WO2024075586A1 - 感光性樹脂組成物、感光性樹脂皮膜、パターン形成方法及び発光素子 - Google Patents

感光性樹脂組成物、感光性樹脂皮膜、パターン形成方法及び発光素子 Download PDF

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WO2024075586A1
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resin composition
meth
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light
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仁 丸山
伸司 青木
義弘 野島
一也 鳶島
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信越化学工業株式会社
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    • C09K11/08Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
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    • G03F7/20Exposure; Apparatus therefor

Definitions

  • the present invention relates to a photosensitive resin composition, a photosensitive resin film using the photosensitive resin composition, a pattern forming method, and a light-emitting device.
  • One method involves converting light from an LED array from shorter wavelengths, blue, to longer wavelengths, red and green, through a color conversion structure. Quantum dots are used to perform this color conversion.
  • the present invention has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a photosensitive resin composition that can easily form a film having high lithography resolution and good light-emitting properties, a photosensitive resin film obtained using the photosensitive resin composition, a pattern formation method using these, and a light-emitting element obtained using the photosensitive resin composition.
  • the present invention provides a photosensitive resin composition, comprising: (A) a resin having a (meth)acryloyl group,
  • the present invention provides a photosensitive resin composition comprising (B) a photoradical generator and (C) quantum dots, the quantum dots having a surface coating layer containing siloxane.
  • Such a photosensitive resin composition can easily form a film with high lithography resolution and good luminescence properties.
  • the (C) component contains a skeleton having a (meth)acryloyl group in the surface coating layer.
  • Such a photosensitive resin composition prevents the quantum dots from escaping during development, resulting in a pattern with high light-emitting properties.
  • the quantum dots of component (C) have ligands coordinated to their surfaces
  • the surface coating layer contains siloxane bonds bonded to the ligands
  • the substituents of the ligands have one or more of an amino group, a thiol group, a carboxy group, a phosphino group, a phosphine oxide group, and an ammonium ion.
  • Quantum dots with such ligands are preferred because they are easier to coordinate to the surface.
  • the photosensitive resin composition contains 5 to 80 mass % of the component (C).
  • Such a photosensitive resin composition makes it possible to form fine patterns while maintaining good light-emitting properties.
  • the double bond equivalent of component (A) is 240 to 1,000 g/mol.
  • Such a photosensitive resin composition has a high crosslink density and can form a well-shaped pattern after development.
  • the weight average molecular weight Mw of the (A) component is 5,000 to 100,000 g/mol.
  • Such a photosensitive resin composition is less likely to cause film loss in exposed areas during development, and the solubility of unexposed areas is good.
  • the present invention further contains (D) a surfactant.
  • Such a photosensitive resin composition can improve the coatability.
  • the composition further contains (E) a silane coupling agent.
  • Such a photosensitive resin composition can improve adhesion to the substrate.
  • the composition further contains (F) a crosslinking agent having two or more functional (meth)acryloyl groups.
  • the resulting cured film will have high reliability.
  • the composition further contains (G) a solvent.
  • Such a photosensitive resin composition can improve the coatability.
  • the present invention also provides a photosensitive resin film that is a dried product of the photosensitive resin composition described above.
  • Such a photosensitive resin film will have high lithography resolution and good luminescence properties.
  • the present invention also provides a pattern forming method, comprising the steps of: (i) applying the above-described photosensitive resin composition onto a substrate to form a photosensitive resin film on the substrate; (ii) a step of exposing the photosensitive resin film to light; and (iii) a step of developing the exposed photosensitive resin film with a developer to dissolve and remove non-exposed areas to form a pattern.
  • Such a pattern formation method allows for the formation of patterns with high lithographic resolution, resulting in a film pattern with good luminescence properties.
  • the present invention also provides a light-emitting device having a cured film obtained by the pattern formation method described above.
  • Such a light-emitting element would have high lithography resolution and good light-emitting properties.
  • the photosensitive resin composition of the present invention contains a resin having a (meth)acryloyl group, a photoradical generator, and quantum dots having a specific surface coating layer, making it easy to form a film with high resolution and good luminescence properties, making it suitable for light-emitting devices.
  • a photosensitive resin composition comprising (A) a resin having a (meth)acryloyl group, (B) a photoradical generator, and (C) quantum dots, the quantum dots having a surface coating layer containing siloxane, has high lithographic resolution and can easily form a film (photosensitive resin film) having good luminescence properties, thereby completing the present invention.
  • the present invention is a photosensitive resin composition, (A) a resin having a (meth)acryloyl group,
  • the photosensitive resin composition includes (B) a photoradical generator, and (C) quantum dots, the quantum dots having a surface coating layer containing siloxane.
  • the photosensitive resin composition of the present invention contains (A) a resin having a (meth)acryloyl group, (B) a photoradical generator, and (C) a quantum dot having a specific surface coating layer. If necessary, it may further contain other components such as (D) a surfactant, (E) a silane coupling agent, (F) a crosslinking agent having two or more functional (meth)acryloyl groups, and (G) a solvent.
  • a surfactant e.g., silane coupling agent, and (F) a crosslinking agent having two or more functional (meth)acryloyl groups.
  • the (A) resin having a (meth)acryloyl group used in the present invention is not particularly limited as long as it has a (meth)acryloyl group.
  • the weight average molecular weight Mw of the resin (A) having a (meth)acryloyl group is preferably in the range of 5,000 to 100,000 g/mol, and more preferably in the range of 10,000 to 50,000 g/mol. If the weight average molecular weight of the resin (A) having a (meth)acryloyl group is within the above range, the film is less likely to be reduced in the exposed area during development, and the solubility of the non-exposed area is good.
  • the weight average molecular weight is the value determined as the weight average molecular weight (weight average degree of polymerization) converted into polystyrene by GPC (gel permeation chromatography) analysis using toluene as the developing solvent.
  • the resin (A) having a (meth)acryloyl group preferably has a double bond equivalent in the range of 240 to 1,000 g/mol, and more preferably in the range of 240 to 700 g/mol.
  • the double bond equivalent is the weight of the resin per acrylic group. If the double bond equivalent of the resin (A) having a (meth)acryloyl group is within the above range, a pattern with a high crosslink density and good shape can be formed after development.
  • the resin (A) having a (meth)acryloyl group preferably has an acid value in the range of 0 to 150 mgKOH/g. If the acid value is less than 30 mgKOH/g, the solubility in an alkaline developer is low, making development with an organic solvent suitable. If the acid value is 150 mgKOH/g or less, the pattern will not peel off during alkaline development.
  • the resin (A) having a (meth)acryloyl group may be used alone or in combination of two or more kinds.
  • the resin (A) having a (meth)acryloyl group is preferably in the range of 10 to 90 mass % relative to the total amount of the photosensitive resin composition. More preferably, it is 15 to 85 mass %.
  • the photoradical generator used in the present invention is not particularly limited, but examples thereof include acetophenone-based compounds, benzophenone-based compounds, thioxanthone-based compounds, benzoin-based compounds, triazine-based compounds, and oxime-based compounds.
  • acetophenone compounds include 2,2'-diethoxyacetophenone, 2,2'-dibutoxyacetophenone, 2-hydroxy-2-methylpropiophenone, p-t-butyltrichloroacetophenone, p-t-butyldichloroacetophenone, 4-chloroacetophenone, 2,2'-dichloro-4-phenoxyacetophenone, 2-methyl-1-(4-(methylthio)phenyl)-2-morpholinopropan-1-one, and 2-benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-butan-1-one.
  • benzophenone compounds include benzophenone, benzoylbenzoic acid, methyl benzoylbenzoate, 4-phenylbenzophenone, hydroxybenzophenone, acrylated benzophenone, 4,4'-bis(dimethylamino)benzophenone, 4,4'-bis(diethylamino)benzophenone, 4,4'-dimethylaminobenzophenone, 4,4'-dichlorobenzophenone, and 3,3'-dimethyl-2-methoxybenzophenone.
  • thioxanthone compounds include thioxanthone, 2-methylthioxanthone, isopropylthioxanthone, 2,4-diethylthioxanthone, 2,4-diisopropylthioxanthone, and 2-chlorothioxanthone.
  • benzoin compounds include benzoin, benzoin methyl ether, benzoin ethyl ether, benzoin isopropyl ether, benzoin isobutyl ether, and benzyl dimethyl ketal.
  • triazine compounds include 2,4,6-trichloro-s-triazine, 2-phenyl-4,6-bis(trichloromethyl)-s-triazine, 2-(3',4'-dimethoxystyryl)-4,6-bis(trichloromethyl)-s-triazine, 2-(4'-methoxynaphthyl)-4,6-bis(trichloromethyl)-s-triazine, 2-(p-methoxyphenyl)-4,6-bis(trichloromethyl)-s-triazine, and 2-(p-tolyl)-4,6-bis(trichloromethyl)-s-triazine.
  • azine 2-biphenyl-4,6-bis(trichloromethyl)-s-triazine, bis(trichloromethyl)-6-styryl-s-triazine, 2-(naphth-1-yl)-4,6-bis(trichloromethyl)-s-triazine, 2-(4-methoxynaphth-1-yl)-4,6-bis(trichloromethyl)-s-triazine, 2,4-bis(trichloromethyl)-6-piperonyl-s-triazine, 2,4-bis(trichloromethyl)-6-(4-methoxystyryl)-s-triazine, etc.
