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JP5471851B2 - 感放射線性樹脂組成物、硬化膜、硬化膜の形成方法、及び表示素子 - Google Patents

感放射線性樹脂組成物、硬化膜、硬化膜の形成方法、及び表示素子 Download PDF

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JP5471851B2
JP5471851B2 JP2010127939A JP2010127939A JP5471851B2 JP 5471851 B2 JP5471851 B2 JP 5471851B2 JP 2010127939 A JP2010127939 A JP 2010127939A JP 2010127939 A JP2010127939 A JP 2010127939A JP 5471851 B2 JP5471851 B2 JP 5471851B2
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Description

本発明は、層間絶縁膜、保護膜又はスペーサー等の硬化膜の形成材料として好適な感放射線性樹脂組成物、その組成物から形成される硬化膜、硬化膜の形成方法、及び表示素子に関する。
薄膜トランジスタ(TFT)型液晶表示素子等の電子部品は、一般に層状に配置される配線間を絶縁するために層間絶縁膜が設けられている。例えばTFT型液晶表示素子は、層間絶縁膜上に透明電極膜を形成し、さらにその上に液晶配向膜を形成する工程を経て製造される。かかる層間絶縁膜は、透明電極膜の形成工程において高温条件や、電極のパターン形成に使用されるレジストの剥離液に曝されるため、これらに対する十分な耐熱性及び耐薬品性が必要となる。また、このような硬化膜の形成に用いられる感放射線性樹脂組成物には、放射線の照射時間の短縮化(すなわち、高い放射線感度)及び良好な保存安定性が求められる。
さらに近年、TFT技術を応用した軽量小型なフレキシブルディスプレイが普及している。フレキシブルディスプレイの基板としては、ポリカーボネート等のプラスチック基板が検討されている。プラスチック基板は、加熱により伸張・収縮し、結果としてディスプレイ機能を阻害する不都合がある。そのためフレキシブルディスプレイ製造の加熱工程における低温化が検討されている。例えば特開2009−4394号公報には、低温焼成であっても硬化可能なポリイミド前駆体を含むフレキシブルディスプレイ用のゲート絶縁膜用塗布液が開示されている。しかし、この塗布液は、露光現像によるパターン形成能を有しないため微細なパターン形成が不可能である。さらに、硬化反応の進行が不充分であることに起因してか、得られる硬化膜は耐熱性、耐薬品性の他、透過率、平坦性、電圧保持率、耐線熱膨張性等において満足のいくレベルではない。
そこで低温であってもエポキシ系材料の硬化剤として用いられているアミン化合物の添加により架橋反応を進行させる方策も考えられる。しかし、一般的なアミン化合物の添加では、組成物中に存在するエポキシ基との経時的な反応を招来し、保存安定性が低下することがある。
このような状況から、保存安定性と低温焼成を両立し、かつ充分な放射線感度を有する硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物、及び硬化膜としての要求特性である耐熱性、耐薬品性、透過率、平坦性、電圧保持率、耐線熱膨張性等に優れる硬化膜の開発が望まれている。
特開2009−4394号公報
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、保存安定性と低温焼成を両立し、かつ充分な放射線感度を有する硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物、及び硬化膜としての要求特性である耐熱性、耐薬品性、透過率、平坦性、電圧保持率、耐線熱膨張性等に優れる硬化膜、硬化膜の形成方法、及び表示素子を提供することである。
上記課題を解決するためになされた発明は、
[A]エポキシ基を有する重合体(以下、「[A]重合体」と称することがある)、
[B]エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物(以下、「[B]重合性化合物」と称することがある)、
[C]感放射線性重合開始剤(以下、「[C]重合開始剤」と称することがある)、並びに
[D]下記式(1)〜(3)で表される化合物(以下、「[D]化合物」と称することがある)から選ばれる少なくとも1種の化合物を含有することを特徴とする感放射線性樹脂組成物。
Figure 0005471851
Figure 0005471851
Figure 0005471851
(式(1)中、R、Rは、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、シクロヘキシル基、フェニル基、ナフチル基、ビニル基、2−ピリジル基または、炭素数1〜6のアルキル基、ハロゲン、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アセチル基で置換されても良い炭素数1〜12のアルキル基、フェニル基、ナフチル基を示す。
式(2)中、R、Rは、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、シクロヘキシル基であり、Aはメチレン基、炭素数2〜12のアルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基、ビニレン基、または炭素数1〜6のアルキル基、ハロゲンで置換されてもよいメチレン基、炭素数2〜12のアルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基を示す。
式(3)中、R、Rは、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、シクロヘキシル基であり、Aはメチレン基、炭素数2〜12のアルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基、ビニレン基、または炭素数1〜6のアルキル基、ハロゲンで置換されてもよいメチレン基、炭素数2〜12のアルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基を示す。)
当該組成物は、さらに、[A]エポキシ基を有する重合体が、さらにカルボキシル基を有する共重合体(以下、「[A]共重合体」と称することがある)であることを特徴とする感放射線性樹脂組成物である。
アルカリ可溶性樹脂としての[A]重合体、[B]重合性化合物、[C]重合開始剤及び[D]化合物を含有する。感光性材料である当該組成物は、感放射線性を利用した露光・現像によって容易に微細かつ精巧なパターンを形成でき、かつ充分な放射線感度を有する。また、当該組成物は、上記式(1)〜(3)で表されるアミド基を分子内に有する[D]化合物を含有する。当該組成物が[D]化合物を含有することにより保存安定性と低温焼成とを両立できる。[D]化合物は、1級または2級のアミド基を有する化合物であり、このような化合物は1級、2級のアミノ基を有する化合物に比較すれば、エポキシ基に対する求核性が低く、室温下においてはエポキシ基の硬化反応をほとんど進行させない。そのため当該組成物は保存安定性が優れたものとなる。一方、当該組成物を所定の温度以上に加熱すると、[D]化合物はエポキシ基含有樹脂の硬化反応を促進し、エポキシ基の硬化促進剤として機能する。
上記[C]重合開始剤は、アセトフェノン化合物及びO−アシルオキシム化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。[C]重合開始剤として上記特定の化合物を用いることで、低露光量の場合であっても耐熱性等の硬化膜としての要求特性をより向上できる。
本発明の硬化膜の形成方法は、
(1)当該組成物の塗膜を基板上に形成する工程
(2)工程(1)で形成した塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
(3)工程(2)で放射線が照射された塗膜を現像する工程、及び
(4)工程(3)で現像された塗膜を焼成する工程
を有する。
当該組成物を用いる本発明の形成方法により、耐熱性、耐薬品性、透過率、平坦性、電圧保持率、耐線熱膨張性等の要求特性をバランス良く満足する硬化膜を形成できる。
上記工程(4)の焼成温度は200℃以下であることが好ましい。当該組成物は、上述のように[D]化合物を含有するため、このように低い低温焼成を実現すると共に保存安定性両立し、かつ充分な放射線感度を有する。従って、当該組成物は、低温焼成が望まれるフレキシブルディスプレイ等に用いられる層間絶縁膜、保護膜及びスペーサー等の硬化膜の形成材料として好適に用いられる。
当該組成物から形成される層間絶縁膜、保護膜又はスペーサーとしての硬化膜も本発明に好適に含まれる。また、この硬化膜を備える表示素子も本発明に好適に含まれる。
なお、本明細書にいう「焼成」とは、層間絶縁膜、保護膜及びスペーサー等の硬化膜に要求される表面硬度が得られるまで加熱することを意味する。「感放射線性樹脂組成物」の「放射線」とは、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、荷電粒子線等を含む概念である。
以上説明したように、本発明の感放射線性樹脂組成物は、容易に微細かつ精巧なパターンを形成でき、保存安定性と低温焼成を両立し、かつ充分な放射線感度を有する。また、当該組成物から形成される硬化膜は、その要求特性である耐熱性、耐薬品性、透過率、平坦性、電圧保持率、耐線熱膨張性等に優れる。従って、当該組成物は低温焼成が望まれるフレキシブルディスプレイ等に用いられる層間絶縁膜、保護膜、スペーサー等の硬化膜の形成材料として好適に用いられる。
以下、本発明の実施形態について詳述する。
