TW201938596A - 硬化性組成物、硬化膜、光學元件、固體攝像元件、濾色器 - Google Patents

硬化性組成物、硬化膜、光學元件、固體攝像元件、濾色器 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種能夠製造線寬穩定性優異的硬化膜之硬化性組成物。又,提供一種使用該種硬化性組成物形成之硬化膜、以及具有該硬化膜之濾色器、光學元件及固體攝像元件。硬化性組成物含有黑色色材、聚合性化合物、樹脂A、光聚合起始劑及聚合抑制劑,樹脂A滿足酸值為120~350mgKOH/g及重量平均分子量為3000~7500中的任一必要條件。

Description

硬化性組成物、硬化膜、光學元件、固體攝像元件、濾色器
本發明係關於一種硬化性組成物、硬化膜、光學元件、固體攝像元件及濾色器。
用於固體攝像裝置等之硬化膜的製造方法通常係在基板上形成硬化性組成物層之後使其硬化之方法。典型的是經由特定的遮罩圖案對硬化性組成物層照射光,然後進行顯影處理。
例如,專利文獻1中揭示有一種光聚合性樹脂積層體,其積層有光聚合性樹脂層等,該光聚合性樹脂積層體中,光聚合性樹脂層包括鹼可溶性高分子、具有乙烯性不飽和鍵之光聚合性化合物、光聚合性起始劑及含有黑色顏料之光聚合性樹脂組成物。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]再表2008/078707號
本發明人對專利文獻1中揭示之光聚合性樹脂組成物進行了研究之結果發現,該光聚合性樹脂組成物中,對於以圖案狀形成硬化膜時的線寬的穩定性(以下,亦簡稱為“線寬穩定性”或“硬化膜的線寬穩定性”)具有改善的空間。
因此,本發明的課題為提供一種能夠製造線寬穩定性優異的硬化膜之硬化性組成物。又,本發明的課題亦為提供一種使用該種硬化性組成物形成之硬化膜、以及具有該硬化膜之濾色器、光學元件及固體攝像元件。
[1]
一種硬化性組成物,其含有黑色色材、聚合性化合物、樹脂A、光聚合起始劑及聚合抑制劑,
上述樹脂A滿足酸值為120~350mgKOH/g及重量平均分子量為3000~7500中的任一必要條件。
[2]
如[1]所述之硬化性組成物,其中上述聚合抑制劑的含量相對於上述聚合性化合物的含量的質量比大於0.0005。
[3]
如[1]或[2]所述之硬化性組成物,該硬化性組成物還含有與上述樹脂A不同且具有選自包括氧伸烷基及氧伸烷基羰基之組群中的1種以上的基團之樹脂即樹脂B。
[4]
如[1]至[3]中任一項所述之硬化性組成物,其中上述聚合性化合物具有4個乙烯性不飽和基。
[5]
如[1]至[4]中任一項所述之硬化性組成物,其中上述樹脂A的酸值為170~300mgKOH/g。
[6]
如[1]至[5]中任一項所述之硬化性組成物,其中上述樹脂A的重量平均分子量為3000~5000。
[7]
如[1]至[6]中任一項所述之硬化性組成物,其中上述樹脂A的所有重複單元中,來自於(甲基)丙烯酸系單體的重複單元的含量為50莫耳%以上。
[8]
如[1]至[7]中任一項所述之硬化性組成物,其中上述樹脂A為(甲基)丙烯酸芐酯及(甲基)丙烯酸的共聚物。
[9]
如[1]至[8]中任一項所述之硬化性組成物,其中上述聚合性化合物的雙鍵當量為11.0mmol/g以上。
[10]
如[1]至[9]中任一項所述之硬化性組成物,其中上述光聚合起始劑為肟酯系聚合起始劑。
[11]
如[1]至[10]中任一項所述之硬化性組成物,其中上述光聚合起始劑為由後述通式(A)表示之化合物。
[12]
如[1]至[11]中任一項所述之硬化性組成物,其中上述黑色色材為黑色顏料。
[13]
一種硬化膜,其使用[1]至[12]中任一項所述之硬化性組成物而形成。
[14]
如[13]所述之硬化膜,其為遮光膜。
[15]
一種光學元件,其具有[13]或[14]所述之硬化膜。
[16]
一種固體攝像元件,其具有[13]或[14]所述之硬化膜。
[17]
一種濾色器,其具有[13]或[14]所述之硬化膜。
[發明效果]
依據本發明,能夠提供一種能夠製造線寬穩定性優異的硬化膜之硬化性組成物。又,本發明能夠提供一種使用該種硬化性組成物而形成之硬化膜、以及具有該硬化膜之濾色器、光學元件及固體攝像元件。
以下,對本發明進行詳細說明。
以下所記載之構成要件的說明有時基於本發明的代表性實施態樣進行,但本發明並不限定於該種實施態樣。
此外,本說明書中,利用“~”表示之數值範圍表示作為下限值及上限值包含記載於“~”前後之數值之範圍。
又,在本說明書中的基團(原子團)的標記中,未標有經取代及未經取代之標記包含不含取代基之基團,並且還包含含有取代基之基團。例如,“烷基”不僅包含不含有取代基之烷基(未經取代烷基),還包含含有取代基之烷基(經取代之烷基)。
又,本說明書中之“光化射線”或“放射線”係指例如遠紫外線、極紫外線(EUV:Extremeultravioletlithography)、X射線以及電子束等。又,本說明書中,光表示光化射線及放射線。本說明書中之“曝光”只要沒有特別指定,則不僅包含使用遠紫外線、X射線及EUV光等進行之曝光,而且還包含使用電子束及離子束等粒子線進行之描畫。
並且,本說明書中,“(甲基)丙烯酸酯”表示丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯。又,本說明書中,“(甲基)丙烯酸”表示丙烯酸及甲基丙烯酸。又,本說明書中,“(甲基)丙烯醯基”表示丙烯醯基及甲基丙烯醯基。又,本說明書中,“(甲基)丙烯醯胺”表示丙烯醯胺及甲基丙烯醯胺。又,本說明書中,“單體”與“單體(monomer)”的含義相同。
又,本說明書中,“ppm”係指“parts-per-million(百萬分之一)(10-6 )”,“ppb”係指“parts-per-billion(十億分之一)(10-9 )”,“ppt”係指“parts-per-trillion(一兆分之一)(10-12 )”。
本說明書中重量平均分子量(Mw)係藉由GPC(Gel Permeation Chromatography:凝膠滲透色譜)法求出之聚苯乙烯換算值。
本說明書中,GPC法基於如下方法:使用HLC-8020GPC(TOSOH CORPORATION製造),使用TSKgel SuperHZM-H、TSKgel SuperHZ4000、TSKgel SuperHZ2000(TOSOH CORPORATION製造,4.6mmID×15cm)作為管柱,並使用THF(四氫呋喃)作為洗提液。
[硬化性組成物]
本發明的硬化性組成物含有黑色色材、聚合性化合物、樹脂A、光聚合起始劑及聚合抑制劑。
上述樹脂A係,滿足酸值為120~350mgKOH/g(以下亦稱為“必要條件1”)及重量平均分子量為3000~7500(以下亦稱為“必要條件2”)中任一必要條件之樹脂。
藉由使用該種硬化性組成物,能夠形成線寬穩定性優異的硬化膜之機制並不一定明確,但本發明人認為如下。
在硬化膜的形成中,通常使用硬化性組成物而形成之硬化性組成物層經由曝光而硬化,進而被顯影。上述曝光時,所照射之光藉由衍射和/或散射等,可能會使少量的光在原始的曝光區域的周圍洩漏,從而在硬化性組成物層中產生部分硬化。這樣,在原始的曝光區域的周圍,硬化性組成物層部分硬化之部位使硬化膜產生意外肥大化並且對硬化膜的線寬穩定性帶來不利影響。
相反,由於本發明的硬化性組成物含有聚合抑制劑,因此能夠藉由從曝光區域洩漏之少量的光來減少部分硬化的產生。又,由於本發明的硬化性組成物含有滿足必要條件1及必要條件2中的任一個之樹脂A,因此使用本發明的硬化性組成物而形成之硬化性組成物層的顯影性優異,即使產生部分硬化的部位,亦會在顯影時被去除。其結果,認為藉由使用本發明的硬化性組成物,能夠製造線寬穩定性優異的硬化膜。
[硬化性組成物的成分]
首先,對本發明的硬化性組成物的成分進行說明。
<黑色色材>
硬化性組成物含有黑色色材。
作為黑色色材,可列舉選自包括黑色顏料及黑色染料之組群中的1種以上。
黑色色材可以單獨使用1種,亦可以併用2種以上。
作為硬化性組成物中之黑色色材的含量並沒有特別限制,相對於硬化性組成物的總固體成分,係1~99質量%為較佳,5~55質量%為更佳。
硬化性組成物的總固體成分係指形成硬化膜之成分,並不包含溶劑。又,如果係形成硬化膜之成分,即使該性狀為液體狀,亦可以視為固體成分。
又,組合複數個無法單獨用作黑色色材之著色劑,亦可以調整為整體成為黑色而製成黑色色材。
例如,除了將單獨顯現黑色之顏料作為黑色顏料之外,亦可以將單獨具有除了黑色以外的顏色之顏料組合複數個而用作黑色顏料。同樣地,除了將單獨顯現黑色之染料作為黑色染料以外,亦可以將單獨具有除了黑色以外的顏色之染料組合複數個而用作黑色染料。
另外,黑色色材係指在波長400~700nm的所有的範圍內具有吸收之色材。
更具體而言,例如,符合以下說明之評價基準Z之黑色色材為較佳。
首先,製備含有色材、透明的樹脂基質(丙烯酸樹脂等)及溶劑,並且色材相對於總固體成分的含量為60質量%之組成物。將所獲得之組成物以乾燥後的塗膜的膜厚成為1μm之方式塗佈於玻璃基板上而形成塗膜。使用分光光度計(Hitachi, Ltd.製UV-3600等)對乾燥後的塗膜的遮光性進行評價。若乾燥後的塗膜的波長400~700nm中的透射率的最大值小於10%,則能夠判斷為上述色材為符合評價基準Z之黑色色材。
(黑色顏料)
從獲得降低了反射率之硬化膜的觀點考慮,黑色色材為黑色顏料為較佳。
黑色顏料能夠使用各種公知的黑色顏料。黑色顏料可以為無機顏料,亦可以為有機顏料。
作為黑色顏料,單獨顯現黑色之顏料為較佳。
又,黑色顏料例如吸收紅外線之顏料為較佳。
在此,吸收紅外線之黑色顏料例如在紅外區域(較佳為波長650~1300nm)的波長區域具有吸收。在波長675~900nm的波長區域具有極大吸收波長亦較佳。
作為吸收紅外線且單獨顯現黑色之無機顏料,可列舉包含選自包括鈦(Ti)及鋯(Zr)等第4族金屬元素、釩(V)及鈮(Nb)等第5族金屬元素、鈷(Co)、鉻(Cr)、銅(Cu)、錳(Mn)、釕(Ru)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、錫(Sn)以及銀(Ag)之組群中的1種或2種以上的金屬元素之、金屬氧化物、金屬氮化物及金屬氧氮化物等。可以對上述無機顏料實施表面修飾處理。例如,可列舉利用同時具有聚矽氧基和烷基之表面處理劑實施表面修飾處理而得之無機粒子,並可列舉“KTP-09”系列(Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.製造)等。又,金屬氧化物、金屬氮化物及金屬氧氮化物還可用作混入有其他原子之粒子。例如,還可用作含有從週期表13~17族元素中選擇之原子(較佳為氧原子和/或硫原子)之含金屬氮化物之粒子。
作為吸收紅外線且單獨顯現黑色之顏料,還可列舉碳黑。作為碳黑的具體例,可列舉作為市售品之C.I.顏料黑1等有機顏料及C.I.顏料黑7等無機顏料。又,作為碳黑,可以使用由樹脂塗覆表面之碳黑。
其中,作為黑色顏料,從能夠抑制形成硬化膜時的底切的產生之觀點考慮,第4族金屬元素的氮化物或氧化物、或第5族金屬元素的氮化物或氧氮化物為較佳,鈦的氮化物或氧氮化物、鋯的氮化物或氧氮化物、釩的氮化物或氧氮化物、或鈮的氮化物或氧氮化物為更佳,鈦的氮化物或氧氮化物為進一步較佳。
另外,鈦的氮化物係氮化鈦,鋯的氮化物係氮化鋯,釩的氮化物係氮化釩,鈮的氮化物係氮化鈮。又,鈦的氧氮化物係氧氮化鈦,鋯的氧氮化物係氧氮化鋯,釩的氧氮化物係氧氮化釩,鈮的氧氮化物係氧氮化鈮。
另外,本說明書中,氮化鈦係指TiN,可以含有製造上不可避免之氧原子(例如,TiN的粒子的表面係無意氧化而成者等)。
本說明書中,氮化鈦係指將CuKα射線設為X射線源時來源於(200)面之峰的繞射角2θ為42.5°~42.8°之化合物。
又,本說明書中,氧氮化鈦係指將CuKα射線設為X射線源時來源於(200)面之峰的繞射角2θ超過42.8°之化合物。作為氧氮化鈦的上述繞射角2θ的上限值並沒有特別限制,43.5°以下為較佳。
作為氧氮化鈦,例如可以列舉鈦黑等,更具體而言,例如可以列舉含有TiO2 、Tin O2n-1 (1≤n≤20)所表示之低次氧化鈦和/或TiNx Oy (0<x<2.0,0.1<y<2.0)所表示之氧氮化鈦之形態。在以下說明中,將氮化鈦(上述繞射角2θ為42.5°~42.8°)及氧氮化鈦(上述繞射角2θ超過42.8°)一併稱為鈦氮化物,對其形態進行說明。
又,鈦氮化物還可用作混入有其他原子之粒子。例如,鈦氮化物還可用作還含有從週期表13~17族元素中選擇之原子(較佳為矽原子或硫原子等)之含鈦氮化物之粒子。另外,在其他金屬氮化物中亦相同,將氮化金屬和氧氮化金屬一併表示之金屬氮化物亦可用作還混入有其他原子之粒子。例如,金屬氮化物亦可用作還含有從週期表13~17族元素中選擇之原子(較佳為矽原子或硫原子等)之含金屬氮化物之粒子。
在將CuKα射線設為X射線源而測量鈦氮化物的X射線繞射光譜之情況下,作為強度最強的峰,TiN在2θ=42.5°附近觀測到來源於(200)面之峰,TiO在2θ=43.4°附近觀測到來源於(200)面之峰。另一方面,雖然不是強度最強的峰,銳鈦礦型TiO2 在2θ=48.1°附近觀測到來源於(200)面之峰,金紅石型TiO2 在2θ=39.2°附近觀測到來源於(200)面之峰。藉此,氧氮化鈦含有越多的氧原子,峰位置相對於42.5°越向高角度側位移。
當鈦氮化物含有氧化鈦TiO2 時,作為強度最強的峰,在2θ=25.3°附近可見來源於銳鈦礦型TiO2 (101)之峰,在2θ=27.4°附近可見來源於金紅石型TiO2 (110)之峰。但是,TiO2 為白色,成為使將硬化性組成物進行硬化而得到之遮光膜的遮光性下降之主要原因,因此作為峰,降低至不會被觀察之程度為較佳。
根據藉由上述X射線繞射光譜的測量而得到之峰的半值寬,能夠求出構成鈦氮化物之微晶(crystallite)尺寸。微晶尺寸的計算能夠使用謝樂(Scherrer)公式來進行。
作為構成鈦氮化物之微晶尺寸,50nm以下為較佳,20nm以上為較佳。若微晶尺寸為20~50nm,則使用硬化性組成物形成之硬化膜的紫外線(尤其係i射線(波長365nm))透射率更容易變高,可得到感光性更高的硬化性組成物。
對鈦氮化物的比表面積並沒有特別限制,能夠藉由BET(Brunauer,Emmett,Teller:布厄特)法求出。鈦氮化物的比表面積係5~100m2 /g為較佳,10~60m2 /g為更佳。
作為黑色顏料的製造方法並沒有特別限制,能夠使用公知的製造方法,例如可以列舉氣相反應法。作為氣相反應法,可以列舉電爐法及熱電漿法等,在雜質的混入較少、粒徑容易齊勻、又生產率較高的觀點上,熱電漿法為較佳。
在熱電漿法中,作為產生熱電漿之方法並沒有特別限制,可以列舉直流電弧放電、多層電弧放電、高頻(RF)電漿及混合電漿(hybridplasma)等,來自電極之雜質的混入較少的高頻電漿為更佳。
作為基於熱電漿法之黑色顏料的具體製造方法並沒有特別限制,例如作為鈦氮化物的製造方法,可以列舉在電漿焰中使四氯化鈦和氨氣反應之方法(日本特開平2-022110號公報);利用高頻熱電漿使鈦粉末蒸發,以氮為載氣導入,使其在冷卻過程中氮化而進行合成之方法(日本特開昭61-011140號公報);及向電漿的周緣部吹入氨氣之方法(日本特開昭63-085007號公報)等。
但是,作為黑色顏料的製造方法,並不限於上述,只要可得到具有所希望之物性之黑色顏料,則製造方法沒有限制。
又,可以由含矽化合物被覆如上述的金屬原子的(氧)氮化物而製成黑色顏料。
作為被覆金屬原子的(氧)氮化物之方法並沒有特別限制,能夠使用公知的方法,例如可以列舉日本特開昭53-033228號公報的2頁右下~4頁右上中所記載之方法(使用金屬原子的(氧)氮化物來代替鈦氧化物)、日本特開2008-069193號公報的0015~0043段中所記載之方法(使用金屬原子的(氧)氮化物來代替微粒二氧化鈦)、日本特開2016-074870號公報的0020段及0124~0138段中所記載之方法(使用金屬原子的(氧)氮化物來代替金屬氧化物微粒),將上述內容編入本說明書中。
此外,硬化性組成物含有鈦黑時,含有鈦黑作為包含鈦黑及Si原子之被分散體亦較佳。
在該形態中,鈦黑係在組成物中作為被分散體而含有者,被分散體中的Si原子與Ti原子的含有比(Si/Ti)以質量換算為0.05以上為較佳,0.05~0.5為更佳,0.07~0.4為進一步較佳。
在此,上述被分散體包含鈦黑為一次粒子的狀態者、凝聚體(二次粒子)的狀態者兩者。
為了改變(例如設為0.05以上)被分散體的Si/Ti,能夠使用如下手段。
