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JP2022148032A - 感光性樹脂組成物及びその用途 - Google Patents

感光性樹脂組成物及びその用途 Download PDF

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JP2022148032A
JP2022148032A JP2021049550A JP2021049550A JP2022148032A JP 2022148032 A JP2022148032 A JP 2022148032A JP 2021049550 A JP2021049550 A JP 2021049550A JP 2021049550 A JP2021049550 A JP 2021049550A JP 2022148032 A JP2022148032 A JP 2022148032A
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Abstract

【課題】保存時の粘度変化を低減でき、線太りが小さくガラス基板等への密着性が高い硬化物を与える感光性樹脂組成物を提供すること。また、このような感光性樹脂組成物を基材に塗布し硬化してなる硬化膜、並びに、該硬化膜を有することで高色純度化や高輝度化を実現し得る表示装置用部材及び表示装置を提供すること。
【解決手段】アルカリ可溶性樹脂、重合性単量体、色材、光重合開始剤、紫外線吸収剤及び溶剤を含む感光性樹脂組成物であって、該アルカリ可溶性樹脂は、主鎖にヘテロ環を有する特定構造の樹脂である感光性樹脂組成物。該感光性樹脂組成物は、40℃において65時間保管後の粘度変化率が120%以下である形態が好ましく、水の含有量が0.14質量%以下であることがさらに好ましい形態である。
【選択図】なし

Description

本発明は、感光性樹脂組成物及びその用途に関する。より好適には、色材を含む感光性樹脂組成物、硬化物及びカラーフィルターに関する。
感光性樹脂組成物は、フォトリソグラフィ法に用いられ、露光の有無により、現像液に対する溶解性が変化する材料であり、これを用いて所定パターンの硬化物を得ることができる。フォトリソグラフィ法は、画像表示装置の部材製造、電子機器の回路基板製造、半導体素子製造等に利用される。このような技術分野においては、硬化物が微細なパターンで得られること、硬化物の基板への密着性が高いこと等が求められる。
感光性樹脂組成物の用途のひとつとして、液晶表示装置等の画像表示装置に用いられるカラーフィルターの材料が挙げられる。カラーフィルターは、通常、顔料等の色材と光硬化性の単量体や樹脂とを含む感光性樹脂組成物を透明基板に塗布した後、フォトリソグラフィ法等によって製造されている。そして、近年、画像表示装置の小型化や高性能化の要求に伴い、輝度、コントラスト等の向上に寄与し得るよう、微細な画素パターンで形成されるカラーフィルターを形成し得る感光性樹脂組成物が求められている。画素パターンの微細化には紫外線吸収剤の配合が有効であるが、画素パターンの作成時に、その紫外線吸収剤が露光エネルギーを吸収するので、深部まで十分に感光せず、現像時にR、G、B画素の画素ハガレや画素欠けが生ずる、あるいは紫外線吸収剤の添加により感光性樹脂組成物の保存安定性が低下することがあった。
上記問題点を改善するために特定の紫外線吸収剤を添加した硬化性樹脂組成物が知られている(例えば、特許文献1参照)。
さらに、紫外線吸収剤前駆体を含有し、一定の期間、高温条件下で保持された場合でも結晶化を生ずることのない、保存安定性に優れた感光性樹脂組成物が知られている(例えば、特許文献2参照)。
以上より、フォトリソグラフィを適用する感光性樹脂組成物では種々の特性を発現するように紫外線吸収剤が添加されるが、保存安定性、及び微細なパターン形成のための基板密着性において更なる改善の余地がある。
特開2013-178407号公報 特開2001-235856号公報
紫外線吸収剤を添加しても保存安定性に優れ、フォトリソグラフィによる微細パターン加工に対応でき、線太りがなく、良好な基板密着性を発現できる感光性樹脂組成物及びその硬化物を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討の結果、色材を含む感光性樹脂組成物、硬化物及び用途を見出した。すなわち、本発明の目的は、下記<1>~<7>により達成される。
<1>アルカリ可溶性樹脂、重合性単量体、色材、光重合開始剤、紫外線吸収剤及び溶剤を含む感光性樹脂組成物であって、該アルカリ可溶性樹脂は、下記一般式(1)又は(2):
Figure 2022148032000001
(式中、R及びRは、同一又は異なって、水素原子又は炭素数1~30の有機基を表す。Rは、水素原子又はメチル基を表す。X、Y及びZは、同一又は異なって、メチレン基、水素原子がメチル基で置換されたメチレン基、酸素原子、硫黄原子、又は、イミノ基を表す。但し、X、Y及びZのうち少なくとも1つは、酸素原子、硫黄原子又はイミノ基を表す。)で表されるヘテロ環含有構成単位を有することを特徴とする感光性樹脂組成物。
<2>上記光重合開始剤は、オキシム系開始剤であることを特徴とする<1>に記載の感光性樹脂組成物。
<3>上記紫外線吸収剤は、ベンゾトリアゾール化合物、ベンゾフェノン化合物、及びトリアジン化合物から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする<1>又は<2>に記載の感光性樹脂組成物。
<4>上記感光性樹脂組成物は、40℃において65時間保管後の粘度変化率が120%以下であることを特徴とする<1>~<3>の何れかに記載の感光性樹脂組成物。
<5>上記<1>~<4>の何れかに記載の感光性樹脂組成物を硬化して得られる硬化物。
<6>上記<5>に記載の硬化物を有するカラーフィルター。
<7>上記<6>に記載のカラーフィルターを有する表示装置。
本発明の感光性樹脂組成物を用いることで、紫外線吸収剤を添加しても保存時の粘度変化を低減でき、線太りが小さくガラス基板等への密着性が高い硬化物を得ることができた。このような感光性樹脂組成物は、カラーフィルター用レジストとして特に好適であり、これを硬化してなる硬化物、表示装置用部材及び表示装置は、電子情報材料や光学材料等の様々な分野に非常に有用なものとなる。
以下に本発明を詳述する。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせた形態もまた、本発明の好ましい形態である。
また、本明細書において、「(メタ)アクリル酸」は、「アクリル酸及び/又はメタクリル酸」を意味し、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレート及び/又はメタクリレート」を意味する。
また、本明細書において、数値範囲「Min~Max」は、最小値Min以上、且つ、最大値Max以下を意味する。さらに、上限値および下限値について、好適な数値を段階的に記載する場合、各々分けて記載した上限値と下限値を、適宜組み合わせた数値範囲も好適な数値範囲である。
〔感光性樹脂組成物〕
上述のとおり、本発明の感光性樹脂組成物は、アルカリ可溶性樹脂、重合性単量体、色材、光重合開始剤、紫外線吸収剤及び溶剤を含む。これらの成分を含むことでカラーフィルター用レジストとして好適であり、例えば、微細な画素パターンを形成でき、良好な基板密着性を発現できる着色硬化膜を与えることができる。これら含有成分は、それぞれ1種又は2種以上を使用することができる。また、必要に応じて、更に、他の成分を1種又は2種以上含んでいてもよい。以下に各成分について説明する。
なお、本明細書中、「固形分総量」とは、硬化物を形成する成分の総量、すなわち硬化物の形成時に揮発する溶媒等を除く成分(固形分、不揮発分)の総量を意味する。具体的には、アルカリ可溶性樹脂と、重合性単量体と、色材と、更に他の硬化物形成成分(例えば、光重合開始剤、紫外線吸収剤、分散剤等)を含む場合は当該成分と、の合計の固形分質量を意味する。
(A)アルカリ可溶性樹脂
アルカリ可溶性樹脂は、アルカリ可溶性を示す樹脂(好ましくは重合体)であり、分子内に酸基を有することが好ましい。酸基としては、例えば、カルボキシル基、フェノール性水酸基、カルボン酸無水物基、リン酸基、スルホン酸基等、アルカリ水と中和反応する官能基が挙げられ、これらの1種のみを有していてもよいし、2種以上有していてもよい。中でも、カルボキシル基やカルボン酸無水物基が好ましく、カルボキシル基がより好ましい。なお、アルカリ可溶性樹脂は、樹脂組成物中でバインダー樹脂として作用し得る。
上記アルカリ可溶性樹脂の酸価(AV)は、例えば、20mgKOH/g以上であることが好ましい。これにより、充分なアルカリ可溶性が発現され、現像性(現像速度)により優れる硬化物を与えることが可能になる。より好ましくは50mgKOH/g以上、更に好ましくは70mgKOH/g以上であり、このように酸価が大きいほど、基板密着性及び現像性に優れるという本発明の作用効果が顕著に発揮される。一層好ましくは90mgKOH/g以上であり、特に好ましくは95mgKOH/g以上、最も好ましくは99mgKOH/g以上である。また、酸価の上限は特に限定されないが、例えば、硬化性や硬化物の耐水性向上の観点からは、300mgKOH/g以下であることが好ましい。より好ましくは250mgKOH/g以下、更に好ましくは200mgKOH/g以下、特に好ましくは150mgKOH/g以下である。
本明細書中、樹脂(重合体)の酸価は、後述する実施例に記載の方法により求めることができる。
上記アルカリ可溶性樹脂の重量平均分子量(Mw)は、例えば、5000以上であることが好ましい。これにより、耐熱性や機械的強度により優れる硬化物を与えることができる。より好ましくは6000以上、更に好ましくは7000以上、特に好ましくは8000以上である。Mwの上限は、例えば、5万以下であることが好ましい。これにより、樹脂組成物の粘度がより適切なものとなって塗膜を形成しやすくなるため、現像性がより向上される。より好ましくは3万以下、更に好ましくは2万以下である。
本明細書中、重量平均分子量は、後述する実施例に記載の方法により測定することができる。
上記アルカリ可溶性樹脂は、主鎖にヘテロ環構造を有する。主鎖にヘテロ環構造を有することで、例えばカラーフィルター等を作製する際の製版性に寄与する基本性能(密着性、硬化性、乾燥再溶解性等)や、硬化物の信頼性や分光特性に寄与する基本性能(耐熱性、透明性等)にも極めて優れる感光性樹脂組成物となる。さらに、色材の分散性が高い感光性樹脂組成物となり、保存安定性の向上が可能になる。
上記ヘテロ環構造は複素環構造とも称され、重合活性が安定である点から、4~6員環構造であることが好ましい。より好ましくは5~6員環構造である。また、ヘテロ環構造を構成するヘテロ原子は、酸素原子、硫黄原子又は窒素原子が好ましく、透明性向上の観点で酸素原子又は硫黄原子がより好ましい。中でも、着色抑制等の観点で酸素原子が更に好ましい。
上記アルカリ可溶性樹脂が主鎖にヘテロ環構造を有する形態として好ましくは、上記一般式(1)又は(2)で表されるヘテロ環含有構成単位を有する形態である。中でも、紫外線吸収剤存在下での色材の分散性や硬化性がより一層高まる観点から、上記一般式(1)で表されるヘテロ環含有構成単位を有する形態がより好ましい。
上記式(1)及び(2)では、柔軟性向上の観点から、X及びZはメチレン基を表すことが好適である。この場合、Yは酸素原子、硫黄原子又はイミノ基を表すことが好ましく、酸素原子又は硫黄原子がより好ましく、酸素原子が更に好ましい。このように上記式中のX及びZがメチレン基を表し、Yが酸素原子を表す形態、つまり上記アルカリ可溶性樹脂が主鎖にテトラヒドロフラン環及び/又はテトラヒドロピラン環を有することが特に好ましい。最も好ましくは、主鎖にテトラヒドロフラン環を有することである。
上記一般式(1)及び(2)中、R及びRは、同一又は異なって、水素原子又は炭素数1~30の有機基を表す。一般式(1)又は(2)で表されるヘテロ環含有構成単位を分子内に2以上有する場合、各構成単位中のR及びRは、他の構成単位中のR及びRと、同一であってもよいし、異なっていてもよい。Rについても同様である。
上記炭素数1~30の有機基は目的や用途に応じて適宜設定すればよく特に限定されないが、例えば、置換基を有していてもよい炭素数1~30の炭化水素基であることが好ましい。炭素数は、好ましくは1~25、より好ましくは1~12、更に好ましくは1~8である。
上記炭素数1~30の有機基の具体例としては、例えば、メチル、エチル、n-プロピル、i-プロピル、n-ブチル、s-ブチル、t-ブチル、n-アミル、s-アミル、t-アミル、n-ヘキシル、s-ヘキシル、n-ヘプチル、n-オクチル、s-オクチル、t-オクチル、2-エチルヘキシル、カプリル、ノニル、デシル、ウンデシル、ラウリル、トリデシル、ミリスチル、ペンタデシル、セチル、ヘプタデシル、ステアリル、ノナデシル、エイコシル、セリル、メリシル等の鎖状飽和炭化水素基;メトキシエチル、メトキシエトキシエチル、メトキシエトキシエトキシエチル、3-メトキシブチル、エトキシエチル、エトキシエトキシエチル、フェノキシエチル、フェノキシエトキシエチル等の、鎖状飽和炭化水素基の水素原子の一部をアルコキシ基で置き換えたアルコキシ置換鎖状飽和炭化水素基;ヒドロキシエチル、ヒドロキシプロピル、ヒドロキシブチル等の、鎖状飽和炭化水素基の水素原子の一部を水酸基で置き換えたヒドロキシ置換鎖状飽和炭化水素基;フルオロエチル、ジフルオロエチル、クロロエチル、ジクロロエチル、ブロモエチル、ジブロモエチル等の、鎖状飽和炭化水素基の水素原子の一部をハロゲンで置き換えたハロゲン置換鎖状飽和炭化水素基;ビニル、アリル、メタリル、クロチル、プロパギル等の鎖状不飽和炭化水素基、及び、その水素原子の一部をアルコキシ基、水酸基やハロゲンで置き換えた鎖状不飽和炭化水素基;シクロペンチル、シクロヘキシル、4-メチルシクロヘキシル、4-t-ブチルシクロヘキシル、トリシクロデカニル、イソボルニル、アダマンチル、ジシクロペンタジエニル等の脂環式炭化水素基、及び、その水素原子の一部をアルコキシ基、水酸基やハロゲンで置き換えた脂環式炭化水素基;フェニル、メチルフェニル、ジメチルフェニル、トリメチルフェニル、4-t-ブチルフェニル、ベンジル、ジフェニルメチル、ジフェニルエチル、トリフェニルメチル、シンナミル、ナフチル、アントラニル等の芳香族炭化水素基、及び、その水素原子の一部をアルコキシ基、水酸基やハロゲンで置き換えた芳香族炭化水素基;等が挙げられ、更に置換基が結合していてもよい。中でも、耐熱性向上の観点から、メチル、エチル、シクロヘキシル、ベンジル等のような、酸や熱で脱離しにくい1級又は2級炭素を有する基であることが好ましい。
上記R及びRとして特に好ましくは、同一又は異なって、水素原子又はメチル基である。また、Rは、水素原子であることが特に好ましい。
上記アルカリ可溶性樹脂において、主鎖に存在するヘテロ環含有構成単位の含有割合は、感光性樹脂組成物の目的や用途、アルカリ可溶性樹脂の分子量に応じて適宜設定すればよい。例えば、全繰り返し単位100モル%に対し、1~99モル%であることが好ましく、より好ましくは2~80モル%、更に好ましくは5~60モル%、最も好ましくは5~50モル%である。なお、アルカリ可溶性樹脂が高分子量である場合、ヘテロ環含有構成単位のモル割合が少なくても性能が発現する傾向にあり、低分子量である場合にはモル割合を多くする方が性能が発現しやすい傾向にある。この観点から、主鎖1本あたりに含まれるヘテロ環含有構成単位の個数(平均官能基数とも称す)は0.5以上であることが好ましく、より好ましくは1.0以上、更に好ましくは2.0以上である。
上記アルカリ可溶性樹脂は、例えば、酸基を有する単量体と、重合体の主鎖骨格に上述の(1)及び/又は(2)のヘテロ環構造を導入し得る単量体とを含む単量体成分を重合することによって製造することができるが、当該重合により得られる重合体(ベースポリマーとも称す)の側鎖に重合性二重結合を導入することによって製造することも好ましい。後者の製法により得られる側鎖二重結合含有重合体も、本発明のアルカリ可溶性樹脂として好ましい。これらの中でも、感光性や硬化性、耐熱分解性等の観点から、上記アルカリ可溶性樹脂は、側鎖二重結合含有重合体であることが特に好ましい。原料の単量体はそれぞれ1種又は2種以上を使用することができ、ベースポリマーを形成する単量体成分(モノマー組成物とも称す)を「ベースポリマー成分」とも称する。
以下に、アルカリ可溶性樹脂の原料成分や重合方法について更に説明する。
-原料成分(単量体等)-
(i)酸基を有する単量体
酸基を有する単量体とは、分子内に酸基と重合性二重結合とを有する化合物である。例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、ケイ皮酸、ビニル安息香酸等の不飽和モノカルボン酸類;マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸等の不飽和多価カルボン酸類;コハク酸モノ(2-アクリロイルオキシエチル)、コハク酸モノ(2-メタクリロイルオキシエチル)等の不飽和基とカルボキシル基との間が鎖延長されている不飽和モノカルボン酸類;無水マレイン酸、無水イタコン酸等の不飽和酸無水物類;ライトエステルP-1M(共栄社化学製)等のリン酸基含有不飽和化合物;等が挙げられる。これらの中でも、汎用性、入手性等の観点から、カルボン酸系単量体(不飽和モノカルボン酸類、不飽和多価カルボン酸類、不飽和酸無水物類)を用いることが好適である。より好ましくは、反応性、アルカリ可溶性等の点で、不飽和モノカルボン酸類であり、更に好ましくは(メタ)アクリル酸(すなわちアクリル酸及び/又はメタクリル酸)であり、特に好ましくはメタクリル酸である。