  • oxime compounds examples include 1,2-octanedione, O-acyloxime compounds, 2-(O-benzoyloxime)-1-[4-(phenylthio)phenyl]-1,2-octanedione, 1-(O-acetyloxime)-1-[9-ethyl-6-(2-methylbenzoyl)-9H-carbazol-3-yl]ethanone, and O-ethoxycarbonyl- ⁇ -oxyamino-1-phenylpropan-1-one.
  • O-acyloxime compounds include 2-dimethylamino-2-(4-methylbenzyl)-1-(4-morpholin-4-yl-phenyl)-butan-1-one, 1-(4-phenylsulfanylphenyl)-butane-1,2-dione-2-oxime-O-benzoate, 1-(4-phenylsulfanylphenyl)-octane-1,2-dione-2-oxime-O-benzoate, 1-(4-phenylsulfanylphenyl)-octane-1-one oxime-O-acetate, and 1-(4-phenylsulfanylphenyl)-butan-1-one oxime-O-acetate.
  • photoradical generators that can be used include carbazole compounds, diketone compounds, sulfonium borate compounds, diazo compounds, imidazole compounds, non-imidazole compounds, and fluorene compounds.
  • the amount of the photoradical generator (B) is preferably in the range of 0.1 to 10% by mass, and more preferably in the range of 0.5 to 6% by mass, relative to the total amount of the photosensitive resin composition.
  • the photoradical generator may be used alone or in combination of two or more types.
  • Quantum dots having a specific surface coating layer are nano-sized semiconductor materials. Atoms form molecules, and molecules form small molecular aggregates called clusters to form nanoparticles. When such nanoparticles show semiconductor properties, they are called quantum dots (quantum dot particles).
  • a quantum dot When a quantum dot receives energy from the outside and reaches a floating state, it autonomously (autonomously) releases energy (emits light) due to the corresponding energy band gap.
  • the quantum dots (C) used in the present invention are not particularly limited as long as they have a surface coating layer containing siloxane, and can be used in any form.
  • Quantum dots are mainly nanoparticles of 10 nm or less, but they can also be nanowires, nanorods, nanotubes, nanocubes, etc., and any shape can be used.
  • the average particle size of the quantum dots was determined by directly observing at least 20 particles using a transmission electron microscope (TEM), calculating the diameter of a circle having the same area as the projected area of the particle, and using the average value of these values.
  • TEM transmission electron microscope
  • the quantum dots (C) used in the present invention can be made of any suitable material, for example, a semiconductor material selected from the group consisting of Group II-VI, Group III-V, Group IV, Group IV-VI, Group I-III-VI, Group II-IV-V, mixed crystals or alloys thereof, or compounds having a perovskite structure.
  • ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, Si, Ge, Sn, Pb, PbS, PbSe, PbTe, SnS, SnSe , SnTe , AgGaS2 , AgInS2 , AgGaSe2 , AgInSe2 , CuGaS2, CuGaSe2 , CuInS2, CuInSe2, ZnSiP2 , ZnGeP2, CdSiP2 , CdGeP2 , CsPbCl3 , CsPbBr3 , CsPbI3 , CsSnCl 3 , CsSnBr 3 , and CsSnI 3 are examples of compounds that can be used.
  • the quantum dots (C) used in the present invention can have a core-shell structure.
  • the shell material capable of forming the core-shell structure but it is preferable that the shell material has a large band gap and low lattice mismatch with respect to the core material, and it is possible to arbitrarily combine them according to the core material.
  • Specific shell materials include ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, BeS, BeSe, BeTe, MgS, MgSe, MgTe, PbS, PbSe, PbTe, SnS, SnSe, SnTe, CuF, CuCl, CuBr, CuI, etc., and the above materials may be selected as a single or multiple mixed crystals, but are not limited thereto.
  • the quantum dots (C) used in the present invention can be manufactured by various methods, such as liquid phase methods and gas phase methods, and are not particularly limited in the present invention.
  • semiconductor nanoparticles obtained by the hot soap method or hot injection method in which precursor species are reacted at high temperature in a high-boiling point nonpolar solvent, and it is desirable that organic ligands are coordinated to the surface in order to impart dispersibility in nonpolar solvents and reduce surface defects.
  • the organic ligand preferably contains an aliphatic hydrocarbon.
  • organic ligands include oleic acid, stearic acid, palmitic acid, myristic acid, lauric acid, decanoic acid, octanoic acid, oleylamine, stearyl (octadecyl)amine, dodecyl (lauryl)amine, decylamine, octylamine, octadecanethiol, hexadecanethiol, tetradecanethiol, dodecanethiol, decanethiol, octanethiol, trioctylphosphine, trioctylphosphine oxide, triphenylphosphine, triphenylphosphine oxide, tributylphosphine, and tributylphosphine oxide. These may be used alone or in combination.
  • the ligand having a substituent capable of forming a siloxane bond has a substituent that interacts with or is adsorbed to the quantum dot surface.
  • the substituent that interacts with or is adsorbed to the quantum dot surface include amino groups, thiol groups, carboxy groups, mercapto groups, phosphino groups, phosphine groups, phosphine oxide groups, sulfonyl groups, ammonium ions, and quaternary ammonium salts.
  • amino groups, carboxy groups, mercapto groups, phosphine groups, and quaternary ammonium salts are preferred from the viewpoint of the strength of coordination.
  • the quantum dots (C) used in the present invention have a surface coated with siloxane. Therefore, the ligands having a substituent that interacts with or adsorbs to the quantum dot surface have a substituent that can form a siloxane bond.
  • Substituents that can form a siloxane bond include compounds containing alkoxysilanes such as trimethoxysilyl, triethoxysilyl, dimethoxymethylsilyl, diethoxymethylsilyl, dimethylmethoxysilyl, and ethoxydimethylsilyl, compounds having silazane bonds, compounds having Si-OH bonds, compounds having Si-X (X: halogen) bonds, and carboxylic acids.
  • ligands containing alkoxysilanes, silazane, or Si-OH since the reaction can proceed under mild conditions that do not generate acid as a by-product of the reaction.
  • Phenyl-group-containing siloxanes can be formed by reacting these with diphenyldisilanol, etc.
  • the amount of siloxane coated is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 to 50% by mass, and more preferably in the range of 5 to 30% by mass. If the amount of siloxane coated is too high, the quantum dot content will decrease, but if it is within the above range, it is possible to improve dispersibility in the base polymer and suppress deterioration of the quantum dots during exposure to light.
  • the (C) quantum dots used in the present invention may further include a skeleton having a (meth)acryloyl group in the surface coating layer.
  • the resin (A) having a (meth)acryloyl group crosslinks with the surface coating layer after exposure, preventing the quantum dots from escaping during development and achieving high luminescence characteristics for the pattern.
  • compatibility with the resin (A) having a (meth)acryloyl group is improved, preventing the generation of aggregates when made into a photosensitive resin composition.
  • the quantum dots (C) used in the present invention are preferably 5 to 80% by mass, more preferably 10 to 70% by mass, based on the total amount of the photosensitive resin composition. If the content of the quantum dot particles is within the above range, fine patterns can be formed while maintaining good light-emitting properties.
  • component (C) There are no particular limitations on the method of introduction or amount of (meth)acryloyl groups in component (C), but a method of adding a previously prepared skeleton containing an alkoxysilane and having a (meth)acryloyl group to form the phenyl group-containing siloxane and reacting it, or a method of directly introducing a skeleton having a (meth)acryloyl group by a radical reaction, etc. can be used.
  • the amount of introduction can be adjusted appropriately taking into account compatibility with the resin.
  • the photosensitive resin composition of the present invention may further contain a surfactant (D) in order to improve the coatability.
  • the surfactants include, for example, polyoxyethylene alkyl ethers such as polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene sterial ether, polyoxyethylene cetyl ether, and polyoxyethylene olein ether; polyoxyethylene alkyl allyl ethers such as polyoxyethylene octylphenol ether and polyoxyethylene nonylphenol ether; polyoxyethylene polyoxypropylene block copolymers; sorbitan fatty acid esters such as sorbitan monolaurate, sorbitan monopalmitate, and sorbitan monostearate; polyoxyethylene sorbitan monolaurate, polyoxyethylene sorbitan monopalmitate, polyoxyethylene sorbitan monostearate, polyether silicone, polyoxyethylene sorbitan trioleate, and polyoxyethylene nonionic surfactants of polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters such as sorbitan tristearate, EFTOP EF301, EF303, EF352 (manufactured by
  • the amount of the surfactant (D) is preferably 0.01 to 3 mass %, and more preferably 0.02 to 1 mass %, relative to the total amount of the photosensitive resin composition. These surfactants can be used alone or in combination of two or more types.
  • the photosensitive resin composition of the present invention may further contain (E) a silane coupling agent in order to improve adhesion to a substrate.
  • Silane coupling agents include, for example, amino group-containing silane coupling agents, epoxy group-containing silane coupling agents, (meth)acryloyl group-containing silane coupling agents, mercapto group-containing silane coupling agents, vinyl group-containing silane coupling agents, ureido group-containing silane coupling agents, sulfide group-containing silane coupling agents, and silane coupling agents having a cyclic anhydride structure, with (meth)acryloyl group-containing silane coupling agents being the most suitable.
  • Examples of (meth)acryloyl group-containing silane coupling agents include KBM-502, KBM-503, KBE-502, KBE-503, and KBM-5103 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.).
  • the silane coupling agent is preferably present in an amount of 0.01 to 5 mass %, more preferably 0.05 to 4 mass %, based on the total amount of the photosensitive resin composition. These may be used alone or in combination of two or more types.
  • the photosensitive resin composition of the present invention may further contain a crosslinking agent (F).
