, R2, R3, R4는 수소 원자이고, 바람직한 A는 플루오렌-9,9-디일기이다. 또한, l은 통상 복수의 값이 혼재되기 때문에 평균치 0∼10(정수로 한정하지는 않는다)이 되지만, 바람직한 l의 평균치는 0∼3이다. 이하, l=0의 경우를 대표하여 설명한다.
비스페놀형 에폭시 화합물은 비스페놀류와 에피클로르히드린을 반응시켜 얻어지는 2개의 글리시딜에테르기를 갖는 에폭시 화합물이며, 이 반응 시에는 일반적으로 디글리시딜에테르 화합물의 올리고머화를 수반하기 때문에, 비스페놀 골격을 2개 이상 포함하는 에폭시 화합물을 포함하고 있다. 이 반응에 사용되는 비스페놀류로서는 비스(4-히드록시페닐)케톤, 비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)케톤, 비스(4-히드록시-3,5-디클로로페닐)케톤, 비스(4-히드록시페닐)설폰, 비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)설폰, 비스(4-히드록시-3,5-디클로로페닐)설폰, 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-브로모페닐)플루오렌, 9,9-비스(4-히드록시-3-플루오로페닐)플루오렌, 9,9-비스(4-히드록시-3-메톡시페닐)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, 9,9-비스[4-(2-히드록시에톡시)페닐]플루오렌, 4,4'-비페놀, 3,3'-비페놀 등을 들 수 있다. 이 중에서도, 플루오렌-9,9-디일기를 갖는 비스페놀류를 특히 바람직하게 사용할 수 있다.
에폭시(메타)아크릴레이트에 반응시키는 (a) 디카르복실산 또는 트리카르복실산의 산 1 무수물로서는 사슬형 탄화수소디카르복실산 또는 트리카르복실산의 산 1 무수물이나 지환식 디카르복실산 또는 트리카르복실산의 산 1 무수물, 방향족 디카르복실산 또는 트리카르복실산의 산 1 무수물이 사용된다. 여기서, 사슬형 탄화수소디카르복실산 또는 트리카르복실산의 산 1 무수물로서는 예를 들면, 숙신산, 아세틸숙신산, 말레산, 아디프산, 이타콘산, 아젤라산, 시트라말산, 말론산, 글루타르산, 시트르산, 주석산, 옥소글루타르산, 피멜산, 세바스산, 수베르산, 디글리콜산 등의 산 1 무수물이 있고, 나아가 임의의 치환기가 도입된 디카르복실산 또는 트리카르복실산의 산 1 무수물이어도 된다. 또한, 지환식 디카르복실산 또는 트리카르복실산의 산 1 무수물로서는 예를 들면, 시클로부탄디카르복실산, 시클로펜탄디카르복실산, 헥사히드로프탈산, 테트라히드로프탈산, 메틸테트라히드로프탈산, 메틸엔도메틸렌테트라히드로프탈산, 클로렌드산, 헥사히드로트리멜리트산, 노르보르난디카르복실산 등의 산 1 무수물이 있고, 나아가 임의의 치환기가 도입된 디카르복실산 또는 트리카르복실산의 산 1 무수물이어도 된다. 또한, 방향족 디카르복실산 또는 트리카르복실산의 산 1 무수물로서는 예를 들면 프탈산, 이소프탈산, 트리멜리트산, 1,8-나프탈렌디카르복실산, 2,3-나프탈렌디카르복실산 등의 산 1 무수물이 있고, 나아가 임의의 치환기가 도입된 디카르복실산 또는 트리카르복실산의 산 1 무수물이어도 된다.
또한, 에폭시(메타)아크릴레이트에 반응시키는 (b) 테트라카르복실산의 산 2 무수물로서는 사슬형 탄화수소테트라카르복실산의 산 2 무수물이나 지환식 테트라카르복실산의 산 2 무수물, 또는 방향족 테트라카르복실산의 산 2 무수물이 사용된다. 여기서, 사슬형 탄화수소테트라카르복실산의 산 2 무수물로서는 예를 들면, 부탄테트라카르복실산, 펜탄테트라카르복실산, 헥산테트라카르복실산 등의 산 2 무수물이 있고, 나아가 임의의 치환기가 도입된 테트라카르복실산의 산 2 무수물이어도 된다. 또한, 지환식 테트라카르복실산의 산 2 무수물로서는 예를 들면, 시클로부탄테트라카르복실산, 시클로펜탄테트라카르복실산, 시클로헥산테트라카르복실산, 시클로헵탄테트라카르복실산, 노르보르난테트라카르복실산 등의 산 2 무수물이 있고, 나아가 임의의 치환기가 도입된 테트라카르복실산의 산 2 무수물이어도 된다. 또한, 방향족 테트라카르복실산의 산 2 무수물로서는 예를 들면, 피로멜리트산, 벤조페논테트라카르복실산, 비페닐테트라카르복실산, 비페닐에테르테트라카르복실산, 디페닐설폰테트라카르복실산, 나프탈렌-1,4,5,8-테트라카르복실산, 나프탈렌-2,3,6,7-테트라카르복실산 등의 산 2 무수물을 들 수 있고, 나아가 임의의 치환기가 도입된 테트라카르복실산의 산 2 무수물이어도 된다.
에폭시(메타)아크릴레이트에 반응시키는 (a) 디카르복실산 또는 트리카르복실산의 산무수물과 (b) 테트라카르복실산의 산 2 무수물의 몰비(a)/(b)는 0.01∼10.0인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.02 이상 3.0 미만인 것이 바람직하다. 몰비(a)/(b)가 상기 범위이면, 양호한 광 패터닝성을 갖는 감광성 수지 조성물로 하기 위한 최적 분자량이 얻어지기 쉽고, 또한 알칼리 용해성이 손상되지 않기 때문에 바람직하다.
에폭시(메타)아크릴레이트 산부가물은 기지의 방법, 예를 들면 일본 특허공개 평8-278629호 공보나 일본 특허공개 2008-9401호 공보 등에 기재된 방법에 의해 제조할 수 있다. 우선, 에폭시 화합물에 (메타)아크릴산을 반응시키는 방법으로서는 예를 들면, 에폭시 화합물의 에폭시기와 등몰의 (메타)아크릴산을 용제 중에 첨가하고, 촉매(트리에틸벤질암모늄클로라이드, 2,6-디이소부틸페놀 등)의 존재 하, 공기를 불어 넣으면서 90∼120℃로 가열·교반하여 반응시킨다고 하는 방법이 있다. 그 다음에, 반응 생성물인 에폭시아크릴레이트 화합물의 수산기에 산무수물을 반응시키는 방법으로서는 에폭시아크릴레이트 화합물과 산 2 무수물 및 산 1 무수물의 소정량을 용제 중에 첨가하고, 촉매(브롬화테트라에틸암모늄, 트리페닐포스핀 등)의 존재 하, 90∼130℃에서 가열·교반하여 반응시킨다고 하는 방법이 있다. 이 방법으로 얻어진 에폭시아크릴레이트 산부가물은 일반식(II)의 골격을 갖는다.
