WO2020044678A1 - ブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物、ブラックカラムスペーサー及び画像表示装置 - Google Patents
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- G03F7/004—Photosensitive materials
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- G03F7/027—Non-macromolecular photopolymerisable compounds having carbon-to-carbon double bonds, e.g. ethylenic compounds
Definitions
- the present invention relates to a photosensitive resin composition for forming a black column spacer, a black column spacer, and an image display device.
- a substrate such as a TFT substrate in which elements are formed on the substrate is often used.
- a black column spacer on an element formed on the substrate or on a portion of the substrate that is paired with the element on which the element is formed, facing the element.
- the amount of exposure can be changed according to the location where the black column spacer is formed, and black column spacers having different heights can be formed at once.
- the photosensitive resin composition for forming the black column spacer has a high optical density (Optical Density: OD), light does not reach the lower portion of the resin layer in the exposure stage, so that curing hardly proceeds. Therefore, in the related art, patterning is performed by performing exposure and development to form a step of the black column spacer, and then thermosetting in a subsequent post-baking step. In this case, the step forming margin of the black column spacer becomes very narrow, and there is a problem that the height of each step cannot be maintained uniformly (obtain an excellent developing margin) over the entire surface of the substrate. In addition, since the lower part of the resin layer is mainly cured by thermal curing, there is a problem that necessary chemical resistance cannot be sufficiently obtained.
- Optical Density: OD Optical Density
- an organic black pigment is used as a light-shielding agent, compared to a case where an inorganic black pigment such as carbon black is used, for a solvent used in a subsequent manufacturing process, metal ions and an organic black pigment contained in a spacer pattern are used. There is a problem of solvent resistance that elution occurs easily. Therefore, there is a problem that the reliability of the black column spacer in contact with the liquid crystal is reduced.
- the present invention has been made in order to solve the above problems, and provides a photosensitive resin composition for forming a black column spacer having excellent colorant dispersibility, development margin, solvent resistance and elastic recovery.
- the purpose is to do.
- the present invention is represented by the following [1] to [10].
- An image display device comprising the black column spacer according to [10] or [9].
- the present invention it is possible to provide a photosensitive resin composition for forming a black column spacer which is excellent in colorant dispersibility, development margin, solvent resistance and elastic recovery.
- the black column spacer obtained by curing the photosensitive resin composition for forming a black column spacer of the present invention has excellent colorant dispersibility, solvent resistance, and elastic recovery.
- the photosensitive resin composition for forming a black column spacer of the present invention comprises a resin (A) selected from the group consisting of a resin (A-1) and a resin (A-2) described below, a solvent (B), It contains a polymerization initiator (C) and a colorant (D).
- (meth) acryloyloxy group means at least one selected from acryloyloxy group and methacryloyloxy group
- (meth) acrylic acid means acrylic acid and methacrylic acid
- (Meth) acrylate means at least one selected from acrylates and methacrylates.
- the resin (A) used in the present invention is a resin obtained by adding an unsaturated monobasic acid or unsaturated dibasic acid monoester to a novolak type epoxy resin, and further adding a polybasic anhydride. And a resin (A-2) in which a dibasic acid and an unsaturated monobasic acid or unsaturated dibasic acid monoester are added to a bisphenol-type epoxy resin, and a polybasic anhydride is further added. Selected.
- the resin (A-1) is obtained by adding an unsaturated monobasic acid or an unsaturated dibasic acid monoester to a novolak epoxy resin to introduce a double bond, and then adding a polybasic acid to introduce a carboxy group. It can be produced by adding an anhydride.
- the resin (A-2) is obtained by adding an unsaturated monobasic acid or unsaturated dibasic acid monoester to introduce a double bond into a bisphenol-type epoxy resin, and adding a dibasic acid. It can be produced by adding a polybasic acid anhydride to introduce a carboxy group.
- Examples of the novolak epoxy resin include a cresol novolak epoxy resin and a phenol novolak epoxy resin. These novolak epoxy resins may be used alone or in combination of two or more.
- Examples of the bisphenol type epoxy resin include a bisphenol A type epoxy resin, a bisphenol F type epoxy resin, a bisphenol S type epoxy resin, and the like. These bisphenol type epoxy resins may be used alone or in combination of two or more. Among these, cresol novolak type epoxy resin, phenol novolak type epoxy resin and bisphenol A type epoxy resin are preferable from the viewpoint of availability and reactivity.
- Examples of the unsaturated monobasic acid include (meth) acrylic acid, 2- (meth) acryloyloxyethyl succinic acid, 2- (meth) acryloyloxyethyl hexahydrophthalic acid, ⁇ -bromo (meth) acrylic acid, ⁇ -Unsaturated carboxylic acids such as furyl (meth) acrylic acid, crotonic acid, propiolic acid, cinnamic acid and ⁇ -cyanocinnamic acid.
- Examples of the unsaturated dibasic acid monoester include monomethyl maleate, monoethyl maleate, monoisopropyl maleate, monomethyl fumarate, monoethyl itaconate, and the like. These unsaturated monobasic acid or unsaturated dibasic acid monoesters may be used alone or in combination of two or more. Among these, (meth) acrylic acid is preferable from the viewpoint of availability and reactivity.
- a saturated monobasic acid may be added to the resin (A) together with an unsaturated monobasic acid or an unsaturated dibasic acid monoester, if necessary.
- an unsaturated monobasic acid or an unsaturated dibasic acid monoester if necessary.
- the saturated monobasic acids may be used alone or in combination of two or more. Among these, acetic acid and propionic acid are preferred from the viewpoint of boiling point and reactivity.
- polybasic acid anhydrides examples include tetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, 4-methylhexahydrophthalic anhydride, succinic anhydride, benzophenonetetracarboxylic dianhydride, biphenyltetracarboxylic dianhydride, and cyclohexanetricarboxylic acid.
- Anhydrides and the like are preferred from the viewpoint of availability and reactivity.
- the dibasic acid is not particularly limited, but includes adipic acid, itaconic acid, succinic acid, oxalic acid, malonic acid, phthalic acid, fumaric acid, maleic acid, glutaric acid, tartaric acid, glutamic acid, sebacic acid and the like.
- adipic acid and itaconic acid are preferred from the viewpoint of reactivity.
- an epoxy group-containing unsaturated compound may be further added to the carboxy group derived from the polybasic anhydride in the resin (A-1) and the resin (A-2).
- the epoxy group-containing unsaturated compound include glycidyl (meth) acrylate, 2-glycidyloxyethyl (meth) acrylate, 3,4-epoxycyclohexylmethyl (meth) acrylate having an alicyclic epoxy, and a lactone adduct thereof (
- the reaction conditions for obtaining the resin (A) or the precursor of the resin (A) used in the present invention may be appropriately set according to a conventional method.
- the addition reaction of the unsaturated monobasic acid or unsaturated dibasic acid monoester and the optionally used saturated monobasic acid can be carried out, for example, by adding each raw material and an addition reaction catalyst to a solvent, preferably at an oxygen gas concentration of 5%.
- the heating may be performed in an atmosphere of up to 7% by volume at preferably 100 to 140 ° C., more preferably 110 to 130 ° C. for 2 to 12 hours.
- the addition reaction of the dibasic acid is preferably performed in an atmosphere having an oxygen gas concentration of 5 to 7% by volume, preferably at 100 to 140 ° C., more preferably at 110 to 130 ° C. for 2 to 12 hours.
- the addition reaction of the polybasic acid anhydride is preferably performed in an atmosphere having an oxygen gas concentration of 5 to 7% by volume, preferably at 100 to 140 ° C., more preferably at 110 to 130 ° C. for 0.5 to 6 hours.
- the addition reaction of the unsaturated compound having an epoxy group is preferably performed in an atmosphere having an oxygen gas concentration of 5 to 7% by volume, preferably at 100 to 140 ° C., more preferably 110 to 130 ° C. for 2 to 10 hours.
- Preferred structural unit ratios of the resin (A-1) and the resin (A-2) used in the present invention are as follows.
- the structural unit derived from a novolak epoxy resin is 40 to 70% by mass
- the structural unit derived from an unsaturated monobasic acid or unsaturated dibasic acid monoester is 5 to 35% by mass
- the structural unit derived from a basic acid anhydride is 10 to 40% by mass
- the structural unit derived from a saturated monobasic acid is 0 to 20% by mass
- the structural unit derived from an epoxy group-containing unsaturated compound is 0 to 10% by mass. is there.
- the structural unit derived from a bisphenol-type epoxy is 40 to 70% by mass
- the structural unit derived from an unsaturated monobasic acid or unsaturated dibasic acid monoester is 5 to 35% by mass, 5 to 30% by mass of a structural unit derived from an acid, 10 to 40% by mass of a structural unit derived from a polybasic anhydride, 0 to 20% by mass of a structural unit derived from a saturated monobasic acid, and no epoxy group-containing.
- the constituent unit derived from the saturated compound is 0 to 10% by mass.
- the unsaturated monobasic acid or unsaturated dibasic acid monovalent to the epoxy group contained in the structural unit derived from the novolak type epoxy resin is used.
- the total addition ratio of the structural units derived from the ester and the optionally used saturated monobasic acid is preferably from 90 to 100%, and the unsaturated monobasic acid or unsaturated dibasic acid monoester and the
- the rate of addition of the structural unit derived from the polybasic anhydride to the hydroxy group generated by the addition of the structural unit derived from the saturated monobasic acid used is preferably from 5 to 80%, more preferably from 10 to 70%. More preferably, there is.
- the addition ratio of the structural unit derived from the epoxy group-containing unsaturated compound to the carboxy group generated by the addition of the structural unit derived from the polybasic acid anhydride is preferably 10 to 50%.
- an unsaturated monobasic acid or unsaturated dibasic acid monoester to an epoxy group contained in a structural unit derived from a bisphenol epoxy resin The total addition ratio of the structural units derived from the dibasic acid and the optionally used saturated monobasic acid is preferably 90 to 100%, and is preferably an unsaturated monobasic acid or unsaturated dibasic acid monoester,
- the addition ratio of the structural unit derived from the polybasic anhydride to the hydroxy group generated by the addition of the structural unit derived from the basic acid and optionally the saturated monobasic acid is preferably from 5 to 80%. And more preferably 10 to 70%. Further, the addition ratio of the structural unit derived from the epoxy group-containing unsaturated compound to the
- the solvent that can be used for the reaction is not particularly limited, and a known solvent can be appropriately used.
- Specific examples of the solvent include ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol mono-n-propyl ether, diethylene glycol mono-n-butyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, and triethylene glycol.
- Glycol monoethyl ether propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol mono-n-propyl ether, dipropylene glycol mono-n-butyl ether, tripropylene Glycol monomethyl ether, tri (Poly) alkylene glycol monoalkyl ethers such as propylene glycol monoethyl ether; (poly) alkylene glycol monoalkyls such as ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, and propylene glycol monoethyl ether acetate Ether acetate; other ether compounds such as diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, and
- (poly) alkylene glycol monoalkyl ethers such as propylene glycol monomethyl ether and (poly) alkylene glycol monoalkyl ether acetates such as propylene glycol monomethyl ether acetate, that is, glycol ether solvents are preferable.
- the amount of the solvent used is not particularly limited, but is generally 10 to 300 parts by mass, preferably 20 parts by mass, when the total of each raw material of the resin (A) or the precursor of the resin (A) is 100 parts by mass. 100100 parts by mass.
- the amount of the solvent used is 300 parts by mass or less, it is preferable because the reaction can be performed in an appropriate time and the viscosity of the resin (A) can be controlled in an appropriate range.
- the amount of the solvent used is 10 parts by mass or more, it is preferable because the addition reaction can be stably performed. In addition, coloring and gelling of the resin (A) can be prevented.
- the type of the addition reaction catalyst is not particularly limited, and is selected as needed.
- the addition reaction catalyst include a tertiary amine such as triethylamine, a quaternary ammonium salt such as triethylbenzylammonium chloride, a phosphorus compound such as triphenylphosphine, and a chelate compound of chromium. These addition reaction catalysts may be used alone or in combination of two or more.
- the amount of the addition reaction catalyst is not particularly limited, but is generally 0.01 to 5 parts by mass when the total amount of the raw materials of the resin (A) or the precursor of the resin (A) is 100 parts by mass. , Preferably 0.05 to 2 parts by mass, more preferably 0.1 to 1 part by mass.
- the type of the polymerization inhibitor is not particularly limited, and is selected as needed.
- examples of the polymerization inhibitor include hydroquinone, methylhydroquinone, hydroquinone monomethyl ether, butylhydroxytoluene, and the like. These polymerization inhibitors may be used alone or in combination of two or more.
- the amount of the polymerization inhibitor used is not particularly limited, but is generally 0.01 to 5 parts by mass when the total amount of the raw materials of the resin (A) or the precursor of the resin (A) is 100 parts by mass. , Preferably 0.02 to 2 parts by mass, more preferably 0.04 to 1 part by mass.
