JP2016079245A - Pigment dispersion composition for black matrix - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶パネルのブラックマトリックスの形成に使用されるブラックマトリックス用顔料分散組成物及びそれを含有するブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物に関する。 The present invention relates to a pigment dispersion composition for black matrix used for forming a black matrix of a liquid crystal panel and a pigment dispersion resist composition for black matrix containing the same.
コンピュータ、カラーテレビ、携帯電話、タブレット端末、ゲーム端末機等の画像表示素子に液晶方式が多用されている。液晶画像表示素子は、各色の画素を形成したカラーフィルターとシャッター作用を有する液晶とを利用して、画面に画像を表示する。
そして、カラーフィルターは、通常、ガラス、プラスチックシート等の透明基板の表面に、ストライプ状或いはモザイク状等の開口部を有する黒色のマトリックス（ブラックマトリックス）を形成し、続いて、開口部に赤、緑、青等の３種以上の異なる色素の画素を順次、形成したものである。
Liquid crystal systems are frequently used for image display elements of computers, color televisions, mobile phones, tablet terminals, game terminals and the like. The liquid crystal image display element displays an image on a screen using a color filter in which pixels of each color are formed and a liquid crystal having a shutter action.
The color filter usually forms a black matrix (black matrix) having openings such as stripes or mosaics on the surface of a transparent substrate such as glass or plastic sheet, followed by red, Pixels of three or more different pigments such as green and blue are sequentially formed.
ここで、ブラックマトリックスは、各色間の混色抑制や光漏れ防止によるコントラスト向上の役割を果たすものである。したがって高い遮光性が要求され、かつては薄膜でも遮光性の高いクロム等の蒸着膜が用いられていた。しかしながら、形成する工程が複雑でしかも高価であるという理由から、最近では、顔料と感光性樹脂を含有したフォトリソグラフィー法（顔料法）が利用されている。
この顔料法では、カーボンブラック等の黒色顔料または数種の顔料を黒色となるように組み合わせて使用する。
さらに高遮光性を得るためには、顔料自体の含有量も多く配合する必要があるが、顔料濃度が高くなるほど、現像性、解像性、密着性、安定性といった他の必要性能が低下し、遮光性を高めるには限界があった。一方では、カラーフィルターを形成する皮膜については薄膜化が求められ、顔料の高濃度化で対応せざるを得ない状況となっている。
Here, the black matrix plays a role of improving contrast by suppressing color mixture between colors and preventing light leakage. Therefore, a high light-shielding property is required, and a vapor deposition film such as chromium having a high light-shielding property has been used in the past. However, recently, a photolithography method (pigment method) containing a pigment and a photosensitive resin has been used because the forming process is complicated and expensive.
In this pigment method, a black pigment such as carbon black or several kinds of pigments are used in combination so as to be black.
Furthermore, in order to obtain a high light-shielding property, it is necessary to add a large amount of the pigment itself. However, as the pigment concentration increases, other necessary performances such as developability, resolution, adhesion, and stability decrease. There was a limit to improving the light shielding property. On the other hand, the film forming the color filter is required to be thin, and the concentration of pigment must be increased.
ところで、最近、カラー液晶表示装置において表示が鮮明であることは装置自体の販売の増加に直結し、鮮明性向上の要望は非常に強いものがある。そこで、色のにじみなどの鮮明性を損なう原因となる、カラーフィルターやブラックマトリックスのパターンの形成不良をなくすことが非常に大きな課題になっている。
ブラックマトリックスをフォトリソグラフィー法で形成するには、まず、ブラックマトリックス用レジスト組成物を基板に塗工する。その後、所望のパターンを有するマスクを通して紫外線で露光し、露光部の塗膜を硬化させる。そして、未露光部の塗膜を現像液で除去して、上記所望のパターン通りのブラックマトリックスを形成する。このとき、良好なパターンを得るためには、レジスト組成物に良好なパターン再現性が求められる。例えば、現像終了時に未露光部においては現像残渣がないこと、露光部は十分な細線再現性を有すること、シャープなエッジのパターンが形成できること等が要求される。
By the way, recently, a clear display in a color liquid crystal display device is directly linked to an increase in sales of the device itself, and there is a very strong demand for improvement in clarity. Therefore, it is a very big problem to eliminate poor color filter and black matrix pattern formation, which causes the loss of clarity such as color bleeding.
In order to form a black matrix by a photolithography method, first, a black matrix resist composition is applied to a substrate. Then, it exposes with an ultraviolet-ray through the mask which has a desired pattern, and the coating film of an exposure part is hardened. And the coating film of an unexposed part is removed with a developing solution, and the black matrix as the said desired pattern is formed. At this time, in order to obtain a good pattern, the resist composition is required to have good pattern reproducibility. For example, it is required that there is no development residue in the unexposed area at the end of development, that the exposed area has sufficient fine line reproducibility, and that a sharp edge pattern can be formed.
しかし、ブラックマトリックスとして遮光性が高いということは、紫外線に対する遮光性も高いということである。したがって、露光部分において、塗膜表面は硬化しても、基板の近辺では紫外線が届かず、未硬化のまま残ることになる。そして未硬化で残った部分は徐々に現像液に侵されて細り、最終的には露光部分が全て除去されてブラックマトリックスが消失するという現象が発生する。
このように、まず未露光部が完全に除去されてから、露光部が細ってブラックマトリックスとしての規定の性能が得られなくなるまでの時間の長さは、現像マージン（Development Latitude)と呼ばれている。この現像マージンが少ないものは、未露光部分が除去された後、すぐに露光部の細りや消失が起こるため、現像を止めるタイミングの見極めが困難である。特に上記のような高顔料濃度化されたレジスト組成物は、露光部における未硬化の度合いが高くなり易いことから、現像マージンが十分に取れず、密着性も低下する。そのため、未露光部が完全に除去できなかったり、露光部が細って規定の性能が得られない等、工程管理の面で非常に大きな問題となっていた。
However, the high light blocking property as a black matrix means that the light blocking property against ultraviolet rays is also high. Therefore, in the exposed portion, even if the coating surface is cured, ultraviolet rays do not reach in the vicinity of the substrate and remain uncured. Then, the uncured remaining portion is gradually infiltrated by the developing solution and becomes thinner, and finally, the exposed portion is removed and the black matrix disappears.
Thus, the length of time from when the unexposed area is first completely removed until the exposed area becomes thin and the specified performance as a black matrix cannot be obtained is called the development margin (Development Latitude). Yes. In the case where the development margin is small, it is difficult to determine the timing to stop development because the exposed portion is thinned or lost immediately after the unexposed portion is removed. In particular, a resist composition having a high pigment concentration as described above tends to have a high degree of uncured in the exposed area, so that a sufficient development margin cannot be obtained and adhesion is also lowered. For this reason, the unexposed part cannot be completely removed, or the exposed part is thin and the prescribed performance cannot be obtained.
この問題を解決するために、（１）着色剤として黒色顔料と体質顔料を使用したブラックマトリックス用顔料組成物（例えば、特許文献１参照）、（２）着色剤として吸油量１０〜１５０ｍｌ／１００ｇ、ｐＨが９より大きい範囲にあるカーボンブラックを使用したブラックマトリックス用顔料組成物（例えば、特許文献２参照）が提案されている。これにより、上記問題点はある程度は解決する。
また、カーボンブラックの粒径等を制御することにより、ブラックマトリックス層形成時の硬化性等を向上させることや、アグリゲート径が異なる２種以上のカーボンブラックを併用する等することは、特許文献３及び４に記載されている。
In order to solve this problem, (1) a pigment composition for a black matrix using a black pigment and an extender pigment as colorants (see, for example, Patent Document 1), (2) an oil absorption of 10 to 150 ml / 100 g as a colorant A black matrix pigment composition using carbon black having a pH in a range greater than 9 has been proposed (see, for example, Patent Document 2). This solves the above problems to some extent.
In addition, it is possible to improve the curability at the time of forming the black matrix layer by controlling the particle size of the carbon black, or to use two or more types of carbon blacks having different aggregate diameters. 3 and 4.
しかし、近年、携帯電話、タブレット端末、ゲーム端末機等が広まり、これらはコンピュータ用モニタやカラーテレビと比較して画面が小さいにもかかわらず、コンピュータ用モニタと同等の解像度が要求されている。したがって、前記シャープなエッジパターンの形成に対する要求は従来に増して高まっている。さらに上記の現像マージン（より大きいもの）と密着性（より高いもの）が要望されており、上記の提案されている方法では、まだ不十分である問題を有している。 However, in recent years, cellular phones, tablet terminals, game terminals, and the like have become widespread, and these have been required to have the same resolution as computer monitors, although their screens are smaller than computer monitors and color televisions. Therefore, the demand for the formation of the sharp edge pattern is increasing more than ever. Further, the development margin (larger) and the adhesion (higher) are demanded, and the proposed method has a problem that it is still insufficient.
通常、ブラックマトリックスのパターンを形成させた場合、図１に示すように、当該パターンの幅方向の断面である断面が台形となることが一般的である。このとき、パターンの断面１が基板２との間でなす角θは、鋭角となる。
角θはテーパー角と呼ばれる。テーパー角は、ブラックマトリックス塗膜の熱特性に強く依存する。露光されたブラックマトリックスは加熱工程によって硬化されるが、硬化時の温度は通常２００℃以上である。この温度下では、ブラックマトリックスの塗膜が軟化し、パターンのエッジが一部流動する事によって、パターン断面は長方形から台形へと変化する。流動が大きいと、エッジの直線性は良化するが、パターンの線幅が増大するために、テーパー角は小さくなる。そうすると、所望の線幅の細線パターンを形成しづらく、また、パターンのエッジ付近は膜厚が小さいために、遮光性が低下する。一方、流動が小さいと、テーパー角は大きくなり、所望の線幅の細線パターンを形成しやすいが、エッジの直線性が低下する。用途によって求められるテーパー角は様々であるが、タブレット端末等の小画面高解像度用途には、テーパー角の大きいものが求められる。
Normally, when a black matrix pattern is formed, as shown in FIG. 1, the cross section that is a cross section in the width direction of the pattern is generally a trapezoid. At this time, an angle θ between the cross section 1 of the pattern and the substrate 2 is an acute angle.