上記酸基を有する単量体の配合割合は、例えば、ベースポリマー成分の総量100質量%に対し、5質量%以上であることが好ましい。これにより、アルカリに対する溶解性がより充分となり、現像性が必要とされる用途に更に有用な樹脂組成物となる。また、硬化物の優れた外観や密着性等をより維持できる点で、70質量%以下であることが好ましい。より好ましくは10~60質量%、更に好ましくは15~50質量%である。
(ii)重合体の主鎖骨格にヘテロ環構造を導入し得る単量体
重合体の主鎖骨格にヘテロ環構造を導入し得る単量体としては、例えば、分子内に二重結合含有ヘテロ環構造を有する単量体や、環化重合してヘテロ環構造を主鎖骨格に与える単量体等が挙げられる。中でも、下記一般式(3)又は(4)で表される単量体が好ましい。これにより、得られるアルカリ可溶性樹脂は、上述した一般式(1)又は(2)で表されるヘテロ環含有構成単位を有するものとなる。より好ましくは、下記一般式(3)で表される単量体である。
Figure 2022148032000002
上記一般式(3)及び(4)中の記号は、上述した一般式(1)及び(2)中の各記号と同じである。中でも、X及びZがメチレン基を表し、Yが酸素原子を表すことが特に好ましい。
上記一般式(3)で表される単量体として好ましくは、以下の化合物等が挙げられる。
α-アリルオキシメチルアクリル酸、α-アリルオキシメチルアクリル酸メチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸エチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-プロピル、α-アリルオキシメチルアクリル酸i-プロピル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-ブチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸s-ブチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸t-ブチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-アミル、α-アリルオキシメチルアクリル酸s-アミル、α-アリルオキシメチルアクリル酸t-アミル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-ヘキシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸s-ヘキシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-ヘプチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-オクチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸s-オクチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸t-オクチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸2-エチルヘキシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸カプリル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ノニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸デシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ウンデシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ラウリル、α-アリルオキシメチルアクリル酸トリデシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ミリスチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ペンタデシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸セチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ヘプタデシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ステアリル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ノナデシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸エイコシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸セリル、α-アリルオキシメチルアクリル酸メリシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸メトキシエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸メトキシエトキシエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸メトキシエトキシエトキシエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸3-メトキシブチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸エトキシエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸エトキシエトキシエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸フェノキシエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸フェノキシエトキシエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ヒドロキシエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ヒドロキシプロピル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ヒドロキシブチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸フルオロエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ジフルオロエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸クロロエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ジクロロエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ブロモエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ジブロモエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ビニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸アリル、α-アリルオキシメチルアクリル酸メタリル、α-アリルオキシメチルアクリル酸クロチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸プロパギル、α-アリルオキシメチルアクリル酸シクロペンチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸シクロヘキシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸4-メチルシクロヘキシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸4-t-ブチルシクロヘキシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸トリシクロデカニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸イソボルニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸アダマンチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ジシクロペンタジエニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸フェニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸メチルフェニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ジメチルフェニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸トリメチルフェニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸4-t-ブチルフェニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ベンジル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ジフェニルメチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ジフェニルエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸トリフェニルメチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸シンナミル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ナフチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸アントラニル等。
上記一般式(4)で表される単量体として好ましくは、以下の化合物等が挙げられる。
ジメチル-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジエチル-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(n-プロピル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(イソプロピル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(n-ブチル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(イソブチル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(t-ブチル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(t-アミル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(ステアリル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(ラウリル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(2-エチルヘキシル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(1-メトキシエチル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(1-エトキシエチル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジベンジル-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジフェニル-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジシクロヘキシル-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(t-ブチルシクロヘキシル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(ジシクロペンタジエニル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(トリシクロデカニル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(イソボルニル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジアダマンチル-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(2-メチル-2-アダマンチル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート等。
上記重合体の主鎖骨格にヘテロ環構造を導入し得る単量体の配合割合は、例えば、ベースポリマー成分の総量100質量%に対し、2質量%以上であることが好ましい。これにより、密着性、耐熱性、色材の分散性及び保存安定性をより一層高めることができる。また、重合時のゲル化防止や効率性の観点から、60質量%以下であることが好ましい。より好ましくは3~50質量%、更に好ましくは5~40質量%である。
(iii)環状構造を有する単量体
上記ベースポリマー成分はまた、環状構造を有する単量体(但し、上記(ii)の単量体に該当する化合物を除く)を含むことが好ましい。環状構造を有する単量体として好ましくは、例えば、環状構造含有(メタ)アクリル酸エステル系単量体;芳香族ビニル化合物;等が挙げられる。
上記環状構造含有(メタ)アクリル酸エステル系単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸1-アダマンチル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニルオキシエチル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタニル、ビフェニル(メタ)アクリレート、o-ビフェニルオキシエチル(メタ)アクリレート、o-ビフェニルオキシエトキシエチル(メタ)アクリレート、m-ビフェニルオキシエチルアクリレート、p-ビフェニルオキシエチル(メタ)アクリレート、o-ビフェニルオキシ-2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、p-ビフェニルオキシ-2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、m-ビフェニルオキシ-2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、N-(メタ)アクリロイルオキシエチル-o-ビフェニル=カルバマート、N-(メタ)アクリロイルオキシエチル-p-ビフェニル=カルバマート、N-(メタ)アクリロイルオキシエチル-m-ビフェニル=カルバマート、o-フェニルフェノールグリシジルエーテルアクリレート等のビフェニル基含有モノマー、ビニルナフタレン等のナフタレン環含有モノマー、ターフェニル(メタ)アクリレート、o-ターフェニルオキシエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
上記芳香族ビニル化合物としては、例えば、スチレン、ビニルトルエン、α-メチルスチレン等が挙げられる。
上述した環状構造を有する単量体の中でも、透明性が良好で耐熱性を損ないにくい点で、環状構造含有(メタ)アクリル酸エステル系単量体や芳香族ビニル化合物が好ましい。より好ましくは、環状構造含有(メタ)アクリル酸エステル系単量体である。更に好ましくは、(メタ)アクリル酸シクロヘキシルや(メタ)アクリル酸ベンジル、o-ビフェニルオキシエチル(メタ)アクリレート、o-ビフェニルオキシエトキシエチル(メタ)アクリレートである。
上記環状構造を有する単量体の配合割合は特に限定されないが、例えば、ベースポリマー成分の総量100質量%に対し、0~80質量%であることが好ましい。中でも、耐熱性や硬度、色材分散性、現像速度、透明性等の観点から、2~80質量%であることがより好ましく、更に好ましくは10~75質量%、特に好ましくは20~70質量%である。
(iv)他の単量体
上記ベースポリマー成分はまた、必要に応じ、上述した単量体の少なくとも1以上と共重合可能なその他の単量体(他の単量体とも称す)を1種又は2種以上含んでもよい。
