JP5051378B2 - 感放射線性樹脂組成物、液晶表示素子のスペーサーおよび保護膜ならびにそれらの形成方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、従来知られている感放射線性樹脂組成物を用いて照射時間が短縮された、すなわち低露光量の放射線照射工程によりスペーサーまたは保護膜を形成すると、得られるパターンの硬度が不足し、パネル不良の原因となる問題がある。
一方、現像時間の短縮を実現するためには、高濃度の現像液の使用や現像性の向上された感放射線性樹脂組成物の使用が試みられている。しかし、これらのいずれの方策も、現像時にパターンの一部が剥離する不具合が発生する場合があり、特にスペーサーを形成する場合にあってはパターンの断面形状が逆テーパー状(膜表面の辺の長さが基板側の辺の長さよりも長い逆台形状)となって後に行われる液晶配向膜のラビング工程の際にパターンが剥離する問題が生ずることがある。特に、上記の照射時間が短縮された放射線照射工程を採用した場合に現像時やラビング工程時のパターン剥離が発生しやすいこととなる。
さらに加えて、スペーサーや保護膜は液晶表示素子内に残存する「永久膜」であるため、これらから不純物が素子内に溶出しないことが要求される。しかしながら、従来知られている感放射線性樹脂組成物から形成された保護膜、スペーサーを具備する液晶表示素子は、溶出した不純物に起因すると推定される「焼き付き」が生ずることがあり、問題となっている。
本発明の別の目的は、上記の感放射線性樹脂組成物を用いた液晶表示素子のスペーサーまたは保護膜の形成方法を提供することにある。本発明のさらに別の目的は、上記の感放射線性樹脂組成物から形成された液晶表示素子のスペーサーまたは保護膜を提供することにあり、さらに長期信頼性に優れる液晶表示素子を提供することにある。
(A−1)(a1)不飽和カルボン酸および不飽和カルボン酸無水物よりなる群から選択される少なくとも1種と、(a2)下記式(1)で表される構造を有する重合性不飽和化合物および下記式(2)で表される構造を有する重合性不飽和化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種と、(a3)オキシラニル基を有する重合性不飽和化合物およびオキセタニル基を有する重合性不飽和化合物よりなる群から選択される少なくとも1種とを含有する不飽和化合物の共重合体、
(B)重合性不飽和化合物、ならびに
(C)感放射線性重合開始剤
を含有する感放射線性樹脂組成物(以下、「樹脂組成物(α1)」ということがある。)によって達成される。
本発明の上記目的および利点は、第二に、
(A−2)前記(a1)成分と(a2)成分とを含有しそして前記(a3)成分を含有しない不飽和化合物の共重合体、
(A−3)前記(a1)成分と(a3)成分とを含有しそして前記(a2)成分を含有しない不飽和化合物の共重合体、
(B)重合性不飽和化合物、および
(C)感放射線性重合開始剤
を含有する感放射線性樹脂組成物(以下、「樹脂組成物(α2)」ということがある。)によって達成される。
本発明の上記目的および利点は、第三に、
(A−2)前記(a1)成分と(a2)成分を含有しそして前記(a3)成分を含有しない不飽和化合物の共重合体、
(B)重合性不飽和化合物、
(C)感放射線性重合開始剤、および
(D)一分子中に2個以上のオキシラニル基またはオキセタニル基を有する化合物(但し、前記(A−1)共重合体および(A−3)共重合体を除く。)
を含有する感放射線性樹脂組成物(以下、「樹脂組成物(α3)」ということがある。)によって達成される。
本発明の上記目的および利点は、第四に、
少なくとも下記(1)〜(4)の工程を、下記に記載の順で含む液晶表示素子のスペーサーまたは保護膜の製造方法によって達成される。
(1)本発明の感放射線性樹脂組成物(上記樹脂組成物(α1)、樹脂組成物(α2)または樹脂組成物(α3))の被膜を基板上に形成する工程、
(2)該被膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
(3)放射線照射後の被膜を現像する工程、および
(4)現像後の被膜を加熱する工程。
そして本発明の上記目的および利点は、第五に、
上記樹脂組成物(α1)、樹脂組成物(α2)または樹脂組成物(α3)から形成されたスペーサーおよび保護膜の少なくとも一方を具備する液晶表示素子によって達成される。
本発明の感放射線性樹脂組成物から形成された本発明のスペーサーまたは保護膜は、寸法精度、強度、耐熱性などの諸性能に優れ、液晶表示素子に好適に使用することができる。また、液晶配向膜剥離液に対する耐久性(耐薬品性)にも優れるから基板再生工程における製品歩留まりを向上することができる。さらに本発明のスペーサーは、液晶配向膜のラビング工程においてパターンが剥離することがない。
上記のスペーサーまたは保護膜を具備する本発明の液晶表示素子は、「焼き付き」の発生が抑制されたものであり、長期信頼性に優れる。
以下、本発明の感放射線性樹脂組成物の各成分について詳述する。
(A−1)共重合体
本発明の樹脂組成物(α1)に含有される(A−1)共重合体は、(a1)不飽和カルボン酸および不飽和カルボン酸無水物よりなる群から選択される少なくとも1種(以下、「化合物(a1)」ということがある。)と、(a2)上記式(1)で表される構造を有する重合性不飽和化合物および上記式(2)で表される構造を有する重合性不飽和化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種(以下、「化合物(a2)」ということがある。)と、(a3)オキシラニル基を有する重合性不飽和化合物およびオキセタニル基を有する重合性不飽和化合物よりなる群から選択される少なくとも1種(以下、「化合物(a3)」ということがある。)とを含有する不飽和化合物の共重合体である。
化合物(a1)としては、カルボキシル基またはカルボン酸無水物構造と重合性不飽和結合とを有するものである限り、特に限定はされないが、例えば不飽和モノカルボン酸化合物、不飽和ジカルボン酸化合物、不飽和ジカルボン酸化合物の無水物、多環式の不飽和カルボン酸化合物、多環式の不飽和ジカルボン酸化合物、多環式の不飽和ジカルボン酸化合物の無水物などを挙げることができる。
上記不飽和モノカルボン酸化合物としては、例えば(メタ)アクリル酸、クロトン酸、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルコハク酸、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸、フタル酸モノヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ω−カルボキシポリカプロラクトンモノアクリレート(東亞合成(株)から商品名「アロニックスM−5300」として市販されている。)など;
上記不飽和ジカルボン酸化合物としては、例えばマレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸など;
上記不飽和ジカルボン酸化合物の無水物としては、例えば上記不飽和ジカルボン酸化合物として例示した化合物の無水物など;
上記多環式の不飽和カルボン酸化合物としては、例えば5−カルボキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−カルボキシ−5−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−カルボキシ−5−エチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−カルボキシ−6−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−カルボキシ−6−エチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エンなど;
上記多環式の不飽和ジカルボン酸化合物としては、例えば5,6−ジカルボキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エンなど;
上記多環式の不飽和ジカルボン酸化合物の無水物としては、例えば上記多環式の不飽和ジカルボン酸化合物として例示した化合物の無水物などを、それぞれ挙げることができる。
(A−1)共重合体において、化合物(a1)は単独でまたは2種以上混合して用いることができる。
なお、化合物(a1)がカルボキシル基を有するものである場合には、カルボキシル基を保護したうえで重合に供し、次いで脱保護することによりカルボキシル基を再生してもよい。ここで、カルボキシル基を保護する保護基としては、特に限定されずカルボキシル基の保護基として公知のものが使用できる。例えばトリアルキルシリル基、1−アルコキシアルキル基、環状1−アルコキシアルキル基などがあげられる。さらに具体的には、例えばトリメチルシリル基、ジメチルブチルシリル基、1−エトキシエチル基、1−プロポキシエチル基、テトラヒドロフラニル基、テトラヒドロピラニル基、トリフェニルメチル基などを挙げることができる。
上記式(1)における炭素数1〜8のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、(イソ)プロピル基、(イソ)ブチル基、(イソ)ペンチル基、(イソ)ヘキシル基、(イソ)ヘプチル基、(イソ)オクチル基などを挙げることができる。炭素数1〜4のアルコキシル基としては、例えば、メトキシル基、エトキシル基、(イソ)プロピルオキシ基、(イソ)ブトキシル基などが挙げられる。例えばシクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチルなどを挙げることができる。R2およびR3が相互に結合してこれらが結合している炭素原子とともに形成する脂環としては、員数4〜8の脂環が好ましく、例えばシクロブタン環、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロヘプタン環、シクロオクタン環などを挙げることができる。この脂環に置換していてもよいアルキル基としては、炭素数1〜4のアルキル基が好ましい。
上記式(2)における炭素数1〜8のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、(イソ)プロピル基、(イソ)ブチル基、(イソ)ペンチル基、(イソ)ヘキシル基、(イソ)ヘプチル基、(イソ)オクチル基などを挙げることができる。炭素数1〜4のアルコキシル基としては、例えば、メトキシル基、エトキシル基、(イソ)プロピオキシ基、(イソ)ブトキシル基などを挙げることができる。R5およびR6が互いに結合してR5が結合している炭素原子およびR6が結合している酸素原子とともに形成する複素環としては、員数5または6の複素環が好ましく、例えばテトラヒドロフラン環、テトラヒドロピラン環などを挙げることができる。
化合物(a2)としては、上記式(1)または(2)で表される構造を有する重合性不飽和化合物である限り特に限定はされないが、上記式(1)で表される構造を有する重合性不飽和化合物としては、例えば下記式(3)で表される化合物を挙げることができ、上記式(2)で表される構造を有する重合性不飽和化合物としては、例えば下記式(4)で表される化合物を挙げることができる。
上記式(3)で表される化合物の具体例としては、例えば
チオ(メタ)アクリル酸S−(2−(2−メチルブチル))エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(2−(2−メチルペンチル))エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(2−(2−メチルノニル))エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(3−(3−メチルペンチル))エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(3−(3−メチルヘキシル))エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(3−(3−メチルデシル))エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(3−(3−エチルペンチル))エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(3−(3−エチルヘキシル))エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(3−(3−エチルデシル))エステル、