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〔식(II) 중, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1∼5의 알킬기, 할로겐 원자 또는 페닐기를 나타내고, A는 -CO-, -SO2-, -C(CF3)2-, -Si(CH3)2-, -CH2-, -C(CH3)2-, -O-, 플루오렌-9,9-디일기 또는 직결합을 나타내고, X는 4가의 카르복실산 잔기를 나타내고, Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 -OC-Z-(COOH)k(단, Z는 2가 또는 3가 카르복실산 잔기를 나타내고, k는 1∼2의 수를 나타낸다)를 나타내고, j는 1∼20의 정수를 나타낸다. R5는 수소 원자 또는 메틸기를 나타낸다.〕
(B) 성분의 다른 예로서는 (메타)아크릴산, (메타)아크릴산에스테르 등의 공중합체로 (메타)아크릴기와 카르복실기를 갖는 수지를 들 수 있다. 예를 들면, 제 1 스텝으로서 글리시딜(메타)아크릴레이트를 포함하는 (메타)아크릴산에스테르류를 용제 중에서 공중합시켜 얻은 공중합체에, 제 2 스텝으로서 (메타)아크릴산을 반응시키고, 제 3 스텝으로 디카르복실산 또는 트리카르복실산의 무수물을 반응시켜 얻어지는 중합성 불포화기 함유 알칼리 가용성 수지이다.
(B) 성분의 또 다른 예로서는 제 1 성분으로서 분자 중에 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 폴리올 화합물, 제 2 성분으로서 분자 중에 카르복실기를 갖는 디올 화합물, 제 3 성분으로서 디이소시아네이트 화합물을 반응시켜 얻어지는 우레탄 화합물을 들 수 있다. 이 계통의 수지로서는 일본 특허공개 2017-76071호 공보에 나타나 있는 것을 참고로 할 수 있다.
(B) 성분은 본 발명의 감광성 수지 조성물의 고형분 중에 1.0∼40질량% 배합되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5∼40질량%인 것이 바람직하다. 또한, 그 중량 평균 분자량(Mw)에 대해서는 통상 2000∼10000의 사이인 것이 바람직하고, 3000∼7000의 사이인 것이 보다 바람직하다. 중량 평균 분자량(Mw)이 2000에 미치지 않으면 현상시의 패턴의 밀착성을 유지할 수 없어, 패턴 박리가 생기고, 또한, 중량 평균 분자량(Mw)이 10000을 초과하면 현상 잔사나 미노광부의 잔막이 남기 쉬워진다. 또한, (B) 성분은 그 산가가 30∼200KOHmg/g의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이 값이 30KOHmg/g보다 작으면 알칼리 현상이 잘 이루어지지 않거나, 강알칼리 등의 특수한 현상 조건이 필요하게 되는 경우가 있고, 또한, 200KOHmg/g을 초과하면 알칼리 현상액의 침투가 지나치게 빨라져, 박리 현상이 일어나기 쉬워지기 때문이다.
한편, 이 (B) 성분에 대해서는 그 1 종류만을 사용해도 되고, 2종 이상의 혼합물을 사용할 수도 있다.
<(C) 착색 성분>
본 발명의 (C) 성분은 감광성 수지 조성물 중에 사용될 수 있는 공지의 착색 성분을 제한 없이 포함할 수 있지만, 유기 안료 또는 무기 안료인 것이 바람직하고, 유기 흑색 안료, 혼색 유기 안료 또는 무기 흑색 안료로 이루어지는 차광재인 것이 보다 바람직하다. 여기서, 흑색 유기 안료로서는 예를 들면 페릴렌 블랙, 아닐린 블랙, 시아닌 블랙, 락탐 블랙 등을 들 수 있다. 혼색 유기 안료로서는 적, 청, 녹, 보라, 황색, 시아닌, 마젠타 등에서 선택되는 2종 이상의 안료를 혼합하여 유사 흑색화된 것을 들 수 있다. 무기 흑색 안료로서는 카본 블랙, 산화크롬, 산화철, 티탄 블랙 등을 들 수 있다. 이들 착색 성분은 1종만을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다. 감광성 수지 조성물의 목적에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 이들 착색 성분 중에서도, 차광성, 표면 평활성, 분산 안정성, 수지와의 친화성의 관점에서 보면 카본 블랙인 것이 보다 바람직하다. 다른 한편, 전기 저항성, 차광성 등이 중시되는 용도 등에서는 티탄 블랙을 바람직하게 사용할 수 있고, 또한, 적외선 투과성, 저유전 특성이 중시되는 용도 등에서는 락탐 블랙이 바람직하게 사용된다.
카본 블랙으로서는 미처리 또는 산화 처리된 카본 블랙인 것이 바람직하다. 여기서, 미처리란 산화 처리나 수지 피복 처리 등의 특별한 표면 처리를 실시하지 않는 것이며, 산화 처리란 분산 공정 전에 카본 블랙의 표면을 어떠한 산화제로 처리하는 것이다. 이러한 미처리 또는 산화 처리된 카본 블랙은 표면에 산성 관능기를 많이 갖고 있기 때문에, 경화막을 얻을 때의 열 경화시에 있어서, 상기한 (A) 성분의 에폭시기와 반응함으로써, 카본 블랙 근방에 (A) 성분을 많이 존재시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 카본 블랙을 사용하여 경화막의 저항치를 보다 높이고자 하는 경우에는 카본 블랙 표면을 염료, 안료, 수지 등으로 피복한 표면 피복 카본 블랙을 사용하도록 해도 된다.
이러한 (C) 성분에 대해서는 본 발명의 목적에 따라, 예를 들면 원하는 차광도가 되도록 임의로 정할 수 있지만, 감광 수지 조성물 중의 고형분에 대하여 30∼70질량%인 것이 바람직하고, 40∼60질량%인 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 (C) 성분은 바람직하게는 미리 용제에 분산제와 함께 분산시켜 착색 분산액으로 한 후에, 감광성 수지 조성물 중에 배합하는 것이 바람직하다. 여기서, 분산시키는 용제는 후술하는 (E) 성분의 일부가 되기 때문에, (E) 성분에 예시하는 것이면 사용할 수 있지만, 예를 들면 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 3메톡시부틸아세테이트 등이 바람직하게 사용된다.
또한, 상기 분산제로서는 각종 고분자 분산제 등의 공지의 분산제를 사용할 수 있다. 분산제의 예로서는 종래 안료 분산에 사용되고 있는 공지의 화합물(분산제, 분산 습윤제, 분산 촉진제 등의 명칭으로 시판되고 있는 화합물 등)을 특별히 제한 없이 사용할 수 있지만, 예를 들면, 카티온성 고분자계 분산제, 아니온성 고분자계 분산제, 논이온성 고분자계 분산제, 안료 유도체형 분산제(분산 보조제) 등을 들 수 있다. 특히, 안료에의 흡착점으로서 이미다졸릴기, 피롤릴기, 피리딜기, 1급, ２급 또는 3급의 아미노기 등의 카티온성의 관능기를 갖고, 아민가가 1∼100mgKOH/g, 수평균 분자량이 1000∼10만의 범위에 있는 카티온성 고분자계 분산제는 바람직하다. 이 분산제의 배합량에 대해서는 (C) 착색 성분에 대하여 1∼30질량%가 바람직하다.