  • the crosslinking agent is a component that undergoes a crosslinking reaction with the resin (A) having a (meth)acryloyl group and the surface coating layer of the quantum dots (C) to facilitate the formation of a pattern with a good shape, and therefore a crosslinking agent having two or more functional (meth)acryloyl groups is preferred.
  • crosslinking agents having two or more functional (meth)acryloyl groups 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, butylene glycol di(meth)acrylate, neopentyl glycol di(meth)acrylate, 1,6-hexane glycol di(meth)acrylate, trimethylolpropane tri(meth)acrylate, glycerin di(meth)acrylate, pentaerythritol triacrylate, pentaerythritol tetraacrylate, dipentaerythritol pentaacrylate, dipentaerythritol hexaacrylate, pentaerythritol di(meth)acrylate, pentaerythritol tri(meth)acrylate,
  • the amount of the crosslinking agent (F) is preferably 0.5 to 100 parts by mass, more preferably 1 to 50 parts by mass, per 100 parts by mass of the component (A). These may be used alone or in combination of two or more types.
  • the photosensitive resin composition of the present invention may contain a solvent as component (G).
  • the solvent (G) is not particularly limited as long as it can dissolve and disperse the above-mentioned components (A) to (F) and other various additives.
  • the solvent is preferably an organic solvent, for example, ketones such as cyclohexanone, cyclopentanone, methyl-2-n-pentyl ketone, etc.; alcohols such as 3-methoxybutanol, 3-methyl-3-methoxybutanol, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, etc.; ethers such as propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, etc.; esters such as propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, ethyl lactate, ethyl pyruvate, butyl acetate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate,
  • (G) solvent propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether, cyclopentanone, and mixed solvents thereof are preferred, as they have excellent solubility for (A) resins having (meth)acryloyl groups and (B) photoradical generators.
  • the content of component (G) is preferably 25 to 85 mass % and more preferably 35 to 75 mass % based on the total amount of the photosensitive resin composition, from the viewpoint of compatibility and viscosity of the photosensitive resin composition.
  • the photosensitive resin film of the present invention is a dried product of the above-described photosensitive resin composition.
  • the pattern forming method using the photosensitive resin composition of the present invention comprises the steps of: (i) applying the above-described photosensitive resin composition onto a substrate to form a photosensitive resin film on the substrate; (ii) a step of exposing the photosensitive resin film to light, and (iii) a step of developing the exposed photosensitive resin film with a developer.
  • Step (i) is a step of applying the above-described photosensitive resin composition onto a substrate to form a photosensitive resin film on the substrate.
  • the photosensitive resin film is a dried product of the above-described photosensitive resin composition.
  • the substrate include silicon wafers, glass wafers, quartz wafers, plastic circuit boards, ceramic circuit boards, etc.
  • the coating method may be a known method, such as dipping, spin coating, or roll coating.
  • the amount of coating may be appropriately selected depending on the purpose, but it is preferable to coat the resulting photosensitive resin film (dried photosensitive resin composition) so that the film thickness is preferably 0.1 to 200 ⁇ m, and more preferably 1 to 150 ⁇ m.
  • the solvent, etc. may be evaporated in advance by preheating (prebaking) as necessary.
  • prebaking can be carried out, for example, at 40 to 140°C for about 1 minute to 1 hour.
  • the photosensitive resin film is exposed to light.
  • the exposure is preferably performed with light having a wavelength of 10 to 600 nm, and more preferably with light having a wavelength of 190 to 500 nm.
  • Examples of light having such wavelengths include light of various wavelengths generated by a radiation generator, such as ultraviolet light such as g-line, h-line, and i-line, and far ultraviolet light (248 nm, 193 nm). Of these, light having a wavelength of 248 to 436 nm is particularly preferred.
  • the exposure dose is preferably 10 to 10,000 mJ/ cm2 .
  • the exposure may be performed through a photomask.
  • the photomask may be, for example, hollowed out to have a desired pattern.
  • the material of the photomask is not particularly limited, but is preferably one that blocks light of the wavelengths.
  • a photomask having chrome as a light-shielding film is preferably used, but is not limited to this.
  • the film is developed with a developer to form a pattern.
  • a developer for example, organic solvents such as alcohols such as IPA, ketones such as cyclohexanone, glycols such as propylene glycol monomethyl ether, and known alkaline developers such as an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide are preferred.
  • the development method includes conventional methods such as a dip method in which the patterned substrate is immersed in the developer, a paddle method in which the developer is dispensed with a paddle, and a spray method in which the developer is sprayed with a spray. By developing in this manner, the non-exposed areas are dissolved and removed, and a pattern is formed. Thereafter, washing, rinsing, drying, etc. are performed as necessary to obtain a cured film having the desired pattern.
  • the pattern formation method using the photosensitive resin composition of the present invention makes it easy to form fine patterns.
  • the photosensitive resin composition of the present invention is deposited so as to cover a large number of blue micro-LEDs arranged on a substrate, and then fine patterns are formed to form a cured film containing red and green quantum dots in each part on the blue micro-LEDs, which can also emit red and green light, making it possible to produce a full-color light-emitting device.
  • the light-emitting device of the present invention is provided with a cured film obtained by the above-described pattern formation method.
  • InP/ZnSe/ZnS core-shell quantum dots are used as the quantum dot material, and the core synthesis method is as shown in [1-1] (red quantum dots) and [1-2] (green quantum dots) described below, and the subsequent shell synthesis method is as shown in [2].
  • the flask was purged again with nitrogen and heated to 230°C, and 0.98 mL (4 mmol) of 1-dodecanethiol was added and held for 1 hour.
  • the resulting solution was cooled to room temperature to prepare a core-shell type quantum dot-containing solution.
  • the red core-shell type quantum dot-containing solution synthesized through steps [1-1] to [2] was designated R-1, and the green core-shell type quantum dot-containing solution synthesized through steps [1-2] to [2] was designated G-1.
  • Ligand exchange step (3-mercaptopropyl) triethoxysilane was used as a ligand (ligand) having a substituent capable of forming a siloxane bond and a substituent coordinated to the quantum dot surface.
  • ligand exchange reaction (3-mercaptopropyl) triethoxysilane (3.0 mmol) was added to the solution after the shell synthesis step cooled to room temperature and stirred for 24 hours. After the reaction was completed, ethanol was added to precipitate the reaction solution, centrifuged, and the supernatant was removed.
  • a quantum dot solution in which a ligand having a substituent capable of forming a siloxane bond was coordinated was prepared by dispersing in toluene.
  • the quantum dots in which a ligand having a substituent capable of forming a siloxane bond is coordinated, synthesized using R-1, are designated as R-2, and the quantum dots in which a ligand having a substituent capable of forming a siloxane bond is coordinated, synthesized using G-1, are designated as G-2.
  • the mixture was dispersed in toluene, and then PGMEA was added, and the toluene solvent was removed by vacuum distillation to prepare a quantum dot solution (solid concentration 60% solution) with a surface coating layer formed.
  • the quantum dots with a surface coating layer formed using R-2 were designated R-S, and the quantum dots with a surface coating layer formed using G-2 were designated G-S.
  • the quantum dots forming the surface coating layer of the combination of R-2 and RA-4101 are R4101
  • the quantum dots forming the surface coating layer of the combination of G-2 and RA-4101 are G4101
  • the quantum dots forming the surface coating layer of the combination of R-2 and 8KQ-2001 are R2001
  • the quantum dots forming the surface coating layer of the combination of G-2 and 8KQ-2001 are G2001
  • the quantum dots forming the surface coating layer of the combination of R-2 and 8KQ-7052 are R7052
  • the quantum dots forming the surface coating layer of the combination of G-2 and 8KQ-7052 are G7052.
  • the resins are manufactured by Negami Chemical Industries Co., Ltd. under the trade name "RA-4101" (Mw: 30,000 g/mol, acid value: 90 mg KOH/g, double bond equivalent: 350 g/mol), the trade name "RA-3631P” (Mw: 18,000 g/mol, acid value: 5 mg KOH/g, double bond equivalent: 250 g/mol), and manufactured by Taisei Fine Chemical Co., Ltd.
  • RA-4101 Mw: 30,000 g/mol, acid value: 90 mg KOH/g, double bond equivalent: 350 g/mol
  • RA-3631P Mw: 18,000 g/mol, acid value: 5 mg KOH/g, double bond equivalent: 250 g/mol
  • the photoradical generators are "Irgacure 184" (1-hydroxycyclohexyl-phenyl ketone) and "Irgacure OXE01", both manufactured by BASF.
  • the surfactant is a product name "KP-341" (polyether type siloxane) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
  • the silane coupling agent is the product name "KBM-503" (3-methacryloxypropyltrimethoxysilane) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
  • crosslinking agents are trade name "Aronix (registered trademark) M-940" (dipentaerythritol hexaacrylate) manufactured by Toagosei Co., Ltd., and trade name “DPCA-20” manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.
  • G-4 is 900511-1ML manufactured by Aldrich (particle size 3 to 5 nm, material CdSe (core) / CdS (shell) core-shell type).
  • the formed island patterns with sides of 50 ⁇ m, 30 ⁇ m, 20 ⁇ m, 10 ⁇ m, and 5 ⁇ m were observed with a scanning electron microscope (SEM), and the minimum pattern size that was not connected to the adjacent island pattern (pitch width of 1:1) was determined as the limit resolution.
  • the minimum pattern size that was not connected to the adjacent island pattern was determined as the limit resolution.