上記他の単量体としては特に限定されず、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n-プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸t-ブチル、(メタ)アクリル酸メチル2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル等の(メタ)アクリル酸エステル類(但し、上記(ii)及び(iii)の単量体に該当するものを除く);(メタ)アクリロイルモルホリン、(メタ)アクリルアミド、N-メチル(メタ)アクリルアミド、N-イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N-ブチル(メタ)アクリルアミド、N-イソブチル(メタ)アクリルアミド、N-t-ブチル(メタ)アクリルアミド、N-t-オクチル(メタ)アクリルアミド、ダイアセトン(メタ)アクリルアミド、N-ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、N-シクロヘキシル(メタ)アクリルアミド、N-フェニル(メタ)アクリルアミド、N-ベンジル(メタ)アクリルアミド、N-トリフェニルメチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド類(但し、上記(ii)及び(iii)の単量体に該当するものを除く);ブタジエン、イソプレン等のブタジエン又は置換ブタジエン化合物;エチレン、プロピレン、塩化ビニル、アクリロニトリル等のエチレン又は置換エチレン化合物;酢酸ビニル等のビニルエステル類;等が挙げられる。これらの中でも、透明性が良好で耐熱性を損ないにくい点で(メタ)アクリル酸エステル類が好ましく、より好ましくは(メタ)アクリル酸メチルである。
上記他の単量体の配合割合は特に限定されないが、例えば、ベースポリマー成分の総量100質量%に対し、0~80質量%であることが好ましい。中でも、耐熱着色性、色材分散性等の観点から、0.1~80質量%であることがより好ましく、更に好ましくは1~50質量%、特に好ましくは1~20質量%である。
また、パターンの微細化の点で、本発明では下記一般式(5)で表される構造単位(以下、「構造単位(α)」とも称する。)を有することが特に好ましい。以下に詳述する。
Figure 2022148032000003
(式中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。Rは、炭素数4~20の直鎖状又は分岐状の炭化水素基を表す。)
本発明に含まれるアルカリ可溶性樹脂は、上記構造単位(α)を有することにより、パターン微細化、パターン直線性、及び密着性に優れた硬化物を与えることができる。
上記一般式(5)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。現像速度の点から、Rは水素原子が好ましい。
上記一般式(5)中、Rは、炭素数4~20の直鎖状又は分岐状の炭化水素基を表す。
上記炭素数4~20の直鎖状又は分岐状の炭化水素基としては、 n-ブチル基、1-メチルプロピル基、2-メチルプロピル基、1,1-ジメチルエチル基、n-ペンチル基、1-メチルブチル基、2-メチルブチル基、3-メチルブチル基、2,2-ジメチルプロピル基、1-エチルプロピル基、n-ヘキシル基、1,1-ジメチルプロピル基、1,2-ジメチルプロピル基、1-メチルペンチル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、4-メチルペンチル基、1,1-ジメチルブチル基、1,2-ジメチルブチル基、1,3-ジメチルブチル基、2,2-ジメチルブチル基、2,3-ジメチルブチル基、3,3-ジメチルブチル基、1-エチルブチル基、2-エチルブチル基、1,2,2-トリメチルプロピル基、1-エチル-1-メチルプロピル基、1-エチル-2-メチルプロピル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、2-エチルヘキシル基、n-ノニル基、イソノニル基、n-デシル基、n-ウンデシル基、n-ドデシル基、n-トリデシル基、n-テトラデシル基、n-ペンタデシル基、n-ヘキサデシル基、n-ヘプタデシル基、n-オクタデシル基、n-ノナデシル基、又はn-エイコシル基等を挙げることができる。
上記炭素数4~20の直鎖状又は分岐状の炭化水素基は、炭素数4~18の直鎖状又は分岐状の炭化水素基であることが好ましく、炭素数4~10の直鎖状又は分岐状の炭化水素基であることがより好ましい。
上記Rとしては、具体的には、好ましくはイソノニル基、n-ドデシル基、n-ブチル基、2-エチルヘキシル基が挙げられ、より好ましくはイソノニル基、n-ブチル基、2-エチルヘキシル基が挙げられ、更に好ましくは2-エチルヘキシル基、イソノニル基が挙げられる。
上記構造単位(α)を与える単量体としては、例えば、下記一般式(6)で表される化合物が好ましく挙げられる。
CH=CR-C(O)-O-R (6)
(式中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。Rは、炭素数4~20の直鎖状又は分岐状の炭化水素基を表す。)
このような単量体化合物を含む単量体成分を重合することにより、上記構造単位(α)を有するアルカリ可溶性樹脂を得ることができる。
上記一般式(6)におけるR及びRとしては、それぞれ、上記一般式(5)におけるR及びRと同様のものが挙げられる。
上記構造単位(α)を与える単量体としては、具体的には、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸sec-ブチル、(メタ)アクリル酸tert-ブチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸イソノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸ベヘニルなどが挙げられる。好ましくは(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸イソノニル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸n-ドデシル等が挙げられ、より好ましくは(メタ)アクリル酸イソノニル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシルが挙げられる。
上記アルカリ可溶性樹脂は、上記構造単位(α)として、1種のみを有していてもよいし、2種以上有していてもよい。
上記構造単位(α)の含有割合は、上記アルカリ可溶性樹脂のパターン微細化、パターン直線性、及び密着性の両立を考慮すると、上記アルカリ可溶性樹脂の全構造単位100質量%に対して、10質量%以上であることが好ましい。上記構造単位(α)の含有割合は、上記全構造単位100質量%に対して、より好ましくは20質量%以上、更に好ましくは30質量%以上であり、また、好ましくは90質量%以下、より好ましくは80質量%以下、更に好ましくは70質量%以下である。
-重合方法-
上記単量体成分を重合する方法としては、バルク重合、溶液重合、乳化重合等の通常用いられる手法を用いることができ、目的、用途に応じて適宜選択すればよい。中でも、溶液重合が、工業的に有利で分子量等の構造調整も容易であるため、好適である。また、上記単量体成分の重合機構は、ラジカル重合、アニオン重合、カチオン重合、配位重合等の機構に基づいた重合方法を用いることができるが、ラジカル重合機構に基づく重合方法が、環化率(例えば、上記一般式(3)又は(4)で表される単量体から上記一般式(1)又は(2)で表される構成単位が生成する割合)が高く、工業的にも有利であるため好ましい。また、重合濃度や重合温度は、使用する単量体の種類や比率、目標とする重合体の分子量によっても異なるが、好ましくは、重合温度を40~150℃、重合濃度を20~50質量%に設定することであり、より好ましくは、重合温度を60~130℃、重合濃度を30~45%に設定することである。
上記重合に溶媒を用いる場合、溶媒としては、通常のラジカル重合反応で使用される溶媒を用いればよく特に限定されないが、後に感光性樹脂組成物とする際に使用する溶剤を用いることが効率面で好ましい。なお、溶媒は1種又は2種以上を使用することができる。
上記溶媒として具体的には、例えば、以下の化合物等が挙げられる。
メタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、s-ブタノール等のモノアルコール類;エチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類;テトラヒドロフラン,ジオキサン等の環状エーテル類;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、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、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、3-メトキシブタノール等のグリコールモノエーテル類;エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、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エチルメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル等のグリコールエーテル類;
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、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジ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、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、3-メトキシブチルアセテート等のグリコールモノエーテルのエステル類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル等のアルキルエステル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類;ヘキサン、シクロヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等のアミド類;等。
これらの中でも、重合効率の観点から、グリコールモノエーテルのエステル類、モノアルコール類及び/又はグリコールモノエーテル類を用いることが好ましい。より好ましくは、グリコールモノエーテルのエステル類を少なくとも用いることであり、グリコールモノエーテルのエステル類とグリコールモノエーテル類とを併用することも好適である。
上記重合には、必要に応じて、重合開始剤を1種又は2種以上用いてもよい。
重合開始剤としては特に限定されないが、例えば、クメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、t-アミルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート等の有機過酸化物;2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオネート)等のアゾ化合物;過酸化水素、過硫酸塩;等が挙げられる。なお、重合開始剤とともに、遷移金属塩やアミン類等の還元剤を併用してもよい。
上記重合開始剤の使用量は、使用する単量体の種類や量、重合温度や濃度等の重合反応条件、目標とする重合体の分子量等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、例えば、ベースポリマー成分の総量100質量部に対して0.1~20質量部とすることが好ましい。これにより、ゲル化することなく重量平均分子量が好ましい範囲にある重合体を容易に得ることができる。より好ましくは0.5~15質量部である。
上記重合にはまた、分子量調整のために、必要に応じて連鎖移動剤を用いてもよい。
連鎖移動剤としては、例えば、n-ドデシルメルカプタン、メルカプトプロピオン酸、メルカプト酢酸、メルカプト酢酸メチル等のメルカプタン系連鎖移動剤、α-メチルスチレンダイマー等の他、特開2015-22175号公報〔0047〕に記載の化合物も挙げられる。中でも、連鎖移動効果が高く、かつ残存単量体を低減でき、入手も容易である点で、n-ドデシルメルカプタン及び/又はメルカプトプロピオン酸を用いることが好ましい。
連鎖移動剤を使用する場合、その使用量は、使用する単量体の種類や量、重合温度や濃度等の重合反応条件、目標とする重合体の分子量等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、例えば、ベースポリマー成分の総量100質量部に対し、0.1~15質量部とすることが好ましい。これにより、ゲル化することなく重量平均分子量が好ましい範囲にある重合体を容易に得ることができる。より好ましくは0.5~10質量部、更に好ましくは1~8質量部である。
-側鎖に重合性二重結合を導入する方法-
上記アルカリ可溶性樹脂はまた、側鎖に重合性二重結合を含むことが好ましい。側鎖に重合性二重結合を持たせることにより、熱や光で硬化させることができる。そのため、より耐熱分解性が向上する他、光に対する感度が向上し、より少ない光で硬化し、かつ硬化後の機械強度も高くなる。側鎖に重合性二重結合を導入する方法としては、上記ベースポリマーに、酸基と結合し得る官能基及び重合性二重結合を含む化合物を付加させる方法が挙げられる。
上記酸基と結合し得る官能基及び重合性二重結合を有する化合物において、重合性二重結合としては、例えば、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、アリル基、メタリル基等が挙げられ、当該化合物としてこれらの1種又は2種以上を有するものが好適である。中でも、得られる重合体の反応性の点から(メタ)アクリロイル基が好ましい。また、酸基と結合し得る官能基としては、例えば、エポキシ基、オキサゾリン基、水酸基、オキセタニル基、イソシアネート基等が挙げられ、上記化合物としてこれらの1種又は2種以上を有するものが好適である。中でも、エポキシ基、オキサゾリン基又は水酸基が好ましく、変成処理反応の速さ、耐熱性、分散性の点から、エポキシ基(グリシジル基を含む)がより好ましい。
上記酸基と結合し得る官能基及び重合性二重結合を有する化合物としては、例えば、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシプロピル、アリルアルコール等の水酸基と二重結合とを有する化合物;(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸β-メチルグリシジル、(メタ)アクリル酸β-エチルグリシジル、ビニルベンジルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、(メタ)アクリル酸3,4-エポキシシクロヘキシルメチル、アリルグリシジルエーテル、ビニルシクロヘキセンオキシド等のエポキシ基と二重結合とを有する化合物; ビニルオキサゾリン、イソプロペニルオキサゾリン等のオキサゾリン基と二重結合とを有する化合物;等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を使用することができる。中でも、エポキシ基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物(単量体)を用いることが好ましい。特に、反応性が高く、かつ反応のコントロールがしやすいうえ、入手が容易で、ラジカル重合性二重結合だけでなく同時に水酸基も導入できる観点から、(メタ)アクリル酸グリシジル、及び/又は、(メタ)アクリル酸3,4-エポキシシクロヘキシルメチルがより好ましい。
上記酸基と結合し得る官能基及び重合性二重結合を含む化合物の付加量は、ベースポリマーを与える単量体成分(ベースポリマー成分)の総量100質量部に対し、好ましくは2~95質量部である。当該化合物の付加量がこの範囲にあることで、感光性樹脂組成物の硬化性がより高まり、硬化後の強度がより充分なものとなる他、得られる重合体(側鎖二重結合含有重合体)の保存安定性がより向上され、また、硬化物において着色が充分に抑制される。より好ましくは10質量部以上、更に好ましくは20質量部以上、特に好ましくは30質量部以上である。このように付加量が多いと、本発明の作用効果もより発揮され、密着性や耐溶剤性、現像性により一層優れる硬化物を与えることが可能になる。また、上限は85質量部以下であることがより好ましく、更に好ましくは80質量部以下、特に好ましくは75質量部以下である。
上記ベースポリマー中の酸基の一部に、酸基と結合し得る官能基及び重合性二重結合を含む化合物を付加する方法は、公知の方法を採用すればよく特に限定されない。反応温度は、例えば60℃~140℃が好ましい。また、トリエチルアミンやジメチルベンジルアミン等のアミン化合物;塩化テトラエチルアンモニウム等のアンモニウム塩;臭化テトラフェニルホスホニウム等のホスホニウム塩、ジメチルホルムアミド等のアミド化合物;等の公知の触媒を使用することが好ましい。