- the resin (A) used in the present invention preferably has a weight average molecular weight, as determined by gel permeation chromatography (GPC) in terms of polystyrene, of from 1,000 to 50,000, more preferably from 3,000 to 40,000. It is preferable that the weight average molecular weight of the resin (A) is 1000 or more, since pattern chipping does not occur after alkali development. On the other hand, when the weight average molecular weight of the resin (A) is 50,000 or less, the development time becomes an appropriate time and it is practical in use, so that it is preferable.
- GPC gel permeation chromatography
- the acid value (JIS K6901 5.3) of the resin (A) used in the present invention is not limited as long as the desired effect of the present invention is obtained, but is usually 20 to 300 KOH mg / g, preferably 30 to 200 KOH mg / g. . It is preferable that the acid value of the resin (A) is 20 KOHmg / g or more, since the developability becomes good. On the other hand, when the acid value of the resin (A) is 300 KOH mg / g or less, the exposed portion (light-cured portion) becomes difficult to dissolve in the alkali developing solution, so that it is preferable.
- the unsaturated group equivalent of the resin (A) used in the present invention is not limited as long as the desired effects of the present invention are exhibited, but is usually 100 to 4000 g / mol, preferably 200 to 2000 g / mol, more preferably Is from 300 to 500 g / mol.
- the unsaturated group equivalent of the resin (A) is 100 g / mol or more, it is effective in improving the properties of the coating film and the alkali developability, so that it is preferable.
- the unsaturated group equivalent of the resin (A) is 4000 g / mol or less, it is effective for further increasing the sensitivity, and thus it is preferable.
- the unsaturated group equivalent is the mass of the resin (A) per mole of unsaturated bond (ethylenic carbon-carbon double bond) in the resin (A).
- the unsaturated group equivalent can be determined by dividing the mass of the resin (A) by the number of unsaturated groups in the resin (A) (g / mol).
- the unsaturated group equivalent is a theoretical value calculated from a charged amount of a raw material used for introducing an unsaturated group.
- the solvent (B) used in the present invention is not particularly limited as long as it is an inert solvent that can dissolve the resin (A) and does not react with the resin (A), and can be arbitrarily selected.
- the solvent (B) preferably has compatibility with the reactive diluent described below.
- the solvent (B) the same solvent that can be used when producing the resin (A) can be used.
- (poly) alkylene glycol monoalkyl ether such as propylene glycol monomethyl ether and (poly) alkylene glycol monoalkyl ether acetate such as propylene glycol monomethyl ether acetate are preferable.
- the solvent (B) can be used to isolate the target resin (A) from the solution of the resin (A) after the reaction and add it to the isolated resin (A) as appropriate. However, it is not always necessary to isolate the target resin (A) from the resin solution.
- the solvent contained at the end of the reaction can be used as the solvent (B) without separating the solvent contained in the resin (A) solution. If necessary, another solvent may be added to the resin (A) solution. Further, a solvent contained in other components used when preparing the photosensitive resin composition for forming a black column spacer may be used as it is as the solvent (B).
- the photopolymerization initiator (C) is not particularly limited.
- Examples of the photopolymerization initiator (C) include 1,2-octanedione, 1- [4- (phenylthio)-, 2- (o-benzoyloxime)], ethanone, and 1- [9-ethyl-6- Oxime esters such as (2-methylbenzoyl) -9H-carbazol-3-yl]-, 1- (o-acetyloxime); benzoins such as benzoin, benzoin methyl ether, benzoin ethyl ether and benzoin butyl ether; acetophenone; 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, 1,1-dichloroacetophenone, 4- (1-t-butyldioxy-1-methylethyl) acetophenone, 2-methyl-1- [4- (methylthio) phenyl] -2 -Morpholino
- 2-methyl-1- (4) is particularly preferred because of its high sensitivity to i-line (365 nm) and little yellowing of the cured product during curing and baking.
- Acetophenones such as -methylthiophenyl) -2-morpholinopropan-1-one, 1,2-octanedione, 1- [4- (phenylthio)-, 2- (o-benzoyloxime)], ethanone, 1- It is preferable to use an oxime ester type such as [9-ethyl-6- (2-methylbenzoyl) -9H-carbazol-3-yl]-, 1- (o-acetyloxime).
- These photopolymerization initiators may be used alone or in combination of two or more, depending on, for example, the intended sensitivity.
- the colorant (D) used in the present invention is not particularly limited as long as it is dissolved or dispersed in the solvent (B), and examples thereof include dyes and pigments.
- the dye and the pigment may be used alone, two or more of them may be used, or the dye and the pigment may be used in combination.
- the photosensitive resin composition for forming a black column spacer of the present invention preferably contains a black pigment as a coloring agent (D).
- the black pigment examples include an inorganic black pigment and an organic black pigment, and specific examples include aniline black, perylene black, titanium black, cyanine black, lignin black, lactam organic black, RGB black, and carbon black. These black pigments may be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of optical density, it is preferable to use an inorganic black pigment and an organic black pigment in combination, and it is more preferable to use carbon black and a lactam organic black in combination. It is also preferable to mix three types of RGB black, which is a mixture of carbon black, lactam-based organic black, Red, Green, and Blue.
- the pigments usable for RGB black are not particularly limited, but C.I. I. Pigment Red 9, 97, 105, 122, 123, 144, 149, 154, 166, 168, 176, 177, 180, 192, 209, 215, 216, 224, 242, 254, 255, 264, 265, etc. Pigments; C.I. I. Green pigments such as CI Pigment Green 7, 36, 58, 59, 62; I. And blue pigments such as CI Pigment Blue 15, 15: 3, 15: 4, 15: 6, and 60. In addition, complementary colors of yellow, orange, violet and brown can also be used together. I.
- Orange pigments such as CI Pigment Orange 13, 31, 36, 38, 40, 42, 43, 51, 55, 59, 61, 64, 65, 71, 73;
- Violet color pigments such as CI Pigment Violet 1, 19, 23, 29, 32, 36, 38; I. And brown pigments such as CI Pigment Brown 23 and 25.
- These pigments can be used alone or in combination of two or more depending on, for example, the color of a target pixel.
- a known dispersant may be added to the photosensitive resin composition for forming a black column spacer from the viewpoint of improving the dispersibility of the pigment.
- a polymer dispersant is preferably used because of its excellent dispersion stability over time.
- the polymer dispersant can be arbitrarily selected, for example, a urethane dispersant, a polyethyleneimine dispersant, a polyoxyethylene alkyl ether dispersant, a polyoxyethylene glycol diester dispersant, a sorbitan aliphatic ester dispersant, Examples include aliphatic modified ester dispersants.
- EFKA registered trademark, manufactured by BASF Japan
- Disperbyk registered trademark, manufactured by Big Chemie
- Disparon registered trademark, manufactured by Kusumoto Kasei Co., Ltd.
- SOLSPERSE registered trademark, manufactured by Zeneca Corporation
- the compounding amount of the dispersant may be appropriately set according to the type of the pigment or the like used.
- Preferred amounts of the resin (A), solvent (B), photopolymerization initiator (C) and colorant (D) in the photosensitive resin composition for forming a black column spacer of the present invention are as follows.
- the amount of the resin (A) is preferably 1 to 20% by mass, more preferably 5 to 15% by mass, based on the whole photosensitive resin composition. It is preferable that the blending amount of the resin (A) is 1% by mass or more, since it has good photocurability. On the other hand, when the blending amount of the resin (A) is 20% by mass or less, it is preferable because it has good coatability.
- the compounding amount of the solvent (B) is preferably from 50 to 94% by mass, more preferably from 60 to 87.9% by mass, based on the entire photosensitive resin composition. It is preferable that the amount of the solvent (B) is 50% by mass or more, since good coating properties are obtained. On the other hand, when the blending amount of the solvent (B) is 94% by mass or less, it is preferable because the coating film can have a sufficient film thickness.
- the compounding amount of the photopolymerization initiator (C) is preferably from 0.01 to 5% by mass, more preferably from 0.1 to 2% by mass, based on the whole photosensitive resin composition.
- the blending amount of the photopolymerization initiator (C) is 0.01% by mass or more, it is preferable since the resist can have curability. On the other hand, when the blending amount of the photopolymerization initiator (C) is 5% by mass or less, a residue after development hardly occurs, which is preferable.
- the mixing amount of the coloring agent (D) is preferably from 3 to 30% by mass, more preferably from 5 to 20% by mass, based on the whole photosensitive resin composition. When the blending amount of the coloring agent (D) is 3% by mass or more, it is preferable since it has light-shielding properties. On the other hand, when the blending amount of the coloring agent (D) is 30% by mass or less, a residue after development is hardly generated, which is preferable.
- the photosensitive resin composition for forming a black column spacer of the present invention may further contain a reactive diluent (E) from the viewpoint of viscosity adjustment and sensitivity adjustment.
- the reactive diluent (E) is a compound having at least one ethylenically unsaturated group in the molecule. Among them, compounds having a plurality of ethylenically unsaturated groups are preferred.
- the reactive diluent (E) is not an essential component of the photosensitive resin composition for forming a black column spacer of the present invention. However, by using the reactive diluent (E) together with the resin (A), the film strength of a coating film formed from the photosensitive resin composition for forming a black column spacer and the adhesion to a substrate can be improved. Can be.
- the reactive diluent (E) the following monofunctional monomers and / or polyfunctional monomers can be used.
- Examples of the monofunctional monomer include (meth) acrylamide, methylol (meth) acrylamide, methoxymethyl (meth) acrylamide, ethoxymethyl (meth) acrylamide, propoxymethyl (meth) acrylamide, butoxymethoxymethyl (meth) acrylamide, and methyl ( (Meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) A) acrylate, 2-phenoxy-2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 2- (meth) acryloyloxy-2-hydroxypropyl phthalate, glycerin mono (meth) acrylate Tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate, glycidyl (meth) acrylate,
- polyfunctional monomer examples include ethylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, tetraethylene glycol di (meth) acrylate, propylene glycol di (meth) acrylate, polypropylene glycol di (meth) acrylate, and butylene glycol.
- the compounding amount is preferably 1 to 20% by mass, more preferably 2 to 10% by mass, based on the whole photosensitive resin composition. It is preferable that the content of the reactive diluent (E) is 1% by mass or more, since it has good curability. On the other hand, when the amount of the reactive diluent (E) is 20% by mass or less, it is preferable because residues after development hardly occur.
- the photosensitive resin composition for forming a black column spacer of the present invention may contain known additives such as a coupling agent, a leveling agent, and a thermal polymerization inhibitor, as long as the effects of the present invention are not impaired. .
- the amounts of these additives are not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired.
- the photosensitive resin composition for forming a black column spacer of the present invention can be produced by mixing the above components (A) to (E) using a known mixing device. If desired, a composition containing the resin (A) and the solvent (B) is prepared in advance, and then the photopolymerization initiator (C), the colorant (D), and the optional reactive diluent (E) are added. Furthermore, it is also possible to mix and manufacture.
- the black column spacer of the present invention is obtained by curing the above-described photosensitive resin composition for forming a black column spacer. Specifically, first, a photosensitive resin composition for forming a black column spacer is applied on a substrate to form a resin layer (coating film). Thereafter, the resin layer is exposed to light through a halftone mask having a predetermined pattern, and the exposed portions are light-cured. Then, the unexposed portion and the semi-exposed portion are developed with an alkali developer to form a black column spacer. Thereafter, the black column spacer is post-baked as necessary.
- the material of the substrate is not particularly limited, and examples thereof include a glass substrate, a silicon substrate, a polycarbonate substrate, a polyester substrate, a polyamide substrate, a polyamideimide substrate, a polyimide substrate, an aluminum substrate, a printed wiring substrate, and an array substrate.
- the method of applying the photosensitive resin composition for forming a black column spacer is not particularly limited, and examples thereof include a screen printing method, a roll coating method, a curtain coating method, a spray coating method, and a spin coating method. Further, after the photosensitive resin composition for forming a black column spacer is applied, if necessary, the solvent (B) contained in the resin layer is heated by using a heating means such as a circulation oven, an infrared heater and a hot plate. ) May be volatilized.
- the heating conditions are not particularly limited, and may be appropriately set according to the composition of the photosensitive resin composition for forming a black column spacer to be used. Generally, it is preferable to heat at a temperature of 50 ° C to 120 ° C for 30 seconds to 30 minutes.
- the method of exposing the resin layer is not particularly limited, and examples thereof include irradiation with active energy rays such as ultraviolet rays and excimer laser light.
- the irradiation energy dose may be appropriately set according to the composition of the photosensitive resin composition for forming a black column spacer. For example, it is preferably 30 to 2000 mJ / cm 2 , but is not limited to this range.
- the light source used for the exposure is not particularly limited, but a low-pressure mercury lamp, a medium-pressure mercury lamp, a high-pressure mercury lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, or the like can be arbitrarily selected and used.