The angle θ is called a taper angle. The taper angle is strongly dependent on the thermal properties of the black matrix coating. The exposed black matrix is cured by a heating process, and the temperature at the time of curing is usually 200 ° C. or higher. Under this temperature, the black matrix coating film softens and the pattern edges partially flow, whereby the pattern cross section changes from a rectangle to a trapezoid. When the flow is large, the linearity of the edge is improved, but the line width of the pattern is increased, so the taper angle is decreased. As a result, it is difficult to form a fine line pattern having a desired line width, and since the film thickness is small in the vicinity of the edge of the pattern, the light shielding performance is lowered. On the other hand, when the flow is small, the taper angle becomes large and it is easy to form a fine line pattern having a desired line width, but the linearity of the edge is lowered. The taper angle required varies depending on the application, but a high taper angle is required for small screen high resolution applications such as tablet terminals.
そこで本発明の課題は、遮光性が良好で、且つテーパー角が大きく、現像マージンが大きく、密着性が高く、エッジの直線性に優れるブラックマトリックス用顔料分散組成物及びそれを含有するブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a pigment dispersion composition for black matrix having good light shielding properties, a large taper angle, a large development margin, high adhesion, and excellent edge linearity, and a black matrix containing the same. It is to provide a pigment-dispersed resist composition.
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、特定の平均一次粒子径を有するカーボンブラックを採用し、且つ特定の平均一次粒子径を有するシリカを使用することにより上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have adopted the above problem by adopting carbon black having a specific average primary particle diameter and using silica having a specific average primary particle diameter. As a result, the present invention has been completed.
すなわち、本発明は、
１． カーボンブラック、シリカ、塩基性基含有顔料分散剤、顔料誘導体、酸基含有樹脂、溶剤を含有するブラックマトリックス用顔料分散組成物であって、カーボンブラックの平均一次粒子径が２０〜６０ｎｍであり、且つカーボンブラック１００質量部に対して平均一次粒子径が１〜２０ｎｍのシリカを１〜７質量部含有することを特徴とするブラックマトリックス用顔料分散組成物。
２．カーボンブラックが平均一次粒子径２０〜６０ｎｍの中性カーボンブラックと平均一次粒子径２０〜６０ｎｍの酸性カーボンブラックとからなることを特徴とする１に記載のブラックマトリックス用顔料分散組成物。
３． 前記中性カーボンブラックと前記酸性カーボンブラックとの混合比率（質量比）が８５／１５〜１５／８５の範囲であることを特徴とする１又は２に記載のブラックマトリックス用顔料分散組成物。
４．前記塩基性基含有顔料分散剤がポリエステル鎖を有する塩基性基含有ウレタン系高分子分散剤であり、前記顔料誘導体が、スルホン酸基を有するフタロシアニン系誘導体であることを特徴とする１〜３のいずれかに記載のブラックマトリックス用顔料分散組成物。
５．シリカが疎水化表面処理したシリカであることを特徴とする１〜４のいずれかに記載のブラックマトリックス用顔料分散組成物。
６．シリカがジメチルシリル化表面処理シリカであることを特徴とする１〜５のいずれかに記載のブラックマトリックス用顔料分散組成物。
７．１〜６のいずれかに記載のブラックマトリックス用顔料分散組成物と、光重合性化合物と、光重合開始剤を含有するブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物。
８．カーボンブラックを含有するブラックマトリックスであって、該カーボンブラックの平均一次粒子径は２０〜６０ｎｍであり、さらに該カーボンブラック１００質量部に対して平均一次粒子径が１〜２０ｎｍのシリカを１〜７質量部含有するブラックマトリックス。
９．カーボンブラックを含有するブラックマトリックスの基板に対するテーパー角が６０°以上である８に記載のブラックマトリックス。
That is, the present invention
1. Carbon black, silica, basic group-containing pigment dispersant, pigment derivative, acid group-containing resin, a pigment dispersion composition for a black matrix containing a solvent, wherein the average primary particle size of carbon black is 20 to 60 nm, And the pigment dispersion composition for black matrix characterized by containing 1-7 mass parts of silica whose average primary particle diameter is 1-20 nm with respect to 100 mass parts of carbon black.
2. 2. The pigment dispersion composition for a black matrix according to 1, wherein the carbon black comprises neutral carbon black having an average primary particle diameter of 20 to 60 nm and acidic carbon black having an average primary particle diameter of 20 to 60 nm.
3. The pigment dispersion composition for black matrix according to 1 or 2, wherein a mixing ratio (mass ratio) of the neutral carbon black and the acidic carbon black is in a range of 85/15 to 15/85.
4). 1-3. The basic group-containing pigment dispersant is a basic group-containing urethane polymer dispersant having a polyester chain, and the pigment derivative is a phthalocyanine derivative having a sulfonic acid group. Any one of the pigment dispersion compositions for black matrices.
5. 5. The black matrix pigment dispersion composition as described in any one of 1 to 4, wherein the silica is silica subjected to a hydrophobic surface treatment.
6). The pigment dispersion composition for black matrix according to any one of 1 to 5, wherein the silica is dimethylsilylated surface-treated silica.
The pigment dispersion resist composition for black matrix containing the pigment dispersion composition for black matrices in any one of 7.1-6, a photopolymerizable compound, and a photoinitiator.
8). A black matrix containing carbon black, wherein the carbon black has an average primary particle size of 20 to 60 nm, and further silica having an average primary particle size of 1 to 20 nm with respect to 100 parts by mass of the carbon black is 1 to 7 Black matrix containing part by mass.
9. 9. The black matrix according to 8, wherein the taper angle of the black matrix containing carbon black with respect to the substrate is 60 ° or more.
本発明は、特定の組成からなるブラックマトリックス用顔料分散組成物及びそれを含有するブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物とすることにより分散安定性に優れ、かつ、レジストパターン形成時において、光学濃度が高く遮光性に優れ、現像性、現像マージンが大きく、細線密着性が高く、テーパー角が大きく、及び直線性に優れるという顕著な効果を発揮することができる発明である。
また、特定のカーボンブラックと特定のシリカを特定量含有するブラックマトリックスによれば、さらに光学濃度が高く遮光性に優れ、現像性、現像マージンが大きく、細線密着性が高く、テーパー角が大きく、及び直線性に優れるという顕著な効果を発揮することができる
The present invention is excellent in dispersion stability by providing a black matrix pigment dispersion composition having a specific composition and a black matrix pigment dispersion resist composition containing the same, and has an optical density at the time of resist pattern formation. It is an invention capable of exhibiting remarkable effects such as high light-shielding property, large developability, large development margin, high fine line adhesion, large taper angle, and excellent linearity.
In addition, according to the black matrix containing a specific amount of specific carbon black and specific silica, the optical density is higher and the light shielding property is higher, the developability and the development margin are larger, the fine line adhesion is higher, the taper angle is larger, And a remarkable effect of excellent linearity.
以下、本発明のブラックマトリックス用顔料分散組成物及びそれを含有するブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物について、詳細に説明する。
[ブラックマトリックス用顔料分散組成物]
まず、本発明のブラックマトリックス用顔料分散組成物について説明する。
ブラックマトリックス用顔料分散組成物は、カーボンブラック、シリカ、塩基性基含有顔料分散剤、顔料誘導体、酸基含有樹脂、溶剤を含有してなる組成物であり、この組成物を基にしてブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物を得るものである。
Hereinafter, the pigment dispersion composition for black matrix of the present invention and the pigment dispersion resist composition for black matrix containing the same will be described in detail.
[Pigment dispersion composition for black matrix]
First, the black matrix pigment dispersion composition of the present invention will be described.
The pigment dispersion composition for black matrix is a composition comprising carbon black, silica, a basic group-containing pigment dispersant, a pigment derivative, an acid group-containing resin, and a solvent. Based on this composition, a black matrix is prepared. A pigment dispersion resist composition is obtained.
(カーボンブラック)
本発明のブラックマトリックス用顔料分散組成物を構成するカーボンブラックは、平均一次粒子径２０〜６０ｎｍのカーボンブラックであり、中でも平均一次粒子径２０〜６０ｎｍの中性カーボンブラック及び／又は平均一次粒子径２０〜６０ｎｍの酸性カーボンブラックを使用することが好ましい。
カーボンブラックの一次粒子径が２０ｎｍより小さい場合、又は６０ｎｍより大きい場合は、シリカを併用した場合の下記の効果が得られない問題を有する。
また、中性カーボンブラックと酸性カーボンブラックを併用することが好ましく、中でも中性カーボンブラックと酸性カーボンブラックとの混合比率（質量比）は８５／１５〜１５／８５が好ましく、さらに好ましくは７５／２５〜４０／６０の範囲である。使用するカーボンブラックの中性カーボンブラックの割合が８５／１５より多い場合は、シール強度が低下し、使用するカーボンブラックの酸性カーボンブラックの割合が４０／６０より多い場合は、現像マージンや細線密着性が低下するので好ましくない。
(Carbon black)
The carbon black constituting the pigment dispersion composition for a black matrix of the present invention is a carbon black having an average primary particle size of 20 to 60 nm, among which neutral carbon black and / or an average primary particle size of 20 to 60 nm. It is preferable to use acidic carbon black of 20 to 60 nm.
When the primary particle diameter of carbon black is smaller than 20 nm or larger than 60 nm, there is a problem that the following effects cannot be obtained when silica is used in combination.
Moreover, it is preferable to use neutral carbon black and acidic carbon black in combination, and among them, the mixing ratio (mass ratio) of neutral carbon black and acidic carbon black is preferably 85/15 to 15/85, more preferably 75 / It is the range of 25-40 / 60. When the ratio of neutral carbon black to be used is more than 85/15, the sealing strength is lowered. When the ratio of acidic carbon black to carbon black to be used is more than 40/60, the development margin and fine line adhesion are reduced. This is not preferable because the properties are lowered.
本発明における酸性カーボンブラックと中性カーボンブラックについて説明する。カーボンブラックは、表面の構造により、酸性カーボンと中性カーボンに大別できる。酸性カーボンとは、元々あるいは人工的に酸化した炭素質物質であり、蒸留水と混合煮沸した時に酸性を示す。一方、中性カーボンは、蒸留水と混合煮沸した時に中性またはそれより高いｐＨを示すことが知られている。 The acidic carbon black and neutral carbon black in the present invention will be described. Carbon black can be broadly classified into acidic carbon and neutral carbon depending on the structure of the surface. Acidic carbon is a carbonaceous material that has been oxidized originally or artificially, and exhibits acidity when mixed and boiled with distilled water. On the other hand, neutral carbon is known to show a neutral or higher pH when mixed and boiled with distilled water.