上記二重結合の導入の結果、得られるアルカリ可溶性樹脂(側鎖二重結合含有重合体)の二重結合当量(二重結合1molあたりの分子量(g)を意味する)は、好ましくは250~4000g/molである。二重結合当量がこの範囲にあると、光に対する感度が高くなって現像性がより向上される他、硬化時の着色がより抑制され、また、保存安定性や溶媒に対する溶解性がより向上される。より好ましくは270~3000g/mol、更に好ましくは300~2000g/mol、特に好ましくは320~2000g/molである。
二重結合当量は、分子中に含まれる二重結合量の尺度となるものであり、同じ分子量の化合物であれば、二重結合当量の数値が大きいほど二重結合の導入量が少なくなる。二重結合当量は、重合体や二重結合を導入する化合物の仕込み量から計算できる。滴定及び元素分析、NMR、IR等の各種分析や示差走査熱量計法を用いて測定することもできる。
本明細書中、二重結合当量は、下記式により求めるものとする。
二重結合当量=(ベースポリマーの重量+酸基と結合し得る官能基及び重合性二重結合を含む化合物の重量)/(酸基と結合し得る官能基及び重合性二重結合を含む化合物のモル数)
また、JIS K 0070:1992に記載のよう素価の試験方法に準拠して、重合体1gあたりに含まれるエチレン性二重結合の数を測定することにより算出してもよい。
本発明の感光性樹脂組成物において、上記アルカリ可溶性樹脂の含有割合(固形分割合)は、例えば、感光性樹脂組成物の固形分総量100質量部に対し、5~50質量部であることが好ましい。これにより、上記アルカリ可溶性樹脂による作用効果がより充分に発揮される。より好ましくは10~45質量部、更に好ましくは15~40質量部である。
(B)重合性単量体
重合性単量体とは、フリーラジカル、電磁波(例えば赤外線、紫外線、X線等)、電子線等の活性エネルギー線の照射等により重合し得る、重合性不飽和結合(重合性不飽和基とも称す)を有する低分子化合物である。例えば、重合性不飽和基を分子中に1つ有する単官能の化合物と、2個以上有する多官能の化合物が挙げられる。分子量としては特に限定されないが、取り扱いの観点から、例えば、3000以下が好ましく、2000以下が更に好ましい。
上記単官能の重合性単量体としては、例えば、上記アルカリ可溶性樹脂の単量体成分に好ましく含有される他の単量体として例示した化合物のうち、(メタ)アクリル酸エステル類;(メタ)アクリルアミド類;不飽和モノカルボン酸類;不飽和多価カルボン酸類;不飽和基とカルボキシル基の間が鎖延長されている不飽和モノカルボン酸類;不飽和酸無水物類;芳香族ビニル類;共役ジエン類;ビニルエステル類;ビニルエーテル類;N-ビニル化合物類;不飽和イソシアネート類;その他にもN-置換マレイミド等が挙げられる。
上記多官能の重合性単量体としては、例えば、下記の化合物等が挙げられる。
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、ポリ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、ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、シクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAアルキレンオキシドジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールFアルキレンオキシドジ(メタ)アクリレート等の2官能(メタ)アクリレート化合物;トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(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、トリペンタエリスリトールヘプタ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールオクタ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド付加トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド付加ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド付加ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等の3官能以上の多官能(メタ)アクリレート化合物;
エチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、ポリエチレングリコールジビニルエーテル、プロピレングリコールジビニルエーテル、ブチレングリコールジビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、ビスフェノールAアルキレンオキシドジビニルエーテル、ビスフェノールFアルキレンオキシドジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、ジトリメチロールプロパンテトラビニルエーテル、グリセリントリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、ジペンタエリスリトールペンタビニルエーテル、ジペンタエリスリトールヘキサビニルエーテル、エチレンオキシド付加トリメチロールプロパントリビニルエーテル、エチレンオキシド付加ジトリメチロールプロパンテトラビニルエーテル、エチレンオキシド付加ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、エチレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサビニルエーテル等の多官能ビニルエーテル類;(メタ)アクリル酸2-ビニロキシエチル、(メタ)アクリル酸3-ビニロキシプロピル、(メタ)アクリル酸1-メチル-2-ビニロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ビニロキシプロピル、(メタ)アクリル酸4-ビニロキシブチル、(メタ)アクリル酸4-ビニロキシシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸5-ビニロキシペンチル、(メタ)アクリル酸6-ビニロキシヘキシル、(メタ)アクリル酸4-ビニロキシメチルシクロヘキシルメチル、(メタ)アクリル酸p-ビニロキシメチルフェニルメチル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシエトキシエトキシエトキシ)エチル等のビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル類;
エチレングリコールジアリルエーテル、ジエチレングリコールジアリルエーテル、ポリエチレングリコールジアリルエーテル、プロピレングリコールジアリルエーテル、ブチレングリコールジアリルエーテル、ヘキサンジオールジアリルエーテル、ビスフェノールAアルキレンオキシドジアリルエーテル、ビスフェノールFアルキレンオキシドジアリルエーテル、トリメチロールプロパントリアリルエーテル、ジトリメチロールプロパンテトラアリルエーテル、グリセリントリアリルエーテル、ペンタエリスリトールテトラアリルエーテル、ジペンタエリスリトールペンタアリルエーテル、ジペンタエリスリトールヘキサアリルエーテル、エチレンオキシド付加トリメチロールプロパントリアリルエーテル、エチレンオキシド付加ジトリメチロールプロパンテトラアリルエーテル、エチレンオキシド付加ペンタエリスリトールテトラアリルエーテル、エチレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサアリルエーテル等の多官能アリルエーテル類;(メタ)アクリル酸アリル等のアリル基含有(メタ)アクリル酸エステル類;トリ(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、トリ(メタクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、アルキレンオキシド付加トリ(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、アルキレンオキシド付加トリ(メタクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート等の多官能(メタ)アクリロイル基含有イソシアヌレート類;トリアリルイソシアヌレート等の多官能アリル基含有イソシアヌレート類;トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート等の多官能イソシアネートと(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシプロピル等の水酸基含有(メタ)アクリル酸エステル類との反応で得られる多官能ウレタン(メタ)アクリレート類;ジビニルベンゼン等の多官能芳香族ビニル類;等。
特に好ましい重合性単量体である2官能以上の多官能(メタ)アクリレート化合物について以下に詳述する。
2官能以上の多官能(メタ)アクリレート化合物(以下、単に「多官能(メタ)アクリレート化合物」とも称す)とは、1分子中に2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物である。このような化合物を含むことで、感光性樹脂組成物が感光性及び硬化性に優れたものとなり、極めて高硬度で高透明の硬化物を得ることが可能になる。上記多官能(メタ)アクリレート化合物の官能数として好ましくは、3以上であり、より好ましくは4以上、更に好ましくは5以上である。また、硬化収縮をより抑制する観点から、官能数が10以下が好ましく、より好ましくは8以下であり、更に好ましくは6以下である。
なお、(メタ)アクリロイル基とは、メタクリロイル基及び/又はアクリロイル基を意味するが、反応性により優れる観点からアクリロイル基が好ましい。すなわち、上記多官能(メタ)アクリレート化合物は、アクリロイル基を2個以上有する多官能アクリレート化合物であることが特に好適である。
上記重合性単量体の含有割合としては、用いる重合性単量体や上記アルカリ可溶性樹脂の種類の他、目的や用途等に応じて適宜設定すればよいが、現像性や硬化性により優れる観点から、感光性樹脂組成物の固形分総量100質量部に対し、2質量部以上であることが好ましく、また、85質量部以下であることが好適である。下限値としてより好ましくは5質量部以上、更に好ましくは10質量部以上、特に好ましくは15質量部以上であり、上限値としてより好ましくは75質量部以下、更に好ましくは60質量部以下、特に好ましくは50質量部以下、最も好ましくは40質量部以下である。
また、上記重合性単量体の含有量は、アルカリ可溶性樹脂100質量部に対し、50質量部以上500質量部以下であることが好ましい。重合性単量体の含有量がこの範囲であると、密着性や硬度がより高い硬化物が得られるとともに、アルカリ可溶性樹脂の好ましい重量平均分子量が5000以上であることと相まって、現像性がより向上されることになる。より好ましくは80質量部以上、更に好ましくは100質量部以上、特に好ましくは120質量部以上である。また、現像性をより向上させる観点から、400質量部以下であることがより好ましい。更に好ましくは300質量部以下、特に好ましくは200質量部以下、最も好ましくは150質量部以下である。
(C)色材
上記色材としては、例えば、顔料や染料が好適に使用される。これらは、単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。また、顔料と染料とを組み合わせてもよい。例えば、カラーフィルターの赤色、青色、緑色画素を形成する場合、青と紫、緑と黄等、色材を組み合わせて求める色特性を発揮させる手法が好適に使用される。また、ブラックマトリックスを形成する場合にも黒の色材を用いて形成することができる。
上記顔料及び染料の中でも、例えば耐久性の点では、顔料(例えば有機顔料又は無機顔料)が優れ、また、例えばパネル等の輝度向上の点では染料が優れることから、求められる特性に応じて適宜これらを選択又は併用すればよい。なお、顔料の中でもより好ましくは有機顔料である。
なお、本発明の感光性樹脂組成物では、顔料の凝集による保存安定性の低下を抑制できる組成を見出すことができたことより、色材として顔料を少なくとも用いることが好適であり、後述する紫外線吸収剤を含んでいても優れた分散性を発揮できる。
上記顔料としては、例えば、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、多環式顔料(例えばキナクリドン系、ペリレン系、ペリノン系、イソインドリノン系、イソインドリン系、ジオキサジン系、チオインジゴ系、アントラキノン系、キノフタロン系、金属錯体系、ジケトピロロピロール系等)、染料レーキ系顔料等の有機顔料;白色・体質顔料(例えば酸化チタン、酸化亜鉛、硫化亜鉛、クレー、タルク、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等)、有彩顔料(例えば黄鉛、カドミニウム系、クロムバーミリオン、ニッケルチタン、クロムチタン、黄色酸化鉄、ベンガラ、ジンククロメート、鉛丹、群青、紺青、コバルトブルー、クロムグリーン、酸化クロム、バナジン酸ビスマス等)、黒色顔料(例えばカーボンブラック、ボーンブラック、グラファイト、鉄黒、チタンブラック等)、光輝材顔料(例えばパール顔料、アルミ顔料、ブロンズ顔料等)、蛍光顔料(例えば硫化亜鉛、硫化ストロンチウム、アルミン酸ストロンチウム等)等の無機顔料が挙げられる。また、使用できる顔料の色としては、黄色、赤色、紫色、青色、緑色、褐色、黒色、白色等が挙げられる。
上記顔料はまた、目的や用途に応じて、ロジン処理、界面活性剤処理、樹脂系分散剤処理、顔料誘導体処理、酸化皮膜処理、シリカコーティング、ワックスコーティング等の表面処理がなされていてもよい。
上記顔料の具体例を、下記に色別に、カラーインデックス(C.I.;The Society of Dyers and Colourists発行)番号により示すが、本発明の色材はこれらのみに限定されるものではない。また、これらは単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。以下の「C.I.」はカラーインデックスを意味し、数字はカラーインデックスナンバーを意味する。
黄色顔料としては、例えば、C.I.ピグメントイエロー1、2、3、4、5、6、7、9、10、12、13、14、15、16、17、20、24、31、32、34、35、35:1、36、36:1、37、37:1、40、41、42、43、48、49、53、55、60、61、61:1、62、62:1、63、65、71、73、74、75、77、81、83、87、93、94、95、97、98、99、100、101、104、105、106、108、109、110、111、113、114、116、117、119、120、123、124、126、127、127:1、128、129、130、133、134、136、138、139、142、147、148、150、151、152、153、154、155、156、157、158、159、160、161、162、163、164、165、166、167、168、169、170.172、173、174、175、176、179、180、181、182、183、184、185、188、189、190、191、191:1、192、193、194、195、196、197、198、199、200、202、203、204、205、206、207、208、209、209:1、212、213、214、215、219等が挙げられる。
橙色顔料としては、例えば、C.I.ピグメントオレンジ1、2、3、4、5、13、15、16、17、19、20、21、22、23、24、31、34、36、38、39、40、43、46、48、49、51、60、61、62、64、65、67、68、69、70、71、72、73、74、75、77、78、79、81等が挙げられる。
紫色顔料としては、例えば、C.I.ピグメントバイオレット1、1:1、2、2:2、3、3:1、3:3、5、5:1、13、14、15、16、17、19、23、25、27、29、31、32、36、37、38、39、42、44、47、49、50等が挙げられる。
赤色顔料としては、例えば、C.I.ピグメントレッド1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、14、15、16、17、18、21、22、23、31、32、37、38、40、41、42、47、48、48:1、48:2、48:3、48:4、48:5、49、49:1、49:2、50:1、52、52:1、52:2、53、53:1、53:2、53:3、54、57、57:1、57:2、58、58:2、58:4、60、60:1、63、63:1、63:2、64、64:1、68、69、81、81:1、81:2、81:3、81:4、83、88、89、90:1、95、97、101、101:1、102、104、105、106、108、108:1、109、112、113、114、122、123、136、144、146、147、149、150、151、164、166、168、169、170、171、172、173、174、175、176、177、178、179、180、181、182、183、184、185、187、188、190、193、194、200、202、206、207、208、209、210、211、213、214、215、216、220、221、224、226、230、231、232、233、235、236、237、238、239、242、243、245、247、248、249、250、251、253、254、255、256、257、258、259、260、262、263、264、265、266、267、268、269、270、271、272、273、274、275、276、279等が挙げられる。