- the alkali developer used for development is not particularly limited, and examples thereof include aqueous solutions of sodium carbonate, potassium carbonate, calcium carbonate, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and the like; aqueous solutions of amine compounds such as ethylamine, diethylamine, and dimethylethanolamine.
- Tetramethylammonium 3-methyl-4-amino-N, N-diethylaniline, 3-methyl-4-amino-N-ethyl-N- ⁇ -hydroxyethylaniline, 3-methyl-4-amino-N- Ethyl-N- ⁇ -methanesulfonamidoethylaniline, 3-methyl-4-amino-N-ethyl-N- ⁇ -methoxyethylaniline and their sulfates, hydrochlorides or p-toluenes such as p-toluenesulfonate
- An aqueous solution of a phenylenediamine compound is exemplified.
- an antifoaming agent, a surfactant and the like may be added to these alkali developing solutions as needed. After development with an alkali developer, it is preferable to wash with water and dry.
- the post-baking conditions are not particularly limited and can be arbitrarily selected.
- Heat treatment may be performed under suitable conditions according to the composition of the photosensitive resin composition for forming a black column spacer. For example, heating may be performed at a temperature of 130 ° C. to 250 ° C., preferably for 10 minutes to 4 hours, more preferably for 20 minutes to 2 hours.
- the black column spacer thus produced is excellent in colorant dispersibility, solvent resistance and elastic recovery.
- An image display device is an image display device including the above-described black column spacer.
- Specific examples of the image display device include a liquid crystal display device and an organic EL display device.
- the image display device there is no limitation except that the above-described black column spacer is formed, and the image display device can be manufactured according to a conventional method.
- the acid value, unsaturated group equivalent and weight average molecular weight described in the synthesis examples are values obtained by the methods described below.
- Acid value It is the acid value of a resin measured using a mixed indicator of bromothymol blue and phenol red according to JIS K6901 5.3.2. It means the number of mg of potassium hydroxide required to neutralize acidic components contained in 1 g of the resin.
- Unsaturated group equivalent mass of resin per mole of polymerizable unsaturated bond, and is a calculated value calculated based on the amount of monomer used.
- Weight average molecular weight means the weight average molecular weight measured by gel permeation chromatography (GPC) under the following conditions and converted into standard polystyrene.
- GPC gel permeation chromatography
- Propylene glycol monomethyl ether acetate was further added to the resin (A1) solution to prepare a resin (A1) solution of Synthesis Example 1 (solid content concentration: 40% by mass).
- the solid content means a heating residue when the resin (A1) solution is heated at 130 ° C. for 2 hours, and the resin (A1) is a main component.
- the acid value of the resin (A1) contained in this resin (A1) solution was 79 KOH mg / g, the weight average molecular weight was 5,500, and the unsaturated group equivalent was 360 g / mol.
- a resin (A2) solution was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1 except that tetrahydrophthalic anhydride was changed to 45.0 g of succinic anhydride. Propylene glycol monomethyl ether acetate was further added to the resin (A2) solution to prepare a resin (A2) solution of Synthesis Example 2 (solid content concentration: 40% by mass).
- the acid value of the resin (A2) contained in the resin (A2) solution was 79 KOH mg / g, the weight average molecular weight was 5,300, and the equivalent of the unsaturated group was 330 g / mol.
- Propylene glycol monomethyl ether acetate was further added to the resin (A4) solution to prepare a resin (A4) solution of Synthesis Example 4 (solid content concentration: 40% by mass).
- the acid value of the resin (A4) contained in the resin (A4) solution was 66 KOH mg / g, the weight average molecular weight was 6,000, and the equivalent of unsaturated group was 330 g / mol.
- a resin (A6) solution was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1 except that acrylic acid 72.0 g was changed to acrylic acid 31.7 g and acetic acid 33.6 g. Propylene glycol monomethyl ether acetate was further added to the resin (A6) solution to prepare a resin (A6) solution of Synthesis Example 6 (solid content concentration: 40% by mass).
- the acid value of the resin (A6) contained in the resin (A6) solution was 80 KOH mg / g, the weight average molecular weight was 5,400, and the unsaturated group equivalent was 800 g / mol.
- the mixture of the monomer and the polymerization initiator was dropped into the flask from the dropping funnel over 2 hours. After completion of the dropwise addition, the mixture was further stirred at 120 ° C. for 2 hours to carry out a reaction, thereby producing a resin precursor. Then, the inside of the flask was replaced with a nitrogen gas / air mixed gas having an oxygen gas concentration of 5 to 7% by volume, and 42.6 g of glycidyl methacrylate, 0.5 g of triphenylphosphine (catalyst) and 0.5 g of methoquinone (polymerization inhibitor) were used. Was added. Thereafter, the reaction was continued at 120 ° C. for 6 hours to obtain a solution of the resin (A7).
- Propylene glycol monomethyl ether acetate was further added to the resin (A7) solution to prepare a resin (A7) solution (solid content concentration: 40% by mass) of Comparative Synthesis Example 1.
- the acid value of the resin (A7) contained in the resin (A7) solution was 63 KOH mg / g, the weight average molecular weight was 10,000, and the unsaturated group equivalent was 600.
- Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 Using the resin solutions of Synthesis Examples 1 to 6 and Comparative Synthesis Examples 1 and 2, the photosensitivity for forming black column spacers of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 was determined according to the formulation (based on mass%) in Table 1 below. The resin composition was weighed and mixed in a screw tube to prepare. Comparative Example 1 is an example corresponding to Patent Document 2. In the following formulation, the amount of the resin (A) does not include the solvent used in the preparation. The amount of the solvent contained in the solution of the resin (A) is summed up in the solvent (B) as the compounding component.
- the colorant dispersibility was evaluated by the following method. First, the photosensitive resin compositions for forming black column spacers of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 were spin-coated on a glass substrate of 5 cm ⁇ 5 cm such that the thickness of the coating film after post-baking was 1 ⁇ m. Coated. Thereafter, the solvent was volatilized by heating at 90 ° C. for 3 minutes. Next, the entire surface of the coating film was exposed to light (exposure amount 50 mJ / cm 2 ) using Multilight ML-251D / B manufactured by Ushio Inc. and an irradiation optical unit PM25C-100, and was light-cured.
- optical Density Optical Density: OD
- Table 2 shows the results. It can be said that the higher the optical density, the better the colorant dispersibility.
- a photosensitive resin composition for forming a black column spacer is spin-coated on a glass substrate in the same manner as in the optical density, baked at 100 ° C. for 3 minutes to volatilize the solvent, and a line and space or dot pattern photomask is provided.
- the film was developed with a 0.2% by mass aqueous solution of potassium hydroxide, and the rate of decrease in the thickness of the coating film during a development time of 100 seconds to 150 seconds was measured using a fine shape measuring device ET4000M manufactured by Kosaka Laboratory Co., Ltd. Table 2 shows the results. It can be said that the larger the rate of decrease in the thickness of the coating film, the better the development margin.
- a photosensitive resin composition for forming a black column spacer is spin-coated on a glass substrate in the same manner as in the optical density, baked at 100 ° C. for 3 minutes to volatilize the solvent, and a line and space or dot pattern photomask is provided.