<(D) 광중합 개시제>
본 발명의 감광성 수지 조성물에 있어서의 (D) 성분으로서는 예를 들면, 아세토페논, 2,2-디에톡시아세토페논, p-디메틸아세토페논, p-디메틸아미노프로피오페논, 디클로로아세토페논, 트리클로로아세토페논, p-tert-부틸아세토페논, 벤질디메틸케탈 등의 아세토페논류; 벤조페논, 2-클로로벤조페논, p,p'-비스디메틸아미노벤조페논, 4,4'-비스디메틸아미노벤조페논(미힐러케톤), 4-페닐벤조페논, 4,4'-디클로로벤조페논, 히드록시벤조페논, 4,4'-디에틸아미노벤조페논 등의 벤조페논류; 벤질, 벤조인, 벤조인메틸에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤조인이소부틸에테르 등의 벤조인에테르류; 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-트리아릴비이미다졸, 2,2'-비스(2-클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐-1,2-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-페닐설파닐페닐)부탄-1,2-디온-2-옥심-O-벤조에이트, 1-(4-메틸설파닐페닐)부탄-1,2-디온-2-옥심-O-아세테이트, 1-(4-메틸설파닐페닐)부탄-1-온옥심-O-아세테이트, 1-[9-에틸-6-(2-메틸벤조일)-9H-카르바졸-3-일]-비시클로헵틸-1-온옥심-O-아세테이트, 1-[9-에틸-6-(2-메틸벤조일)-9H-카르바졸-3-일]-아다만틸메탄-1-온옥심-O-벤조에이트, 1-[9-에틸-6-(2-메틸벤조일)-9H-카르바졸-3-일]-아다만틸메탄-1-온옥심-O-아세테이트, 1-[9-에틸-6-(2-메틸벤조일)-9H-카르바졸-3-일]-테트라히드로푸라닐메탄-1-온옥심-O-벤조에이트, 1-[9-에틸-6-(2-메틸벤조일)-9H-카르바졸-3-일]-테트라히드로푸라닐메탄-1-온옥심-O-아세테이트, 1-[9-에틸-6-(2-메틸벤조일)-9H-카르바졸-3-일]-티오페닐메탄-1-온옥심-O-벤조에이트, 1-[9-에틸-6-(2-메틸벤조일)-9H-카르바졸-3-일]-티오페닐메탄-1-온옥심-O-아세테이트, 1-[9-에틸-6-(2-메틸벤조일)-9H-카르바졸-3-일]-모르포닐메탄-1-온옥심-O-벤조에이트, 1-[9-에틸-6-(2-메틸벤조일)-9H-카르바졸-3-일]-모르포닐메탄-1-온옥심-O-아세테이트, 1-[9-에틸-6-(2-메틸벤조일)-9H-카르바졸-3-일]-에탄-1-온옥심-O-비시클로헵탄카르복실레이트, 1-[9-에틸-6-(2-메틸벤조일)-9H-카르바졸-3-일]-에탄-1-온옥심-O-트리시클로데칸카르복실레이트, 1-[9-에틸-6-(2-메틸벤조일)-9H-카르바졸-3-일]-에탄-1-온옥심-O-아다만탄카르복실레이트, 1-[4-(페닐설파닐)페닐]옥탄-1,2-디온=2-O-벤조일옥심, 1-[9-에틸-6-(2-메틸벤조일)카르바졸-3-일]에타논-O-아세틸옥심, (2-메틸페닐)(7-니트로-9,9-디프로필-9H-플루오렌-2-일)-아세틸옥심, 에타논,1-[7-(2-메틸벤조일)-9,9-디프로필-9H-플루오렌-2-일]-1-(o-아세틸옥심), 에타논,1-(-9,9-디부틸-7-니트로-9H-플루오렌-2-일)-1-O-아세틸옥심, 에타논,1-[9-에틸-6-(2-메틸벤조일)-9H-카르바졸-3-일]-,1-(O-아세틸옥심) 등의 O-아실옥심계 화합물류; 티오크산톤, 2-클로로티오크산톤, 2,4-디메틸티오크산톤, 2,4-디에틸티오크산톤, 2-메틸티오크산톤, 2-이소프로필티오크산톤, 4-이소프로필티오크산톤, 2,4-디클로로티오크산톤, 1-클로로-4-프로폭시티오크산톤 등의 황 화합물; 2-에틸안트라퀴논, 옥타메틸안트라퀴논, 1,2-벤즈안트라퀴논, 2,3-디페닐안트라퀴논 등의 안트라퀴논류; 아조비스이소부틸니트릴, 벤조일퍼옥사이드, 쿠멘퍼옥사이드 등의 유기 과산화물; 2-메르캅토벤조이미다졸, 2-메르캅토벤조옥사졸, 2-메르캅토벤조티아졸, β-메르캅토프로피온산, 2-에틸헥실-3-메르캅토프로피오네이트, n-옥틸-3-메르캅토프로피오네이트, 메톡시부틸-3-메르캅토프로피오네이트, 스테아릴-3-메르캅토프로피오네이트, 트리메티롤프로판트리스(3-메르캅토프로피오네이트), 트리스-[(3-메르캅토프로피오닐옥시)-에틸]-이소시아누레이트, 펜타에리트리톨테트라키스(3-메르캅토부틸레이트), 펜타에리트리톨테트라키스(3-메르캅토프로피오네이트), 테트라에틸렌글리콜비스(3-메르캅토프로피오네이트), 디펜타에리트리톨헥사키스(3-메르캅토프로피오네이트), 3,3'-티오디프로피온산, 디티오디프로피온산, 라우릴티오프로피온산 등의 티올 화합물 등을 들 수 있다. 이 중에서도, 고감도의 감광성 수지 조성물을 얻기 쉬운 관점에서, O-아실옥심계 화합물류를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 광중합 개시제를 2종류 이상 사용할 수도 있다. 한편, 본 발명에서 말하는 광중합 개시제란, 증감제를 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 그 자체로는 광중합 개시제나 증감제로서 작용하지 않지만, 상술한 화합물과 조합하여 사용함으로써, 광중합 개시제나 증감제의 능력을 증대시킬 수 있는 화합물을 첨가해도 된다. 그러한 화합물의 예에는 벤조페논과 조합하여 사용하면 효과가 있는 아민계 화합물이 포함된다. 상기 아민계 화합물의 예에는 트리에틸아민, 트리에탄올아민, 메틸디에탄올아민, 트리이소프로판올아민, 4-디메틸아미노벤조산메틸, 4-디메틸아미노벤조산에틸, 4-디메틸아미노벤조산이소아밀, 벤조산2-디메틸아미노에틸, 4-디메틸아미노벤조산2-에틸헥실, N,N-디메틸파라톨루이딘, 4,4'-비스(디메틸아미노)벤조페논, 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논, 4,4'-비스(에틸메틸아미노)벤조페논 등을 들 수 있다.