<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、[A]重合体、[B]重合性化合物、[C]重合開始剤、及び[D]化合物を含有し、さらに任意成分を含有してもよい。感光性材料である当該組成物は、感放射線性を利用した露光・現像によって容易に微細かつ精巧なパターンを形成でき、かつ充分な放射線感度を有する。また、当該組成物は、[D]化合物を含有することにより保存安定性と低温焼成とを両立できる。以下、各構成要素を詳述する。
<[A]エポキシ基を有する化合物>
本発明における[A]エポキシ基を有する化合物(以下[A]重合体とも言う)は、分子中に2個以上のグリシジル基または、3,4−エポキシシクロヘキシル基を有する重合体である。
エポキシ基を有する重合体の具体例としては、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等の多価アルコールのポリグリシジルエーテル類;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種又は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脂肪族ポリグリシジルエーテル類;ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂等の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;環状脂肪族エポキシ樹脂;脂肪族長鎖二塩基酸のジグリシジルエステル類;高級脂肪酸のグリシジルエステル類;エポキシ化大豆油、エポキシ化アマニ油等を挙げることができる。これらの分子内に2個以上のエポキシ基を有する化合物のうち、フェノールノボラック型エポキシ樹脂及びポリフェノール型エポキシ樹脂が好ましい。
本発明は、さらに[A]エポキシ基を有する重合体が、さらにカルボキシル基を有する共重合体(以下、「[A]共重合体」と称することがある)であることが望ましい。
[A]共重合体は、(a1)カルボキシル基含有構造単位及び(a2)エポキシ基含有構造単位を有する。[A]共重合体を得る方法としては、例えば(a1)カルボキシル基含有構造単位(カルボキシル基は酸無水物基も含む)を与える不飽和カルボン酸及び/又は不飽和カルボン酸無水物(以下、「化合物(i)」と称することがある)と(a2)エポキシ基含有構造単位を与えるエポキシ基を有するラジカル重合性化合物(以下、「化合物(ii)」と称することがある)を溶媒中で重合開始剤を使用し、共重合することで得られる。また、必要に応じて(a3)として、(メタ)アクリル酸アルキルエステル等のラジカル重合性化合物(以下、「化合物(iii)」と称することがある)を上記化合物(i)、化合物(ii)と共に含有させて共重合し、[A]共重合体としてもよい。
化合物(i)としては、例えば
アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、2−アクリロイルオキシエチルコハク酸、2−メタクリロイルオキシエチルコハク酸、2−アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2−メタクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸等のモノカルボン酸;
マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸等のジカルボン酸;
無水マレイン酸等のジカルボン酸無水物が挙げられる。
これらのうち、共重合反応性、及び得られる共重合体のアルカリ現像液に対する溶解性の観点から、アクリル酸、メタクリル酸、2−アクリロイルオキシエチルコハク酸、2−メタクリロイルオキシエチルコハク酸、無水マレイン酸が好ましい。
[A]共重合体において、化合物(i)は、単独で又は2種以上を混合して使用できる。[A]共重合体において、化合物(i)の含有率としては、1質量%〜40質量%が好ましく、7質量%〜30質量%がより好ましく、8質量%〜25質量%が特に好ましい。化合物(i)の含有率を1質量%〜40質量%とすることで、感放射線感度、現像性及び保存安定性等の特性がより高いレベルで最適化された感放射線性樹脂組成物が得られる。
化合物(ii)としては、エポキシ基(オキシラニル基、オキセタニル基)等を有するラジカル重合性化合物が挙げられる。オキシラニル基を有するラジカル重合性化合物としては、例えば
アクリル酸グリシジル、アクリル酸2−メチルグリシジル、アクリル酸3,4−エポキシブチル、アクリル酸6,7−エポキシヘプチル、アクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシル、アクリル酸−3,4−エポキシシクロヘキシルメチル等のアクリル酸エポキシアルキルエステル;
メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸2−メチルグリシジル、メタクリル酸3,4−エポキシブチル、メタクリル酸6,7−エポキシヘプチル、メタクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシル、メタクリル酸−3,4−エポキシシクロヘキシルメチル等のメタクリル酸エポキシアルキルエステル;
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−エポキシヘプチル等のα−アルキルアクリル酸エポキシアルキルエステル;
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等のグリシジルエーテルが挙げられる。
オキセタニル基を有するラジカル重合性化合物としては、例えば3−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−2−メチルオキセタン、3−(メタクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(メタクリロイルオキシエチル)−3−エチルオキセタン、2−エチル−3−(メタクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシメチル)−2−メチルオキセタン、3−(アクリロイルオキシエチル)オキセタン、3−(アクリロイルオキシエチル)−3−エチルオキセタン、2−エチル−3−(アクリロイルオキシエチル)オキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、2−メチル−2−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、3−メチル−2−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、4−メチル−2−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、2−(2−(2−メチルオキセタニル))エチルメタクリレート、2−(2−(3−メチルオキセタニル))エチルメタクリレート、2−(メタクリロイルオキシエチル)−2−メチルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシエチル)−4−メチルオキセタン、2−(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、2−メチル−2−(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、3−メチル−2−(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、4−メチル−2−(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、2−(2−(2−メチルオキセタニル))エチルメタクリレート、2−(2−(3−メチルオキセタニル))エチルメタクリレート、2−(アクリロイルオキシエチル)−2−メチルオキセタン、2−(アクリロイルオキシエチル)−4−メチルオキセタン等のメタ)アクリル酸エステルが挙げられる。
これらのうち、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸2−メチルグリシジル、メタクリル酸3,4−エポキシブチル、3−(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、3−(メタクリロイルオキシメチル)−3−エチルオキセタン、2−(メタクリロイルオキシメチル)オキセタンが、得られる層間絶縁膜、保護膜及びスペーサー等の硬化膜の基板に対する密着性が高く、高耐熱性を有し、さらに表示素子における信頼性を高める点から好ましい。
[A]共重合体において、化合物(ii)は、単独で又は2種以上を混合して使用できる。[A]共重合体において、化合物(ii)の含有率としては、1質量%〜70質量%が好ましく、15質量%〜65質量%がより好ましい。化合物(ii)の含有率を1質量%〜70質量%とすることで、共重合体の分子量の制御が容易となり、現像性、感度等がより高いレベルで最適化された感放射線性樹脂組成物が得られる。
化合物(iii)としては、(メタ)アクリル酸アルキルエステル、(メタ)アクリル酸脂環式エステル、酸素原子を含む不飽和複素五員環及び六員環(メタ)アクリル酸エステル、水酸基を有する(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸アリールエステル、不飽和ジカルボン酸ジエステル、マレイミド化合物、(メタ)アクリル酸のヒドロキシアルキルエステル、スチレン、α−メチルスチレン、1,3−ブタジエンが挙げられる。
(メタ)アクリル酸アルキルエステルとしては、例えばメチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、sec−ブチルメタクリレート、t−ブチルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−ブチルアクリレート、sec−ブチルアクリレート、t−ブチルアクリレート等が挙げられる。