チオ(メタ)アクリル酸S−シクロプロピルエステル、チオ(メタ)アクリル酸S−シクロブチルエステル、チオ(メタ)アクリル酸S−シクロペンチルエステル、チオ(メタ)アクリル酸S−シクロヘキシルエステル、チオ(メタ)アクリル酸S−シクロヘプチルエステル、チオ(メタ)アクリル酸S−シクロオクチルエステル、
チオ(メタ)アクリル酸S−(1−エチルシクロプロピル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−エチルシクロブチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−エチルシクロペンチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−エチルシクロヘキシル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−エチルシクロヘプチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−エチルシクロオクチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−エチルシクロノニル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−エチルシクロデカニル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−エチルシクロデカニル)エステル、
チオ(メタ)アクリル酸S−(1−プロピルシクロプロピル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−プロピルシクロブチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−プロピルシクロペンチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−プロピルシクロヘキシル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−プロピルシクロヘプチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−プロピルシクロオクチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−プロピルシクロノニル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−プロピルシクロデカニル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−プロピルシクロデカニル)エステル、
チオ(メタ)アクリル酸S−(1−ペンチルシクロプロピル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−ペンチルシクロブチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−ペンチルシクロペンチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−ペンチルシクロヘキシル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−ペンチルシクロヘプチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−ペンチルシクロオクチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−ペンチルシクロノニル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−ペンチルシクロデカニル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−ペンチルシクロデカニル)エステル、
チオ(メタ)アクリル酸S−(1−ヘキシルシクロプロピル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−ヘキシルシクロブチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−ヘキシルシクロペンチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−ヘキシルシクロヘキシル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−ヘキシルシクロヘプチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−ヘキシルシクロオクチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−ヘキシルシクロノニル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−ヘキシルシクロデカニル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−ヘキシルシクロデカニル)エステル、
チオ(メタ)アクリル酸S−(1−オクチルシクロプロピル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−オクチルシクロブチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−オクチルシクロペンチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−オクチルシクロヘキシル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−オクチルシクロヘプチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−オクチルシクロオクチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−オクチルシクロノニル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−オクチルシクロデカニル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−オクチルシクロデカニル)エステルなどを挙げることができる。
チオ(メタ)アクリル酸S−メトキシメチルエステル、チオ(メタ)アクリル酸S−エトキシメチルエステル、チオ(メタ)アクリル酸S−プロポキシメチルエステル、チオ(メタ)アクリル酸S−ブトキシメチルエステル、チオ(メタ)アクリル酸S−ヘキシロキシメチルエステル、チオ(メタ)アクリル酸S−ヘプチロキシメチルエステル、チオ(メタ)アクリル酸S−オクチロキシメチルエステル、
チオ(メタ)アクリル酸S−(1−メトキシエチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−メトキシプロピル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−メトキシプロピル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−メトキシブチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−メトキシペンチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−メトキシヘキシル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−メトキシヘプチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−メトキシヘプチル)エステル、
チオ(メタ)アクリル酸S−(1−エトキシエチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−エトキシプロピル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−エトキシプロピル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−エトキシブチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−エトキシペンチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−エトキ−ヘキシル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−エトキシヘプチル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(1−エトキシヘプチル)エステル、
チオ(メタ)アクリル酸S−(2−(2−エトキシブチル))エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(2−(2−エトキシペンチル))エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(2−(2−エトキシヘキシル))エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(2−(2−エトキシヘプチル))エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(2−(2−エトキシオクチル))エステル、
チオ(メタ)アクリル酸S−(3−(3−メトキシペンチル))エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(3−(3−メトキシヘキシル))エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(3−(3−メトキシヘプチル))エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(3−(3−メトキシオクチル))エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(3−(3−メトキシノニル))エステル、
チオ(メタ)アクリル酸S−(3−(3−エトキシペンチル))エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(3−(3−エトキシヘキシル))エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(3−(3−エトキシヘプチル))エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(3−(3−エトキシオクチル))エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(3−(3−エトキシノニル))エステル、
チオ(メタ)アクリル酸S−(テトラヒドロフラン−2−イル)エステル、チオ(メタ)アクリル酸S−(テトラヒドロピラン−2−イル)エステルなどを挙げることができる。
(A−1)共重合体において、化合物(a2)は、単独であるいは2種以上を組み合わせて用いられる。
これらの具体例としては、オキシラニル基を有する(メタ)アクリル酸エステル化合物として、例えば(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸2−メチルグリシジル、(メタ)アクリル酸3,4−エポキシブチル、(メタ)アクリル酸6,7−エポキシヘプチル、(メタ)アクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチルなど;
オキシラニル基を有するα−アルキルアクリル酸エステル化合物として、例えばα−エチルアクリル酸グリシジル、α−n−プロピルアクリル酸グリシジル、α−n−ブチルアクリル酸グリシジル、α−エチルアクリル酸6,7−エポキシヘプチルなど;