青色顔料としては、例えば、C.I.ピグメントブルー1、1:2、9、14、15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:5、15:6、16、17、17:1、19、24、24:1、25、26、27、28、29、33、35、36、56、56:1、60、61、61:1、62、63、66、67、68、71、72、73、74、75、76、78、79、80等が挙げられる。
緑色顔料としては、例えば、C.I.ピグメントグリーン1、2、4、7、8、10、13、15、17、18、19、26、36、45、48、50、51、54、55、58等が挙げられる。
褐色顔料としては、例えば、C.I.ピグメントブラウン5、6、23、24、25、32、41、42等が挙げられる。
黒色顔料としては、例えば、アニリンブラック、カーボンブラック、ランプブラック、ボーンブラック、黒鉄、チタンブラック、C.I.ピグメントブラック1、6、7、9、10、11、12、13、20、31、32、34等が挙げられる。白色顔料としては、例えば、C.I.ピグメントホワイト1、2、4、5、6、7、11、12、18、19、21、22、23、26、27、28等を挙げることができる。
上記染料としては、例えば、特開2010-9033号公報、特開2010-211198号公報、特開2009-51896号公報、特開2008-50599号公報に記載されている有機染料を使用することができる。中でも、アゾ系染料、アントラキノン系染料、フタロシアニン系染料、キノンイミン系染料、キノリン系染料、ニトロ系染料、カルボニル系染料、メチン系染料等が好ましい。
上記色材の含有割合(すなわち顔料及び染料の合計割合)は、目的、用途に応じて、適宜設定することができるが、当該色材の含有割合の好ましい範囲は、感光性樹脂組成物の固形分総量100質量部に対し、3~70質量部である。より好ましくは5~60質量部、更に好ましくは10~50質量部である。
(D)光重合開始剤
本発明の感光性樹脂組成物はまた、光重合開始剤を含むことが好適である。光重合開始剤として好ましくは、ラジカル重合性の光重合開始剤である。ラジカル重合性の光重合開始剤とは、電磁波や電子線等の活性エネルギー線の照射により重合開始ラジカルを発生させるものであり、通常使用されるものを1種又は2種以上使用することができる。また、必要に応じて、光増感剤や光ラジカル重合促進剤等を1種又は2種以上併用してもよい。光重合開始剤とともに、光増感剤及び/又は光ラジカル重合促進剤を使用することにより、感度や硬化性がより向上される。
上記光重合開始剤としては特に限定されないが、例えば、以下の化合物等が挙げられる。
2-ジメチルアミノ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、2-ジエチルアミノ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、2-メチル-2-モルホリノ-1-フェニルプロパン-1-オン、2-ジメチルアミノ-2-メチル-1-(4-メチルフェニル)プロパン-1-オン、2-ジメチルアミノ-1-(4-エチルフェニル)-2-メチルプロパン-1-オン、2-ジメチルアミノ-1-(4-イソプロピルフェニル)-2-メチルプロパン-1-オン、1-(4-ブチルフェニル)-2-ジメチルアミノ-2-メチルプロパン-1-オン、2-ジメチルアミノ-1-(4-メトキシフェニル)-2-メチルプロパン-1-オン、2-ジメチルアミノ-2-メチル-1-(4-メチルチオフェニル)プロパン-1-オン、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、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-ジメチルアミノフェニル)-ブタン-1-オン、2-ジメチルアミノ-2-[(4-メチルフェニル)メチル]-1-[4-(4-モルフォルニル)フェニル]-1-ブタノン等のα-アミノケトン系化合物;2,2-ジエトキシアセトフェノン、2,2-ジメトキシー2-フェニルアセトフェノン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、1-〔4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル〕-2-ヒドロキシー2-メチル-1-プロパン-1-オン、2-ヒドロキシ-1-{4-〔4-(2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオニル)ベンジル〕フェニル}-2-メチルプロパン-1-オン、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)-ブタノン-1、2-(ジメチルアミノ)-2-〔(4-メチルフェニル)メチル〕-1-〔4-(4-モルホリニル)フェニル〕-1-ブタノン等のアルキルフェノン系化合物;
2-(4-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-(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-(4-エトキシナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4-エトキシカルボキニルナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン等のハロメチル化トリアジン系化合物;2-トリクロロメチル-5-(2’-ベンゾフリル)-1,3,4-オキサジアゾール、2-トリクロロメチル-5-〔β-(2’-ベンゾフリル)ビニル〕-1,3,4-オキサジアゾール、4-オキサジアゾール、2-トリクロロメチル-5-フリル-1,3,4-オキサジアゾール等のハロメチル化オキサジアゾール系化合物;2,2’-ビス(2-クロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール、2,2’-ビス(2,4-ジクロロフェニル)-4,4’,5,5’ -テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール、2,2’-ビス(2,4,6-トリクロロフェニル)-4,4’,5,5’ -テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール等のビイミダゾール系化合物;1,2-オクタンジオン,1-〔4-(フェニルチオ)-,2-(O-ベンゾイルオキシム)〕、エタノン,1-〔9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル〕-,1-(O-アセチルオキシム)等のオキシムエステル系化合物;ビス(η5-2,4-シクロペンタジエン-1-イル)-ビス(2,6-ジフルオロ-3-(1H-ピロール-1-イル)-フェニル)チタニウム等のチタノセン系化合物;p-ジメチルアミノ安息香酸、p-ジエチルアミノ安息香酸等の安息香酸エステル系化合物;9-フェニルアクリジン等のアクリジン系化合物;1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパン-1-オン、2-ヒロドキシ-1-{4-[4-(2-ヒドロキシ-2-メチル-プロピオニル)-ベンジル]フェニル}-2-メチル-プロパン-1-オン等のα-ヒドロキシケトン系化合物;等。
上記光重合開始剤の中でも、密着性や微細パターン加工性を優れたものとする等の観点から、上記オキシムエステル化合物等のオキシム系開始剤を少なくとも用いることが特に好ましい。
上記光重合開始剤の含有割合は特に限定されず、色材等の他成分の割合を考慮して適宜設定することも好ましいが、例えば、感光性樹脂組成物の固形分総量100質量部に対し、0.5~30質量部であることが好ましい。これにより、硬化性及び密着性がより一層高められる。より好ましくは1~25質量部、更に好ましくは1.5~20質量部である。また、上記光重合開始剤と併用してもよい光増感剤や光ラジカル重合促進剤としては、例えば、キサンテン色素、クマリン色素、3-ケトクマリン系化合物、ピロメテン色素等の色素系化合物;4-ジメチルアミノ安息香酸エチル、4-ジメチルアミノ安息香酸2-エチルヘキシル等のジアルキルアミノベンゼン系化合物;2-メルカプトベンゾチアゾール、2-メルカプトベンゾオキサゾール、2-メルカプトベンゾイミダゾール等のメルカプタン系水素供与体等が挙げられる。光増感剤及び光ラジカル重合促進剤の含有量(総量)としては、目的、用途に応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、硬化性、分解物が与える影響及び経済性のバランスの観点から、本発明の感光性樹脂組成物の固形分総量100質量部に対し、0.001~20質量部であることが好ましい。より好ましくは0.01~15質量部、更に好ましくは0.05~10質量部である。
以下に本発明で特に好ましく用いられるオキシム系開始剤について詳述する。
オキシム系開始剤は高感度で重合効率が高く、色材(着色剤)濃度によらず硬化でき、色材の濃度を高く設計しやすいため好ましい。
オキシム系開始剤の具体例としては、特開2001-233842号公報記載の化合物、特開2000-80068号公報記載の化合物、および、特開2006-342166号公報記載の化合物を用いることができる。オキシム系開始剤の具体例としては、例えば、3-ベンゾイロキシイミノブタン-2-オン、3-アセトキシイミノブタン-2-オン、3-プロピオニルオキシイミノブタン-2-オン、2-アセトキシイミノペンタン-3-オン、2-アセトキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オン、2-ベンゾイロキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オン、3-(4-トルエンスルホニルオキシ)イミノブタン-2-オン、および2-エトキシカルボニルオキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オンなどが挙げられる。
オキシム系開始剤としては、J.C.S.Perkin II(1979年)pp.1653-1660)、J.C.S.Perkin II(1979年)pp.156-162、Journal of Photopolymer Science and Technology(1995年)pp.202-232、特開2000-66385号公報記載の化合物、特開2000-80068号公報、特表2004-534797号公報、および、特開2006-342166号公報の各公報に記載の化合物等が挙げられる。
市販品ではIRGACURE-OXE01(BASF社製)、IRGACURE-OXE02(BASF社製)も好適に用いられる。また、TRONLY TR-PBG-304、TRONLY TR-PBG-309、TRONLY TR-PBG-305(常州強力電子新材料有限公司社(CHANGZHOU TRONLY NEW ELECTRONIC MATERIALS CO.,LTD)製)、アデカアークルズNCI-930(ADEKA社製)も用いることができる。
また上記記載以外のオキシム系開始剤として、カルバゾールN位にオキシムが連結した特表2009-519904号公報に記載の化合物、ベンゾフェノン部位にヘテロ置換基が導入された米国特許第7626957号公報に記載の化合物、色素部位にニトロ基が導入された特開2010-15025号公報、米国特許公開2009-292039号記載
の化合物、および、国際公開特許2009-131189号公報に記載のオキシム系開始剤、トリアジン骨格とオキシム骨格を同一分子内に含有する米国特許7556910号公報に記載の化合物、405nmに吸収極大を有しg線光源に対して良好な感度を有する特開2009-221114号公報記載の化合物などを用いてもよい。好ましくは、例えば、特開2013-29760号公報の段落0274~0275を参酌することができ、この内容は本願明細書に組み込まれる。
光ラジカル重合開始剤として、フルオレン環を有するオキシム系開始剤を用いることもできる。フルオレン環を有するオキシム系開始剤の具体例としては、特開2014-137466号公報記載の化合物が挙げられる。この内容は本明細書に組み込まれることとする。
光ラジカル重合開始剤として、フッ素原子を有するオキシム系開始剤を用いることもできる。フッ素原子を有するオキシム系開始剤の具体例としては、特開2010-262028号公報記載の化合物、特表2014-500852号公報記載の化合物24、36~40、および、特開2013-164471号公報記載の化合物(C-3)などが挙げられる。この内容は本明細書に組み込まれることとする。
光ラジカル重合開始剤として、ニトロ基を有するオキシム系開始剤を用いることができる。ニトロ基を有するオキシム系開始剤の具体例としては、特開2013-114249号公報の段落0031~0047、特開2014-137466号公報の段落0008~0012、0070~0079に記載されている化合物、アデカアークルズNCI-831(ADEKA社製)が挙げられる。
オキシム系開始剤としては、350nm~500nmの波長領域に極大吸収波長を有する化合物が好ましく、360nm~480nmの波長領域に吸収波長を有する化合物がより好ましく、365nmおよび405nmの吸光度が高い化合物が特に好ましい。
オキシム系開始剤の365nmまたは405nmにおけるモル吸光係数は、感度の観点から、1,000~300,000であることが好ましく、2,000~300,000であることがより好ましく、5,000~200,000であることが特に好ましい。化合物のモル吸光係数の測定は、公知の方法を用いることができる。具体的には、例えば、紫外可視分光光度計(Varian社製Cary-5 spectrophotometer)にて、酢酸エチル溶媒を用い、0.01g/Lの化合物の濃度で測定することが好ましい。
オキシム系開始剤は、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用してもよい。
オキシム系開始剤の含有量は、感光性樹脂組成物の全固形分に対し0.1~50質量部が好ましく、より好ましくは0.5~30質量部であり、さらに好ましくは1~25質量部であり、最も好ましくは1.5~20質量部である。この範囲で、より良好な感度と微細パターン形成性が得られる。
(E)紫外線吸収剤(UV吸収剤)
本発明の感光性樹脂組成物は、紫外線吸収剤を含有する。紫外線吸収剤は、波長300~400nmの範囲に極大吸収波長を有する化合物であることが好ましく、波長320~380nmの範囲に極大吸収波長を有する化合物であることがより好ましい。このような化合物を用いることで、パターン間の現像残渣の発生を効果的に抑制できる。また、微細パターンを形成することができる。更には、隣接する他の色相の画素間の混色の発生を効果的に抑制できる。
紫外線吸収剤としては、共役ジエン化合物、メチルジベンゾイル化合物、クマリン化合物、サリシレート化合物、ベンゾフェノン化合物、ベンゾトリアゾール化合物、アクリロニトリル化合物、トリアジン化合物、ベンゾジチアゾール化合物などを用いることができる。なかでも、ベンゾトリアゾール化合物、ベンゾフェノン化合物、トリアジン化合物が好ましく、ベンゾフェノン化合物が特に好ましい。
ベンゾトリアゾール化合物としては、下記式(7)又は(8)で表されるものが挙げられる。
Figure 2022148032000004
式(7)及び(8)中、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、ヒドロキシ基、アミノ基、置換基を有していてもよい炭素数1~6のアルキル基、置換基を有していてもよいフェニル基、スルホニル基を有する置換基、又は-A1-A2である。A1は、カルボニル基、炭素数1~12のアルカンジイル基、炭素数3~12のシクロアルキレン基又は-A11-O-であり、A11は炭素数1~12のアルカンジイル基である。A2は、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシ基、炭素数1~6のアルコキシ基、カルボキシ基、又は各アルキル基の炭素数が1~6のジアルキルアミノ基である。
式(7)及び(8)中、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、置換基を有していてもよい炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、スルホニル基を有する置換基、又は下記式(9)で表される有機基である。
Figure 2022148032000005
(式中、R10は、水素原子、又は置換されていてもよい炭素数1~12のアルキル基である。dは、0又は1である。)