首先,藉由使用分散機分散氧化鈦和二氧化矽粒子而獲得分散物,將該分散物在高溫(例如為850~1000℃)下進行還原處理,從而能夠獲得將鈦黑粒子作為主成分且含有Si和Ti之被分散體。上述還原處理亦能夠在氨等還原性氣體的環境下進行。
作為氧化鈦,可列舉TTO-51N(商品名稱,ISHIHARA SANGYO KAISHA, LTD.製造)等。
作為二氧化矽粒子的市售品,可列舉AEROSIL(註冊商標)90、130、150、200、255、300、380(商品名稱,Evonik公司製造)等。
氧化鈦與二氧化矽粒子的分散可以使用分散劑。作為分散劑,可列舉作為後述分散劑進行說明者。
上述分散可以在溶劑中進行。作為溶劑,可列舉水、有機溶劑。可列舉後述有機溶劑一欄中說明者。
Si/Ti例如調整為0.05以上等之鈦黑例如能夠藉由日本特開2008-266045號公報的0005段及0016~0021段中記載之方法製作。
藉由將包含鈦黑及Si原子之被分散體中的Si原子與Ti原子的含有比(Si/Ti)調整為較佳的範圍(例如0.05以上),在使用包含該被分散體之組成物形成硬化膜時,可減少硬化膜的形成區域外的來自於組成物的殘渣物。另外,殘渣物係包含來自於鈦黑粒子、樹脂成分等組成物之成分者。
減少殘渣物之理由還不明確,但是如上述的被分散體具有成為小粒徑之趨勢(例如,粒徑為30nm以下),此外,藉由增加該被分散體的包含Si原子之成分,可降低與膜整體的基底的吸附性。可推測,這有助於提高硬化膜的形成中的未硬化的組成物(尤其為鈦黑)的顯影去除性。
又,由於鈦黑對在從紫外光到紅外光的廣範圍內之波長區域的光的遮光性優異,因此使用上述包含鈦黑及Si原子之被分散體(較佳為Si/Ti以質量換算為0.05以上者)形成之遮光膜發揮優異的遮光性。
另外,被分散體中的Si原子與Ti原子的含有比(Si/Ti)例如能夠使用日本特開2013-249417號公報的0033段中記載之方法(1-1)或方法(1-2)來測量。
又,關於將組成物硬化而得之硬化膜中含有之被分散體,判斷該被分散體中的Si原子與Ti原子的含有比(Si/Ti)是否為0.05以上時,使用日本特開2013-249417號公報的0035段中記載的方法(2)。
在包含鈦黑及Si原子之被分散體中,鈦黑能夠使用上述者。
以下,對將Si原子導入到被分散體時所使用之材料進行敘述。將Si原子導入到被分散體時,使用二氧化矽等含Si物質即可。
作為能夠使用之二氧化矽,能夠列舉沉降二氧化矽、煙霧狀二氧化矽、膠體二氧化矽、合成二氧化矽等,將該等適當選擇使用即可。
此外,二氧化矽粒子的粒徑為小於形成遮光膜(硬化膜)時的膜厚之粒徑時,遮光性更優異,因此作為二氧化矽粒子使用微粒類型的二氧化矽為較佳。另外,作為微粒類型的二氧化矽的例子,例如,可列舉日本特開2013-249417號公報的0039段中記載之二氧化矽,將該等內容編入本說明書中。
此外,如上所述,可以將單獨具有黑色以外的顏色之顏料組合複數個而用作黑色顏料。
這樣單獨具有黑色以外的顏色之顏料可以為無機顏料,亦可以為有機顏料。作為單獨具有黑色以外的顏色之顏料,例如,亦能夠使用R(紅)、G(綠)及B(藍)等彩色系的顏料(彩色顏料)。
作為單獨具有黑色以外的顏色之無機顏料並沒有特別限制,能夠使用公知的無機顏料。
作為上述無機顏料,例如,能夠從氧化鈦、氧化鉻、氧化鐵、鉛丹、氧化鐵紅、黃鉛、鋅黃(鋅黃1種、鋅黃2種)、群青(ultramarin blue)、普魯士藍(亞鐵氰化鉀(potassium ferrocyanide))、鋯石灰(zircon grey)、鐠黃(Praseodymium yellow)、鉻鈦黃、鉻綠、孔雀綠、維多利亞綠(victoria green)、鐵藍(iron blue)(與普魯士藍無關)、釩鋯藍(vanadium zirconium blue)、鉻錫紅(chrome tin pink)、錳紅(manganese pink)及橙紅(salmon pink)等中選擇。
可以對上述無機顏料實施表面修飾處理。例如,可列舉利用同時具有聚矽氧基和烷基之表面處理劑實施表面修飾處理而得之無機顏料,“KTP-09”系列(Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.製造)等。
作為單獨具有黑色以外的顏色之有機顏料,例如,從下述有機顏料中選擇。
比色指數(C.I.)顏料黃1、2、3、4、5、6、10、11、12、13、14、15、16、17、18、20、24、31、32、34、35、35:1、36、36:1、37、37:1、40、42、43、53、55、60、61、62、63、65、73、74、77、81、83、86、93、94、95、97、98、100、101、104、106、108、109、110、113、114、115、116、117、118、119、120、123、125、126、127、128、129、137、138、139、147、148、150、151、152、153、154、155、156、161、162、164、166、167、168、169、170、171、172、173、174、175、176、177、179、180、181、182、185、187、188、193、194、199、213、214等;
C.I.顏料橙2、5、13、16、17:1、31、34、36、38、43、46、48、49、51、52、55、59、60、61、62、64、71、73等;
C.I.顏料紅1、2、3、4、5、6、7、9、10、14、17、22、23、31、38、41、48:1、48:2、48:3、48:4、49、49:1、49:2、52:1、52:2、53:1、57:1、60:1、63:1、66、67、81:1、81:2、81:3、83、88、90、105、112、119、122、123、144、146、149、150、155、166、168、169、170、171、172、175、176、177、178、179、184、185、187、188、190、200、202、206、207、208、209、210、216、220、224、226、242、246、254、255、264、270、272、279等;
C.I.顏料綠7、10、36、37、58、59等;
C.I.顏料紫1、19、23、27、32、37、42等;
C.I.顏料藍1、2、15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6、16、22、60、64、66、79、80等。
顏料可以與後述染料併用。
為了調整色調及為了提高所希望之波長區域的遮光性,例如可以在單獨顯現黑色之顏料和/或單獨具有黑色以外的顏色之顏料等中混合紅色、綠色、黃色、橙色、紫色及藍色等彩色顏料或後述之染料。
又,在吸收紅外線並且單獨顯現黑色之顏料中混合紅色顏料或染料、或紫色顏料或染料亦較佳,混合紅色顏料為更佳。
此外,還可添加後述紅外線吸收劑。
又,作為單獨具有黑色以外的顏色且吸收紅外線之顏料,亦能夠使用鎢化合物及金屬硼化物等。其中,從紅外區域的波長中的遮光性優異的觀點考慮,鎢化合物為較佳。鎢化合物對與基於曝光之硬化效率有關之肟系聚合起始劑在光吸收波長區域和可見光區域的透光性優異。
若考慮操作性,則黑色顏料的平均一次粒徑係0.01~0.1μm為較佳,0.01~0.05μm為更佳。黑色顏料包括複數種顏料的組合時,構成黑色顏料之顏料的1種以上在上述範圍內為較佳,構成黑色顏料之顏料的所有種類在上述範圍內為更佳。
再者,顏料的平均一次粒徑能夠使用透射型電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope,TEM)進行測量。作為透射型電子顯微鏡,例如能夠使用Hitachi High-Technologies Corporation製造之透射型電子顯微鏡HT7700。
測量利用透射型電子顯微鏡獲得之粒子圖像的最大長度(Dmax:粒子圖像的輪廓上的2點中的最大長度)及最大長度垂直長度(DV-max:用與最大長度平行之2條直線夾著圖像時,垂直地連結2條直線之間之最短長度),將其相乘平均值(Dmax×DV-max)1/2 作為粒徑。利用該方法測量100個粒子的粒徑,將其算術平均值設為平均粒徑,從而設為顏料的平均一次粒徑。
(黑色染料)
作為黑色染料,能夠使用單獨顯現黑色之染料。此外,如上所述,亦可以將單獨具有黑色以外的顏色之染料組合複數種而用作黑色染料。
作為該種著色染料,例如除R(紅)、G(綠)及B(藍)等彩色系染料(彩色染料)以外,還能夠使用日本特開2014-042375的0027~0200段中記載之著色劑。
又,作為染料,例如能夠使用日本特開昭64-090403號公報、日本特開昭64-091102號公報、日本特開平1-094301號公報、日本特開平6-011614號公報、日本特登2592207號、美國專利4808501號說明書、美國專利5667920號說明書、美國專利505950號說明書、日本特開平5-333207號公報、日本特開平6-035183號公報、日本特開平6-051115號公報及日本特開平6-194828號公報等中所揭示之色素。若以化學結構的形式來區分,則能夠使用吡唑偶氮化合物、吡咯亞甲基(pyrromethene)化合物、苯胺基偶氮化合物、三苯基甲烷化合物、蒽醌化合物、苯亞甲基化合物、氧雜菁(oxonol)化合物、吡唑并三唑偶氮化合物、吡啶酮偶氮化合物、花青化合物、啡噻嗪化合物或吡咯并吡唑次甲基偶氮化合物(pyrrolopyrazoleazomethine)等。又,作為染料,亦可以使用色素多聚物。作為色素多聚物,可列舉日本特開2011-213925號公報及日本特開2013-041097號公報中所記載之化合物。又,亦可以使用在分子內具有聚合性之聚合性染料,作為市售品,例如可列舉Wako Pure Chemical Co.,Ltd.製造之RDW系列。
(紅外線吸收劑)
黑色色材作為單獨具有黑色以外的顏色之色材,可以進一步含有紅外線吸收劑。
紅外線吸收劑係指在紅外區域(較佳為波長650~1300nm)的波長區域具有吸收之化合物。作為紅外線吸收劑,在波長675~900nm的波長區域具有極大吸收波長之化合物為較佳。
作為具有該種分光特性之著色劑,例如可以列舉吡咯并吡咯化合物、銅化合物、花青化合物、酞菁化合物、亞銨(iminium)化合物、硫醇錯合物系化合物、過渡金屬氧化物系化合物、方酸菁(squarylium)化合物、萘酞菁化合物、夸特銳烯(quaterrylene)化合物、二硫醇金屬錯合物系化合物及克酮鎓(croconium)化合物等。
酞菁化合物、萘酞菁化合物、亞銨化合物、花青化合物、方酸菁化合物及克酮鎓化合物可以使用日本特開2010-111750號公報的0010~0081段中所揭示之化合物,該內容被編入本說明書中。花青化合物例如能夠參閱《功能性色素,大河原信/松岡賢/北尾悌次郎/平嶋恆亮著,Kodansha Scientific Ltd.》,該內容被編入本申請說明書中。
作為具有上述分光特性之著色劑,亦能夠使用日本特開平07-164729號公報的0004~0016段中所揭示之化合物和/或日本特開2002-146254號公報的0027~0062段中所揭示之化合物、日本特開2011-164583號公報的0034~0067段中所揭示之由包含Cu和/或P之氧化物的微晶構成且數量平均凝聚粒徑為5~200nm的近紅外線吸收粒子。
作為在波長675~900nm的波長區域具有極大吸收波長之化合物,選自包括花青化合物、吡咯并吡咯化合物、方酸菁化合物、酞菁化合物及萘酞菁化合物之組群中的至少1種為較佳。
又,紅外線吸收劑係在25℃的水中溶解1質量%以上之化合物為較佳,在25℃的水中溶解10質量%以上之化合物為更佳。藉由使用該種化合物,耐溶劑性變得良好。
吡咯并吡咯化合物能夠參閱日本特開2010-222557號公報的0049~0062段,該內容被編入本說明書中。花青化合物及方酸菁化合物能夠參閱國際公開2014/088063號公報的0022~0063段、國際公開2014/030628號公報的0053~0118段、日本特開2014-059550號公報的0028~0074段、國際公開2012/169447號公報的0013~0091段、日本特開2015-176046號公報的0019~0033段、日本特開2014-063144號公報的0053~0099段、日本特開2014-052431號公報的0085~0150段、日本特開2014-044301號公報的0076~0124段、日本特開2012-008532號公報的0045~0078段、日本特開2015-172102號公報的0027~0067段、日本特開2015-172004號公報的0029~0067段、日本特開2015-040895號公報的0029~0085段、日本特開2014-126642號公報的0022~0036段、日本特開2014-148567號公報的0011~0017段、日本特開2015-157893號公報的0010~0025段、日本特開2014-095007號公報的0013~0026段、日本特開2014-080487號公報的0013~0047段及日本特開2013-227403號公報的0007~0028段等,該內容編入本說明書中。
<聚合性化合物>
硬化性組成物含有聚合性化合物。本說明書中聚合性化合物係指在後述光聚合起始劑的作用下聚合之化合物。
作為硬化性組成物中的聚合性化合物的含量沒有特別限制,相對於硬化性組成物的總固體成分,5~30質量%為較佳,10~25質量%為更佳,15~23質量%為進一步較佳。聚合性化合物可以單獨使用1種,亦可以併用2種以上。當併用2種以上的聚合性化合物時,總計含量在上述範圍內為較佳。
聚合性化合物的分子量係2000以下為較佳。
從可獲得表面被適當地粗糙化並降低反射率之硬化膜之觀點考慮,聚合性化合物係包含1~15個含有乙烯性不飽和鍵之基團(以下亦簡稱為“乙烯性不飽和基”)之化合物為較佳,含有3~6個之化合物為更佳,含有4~5個之化合物為進一步較佳,含有4個之化合物為特佳。
又,使用複數種聚合性化合物時,作為含有4~5個(較佳為4個)乙烯性不飽和基之化合物之聚合性化合物的含量相對於硬化性組成物中的所有聚合性化合物,80質量%以上為較佳,95質量%以上為更佳。
作為乙烯性不飽和基,例如可列舉乙烯基、(甲基)烯丙基及(甲基)丙烯醯基等。
作為聚合性化合物,例如能夠使用日本特開2008-260927號公報的0050段及日本特開2015-068893號公報的0040段中所記載之化合物,將上述內容編入本說明書中。
聚合性化合物例如可以係單體、預聚物、寡聚物及該等的混合物、以及該等的多聚物等化學形態中的任意一種。
聚合性化合物為3~15官能的(甲基)丙烯酸酯化合物為較佳,3~6官能的(甲基)丙烯酸酯化合物為更佳。
聚合性化合物係含有1個以上的乙烯性不飽和基之、在常壓下具有100℃以上的沸點之化合物亦較佳。例如,能夠參閱日本特開2013-029760號公報的0227段、日本特開2008-292970號公報的0254~0257段中所記載之化合物,該內容被編入本說明書中。
聚合性化合物係二新戊四醇三丙烯酸酯(作為市售品為KAYARAD D-330;Nippon Kayaku Co.,Ltd.製造)、二新戊四醇四丙烯酸酯(作為市售品為KAYARAD D-320;Nippon Kayaku Co.,Ltd.製造)、二新戊四醇五(甲基)丙烯酸酯(作為市售品為KAYARAD D-310;Nippon Kayaku Co.,Ltd.製造)、二新戊四醇六(甲基)丙烯酸酯(作為市售品為KAYARAD DPHA;Nippon Kayaku Co.,Ltd.製造,A-DPH-12E;Shin-Nakamura Chemical Co.,Ltd.製造)及該等的(甲基)丙烯醯基介隔乙二醇殘基或丙二醇殘基之結構(例如,由Sartomer Company, Inc.市售之SR454、SR499)為較佳。亦能夠使用該等寡聚物類型。又,亦能夠使用NKEsterA-TMMT(新戊四醇四丙烯酸酯、Shin-NakamuraChemicalCo.,Ltd.製造)及KAYARAD RP-1040(NipponKayakuCo.,Ltd.製造)等。
以下,示出較佳的聚合性化合物的態樣。
聚合性化合物可以具有羧酸基、磺酸基及磷酸基等酸基。作為含有酸基之聚合性化合物,脂肪族聚羥基化合物與不飽和羧酸的酯為較佳,使非芳香族羧酸酐與脂肪族聚羥基化合物的未反應的羥基反應而含有酸基之聚合性化合物為更佳,在該酯之中,係脂肪族聚羥基化合物為新戊四醇和/或二新戊四醇之化合物為進一步較佳。作為市售品,例如可以列舉TOAGOSEICO.,LTD.製造之ARONIX TO-2349、M-305、M-510及M-520等。