  • those in which the resolution did not reach 50 ⁇ m or the pattern peeled off during development were marked x. The results are shown in Tables 5 to 8.
  • the photosensitive resin composition of the present invention can form a good photosensitive resin film without aggregates (or if any, the aggregates are extremely small), and can provide a cured film (cured film) that has high lithography resolution, high luminescence characteristics that do not change before and after the lithography process, and good reliability (low rate of change in luminescence intensity in sunlight resistance tests), and is suitable for light-emitting devices.
  • a photosensitive resin composition comprising: (A) a resin having a (meth)acryloyl group, A photosensitive resin composition comprising: (B) a photoradical generator; and (C) quantum dots, the quantum dots having a surface coating layer containing siloxane.
  • a photosensitive resin composition comprising: (A) a resin having a (meth)acryloyl group, A photosensitive resin composition comprising: (B) a photoradical generator; and (C) quantum dots, the quantum dots having a surface coating layer containing siloxane.
  • [3] The photosensitive resin composition according to [1] or [2] above, characterized in that the quantum dots of the component (C) have ligands coordinated to their surfaces, the surface coating layer contains siloxane bonds bonded to the ligands, and the substituents of the ligands have one or more of an amino group, a thiol group, a carboxy group, a phosphino group, a phosphine oxide group, and an ammonium ion.
  • [4] The photosensitive resin composition according to [1], [2] or [3], wherein the component (C) is contained in an amount of 5 to 80% by mass in the photosensitive resin composition.
  • [5] The photosensitive resin composition according to the above [1], [2], [3] or [4], wherein the double bond equivalent of the component (A) is 240 to 1,000 g/mol.
  • [6] The photosensitive resin composition according to [1], [2], [3], [4] or [5] above, characterized in that the weight average molecular weight Mw of the component (A) is 5,000 to 100,000 g/mol.
  • [7] The photosensitive resin composition according to [1], [2], [3], [4], [5] or [6], further comprising (D) a surfactant.
  • [8] The photosensitive resin composition according to [1], [2], [3], [4], [5], [6] or [7], further comprising (E) a silane coupling agent.
  • [9] The photosensitive resin composition according to [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7] or [8], further comprising (F) a crosslinking agent having two or more (meth)acryloyl groups.
  • [11] A photosensitive resin film, which is a dried product of the photosensitive resin composition according to [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9] or [10].
  • [12] A pattern forming method, comprising: (i) applying the photosensitive resin composition according to any one of [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], or [11] above onto a substrate to form a photosensitive resin film on the substrate; (ii) a step of exposing the photosensitive resin film to light; and (iii) a step of developing the exposed photosensitive resin film with a developer to dissolve and remove non-exposed areas to form a pattern.
  • a light-emitting device comprising a cured coating obtained by the pattern formation method of [12] above.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments.
  • the above-described embodiments are merely examples, and anything that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and provides similar effects is included within the technical scope of the present invention.

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Abstract

本発明は、感光性樹脂組成物であって、(A)(メタ)アクリロイル基を有する樹脂、(B)光ラジカル発生剤、及び(C)量子ドットを含み、前記量子ドットはシロキサンを含有する表面被覆層を有するものであることを特徴とする感光性樹脂組成物である。これにより、高いリソグラフィー解像性、良好な発光特性を有する皮膜を容易に形成できる感光性樹脂組成物、該感光性樹脂組成物を用いて得られる感光性樹脂皮膜、及びこれらを用いるパターン形成方法、並びに前記感光性樹脂組成物を用いて得られる発光素子が提供される。

Description

感光性樹脂組成物、感光性樹脂皮膜、パターン形成方法及び発光素子
 本発明は、感光性樹脂組成物、該感光性樹脂組成物を用いた感光性樹脂皮膜、パターン形成方法、及び発光素子に関する。
 赤色、緑色および青色のサブピクセルを含むディスプレイを形成するために、様々な方法が提案されている。その中の一つの方法として、色変換構造体を通してLEDアレイからの光を青色であるより短い波長から、赤色および緑色であるより長い波長の光に変換する方法がある。この色変換を担うものとしては量子ドットが用いられている。
 近年、このLEDアレイはマイクロサイズとなっており、これを用いたマイクロLEDディスプレイが注目されている。色変換構造体をLEDアレイ上に形成する方法としては感光性材料を用いたリソグラフィープロセスがあるが(特許文献1)、近年では小型ディスプレイへの適応のためにさらなる微細化が求められている。またディスプレイの鮮明さという観点では発光特性についても高い要求がある。
特開2021-089347号公報
 本発明は、前記事情に鑑みなされたもので、高いリソグラフィー解像性、良好な発光特性を有する皮膜を容易に形成できる感光性樹脂組成物、該感光性樹脂組成物を用いて得られる感光性樹脂皮膜、及びこれらを用いるパターン形成方法、並びに前記感光性樹脂組成物を用いて得られる発光素子を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するために、本発明では、感光性樹脂組成物であって、
(A)(メタ)アクリロイル基を有する樹脂、
(B)光ラジカル発生剤、及び
(C)量子ドット
を含み、前記量子ドットはシロキサンを含有する表面被覆層を有するものである感光性樹脂組成物を提供する。
 このような感光性樹脂組成物であれば、高いリソグラフィー解像性、良好な発光特性を有する皮膜を容易に形成できるものとなる。
 また、本発明では、前記(C)成分が、前記表面被覆層に(メタ)アクリロイル基を有する骨格を含むものであることが好ましい。
 このような感光性樹脂組成物であれば、現像時に量子ドットが抜け出てしまうのを抑制し、パターンの高い発光特性が得られるものとなる。
 また、本発明では、前記(C)成分の量子ドットは、その表面に配位する配位子を有し、前記表面被覆層は前記配位子と結合したシロキサン結合を含有し、前記配位子の置換基がアミノ基、チオール基、カルボキシ基、ホスフィノ基、ホスフィンオキシド基、及びアンモニウムイオンのいずれか1種以上を有するものであることが好ましい。
 このような配位子を有する量子ドットであれば、表面に配位しやすいため好ましい。
 また、本発明では、前記(C)成分を前記感光性樹脂組成物中5~80質量%含むものであることが好ましい。
 このような感光性樹脂組成物であれば、良好な発光特性を維持したまま、微細なパターン形成を行うことができるものとなる。
 また、本発明では、前記(A)成分の二重結合当量が240~1,000g/mоlであることが好ましい。
 このような感光性樹脂組成物であれば、架橋密度が高く現像後に良好な形状のパターンを形成することができるものとなる。