- Each glass substrate was placed in a 500-mL glass bottle with a cap containing 200 mL of N-methyl-2-pyrrolidone, allowed to stand in an oven at 100 ° C. for 15 minutes, and the presence or absence of color loss was evaluated according to the following criteria. Table 2 shows the results. :: No color loss at the time of observation with the naked eye ⁇ : Very large color loss at the time of observation with the naked eye
- a coating film having a thickness of 4.0 ⁇ m after post-baking was prepared on a glass substrate in the same manner as in the optical density, and the compression displacement and the elastic recovery were measured at 25 ° C. using an elasticity measuring device (DUH-211, stock). (Shimadzu Corporation) according to the following measurement conditions.
- a pressing body for pressing the pattern a flat pressing body having a diameter of 50 ⁇ m was used in a load-unloading method.
- the elastic recovery was measured by a test in which a load of 50 mN was applied. A loading speed of 3 mN / s and a holding time of 10 seconds were kept constant.
- the elastic recovery ratio means a ratio of a distance recovered after a recovery time of 15 seconds to a distance (compression displacement) compressed when a constant force is applied, and is expressed by the following equation.
- Elastic recovery rate (%) [(recovery distance / compression displacement) ⁇ 100] Table 2 shows the results.
- the photosensitive resin compositions for forming black column spacers of Examples 1 to 6 are excellent in colorant dispersibility, development margin, solvent resistance, and elastic recovery.
- the photosensitive resin compositions for forming black column spacers of Comparative Examples 1 and 2 had low optical densities and were inferior in physical properties as black matrices, or were inferior in physical properties as spacers in the elastic recovery test.
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Abstract
ノボラック型エポキシ樹脂に不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステルが付加したものに多塩基酸無水物が更に付加している樹脂、並びにビスフェノール型エポキシ樹脂に二塩基酸及び不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステルが付加したものに多塩基酸無水物が更に付加している樹脂からなる群から選択される樹脂(A)と、溶剤(B)と、光重合開始剤(C)と、着色剤(D)とを含有するブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
Description
本発明は、ブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物、ブラックカラムスペーサー及び画像表示装置に関する。
液晶表示装置、有機EL表示装置等の画像表示装置では、2枚の基板間の間隔(セルギャップ)を一定に保つためにスペーサーが利用されている。近年、スペーサーを感光性樹脂組成物により形成する方法が種々提案されている。この方法は、感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、樹脂層を形成し、その樹脂層を所定のマスクを介して露光した後、現像して、カラム状等のスペーサーを形成する。この方法では、画素表示部分以外の所定の部分にのみスペーサーを形成することができる。更に、有機黒色顔料等の遮光剤を添加した感光性樹脂組成物を用いることによって、遮光性を有するブラックカラムスペーサーを形成することも提案されている(特許文献1及び2を参照)。
特に、ブラックカラムスペーサーには高さについて高い寸法精度が求められる。また、液晶表示装置等の画像表示装置では、基板上に素子が形成されたTFT基板等の基板が使用されることも多い。そのような基板を使用する場合、基板に形成された素子上、又は素子が形成された基板と対になる基板の素子と対向する個所にブラックカラムスペーサーを形成する必要がある場合がある。このような場合、素子の高さを考慮して、素子が形成された個所と、その他の個所とで、ブラックカラムスペーサーの高さを変える必要がある。ハーフトーンマスクを介して露光を行うことによって、ブラックカラムスペーサーが形成される場所に応じて露光量を変化させ、異なる高さのブラックカラムスペーサーを一度に形成することができる。
しかし、ブラックカラムスペーサーを形成するための感光性樹脂組成物は、高い光学密度(Optical Density:OD)を有するため、露光段階において樹脂層の下部まで光が到達できず硬化が進みにくい。そのため、従来技術では、露光、現像を行ってブラックカラムスペーサーの段差を形成した後、続くポストベーク段階で熱硬化してパターニングを形成することになる。この場合、ブラックカラムスペーサーの段差形成マージンは、非常に狭くなり、基板全面で段差ごとの高さを均一に維持すること(優れた現像マージンを得ること)ができないという問題がある。また、樹脂層の下部は主に熱硬化により硬化が進むため、必要な耐薬品性が十分に得られないという問題がある。更には、遮光剤として有機黒色顔料を用いる場合、カーボンブラック等の無機黒色顔料を用いる場合に比べて、続く製造過程において使用される溶媒に対し、スペーサーパターンに含まれる金属イオン及び有機黒色顔料の溶出が起こりやすいという耐溶剤性の問題がある。そのため、液晶と接するブラックカラムスペーサーの信頼性が低くなるという問題がある。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、着色剤分散性、現像マージン、耐溶剤性及び弾性回復率に優れたブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物を提供することを目的とする。
即ち、本発明は、以下の[1]~[10]で示される。
[1]ノボラック型エポキシ樹脂に不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステルが付加したものに多塩基酸無水物が更に付加している樹脂、並びにビスフェノール型エポキシ樹脂に二塩基酸及び不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステルが付加したものに多塩基酸無水物が更に付加している樹脂からなる群から選択される樹脂(A)と、溶剤(B)と、光重合開始剤(C)と、着色剤(D)とを含有するブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
[2]前記樹脂(A)が、前記多塩基酸無水物が開環したカルボキシ基にエポキシ基含有不飽和化合物が更に付加している樹脂である[1]に記載のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
[3]前記樹脂(A)が、前記不飽和一塩基酸もしくは前記不飽和二塩基酸モノエステルと共に飽和一塩基酸が付加している樹脂である[1]又は[2]に記載のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
[4]前記着色剤(D)が、有機黒色顔料を含む[1]~[3]のいずれかに記載のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
[5]前記着色剤(D)が、無機黒色顔料を更に含む[1]~[4]のいずれかに記載のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
[6]前記着色剤(D)が、青顔料、赤顔料及び緑顔料から選択される少なくとも1種を更に含む[1]~[5]のいずれかに記載のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
[7]前記樹脂(A)を1~20質量%、前記溶剤(B)を50~94質量%、前記光重合開始剤(C)を0.01~5質量%及び前記着色剤(D)を3~30質量%含有する[1]~[6]のいずれかに記載のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
[8]反応性希釈剤(E)を1~20質量%更に含有する[7]に記載のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
[1]ノボラック型エポキシ樹脂に不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステルが付加したものに多塩基酸無水物が更に付加している樹脂、並びにビスフェノール型エポキシ樹脂に二塩基酸及び不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステルが付加したものに多塩基酸無水物が更に付加している樹脂からなる群から選択される樹脂(A)と、溶剤(B)と、光重合開始剤(C)と、着色剤(D)とを含有するブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
[2]前記樹脂(A)が、前記多塩基酸無水物が開環したカルボキシ基にエポキシ基含有不飽和化合物が更に付加している樹脂である[1]に記載のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
[3]前記樹脂(A)が、前記不飽和一塩基酸もしくは前記不飽和二塩基酸モノエステルと共に飽和一塩基酸が付加している樹脂である[1]又は[2]に記載のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
[4]前記着色剤(D)が、有機黒色顔料を含む[1]~[3]のいずれかに記載のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
[5]前記着色剤(D)が、無機黒色顔料を更に含む[1]~[4]のいずれかに記載のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
[6]前記着色剤(D)が、青顔料、赤顔料及び緑顔料から選択される少なくとも1種を更に含む[1]~[5]のいずれかに記載のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
[7]前記樹脂(A)を1~20質量%、前記溶剤(B)を50~94質量%、前記光重合開始剤(C)を0.01~5質量%及び前記着色剤(D)を3~30質量%含有する[1]~[6]のいずれかに記載のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
[8]反応性希釈剤(E)を1~20質量%更に含有する[7]に記載のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
[9][1]~[8]のいずれかに記載のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物を硬化したブラックカラムスペーサー。
[10][9]に記載のブラックカラムスペーサーを備える画像表示装置。
本発明によれば、着色剤分散性、現像マージン、耐溶剤性及び弾性回復率に優れたブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物を提供することができる。本発明のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物を硬化したブラックカラムスペーサーは、着色剤分散性、耐溶剤性及び弾性回復率に優れる。
<ブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物>
以下、本発明のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物について詳細に説明する。本発明のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物は、後述の樹脂(A-1)及び樹脂(A-2)からなる群から選択される樹脂(A)と、溶剤(B)と、光重合開始剤(C)と、着色剤(D)とを含有する。
以下、本発明のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物について詳細に説明する。本発明のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物は、後述の樹脂(A-1)及び樹脂(A-2)からなる群から選択される樹脂(A)と、溶剤(B)と、光重合開始剤(C)と、着色剤(D)とを含有する。
なお、本明細書において、「(メタ)アクリロイルオキシ基」とは、アクリロイルオキシ基及びメタクリロイルオキシ基から選択される少なくとも1種を意味し、「(メタ)アクリル酸」とは、アクリル酸及びメタクリル酸から選択される少なくとも1種を意味し、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレート及びメタクリレートから選択される少なくとも1種を意味する。
<樹脂(A)>
本発明で用いる樹脂(A)は、ノボラック型エポキシ樹脂に不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステルが付加したものに多塩基酸無水物が更に付加している樹脂(A-1)、並びにビスフェノール型エポキシ樹脂に二塩基酸及び不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステルが付加したものに多塩基酸無水物が更に付加している樹脂(A-2)からなる群から選択される。
本発明で用いる樹脂(A)は、ノボラック型エポキシ樹脂に不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステルが付加したものに多塩基酸無水物が更に付加している樹脂(A-1)、並びにビスフェノール型エポキシ樹脂に二塩基酸及び不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステルが付加したものに多塩基酸無水物が更に付加している樹脂(A-2)からなる群から選択される。
樹脂(A-1)は、ノボラック型エポキシ樹脂に二重結合を導入するために不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステルを付加させた後、カルボキシ基を導入するために多塩基酸無水物を付加させることにより製造することができる。
また、樹脂(A-2)は、ビスフェノール型エポキシ樹脂に二重結合を導入するために不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステルを付加させると共に、二塩基酸を付加させた後、カルボキシ基を導入するために多塩基酸無水物を付加させることにより製造することができる。
また、樹脂(A-2)は、ビスフェノール型エポキシ樹脂に二重結合を導入するために不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステルを付加させると共に、二塩基酸を付加させた後、カルボキシ基を導入するために多塩基酸無水物を付加させることにより製造することができる。
ノボラック型エポキシ樹脂としては、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのノボラック型エポキシ樹脂は、単独で用いてもよいし、又は2種以上を用いてもよい。ビスフェノール型エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのビスフェノール型エポキシ樹脂は、単独で用いてもよいし、又は2種以上を用いてもよい。これらの中でも、入手のし易さ及び反応性の観点から、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂及びビスフェノールA型エポキシ樹脂が好ましい。