作為含有酸基之聚合性化合物的酸值,0.1~40mgKOH/g為較佳,5~30mgKOH/g為更佳。若聚合性化合物的酸值為0.1mgKOH/g以上,則顯影溶解特性良好,若為40mgKOH/g以下,則在製造和/或處理上有利。進而,光聚合性能良好,且硬化性優異。
關於聚合性化合物,含有己內酯結構之化合物亦為較佳的態樣。
作為含有己內酯結構之化合物,只要在分子內含有己內酯結構,則並沒有特別限定,例如可以列舉ε-己內酯改質多官能(甲基)丙烯酸酯,該ε-己內酯改質多官能(甲基)丙烯酸酯藉由將三羥甲基乙烷、二-三羥甲基乙烷、三羥甲基丙烷、二-三羥甲基丙烷、新戊四醇、二新戊四醇、三新戊四醇、甘油、二丙三醇或三羥甲基三聚氰胺等多元醇和(甲基)丙烯酸及ε-己內酯進行酯化而得到。其中,含有下述式(Z-1)所表示之己內酯結構之化合物為較佳。
[化學式1]
式(Z-1)中,6個R全部為下述式(Z-2)所表示之基團、或者6個R中1~5個為下述式(Z-2)所表示之基團,其餘為下述式(Z-3)所表示之基團。
[化學式2]
式(Z-2)中,R1 表示氫原子或甲基,m表示1或2的數,“*”表示連接鍵。
[化學式3]
式(Z-3)中,R1 表示氫原子或甲基,“*”表示連接鍵。
含有己內酯結構之聚合性化合物例如從Nippon Kayaku Co., Ltd.作為KAYARAD DPCA系列而市售,可以列舉DPCA-20(上述式(Z-1)~(Z-3)中,m=1、式(Z-2)所表示之基團的數量=2、R1 全部為氫原子的化合物)、DPCA-30(上述式(Z-1)~(Z-3),m=1、式(Z-2)所表示之基團的數量=3、R1 全部為氫原子的化合物)、DPCA-60(上述式(Z-1)~(Z-3),m=1、式(Z-2)所表示之基團的數量=6、R1 全部為氫原子的化合物)、及DPCA-120(上述式(Z-1)~(Z-3)中,m=2、式(Z-2)所表示之基團的數量=6、R1 全部為氫原子的化合物)等。
聚合性化合物還能夠使用由下述式(Z-4)或(Z-5)所表示之化合物。
[化學式4]
式(Z-4)及(Z-5)中,E分別獨立地表示-((CH2y CH2 O)-或-((CH2y CH(CH3 )O)-,y分別獨立地表示0~10的整數,X分別獨立地表示(甲基)丙烯醯基、氫原子或羧酸基。
式(Z-4)中,(甲基)丙烯醯基的總計為3個或4個,m分別獨立地表示0~10的整數,各m的總計為0~40的整數。
式(Z-5)中,(甲基)丙烯醯基的總計為5個或6個,n分別獨立地表示0~10的整數,各n的總計為0~60的整數。
式(Z-4)中,m係0~6的整數為較佳,0~4的整數為更佳。
又,各m的總計係2~40的整數為較佳,2~16的整數為更佳,4~8的整數為進一步較佳。
式(Z-5)中,n係0~6的整數為較佳,0~4的整數為更佳。
又,各n的總計係3~60的整數為較佳,3~24的整數為更佳,6~12的整數為進一步較佳。
又,式(Z-4)或式(Z-5)中的-((CH2y CH2 O)-或-((CH2y CH(CH3 )O)-係氧原子側的末端鍵結於X之形態為較佳。
式(Z-4)或式(Z-5)所表示之化合物可以單獨使用1種,亦可以併用2種以上。尤其,式(Z-5)中6個X全部為丙烯醯基之形態、式(Z-5)中6個X全部為丙烯醯基的化合物與6個X中至少1個為氫原子的化合物的混合物之態樣為較佳。藉由設為該種構成,能夠進一步提高顯影性。
又,作為式(Z-4)或式(Z-5)所表示之化合物在聚合性化合物中之總含量係20質量%以上為較佳,50質量%以上為更佳。
在式(Z-4)或式(Z-5)所表示之化合物之中,新戊四醇衍生物和/或二新戊四醇衍生物為更佳。
又,聚合性化合物可以含有卡多(cardo)骨架。
作為含有卡多骨架之聚合性化合物,含有9,9-雙芳基茀骨架之聚合性化合物為較佳。
作為含有卡多骨架之聚合性化合物並沒有特別限定,例如可以列舉ONCOAT EX系列(NAGASE&CO.,LTD.製造)及OGSOL(Osaka Gas Chemicals Co., Ltd.製造)等。
從所獲得之硬化膜的放置缺陷抑制性更優異的觀點考慮,聚合性化合物中,雙鍵當量(乙烯性不飽和基的含量。更具體而言,係指將聚合性化合物中的乙烯性不飽和基的數除以聚合性化合物的分子量(g/mol)而得之值)係7.0mmol/g以上為較佳,11.0mmol/g以上為更佳。上限無特別限制,通常為20.0mmol/g以下。
另外,硬化性組成物中含有複數種聚合性化合物,當各自的雙鍵當量不同時,分別對所有聚合性化合物中的各聚合性化合物的質量比與各聚合性化合物的雙鍵當量之積進行總計而得之值在上述範圍內為較佳。
在本說明書中,有時將雙鍵當量稱為“C=C值”。
硬化性組成物含有複數種聚合性化合物,又,可以在各聚合性化合物的C=C值明確的情況下,由各聚合性化合物的摻合比計算作為硬化性組成物所含有之聚合性化合物總質量的C=C值而求出。
當乙烯性不飽和基為(甲基)丙烯醯基時,硬化性組成物所含有之聚合性化合物的C=C值(乙烯性不飽和基的含量)例如能夠藉由以下方法來測量。
首先,藉由離心分離法使硬化性組成物中的固體成分(黑色顏料等)沉澱而分取殘留之液體成分。此外,使用液體層析法從所獲得之液體成分分離聚合性化合物,並藉由使用了NMR(nuclear magnetic resonance,核磁共振)法及GPC法等之分析,確定聚合性化合物的結構,並求出C=C值。C=C值(乙烯性不飽和基的含量)作為將一分子中包含之聚合性基的個數除以分子量而得之值計算。
<樹脂A>
本發明的硬化性組成物含有樹脂A。
樹脂A係滿足“(必要條件1)酸值為120~350mgKOH/g”及“(必要條件2)重量平均分子量為3000~7500”中的任一必要條件之樹脂。
樹脂A滿足必要條件1及必要條件2中的任一者,因此含有樹脂A之本發明的硬化性組成物能夠獲得顯影性良好且線寬穩定性優異的硬化膜。
另外,樹脂A可以為僅滿足必要條件1和必要條件2中的一個之樹脂,亦可以為同時滿足兩者之樹脂。其中,僅滿足必要條件1和必要條件2中的一個,不滿足另一個必要條件之樹脂為較佳。
樹脂A可以含有硬化性基。
作為硬化性基,例如可以列舉乙烯性不飽和基(例如,(甲基)丙烯醯基、乙烯基及苯乙烯基等)及環狀醚基(例如,環氧基及氧雜環丁基等)等,但並不限定於該等。
其中,在能夠藉由自由基反應來進行聚合控制之觀點上,作為硬化性基,乙烯性不飽和基為較佳。乙烯性不飽和基係(甲基)丙烯醯基為更佳。
樹脂A只要為滿足必要條件1和必要條件2中的任一個之樹脂,則沒有特別限制,含有來自於(甲基)丙烯酸系單體之重複單元為較佳。樹脂A的來自於(甲基)丙烯酸系單體的重複單元的含量相對於所有重複單元,10莫耳%以上為較佳,50莫耳%以上為更佳,75莫耳%以上為進一步較佳,大於90莫耳%為特佳。
上述作為來自於(甲基)丙烯酸系單體的重複單元,例如,由下述通式(AA)表示之重複單元為較佳。
[化學式5]
通式(AA)中,RM 表示氫原子或甲基。
L表示單鍵或2價的連接基。
作為上述2價的連接基,例如,可列舉可以具有取代基之烴基(可以為直鏈狀,亦可以為支鏈狀,亦可以具有環狀結構。碳數為1~5為較佳。作為取代基,羥基為較佳)。其中,碳數1的伸烷基為較佳。
X表示氫原子或取代基。
作為上述取代基,可列舉芳香環基(較佳為苯基)、烷基(較佳為碳數1~3)、(甲基)丙烯醯基、(甲基)丙烯醯氧基、羥基及羧基等。其中,X為氫原子或苯基為較佳。
樹脂A所含有之來自於(甲基)丙烯酸系單體的重複單元(較佳為由通式(AA)表示之重複單元)可以僅為1種,亦可以為2種以上,2種以上為較佳。
當為2種以上時,至少1種為來自於(甲基)丙烯酸的重複單元為較佳。作為除了來自於(甲基)丙烯酸的重複單元以外的重複單元,例如,來自於(甲基)丙烯酸芐酯的重複單元為較佳。
樹脂A含有來自於上述(甲基)丙烯酸芐酯的重複單元及來自於上述(甲基)丙烯酸的重複單元兩者為較佳,僅包括來自於上述(甲基)丙烯酸芐酯的重複單元及來自於上述(甲基)丙烯酸的重複單元的組合為更佳。
換言之,樹脂A為(甲基)丙烯酸芐酯及(甲基)丙烯酸的共聚物為較佳。
作為假設包含於樹脂A的主鏈中的其他重複單元,例如,可列舉來自於苯乙烯系單體(羥基苯乙烯等)的重複單元及來自於醚二聚體的重複單元。
上述醚二聚體例如可列舉由下述通式(ED1)表示之化合物及由下述通式(ED2)表示之化合物。
[化學式6]
通式(ED1)中,R1 及R2 分別獨立地表示氫原子或碳數1~25的烴基。
[化學式7]
通式(ED2)中,R表示氫原子或碳數1~30的有機基。作為通式(ED2)的具體例,能夠參閱日本特開2010-168539號公報的記載。
作為醚二聚體的具體例,例如能夠參閱日本特開2013-029760號公報的0317段,將該內容編入本說明書中。醚二聚體可以僅為1種,亦可以為2種以上。
(滿足必要條件1之樹脂A)
酸值為120~350mgKOH/g之樹脂A(滿足必要條件1之樹脂A)中,酸值被調整為適當的範圍。
從所獲得之硬化膜的線寬穩定性及底切抑制性更優異的觀點考慮,滿足必要條件1之樹脂的酸值係170~300mgKOH/g為較佳,200~270mgKOH/g為更佳。
滿足必要條件1之樹脂A的重量平均分子量大於7500為較佳,8000~30000為更佳,10000~15000為進一步較佳。
(滿足必要條件2之樹脂A)
重量平均分子量為3000~7500之樹脂A(滿足必要條件2之樹脂A)的分子量被調整為適當的範圍。
從硬化膜的線寬穩定性、底切抑制性及殘渣抑制性更優異的觀點考慮,滿足必要條件A之樹脂的重量平均分子量係3000~6500為較佳,3000~5000為更佳,4000~5000為進一步較佳。
作為滿足必要條件2之樹脂A的酸值,小於120mgKOH/g為較佳,30~110mgKOH/g為更佳,60~100mgKOH/g為進一步較佳。
樹脂A可以單獨使用1種,亦可以併用2種以上。例如,硬化性組成物可以含有滿足必要條件1之樹脂A和滿足必要條件2之樹脂A兩者。
作為硬化性組成物中之樹脂A的含量並沒有特別限制,相對於硬化性組成物的總固體成分,係1~30質量%為較佳,5~15質量%為更佳。當使用2種以上的樹脂A時,總計含量在上述範圍內為較佳。
硬化性組成物中的樹脂A的有無及其含量能夠藉由以下所示之方法測量。
首先,藉由離心分離法使硬化性組成物中的固體成分(黑色顏料等)沉澱而分取殘留之液體成分。進而,從所獲得之液體成分中藉由GPC法分取重量平均分子量大於2000之成分,並將此作為測量對象的樹脂。
在此,當檢測重量平均分子量為3000~7500之樹脂時,將該樹脂作為滿足必要條件2之樹脂A,求出硬化性組成物相對於總固體成分的含量。
又,關於重量平均分子量偏離3000~7500之樹脂,藉由通常的方法(JISK5601-2-1或JISK0070等)測量酸值,確認酸值是否為120~350mgKOH/g。當存在酸值為120~350mgKOH/g之樹脂時,將該樹脂作為滿足必要條件1之樹脂A(並且,不滿足必要條件2之樹脂A),求出相對於硬化性組成物的總固體成分的含量。
能夠由以該種方式獲得之滿足必要條件2之樹脂A與滿足必要條件1之樹脂A(並且,不滿足必要條件2之樹脂A)的總計含量,求出樹脂A相對於硬化性組成物的總固體成分的含量。
又,當已知硬化性組成物的摻合及所使用之原料的酸值及重量平均分子量時,硬化性組成物中的樹脂A的含量可以藉由計算來求出。
<樹脂B>
硬化性組成物可以含有除了上述樹脂A以外的樹脂。
作為除了樹脂A以外的樹脂,從獲得降低反射率之硬化膜之觀點考慮,例如可列舉樹脂B。
樹脂B係與樹脂A不同之樹脂,係具有選自包括氧伸烷基及氧伸烷基羰基之組群中的1種以上的基團之樹脂。
樹脂B係作為所謂顏料分散劑而起作用之樹脂為較佳。
作為硬化性組成物中之樹脂B的含量並沒有特別限制,相對於硬化性組成物的總固體成分,係2~40質量%為較佳,5~30質量%為更佳。
樹脂B可單獨使用1種,亦可併用2種以上。當併用2種以上的樹脂B時,總計含量在上述範圍內為較佳。
當存在選自包括樹脂B中的氧伸烷基及氧伸烷基羰基之組群中的1種以上的基團之形態沒有特別限制。
氧伸烷基及氧伸烷基羰基中的伸烷基部分可以具有取代基,亦可以為直鏈狀或支鏈狀,可以具有環狀結構。其中,上述伸烷基部分係無取代為較佳。
又,氧伸烷基中的伸烷基部分的碳數係1~10為較佳,2~3為更佳。又,氧伸烷基羰基中的伸烷基部分的碳數係2~8為較佳,4~6為更佳。
一分子中存在複數個氧伸烷基和/或氧伸烷基羰基時,複數個氧伸烷基和/或氧伸烷基羰基分別可以相同亦可以不同。
又,樹脂B具有氧伸烷基連續並鍵結複數個(較佳為3個以上,更佳為10個以上)而成之聚氧伸烷基結構或氧伸烷基羰基連續並鍵結複數個(較佳為3個以上,更佳為10個以上)而成之聚氧伸烷基羰基結構為較佳。
樹脂B可以為高分子化合物〔例如,聚醯胺胺(polyamideamine)及其鹽、聚羧酸及其鹽、高分子量不飽和酸酯、改質聚胺酯、改質聚酯、改質聚(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸系共聚物及萘磺酸福馬林縮合物〕、聚氧乙烯烷基磷酸酯、聚氧乙烯烷基胺以及顏料衍生物等。
高分子化合物由其結構能夠進一步分類為直鏈狀高分子、末端改質型高分子、接枝型高分子及嵌段型高分子。
・高分子化合物
高分子化合物吸附於如上述般的顏料等被分散體的表面,起到防止被分散體再凝聚之作用。因此,含有對顏料表面之黏固(anchor)部位之末端改質型高分子、接枝型(含有高分子鏈)高分子或嵌段型高分子為較佳。
上述高分子化合物可以含有硬化性基。
作為硬化性基,例如可以列舉乙烯性不飽和基(例如,(甲基)丙烯醯基、乙烯基及苯乙烯基等)及環狀醚基(例如,環氧基及氧雜環丁基等)等,但並不限定於該等。
其中,在能夠藉由自由基反應來進行聚合控制之觀點上,作為硬化性基,乙烯性不飽和基為較佳。乙烯性不飽和基係(甲基)丙烯醯基為更佳。
含有硬化性基之樹脂可以在主鏈上含有氧伸烷基(較佳為聚氧伸烷基結構)和/或氧伸烷基羰基(較佳為聚氧伸烷基羰基結構)。又,如下所述,在上述樹脂包含含有接枝鏈之結構單元之情況等中,上述接枝鏈可以含有氧伸烷基(較佳為聚氧伸烷基結構)和/或氧伸烷基羰基(較佳為聚氧伸烷基羰基結構)。
作為上述樹脂,上述接枝鏈含有氧伸烷基羰基為更佳。
高分子化合物包含含有接枝鏈之結構單元為較佳。此外,本說明書中,“結構單元”的含義與“重複單元”相同。
該種包含含有接枝鏈之結構單元之高分子化合物藉由接枝鏈而具有與溶劑之親和性,因此係顏料等的分散性及經時後的分散穩定性(經時穩定性)優異者。又,藉由接枝鏈的存在,包含含有接枝鏈之結構單元之高分子化合物具有與聚合性化合物或其他可併用之樹脂等之親和性。其結果,在鹼顯影中難以產生殘渣。
若接枝鏈變長,則立體排斥效果提高而顏料等的分散性得到提高。另一方面,若接枝鏈過長,則向顏料等的吸附力下降,顏料等的分散性處於下降的趨勢。因此,接枝鏈係去除氫原子後之原子數為40~10000者為較佳,去除氫原子後之原子數為50~2000者為更佳,去除氫原子後之原子數為60~500者為進一步較佳。
在此,接枝鏈表示自共聚物的主鏈的根部(在從主鏈分支之基團中鍵結於主鏈之原子)至從主鏈分支之基團的末端為止。
接枝鏈含有聚合物結構為較佳,作為該種聚合物結構,例如可列舉聚(甲基)丙烯酸酯結構(例如,聚(甲基)丙烯酸結構)、聚酯結構(較佳為聚氧伸烷基羰基結構)、聚胺酯結構、聚脲結構、聚醯胺結構及聚醚結構(較佳為聚氧伸烷基結構)等。
為了提高接枝鏈與溶劑的相互作用性,藉此提高顏料等的分散性,接枝鏈係含有選自包括聚氧伸烷基羰基結構、聚氧伸烷基結構及聚(甲基)丙烯酸酯結構中之組群中的至少1種之接枝鏈為較佳,含有聚氧伸烷基羰基結構及聚氧伸烷基結構中的至少任意一種之接枝鏈為更佳。
作為含有該種接枝鏈之巨分子單體(具有聚合物結構且鍵結於共聚物的主鏈而構成接枝鏈之單體)並沒有特別限定,能夠較佳地使用含有反應性雙鍵性基之巨分子單體。