 また、本発明では、前記(A)成分の重量平均分子量Mwが5,000~100,000g/mоlであることが好ましい。
 このような感光性樹脂組成物であれば、現像時に露光部の膜減少が生じにくく、非露光部分の溶解性が良好なものとなる。
 また、本発明では、更に、(D)界面活性剤を含むものであることが好ましい。
 このような感光性樹脂組成物であれば、塗布性を向上させることができるものとなる。
 また、本発明では、更に、(E)シランカップリング剤を含むものであることが好ましい。
 このような感光性樹脂組成物であれば、基板との密着性を向上させることができるものとなる。
 また、本発明では、更に、(F)(メタ)アクリロイル基を2官能以上有する架橋剤を含むものであることが好ましい。
 このような感光性樹脂組成物であれば、得られた硬化皮膜が高い信頼性を有するものとなる。
 また、本発明では、更に、(G)溶剤を含むものであることが好ましい。
 このような感光性樹脂組成物であれば、塗布性を向上させることができるものとなる。
 また、本発明では、上記に記載の感光性樹脂組成物の乾燥体である感光性樹脂皮膜を提供する。
 このような感光性樹脂皮膜であれば、高いリソグラフィー解像性、良好な発光特性を有する皮膜となる。
 また、本発明では、パターン形成方法であって、
(i)上記に記載の感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、前記基板上に感光性樹脂皮膜を形成する工程、
(ii)前記感光性樹脂皮膜を露光する工程、及び
(iii)前記露光した感光性樹脂皮膜を現像液にて現像し、非露光部を溶解除去してパターンを形成する工程
を含むパターン形成方法を提供する。
 このようなパターン形成方法であれば、高いリソグラフィー解像性でパターンを形成することができ、良好な発光特性を有する皮膜のパターンを得ることができる。
 また、本発明では、上記に記載のパターン形成方法により得られた硬化皮膜を備えるものである発光素子を提供する。
 このような発光素子であれば、高いリソグラフィー解像性、良好な発光特性を有するものとなる。
 本発明の感光性樹脂組成物は、(メタ)アクリロイル基を有する樹脂、光ラジカル発生剤、特定の表面被覆層を有する量子ドットを含むことで、高い解像性、良好な発光特性を有する皮膜を容易に形成できるため、発光素子に適する。
 上述のように、高いリソグラフィー解像性、良好な発光特性を有する皮膜を容易に形成できる感光性樹脂組成物、該感光性樹脂組成物を用いて得られる感光性樹脂皮膜、及びこれらを用いるパターン形成方法、並びに前記感光性樹脂組成物を用いて得られる発光素子の開発が求められていた。
 本発明者は、前記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、(A)(メタ)アクリロイル基を有する樹脂、(B)光ラジカル発生剤、及び(C)量子ドットを含むものであることを特徴とする感光性樹脂組成物で、前記量子ドットはシロキサンを含有する表面被覆層を有するものであることを特徴とする感光性樹脂組成物が高いリソグラフィー解像性を有し、良好な発光特性を有する皮膜(感光性樹脂皮膜)を容易に形成できることを見出し、本発明を完成させた。
 即ち、本発明は、感光性樹脂組成物であって、
(A)(メタ)アクリロイル基を有する樹脂、
(B)光ラジカル発生剤、及び
(C)量子ドット
を含み、前記量子ドットはシロキサンを含有する表面被覆層を有するものである感光性樹脂組成物である。
 以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[感光性樹脂組成物]
 本発明の感光性樹脂組成物は、(A)(メタ)アクリロイル基を有する樹脂、(B)光ラジカル発生剤、及び(C)特定の表面被覆層を有する量子ドットを含むものである。必要に応じて、更に、(D)界面活性剤、(E)シランカップリング剤、(F)(メタ)アクリロイル基を2官能以上有する架橋剤、(G)溶剤などのその他の成分を含んでもよい。以下、感光性樹脂組成物を構成する各成分について説明する。
[(A)(メタ)アクリロイル基を有する樹脂]
 本発明に用いられる(A)(メタ)アクリロイル基を有する樹脂は、(メタ)アクリロイル基を有しているものであれば特に限定されない。
 本発明において、(A)(メタ)アクリロイル基を有する樹脂は、重量平均分子量Mwが5,000~100,000g/mоlの範囲にあることが好ましく、10,000~50,000g/mоlの範囲にあることがより好ましい。(A)(メタ)アクリロイル基を有する樹脂の重量平均分子量が前記範囲内にあれば、現像時に露光部の膜減少が生じにくく、非露光部分の溶解性が良好である。重量平均分子量はトルエンを展開溶媒としたGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)分析によるポリスチレン換算の重量平均分子量(重量平均重合度)として求めた値である。
 本発明において、(A)(メタ)アクリロイル基を有する樹脂は、二重結合当量が240~1,000g/mоlの範囲にあることが好ましく、240~700g/mоlの範囲にあることがより好ましい。なお、二重結合当量とは、アクリル基1つあたりの樹脂の重量である。(A)(メタ)アクリロイル基を有する樹脂の二重結合当量が前記範囲内にあれば、架橋密度が高く現像後に良好な形状のパターンを形成することができる。
 本発明において、(A)(メタ)アクリロイル基を有する樹脂は、酸価が0~150mgKOH/gの範囲が好ましい。酸価が30mgKOH/g未満の場合、アルカリ現像液に対する溶解性が低くなるので有機溶媒による現像が好適となる。酸価が150mgKOH/g以下であればアルカリ現像した際にパターンの剥離が起きることもない。
 本発明において、(A)(メタ)アクリロイル基を有する樹脂は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。また、(A)(メタ)アクリロイル基を有する樹脂は、感光性樹脂組成物の総量に対して10~90質量%の範囲にあることが好ましい。さらに好ましくは15~85質量%である。
[(B)光ラジカル発生剤]
 本発明に用いられる光ラジカル発生剤は特に限定されることはないが、例えばアセトフェノン系化合物、ベンゾフェノン系化合物、チオキサントン系化合物、ベンゾイン系化合物、トリアジン系化合物、オキシム系化合物などが挙げられる。
 アセトフェノン系化合物の例としては、2,2’-ジエトキシアセトフェノン、2,2’-ジブトキシアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオフェノン、p-t-ブチルトリクロロアセトフェノン、p-t-ブチルジクロロアセトフェノン、4-クロロアセトフェノン、2,2’-ジクロロ-4-フェノキシアセトフェノン、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-モルフォリノフェニル)-ブタン-1-オンなどが挙げられる。
 ベンゾフェノン系化合物の例としては、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、4-フェニルベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、アクリル化ベンゾフェノン、4,4’-ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’-ジメチルアミノベンゾフェノン、4,4’-ジクロロベンゾフェノン、3,3’-ジメチル-2-メトキシベンゾフェノンなどが挙げられる。
 チオキサントン系化合物の例としては、チオキサントン、2-メチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、2,4-ジエ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などが挙げられる。
 ベンゾイン系化合物の例としては、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、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンジルジメチルケタールなどが挙げられる。
 トリアジン系化合物の例としては、2,4,6-トリクロロ-s-トリアジン、2-フェニル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(3’,4’-ジメトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4’-メトキシナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(p-メトキシフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(p-トリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-ビフェニル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、ビス(トリクロロメチル)-6-スチリル-s-トリアジン、2-(ナフト-1-イル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4-メトキシナフト-1-イル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-ピペロニル-s-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-(4-メトキシスチリル)-s-トリアジンなどが挙げられる。
 オキシム系化合物の例としては、1,2-オクタンジオン、O-アシルオキシム系化合物、2-(O-ベンゾイルオキシム)-1-[4-(フェニルチオ)フェニル]-1,2-オクタンジオン、1-(O-アセチルオキシム)-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]エタンオン、O-エトキシカルボニル-α-オキシアミノ-1-フェニルプロパン-1-オンなどが使用される。O-アシルオキシム系化合物の具体的な例としては、2-ジメチルアミノ-2-(4-メチルベンジル)-1-(4-モルホリン-4-イル-フェニル)-ブタン-1-オン、1-(4-フェニルスルファニルフェニル)-ブタン-1,2-ジオン-2-オキシム-O-ベンゾエート、1-(4-フェニルスルファニルフェニル)-オクタン-1,2-ジオン-2-オキシム-O-ベンゾエート、1-(4-フェニルスルファニルフェニル)-オクタン-1-オンオキシム-O-アセテート、1-(4-フェニルスルファニルフェニル)-ブタン-1-オンオキシム-O-アセテートなどが挙げられる。
 (B)光ラジカル発生剤は、上記化合物の他にもカルバゾール系化合物、ジケトン類化合物、スルポニウムボレート系化合物、ジアゾ系化合物、イミダゾール系化合物、非イミダゾール系化合物、フルオレン系化合物などが使用される。
 (B)光ラジカル発生剤は、感光性樹脂組成物の総量に対して0.1~10質量%の範囲にあることが好ましく、0.5~6質量%の範囲にあることがより好ましい。光ラジカル発生剤が上記範囲内で含まれる場合、露光時の感度及び現像性のバランスに優れて残膜なしに解像度が優れたパターンが得られる。また、光ラジカル発生剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
[(C)特定の表面被覆層を有する量子ドット]
 量子ドットとは、ナノサイズの半導体物質である。原子が分子を成して、分子は、クラスタという小さい分子の集合体を構成してナノ粒子を形成する。このようなナノ粒子が特に半導体特性を示しているとき、これを量子ドット(量子ドット粒子)と言う。
 量子ドットは、外部からエネルギーを受けて浮き立った状態に至ると、自体(自律)的に該当するエネルギーバンドギャップによるエネルギーを放出する(発光する)。