ベンゾトリアゾール化合物としては、ベンゾトリアゾール、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール、1-メチルベンゾトリアゾール、1-ヒドロキシメチルベンゾトリアゾール、1-エチルベンゾトリアゾール、1-(1-ヒドロキシエチル)ベンゾトリアゾール、1-(2-ヒドロキシエチル)ベンゾトリアゾール、1-プロピルベンゾトリアゾール、1-(1-ヒドロキシプロピル)ベンゾトリアゾール、1-(2-ヒドロキシプロピル)ベンゾトリアゾール、1-(3-ヒドロキシプロピル)ベンゾトリアゾール、4-ヒドロキシ-1H-ベンゾトリアゾール、5-メチル-1H-ベンゾトリアゾール、ベンゾトリアゾール-5-カルボン酸、1-メチルベンゾトリアゾール-5-カルボン酸、1-エチルベンゾトリアゾール-5-カルボン酸、1-tert-ブチルベンゾトリアゾール-5-カルボン酸、1-(2-シクロペンチルエチル)ベンゾトリアゾール-5-カルボン酸、1H-ベンゾトリアゾール-4-スルホン酸、1H-ベンゾトリアゾール-1-アセトニトリル、1H-ベンゾトリアゾール-1-カルボキシアルデヒド、2-メチル-2H-ベンゾトリアゾール、2-エチル-2H-ベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-3’,5’-ジ-tert-ブチルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-3’-tert-ブチル-5’-メチルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-3’-tert-アミル-5’-イソブチルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-3’-イソブチル-5’-メチルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-3’-イソブチル-5’-プロピルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-3’,5’-ジ-tert-ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-5’-メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2-[2’-ヒドロキシ-5’-(1,1,3,3-テトラメチル)フェニル]ベンゾトリアゾール、2-(2-ヒドロキシ-5-tert-ブチルフェニル)-2H-ベンゾトリアゾール、3-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-5-(1,1-ジメチルエチル)-4-ヒドロキシ、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4,6-ビス(1-メチル-1-フェニルエチル)フェノール、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-6-(1-メチル-1-フェニルエチル)-4-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)フェノールなどが挙げられる。市販品としては、TINUVIN PS、TINUVIN 99-2、TINUVIN 109、TINUVIN 328、TINUVIN 384-2、TINUVIN 900、TINUVIN 928、TINUVIN 171、TINUVIN 1130(以上、BASF社製)などが挙げられる。ベンゾトリアゾール化合物としてはミヨシ油脂製のMYUAシリーズ(化学工業日報、2016年2月1日)を用いてもよい。
ベンゾフェノン化合物としては、一般式(10)で表わされる化合物を示すことができる。
Figure 2022148032000006
一般式(10)において、R11及びR12は、それぞれ、水素原子又は炭素数1~6のアルキル基である。
一般式(10)で表わされる化合物の具体例としては、2,2’-ジヒドロキシ-4,4’-ジメトキシベンゾフェノン(一般式(10)において、R11=R12=メチル基の化合物、2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン(一般式(10)においてR11=R12=ヒドロキシ基の化合物等を挙げることができる。
市販品としては、ユビナールA、ユビナール3049、ユビナール3050(以上、BASF社製)などが挙げられる。
トリアジン化合物としては、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-(4-メトキシフェニル)-1,3,5-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-(4-メトキシナフチル)-1,3,5-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-ピペロニル-1,3,5-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)-1,3,5-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(5-メチルフラン-2-イル)エテニル]-1,3,5-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(フラン-2-イル)エテニル]-1,3,5-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(4-ジエチルアミノ-2-メチルフェニル)エテニル]-1,3,5-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(3,4-ジメトキシフェニル)エテニル]-1,3,5-トリアジンなどが挙げられる。
市販品としては、TINUVIN 1577FF、TINUVIN 400、TINUVIN 411L(以上、BASF社製)などが挙げられる。
本発明においては、紫外線吸収剤として、以下に示すものが好ましい。
Figure 2022148032000007
Figure 2022148032000008
Figure 2022148032000009
Figure 2022148032000010
Figure 2022148032000011
本発明の感光性樹脂組成物において紫外線吸収剤の含有量は、感光性樹脂組成物の全固形分に対して、0.1~20質量部が好ましい。上限は、15質量部以下であることが好ましく、10質量部以下であることがより好ましく、5質量部以下であることが更に好ましい。下限は、0.2質量部以上であることが好ましく、0.5質量部以上であることがより好ましく、1質量部以上であることが更に好ましい。紫外線吸収剤の含有量が上記範囲であれば、微細なパターンの形成が可能となり、パターン間の現像残渣の発生や、隣接する他の色相の画素間の混色の発生を効果的に抑制できる。
また、紫外線吸収剤の含有量は、光重合開始剤100質量部に対して、10~500質量部であることが好ましい。上限は、450質量部以下であることが好ましく、300質量部以下であることがより好ましく、200質量部以下であることが更に好ましい。下限は、15質量部以上であることが好ましく、20質量部以上であることがより好ましく、25質量部以上であることが更に好ましい。紫外線吸収剤の含有量が上記範囲であれば、パターン間の現像残渣の発生や、隣接する他の色相の画素間の混色の発生を効果的に抑制できる。
また、紫外線吸収剤の含有量は、色材100質量部に対して、1~40質量部であることが好ましい。上限は、35質量部以下であることが好ましく、30質量部以下であることがより好ましく、25質量部以下であることが更に好ましい。下限は、1.1質量部以上であることが好ましく、1.5質量部以上であることがより好ましく、2質量部以上であることが更に好ましい。紫外線吸収剤の含有量が上記範囲であれば、パターン間の現像残渣の発生や、隣接する他の色相の画素間の混色の発生を効果的に抑制できる。
(F)溶剤
上記感光性樹脂組成物はまた、溶剤を含むことが好適である。溶剤は、希釈剤等として好ましく使用される。すなわち具体的には、粘度を下げ取扱い性を向上する;乾燥により塗膜を形成する;色材の分散媒とする;等のために好適に使用されるものであり、感光性樹脂組成物中の各含有成分を溶解又は分散することができる、低粘度の有機溶媒又は水である。
上記溶剤としては、通常使用するものを使用することができ、目的、用途に応じて適宜選択すればよく、特に限定されないが、例えば、下記の化合物等が挙げられる。これらは単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
メタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、s-ブタノール等のモノアルコール類;エチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類;テトラヒドロフラン,ジオキサン等の環状エーテル類;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、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、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、3-メトキシブタノール等のグリコールモノエーテル類;エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、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エチルメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル等のグリコールエーテル類;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、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジ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、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、3-メトキシブチルアセテート等のグリコールモノエーテルのエステル類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル等のアルキルエステル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類;ヘキサン、シクロヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等のアミド類;水;等。
中でも、グリコールモノエーテルのエステル類、モノアルコール類、及び/又は、グリコールモノエーテル類を用いることが好ましい。より好ましくは、グリコールモノエーテルのエステル類を少なくとも用いることであり、グリコールモノエーテルのエステル類とグリコールモノエーテル類とを併用することも好適である。
上記溶剤の含有割合は特に限定されず、感光性樹脂組成物の使用形態(例えば塗布等)に応じて適宜設定することが好ましい。例えば、感光性樹脂組成物100質量%中の固形分総量(固形分濃度)が1~90質量%になるように、溶剤の含有割合を設定することが好ましい。感光性樹脂組成物100質量%中の固形分総量は、より好ましくは5~70質量%、更に好ましくは10~50質量%である。
上記溶剤の含有割合は、本発明の感光性樹脂組成物の総量100質量%に対しては、10~90質量%含まれるようにすることが好ましい。より好ましくは20~80質量%である。
(G)分散剤
本発明の感光性樹脂組成物はまた、分散剤を含むことが好ましい。分散剤としては特に限定されないが、例えば、色材への相互作用部位と分散媒(アルカリ可溶性樹脂や溶剤等)への相互作用部位とを有し、分散媒への色材の分散を安定化する働きを持つものが好ましい。一般には、樹脂型分散剤(高分子分散剤)、界面活性剤(低分子分散剤)、色素誘導体に分類され、通常使用されている分散剤を用いればよい。
上記樹脂型分散剤としては、例えば、ポリウレタン、ポリアクリレート等のポリカルボン酸エステル、不飽和ポリアミド、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸アミン塩、ポリカルボン酸アンモニウム塩、ポリカルボン酸アルキルアミン塩、ポリシロキサン、長鎖ポリアミノアマイドリン酸塩、水素基含有ポリカルボン酸エステル、ポリ(低級アルキレンイミン)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により形成されたアミドやその塩、(メタ)アクリル酸-スチレン共重合体、(メタ)アクリル酸-(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン-マレイン酸共重合体、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエステル系、変性ポリアクリレート、エチレンオキサイド/ポリプロピレンオキサイド付加物等が挙げられる。中でも、構造面から、主鎖が色材への相互作用部位を有するアンカー鎖で、グラフト鎖が分散媒への相互作用性を有する相溶性鎖であるようなグラフト構造の樹脂や、アンカー鎖と相溶性鎖とがブロック構造になっている樹脂が、特に好ましく用いられる。
上記界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルキルナフタリンスルホン酸ナトリウム、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム、ラウリル硫酸モノエタノールアミン、ラウリル硫酸トリエタノールアミン、ラウリル硫酸アンモニウム、ステアリン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム等のアニオン性界面活性剤;ポリオキシエチレンオレイルエーテル、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ノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリエチレングリコールモノラウレート等のノニオン性界面活性剤;アルキル4級アンモニウム塩やそれらのエチレンオキサイド付加物等のカチオン性界面活性剤;アルキルジメチルアミノ酢酸ベタイン等のアルキルベタイン、アルキルイミダゾリン等の両性界面活性剤;等が挙げられる。
上記色素誘導体とは、官能基を色素に導入した構造の化合物である。官能基としては、例えば、スルホン酸基、スルホンアミド基及びその4級塩、ジアルキルアミノ基、水酸基、カルボキシル基、アミド基、フタルイミド基等が挙げられ、母体となる色素の構造としては、例えば、アゾ系、アントラキノン系、キノフタロン系、フタロシアニン系、キナクリドン系、ベンズイミダゾロン系、イソインドリン系、ジオキサジン系、インダンスレン系、ペリレン系、ジケトピロロピロール系等が挙げられる。
上記分散剤の含有割合は特に限定されず、目的や用途に応じて適宜設定すればよいが、例えば、分散安定性、耐久性(耐熱性、耐光性、耐候性等)及び透明性等のバランスを考慮すると、色材の固形分総量100質量部に対し、分散剤の固形分が0.01~100質量部であることが好ましい。より好ましくは0.1~90質量部、更に好ましくは0.5~80質量部である。
(H)他の成分
本発明の感光性樹脂組成物はまた、本発明の効果を損なわない範囲で、その他の成分を1種又は2種以上含んでいてもよい。例えば、アルカリ可溶性樹脂以外のバインダー樹脂;耐熱向上剤;レベリング剤;カップリング剤;現像助剤;水酸化アルミニウム、タルク、クレー、硫酸バリウム等の充填材;消泡剤;金属酸化物粒子;量子ドット粒子;増感剤;離型剤;滑剤;可塑剤;酸化防止剤;難燃剤;重合抑制剤;増粘剤;エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルフェノール等の熱硬化性樹脂;硬化剤;反応性希釈剤;安定化剤;難燃助剤;多官能チオール化合物等の硬化助剤;フッ素系添加剤;カチオン重合性化合物;酸発生剤;等が挙げられる。
上記他の成分の使用量は、目的や用途に応じて適宜設定すればよいが、例えば、感光性樹脂組成物の固形分総量100質量部中、0~70質量部であることが好ましい。より好ましくは0.01~70質量部、更に好ましくは0.1~60質量部、特に好ましくは0.3~50質量部である。
〔感光性樹脂組成物の製造方法〕
本発明の感光性樹脂組成物の製造方法としては特に限定されず、例えば、上述した含有成分を、各種の混合機や分散機を用いて混合分散することによって調製することができる。分散工程及び混合工程は特に限定されず、通常の手法により行えばよいし、また、通常行われる他の工程を更に含むものであってもよい。具体的には、例えば、色材、分散剤、バインダー樹脂(アルカリ可溶性樹脂等)及び溶剤等を含む色材分散液(ミルベース)を調製した後に、更に、重合性単量体、光重合開始剤、紫外線吸収剤、バインダー樹脂(アルカリ可溶性樹脂等)及び溶剤等を含む透明レジスト液(クリアレジスト液とも称す)を加えて調製することが好ましい。得られた感光性樹脂組成物は、フィルタ等によって、濾過処理をして微細なゴミを除去することが好適である。