作為對應於含有高分子化合物所含有之接枝鏈之結構單元且較佳地用於高分子化合物的合成之市售的巨分子單體,可以使用AA-6(商品名稱,TOAGOSEI CO.,LTD.製造)、AA-10(商品名稱,TOAGOSEI CO.,LTD.製造)、AB-6(商品名稱,TOAGOSEI CO.,LTD.製造)、AS-6(商品名稱,TOAGOSEI CO.,LTD.製造)、AN-6(商品名稱,TOAGOSEI CO.,LTD.製造)、AW-6(商品名稱,TOAGOSEI CO.,LTD.製造)、AA-714(商品名稱,TOAGOSEI CO.,LTD.製造)、AY-707(商品名稱,TOAGOSEI CO.,LTD.製造)、AY-714(商品名稱,TOAGOSEI CO.,LTD.製造)、AK-5(商品名稱,TOAGOSEI CO.,LTD.製造)、AK-30(商品名稱,TOAGOSEI CO.,LTD.製造)、AK-32(商品名稱,TOAGOSEI CO.,LTD.製造)、BLEMMER PP-100(商品名稱,NOF CORPORATION製造)、BLEMMER PP-500(商品名稱,NOF CORPORATION製造)、BLEMMER PP-800(商品名稱,NOF CORPORATION製造)、BLEMMER PP-1000(商品名稱,NOF CORPORATION製造)、BLEMMER 55-PET-800(商品名稱,NOF CORPORATION製造)、BLEMMER PME-4000(商品名稱,NOF CORPORATION製造)、BLEMMER PSE-400(商品名稱,NOF CORPORATION製造)、BLEMMER PSE-1300(商品名稱,NOF CORPORATION製造)或BLEMMER 43PAPE-600B(商品名稱,NOF CORPORATION製造)等。其中,較佳為使用AA-6(商品名稱,TOAGOSEI CO.,LTD.製造)、AA-10(商品名稱,TOAGOSEI CO.,LTD.製造)、AB-6(商品名稱,TOAGOSEI CO.,LTD.製造)、AS-6(商品名稱,TOAGOSEI CO.,LTD.製造)、AN-6(商品名稱,TOAGOSEI CO.,LTD.製造)或BLEMMER PME-4000(商品名稱,NOF CORPORATION製造)。
上述聚酯B含有選自包括聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯及環狀或鏈狀的聚酯之組群中的至少1種結構為較佳,含有選自包括聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯及鏈狀聚酯之組群中的至少1種結構為更佳,含有選自包括聚丙烯酸甲酯結構、聚甲基丙烯酸甲酯結構、聚己內酯結構及聚戊內酯結構之組群中的至少1種結構為進一步較佳。樹脂B為除了樹脂A以外的樹脂,只要為具有選自包括氧伸烷基及氧伸烷基羰基之組群中的1種以上的基團之樹脂,可以為在一個樹脂B中單獨含有上述結構之樹脂B,亦可以為在一個樹脂B中含有複數個該等結構之樹脂B。
在此,聚己內酯結構係指含有將ε-己內酯開環之結構作為重複單元之結構。聚戊內酯結構係指含有將δ-戊內酯開環之結構作為重複單元之結構。該等對應於聚氧伸烷基羰基結構的一態樣。
作為樹脂B所含有之構成聚己內酯結構之重複單元的具體例,可列舉下述式(1)及下述式(2)中之j及k為5之重複單元。又,作為樹脂B所含有之構成聚戊內酯結構之重複單元的具體例,可以舉出下述式(1)及下述式(2)中之j及k為4之重複單元。
作為樹脂B所含有之構成聚丙烯酸甲酯結構之重複單元的具體例,可列舉下述式(4)中之X5 為氫原子且R4 為甲基之重複單元。又,作為樹脂B所含有之構成聚甲基丙烯酸甲酯結構之重複單元的具體例,可以舉出下述式(4)中之X5 為甲基且R4 為甲基之重複單元。
・含有接枝鏈之結構單元
高分子化合物含有下述式(1)~式(4)中的任意一個所表示之結構單元作為含有接枝鏈之結構單元為較佳,含有下述式(1A)、下述式(2A)、下述式(3A)及下述式(3B)及下述(4)中的任意一個所表示之結構單元為更佳。
又,高分子化合物含有由下述式(1)~式(3)中的任一式表示之結構單元中的至少1種為較佳。
另外,由式(1)表示之結構單元及由式(2)表示之結構單元係含有氧伸烷基羰基之結構單元。由式(3)表示之結構單元係含有氧伸烷基之結構單元。
[化學式8]
式(1)~式(4)中,W1 、W2 、W3 及W4 分別獨立地表示氧原子或NH。W1 、W2 、W3 、及、W4 係氧原子為較佳。
式(1)~式(4)中,X1 、X2 、X3 、X4 及X5 分別獨立地表示氫原子或1價的有機基團。作為X1 、X2 、X3 、X4 及X5 ,從合成上的制約的觀點而言,分別獨立地係氫原子或碳數(碳原子數)1~12的烷基為較佳,分別獨立地係氫原子或甲基為更佳,甲基為進一步較佳。
式(1)~式(4)中,Y1 、Y2 、Y3 及Y4 分別獨立地表示2價的連接基,連接基的結構方面並無特別的限制。作為Y1 、Y2 、Y3 及Y4 所表示之2價的連接基,具體而言,作為例子可以列舉下述(Y-1)~(Y-21)的連接基等。下述所示之結構中,A、B分別表示與式(1)~式(4)中的鍵結部位。下述所示之結構之中,從合成的簡便性的觀點而言,(Y-2)或(Y-13)為更佳。
[化學式9]
式(1)~式(4)中,Z1 、Z2 、Z3 及Z4 分別獨立地表示1價的有機基。有機基的結構並沒有特別限定,具體而言,可以列舉烷基、羥基、烷氧基、芳氧基、雜芳氧基、烷硫基醚基、芳硫基醚基、雜芳硫基醚基及胺基等。在該等之中,作為Z1 、Z2 、Z3 及Z4 所表示之有機基,尤其從提高分散性之觀點而言,含有立體排斥效果之基團為較佳,分別獨立地係碳數5~24的烷基或烷氧基為更佳,其中,分別獨立地係碳數5~24的支鏈狀烷基、碳數5~24的環狀烷基或碳數5~24的烷氧基為尤其進一步較佳。另外,烷氧基中所包含之烷基可以係直鏈狀、支鏈狀及環狀中的任意一種。
式(1)~式(4)中,n、m、p及q分別獨立地為1~500的整數。
又,式(1)及式(2)中,j及k分別獨立地表示2~8的整數。從組成物的經時穩定性及顯影性的觀點而言,式(1)及式(2)中之j及k係4~6的整數為較佳,5為更佳。
又,式(1)及式(2)中,n及m係10以上的整數為較佳,20以上的整數為更佳。又,當樹脂B含有聚己內酯結構及聚戊內酯結構時,作為聚己內酯結構的重複數與聚戊內酯的重複數之和,10以上的整數為較佳,20以上的整數為更佳。
式(3)中,R3 表示支鏈狀或直鏈狀的伸烷基,碳數1~10的伸烷基為較佳,碳數2或3的伸烷基為更佳。當p為2~500時,存在複數個之R3 可以相互相同亦可以不同。
式(4)中,R4 表示氫原子或1價的有機基團,作為該1價的有機基團,結構上並無特別限定。作為R4 ,氫原子、烷基、芳基或雜芳基為較佳,氫原子或烷基為更佳。當R4 為烷基時,作為烷基,碳數1~20的直鏈狀烷基、碳數3~20的支鏈狀烷基或碳數5~20的環狀烷基為較佳,碳數1~20的直鏈狀烷基為更佳,碳數1~6的直鏈狀烷基為進一步較佳。式(4)中,當q為2~500時,接枝共聚物中存在複數個之X5 及R4 可以相互相同亦可以不同。
又,高分子化合物能夠含有2種以上的結構不同之含有接枝鏈之結構單元。亦即,高分子化合物的分子中可以包含結構互不相同之以式(1)~式(4)表示之結構單元,又,式(1)~式(4)中,n、m、p及q分別表示2以上的整數時,式(1)及式(2)中,可在側鏈中包含j及k互不相同之結構,式(3)及式(4)中,分子內存在複數個之R3 、R4 及X5 可相互相同亦可互不相同。
作為式(1)所表示之結構單元,從組成物的經時穩定性及顯影性的觀點而言,下述式(1A)所表示之結構單元為更佳。
又,作為式(2)所表示之結構單元,從組成物的經時穩定性及顯影性的觀點而言,下述式(2A)所表示之結構單元為更佳。
[化學式10]
式(1A)中,X1 、Y1 、Z1 及n的含義與式(1)中的X1 、Y1 、Z1 及n相同,較佳範圍亦相同。式(2A)中,X2 、Y2 、Z2 及m的含義與式(2)中之X2 、Y2 、Z2 及m的含義相同,較佳的範圍亦相同。
又,作為式(3)所表示之結構單元,從組成物的經時穩定性及顯影性的觀點而言,下述式(3A)或式(3B)所表示之結構單元為更佳。
[化學式11]
式(3A)或(3B)中,X3 、Y3 、Z3 及p的含義與式(3)中之X3 、Y3 、Z3 及p的含義相同,較佳的範圍亦相同。
高分子化合物含有式(1A)所表示之結構單元作為含有接枝鏈之結構單元為更佳。
在高分子化合物中,以質量換算計,相對於高分子化合物的總質量,在2~90質量%的範圍包含含有接枝鏈之結構單元(例如,上述式(1)~式(4)所表示之結構單元)為較佳,在5~30質量%的範圍包含為更佳。
其中,由上述式(1)~(3)表示之結構單元的總計含量相對於高分子化合物的總質量在2~80質量%的範圍包含為較佳,在5~25質量%的範圍包含為更佳。
若在該範圍包含含有接枝鏈之結構單元,則顏料的分散性高,形成硬化膜時的顯影性良好。
・疏水性結構單元
又,高分子化合物含有與含有接枝鏈之結構單元不同(亦即,並不相當於含有接枝鏈之結構單元)之疏水性結構單元為較佳。但是,本說明書中,疏水性結構單元係不具有酸基(例如,羧酸基、磺酸基、磷酸基及酚性羥基等)之結構單元。
疏水性結構單元係來源於(對應於)ClogP值為1.2以上的化合物(單體)之結構單元為較佳,來源於ClogP值為1.2~8的化合物之結構單元為更佳。藉此,能夠更可靠地顯現本發明的效果。
ClogP值係藉由能夠從Daylight Chemical Information System,Inc.獲得之程序“CLOGP”計算之值。該程序提供藉由Hansch,Leo的fragmentapproach(參閱下述文獻)計算出之“計算logP”的值。Fragmentapproach依據化合物的化學結構,將化學結構分割為部分結構(片段),總計分配於該片段之logP貢獻量,藉此推算化合物的logP值。其詳細內容記載於以下文獻中。本說明書中使用藉由程式CLOGP v4.82計算出之ClogP值。
A. J. Leo, Comprehensive Medicinal Chemistry, Vol.4, C. Hansch, P. G. Sammnens, J. B. Taylor and C. A. Ramsden, Eds., p.295, Pergamon Press, 1990 C. Hansch & A. J. Leo. SUbstituent Constants For Correlation Analysis in Chemistry and Biology. John Wiley & Sons. A. J. Leo. Calculating logPoct from structure. Chem. Rev., 93, 1281-1306, 1993.
logP表示分配係數P(Partition Coefficient)的常用對數,係以定量的數值表示某一有機化合物在油(通常為1-辛醇)與水的2相系的平衡中如何分配之物性值,由以下式表示。
logP=log(Coil/Cwater)
式中,Coil表示油相中的化合物的莫耳濃度,Cwater表示水相中的化合物的莫耳濃度。
若logP的值夾著0而正向(plus)增大,則表示油溶性增加,若絕對值負向(minus)增大,則表示水溶性增加,與有機化合物的水溶性有負相關,作為估計有機化合物的親疏水性之參數而廣泛利用。
高分子化合物含有選自來源於下述式(i)~(iii)所表示之單體之結構單元中之1種以上的結構單元作為疏水性結構單元為較佳。
[化學式12]
上述式(i)~(iii)中,R1 、R2 及R3 分別獨立地表示氫原子、鹵素原子(例如,氟原子、氯原子及溴原子等)或碳數為1~6的烷基(例如,甲基、乙基及丙基等)。
R1 、R2 及R3 係氫原子或碳數1~3的烷基為較佳,氫原子或甲基為更佳。R2 及R3 係氫原子為進一步較佳。
X表示氧原子(-O-)或亞胺基(-NH-),氧原子為較佳。
L為單鍵或2價的連接基。作為2價的連接基,可以列舉2價的脂肪族基(例如,伸烷基、經取代之伸烷基、伸烯基、經取代之伸烯基、伸炔基、經取代之伸炔基)、2價的芳香族基(例如,伸芳基、經取代之伸芳基)、2價的雜環基、氧原子(-O-)、硫原子(-S-)、亞胺基(-NH-)、經取代之亞胺基(-NR31 -,其中R31 為脂肪族基、芳香族基或雜環基)、羰基(-CO-)及該等的組合等。
2價的脂肪族基可以具有環狀結構或分支結構。脂肪族基的碳數係1~20為較佳,1~15為更佳,1~10為進一步較佳。脂肪族基可以是不飽和脂肪族基,亦可以是飽和脂肪族基,飽和脂肪族基為較佳。又,脂肪族基可以具有取代基。取代基的例子可以列舉鹵素原子、芳香族基及雜環基等。
2價的芳香族基的碳數係6~20為較佳,6~15為更佳,6~10為進一步較佳。又,芳香族基可以具有取代基。取代基的例子可列舉鹵素原子、脂肪族基、芳香族基及雜環基等。
2價的雜環基含有5員環或6員環作為雜環為較佳。雜環上可縮合有其他雜環、脂肪族環或芳香族環。又,雜環基可以具有取代基。作為取代基的例子,可以列舉鹵素原子、羥基、側氧基(oxogroup)(=O)、硫基(thioxogroup)(=S)、亞胺基(=NH)、經取代之亞胺基(=N-R32 ,其中R32 為脂肪族基、芳香族基或雜環基)、脂肪族基、芳香族基及雜環基。
L係單鍵、伸烷基或含有氧化烯(oxyalkylene)結構之2價的連接基為較佳。氧化烯結構係氧乙烯(oxyethylene)結構或氧丙烯(oxypropylene)結構為更佳。又,L可以包含重複含有2個以上的氧化烯結構之聚氧化烯結構。作為聚氧化烯結構,聚氧乙烯結構或聚氧丙烯結構為較佳。聚氧乙烯結構由-(OCH2 CH2n -表示,n係2以上的整數為較佳,2~10的整數為更佳。
作為Z,可以列舉脂肪族基(例如,烷基、經取代之烷基、不飽和烷基及經取代之不飽和烷基等)、芳香族基(例如,芳基、經取代之芳基、伸芳基及經取代之伸芳基等)、雜環基或該等的組合。該等基團中可以包含氧原子(-O-)、硫原子(-S-)、亞胺基(-NH-)、經取代之亞胺基(-NR31 -,其中R31 為脂肪族基、芳香族基或雜環基)或羰基(-CO-)。
脂肪族基可以具有環狀結構或分支結構。脂肪族基的碳數係1~20為較佳,1~15為更佳,1~10為進一步較佳。脂肪族基中可以進一步包含環集合烴基、交聯環式烴基,作為環集合烴基的例子,包含雙環己基、全氫萘基(perhydronaphthalenyl)、聯苯基及4-環己基苯基等。作為交聯環式烴環,例如可以列舉蒎烷、莰烷、降蒎烷、降莰烷及雙環辛烷環(雙環[2.2.2]辛烷環及雙環[3.2.1]辛烷環等)等2環式烴環、高不雷烷(homobledane)、金剛烷、三環[5.2.1.02,6 ]癸烷及三環[4.3.1.12,5 ]十一烷環等3環式烴環、以及四環[4.4.0.12,5 .17,10 ]十二烷及全氫-1,4-甲橋-5,8-甲橋萘環等4環式烴環等。又,交聯環式烴環中還包括縮合環式烴環,例如全氫萘(十氫萘)、全氫蒽、全氫菲、全氫苊、全氫茀、全氫茚及全氫萉環等5~8員環烷烴環複數個縮合而得到之縮合環。
與不飽和脂肪族基相比,脂肪族基係飽和脂肪族基為較佳。又,脂肪族基可以具有取代基。取代基的例子可以列舉鹵素原子、芳香族基及雜環基。但是,脂肪族基並不具有酸基作為取代基。
芳香族基的碳數係6~20為較佳,6~15為更佳,6~10為進一步較佳。又,芳香族基可以具有取代基。取代基的例子可以列舉鹵素原子、脂肪族基、芳香族基及雜環基。但是,芳香族基並不具有酸基作為取代基。
雜環基含有5員環或6員環作為雜環為較佳。雜環中可以縮合有其他雜環、脂肪族環或芳香族環。又,雜環基可以具有取代基。作為取代基的例子,可以列舉鹵素原子、羥基、側氧基(oxo group)(=O)、硫基(thioxo group)(=S)、亞胺基(=NH)、經取代之亞胺基(=N-R32 ,其中R32 為脂肪族基、芳香族基或雜環基)、脂肪族基、芳香族基或雜環基。但是,雜環基並不具有酸基作為取代基。
上述式(iii)中,R4 、R5 及R6 分別獨立地表示氫原子、鹵素原子(例如,氟原子、氯原子及溴原子等)、碳數為1~6的烷基(例如,甲基、乙基及丙基等)、Z或L-Z。在此,L及Z的含義與上述中者的含義相同。作為R4 、R5 及R6 ,氫原子或碳數為1~3的烷基為較佳,氫原子為更佳。
作為上述式(i)所表示之單體,R1 、R2 及R3 係氫原子或甲基、L係單鍵或伸烷基或含有氧化烯結構之2價的連接基、X係氧原子或亞胺基、且Z係脂肪族基、雜環基或芳香族基的化合物為較佳。
又,作為上述式(ii)所表示之單體,R1 係氫原子或甲基、L係伸烷基、且Z係脂肪族基、雜環基或芳香族基的化合物為較佳。又,作為上述式(iii)所表示之單體,R4 、R5 及R6 係氫原子或甲基、且Z係脂肪族基、雜環基或芳香族基的化合物為較佳。
作為式(i)~(iii)所表示之代表性化合物的例子,可以列舉選自丙烯酸酯類、甲基丙烯酸酯類及苯乙烯類等中之自由基聚合性化合物。
另外,作為式(i)~(iii)所表示之代表性化合物的例子,能夠參閱日本特開2013-249417號公報的0089~0093段中所記載之化合物,該等內容被編入本說明書中。
在高分子化合物中,以質量換算計,相對於高分子化合物的總質量,在10~90%的範圍包含疏水性結構單元為較佳,在20~80%的範圍包含為更佳。含量在上述範圍內的情況下可得到充分的圖案形成性。