 本発明に用いられる(C)量子ドットはシロキサンを含有する表面被覆層を有するものであれば特に限定されることはなく、どのような形態でも使用することが可能である。量子ドットは主に10nm以下のナノ粒子であるが、ナノワイヤ、ナノロッド、ナノチューブ、ナノキューブ等でもよく、どのような形状のものでも適用可能である。本発明において、量子ドットの平均粒径は透過電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope:TEM)を用いて少なくとも20個の粒子を直接観察し、粒子の投影面積と同一面積を有する円の直径を算出し、それらの平均の値を用いた。
 本発明に用いられる(C)量子ドットは任意の好適な材料、例えば、半導体材料としては、II-VI族、III-V族、IV族、IV-VI族、I-III-VI族、II-IV-V族およびこれらの混晶や合金、またはペロブスカイト構造をもつ化合物からなる群より選択されるものを用いることができる。具体的には、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、Si、Ge、Sn、Pb、PbS、PbSe、PbTe、SnS、SnSe、SnTe、AgGaS、AgInS、AgGaSe、AgInSe、CuGaS、CuGaSe、CuInS、CuInSe、ZnSiP、ZnGeP、CdSiP、CdGeP、CsPbCl、CsPbBr、CsPbI、CsSnCl、CsSnBr、CsSnIを含む化合物が挙げられるが、これに限定されない。
 本発明に用いられる(C)量子ドットはコアシェル構造を有することができる。コアシェル構造を形成できるシェル材料としては、特に限定されないが、コア材料に対してバンドギャップが大きく、格子不整合性が低いものが好ましく、コア材料に合わせて任意に組み合わせることが可能である。具体的なシェル材料は、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、BeS、BeSe、BeTe、MgS、MgSe、MgTe、PbS、PbSe、PbTe、SnS、SnSe、SnTe、CuF、CuCl、CuBr、CuIなどが挙げられ、上記材料を単一または複数の混晶としても選択されてもよいが、これに限定されない。
 本発明に用いられる(C)量子ドットの製造法は液相法や気相法など様々な方法があるが、本発明においては特に限定されないが、高い蛍光発光効率を示す観点から、高沸点の非極性溶媒中において高温で前駆体種を反応させる、ホットソープ法やホットインジェクション法を用いて得られる半導体ナノ粒子を用いることが好ましく、非極性溶媒への分散性を付与し、表面欠陥を低減するため、表面に有機配位子が配位していることが望ましい。
 有機配位子は分散性の観点から脂肪族炭化水素を含むことが好ましい。このような有機配位子としては、例えば、オレイン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸、ラウリル酸、デカン酸、オクタン酸、オレイルアミン、ステアリル(オクタデシル)アミン、ドデシル(ラウリル)アミン、デシルアミン、オクチルアミン、オクタデカンチオール、ヘキサデカンチオール、テトラデカンチオール、ドデカンチオール、デカンチオール、オクタンチオール、トリオクチルホスフィン、トリオクチルホスフィンオキシド、トリフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィンオキシド、トリブチルホスフィン、トリブチルホスフィンオキシド等が挙げられ、これらを1種単独で用いても複数組み合わせても良い。
 本発明に用いられる(C)量子ドットには前記の有機配位子の他にシロキサン結合を形成できる置換基を有する配位子が配位している。シロキサン結合を形成できる置換基を有する配位子として、量子ドット表面に相互作用または吸着する置換基を有することが望ましい。量子ドット表面に相互作用または吸着する置換基として、アミノ基、チオール基、カルボキシ基、メルカプト基、ホスフィノ基、ホスフィン基、ホスフィンオキシド基、スルホニル基、アンモニウムイオン、第4級アンモニウム塩等が挙げられ、この中で配位性の強さの観点からアミノ基、カルボキシ基、メルカプト基、ホスフィン基、第4級アンモニウム塩が好ましい。
 本発明に用いられる(C)量子ドットはシロキサンによって量子ドット表面を被覆されている。そのため、上記量子ドット表面に相互作用または吸着する置換基を有する配位子にシロキサン結合を形成できる置換基を有している。シロキサン結合を形成できる置換基としては、トリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基、ジメトキシメチルシリル基、ジエトキシメチルシリル基、ジメチルメトキシシリル基、エトキシジメチルシリル基などのアルコキシシランを含有する化合物、シラザン結合を有する化合物、Si-OH結合を有する化合物、Si-X(X:ハロゲン)結合を有する化合物、カルボン酸などがあるが、反応の副生成物として酸が発生しない温和な条件で反応が進行できることから、アルコキシシランやシラザン、Si-OHを含有する配位子を用いることが好ましい。これらとジフェニルジシラノール等を反応させることでフェニル基含有シロキサンを形成できる。
 シロキサンの被覆量は特に限定されないが、1~50質量%の範囲にあることが好ましく、5~30質量%の範囲にあることがより好ましい。シロキサンの被覆量が多すぎると量子ドット含有量が下がってしまうが、上記範囲内に含まれる場合、ベースポリマーへの分散性改善や露光時の量子ドットの劣化を抑えることができる。
 本発明に用いられる(C)量子ドットはさらに表面被覆層に(メタ)アクリロイル基を有する骨格を含むものであっても良い。
 表面被覆層に(メタ)アクリロイル基を導入することによって、露光後に(A)(メタ)アクリロイル基を有する樹脂と表面被覆層が架橋するため、現像時に量子ドットが抜け出てしまうのを抑制し、パターンの高い発光特性が得られる。また、(A)(メタ)アクリロイル基を有する樹脂との相溶性が高まり、感光性樹脂組成物にした際の凝集物の発生を抑制できる。
 本発明に用いられる(C)量子ドットは、感光性樹脂組成物の総量に対して5~80質量%が好ましく、より好ましくは10~70質量%である。量子ドット粒子の含有率が上記の範囲内であれば良好な発光特性を維持したまま、微細なパターン形成を行うことができる。
 (C)成分における(メタ)アクリロイル基の導入方法や導入量は特に限定されないが、上記フェニル基含有シロキサンを形成する際に、あらかじめ作製しておいたアルコキシシランを含有する(メタ)アクリロイル基をもつ骨格を加えて反応させる方法や、(メタ)アクリロイル基をもつ骨格をラジカル反応などで直接導入する方法が使用できる。導入量については樹脂への相溶性を鑑みて、適宜調整すればよい。
[(D)界面活性剤]
 本発明の感光性樹脂組成物は、塗布性を向上させるために、更に(D)界面活性剤を含んでもよい。
 前記界面活性剤しては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステリアルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレインエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリエーテルシリコーン、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルのノニオン系界面活性剤、エフトップEF301、EF303、EF352((株)トーケムプロダクツ製)、メガファックF171、F172、F173(DIC(株)製)、フロラードFC-4430、FC-430、FC-431(住友スリーエム(株)製)、サーフィノールE1004(日信化学工業(株)製)、アサヒガードAG710、サーフロンS-381、S-382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106、KH-10、KH-20、KH-30、KH-40(AGCセイミケミカル(株)製)等のフッ素系界面活性剤、オルガノシロキサンポリマーKP-341、X-70-092、X-70-093(信越化学工業(株)製)、アクリル酸系又はメタクリル酸系ポリフローNo.75、No.95(共栄社化学(株)製)等が挙げられる。
 (D)界面活性剤は、感光性樹脂組成物の総量に対して、0.01~3質量%が好ましく、0.02~1質量%がより好ましい。また、これらは1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
[(E)シランカップリング剤]
 本発明の感光性樹脂組成物は、基板との密着性を向上させるために、更に(E)シランカップリング剤を含んでもよい。
 シランカップリング剤としては、例えば、アミノ基含有シランカップリング剤、エポキシ基含有シランカップリング剤、(メタ)アクリロイル基含有シランカップリング剤、メルカプト基含有シランカップリング剤、ビニル基含有シランカップリング剤、ウレイド基含有シランカップリング剤、スルフィド基含有シランカップリング剤、環状無水物構造を有するシランカップリング剤、等が挙げられるが、中でも(メタ)アクリロイル基含有シランカップリング剤が好適である。
 (メタ)アクリロイル基含有シランカップリング剤としては、例えば、KBM-502、KBM-503、KBE-502、KBE-503、KBM-5103(信越化学工業(株)製)等が挙げられる。
 (E)シランカップリング剤は、感光性樹脂組成物の総量に対して、0.01~5質量%が好ましく、0.05~4質量%がより好ましい。また、これらは1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
[(F)架橋剤]
 本発明の感光性樹脂組成物は、更に(F)架橋剤を含んでもよい。架橋剤は、(A)(メタ)アクリロイル基を有する樹脂や(C)量子ドットの表面被覆層と架橋反応を起こし、良好な形状のパターンの形成を容易になし得るための成分であるため、(メタ)アクリロイル基を2官能以上有する架橋剤が好ましい。
 (メタ)アクリロイル基を2官能以上有する架橋剤としては、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-ヘ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トリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、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、ペンタエリスリトールテトラ(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、又はヘキサメチレンジイソシアネート等と2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートとの反応物)、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等の多官能モノマーや、トリアクリルホルマール等が挙げられる。
 (F)架橋剤は、(A)成分100質量部に対して、0.5~100質量部が好ましく、1~50質量部がより好ましい。また、これらは1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
[(G)溶剤]
 本発明の感光性樹脂組成物は、(G)成分として溶剤を含んでもよい。(G)溶剤としては、前述した(A)~(F)成分やその他の各種添加剤を溶解、分散することができるものであれば、特に限定されない。