上記色材分散液の調製に際しては、例えば、ペイントコンディショナー、ビーズミル、ロールミル、ボールミル、ジェットミル、ホモジナイザー、ニーダー、ブレンダー等の分散機を用いて色材を微粒子分散させることが好ましい。より好ましくは、ロールミル、ニーダー、ブレンダー等で混練分散処理をした後、0.01~1mmのビーズを充填したビーズミル等のメディアミルで微分散処理をすることである。
-粘度変化率-
本発明の特定成分を含む感光性樹脂組成物は、粘度変化率が小さく、保存安定性に優れるため、長時間の輸送や保管、長期間同じプロセス条件で使用することができる。即ち、40℃において65時間保管後の粘度変化率が初期粘度(調整直後の粘度)に対して120%以下であることが好ましい形態である。より好ましくは110%以下、さらに好ましくは105%以下、特に好ましくは103%以下である。
また、粘度変化率は、具体的には、例えば以下の方法により評価することができる。
対象となる感光性樹脂組成物について、調整直後と40℃で65時間保存後の粘度を測定する。本発明では後述の実施例における(8)に記載の方法で測定した。
本発明の感光性樹脂組成物は水の含有量が、感光性樹脂組成物全体(100質量%)に対して、好ましくは0.14質量%以下、さらに好ましくは0.12質量%以下、より好ましくは0.10質量%未満、特に好ましくは0.08質量%以下、より特に好ましくは0.06質量%以下、最も好ましくは0.04質量%以下である。これにより、さらに粘度変化率が小さく、保存安定性に優れる感光性樹脂組成物となる。また、原料に含まれる水分量や精製等の製造コスト面を考慮すると、上記水の含有量の下限は0.001質量%であり、好ましくは0.005質量%、より好ましくは0.01質量%、さらに好ましくは0.02質量%である。これにより、粘度変化率をさらに低減でき、保存安定性が良好となる。なお、水は、(超)純水、イオン交換水、蒸留水等である。
詳細なメカニズムは定かではないが、水によって、顔料等の色材の分散性、アルカリ可溶性樹脂及び紫外線吸収剤の相溶性を阻害したり、光重合開始剤が水によって分解されるためであると推測する。
本発明では、上述した特定の紫外線吸収剤、特定の光重合開始剤(例えばオキシム系開始剤)を用いることで、粘度変化や感度の低下をさらに抑制できることを見出した。オキシムエステル化合物は、分岐アルキル基および環状アルキル基から選ばれる少なくとも1種類の基を有することで、オキシムエステル部位への水分の求核攻撃が阻害されるという理由により、水による分解が生じにくくなったものと推測する。
このため、上述したオキシムエステル化合物を用い、かつ、感光性樹脂組成物の総量100質量%に対して水の含有量を0.001~0.12質量%とすることにより、粘度変化が小さく、感度の経時安定性に優れた感光性樹脂組成物になり得ると推測する。
なお、本発明において、感光性樹脂組成物中の水の含有量は、カールフィッシャー法により測定した値である。カールフィッシャー法とは、水と選択的に、且つ定量的に反応するカールフィッシャー試薬(ヨウ素、二酸化硫黄、塩基、及びアルコール等の溶剤より構成)を用いて、組成物中の水の含有量を測定する方法である。この方法には、電量滴定法と容量滴定法があるが、どちらの方法を用いても構わない。
〔感光性樹脂組成物の用途〕
本発明の感光性樹脂組成物は、保存時の粘度変化を低減でき、微細なパターンを形成しても線太りが小さくガラス基板等への密着性が高い硬化物を与えることができるため、例えば、レジスト材料、各種コーティング剤、塗料等の種々の用途に用いることができる。好ましい用途としては、液晶・有機EL・量子ドット・マイクロLED液晶表示装置や固体撮像素子、タッチパネル式表示装置等の各種表示装置の構成部材、ブラックマトリクス、フォトスペーサー、ブラックカラムスペーサー、インキ、印刷版、プリント配線板、半導体素子、フォトレジスト、絶縁膜、フィルム、有機保護膜等、各種の光学材料用部材や電機・電子機器等が挙げられる。中でも、上記感光性樹脂組成物は、カラーフィルタや光導波路等を作製するための材料(例えば、アルカリ現像型のネガ型レジスト材料)として有用であり、これにより、近年の高性能化の要望に充分に対応できる程度に各種表示装置の表示品位や撮像品位の信頼性を充分に高めることができる。特に上記感光性樹脂組成物は、カラーフィルター用途に極めて有用なものである。
上記感光性樹脂組成物は、上述のとおり、カラーフィルターの原材料又は光導波路の原材料として用いることが好適であるが、これらの他、各種表示装置における保護膜(カラーフィルタ用保護膜、タッチパネル式表示装置用保護膜等)や、絶縁膜(タッチパネル式表示装置用絶縁膜等)として用いることも好適である。
<硬化物>
本発明の硬化物(硬化膜)は、上述した本発明の感光性樹脂組成物を硬化してなるものであり、上記樹脂組成物に活性エネルギー光線を照射(露光)することにより得ることができる。具体的には、例えば、基板(基材とも称す)上に上記樹脂組成物を塗布して乾燥させ、その塗布面に活性エネルギー光線を照射(露光)することにより得ることが好ましい。本発明の感光性樹脂組成物はレジスト材料として好適に用いられるため、上記感光性樹脂組成物を硬化してなる硬化物がレジスト硬化膜である形態は、本発明の好適な形態の1つである。上記硬化膜は、その膜厚(厚み)が0.1~20μmであることが好適である。これにより、上記硬化膜を用いた部材等や表示装置等の低背化要求に充分に応えることができる。より好ましくは0.5~10μm、更に好ましくは0.5~8μmである。
上記感光性樹脂組成物を塗布する基材としては、特に限定されず、例えば、白板ガラス、青板ガラス、シリカコート青板ガラス等の透明ガラス基板;ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリスルホン、環状オレフィンの開環重合体やその水素添加物等の熱可塑性樹脂からなるシート、フィルム又は基板;エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂からなるシート、フィルム又は基板;アルミニウム板、銅板、ニッケル板、ステンレス板等の金属基板;セラミック基板;光電変換素子を有する半導体基板;表面に色材層を備えるガラス基板(LCD用カラーフィルタ)等の各種材料から構成される部材;等が挙げられる。また、上記基材には、必要に応じて、コロナ放電処理、オゾン処理、シランカップリング剤等による薬品処理等を行ってもよい。
上記感光性樹脂組成物を基材に塗布する方法としては、特に限定されず、例えば、スピン塗布、スリット塗布、ロール塗布、流延塗布等が挙げられ、いずれの方法も好ましく用いることができる。
上記基材に塗布した後の塗膜の乾燥は、例えば、ホットプレート、IRオーブン、コンベクションオーブン等を用いて行うことができる。乾燥条件は、含まれる溶媒成分の沸点、硬化成分の種類、膜厚、乾燥機の性能等に応じて適宜選択されるが、通常、50~160℃の温度で、10秒~300秒間行うことが好適である。
上記活性エネルギー光線の光源としては、例えば、キセノンランプ、ハロゲンランプ、タングステンランプ、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、中圧水銀灯、低圧水銀灯、カーボンアーク、蛍光ランプ等のランプ光源、アルゴンイオンレーザー、YAGレーザー、エキシマレーザー、窒素レーザー、ヘリウムカドミニウムレーザー、半導体レーザー等のレーザー光源等が使用される。また、露光機の方式としては、プロキシミティー方式、ミラープロジェクション方式、ステッパー方式が挙げられるが、プロキシミティー方式が好ましく用いられる。
なお、活性エネルギー光線の照射工程では、用途によっては、所定のマスクパターンを介して活性エネルギー光線を照射することとしてもよい。この場合、露光部が硬化し、硬化部が現像液に対して不溶化又は難溶化されることになる。
また必要に応じて、上記活性エネルギー光線の照射工程後に、現像液によって現像処理し、未露光部を除去しパターンを形成する工程(「現像工程」とも称す)を行ってもよい。これによって、パターン化された硬化膜を得ることができる。
上記現像工程における現像処理は、通常、10~50℃の現像温度で、浸漬現像、スプレー現像、ブラシ現像、超音波現像等の方法で行うことができる。
なお、活性エネルギー光線としては、フォトマスクの微細な回路パターンを忠実にレジスト膜上に転写すべく、好ましくは、KrFエキシマレーザ(波長248nm)、ArFエキシマレーザ(波長193nm)等の短波長の放射線、より好ましくは、ArFエキシマレーザが用いられるが、その他、g線(波長436nm)、i線(波長365nm)、X線(数nm~10数nm)、電子線(数100pm以下)等を用いてもよい。露光後のレジスト膜は、レジストパターン(レジスト側壁形状)の変形を軽減するため、必要に応じて、例えば熱板、オーブン、赤外線の照射等により比較的高温にて加熱処理を行うことでベーク(現像前ベーク、プリベーク)される。その後、該レジスト膜をさらに現像することにより、レジストパターンが形成される。上記現像前ベーク時におけるベーク温度は、特に限定されるものではないが、好ましくは120℃~250℃の範囲内である。また、ベーク時間は、ベーク温度やレジスト膜の種類等に応じて適宜設定される。尚、現像によりレジストパターンが形成された上記のレジスト膜は、該レジスト膜中または表面に残留した現像液やリンス液を蒸発除去し、基板との密着性強化を行うために、ポストベーク(最終的な焼成)が施される。該ポストベーク時のベーク温度、ベーク時間は、レジストパターン形状が軟化変形しない温度で設定すればよく、特に限定されるものではない。
上記硬化膜を有する態様の一例として、基板(基材)上に上記硬化膜を有するカラーフィルタが挙げられる。この作製方法について以下に詳述する。
なお、カラーフィルタを構成する部材は、具体的には3原色(RGB)画素、樹脂ブラックマトリックス、保護膜及び柱状スペーサー等があるが、これらのカラーフィルタを構成する部材のうち少なくとも1つが、本発明の感光性樹脂組成物により形成された硬化膜を有することが好ましい。ここで、RGB画素を形成する場合、本発明の樹脂組成物は赤・緑・青の各3原色の色材を含み、樹脂ブラックマトリックスを形成する場合は黒色の色材を含む。
上記カラーフィルタは、例えば、次のようにして作製することができる。
1)基板上に、感光性樹脂組成物を公知のコート法でコート(塗工)し、乾燥し、塗膜を作製する。基板としては透明基板が好ましく、具体的には、ガラス(好ましくは無アルカリガラス)や透明プラスチック等が挙げられる。公知のコート法としては、スピンコート法、スプレー法等が挙げられ、スピンコート法が好ましい。乾燥条件に関し、乾燥温度は室温~120℃が好ましく、より好ましくは60~100℃である。乾燥時間は10秒~60分が好ましく、より好ましくは30秒~10分である。また、常圧又は真空下で加熱乾燥することが好ましい。
2)その後、所望のパターン形状に応じた開口部を設けたフォトマスク(パターニングフィルム)を、上記1)で得た塗膜の上に、接触状態で又は非接触状態で載せ、光を照射し、硬化させる。光とは、可視光のみならず、紫外線、X線、電子線等の放射線をも意味するが、紫外線が最も好ましい。紫外線源としては、一般に高圧水銀ランプが好適に使用される。
3)上記2)の光照射後、溶剤、水又はアルカリ水溶液等で現像を行う。中でも、アルカリ水溶液が、環境への負荷が少なく高感度の現像を行うことができるため好ましい。アルカリ水溶液中のアルカリ成分としては特に限定されないが、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム及び/又は炭酸ナトリウム等が好ましい。アルカリ成分の濃度は、アルカリ水溶液100質量%中、0.01~5質量%であることが好ましい。アルカリ成分の濃度がこの範囲内であると、アルカリ可溶性樹脂の溶解性がより向上され、現像性(現像速度)をより高めることができる。より好ましくは0.05~3質量%、更に好ましくは0.1~1質量%である。アルカリ水溶液には、界面活性剤を添加してもよい。
4)以上の1)~3)の工程を、黒色色材を含む感光性樹脂組成物を用いて行い、基板上に樹脂ブラックマトリックスを形成する。
5)次に、感光性樹脂組成物の色材を赤(R)、緑(G)、青(B)と順次変えて、上記1)~3)の工程を繰り返し行い、R、G、Bの画素を形成し、RGB画素を作製する。
6)次に、基板上に形成されたRGB画素の保護や表面平滑性を向上させる目的で、必要に応じて、保護膜を形成する。
7)上記カラーフィルタが液晶表示装置用カラーフィルタである場合には、更に、柱状スペーサーを形成することが好ましい。柱状スペーサーは、スペーサーを形成すべき面に、感光性樹脂組成物を所望のスペーサーの高さとなるような厚みに塗工し、上記1)~3)の工程を経て作製することができる。
ここで、カラーフィルタを作製する際には、各部材の作成時に、現像後加熱(ポストベーク)して硬化を更に進行させ、かつ溶媒が残存している場合はこれを完全に除去させることが好ましい。ポストベークの際の温度は70~300℃が好ましい。この温度に設定すると、画素の着色及び熱分解による塗膜の平滑性低下をより充分に抑制することができる他、硬化がより進行して塗膜強度がより高まる。より好ましくは100~250℃、更に好ましくは150~230℃、特に好ましくは180~230℃である。ポストベークは、各部材形成における現像後(各部材作成時における上記3)の後)に行ってもよいし、全ての部材を形成した後に行ってもよい。
<表示装置用部材及び表示装置>
本発明の表示装置用部材及び表示装置は上記硬化物(硬化膜)を有するが、更に、他の構成部材等を1種又は2種以上有するものであってもよい。近年では、表示装置等の技術の進歩に伴い、使用される各部材に対しても更に高度な性能が強く要望されているが、本発明の感光性樹脂組成物を用いれば、このようなニーズに充分に対応できる程度に、各種表示装置の表示品位や撮像品位の信頼性を充分に高めることができる。表示装置としては特に限定されないが、例えば、液晶表示装置、有機EL表示装置、固体撮像素子、タッチパネル式表示装置等が好適である。タッチパネル式表示装置としては、特に、静電容量方式のものが好ましい。
上記表示装置用部材は、上記硬化膜から構成されるフィルム状の単層又は多層の部材であってもよいし、該単層又は多層の部材に更に他の層が組み合わされた部材であってもよいし、また、上記硬化膜を構成中に含む部材(例えばカラーフィルタ等)であってもよい。
以下、実施例によって本発明をさらに詳述するが、下記実施例は本発明を制限するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは全て本発明の技術的範囲に包含される。
以下、本発明に関し、製造例、実施例、比較例および特性評価により具体的に示す。なお、実施例および比較例では、特に記載しない限り%は質量%を、部は質量部を意味する。また、本発明で測定した重量(重量%)は質量(質量%)と同じ値である。
(1)重量平均分子量:Mw
GPC(HLC-8220GPC、東ソー社製)にてTHFを溶離液とし、カラムにTSKgel SuperHZM-N(東ソー社製)を用いて測定し、標準ポリスチレン換算にて算出した。
(2)固形分
製造例で調製した共重合体溶液をアルミカップに約0.3gはかり取り、アセトン約1gを加えて溶解させた後、常温で自然乾燥させた。その後、熱風乾燥機(商品名:PHH-101、エスペック株社製)を用い、140℃で3時間乾燥した後、デシケータ内で放冷し、重量を測定した。その重量減少量から、ポリマー溶液の固形分(樹脂)の重量を計算した。
(3)酸価
製造例で調製した共重合体溶液を1.5g精秤し、アセトン90gと水10gの混合溶媒に溶解させ、0.1NのKOH水溶液で滴定した。滴定は、自動滴定装置(商品名:COM-555、平沼産業社製)を用いて行い、固形分濃度から、ポリマー1g当たりの酸価を求めた(mgKOH/g)。
(4)水分量
実施例、比較例で調製した感光性樹脂組成物B(Blueレジスト)を1.0g精秤し、滴定液(HYDRANAL Composite 5K 和光純薬製)を用いて滴定した。滴定は、自動水分測定装置(商品名:AQV-200、平沼産業社製)を用いて行った。
以下のアルカリ可溶性樹脂を用いた。
[製造例1]共重合体溶液(A-1)の製造
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、(α-アリルオキシメチル)アクリル酸メチル(AOMA)15g、メタクリル酸(MAA)20g、アクリル酸イソノニル(AIN)55g、メタクリル酸メチル(MMA)10g、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート(商品名「パーブチル(登録商標)O」、日本油脂社製、以下PBOともいう)2gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、β-メルカプトプロピオン酸(MPA)1.2g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)18gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA112gとプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)56gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物は180分、連鎖移動剤溶液は210分間かけて滴下した。連鎖移動剤溶液の滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、メタクリル酸グリシジル(GMA)8g、重合禁止剤として6-tert-ブチル-2,4-キシレノール(商品名「トパノール」、東京化成工業社製)0.04g、触媒としてジメチルベンジルアミン(DMBA)0.4gを仕込み、110℃で1時間、115℃で7時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂36.8重量%(質量%)を含む共重合体溶液(A-1)を得た。樹脂の重量平均分子量(Mw)は13000、酸価は100mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、固形分濃度、重量平均分子量(Mw)および酸価を、製造例2~7とともに、表1に示す。