(D) 성분의 배합량에 대해서는 상기 (B) 성분의 100질량부, 또는 (B) 성분과 후술하는 (F) 성분의 합계 100질량부에 대하여 2∼40질량부가 바람직하고, 보다 바람직하게는 3∼30질량부이다.
<(E) 용제>
본 발명의 감광성 수지 조성물에 있어서의 (E) 용제로서는 예를 들면, 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 3-메톡시-1-부탄올, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 3-히드록시-2-부타논, 디아세톤알코올 등의 알코올류; α- 혹은 β-테르피네올 등의 테르펜류 등; 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥사논, N-메틸-2-피롤리돈 등의 케톤류; 톨루엔, 크실렌, 테트라메틸벤젠 등의 방향족 탄화수소류; 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 메틸카르비톨, 에틸카르비톨, 부틸카르비톨, 디에틸렌글리콜에틸메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노에틸에테르, 트리에틸렌글리콜모노메틸에테르, 트리에틸렌글리콜모노에틸에테르 등의 글리콜에테르류; 아세트산에틸, 아세트산부틸, 락트산에틸, 3-메톡시부틸아세테이트, 3-메톡시-3-부틸아세테이트, 3-메톡시-3-메틸-1-부틸아세테이트, 셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 부틸셀로솔브아세테이트, 카르비톨아세테이트, 에틸카르비톨아세테이트, 부틸카르비톨아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트 등의 에스테르류 등을 들 수 있고, 이것들을 사용하여 용해, 혼합시킴으로써, 균일한 용액 형상의 조성물로 할 수 있다.
<그 밖의 성분>
〔(F) 에폭시기를 갖지 않고 게다가 적어도 1개의 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 광중합성 모노머〕
본 발명의 감광성 수지 조성물에는 상기 (F) 성분을 함유시켜도 된다. 상기 (F) 성분은 상기 (B) 성분인 알칼리 가용성 수지의 분자끼리를 가교하는 역할을 할 수 있는 것이다. (F) 성분으로서는 예를 들면, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 2-히드록시헥실(메타)아크릴레이트 등의 수산기를 갖는 (메타)아크릴산에스테르류나, 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 테트라메틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리메티롤프로판트리(메타)아크릴레이트, 트리메티롤에탄트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨디(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨테트라(메타)아크릴레이트, 글리세롤(메타)아크릴레이트, 글리세롤디(메타)아크릴레이트, 글리세롤트리(메타)아크릴레이트, 소르비톨펜타(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타(메타)아크릴레이트, 또는 디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트, 소르비톨헥사(메타)아크릴레이트, 포스파젠의 알킬렌옥사이드 변성 헥사(메타)아크릴레이트, 카프로락톤 변성 디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트 등의 (메타)아크릴산에스테르류, (메타)아크로일기를 갖는 수지상 폴리머 등을 들 수 있고, 이것들의 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. (메타)아크로일기를 갖는 수지상 폴리머로서는 예를 들면, 다관능 (메타)아크릴레이트 화합물의 (메타)아크로일기 중의 탄소-탄소 이중 결합의 일부에 다가 메르캅토 화합물 중의 티올기를 부가하여 얻어지는 공지의 수지상 폴리머를 예시할 수 있다.
상기 (F) 성분은 상기한 바와 같은 역할을 하는 것이기 때문에, 그 기능을 발휘시키기 위해서는 에틸렌성 불포화 결합을 2개 이상 갖는 것을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 모노머의 분자량을 1분자 중의 (메타)아크로일기의 수로 나눈 아크릴 당량이 50∼300이면 된다.
(F) 성분의 배합량에 대해서는 상기 (B) 성분과의 배합 비율로서, 질량 비율(B)/(F)로 50/50∼90/10이고, 바람직하게는 60/40∼80/20이다. (B) 성분의 배합 비율이 50/50보다 적으면, 광경화 후의 경화물이 물러지고, 또한, 미노광부에 있어서 도막의 산가가 낮기 때문에 알칼리 현상액에 대한 용해성이 저하하고, 패턴 엣지가 들쭉날쭉하여 샤프하게 되지 않을 우려가 있다. 또한, (B) 성분의 배합 비율이 90/10보다 많으면, 수지에서 차지하는 광 반응성 관능기의 비율이 적어 가교 구조의 형성이 충분하지 않고, 또한, 수지 성분에 있어서의 산가도가 지나치게 높아, 노광부에 있어서의 알칼리 현상액에 대한 용해성이 높아질 우려가 있기 때문에, 형성된 패턴이 목표로 하는 선폭보다 가늘어지거나, 패턴의 결락이 생기기 쉬워지거나 하는 등의 문제가 생길 우려가 있다.
〔(F) 성분 이외의 그 밖의 성분〕
또한, 본 발명의 감광성 수지 조성물에는 상기 (F) 성분 이외에도, 필요에 따라, 상기 (A) 성분 이외의 에폭시 수지, 열 중합 금지제, 산화 방지제, 가소제, 충전재, 레벨링제, 소포제, 커플링제, 계면 활성제, 점도 조정제 등의 첨가제를 배합할 수 있다. 상기 (A) 성분 이외의 에폭시 수지로서는 상기 (A) 성분의 원료인 공지의 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 열 중합 금지제 및 산화 방지제로서는 하이드로퀴논, 하이드로퀴논모노메틸에테르, 피로갈롤, tert-부틸카테콜, 페노티아진, 힌더드 페놀계 화합물 등을 들 수 있고, 가소제로서는 디부틸프탈레이트, 디옥틸프탈레이트, 인산트리크레실 등을 들 수 있고, 충전재로서는 유리 파이버, 실리카, 마이카, 알루미나 등을 들 수 있고, 소포제나 레벨링제로서는 실리콘계, 불소계, 아크릴계의 화합물을 들 수 있다. 또한, 계면 활성제로서는 라우릴황산암모늄, 폴리옥시에틸렌알킬에테르황산트리에탄올아민 등의 음이온 계면 활성제, 스테아릴아민아세테이트, 라우릴트리메틸암모늄클로라이드 등의 양이온 계면 활성제, 라우릴디메틸아민옥사이드, 라우릴카르복시메틸히드록시에틸이미다졸륨베타인 등의 양쪽성 계면 활성제, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌스테아릴에테르, 소르비탄모노스테아레이트 등의 비이온 계면 활성제, 폴리디메틸실록산 등을 주골격으로 하는 실리콘계 계면 활성제, 불소계 계면 활성제 등을 들 수 있다. 커플링제로서는 3-(글리시딜옥시)프로필트리메톡시실란, 3-이소시아나토프로필트리에톡시실란, 3-우레이도프로필트리에톡시실란 등의 실란 커플링제를 들 수 있다.