中性カーボンブラックとしては、ｐＨが８．０〜１０．０の範囲が好ましく、具体的には、オリオン・エンジニアドカーボンズ社製のプリンテックス２５（平均一次粒子径５６ｎｍ、ｐＨ９．５）、プリンテックス３５（平均一次粒子径３１ｎｍ、ｐＨ９．５）、プリンテックス６５（平均一次粒子径２１ｎｍ、ｐＨ９．５）、三菱化学社製のＭＡ＃２０（平均一次粒子径４０ｎｍ、ｐＨ８．０）、ＭＡ＃４０（一次粒子径４０ｎｍ、ｐＨ８．０）、ＭＡ＃３０（平均一次粒子径３０ｎｍ、ｐＨ８．０）等が挙げられる。 The neutral carbon black preferably has a pH in the range of 8.0 to 10.0. Specifically, Printex 25 (average primary particle size 56 nm, pH 9.5) manufactured by Orion Engineered Carbons, Printex 35 (average primary particle size 31 nm, pH 9.5), Printex 65 (average primary particle size 21 nm, pH 9.5), MA # 20 (average primary particle size 40 nm, pH 8.0) manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, MA # 40 (primary particle diameter 40 nm, pH 8.0), MA # 30 (average primary particle diameter 30 nm, pH 8.0), etc. are mentioned.
酸性カーボンブラックとしては、ｐＨが２．０〜４．０の範囲が好ましく、具体的には、コロンビアケミカルズ社製のＲａｖｅｎ１０８０（平均一次粒子径２８ｎｍ、ｐＨ２．４）、Ｒａｖｅｎ１１００（平均一次粒子径３２ｎｍ、ｐＨ２．９）、三菱化学社製のＭＡ−８（平均一次粒子径２４ｎｍ、ｐＨ３．０）、ＭＡ−１００（平均一次粒子径２２ｎｍ、ｐＨ３．５）、オリオン・エンジニアドカーボンズ社製のスペシャルブラック２５０（平均一次粒子径５６ｎｍ、ｐＨ３．０）、スペシャルブラック３５０（平均一次粒子径３１ｎｍ、ｐＨ３．０）、スペシャルブラック５５０（平均一次粒子径２５ｎｍ、ｐＨ４．０）が挙げられる。 The acidic carbon black preferably has a pH in the range of 2.0 to 4.0. Specifically, Raven 1080 (average primary particle size 28 nm, pH 2.4) manufactured by Columbia Chemicals, Raven 1100 (average primary particle size 32 nm) , PH 2.9), MA-8 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation (average primary particle size 24 nm, pH 3.0), MA-100 (average primary particle size 22 nm, pH 3.5), manufactured by Orion Engineered Carbons Special black 250 (average primary particle diameter 56 nm, pH 3.0), special black 350 (average primary particle diameter 31 nm, pH 3.0), special black 550 (average primary particle diameter 25 nm, pH 4.0).
ｐＨは、カーボンブラック１ｇを炭酸を除いた蒸留水（ｐＨ７．０）２０ｍｌに添加してマグネチックスターラーで混合して水性懸濁液を調製し、ガラス電極を使用して２５℃で測定する（ドイツ工業品標準規格 ＤＩＮ ＩＳＯ ７８７／９）。
平均一次粒子径は、電子顕微鏡観察による算術平均径の値である。
本発明のブラックマトリックス用顔料分散組成物におけるカーボンブラックの含有量は、好ましくは３〜７０質量％が好ましく、より好ましくは１０〜５０質量％である。カーボンブラックの含有量が前記範囲未満では、ブラックマトリックスを形成した場合の遮光性が低くなる傾向があり、一方前記範囲を超えると、顔料分散が困難となる傾向がある。
The pH is measured by adding 1 g of carbon black to 20 ml of distilled water from which carbonic acid has been removed (pH 7.0), mixing with a magnetic stirrer to prepare an aqueous suspension, and using a glass electrode at 25 ° C. ( German Industrial Standard DIN ISO 787/9).
The average primary particle diameter is a value of an arithmetic average diameter by electron microscope observation.
The content of carbon black in the black matrix pigment dispersion composition of the present invention is preferably 3 to 70% by mass, more preferably 10 to 50% by mass. If the content of carbon black is less than the above range, the light shielding property when a black matrix is formed tends to be low, while if it exceeds the above range, pigment dispersion tends to be difficult.
（シリカ）
本発明のブラックマトリックス用顔料分散組成物を構成するシリカは、単独又は２種類以上を混合して使用することができる。シリカを含有させることによってテーパー角が大きくなる。
このシリカの平均粒子径は、好ましくは１〜２０ｎｍである。シリカの平均粒子径が１ｎｍ未満であると、ブラックマトリックス用顔料分散組成物の粘度が高すぎて塗布に支障をきたす傾向があり、一方、２０ｎｍを超える場合は、細線密着性が低下する傾向がある。
このシリカは、好ましくは疎水化表面処理したシリカである表面疎水化処理シリカであり、より好ましくはジメチルシリル化表面処理シリカである。
このような本発明のブラックマトリックス用顔料分散組成物を構成するシリカの具体例としては、日本アエロジル社製のＡＥＲＯＳＩＬ Ｒ９７６（ジメチルシリル化表面処理シリカ、平均粒子径７ｎｍ）、ＡＥＲＯＳＩＬ Ｒ９７４（ジメチルシリル化表面処理シリカ、平均粒子径１２ｎｍ）、ＡＥＲＯＳＩＬ Ｒ９７２（ジメチルシリル化表面処理シリカ、平均粒子径１６ｎｍ）が挙げられる。
シリカの使用量は、カーボンブラック１００質量部に対して１〜７質量部の範囲であり、好ましくは２〜６重量部の範囲である。１質量部未満であると、テーパー角を大きくする効果が得られず、一方、７質量部より多い場合は、濃度（ＯＤ値）、分散安定性が低下する傾向がある。
(silica)
The silica constituting the pigment dispersion composition for black matrix of the present invention can be used alone or in combination of two or more. Inclusion of silica increases the taper angle.
The average particle diameter of the silica is preferably 1 to 20 nm. When the average particle diameter of silica is less than 1 nm, the viscosity of the pigment dispersion composition for black matrix tends to be too high, which tends to hinder the coating. On the other hand, when the average particle diameter exceeds 20 nm, the fine wire adhesion tends to decrease. is there.
This silica is preferably a surface-hydrophobized silica, which is a hydrophobized surface-treated silica, and more preferably a dimethylsilylated surface-treated silica.
Specific examples of the silica constituting the pigment dispersion composition for black matrix of the present invention include AEROSIL R976 (dimethylsilylated surface-treated silica, average particle diameter 7 nm), AEROSIL R974 (dimethylsilylated) manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd. Surface-treated silica, average particle diameter 12 nm), and AEROSIL R972 (dimethylsilylated surface-treated silica, average particle diameter 16 nm).
The usage-amount of a silica is the range of 1-7 mass parts with respect to 100 mass parts of carbon black, Preferably it is the range of 2-6 weight part. When the amount is less than 1 part by mass, the effect of increasing the taper angle cannot be obtained. On the other hand, when the amount is more than 7 parts by mass, the concentration (OD value) and dispersion stability tend to decrease.
（塩基性基含有顔料分散剤）
本発明のブラックマトリックス用顔料分散組成物を構成する塩基性基含有顔料分散剤としては、アニオン性界面活性剤、塩基性基含有ポリエステル系顔料分散剤、塩基性基含有アクリル系顔料分散剤、塩基性基含有ウレタン系顔料分散剤、塩基性基含有カルボジイミド系顔料分散剤等を用いることができる。
これらの塩基性基含有顔料分散剤は、単独で用いてもよく、また、２種類以上の組み合わせを用いてもよい。中でも、良好な顔料分散性が得られる点から、塩基性基含有高分子顔料分散剤が好ましい。
(Basic group-containing pigment dispersant)
As the basic group-containing pigment dispersant constituting the black matrix pigment dispersion composition of the present invention, an anionic surfactant, a basic group-containing polyester pigment dispersant, a basic group-containing acrylic pigment dispersant, a base A basic group-containing urethane pigment dispersant, a basic group-containing carbodiimide pigment dispersant, and the like can be used.
These basic group-containing pigment dispersants may be used alone or in combination of two or more. Among these, a basic group-containing polymer pigment dispersant is preferable from the viewpoint of obtaining good pigment dispersibility.
塩基性基を有する高分子顔料分散剤としては、例えば、以下のものが挙げられる。
（１）ポリアミン化合物（例えば、ポリアリルアミン、ポリビニルアミン、ポリエチレンポリイミン等の、ポリ（低級）アルキレンアミン等）のアミノ基及び／又はイミノ基と、遊離のカルボキシル基を有するポリエステル、ポリアミド及びポリエステルアミドからなる群より選択される少なくとも１種との反応生成物。
（２）分子内にポリエステル側鎖、ポリエーテル側鎖、及びポリアクリル側鎖からなる群より選択される少なくとも１種の側鎖と、塩基性窒素含有基とをそれぞれ少なくとも１つ有するカルボジイミド系化合物。
（３）ポリ（低級）アルキレンイミン、メチルイミノビスプロピルアミン等の低分子アミノ化合物と、遊離のカルボキシル基を有するポリエステルとの反応生成物。
（４）ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基に、メトキシポリエチレングリコール等のアルコール類やカプロラクトンポリエステル等の水酸基を１個有するポリエステル類、２〜３個のイソシアネート基反応性官能基を有する化合物、イソシアネート基反応性官能基と第３級アミノ基とを有する脂肪族又は複素環式炭化水素化合物を順次反応させてなる反応生成物。
（５）アルコール性水酸基を有するアクリレートの重合物にポリイソシアネート化合物とアミノ基を有する炭化水素化合物とを反応させた反応生成物。
（６）低分子アミノ化合物にポリエーテル鎖を付加させてなる反応生成物。
（７）イソシアネート基を有する化合物にアミノ基を有する化合物を反応させてなる反応生成物。
（８）ポリエポキシ化合物に遊離のカルボキシル基を有する線状ポリマー及び２級アミノ基を１個有する有機アミン化合物を反応させた反応生成物。
（９）片末端にアミノ基と反応し得る官能基を有するポリカーボネート化合物とポリアミン化合物との反応生成物。
（１０）メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレート、ステアリルアクリレート、ベンジルアクリレート等のメタクリル酸エステル又はアクリル酸エステルから選択される少なくとも１種と、アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ−メチロールアミド、ビニルイミダゾール、ビニルピリジン、アミノ基とポリカプロラクトン骨格を有するモノマー等の塩基性基含有重合性モノマーの少なくとも１種と、スチレン、スチレン誘導体、その他の重合性モノマーの少なくとも１種との共重合体。
（１１）３級アミノ基、４級アンモニウム塩基等の塩基性基を有するブロックと塩基性官能基を有していないブロックとからなるアクリル系ブロック共重合体等。
（１２）ポリアリルアミンにポリカーボネート化合物をマイケル付加反応させて得られる顔料分散剤。
（１３）ポリブタジエン鎖と塩基性窒素含有基とをそれぞれ少なくとも１つ有するカルボジイミド系化合物。
（１４）分子内にアミド基を有する側鎖と、塩基性窒素含有基とをそれぞれ少なくとも１つ有するカルボジイミド系化合物。
（１５）エチレンオキサイド鎖とプロピレンオキサイド鎖を有する構成単位を有し、かつ四級化剤により四級化されたアミノ基を有するポリウレタン系化合物。
（１６）分子内にイソシアヌレート環を有するイソシアネート化合物のイソシアネート基と、分子内に活性水素基を有し、かつ、カルバゾール環及び／又はアゾベンゼン骨格を有する化合物の活性水素基とを反応させて得られる化合物であって、該化合物の分子内の、イソシアヌレート環を有するイソシアネート化合物に由来するイソシアネート基と、イソシアネート基と活性水素基との反応により生じたウレタン結合及び尿素結合との合計に対するカルバゾール環とアゾベンゼン骨格の数が１５〜８５％である化合物。
Examples of the polymer pigment dispersant having a basic group include the following.