グリシジルエーテル化合物として、例えばo−ビニルベンジルグリシジルエーテル、m−ビニルベンジルグリシジルエーテル、p−ビニルベンジルグリシジルエーテルなどを、それぞれ挙げることができる。
(A−1)共重合体において、化合物(a3)は、単独でまたは2種以上組み合わせて用いることができる。
これらの具体例としては、(メタ)アクリル酸アルキルエステルとして、例えばメチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、i−プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレート、s−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレートなど;
(メタ)アクリル酸の脂環族エステルとして、例えばシクロヘキシル(メタ)アクリレート、2−メチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル(メタ)アクリレート(以下、「トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル」を「ジシクロペンタニル」ともいう。)、2−ジシクロペンタニルオキシエチル(メタ)アクリレート、イソボロニル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレートなど;
(メタ)アクリル酸アリールエステルとして、例えばフェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸アリールエステル;フェニルメタクリレート、ベンジルメタクリレートなど;
不飽和ジカルボン酸のジエステルとして、例えばマレイン酸ジエチル、フマル酸ジエチル、イタコン酸ジエチルなど;
ポリエーテルの(メタ)アクリレート化合物として、例えばポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレートなど;
芳香族ビニル化合物として、例えばスチレン、α−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−メトキシスチレンなど;
その他の不飽和化合物として、例えば(メタ)アクリロニトリル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、(メタ)アクリルアミド、酢酸ビニル、1,3−ブタジエン、イソプレン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、N−シクロヘキシルマレイミド、N−フェニルマレイミド、N−ベンジルマレイミド、N−スクシンイミジル−3−マレイミドベンゾエート、N−スクシンイミジル−4−マレイミドブチレート、N−スクシンイミジル−6−マレイミドカプロエート、N−スクシンイミジル−3−マレイミドプロピオネート、N−(9−アクリジニル)マレイミドなどを、それぞれ挙げることができる。
これら化合物(a4)のうち、ベンジルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレート、スチレン、1,3−ブタジエンまたはテトラヒドロフルフリルメタクリレートが、共重合反応性の点から好ましい。
化合物(a4)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。
このような共重合割合の(A−1)共重合体を含有する本発明の感放射線性樹脂組成物は、保存安定性およびアルカリ現像液に対する溶解性に優れ、得られるスペーサーまたは保護膜が十分な強度を有することとなり、所望のパターン寸法をより容易に得られることとなる点で好ましい。
(A−1)共重合体の好ましい具体例としては、例えばメタクリル酸/チオ(メタ)アクリル酸S−シクロヘキシルエステル/メタクリル酸グリシジル/スチレン/ブタジエン/ジシクロペンタニルメタクリレート共重合体、アクリル酸/チオ(メタ)アクリル酸S−シクロヘキシルエステル/メタクリル酸グリシジル/スチレン/ジシクロペンタニルメタクリレート共重合体、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルコハク酸/チオ(メタ)アクリル酸S−(テトラヒドロフラン−2−イル)エステル/(メタ)アクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル/メタクリル酸ベンジル共重合体、メタクリル酸/チオ(メタ)アクリル酸S−(テトラヒドロピラン−2−イル)エステル/3−((メタ)アクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン/メタクリル酸n−ブチル/メタクリル酸ベンジル共重合体、メタクリル酸/チオ(メタ)アクリル酸S−シクロヘキシルエステル/3−((メタ)アクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン/メタクリル酸グリシジル/ジシクロペンタニルメタクリレート共重合体、メタクリル酸/チオ(メタ)アクリル酸S−(テトラヒドロピラン−2−イル)エステル/メタクリル酸2−メチルグリシジル/スチレン/シクロヘキシルマレイミドなどを挙げることができる。
樹脂組成物(α1)において、(A−1)共重合体は、単独でまたは2種以上組み合わせて用いることができる。
本発明の樹脂組成物(α2)または樹脂組成物(α3)に含有される(A−2)共重合体は、上記化合物(a1)と化合物(a2)とを含有しそして上記化合物(a3)を含有しない不飽和化合物の共重合体である。
(A−2)共重合体においては、化合物(a1)および化合物(a2)と共に、さらに上記化合物(a4)を共重合することが好ましい。化合物(a1)、化合物(a2)および化合物(a4)として好ましい重合性不飽和化合物としては、それぞれ、(A−1)共重合体における化合物(a1)、化合物(a2)および化合物(a4)と同様の化合物を挙げることができる。
(A−2)共重合体は、各重合性不飽和化合物から誘導される構成単位を、化合物(a1)、(a2)および(a4)から誘導される繰り返し単位の合計に基づいて、化合物(a1)につき5〜30重量%、化合物(a2)につき10〜60重量%および化合物(a4)につき10〜80重量%含有していることが好ましく、化合物(a1)につき10〜25重量%、化合物(a2)につき15〜60重量%および化合物(a4)につき15〜75重量%含有していることがさらに好ましい。
このような共重合割合の(A−2)共重合体を含有する本発明の感放射線性樹脂組成物は、保存安定性およびアルカリ現像液に対する溶解性に優れ、得られるスペーサーまたは保護膜が十分な強度を有することとなり、所望のパターン寸法をより容易に得られることとなる点で好ましい。
(A−2)共重合体の好ましい具体例としては、例えばメタクリル酸/チオ(メタ)アクリル酸S−シクロヘキシルエステル/スチレン/ブタジエン/ジシクロペンタニルメタクリレート共重合体、アクリル酸/チオ(メタ)アクリル酸S−シクロヘキシルエステル/スチレン/ジシクロペンタニルメタクリレート共重合体、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルコハク酸/チオ(メタ)アクリル酸S−(テトラヒドロフラン−2−イル)エステル/メタクリル酸ベンジル共重合体、メタクリル酸/チオ(メタ)アクリル酸S−(テトラヒドロピラン−2−イル)エステル/メタクリル酸n−ブチル/メタクリル酸ベンジル共重合体、メタクリル酸/チオ(メタ)アクリル酸S−シクロヘキシルエステル/メタクリル酸グリシジル/ジシクロペンタニルメタクリレート共重合体、アクリル酸/チオ(メタ)アクリル酸S−シクロヘキシルエステル/メタクリル酸テトラヒドロフルフリル/スチレン/フェニルマレイミド共重合体などを挙げることができる。
樹脂組成物(α2)または樹脂組成物(α3)において、(A−2)共重合体は、単独でまたは2種以上組み合わせて用いることができる。
本発明の樹脂組成物(α2)に含有される(A−3)共重合体は、上記化合物(a1)と化合物(a3)とを含有しそして上記化合物(a2)を含有しない不飽和化合物の共重合体である。
(A−3)共重合体においては、化合物(a1)および化合物(a3)と共に、さらに上記化合物(a4)を共重合することが好ましい。化合物(a1)、化合物(a3)および化合物(a4)として好ましい重合性不飽和化合物としては、それぞれ、(A−1)共重合体における化合物(a1)、化合物(a3)および化合物(a4)と同様の化合物を挙げることができる。
(A−3)共重合体は、各重合性不飽和化合物から誘導される構成単位を、化合物(a1)、(a3)および(a4)から誘導される繰り返し単位の合計に基づいて、化合物(a1)につき10〜50重量%、化合物(a3)につき10〜70重量%および化合物(a4)につき10〜80重量%含有していることが好ましく、化合物(a1)につき10〜45重量%、化合物(a3)につき15〜65重量%および化合物(a4)につき15〜75重量%含有していることがさらに好ましい。
このような共重合割合の(A−3)共重合体を含有する本発明の感放射線性樹脂組成物は、保存安定性およびアルカリ現像液に対する溶解性に優れ、得られるスペーサーまたは保護膜が十分な強度を有することとなり、所望のパターン寸法をより容易に得られることとなる点で好ましい。
(A−3)共重合体の好ましい具体例としては、例えばメタクリル酸/メタクリル酸グリシジル/スチレン/ブタジエン/ジシクロペンタニルメタクリレート共重合体、アクリル酸/メタクリル酸グリシジル/スチレン/ジシクロペンタニルメタクリレート共重合体、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルコハク酸/(メタ)アクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル/メタクリル酸ベンジル共重合体、メタクリル酸/3−((メタ)アクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン/メタクリル酸n−ブチル/メタクリル酸ベンジル共重合体、メタクリル酸/3−((メタ)アクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン/メタクリル酸グリシジル/ジシクロペンタニルメタクリレート共重合体、メタクリル酸/メタクリル酸2−メチルグリシジル/スチレン/シクロヘキシルマレイミドなどを挙げることができる。
樹脂組成物(α2)において、(A−3)共重合体は、単独でまたは2種以上組み合わせて用いることができる。
(A−1)共重合体、(A−2)共重合体および(A−3)共重合体は、それぞれ、例えば各重合性不飽和化合物を溶媒中、適当なラジカル重合開始剤の存在下でラジカル重合することによって製造することができる。これらの共重合体の製造に使用される溶媒としては、特に限定されるものでないが、例えばジエチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ベンジルアルコール、2−フェニルエチルアルコール、3−フェニル−1−プロパノール、3−メトキシブタノールなどのアルコール化合物;
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、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、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、3−メトキシブチルアセテート、シクロヘキサノールアセテートなどの(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート化合物;
テトラヒドロフランなどの他のエーテル化合物;
メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノンなどのケトン化合物;
ジアセトンアルコール(すなわち、4−ヒドロキシ−4−メチルペンタン−2−オン)、4−ヒドロキシ−4−メチルヘキサン−2−オンなどのケトアルコール化合物;
乳酸メチル、乳酸エチルなどの乳酸アルキルエステル化合物;