<고형분>
본 발명의 감광성 수지 조성물은 상기 (A)∼(E) 성분을 주성분으로서 함유한다. 용제를 제외한 고형분(고형분에는 경화 후에 고형분이 되는 모노머를 포함한다) 중에, (A)∼(D) 성분이 합계로 70질량% 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 80질량% 이상, 더욱 바람직하게는 90질량% 이상 포함하는 것이 바람직하다. (E) 성분인 용제의 양은 목표로 하는 점도에 따라 변화하지만, 본 발명의 감광성 수지 조성물 중에 60∼90질량%의 범위에서 포함되도록 하는 것이 바람직하다.
<경화막의 형성 방법>
본 발명에 있어서의 감광성 수지 조성물은 예를 들면 컬러 필터 경화막(차광막) 형성용의 감광성 수지 조성물로서 뛰어난 것이며, 경화막의 형성 방법으로서는 이하와 같은 포토리소그래피법이 있다. 우선, 감광성 수지 조성물을 투명 기판 상에 도포하고, 이어서 용매를 건조시킨(프리베이크) 후, 이렇게 하여 얻어진 피막 위에 포토마스크를 대고, 자외선을 조사하여 노광부를 경화시키고, 또한 알칼리 수용액을 사용하여 미노광부를 용출시키는 현상을 행하여 패턴을 형성하고, 나아가 후건조로서 포스트베이크(열 소성)를 행하는 방법을 들 수 있다.
감광성 수지 조성물을 도포하는 투명 기판으로서는 유리 기판 이외에, 투명 필름(예를 들면, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르설폰 등) 상에 ITO나 금 등의 투명 전극이 증착 혹은 패터닝된 것 등을 예시할 수 있다. 투명 기판 상에 감광성 수지 조성물의 용액을 도포하는 방법으로서는 공지의 용액 침지법, 스프레이법 외에, 롤러 코터기, 랜드 코터기, 슬릿 코터기나 스피너기를 사용하는 방법 등의 어느 방법도 채용할 수 있다. 이들 방법에 의해, 원하는 두께로 도포한 후, 용제를 제거(프리베이크)함으로써, 피막이 형성된다. 프리베이크는 오븐, 핫 플레이트 등에 의해 가열함으로써 행해진다. 프리베이크에 있어서의 가열 온도 및 가열 시간은 사용하는 용제에 따라 적절히 선택되고, 예를 들면 60∼110℃의 온도에서 1∼3분간 행해진다.
프리베이크 후에 행해지는 노광은 자외선 노광 장치에 의해 행해지고, 포토마스크를 통해 노광함으로써 패턴에 대응한 부분의 레지스트만을 감광시킨다. 노광 장치 및 그 노광 조사 조건은 적절히 선택되고, 초고압 수은등, 고압 수은 램프, 메탈할라이드 램프, 원자외선등 등의 광원을 사용하여 노광을 행하고, 도막 중의 감광성 수지 조성물을 광경화시킨다.
노광 후의 알칼리 현상은 노광되지 않는 부분의 레지스트를 제거할 목적으로 행해지고, 이 현상에 의해 원하는 패턴이 형성된다. 이 알칼리 현상에 적합한 현상액으로서는 예를 들면 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속의 탄산염의 수용액, 알칼리 금속의 수산화물의 수용액 등을 들 수 있지만, 특히 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산리튬 등의 탄산염을 0.05∼3질량% 함유하는 약알칼리성 수용액을 사용하여 23∼28℃의 온도에서 현상하는 것이 바람직하고, 시판의 현상기나 초음파 세정기 등을 사용하여 미세한 화상을 정밀하게 형성할 수 있다.
현상 후, 바람직하게는 180∼250℃의 온도 및 20∼60분의 조건으로 열처리(포스트베이크)가 행해진다. 이 포스트베이크는 패터닝된 경화막과 기판의 밀착성을 높이기 위해서 등의 목적으로 행해진다. 이것은 프리베이크와 마찬가지로, 오븐, 핫 플레이트 등에 의해 가열함으로써 행해진다. 본 발명의 패터닝된 경화막은 이상의 포토리소그래피법에 의한 각 공정을 거쳐 형성된다.
본 발명의 감광성 수지 조성물은 상기와 같이, 노광, 알칼리 현상 등의 조작에 의해 미세한 패턴을 형성하는 데에 적합하다. 또한, 본 발명의 감광성 수지 조성물은 코팅재로서 바람직하게 사용할 수 있고, 특히 액정의 표시 장치 혹은 촬영 소자에 사용되는 컬러 필터용 잉크로서 바람직하고, 이에 의해 형성된 경화막은 컬러 필터, 액정 프로젝션용의 블랙 매트릭스, 차광막, 터치패널용 차광막 등으로서 유용하다.
본 발명에서 얻어진 고차광, 고저항의 경화막(차광막)은 OD 3.5/㎛ 이상 OD 4.0/㎛ 미만일 때에, 10V의 인가 전압으로 1×1012Ω·cm 이상의 체적 저항률이 되는 것이다. 또한, OD 4.0/㎛ 이상과 같은 차광 레벨에 있어서도, 10V 인가 전압으로 1×1011Ω·cm 이상의 체적 저항률을 확보할 수 있는 것이며, 보다 바람직하게는 10V 인가 전압으로 1×1012Ω·cm 이상의 체적 저항률을 확보할 수 있는 것이다. 나아가, 본 발명의 감광성 수지 조성물은 예를 들면, 10㎛ 미만의 세선을 형성했을 경우에도 현상 밀착성이 뛰어난 차광막 패턴을 형성하는 데에 적합하다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예에 기초하여, 본 발명의 실시형태를 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
우선, 본 발명의 (B) 성분에 상당하는 중합성 불포화기 함유 알칼리 가용성 수지의 합성예(합성예 1)를 나타낸다. 합성예 1에 있어서의 수지의 평가는 이하와 같이 행하였다.
[고형분 농도]
합성예 1 중에서 얻어진 수지 용액 1g을 유리 필터〔질량: W0(g)〕에 함침시켜 칭량하고〔W1(g)〕, 160℃에서 2hr 가열한 후의 질량〔W2(g)〕으로부터 다음 식에 의해 구하였다.
고형분 농도(질량%)=100×(W2-W0)/(W1-W0)
[산가]
수지 용액을 디옥산에 용해시켜, 전위차 적정 장치〔히라누마 제작소(주)제 상품명 COM-1600〕를 사용하여 1/10N-KOH 수용액으로 적정하여 구하였다.
[분자량]
겔 퍼미에이션 크로마토그래피(GPC)[토소(주)제 상품명 HLC-8220GPC, 용매: 테트라히드로푸란, 컬럼: TSKgelSuperH-2000(2개)+TSKgelSuperH-3000(1개)+TSKgelSuperH-4000(1개)+TSKgelSuper-H5000(1개)〔토소(주)제〕, 온도: 40℃, 속도: 0.6ml/min]로 측정하고, 표준 폴리스티렌〔토소(주)제 PS-올리고머 키트〕환산치로서 중량 평균 분자량(Mw)을 구하였다.