(1) Polyester, polyamide, and polyesteramide having an amino group and / or imino group of a polyamine compound (for example, poly (lower) alkyleneamine such as polyallylamine, polyvinylamine, polyethylenepolyimine, etc.) and a free carboxyl group A reaction product with at least one selected from the group consisting of
(2) A carbodiimide compound having at least one side chain selected from the group consisting of a polyester side chain, a polyether side chain, and a polyacryl side chain and at least one basic nitrogen-containing group in the molecule. .
(3) A reaction product of a low molecular amino compound such as poly (lower) alkyleneimine or methyliminobispropylamine and a polyester having a free carboxyl group.
(4) Polyesters having one hydroxyl group such as alcohols such as methoxypolyethylene glycol and caprolactone polyester in the isocyanate group of the polyisocyanate compound, compounds having 2 to 3 isocyanate group-reactive functional groups, isocyanate group reactivity A reaction product obtained by sequentially reacting an aliphatic or heterocyclic hydrocarbon compound having a functional group and a tertiary amino group.
(5) A reaction product obtained by reacting a polymer of an acrylate having an alcoholic hydroxyl group with a polyisocyanate compound and a hydrocarbon compound having an amino group.
(6) A reaction product obtained by adding a polyether chain to a low molecular amino compound.
(7) A reaction product obtained by reacting an isocyanate group-containing compound with an amino group-containing compound.
(8) A reaction product obtained by reacting a polyepoxy compound with a linear polymer having a free carboxyl group and an organic amine compound having one secondary amino group.
(9) A reaction product of a polycarbonate compound having a functional group capable of reacting with an amino group at one end and a polyamine compound.
(10) selected from methacrylic acid ester or acrylic acid ester such as methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, butyl methacrylate, stearyl methacrylate, benzyl methacrylate, methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, butyl acrylate, stearyl acrylate, benzyl acrylate At least one of acrylamide, methacrylamide, N-methylolamide, vinylimidazole, vinylpyridine, amino group-containing polymerizable monomers such as monomers having a polycaprolactone skeleton, styrene, styrene derivatives Copolymers with at least one other polymerizable monomer.
(11) An acrylic block copolymer composed of a block having a basic group such as a tertiary amino group or a quaternary ammonium base and a block having no basic functional group.
(12) A pigment dispersant obtained by Michael addition reaction of a polycarbonate compound to polyallylamine.
(13) A carbodiimide compound having at least one polybutadiene chain and at least one basic nitrogen-containing group.
(14) A carbodiimide compound having at least one side chain having an amide group in the molecule and one basic nitrogen-containing group.
(15) A polyurethane-based compound having a structural unit having an ethylene oxide chain and a propylene oxide chain and having an amino group quaternized by a quaternizing agent.
(16) Obtained by reacting an isocyanate group of an isocyanate compound having an isocyanurate ring in the molecule with an active hydrogen group of a compound having an active hydrogen group in the molecule and having a carbazole ring and / or an azobenzene skeleton. A carbazole ring relative to the sum of an isocyanate group derived from an isocyanate compound having an isocyanurate ring and a urethane bond and a urea bond generated by the reaction of the isocyanate group and an active hydrogen group in the molecule of the compound. And a compound having 15 to 85% of azobenzene skeleton.
これら塩基性基含有高分子顔料分散剤の中でも、塩基性基含有ウレタン系高分子顔料分散剤、塩基性基含有ポリエステル系高分子顔料分散剤、塩基性基含有アクリル系高分子顔料分散剤がより好ましく、アミノ基含有ウレタン系高分子顔料分散剤、アミノ基含有ポリエステル系高分子顔料分散剤、アミノ基含有アクリル系高分子顔料分散剤がより好ましい。特に、塩基性基含有ウレタン系高分子顔料分散剤が好ましく、なかんずく、ポリエステル鎖、ポリエーテル鎖、およびポリカーボネート鎖よりなる群から選択される少なくとも１種を有する塩基性基（アミノ基）含有ウレタン系高分子顔料分散剤が好ましい。
塩基性基含有分散剤の使用量は、カーボンブラック１００質量部に対して、好ましくは１〜２００質量部、より好ましくは１〜６０質量部である。
Among these basic group-containing polymer pigment dispersants, basic group-containing urethane polymer pigment dispersants, basic group-containing polyester polymer pigment dispersants, and basic group-containing acrylic polymer pigment dispersants are more preferred. An amino group-containing urethane polymer pigment dispersant, an amino group-containing polyester polymer pigment dispersant, and an amino group-containing acrylic polymer pigment dispersant are more preferable. In particular, a basic group-containing urethane polymer pigment dispersant is preferable, and in particular, a basic group (amino group) -containing urethane system having at least one selected from the group consisting of a polyester chain, a polyether chain, and a polycarbonate chain. Polymer pigment dispersants are preferred.
The usage-amount of a basic group containing dispersing agent becomes like this. Preferably it is 1-200 mass parts with respect to 100 mass parts of carbon black, More preferably, it is 1-60 mass parts.
（顔料誘導体）
本発明のブラックマトリックス用顔料分散組成物を構成する顔料誘導体としては、酸基含有顔料誘導体、酸基含有色素誘導体よりなる群から選択される少なくとも１種を含有させることができる。
まず、酸基含有顔料誘導体、酸基含有色素誘導体としては、酸基を有するフタロシアニン系顔料誘導体、酸基を有するアントラキノン系顔料誘導体、酸基を有するナフタレン系顔料誘導体等が例示できる。この中でも、スルホン酸基を有するフタロシアニン系顔料誘導体がカーボンブラックの分散性の点から好ましい。
顔料誘導体の使用量は、カーボンブラック１００質量部に対して、０．１〜２０質量部、好ましくは０．５〜１０質量部である。
(Pigment derivative)
The pigment derivative constituting the black matrix pigment dispersion composition of the present invention may contain at least one selected from the group consisting of acid group-containing pigment derivatives and acid group-containing dye derivatives.
First, examples of the acid group-containing pigment derivative and the acid group-containing dye derivative include an phthalocyanine pigment derivative having an acid group, an anthraquinone pigment derivative having an acid group, and a naphthalene pigment derivative having an acid group. Among these, a phthalocyanine pigment derivative having a sulfonic acid group is preferable from the viewpoint of dispersibility of carbon black.
The usage-amount of a pigment derivative is 0.1-20 mass parts with respect to 100 mass parts of carbon black, Preferably it is 0.5-10 mass parts.
(酸基含有樹脂)
本発明のブラックマトリックス用顔料分散組成物を構成する酸基含有樹脂としては、酸基含有共重合体樹脂、酸基含有ポリエステル樹脂、酸基含有ウレタン樹脂等を用いることができる。
上記酸基含有樹脂の酸基としては、カルボキシル基、スルホン酸基、燐酸基等が挙げられる。
上記酸基含有樹脂の中でも、好ましいものは、酸基を有する単量体の少なくとも１種を含有する単量体成分をラジカル重合して得られる、酸価１０〜３００ｍｇＫＯＨ／g（好ましくは２０〜３００ｍｇＫＯＨ／ｇ）、重量平均分子量１,０００〜１００，０００の酸基含有共重合体樹脂（特に酸基含有アクリル系共重合体樹脂）である。具体的には、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、マレイン酸モノアルキルエステル、シトラコン酸、無水シトラコン酸、シトラコン酸モノアルキルエステル、スルホエチルメタクリレート、ブチルアクリルアミドスルホン酸、ホスホエチルメタクリレート等の酸基含有不飽和単量体成分と、スチレン、メチルスチレン、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、アリルアクリレート、アリルメタクリレート、ベンジルアクリレート、ベンジルメタクリレート、メチルメタクリレート、ポリスチレンマクロモノマー、ポリメチルメタクリレートマクロモノマー等よりなる群から選択される少なくとも１種の単量体成分をラジカル重合して得られる酸基含有共重合体樹脂を用いることができる。
なお、本発明において、上記酸基含有樹脂の重量平均分子量は、ＧＰＣに基づいて得られるポリスチレン換算の重量平均分子量である。本発明においては、ＧＰＣ装置として、Ｗａｔｅｒ ２６９０（ウオーターズ社製）、カラムとしてＰＬｇｅｌ ５μ ＭＩＸＥＤ−Ｄ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社製）を用いる。
(Acid group-containing resin)
As the acid group-containing resin constituting the black matrix pigment dispersion composition of the present invention, an acid group-containing copolymer resin, an acid group-containing polyester resin, an acid group-containing urethane resin, or the like can be used.
Examples of the acid group of the acid group-containing resin include a carboxyl group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group.