2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチルブタン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルプロピオネート、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸i−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、ぎ酸n−ペンチル、酢酸i−ペンチル、プロピオン酸n−ブチル、酪酸エチル、酪酸n−プロピル、酪酸i−プロピル、酪酸n−ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸n−プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2−オキソブタン酸エチルなどの他のエステル化合物;
トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素化合物;
N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどのアミド化合物などを、挙げることができる。
これらの溶媒は、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。
これらのラジカル重合開始剤は、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。
ラジカル重合開始剤の使用量は、全不飽和化合物100重量部に対して、好ましくは0.1〜30重量部であり、より好ましくは0.1〜15重量部である。
重合温度は好ましくは0〜150℃、より好ましくは50〜120℃であり、重合時間は好ましくは10分〜20時間、より好ましくは1〜7時間である。
このようにして得られた各共重合体は、これを含有する重合体溶液のまま感放射線性樹脂組成物の調製に供してもよく、または重合体溶液から分離したうえで感放射線性樹脂組成物の調製に供してもよい。
なお、樹脂組成物(α2)における(A−2)共重合体と(A−3)共重合体との混合比率は、重量比で10:90〜90:10であることが好ましく、15:85〜85:15であることがさらに好ましい。このような混合比率で(A−2)共重合体および(A−3)共重合体を使用することにより、樹脂組成物(α2)は保存安定性に優れ、得られるスペーサーまたは保護膜が十分な強度を有することとなる点で好ましい。
本発明の感放射線性樹脂組成物に含有される(B)重合性不飽和化合物としては、一分子中に重合性不飽和結合を4個以上有する化合物(以下、「重合性不飽和化合物(B1)」という。)または一分子中に重合性不飽和結合を1〜3個有する化合物(以下、「重合性不飽和化合物(B2)」という。)であることが好ましい。
かかる重合性不飽和化合物(B1)としては、例えば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(2−(メタ)アクリロイロキシエチル)フォスフェートなどのほか、直鎖アルキレン基および脂環式構造を有し且つ2個以上のイソシアネート基を有する化合物と、分子内に1個以上の水酸基を有しかつ3〜5個の(メタ)アクリロイロキシ基を有する化合物とを反応させて得られるウレタン(メタ)アクリレート化合物などを挙げることができる。
重合性不飽和化合物(B1)の市販品としては、例えばアロニックスM−400、同M−402、同M−405、同M−450、同M−1310、同M−1600、同M−1960、同M−7100、同M−8030、同M−8060、同M−8100、同M−8530、同M−8560、同M−9050、アロニックスTO−1450、同TO−1382(以上、東亞合成(株)製)、KAYARAD DPHA、同DPCA−20、同DPCA−30、同DPCA−60、同DPCA−120、同MAX−3510(以上、日本化薬(株)製)、ビスコート295、同300、同360、同GPT、同3PA、同400(以上、大阪有機化学工業(株)製)や、ウレタンアクリレート系化合物として、ニューフロンティア R−1150(第一工業製薬(株)製)、KAYARAD DPHA−40H、UX−5000(以上、日本化薬(株)製)、UN−9000H(根上工業(株)製)などを挙げることができる。
重合性不飽和化合物(B2)の市販品としては、例えば、アロニックスM−5300、同M−5600、同M−5700、M−210、同M−220、同M−240、同M−270、同M−6200、同M−305、同M−309、同M−310、同M−315(以上、東亞合成(株)製)、KAYARAD HDDA、KAYARAD HX−220、同HX−620、同R−526、同R−167、同R−604、同R−684、同R−551、同R−712、UX−2201、UX−2301、UX−3204、UX−3301、UX−4101、UX−6101、UX−7101、UX−8101、UX−0937、MU−2100、MU−4001(以上、日本化薬(株)製)、アートレジンUN−9000PEP、同UN−9200A、同UN−7600、同UN−333、同UN−1003、同UN−1255、同UN−6060PTM、同UN−6060P(以上、根上工業(株)製)、同SH−500Bビスコート260、同312、同335HP(以上、大阪有機化学工業(株)製)などを挙げることができる。
本発明の感放射線性樹脂組成物における(B)重合性不飽和化合物の使用割合は、共重合体の合計(樹脂組成物(α1)においては(A−1)共重合体の量、樹脂化合物(α2)においては(A−2)共重合体および(A−3)共重合体の合計量、樹脂化合物(α2)においては(A−2)共重合体の量をいう。以下同じ。)の100重量部に対して、好ましくは40〜250重量部であり、より好ましくは60〜180重量部である。
(B)重合性不飽和化合物は、重合性不飽和化合物(B1)と(B2)とを、それぞれ少なくとも1種類含有していることが好ましい。この場合、重合性不飽和化合物(B1)および(B2)の合計に占める重合性不飽和化合物(B1)の割合としては、好ましくは40〜99重量%であり、より好ましくは60〜95重量%である。
かかる割合で(B)重合性不飽和化合物を含有することにより、本発明の感放射線性樹脂組成物は、低露光量においても所望のパターン寸法を有するパターン状薄膜をより容易に形成しうることとなり、好ましい。
本発明の感放射線性樹脂組成物に含有される(C)感放射線性重合開始剤は、放射線に感応して(B)重合性不飽和化合物の重合を開始しうる活性種を生じる成分である。
このような(C)感放射線性重合開始剤としては、O−アシルオキシム化合物、アセトフェノン化合物、ビイミダゾール化合物、感放射線性カチオン重合開始剤、ベンゾイン化合物、ベンゾフェノン化合物、α−ジケトン化合物、多核キノン化合物、キサントン化合物、ホスフィン化合物、トリアジン化合物などを挙げることができる。
上記O−アシルオキシム化合物の具体例としては、例えば1−〔9−エチル−6−ベンゾイル−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1,2−ノナン−2−オキシム−O−ベンゾエート、1−〔9−エチル−6−ベンゾイル−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1,2−ノナン−2−オキシム−O−アセテート、1−〔9−エチル−6−ベンゾイル−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1,2−ペンタン−2−オキシム−O−アセテート、1−〔9−エチル−6−ベンゾイル−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−オクタン−1−オンオキシム−O−アセテート、1−〔9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−エタン−1−オンオキシム−O−ベンゾエート、1−〔9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−エタン−1−オンオキシム−O−アセテート、1−〔9−n−ブチル−6−(2−エチルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−エタン−1−オンオキシム−O−ベンゾエート、エタノン−1−[9−エチル−6−(2−メチル−4−テトラヒドロフラニルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)、
これらO−アシルオキシム化合物は、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。
これらの具体例としては、α−アミノケトン化合物として、例えば2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタン−1−オン、2−ジメチルアミノ−2−(4−メチルベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イル−フェニル)−ブタン−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−オンなど;
α−ヒドロキシケトン化合物として、例えば1−フェニル−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、1−(4−i−プロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル−(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ケトン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンなど;
その他のアセトフェノン化合物として、例えば2,2−ジメトキシアセトフェノン、2,2−ジエトキシアセトフェノン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノンなどを、それぞれ挙げることができる。
これらアセトフェノン化合物のうちα−アミノケトン化合物が好ましく、特に2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタン−1−オンまたは2−ジメチルアミノ−2−(4−メチルベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イル−フェニル)−ブタン−1−オンが好ましい。
これらビイミダゾール化合物のうち、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’−ビイミダゾールまたは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’−ビイミダゾールが好ましく、特に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’−ビイミダゾールが好ましい。
上記アミノ系増感剤は、ビイミダゾール化合物の放射線感度を増感し、イミダゾールラジカルの発生効率を高める機能を有する化合物であり、感放射線性樹脂組成物の感度および解像度を向上し、形成されるスペーサーまたは保護膜の基板に対する密着性をより向上する目的で添加することができる。かかるアミノ系増感剤としては、例えばN−メチルジエタノールアミン、4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、p−ジメチルアミノ安息香酸エチル、p−ジメチルアミノ安息香酸i−アミルなどを挙げることができる。これらのアミノ系増感剤のうち、特に4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンが好ましい。これらアミノ系増感剤は、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。
アミノ系増感剤の添加量は、ビイミダゾール化合物100重量部に対して、好ましくは0.1〜50重量部であり、より好ましくは1〜20重量部である。アミノ系増感剤の添加量が0.1重量部未満では、感度、解像度や密着性の改善効果が不十分となる場合があり、一方50重量部を超えると、得られるスペーサーの形状が損なわれる場合がある。
本発明の感放射線性樹脂組成物において、(C)感放射線性重合開始剤としてビイミダゾール化合物を使用する場合、上記アミノ系増感剤およびチオール化合物の双方を添加することが好ましい。