[에폭시 당량]
측정 대상이 되는 에폭시 화합물을 디옥산에 용해시킨 후에 브롬화테트라에틸암모늄의 아세트산 용액을 첨가하고, 전위차 적정 장치 "COM-1600" (히라누마 산업 주식회사제)을 사용하여 1/10N-과염소산 용액으로 적정하여 구하였다.
또한, 합성예 등에서 사용하는 약호는 다음과 같다.
AA: 아크릴산
BPFE: 9,9-비스(4-히드록시페닐)플루오렌과 클로로메틸옥시란의 반응물. 일반식(I)의 화합물에 있어서, A가 플루오렌-9,9-디일기, R1∼R4가 수소 원자인 화합물.
BPDA: 3,3',4,4'-비페닐테트라카르복실산 2 무수물
THPA: 1,2,3,6-테트라히드로프탈산 무수물
TPP: 트리페닐포스핀
PGMEA: 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트
TEAB: 브롬화테트라에틸암모늄
[합성예 1]
환류 냉각기 부착 500ml 4구 플라스크 중에 BPFE 114.4g(0.23몰), AA 33.2g(0.46몰), PGMEA 157g 및 TEAB 0.48g을 주입하고, 100∼105℃에서 가열 하에 20hr 교반하여 반응시켰다. 그 다음에, 플라스크 내에 BPDA 35.3g(0.12몰), THPA 18.3g(0.12몰)을 주입하고, 120∼125℃에서 가열 하에 6hr 교반하여, 중합성 불포화기 함유 알칼리 가용성 수지 용액을 얻었다. 얻어진 수지 용액의 고형분 농도는 56.5질량%, 산가(고형분 환산)는 103mgKOH/g, GPC 분석에 의한 Mw는 3600이었다.
그 다음에, 본 발명의 (A) 성분의 합성예를 나타낸다(합성예 2∼9).
[합성예 2]
식(1)으로 나타내어지는 구조에 있어서, Cy가 벤젠환, R12가 모두 식(*)의 기, Y가 메틸렌기, R11이 메틸기, m=1, n=1, a≒6.8, Mw=1574, 에폭시 당량=203g/eq인 크레졸 노블락형 에폭시 수지를 원료 수지로서 사용하였다. 이 원료 수지의 282질량부(1.389당량)에, 아크릴산 50질량부(0.694당량)와 PGMEA 111질량부와, 트리페닐포스핀 1질량부와, 하이드로퀴논모노메틸에테르 0.1질량부를 더함과 동시에, 페놀설폰산 1질량부를 첨가하고, 80℃∼90℃에서 10시간 반응시켰다. 그것에 의해, 원료 수지의 R12의 관능기의 일부(당량비 50%)가 아크릴화된 부분 아크릴화 에폭시 수지(A)-1-1을 얻었다.
[합성예 3]
합성예 2의 크레졸 노블락형 에폭시 수지를 157질량부(0.773당량), PGMEA 70질량부로 변경한 것 이외에는 합성예 2와 마찬가지의 방법으로 합성하였다. 그것에 의해, 상기 원료 수지의 R12의 관능기의 일부(당량비 90%)가 아크릴화된 부분 아크릴화 에폭시 수지(A)-1-2를 얻었다.
[합성예 4]
합성예 2의 크레졸 노블락형 에폭시 수지를 1410질량부(6.946당량), PGMEA 487질량부로 변경한 것 이외에는 합성예 2와 마찬가지의 방법으로 합성하였다. 그것에 의해, 상기 원료 수지의 R12의 관능기의 일부(당량비 10%)가 아크릴화된 부분 아크릴화 에폭시 수지(A)-1-3을 얻었다.
[합성예 5]
식(1)으로 나타내어지는 구조에 있어서, Cy가 벤젠환, R12가 모두 (*)인 기, Y가 메틸렌기, m=1, n=0, a≒2.9, Mw=684, 에폭시 당량=177g/eq인 페놀노블락형 에폭시 수지를 원료 수지로서 사용하였다. 이 원료 수지의 246질량부(1.390당량)에, 아크릴산 50질량부(0.694당량)와 PGMEA 99질량부와, 트리페닐포스핀 1질량부와, 하이드로퀴논모노메틸에테르 0.1질량부를 더함과 동시에, 페놀설폰산 1질량부를 첨가하고, 80℃∼90℃에서 10시간 반응시켰다. 그것에 의해, 원료 수지의 R12의 관능기의 일부(당량비 50%)가 아크릴화된 부분 아크릴화에폭시 수지(A)-2를 얻었다.
[합성예 6]
식(5)으로 나타내어지는 구조에 있어서, p=0, R15 및 R16이 수소 원자, Z가 -C(CH3)2-, R12가 모두 (*)인 기, Mw=370, 에폭시 당량=190g/eq인 비스페놀 A 형 에폭시 수지를 원료 수지로서 사용하였다. 이 원료 수지의 264질량부(1.389당량)에, 아크릴산 50질량부(0.694당량)와, 트리페닐포스핀 1질량부와, 하이드로퀴논모노메틸에테르 0.1질량부를 더함과 동시에, 페놀설폰산 1질량부를 첨가하고, 80℃∼90℃에서 10시간 반응시켰다. 그것에 의해, 원료 수지의 R12의 관능기의 일부(당량비 50%)가 아크릴화된 부분 아크릴화에폭시 수지(A)-3을 얻었다.
[합성예 7]
3',4'-에폭시시클로헥실메틸3',4'-에폭시시클로헥산카르복실레이트(셀록사이드 2021P, Mw=260, 에폭시 당량 130g/eq, 주식회사 다이셀제)를 원료 수지로서 사용하였다. 이 원료 수지의 181질량부(1.392당량)에, 아크릴산 50질량부(0.694당량)와, 트리페닐포스핀 1질량부와, 하이드로퀴논모노메틸에테르 0.1질량부를 더함과 동시에, 페놀설폰산 1질량부를 첨가하고, 80℃∼90℃에서 10시간 반응시켰다. 그것에 의해, 원료 수지의 3,4-에폭시시클로헥실기의 일부(당량비 50%)가 아크릴화된 부분 아크릴화에폭시 수지(A)-4를 얻었다.
[합성예 8]
부탄테트라카르복실산테트라(3,4-에폭시시클로헥실메틸) 수식 ε-카프로락톤(에포리드 GT401, Mw=900, 에폭시 당량 217g/eq, 주식회사 다이셀제)을 원료 수지로서 사용하였다. 이 원료 수지의 301질량부(1.387당량)에, 아크릴산 50질량부(0.694당량)와, PGMEA 118질량부와 트리페닐포스핀 1질량부와, 하이드로퀴논모노메틸에테르 0.1질량부를 더함과 동시에, 페놀설폰산 1질량부를 첨가하고, 80℃∼90℃에서 10시간 반응시켰다. 그것에 의해, 원료 수지의 3,4-에폭시시클로헥실기의 일부(당량비 50%)가 아크릴화된 부분 아크릴화에폭시 수지(A)-5를 얻었다.