Among the above acid group-containing resins, preferred is an acid value of 10 to 300 mg KOH / g (preferably 20 to 20) obtained by radical polymerization of a monomer component containing at least one monomer having an acid group. 300 mg KOH / g) and an acid group-containing copolymer resin (particularly an acid group-containing acrylic copolymer resin) having a weight average molecular weight of 1,000 to 100,000. Specifically, acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid, maleic anhydride, maleic acid monoalkyl ester, citraconic acid, citraconic anhydride, citraconic acid monoalkyl ester, sulfoethyl methacrylate, butylacrylamide sulfonic acid, phospho Acid group-containing unsaturated monomer components such as ethyl methacrylate, styrene, methylstyrene, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, allyl acrylate, allyl methacrylate, benzyl acrylate, benzyl methacrylate, methyl methacrylate, polystyrene macromonomer An acid group-containing copolymer resin obtained by radical polymerization of at least one monomer component selected from the group consisting of polymethyl methacrylate macromonomer and the like It is possible to have.
In addition, in this invention, the weight average molecular weight of the said acid group containing resin is a weight average molecular weight of polystyrene conversion obtained based on GPC. In the present invention, Water 2690 (manufactured by Waters) is used as the GPC apparatus, and PLgel 5μ MIXED-D (manufactured by Polymer Laboratories) is used as the column.
酸基含有樹脂の使用量は、カーボンブラック１００質量部に対して０．５〜１００質量部である。
本発明のブラックマトリックス用顔料分散組成物は、酸性カーボンブラック、中性カーボンブラック、シリカ、塩基性基含有顔料分散剤、顔料誘導体、酸基含有樹脂、溶剤の混合物である。ブラックマトリックス用顔料分散組成物は、これらの混合物をロールミル、ニーダー、高速攪拌機、ビーズミル、ボールミル、サンドミル、超音波分散機、高圧分散装置等を用いて、分散処理して得ることができる。
The usage-amount of acid group containing resin is 0.5-100 mass parts with respect to 100 mass parts of carbon black.
The pigment dispersion composition for black matrix of the present invention is a mixture of acidic carbon black, neutral carbon black, silica, basic group-containing pigment dispersant, pigment derivative, acid group-containing resin and solvent. The pigment dispersion composition for black matrix can be obtained by dispersing these mixtures using a roll mill, a kneader, a high-speed stirrer, a bead mill, a ball mill, a sand mill, an ultrasonic disperser, a high-pressure disperser or the like.
（溶剤）
本発明のブラックマトリックス用顔料分散組成物を構成する溶剤としては、従来から使用されている顔料を安定的に分散させることができ、かつ後述の塩基性基含有顔料分散剤、酸基含有樹脂を溶解させることができるものであり、好ましくは、常圧（１．０１３×１０２ｋＰａ）における沸点が１００〜２５０℃のエステル系有機溶剤、エーテル系有機溶剤、エーテルエステル系有機溶剤、ケトン系有機溶剤、芳香族炭化水素系有機溶剤、含窒素系有機溶剤等である。
このような溶剤としては、具体的には、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、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、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、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、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、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等のエーテル系有機溶剤類、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、エチレングリコールモノブ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エーテルエステル系有機溶剤類、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、２−ヘプタノン、δ−ブチロラクトン等のケトン系有機溶剤類、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エチル、３−メチル−３−メトキシブチルプロピオネート、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、ヒドロキシ酢酸エステル、蟻酸ｎ−アミル等のエステル系有機溶剤類、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含窒素系有機溶剤類等を例示でき、これら有機溶剤は単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。
(solvent)
As the solvent constituting the pigment dispersion composition for black matrix of the present invention, a conventionally used pigment can be stably dispersed, and a basic group-containing pigment dispersant and an acid group-containing resin described later are used. An ester organic solvent having an boiling point of 100 to 250 ° C. at normal pressure (1.013 × 102 kPa), an ether organic solvent, an ether ester organic solvent, a ketone organic solvent, An aromatic hydrocarbon organic solvent, a nitrogen-containing organic solvent, and the like.
Specific examples of such solvents include ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoisopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol. Ether-based organic solvents such as monoethyl ether, propylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether Ether ester organic solvents such as acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, ketone organic solvents such as methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, 2-heptanone and δ-butyrolactone, methyl 2-hydroxypropionate , Ethyl 2-hydroxypropionate, ethyl 2-hydroxy-2-methylpropionate, 3-methyl-3-methoxybutylpropionate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, 3-ethoxypropionic acid Ester organic solvents such as methyl, ethyl 3-ethoxypropionate, ethyl ethoxyacetate, hydroxyacetate, n-amyl formate, N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide And nitrogen-containing organic solvents such as N, N-dimethylacetamide and the like. These organic solvents can be used alone or in admixture of two or more.
[ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物]
次に、本発明のブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物について説明する。
本発明のブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物は、上記ブラックマトリックス用顔料組成物に加えて、光重合性化合物、光重合開始剤、必要に応じて溶剤から主として構成され、さらに重合禁止剤等の各種添加剤を適宜含有させて得られるものである。
なお、ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物中のカーボンブラックは、ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物の固形分中の質量％で３０〜８０質量％であることが好ましい。
[Pigment-dispersed resist composition for black matrix]
Next, the pigment dispersion resist composition for black matrix of the present invention will be described.
The pigment dispersion resist composition for black matrix of the present invention is mainly composed of a photopolymerizable compound, a photopolymerization initiator, and, if necessary, a solvent in addition to the black matrix pigment composition, and further includes a polymerization inhibitor and the like. It is obtained by appropriately containing various additives.
In addition, it is preferable that carbon black in the pigment dispersion resist composition for black matrices is 30-80 mass% in the mass% in solid content of the pigment dispersion resist composition for black matrices.
（光重合性化合物）
本発明のブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物を構成する光重合性化合物としては、光重合性不飽和結合を有するモノマー、オリゴマー等が挙げられる。
具体的には、光重合性不飽和結合を分子内に１個有するモノマーとして、例えば、メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、メチルアクリレート、ブチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート等のアルキルメタクリレートまたはアクリレート；ベンジルメタクリレート、ベンジルアクリレート等のアラルキルメタクリレートまたはアクリレート；ブトキシエチルメタクリレート、ブトキシエチルアクリレート等のアルコキシアルキルメタクリレートまたはアクリレート；Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルメタクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルアクリレート等のアミノアルキルメタクリレートまたはアクリレート；ジエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル等のポリアルキレングリコールモノアルキルエーテルのメタクリル酸エステルまたはアクリル酸エステル；ヘキサエチレングリコールモノフェニルエーテル等のポリアルキレングリコールモノアリールエーテルのメタクリル酸エステルまたはアクリル酸エステル；イソボニルメタクリレートまたはアクリレート；グリセロールメタクリレートまたはアクリレート；２−ヒドロキシエチルメタクリレートまたはアクリレート等を用いることができる。
光重合性不飽和結合を分子内に２個以上有するモノマーとして、例えば、ビスフェノールＡジメタクリレート、１，４−ブタンジオールジメタクリレート、１，３−ブチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、グリセロールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、ジペンタエリスリトールペンタメタクリレート、ビスフェノールＡジアクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレート、１，３−ブチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、グリセロールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、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テトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート等を用いることができる。
前記光重合性不飽和結合を有するオリゴマーとしては、前記モノマーを適宜重合させて得られたものを用いることができる。これらの光重合性化合物は、単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明において、前記光重合性化合物の使用量は、本発明のブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物中の全固形分に基づいて、好ましくは３〜５０質量％の範囲である。
(Photopolymerizable compound)
Examples of the photopolymerizable compound constituting the black matrix pigment dispersion resist composition of the present invention include monomers and oligomers having a photopolymerizable unsaturated bond.
Specifically, as a monomer having one photopolymerizable unsaturated bond in the molecule, for example, alkyl methacrylate or acrylate such as methyl methacrylate, butyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, methyl acrylate, butyl acrylate, and 2-ethylhexyl acrylate Aralkyl methacrylate or acrylate such as benzyl methacrylate or benzyl acrylate; Alkoxyalkyl methacrylate or acrylate such as butoxyethyl methacrylate or butoxyethyl acrylate; Aminoalkyl methacrylate such as N, N-dimethylaminoethyl methacrylate or N, N-dimethylaminoethyl acrylate Or acrylate; diethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol Methacrylic acid ester or acrylic acid ester of polyalkylene glycol monoalkyl ether such as dimethyl monobutyl ether and dipropylene glycol monomethyl ether; Methacrylic acid ester or acrylic acid ester of polyalkylene glycol monoaryl ether such as hexaethylene glycol monophenyl ether; Isobonyl Methacrylate or acrylate; glycerol methacrylate or acrylate; 2-hydroxyethyl methacrylate or acrylate can be used.
As monomers having two or more photopolymerizable unsaturated bonds in the molecule, for example, bisphenol A dimethacrylate, 1,4-butanediol dimethacrylate, 1,3-butylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, glycerol dimethacrylate, Neopentyl glycol dimethacrylate, polyethylene glycol dimethacrylate, polypropylene glycol dimethacrylate, tetraethylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate, pentaerythritol trimethacrylate, pentaerythritol tetramethacrylate, dipentaerythritol tetramethacrylate, dipentaerythritol hexamethacrylate, Dipentaerythritol pentamethacrylate Bisphenol A diacrylate, 1,4-butanediol diacrylate, 1,3-butylene glycol diacrylate, diethylene glycol diacrylate, glycerol diacrylate, neopentyl glycol diacrylate, polyethylene glycol diacrylate, polypropylene glycol diacrylate, tetra Ethylene glycol diacrylate, trimethylolpropane triacrylate, pentaerythritol triacrylate, pentaerythritol tetraacrylate, dipentaerythritol tetraacrylate, dipentaerythritol hexaacrylate, dipentaerythritol pentaacrylate, and the like can be used.
As the oligomer having a photopolymerizable unsaturated bond, one obtained by appropriately polymerizing the monomer can be used. These photopolymerizable compounds can be used alone or in combination of two or more.
In this invention, the usage-amount of the said photopolymerizable compound becomes like this. Preferably it is the range of 3-50 mass% based on the total solid in the pigment dispersion resist composition for black matrices of this invention.