不飽和一塩基酸としては、例えば、(メタ)アクリル酸、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルコハク酸、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸、α-ブロモ(メタ)アクリル酸、β-フリル(メタ)アクリル酸、クロトン酸、プロピオール酸、桂皮酸、α-シアノ桂皮酸等の不飽和カルボン酸等が挙げられる。不飽和二塩基酸モノエステルとしては、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノエチル、マレイン酸モノイソプロピル、フマル酸モノメチル、イタコン酸モノエチル等が挙げられる。これらの不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステルは、単独で用いてもよいし、又は2種以上を用いてもよい。これらの中でも、入手のし易さ及び反応性の観点から、(メタ)アクリル酸が好ましい。
樹脂(A)には、必要に応じて、不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステルと共に飽和一塩基酸を付加してもよい。飽和一塩基酸としては、特に限定されないが、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、ラウリン酸、トリデシル酸、パルミチン酸、ステアリン酸等が挙げられる。飽和一塩基酸は、単独で用いてもよいし、又は2種以上を用いてもよい。これらの中でも、沸点及び反応性の観点から、酢酸及びプロピオン酸が好ましい。不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステルと共に飽和一塩基酸を付加した樹脂(A)とすることにより、柔軟性が向上する。
多塩基酸無水物としては、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、4-メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水コハク酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、シクロヘキサントリカルボン酸無水物等が挙げられる。これらの中でも、入手のし易さ及び反応性の観点から、テトラヒドロ無水フタル酸、無水コハク酸及びビフェニルテトラカルボン酸二無水物が好ましい。
二塩基酸としては、特に限定されないが、アジピン酸、イタコン酸、コハク酸、シュウ酸、マロン酸、フタル酸、フマル酸、マレイン酸、グルタル酸、酒石酸、グルタミン酸、セバシン酸等が挙げられる。これらの中でも、反応性の観点から、アジピン酸及びイタコン酸が好ましい。
本発明で用いる樹脂(A)は、上記した樹脂(A-1)及び樹脂(A-2)中の多塩基酸無水物由来のカルボキシ基にエポキシ基含有不飽和化合物を更に付加させてもよい。エポキシ基含有不飽和化合物としては、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、2-グリシジルオキシエチル(メタ)アクリレート、脂環式エポキシを有する3,4-エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、そのラクトン付加物(例えば、ダイセル化学工業(株)製サイクロマー(登録商標)A200、M100)、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3’,4’-エポキシシクロヘキサンカルボキシレートのモノ(メタ)アクリル酸エステル、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレートのエポキシ化物、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレートのエポキシ化物等が挙げられる。これらのエポキシ基含有不飽和化合物は、単独で用いてもよいし、又は2種以上を用いてもよい。これらの中でも、入手のし易さ及び反応性の観点から、グリシジル(メタ)アクリレートが好ましい。
本発明で用いる樹脂(A)又は樹脂(A)の前駆体を得るための反応条件は、常法に従って適宜設定すればよい。
不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステル及び必要に応じて用いられる飽和一塩基酸の付加反応は、例えば、溶媒に各原料と付加反応触媒とを添加し、好ましくは酸素ガス濃度5~7体積%の雰囲気で、好ましくは100~140℃、より好ましくは110~130℃で2~12時間行えばよい。
二塩基酸の付加反応は、好ましくは酸素ガス濃度5~7体積%の雰囲気で、好ましくは100~140℃、より好ましくは110~130℃で2~12時間行えばよい。
多塩基酸無水物の付加反応は、好ましくは酸素ガス濃度5~7体積%の雰囲気で、好ましくは100~140℃、より好ましくは110~130℃で0.5~6時間行えばよい。
エポキシ基含有不飽和化合物の付加反応は、好ましくは酸素ガス濃度5~7体積%の雰囲気で、好ましくは100~140℃、より好ましくは110~130℃で2~10時間行えばよい。
不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステル及び必要に応じて用いられる飽和一塩基酸の付加反応は、例えば、溶媒に各原料と付加反応触媒とを添加し、好ましくは酸素ガス濃度5~7体積%の雰囲気で、好ましくは100~140℃、より好ましくは110~130℃で2~12時間行えばよい。
二塩基酸の付加反応は、好ましくは酸素ガス濃度5~7体積%の雰囲気で、好ましくは100~140℃、より好ましくは110~130℃で2~12時間行えばよい。
多塩基酸無水物の付加反応は、好ましくは酸素ガス濃度5~7体積%の雰囲気で、好ましくは100~140℃、より好ましくは110~130℃で0.5~6時間行えばよい。
エポキシ基含有不飽和化合物の付加反応は、好ましくは酸素ガス濃度5~7体積%の雰囲気で、好ましくは100~140℃、より好ましくは110~130℃で2~10時間行えばよい。
本発明で用いる樹脂(A-1)及び樹脂(A-2)の好ましい構成単位比率は以下のようになる。樹脂(A-1)において、ノボラック型エポキシ樹脂に由来する構成単位が40~70質量%、不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステルに由来する構成単位が5~35質量%、多塩基酸無水物に由来する構成単位が10~40質量%、飽和一塩基酸に由来する構成単位が0~20質量%、エポキシ基含有不飽和化合物に由来する構成単位が0~10質量%である。樹脂(A-2)において、ビスフェノール型エポキシに由来する構成単位が40~70質量%、不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステルに由来する構成単位が5~35質量%、二塩基酸に由来する構成単位が5~30質量%、多塩基酸無水物に由来する構成単位が10~40質量%、飽和一塩基酸に由来する構成単位が0~20質量%、エポキシ基含有不飽和化合物に由来する構成単位が0~10質量%である。
また、本発明で用いる樹脂(A-1)の好ましい構成単位比率を設定するに当たり、ノボラック型エポキシ樹脂に由来する構成単位に含まれるエポキシ基への不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステル及び必要に応じて用いられる飽和一塩基酸に由来する構成単位の合計の付加率が90~100%であることが好ましく、不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステル及び必要に応じて用いられる飽和一塩基酸に由来する構成単位の付加により生じたヒドロキシ基への多塩基酸無水物に由来する構成単位の付加率は5~80%であることが好ましく、10~70%であることがより好ましい。更に、多塩基酸無水物に由来する構成単位の付加により生じたカルボキシ基へのエポキシ基含有不飽和化合物に由来する構成単位の付加率は10~50%であることが好ましい。
本発明で用いる樹脂(A-2)の好ましい構成単位比率を設定するに当たり、ビスフェノール型エポキシ樹脂に由来する構成単位に含まれるエポキシ基への不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステル、二塩基酸及び必要に応じて用いられる飽和一塩基酸に由来する構成単位の合計の付加率が90~100%であることが好ましく、不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステル、二塩基酸及び必要に応じて用いられる飽和一塩基酸に由来する構成単位の付加により生じたヒドロキシ基への多塩基酸無水物に由来する構成単位の付加率は5~80%であることが好ましく、10~70%であることがより好ましい。更に、多塩基酸無水物に由来する構成単位の付加により生じたカルボキシ基へのエポキシ基含有不飽和化合物に由来する構成単位の付加率は10~50%であることが好ましい。
また、本発明で用いる樹脂(A-1)の好ましい構成単位比率を設定するに当たり、ノボラック型エポキシ樹脂に由来する構成単位に含まれるエポキシ基への不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステル及び必要に応じて用いられる飽和一塩基酸に由来する構成単位の合計の付加率が90~100%であることが好ましく、不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステル及び必要に応じて用いられる飽和一塩基酸に由来する構成単位の付加により生じたヒドロキシ基への多塩基酸無水物に由来する構成単位の付加率は5~80%であることが好ましく、10~70%であることがより好ましい。更に、多塩基酸無水物に由来する構成単位の付加により生じたカルボキシ基へのエポキシ基含有不飽和化合物に由来する構成単位の付加率は10~50%であることが好ましい。
本発明で用いる樹脂(A-2)の好ましい構成単位比率を設定するに当たり、ビスフェノール型エポキシ樹脂に由来する構成単位に含まれるエポキシ基への不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステル、二塩基酸及び必要に応じて用いられる飽和一塩基酸に由来する構成単位の合計の付加率が90~100%であることが好ましく、不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステル、二塩基酸及び必要に応じて用いられる飽和一塩基酸に由来する構成単位の付加により生じたヒドロキシ基への多塩基酸無水物に由来する構成単位の付加率は5~80%であることが好ましく、10~70%であることがより好ましい。更に、多塩基酸無水物に由来する構成単位の付加により生じたカルボキシ基へのエポキシ基含有不飽和化合物に由来する構成単位の付加率は10~50%であることが好ましい。
反応に用いることができる溶媒としては、特に限定されず、公知のものを適宜使用することができる。溶媒の具体例としては、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ-n-プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ-n-プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノエチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート;ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等の他のエーテル化合物;メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、2-ヘプタノン、3-ヘプタノン等のケトン化合物;2-ヒドロキシプロピオン酸メチル、2-ヒドロキシプロピオン酸エチル、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸メチル、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2-ヒドロキシ-3-メチル酪酸メチル、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルプロピオネート、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、酢酸n-プロピル、酢酸i-プロピル、酢酸n-ブチル、酢酸i-ブチル、酢酸n-アミル、酢酸i-アミル、プロピオン酸n-ブチル、酪酸エチル、酪酸n-プロピル、酪酸i-プロピル、酪酸n-ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸n-プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2-オキソ酪酸エチル等のエステル化合物;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素化合物;N-メチルピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド等のカルボン酸アミド化合物等を挙げることができる。これらの溶媒は、単独で用いてもよいし、又は2種以上を用いてもよい。
これらの中でも、プロピレングリコールモノメチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、すなわち、グリコールエーテル系溶媒が好ましい。
溶媒の使用量は、特に限定されないが、樹脂(A)又は樹脂(A)の前駆体の各原料の合計を100質量部とした場合に、一般的には10~300質量部、好ましくは20~100質量部である。溶媒の使用量が300質量部以下であれば、適切な時間で反応することができ、且つ樹脂(A)の粘度を適切な範囲に制御することができるため好ましい。一方、溶媒の使用量が10質量部以上であれば、付加反応を安定して行うことができるため好ましい。また、樹脂(A)の着色やゲル化も防止することができる。
付加反応触媒の種類は特に限定されず、必要に応じて選択される。付加反応触媒としては、例えば、トリエチルアミンのような第3級アミン、トリエチルベンジルアンモニウムクロライドのような第4級アンモニウム塩、トリフェニルホスフィンのようなリン化合物、クロムのキレート化合物等が挙げられる。これらの付加反応触媒は、単独で用いてもよいし、又は2種以上を用いてもよい。付加反応触媒の使用量は、特に限定されないが、樹脂(A)又は樹脂(A)の前駆体の各原料の合計を100質量部とした場合に、一般的には0.01~5質量部であり、好ましくは0.05~2質量部であり、より好ましくは0.1~1質量部である。
付加反応させる際には、ゲル化防止のために重合禁止剤を添加することが好ましい。重合禁止剤の種類は、特に限定されず、必要に応じて選択される。重合禁止剤としては、例えば、ハイドロキノン、メチルハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、ブチルヒドロキシトルエン等が挙げられる。これらの重合禁止剤は、単独で用いてもよいし、又は2種以上を用いてもよい。重合禁止剤の使用量は、特に限定されないが、樹脂(A)又は樹脂(A)の前駆体の各原料の合計を100質量部とした場合に、一般的には0.01~5質量部であり、好ましくは0.02~2質量部であり、より好ましくは0.04~1質量部である。
本発明で用いる樹脂(A)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算で得られる重量平均分子量が、1000~50000であることが好ましく、3000~40000であることがより好ましい。樹脂(A)の重量平均分子量が1000以上であれば、アルカリ現像後にパターンの欠けが発生しないため好ましい。一方、樹脂(A)の重量平均分子量が50000以下であれば、現像時間が適度な時間となり、使用上実用的であるため好ましい。
本発明で用いる樹脂(A)の酸価(JIS K6901 5.3)は、本発明の所望の効果を奏する限り制限されないが、通常、20~300KOHmg/g、好ましくは30~200KOHmg/gである。樹脂(A)の酸価が20KOHmg/g以上であれば、現像性が良好となるため好ましい。一方、樹脂(A)の酸価が300KOHmg/g以下であれば、露光部分(光硬化部分)がアルカリ現像液に対して溶解しにくくなるため好ましい。
本発明で用いる樹脂(A)の不飽和基当量は、本発明の所望の効果を奏する限り制限されないが、通常、100~4000g/モルであり、好ましくは200~2000g/モルであり、より好ましくは300~500g/モルである。樹脂(A)の不飽和基当量が100g/モル以上であれば、塗膜物性及びアルカリ現像性を高めるうえで効果的であるため好ましい。一方、樹脂(A)の不飽和基当量が4000g/モル以下であれば、感度をより高めるうえで効果的であるため好ましい。なお、不飽和基当量とは、樹脂(A)中の不飽和結合(エチレン性炭素-炭素二重結合)1モル当たりの樹脂(A)の質量である。不飽和基当量は、樹脂(A)の質量を樹脂(A)中の不飽和基数で除することにより求めることができる(g/モル)。なお、本明細書において、不飽和基当量は、不飽和基を導入するために用いられる原料の仕込み量から計算した理論値である。
<溶剤(B)>
本発明で用いる溶剤(B)は、樹脂(A)を溶解することができ且つ樹脂(A)と反応しない不活性な溶剤であれば特に限定されず、任意に選択することができる。また、溶剤(B)は、後述の反応性希釈剤と相溶性を有することが好ましい。溶剤(B)としては、樹脂(A)を製造する際に用いることができる溶媒と同じものを用いることができる。溶剤(B)としては、プロピレングリコールモノメチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテートが好ましい。
本発明で用いる溶剤(B)は、樹脂(A)を溶解することができ且つ樹脂(A)と反応しない不活性な溶剤であれば特に限定されず、任意に選択することができる。また、溶剤(B)は、後述の反応性希釈剤と相溶性を有することが好ましい。溶剤(B)としては、樹脂(A)を製造する際に用いることができる溶媒と同じものを用いることができる。溶剤(B)としては、プロピレングリコールモノメチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテートが好ましい。