[합성예 9]
2,2-비스(히드록시메틸)-1-부탄올의 1,2-에폭시-4-(2-옥시라닐)시클로헥산 부가물(EHPE3150, Mw=1800, 에폭시 당량 180g/eq, 주식회사 다이셀제)을 원료 수지로서 사용하였다. 이 원료 수지의 250질량부(1.389당량)에, 아크릴산 50질량부(0.694당량)와, PGMEA 101질량부와 트리페닐포스핀 1질량부와, 하이드로퀴논모노메틸에테르 0.1질량부를 더함과 동시에, 페놀설폰산 1질량부를 첨가하고, 80℃∼90℃에서 10시간 반응시켰다. 그것에 의해, 원료 수지의 3,4-에폭시시클로헥실기의 일부(당량비 50%)가 아크릴화된 부분 아크릴화에폭시 수지(A)-6을 얻었다.
[감광성 수지 조성물의 조제]
표 1 내지 표 2에 나타내는 조성에 의해 배합을 행하고, 실시예 1∼19, 비교예 1, 및 기준 비교예 1∼4의 감광성 수지 조성물을 조제하였다. 배합에 사용한 각 성분은 이하와 같다. 표 중의 수치는 모두 질량%이며, (E) 성분 이외에는 고형분으로서의 수치를 나타낸다.
<(A) 성분>
(A)-1-1: 상기 합성예 2에서 얻어진 부분 아크릴화 에폭시 수지
(A)-1-2: 상기 합성예 3에서 얻어진 부분 아크릴화 에폭시 수지
(A)-1-3: 상기 합성예 4에서 얻어진 부분 아크릴화 에폭시 수지
(A)-2: 상기 합성예 5에서 얻어진 부분 아크릴화 에폭시 수지
(A)-3: 상기 합성예 6에서 얻어진 부분 아크릴화 에폭시 수지
(A)-4: 상기 합성예 7에서 얻어진 부분 아크릴화 에폭시 수지
(A)-5: 상기 합성예 8에서 얻어진 부분 아크릴화 에폭시 수지
(A)-6: 상기 합성예 9에서 얻어진 부분 아크릴화 에폭시 수지
<(B) 성분>
상기 합성예 1에서 얻어진 중합성 불포화기 함유 알칼리 가용성 수지 용액
<(C) 성분>
(C)-1: 카본 블랙 25.0질량%, 고분자 분산제 6.25질량%의 PGMEA 용제의 안료 분산체
(C)-2: 티탄 블랙 15.0질량%, 고분자 분산제 3.75질량%의 PGMEA 용제의 안료 분산체
(C)-3: 락탐 블랙 15.0질량%, 고분자 분산제 3.75질량%의 PGMEA 용제의 안료 분산체
(표 1∼2 중에서는 (C) 성분으로서의 착색 성분과, 고분자 분산제(표 중에서는 "분산제"라고 표기)를 별도 표기로 한다.)
<(D) 성분>
옥심에스테르계 광중합 개시제〔(주)ADEKA제 NCI-831〕
<(E) 성분>
PGMEA
<(F) 성분>
디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트와 헥사아크릴레이트의 혼합물〔닛폰 화약(주)제 DPHA, 아크릴 당량 96∼115〕
(H) 실란 커플링제: 신에츠 화학 공업(주)제 KBE-585
(I) 계면 활성제: 빅케미·재팬(주)제 BYK-330
(J) 에폭시 수지: 비스페놀 A 형 에폭시 수지(닛테츠 케미컬&머티리얼(주)제 YD-128)
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Figure pat00029
[평가]
실시예 1∼19, 비교예 1, 및 기준 비교예 1∼4의 감광성 수지 조성물을 사용하여, 이하에 적는 평가를 행하였다. 이것들의 평가 결과를 표 3∼4에 나타낸다.
<OD/㎛의 평가>
상기에서 얻어진 각 감광성 수지 조성물을, 스핀 코터를 사용하여 125mm×125mm의 유리 기판(코닝1737) 상에 포스트베이크 후의 막 두께가 1.0㎛가 되도록 도포하고, 90℃에서 1분간 프리베이크하였다. 그 후, 네거티브형 포토마스크를 씌우지 않고, i선 조도 30mW/cm2의 초고압 수은 램프로 40mJ/cm2의 자외선을 조사하여, 광경화 반응을 행하였다.
그 다음에, 이 노광 완료 도판을 23℃, 0.04% 수산화칼륨 수용액을 사용하여 1kgf/cm2의 샤워압으로 80초의 현상 후, 5kgf/cm2압의 스프레이 수세를 행하고, 그 후, 열풍 건조기를 사용하여 230℃, 30분간 열 포스트베이크하였다. 이 도판의 OD값을, 투과 농도계를 사용하여 평가하였다. 또한, 도판에 형성한 차광막의 막 두께를 측정하고, OD값을 막 두께로 나눈 값을 OD/㎛로 하였다.
<체적 저항률 상승도의 평가>
상기에서 얻어진 각 감광성 수지 조성물을, 스핀 코터를 사용하여 100mm×100mm의 크롬 증착 유리 기판(코닝1737) 상에 포스트베이크 후의 막 두께가 3.0㎛가 되도록 도포하고, 90℃에서 1분간 프리베이크하였다. 그 후, 열풍 건조기를 사용하여 230℃, 180분간 열 포스트베이크한 후, 일렉트로미터(키슬리사제, "6517A 형")을 사용하여, 1V 스텝으로 각 인가 전압에 있어서 60초씩 전압 유지하는 조건으로, 인가 전압 1V 내지 10V에 있어서의 체적 저항률을 측정하였다. 10V 인가 시의 체적 저항률에 대하여, (A) 성분 및 (J) 성분을 모두 사용하지 않는 기준 비교예 1을 기준으로 했을 때의 실시예 1∼6, 9∼17 및 비교예 1의 상승도와, (A) 성분 및 (J) 성분을 모두 사용하지 않는 기준 비교예 2를 기준으로 했을 때의 실시예 7∼8의 상승도와, (A) 성분 및 (J) 성분을 모두 사용하지 않는 기준 비교예 3을 기준으로 했을 때의 실시예 18의 상승도와, (A) 성분 및 (J) 성분을 모두 사용하지 않는 기준 비교예 4를 기준으로 했을 때의 실시예 19의 상승도를, 각각 이하 계산식에 기초하여 산출하였다. 한편, 기준으로 한 것은 후의 표 중에 있어서 "Ref."로 표기하고 있다.
상승도=실시예 또는 비교예의 각 체적 저항률(Ω·cm)/기준 비교예의 각 체적 저항률(Ω·cm)
산출된 체적 저항 상승도에 대하여, 하기의 판정 기준에 기초하여 체적 저항 상승도를 판정하였다.