・能夠與顏料等形成相互作用之官能基
高分子化合物能夠導入能夠與顏料等形成相互作用之官能基。其中,高分子化合物還包含含有能夠與顏料等形成相互作用之官能基之結構單元為較佳。
作為能夠與該顏料等形成相互作用之官能基,例如,可列舉酸基、鹼性基、配位性基及具有反應性之官能基等。
高分子化合物含有酸基、鹼性基、配位性基或具有反應性之官能基時,分別包含含有酸基之結構單元、含有鹼性基之結構單元、含有配位性基之結構單元或具有反應性之結構單元為較佳。
尤其,藉由高分子化合物進一步含有羧酸基等鹼可溶性基作為酸基,能夠對高分子化合物賦予用於藉由鹼顯影形成圖案之顯影性。
亦即,藉由在高分子化合物中導入鹼可溶性基,上述組成物中,作為有助於顏料等的分散之樹脂B之高分子化合物具有鹼可溶性。含有該種高分子化合物之硬化性組成物成為曝光部的遮光性優異者,且未曝光部的鹼顯影性得到提高。
又,藉由高分子化合物包含含有酸基之結構單元,具有高分子化合物容易與溶劑親和,且塗佈性亦得到提高之傾向。
推測這是因為,含有酸基之結構單元中的酸基易與顏料等相互作用,高分子化合物使顏料等穩定地分散,並且使顏料分散之高分子化合物的黏度降低,高分子化合物本身亦容易穩定地分散。
其中,含有作為酸基之鹼可溶性基之結構單元可以係與上述含有接枝鏈之結構單元相同之結構單元,亦可以係不同之結構單元,但含有作為酸基之鹼可溶性基之結構單元係與上述疏水性結構單元不同之結構單元(亦即,並不相當於上述疏水性結構單元)。
作為能夠與顏料等形成相互作用之官能基亦即酸基,例如有羧酸基、磺酸基、磷酸基或酚性羥基等,羧酸基、磺酸基及磷酸基中的至少1種為較佳,羧酸基為進一步較佳。羧酸基對顏料等的吸附力良好,並且分散性高。
亦即,高分子化合物進一步包含含有羧酸基、磺酸基及磷酸基中的至少1種之結構單元為較佳。
高分子化合物可具有1種或2種以上的含有酸基之結構單元。
高分子化合物可以包含或不包含含有酸基之結構單元,當含有時,以質量換算計含有酸基之結構單元的含量,相對於高分子化合物的總質量,5~80質量%為較佳,從抑制由鹼顯影引起之圖像強度的損失之觀點而言,10~60質量%為更佳。
作為能夠與顏料形成相互作用之官能基亦即鹼性基,例如有第1級胺基、第2級胺基、第3級胺基、含有N原子之雜環及醯胺基等,從針對顏料等的吸附力良好且分散性較高之觀點考慮,較佳的鹼性基係第3級胺基。高分子化合物能夠含有1種或2種以上的該等鹼性基。
高分子化合物可以包含或不包含含有鹼性基之結構單元,當含有時,以質量換算計,含有鹼性基之結構單元的含量相對於高分子化合物的總質量,0.01~50質量%為較佳,從抑制顯影性阻礙之觀點考慮,0.01~30質量%為更佳。
作為能夠與顏料等形成相互作用之官能基亦即配位性基及具有反應性之官能基,例如可列舉乙醯乙醯氧基、三烷氧基甲矽烷基、異氰酸酯基、酸酐及醯氯等。從針對顏料等的吸附力良好且顏料等的分散性較高之觀點考慮,較佳的官能基係乙醯乙醯氧基。高分子化合物可以具有1種或2種以上的該等基團。
高分子化合物可以包含或不包含含有配位性基之結構單元或含有具有反應性之官能基之結構單元,當含有時,以質量換算計,該等結構單元的含量相對於高分子化合物的總質量,10~80質量%為較佳,從抑制顯影性阻礙之觀點考慮,20~60質量%為更佳。
上述高分子化合物除了接枝鏈以外,含有能夠與顏料等形成相互作用之官能基時,只要含有能夠與上述各種顏料等形成相互作用之官能基即可,關於如何導入該等官能基,並無特別限定,高分子化合物含有選自來源於下述式(iv)~(vi)所表示之單體的結構單元之1種以上的結構單元為較佳。
[化學式13]
式(iv)~式(vi)中,R11 、R12 及R13 分別獨立地表示氫原子、鹵素原子(例如,氟原子、氯原子及溴原子等)或碳數為1~6的烷基(例如,甲基、乙基及丙基等)。
式(iv)~式(vi)中,R11 、R12 及R13 分別獨立地係氫原子或碳數為1~3的烷基為較佳,分別獨立地係氫原子或甲基為更佳。通式(iv)中,R12 及R13 分別為氫原子為進一步較佳。
式(iv)中的X1 表示氧原子(-O-)或亞胺基(-NH-),氧原子為較佳。
又,式(v)中的Y表示次甲基或氮原子。
又,式(iv)~式(v)中的L1 表示單鍵或2價的連接基。2價的連接基的定義與上述式(i)中的L所表示之2價的連接基的定義相同。
L1 係單鍵、伸烷基或含有氧化烯(oxyalkylene)結構之2價的連接基為較佳。氧化烯結構係氧乙烯(oxyethylene)結構或氧丙烯(oxypropylene)結構為更佳。又,L1 可以包含重複含有2個以上的氧化烯結構之聚氧化烯結構。作為聚氧化烯結構,聚氧乙烯結構或聚氧丙烯結構為較佳。聚氧乙烯結構由-(OCH2 CH2n -表示,n係2以上的整數為較佳,2~10的整數為更佳。
式(iv)~式(vi)中,Z1 表示接枝鏈以外能夠與顏料形成相互作用之官能基,羧酸基及第三級胺基為較佳,羧酸基更為佳。
式(vi)中,R1 4 、R1 5 及R1 6 分別獨立地表示氫原子、鹵素原子(例如,氟原子、氯原子及溴原子等)、碳數為1~6的烷基(例如,甲基、乙基及丙基等)、-Z1 或-L1 -Z1 。在此,L1 及Z1 的含義與上述中之L1 及Z1 的含義相同,較佳的例子亦相同。作為R14 、R15 及R16 ,分別獨立地係氫原子或碳數為1~3的烷基為較佳,氫原子為更佳。
作為式(iv)所表示之單體,R11 、R12 及R13 分別獨立地係氫原子或甲基、L1 係伸烷基或含有氧化烯結構之2價的連接基、X1 係氧原子或亞胺基、且Z1 係羧酸基的化合物為較佳。
又,作為式(v)所表示之單體,R11 係氫原子或甲基、L1 係伸烷基、Z1 係羧酸基、且Y係次甲基的化合物為較佳。
另外,作為式(vi)所表示之單體,R14 、R15 及R16 分別獨立地係氫原子或甲基、L1 係單鍵或伸烷基、且Z1 係羧酸基的化合物為較佳。
以下,示出式(iv)~式(vi)所表示之單體(化合物)的代表性例子。
作為單體的例子,可以列舉甲基丙烯酸、巴豆酸、異巴豆酸、在分子內含有加成聚合性雙鍵及羥基之化合物(例如,甲基丙烯酸2-羥基乙酯)與琥珀酸酐的反應物、在分子內含有加成聚合性雙鍵及羥基之化合物與鄰苯二甲酸酐的反應物、在分子內含有加成聚合性雙鍵及羥基之化合物與四羥基鄰苯二甲酸酐的反應物、在分子內含有加成聚合性雙鍵及羥基之化合物與偏苯三酸酐的反應物、在分子內含有加成聚合性雙鍵及羥基之化合物與均苯四甲酸酐的反應物、丙烯酸、丙烯酸二聚物、丙烯酸寡聚物、順丁烯二酸、衣康酸、反丁烯二酸、4-乙烯基苯甲酸、乙烯基苯酚及4-羥基苯基甲基丙烯醯胺等。
從與顏料等的相互作用、經時穩定性及向顯影液的浸透性的觀點考慮,含有能夠與顏料等形成相互作用之官能基之結構單元的含量相對於高分子化合物的總質量,0.05質量%~90質量%為較佳,1.0質量%~80質量%為更佳,10質量%~70質量%為進一步較佳。
・其他結構單元
進而,以提高圖像強度等諸多性能為目的,只要不損害本發明的效果,則高分子化合物可以進一步具有與含有接枝鏈之結構單元、疏水性結構單元及含有能夠與顏料等形成相互作用之官能基之結構單元不同之、具有各種功能之其他結構單元(例如,含有具有與後述溶劑的親和性之官能基等之結構單元)。
作為該種其他結構單元,例如可以列舉來源於選自丙烯腈類及甲基丙烯腈類等中之自由基聚合性化合物之結構單元。
高分子化合物能夠使用1種或2種以上的該等其他結構單元,其含量以質量換算計,相對於高分子化合物的總質量,係0~80質量%為較佳,10~60質量%以下為更佳。含量在上述範圍內維持充分的圖案形成性。
・高分子化合物的物性
高分子化合物的酸值係10~110mgKOH/g的範圍為較佳,20~100mgKOH/g的範圍為更佳,30~70mgKOH/g的範圍為進一步較佳。
若高分子化合物的酸值為110mgKOH/g以下,則可更有效地抑制形成硬化膜時的顯影時之圖案剝離。又,若高分子化合物的酸值為10mgKOH/g以上,則鹼顯影性變得更加良好。又,若高分子化合物的酸值為20mgKOH/g以上,則能夠進一步抑制顏料等的沉降,並能夠使粗大粒子數量變得更少,從而能夠進一步提高組成物的經時穩定性。
本說明書中酸值例如能夠由化合物中的酸基的平均含量算出。又,藉由改變作為樹脂的構成成分之含有酸基之結構單元的含量,能夠得到具有所希望之酸值之樹脂。
高分子化合物的重量平均分子量大於7000且300,000以下為較佳,8000~200,000為更佳,9000~100,000為進一步較佳,10,000~50,000為特佳。
高分子化合物能夠基於公知的方法進行合成。
作為高分子化合物的例子,能夠使用不對應於樹脂A之、聚氧乙烯十二烷基醚、聚氧乙烯硬脂基醚、聚氧乙烯油基醚、聚氧乙烯辛基苯基醚、聚氧乙烯壬基苯基醚、聚乙二醇二月桂酸酯及聚乙二醇二硬脂酸酯。
作為高分子化合物的具體的市售品,例如可列舉The Lubrizol Corporation製“SOLSPERSE12000”。
又,使用含有酸基及鹼性基之兩性樹脂者為較佳。兩性樹脂係酸值為5mgKOH/g以上且胺值為5mgKOH/g以上為較佳。
該等高分子化合物可單獨使用1種,亦可併用2種以上。
另外,作為高分子化合物的具體例的例子,能夠參閱日本特開2013-249417號公報的0127~0129段中所記載之高分子化合物,該等內容被編入本說明書中。
又,作為樹脂B,除了上述高分子化合物以外,能夠使用日本特開2010-106268號公報的0037~0115段(對應之US2011/0124824的0075~0133段)的接枝共聚物,能夠援用該等內容,其被編入本說明書中。
又,除了上述以外,能夠使用日本特開2011-153283號公報的0028~0084段(對應之US2011/0279759的0075~0133段)的包含含有酸性基經由連接基鍵結而成之側鏈結構之構成成分之高分子化合物,能夠援用該等內容,其被編入本說明書中。
另外,本發明的硬化性組成可以含有與樹脂A及樹脂B中的任何一種都不對應之樹脂。
<光聚合起始劑>
上述硬化性組成物含有光聚合起始劑。
作為光聚合起始劑,只要能夠引發聚合性化合物的聚合,則並沒有特別限制,能夠使用公知的光聚合起始劑。作為光聚合起始劑,例如係對從紫外線區域至可見光區域具有感光性之光聚合起始劑為較佳。又,聚合起始劑可以為與被光激發之光敏劑產生某些作用,並生成活性自由基之活性劑,亦可以為依據聚合性化合物的種類而引發陽離子聚合之起始劑(自由基聚合起始劑)。
又,光聚合起始劑含有至少1種在300~800nm(330~500nm為更佳。)的範圍內具有至少50莫耳吸光系數之化合物。
硬化性組成物中之光聚合起始劑的含量並沒有特別限制,相對於硬化性組成物的總固體成分,係0.5~20質量%為較佳。光聚合起始劑可以單獨使用1種,亦可以使用2種以上。當併用2種以上的光聚合起始劑時,總計含量在上述範圍內為較佳。
作為光聚合起始劑,例如可以列舉鹵化烴衍生物(例如,含有三口井骨架者、含有噁二唑骨架者等)、醯基氧化膦等醯基膦化合物、六芳基聯咪唑、肟衍生物等肟化合物、有機過氧化物、硫代化合物(thiocompound)、酮化合物、芳香族鎓鹽、胺基苯乙酮化合物及羥基苯乙酮等。
作為光聚合起始劑的具體例,例如能夠參閱日本特開2013-029760號公報的0265~0268段,該內容被編入本說明書中。
作為光聚合起始劑,更具體而言,例如亦能夠使用日本特開平10-291969號公報中所記載之胺基苯乙酮系起始劑及日本專利第4225898號公報中所記載之醯基膦系起始劑。
作為羥基苯乙酮化合物,例如能夠使用IRGACURE-184、DAROCUR-1173、IRGACURE-500、IRGACURE-2959及IRGACURE-127(商品名稱,均為BASF公司製造)。
作為胺基苯乙酮化合物,例如能夠使用作為市售品之IRGACURE-907、IRGACURE-369或IRGACURE-379EG(商品名稱,均為BASF公司製造)。作為胺基苯乙酮化合物,亦能夠使用吸收波長與波長365nm或波長405nm等長波光源匹配之日本特開2009-191179號公報中所記載之化合物。
作為醯基膦化合物,能夠使用作為市售品之IRGACURE-819或IRGACURE-TPO(商品名稱,均為BASF公司製造)。
・肟化合物
作為光聚合起始劑,肟酯系聚合起始劑(肟化合物)為更佳。
作為肟化合物的具體例,能夠使用日本特開2001-233842號公報中所記載之化合物、日本特開2000-080068號公報中所記載之化合物或日本特開2006-342166號公報中所記載之化合物。
作為肟化合物,例如可以列舉3-苯甲醯氧基亞胺基丁烷-2-酮、3-乙醯氧基亞胺基丁烷-2-酮、3-丙醯氧基亞胺基丁烷-2-酮、2-乙醯氧基亞胺基戊烷-3-酮、2-乙醯氧基亞胺基-1-苯基丙烷-1-酮、2-苯甲醯氧基亞胺基-1-苯基丙烷-1-酮、3-(4-甲苯磺醯氧基)亞胺基丁烷-2-酮、以及2-乙氧基羰氧基亞胺基-1-苯基丙烷-1-酮等。
又,還可列舉J.C.S.PerkinII(1979年)pp.1653-1660、J.C.S.PerkinII(1979年)pp.156-162、JournalofPhotopolymerScienceandTechnology(1995年)pp.202-232、日本特開2000-066385號公報記載的化合物、日本特開2000-080068號公報、日本特表2004-534797號公報及日本特開2006-342166號公報的各公報所記載之化合物等。
在市售品中,IRGACURE-OXE01(BASF公司製造)、IRGACURE-OXE02(BASF公司製造)、IRGACURE-OXE03(BASF公司製造)或IRGACURE-OXE04(BASF公司製造)亦較佳。又,亦能夠使用TR-PBG-304(Changzhou Tronly New Electronic Materials CO.,LTD.製造)、ADEKAARKLSNCI-831、ADEKAARKLSNCI-930(ADEKACORPORATION製造)或N-1919(含有咔唑・肟酯骨架之光起始劑(ADEKACORPORATION製造))。
又,作為上述記載以外的肟化合物,可以使用在咔唑N位上連結有肟之日本特表2009-519904號公報中所記載之化合物;在二苯甲酮部位上導入有雜(hetero)取代基之美國專利第7626957號公報中所記載之化合物;在色素部位導入有硝基之日本特開2010-015025號公報及美國專利公開2009-292039號公報中所記載之化合物;國際公開專利2009-131189號公報中所記載之酮肟化合物;以及在同一分子內含有三口井骨架和肟骨架之美國專利7556910號公報中所記載之化合物;在405nm處具有吸收極大且對g射線光源具有良好的靈敏度之日本特開2009-221114號公報中所記載之化合物;等。
例如,能夠參閱日本特開2013-029760號公報的0274~0275段,該內容編入本說明書中。
具體而言,作為肟化合物,下述式(OX-1)所表示之化合物為較佳。另外,肟化合物可以係N-O鍵為(E)體的肟化合物,亦可以係(Z)體的肟化合物,亦可以係(E)體與(Z)體的混合物。
[化學式14]
式(OX-1)中,R及B分別獨立地表示一價的取代基,A表示二價的有機基,Ar表示芳基。
式(OX-1)中,作為R所表示之一價的取代基,係一價的非金屬原子團為較佳。
作為一價的非金屬原子團,可以列舉烷基、芳基、醯基、烷氧基羰基、芳氧基羰基、雜環基、烷硫基羰基及芳硫基羰基等。又,該等基團可以具有1個以上的取代基。又,前述取代基可以進一步被其他取代基取代。
作為取代基,可以列舉鹵素原子、芳氧基、烷氧基羰基或芳氧基羰基、醯氧基、醯基、烷基及芳基等。
式(OX-1)中,作為B所表示之一價的取代基,芳基、雜環基、芳基羰基或雜環羰基為較佳,芳基或雜環基為更佳。該等基團可具有1個以上的取代基。作為取代基,能夠例示前述取代基。
式(OX-1)中,作為A所表示之二價的有機基,碳數1~12的伸烷基、伸環烷基或伸炔基為較佳。該等基團可具有1個以上的取代基。作為取代基,能夠例示前述取代基。
作為光聚合起始劑,亦能夠使用含有氟原子之肟化合物。作為含有氟原子之肟化合物的具體例,可以列舉日本特開2010-262028號公報中所記載之化合物;日本特表2014-500852號公報中所記載之化合物24、36~40;及日本特開2013-164471號公報中所記載之化合物(C-3);等。該內容編入本說明書中。
作為光聚合起始劑,亦能夠使用下述通式(1)~(4)所表示之化合物。
[化學式15]
[化學式16]