溶剤(B)は、反応を終えた樹脂(A)溶液から目的の樹脂(A)を単離し、単離された樹脂(A)に適宜添加することができる。しかしながら、必ずしも樹脂溶液から目的の樹脂(A)を単離する必要はない。反応終了時に含まれている溶媒を樹脂(A)溶液から分離せず、溶媒を溶剤(B)としてそのまま用いることもできる。必要に応じて、他の溶剤を樹脂(A)溶液に添加してもよい。また、ブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物を調製する際に用いる他の成分に含まれている溶剤を溶剤(B)としてそのまま用いてもよい。
<光重合開始剤(C)>
光重合開始剤(C)は、特に限定されない。光重合開始剤(C)としては、例えば、1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)-,2-(o-ベンゾイルオキシム)]、エタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-,1-(o-アセチルオキシム)等のオキシムエステル系;ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインブチルエーテル等のベンゾイン類;アセトフェノン、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、1,1-ジクロロアセトフェノン、4-(1-t-ブチルジオキシ-1-メチルエチル)アセトフェノン、2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルフォリノ-プロパン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)ブタノン-1等のアセトフェノン類;2-メチルアントラキノン、2-アミルアントラキノン、2-t-ブチルアントラキノン、1-クロロアントラキノン等のアントラキノン類;キサントン、チオキサントン、2,4-ジメチルチオキサントン、2,4-ジイソプロピルチオキサントン、2-クロロチオキサントン等のチオキサントン類;アセトフェノンジメチルケタール、ベンジルジメチルケタール等のケタール類;ベンゾフェノン、4-(1-t-ブチルジオキシ-1-メチルエチル)ベンゾフェノン、3,3’,4,4’-テトラキス(t-ブチルジオキシカルボニル)ベンゾフェノン等のベンゾフェノン類;アシルホスフィンオキサイド類;等が挙げられる。これらの光重合開始剤(C)は、単独で用いてもよいし、又は2種以上を用いてもよい。
光重合開始剤(C)は、特に限定されない。光重合開始剤(C)としては、例えば、1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)-,2-(o-ベンゾイルオキシム)]、エタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-,1-(o-アセチルオキシム)等のオキシムエステル系;ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインブチルエーテル等のベンゾイン類;アセトフェノン、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、1,1-ジクロロアセトフェノン、4-(1-t-ブチルジオキシ-1-メチルエチル)アセトフェノン、2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルフォリノ-プロパン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)ブタノン-1等のアセトフェノン類;2-メチルアントラキノン、2-アミルアントラキノン、2-t-ブチルアントラキノン、1-クロロアントラキノン等のアントラキノン類;キサントン、チオキサントン、2,4-ジメチルチオキサントン、2,4-ジイソプロピルチオキサントン、2-クロロチオキサントン等のチオキサントン類;アセトフェノンジメチルケタール、ベンジルジメチルケタール等のケタール類;ベンゾフェノン、4-(1-t-ブチルジオキシ-1-メチルエチル)ベンゾフェノン、3,3’,4,4’-テトラキス(t-ブチルジオキシカルボニル)ベンゾフェノン等のベンゾフェノン類;アシルホスフィンオキサイド類;等が挙げられる。これらの光重合開始剤(C)は、単独で用いてもよいし、又は2種以上を用いてもよい。
光重合開始剤(C)としては、上記の化合物の中でも特に、i線(365nm)の感度が高く、硬化時及びベーク時の硬化物の黄変が少ないため、2-メチル-1-(4-メチルチオフェニル)-2-モルフォリノプロパン-1-オン等のアセトフェノン系、1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)-,2-(o-ベンゾイルオキシム)]、エタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-,1-(o-アセチルオキシム)等のオキシムエステル系のものを用いることが好ましい。これらの光重合開始剤は、例えば、目的とする感度等に応じて、単独で用いてもよいし、又は2種以上を用いてもよい。
<着色剤(D)>
本発明で用いる着色剤(D)は、溶剤(B)に溶解又は分散するものであれば特に限定されないが、例えば、染料及び顔料が挙げられる。染料及び顔料は、単独で用いてもよいし、2種以上を用いてもよいし、又は染料と顔料とを組み合わせて用いてもよい。本発明のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物を硬化させてブラックカラムスペーサーを形成する場合、溶剤(B)及びアルカリ現像液に対する溶解性、他の成分との相互作用並びに遮光性の観点から、本発明のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物は、黒色顔料を着色剤(D)として含むことが好ましい。
本発明で用いる着色剤(D)は、溶剤(B)に溶解又は分散するものであれば特に限定されないが、例えば、染料及び顔料が挙げられる。染料及び顔料は、単独で用いてもよいし、2種以上を用いてもよいし、又は染料と顔料とを組み合わせて用いてもよい。本発明のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物を硬化させてブラックカラムスペーサーを形成する場合、溶剤(B)及びアルカリ現像液に対する溶解性、他の成分との相互作用並びに遮光性の観点から、本発明のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物は、黒色顔料を着色剤(D)として含むことが好ましい。
黒色顔料としては、無機黒色顔料及び有機黒色顔料が挙げられ、具体的には、アニリンブラック、ペリレンブラック、チタンブラック、シアニンブラック、リグニンブラック、ラクタム系有機ブラック、RGBブラック、カーボンブラックが挙げられる。これらの黒色顔料は、単独で用いてもよいし、又は2種以上を用いてもよい。光学密度の観点から、無機黒色顔料と有機黒色顔料とを併用することが好ましく、カーボンブラックとラクタム系有機ブラックとを併用することがより好ましい。またカーボンブラックとラクタム系有機ブラックとRed、Green、Blueを混合したRGBブラックの3種類を混ぜることも好ましい。
RGBブラックに使用可能な顔料としては特に限定されないが、C.I.ピグメントレッド9、97、105、122、123、144、149、154、166、168、176、177、180、192、209、215、216、224、242、254、255、264、265等の赤色顔料;C.I.ピグメントグリーン7、36、58、59、62等の緑色顔料;C.I.ピグメントブルー15、15:3、15:4、15:6、60等の青色顔料等が挙げられる。また、補色のイエロー、オレンジ、バイオレット、茶色も併せて用いることができ、例えば、C.I.ピグメントイエロー1、3、12、13、14、15、16、17、20、24、31、53、83、86、93、94、109、110、117、125、128、137、138、139、147、148、150、153、154、166、173、194、214等の黄色顔料;C.I.ピグメントオレンジ13、31、36、38、40、42、43、51、55、59、61、64、65、71、73等の橙色顔料;C.I.ピグメントバイオレット1、19、23、29、32、36、38等のバイオレット色顔料;C.I.ピグメントブラウン23、25等の茶色顔料等が挙げられる。これらの顔料は、例えば、目的とする画素の色等に応じて、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
着色剤(D)として顔料を用いる場合、顔料の分散性を向上させる観点から、公知の分散剤をブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物に配合してもよい。分散剤としては、経時の分散安定性に優れることから高分子分散剤を用いることが好ましい。高分子分散剤は任意に選択できるが、例えば、ウレタン系分散剤、ポリエチレンイミン系分散剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系分散剤、ポリオキシエチレングリコールジエステル系分散剤、ソルビタン脂肪族エステル系分散剤、脂肪族変性エステル系分散剤等が挙げられる。このような高分子分散剤として、EFKA(登録商標、BASFジャパン社製)、Disperbyk(登録商標、ビックケミー社製)、ディスパロン(登録商標、楠本化成株式会社製)、SOLSPERSE(登録商標、ゼネカ社製)等の商品名で市販されているものを用いてもよい。分散剤の配合量は、使用する顔料等の種類に応じて適宜設定すればよい。
本発明のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物における樹脂(A)、溶剤(B)、光重合開始剤(C)及び着色剤(D)の好ましい配合量は以下のようになる。
樹脂(A)の配合量は、感光性樹脂組成物全体に対して、1~20質量%であることが好ましく、5~15質量%であることがより好ましい。樹脂(A)の配合量が1質量%以上であれば、良好な光硬化性を有するため好ましい。一方、樹脂(A)の配合量が20質量%以下であれば、良好な塗布性を有するため好ましい。
溶剤(B)の配合量は、感光性樹脂組成物全体に対して、50~94質量%であることが好ましく、60~87.9質量%であることがより好ましい。溶剤(B)の配合量が50質量%以上であれば、良好な塗布性を有するため好ましい。一方、溶剤(B)の配合量が94質量%以下であれば、塗膜に十分な膜厚を持たせられるため好ましい。
光重合開始剤(C)の配合量は、感光性樹脂組成物全体に対して、0.01~5質量%であることが好ましく、0.1~2質量%であることがより好ましい。光重合開始剤(C)の配合量が0.01質量%以上であれば、レジストに硬化性を持たせられるため好ましい。一方、光重合開始剤(C)の配合量が5質量%以下であれば、現像後の残渣が生じにくいため好ましい。
着色剤(D)の配合量は、感光性樹脂組成物全体に対して、3~30質量%であることが好ましく、5~20質量%であることがより好ましい。着色剤(D)の配合量が3質量%以上であれば、遮光性を有するため好ましい。一方、着色剤(D)の配合量が30質量%以下であれば、現像後の残渣が生じにくいため好ましい。
樹脂(A)の配合量は、感光性樹脂組成物全体に対して、1~20質量%であることが好ましく、5~15質量%であることがより好ましい。樹脂(A)の配合量が1質量%以上であれば、良好な光硬化性を有するため好ましい。一方、樹脂(A)の配合量が20質量%以下であれば、良好な塗布性を有するため好ましい。
溶剤(B)の配合量は、感光性樹脂組成物全体に対して、50~94質量%であることが好ましく、60~87.9質量%であることがより好ましい。溶剤(B)の配合量が50質量%以上であれば、良好な塗布性を有するため好ましい。一方、溶剤(B)の配合量が94質量%以下であれば、塗膜に十分な膜厚を持たせられるため好ましい。
光重合開始剤(C)の配合量は、感光性樹脂組成物全体に対して、0.01~5質量%であることが好ましく、0.1~2質量%であることがより好ましい。光重合開始剤(C)の配合量が0.01質量%以上であれば、レジストに硬化性を持たせられるため好ましい。一方、光重合開始剤(C)の配合量が5質量%以下であれば、現像後の残渣が生じにくいため好ましい。
着色剤(D)の配合量は、感光性樹脂組成物全体に対して、3~30質量%であることが好ましく、5~20質量%であることがより好ましい。着色剤(D)の配合量が3質量%以上であれば、遮光性を有するため好ましい。一方、着色剤(D)の配合量が30質量%以下であれば、現像後の残渣が生じにくいため好ましい。
<反応性希釈剤(E)>
本発明のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物は、粘度調整及び感度の調整の観点から、反応性希釈剤(E)を更に含有することができる。
本発明のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物は、粘度調整及び感度の調整の観点から、反応性希釈剤(E)を更に含有することができる。
反応性希釈剤(E)は、分子内に少なくとも一つのエチレン性不飽和基を有する化合物である。中でもエチレン性不飽和基を複数有する化合物が好ましい。反応性希釈剤(E)は、本発明のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物の必須成分ではない。しかしながら、反応性希釈剤(E)を樹脂(A)と併用することにより、ブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物から形成される塗膜の膜強度や、基材に対する密着性を向上させることができる。具体的には、反応性希釈剤(E)として、以下に示す単官能モノマー及び/又は多官能モノマーを用いることができる。
単官能モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリルアミド、メチロール(メタ)アクリルアミド、メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、エトキシメチル(メタ)アクリルアミド、プロポキシメチル(メタ)アクリルアミド、ブトキシメトキシメチル(メタ)アクリルアミド、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2-エチルへキシル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2-フェノキシ-2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-(メタ)アクリロイルオキシ-2-ヒドロキシプロピルフタレート、グリセリンモノ(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、2,2,2-トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、2,2,3,3-テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート、フタル酸誘導体のハーフ(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリレート化合物;スチレン、α-メチルスチレン、α-クロロメチルスチレン、ビニルトルエン等の芳香族ビニル化合物;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のカルボン酸エステル等が挙げられる。これらの単官能モノマーは、単独で用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。
多官能モノマーとしては、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,6-へキサングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、2,2-ビス(4-(メタ)アクリロキシジエトキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-(メタ)アクリロキシポリエトキシフェニル)プロパン、2-ヒドロキシ-3-(メタ)アクリロイルオキシプロピル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、フタル酸ジグリシジルエステルジ(メタ)アクリレート、グリセリントリアクリレート、グリセリンポリグリシジルエーテルポリ(メタ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレート(すなわち、トリレンジイソシアネート)、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートとヘキサメチレンジイソシアネート等と2-ビドロキシエチル(メタ)アクリレートとの反応物、トリス(ヒドロキシエチル)イソシアヌレートのトリ(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリレート化合物;ジビニルベンゼン、ジアリルフタレート、ジアリルベンゼンホスホネート等の芳香族ビニル化合物;アジピン酸ジビニル等のジカルボン酸エステル化合物;トリアリルシアヌレート、メチレンビス(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリルアミドメチレンエーテル、多価アルコールとN-メチロール(メタ)アクリルアミドとの縮合物が挙げられる。これらの多官能モノマーは、単独で用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。
反応性希釈剤(E)を配合する場合、その配合量は、感光性樹脂組成物全体に対して、1~20質量%であることが好ましく、2~10質量%であることがより好ましい。反応性希釈剤(E)の配合量が1質量%以上であれば、良好な硬化性を有するため好ましい。一方、反応性希釈剤(E)の配合量が20質量%以下であれば、現像後の残渣が生じにくいため好ましい。
更に、本発明のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、カップリング剤、レベリング剤、熱重合禁止剤等の公知の添加剤を含有してもよい。これらの添加剤の配合量は、本発明の効果を損なわない範囲であれば、特に限定されない。