（光重合開始剤）
本発明のブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物を構成する光重合開始剤としては特に限定されない。例えば、ベンゾフェノン、Ｎ，Ｎ'−テトラエチル−４，４'−ジアミノベンゾフェノン、４−メトキシ−４'−ジメチルアミノベンゾフェノン、ベンジル、２，２−ジエトキシアセトフェノン、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、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、α−ヒドロキシイソブチルフェノン、チオキサントン、２−クロロチオキサントン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ｔ−ブチルアントラキノン、１−クロロアントラキノン、２，３−ジクロロアントラキノン、３−クロル−２−メチルアントラキノン、２−エチルアントラキノン、１，４−ナフトキノン、１，２−ベンゾアントラキノン、１，４−ジメチルアントラキノン、２−フェニルアントラキノン、トリアジン系光重合開始剤、オキシムエステル系光重合開始剤等を用いることができる。これらの光重合開始剤は単独で、または２種以上を併用して用いることができる。
本発明において、上記光重合開始剤の使用量は、本発明のブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物中の全固形分に基づいて、好ましくは１〜２０質量％の範囲である。
(Photopolymerization initiator)
It does not specifically limit as a photoinitiator which comprises the pigment dispersion resist composition for black matrices of this invention. For example, benzophenone, N, N′-tetraethyl-4,4′-diaminobenzophenone, 4-methoxy-4′-dimethylaminobenzophenone, benzyl, 2,2-diethoxyacetophenone, benzoin, benzoin methyl ether, benzoin isobutyl ether, Benzyldimethyl ketal, α-hydroxyisobutylphenone, thioxanthone, 2-chlorothioxanthone, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, t-butylanthraquinone, 1-chloroanthraquinone, 2,3-dichloroanthraquinone, 3-chloro-2-methylanthraquinone, 2-ethylanthraquinone, 1,4-naphthoquinone, 1,2-benzoanthraquinone, 1,4-dimethylanthraquinone, 2-phenylanthraquinone, triazine photopolymerization Agent, can be used oxime ester-based photopolymerization initiator and the like. These photopolymerization initiators can be used alone or in combination of two or more.
In this invention, the usage-amount of the said photoinitiator becomes like this. Preferably it is the range of 1-20 mass% based on the total solid in the pigment dispersion resist composition for black matrices of this invention.
(溶剤)
本発明のブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物を構成する溶剤としては、上記に挙げた溶剤と同様のものを用いることができる。特に、常圧（１．０１３×１０２ｋＰａ）における沸点が１００〜２５０℃のエステル系有機溶剤、エーテル系有機溶剤、エーテルエステル系有機溶剤、ケトン系有機溶剤、芳香族炭化水素系有機溶剤、含窒素系有機溶剤等が好ましい。沸点が２５０℃を超える有機溶剤を多量に含んでいると、塗布形成された塗膜をプレベークする際に有機溶剤が十分に蒸発せずに乾燥塗膜内に残存し、乾燥塗膜の耐熱性が低下する場合がある。また、沸点が１００℃未満の有機溶剤を多量に含有していると、ムラなく均一に塗布することが困難になり、表面平滑性に優れた塗膜が得られなくなる場合がある。
このような溶剤としては、具体的には、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、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、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、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、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、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等のエーテル系有機溶剤類、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、エチレングリコールモノブ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エーテルエステル系有機溶剤類、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、２−ヘプタノン、δ−ブチロラクトン等のケトン系有機溶剤類、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エチル、３−メチル−３−メトキシブチルプロピオネート、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、ヒドロキシ酢酸エステル、蟻酸ｎ−アミル等のエステル系有機溶剤類、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含窒素系有機溶剤類等があり、これらを単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。
(solvent)
As the solvent constituting the pigment dispersion resist composition for black matrix of the present invention, the same solvents as mentioned above can be used. In particular, an ester organic solvent, an ether organic solvent, an ether ester organic solvent, a ketone organic solvent, an aromatic hydrocarbon organic solvent, a nitrogen-containing solvent having a boiling point of 100 to 250 ° C. at normal pressure (1.013 × 102 kPa). Preferred are organic organic solvents. When a large amount of an organic solvent having a boiling point exceeding 250 ° C. is contained, the organic solvent does not sufficiently evaporate when pre-baked on the coated film, and remains in the dried film. May decrease. In addition, when a large amount of an organic solvent having a boiling point of less than 100 ° C. is contained, it may be difficult to apply uniformly without unevenness, and a coating film having excellent surface smoothness may not be obtained.
Specific examples of such solvents include ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoisopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol. Ether-based organic solvents such as monoethyl ether, propylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether Ether ester organic solvents such as acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, ketone organic solvents such as methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, 2-heptanone and δ-butyrolactone, methyl 2-hydroxypropionate , Ethyl 2-hydroxypropionate, ethyl 2-hydroxy-2-methylpropionate, 3-methyl-3-methoxybutylpropionate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, 3-ethoxypropionic acid Ester organic solvents such as methyl, ethyl 3-ethoxypropionate, ethyl ethoxyacetate, hydroxyacetate, n-amyl formate, N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide And nitrogen-containing organic solvents such as N, N-dimethylacetamide, etc., which can be used alone or in admixture of two or more.
これらの有機溶剤の中でも、溶解性、分散性、塗布性等の点で、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、エチ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、シクロヘキサノン、２−ヘプタノン、２−ヒドロキシプロピオン酸エチル、３−メチル−３−メトキシブチルプロピオネート、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、蟻酸ｎ−アミル等が好ましい。特に好ましくは、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートである。
さらに、これらの有機溶剤は、上記顔料分散剤、酸基含有樹脂、皮膜形成樹脂の溶解性、顔料分散性、塗布性等の点から、上記ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物に使用される全有機溶剤中、５０質量％以上であることが好ましく、７０質量％以上含有させることがより好ましい。
Among these organic solvents, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, cyclohexanone, 2 in terms of solubility, dispersibility, coatability, etc. -Heptanone, ethyl 2-hydroxypropionate, 3-methyl-3-methoxybutylpropionate, ethyl 3-methoxypropionate, methyl 3-ethoxypropionate, n-amyl formate and the like are preferable. Particularly preferred is propylene glycol monomethyl ether acetate.
Furthermore, these organic solvents are all used in the pigment dispersion resist composition for black matrix from the viewpoints of solubility of the pigment dispersant, acid group-containing resin, film-forming resin, pigment dispersibility, coatability and the like. In the organic solvent, the content is preferably 50% by mass or more, and more preferably 70% by mass or more.
（添加剤）
本発明のブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物には、必要に応じて、上述したもの以外の熱重合禁止剤、酸化防止剤などの各種添加剤を適宜使用することも可能である。
(Additive)
In the black matrix pigment dispersion resist composition of the present invention, various additives such as thermal polymerization inhibitors and antioxidants other than those described above can be appropriately used as necessary.
以上の構成材料を用いて本発明のブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物を製造する方法を説明する。
本発明のブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物を製造する方法は、本発明の好ましい実施形態の一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ブラックマトリックス用顔料分散組成物に、光重合性化合物、光重合開始剤、必要に応じて有機溶剤、その他添加剤を加え、公知の攪拌装置等を用いて攪拌混合する方法が利用できる。
A method for producing the pigment dispersion resist composition for black matrix of the present invention using the above constituent materials will be described.
The method for producing a black matrix pigment dispersion resist composition of the present invention is an example of a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited thereto. For example, a method of adding a photopolymerizable compound, a photopolymerization initiator, an organic solvent and other additives as necessary to the pigment dispersion composition for black matrix, and stirring and mixing using a known stirring device can be used.
[ブラックマトリックスの形成]
本発明のブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物を使用してブラックマトリックスを形成する手段としては、ブラックマトリックス形成手段としての公知の手段を採用できる。
しかしながら、公知の形成手段を採用しても、本発明の、カーボンブラックの平均一次粒子径は２０〜６０ｎｍであり、さらに該カーボンブラック１００質量部に対して平均一次粒子径が１〜２０ｎｍのシリカを１〜７質量部含有するブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物を採用することにより、本発明が意図する効果を発揮することができる。
そして本発明の組成物を採用してブラックマトリックスを形成させることによって、ＯＤ値が３．５以上、レジストパターンの現像性が６５秒以下、好ましくは６０秒以下、現像マージンが６０秒以上、好ましくは６５秒以上、細線密着性が８μｍ以下、テーパー角が６０°以上、好ましくは６５°以上、さらに好ましくは７０°以上とすることができ、さらに直線性が好ましくは０．１５μｍ以下、さらに好ましくは０．１μｍ以下とすることができる。
[Formation of black matrix]
As means for forming a black matrix using the pigment dispersion resist composition for black matrix of the present invention, known means as means for forming a black matrix can be employed.
However, even if a known forming means is adopted, the average primary particle diameter of the carbon black of the present invention is 20 to 60 nm, and the silica has an average primary particle diameter of 1 to 20 nm with respect to 100 parts by mass of the carbon black. By adopting a black matrix pigment-dispersed resist composition containing 1 to 7 parts by mass, the effects intended by the present invention can be exhibited.
By adopting the composition of the present invention to form a black matrix, the OD value is 3.5 or more, the developability of the resist pattern is 65 seconds or less, preferably 60 seconds or less, and the development margin is 60 seconds or more, preferably Is 65 seconds or more, fine wire adhesion is 8 μm or less, taper angle is 60 ° or more, preferably 65 ° or more, more preferably 70 ° or more, and linearity is preferably 0.15 μm or less, more preferably Can be 0.1 μm or less.
以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はその主旨と適用範囲を逸脱しない限りこれらに限定されるものではない。尚、特に断りのない限り、本実施例において、「部」および「％」は、それぞれ「質量部」および「質量％」を表す。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these without departing from the spirit and scope of application. Unless otherwise specified, in this example, “part” and “%” represent “part by mass” and “% by mass”, respectively.
（中性カーボンブラック）
プリンテックス４５（平均一次粒子径２６ｎｍ、ｐＨ９．５、オリオン・エンジニアドカーボンズ社製）
(Neutral carbon black)
Printex 45 (average primary particle size 26 nm, pH 9.5, manufactured by Orion Engineered Carbons)
（酸性カーボンブラック）
Ｒａｖｅｎ１０８０（平均一次粒子径２８ｎｍ、ｐＨ２．４、コロンビアケミカルズ社製）
(Acid carbon black)
Raven 1080 (average primary particle size 28 nm, pH 2.4, manufactured by Columbia Chemicals)
（シリカ）
ＡＥＲＯＳＩＬ Ｒ９７６（ジメチルシリル化表面処理シリカ、平均粒子径７ｎｍ、日本アエロジル社製）
ＡＥＲＯＳＩＬ Ｒ９７４（ジメチルシリル化表面処理シリカ、平均粒子径１２ｎｍ、日本アエロジル社製）
ＡＥＲＯＳＩＬ Ｒ９７２（ジメチルシリル化表面処理シリカ、平均粒子径１６ｎｍ、日本アエロジル社製）
ＡＥＲＯＳＩＬ ＲＸ−５０（ヘキサメチルジシラザン表面処理シリカ、平均粒子径４０ｎｍ、日本アエロジル社製）
（塩基性基含有顔料分散剤）
ＢＹＫ−１６１（ビックケミー社製、ポリエステル鎖を有するアミノ基含有ポリウレタン系高分子分散剤）
(silica)
AEROSIL R976 (dimethylsilylated surface-treated silica, average particle size 7 nm, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.)