ビス(p−トリル)ヨードニウム テトラキス(ペンタフロロフェニル)ボレート、(p−トリル)(p−イソプロピルフェニル)ヨードニウム テトラキス(ペンタフロロフェニル)ボレートなどのヨードニウム塩などを、それぞれ挙げることができる。
また、メタロセン化合物としては、例えば(1−6−η−クメン)(η−シクロペンタジエニル)鉄(1+)六フッ化リン酸(1−)などを挙げることができる。
これら感放射線性カチオン重合開始剤の市販品としては、例えばジアゾニウム塩であるアデカウルトラセットPP−33((株)ADEKA製)、スルホニウム塩であるOPTOMER SP−150、同−170(以上、(株)ADEKA製)、およびメタロセン化合物であるIrgacure261(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)などを挙げることができる。
本発明の感放射線性樹脂組成物における(C)感放射線性重合開始剤の使用割合は、共重合体の合計100重量部に対して、好ましくは1〜50重量部であり、より好ましくは3〜40重量部である。
本発明の感放射線性樹脂組成物に含有される(C)感放射線性重合開始剤は、O−アシルオキシム化合物およびアセトフェノン化合物よりなる群から選択される少なくとも1種を含有することが好ましく、O−アシルオキシム化合物およびアセトフェノン化合物よりなる群から選択される少なくとも1種ならびにビイミダゾール化合物を含有することがより好ましい。
(C)感放射線性重合開始剤におけるO−アシルオキシム化合物およびアセトフェノン化合物の割合としては、その合計量が(C)感放射線性重合開始剤の全量に対して好ましくは40重量%以上であり、より好ましくは45重量%以上であり、さらに50重量%以上であることが好ましい。
このような割合で(C)感放射線性重合開始剤を使用することにより、本発明の感放射線性樹脂組成物は、低露光量の場合でも高感度でより高い強度および密着性を有するスペーサーまたは保護膜を形成することができることとなる。
本発明において、(D)一分子中に2個以上のオキシラニル基またはオキセタニル基を有する化合物(以下、「(D)成分」ということがある。)は、樹脂組成物(α3)には必須の成分として含有され、樹脂組成物(α1)および(α2)においては形成されるスペーサーまたは保護膜の硬度をさらに向上するために任意の成分として含有されることができる。
(D)成分のうち、一分子中に2個以上のオキシラニル基を有する化合物としては、例えば3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル−5,5−スピロ−3,4−エポキシ)シクロヘキサン−メタ−ジオキサン、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)アジペート、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシル−3’,4’−エポキシ−6’−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、メチレンビス(3,4−エポキシシクロヘキサン)、ジシクロペンタジエンジエポキサイド、エチレングリコールのジ(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)エーテル、エチレンビス(3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート)、ラクトン変性3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレートなどの一分子内に2個以上の3,4−エポキシシクロヘキシル基を有する化合物;
1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルなどの多価アルコールのポリグリシジルエーテル;
エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどの脂肪族多価アルコールに1種または2種以上のアルキレンオキサイドを付加することにより得られるポリエーテルポリオールのポリグリシジルエーテル;
フェノールノボラック型エポキシ樹脂;
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂;
ポリフェノール型エポキシ樹脂;
脂肪族長鎖二塩基酸のジグリシジルエステル;
高級脂肪酸のグリシジルエステル;
エポキシ化大豆油、エポキシ化アマニ油などを挙げることができる。
ビスフェノールF型エポキシ樹脂として、エピコート807(ジャパンエポキシレジン(株)製)など;
フェノールノボラック型エポキシ樹脂として、エピコート152、同154、同157S65(以上、ジャパンエポキシレジン(株)製)、EPPN201、同202(以上、日本化薬(株)製)など;
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂として、EOCN102、同103S、同104S、1020、1025、1027(以上、日本化薬(株)製)、エピコート180S75(ジャパンエポキシレジン(株)製)など;
ポリフェノール型エポキシ樹脂として、エピコート1032H60、同XY−4000(以上、ジャパンエポキシレジン(株)製)など;
環状脂肪族エポキシ樹脂として、CY−175、同177、同179、アラルダイトCY−182、同192、184(以上、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、ERL−4234、4299、4221、4206(以上、U.C.C社製)、ショーダイン509(昭和電工(株)製)、エピクロン200、同400(以上、大日本インキ(株)製)、エピコート871、同872(以上、ジャパンエポキシレジン(株)製)、ED−5661、同5662(以上、セラニーズコーティング社製)など;
脂肪族ポリグリシジルエーテルとしてエポライト100MF(共栄社化学(株)製)、エピオールTMP(日本油脂(株)製)などを挙げることができる。
(D)成分としては上記のうち、フェノールノボラック型エポキシ樹脂およびポリフェノール型エポキシ樹脂が好ましい。
(D)成分は1種単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
本発明の環放射線性樹脂組成物における(D)成分の使用割合は、共重合体の合計100重量部に対して、好ましくは50重量部以下であり、より好ましくは2〜50重量部であり、さらに5〜30重量部であることが好ましい。このような割合で(D)成分を使用することにより、現像性を損なわずに得られるスペーサーまたは保護膜の硬度のさらなる向上を実現することができる。
なお(D)成分は、アルカリ現像液に対する溶解性を有さない点で、(A−1)共重合体、(A−2)共重合体および(A−3)共重合体と異なる。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、上記の如き共重合体、(B)重合性不飽和化合物および(C)感放射線性重合開始剤ならびに場合により(D)成分を含有するが、必要に応じて任意的にその他の成分を含有することができる。かかるその他の成分としては、例えば(E)イミド化合物、(F)接着助剤、(G)界面活性剤、(H)保存安定剤、(I)耐熱性向上剤などを挙げることができる。
(E)イミド化合物
上記(E)イミド化合物は、形成されるスペーサーまたは保護膜の基板に対する密着性をさらに高めるために使用することができる。かかるイミド化合物は、下記式(5)で表される構造を有する化合物であることが好ましい。
(E)イミド化合物の具体例としては、例えばN−ヒドロキシコハク酸イミド、N-ヒドロキシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミド、N−ヒドロキシフタルイミド、N−アセトキシフタルイミド、N−ベンゾキシフタルイミド、N−ヒドロキシ−1,8−ナフタルイミドまたはトリヒドロキシイミドシアヌル酸などが好ましく、特にN−ヒドロキシコハク酸イミド、N−ヒドロキシフタルイミド、N−アセトキシフタルイミド、N−ヒドロキシ−1,8−ナフタルイミドまたはトリヒドロキシイミドシアヌル酸が好ましい。
本発明の感放射線性樹脂組成物において、(E)イミド化合物は1種単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
本発明の感放射線性樹脂組成物における(E)イミド化合物の使用割合は、共重合体の合計100重量部に対して好ましくは20重量部以下であり、より好ましくは0.05〜20重量部であり、さらに好ましくは0.2〜10重量部である。このような割合で(E)イミド化合物を使用することにより、感放射線性樹脂組成物の放射線感度および形成されるスペーサーまたは保護膜の基板に対する密着性をより高めることができ、しかも感放射線性樹脂組成物の溶媒に対する溶解性を好適な範囲に保つことができ、好ましい。
(F)接着助剤は、形成されるスペーサーまたは保護膜と基板との接着性をさらに向上させるために使用することができる。
このような(F)接着助剤としては、カルボキシル基、メタクリロイル基、ビニル基、イソシアネート基、オキシラニル基などの反応性官能基を有する官能性シランカップリング剤が好ましく、その例として例えばトリメトキシシリル安息香酸、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−イソシアナートプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランなどを挙げることができる。
これらの(F)接着助剤は、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。
(F)接着助剤の使用量は、共重合体の合計100重量部に対して、好ましくは20重量部以下であり、より好ましくは15重量部以下である。(F)接着助剤の使用量が20重量部を超えると、現像残りを生じやすくなる場合がある。
(G)界面活性剤は、感放射線性樹脂組成物の被膜形成性をより向上させるために使用することができる。
このような(G)界面活性剤としては、例えばフッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤およびその他の界面活性剤を挙げることができる。
上記フッ素系界面活性剤としては、末端、主鎖および側鎖の少なくともいずれかの部位にフロロアルキル基およびフロロアルキレン基のうちから選択される少なくとも一種の基を有する化合物が好ましく、その例として1,1,2,2−テトラフロロ−n−オクチル(1,1,2,2−テトラフロロ−n−プロピル)エーテル、1,1,2,2−テトラフロロ−n−オクチル(n−ヘキシル)エーテル、ヘキサエチレングリコールジ(1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロ−n−ペンチル)エーテル、オクタエチレングリコールジ(1,1,2,2−テトラフロロ−n−ブチル)エーテル、ヘキサプロピレングリコールジ(1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロ−n−ペンチル)エーテル、オクタプロピレングリコールジ(1,1,2,2−テトラフロロ−n−ブチル)エーテル、パーフロロ−n−ドデカンスルホン酸ナトリウム、1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロ−n−デカン、1,1,2,2,3,3,9,9,10,10−デカフロロ−n−ドデカンや、フロロアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、フロロアルキルリン酸ナトリウム、フロロアルキルカルボン酸ナトリウム、ジグリセリンテトラキス(フロロアルキルポリオキシエチレンエーテル)、フロロアルキルアンモニウムヨージド、フロロアルキルベタイン、他のフロロアルキルポリオキシエチレンエーテル、パーフロロアルキルポリオキシエタノール、パーフロロアルキルアルコキシレート、カルボン酸フロロアルキルエステルなどを挙げることができる。