(メタ)アクリル酸脂環式アルキルエステルとしては、例えばメタクリル酸シクロペンチル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸−2−メチルシクロヘキシル、メタクリル酸トリシクロジシクロペンタニ、メタクリル酸−2−ジシクロペンタニルオキシエチル、メタクリル酸イソボロニル、アクリル酸シクロペンチル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸−2−メチルシクロヘキシル、アクリル酸トリシクロジシクロペンタニ、アクリル酸−2−ジシクロペンタニルオキシエチル、アクリル酸イソボロニル等が挙げられる。
酸素原子を含む不飽和複素五員環及び六員環メタクリル酸エステルとしては、例えば
テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、2−メタクリロイルオキシ−プロピオン酸テトラヒドロフルフリルエステル、3−(メタ)アクリロイルオキシテトラヒドロフラン−2−オン等のテトラヒドロフラン骨格を含有する不飽和化合物;
2−メチル−5−(3−フリル)−1−ペンテン−3−オン、フルフリル(メタ)アクリレート、1−フラン−2−ブチル−3−エン−2−オン、1−フラン−2−ブチル−3−メトキシ−3−エン−2−オン、6−(2−フリル)−2−メチル−1−ヘキセン−3−オン、6−フラン−2−イル−ヘキシ−1−エン−3−オン、アクリル酸−2−フラン−2−イル−1−メチル−エチルエステル、6−(2−フリル)−6−メチル-−1−ヘプテン−3−オン等のフラン骨格を含有する不飽和化合物;
(テトラヒドロピラン−2−イル)メチルメタクリレート、2,6−ジメチル−8−(テトラヒドロピラン−2−イルオキシ)−オクト−1−エン−3−オン、2−メタクリル酸テトラヒドロピラン−2−イルエステル、1−(テトラヒドロピラン−2−オキシ)−ブチル−3−エン−2−オン等のテトラヒドロピラン骨格を含有する不飽和化合物;
4−(1,4−ジオキサ−5−オキソ−6−ヘプテニル)−6−メチル−2−ピラン、4−(1,5−ジオキサ−6−オキソ−7−オクテニル)−6−メチル−2−ピラン等のピラン骨格を含有する不飽和化合物が挙げられる。
水酸基を有する(メタ)アクリル酸エステルとしては、(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、(メタ)アクリル酸−3−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸−2,3−ジヒドロキシプロピル等が挙げられる。
(メタ)アクリル酸アリールエステルとしては、例えば(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ベンジル等が挙げられる。
不飽和ジカルボン酸ジエステルとしては、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等が挙げられる。
マレイミド化合物としては、例えばN−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−ベンジルマレイミド、N−(4−ヒドロキシフェニル)マレイミド、N−(4−ヒドロキシベンジル)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)マレイミド等が挙げられる。
[A]共重合体において、化合物(iii)の含有率としては、10質量%〜70質量%が好ましく、15質量%〜65質量%がより好ましい。化合物(iii)の共重合割合を10質量%〜70質量%とすることで、共重合体の分子量の制御が容易となり、現像性、感度、密着性等がより高いレベルで最適化された感放射線性樹脂組成物が得られる。
<[A]共重合体の合成方法>
[A]共重合体は、例えば、化合物(i)、化合物(ii)及び必要に応じて化合物(iii)を、溶媒中、ラジカル重合開始剤を使用して重合することにより合成できる。
[A]共重合体を製造するための重合反応に用いられる溶媒としては、例えばアルコール類、エーテル類、グリコールエーテル、エチレングリコールアルキルエーテルアセテート、ジエチレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノアルキルエーテルプロピオネート、芳香族炭化水素類、ケトン類、他のエステル類等が挙げられる。
アルコール類としては、例えばメタノール、エタノール、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−プロパノール等が挙げられる。
エーテル類としては、環状エーテル、グリコールエーテル、エチレングリコールアルキルエーテルアセテート、ジエチレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノアルキルエーテルプロピオネート等が挙げられる。
環状エーテルとしては、例えばテトラヒドロフラン等が挙げられる。
グリコールエーテルとしては、例えば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等が挙げられる。
エチレングリコールアルキルエーテルアセテートとしては、例えばメチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等が挙げられる。
ジエチレングリコールアルキルエーテルとしては、例えば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等が挙げられる。
プロピレングリコールモノアルキルエーテルとしては、例えば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プロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル等が挙げられる。
プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテートとしては、例えば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プロピ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等が挙げられる。
プロピレングリコールモノアルキルエーテルプロピオネートとしては、例えばプロピレンモノグリコールメチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールモノエチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールモノブチルエーテルプロピオネート等が挙げられる。
芳香族炭化水素類としては、例えばトルエン、キシレン等が挙げられる。
ケトン類としては、例えばメチルエチルケトン、シクロヘキサノン、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン等が挙げられる。
他のエステル類としては、例えば酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、ヒドロキシ酢酸メチル、ヒドロキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸ブチル、3−ヒドロキシプロピオン酸メチル、3−ヒドロキシプロピオン酸エチル、3−ヒドロキシプロピオン酸プロピル、3−ヒドロキシプロピオン酸ブチル、2−ヒドロキシ−3−メチルブタン酸メチル、メトキシ酢酸メチル、メトキシ酢酸エチル、メトキシ酢酸プロピル、メトキシ酢酸ブチル、エトキシ酢酸メチル、エトキシ酢酸エチル、エトキシ酢酸プロピル、エトキシ酢酸ブチル、プロポキシ酢酸メチル、プロポキシ酢酸エチル、プロポキシ酢酸プロピル、プロポキシ酢酸ブチル、ブトキシ酢酸メチル、ブトキシ酢酸エチル、ブトキシ酢酸プロピル、ブトキシ酢酸ブチル、2−メトキシプロピオン酸メチル、2−メトキシプロピオン酸エチル、2−メトキシプロピオン酸プロピル、2−メトキシプロピオン酸ブチル、2−エトキシプロピオン酸メチル、2−エトキシプロピオン酸エチル、2−エトキシプロピオン酸プロピル、2−エトキシプロピオン酸ブチル、2−ブトキシプロピオン酸メチル、2−ブトキシプロピオン酸エチル、2−ブトキシプロピオン酸プロピル、2−ブトキシプロピオン酸ブチル、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−メトキシプロピオン酸プロピル、3−メトキシプロピオン酸ブチル、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、3−エトキシプロピオン酸プロピル、3−エトキシプロピオン酸ブチル、3−プロポキシプロピオン酸メチル、3−プロポキシプロピオン酸エチル、3−プロポキシプロピオン酸プロピル、3−プロポキシプロピオン酸ブチル、3−ブトキシプロピオン酸メチル、3−ブトキシプロピオン酸エチル、3−ブトキシプロピオン酸プロピル、3−ブトキシプロピオン酸ブチル等が挙げられる。
上記ラジカル重合開始剤としては、例えば、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス−(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、4,4’−アゾビス(4―シアノバレリン酸)、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)等が挙げられる。
これらのうち、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)が好ましい。
ラジカル重合開始剤は、単独で又は2種以上を混合して使用できる。ラジカル重合開始剤の使用量としては、化合物(i)、化合物(ii)及び化合物(iii)の合計100質量%に対して、通常、0.1質量%〜50質量%が好ましく、0.1質量%〜20質量%がより好ましい。
また、上記重合反応においては、分子量を調整するために分子量調整剤を使用できる。分子量調整剤としては、例えば
クロロホルム、四臭化炭素等のハロゲン化炭化水素類;
n−ヘキシルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン、チオグリコール酸等のメルカプタン類;