式(1)中,R1 及R2 分別獨立地表示碳數1~20的烷基、碳數4~20的脂環式烴基、碳數6~30的芳基或碳數7~30的芳基烷基,當R1 及R2 為苯基時,苯基彼此可以鍵結而形成茀基,R3 及R4 分別獨立地表示氫原子、碳數1~20的烷基、碳數6~30的芳基、碳數7~30的芳基烷基或碳數4~20的雜環基,X表示直接鍵或羰基。
式(2)中,R1 、R2 、R3 及R4 的含義與式(1)中之R1 、R2 、R3 及R4 的含義相同,R5 表示-R6 、-OR6 、-SR6 、-COR6 、-CONR6 R6 、-NR6 COR6 、-OCOR6 、-COOR6 、-SCOR6 、-OCSR6 、-COSR6 、-CSOR6 、-CN、鹵素原子或羥基,R6 表示碳數1~20的烷基、碳數6~30的芳基、碳數7~30的芳基烷基或碳數4~20的雜環基,X表示直接鍵或羰基,a表示0~4的整數。
式(3)中,R1 表示碳數1~20的烷基、碳數4~20的脂環式烴基、碳數6~30的芳基或碳數7~30的芳基烷基,R3 及R4 分別獨立地表示氫原子、碳數1~20的烷基、碳數6~30的芳基、碳數7~30的芳基烷基或碳數4~20的雜環基,X表示直接鍵或羰基。
式(4)中,R1 、R3 及R4 的含義與式(3)中之R1 、R3 及R4 的含義相同,R5 表示-R6 、-OR6 、-SR6 、-COR6 、-CONR6 R6 、-NR6 COR6 、-OCOR6 、-COOR6 、-SCOR6 、-OCSR6 、-COSR6 、-CSOR6 、-CN、鹵素原子或羥基,R6 表示碳數1~20的烷基、碳數6~30的芳基、碳數7~30的芳基烷基或碳數4~20的雜環基,X表示直接鍵或羰基,a表示0~4的整數。
上述式(1)及式(2)中,R1 及R2 分別獨立地係甲基、乙基、正丙基、異丙基、環己基或苯基為較佳。R3 係甲基、乙基、苯基、甲苯基或二甲苯基為較佳。R4 為碳數1~6的烷基或苯基為較佳。R5 係甲基、乙基、苯基、甲苯基或萘基為較佳。X係直接鍵為較佳。
又,上述式(3)及式(4)中,R1 分別獨立地係甲基、乙基、正丙基、異丙基、環己基或苯基為較佳。R3 係甲基、乙基、苯基、甲苯基或二甲苯基為較佳。R4 係碳數1~6的烷基或苯基為較佳。R5 係甲基、乙基、苯基、甲苯基或萘基為較佳。X係直接鍵為較佳。
作為由式(1)及式(2)表示之化合物的具體例,可列舉日本特開2014-137466號公報的0076~0079段中記載之化合物。該內容編入本說明書中。
以下示出在上述硬化性組成物中較佳地使用之肟化合物的具體例。在下述具體例中,從獲得之硬化膜的剝離抑制性更優異的觀點考慮,由通式(A)表示之肟化合物(以下亦稱為“特定光聚合起始劑”)為較佳。作為特定光聚合起始劑的市售品,可列舉IRGACURE-OXE03(BASF公司製造)。又,作為肟化合物,亦能夠使用國際公開第2015-036910號的表1中所記載之化合物,上述內容被編入本說明書中。
[化學式17]
[化學式18]
肟化合物係在350~500nm的波長區域具有極大吸收波長者為較佳,在360~480nm的波長區域具有極大吸收波長者為更佳,365nm及405nm的波長的吸光度較高者為進一步較佳。
從靈敏度的觀點考慮,肟化合物在365nm或405nm下之莫耳吸光係數係1,000~300,000為較佳,2,000~300,000為更佳,5,000~200,000為進一步較佳。
化合物的莫耳吸光係數能夠使用公知的方法進行測量,例如藉由紫外可視分光光度計(Varian公司製造之Cary-5 spectrophotometer:分光光度計),使用乙酸乙酯溶劑在0.01g/L的濃度下進行測量為較佳。
光聚合起始劑可依據需要組合2種以上來使用。
又,作為光聚合起始劑,亦能夠使用日本特開第2008-260927號公報的0052段、日本特開第2010-097210號公報的0033~0037段、日本特開第2015-068893號公報的0044段中所記載之化合物,上述內容被編入本說明書中。
<聚合抑制劑>
硬化性組成物含有聚合抑制劑。
作為聚合抑制劑並沒有特別限制,能夠使用公知的聚合抑制劑。作為聚合抑制劑,例如可以列舉酚系聚合抑制劑(例如,對甲氧基苯酚、2,5-二-第三丁基-4-甲基苯酚、2,6-二-第三丁基-4-甲基苯酚、4,4’-硫代雙(3-甲基-6-第三丁基苯酚)、2,2’-亞甲基雙(4-甲基-6-第三丁基苯酚)、4-甲氧基萘酚等);對苯二酚系聚合抑制劑(例如,對苯二酚、2,6-二-第三丁基對苯二酚等);醌系聚合抑制劑(例如,苯醌等);自由基(free radical)系聚合抑制劑(例如,2,2,6,6-四甲基哌啶1-氧基自由基、4-羥基-2,2,6,6-四甲基哌啶1-氧基自由基等);硝基苯系聚合抑制劑(例如,硝基苯、4-硝基甲苯等);啡噻嗪系聚合抑制劑(例如,啡噻嗪、2-甲氧基啡噻嗪等);等。
其中,在硬化性組成物具有更加優異的效果之觀點上,酚系聚合抑制劑或自由基系聚合抑制劑為較佳。
聚合抑制劑在與含有硬化性基之樹脂一同使用時其效果顯著。
作為硬化性組成物中的聚合抑制劑的含量沒有特別限制,相對於硬化性組成物的總固體成分,0.0001~0.5質量%為較佳,0.001~0.2質量%為更佳,0.008~0.05質量%為進一步較佳。聚合抑制劑可以單獨使用1種,亦可以併用2種以上。當併用2種以上的聚合抑制劑時,總計含量在上述範圍內為較佳。
又,硬化性組成物中的聚合抑制劑的含量與聚合性化合物的含量的比(聚合抑制劑的含量/聚合性化合物的含量(質量比))大於0.0005為較佳,0.0006~0.02為更佳,0.0006~0.005為進一步較佳。
<界面活性劑>
硬化性組成物可含有界面活性劑。界面活性劑有助於提高硬化性組成物的塗佈性。
當上述硬化性組成物含有界面活性劑時,作為界面活性劑的含量,相對於硬化性組成物的總固體成分,係0.001~2.0質量%為較佳。
界面活性劑可以單獨使用1種,亦可以併用2種以上。當併用2種以上的界面活性劑時,總計量在上述範圍內為較佳。
作為界面活性劑,例如可列舉氟系界面活性劑、非離子系界面活性劑、陽離子系界面活性劑、陰離子系界面活性劑及聚矽氧系界面活性劑等。
例如,藉由硬化性組成物含有氟系界面活性劑,硬化性組成物的溶液特性(尤其係流動性)得到進一步提高。亦即,當使用含有氟系界面活性劑之硬化性組成物來形成膜時,藉由使被塗佈面與塗佈液的界面張力下降而對被塗佈面之潤濕性得到改善,從而對被塗佈面之塗佈性得到提高。因此,即使在以少量的溶液量形成數μm左右的薄膜之情況下,亦能夠更佳地進行厚度不均勻小的均勻厚度的膜形成之觀點上有效。
氟系界面活性劑中的氟含有率係3~40質量%為較佳,5~30質量%為更佳,7~25質量%為進一步較佳。氟含有率在該範圍內的氟系界面活性劑在塗佈膜的厚度的均勻性和/或省液性的觀點上有效,在硬化性組成物中之溶解性亦良好。
作為氟系界面活性劑,例如可列舉MEGAFACE F171、MEGAFACE F172、MEGAFACE F173、MEGAFACE F176、MEGAFACE F177、MEGAFACE F141、MEGAFACE F142、MEGAFACE F143、MEGAFACE F144、MEGAFACE R30、MEGAFACE F437、MEGAFACE F475、MEGAFACE F479、MEGAFACE F482、MEGAFACE F554、MEGAFACE F780及MEGAFACE F781(以上為DIC Corporation製造);Fluorad FC430、Fluorad FC431及Fluorad FC171(以上為Sumitomo 3M Limited製造);Surflon S-382、Surflon SC-101、Surflon SC-103、Surflon SC-104、Surflon SC-105、Surflon SC-1068、Surflon SC-381、Surflon SC-383、Surflon S-393及Surflon KH-40(以上為ASAHI GLASS CO.,LTD.製造);PF636、PF656、PF6320、PF6520及PF7002(OMNOVA Solutions Inc.製造)等。
作為氟系界面活性劑,亦能夠使用嵌段聚合物,作為具體例,例如可以列舉日本特開第2011-089090號公報中所記載之化合物。
<紫外線吸收劑>
硬化性組成物可含有紫外線吸收劑。藉此,能夠將硬化膜的圖案的形狀設為更加優異的(精細的)形狀。
作為紫外線吸收劑,能夠使用水楊酸酯系、二苯甲酮系、苯并三唑系、取代丙烯腈系及三口井系紫外線吸收劑。作為該等的具體例,可使用日本特開2012-068418號公報的0137~0142段(對應之US2012/0068292的0251~0254段)的化合物,該等內容能夠援用並編入本說明書中。
此外,亦能夠較佳地使用二乙基胺基-苯基磺醯基系紫外線吸收劑(DAITO CHEMICAL CO.,LTD.製造,商品名稱:UV-503)等。
作為紫外線吸收劑,可以列舉日本特開2012-032556號公報的0134~0148段中所例示之化合物。
紫外線吸收劑的含量相對於硬化性組成物的總固體成分,0.001~15質量%為較佳。
<矽烷偶合劑>
硬化性組成物可含有矽烷偶合劑。
矽烷偶合劑係指在分子中含有水解性基和其以外的官能基之化合物。另外,烷氧基等水解性基鍵結於矽原子。
水解性基係指直接鍵結於矽原子且能夠藉由水解反應和/或縮合反應產生矽氧烷鍵之取代基。作為水解性基,例如可以列舉鹵素原子、烷氧基、醯氧基及烯氧基。水解性基團含有碳原子時,其碳數為6以下為較佳,4以下為更佳。碳數4以下的烷氧基或碳數4以下的烯氧基為特佳。
又,當在基板上形成硬化膜時,為了提高基板與硬化膜之間的密合性,矽烷偶合劑不含氟原子及矽原子(但是,水解性基所鍵結之矽原子除外)為較佳,不含經氟原子、矽原子(但是,水解性基所鍵結之矽原子除外)、矽原子取代之伸烷基、碳數8以上的直鏈狀烷基及碳數3以上的支鏈狀烷基為較佳。
上述硬化性組成物中的矽烷偶合劑的含量相對於硬化性組成物中的總固體成分,0.1~10質量%為較佳。
上述硬化性組成物可以單獨含有1種矽烷偶合劑,亦可以含有2種以上。當硬化性組成物含有2種以上的矽烷偶合劑時,其總計在上述範圍內即可。
作為矽烷偶合劑,例如可以列舉3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三乙氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷及乙烯基三乙氧基矽烷等。
<溶劑>
硬化性組成物含有溶劑為較佳。
作為溶劑並無特別限制,能夠使用公知的溶劑。
作為硬化性組成物中之溶劑的含量並沒有特別限制,調整為硬化性組成物的固體成分成為10~90質量%為較佳,調整為成為15~50質量%為更佳。另外,固體成分係指除了溶劑以外的成分。
溶劑可以單獨使用1種,亦可以併用2種以上。當併用2種以上的溶劑時,硬化性組成物的總固體成分調整成為上述範圍內為較佳。
作為溶劑,例如可以列舉水及有機溶劑。
作為有機溶劑,例如可以列舉丙酮、甲基乙基酮、環己烷、乙酸乙酯、二氯乙烷、四氫呋喃、甲苯、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇二甲醚、丙二醇單甲醚、丙二醇單乙醚、乙醯基丙酮、環己酮、環戊酮、二丙酮醇、乙二醇單甲醚乙酸酯、乙二醇乙醚乙酸酯、乙二醇單異丙醚、乙二醇單丁醚乙酸酯、3-甲氧基丙醇、甲氧基甲氧基乙醇、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、丙二醇單甲醚乙酸酯、丙二醇單乙醚乙酸酯、3-甲氧基丙基乙酸酯、N,N-二甲基甲醯胺、二甲基亞碸、γ-丁內酯、乙酸丁酯、乳酸甲酯、N-甲基-2-吡咯啶酮及乳酸乙酯等,但並不限定於該等。
[硬化性組成物之製造方法]
關於硬化性組成物,首先,製造使黑色色材分散而成之分散組成物,將所獲得之分散組成物進一步與其他成分進行混合而製成硬化性組成物為較佳。
分散組成物藉由將黑色色材、樹脂B及溶劑進行混合而製備為較佳。又,分散組成物含有聚合抑制劑亦較佳。
上述分散組成物能夠藉由公知的混合方法(例如,使用了攪拌機、均質器、高壓乳化裝置、濕式粉碎機或濕式分散機等之混合方法)混合上述各成分而進行製備。
製備硬化性組成物時,可總括配合各成分,亦可在將各成分分別溶解或分散於溶劑之後依次配合。又,配合時的投入順序及作業條件並無特別限制。
為了去除異物以及減少缺陷等,硬化性組成物用過濾器過濾為較佳。作為過濾器,若為一直用於過濾用途等之過濾器,則能夠無特別限定而使用。例如,可列舉基於PTFE(聚四氟乙烯)等氟樹脂、尼龍等聚醯胺系樹脂以及聚乙烯及聚丙烯(PP)等聚烯烴系樹脂(包含高密度、超高分子量)等之過濾器。在該等材料之中,聚丙烯(包含高密度聚丙烯)、尼龍為較佳。
過濾器的孔徑係0.1~7.0μm為較佳,0.2~2.5μm為更佳,0.2~1.5μm為進一步較佳,0.3~0.7μm為特佳。藉由設為該範圍,能夠抑制顏料的過濾堵塞之同時,可靠地去除顏料中所包含之雜質及凝聚物等微細的異物。
使用過濾器時,亦可組合不同的過濾器。此時,藉由第1過濾器的過濾可以僅進行1次,亦可進行2次以上。當組合不同之過濾器而進行2次以上過濾時,第2次以後的孔徑大於或等於第1次過濾的孔徑為較佳。又,亦可組合在上述範圍內不同之孔徑的第1過濾器。此處的孔徑能夠參閱過濾器製造商的標稱值。作為市售的過濾器,例如能夠從Nihon Pall Ltd.、Advantec Toyo Kaisha, Ltd.、Nihon Entegris K.K.(原Nippon micro squirrel Co., Ltd.)及KITZ MICROFILTER CORPORATION等所提供之各種過濾器中選擇。
第2過濾器能夠使用由與上述第1過濾器相同的材料等形成之過濾器。第2過濾器的孔徑係0.2~10.0μm為較佳,0.2~7.0μm為更佳,0.3~6.0μm為進一步較佳。
硬化性組成物不含金屬、含鹵素之金屬鹽、酸、鹼等雜質為較佳。作為該等材料中所含之雜質的含量,1ppm以下為較佳,1ppb以下為更佳,100ppt以下為進一步較佳,10ppt以下為特佳,實質上不含(測量裝置的檢測極限以下)為最佳。
另外,上述雜質能夠藉由感應耦合電漿質量分析裝置(Yokogawa Analytical Systems, Inc.製造,Agilent 7500cs型)進行測量。
[製造硬化膜之順序]
能夠使使用上述硬化性組成物而形成之硬化性組成物層(組成物層)硬化來獲得圖案狀的硬化膜。
作為硬化膜之製造方法並無特別限制,含有以下製程為較佳。
·硬化性組成物層形成製程
·曝光製程
·顯影製程
以下,對各製程進行說明。
<硬化性組成物層形成製程>
硬化性組成物層形成製程係利用上述硬化性組成物形成硬化性組成物層之製程。作為利用硬化性組成物形成硬化性組成物層之製程,例如,可以列舉在基板上塗佈硬化性組成物來形成硬化性組成物層之製程。
基板的種類並無特別限制,當用作固體攝像元件時,例如可以舉出矽基板,當用作濾色器(包含固體攝像元件用濾色器)時,可以舉出玻璃基板等。
作為將硬化性組成物塗佈於基板上之方法,能夠適用旋塗(spin coat)、狹縫塗佈、噴墨、噴霧塗佈、旋轉塗佈、流延塗佈、輥塗佈及網版印刷法等各種塗佈方法。
塗佈於基板上之硬化性組成物通常在70~150℃且1~4分鐘左右的條件下進行乾燥而形成硬化性組成物層。
<曝光製程>
在曝光製程中,藉由向在硬化性組成物層形成製程中形成之硬化性組成物層照射光化射線或放射線而進行曝光,並使被光照射之硬化性組成物層硬化。
作為光照射的方法並無特別限制,經由具有圖案狀的開口部之光罩進行光照射為較佳。
藉由使用本發明的硬化性組成物,能夠抑制由所照射之光的衍射和/或散射等而產生之硬化膜的線寬穩定性的劣化。尤其,由於在接近式曝光中容易產生衍射光的影響,因此使用本發明的硬化性組成物之優點大。
曝光藉由放射線的照射進行為較佳,作為能夠在曝光時使用之放射線,尤其g射線、h射線及i射線等紫外線為較佳,作為光源,高壓水銀燈為較佳。照射強度係5~1500mJ/cm2 為較佳,10~1000mJ/cm2 為更佳。
另外,硬化性組成物含有熱聚合起始劑時,在上述曝光製程中,可以加熱硬化性組成物層。作為加熱的溫度並無特別限制,80~250℃為較佳。又,作為加熱的時間並無特別限制,30~300秒鐘為較佳。
另外,在曝光製程中,加熱硬化性組成物層時,可以兼用作後述後加熱製程。換言之,在曝光製程中,加熱硬化性組成物層時,硬化膜的製造方法可以不含有後加熱製程。
<顯影製程>
接著曝光製程,進行顯影處理(顯影製程),使曝光製程中的光未照射部分溶出於顯影液。藉此,只殘留有光硬化之部分。
作為顯影液,可以使用鹼顯影液。此時,使用有機鹼顯影液為較佳。作為顯影溫度,通常為20~30℃,顯影時間為20~90秒鐘。