フッ素系界面活性剤の市販品としては、例えばBM−1000、BM−1100(以上、BM CHEMIE社製)、メガファックF142D、同F172、同F173、同F183、同F178、同F191、同F471、同F476(以上、大日本インキ化学工業(株)製)、フロラードFC−170C、同−171、同−430、同−431(以上、住友スリーエム(株)製)、サーフロンS−112、同−113、同−131、同−141、同−145、同−382、サーフロンSC−101、同−102、同−103、同−104、同−105、同−106(以上、旭硝子(株)製)、エフトップEF301、同303、同352(以上、新秋田化成(株)製)、フタージェントFT−100、同−110、同−140A、同−150、同−250、同−251、同−300、同−310、同−400S、フタージェントFTX−218、同−251(以上、(株)ネオス製)などを挙げることができる。
上記その他の界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテルなどのポリオキシエチレンアルキルエーテル;ポリオキシエチレン−n−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン−n−ノニルフェニルエーテルなどのポリオキシエチレンアリールエーテル;ポリオキシエチレンジラウレート、ポリオキシエチレンジステアレートなどのポリオキシエチレンジアルキルエステルなどのノニオン系界面活性剤、(メタ)アクリル酸系共重合体ポリフローNo.57、同No.95(以上、共栄社化学(株)製)などを挙げることができる。
これらの(G)界面活性剤は、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。
(G)界面活性剤の使用量は、共重合体の合計100重量部に対して、好ましくは1.0重量部以下であり、より好ましくは0.5重量部以下である。この場合、(G)界面活性剤の使用量が1.0重量部を超えると、膜ムラを生じやすくなる場合がある。
(H)保存安定剤としては、例えば硫黄、キノン化合物、ヒドロキノン化合物、ポリオキシ化合物、アミン、ニトロニトロソ化合物などを挙げることができ、より具体的には、4−メトキシフェノール、N−ニトロソ−N−フェニルヒドロキシルアミンアルミニウムなどを挙げることができる。
これらの(H)保存安定剤は、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。
(H)保存安定剤の使用量は、共重合体の合計100重量部に対して、好ましくは3.0重量部以下であり、より好ましくは0.5重量部以下である。(H)保存安定剤の配合量が3.0重量部を超えると、感度が低下してパターン形状が劣化する場合がある。
(I)耐熱性向上剤としては、例えばN−(アルコキシメチル)グリコールウリル化合物、N−(アルコキシメチル)メラミン化合物などを挙げることができる。
上記N−(アルコキシメチル)グリコールウリル化合物としては、例えばN,N,N’,N’−テトラ(メトキシメチル)グリコールウリル、N,N,N’,N’−テトラ(エトキシメチル)グリコールウリル、N,N,N’,N’−テトラ(n−プロポキシメチル)グリコールウリル、N,N,N’,N’−テトラ(i−プロポキシメチル)グリコールウリル、N,N,N’,N’−テトラ(n−ブトキシメチル)グリコールウリル、N,N,N’,N’−テトラ(t−ブトキシメチル)グリコールウリルなどを挙げることができる。これらのN−(アルコキシメチル)グリコールウリル化合物のうち、N,N,N’,N’−テトラ(メトキシメチル)グリコールウリルが好ましい。
上記N−(アルコキシメチル)メラミン化合物としては、例えばN,N,N’,N’,N”,N”−ヘキサ(メトキシメチル)メラミン、N,N,N’,N’,N”,N”−ヘキサ(エトキシメチル)メラミン、N,N,N’,N’,N”,N”−ヘキサ(n−プロポキシメチル)メラミン、N,N,N’,N’,N”,N”−ヘキサ(i−プロポキシメチル)メラミン、N,N,N’,N’,N”,N”−ヘキサ(n−ブトキシメチル)メラミン、N,N,N’,N’,N”,N”−ヘキサ(t−ブトキシメチル)メラミンなどを挙げることができる。これらのN−(アルコキシメチル)メラミン化合物のうち、N,N,N’,N’,N”,N”−ヘキサ(メトキシメチル)メラミンが好ましく、その市販品としては、例えばニカラックN−2702、同MW−30M(以上、(株)三和ケミカル製)などを挙げることができる。
本発明の感放射線性樹脂組成物のこのましい実施の形態としては、例えば下記(イ)〜(ハ)のものを挙げることができる。
(イ)(A−1)共重合体、(B)重合性不飽和化合物および(C)感放射線性重合開始剤を含有し、場合によりさらに(D)成分および(E)イミド化合物のうちから選択される少なくとも一種、好ましくは双方を含有する感放射線性樹脂組成物。
(ロ)(A−2)共重合体、(A−3)共重合体、(B)重合性不飽和化合物および(C)感放射線性重合開始剤を含有し、場合によりさらに(D)成分および(E)イミド化合物のうちから選択される少なくとも一種、好ましくは双方を含有する感放射線性樹脂組成物。
(ハ)(A−2)共重合体、(B)重合性不飽和化合物、(C)感放射線性重合開始剤および(D)成分を含有し、場合によりさらに(E)イミド化合物を含有する感放射線性樹脂組成物。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、好ましくは上記の各成分が適当な溶媒に溶解されて溶液状態で用いられる。
本発明の感放射線性樹脂組成物の調製に用いられる溶媒としては、各成分を均一に溶解し、各成分と反応しないものが用いられる。
このような溶媒としては、上述した(A−1)共重合体、(A−2)共重合体および(A−3)共重合体を製造するために使用できる溶媒として例示したものと同様のものを挙げることができる。
このような溶媒のうち、各成分の溶解性、各成分との反応性、被膜形成の容易性などの点から、例えばジエチレングリコール、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、ジエチ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モノメチルエーテル、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、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、3−メトキシブチルアセテート、シクロヘキサノールアセテート、ベンジルアルコール、2−フェニルエチルアルコール、3−フェニル−1−プロパノールまたは3−メトキシブタノールを特に好ましく使用することができる。これらの溶媒は、一種のみを単独で使用することができ、二種以上を混合して使用してもよい。
本発明の感放射性樹脂組成物の溶媒として、高沸点溶媒を併用する場合、その使用量は、全溶媒量に対して、好ましくは50重量%以下、より好ましくは40重量%以下、さらに好ましくは30重量%以下とすることができる。高沸点溶媒の使用量がこの使用量を超えると、被膜の膜厚均一性、感度および残膜率が不十分となる場合がある。
本発明の感放射線性樹脂組成物を溶液状態として調製する場合、固形分濃度(組成物溶液中に占める溶媒以外の成分の割合)は、使用目的や所望の膜厚の値などに応じて任意に設定することができ、例えば5〜50重量%とすることができる。さらに好ましい固形分濃度は、基板上への被膜の形成法方により異なるが、これについては後述する。
このようにして調製された組成物溶液は、孔径0.5μm程度のミリポアフィルタなどを用いて濾過した後、使用に供してもよい。
次に、本発明の感放射線性樹脂組成物を用いてスペーサーまたは保護膜を製造する方法について説明する。
本発明のスペーサーまたは保護膜の製造方法は、少なくとも下記の工程(1)〜(4)を下記に記載の順で含むものである。
(1)本発明の感放射線性樹脂組成物の被膜を基板上に形成する工程、
(2)該被膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
(3)放射線照射後の被膜を現像する工程、および
(4)現像後の被膜を加熱する工程。
以下、これらの各工程について順次説明する。
保護膜を形成するにあたっては、透明基板上に赤、緑、青の着色層からなる画素を形成し、該着色層上に、本発明の感放射線性樹脂組成物の被膜を形成する。また、スペーサーを形成するにあたっては、前記画素が形成された透明基板あるいはさらにその上に保護膜が形成された透明基板の一面に、透明導電膜を形成し、該透明導電膜の上に、本発明の感放射線性樹脂組成物の被膜を形成する。
ここで用いられる透明基板としては、例えば、ガラス基板、樹脂基板などを挙げることができ、より具体的には、ソーダライムガラス、無アルカリガラスなどのガラス基板;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリイミドなどのプラスチックからなる樹脂基板を挙げることができる。
透明基板の一面に設けられる透明導電膜としては、酸化スズ(SnO2)からなるNESA膜(米国PPG社の登録商標)、酸化インジウム−酸化スズ(In2O3−SnO2)からなるITO膜などを挙げることができる。
被膜の形成方法としては、塗布法またはドライフィルム法によることができる。
塗布法により被膜を形成する場合、上記透明導電膜の上に本発明の感放射線性樹脂組成物の溶液を塗布したのち、好ましくは塗布面を加熱(プレベーク)することにより、被膜を形成することができる。塗布法に用いる組成物溶液の固形分濃度は、好ましくは5〜50重量%であり、より好ましくは10〜40重量%であり、さらに好ましくは15〜35重量%である。組成物溶液の塗布方法としては、特に限定されず、例えばスプレー法、ロールコート法、回転塗布法(スピンコート法)、スリットダイ塗布法、バー塗布法、インクジェット塗布法などの適宜の方法を採用することができ、特にスピンコート法またはスリットダイ塗布法が好ましい。
上記感放射線性ドライフィルムは、ベースフィルム上に、本発明の感光性樹脂組成物を好ましくは組成物溶液として塗布した後に溶媒を除去することにより、感放射線性層を積層して形成することができる。感放射線性ドライフィルムの感放射線性層を積層するために用いられる組成物溶液の固形分濃度は、好ましくは5〜50重量%であり、より好ましくは10〜50重量%であり、さらに好ましくは20〜50重量%であり、特に30〜50重量%であることが好ましい。感放射線性ドライフィルムのベースフィルムとしては、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニルなどの合成樹脂のフィルムを使用することができる。ベースフィルムの厚さは、15〜125μmの範囲が適当である。感放射線性層の厚さは、1〜30μm程度が好ましい。
感放射線性ドライフィルムは、未使用時にその感放射線性層上にカバーフィルムを積層して保存することもできる。このカバーフィルムは、未使用時には剥がれず、使用時には容易に剥がすことができるように、適度な離型性を有するものであることが好ましい。このような条件を満たすカバーフィルムとしては、例えばPETフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリウレタンフィルムなどの合成樹脂フィルムの表面にシリコーン系離型剤を塗布しまたは焼き付けたフィルムを使用することができる。カバーフィルムの厚さは、5〜30μm程度が好ましい。これらカバーフィルムは、2層または3層を積層した積層型カバーフィルムとしてもよい。
かかるドライフィルムを透明基板の透明導電膜上に、熱圧着法などの適宜の方法でラミネートすることにより、被膜を形成することができる。
被膜のプレベーク後の膜厚は、好ましくは0.5〜10μmであり、より好ましくは1.0〜7.0μm程度である。
次いで、形成された被膜の少なくとも一部に放射線を照射する。このとき、被膜の一部にのみ照射する際には、例えば所定のパターンを有するフォトマスクを介して照射する方法によることができる。
照射に使用される放射線としては、可視光線、紫外線、遠紫外線などを挙げることができる。このうち波長が250〜550nmの範囲にある放射線が好ましく、特に365nmの紫外線を含む放射線が好ましい。
放射線照射量(露光量)は、照射される放射線の波長365nmにおける強度を照度計(OAI model 356、Optical Associates Inc.製)により測定した値として、好ましくは100〜5,000J/m2、より好ましくは200〜3,000J/m2である。
次に、放射線照射後の被膜を現像することにより、不要な部分を除去して、所定のパターンを形成する。