ジメチルキサントゲンスルフィド、ジイソプロピルキサントゲンジスルフィド等のキサントゲン類;
ターピノーレン、α−メチルスチレンダイマー等が挙げられる。
分子量調整剤の使用量としては化合物(i)、化合物(ii)及び化合物(iii)の合計100質量%に対して、通常、0.1質量%〜50質量%、0.2質量%〜16質量%が好ましく、0.4質量%〜8質量%がより好ましい。重合温度としては、通常、0℃〜150℃、50℃〜120℃が好ましい。重合時間としては、通常、10分〜20時間、30分〜6時間が好ましい。
[A]共重合体のポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)としては、2.0×10〜1.0×10が好ましく、5.0×10〜5.0×10がより好ましい。[A]共重合体のMwを2.0×10以上とすることで、感放射線樹脂組成物の十分な現像マージンを得ると共に、形成される塗膜の残膜率(パターン状薄膜が適正に残存する比率)の低下を防止し、さらには得られる絶縁膜のパターン形状や耐熱性等を良好に保つことができる。一方、[A]共重合体のMwを1.0×10以下にすることによって、高度な放射線感度を保持し、良好なパターン形状が得られる。また、[A]共重合体の分子量分布(Mw/Mn)としては、5.0以下が好ましく、3.0以下がより好ましい。[A]共重合体のMw/Mnを5.0以下にすることによって、得られる絶縁膜のパターン形状を良好に保つことができる。また、上記のような好ましい範囲のMw及びMw/Mnを有する[A]共重合体を含む感放射線性樹脂組成物は、高度な現像性を有するため、現像工程において、現像残りを生じることなく容易に所定パターン形状を形成できる。
<[B]重合性化合物>
[B]重合性化合物はエチレン性不飽和結合を有する重合性化合物である。当該組成物に含有される[B]重合性化合物としては、例えばω−カルボキシポリカプロラクトンモノ(メタ)アクリレート、エチレングリコール(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノキシエタノールフルオレンジ(メタ)アクリレート、ジメチロールトリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−(メタ)アクリロイロキシプロピルメタクリレート、2−(2’−ビニロキシエトキシ)エチル(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、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(2−(メタ)アクリロイロキシエチル)フォスフェート、エチレンオキサイド変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、コハク酸変性ペンタエリスリトールトリアクリレート等のほか、直鎖アルキレン基及び脂環式構造を有し、かつ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個〜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等が挙げられる。
上記[B]重合性化合物の市販品としては、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、東亞合成社);
KAYARAD DPHA、同DPCA−20、同DPCA−30、同DPCA−60、同DPCA−120、同MAX−3510(以上、日本化薬社);
ビスコート295、同300、同360、同GPT、同3PA、同400(以上、大阪有機化学工業社)
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(第一工業製薬社);
KAYARAD DPHA−40H、UX−5000(以上、日本化薬社);
UN−9000H(根上工業社)、
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、東亞合成社);
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、日本化薬社);
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、根上工業社);
SH−500Bビスコート260、同312、同335HP(以上、大阪有機化学工業社)等が挙げられる。
[B]重合性化合物は、単独で又は2種以上を混合して使用できる。当該組成物における[B]重合性化合物の含有割合としては、[A]重合体または[A]共重合体100質量部に対して、20質量部〜200質量部が好ましく、40質量部〜160質量部がより好ましい。[B]重合性化合物の含有割合を上記範囲とすることで、当該組成物は、密着性に優れ低露光量においても十分な硬度を有した層間絶縁膜、保護膜及びスペーサー等の硬化膜が得られる。
<[C]重合開始剤>
当該組成物に含有される[C]重合開始剤は、放射線に感応して[B]重合性化合物の重合を開始し得る活性種を生じる成分である。[C]重合開始剤は、O−アシルオキシム化合物及びアセトフェノン化合物から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い。
O−アシルオキシム化合物としては、例えば1,2−オクタンジオン−1−[4−(フェニルチオ)−2−(O−ベンゾイルオキシム)]、エタノン−1−〔9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)、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−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)、エタノン−1−〔9−エチル−6−(2−メチル−4−テトラヒドロピラニルベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)、エタノン−1−〔9−エチル−6−(2−メチル−5−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)、エタノン−1−〔9−エチル−6−{2−メチル−4−(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラニル)メトキシベンゾイル}−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)等が挙げられる。
これらのうち、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)、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メトキシベンゾイル)−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)又はエタノン−1−〔9−エチル−6−{2−メチル−4−(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラニル)メトキシベンゾイル}−9.H.−カルバゾール−3−イル〕−1−(O−アセチルオキシム)が好ましい。
アセトフェノン化合物としては、例えばα−アミノケトン化合物、α−ヒドロキシケトン化合物が挙げられる。
α−アミノケトン化合物としては、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−オン等が挙げられる。
α−ヒドロキシケトン化合物としては、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等が挙げられる。
これらのうち、α−アミノケトン化合物が好ましく、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−オンがより好ましい。
[C]重合開始剤は、単独で又は2種以上を混合して使用できる。[C]重合開始剤として上記特定の化合物を用いることで、低露光量の場合であっても耐熱性等の硬化膜としての要求特性をより向上できる。
当該組成物における[C]重合開始剤の含有割合としては、[A]重合体または[A]共重合体100質量部に対して、1質量部〜40質量部が好ましく、5質量部〜30質量部がより好ましい。[C]重合開始剤の含有割合を1質量部〜40質量部とすることで、当該組成物は、低露光量の場合でも高い硬度及び密着性を有する層間絶縁膜、保護膜及びスペーサー等の硬化膜を形成できる。
<[D]一般式(1)〜(3)で表される化合物>
当該組成物は、上記式(1)〜(3)で表されるアミド基を有する化合物(以下、[D]化合物とも言う。)を含有することにより保存安定性と低温焼成とを両立できる。
上記式(1)で表される化合物は分子内に一つのアミド結合を有する化合物である。その具体例としては、例えば、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N−エチルアセトアミド、N−n−プロピルアセトアミド、N−イソプロピルアセトアミド、N−n−ブチルアセトアミド、N−イソブチルアセトアミド、N−t−ブチルアセトアミド、N−n−ヘキシルアセトアミド、N−n−オクチルアセトアミド、N−n−ドデシルアセトアミド、プロピオニルアミド、ブチリルアミド、バレリルアミド、イソバレリルアミド、オクタノイルアミド、アセトアニリド、アセトアセトアニリド、o−アセトアミド安息香酸、m−アセトアミド安息香酸、p−アセトアミド安息香酸、o−アセトアミドフェノール、m−アセトアミドフェノール、p−アセトアミドフェノール、アセトアミドナフタレン、フタルアミド酸、アクリルアミド、ベンズアミド、ナフトアミド、ニコチンアミド、イソニコチンアミド等が挙げられる。
これらのうち、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、フタルアミド酸を用いた場合、当該組成物は、室温での保存安定性により優れ、かつ、得られる硬化膜の耐熱性、電圧保持率等を向上させることができる。