 (G)溶剤としては、有機溶剤が好ましく、例えば、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチル-2-n-ペンチルケトン等のケトン類;3-メトキシブタノール、3-メチル-3-メトキシブタノール、1-メトキシ-2-プロパノール、1-エトキシ-2-プロパノール等のアルコール類;プロピ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、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ジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;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、乳酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、3-メ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、酢酸tert-ブチル、プロピオン酸tert-ブチル、プロピレングリコール-モノ-tert-ブチルエーテルアセテート、γ-ブチロラクトン等のエステル類等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
 (G)溶剤としては、特に(A)(メタ)アクリロイル基を有する樹脂や(B)光ラジカル発生剤の溶解性が優れている、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メチルエーテル、シクロペンタノン及びこれらの混合溶剤が好ましい。
 (G)成分の含有量は、感光性樹脂組成物の相溶性及び粘度の観点から、感光性樹脂組成物の総量に対して、25~85質量%が好ましく、35~75質量%がより好ましい。
[感光性樹脂皮膜]
 本発明の感光性樹脂皮膜は、上記に記載の感光性樹脂組成物の乾燥体である。
[感光性樹脂組成物を用いるパターン形成方法]
 本発明の感光性樹脂組成物を用いるパターン形成方法は、
(i)上記に記載の感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、前記基板上に感光性樹脂皮膜を形成する工程、
(ii)前記感光性樹脂皮膜を露光する工程、及び
(iii)前記露光した感光性樹脂皮膜を、現像液を用いて現像する工程
を含む。
 工程(i)は、上記に記載の感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、前記基板上に感光性樹脂皮膜を形成する工程である。前記感光性樹脂皮膜は、上記感光性樹脂組成物の乾燥体である。前記基板としては、例えば、シリコンウエハー、ガラスウエハー、石英ウエハー、プラスチック製回路基板、セラミック製回路基板等が挙げられる。
 塗布方法としては、公知の方法でよく、ディップ法、スピンコート法、ロールコート法等が挙げられる。塗布量は、目的に応じて適宜選択することができるが、得られる感光性樹脂皮膜(感光性樹脂組成物の乾燥体)の膜厚が好ましくは0.1~200μm、より好ましくは1~150μmとなるように塗布することが好ましい。
 ここで、光硬化反応を効率的に行うため、必要に応じて予備加熱(プリベーク)により溶剤等を予め揮発させておいてもよい。プリベークは、例えば、40~140℃で1分~1時間程度行うことができる。
 次いで、(ii)前記感光性樹脂皮膜を露光する。このとき、露光は、波長10~600nmの光で行うことが好ましく、波長190~500nmの光で行うことがより好ましい。このような波長の光としては、例えば放射線発生装置により発生された種々の波長の光、例えば、g線、h線、i線等の紫外線光、遠紫外線光(248nm、193nm)等が挙げられる。これらのうち、波長248~436nmの光が特に好ましい。露光量は、10~10,000mJ/cmが好ましい。
 露光は、フォトマスクを介して行ってもよい。前記フォトマスクは、例えば所望のパターンをくり貫いたものであってもよい。なお、フォトマスクの材質は、特に限定されないが、前記波長の光を遮蔽するものが好ましく、例えば、遮光膜としてクロムを備えるものが好適に用いられるが、これに限定されない。
 (iii)露光後、現像液にて現像し、パターンを形成する。現像液としては、例えば、IPA等のアルコール類、シクロヘキサノン等のケトン類、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコール類等の有機溶剤や、水酸化テトラメチルアンモニウムの水溶液等に代表される公知のアルカリ現像液が好ましい。現像方法としては、通常の方法、例えばパターン形成された基板を現像液に浸漬するディップ方式や、パドルで現像液をディスペンスするパドル方式、スプレーで現像液をかけるスプレー方式等が挙げられる。このように現像することにより、非露光部が溶解除去され、パターンが形成される。その後、必要に応じて、洗浄、リンス、乾燥等を行い、所望のパターンを有する硬化皮膜が得られる。
 本発明の感光性樹脂組成物を用いるパターン形成方法により、微細なパターン形成を容易に行うことができる。例えば、基板上に数多く敷き詰められた青色のマイクロLEDを被覆するように本発明の感光性樹脂組成物を成膜し、次いで微細なパターン形成を行うことで部分ごとに赤や緑の量子ドットを含む硬化皮膜を青色マイクロLED上に形成することで、赤や緑の発光も生じることができるため、フルカラー化した発光素子を作製することが可能となる。
[発光素子]
 本発明の発光素子は、上記に記載のパターン形成方法により得られた硬化皮膜を備えるものである。
 以下、合成例、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されない。なお、量子ドット材料としてInP/ZnSe/ZnSのコアシェル型量子ドットを用いており、コアの合成方法は後述の[1-1](赤の量子ドット)、[1-2](緑の量子ドット)に示す通りであり、その後のシェルの合成方法は[2]に示す通りである。
[1-1]赤の量子ドットコア合成工程
 フラスコを二つ用意し、それぞれパルミチン酸を0.23g(0.9mmol)、酢酸インジウムを0.088g(0.3mmol)、1-オクタデセンを10mL加え、減圧下、100℃で加熱撹拌を行い、原料を溶解させながら1時間脱気を行った。その後、窒素を二つのフラスコ内にパージし、両方のフラスコに0.75mL(0.15mmol)のトリストリメチルシリルホスフィン/トリオクチルホスフィン溶液(0.2M)を加えた。その後、片方のフラスコを300℃に昇温し、昇温させていないフラスコから溶液を抜き取り、300℃に加熱しているフラスコに添加していき、コア粒子が生成した。
[1-2]緑の量子ドットコア合成工程
 フラスコ内にパルミチン酸を0.23g(0.9mmol)、酢酸インジウムを0.088g(0.3mmol)、1-オクタデセンを10mL加え、減圧下、100℃で加熱撹拌を行い、原料を溶解させながら1時間脱気を行った。その後、窒素をフラスコ内にパージし、トリストリメチルシリルホスフィンをトリオクチルホスフィンと混合して0.2Mに調製した溶液を0.75mL(0.15mmol)加えて300℃に昇温し、コア粒子が生成した。
[2]量子ドットシェル層合成工程
 次いで、別のフラスコにステアリン酸亜鉛2.85g(4.5mmol)、1-オクタデセン15mLを加え、減圧下、100℃で加熱撹拌を行い、溶解させながら1時間脱気を行ったステアリン酸亜鉛オクタデセン溶液0.3Mを用意し、コア合成後の反応溶液に3.0mL(0.9mmol)添加して200℃まで冷却した。次いで、別のフラスコにセレン0.474g(6mmol)、トリオクチルホスフィン4mLを加えて150℃に加熱して溶解させ、セレントリオクチルホスフィン溶液1.5Mを調製し、200℃に冷却しておいたコア合成工程後の反応溶液を320℃まで30分かけて昇温しながら、セレントリオクチルホスフィン溶液を0.1mLずつ合計0.6mL(0.9mmol)添加するように加えて320℃で10分保持した後に室温まで冷却した。酢酸亜鉛を0.44g(2.2mmol)加え、減圧下、100℃で加熱撹拌することで溶解させた。再びフラスコ内を窒素でパージして230℃まで昇温し、1-ドデカンチオールを0.98mL(4mmol)添加して1時間保持した。得られた溶液を室温まで冷却し、コアシェル型量子ドット含有溶液を作製した。[1-1]から[2]の工程を経て合成された赤のコアシェル型量子ドット含有溶液をR-1、[1-2]から[2]の工程を経て合成された緑のコアシェル型量子ドット含有溶液をG-1とする。
[3]配位子交換工程
 シロキサン結合を形成可能な置換基と量子ドット表面に配位する置換基を有するリガンド(配位子)として(3-メルカプトプロピル)トリエトキシシランを使用した。リガンドの交換反応としては室温まで冷却したシェル合成工程後の溶液に(3-メルカプトプロピル)トリエトキシシラン(3.0mmol)添加して24時間撹拌した。反応終了後、エタノールを加えて反応溶液を沈殿させ、遠心分離を行い、上澄みを除去した。同様な精製をもう一度行い、トルエンに分散させてシロキサン結合を形成可能な置換基を有するリガンドが配位した量子ドット溶液を作製した。R-1を用いて合成したシロキサン結合を形成可能な置換基を有するリガンドが配位した量子ドットをR-2、G-1を用いて合成したシロキサン結合を形成可能な置換基を有するリガンドが配位した量子ドットをG-2とする。
[4-1]表面被覆層形成工程
 窒素でパージしておいたフラスコにメタクリル酸トリエトキシシリルプロピル(4.0mmol)とジフェニルシランジオール(6mmol)と水酸化バリウム・一水和物(0.15mmol)とリガンド交換工程後の量子ドットトルエン溶液を加え、65℃で24時間加熱撹拌した。反応終了後室温まで冷却し、エタノールを加えて反応溶液を沈殿させ、遠心分離を行い、上澄みを除去した。トルエンに分散させ、その後、PGMEAを加えて、減圧蒸留によりトルエン溶媒を除去し、表面被覆層を形成した量子ドット溶液(固形分濃度60%溶液)を作製した。R-2を用いて合成した表面被覆層を形成した量子ドットをR-S、G-2を用いて合成した表面被覆層を形成した量子ドットをG-Sとする。
[4-2]表面被覆層形成工程
 窒素でパージしておいたフラスコにメタクリル酸トリエトキシシリルプロピル(4.0mmol)とジフェニルシランジオール(6mmol)と水酸化バリウム・一水和物(0.15mmol)とリガンド交換工程後の量子ドットトルエン溶液を加え、65℃で24時間加熱撹拌した。反応終了後室温まで冷却し、エタノールを加えて反応溶液を沈殿させ、遠心分離を行い、上澄みを除去した。トルエンに分散させ、あらかじめ窒素でパージしておいたフラスコに加え、(A)(メタ)アクリロイル基を有する樹脂を量子ドットトルエン溶液100質量部に対して2質量部添加した。さらに、Irgacure1173を(メタ)アクリロイル基を有する樹脂100質量部に対して1質量部添加し、撹拌混合を行った後にUVLED照射装置により波長365nm出力4000mW/cmの光を20秒照射した。反応終了後、エタノールを加えて沈殿させ、遠心分離の後に上澄みを除去して再度トルエンに分散させた。その後、PGMEAを加えて、減圧蒸留によりトルエン溶媒を除去し、表面被覆層を形成した量子ドット溶液(固形分濃度60%溶液)を作製した。このとき、(A)(メタ)アクリロイル基を有する樹脂として、根上工業株式会社製の商品名「RA-4101」(Mw:30,000、酸価:90mgKOH/g、二重結合当量:350)、大成ファインケミカル株式会社製の商品名「8KQ-2001」(Mw:20,000、酸価:130mgKOH/g、二重結合当量:540)、商品名「8KQ-7052」(Mw:19,000、酸価:7mgKOH/g、二重結合当量:500)を用いた。ここで、R-2とRA-4101の組み合わせの表面被覆層形成の量子ドットをR4101、G-2とRA-4101の組み合わせの表面被覆層形成の量子ドットをG4101、R-2と8KQ-2001の組み合わせの表面被覆層形成の量子ドットをR2001、G-2と8KQ-2001の組み合わせの表面被覆層形成の量子ドットをG2001、R-2と8KQ-7052の組み合わせの表面被覆層形成の量子ドットをR7052、G-2と8KQ-7052の組み合わせの表面被覆層形成の量子ドットをG7052とする。
[5]感光性樹脂組成物の調製、及びその評価
[実施例1~24及び比較例1~24]