現像に使用される現像液としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニアなどの無機アルカリ;エチルアミン、n−プロピルアミンなどの脂肪族1級アミン;ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミンなどの脂肪族2級アミン;トリメチルアミン、メチルジエチルアミン、ジメチルエチルアミン、トリエチルアミンなどの脂肪族3級アミン;ピロール、ピペリジン、N−メチルピペリジン、N−メチルピロリジン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネンなどの脂環族3級アミン;ピリジン、コリジン、ルチジン、キノリンなどの芳香族3級アミン;ジメチルエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアルカノールアミン;テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシドなどの4級アンモニウム塩などのアルカリ性化合物の水溶液を使用することができる。上記アルカリ性化合物の水溶液には、メタノール、エタノールなどの水溶性有機溶媒および/または界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
現像方法としては、液盛り法、ディッピング法、シャワー法などのいずれでもよく、現像時間は、常温で10〜180秒間程度とすることが好ましい。
現像後、例えば流水洗浄を30〜90秒間行ったのち、例えば圧縮空気や圧縮窒素で風乾することによって、所望のパターンを得ることができる。
次いで、得られたパターン状被膜を、例えばホットプレート、オーブンなどの適当な加熱装置により、所定温度、例えば100〜250℃で、所定時間、例えばホットプレート上では5〜30分間、オーブン中では30〜180分間、加熱(ポストベーク)することにより、所望のスペーサーまたは保護膜を得ることができる。
以上にようにして、圧縮強度、液晶配向膜のラビング工程に対する耐性、基板との密着性などの諸性能に優れるスペーサーまたは保護膜を、所望のパターン寸法で得ることができる。
本発明の液晶表示素子は、感放射線性樹脂組成物から形成されたスペーサーおよび保護膜の少なくとも一方、好ましくは双方を具備するものである。
本発明の液晶表示素子は、例えば以下の方法(a)または(b)により製造することができる。
(a)まず片面に透明導電膜(電極)を有する透明基板を一対(2枚)準備し、そのうちの一枚の基板の透明導電膜上に、本発明の感放射線性樹脂組成物を用いて上記した方法に従ってスペーサーもしくは保護膜またはその双方を形成する。続いてこれらの基板の透明導電膜およびスペーサーまたは保護膜上に液晶配向能を有する配向膜を形成する。これら基板を、その配向膜が形成された側の面を内側にして、それぞれの配向膜の液晶配向方向が直交または逆平行となるように一定の間隙(セルギャップ)を介して対向配置し、基板の表面(配向膜)およびスペーサーにより区画されたセルギャップ内に液晶を充填し、充填孔を封止して液晶セルを構成する。そして、液晶セルの両外表面に、偏光板を、その偏光方向が当該基板の一面に形成された配向膜の液晶配向方向と一致または直交するように貼り合わせることにより、本発明の液晶表示素子を得ることができる。
(b)まず上記方法(a)と同様にして透明導電膜と、スペーサーもしくは保護膜またはその双方と、配向膜とを形成した一対の透明基板を準備する。その後一方の基板の端部に沿って、ディスペンサーを用いて紫外線硬化型シール剤を塗布し、次いで液晶ディスペンサーを用いて微小液滴状に液晶を滴下し、真空下で両基板の貼り合わせを行う。そして前述のシール剤部に高圧水銀ランプを用いて紫外線を照射して両基板を封止する。最後に液晶セルの両外表面に偏光板を貼り合わせることにより、本発明の液晶表示素子を得ることができる
液晶セルの外側に使用される偏光板としては、ポリビニルアルコールを延伸配向させながら、ヨウ素を吸収させた「H膜」と呼ばれる偏光膜を酢酸セルロース保護膜で挟んだ偏光板またはH膜そのものからなる偏光板などを挙げることができる。
以下の合成例において、1H−NMRの測定は、測定装置として日本電子(株)製の型番JNM−ECA−500型(500MHz)を使用し、溶媒としてジメチルスルホキシド−d6(DMSO−d6)、内部標準物質としてトリメチルシラン(TMS)をそれぞれ用いて行った。
<化合物(a2)の合成>
合成例1
フラスコ内にテトラヒドロピラン−2−チオール118重量部、ピリジン79重量部およびエーテル250mLを入れて攪拌し、ここにメタクリル酸クロライド104重量部を冷却しながら滴下した。滴下後2時間還流した後に放冷した。抽出、精製を行うことにより、チオメタクリル酸S−(テトラヒドロピラン−2−イル)エステル(以下、「化合物(a2−1)」という。)を得た。化合物(a2−1)の構造確認は、1H−NMRによって行った。この結果を以下に示す。
1H−NMR(500MHz、溶媒DMSO−d6、内部標準TMS):δ(ppm)=1.31〜1.89(t,4.0H)、1.93(s,3.0H)、1.91〜2.63(q,2.0H)、3.12〜4.05(t,2.0H)、4.55〜5.35(t,1.0H)、5.90(s,1.0H)、6.09(s,1.0H)
合成例2
フラスコ内にシクロヘキサンチオール116重量部、ピリジン79重量部およびエーテル250mLを入れて攪拌し、ここにメタクリル酸クロライド104重量部を冷却しながら滴下した。滴下後2時間還流した後に放冷した。抽出、精製を行うことにより、チオメタクリル酸S−シクロヘキシルエステル(以下、「化合物(a2−2)」という。)を得た。化合物(a2−2)について1H−NMRを測定し、目的の反応物が得られたことを確認した。
合成例3
フラスコ内に1−ブタンチオール90重量部、ピリジン79重量部およびエーテル250mLを入れて攪拌し、ここにメタクリル酸クロライド104重量部を冷却しながら滴下した。滴下後2時間還流した後に放冷した。抽出、精製を行うことにより、チオメタクリル酸S−ブチルエステル(以下、「化合物(a2−3)」という。)を得た。化合物(a2−3)について1H−NMRを測定し、目的の反応物が得られたことを確認した。
装置:GPC−101(昭和電工(株)製)
カラム:GPC−KF−801、GPC−KF−802、GPC−KF−803およびGPC−KF−804(以上、昭和電工(株)製)を結合
移動相:リン酸0.5重量%を含むテトラヒドロフラン
<(A−1)共重合体の合成>
合成例4
冷却管および撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)6重量部およびジエチレングリコールメチルエチルエーテル220重量部を仕込んだ。引き続きメタクリル酸12重量部、化合物(a2−1)20重量部およびメタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル13重量部およびメタクリル酸グリシジル50重量部を仕込み、窒素置換した後、さらに1,3−ブタジエン5重量部を仕込み、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を80℃に上昇し、この温度を5時間保持して重合することにより、共重合体(A−1−1)を含有する溶液を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度(重合体溶液の全重量に占める重合体重量の割合)は31.1重量%であり、共重合体(A−1−1)の重量平均分子量Mwは、8,500であった。
合成例5
冷却管および撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)6重量部およびジエチレングリコールジメチルエーテル250重量部を仕込んだ。引き続きスチレン5重量部、メタクリル酸10重量部、3−(メタクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン20重量部、化合物(a2−2)20重量部およびメタクリル酸グリシジル40重量部を仕込み、窒素置換した後、さらに1,3−ブタジエン5重量部を仕込み、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇し、この温度を5時間保持して重合することにより、共重合体(A−1−2)を含有する溶液を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度は28.1重量%であり、共重合体(A−1−2)の重量平均分子量Mwは、9,400であった。
冷却管および撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)10重量部およびジプロピレングリコールジメチルエーテル220重量部を仕込んだ。引き続きアクリル酸10重量部、メタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル20重量部、重合性不飽和化合物(a2−3)20重量部およびメタクリル酸グリシジル50重量部を仕込み、窒素置換した後、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇し、この温度を5時間保持して重合することにより、共重合体(A−1−3)を含有する溶液を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度は31.3重量%であり、共重合体(A−1−3)の重量平均分子量Mwは10,100であった。
<(A−2)共重合体の合成>
合成例7
冷却管および撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)6重量部およびプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート250重量部を仕込んだ。引き続きメタクリル酸10重量部、メタクリル酸n−ブチル25重量部、メタクリル酸ベンジル25重量部、重合性不飽和化合物(a2−2)40重量部を仕込み、窒素置換した後、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇し、この温度を5時間保持して重合することにより、共重合体(A−2−1)を含有する溶液を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度は27.9重量%であり、共重合体(A−2−1)の重量平均分子量Mwは、8,900であった。
<(A−3)共重合体の合成>
合成例8
冷却管および撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)6重量部、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル220重量部を仕込んだ。引き続きスチレン5重量部、メタクリル酸20重量部、メタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル30重量部、メタクリル酸グリシジル40重量部を仕込み、窒素置換した後、さらに1,3−ブタジエン5重量部を仕込み、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇し、この温度を5時間保持して重合することにより、共重合体(A−3−1)を含有する溶液を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度は31.2重量%であり、重合体(A−3−1)の重量平均分子量Mwは、8,900であった。
<感放射線性樹脂組成物溶液の調製>
表1に記載の種類および量の共重合体、(B)重合性不飽和化合物ならびに(C)感放射線性重合開始剤(場合によりアミノ系増感剤、チオール化合物を併用)、ならびに場合により(D)成分および(E)イミド化合物のうちの一方または双方を混合し、さらに(F)接着助剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン5重量部、(G)界面活性剤としてFTX−218(商品名、(株)ネオス製)0.5重量部および(H)保存安定剤として4−メトキシフェノール0.5重量部を混合し、固形分濃度が30重量%となるように、それぞれプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを加えた後、孔径0.5μmのミリポアフィルタでろ過することにより、感放射線性樹脂組成物の溶液をそれぞれ調製した。