上記式(2)及び(3)で表される化合物は分子内に2つのアミド結合を有する化合物である。その具体例としては、例えば、フタルアミド、イソフタルアミド、テレフタルアミド、マロンアミド、スクシンアミド、グルタルアミド、アジピンアミド、ピメリンアミド、スベリンアミド、アゼラインアミド、セバシンアミド、マレアミド、フマルアミド、
N、N‘−ジメチル−フタルアミド、N、N’−ジメチル−イソフタルアミド、N、N’−ジメチル−テレフタルアミド、N、N’−ジアセチル−o−フェニレンジアミン、N、N’−ジアセチル−m−フェニレンジアミン、N、N’−ジアセチル−p−フェニレンジアミン、N、N‘−ジプロピオニル−o−フェニレンジアミン、N、N’−ジプロピオニル−m−フェニレンジアミン、N、N’−ジプロピオニル−p−フェニレンジアミン、N、N’−ジアセチル−エチレンジアミン、N、N’−ジアセチル−プロピレンジアミン、N、N’−ジアセチル−ブチレンジアミン、N、N’−ジアセチル−ヘキサメチレンジアミン、N、N’−ジアセチル−ドデシルメチレンジアミン、N、N’−ジベンゾイル−エチレンジアミン、N、N’−ジベンゾイルル−プロピレンジアミン、N、N’−ジベンゾイル−ブチレンジアミン、N、N’−ジベンゾイル−ヘキサメチレンジアミン、N、N’−ジベンゾイル−ドデシルメチレンジアミン、N、N’−ジナフトイル−エチレンジアミン、N、N’−ジナフトイル−プロピレンジアミン、N、N’−ジナフトイル−ブチレンジアミン、N、N’−ジナフトイル−ヘキサメチレンジアミン、N、N’−ジナフトイル−ドデシルメチレンジアミン等が挙げられる。
組成物の保存安定性と硬化促進とを高いレベルで両立できるという観点から、イソフタルアミド、アジピンアミド、N、N’−ジアセチル−p−フェニレンジアミン、N、N’−ジアセチル−ヘキサメチレンジアミンが好ましい。
上記アミド基を有する化合物は、当該組成物の室温での保存安定性が向上する。また、エポキシ基との反応性に優れるため、200℃以下の低温硬化に貢献する。
当該組成物における上記[D]一般式(1)〜(3)で表される化合物の含有割合としては、[A]重合体または[A]共重合体100質量部に対して、0.01質量部〜10質量部が好ましく、0.05質量部〜5質量部がより好ましい。[D]化合物の含有割合を0.01質量部〜10質量部とすることで、当該組成物の保存安定性と硬化膜の硬化促進とを高いレベルで両立でき、さらに得られた保護膜、層間絶縁膜、スペーサー等の硬化膜を具備した表示素子の電圧保持率を高いレベルで保持できる。
<任意成分>
当該組成物は、上記の[A]重合体または[A]共重合体、[B]重合性化合物、[C]重合開始剤、及び[D]化合物に加え、所期の効果を損なわない範囲で必要に応じて[E]1分子中に2個以上のオキシラニル基を有する化合物、[F]接着助剤、[G]界面活性剤、[H]保存安定剤、及び[I]耐熱性向上剤等の任意成分を含有できる。これらの各任意成分は、単独で使用してもよいし2種以上を混合して使用してもよい。以下、順に詳述する。
[[E]1分子中に2個以上のオキシラニル基を有する化合物]
[E]一分子中に2個以上のオキシラニル基を有する化合物(以下、「[E]化合物」と称することがある)は、得られる硬化膜の硬度をさらに向上するために添加できる。このような[E]化合物としては、例えば1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及びその他の[E]化合物が挙げられる、ただし、[A]重合体または[A]共重合体は除く。
上記1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等が挙げられる。
上記その他の[E]化合物としては、例えば
ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールSジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールFジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールADジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールAジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールFジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールSジグリシジルエーテル等のビスフェノール化合物のジグリシジルエーテル;
上記[E]化合物の使用量としては、[A]重合体または[A]共重合体100質量部に対して、50質量部以下が好ましく、2質量部〜50質量部がより好ましく、5質量部〜30質量部が特に好ましい。[E]化合物の使用量を上記範囲とすることで、現像性を損なわずに層間絶縁膜、スペーサー又は保護膜等の硬化膜の硬度をさらに向上できる。
[[F]接着助剤]
[F]接着助剤は、得られる層間絶縁膜、スペーサー又は保護膜等の硬化膜と基板との接着性をさらに向上させるために使用できる。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、オキシラニル基等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、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等が挙げられる。
[F]接着助剤の使用量としては、[A]重合体または[A]共重合体100質量部に対して、20質量部以下が好ましく、15質量部以下がより好ましい。[F]接着助剤の使用量が20質量部を超えると、現像残りを生じやすくなる傾向がある。
[[G]界面活性剤]
[G]界面活性剤は、当該組成物の被膜形成性をより向上させるために使用できる。[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及びその他の界面活性剤が挙げられる。上記フッ素系界面活性剤としては、末端、主鎖及び側鎖の少なくともいずれかの部位にフルオロアルキル基及び/又はフルオロアルキレン基を有する化合物が好ましく、例えば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、1,1,2,2,8,8,9,9,10,10−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等が挙げられる。
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)、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社)、フロラードFC−170C、同−171、同−430、同−431(以上、住友スリーエム社)、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、旭硝子社)、エフトップEF301、同303、同352(以上、新秋田化成社)、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)ネオス社)等が挙げられる。
シリコーン系界面活性剤の市販品としては、例えばトーレシリコーンDC3PA、同DC7PA、同SH11PA、同SH21PA、同SH28PA、同SH29PA、同SH30PA、同SH−190、同SH−193、同SZ−6032、同SF−8428、同DC−57、同DC−190(以上、東レ・ダウコーニング・シリコーン社)、TSF−4440、TSF−4300、TSF−4445、TSF−4446、TSF−4460、TSF−4452(以上、GE東芝シリコーン社)、オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業社)等が挙げられる。
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等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等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等のポリオキシエチレンジアルキルエステル等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、共栄社化学社)等が挙げられる。
[G]界面活性剤の使用量としては、[A]重合体または[A]共重合体100質量部に対して、1.0質量部以下が好ましく、0.5質量部以下がより好ましい。[G]界面活性剤の使用量が1.0質量部を超えると、膜ムラを生じやすくなる。
[[H]保存安定剤]
[H]保存安定剤としては、例えば硫黄、キノン類、ヒドロキノン類、ポリオキシ化合物、アミン、ニトロニトロソ化合物等が挙げられ、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等が挙げられる。
[H]保存安定剤の使用量としては、[A]重合体または[A]共重合体100質量部に対して、3.0質量部以下が好ましく、0.5質量部以下がより好ましい。[H]保存安定剤の配合量が3.0質量部を超えると、当該組成物の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]
[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)メラミン化合物等が挙げられる。
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)グリコールウリル等が挙げられる。これらのうち、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。
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)メラミン等が挙げられる。これらのうち、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、市販品としては、例えばニカラックN−2702、同MW−30M(以上、三和ケミカル社)等が挙げられる。