作為鹼性水溶液(鹼顯影液),可列舉無機鹼顯影液及有機鹼顯影液。
作為無機鹼顯影液,可列舉以濃度成為0.001~10質量%(較佳為0.005~0.5質量%)之方式溶解氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、矽酸鈉及甲基矽酸鈉等鹼性化合物而得之鹼性水溶液。
又,作為有機鹼顯影液,可列舉以濃度成為0.001~10質量%(較佳為0.005~0.5質量%)之方式溶解氨水、乙胺、二乙胺、二甲基乙醇胺、氫氧化四甲基銨、四乙基氫氧化銨、四丙基氫氧化銨、四丁基氫氧化銨、苄基三甲基氫氧化銨、膽鹼、吡咯、哌啶及1,8-二氮雜雙環-[5,4,0]-7-十一碳烯等鹼性化合物而得之鹼性水溶液。
鹼性水溶液中,例如,還能夠添加適量的甲醇、乙醇等水溶性有機溶劑和/或界面活性劑等。另外,當使用包括該種鹼性水溶液之顯影液時,通常在顯影後用純水清洗(沖洗)硬化膜。
此外,硬化膜之製造方法可含有其他製程。
作為其他製程,並無特別限制,能夠依據目的適當選擇。
作為其他製程,例如,可以舉出基材的表面處理製程、前加熱製程(預烘烤製程)、後加熱製程(後烘烤製程)等。
作為上述硬化膜的製造方法,在曝光製程與顯影製程之間含有對曝光後的硬化性組成物層進行加熱之製程(後加熱製程)為較佳。
上述前加熱製程及後加熱製程中的加熱溫度係80~250℃為較佳。
上限係200℃以下為更佳,150℃以下為進一步較佳。下限係90℃以上為更佳。
前加熱製程及後加熱製程中的加熱時間係30~300秒鐘為較佳。上限係240秒鐘為更佳,180秒鐘以下為進一步較佳。下限係60秒鐘以上為更佳。
[硬化膜的物性及硬化膜的用途]
<硬化膜的物性>
關於使用本發明的硬化性組成物獲得之硬化膜,就具有優異的遮光性之觀點而言,在400~1200nm的波長區域中之每1.0μm膜厚的光學濃度(OD:Optical Density,光學密度)係2.0以上為較佳,3.0以上為更佳。另外,上限值並無特別限制,通常10以下為較佳。上述硬化膜能夠較佳地用作遮光膜。
又,本說明書中,在400~1200nm的波長區域中之每1.0μm膜厚的光學濃度為3.0以上係指,在波長400~1200nm的整個區域中,每1.0μm膜厚的光學濃度為3.0以上。
另外,在本說明書中,作為硬化膜的光學濃度的測量方法,首先,在玻璃基板上形成硬化膜,利用透過濃度計(X-rite 361T(visual)densitometer)進行測量,還測量測量部位的膜厚,計算每特定膜厚的光學濃度。
又,上述硬化膜具有表面凹凸結構亦較佳。藉此,能夠降低在將硬化膜作為遮光膜時的硬化膜的反射率。即使在硬化膜其本身的表面具有凹凸結構,亦可在硬化膜上設置另外的層而賦予凹凸結構。表面凹凸結構的形狀並沒有特別限定,表面粗糙度在0.55μm以上且1.5μm以下的範圍為較佳。
硬化膜的反射率小於7%為較佳,小於5%為更佳,小於3%為進一步較佳。
製作表面凹凸結構之方法並無特別限定。例如,如上所述,即使將硬化性組成物中的聚合性化合物所含有之乙烯性不飽和基的數量調整為規定的範圍,亦能夠將硬化膜的表面適當地粗糙化,從而獲得表面凹凸結構。
除此以外,可以係藉由使硬化膜或其以外的層含有有機填料(filler)和/或無機填料之方法、利用了曝光顯影之微影法或蝕刻法、濺射法及奈米壓印法等將硬化膜或其以外的層的表面進行粗面化之方法。
又,作為降低上述硬化膜的反射率之方法,除了上述以外,還可列舉在硬化膜上設置低折射率層之方法、進一步設置複數個折射率不同之層(例如高折射率層)之方法、及日本特開2015-001654號公報中記載之、形成低光學濃度層和高光學濃度層之方法等。
又,上述硬化膜適合於個人計算機、平板電腦、行動電話、智慧型手機及數位相機等可攜式設備;列印複合機及掃描器等OA(Office Automation:辦公室自動化)設備;監控相機、條碼讀取器(barcode reader)、自動櫃員機(ATM:automated teller machine)、高速相機及具有使用了面部圖像認證之本人認證功能之設備等產業用設備;車載用相機設備;內視鏡、膠囊式內視鏡(capsule endoscope)及導管(catheter)等醫療用相機設備;以及,生物體感測器、生物感測器(biosensor)、軍事偵察用相機、三維地圖用相機、氣象及海洋觀測相機、陸地資源探查相機、以及宇宙的天文及深太空目標用的探查相機等宇宙用設備;等中所使用之濾光片及模組的遮光構件及遮光膜、以及防反射構件及防反射膜。
上述硬化膜亦能夠用於微LED(Light Emitting Diode:發光二極體)及微OLED(Organic Light Emitting Diode:有機發光二極體)等用途。上述硬化膜除了微LED及微OLED中所使用之濾光片及光學膜以外,對賦予遮光功能或防反射功能之構件亦係適合的。
作為微LED及微OLED的例子,可以列舉日本特表2015-500562號及日本特表2014-533890中所記載者。
上述硬化膜亦適合作為量子點感測器及量子點固體攝像元件中使用之濾光器及光學膜。又,適合作為賦予遮光功能及防反射功能之構件。作為量子點感測器及量子點固體攝像元件的例子,可列舉美國專利申請公開第2012/0037789號及國際公開第2008/131313號小冊子所記載者等。
上述硬化膜用於汽車等車輛用前照燈中所使用之頭燈單元的遮光構件和/或遮光膜亦為較佳。又,用於防反射構件及防反射膜等亦為較佳。
<遮光膜、光學元件、以及固體攝像元件及固體攝像裝置>
使用本發明的硬化性組成物而獲得之硬化膜用作所謂的遮光膜亦較佳。該種遮光膜用於固體攝像元件亦較佳。
另外,遮光膜係使用本發明的硬化性組成物而獲得之硬化膜中的較佳形態之一。亦即,本發明的硬化膜為遮光膜亦較佳。
作為遮光膜之硬化膜的製造方法與作為上述硬化膜的製造方法進行說明之方法相同地進行。具體而言,在基板上塗佈硬化性組成物,形成硬化性組成物層,進行曝光及顯影而能夠製造遮光膜。
本發明還含有光學元件的發明。本發明的光學元件係具有上述硬化膜(遮光膜)之光學元件。作為光學元件,例如,可列舉相機、雙筒望遠鏡、顯微鏡及半導體曝光裝置等光學設備中所使用之光學元件。
其中,上述光學元件係搭載於例如相機等之固體攝像元件為較佳。
如上所述,本發明的固體攝像元件含有上述硬化膜(遮光膜)。作為固體攝像元件含有硬化膜(遮光膜)之形態並沒有特別限制,例如可以列舉在基板上具有包括構成固體攝像元件(CCD影像感測器、CMOS影像感測器等)的受光區之複數個光二極體及多晶矽(polysilicon)等之受光元件,並且在支撐體的受光元件形成面側(例如,受光部以外的部分和/或顏色調整用像素等)或形成面的相反側具有硬化膜者。
固體攝像裝置含有上述固體攝像元件。
參閱圖1及圖2,對固體攝像裝置及固體攝像元件的結構例進行說明。此外,圖1及圖2中,為了使各部明確,無視彼此的厚度和/或寬度的比例,放大顯示一部分。
如圖1所示,固體攝像裝置100具備:矩形狀的固體攝像元件101;及透明的蓋玻璃103,其保持於固體攝像元件101的上方,密封該固體攝像元件101。而且,該蓋玻璃103上,經由間隔物104重疊設置有透鏡層111。透鏡層111由支撐體113及透鏡材料112構成。透鏡層111可以係支撐體113與透鏡材料112一體成型之結構。若雜散光入射於透鏡層111的周緣區域,則由於光的擴散,藉由透鏡材料112的聚光的效果減弱,到達攝像部102之光減少。又,還產生雜散光引起之雜訊。故,該透鏡層111的周緣區域設置有遮光膜114來進行遮光。使用本發明的硬化性組成物而獲得之硬化膜亦能夠用作上述遮光膜114。
固體攝像元件101對藉由成為其受光面之攝像部102成像之光學圖像進行光電轉換來作為圖像信號而輸出。該固體攝像元件101具備積層有2片基板之積層基板105。積層基板105包含相同尺寸的矩形狀的晶片基板106及電路基板107,在晶片基板106的背面積層有電路基板107。
作為用作晶片基板106之基板的材料並沒有特別限制,能夠使用公知的材料。
在晶片基板106的表面中央部設置有攝像部102。又,若攝像部102的周緣區域入射有雜散光,則從該周緣區域內的電路產生暗電流(雜訊),故,該周緣區域設置有遮光膜115來進行遮光。使用硬化性組成物而獲得之硬化膜用作遮光膜115為較佳。
在晶片基板106的表面緣部設置有複數個電極墊108。電極墊108經由設置於晶片基板106的表面之未圖示的信號線(鍵結線亦可),與攝像部102電性連接。
在電路基板107的背面,在各電極墊108的大致下方位置分別設置有外部連接端子109。各外部連接端子109經由垂直地貫穿積層基板105之貫穿電極110,分別與電極墊108連接。又,各外部連接端子109經由未圖示的配線,與控制固體攝像元件101的驅動之控制電路及對從固體攝像元件101輸出之攝像信號實施圖像處理之圖像處理電路等連接。
如圖2所示,攝像部102由受光元件201、濾色器202、微透鏡203等設置於基板204上之各部構成。彩色濾光片202具有藍色像素205b、紅色像素205r、綠色像素205g及黑矩陣205bm。使用本發明的硬化性組成物而獲得之硬化膜能夠用作黑矩陣205bm。
作為基板204的材料,能夠使用與前述晶片基板106相同之材料。在基板204的表層形成有p孔層206。在該p孔層206內,以正方格子狀排列形成有包含n型層且藉由光電轉換生成信號電荷並蓄積之受光元件201。
在受光元件201的一側,經由p孔層206的表層的讀出閘極部207,形成有包含n型層之垂直轉移路徑208。又,在受光元件201的另一側,經由包含p型層之元件分離區域209,形成有屬於相鄰像素之垂直轉移路徑208。讀出閘極部207係用於將蓄積在受光元件201之信號電荷讀出至垂直轉移路徑208之信道區域。
在基板204的表面上,形成有包含ONO(Oxide-Nitride-Oxide)膜之閘極絕緣膜210。在該閘極絕緣膜210上,以覆蓋垂直轉移路徑208、讀出閘極部207及元件分離區域209的大致正上方之方式,形成有包括多晶矽或非晶矽之垂直轉移電極211。垂直轉移電極211作為驅動垂直轉移路徑208來進行電荷轉移之驅動電極及驅動讀出閘極部207來進行信號電荷讀出之讀出電極而發揮作用。信號電荷從垂直轉移路徑208依次轉移至未圖示的水平轉移路徑及輸出部(浮動擴散放大器)之後,作為電壓信號來輸出。
在垂直轉移電極211上,以覆蓋其表面之方式形成有遮光膜212。遮光膜212在受光元件201的正上方位置具有開口部,對除此以外的區域進行遮光。使用本發明的硬化性組成物而獲得之硬化膜亦能夠用作遮光膜212。
在遮光膜212上,設置有包含如下之透明的中間層:包含BPSG(borophospho silicate glass)之絕緣膜213、包含P-SiN之絕緣膜(鈍化膜)214、包含透明樹脂等之平坦化膜215。濾色器202形成於中間層上。
<黑矩陣>
使用本發明的硬化性組成物而獲得之硬化膜含於黑矩陣中為較佳。黑矩陣有時含於彩色濾光片、固體攝像元件及液晶顯示裝置等圖像顯示裝置中。
作為黑矩陣,可以列舉在上述中已說明者;設置於液晶顯示裝置等圖像顯示裝置的周緣部之黑色的緣部;紅色、藍色及綠色像素間的格子狀和/或條狀的黑色部分;用於TFT(thin film transistor:薄膜電晶體)遮光之點狀和/或線狀的黑色圖案;等。對於該黑矩陣的定義,例如,菅野泰平著、“液晶顯示器製造裝置用語辭典”、第2版、NIKKAN KOGYO SHIMBUN,LTD.、1996年、p.64中有記載。
由於黑矩陣提高顯示對比度,並且在使用薄膜晶體管(TFT)之有源矩陣驅動方式的液晶顯示裝置之情況下,防止光的電流洩露引起之畫質下降,故具有較高遮光性(光學濃度OD為3以上)為較佳。
作為黑矩陣之製造方法,並無特別限制,能夠藉由與上述硬化膜之製造方法相同的方法製造。具體而言,能夠藉由在基板上塗佈硬化性組成物而形成硬化性組成物層,並進行曝光及顯影而製造圖案狀的硬化膜(黑矩陣)。此外,作為用作黑矩陣之硬化膜的膜厚,0.1~4.0μm為較佳。
作為上述基板的材料,並無特別限制,相對於可見光(波長400~800nm),具有80%以上的透射率為較佳。作為該種材料,具體而言,例如可以列舉:鈉鈣玻璃、無鹼玻璃、石英玻璃及硼矽酸玻璃等玻璃;聚酯系樹脂及聚烯烴矽樹脂等塑膠;等,從耐化學性及耐熱性的觀點考慮,無鹼玻璃或石英玻璃等為較佳。
<濾色器>
使用本發明的硬化性組成物獲得之硬化膜含於濾色器中亦較佳。
作為濾色器含有硬化膜之形態,並無特別限制,可以列舉具備基板及上述黑矩陣之濾色器。亦即,能夠例示具備形成於在基板上所形成之上述黑矩陣的開口部之紅色、綠色及藍色的著色像素之濾色器。
含有黑矩陣(硬化膜)之彩色濾光片例如能夠藉由以下方法進行製造。
首先,在形成於基板上之圖案狀的黑矩陣的開口部形成含有與濾色器的各著色像素相對應之顏料之樹脂組成物的塗膜(樹脂組成物層)。另外,作為各顏色用樹脂組成物,並無特別限制,能夠使用公知的樹脂組成物,但在本說明書中所說明之硬化性組成物中,可以使用將黑色顏料替換為與各像素對應之著色劑者。
接著,經由具有與黑矩陣的開口部對應之圖案之光罩對樹脂組成物層進行曝光。接著,藉由顯影處理來去除未曝光部之後,進行烘烤,藉此能夠在黑矩陣的開口部形成著色像素。例如利用含有紅色、綠色及藍色顏料之各顏色用樹脂組成物進行一系列操作,藉此能夠製造具有紅色、綠色及藍色像素之濾色器。
如上述的濾色器例如用於液晶顯示裝置亦較佳。
此外,使用本發明的硬化性組成物而獲得之硬化膜(遮光膜)的用途並無限制,例如可以使用紅外線感測器。
[實施例]
以下,依據實施例對本發明進行更詳細說明。以下實施例所示之材料、使用量、比例、處理內容及處理步驟等只要不脫離本發明的主旨,則能夠適當進行變更。因此,本發明的範團並非應由以下所示之實施例限定性地解釋。
[硬化性組成物的製備]
使用以下所示之成分製備了硬化性組成物。
<分散組成物及黑色染料溶液>
製作以下分散組成物(分散液)及黑色染料溶液,用於製備硬化性組成物。
(A-1:鈦黑分散液(A-1))
使用以下所示之原料獲得了鈦黑分散液(A-1)。
・鈦黑(a-1)(詳細內容在後面進行敘述)
・樹脂(X-1)(相當於樹脂B)
・PGMEA(丙二醇單甲醚乙酸酯)
上述樹脂(X-1)的結構如下所述。酸值為58,重量平均分子量為32000。又,附加在各重複單元之數字表示各單元的莫耳比。
[化學式19]
相對於鈦黑(a-1)(20質量份)添加樹脂(X-1)(5.5質量份),進一步添加PGMEA,以使固體成分濃度成為35質量%。
藉由攪拌機,對所獲得之分散物充分地進行攪拌,並進行了預混合。使用SHINMARU ENTERPRISES CORPORATION製的NPM Pilot在下述分散條件下對所獲得之分散物進行分散處理,獲得了鈦黑分散液(A-1)。
(分散條件)
·珠徑:φ0.05mm
・珠填充率:65體積%
·研磨圓周速度:10m/sec
・分離器圓周速度:11m/s
·進行分散處理之混合液量:15.0g
·循環流量(泵供給量):60kg/hour
·處理液溫度:20~25℃
・冷卻水:水道水5℃
·珠磨機環狀通路內容積:2.2L
·道次(pass)數:84道次
・鈦黑(a-1)的製作
稱量平均粒徑15nm的氧化鈦MT-150A(商品名稱,TAYCA CORPORATION製造)(100g)、BET表面積300m2 /g的二氧化矽粒子AEROSIL(註冊商標)300/30(Evonik Industries製造)(25g)、及分散劑DISPERBYK-190(商品名稱,BYK公司製造)(100g),添加離子電交換水(71g)並使用KURABO製的MAZERSTAR KK-400W,在公轉轉速1360rpm、自轉轉速1047rpm下處理20分鐘,從而獲得了均勻的混合物水溶液。將該水溶液填充到石英容器中,使用小型旋轉窯(Motoyama Co.,Ltd.製造)在氧氣氛中加熱至920℃之後,用氮取代氣氛,並在相同溫度下以100mL/min流通氨氣5小時來實施了氮化還原處理。結束後將回收之粉末用研缽粉碎,獲得了含有Si原子且粉末狀的比表面積73m2 /g的鈦黑(a-1)。
(A-2:碳黑分散液(A-2))
使用以下所示之原料獲得了碳黑分散液(A-2)。
・塗覆碳黑(詳細內容將在後面進行敘述)
・樹脂(X-1)(相當於樹脂B,與用於製備鈦黑分散液(A-1)者相同)
・SOLSPERSE12000(顏料衍生物,The Lubrizol Corporation製造)
・PGMEA:(丙二醇單甲醚乙酸酯)
對塗覆碳黑(20質量份)添加樹脂(X-1)(4.5質量份)及SOLSPERSE12000(1質量份),進一步添加了PGMEA以使固體成分濃度成為35質量%。