なお各共重合体は表1に記載の共重合体を含有する溶液(上記合成例4〜8のいずれかで得たもの)として添加し、その含有する共重合体の量がそれぞれ表1に記載の量になるようにした。
<感放射線性樹脂組成物溶液の評価>
上記のようにして調製した感放射線性樹脂組成物の評価を以下のように実施した。評価結果を表2に示した。
(I)現像性の評価
無アルカリガラス基板上に、上記で調製した感放射線性樹脂組成物の溶液をそれぞれスピンナーにより塗布した後、80℃のホットプレート上で3分間プレベークすることにより、感放射線性樹脂組成物の被膜(膜厚4.0μm)を形成した。
得られた被膜上に、開口部として直径8〜15μmの範囲の異なる大きさの丸状パターンをそれぞれ複数有するフォトマスクを設置した。このとき、被膜表面とフォトマスクとの間に所定の間隙(露光ギャップ)を設けた。次いで被膜に上記フォトマスクを介して高圧水銀ランプを用いて1,000J/m2の露光量で放射線の照射を行った。その後、0.05重量%水酸化カリウム水溶液を用いて25℃にて40秒の現像時間でシャワー法により現像した後、純水洗浄を1分間行い、さらにオーブン中230℃にて20分間ポストベークすることにより、基板上に丸状パターンを形成した。
このとき、形成された丸状パターン以外の部分に現像残滓が残っていないときを現像性が良好(○)であるとした。
放射線照射の露光量を400J/m2とし、現像の条件を0.15重量%水酸化カリウム水溶液を用いて25℃にて180秒間としたほかは、上記「(I)現像性の評価」と同様にして基板上に丸状パターンを形成した。
このとき、100個形成されるべき8μmの丸状パターンのうち、基板上に残存しているパターンの数をレーザー顕微鏡(VK−8500、(株)キーエンス製)により調べ、これを現像時密着性の値とした。
(III)鉛筆硬度の評価
放射線照射の露光量を1,000J/m2とし、フォトマスクを使用せず放射線照射を行ったほかは、上記「(I)現像性の評価」と同様にして基板上に全面硬化膜を形成した。
JIS K−5400−1990の8.4.1鉛筆引っかき試験により上記全面硬化膜の表面硬度を測定した。この値が4Hまたはそれより硬いとき、表面硬度は良好といえる。
(IV)圧縮特性の評価
放射線照射の露光量を600J/m2とし、開口部として直径15μmの丸状パターンを複数有するフォトマスクを使用したほかは、上記「(I)現像性の評価」と同様にして基板上に直径15μmの丸状パターンを形成した。
形成された直径15μmの丸状パターンに対して、フィッシャースコープH100C(フィッシャーインストルメンツ製)で50μm角状の平面圧子を用い、50mNの荷重のより圧縮試験を行い、変位量を測定した。この値が0.4μm以下であれば、丸状パターンは高硬度であるといえる。
フォトマスクを使用せず、放射線照射の露光量を400J/m2とし、放射線照射後の現像工程を行わなかったほかは上記「(I)現像性の評価」と同様にして基板上に全面硬化膜を形成した。
この薄膜の膜厚(加熱前膜厚)を触針式膜厚測定機(アルファステップIQ、KLAテンコール社製)により測定し、さらにオーブン中230℃にて20分間加熱した後の膜厚(加熱後膜厚)を測定して両者を比較した。下記式により算出した膜厚変化率を耐熱性の値とした。
膜厚変化率(%)=(加熱後膜厚÷加熱前膜厚)×100
(VI)耐薬品性の評価
上記「(V)耐熱性の評価」と同様にして基板上に全面硬化膜を形成した。
この薄膜の膜厚(浸漬前膜厚)を触針式膜厚測定機(アルファステップIQ、KLAテンコール社製)により測定し、次いでこの薄膜付き基板を60℃に加温した配向膜剥離液(ケミクリーンTS−204、三洋化成工業(株)製)中に15分浸漬し、水洗後、オーブン中120℃にて15分間乾燥した後の膜厚(浸漬後膜厚)を測定して両者を比較した。下記式により算出した膜厚変化率を耐薬品性の値とした。
膜厚変化率(%)=(浸漬後膜厚÷浸漬前膜厚)×100
(VII)ラビング耐性の評価
放射線照射の露光量を600J/m2とし、現像時間を60秒としたほかは、上記「(I)現像性の評価」と同様にして基板上に丸状パターンを形成した。このパターン上に、液晶配向剤としてAL3046(商品名、JSR(株)製)を液晶配向膜塗布用印刷機を用いて塗布したのち、180℃で1時間加熱して、膜厚0.05μmの液晶配向剤の被膜を形成した。次いでこの液晶配向剤の被膜に対して、ポリアミド製の布を巻き付けたロールを有するラビングマシーンを用い、ロールの回転数を500rpm、ステージの移動速度を1cm/秒として、ラビング処理を行った。
このとき、15μmの丸状残しパターンにより形成されたパターンについて、パターンの剥離または削れの有無を調べた。
表面にナトリウムイオンの溶出を防止するSiO2膜が形成され、さらにITO(インジウム−酸化錫合金)電極を所定形状に蒸着したソーダガラス基板上に、上記で調製した感放射線性樹脂組成物の溶液をスピンナーにより塗布した後、90℃のクリーンオーブン内で10分間プレベークすることにより、感放射線性樹脂組成物の被膜(膜厚2.0μm)を形成した。
この被膜に対してフォトマスクを介さずに露光量500J/m2にて放射線の照射を行った。その後、0.04重量%水酸化カリウム水溶液を用いて23℃にて1分間の現像時間でディッピング法により現像した後、純水洗浄を1分間行い、さらにオーブン中230℃にて30分間ポストベークすることにより、硬化膜を形成した。
この硬化膜を有する基板と、SiO2膜およびITO電極を形成しただけの基板とを、0.8mmのガラスビーズを混合したシール剤を用いて硬化膜とITO電極とを対向させて貼り合わせた後、その間隙にメルク社製液晶MLC6608(商品名)を注入して、液晶セルを作製した。
この液晶セルを60℃の恒温層に入れて、液晶セルの電圧保持率を、(株)東陽テクニカ製液晶電圧保持率測定システム「VHR−1A型」(商品名)により測定した。このときの印加電圧は5.5Vの方形波、測定周波数は60Hzとした。ここで電圧保持率は、下記式により計算される値として測定した。
電圧保持率(%)=(16.7ミリ秒後の液晶セル電位差/0ミリ秒で印加した電圧)×100
液晶セルの電圧保持率が90%以下であると、液晶セルは16.7ミリ秒の時間、印加電圧を所定レベルに保持できず、十分に液晶を配向させることができないことを意味し、残像などの “焼き付き”を起こすおそれが高い。
(IX)保存安定性の評価
上記で調製した感光性樹脂組成物の25℃における粘度を、東京計器(株)製ELD型粘度計を用いて測定した。その後、該組成物を5℃にて静置しつつ、25℃における粘度を毎日測定した。調製直後の粘度を基準に5%増粘するのに要した日数を求めた。この日数が20日以上であるとき、保存安定性は良好といえる。
(B)重合性不飽和化合物
B−1:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
B−2:KAYARAD DPHA−40H(日本化薬(株)製)
B−3:1,9−ノナンジオールジアクリレート
B−4:アロニックスM−5300;(東亞合成(株)製)
(C)感放射線性重合開始剤
C−1: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「イルガキュアOXE02」、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社製)
C−2:2−ジメチルアミノ−2−(4−メチルベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イル−フェニル)−ブタン−1−オン(商品名「イルガキュア379」、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社製)
C−3:2,2’−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
C−4:4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン(アミノ系増感剤)
C−5:2−メルカプトベンゾチアゾール(チオール化合物)
(D)成分
D−1:ノボラック型エポキシ樹脂(商品名「エピコート152」、ジャパンエポキシレジン(株)製)
D−2:ノボラック型エポキシ樹脂(商品名「エピコート157S65」、ジャパンエポキシレジン(株)製)
(E)成分
E−1:N−ヒドロキシフタルイミド
E−2:N-ヒドロキシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミド
なお、欄中の「−」は該当する成分を使用しなかったことを表す。
Claims (8)
- (A−1)(a1)不飽和カルボン酸および不飽和カルボン酸無水物よりなる群から選択される少なくとも1種と、(a2)下記式(1)で表される構造を有する重合性不飽和化合物および下記式(2)で表される構造を有する重合性不飽和化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種と、(a3)オキシラニル基を有する重合性不飽和化合物およびオキセタニル基を有する重合性不飽和化合物よりなる群から選択される少なくとも1種とを含有する不飽和化合物の共重合体、
(B)重合性不飽和化合物、ならびに
(C)感放射線性重合開始剤
を含有することを特徴とする、感放射線性樹脂組成物。
(式(1)中、R1は水素原子または炭素数1〜4のアルコキシル基で置換されていてもよい炭素数1〜8のアルキル基であり、R2およびR3は、相互に独立に、水素原子もしくは炭素数1〜4のアルコキシル基で置換されていてもよい炭素数1〜8のアルキル基であるか、または互いに結合してR2およびR3が結合している炭素原子とともに員数3〜10の脂環を形成しており、ただしこの脂環は炭素数1〜6のアルキル基で置換されていてもよく、「*」は結合手であることを示す。)
(式(2)中、R4およびR5は、相互に独立に、水素原子または炭素数1〜4のアルコキシル基で置換されていてもよい炭素数1〜8のアルキル基であり、R6は炭素数1〜4のアルコキシル基で置換されていてもよい炭素数1〜8のアルキル基であり、またはR5およびR6は互いに結合してR5が結合している炭素原子およびR6が結合している酸素原子とともに員数4〜9の複素環を形成しており、「*」は結合手であることを示す。) - (A−2)前記(a1)成分と(a2)成分とを含有しそして前記(a3)成分を含有しない不飽和化合物の共重合体、
(A−3)前記(a1)成分と(a3)成分とを含有しそして前記(a2)成分を含有しない不飽和化合物の共重合体、
(B)重合性不飽和化合物、および
(C)感放射線性重合開始剤
を含有することを特徴とする、感放射線性樹脂組成物。 - (A−2)前記(a1)成分と(a2)成分を含有しそして前記(a3)成分を含有しない不飽和化合物の共重合体、
(B)重合性不飽和化合物、
(C)感放射線性重合開始剤、および
(D)一分子中に2個以上のオキシラニル基またはオキセタニル基を有する化合物(但し、前記(A−1)共重合体および(A−3)共重合体を除く。)
を含有することを特徴とする、感放射線性樹脂組成物。 - さらに(D)一分子中に2個以上のオキシラニル基またはオキセタニル基を有する化合物(但し、前記(A−1)共重合体および(A−3)共重合体を除く。)を含有する、請求項1または2に記載の感放射線性樹脂組成物。
- 液晶表示素子のスペーサーまたは保護膜を製造するために用いられる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の感放射線性樹脂組成物。
- 少なくとも下記(1)〜(4)の工程を、下記に記載の順で含むことを特徴とする、液晶表示素子のスペーサーまたは保護膜の製造方法。
(1)請求項6に記載の感放射線性樹脂組成物の被膜を基板上に形成する工程、
(2)該被膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
(3)放射線照射後の被膜を現像する工程、および
(4)現像後の被膜を加熱する工程。 - 請求項6に記載の感放射線性樹脂組成物から形成されたスペーサーおよび保護膜の少なくとも一方を具備することを特徴とする、液晶表示素子。
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