[I]耐熱性向上剤の使用量としては、[A]重合体または[A]共重合体100質量部に対して、50質量部以下が好ましく、30質量部以下がより好ましい。[I]耐熱性向上剤の配合量が50質量部を超えると、当該組成物の感度が低下してパターン形状が劣化する場合がある。
<感放射線性樹脂組成物の調製>
本発明の感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体または[A]共重合体、[B]重合性化合物、[C]重合開始剤、及び[D]化合物に加え、所期の効果を損なわない範囲で必要に応じて任意成分を所定の割合で混合することにより調製される。この感放射線性樹脂組成物は、好ましくは適当な溶媒に溶解されて溶液状態で用いられる。
当該組成物の調製に用いられる溶媒としては、[A]重合体または[A]共重合体、[B]重合性化合物、[C]重合開始剤、[D]化合物及び任意成分を均一に溶解又は分散し、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]共重合体を合成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が挙げられるが、アルコール系溶媒及びエーテル系溶媒からなる群より選ばれる少なくとも1つの溶媒を含有することが好ましい。当該組成物においては、共存する[A]共重合体中のカルボキシル基と[D]化合物との相互作用により包接の崩壊を抑制すると考えられ、極性溶媒を使用することができる。さらに、上記相互作用により、[D]化合物は[A]共重合体中のエポキシ基の硬化反応を促進する相乗効果をも奏すると考えられる。溶媒は、単独で又は2種以上を混合して使用できる。
各成分の溶解性、各成分との反応性、被膜形成の容易性等の観点から、アルコール類、グリコールエーテル、エチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、エステル類、ジエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、ジプロピレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテートが好ましい。これらのうち、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、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、ジ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モノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、2−又は3−メトキシプロピオン酸メチル、2−又は3−エトキシプロピオン酸エチルがより好ましい。
さらに、上記溶媒とともに膜厚の面内均一性を高めるため、高沸点溶媒を併用できる。高沸点溶媒としては、例えばN−メチルピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、ベンジルエチルエーテル、ジヘキシルエーテル、アセトニルアセトン、1−オクタノール、1−ノナノール、酢酸ベンジル、安息香酸エチル、シュウ酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、γ−ブチロラクトン、炭酸プロピレン等が挙げられる。これらのうち、N−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン又はN,N−ジメチルアセトアミドが好ましい。
当該組成物の溶媒として、高沸点溶媒を併用する場合、その使用量としては、全溶媒量に対して、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、30質量%以下が特に好ましい。高沸点溶媒の使用量が50質量%以下の時、被膜の膜厚均一性、感度及び残膜率が良好となる。
当該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)は、使用目的や所望の膜厚の値等に応じて任意の濃度(例えば5質量%〜50質量%)に設定できる。より好ましい固形分濃度としては、基板上への被膜の形成方法により異なるが、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については、孔径0.5μm程度のミリポアフィルタ等を用いて濾過した後、使用に供することができる。
<硬化膜の形成方法>
以下、当該組成物を用いて層間絶縁膜、保護膜又はスペーサー等の硬化膜を形成する方法について説明する。
本発明の硬化膜の形成方法は、少なくとも下記の工程(1)〜(4)を下記に記載の順で含む。
(1)当該組成物の塗膜を基板上に形成する工程
(2)工程(1)で形成した塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
(3)工程(2)で放射線が照射された塗膜を現像する工程、及び
(4)工程(3)で現像された塗膜を焼成する工程
当該組成物を用いる本発明の形成方法により、耐熱性、耐薬品性、透過率、平坦性、電圧保持率、耐線熱膨張性等の要求特性をバランス良く満足する硬化膜を形成できる。以下、これらの各工程を詳述する。
[(1)当該組成物の塗膜を基板上に形成する工程]
透明基板の片面に透明導電膜を形成し、この透明導電膜の上に感放射線性樹脂組成物の被膜を形成する。透明基板としては、例えばソーダライムガラス、無アルカリガラス等のガラス基板、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、ポリイミド等のプラスチックからなる樹脂基板等が挙げられる。
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(SnO)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(In−SnO)からなるITO膜等が挙げられる。
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当該組成物の溶液を塗布した後、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としては、5質量%〜50質量%が好ましく、10質量%〜40質量%がより好ましく、15質量%〜35質量%が特に好ましい。当該組成物溶液の塗布方法としては、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)、スリット塗布法(スリットダイ塗布法)、バー塗布法、インクジェット塗布法等の適宜の方法が採用できる。これらのうち、スピンコート法又はスリット塗布法が好ましい。
上記プレベークの条件としては、各成分の種類、配合割合等によって異なるが、70℃〜120℃が好ましく、1〜15分間程度である。被膜のプレベーク後の膜厚は、0.5μm〜10μmが好ましく、1.0μm〜7.0μm程度がより好ましい。
[(2)工程(1)で形成した塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程]
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、遠紫外線等が挙げられる。このうち波長が250nm〜550nmの範囲にある放射線が好ましく、365nmの紫外線を含む放射線がより好ましい。
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、100J/m〜5,000J/mが好ましく、200J/m〜3,000J/mがより好ましい。
当該組成物は、従来知られている組成物と比較して放射線感度が高く、上記放射線照射量が700J/m以下、さらには600J/m以下であっても所望の膜厚、良好な形状、優れた密着性及び高い硬度の層間絶縁膜、保護膜又はスペーサー等の硬化膜を得ることができる利点を有する。
[(3)工程(2)で放射線が照射された塗膜を現像する工程]
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、炭酸ナトリウム等の無機アルカリ、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等の4級アンモニウム塩等のアルカリ性化合物の水溶液が使用できる。上記アルカリ性化合物の水溶液には、メタノール、エタノール等の水溶性有機溶媒及び/又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、シャワー法等のいずれでもよく、現像時間は、常温で10秒〜180秒間程度が好ましい。現像処理に続いて、例えば流水洗浄を30秒〜90秒間行った後、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が得られる。
[(4)工程(3)で現像された塗膜を焼成する工程]
次いで、得られたパターン状被膜を、ホットプレート、オーブン等の適当な加熱装置により焼成(ポストベーク)することにより、硬化膜が得られる。焼成温度としては、100℃〜200℃が好ましく、150℃〜180℃がより好ましい。焼成時間としては、例えばホットプレート上では5分〜30分間、オーブン中では30分〜180分間が好ましい。当該組成物は、上述のように[D]化合物を含有するため、このように低い低温焼成を実現すると共に保存安定性両立し、かつ充分な放射線感度を有する。従って、当該組成物は、低温焼成が望まれるフレキシブルディスプレイ等に用いられる層間絶縁膜、保護膜及びスペーサー等の硬化膜の形成材料として好適に用いられる。
<表示素子>
本発明の表示素子は、例えば以下の方法により作製できる。
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、当該組成物を用いて、上記した方法に従ってスペーサー若しくは保護膜又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及びスペーサー又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又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)及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又は直交するように貼り合わせることにより、本発明の表示素子が得られる。