◎: 300≤체적 저항률 상승도
○: 100≤체적 저항률 상승도<300
△: 10≤체적 저항 상승도<100
×: 체적 저항 상승도<10
<패터닝성의 평가>
상기에서 얻어진 각 감광성 수지 조성물을, 스핀 코터를 사용하여 125mm×125mm의 유리 기판(코닝1737) 상에 포스트베이크 후의 막 두께가 1.2㎛가 되도록 도포하고, 90℃에서 1분간 프리베이크하였다. 그 후, 건조 도막 위에 1∼20㎛ 개구 폭의 라인 패턴이 존재하는 네거티브형 포토마스크를 밀착시키고, i선 조도 30mW/cm2의 초고압 수은 램프로 50mJ/cm2의 자외선을 조사하여, 감광 부분의 광경화 반응을 행하였다.
다음으로, 이 노광 완료 도판을 23℃, 0.04% 수산화칼륨 수용액 중, 1kgf/cm2의 샤워 현상압으로, 패턴이 나타나기 시작하는 현상 시간(브레이크타임=BT)으로부터, +60초의 현상 후, 5kgf/cm2압의 스프레이 수세를 행하고, 도막의 미노광부를 제거하여 유리 기판 상에 라인 패턴을 형성하고, 그 후, 열풍 건조기를 사용하여 230℃, 30분간 열 포스트베이크한 후에 얻어진 라인 패턴에 있어서 패턴 박리가 발생하고 있지 않은 최소 개구 라인을 최소 해상 선폭으로 하였다.
◎: 5㎛ 미만
☆: 5㎛ 이상 7㎛ 미만
○: 7㎛ 이상 10㎛ 미만
△: 10㎛ 이상 20㎛ 미만
×: 20㎛ 이상
Figure pat00030
Figure pat00031
실시예 1∼19, 비교예 1 및 기준 비교예 1∼4의 결과로부터, 감광성 수지 조성물 중에 (A) 성분인 부분 (메타)아크릴화 에폭시 수지를 첨가함으로써, 체적 저항률의 향상과, 양호한 패터닝성을 양립시키는 것이 가능한 것을 알 수 있다. 또한, 최소 해상 선폭이 가늘기 때문에 현상 밀착성도 뛰어나, 고차광·고저항화와 고정세화를 양립한 차광막용 감광성 수지 조성물이다.

Claims (12)

  1. (A) 에폭시 수지의 일부가 (메타)아크릴화된 부분 (메타)아크릴화 에폭시 수지,
    (B) 중합성 불포화기 함유 알칼리 가용성 수지,
    (C) 착색 성분,
    (D) 광중합 개시제, 및
    (E) 용제를 함유하는 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    (F) 에폭시기를 갖지 않고 게다가 적어도 1개의 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 광중합성 모노머를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 (A) 성분이 하기의 식(1)으로 나타내어지는 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
    Figure pat00032
    (1)
    〔식(1) 중, Cy는 탄소수 6∼12의 방향족 탄화수소기이거나 또는 탄소수 3∼12의 지환식 탄화수소기이고,
    Y는 탄소수 1∼20의 2가의 탄화수소기이며,
    R11은 독립적으로 탄소수 1∼10의 탄화수소기이다. R12는 독립적으로 이하의 식(*) 및/또는 식(**)으로 나타내어지는 기를 나타내고, 적어도 1개씩의 (*) 및 (**)를 포함한다. R17은 수소 원자 또는 메틸기이다.
    a, m, n은 각각 독립적으로 반복수를 나타내고, a는 1 이상이고, m은 1 또는 2이며, n은 0∼7이다.〕
    Figure pat00033
    (*)
    Figure pat00034
    (**)
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 (A) 성분이 하기의 식(2)으로 나타내어지는 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
    Figure pat00035
    (2)
    〔식(2) 중, R14는 d개의 활성 수소기를 갖는 유기 화합물의 잔기를 나타낸다. R12는 독립적으로 이하의 식(*) 및/또는 식(**)을 나타내고, 1분자 내에 적어도 1개씩의 (*) 및 (**)를 포함한다. R17은 수소 원자 또는 메틸기이다.
    d는 1∼100의 정수이다. c는 각각 독립적으로 0∼100의 정수이고, 각 c의 합이 2∼100이다.〕
    Figure pat00036
    (*)
    Figure pat00037
    (**)
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 (A) 성분이 하기의 식(3)으로 나타내어지는 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
    Figure pat00038
    (3)
    〔식(3) 중, f, g, h, i는 각각 독립적으로 0 또는 1이고, f+g+h+i=1∼3이다.
    R13은 독립적으로 이하의 식(***) 및/또는 식(****)을 나타내고, 적어도 1개씩의 (***) 및 (****)를 포함한다. R17은 수소 원자 또는 메틸기이다.〕
    Figure pat00039
    (***)
    Figure pat00040
    (****)
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 (A) 성분이 하기의 식(4)으로 나타내어지는 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
    R13-W-R13 (4)
    〔식(4) 중, W는 단결합이거나 또는 내부에 헤테로 원소를 포함해도 되는 탄소수 1∼20의 2가의 유기기를 나타낸다. R13은 독립적으로 이하의 식(***) 및/또는 식(****)을 나타내고, 적어도 1개씩의 (***) 및 (****)를 포함한다. R17은 수소 원자 또는 메틸기이다.〕
    Figure pat00041
    (***)
    Figure pat00042
    (****)
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 (A) 성분이 하기의 식(5)으로 나타내어지는 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
    Figure pat00043
    (5)
    〔식(5) 중, Z는 -CO-, -SO2-, -C(CF3)2-, -Si(CH3)2-, -CH2-, -C(CH3)2-, -O-, 9,9-플루오레닐기 또는 부존재를 나타낸다.
    R12는 독립적으로 이하의 식(*) 및/또는 식(**)을 나타내고, 적어도 1개씩의 (*) 및 (**)를 포함한다. R17은 수소 원자 또는 메틸기이다.
    R15 및 R16은 각각 독립적으로 수소 원자이거나, 탄소수 1∼5의 알킬기이거나 또는 할로겐 원자를 나타낸다.
    p는 반복수를 나타내고, 0∼10의 정수를 나타낸다.〕
    Figure pat00044
    (*)
    Figure pat00045
    (**)
  8. 제 2 항에 있어서,
    (B) 성분과 (F) 성분의 질량 비율(B)/(F)이 50/50∼90/10이고, (C) 성분 100질량부에 대하여 (A) 성분을 0.5∼180질량부 함유하고, (C) 성분이 감광성 수지 조성물의 고형분 중에 30∼70질량% 포함되는 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 (C) 성분이 카본 블랙, 티탄 블랙 및/또는 락탐 블랙인 것을 특징으로 하는 감광성 수지 조성물.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 감광성 수지 조성물을 경화시켜 형성한 것을 특징으로 하는 경화막.
  11. 제 10 항에 기재된 경화막을 구비한 것을 특징으로 하는 컬러 필터.
  12. 제 11 항에 기재된 컬러 필터를 갖는 표시 장치.
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