本発明のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物は、公知の混合装置を用いて、上述の成分(A)~(E)を混合することによって製造することができる。また、所望により、樹脂(A)及び溶剤(B)を含む組成物を予め調製した後、光重合開始剤(C)、着色剤(D)及び任意成分である反応性希釈剤(E)を更に加え、混合して製造することも可能である。
<ブラックカラムスペーサー>
次に、本発明のブラックカラムスペーサーについて詳細に説明する。
本発明のブラックカラムスペーサーは、上述のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物を硬化したものである。具体的には、まず、ブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物を基板上に塗布して樹脂層(塗布膜)を形成する。その後、所定のパターンのハーフトーンマスクを介して、樹脂層を露光して、露光部分を光硬化させる。そして、未露光部分及び半露光部をアルカリ現像液で現像してブラックカラムスペーサーを形成する。その後、必要に応じて、ブラックカラムスペーサーをポストベークする。
次に、本発明のブラックカラムスペーサーについて詳細に説明する。
本発明のブラックカラムスペーサーは、上述のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物を硬化したものである。具体的には、まず、ブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物を基板上に塗布して樹脂層(塗布膜)を形成する。その後、所定のパターンのハーフトーンマスクを介して、樹脂層を露光して、露光部分を光硬化させる。そして、未露光部分及び半露光部をアルカリ現像液で現像してブラックカラムスペーサーを形成する。その後、必要に応じて、ブラックカラムスペーサーをポストベークする。
基板の材質は、特に限定されないが、例えば、ガラス基板、シリコン基板、ポリカーボネート基板、ポリエステル基板、ポリアミド基板、ポリアミドイミド基板、ポリイミド基板、アルミニウム基板、プリント配線基板、アレイ基板等が挙げられる。
ブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物の塗布方法は、特に限定されないが、例えば、スクリーン印刷法、ロールコート法、カーテンコート法、スプレーコート法、スピンコート法等が挙げられる。また、ブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物の塗布後、必要に応じて、循環式オーブン、赤外線ヒーター、ホットプレート等の加熱手段を用いて加熱することにより、樹脂層に含まれる溶剤(B)を揮発させてもよい。加熱条件は、特に限定されず、使用するブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物の組成に応じて適宜設定すればよい。一般には、50℃~120℃の温度で、30秒~30分加熱することが好ましい。
樹脂層の露光方法は、特に限定されないが、例えば、紫外線、エキシマレーザー光等の活性エネルギー線の照射が挙げられる。照射するエネルギー線量は、ブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物の組成に応じて適宜設定すればよい。例えば、30~2000mJ/cm2であることが好ましいが、この範囲に限定されない。露光に用いられる光源としては、特に限定されないが、低圧水銀ランプ、中圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ等を任意に選択して用いることができる。
現像に用いられるアルカリ現像液は、特に限定されず、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水溶液;エチルアミン、ジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン等のアミン系化合物の水溶液;テトラメチルアンモニウム、3-メチル-4-アミノ-N,N-ジエチルアニリン、3-メチル-4-アミノ-N-エチル-N-β-ヒドロキシエチルアニリン、3-メチル-4-アミノ-N-エチル-N-β-メタンスルホンアミドエチルアニリン、3-メチル-4-アミノ-N-エチル-N-β-メトキシエチルアニリン及びこれらの硫酸塩、塩酸塩又はp-トルエンスルホン酸塩等のp-フェニレンジアミン系化合物の水溶液等が挙げられる。なお、これらのアルカリ現像液には、必要に応じて、消泡剤、界面活性剤等を添加してもよい。また、アルカリ現像液による現像の後、水洗して乾燥させることが好ましい。
アルカリ現像により形成されたブラックカラムスペーサーをポストベークすることにより、樹脂の硬化をより進めることができる。ポストベークの条件は、特に限定されず任意に選択できる。ブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物の組成に応じて、好ましい条件を選択して加熱処理を行えばよい。例えば、130℃~250℃の温度で、好ましくは10分~4時間、より好ましくは20分~2時間の加熱を行えばよい。
このようにして製造されるブラックカラムスペーサーは、着色剤分散性、耐溶剤性及び弾性回復率に優れている。
<画像表示装置>
本発明の画像表示装置は、上述のブラックカラムスペーサーを備える画像表示装置である。画像表示装置の具体例としては、液晶表示装置、有機EL表示装置等が挙げられる。画像表示装置を製造するにあたっては、上述のブラックカラムスペーサーを形成すること以外は制限はなく、常法に従って製造を行うことができる。
本発明の画像表示装置は、上述のブラックカラムスペーサーを備える画像表示装置である。画像表示装置の具体例としては、液晶表示装置、有機EL表示装置等が挙げられる。画像表示装置を製造するにあたっては、上述のブラックカラムスペーサーを形成すること以外は制限はなく、常法に従って製造を行うことができる。
以下、実施例を参照して本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されない。
<物性値の測定法>
合成例に記載された、酸価、不飽和基当量及び重量平均分子量は、以下に記載する方法によって得られた値である。
(1)酸価:JIS K6901 5.3.2に従ってブロモチモールブルーとフェノールレッドの混合指示薬を用いて測定された樹脂の酸価である。樹脂1g中に含まれる酸性成分を中和するのに要する水酸化カリウムのmg数を意味する。
(2)不飽和基当量:重合性不飽和結合のモル数当たりの樹脂の質量であり、モノマーの使用量に基づいて算出した計算値である。
(3)重量平均分子量(Mw):ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて、下記条件にて測定した標準ポリスチレン換算した重量平均分子量を意味する。
カラム:ショウデックス(登録商標) LF-804+LF-804(昭和電工株式会社製)
カラム温度:40℃
試料:樹脂の0.2%テトラヒドロフラン溶液
展開溶媒:テトラヒドロフラン
検出器:示差屈折計(ショウデックス(登録商標) RI-71S)(昭和電工株式会社製)
流速:1mL/min
合成例に記載された、酸価、不飽和基当量及び重量平均分子量は、以下に記載する方法によって得られた値である。
(1)酸価:JIS K6901 5.3.2に従ってブロモチモールブルーとフェノールレッドの混合指示薬を用いて測定された樹脂の酸価である。樹脂1g中に含まれる酸性成分を中和するのに要する水酸化カリウムのmg数を意味する。
(2)不飽和基当量:重合性不飽和結合のモル数当たりの樹脂の質量であり、モノマーの使用量に基づいて算出した計算値である。
(3)重量平均分子量(Mw):ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて、下記条件にて測定した標準ポリスチレン換算した重量平均分子量を意味する。
カラム:ショウデックス(登録商標) LF-804+LF-804(昭和電工株式会社製)
カラム温度:40℃
試料:樹脂の0.2%テトラヒドロフラン溶液
展開溶媒:テトラヒドロフラン
検出器:示差屈折計(ショウデックス(登録商標) RI-71S)(昭和電工株式会社製)
流速:1mL/min
<合成例1>
攪拌装置、滴下ロート、コンデンサー、温度計及びガス導入管を備えたフラスコに、溶媒としてのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 179.3g及びクレゾールノボラック型エポキシ樹脂としての新日鉄住金化学株式会社製YDCN-704 208.4gを加え、フラスコ内を酸素ガス濃度5~7体積%の窒素ガス/空気混合ガスに置換しながら攪拌し、120℃に昇温させた。
次いで、アクリル酸 72.0g、トリフェニルホスフィン(触媒) 0.8g及び2,6-ジタシャリーブチル-p-クレゾール(重合禁止剤) 0.8gをフラスコに加えた。その後、120℃で6時間にわたり反応を続けて、クレゾールノボラック骨格を有するエポキシアクリレートを得た。
更に、テトラヒドロ無水フタル酸 76.0gをフラスコに加え、120℃で1時間にわたり反応を続けて樹脂(A1)の溶液を得た。この樹脂(A1)の溶液にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを更に添加して、合成例1の樹脂(A1)溶液(固形分濃度40質量%)を調製した。なお、固形分とは、樹脂(A1)溶液を130℃で2時間加熱したときの加熱残分を意味し、樹脂(A1)が主成分となる。この樹脂(A1)溶液中に含まれる樹脂(A1)の酸価は79KOHmg/gであり、重量平均分子量は5500であり、不飽和基当量は360g/molであった。
攪拌装置、滴下ロート、コンデンサー、温度計及びガス導入管を備えたフラスコに、溶媒としてのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 179.3g及びクレゾールノボラック型エポキシ樹脂としての新日鉄住金化学株式会社製YDCN-704 208.4gを加え、フラスコ内を酸素ガス濃度5~7体積%の窒素ガス/空気混合ガスに置換しながら攪拌し、120℃に昇温させた。
次いで、アクリル酸 72.0g、トリフェニルホスフィン(触媒) 0.8g及び2,6-ジタシャリーブチル-p-クレゾール(重合禁止剤) 0.8gをフラスコに加えた。その後、120℃で6時間にわたり反応を続けて、クレゾールノボラック骨格を有するエポキシアクリレートを得た。
更に、テトラヒドロ無水フタル酸 76.0gをフラスコに加え、120℃で1時間にわたり反応を続けて樹脂(A1)の溶液を得た。この樹脂(A1)の溶液にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを更に添加して、合成例1の樹脂(A1)溶液(固形分濃度40質量%)を調製した。なお、固形分とは、樹脂(A1)溶液を130℃で2時間加熱したときの加熱残分を意味し、樹脂(A1)が主成分となる。この樹脂(A1)溶液中に含まれる樹脂(A1)の酸価は79KOHmg/gであり、重量平均分子量は5500であり、不飽和基当量は360g/molであった。
<合成例2>
合成例1でテトラヒドロ無水フタル酸を無水コハク酸 45.0gに変えること以外は同様にして、樹脂(A2)の溶液を得た。この樹脂(A2)の溶液にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを更に添加して、合成例2の樹脂(A2)溶液(固形分濃度40質量%)を調製した。この樹脂(A2)溶液中に含まれる樹脂(A2)の酸価は79KOHmg/gであり、重量平均分子量は5300であり、不飽和基当量は330g/molであった。
合成例1でテトラヒドロ無水フタル酸を無水コハク酸 45.0gに変えること以外は同様にして、樹脂(A2)の溶液を得た。この樹脂(A2)の溶液にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを更に添加して、合成例2の樹脂(A2)溶液(固形分濃度40質量%)を調製した。この樹脂(A2)溶液中に含まれる樹脂(A2)の酸価は79KOHmg/gであり、重量平均分子量は5300であり、不飽和基当量は330g/molであった。
<合成例3>
フラスコ内の合成例1の樹脂(A1)の溶液にグリシジルメタクリレート 14.2gを加え、120℃で3時間にわたり反応を続けて樹脂(A3)の溶液を得た。この樹脂(A3)の溶液にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを更に添加して、合成例3の樹脂(A3)溶液(固形分濃度40質量%)を調製した。この樹脂(A3)溶液中に含まれる樹脂(A3)の酸価は61KOHmg/gであり、重量平均分子量は6500であり、不飽和基当量は340g/molであった。
フラスコ内の合成例1の樹脂(A1)の溶液にグリシジルメタクリレート 14.2gを加え、120℃で3時間にわたり反応を続けて樹脂(A3)の溶液を得た。この樹脂(A3)の溶液にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを更に添加して、合成例3の樹脂(A3)溶液(固形分濃度40質量%)を調製した。この樹脂(A3)溶液中に含まれる樹脂(A3)の酸価は61KOHmg/gであり、重量平均分子量は6500であり、不飽和基当量は340g/molであった。
<合成例4>
攪拌装置、滴下ロート、コンデンサー、温度計及びガス導入管を備えたフラスコに、溶媒としてのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 175.1g及びフェノールノボラック型エポキシ樹脂としての新日鉄住金化学株式会社製YDPN-638 180.0gを加え、フラスコ内を酸素ガス濃度5~7体積%の窒素ガス/空気混合ガスに置換しながら攪拌し、120℃に昇温させた。
次いで、アクリル酸 72.0g、トリフェニルホスフィン(触媒) 0.8g及び2,6-ジタシャリーブチル-p-クレゾール(重合禁止剤) 0.8gをフラスコに加えた。その後、120℃で6時間にわたり反応を続けて、クレゾールノボラック骨格を有するエポキシアクリレートを得た。
更に、テトラヒドロ無水フタル酸 76.0gをフラスコに加え、120℃で1時間にわたり反応を続けた後、グリシジルメタクリレート 14.2gをフラスコに加え、120℃で3時間にわたり反応を続けて樹脂(A4)の溶液を得た。この樹脂(A4)の溶液にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを更に添加して、合成例4の樹脂(A4)溶液(固形分濃度40質量%)を調製した。この樹脂(A4)溶液中に含まれる樹脂(A4)の酸価は66KOHmg/gであり、重量平均分子量は6000であり、不飽和基当量は330g/molであった。
攪拌装置、滴下ロート、コンデンサー、温度計及びガス導入管を備えたフラスコに、溶媒としてのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 175.1g及びフェノールノボラック型エポキシ樹脂としての新日鉄住金化学株式会社製YDPN-638 180.0gを加え、フラスコ内を酸素ガス濃度5~7体積%の窒素ガス/空気混合ガスに置換しながら攪拌し、120℃に昇温させた。
次いで、アクリル酸 72.0g、トリフェニルホスフィン(触媒) 0.8g及び2,6-ジタシャリーブチル-p-クレゾール(重合禁止剤) 0.8gをフラスコに加えた。その後、120℃で6時間にわたり反応を続けて、クレゾールノボラック骨格を有するエポキシアクリレートを得た。
更に、テトラヒドロ無水フタル酸 76.0gをフラスコに加え、120℃で1時間にわたり反応を続けた後、グリシジルメタクリレート 14.2gをフラスコに加え、120℃で3時間にわたり反応を続けて樹脂(A4)の溶液を得た。この樹脂(A4)の溶液にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを更に添加して、合成例4の樹脂(A4)溶液(固形分濃度40質量%)を調製した。この樹脂(A4)溶液中に含まれる樹脂(A4)の酸価は66KOHmg/gであり、重量平均分子量は6000であり、不飽和基当量は330g/molであった。
<合成例5>
攪拌装置、滴下ロート、コンデンサー、温度計及びガス導入管を備えたフラスコに、溶媒としてのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 174.4g、ビスフェノールA型エポキシ樹脂としての旭化成株式会社製AER-2603 189.0g及び二塩基酸としてのアジピン酸43.8gを加え、フラスコ内を酸素ガス濃度5~7体積%の窒素ガス/空気混合ガスに置換しながら攪拌し、120℃に昇温させた。
次いで、トリフェニルホスフィン(触媒)0.8g及びメトキノン(重合禁止剤)0.8gをフラスコに加えた。その後、120℃で10時間にわたり反応を続けた後、アクリル酸 28.8gを加え、120℃で10時間にわたり反応を続けた。
更に、テトラヒドロ無水フタル酸 76.0gをフラスコに加え、120℃で6時間にわたり反応を続けて樹脂(A5)の溶液を得た。この樹脂(A5)の溶液にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを更に添加して、合成例5の樹脂(A5)溶液(固形分濃度40質量%)を調製した。この樹脂(A5)溶液中に含まれる樹脂(A5)の酸価は83KOHmg/gであり、重量平均分子量は7000であり、不飽和基当量は840g/molであった。
攪拌装置、滴下ロート、コンデンサー、温度計及びガス導入管を備えたフラスコに、溶媒としてのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 174.4g、ビスフェノールA型エポキシ樹脂としての旭化成株式会社製AER-2603 189.0g及び二塩基酸としてのアジピン酸43.8gを加え、フラスコ内を酸素ガス濃度5~7体積%の窒素ガス/空気混合ガスに置換しながら攪拌し、120℃に昇温させた。
次いで、トリフェニルホスフィン(触媒)0.8g及びメトキノン(重合禁止剤)0.8gをフラスコに加えた。その後、120℃で10時間にわたり反応を続けた後、アクリル酸 28.8gを加え、120℃で10時間にわたり反応を続けた。
更に、テトラヒドロ無水フタル酸 76.0gをフラスコに加え、120℃で6時間にわたり反応を続けて樹脂(A5)の溶液を得た。この樹脂(A5)の溶液にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを更に添加して、合成例5の樹脂(A5)溶液(固形分濃度40質量%)を調製した。この樹脂(A5)溶液中に含まれる樹脂(A5)の酸価は83KOHmg/gであり、重量平均分子量は7000であり、不飽和基当量は840g/molであった。