AEROSIL R974 (dimethylsilylated surface-treated silica, average particle size 12 nm, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.)
AEROSIL R972 (dimethylsilylated surface-treated silica, average particle size 16 nm, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.)
AEROSIL RX-50 (hexamethyldisilazane surface-treated silica, average particle size 40 nm, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.)
(Basic group-containing pigment dispersant)
BYK-161 (manufactured by Big Chemie, an amino group-containing polyurethane polymer dispersant having a polyester chain)
（顔料誘導体）
ソルスパース５０００（ルーブリゾール社製、フタロシアニンスルホン酸アミン塩）
（酸基含有樹脂）
ＢｚＭＡ（ベンジルメタクリレート）／ＭＡＡ（メタクリル酸）共重合体、酸価１００ｍｇＫＯＨ／ｇ、重量平均分子量３００００
（光重合性化合物）
ＤＰＥＨＡ（ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート）
（光重合開始剤）
イルガキュア９０７（２−メチル−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノプロパン−１−オン、ＢＡＳＦ社製）
（溶剤）
ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）
(Pigment derivative)
Solsperse 5000 (made by Lubrizol, Phthalocyanine sulfonic acid amine salt)
(Acid group-containing resin)
BzMA (benzyl methacrylate) / MAA (methacrylic acid) copolymer, acid value 100 mgKOH / g, weight average molecular weight 30000
(Photopolymerizable compound)
DPEHA (dipentaerythritol hexaacrylate)
(Photopolymerization initiator)
Irgacure 907 (2-methyl- [4- (methylthio) phenyl] -2-morpholinopropan-1-one, manufactured by BASF)
(solvent)
PGMEA (propylene glycol monomethyl ether acetate)
＜実施例１〜５、比較例１〜３のブラックマトリックス用顔料分散組成物の調製＞
表１の組成（表１における各材料の使用量は質量％である）となるように各種材料を混合し、ビーズミルで一昼夜練肉し、実施例１〜５、比較例１〜３のブラックマトリックス用顔料分散組成物を調製した。
<Preparation of pigment dispersion compositions for black matrix of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3>
Various materials were mixed so as to have the composition shown in Table 1 (the amount used of each material in Table 1 is% by mass), and the mixture was kneaded overnight in a bead mill, and the black matrix of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 A pigment dispersion composition was prepared.
＜実施例１〜５、比較例１〜３のブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物の調製＞
高速攪拌機を用いて、実施例１〜５、比較例１〜３の各ブラックマトリックス用顔料分散組成物と他の材料とを表１の組成（表１における各材料の使用量は質量％である）になるように均一に混合した後、孔径３μｍのフィルターで濾過し、実施例１〜５、比較例１〜３の各ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物を得た。
<Preparation of Pigment Dispersion Resist Composition for Black Matrix of Examples 1-5 and Comparative Examples 1-3>
Using a high-speed stirrer, each of the pigment dispersion compositions for black matrix of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 and the other materials are the compositions shown in Table 1 (the amount of each material used in Table 1 is mass%) ) And then filtered through a filter having a pore size of 3 μm to obtain pigment dispersion resist compositions for black matrixes of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3.
＜評価試験＞
（分散安定性）
実施例１〜５、比較例１〜３の各ブラックマトリックス用顔料分散組成物、および実施例１〜５、比較例１〜３の各ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物をそれぞれガラス瓶に採り、密栓して室温で７日間保存した後の状態を下記評価基準に従って評価した。
Ａ：増粘、沈降物が共に認められない
Ｂ：軽く振ると元に戻る程度の増粘や沈降物が認められる
Ｃ：強く振っても元に戻らない程度の増粘や沈降物が認められる
<Evaluation test>
(Dispersion stability)
Each of the black matrix pigment dispersion compositions of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 and each of the black matrix pigment dispersion compositions of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 are put in glass bottles, respectively, and sealed. The state after storage at room temperature for 7 days was evaluated according to the following evaluation criteria.
A: Neither thickening nor sedimentation is observed B: Thickening and sedimentation that returns to the original level when shaken lightly is observed C: Thickening and sedimentation that does not return to the original level even when shaken strongly is observed
＜レジストパターンの光学濃度（ＯＤ値）＞
実施例１〜５、比較例１〜３の各ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物をスピンコーターにて膜厚１μｍとなるようにガラス基板（コーニング１７３７）上に塗布し、１００℃で３分間プレベークした後、高圧水銀灯で露光し、更に２３０℃で３０分間ポストベークを行い、ベタ部のみで形成されたブラックレジストパターンを得た。得られた各ベタ部のブラックレジストパターンの光学濃度（ＯＤ値）をマクベス濃度計（Ｄ−２００II、商品名、マクベス社製）で測定した。
<Optical density of resist pattern (OD value)>
Each of the black matrix pigment dispersion resist compositions of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 was applied onto a glass substrate (Corning 1737) with a spin coater so as to have a film thickness of 1 μm, and prebaked at 100 ° C. for 3 minutes. After that, it was exposed with a high-pressure mercury lamp, and further post-baked at 230 ° C. for 30 minutes to obtain a black resist pattern formed only with a solid portion. The optical density (OD value) of the obtained black resist pattern of each solid part was measured with a Macbeth densitometer (D-200II, trade name, manufactured by Macbeth Co.).
（レジストパターンの現像性（ＢＰ））
実施例１〜５、比較例１〜３の各ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物をスピンコーターにて膜厚１μｍとなるようにガラス基板（コーニング１７３７）上に塗布し、１００℃で３分間プレベークした。その後、５μｍ、８μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、３０μｍのラインパターンを有するフォトマスクを用いて、高圧水銀灯を用い、ＵＶ積算光量４００ｍＪ／ｃｍ２で露光した。２３℃、０．０５％水酸化カリウム水溶液中、０．５ｋｇｆ／ｃｍ２のシャワー現像圧にて現像パターンが現れ始める時間（ブレイクポイント）を下記評価基準に従い評価した。
Ａ：３０秒以内に完全に除去できるもの
Ｂ：３０秒を超えて６０秒以内に完全に除去できるもの
Ｃ：６０秒を超えても完全に除去できないもの
(Developability of resist pattern (BP))
Each of the black matrix pigment dispersion resist compositions of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 was applied onto a glass substrate (Corning 1737) with a spin coater so as to have a film thickness of 1 μm, and prebaked at 100 ° C. for 3 minutes. did. Then, using a photomask having a line pattern of 5 μm, 8 μm, 10 μm, 15 μm, 20 μm, and 30 μm, exposure was performed with a UV accumulated light amount of 400 mJ / cm 2 using a high-pressure mercury lamp. The time (break point) at which a development pattern started to appear at a shower development pressure of 0.5 kgf / cm 2 in a 0.05% aqueous potassium hydroxide solution at 23 ° C. was evaluated according to the following evaluation criteria.
A: Those that can be completely removed within 30 seconds B: Those that can be completely removed within 60 seconds beyond 30 seconds C: Those that cannot be completely removed even after 60 seconds
（レジストパターンの現像マージン）
実施例１〜５、比較例１〜３の各ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物をスピンコーターにて膜厚１μｍとなるようにガラス基板（コーニング１７３７）上に塗布し、１００℃で３分間プレベークした。その後、５μｍ、８μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、３０μｍのラインパターンを有するフォトマスクを用いて、高圧水銀灯を用い、ＵＶ積算光量４００ｍＪ／ｃｍ２で露光した。２３℃、０．０５％水酸化カリウム水溶液中、０．５ｋｇｆ／ｃｍ２のシャワー現像圧にて現像を行い、３．０ｋｇｆ／ｃｍ２圧のスプレー水洗を行った。２０μｍパターンについて、未露光部分のレジスト組成物が除去できた時から、硬化部分のレジスト組成物が除去されるまでの時間を測定して、下記評価基準に従って現像マージンを評価した。
Ａ：未露光部分のレジスト組成物が除去できた時から、硬化部分のレジスト組成物が除去されるまでの時間が６０秒以上
Ｂ：未露光部分のレジスト組成物が除去できた時から、硬化部分のレジスト組成物が除去されるまでの時間が３０秒以上、６０秒未満
Ｃ：未露光部分のレジスト組成物が除去できた時から、硬化部分のレジスト組成物が除去されるまでの時間が３０秒未満
(Resist pattern development margin)
Each of the black matrix pigment dispersion resist compositions of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 was applied onto a glass substrate (Corning 1737) with a spin coater so as to have a film thickness of 1 μm, and prebaked at 100 ° C. for 3 minutes. did. Then, using a photomask having a line pattern of 5 μm, 8 μm, 10 μm, 15 μm, 20 μm, and 30 μm, exposure was performed with a UV accumulated light amount of 400 mJ / cm 2 using a high-pressure mercury lamp. Development was performed at 23 ° C. in a 0.05% potassium hydroxide aqueous solution at a shower developing pressure of 0.5 kgf / cm 2 , and spray water washing was performed at 3.0 kgf / cm 2 pressure. With respect to the 20 μm pattern, the development margin was evaluated according to the following evaluation criteria by measuring the time from when the unexposed portion of the resist composition could be removed to when the cured portion of the resist composition was removed.