[製造例2]共重合体溶液(A-2)の製造
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、AOMA15g、MAA14.7g、AIN69.3g、MMA1g、PBO2gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、MPA2.3g、PGMEA18gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA112gとPGME56gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物は180分、連鎖移動剤溶液は210分間かけて滴下した。連鎖移動剤溶液の滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA10g、重合禁止剤としてトパノール0.04g、触媒としてDMBA0.4gを仕込み、110℃で1時間、115℃で7時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂36.4重量%を含む共重合体溶液(A-2)を得た。樹脂の重量平均分子量(Mw)は9000、酸価は70mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、固形分濃度、重量平均分子量(Mw)および酸価を表1に示す。
[製造例3]共重合体溶液(A-3)の製造
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、ジメチル-2、2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート(MD)15g、MAA14.7g、AIN69.3g、MMA1g、PBO2gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、MPA2.3g、PGMEA18gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA112gとPGME56gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物は180分、連鎖移動剤溶液は210分間かけて滴下した。連鎖移動剤溶液の滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA10g、重合禁止剤としてトパノール0.04g、触媒としてDMBA0.4gを仕込み、110℃で1時間、115℃で7時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂36.4重量%を含む共重合体溶液(A-3)を得た。樹脂の重量平均分子量(Mw)は9000、酸価は72mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、固形分濃度、重量平均分子量(Mw)および酸価を表1に示す。
[製造例4]共重合体溶液(A-4)の製造
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、AOMA15g、MAA36.5g、ベンジルメタクリレート(BzMA)47g、MMA1.5g、PBO2gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、MPA3.2g、PGMEA18gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA112gとPGME56gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物は180分、連鎖移動剤溶液は210分間かけて滴下した。連鎖移動剤溶液の滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA33g、重合禁止剤としてトパノール0.04g、触媒としてDMBA0.4gを仕込み、110℃で1時間、115℃で7時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂42.1重量%を含む共重合体溶液(A-4)を得た。樹脂の重量平均分子量(Mw)は9200、酸価は126mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、固形分濃度、重量平均分子量(Mw)および酸価を表1に示す。
[製造例5]共重合体溶液(A-5)の製造
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、AOMA15g、MAA35.5g、シクロヘキシルメタクリレート(CHMA)47g、MMA2.5g、PBO2gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、MPA4.0g、PGMEA18gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA112gとPGME56gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物は180分、連鎖移動剤溶液は210分間かけて滴下した。連鎖移動剤溶液の滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA33g、重合禁止剤としてトパノール0.04g、触媒としてDMBA0.4gを仕込み、110℃で1時間、115℃で7時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂41.8重量%を含む共重合体溶液(A-5)を得た。樹脂の重量平均分子量(Mw)は6500、酸価は101mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、固形分濃度、重量平均分子量(Mw)および酸価を表1に示す。
[製造例6]共重合体溶液(A-6)の製造
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、AOMA15g、アクリル酸(AA)34g、AIN47g、MMA4g、PBO2gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、MPA3.2g、PGMEA18gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA112gとPGME56gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物は180分、連鎖移動剤溶液は210分間かけて滴下した。連鎖移動剤溶液の滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA33g、重合禁止剤としてトパノール0.04g、触媒としてDMBA0.4gを仕込み、110℃で1時間、115℃で7時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂42.0重量%を含む共重合体溶液(A-6)を得た。樹脂の重量平均分子量(Mw)は9200、酸価は99mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、固形分濃度、重量平均分子量(Mw)および酸価を表1に示す。
[製造例7]共重合体溶液(A-7)の製造
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備した。他方、モノマー滴下槽中に、モノマー組成物として、MAA36.5g、AIN62g、MMA1.5g、PBO2gを投入し、撹拌混合した。また、連鎖移動剤滴下槽中に、連鎖移動剤溶液として、MPA3.2g、PGMEA18gを投入し、撹拌混合した。
反応槽にPGMEA112gとPGME56gを仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90℃まで昇温した。反応槽の温度が90℃に安定してから、モノマー組成物および連鎖移動剤溶液を滴下した。温度を90℃に保ちながら、モノマー組成物は180分、連鎖移動剤溶液は210分間かけて滴下した。連鎖移動剤溶液の滴下終了後にPBO0.5gを加えた。さらに30分後、槽を115℃に昇温した。1時間、115℃を維持した後、セパラブルフラスコにガス導入管を付け、酸素/窒素=7/93(v/v)混合ガスのバブリングを開始した。次いで、反応槽に、GMA33g、重合禁止剤としてトパノール0.04g、触媒としてDMBA0.4gを仕込み、110℃で1時間、115℃で7時間反応させた。その後、室温まで冷却し、樹脂41.8重量%を含む共重合体溶液(A-7)を得た。樹脂の重量平均分子量(Mw)は9500、酸価は100mgKOH/gであった。共重合体溶液の製造条件、固形分濃度、重量平均分子量(Mw)および酸価を表1に示す。
Figure 2022148032000012
(実施例1~実施例6、及び比較例1~比較例4)
感光性樹脂組成物B(Blueレジスト)調整
バインダー樹脂として上記共重合体溶液(A-1)9.51g(すなわち、樹脂3.5g)、分散剤としてDISPERBYK-2001 2.86g(不揮発分1.3g:ビックケミ―・ジャパン製以下byk2001と表す)、色材として顔料のC.I.ピグメントバイオレット23(Clariant製、以下PV23と表す)1.6g、とC.I.ピグメントブルー15:6(BASF製、以下PB15:6と表す)6.4gを225mlマヨネーズ瓶にはかり取り、不揮発分濃度が20重量%となるようPGMEAで希釈した。これに径1.0mmのジルコニアビーズ64gを加え、フタをした。これをペイントシェーカーで3時間振とうして分散処理を行った。この分散液に多官能モノマーとしてジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(DPHAと表す)4.4g、バインダー樹脂として上記共重合体溶液(A-1)4.89g(すなわち、樹脂1.8g)、および光重合開始剤としてエタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-,1-(O-アセチルオキシム)(商品名「IRGACURE(登録商標)OXE02」、BASFジャパン社製、以下OXE02と表す)0.6g、UV吸収剤としてSEESORB707(S707)(シプロ化成社製)0.4gを加え、不揮発分濃度が20重量%となるようにPGMEAで希釈した。ジルコニアビーズを除去した後、孔径1.0μmのフィルタでろ過し、感光性樹脂組成物B1を調製した。
同様にバインダー樹脂として上記共重合体溶液(A-2~A-7)を用いて感光性樹脂組成物B2~10を調製した。組成を表2に記す。
樹脂組成物B10については水分測定後、水分量が0.15質量%となるようイオン交換水を添加した。
以下のUV吸収剤(UVA)を使用した。
チヌビン479(T479)、チヌビン326(T326)、チヌビン384(T384)(BASFジャパン社製)
SEESORB707(S707)、SEESORB107(S107)(シプロ化成社製)
〈現像方法〉
10cm角のガラス基板上に、上記感光性樹脂組成物B1~10をスピンコーターにより塗布し、オーブンで90℃3分間乾燥した。乾燥後、塗膜から100μmの距離に2~100μmのラインアンドスペースを有するフォトマスクを配置して2.0kWの超高圧水銀ランプを装着したUVアライナ(商品名「TME-150RNS」、TOPCON社製)によって100mJ/cmの強度(365nm照度換算)で紫外線を照射した。紫外線照射後、塗膜に0.05%の水酸化カリウム水溶液をスピン現像機にて散布し、未露光部を溶解、除去し、残った露光部を純水で10秒間水洗することにより現像して、ラインアンドスペースのパターンを形成した。得られたパターンを上記評価(5)~(7)に供した。結果を表2に示す。
(5)現像速度
現像した際、パターンが形成可能な最短時間を現像速度とした。
(6)密着性
露光後アルカリ現像を、上記現像速度(最短時間)+10秒行った後にパターンの欠損の有無を観察した。欠損の無い最小のライン&スペースマスク幅を密着性とした。
(7)CD(線太り)
パターンの幅および高さは、レーザー顕微鏡(商品名「VK-9700」、キーエンス社製)を用いて測定した。測定後のパターンの幅から測定したパターンを作成したマスク幅を引いた値をCDとした。
(8)樹脂組成物B安定性
樹脂組成物Bの25℃での粘度をコーンプレート型回転粘度計(TVE22LT、東機産業製)により測定した。調整直後と40℃で65時間保存後の粘度を比較した。
コーンプレートは標準ロータ(名称:1°34´×R24)を用いた。
表2の変化率は下記計算式により算出した。
変化率=40℃で65時間保存後の測定値/調整直後の測定値 (式)
Figure 2022148032000013
実施例と比較例との比較より、本発明の特定成分を有する感光性樹脂組成物(ミルベースとクリアレジストの混合溶液)の優位性を確認できた。
比較例1(組成物B7)及び比較例3(組成物B9)では紫外線吸収剤を含まないのでCD値が高く、他の紫外線吸収剤を含む組成物に比べて線太りが顕著に見られる。
比較例2(組成物B8)ではアルカリ可溶性樹脂として、主鎖にヘテロ環を有する特定構造の樹脂を含まないので粘度変化率が高く、保存安定性が低いことが分かる。一方、実施例1~実施例6(組成物B1~組成物B6)では、アルカリ可溶性樹脂として、主鎖にヘテロ環を有する特定構造の樹脂を含むので粘度変化率が低く、保存安定性が高いことが分かる。
実施例4(組成物B4)と比較例4(組成物B10)との比較より、組成物中に含まれる水の含有量を0.15質量%から0.04質量%に減らすことで粘度変化率が低くなり、保存安定性が改善することが分かる。
樹脂の原料としてAIN(アクリル酸イソノニル)を使っている実施例1~実施例3(組成物B1~組成物B3)ではCD値が低く、微細化が良好であり、粘度変化率が低く保存安定性も良好であった。樹脂の原料としてAINを使っていない実施例4(組成物B4)及び実施例5(組成物B5)ではCD値がやや高いが、密着性が高く保存安定性は良好であった。AINのように長鎖の炭化水素基を有するモノマー原料を使用する樹脂を含むことで微細化が良好になると考えられる。
紫外線吸収剤として、S107(ベンゾフェノン化合物)を含む実施例2及び実施例3(組成物B2及び組成物B3)は、CD値が特に低く、微細化が良好であった。
実施例6(組成物B6)ではアルカリ可溶性樹脂として、GMA付加量が多く、GMA付加時に生じるヒドロキシル基によって親水性が高い樹脂を含むので現像速度が早くなっていると考えられる。
本発明の感光性樹脂組成物を硬化して得られる微細な画素パターンを有するカラーフィルター等の部材は、画像表示装置等の電機・電子分野で好適に使用できる。

Claims (7)

  1. アルカリ可溶性樹脂、重合性単量体、色材、光重合開始剤、紫外線吸収剤及び溶剤を含む感光性樹脂組成物であって、該アルカリ可溶性樹脂は、下記一般式(1)又は(2):
    Figure 2022148032000014
    (式中、R及びRは、同一又は異なって、水素原子又は炭素数1~30の有機基を表す。Rは、水素原子又はメチル基を表す。X、Y及びZは、同一又は異なって、メチレン基、水素原子がメチル基で置換されたメチレン基、酸素原子、硫黄原子、又は、イミノ基を表す。但し、X、Y及びZのうち少なくとも1つは、酸素原子、硫黄原子又はイミノ基を表す。)で表されるヘテロ環含有構成単位を有することを特徴とする感光性樹脂組成物。
  2. 前記光重合開始剤は、オキシム系開始剤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. 前記紫外線吸収剤は、ベンゾトリアゾール化合物、ベンゾフェノン化合物、及びトリアジン化合物から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1又は2に記載の感光性樹脂組成物。
  4. 前記感光性樹脂組成物は、40℃において65時間保管後の粘度変化率が120%以下であることを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載の感光性樹脂組成物。
  5. 請求項1~4の何れか1項に記載の感光性樹脂組成物を硬化して得られる硬化物。
  6. 請求項5に記載の硬化物を有するカラーフィルター。
  7. 請求項6に記載のカラーフィルターを有する表示装置。
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