他の方法としては、上記方法と同様にして透明導電膜と、層間絶縁膜、保護膜又はスペーサー又はその双方と、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、上記のシール剤部に、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、本発明の表示素子が得られる。
上記の各方法において使用される液晶としては、例えばネマティック型液晶、スメクティック型液晶等が挙げられる。また、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、又はH膜そのものからなる偏光板等が挙げられる。
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例に本発明が限定的に解釈されるものではない。
以下の合成例において、共重合体の重量平均分子量(Mw)は下記の装置及び条件のもと、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。
装置:GPC−101(昭和電工 社製)
カラム:GPC−KF−801、GPC−KF−802、GPC−KF−803及びGPC−KF−804を結合
移動相:テトラヒドロフラン
<[A]共重合体の合成>
[合成例1]
冷却管及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)5質量部及びジエチレングリコールメチルエチルエーテル220質量部を仕込んだ。引き続きスチレン20質量部、メタクリル酸12質量部、メタクリル酸ジシクロペンタニル28質量部及びメタクリル酸グリシジル40質量部を仕込み、窒素置換し、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)を含有する溶液を得た。得られた共重合体溶液の固形分濃度は31.3%であり、共重合体(A−1)のMwは、12,000であった。なお、固形分濃度は共重合体溶液の全質量に占める共重合体質量の割合を意味する。
[合成例2]
冷却管及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)5質量部及びジエチレングリコールメチルエチルエーテル220質量部を仕込んだ。引き続きスチレン10質量部、メタクリル酸12質量部、メタクリル酸トリシクロジシクロペンタニル23質量部及びメタクリル酸グリシジル20質量部、メタクリル酸2−メチルグリシジル20質量部、メタクリル酸テトラヒドロフルフリル10質量部を仕込み、窒素置換したのち、さらに1,3−ブタジエン5質量部を仕込み、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−2)を含有する溶液を得た。得られた共重合体溶液の固形分濃度は31.5%であり、共重合体(A−2)のMwは、10,100であった。
[合成例3]
冷却管及び撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)5質量部及びジエチレングリコールメチルエチルエーテル220質量部を仕込んだ。引き続きスチレン15質量部、メタクリル酸n−ブチル30質量部、メタクリル酸ベンジル30質量部及びメタクリル酸グリシジル25質量部を仕込み、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−3)を含有する溶液を得た。得られた共重合体溶液の固形分濃度は31.0%であり、共重合体(A−3)のMwは、10,000であった。
<硬化膜形成用感放射線性樹脂組成物の調製>
[実施例1〜14]
表1に示す種類、量の[A]重合体または[A]共重合体、[B]重合性化合物、[C]重合開始剤、及び[D]化合物を混合し、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質量部、[G]界面活性剤(FTX−218、ネオス社)0.5質量部及び[H]保存安定剤として4−メトキシフェノール0.5質量部を混合し、固形分濃度が30質量%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を調製し、それぞれ実施例1〜14及び比較例1〜4とした。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。
当該感放射線性樹脂組成物を構成する[B]重合性化合物、[C]重合開始剤、及び[D]化合物の詳細を以下に示す。
([A]重合体、共重合体)
(A−1)合成例1で得られた共重合体
(A−2)合成例2で得られた共重合体
(A−3)合成例3で得られた共重合体
(A−4)フェノールノボラック型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン(株)製の「エピコート152」)

([B]重合性化合物)
(B−1)ジペンタエリスリトールペンタアクリレートとジペンタエリスリトールヘキサ
アクリレートの混合物(KAYARAD DPHA(日本化薬社)
(B−2)KAYARAD DPHA−40H
(日本化薬社)
(B−3)1,9−ノナンジオールジアクリレート
(B−4)ペンタエリスリトールテトラアクリレート
(B−5)トリメチロールプロパントリアクリレート
(B−6)ω−カルボキシポリカプロラクトンモノアクリレート(アロニックスM−53
00、東亞合成社)
(B−7)コハク酸変性ペンタエリスリトールトリアクリレート(アロニックスTO−7
56、東亞合成社)
(B−8)エチレンオキサイド変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
([C]重合開始剤)
(C−1)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)](イルガキュアOXE01、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社)
(C−2)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)(イルガキュアOXE02、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社)
(C−3)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(イルガキュア907、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社)
(C−4)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(イルガキュア379、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社)
([D]化合物)
(D−1)アセトアミド
(D−2)N−メチルアセトアミド
(D−3)フタルアミド酸
(D−4)イソフタルアミド
(D−5)アジピンアミド
(D−6)N、N’−ジアセチル−p−フェニレンジアミン
(D−7)N、N’−ジアセチル−ヘキサメチレンジアミン
比較例 アミン化合物 (d−1)トリエチルアミン
Figure 0005471851
表中、「−」は添加しなかったことを示す。
<評価>
当該感放射線性樹脂組成物について以下のように評価した。結果を表2に示す。
[保存安定性(%)の測定]
当該感放射線性組成物を40℃のオーブン中で1週間放置し、オーブンに入れる前後での粘度を測定し、粘度変化率を求めた。このとき、粘度変化率が5%以下である場合に保存安定性が良好といえ、5%を超える場合に保存安定性が不良といえる。粘度は、E型粘度計(VISCONIC ELD.R、東機産業社)を用いて25℃で測定した。
[感度(J/m)の測定]
無アルカリガラス基板上に、当該感放射線性樹脂組成物をそれぞれスピンナーにより塗布した後、100℃のホットプレート上で2分間プレベークすることにより、膜厚4.0μmの被膜を形成した。
次いで、得られた被膜に、直径8μm〜15μmの範囲の異なる大きさの複数の丸状残しパターンを有するフォトマスクを介して、高圧水銀ランプを用いて露光量を200J/m〜1,000J/mの範囲で変量して放射線照射を行った。その後、0.40質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて25℃で現像時間を変量として液盛り法により現像した後、純水洗浄を1分間行った。さらにオーブン中180℃にて60分間ポストベークすることにより、丸状残しパターンを有する硬化膜を形成した。
丸状残しパターンの現像前と現像後の高さを、レーザー顕微鏡(VK−8500、キーエンス社)を用いて測定した。この値と下記式から残膜率(%)を求めた。
残膜率(%)=(現像後高さ/現像前高さ)×100
この残膜率が90%以上になる露光量を感度とした。露光量が800J/m以下の場合、感度が良好と言える。
[耐熱性(%)の測定]
上記の硬化膜形成工程において、フォトマスクを介さず700J/mの露光量で露光し、さらにオーブン中180℃にて60分間ポストベークすることにより得られた被膜ついて、更にオーブン中、230℃で20分加熱する前後での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)で測定し、残膜率(処理後膜厚/処理前膜厚×100)を算出し、この残膜率を耐熱性とした。
[耐薬品性(%)の測定]
上記の硬化膜形成工程において、フォトマスクを介さず700J/mの露光量で露光し、さらにオーブン中180℃にて60分間ポストベークすることにより得られた被膜ついて、60℃に加温した配向膜剥離液ケミクリーンTS−204(三洋化成工業社)中に15分浸漬し、水洗後、更にオーブン中、120℃で15分乾燥させた。この処理前後の膜厚を触針式膜厚測定機(アルファステップ社IQ、KLAテンコール社)で測定し、残膜率(処理後膜厚/処理前膜厚×100)を算出し、この残膜率を耐薬品性とした。