藉由攪拌機,對所獲得之混合物充分地進行攪拌,而進行預混合。進而,針對分散物,使用KOTOBUKI KOGYOU CO.,LTD.製的ULTRA APEX MILL UAM015在下述分散條件下進行分散處理而獲得了分散組成物。分散結束後,藉由過濾器而將微珠與分散液分離,從而製備了碳黑分散液(A-2)。
(分散條件)
·珠徑:φ0.05mm
·珠填充率:75體積%
·研磨圓周速度:8m/sec
·進行分散處理之混合液量:500g
·循環流量(泵供給量):13kg/hour
·處理液溫度:25~30℃
·冷卻水:水道水
·珠磨機環狀通路內容積:0.15L
·道次(pass)數:90道次
・塗覆碳黑的製作
藉由通常的油爐法製造了碳黑。其中,作為原料油,使用Na分量、Ca分量及S分量少的乙烯焦油,並利用氣體燃料進行了燃燒。進而,作為反應停止水,使用了藉由離子交換樹脂進行處理而得之純水。
使用均質混合器將所獲得之碳黑(540g)與純水(14500g)一同以5,000~6,000rpm攪拌30分鐘獲得了漿料。將該漿料轉移到帶螺桿式攪拌器之容器中,一邊以約1,000rpm進行混合,一邊一點點地添加了溶解有環氧樹脂“Epikote828”(Japan Epoxy Resins Co.,Ltd.製造)(60g)之甲苯(600g)。在約15分鐘,分散於水中之碳黑全部轉移到甲苯側,成為約1mm的粒子。
接著,利用60網目(mesh)金屬絲網去除水後,將分離之顆粒放入真空乾燥機,於70℃下乾燥7小時,而去除了甲苯和水。所獲得之塗覆碳黑的樹脂塗覆量相對於碳黑與樹脂的總計量係10質量%。
(A-3:黑色染料溶液(A-3))
使用下述所示的原料獲得了黑色染料溶液(A-3)。
・VALIFAST BLACK 3804(黑色染料,ORIENT CHEMICAL INDUSTRIES CO., LTD.製造)
・PGMEA(丙二醇單甲醚乙酸酯)
在VALIFAST BLACK 3804(ORIENT CHEMICAL INDUSTRIES CO., LTD.製造)(26.8質量份)中添加PGMEA(73.2質量份),藉由使其溶解而製備了黑色染料溶液(A-3)。
<樹脂(樹脂溶液)>
將含有由下述結構1或結構2表示之樹脂之樹脂溶液(B-1)~(B-9)用於硬化性組成物的製備。
結構式中,附加在各重複單元之數字(X及Y亦設為數字)係指各重複單元的樹脂中的含量(莫耳比)。
結構1的樹脂中,適當地改變了X及Y之比,以使各樹脂的酸值成為表1所示之值。
[化學式20]
[化學式21]
將樹脂溶液(B-1)~(B-9)中含有之樹脂的結構以及其分子量及酸值示於下述表中。
又,樹脂溶液中含有之樹脂與溶劑(PGMEA)的含量的比例(質量比)亦示於下述表中。
樹脂溶液(B-1)~(B-5)所含有之樹脂相當於樹脂A。
[表1]
<光聚合起始劑>
將以下光聚合起始劑用於硬化性組成物的製備中。
・C-1:IRGACURE OXE-03(BASF公司製造)
・C-2:IRGACURE OXE-02(BASF公司製造)
・C-3:IRGACURE 369(BASF公司製造)
另外,上述光聚合性化合物內,C-1及C-2為肟酯系聚合起始劑。
又,C-1具有以下所示之結構。
[化學式22]
<聚合性化合物>
將以下聚合性化合物用於硬化性組成物的製備中。
・D-1:由“C-(CH2 OOC-CH=CH24 ”表示之化合物。(4官能,雙鍵當量11.3mmol/g)
・D-2:下述化合物(5~6官能,雙鍵當量10.1mmol/g)
・D-3:下述化合物(4官能,雙鍵當量7.6mmol/g)
上述“官能”的值表示聚合性化合物1分子所具有之乙烯性不飽和基的數。
另外,D-2係5官能的聚合性化合物與6官能的聚合性化合物混合,其混合比為5官能的聚合性化合物/6官能的聚合性化合物=30/70(質量比)。作為D-2整體的雙鍵當量(6官能的聚合性化合物及5官能的聚合性化合物的、雙鍵當量的加權平均的值)為10.1mmol/g。
[化學式23]
<界面活性劑>
將以下界面活性劑用於硬化性組成物的製備中。
・E-1:由下述結構式表示之界面活性劑
另外,附加在下述結構式中的各重複單元之數字表示各重複單元的莫耳比。又,結構式中,m1 =17、m2 =17、l1 +n1 =14、l2 +n2 =14。重量平均分子量為15000。
[化學式24]
<聚合抑制劑>
將以下聚合抑制劑用於硬化性組成物的製備中。
・p-甲氧基苯酚
<溶劑>
將以下溶劑用於硬化性組成物的製備中。
・環己酮
將上述成分混合,從而製備了各實施例或各比較例中使用之硬化性組成物。
[試驗]
<線寬的測量(線寬穩定性)>
藉由旋塗法將剛製備後的硬化性組成物塗佈於玻璃基板上,以曝光後的膜厚成為1.7μm的方式形成了塗膜。在100℃下進行120秒鐘的預烘烤之後,針對所獲得之硬化性組成物層,利用UX-1000SM-EH04(USHIO INC.製造),並使用高壓水銀燈(燈功率50mW/cm2 ),藉由經由開口線寬50μm的線與空間圖案的遮罩的的接近方式進行了曝光(接近曝光)。
此時,調整曝光量,以使顯影後獲得之圖案的線部的寬度(線寬)的平均值(100點的平均值)成為50μm。
曝光後,使用顯影裝置(AD-1200,Mikasa Corporation製造),藉由覆液法用顯影液(CD-2060,FUJIFILM Electronic Materials Co.,Ltd.製造)進行了15秒鐘的顯影。進而,利用噴淋噴嘴用純水清洗30秒鐘,從而在基板上形成了圖案狀的硬化膜(簡稱為“圖案”)。
使用光學顯微鏡測量(100點)圖案的線寬,並藉由以下觀點對線寬的偏差(3σ)進行了評價。
A:線寬的偏差為4μm以下
B:線寬的偏差大於4μm且8μm以下
C:線寬的偏差大於8μm超
<底切寬度的測量(底切抑制性)>
以與線寬的測量的試驗相同的方式在基板上形成了圖案。
利用掃描型電子顯微鏡(SEM,S-4800(Hitachi High-Technologies Corporation))觀察圖案的截面SEM圖像,測量底切寬度,藉由以下觀點進行了評價。
A:底切寬度小於1.2μm,係沒有問題之等級
B:底切寬度為1.2μm以上且小於1.8μm,係實用上沒有問題之等級
C:底切寬度為1.8μm以上,係實用上有問題之等級
<剝離的測量(剝離抑制性)>
以與線寬的測量的試驗相同的方式在基板上形成了圖案。
利用光學顯微鏡觀察圖案的表面的顯微鏡圖像,關於有無圖案剝離,藉由以下觀點進行了評價。
A:在整個圖案中未發現剝離,係沒有問題之等級
B:在一部分圖案中發現剝離,係實用上沒有問題之等級
C:圖案的大部分被剝離,係實用上有問題之等級
<殘渣的測量(殘渣抑制性)>
以與線寬的測量的試驗相同的方式在基板上形成了圖案。
利用掃描型電子顯微鏡(S-4800(Hitachi High-Technologies Corporation))觀察基板上的、在顯影製程中去除硬化性組成物層的部位,並藉由以下觀點進行了評價。
A:完全沒有發現殘渣,係沒有問題之等級
B:發現一部分殘渣,係實用上沒有問題之等級
C:發現許多殘渣,係實用上有問題之等級
<反射率的評價>
曝光時未使用遮罩照射光,除此以外,以與線寬的測量的試驗相同的方式製作了基板上具有硬化膜之硬化膜形成基板。
由使用JASCO Corporation製分光器(產品名稱:V7200,併用絕對反射率測量單元),對所製作之硬化膜形成基板以角度5°的入射角入射波長500nm的光並進行了測量而得之反射率,藉由以下觀點進行了評價。反射率小的一方為較佳。
A:反射率小於3%,係沒有問題之等級
B:反射率為3%以上且小於5%,係實用上沒有問題之等級
C:反射率為5%以上且小於7%,係實用上沒有問題之等級
D:反射率為7%以上,係使用上有問題之等級
<反射率的變化率的評價(反射率的經時穩定性)>
將製備後的硬化性組成物在23℃下保存10天之後,進一步在7℃下保存了90天。除了使用該種保存處理後的硬化性組成物這一點以外,以與上述相同的方式進行反射率的評價,由所獲得之結果藉由下述式計算反射率的變化率,按以下基準對反射率的經時穩定性進行了評價。反射率的變化率小的一方為較佳。
(式)(反射率的變化率)=(((使用保存處理後的硬化性組成物形成之硬化膜的反射率)-(使用保存處理前的硬化性組成物形成之硬化膜的反射率))/(使用保存處理前的硬化性組成物形成之硬化膜的反射率))×100(%)
A:反射率的變化率小於5%,係沒有問題之等級。
B:反射率的變化率為5%以上,係有問題之等級。
<線寬的變化率的評價(線寬的經時穩定性)>
將製備後的硬化性組成物在23℃下保存10天之後,進一步在7℃下保存了90天。
使用該種保存處理後的硬化性組成物,以與線寬的測量的試驗相同的方式形成了圖案。但是,在此,以與使用保存處理前的硬化性組成物形成線寬50μm的圖案時的曝光量相同的曝光量進行了曝光。
將在100點測量所獲得之圖案的線寬而得之平均值作為使用保存處理後的硬化性組成物而形成之圖案的線寬。
由所獲得之結果藉由下述式計算線寬的變化率,並按以下基準對線寬的經時穩定性進行了評價。線寬的變化率小的一方為較佳。
(式)(線寬的變化率)=(((使用保存處理後的硬化性組成物形成之圖案的線寬)-(使用保存處理前的硬化性組成物形成之圖案的線寬))/(使用保存處理前的硬化性組成物形成之線圖案的線寬))×100(%)
A:線寬的變化率小於5%,係沒有問題之等級。
B:線寬的變化率為5%以上,係有問題之等級。
[結果]
下述表中示出各實施例及比較例中使用之硬化性組成物的摻合以及試驗結果。
另外,比較例1及比較例4的化合物中,無法形成圖案。
表中,“含量”欄表示各硬化性組成物中的各成分的含量(質量%)。作為溶劑的含量的“剩餘部分”的記載表示添加了表中記載之各成分的含量的總計成為100所需之量的溶劑。
例如,表示實施例1的硬化性組成物含有63質量%的鈦黑分散液(A-1)。
“樹脂的酸值”欄表示硬化性組成物中使用之樹脂溶液所含有之樹脂的酸值。
“樹脂的分子量”欄表示硬化性組成物中使用之樹脂溶液所含有之樹脂的重量平均分子量。
“樹脂B”欄表示硬化性組成物是否含有樹脂B。將滿足上述必要條件之情況設為A,將不滿足之情況設為B。
“肟系光聚合起始劑”欄表示硬化性組成物所含有之光聚合起始劑是否為肟酯系聚合起始劑。將滿足上述必要條件之情況設為A,將不滿足之情況設為B。
“特定光聚合起始劑”欄表示硬化性組成物所含有之光聚合起始劑是否為特定聚合起始劑。將滿足上述必要條件之情況設為A,將不滿足之情況設為B。
“黑色色材的種類”欄表示硬化性組成物所含有之黑色色材的種類。TB係指鈦黑(氮化鈦),CB係指碳黑,黑染料係指黑色染料。
“聚合性化合物的官能基數”欄表示硬化性組成物所含有之聚合性化合物所具有之乙烯性不飽和基的數。
[表2]
確認到,若使用本發明的硬化性組成物,則能夠形成線寬穩定性優異的硬化膜(含有圖案狀硬化膜)。
又,不含有聚合抑制劑之比較例5的硬化性組成物中,關於所獲得之硬化膜的線寬的經時穩定性沒有問題,但另一方面對於反射率的經時穩定性有問題。與此相對,關於含有聚合抑制劑之本發明的硬化性組成物,所獲得之硬化膜的反射率的經時穩定性亦良好。
確認到,硬化性組成物含有樹脂B時,硬化膜的反射率更優異(實施例5與實施例6的比較)。
確認到,當使用黑色顏料作為黑色色材時,硬化膜的反射率更優異(實施例5與實施例6的比較),此外,黑色顏料為鈦黑(鈦氮化物)時,硬化膜的剝離抑制性更優異(實施例1與實施例5的比較)。
確認到,滿足必要條件1之樹脂A的酸值為170~300mgKOH/g時,硬化膜的線寬穩定性、底切抑制性及反射率更優異(實施例1與實施例8的比較)。
確認到,滿足必要條件2之樹脂A的重量平均分子量為6500以下時,硬化膜的殘渣抑制性更優異(實施例9與實施例10的比較),為3000~5000時,硬化膜的線寬穩定性、底切抑制性及反射率更優異(實施例1與實施例9的比較)。
確認到,光聚合性化合物為肟系光聚合起始劑時,硬化膜的線寬穩定性及底切抑制性更優異(實施例3與實施例12的比較),為特定光聚合起始劑時,硬化膜的剝離抑制性更優異(實施例1與實施例3的比較)。
確認到,聚合性化合物所具有之乙烯性不飽和基的數為4個時,硬化膜的反射率更優異(實施例7與其他實施例的比較),此外,聚合性化合物的雙鍵當量為11.0mmol/g以上時,硬化膜的線寬穩定性、底切抑制性、剝離抑制性及反射率更優異(實施例1與實施例11的比較)。
100‧‧‧固體攝像裝置
101‧‧‧固體攝像元件
102‧‧‧攝像部
103‧‧‧蓋玻璃
104‧‧‧間隔物
105‧‧‧積層基板
106‧‧‧晶片基板
107‧‧‧電路基板
108‧‧‧電極墊
109‧‧‧外部連接端子
110‧‧‧貫穿電極
111‧‧‧透鏡層
112‧‧‧透鏡材料
113‧‧‧支撐體
114、115‧‧‧硬化膜
201‧‧‧受光元件
202‧‧‧彩色濾光片
203‧‧‧微透鏡
204‧‧‧基板
205b‧‧‧藍色像素
205r‧‧‧紅色像素
205g‧‧‧綠色像素
205bm‧‧‧黑矩陣
206‧‧‧p孔層
207‧‧‧讀出閘極部
208‧‧‧垂直轉移路徑
209‧‧‧元件分離區域
210‧‧‧閘極絕緣膜
211‧‧‧垂直轉移電極
212‧‧‧硬化膜
213、214‧‧‧絕緣膜
215‧‧‧平坦化膜
圖1係表示固體攝像裝置的結構例之概要剖面圖。
圖2係放大表示圖1的攝像部之概要剖面圖。

Claims (17)

  1. 一種硬化性組成物,其含有黑色色材、聚合性化合物、樹脂A、光聚合起始劑及聚合抑制劑, 該樹脂A滿足酸值為120mgKOH/g~350mgKOH/g及重量平均分子量為3000~7500中的任一必要條件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之硬化性組成物,其中 該聚合抑制劑的含量相對於該聚合性化合物的含量的質量比大於0.0005。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之硬化性組成物, 該硬化性組成物還含有與該樹脂A不同且具有選自包括氧伸烷基及氧伸烷基羰基之組群中的1種以上的基團之樹脂即樹脂B。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之硬化性組成物,其中 該聚合性化合物具有4個乙烯性不飽和基。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之硬化性組成物,其中 該樹脂A的酸值為170mgKOH/g~300mgKOH/g。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之硬化性組成物,其中 該樹脂A的重量平均分子量為3000~5000。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之硬化性組成物,其中 該樹脂A的所有重複單元中,來自於(甲基)丙烯酸系單體的重複單元的含量為50莫耳%以上。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之硬化性組成物,其中 該樹脂A為(甲基)丙烯酸芐酯及(甲基)丙烯酸的共聚物。
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之硬化性組成物,其中 該聚合性化合物的雙鍵當量為11.0mmol/g以上。
  10. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之硬化性組成物,其中 該光聚合起始劑為肟酯系聚合起始劑。
  11. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之硬化性組成物,其中 該光聚合起始劑為由下述通式(A)表示之化合物,
  12. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之硬化性組成物,其中 該黑色色材為黑色顏料。
  13. 一種硬化膜,其使用申請專利範圍第1項~第12項中任一項所述之硬化性組成物而形成。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之硬化膜,其為遮光膜。
  15. 一種光學元件,其具有申請專利範圍第13項或第14項所述之硬化膜。
  16. 一種固體攝像元件,其具有申請專利範圍第13項或第14項所述之硬化膜。
  17. 一種濾色器,其具有申請專利範圍第13項或第14項所述之硬化膜。
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