<合成例6>
合成例1でアクリル酸 72.0gをアクリル酸 31.7g及び酢酸 33.6gに変えること以外は同様にして、樹脂(A6)の溶液を得た。この樹脂(A6)の溶液にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを更に添加して、合成例6の樹脂(A6)溶液(固形分濃度40質量%)を調製した。この樹脂(A6)溶液中に含まれる樹脂(A6)の酸価は80KOHmg/gであり、重量平均分子量は5400であり、不飽和基当量は800g/molであった。
合成例1でアクリル酸 72.0gをアクリル酸 31.7g及び酢酸 33.6gに変えること以外は同様にして、樹脂(A6)の溶液を得た。この樹脂(A6)の溶液にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを更に添加して、合成例6の樹脂(A6)溶液(固形分濃度40質量%)を調製した。この樹脂(A6)溶液中に含まれる樹脂(A6)の酸価は80KOHmg/gであり、重量平均分子量は5400であり、不飽和基当量は800g/molであった。
<比較合成例1>
攪拌装置、滴下ロート、コンデンサー、温度計及びガス導入管を備えたフラスコに、溶媒としてのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 194.9gを加え、フラスコ内を窒素ガス置換しながら攪拌し、100℃に昇温させた。
次いで、ベンジルメタクリレート 88.0g及びメタクリル酸 43.0gからなるモノマー混合物に、アゾビスイソブチロニトリル(重合開始剤) 12.6gを添加したものを別途用意した。このモノマー及び重合開始剤の混合物を、滴下ロートから2時間にわたってフラスコ中に滴下した。滴下終了後、120℃で更に2時間攪拌して反応を行い、樹脂前駆体を生成させた。その後、フラスコ内を酸素ガス濃度5~7体積%の窒素ガス/空気混合ガスに置換して、グリシジルメタクリレート 42.6g、トリフェニルホスフィン(触媒) 0.5g及びメトキノン(重合禁止剤) 0.5gを加えた。その後、120℃で6時間にわたり反応を続けて樹脂(A7)の溶液を得た。この樹脂(A7)の溶液にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを更に添加して、比較合成例1の樹脂(A7)溶液(固形分濃度40質量%)を調製した。この樹脂(A7)溶液中に含まれる樹脂(A7)の酸価は63KOHmg/gであり、重量平均分子量は10000であり、不飽和基当量は600であった。
攪拌装置、滴下ロート、コンデンサー、温度計及びガス導入管を備えたフラスコに、溶媒としてのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 194.9gを加え、フラスコ内を窒素ガス置換しながら攪拌し、100℃に昇温させた。
次いで、ベンジルメタクリレート 88.0g及びメタクリル酸 43.0gからなるモノマー混合物に、アゾビスイソブチロニトリル(重合開始剤) 12.6gを添加したものを別途用意した。このモノマー及び重合開始剤の混合物を、滴下ロートから2時間にわたってフラスコ中に滴下した。滴下終了後、120℃で更に2時間攪拌して反応を行い、樹脂前駆体を生成させた。その後、フラスコ内を酸素ガス濃度5~7体積%の窒素ガス/空気混合ガスに置換して、グリシジルメタクリレート 42.6g、トリフェニルホスフィン(触媒) 0.5g及びメトキノン(重合禁止剤) 0.5gを加えた。その後、120℃で6時間にわたり反応を続けて樹脂(A7)の溶液を得た。この樹脂(A7)の溶液にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを更に添加して、比較合成例1の樹脂(A7)溶液(固形分濃度40質量%)を調製した。この樹脂(A7)溶液中に含まれる樹脂(A7)の酸価は63KOHmg/gであり、重量平均分子量は10000であり、不飽和基当量は600であった。
<比較合成例2>
攪拌装置、滴下ロート、コンデンサー、温度計及びガス導入管を備えたフラスコに、溶媒としてのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 165.4g及びフルオレン型エポキシ樹脂 254.0gを加え、フラスコ内を酸素ガス濃度5~7体積%の窒素ガス/空気混合ガスに置換しながら攪拌し、120℃に昇温させた。
次いで、アクリル酸 72.0g、トリフェニルホスフィン(触媒) 0.8g及びメトキノン(重合禁止剤) 0.8gをフラスコに加えた。その後、120℃で10時間にわたり反応を続けた。
更に、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物 75.0g及びテトラヒドロ無水フタル酸 38.0gをフラスコに加え、120℃で6時間にわたり反応を続けて樹脂(A8)の溶液を得た。この樹脂(A8)の溶液にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを更に添加して、比較合成例2の樹脂(A8)溶液(固形分濃度40質量%)を調製した。この樹脂(A8)溶液中に含まれる樹脂(A8)の酸価は97KOHmg/gであり、重量平均分子量は5000であり、不飽和基当量は440g/molであった。
攪拌装置、滴下ロート、コンデンサー、温度計及びガス導入管を備えたフラスコに、溶媒としてのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 165.4g及びフルオレン型エポキシ樹脂 254.0gを加え、フラスコ内を酸素ガス濃度5~7体積%の窒素ガス/空気混合ガスに置換しながら攪拌し、120℃に昇温させた。
次いで、アクリル酸 72.0g、トリフェニルホスフィン(触媒) 0.8g及びメトキノン(重合禁止剤) 0.8gをフラスコに加えた。その後、120℃で10時間にわたり反応を続けた。
更に、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物 75.0g及びテトラヒドロ無水フタル酸 38.0gをフラスコに加え、120℃で6時間にわたり反応を続けて樹脂(A8)の溶液を得た。この樹脂(A8)の溶液にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを更に添加して、比較合成例2の樹脂(A8)溶液(固形分濃度40質量%)を調製した。この樹脂(A8)溶液中に含まれる樹脂(A8)の酸価は97KOHmg/gであり、重量平均分子量は5000であり、不飽和基当量は440g/molであった。
<実施例1~6及び比較例1~2>
合成例1~6及び比較合成例1~2の樹脂溶液を用いて、下記表1の配合(質量%基準)により、実施例1~6及び比較例1~2のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物をスクリュー管に秤取り混合し、調製した。比較例1は、特許文献2に対応する例である。なお、下記配合において、樹脂(A)の量には、調製時に用いた溶剤は含まれない。樹脂(A)の溶液に含まれていた溶剤の量は、配合成分としての溶剤(B)の中に合算されている。
合成例1~6及び比較合成例1~2の樹脂溶液を用いて、下記表1の配合(質量%基準)により、実施例1~6及び比較例1~2のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物をスクリュー管に秤取り混合し、調製した。比較例1は、特許文献2に対応する例である。なお、下記配合において、樹脂(A)の量には、調製時に用いた溶剤は含まれない。樹脂(A)の溶液に含まれていた溶剤の量は、配合成分としての溶剤(B)の中に合算されている。
<着色剤分散性の評価>
以下に示す方法により着色剤分散性を評価した。
まず、実施例1~6及び比較例1~2のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物を5cm×5cmのガラス基板上に、ポストベーク後の塗膜の厚さが1μmとなるようにスピンコートした。この後、90℃で3分間加熱することにより溶剤を揮発させた。次に、塗膜の全面をウシオ電機株式会社製マルチライトML-251D/Bと照射光学ユニットPM25C-100を用いて露光(露光量50mJ/cm2)し、光硬化させた。更に230℃で30分間ポストベークすることで、目的とする硬化塗膜を得た。透過濃度計(361T、X-lite社)を用いることにより、厚さ1μmの硬化塗膜についての光学密度(Optical Density:OD)を測定した。結果を表2に示す。光学密度が高いほど着色剤分散性に優れているといえる。
以下に示す方法により着色剤分散性を評価した。
まず、実施例1~6及び比較例1~2のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物を5cm×5cmのガラス基板上に、ポストベーク後の塗膜の厚さが1μmとなるようにスピンコートした。この後、90℃で3分間加熱することにより溶剤を揮発させた。次に、塗膜の全面をウシオ電機株式会社製マルチライトML-251D/Bと照射光学ユニットPM25C-100を用いて露光(露光量50mJ/cm2)し、光硬化させた。更に230℃で30分間ポストベークすることで、目的とする硬化塗膜を得た。透過濃度計(361T、X-lite社)を用いることにより、厚さ1μmの硬化塗膜についての光学密度(Optical Density:OD)を測定した。結果を表2に示す。光学密度が高いほど着色剤分散性に優れているといえる。
<現像マージンの評価>
光学密度と同様の方法でガラス基板上にブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物をスピンコートし、100℃で3分間ベークし溶剤を揮発させ、ラインアンドスペースやドットパターンのフォトマスクを設置して露光し、光硬化後の厚さが2.5μmである塗膜を作製した。0.2質量%の水酸化カリウム水溶液で現像し、現像時間100秒から150秒の間の塗膜の厚さの減少率を株式会社小坂研究所製微細形状測定機ET4000Mを用いて測定した。結果を表2に示す。塗膜の厚さの減少率が大きいほど優れた現像マージンを有しているといえる。
光学密度と同様の方法でガラス基板上にブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物をスピンコートし、100℃で3分間ベークし溶剤を揮発させ、ラインアンドスペースやドットパターンのフォトマスクを設置して露光し、光硬化後の厚さが2.5μmである塗膜を作製した。0.2質量%の水酸化カリウム水溶液で現像し、現像時間100秒から150秒の間の塗膜の厚さの減少率を株式会社小坂研究所製微細形状測定機ET4000Mを用いて測定した。結果を表2に示す。塗膜の厚さの減少率が大きいほど優れた現像マージンを有しているといえる。
<耐溶剤性の評価>
光学密度と同様の方法でガラス基板上にブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物をスピンコートし、100℃で3分間ベークし溶剤を揮発させ、ラインアンドスペースやドットパターンのフォトマスクを設置して露光し、光硬化後の厚さが2.5μmである塗膜を作製した。ガラス基板ごと200mLのN-メチル-2-ピロリドンが入った容量500mLの蓋付きガラス瓶に入れ、100℃のオーブン中で15分間放置した後、色抜けの有無を下記基準に従って評価した。結果を表2に示す。
○:肉眼で観察時、色抜けが全くない
×:肉眼で観察時、色抜けが非常に多い
光学密度と同様の方法でガラス基板上にブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物をスピンコートし、100℃で3分間ベークし溶剤を揮発させ、ラインアンドスペースやドットパターンのフォトマスクを設置して露光し、光硬化後の厚さが2.5μmである塗膜を作製した。ガラス基板ごと200mLのN-メチル-2-ピロリドンが入った容量500mLの蓋付きガラス瓶に入れ、100℃のオーブン中で15分間放置した後、色抜けの有無を下記基準に従って評価した。結果を表2に示す。
○:肉眼で観察時、色抜けが全くない
×:肉眼で観察時、色抜けが非常に多い
<弾性回復率の評価>
光学密度と同様の方法でガラス基板上にポストベーク後の厚さが4.0μmである塗膜を作製し、25℃において、圧縮変位及び弾性回復率を、弾性測定装置(DUH-211、株式会社島津製作所)を用いて、以下の測定条件に従って測定した。
パターンを押す押圧体として、50μmの直径を有する平らな押圧体を、荷重を負荷-除荷する方法で用いた。弾性回復率は、50mNの荷重を加える試験で測定した。3mN/秒の荷重速度及び10秒の保持時間を一定に維持した。弾性回復率は、15秒の回復時間の経過後に回復した距離の、一定の力を加えた際に圧縮された距離(圧縮変位)に対する比を意味し、それは次式で表される。
弾性回復率(%)=[(回復距離/圧縮変位)×100]
結果を表2に示す。
光学密度と同様の方法でガラス基板上にポストベーク後の厚さが4.0μmである塗膜を作製し、25℃において、圧縮変位及び弾性回復率を、弾性測定装置(DUH-211、株式会社島津製作所)を用いて、以下の測定条件に従って測定した。
パターンを押す押圧体として、50μmの直径を有する平らな押圧体を、荷重を負荷-除荷する方法で用いた。弾性回復率は、50mNの荷重を加える試験で測定した。3mN/秒の荷重速度及び10秒の保持時間を一定に維持した。弾性回復率は、15秒の回復時間の経過後に回復した距離の、一定の力を加えた際に圧縮された距離(圧縮変位)に対する比を意味し、それは次式で表される。
弾性回復率(%)=[(回復距離/圧縮変位)×100]
結果を表2に示す。
上記結果から、実施例1~6のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物は、着色剤分散性、現像マージン、耐溶剤性及び弾性回復率に優れている。一方、比較例1及び2のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物は、光学密度が低くブラックマトリックスとしての物性に劣るか、又は弾性回復率試験においてスペーサーとしての物性に劣る結果となった。
Claims (10)
- ノボラック型エポキシ樹脂に不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステルが付加したものに多塩基酸無水物が更に付加している樹脂、並びにビスフェノール型エポキシ樹脂に二塩基酸及び不飽和一塩基酸もしくは不飽和二塩基酸モノエステルが付加したものに多塩基酸無水物が更に付加している樹脂からなる群から選択される樹脂(A)と、溶剤(B)と、光重合開始剤(C)と、着色剤(D)とを含有するブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
- 前記樹脂(A)が、前記多塩基酸無水物が開環したカルボキシ基にエポキシ基含有不飽和化合物が更に付加している樹脂である請求項1に記載のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
- 前記樹脂(A)が、前記不飽和一塩基酸もしくは前記不飽和二塩基酸モノエステルと共に飽和一塩基酸が付加している樹脂である請求項1又は2に記載のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
- 前記着色剤(D)が、有機黒色顔料を含む請求項1~3のいずれか一項に記載のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
- 前記着色剤(D)が、無機黒色顔料を更に含む請求項1~4のいずれか一項に記載のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
- 前記着色剤(D)が、青顔料、赤顔料及び緑顔料から選択される少なくとも1種を更に含む請求項1~5のいずれか一項に記載のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
- 前記樹脂(A)を1~20質量%、前記溶剤(B)を50~94質量%、前記光重合開始剤(C)を0.01~5質量%及び前記着色剤(D)を3~30質量%含有する請求項1~6のいずれか一項に記載のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
- 反応性希釈剤(E)を1~20質量%更に含有する請求項7に記載のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物。
- 請求項1~8のいずれか一項に記載のブラックカラムスペーサー形成用感光性樹脂組成物を硬化したブラックカラムスペーサー。
- 請求項9に記載のブラックカラムスペーサーを備える画像表示装置。
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JP2000321765A (ja) * | 1999-05-13 | 2000-11-24 | Showa Highpolymer Co Ltd | 感光性樹脂組成物 |
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JP2009040899A (ja) * | 2007-08-09 | 2009-02-26 | Dic Corp | 感光性樹脂組成物及び新規酸基含有ビニルエステル樹脂 |
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JP2011093970A (ja) * | 2009-10-28 | 2011-05-12 | Showa Denko Kk | 感光性樹脂 |
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- 2018-08-30 JP JP2018161422A patent/JP2021192069A/ja active Pending
-
2019
- 2019-05-23 WO PCT/JP2019/020495 patent/WO2020044678A1/ja active Application Filing
- 2019-05-31 TW TW108118876A patent/TW202009242A/zh unknown
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