 表1~4に記載の配合量に従って各成分を配合し、その後常温にて撹拌、混合し、1.0μmのグラスフィルターで精密濾過を行い、実施例1~24及び比較例1~24の感光性樹脂組成物を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 表1~4中、樹脂は根上工業株式会社製の商品名「RA-4101」(Mw:30,000g/mоl、酸価:90mgKOH/g、二重結合当量:350g/mоl)、商品名「RA-3631P」(Mw:18,000g/mоl、酸価:5mgKOH/g、二重結合当量:250g/mоl)、大成ファインケミカル株式会社製の商品名「8KQ-2001」(Mw:20,000g/mоl、酸価:130mgKOH/g、二重結合当量:540g/mоl)、商品名「8KQ-7052」(Mw:19,000g/mоl、酸価:7mgKOH/g、二重結合当量:500g/mоl)である。
 表1~4中、光ラジカル発生剤はBASF社製の商品名「Irgacure184」(1-ヒドロキシシクロヘキシル-フェニルケトン)と商品名「IrgacureOXE01」である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 表1~4中、界面活性剤は信越化学工業製の商品名「KP-341」(ポリエーテル型シロキサン)である。
 表1~4中、シランカップリング剤は信越化学工業製の商品名「KBM-503」(3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン)である。
 表1~4中、架橋剤は東亜合成株式会社製の商品名「アロニックス(登録商標)M-940」(ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート)と、日本化薬株式会社製、商品名「DPCA-20」である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 表1~4中、量子ドットのR-3は昭栄化学(株)製S-BE030(粒子サイズ5~10nm、材質InP:ZnS:SeZn=25:50:25)、R-4はAldrich社製900514-1ML(粒子サイズ5~10nm、材質CdSe(コア)/CdS(シェル)コアシェルタイプ)、G-3は昭栄化学(株)製S-BE029(粒子サイズ3~5nm、材質InP:ZnS:SeZn=25:50:25)、G-4はAldrich社製900511-1ML(粒子サイズ3~5nm、材質CdSe(コア)/CdS(シェル)コアシェルタイプ)である。
[6]感光性樹脂組成物の評価
(1)皮膜中の凝集物の確認
 シリコンウエハー上に、スピンコーターを使用して、10μmの膜厚で各感光性樹脂組成物をコートした。組成物から溶剤を除去するため、基板をホットプレートにのせ、110℃で2分間、加熱乾燥させた。得られた感光性樹脂皮膜中の凝集物の確認を光学顕微鏡で行い、10mm×10mmの範囲を観察して1μm以上の大きさの凝集物があるものを×、凝集物がないもしくは1μm未満の大きさであるものを○として結果を表5~8に示す。
(2)パターン形成及びその評価
 得られた感光性樹脂皮膜に対してマスクを介して隣のパターンとのピッチ幅が1:1である正方形のアイランドパターンを形成するために、i線ステッパーNSR-2205i11D((株)ニコン製)を用いて露光した。光照射後、実施例と比較例の番号が奇数のものは、2.38%の水酸化テトラメチルアンモニウムの水溶液で、実施例と比較例の番号が偶数のものはPGMEAにて、60秒間パドル現像を行い、パターンを形成した。その後、走査型電子顕微鏡(SEM)により、形成した一辺が50μm、30μm、20μm、10μm、5μmのアイランドパターンを観察し、隣のアイランドパターン(ピッチ幅が1:1)と繋がっていない最小のパターンサイズを限界解像性とした。なお、解像力が50μmに達しなかったものもしくはパターンの現像剥離が発生したものを×とした。結果を表5~8に示す。
(3)形成したパターンの発光特性評価
 株式会社堀場テクノサービス製のLabRAM HR Evоlutiоnを用いて、上記(2)で作製したパターン付きサンプルに457nmのレーザー光(0.03mW)を照射し、光変換されたアイランドパターン領域を測定し、光変換された光の発光強度、発光波長、半値幅を測定した。また、上記(1)で作製した加熱乾燥工程後のサンプルについても同様に測定して、光変換された光の発光強度を測定した。結果を表5~8に示す(M:100万)。
(4)信頼性試験評価
 また、上記(3)のパターン付き測定サンプルを、株式会社東洋精機製作所製のアトラス・サンテストXLS+を用いて、照度65W/m、環境温度100℃条件で300時間のサンライト耐光性試験を行った。試験前後での光変換された光の発光強度を(3)と同様に測定し、初期からの変化率(減少率)を確認した。結果を表5~8に示す。
変化率=((試験後の発光強度/試験前の発光強度)-1)×100
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
 以上の結果より、本発明の感光性樹脂組成物は、凝集物のない(もしくはあっても極めて小さい)良好な感光性樹脂皮膜を形成でき、高いリソグラフィー解像性、リソグラフィー工程前後で変化のない高い発光特性、良好な信頼性(サンライト耐光性試験における低い発光強度変化率)を有し、発光素子に適する硬化膜(硬化皮膜)を提供することができることが示された。
 本明細書は、以下の態様を包含する。
 [1]:感光性樹脂組成物であって、
(A)(メタ)アクリロイル基を有する樹脂、
(B)光ラジカル発生剤、及び
(C)量子ドット
を含み、前記量子ドットはシロキサンを含有する表面被覆層を有するものであることを特徴とする感光性樹脂組成物。
 [2]:前記(C)成分が、前記表面被覆層に(メタ)アクリロイル基を有する骨格を含むものであることを特徴とする上記[1]の感光性樹脂組成物。
 [3]:前記(C)成分の量子ドットは、その表面に配位する配位子を有し、前記表面被覆層は前記配位子と結合したシロキサン結合を含有し、前記配位子の置換基がアミノ基、チオール基、カルボキシ基、ホスフィノ基、ホスフィンオキシド基、及びアンモニウムイオンのいずれか1種以上を有するものであることを特徴とする上記[1]又は上記[2]の感光性樹脂組成物。
 [4]:前記(C)成分を前記感光性樹脂組成物中5~80質量%含むものであることを特徴とする上記[1]、上記[2]又は上記[3]の感光性樹脂組成物。
 [5]:前記(A)成分の二重結合当量が240~1,000g/mоlであることを特徴とする上記[1]、上記[2]、上記[3]又は上記[4]の感光性樹脂組成物。
 [6]:前記(A)成分の重量平均分子量Mwが5,000~100,000g/mоlであることを特徴とする上記[1]、上記[2]、上記[3]、上記[4]又は上記[5]の感光性樹脂組成物。
 [7]:更に、(D)界面活性剤を含むものであることを特徴とする上記[1]、上記[2]、上記[3]、上記[4]、上記[5]又は上記[6]の感光性樹脂組成物。
 [8]:更に、(E)シランカップリング剤を含むものであることを特徴とする上記[1]、上記[2]、上記[3]、上記[4]、上記[5]、上記[6]又は上記[7]の感光性樹脂組成物。
 [9]:更に、(F)(メタ)アクリロイル基を2官能以上有する架橋剤を含むものであることを特徴とする上記[1]、上記[2]、上記[3]、上記[4]、上記[5]、上記[6]、上記[7]又は上記[8]の感光性樹脂組成物。
 [10]:更に、(G)溶剤を含むものであることを特徴とする上記[1]、上記[2]、上記[3]、上記[4]、上記[5]、上記[6]、上記[7]、上記[8]又は上記[9]の感光性樹脂組成物。
 [11]:上記[1]、上記[2]、上記[3]、上記[4]、上記[5]、上記[6]、上記[7]、上記[8]、上記[9]又は上記[10]の感光性樹脂組成物の乾燥体であることを特徴とする感光性樹脂皮膜。
 [12]:パターン形成方法であって、
(i)上記[1]、上記[2]、上記[3]、上記[4]、上記[5]、上記[6]、上記[7]、上記[8]、上記[9]又は上記[10]の感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、前記基板上に感光性樹脂皮膜を形成する工程、
(ii)前記感光性樹脂皮膜を露光する工程、及び
(iii)前記露光した感光性樹脂皮膜を現像液にて現像し、非露光部を溶解除去してパターンを形成する工程
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
 [13]:上記[12]のパターン形成方法により得られた硬化皮膜を備えるものであることを特徴とする発光素子。
 なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (13)

  1.  感光性樹脂組成物であって、
    (A)(メタ)アクリロイル基を有する樹脂、
    (B)光ラジカル発生剤、及び
    (C)量子ドット
    を含み、前記量子ドットはシロキサンを含有する表面被覆層を有するものであることを特徴とする感光性樹脂組成物。
  2.  前記(C)成分が、前記表面被覆層に(メタ)アクリロイル基を有する骨格を含むものであることを特徴とする請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  3.  前記(C)成分の量子ドットは、その表面に配位する配位子を有し、前記表面被覆層は前記配位子と結合したシロキサン結合を含有し、前記配位子の置換基がアミノ基、チオール基、カルボキシ基、ホスフィノ基、ホスフィンオキシド基、及びアンモニウムイオンのいずれか1種以上を有するものであることを特徴とする請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  4.  前記(C)成分を前記感光性樹脂組成物中5~80質量%含むものであることを特徴とする請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  5.  前記(A)成分の二重結合当量が240~1,000g/mоlであることを特徴とする請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  6.  前記(A)成分の重量平均分子量Mwが5,000~100,000g/mоlであることを特徴とする請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  7.  更に、(D)界面活性剤を含むものであることを特徴とする請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  8.  更に、(E)シランカップリング剤を含むものであることを特徴とする請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  9.  更に、(F)(メタ)アクリロイル基を2官能以上有する架橋剤を含むものであることを特徴とする請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  10.  更に、(G)溶剤を含むものであることを特徴とする請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  11.  請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物の乾燥体であることを特徴とする感光性樹脂皮膜。
  12.  パターン形成方法であって、
    (i)請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、前記基板上に感光性樹脂皮膜を形成する工程、
    (ii)前記感光性樹脂皮膜を露光する工程、及び
    (iii)前記露光した感光性樹脂皮膜を現像液にて現像し、非露光部を溶解除去してパターンを形成する工程
    を含むことを特徴とするパターン形成方法。
  13.  請求項12に記載のパターン形成方法により得られた硬化皮膜を備えるものであることを特徴とする発光素子。
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