[透過率(%)の測定]
上記の硬化膜形成工程において、フォトマスクを介さず700J/mの露光量で露光し、さらにオーブン中180℃にて60分間ポストベークすることにより得られた被膜ついて、波長400nmにおける透過率を、分光光度計(150−20型ダブルビーム、日立製作所社)を用いて測定した。このとき、透過率が90%未満の場合に透明性が不良とした。
[平坦性(nm)の測定]
SiOディップガラス基板上に、顔料系カラーレジスト(JCR RED 689、JCR GREEN 706、及びCR 8200B、以上JSR社)を用いて、以下のように、赤、緑及び青の3色のストライプ状カラーフィルタを形成した。具体的には、スピンナーを用いて、上記カラーレジストの1色をSiOディップガラス基板に塗布し、ホットプレート上で90℃、150秒間プレベークして塗膜を形成した。その後、露光機(Canon PLA501F、キヤノン社)を用い、所定のパターンマスクを介して、ghi線(波長436nm、405nm、365nmの強度比=2.7:2.5:4.8)をi線換算で2,000J/mの露光量にて照射し、次いで0.05質量%水酸化カリウム水溶液を用いて現像し、超純水にて60秒間リンスした。続いて、更にオーブン中で230℃にて30分間加熱処理することにより、単色のストライプ状カラーフィルタを形成した。この操作を3色につき繰り返すことにより、赤、緑及び青の3色のストライプ状カラーフィルタ(ストライプ幅200μm)を形成した。
測定長2,000μm、測定範囲2,000μm角、測定方向を赤、緑、青方向のストライプライン短軸方向及び赤・赤、緑・緑、青・青の同一色のストライプライン長軸方向の2方向とし、各方向につき測定点数n=5(合計のn数は10)にて、カラーフィルタ基板の表面の凹凸を、接触式膜厚測定装置(アルファ−ステップ、ケーエルエー・テンコール社)で測定したところ、1.0μmであった。このカラーフィルタが形成された基板に、各々の熱硬化性樹脂組成物をスピンナーにて塗布した後、ホットプレート上において90℃にて5分間プレベークして塗膜を形成した後、更にクリーンオーブン中において180℃にて60分間ポストベークすることにより、カラーフィルタの上面からの膜厚が約2.0μmの保護膜を形成した。
このように形成したカラーフィルタ上に保護膜を有する基板について、接触式膜厚測定装置(アルファ−ステップ、ケーエルエー・テンコール社)にて、保護膜の表面の凹凸を測定した。この測定は、測定長2,000μm、測定範囲2,000μm角、測定方向を赤、緑、青方向のストライプライン短軸方向及び赤・赤、緑・緑、青・青の同一色のストライプライン長軸方向の2方向とし、各方向につき測定点数n=5(合計のn数は10)で行い、各測定の最高部と最底部の高低差(nm)の10回の平均値を求め、保護膜の平坦化能(平坦性)の評価として表2に示した。この値が200nm以下のとき、保護膜の平坦化能は良好であると言える。
[線熱膨張係数(ppm/℃)の測定]
上記の硬化膜形成工程において、フォトマスクを介さず700J/mの露光量で露光し、塗膜を形成した。その後オーブン中、180℃で60分間加熱処理して硬化させることにより、測定用の被膜を作製した。次いで、この被膜について、温度可変装置を設けたエリプソメーター(DVA−36LH、溝尻光学工業所社)により、窒素雰囲気下、測定時の昇温速度を10℃/分、測定温度範囲を20℃〜200℃として、各測定温度における膜厚の変化量を測定して、温度に対してプロットし、その直線近似から傾きbを求め、下記式より線熱膨張係数aを求めた。Tは初期膜厚を示す。
a=b/T
線熱膨張係数が200ppm/℃以下の場合は、線熱膨張係数が低く180℃のポストベークでも十分な硬化性を有した硬化膜が作成されていると判断できる。
[電圧保持率(%)の測定]
表面にナトリウムイオンの溶出を防止するSiO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、当該感放射線性樹脂組成物を、スピンコートしたのち、90℃のクリーンオーブン内で10分間プレベークを行って、膜厚2.0μmの塗膜を形成した。
次いで、フォトマスクを介さずに、


塗膜に500J/mの露光量で露光した。その後、この基板を23℃の0.04質量%の水酸化カリウム水溶液からなる現像液に1分間浸漬して、現像したのち、超純水で洗浄して風乾し、さらに180℃で60分間ポストベークを行い、塗膜を硬化させて、永久硬化膜を形成した。
次いで、この画素を形成した基板とITO電極を所定形状に蒸着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で貼り合わせたのち、メルク製液晶(MLC6608)を注入して、液晶セルを作製した。
次いで、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、液晶電圧保持率測定システム(VHR−1A型、東陽テクニカ社)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である。ここで電圧保持率とは、(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)の値である。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、残像等の「焼き付き」を起こすおそれが高い。
Figure 0005471851
表2の結果から実施例1〜15の当該組成物は比較例1〜4の組成物と比べ、良好な保存安定性と放射線感度を有することがわかった。また、実施例1〜14の当該組成物から形成された硬化膜は、200℃以下の低温焼成で形成されたにも関わらず耐熱性、耐薬品性、透過率、平坦性、耐線熱膨張性等に優れることがわかった。さらに当該硬化膜を具備する表示素子の電圧保持率についても良好であった。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、容易に微細かつ精巧なパターンを形成でき、保存安定性と低温焼成を両立し、かつ充分な放射線感度を有する。また、当該組成物から形成される硬化膜は、その要求特性である耐熱性、耐薬品性、透過率、平坦性、電圧保持率、耐線熱膨張性等に優れる。従って、当該組成物は低温焼成が望まれるフレキシブルディスプレイ等に用いられる層間絶縁膜、保護膜、スペーサー等の硬化膜の形成材料として好適に用いられる。

Claims (7)

  1. [A]エポキシ基を有する重合体、
    [B]エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物、
    [C]感放射線性重合開始剤、並びに
    [D]下記式(1)〜(3)で表される化合物から選ばれる少なくとも1種の化合物を含有することを特徴とする感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005471851
    Figure 0005471851
    Figure 0005471851
    (式(1)中、R、Rは、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、シクロヘキシル基、フェニル基、ナフチル基、ビニル基、2−ピリジル基、または、炭素数1〜6のアルキル基、ハロゲン、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アセチル基で置換されても良い炭素数1〜12のアルキル基、フェニル基、ナフチル基を示す。
    式(2)中、R、Rは、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、シクロヘキシル基であり、Aはメチレン基、炭素数2〜12のアルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基、ビニレン基、または炭素数1〜6のアルキル基、ハロゲンで置換されてもよいメチレン基、炭素数2〜12のアルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基を示す。
    式(3)中、R、Rは、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、シクロヘキシル基であり、Aはメチレン基、炭素数2〜12のアルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基、ビニレン基、または炭素数1〜6のアルキル基、ハロゲンで置換されてもよいメチレン基、炭素数2〜12のアルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基を示す。)
  2. 前記、エポキシ基を有する重合体が、さらにカルボキシル基を有する重合体であることを特徴とする請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
  3. 上記[C]感放射線性重合開始剤が、アセトフェノン化合物及びO−アシルオキシム化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1または請求項2に記載の感放射線性樹脂組成物。
  4. (1)請求項1から請求項3に記載の感放射線性樹脂組成物の塗膜を基板上に形成する工程、
    (2)工程(1)で形成した塗膜の少なくとも一部に放射線を照射する工程、
    (3)工程(2)で放射線が照射された塗膜を現像する工程、及び
    (4)工程(3)で現像された塗膜を焼成する工程
    を含む硬化膜の形成方法。
  5. 上記工程(4)の焼成温度が200℃以下である請求項4に記載の形成方法。
  6. 請求項1から請求項3に記載の感放射線性樹脂組成物から形成される層間絶縁膜、保護膜又はスペーサーとしての硬化膜。
  7. 請求項6に記載の硬化膜を備える表示素子。
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