A: 60 seconds or more from when the resist composition in the unexposed portion can be removed to when the resist composition in the cured portion is removed B: Curing from when the resist composition in the unexposed portion can be removed Time until the resist composition of the part is removed is 30 seconds or more and less than 60 seconds. C: Time from when the resist composition of the unexposed part can be removed until the resist composition of the cured part is removed Less than 30 seconds
（レジストパターンの細線密着性）
実施例１〜５、比較例１〜３の各ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物をスピンコーターにて膜厚１μｍとなるようにガラス基板（コーニング１７３７）上に塗布し、１００℃で３分間プレベークした。その後、５μｍ、８μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、３０μｍのラインパターンを有するフォトマスクを用いて、高圧水銀灯を用い、ＵＶ積算光量４００ｍＪ／ｃｍ２で露光した。２３℃、０．０５％水酸化カリウム水溶液中、０．５ｋｇｆ／ｃｍ２のシャワー現像圧にて現像パターンが現れ始める時間（ブレイクポイント）から＋２０秒間現像を行い、３．０ｋｇｆ／ｃｍ２圧のスプレー水洗を行った。基板上に残存する最小パターンのサイズを下記評価基準に従って評価した。
Ａ：残存する最小パターンサイズが２μｍ、５μｍ、８μｍである場合
Ｂ：残存する最小パターンサイズが１０μｍ、１５μｍである場合
Ｃ：残存する最小パターンサイズが２０μｍ、３０μｍである場合
(Resist pattern fine line adhesion)
Each of the black matrix pigment dispersion resist compositions of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 was applied onto a glass substrate (Corning 1737) with a spin coater so as to have a film thickness of 1 μm, and prebaked at 100 ° C. for 3 minutes. did. Then, using a photomask having a line pattern of 5 μm, 8 μm, 10 μm, 15 μm, 20 μm, and 30 μm, exposure was performed with a UV accumulated light amount of 400 mJ / cm 2 using a high-pressure mercury lamp. 23 ° C., 0.05% potassium hydroxide aqueous solution, subjected to +20 seconds development from 0.5 kgf / cm 2 shower time the developing pattern begins to appear in the developing pressure (breakpoint) of 3.0 kgf / cm 2 pressure Spray washing was performed. The size of the minimum pattern remaining on the substrate was evaluated according to the following evaluation criteria.
A: When the remaining minimum pattern size is 2 μm, 5 μm, 8 μm B: When the remaining minimum pattern size is 10 μm, 15 μm C: When the remaining minimum pattern size is 20 μm, 30 μm
（テーパー角）
実施例１〜５、比較例１〜３の各ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物をスピンコーターにて膜厚１μｍとなるようにガラス基板（コーニング１７３７）上に塗布し、１００℃で３分間プレベークした。その後、５μｍ、８μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、３０μｍのラインパターンを有するフォトマスクを用いて、高圧水銀灯を用い、ＵＶ積算光量４００ｍＪ／ｃｍ２で露光した。２３℃、０．０５％水酸化カリウム水溶液中、０．５ｋｇｆ／ｃｍ２のシャワー現像圧にて現像を行い、３．０ｋｇｆ／ｃｍ２圧のスプレー水洗を行った。その後、２３０℃で３０分間ポストベークした。得られた基板を、ガラスカッターを用いてパターン幅方向に分割した。６μｍパターンの分割面を、電子顕微鏡を用いて観察し、画像解析によってテーパー角を測定し、下記評価基準に従って評価した。
Ａ：テーパー角が６０°以上、９０°未満
Ｂ：テーパー角が３０°以上、６０°未満
Ｃ：テーパー角が３０°未満
(Taper angle)
Each of the black matrix pigment dispersion resist compositions of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 was applied onto a glass substrate (Corning 1737) with a spin coater so as to have a film thickness of 1 μm, and prebaked at 100 ° C. for 3 minutes. did. Then, using a photomask having a line pattern of 5 μm, 8 μm, 10 μm, 15 μm, 20 μm, and 30 μm, exposure was performed with a UV accumulated light amount of 400 mJ / cm 2 using a high-pressure mercury lamp. Development was performed at 23 ° C. in a 0.05% potassium hydroxide aqueous solution at a shower developing pressure of 0.5 kgf / cm 2 , and spray water washing was performed at 3.0 kgf / cm 2 pressure. Then, it post-baked at 230 degreeC for 30 minutes. The obtained board | substrate was divided | segmented into the pattern width direction using the glass cutter. The divided surface of the 6 μm pattern was observed using an electron microscope, the taper angle was measured by image analysis, and evaluated according to the following evaluation criteria.
A: The taper angle is 60 ° or more and less than 90 ° B: The taper angle is 30 ° or more and less than 60 ° C: The taper angle is less than 30 °
（表面平滑性）
実施例１〜５、比較例１〜３の各ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物をスピンコーターにて膜厚１μｍとなるようにガラス基板（コーニング１７３７）上に塗布し、１００℃で３分間プレベークした後、高圧水銀灯で露光し、更に２３０℃で３０分間ポストベークを行い、ベタ部のみで形成されたブラックレジストパターンを得た。得られた各ベタ部のブラックレジストパターンを、フナテック社製表面検査ランプＦＹ−１００Ｒにて観察し、下記評価基準に従って評価した。
○：検査ランプ照射下、塗膜が白くぼやけて観察されるもの
×：検査ランプ照射下、塗膜が白くぼやけずに観察されるもの
(Surface smoothness)
Each of the black matrix pigment dispersion resist compositions of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 was applied onto a glass substrate (Corning 1737) with a spin coater so as to have a film thickness of 1 μm, and prebaked at 100 ° C. for 3 minutes. After that, it was exposed with a high-pressure mercury lamp, and further post-baked at 230 ° C. for 30 minutes to obtain a black resist pattern formed only with a solid portion. The obtained black resist pattern of each solid part was observed with a surface inspection lamp FY-100R manufactured by Funatec Co., Ltd. and evaluated according to the following evaluation criteria.
○: The coating film is observed with white blurring under the inspection lamp irradiation. ×: The coating film is observed white with no blurring under the inspection lamp irradiation.
（直線性）
実施例１〜５、比較例１〜３の各ブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物をスピンコーターにて膜厚１μｍとなるようにガラス基板（コーニング１７３７）上に塗布し、１００℃で３分間プレベークした。その後、５μｍ、８μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、３０μｍのラインパターンを有するフォトマスクを用いて、高圧水銀灯を用い、ＵＶ積算光量４００ｍＪ／ｃｍ２で露光した。２３℃、０．０５％水酸化カリウム水溶液中、０．５ｋｇｆ／ｃｍ２のシャワー現像圧にて現像を行い、３．０ｋｇｆ／ｃｍ２圧のスプレー水洗を行った。その後、２３０℃で３０分間ポストベークした。得られた基板の１０μｍパタ−ンの両端、および中央部の３箇所の線幅について、デジタルマイクロスコープにより測定し、下記評価基準に従って評価した。
Ａ：線幅の最大値と最小値の差が０．１μｍ未満
Ｂ：線幅の最大値と最小値の差が０．１μｍ以上、０．２μｍ未満
Ｃ：線幅の最大値と最小値の差が０．２μｍ以上
(Linearity)
Each of the black matrix pigment dispersion resist compositions of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 was applied onto a glass substrate (Corning 1737) with a spin coater so as to have a film thickness of 1 μm, and prebaked at 100 ° C. for 3 minutes. did. Then, using a photomask having a line pattern of 5 μm, 8 μm, 10 μm, 15 μm, 20 μm, and 30 μm, exposure was performed with a UV accumulated light amount of 400 mJ / cm 2 using a high-pressure mercury lamp. Development was performed at 23 ° C. in a 0.05% potassium hydroxide aqueous solution at a shower developing pressure of 0.5 kgf / cm 2 , and spray water washing was performed at 3.0 kgf / cm 2 pressure. Then, it post-baked at 230 degreeC for 30 minutes. The line widths at the three ends of the 10 μm pattern of the obtained substrate and at the center were measured with a digital microscope and evaluated according to the following evaluation criteria.
A: Difference between maximum value and minimum value of line width is less than 0.1 μm B: Difference between maximum value and minimum value of line width is 0.1 μm or more and less than 0.2 μm C: Maximum value and minimum value of line width Difference is 0.2μm or more
本発明に沿った例である実施例１〜５によれば、ブラックマトリックス用顔料分散組成物はいずれも分散安定性に優れており、さらにこれらのブラックマトリックス用顔料分散組成物を基に得たブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物も分散安定性に優れることに加え、レジストパターン形成時において、高いＯＤ値、優れたレジストパターンの現像性（ＢＰ）、長い現像マージン、優れた細線密着性、６０°以上の高いテーパー角、及び優れた直線性のバランスがとれた優れた効果を発揮できる。 According to Examples 1 to 5, which are examples in accordance with the present invention, all of the black matrix pigment dispersion compositions were excellent in dispersion stability, and were further obtained based on these black matrix pigment dispersion compositions. In addition to excellent dispersion stability, the pigment dispersion resist composition for black matrix has a high OD value, excellent developability of resist pattern (BP), long development margin, excellent fine line adhesion, and 60 at the time of resist pattern formation. Excellent effects can be achieved with a high taper angle of more than ° and excellent linearity balance.
しかしながら、本発明に沿った例ではない比較例１〜３によると、例えば、シリカの含有量が少ない比較例１では、テーパー角が劣ることに加え、現像マージン及び細線密着性に劣る結果となった。
シリカの含有量が過剰である比較例２によれば、ブラックマトリックス用顔料分散組成物の分散安定性に劣っていた。また、レジストパターンの光学濃度（ＯＤ値）が低く、また、ＢＰが劣るため、レジストパターンの濃度と現像性に劣る結果となり、さらに表面平滑性及び直線性にも劣る結果となった。
シリカの平均一次粒子径を過大とした場合には、比較例３に示すように現像マージンが短く、細線密着性、テーパー角、表面平滑性、及び直線性に劣る結果となった。
However, according to Comparative Examples 1 to 3 which are not examples according to the present invention, for example, in Comparative Example 1 having a low silica content, the taper angle is inferior, and the development margin and the fine wire adhesion are inferior. It was.
According to Comparative Example 2 in which the silica content was excessive, the dispersion stability of the black matrix pigment dispersion composition was poor. Moreover, since the optical density (OD value) of the resist pattern was low and BP was inferior, the resist pattern density and developability were inferior, and the surface smoothness and linearity were inferior.
When the average primary particle diameter of silica was excessive, the development margin was short as shown in Comparative Example 3, resulting in poor fine line adhesion, taper angle, surface smoothness, and linearity.
これらの実施例及び比較例の結果を総合してみると、本発明は、特定の組成からなるブラックマトリックス用顔料分散組成物及びブラックマトリックス用顔料分散レジスト組成物とすることにより分散安定性に優れ、かつ、レジストパターン形成時において、光学濃度、現像性、現像マージン、細線密着性、テーパー角、表面平滑性、及び直線性に優れ、所望の線幅の細線パターンを形成しやすいという顕著な効果を発揮することができる発明である。 When the results of these examples and comparative examples are taken together, the present invention is excellent in dispersion stability by making a pigment dispersion composition for black matrix and a pigment dispersion resist composition for black matrix having a specific composition. In addition, when forming a resist pattern, the optical density, developability, development margin, fine wire adhesion, taper angle, surface smoothness, and linearity are excellent, and it is easy to form a fine line pattern with a desired line width. It is the invention which can exhibit.
Claims (9)
The black matrix according to claim 8, wherein the taper angle of the black matrix containing carbon black with respect to the substrate is 60 ° or more.
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